JP2544509B2 - Power converter, control method thereof, and variable speed system of AC motor - Google Patents

Power converter, control method thereof, and variable speed system of AC motor

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JP2544509B2 JP2190549A JP19054990A JP2544509B2 JP 2544509 B2 JP2544509 B2 JP 2544509B2 JP 2190549 A JP2190549 A JP 2190549A JP 19054990 A JP19054990 A JP 19054990A JP 2544509 B2 JP2544509 B2 JP 2544509B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、パルス幅変調インバータを用いた交流電動
機駆動装置のトルクリプルの発生、及び制御特性の劣化
を防止した電力変換装置とその制御方法及び交流電動機
の可変速システムに関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a power converter that prevents generation of torque ripple and deterioration of control characteristics of an AC motor drive device that uses a pulse width modulation inverter, and a control method thereof. The present invention relates to a variable speed system of an AC motor.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

交流電動機をパルス幅変調(PWM)インバータを用い
て高速応答、高精度に制御するベクトル制御装置が、圧
延機及び工作機械などの駆動に適用されている。
Vector controllers that control AC motors with high-speed response and high accuracy using pulse width modulation (PWM) inverters have been applied to drive rolling mills and machine tools.

PWMインバータにおいては、インバータを構成する正
側及び負側スイッチング素子を交互に導通制御して出力
電圧をPWM制御する方式が採用されている。このような
制御方式を実行するに際しては、スイッチング素子にタ
ーンオフ時間によるスイッチングの遅れがあるため、正
側及び負側スイッチング素子が同時に導通しないよう
に、一方がオフした後、オンデレイ時間(直流短絡防止
期間)の後に、もう一方を遅れてオンするようにしてい
る。このオンデレイの影響により、特にインバータ出力
周波数が低い場合において、出力電圧変動並びに波形歪
が生じるという問題がある。
In the PWM inverter, a method is adopted in which the positive side and the negative side switching elements forming the inverter are alternately conductively controlled to control the output voltage by PWM. When performing such a control method, since there is a delay in switching due to the turn-off time of the switching element, the ON delay time (DC short circuit prevention After the period), the other is turned on later. Due to the effect of this on-delay, there is a problem that output voltage fluctuation and waveform distortion occur especially when the inverter output frequency is low.

そのため、PWMインバータにおいては出力電圧を精度
良く制御できないことが起こり、ベクトル制御を適用し
ても高速応答、高精度な制御が満足に行なえない。ま
た、前記出力電圧変動は高調波成分を含むためトルクリ
プルを生じる。
Therefore, in the PWM inverter, the output voltage may not be accurately controlled, and even if the vector control is applied, high-speed response and high-precision control cannot be satisfactorily performed. Further, since the output voltage fluctuation includes harmonic components, torque ripple occurs.

従来、この対策法として、特開昭60−82066号公報に
記載されているように、インバータの出力電圧を検出し
てパルス幅を補正するようにしたものが提案されてい
る。また、特開昭62−135289号公報に記載されているよ
うに、出力電流指令信号に基づいてインバータのオンデ
レイによる出力電圧降下を演算し、この演算値をインバ
ータの出力電圧指令に加算してオンデレイに伴う出力電
圧降下を補償する方法が提案されている。
Conventionally, as a countermeasure against this, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 60-82066, a method has been proposed in which the output voltage of the inverter is detected and the pulse width is corrected. Further, as described in JP-A-62-135289, the output voltage drop due to the on-delay of the inverter is calculated based on the output current command signal, and the calculated value is added to the output voltage command of the inverter to calculate the on-delay. There has been proposed a method of compensating for the output voltage drop due to.

また、特開昭62−152392号公報に記載されているよう
に、インバータの出力電圧指令に、PWM周期に同期した
バイアス電圧を加算して、変調幅がオンデレイ期間より
も小さくなることを防止し、オンデレイの影響を低減す
ることにより電流が零付近の波形歪を改善する方法が提
案されている。
Further, as described in JP-A-62-152392, a bias voltage synchronized with the PWM cycle is added to the output voltage command of the inverter to prevent the modulation width from becoming smaller than the on-delay period. , A method of improving the waveform distortion near the zero current by reducing the effect of on-delay has been proposed.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

