JP2015089218A - Invertor controller - Google Patents

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竜也 坂本
Tatsuya Sakamoto
竜也 坂本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inverter controller capable of quickly converging an AC voltage generated by an inverter to a target value.SOLUTION: An inverter controller 1 includes: a PWM control part 3; and an adjustment part 4. In the adjustment part 4, an average measured value 63d in one cycle of an AC voltage 5C generated by an inverter 1 is calculated. The adjustment part 4 adjusts the amplitude of a sine wave 20B to generate a sine wave 40 so that the average measured value 63d becomes close to a target value (amplitude target value 61) of the amplitude possessed by an AC voltage. The PWM control part 3 generates PWM signals 11a, 11b by performing PWM modulation of the sine wave 30 obtained by changing a reference potential of the sine wave 40.

Description

本発明は、インバータ制御装置に関する。   The present invention relates to an inverter control device.

直流電圧を変換して交流電圧を生成するインバータの制御方式として、PWM(Pulse Width Modulation)方式が知られている。PWM方式では、インバータ内のスイッチング素子のオンオフを制御するために、PWM信号が、正弦波や交流電流の電流指令値などを搬送波と比較することにより生成される。   A PWM (Pulse Width Modulation) method is known as a control method for an inverter that converts a DC voltage to generate an AC voltage. In the PWM method, a PWM signal is generated by comparing a sine wave, a current command value of an alternating current, or the like with a carrier wave in order to control on / off of a switching element in the inverter.

特許文献1には、インバータ回路をPWM方式を用いて制御する電力変換装置が開示されている。   Patent Document 1 discloses a power converter that controls an inverter circuit using a PWM method.

この電力変換装置は、交流電流が一定の電流となるように、インバータ回路から出力された交流電流の検出値をフィードバックする。具体的には、この電力変換装置は、電流指令値から交流電流の検出値を減算して誤差を計算し、その計算された誤差を用いた比例積分制御により信号波を生成する。この電力変換装置は、その生成された信号波を搬送波と比較してゲート駆動信号を生成し、インバータ回路内のスイッチング素子に供給する。   This power converter feeds back the detected value of the alternating current output from the inverter circuit so that the alternating current becomes a constant current. Specifically, this power converter calculates an error by subtracting the detected value of the alternating current from the current command value, and generates a signal wave by proportional-integral control using the calculated error. This power converter compares the generated signal wave with a carrier wave, generates a gate drive signal, and supplies it to a switching element in the inverter circuit.

しかし、比例積分制御は、直流電流の制御など、指令値のレベルが一定であることを前提としている。この理由は、比例積分制御回路を含むフィードバック制御装置の応答速度がその装置に固有の定数(制御周期、遅延時間など)に依存しており、応答速度をゼロにすることができないためである。従って、信号指令値のレベルが応答速度よりも速く変動する場合、比例積分制御は、この信号指令値のレベルの変動に応じた信号を生成することができない。つまり、比例積分制御は、時間とともに変動する交流電圧の波形を所望の波形に制御することができないため、交流電圧を目標値に収束させることができない。   However, proportional integral control is based on the premise that the level of the command value is constant, such as control of direct current. This is because the response speed of the feedback control device including the proportional-plus-integral control circuit depends on constants (control period, delay time, etc.) unique to the device, and the response speed cannot be made zero. Therefore, when the level of the signal command value fluctuates faster than the response speed, the proportional-integral control cannot generate a signal according to the fluctuation of the level of the signal command value. In other words, proportional-integral control cannot control the waveform of the alternating voltage that varies with time to a desired waveform, and therefore cannot converge the alternating voltage to the target value.

特開平6−197546号公報JP-A-6-197546

本発明の目的は、インバータにより生成される交流電圧を速やかに目標値に収束させることができるインバータ制御装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide an inverter control device capable of quickly converging an alternating voltage generated by an inverter to a target value.

本発明に係るインバータ制御装置は、入力波をPWM変調することにより、インバータを制御するPWM信号を生成するPWM制御部と、前記インバータにより生成された交流電圧の所定期間における平均値又は実効値からなる第1代表値が、前記交流電圧が有する振幅の目標値の前記所定期間における平均値又は実効値からなる第2代表値に近づくように、前記入力波の振幅を調整し、その調整された振幅を有する入力波を前記PWM制御部に供給する調整部とを備える。   An inverter control device according to the present invention includes a PWM control unit that generates a PWM signal for controlling an inverter by PWM-modulating an input wave, and an average value or an effective value of an AC voltage generated by the inverter over a predetermined period. The amplitude of the input wave is adjusted so that the first representative value becomes closer to a second representative value consisting of an average value or an effective value of the target value of the amplitude of the AC voltage in the predetermined period. And an adjustment unit that supplies an input wave having an amplitude to the PWM control unit.

この構成によれば、インバータにより生成された交流電圧の所定期間あたりの平均値又は実効値が交流電圧の振幅の目標値の所定期間あたりの平均値又は実効値に近づくように、入力波の振幅が調整され、その調整された振幅を有する入力波がPWM変調される。交流電圧の周期は、入力波の周期と同じであるため、入力波が有する振幅は、入力波の1周期単位で調整される。この結果、交流電圧の実測値をフィードバックすることにより生じる遅延の影響を防ぐことができるため、交流電圧を速やかに目標値に収束させることができる。   According to this configuration, the amplitude of the input wave is such that the average value or effective value per predetermined period of the AC voltage generated by the inverter approaches the average value or effective value per predetermined period of the target value of the AC voltage amplitude. Are adjusted, and the input wave having the adjusted amplitude is PWM-modulated. Since the cycle of the AC voltage is the same as the cycle of the input wave, the amplitude of the input wave is adjusted in units of one cycle of the input wave. As a result, the influence of the delay caused by feeding back the measured value of the AC voltage can be prevented, so that the AC voltage can be quickly converged to the target value.

