JP2009194949A - Pwm inverter system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、交流モータを可変速駆動するPWMインバータ装置に係り、特に交流モータのトルク制御または速度制御に高応答を得る装置に関する。 The present invention relates to a PWM inverter device that drives an AC motor at a variable speed, and more particularly to a device that obtains a high response to torque control or speed control of an AC motor.
PWMインバータ装置は、例えば、ダイナモメータ用交流モータの回転速度や出力トルクをPWM制御し、供試車両の走行抵抗試験やエンジンの出力トルク試験を可能にする。 The PWM inverter device, for example, PWM-controls the rotational speed and output torque of an AC motor for a dynamometer, and enables a running resistance test of a test vehicle and an output torque test of an engine.
このような装置において、モータの高速可変速運転やモータと機械系との共振動作を再現する場合などには、インバータ装置の高応答制御が要求される。PWMインバータ装置に高い応答を得る手法として、速度指令に応じた周波数の正弦波信号と比較する三角波キャリア信号の周波数を高くするものがある。さらに、キャリア周波数を高めることで高応答制御に加えて電磁騒音を抑制する手法、さらには負荷状態に応じてキャリア周波数を切り替える手法がある(例えば、特許文献1参照)。
図4は、回生コンバータ付き2レベルインバータの主回路構成を示す。このPWMインバータ装置において、キャリア周波数の上限は、主回路スイッチング素子になるIGBTのスイッチングロスやスイッチング速度、さらに出力電圧精度を考慮して8〜15kHz程度が限界であり、このキャリア周波数の上限が電流制御応答の上限にもなってしまう。 FIG. 4 shows a main circuit configuration of a two-level inverter with a regenerative converter. In this PWM inverter device, the upper limit of the carrier frequency is about 8 to 15 kHz in consideration of the switching loss and switching speed of the IGBT that becomes the main circuit switching element and the output voltage accuracy, and the upper limit of the carrier frequency is the current. It also becomes the upper limit of the control response.
このため、ダイナモ用インバータのように高い周波数(回転数)で加振制御を行いたい場合には、キャリア周波数の上限により仕様を満足できなくなってきている。 For this reason, when it is desired to perform vibration control at a high frequency (rotation speed) as in the dynamo inverter, the specification cannot be satisfied due to the upper limit of the carrier frequency.
本発明の目的は、低いキャリア周波数にしたPWMインバータを使用して高応答出力を得ることができるPWMインバータ装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a PWM inverter device capable of obtaining a high response output using a PWM inverter having a low carrier frequency.
本発明は、前記の課題を解決するため、低いキャリア周波数にしたPWMインバータのセルユニットを直列多重接続した相構成とし、同じ相の各セルユニットはキャリア信号を互いに異なる位相とすることで、等価的に高いキャリア周波数のPWMインバータ出力が得られるようにしたもので、以下の構成を特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the present invention has a phase configuration in which cell units of a PWM inverter having a low carrier frequency are connected in series, and each cell unit in the same phase is equivalent by setting carrier signals to different phases. Therefore, a PWM inverter output having a high carrier frequency can be obtained, and has the following configuration.
(1)交流モータを可変速駆動するPWMインバータ装置であって、
交流モータに可変速駆動の交流電流を供給するU、V、W相の各相アームは、インバータ単体構成のセルユニットの出力端をそれぞれ直列多重接続し、同じ相の各セルユニットは互いにPWMキャリア信号の位相をずらしてPWM電圧出力を得、高キャリアを実現できる構成としたことを特徴とする。
(1) A PWM inverter device for driving an AC motor at a variable speed,
The U, V, and W phase phase arms that supply alternating current for variable speed drive to the AC motor are connected in series to the output terminals of the cell unit of the single inverter configuration. A feature is that a PWM voltage output is obtained by shifting the phase of the signal to realize a high carrier.