しかしながら、上記従来技術は、検出遅れ及び演算処
理によるむだ時間によって補正タイミングに遅れが発生
し、特にインバータの出力電流の極性が反転する電流が
零近傍において、オンデレイ補償誤差が発生し、出力電
流が特定の周波数で振動しつづける恐れがある。さらに
上記3番目の従来例のように、各相の出力電圧指令に同
一のバイアス電圧を与える方法では、このバイアス電圧
が零相分となり、インバータ出力の線間電圧では相殺さ
れて現われない。そのため、インバータ出力電流は、こ
のバイアス電圧によって何ら影響を受けず、出力電流波
形歪は改善されない。
However, in the above-mentioned conventional technique, the correction timing is delayed due to the detection delay and the dead time due to the arithmetic processing, and particularly when the current at which the polarity of the output current of the inverter is reversed is near zero, an on-delay compensation error occurs and the output current is It may continue to vibrate at a specific frequency. Furthermore, in the method of giving the same bias voltage to the output voltage command of each phase as in the third conventional example, this bias voltage becomes a zero phase component, and the line voltage of the inverter output does not appear to be offset. Therefore, the inverter output current is not affected by the bias voltage at all, and the output current waveform distortion is not improved.

また、出力電流の振動によって、交流電動機にトルク
リプルが発生し、交流電動機に機械的に連結された負荷
装置との間の機械的振動を加振することが起こり、高速
応答、高精度な制御が満足に行なえない問題がある。
Further, due to the vibration of the output current, torque ripple is generated in the AC motor, and mechanical vibration between the AC motor and the load device mechanically coupled to the AC motor may be generated, resulting in high-speed response and high-precision control. There is a problem that cannot be satisfied.

本発明の目的は、インバータ出力電流が零近傍におい
て、オンデレイ電圧降下および補償電圧の平均値を等価
的に零にして、オンデレイ補償による補正電圧誤差や補
正遅れ等によって発生する電流の振動を防止すると共
に、交流電動機と機械的に連結された負荷装置との共振
を抑制した電力変換装置とその制御方法及び交流電動機
の可変速システムを提供することにある。
An object of the present invention is to make the average value of the on-delay voltage drop and the compensation voltage equivalently zero when the inverter output current is near zero, and prevent the oscillation of the current caused by the compensation voltage error and compensation delay due to the on-delay compensation. Another object of the present invention is to provide a power conversion device that suppresses resonance between a load device mechanically connected to an AC motor, a control method thereof, and a variable speed system of the AC motor.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記目的を達成するために、本発明は第1の制御方法
として、PWM変調における搬送波の周期より長く、交流
電動機の巻線時定数より短い所定の周期で正負に変化
し、所定の振幅値を有する信号を、電力変換装置の出力
電流の位相値に加算し、この加算信号に基づいてオンデ
レイ補償信号を演算し、電圧指令信号に加算することに
よりオンデレイ補償を行い、電力変換装置の出力電流の
極性が反転遷移する前後の所定期間にわたって、前記オ
ンデレイ補償信号の極性を正、負極性に繰返し反転する
ようにしたものである。
In order to achieve the above object, the present invention, as a first control method, changes to a positive or negative value at a predetermined cycle longer than a cycle of a carrier wave in PWM modulation and shorter than a winding time constant of an AC motor, and a predetermined amplitude value. The signal having is added to the phase value of the output current of the power converter, the on-delay compensation signal is calculated based on this added signal, and the on-delay compensation is performed by adding it to the voltage command signal. The polarity of the on-delay compensation signal is repeatedly inverted between positive and negative polarities over a predetermined period before and after the polarity transition.

第2の制御方法として、交流電動機の回転座標系の出
力電圧ベクトル成分指令のトルク発生に関係する側に、
正、負極性に所定の周期で反転する所定の大きさのディ
ザー信号を加算して、電力変換装置の出力を制御するよ
うにした。
As a second control method, on the side related to torque generation of the output voltage vector component command of the rotating coordinate system of the AC motor,
The output of the power conversion device is controlled by adding a dither signal of a predetermined magnitude that is inverted in a predetermined cycle to positive and negative polarities.