また、前記調整部は、前記交流電圧の実測値から前記第1代表値を計算する第1計算部と、比例制御及び積分制御を用いて、前記入力波の振幅を調整するための調整値を、前記第2代表値から前記第1代表値を減算した差分値から生成するPI制御部と、前記調整値を用いて前記入力波の振幅を調整する振幅調整部とを備える。   Further, the adjustment unit uses a first calculation unit that calculates the first representative value from the measured value of the AC voltage, and an adjustment value for adjusting the amplitude of the input wave using proportional control and integral control. A PI control unit that generates a difference value obtained by subtracting the first representative value from the second representative value, and an amplitude adjustment unit that adjusts the amplitude of the input wave using the adjustment value.

この構成によれば、第1代表値及び第2代表値を用いた比例積分制御により、入力波の振幅を調整することができる。   According to this configuration, the amplitude of the input wave can be adjusted by proportional-integral control using the first representative value and the second representative value.

また、本発明に係るインバータ制御装置は、さらに、振幅の目標値から第2代表値を計算する第2計算部を備える。   The inverter control device according to the present invention further includes a second calculation unit that calculates the second representative value from the target value of the amplitude.

この構成によれば、振幅の目標値が変更されても、変更された目標値に対応する第2代表値が生成されるため、変更された目標値に応じた交流電圧を速やかに生成することができる。   According to this configuration, even if the target value of the amplitude is changed, the second representative value corresponding to the changed target value is generated, so that an alternating voltage corresponding to the changed target value is quickly generated. Can do.

本発明の実施の形態に係るインバータ制御装置を用いた電力変換システムの構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the power conversion system using the inverter control apparatus which concerns on embodiment of this invention. 図1に示すインバータ制御装置の構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structure of the inverter control apparatus shown in FIG. 従来のインバータ制御装置を用いてインバータを制御したときに生成される交流電圧の時間変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time change of the alternating voltage produced | generated when controlling an inverter using the conventional inverter control apparatus. 図1に示すインバータ制御装置を用いてインバータを制御したときに生成される交流電圧の時間変化の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the time change of the alternating voltage produced | generated when controlling an inverter using the inverter control apparatus shown in FIG. 図1に示すインバータ制御装置を用いてインバータを制御したときに生成される交流電圧の時間変化の他の例を示すグラフである。It is a graph which shows the other example of the time change of the alternating voltage produced | generated when controlling an inverter using the inverter control apparatus shown in FIG. 図5Aに示す交流電圧が生成されるときに用いられる平均目標値及び平均実測値の時間変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time change of the average target value and average measured value which are used when the alternating voltage shown to FIG. 5A is produced | generated. 図1に示すインバータ制御装置を用いてインバータを制御したときに生成される交流電圧の時間変化の他の例を示すグラフである。It is a graph which shows the other example of the time change of the alternating voltage produced | generated when controlling an inverter using the inverter control apparatus shown in FIG. 図6Aに示す交流電圧が生成されるときに用いられる平均目標値及び平均実測値の時間変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time change of the average target value and average measured value which are used when the alternating voltage shown to FIG. 6A is produced | generated.

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.

[1.電力変換システムの構成]
図1は、本実施の形態に係るインバータ制御装置1を用いた電力変換システム100の構成を示す概略図である。図1に示すように、電力変換システム100は、インバータ制御装置1と、インバータ5と、直流電源6と、電圧計7とを備える。
[1. Configuration of power conversion system]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a power conversion system 100 using the inverter control device 1 according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the power conversion system 100 includes an inverter control device 1, an inverter 5, a DC power supply 6, and a voltmeter 7.

インバータ5は、直流電圧5Aを変換して交流電圧5Bを生成し、交流電圧5Bを平滑化した交流電圧5Cを負荷(図示省略)に供給する。   The inverter 5 converts the DC voltage 5A to generate an AC voltage 5B, and supplies the AC voltage 5C obtained by smoothing the AC voltage 5B to a load (not shown).

電圧計7は、交流電圧5Cを計測し、交流電圧5Cの実測値43aをインバータ制御装置1に供給する。   The voltmeter 7 measures the AC voltage 5 </ b> C and supplies the actual measurement value 43 a of the AC voltage 5 </ b> C to the inverter control device 1.

インバータ制御装置1は、PWM方式を用いてインバータ5を制御する。インバータ制御装置1は、実測値43aを用いて、インバータ5内のスイッチング素子51a及び52aのオンオフを制御するためのPWM信号11a及び11bを生成する。   The inverter control device 1 controls the inverter 5 using the PWM method. The inverter control device 1 generates PWM signals 11a and 11b for controlling on / off of the switching elements 51a and 52a in the inverter 5 using the measured value 43a.

[1.1.インバータ5の構成]
インバータ5は、ハーフブリッジ回路50と、ローパスフィルタ55とを備える。ハーフブリッジ回路50は、直流電源6から供給される直流電圧5Aを変換して交流電圧5Bを生成する。交流電圧5Bは、矩形波である。ローパスフィルタ55は、交流電圧5Bに含まれる高周波成分を除去して、平滑化された交流電圧5Cを生成する。交流電圧5Cは、インバータ5の出力端子58及び59から、負荷(図示省略)に供給される。
[1.1. Configuration of inverter 5]
The inverter 5 includes a half bridge circuit 50 and a low pass filter 55. The half bridge circuit 50 converts the DC voltage 5A supplied from the DC power supply 6 to generate an AC voltage 5B. The AC voltage 5B is a rectangular wave. The low-pass filter 55 removes high-frequency components contained in the AC voltage 5B and generates a smoothed AC voltage 5C. The AC voltage 5C is supplied from the output terminals 58 and 59 of the inverter 5 to a load (not shown).

ハーフブリッジ回路50は、直流電源6の両端に直列に接続されたアーム51及び52を備える。アーム51は、直流電源6の高電位側に接続され、アーム52は、直流電源6の低電位側に接続される。端子53aが、アーム51とアーム52との間に設けられる。端子53bが、アーム52と直流電源6との間に設けられ、出力端子59に接続される。   The half bridge circuit 50 includes arms 51 and 52 connected in series to both ends of the DC power supply 6. The arm 51 is connected to the high potential side of the DC power supply 6, and the arm 52 is connected to the low potential side of the DC power supply 6. A terminal 53 a is provided between the arm 51 and the arm 52. A terminal 53 b is provided between the arm 52 and the DC power supply 6 and connected to the output terminal 59.