以上のとおり、本発明によれば、低いキャリア周波数にしたPWMインバータのセルユニットを直列多重接続した相構成とし、同じ相の各セルユニットはキャリア信号を互いに異なる位相とすることで、等価的に高いキャリア周波数のPWMインバータ出力が得られるようにしたため、低いキャリア周波数にしたPWMインバータを使用して高応答出力を得ることができる。 As described above, according to the present invention, a phase configuration in which cell units of a PWM inverter having a low carrier frequency are connected in series, and each cell unit in the same phase has a carrier signal different from each other, equivalently. Since a PWM inverter output with a high carrier frequency is obtained, a high response output can be obtained using a PWM inverter with a low carrier frequency.
図1は、本発明の実施形態を示すPWMインバータ装置の構成図であり、(a)には全体構成を、(b)にはセルユニットの構成を示す。 FIG. 1 is a configuration diagram of a PWM inverter device showing an embodiment of the present invention, where (a) shows the overall configuration and (b) shows the configuration of a cell unit.
図1において、交流モータMotorのU、V、W相に電圧を印加する各相アームは、インバータ単体構成のセルユニットU1〜U3,V1〜V3,W1〜W3の出力端をそれぞれを直列多重接続し、セルユニットU1〜U3,V1〜V3,W1〜W3の交流電源は共通の入力トランスTRの各二次巻線から取り込み、交流モータMotorに可変速駆動の交流電流を供給する。 In FIG. 1, each phase arm that applies voltage to the U, V, and W phases of the AC motor Motor is connected in series with the output terminals of the cell units U <b> 1 to U <b> 3, V <b> 1 to V <b> 3, and W <b> 1 to W <b> 3. The AC power supplies of the cell units U1 to U3, V1 to V3, and W1 to W3 are taken in from the secondary windings of the common input transformer TR, and supply AC current of variable speed drive to the AC motor Motor.
この直列多重インバータ構成において、本実施形態では、同じアームの各セルユニットU1〜U3,V1〜V3,W1〜W3は互いにキャリア周波数の位相をずらすことで等価的に高いキャリア周波数のPWMインバータ出力(高応答制御)を得るものである。 In this series multiple inverter configuration, in this embodiment, the cell units U1 to U3, V1 to V3, and W1 to W3 of the same arm shift the carrier frequency phase from each other to equivalently output a PWM inverter output with a high carrier frequency ( High response control).
図1の3相直列多重PWMインバータ装置の構成は、同じアームのセルユニットではキャリア信号の位相を同じとすることで、高電圧出力を得ることができる。さらに、キャリアの位相制御で、各ユニット間、相間、相内で均等なスイッチングを得ることができる(例えば、特開2005−278266を参照)。 The configuration of the three-phase serial multiplex PWM inverter device of FIG. 1 can obtain a high voltage output by making the phase of the carrier signal the same in the cell units of the same arm. Furthermore, the carrier phase control makes it possible to obtain uniform switching between units, between phases, and within phases (see, for example, JP-A-2005-278266).
この点、本実施形態ではキャリア信号を互いに異なる位相とすることで、等価的に高いキャリア周波数のPWMインバータ出力を得る。 In this regard, in the present embodiment, the carrier signals are set to have different phases, thereby obtaining a PWM inverter output having an equivalently high carrier frequency.
図2は、2レベルインバータのキャリアと出力電圧の関係を示す。PWMインバータの電圧指令とキャリア信号との大小比較によりPWMインバータのゲート信号(出力相電圧)が生成され、このオン期間がPWM出力電圧波形になる。 FIG. 2 shows the relationship between the carrier and output voltage of the two-level inverter. The gate signal (output phase voltage) of the PWM inverter is generated by comparing the voltage command of the PWM inverter with the carrier signal, and this ON period becomes the PWM output voltage waveform.
図3は、本実施形態による3直列多重方式のキャリアと出力電圧の関係を示す。同図は、各相の出力キャリアC1〜C3は、互いに60度の位相差を持たせることで、U相のセルユニットU1〜U3を合わせた出力相電圧には1つのセルユニットのキャリア周波数×段数のPWM波形を得、出力電圧の更新タイミングが2レベルインバータの3倍になる。 FIG. 3 shows the relationship between the carrier and output voltage of the three serial multiplexing system according to the present embodiment. The figure shows that the output carriers C1 to C3 of each phase have a phase difference of 60 degrees from each other, so that the output phase voltage of the U phase cell units U1 to U3 is combined with the carrier frequency of one cell unit × The PWM waveform of the number of stages is obtained, and the output voltage update timing is three times that of the two-level inverter.