〔作用〕[Action]

電力変換装置を構成するスイッチング素子のオンデレ
イ期間による出力電圧降下は、オンデレイ期間中の電流
がスイッチング素子に逆並列接続されたダイオードを介
して流れるため、各相の出力電流極性に応じて変化す
る。一方、オンデレイによる出力電圧降下を補償する補
償信号は、検出遅れ及び演算処理のむだ時間によって、
各相の出力電流極性に対して、補償タイミングに遅れが
発生する。これにより補償誤差が発生し、出力電流が零
近傍でスムースに極性反転できずに補償誤差が振動的に
持続し、これが交流電動機のトルクリプルとなり、機械
系を加振する。
The output voltage drop due to the on-delay period of the switching element forming the power conversion device changes according to the output current polarity of each phase because the current during the on-delay period flows through the diode connected in antiparallel to the switching element. On the other hand, the compensation signal that compensates for the output voltage drop due to on-delay is
A delay occurs in the compensation timing with respect to the output current polarity of each phase. As a result, a compensation error occurs, the polarity cannot be smoothly reversed in the vicinity of zero in the output current, and the compensation error continues oscillatingly. This becomes torque ripple of the AC motor and vibrates the mechanical system.

そこで、出力電流の極性が反転するタイミングの前後
の所定期間を推定して、この期間中はオンデレイ補償信
号の極性を所定の周期で反転して与えることにより、出
力電流を強制的に正、負極性に継続させる。その結果、
上述の所定期間ではオンデレイによる出力電圧降下は
正、負極性に振動して平均値が零となり、また補償電圧
も正、負極性に振動させているので平均値は零となって
一致し、補償誤差を無くすることができる。
Therefore, by estimating a predetermined period before and after the timing at which the polarity of the output current reverses, and inverting the polarity of the on-delay compensation signal at a predetermined period during this period, the output current is forced to be positive or negative. Let the sex continue. as a result,
In the above-mentioned predetermined period, the output voltage drop due to on-delay oscillates positively and negatively, and the average value becomes zero, and the compensation voltage also oscillates positively and negatively, so the average value becomes zero, and the values are equal. The error can be eliminated.

また、回転座標系の出力電圧ベクトル成分に所定の周
期で正、負極性に反転する所定の大きさのディザー信号
を加算して出力電圧を制御することにより、電力変換装
置の各相の出力電流の零近傍において、出力電流が正、
負極性に所定の短い周期で振動し、オンデレイによる電
圧降下の平均値を零とすることができる。この場合、オ
ンデレイ補償信号も平均値は零となる。
In addition, the output current of each phase of the power converter is controlled by adding a dither signal of a predetermined magnitude that inverts positively and negatively in a predetermined cycle to the output voltage vector component of the rotating coordinate system to control the output voltage. Near zero, the output current is positive,
It is possible to oscillate in a negative polarity in a predetermined short cycle and make the average value of the voltage drop due to the on-delay zero. In this case, the average value of the on-delay compensation signal also becomes zero.

従って、出力電流の零近傍における振動が無くなり、
それにより交流電動機のトルクリプルが無くなるので、
交流電動機に機械的に連結された負荷装置との共振が無
くなり、速度制御系の安定化が図れることにより、高速
応答、高精度な制御ができる。
Therefore, the oscillation of the output current near zero is eliminated,
As a result, the torque ripple of the AC motor is eliminated,
Resonance with a load device mechanically connected to the AC motor is eliminated, and the speed control system can be stabilized, so that high-speed response and highly accurate control can be performed.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は圧延機のロール1を負荷として誘導電動機2
を電力変換装置により可変速駆動するシステム構成を示
す。インバータ4はトランジスタ等のスイッチング素子
TrP、TrNからなるアームが誘導電動機の相数に相当した
数だけ備えられ、後述するパルス幅変調(PWMと称す
る)によって得られるパルス信号に基づきトランジスタ
をオン、オフし、そのパルス幅の大きさを制御すること
により、インバータの直流電圧入力Vdcを交流電圧に変
換する。この種のインバータを電圧型PWM制御インバー
タと呼ぶ。さらに電動機の制御方式として以下に述べる
ベクトル制御がある。
FIG. 1 shows an induction motor 2 with a roll 1 of a rolling mill as a load.
1 shows a system configuration in which a power converter drives variable speeds. The inverter 4 is a switching element such as a transistor
Arms consisting of TrP and TrN are provided by the number corresponding to the number of phases of the induction motor, and the transistor is turned on and off based on the pulse signal obtained by pulse width modulation (called PWM) described later, and the size of the pulse width is increased. The DC voltage input Vdc of the inverter is converted into an AC voltage by controlling. This type of inverter is called a voltage-type PWM control inverter. Further, there is a vector control described below as a control method of the electric motor.