アーム51は、スイッチング素子51aと、スイッチング素子51aと逆並列に接続されるダイオード51bとを備える。アーム52は、スイッチング素子52aと、スイッチング素子52aと逆並列に接続されるダイオード52bとを備える。スイッチング素子51a及び52aは、例えば、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)である。   The arm 51 includes a switching element 51a and a diode 51b connected in reverse parallel to the switching element 51a. The arm 52 includes a switching element 52a and a diode 52b connected in antiparallel with the switching element 52a. The switching elements 51a and 52a are, for example, MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors).

ローパスフィルタ55は、コイル56と、コンデンサ57とを備える。コイル56の一端は、ハーフブリッジ回路50の端子53aに接続され、コイル56の他端は、インバータ5の出力端子58に接続される。コンデンサ57の一端は、コイル56の他端及び出力端子58に接続され、コンデンサ57の他端は、端子53b及びインバータ5の出力端子59に接続される。端子53b及び出力端子59は、接地される。   The low pass filter 55 includes a coil 56 and a capacitor 57. One end of the coil 56 is connected to the terminal 53 a of the half bridge circuit 50, and the other end of the coil 56 is connected to the output terminal 58 of the inverter 5. One end of the capacitor 57 is connected to the other end of the coil 56 and the output terminal 58, and the other end of the capacitor 57 is connected to the terminal 53 b and the output terminal 59 of the inverter 5. The terminal 53b and the output terminal 59 are grounded.

[1.2.インバータ制御装置1の構成]
図2は、インバータ制御装置1の構成を示す機能ブロック図である。図2に示すように、インバータ制御装置1は、対象波生成部2と、PWM制御部3と、調整部4とを備える。
[1.2. Configuration of Inverter Control Device 1]
FIG. 2 is a functional block diagram showing the configuration of the inverter control device 1. As shown in FIG. 2, the inverter control device 1 includes a target wave generation unit 2, a PWM control unit 3, and an adjustment unit 4.

対象波生成部2は、PWM変調の対象となる正弦波20Bを生成する。調整部4は、正弦波20Bが有する振幅を調整して、正弦波40を生成する。PWM制御部3は、調整部4から供給される正弦波40をPWM変調して、PWM信号11a及び11bを生成する。PWM信号11aは、スイッチング素子51aのゲートに供給され、PWM信号11bは、スイッチング素子52aのゲートに供給される。   The target wave generator 2 generates a sine wave 20B that is a target of PWM modulation. The adjustment unit 4 adjusts the amplitude of the sine wave 20B to generate the sine wave 40. The PWM control unit 3 performs PWM modulation on the sine wave 40 supplied from the adjustment unit 4 to generate PWM signals 11a and 11b. The PWM signal 11a is supplied to the gate of the switching element 51a, and the PWM signal 11b is supplied to the gate of the switching element 52a.

対象波生成部2は、正弦波生成器21と、演算器22とを備える。   The target wave generation unit 2 includes a sine wave generator 21 and a calculator 22.

正弦波生成器21は、インバータ制御装置1に供給されるのこぎり波66を用いて、正弦波20Aを生成する。   The sine wave generator 21 generates a sine wave 20 </ b> A using the sawtooth wave 66 supplied to the inverter control device 1.

演算器22は、インバータ制御装置1に供給される振幅目標値61を正弦波20Aに乗算して、正弦波20Bを生成する。振幅目標値61は、交流電圧5Cが有する振幅の目標レベルを示す。正弦波20Bが、PWM変調の対象となる信号である。   The calculator 22 multiplies the sine wave 20A by the amplitude target value 61 supplied to the inverter control device 1 to generate the sine wave 20B. The amplitude target value 61 indicates the target level of the amplitude of the AC voltage 5C. The sine wave 20B is a signal subject to PWM modulation.

PWM制御部3は、演算器31と、搬送波生成部32と、比較器33と、NOT回路34とを備える。   The PWM control unit 3 includes an arithmetic unit 31, a carrier wave generation unit 32, a comparator 33, and a NOT circuit 34.

演算器31は、交流電圧5B及び5Cの基準電位を正弦波40に加算して、正弦波30を生成する。この結果、正弦波40は、基準電位を中心にして、振幅目標値61が示す振幅で変動する信号となる。   The computing unit 31 adds the reference potentials of the AC voltages 5B and 5C to the sine wave 40 to generate the sine wave 30. As a result, the sine wave 40 becomes a signal that varies with the amplitude indicated by the amplitude target value 61 with the reference potential as the center.

搬送波生成部32は、PWM変調に用いられる搬送波35を生成する。比較器33は、正弦波30を搬送波35と比較することにより、PWM信号11aを生成する。NOT回路34は、PWM信号11aの論理レベルを反転させてPWM信号11bを生成する。   The carrier wave generation unit 32 generates a carrier wave 35 used for PWM modulation. The comparator 33 generates the PWM signal 11 a by comparing the sine wave 30 with the carrier wave 35. The NOT circuit 34 inverts the logic level of the PWM signal 11a to generate the PWM signal 11b.

調整部4は、平均計算部41,42と、演算器43,44と、PI制御部45とを備える。   The adjustment unit 4 includes average calculation units 41 and 42, calculators 43 and 44, and a PI control unit 45.

平均計算部41は、振幅目標値61を用いて、平均目標値62を計算する。平均目標値62は、交流電圧5Cの1周期における振幅目標値61の平均である。   The average calculation unit 41 calculates the average target value 62 using the amplitude target value 61. The average target value 62 is an average of the amplitude target values 61 in one cycle of the AC voltage 5C.

平均計算部42は、電圧計7から供給される実測値43aを用いて、平均実測値63dを計算する。平均実測値63dは、交流電圧5Cの1周期における実測値43aの平均である。平均計算部42の構成の詳細については、後述する。   The average calculation unit 42 calculates the average actual measurement value 63d using the actual measurement value 43a supplied from the voltmeter 7. The average measured value 63d is the average of the measured values 43a in one cycle of the AC voltage 5C. Details of the configuration of the average calculator 42 will be described later.