例えば、690V系のインバータを構成する場合、セルユニットの直流電圧を200V程度にし、3段構成にすることで690V出力インバータとすることができ、各セルのキャリア周波数を8kHzにすると、8kHz×3=24kHzの最終キャリア周波数となる。 For example, when configuring a 690V inverter, the DC voltage of the cell unit is about 200V, and a 690V output inverter can be obtained by using a three-stage configuration. When the carrier frequency of each cell is 8 kHz, 8 kHz × 3 = 24 kHz final carrier frequency.
したがって、本実施形態によれば、直列多重接続段数を多くするほど等価的に高いキャリア周波数にしたPWMインバータ装置が実現され、高応答制御ができる。しかも、高いキャリア周波数化により、以下の作用効果もある。 Therefore, according to the present embodiment, a PWM inverter device having an equivalently higher carrier frequency is realized as the number of serial multiple connection stages is increased, and high response control can be performed. In addition, the following effects can be obtained by increasing the carrier frequency.
(a)出力のPWMリップルが減少するため、ダイナモメータやエレベータのようなPWMリップルによるトルクリップルを小さくしたい用途に対し、有効である。 (A) Since the output PWM ripple decreases, it is effective for applications such as dynamometers and elevators where it is desired to reduce torque ripple due to PWM ripple.
(b)直列多重方式にすることで、キャリア周波数で決まるスイッチング損失を分散することができ、大容量化が容易となる。 (B) By using the serial multiplexing method, switching loss determined by the carrier frequency can be dispersed, and the capacity can be easily increased.
(c)高いキャリア周波数化することで、高回転まで制御が可能となる。従来、高回転での制御を実現するためには、PWMと出力周波数を同期させる同期PWM方式を採用する必要があったが、高いキャリア周波数化することで、非同期PWM方式でも高回転での制御が可能となる。 (C) By increasing the carrier frequency, it is possible to control up to a high speed. Conventionally, in order to realize high-speed control, it has been necessary to employ a synchronous PWM method that synchronizes PWM and output frequency. However, by using a higher carrier frequency, control at high speed is possible even with asynchronous PWM methods. Is possible.
なお、実施形態では3相直列3多重PWMインバータ装置の場合を示すが、6相直列3多重PWMインバータ装置など、多相直列多重PWMインバータ装置に適用して同等の作用効果を得ることができる。 In addition, although the case of a 3 phase series 3 multiplex PWM inverter apparatus is shown in embodiment, it can apply to a multiphase series multiplex PWM inverter apparatus, such as a 6 phase series 3 multiplex PWM inverter apparatus, and can obtain an equivalent effect.
また、キャリア周波数は、固定の場合で説明するが、負荷に応じてキャリア周波数を切替えまたは連続的に変化させることで、スイッチング損失の軽減等を図ることができる。 Although the carrier frequency is described as being fixed, switching loss can be reduced by switching or continuously changing the carrier frequency according to the load.
Motor 交流モータ
U1〜U3,V1〜V3,W1〜W3 セルユニット
TR 入力トランス
Motor AC motor U1-U3, V1-V3, W1-W3 Cell unit TR Input transformer
Claims (1)
交流モータに可変速駆動の交流電流を供給するU、V、W相の各相アームは、インバータ単体構成のセルユニットの出力端をそれぞれ直列多重接続し、同じ相の各セルユニットは互いにPWMキャリア信号の位相をずらしてPWM電圧出力を得、高キャリアを実現できる構成としたことを特徴とするPWMインバータ装置。 A PWM inverter device that drives an AC motor at a variable speed,
The U, V, and W phase phase arms that supply AC current for variable speed drive to the AC motor are connected in series to the output terminals of the cell unit of the inverter unit, and the cell units of the same phase are connected to each other by PWM carriers. A PWM inverter device characterized in that a PWM voltage output is obtained by shifting the phase of a signal and a high carrier can be realized.
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