以下、制御構成について説明する。誘導電動機2の回
転速度は速度検出器3により検出し、加算器5で速度指
令ωr*より速度検出信号ωrを減算し、その偏差が零
となるように速度調節器(ASR)6よりトルク電流指令I
q*を出力する。そのトルク電流指令Iq*の一つはすべ
り角周波数演算器7に入力し、すべり係数Ksを乗じてす
べり角周波数指令ωs*を演算する。加算器8は速度検
出信号ωrとすべり角周波数指令ωs*を加算し1次角
周波数指令ω*を生成する。積分器9では1次角周波
数指令ω*を時間積分して座標基準位相信号0*(=
ω*t)に変換し座標変換器10,11に供給する。
The control configuration will be described below. The rotation speed of the induction motor 2 is detected by the speed detector 3, the adder 5 subtracts the speed detection signal ωr from the speed command ωr *, and the torque current is supplied from the speed controller (ASR) 6 so that the deviation becomes zero. Directive I
Output q *. One of the torque current commands Iq * is input to the slip angular frequency calculator 7 and is multiplied by the slip coefficient Ks to calculate the slip angular frequency command ωs *. The adder 8 adds the speed detection signal ωr and the slip angular frequency command ωs * to generate a primary angular frequency command ω 1 *. The integrator 9 time-integrates the primary angular frequency command ω 1 * and coordinates reference phase signal 0 * (=
It is converted to ω 1 * t) and supplied to the coordinate converters 10 and 11.

座標変換器10は第1座標変換器として構成されてお
り、インバータ4の出力電流を検出する電流検出器12
u、12wからの検出信号iu、iwを座標基準位相信号θ*に
従って、誘導電動機2の回転座標系における励磁電流成
分Idとトルク電流成分Iqに変換する。そして変換した励
磁電流検出信号Idは加算器13に、トルク電流検出信号Iq
は加算器14にそれぞれ入力し、加算器13では励磁電流指
令Id*より励磁電流検出信号Idを減算し、また加算器14
ではトルク電流指令Iq*よりトルク電流検出信号Iqを減
算し、各加算器13,14の出力はそれぞれ電流調節器(AC
R)15,16に入力する。各電流調節器15,16は入力値が零
となるように、回転座標系における出力電圧ベクトル成
分指令Vd*、Vq*を生成し、座標変換器11に入力する。
ここで、座標変換器11は座標基準位相信号θ*に従って
出力電圧ベクトル成分指令Vd*、Vq*を誘導電動機2の
固定子座標系における三相交流出力電圧指令Vu*、Vv
*、Vw*に変換する第2座標変換器として構成されてい
る。
The coordinate converter 10 is configured as a first coordinate converter, and is a current detector 12 that detects the output current of the inverter 4.
The detection signals iu and iw from u and 12w are converted into an exciting current component Id and a torque current component Iq in the rotating coordinate system of the induction motor 2 according to the coordinate reference phase signal θ *. Then, the converted excitation current detection signal Id is sent to the adder 13 and the torque current detection signal Iq.
Are input to the adder 14, and the adder 13 subtracts the exciting current detection signal Id from the exciting current command Id *.
Then, the torque current detection signal Iq is subtracted from the torque current command Iq *, and the output of each adder 13, 14 is the current regulator (AC
R) Input to 15,16. Each of the current regulators 15 and 16 generates the output voltage vector component commands Vd * and Vq * in the rotating coordinate system so that the input value becomes zero and inputs them to the coordinate converter 11.
Here, the coordinate converter 11 outputs the output voltage vector component commands Vd * and Vq * according to the coordinate reference phase signal θ * to the three-phase AC output voltage commands Vu * and Vv in the stator coordinate system of the induction motor 2.
It is configured as a second coordinate converter for converting to *, Vw *.