演算器43は、平均目標値62から平均実測値63dを減算して差分値64を生成し、その生成された差分値64をPI制御部45に供給する   The computing unit 43 generates a difference value 64 by subtracting the average measured value 63d from the average target value 62, and supplies the generated difference value 64 to the PI control unit 45.

PI制御部45は、差分値64に基づく比例制御及び積分制御を実行して、調整値65を生成する。調整値65は、変調の対象となる正弦波20Bが有する振幅を調整するために用いられる。   The PI control unit 45 executes proportional control and integral control based on the difference value 64 to generate an adjustment value 65. The adjustment value 65 is used to adjust the amplitude of the sine wave 20B to be modulated.

演算器44は、調整値65を正弦波20Bに乗算することにより、正弦波20Bの振幅を調整する。振幅が調整された正弦波20Bは、正弦波40としてPWM制御部3に供給される。   The computing unit 44 adjusts the amplitude of the sine wave 20B by multiplying the sine wave 20B by the adjustment value 65. The sine wave 20 </ b> B whose amplitude is adjusted is supplied to the PWM control unit 3 as a sine wave 40.

次に、平均計算部42の構成を説明する。平均計算部42は、演算器421と、絶対値変換部422と、積分部423と、除算部424と、ラッチ回路425とを備える。   Next, the configuration of the average calculation unit 42 will be described. The average calculation unit 42 includes an arithmetic unit 421, an absolute value conversion unit 422, an integration unit 423, a division unit 424, and a latch circuit 425.

演算器421は、基準電位を実測値43aから減算することにより、差分値63aを生成する。差分値63aは、0Vを示すレベルを中心に変動する交流を示す。絶対値変換部422は、差分値63aから、差分値63aの絶対値63bを得る。   The computing unit 421 generates a difference value 63a by subtracting the reference potential from the actual measurement value 43a. The difference value 63a indicates alternating current that fluctuates around a level indicating 0V. The absolute value conversion unit 422 obtains the absolute value 63b of the difference value 63a from the difference value 63a.

積分部423は、交流電圧5Cの1周期にわたって継続的に入力される絶対値63bを積分して、積分値63cを生成する。除算部424は、積分値63cを交流電圧5Cの周期で除算することにより、平均実測値63dを生成する。   The integrating unit 423 integrates the absolute value 63b that is continuously input over one period of the AC voltage 5C to generate an integrated value 63c. The division unit 424 generates the average measured value 63d by dividing the integral value 63c by the period of the AC voltage 5C.

ラッチ回路425は、除算部424により生成された平均実測値63dをラッチする。ラッチ回路425は、のこぎり波66の1周期を経過するたびに、ラッチした平均実測値63dを演算器43に供給するとともに、除算部424により新たに生成された平均実測値63dをラッチする。   The latch circuit 425 latches the average actual measurement value 63 d generated by the division unit 424. Each time one period of the sawtooth wave 66 elapses, the latch circuit 425 supplies the latched average actual measurement value 63d to the computing unit 43 and latches the average actual measurement value 63d newly generated by the division unit 424.

[2.正弦波の振幅の調整]
図3は、従来のインバータ制御装置を使用した場合における、交流電圧5Cのシミュレーション結果を示すグラフである。従来のインバータ制御装置は、図2に示すインバータ制御装置1において調整部4を除いた構成を有する。図4は、図2に示すインバータ制御装置1が調整部4を使用した場合における、交流電圧5Cのシミュレーション結果を示すグラフである。
[2. Adjustment of amplitude of sine wave]
FIG. 3 is a graph showing a simulation result of the AC voltage 5C when a conventional inverter control device is used. The conventional inverter control device has a configuration in which the adjustment unit 4 is excluded from the inverter control device 1 shown in FIG. FIG. 4 is a graph showing a simulation result of the AC voltage 5C when the inverter control device 1 shown in FIG.

図3及び図4において、交流電圧5Cの基準電位を350V、振幅目標値61を100Vに設定した上で、交流電圧5Cの時間変化をシミュレーションした。   3 and 4, the reference potential of the AC voltage 5C is set to 350 V and the amplitude target value 61 is set to 100 V, and then the time change of the AC voltage 5C is simulated.

図3に示すように、従来のインバータ制御装置1を使用してインバータ5を制御した場合、交流電圧5Cの振幅が、100Vに収束することなく、変動を続ける。この変動は、インバータ1の動作温度の影響や、ローパスフィルタ55内のコイル56が有するリアクタンス成分などを原因として発生する。   As shown in FIG. 3, when the inverter 5 is controlled using the conventional inverter control device 1, the amplitude of the AC voltage 5C continues to fluctuate without converging to 100V. This variation occurs due to the influence of the operating temperature of the inverter 1, the reactance component of the coil 56 in the low-pass filter 55, and the like.

インバータ制御装置1が、調整部4ではなく、通常のフィードバック方式を用いて正弦波の信号レベルを調整した場合においても、図3と同様に、交流電圧5Cの振幅が変動を続けると考えられる。   Even when the inverter control device 1 adjusts the signal level of the sine wave using the normal feedback method instead of the adjustment unit 4, it is considered that the amplitude of the AC voltage 5 </ b> C continues to fluctuate as in FIG. 3.

通常のフィードバック方式では、実測値43aと振幅目標値61との差分値に基づくPI制御を実行することにより、交流電圧5Cの振幅が振幅目標値61に一致させるための調整値が生成される。   In a normal feedback method, an adjustment value for making the amplitude of the AC voltage 5C coincide with the amplitude target value 61 is generated by executing PI control based on the difference value between the actual measurement value 43a and the amplitude target value 61.

このとき、交流電圧5Cが検出されてから調整値が生成されるまでの期間が、遅延に相当する。この遅延により、調整値により振幅が調整される正弦波20Bの位相は、交流電圧5Cが検出されたタイミングにおける交流電圧5Cの位相と一致しない。つまり、正弦波20Bの振幅は、交流電圧5Cの振幅が振幅目標値61に一致するように調整されない。クこの結果、交流電圧5Cの振幅を振幅目標値61に一致させることができず、交流電圧5Cの振幅が変動し続けることになる。   At this time, a period from when the AC voltage 5C is detected until the adjustment value is generated corresponds to a delay. Due to this delay, the phase of the sine wave 20B whose amplitude is adjusted by the adjustment value does not match the phase of the AC voltage 5C at the timing when the AC voltage 5C is detected. That is, the amplitude of the sine wave 20 </ b> B is not adjusted so that the amplitude of the AC voltage 5 </ b> C matches the amplitude target value 61. As a result, the amplitude of the AC voltage 5C cannot be matched with the amplitude target value 61, and the amplitude of the AC voltage 5C continues to fluctuate.

これに対して、インバータ制御装置1が調整部4を用いて調整値65を生成して、正弦波20Bの振幅を調整した場合、図4に示すように、交流電圧5Cの振幅を速やかに振幅目標値61(100V)に近づけることができる。   On the other hand, when the inverter control device 1 generates the adjustment value 65 using the adjustment unit 4 and adjusts the amplitude of the sine wave 20B, the amplitude of the AC voltage 5C is quickly increased as shown in FIG. It can be close to the target value 61 (100 V).

調整部4において、平均計算部42は、交流電圧5Cの実測値43aの1周期あたりの平均である平均実測値63dを計算し、平均実測値63dを正弦波20Bの1周期単位で出力する。調整部4は、平均目標値62及び平均実測値63dに基づくPI制御を実行して、平均実測値63dを平均目標値62に近づけるための調整値65を生成する。正弦波20Bの振幅は、その生成された調整値65を正弦波20Bに乗算することにより調整される。   In the adjustment unit 4, the average calculation unit 42 calculates an average actual measurement value 63d that is an average per one cycle of the actual measurement value 43a of the AC voltage 5C, and outputs the average actual measurement value 63d in units of one cycle of the sine wave 20B. The adjustment unit 4 executes PI control based on the average target value 62 and the average actual measurement value 63d, and generates an adjustment value 65 for bringing the average actual measurement value 63d close to the average target value 62. The amplitude of the sine wave 20B is adjusted by multiplying the generated adjustment value 65 by the sine wave 20B.

平均実測値63dは、正弦波20Bの1周期ごとに更新されるため、調整値65も、正弦波20Aの1周期ごとに更新される。正弦波20Aの信号レベルは、正弦波20Aの1周期にわたって、同一の調整値65により調整されるため、調整値65により振幅が調整される正弦波20Bの位相と交流電圧5Cが検出されたタイミングにおける交流電圧5Cの位相とのずれの影響を受けない。この結果、正弦波20Aの信号レベルを調整する際に、調整値65の生成に伴う遅延による影響を抑制することができるため、インバータ制御装置1は、交流電圧5Cの振幅を速やかに振幅目標値61に近づけることができる。   Since the average actual measurement value 63d is updated every cycle of the sine wave 20B, the adjustment value 65 is also updated every cycle of the sine wave 20A. Since the signal level of the sine wave 20A is adjusted by the same adjustment value 65 over one cycle of the sine wave 20A, the phase of the sine wave 20B whose amplitude is adjusted by the adjustment value 65 and the timing at which the AC voltage 5C is detected. Is not affected by the deviation from the phase of the AC voltage 5C. As a result, when adjusting the signal level of the sine wave 20A, it is possible to suppress the influence due to the delay associated with the generation of the adjustment value 65, so that the inverter control device 1 quickly sets the amplitude of the AC voltage 5C to the amplitude target value. 61.

[3.インバータ制御装置1の動作]
[3.1.対象波生成部2の動作]
対象波生成部2において、正弦波生成器21は、のこぎり波66の供給を受け、のこぎり波66と同一の周波数を有する正弦波20Aを生成する。つまり、のこぎり波66は、交流電圧5Cの周波数を指示する周波数指令信号として用いられる。正弦波20Aが有する振幅は、正弦波生成器21に予め設定された所定の振幅を有する。
[3. Operation of inverter control device 1]
[3.1. Operation of target wave generator 2]
In the target wave generation unit 2, the sine wave generator 21 receives the supply of the sawtooth wave 66 and generates a sine wave 20 </ b> A having the same frequency as the sawtooth wave 66. That is, the sawtooth wave 66 is used as a frequency command signal that indicates the frequency of the AC voltage 5C. The amplitude of the sine wave 20 </ b> A has a predetermined amplitude preset in the sine wave generator 21.

演算器22は、振幅目標値61を正弦波20Aに乗算することにより、PWM変調の対象となる正弦波20Bを生成する。後述するように、正弦波20Bの振幅が、1周期単位で調整部4により調整される。   The calculator 22 multiplies the sine wave 20A by the amplitude target value 61 to generate a sine wave 20B to be subjected to PWM modulation. As will be described later, the amplitude of the sine wave 20B is adjusted by the adjustment unit 4 in units of one cycle.

[3.2.調整部4の動作]
平均計算部42において、演算器421は、電圧計7から供給される交流電圧5Cの実測値43aから、基準電位を減算して、差分値63aを生成する。絶対値変換部422は、差分値63aから、差分値63aの絶対値63bを得る。
[3.2. Operation of adjusting unit 4]
In the average calculator 42, the calculator 421 generates a difference value 63a by subtracting the reference potential from the measured value 43a of the AC voltage 5C supplied from the voltmeter 7. The absolute value conversion unit 422 obtains the absolute value 63b of the difference value 63a from the difference value 63a.

積分部423は、絶対値63bを積分して積分値63cを生成する。積分部423は、積分部423に供給されるのこぎり波66に応じて、積分値63cをのこぎり波66の1周期ごとに除算部424に供給する。その後、積分部423は、積分値63cをクリアした上で、絶対値63bの積分を再開する。交流電圧5Cの周波数は、のこぎり波66の周波数に一致するため、除算部424に供給される積分値63cは、交流電圧5Cの1周期にわたり絶対値63bを積分した数値と等しい。   The integrator 423 integrates the absolute value 63b to generate an integrated value 63c. In accordance with the sawtooth wave 66 supplied to the integrator 423, the integrator 423 supplies the integral value 63 c to the divider 424 for each cycle of the sawtooth wave 66. Thereafter, the integration unit 423 clears the integration value 63c and restarts the integration of the absolute value 63b. Since the frequency of the AC voltage 5C matches the frequency of the sawtooth wave 66, the integral value 63c supplied to the division unit 424 is equal to a numerical value obtained by integrating the absolute value 63b over one period of the AC voltage 5C.