PWMパルス演算器17は座標変換器11からの電圧指令信
号Vu*、Vv*、Vw*(変調波)と搬送波信号を比較し、
その比較結果に応じたパルス幅変調信号(PWM信号)を
生成する。PWM信号はオンデレイ補償器20に入力され、
電流極性信号Su、Sv、Swに応じてPWM信号を加工する。
ここで、オンデレイによる電圧降下をPWMパルス幅の修
正により補正するもので、その詳細な説明は後述する。
さらにオンデレイ補償器からのPWM信号はオンデレイ設
定器18に入力され、PWM信号のオンパルスの立上りに遅
延時間Td(オンデレイ期間)が設けられる。これはイン
バータを構成するアームの正側TrPと負側TrNのスイッチ
ング素子が同時にオンすることによる短絡を防止するた
めである。そして、オンデレイ設定器18によって加工さ
れたPWM信号はドライバ19に入力され、ドライバからの
点弧パルス信号に基づいてインバータ各アームのスイッ
チング素子はオン、オフされる。
The PWM pulse calculator 17 compares the voltage command signals Vu *, Vv *, Vw * (modulation wave) from the coordinate converter 11 with the carrier signal,
A pulse width modulation signal (PWM signal) corresponding to the comparison result is generated. The PWM signal is input to the on-delay compensator 20,
Process the PWM signal according to the current polarity signals Su, Sv, Sw.
Here, the voltage drop due to on-delay is corrected by correcting the PWM pulse width, and a detailed description thereof will be given later.
Further, the PWM signal from the on-delay compensator is input to the on-delay setting device 18, and a delay time Td (on-delay period) is provided at the rising edge of the on-pulse of the PWM signal. This is to prevent a short circuit due to the switching elements of the positive side TrP and the negative side TrN of the arm forming the inverter being turned on at the same time. Then, the PWM signal processed by the on-delay setting unit 18 is input to the driver 19, and the switching element of each arm of the inverter is turned on and off based on the firing pulse signal from the driver.

なお、図中破線で囲んだA部は、前記オンデレイ補償
器20の入力信号Su、Sv、Swを作成する電流極性演算部
で、これは励磁電流指令Id*とトルク電流指令Iq*と座
標基準位相信号θ*及び速度指令ωr*を入力信号とす
る、電流位相演算器21と加算器22と電流極性判別器23と
ディザー信号発生器24と切換スイッチ25と切換指令器26
より構成される。
The part A surrounded by a broken line in the figure is a current polarity calculation part for creating the input signals Su, Sv, Sw of the on-delay compensator 20, which is the excitation current command Id *, the torque current command Iq * and the coordinate reference. The current phase calculator 21, the adder 22, the current polarity discriminator 23, the dither signal generator 24, the changeover switch 25, and the changeover command device 26, which use the phase signal θ * and the speed command ωr * as input signals.
It is composed of

以上の構成において、本発明とするところは上記電流
極性演算部Aと、その出力信号に基づいて動作させるオ
ンデレイ補償器20にある。次に各部の詳細な説明をす
る。
In the above-mentioned structure, the present invention resides in the current polarity calculating section A and the on-delay compensator 20 which operates based on the output signal thereof. Next, a detailed description of each part will be given.

第2図は電流極性演算部Aの具体的構成を示す。電流
位相演算器21は励磁電流指令Id*(もしくは励磁電流検
出値Id)とトルク電流指令Iq*(もしくはトルク電流検
出値Iq)を入力として逆正接演算器210において、
(1)式より電流位相角ψを演算し、加算器211により
電流位相角ψと座標基準信号θ*を加算し、電流位相信
号θiを演算する。
FIG. 2 shows a specific configuration of the current polarity calculator A. The current phase calculator 21 inputs the exciting current command Id * (or the exciting current detection value Id) and the torque current command Iq * (or the detected torque current value Iq) to the arctangent calculator 210,
The current phase angle ψ is calculated from the equation (1), and the current phase angle ψ and the coordinate reference signal θ * are added by the adder 211 to calculate the current phase signal θi.

さらに、電流位相信号θiには加算器22でディザー信
号発生器24からの信号θzを加算し、電流極性判別器23
に入力する。電流極性判別器23では固定子座標系におけ
る各相の電流位相信号θiu、θiv、θiwを、次の(2)
式によって演算する。ここで、加算器230、231は(2)
式の演算部を構成している。
Further, the adder 22 adds the signal θz from the dither signal generator 24 to the current phase signal θi, and the current polarity discriminator 23
To enter. In the current polarity discriminator 23, the current phase signals θiu, θiv, θiw of each phase in the stator coordinate system are converted into the following (2)
Calculate with an expression. Here, the adders 230 and 231 are (2)
It constitutes the arithmetic part of the expression.