除算部424は、積分部423から供給される積分値63cをのこぎり波66の周期で除算することにより、平均実測値63dを生成する。その生成された平均実測値63dは、ラッチ回路425によりラッチされる。ラッチ回路425は、のこぎり波66の供給を受け、のこぎり波66の1周期が経過するたびに、平均実測値63dを演算器43に供給する。   The division unit 424 generates the average measured value 63d by dividing the integration value 63c supplied from the integration unit 423 by the period of the sawtooth wave 66. The generated average measured value 63d is latched by the latch circuit 425. The latch circuit 425 receives the supply of the sawtooth wave 66, and supplies the average measured value 63 d to the computing unit 43 every time one period of the sawtooth wave 66 elapses.

平均計算部41は、振幅目標値61を(2/π)倍することにより、変調の対象となる正弦波20Bが有する振幅(振幅目標値61)の1周期あたりの平均値(平均目標値62)を計算する。この理由は、正弦波の(1/2)周期における定積分の絶対値が、1/πであるためである。   The average calculation unit 41 multiplies the amplitude target value 61 by (2 / π) to thereby obtain an average value (average target value 62) per cycle of the amplitude (amplitude target value 61) of the sine wave 20B to be modulated. ). This is because the absolute value of the definite integral in the (1/2) period of the sine wave is 1 / π.

演算器43は、平均目標値62から平均実測値63dを減算して差分値64を生成する。PI制御部45は、差分値64に基づくPI制御を実行して、平均実測値63dを平均目標値62に近づけるための調整値65を生成する。   The calculator 43 subtracts the average measured value 63d from the average target value 62 to generate a difference value 64. The PI control unit 45 executes PI control based on the difference value 64 and generates an adjustment value 65 for bringing the average actual measurement value 63 d closer to the average target value 62.

上述のように、積分値63cが交流電圧5Cの1周期ごとに積分部423から出力されるため、平均実測値63dは、交流電圧5Cの1周期ごとに生成される。また、平均目標値62は、振幅目標値61が変更されない限り、一定である。従って、PI制御部45から出力される調整値65は、交流電圧5C(正弦波20B)の1周期ごとに更新されることになる。   As described above, since the integration value 63c is output from the integration unit 423 for each cycle of the AC voltage 5C, the average measured value 63d is generated for each cycle of the AC voltage 5C. The average target value 62 is constant unless the amplitude target value 61 is changed. Therefore, the adjustment value 65 output from the PI control unit 45 is updated every cycle of the AC voltage 5C (sine wave 20B).

演算器44は、PI制御部45から供給される調整値65を、PWM変調の対象となる正弦波20Bに乗算することにより、正弦波20Bのレベルを調整する。調整値65は、正弦波20Bの1周期にわたり一定であるため、正弦波20Bの信号レベルは、1周期にわたり同一の条件で調整されることになる。演算器44は、調整値65を正弦波20Bに乗算した結果として、正弦波40をPWM制御部3に供給する。   The computing unit 44 adjusts the level of the sine wave 20B by multiplying the sine wave 20B to be subjected to PWM modulation by the adjustment value 65 supplied from the PI control unit 45. Since the adjustment value 65 is constant over one period of the sine wave 20B, the signal level of the sine wave 20B is adjusted under the same conditions over one period. The computing unit 44 supplies the sine wave 40 to the PWM control unit 3 as a result of multiplying the sine wave 20B by the adjustment value 65.

[3.3.PWM制御部3の動作]
演算器31は、基準電位を調整部4から供給される正弦波40に加算する。搬送波生成部32は、のこぎり波66と同じ周波数を有し、正弦波40と同位相の搬送波35を生成する。図2に示していないが、搬送波生成部32は、上記の条件を満たす搬送波35を生成するために、のこぎり波66の供給を受ければよい。
[3.3. Operation of PWM control unit 3]
The calculator 31 adds the reference potential to the sine wave 40 supplied from the adjustment unit 4. The carrier wave generation unit 32 generates a carrier wave 35 having the same frequency as the sawtooth wave 66 and having the same phase as the sine wave 40. Although not shown in FIG. 2, the carrier generation unit 32 may be supplied with the sawtooth wave 66 in order to generate the carrier 35 that satisfies the above conditions.

比較器33は、正弦波40を搬送波35と比較することにより、PWM信号11aを生成する。正弦波40のレベルが搬送波35のレベル以上であるとき、比較器33は、論理レベル「1」のPWM信号11aを生成する。正弦波40のレベルが搬送波35のレベルよりも低い場合、比較器33は、論理レベル「0」のPWM信号11aを生成する。比較器33は、PWM信号11aをインバータ5内のスイッチング素子51aのゲート及びNOT回路34に供給する。   The comparator 33 generates the PWM signal 11 a by comparing the sine wave 40 with the carrier wave 35. When the level of the sine wave 40 is equal to or higher than the level of the carrier wave 35, the comparator 33 generates a PWM signal 11a having a logic level “1”. When the level of the sine wave 40 is lower than the level of the carrier wave 35, the comparator 33 generates a PWM signal 11a having a logic level “0”. The comparator 33 supplies the PWM signal 11 a to the gate of the switching element 51 a in the inverter 5 and the NOT circuit 34.

NOT回路34は、PWM信号11aの論理レベルを反転させることにより、PWM信号11bを生成する。その生成されたPWM信号11bは、インバータ5内のスイッチング素子52aのゲートに供給される。   The NOT circuit 34 generates the PWM signal 11b by inverting the logic level of the PWM signal 11a. The generated PWM signal 11 b is supplied to the gate of the switching element 52 a in the inverter 5.

[4.シミュレーション結果]
以下、インバータ制御装置1及びインバータ5の動作をシミュレーションした結果について説明する。
[4. simulation result]
Hereinafter, the result of simulating the operation of the inverter control device 1 and the inverter 5 will be described.

図5A及び図5Bは、振幅目標値61を一定にした場合における、インバータ制御装置1及びインバータ5のシミュレーション結果を示すグラフである。図5Aは、交流電圧5Cの時間変化を示すグラフである。図5Bは、平均目標値62及び平均実測値63dの時間変化を示すグラフである。   5A and 5B are graphs showing simulation results of the inverter control device 1 and the inverter 5 when the amplitude target value 61 is constant. FIG. 5A is a graph showing a time change of the AC voltage 5C. FIG. 5B is a graph showing temporal changes in the average target value 62 and the average actual measurement value 63d.

シミュレーションの条件として、直流電圧5Aを700V、交流電圧5B及び5Cの基準電圧を350Vに設定した。つまり、演算器31及び421に供給される基準電位は、350Vである。また、振幅目標値61を100V、のこぎり波66及び搬送波35の周波数を2kHzに設定した。   As simulation conditions, the DC voltage 5A was set to 700V, and the reference voltages of the AC voltages 5B and 5C were set to 350V. That is, the reference potential supplied to the calculators 31 and 421 is 350V. The amplitude target value 61 was set to 100 V, and the frequencies of the sawtooth wave 66 and the carrier wave 35 were set to 2 kHz.

図5Aに示すように、インバータ制御装置1がインバータ5の制御を開始した後に、交流電圧5Cの振幅は、徐々に増加し、2ミリ秒が経過するまでに振動を繰り返す。そして、2ミリ秒を経過した後に、交流電圧5Cの振幅は、100Vに収束する。   As shown in FIG. 5A, after the inverter control device 1 starts control of the inverter 5, the amplitude of the AC voltage 5C gradually increases and repeats vibration until 2 milliseconds elapse. Then, after 2 milliseconds have elapsed, the amplitude of the AC voltage 5C converges to 100V.

図5Bに示すように、振幅目標値61が100Vで一定であるため、平均目標値62も、同様に一定となる。平均実測値63dは、インバータ5の制御を開始してから徐々に増加し、平均目標値62に近づく。そして、平均実測値63dは、2ミリ秒を経過した後に、平均目標値62とほぼ同じとなる。   As shown in FIG. 5B, since the amplitude target value 61 is constant at 100 V, the average target value 62 is similarly constant. The average actual measurement value 63d gradually increases after the control of the inverter 5 is started, and approaches the average target value 62. The average measured value 63d becomes substantially the same as the average target value 62 after 2 milliseconds have elapsed.

図6A及び図6Bは、インバータ制御装置1を用いてインバータ5を制御している最中に、振幅目標値61を変更した場合におけるインバータ制御装置1及びインバータ5のシミュレーション結果を示すグラフである。図6Aは、交流電圧5Cの時間変化を示すグラフである。図6Bは、平均目標値62及び平均実測値63dの時間変化を示すグラフである。   6A and 6B are graphs showing simulation results of the inverter control device 1 and the inverter 5 when the amplitude target value 61 is changed while the inverter 5 is controlled using the inverter control device 1. FIG. 6A is a graph showing a time change of the AC voltage 5C. FIG. 6B is a graph showing temporal changes in the average target value 62 and the average actual measurement value 63d.

シミュレーションの初期条件は、振幅目標値61を一定にした場合のシミュレーションの条件と同様である。すなわち、振幅目標値61を100Vに設定し、その後、振幅目標値61を50Vに変更した。   The initial conditions of the simulation are the same as the simulation conditions when the amplitude target value 61 is constant. That is, the amplitude target value 61 was set to 100V, and then the amplitude target value 61 was changed to 50V.

図6A及び図6Bにおいて、時間が1ミリ秒のときに、振幅目標値61を変更している。この結果、図6Aに示すように、交流電圧5Cの振幅は、100Vから徐々に小さくなる。交流電圧5Cの振幅は、時刻が4ミリ秒のときに、ほぼ50Vで安定する。   6A and 6B, the target amplitude value 61 is changed when the time is 1 millisecond. As a result, as shown in FIG. 6A, the amplitude of the AC voltage 5C gradually decreases from 100V. The amplitude of the AC voltage 5C is stabilized at approximately 50 V when the time is 4 milliseconds.

図6Bに示すように、平均目標値62は、振幅目標値61とともに変化する。平均実測値63dは、振幅目標値61を変更した後に急激に低下し、平均目標値62に近づく。そして、平均実測値63dは、時刻が4ミリ秒のときに、平均目標値62とほぼ同じとなる。   As shown in FIG. 6B, the average target value 62 varies with the amplitude target value 61. The average actual measurement value 63 d rapidly decreases after changing the amplitude target value 61 and approaches the average target value 62. The average measured value 63d is substantially the same as the average target value 62 when the time is 4 milliseconds.

以上説明したように、インバータ制御装置1は、インバータ5から出力される交流電圧5Cの1周期における平均値(平均実測値63d)を計算し、平均実測値63dが交流電圧5Cの振幅目標値61の上記1周期における平均値(平均目標値62)に近づくように、正弦波40の振幅を制御する。これにより、インバータ5から出力される交流電圧5Cの振幅を速やかに所望のレベル(振幅目標値61)に制御することが可能となる。   As described above, the inverter control device 1 calculates the average value (average measured value 63d) in one cycle of the AC voltage 5C output from the inverter 5, and the average measured value 63d is the amplitude target value 61 of the AC voltage 5C. The amplitude of the sine wave 40 is controlled so as to approach the average value (average target value 62) in the above one period. Thereby, the amplitude of AC voltage 5C output from inverter 5 can be quickly controlled to a desired level (amplitude target value 61).

上記実施の形態において、調整部4において、PI制御部45が、差分値64に基づく比例積分制御を用いて調整値65を生成する例を説明したが、これに限られない。調整部4は、平均目標値62及び平均実測値63dに基づくPID制御を実行して、調整値65を生成してもよい。つまり、調整部4は、平均実測値63dが平均目標値62に近づくように、正弦波20Bの振幅を制御すればよい。   In the said embodiment, although the PI control part 45 demonstrated the example which produces | generates the adjustment value 65 using the proportional integral control based on the difference value 64 in the adjustment part 4, it is not restricted to this. The adjusting unit 4 may generate the adjustment value 65 by executing PID control based on the average target value 62 and the average actual measurement value 63d. That is, the adjustment unit 4 may control the amplitude of the sine wave 20B so that the average measured value 63d approaches the average target value 62.