そして、各相の電流位相信号θiu、θiv、θiwをそれ
ぞれ余弦関数232、233、234に入力し、さらに比較器23
5、236、237により各相出力電流の極性信号Su、Sv、Sw
を出力する。この各極性信号は前記オンデレイ補償器20
に入力される。
Then, the current phase signals θiu, θiv, and θiw of each phase are input to the cosine functions 232, 233, and 234, respectively, and the comparator 23
Polarity signals Su, Sv, Sw of each phase output current depending on 5, 236, 237
Is output. The respective polarity signals are applied to the on-delay compensator 20.
Is input to

また、前記電流位相信号θiに加算されるディザー信
号θz(振幅±θz、周期Tzの短形波信号)は、ディザ
ー信号発生器24からスイッチ(SW1)25を介して供給さ
れるが、ディザー信号θzを電流位相信号θiに加算す
るかどうかは、速度指令信号ωr*の大きさに基づき決
定される。すなわち、切り替え指令器26からの信号に従
いスイッチ(SW1)25を入り切りし、低速域ではスイッ
チがオンとなるようにしてθzをθiに加算する。
The dither signal θz (amplitude ± θz, a rectangular wave signal having a period Tz) added to the current phase signal θi is supplied from the dither signal generator 24 through the switch (SW1) 25. Whether to add θz to the current phase signal θi is determined based on the magnitude of the speed command signal ωr *. That is, the switch (SW1) 25 is turned on and off in accordance with the signal from the switching command device 26, and the switch is turned on in the low speed range, and θz is added to θi.

第3図はオンデレイ補償器20の具体的構成の説明図で
U相分だけについて示す。PWMパルス演算器17で得られ
たPWMパルス信号Upはパルス修正回路200、201にそれぞ
れ入力される。パルス修正回路200ではパルスオン時間
をTd時間だけ長くし、一方のパルス修正回路201では逆
にパルスオン時間をTd時間だけ短くなるようにパルス幅
を修正する。パルス修正回路200、201の出力は、切換ス
イッチ(SW2)202によりどちらか一方が選択され、前記
電流極性信号Suが正極性ならSW2はA側を、負極性なら
B側スイッチを閉じ、電流極性信号に応じて修正したPW
Mパルス信号Usを出力する。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a specific configuration of the on-delay compensator 20 and shows only the U phase. The PWM pulse signal Up obtained by the PWM pulse calculator 17 is input to the pulse correction circuits 200 and 201, respectively. The pulse correction circuit 200 lengthens the pulse-on time by Td time, and the pulse correction circuit 201, on the other hand, corrects the pulse width so as to shorten the pulse-on time by Td time. One of the outputs of the pulse correction circuits 200 and 201 is selected by the change-over switch (SW2) 202. If the current polarity signal Su has a positive polarity, SW2 closes the A side, and if it has a negative polarity, the B side switch closes. PW modified according to signal
Outputs M pulse signal Us.

次に本発明の動作を説明する。第1図に示す制御シス
テムにおいては、第4図(a)、(b)に示すように、
回転座標系の基準軸(d軸)を磁束方向にとる。また、
d軸は固定子巻線U相軸に対して位相θである。したが
って、電圧、電流、磁束の位相関係は第4図(a)のよ
うの示され、電流i1の位相θiは磁束φdに対して位相
角ψを有す。また電流の瞬時値は第4図(b)に示すよ
うに、電流位相の余弦関数で表せる。
Next, the operation of the present invention will be described. In the control system shown in FIG. 1, as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b),
The reference axis (d-axis) of the rotating coordinate system is set in the magnetic flux direction. Also,
The d-axis has a phase θ with respect to the U-phase axis of the stator winding. Therefore, the phase relationship among the voltage, the current, and the magnetic flux is shown as in FIG. 4 (a), and the phase θi of the current i 1 has the phase angle ψ with respect to the magnetic flux φd. The instantaneous value of the current can be expressed by a cosine function of the current phase, as shown in Fig. 4 (b).