上記実施の形態において、調整部4は、振幅目標値61から平均目標値62を生成し、実測値43aから平均実測値63dを生成する例を説明したが、これに限られない。調整部4は、実測値43aの実効値を生成し、振幅目標値61を用いて正弦波20Bの実効値を生成してもよい。この場合、調整部4は、実測値43aの実効値が正弦波20Bの実効値に近づくように、正弦波20Bの振幅を制御する。   In the embodiment described above, the adjustment unit 4 generates the average target value 62 from the amplitude target value 61 and generates the average actual measurement value 63d from the actual measurement value 43a. However, the present invention is not limited to this. The adjustment unit 4 may generate an effective value of the actual measurement value 43a and generate an effective value of the sine wave 20B using the amplitude target value 61. In this case, the adjustment unit 4 controls the amplitude of the sine wave 20B so that the effective value of the actual measurement value 43a approaches the effective value of the sine wave 20B.

上記実施の形態において、調整部4は、振幅目標値61から平均目標値62を生成する平均計算部41を備える例を説明したが、これに限られない。インバータ制御装置1は、平均計算部41を備えていなくてもよい。この場合、インバータ制御装置1は、平均目標値62の供給を外部から受ければよい。   In the said embodiment, although the adjustment part 4 demonstrated the example provided with the average calculation part 41 which produces | generates the average target value 62 from the amplitude target value 61, it is not restricted to this. The inverter control device 1 may not include the average calculation unit 41. In this case, the inverter control device 1 may receive supply of the average target value 62 from the outside.

上記実施の形態において、平均計算部41が、交流電圧5Cの1周期における振幅目標値61の平均を計算し、平均計算部42が、交流電圧5Cの1周期における実測値43aの平均を計算する例を説明したが、これに限られない。平均計算部41及び42は、交流電圧5Cの2周期、あるいは3周期における平均を計算してもよい。つまり、平均計算部41は、交流電圧5Cの所定期間における振幅目標値61の平均を計算し、平均計算部42は、交流電圧5Cの所定期間における実測値43aの平均を計算すればよい。   In the above embodiment, the average calculation unit 41 calculates the average of the amplitude target value 61 in one cycle of the AC voltage 5C, and the average calculation unit 42 calculates the average of the actual measurement value 43a in one cycle of the AC voltage 5C. An example has been described, but the present invention is not limited to this. The average calculators 41 and 42 may calculate the average of the AC voltage 5C in two cycles or three cycles. That is, the average calculation unit 41 may calculate the average of the amplitude target values 61 in the predetermined period of the AC voltage 5C, and the average calculation unit 42 may calculate the average of the actual measurement values 43a in the predetermined period of the AC voltage 5C.

上記実施の形態において、調整部4が変調の対象となる正弦波20Aを生成する例を説明したが、これに限られない。調整部4は、対象波生成部2を備えていなくてもよく、外部から正弦波20Aの供給を受けてもよい。   In the above embodiment, the example in which the adjustment unit 4 generates the sine wave 20A to be modulated has been described. However, the present invention is not limited to this. The adjustment unit 4 may not include the target wave generation unit 2 and may be supplied with the sine wave 20A from the outside.

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。   While the embodiments of the present invention have been described above, the above-described embodiments are merely examples for carrying out the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented by appropriately modifying the above-described embodiment without departing from the spirit thereof.

1 インバータ制御装置
2 対象波生成器
3 PWM制御部
4 統制部
5 インバータ
41,42 平均計算部
45 PI制御部
422 絶対値変換部
423 積分部
424 除算部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inverter control apparatus 2 Target wave generator 3 PWM control part 4 Control part 5 Inverters 41 and 42 Average calculation part 45 PI control part 422 Absolute value conversion part 423 Integration part 424 Division part

Claims (3)

入力波をPWM変調することにより、インバータを制御するPWM信号を生成するPWM制御部と、
前記インバータにより生成された交流電圧の所定期間における平均値又は実効値からなる第1代表値が、前記交流電圧が有する振幅の目標値の前記所定期間における平均値又は実効値からなる第2代表値に近づくように、前記入力波の振幅を調整し、その調整された振幅を有する入力波を前記PWM制御部に供給する調整部とを備える、インバータ制御装置。
A PWM control unit that generates a PWM signal for controlling the inverter by PWM-modulating the input wave;
The first representative value consisting of the average value or effective value of the AC voltage generated by the inverter in a predetermined period is the second representative value consisting of the average value or effective value of the target value of the amplitude of the AC voltage in the predetermined period. And an adjustment unit that adjusts the amplitude of the input wave so that the input wave approaches, and supplies the input wave having the adjusted amplitude to the PWM control unit.
請求項1に記載のインバータ制御装置であって、
前記調整部は、
前記交流電圧の実測値から前記第1代表値を計算する第1計算部と、
比例制御及び積分制御を用いて、前記入力波の振幅を調整するための調整値を、前記第2代表値から前記第1代表値を減算した差分値から生成するPI制御部とを備え、
前記調整値を用いて前記入力波の振幅を調整する振幅調整部とを備える、インバータ制御装置。
The inverter control device according to claim 1,
The adjustment unit is
A first calculator for calculating the first representative value from the measured value of the AC voltage;
A PI control unit that generates an adjustment value for adjusting the amplitude of the input wave using a proportional control and an integral control from a difference value obtained by subtracting the first representative value from the second representative value;
An inverter control device comprising: an amplitude adjustment unit that adjusts the amplitude of the input wave using the adjustment value.
請求項2に記載のインバータ制御装置であって、さらに、
前記振幅の目標値から前記第2代表値を計算する第2計算部を備える、インバータ制御装置。
The inverter control device according to claim 2, further comprising:
An inverter control device comprising: a second calculation unit that calculates the second representative value from the target value of the amplitude.
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