本実施例では基本波電流の位相θiはインバータ出力
の交流電流から直接に求めず、回転座標系の励磁電流指
令値Id*(あるいは検出値Id)と、これに直交するトル
ク電流の指令値Iq*(あるいは検出値Iq)から磁束軸に
対する位相角ψを前記(1)式より算出し、磁束位相
(座標基準位相信号θ*)との加算より求める。これは
高調波の影響を極力避けた基本波電流位相の検出法であ
る。
In this embodiment, the phase θi of the fundamental current is not directly obtained from the AC current output from the inverter, but the exciting current command value Id * (or the detected value Id) of the rotating coordinate system and the torque current command value Iq orthogonal thereto. The phase angle ψ with respect to the magnetic flux axis is calculated from * (or the detected value Iq) by the equation (1), and is calculated by addition with the magnetic flux phase (coordinate reference phase signal θ *). This is a fundamental current phase detection method that avoids the influence of harmonics as much as possible.

ここで説明の都合上、インバータの運転は定常時と
し、最初にスイッチ(SW1)25を開放した時、即ち電流
位相θiにディザ信号θzを加算しない場合を考える。
第5図(a)は電流位相信号θiと電流極性信号Suの関
係を示す。電流位相信号θiは座標基準位相信号θ*に
位相角ψが加算され、0から2πまで変化する。電流の
大きさCuは前記したように電流位相の余弦関数で変化す
るため、電流極性Suはこの余弦関数の極性と一致する。
Here, for convenience of explanation, consider the case where the operation of the inverter is steady and the switch (SW1) 25 is first opened, that is, the case where the dither signal θz is not added to the current phase θi.
FIG. 5A shows the relationship between the current phase signal θi and the current polarity signal Su. The current phase signal θi changes from 0 to 2π by adding the phase angle ψ to the coordinate reference phase signal θ *. Since the magnitude Cu of the current changes with the cosine function of the current phase as described above, the current polarity Su matches the polarity of this cosine function.

次にスイッチ(SW1)25を閉じた時、即ち電流位相θ
iにディザ信号θzを加算した場合を考える。これを上
記θzを加算しない場合と対比して、第5図(b)を用
いて説明する。u相電流位相θiuには、θiに振幅±θ
z、周期Tzの短形波のディザー原信号が重畳し、したが
って、電流の大きさCuにも基本波にディザ信号が重畳す
る。このため、電流極性信号Suは電流の大きさが零近傍
となる電流位相90度及び270度において、±θzの位相
範囲で、時間Tzを周期として極性反転を繰り返す。ここ
で、θzの大きさを調節すれば極性反転を繰り返す位相
の範囲の調節ができる。
Next, when the switch (SW1) 25 is closed, that is, the current phase θ
Consider the case where the dither signal θz is added to i. This will be described with reference to FIG. 5B, in comparison with the case where θz is not added. The u-phase current phase θiu has an amplitude ± θ of θi.
A rectangular dither original signal of z and period Tz is superposed, and therefore, a dither signal is superposed on the fundamental wave also on the magnitude Cu of the current. Therefore, the current polarity signal Su repeats the polarity reversal in the phase range of ± θz with the time Tz as a cycle in the current phases of 90 degrees and 270 degrees where the magnitude of the current is near zero. Here, if the magnitude of θz is adjusted, the range of the phase in which the polarity inversion is repeated can be adjusted.

本発明は上記電流極性反転信号を巧みに使うことによ
り、インバータ出力電流の零近傍でのオンデレイ補償を
操作するものであり、次にオンデレイ補償を含めた動作
を説明する。
The present invention manipulates on-delay compensation in the vicinity of zero of the inverter output current by skillfully using the current polarity inversion signal. Next, the operation including on-delay compensation will be described.

第6図は上記電流極性信号SuによりPWM変調信号のパ
ルス幅を修正してオンデレイ補償する動作波形を示す。
ここではディザー信号(短形波)の周期Tzは、搬送波Vc
(三角波)の周期Tcの2倍に設定している。図中、Upは
u相電圧指令Vu*(変調波)と搬送波Vcを比較して得ら
れるPWMパルス波形で、Up−NはUpのパルスによって得
られるu相電圧波形で、Usは電流極性信号Suの極性に基
づきUpのパルス幅を修正したオンデレイ補償器20の出力
波形で、Usp−sNはUsのパルスによって得られるu相電
圧波形である。これよりUp−NとUsp−sNとの差分がオ
ンデレイ補償電圧となり、その電圧極性は電流極性信号
Suの極性と一致する,ここで、電流位相θiにディザ信
号θzを加算したことによるオンデレイ補償電圧への影
響は、インバータ出力電流iuの大きさが零近傍で発生し
ていることがわかる。即ち、出力電流の零近傍において
オンデレイ補償電圧は電流位相θiの極性とは無関係に
ディザ信号θzによって変化し、短い周期で極性反転を
繰り返すため、出力電流の零近傍ではオンデレイ補償の
平均値は零となる。なお、各相の出力電流の零近傍でし
かディザ信号が作用しないため、このオンデレイ補償電
圧が線間電圧で相殺されること無く線間電圧に現われ
る。
FIG. 6 shows an operation waveform for on-delay compensation by correcting the pulse width of the PWM modulation signal by the current polarity signal Su.
Here, the period Tz of the dither signal (square wave) is the carrier wave Vc.
It is set to twice the (triangular wave) cycle Tc. In the figure, Up is the PWM pulse waveform obtained by comparing the u-phase voltage command Vu * (modulation wave) and the carrier wave Vc, Up-N is the u-phase voltage waveform obtained by the Up pulse, and Us is the current polarity signal. The output waveform of the On-delay compensator 20 in which the pulse width of Up is modified based on the polarity of Su, and Usp-sN is the u-phase voltage waveform obtained by the pulse of Us. From this, the difference between Up-N and Usp-sN becomes the on-delay compensation voltage, and its voltage polarity is the current polarity signal.
It can be seen that the effect on the on-delay compensation voltage due to the addition of the dither signal θz to the current phase θi, which matches the polarity of Su, occurs when the magnitude of the inverter output current iu is near zero. That is, in the vicinity of zero of the output current, the on-delay compensation voltage changes according to the dither signal θz regardless of the polarity of the current phase θi, and the polarity inversion is repeated in a short cycle. Therefore, the average value of the on-delay compensation is zero in the vicinity of zero of the output current. Becomes Since the dither signal acts only near zero of the output current of each phase, this on-delay compensation voltage appears in the line voltage without being canceled by the line voltage.

第7図は本発明によるインバータの制御システムで圧
延機を負荷にして誘導電動機を可変速駆動したときの電
動機特性で、回転速度0.3Hzの低速域での低速運転中に
おいて、ステップ的に速度を0.1Hz上昇したときの、電
動機実速度ωrとロール速度と電流成分Id、Iq及びオン
デレイ補償電圧の現象波形を示す。同図(a)はオンデ
レイ補償にディザ信号を付加しない場合で、同図(b)
はオンデレイ補償にディザ信号を付加した場合である。
これより、同図(a)では出力電流極性反転(零電流)
近傍において振動が発生し、電動機実速度ωrにも振動
が発生していることがわかる。この振動要因としては、
電流検出遅れや演算処理によるむだ時間によるオンデレ
イ補償タイミングの遅れ、及び電流振動による電動機の
トルクリプルの発生で、電動機に連結された負荷装置と
の機械系で共振が起ることが原因する。特にインバータ
出力周波数が低いときには電動機の誘起電圧よりもオン
デレイ補償電圧の方が高くなるため、前述の振動は出力
電流が零近傍において顕著に現われる。
FIG. 7 shows electric motor characteristics when the rolling mill is used as a load and the induction motor is driven at a variable speed in the inverter control system according to the present invention. The speed is changed stepwise during low speed operation in the low speed region of 0.3 Hz. The phenomenon waveforms of the actual motor speed ωr, the roll speed, the current components Id, Iq, and the on-delay compensation voltage when the frequency is increased by 0.1 Hz are shown. The figure (a) is the case where a dither signal is not added to the on-delay compensation, and the figure (b) is
Shows the case where a dither signal is added to the on-delay compensation.
From this, the output current polarity reversal (zero current) in FIG.
It can be seen that vibration is generated in the vicinity, and vibration is also generated at the actual motor speed ωr. The cause of this vibration is
Resonance occurs in the mechanical system with the load device connected to the electric motor due to the delay of the on-delay compensation timing due to the current detection delay, the dead time due to the arithmetic processing, and the torque ripple of the electric motor due to the current vibration. In particular, when the inverter output frequency is low, the on-delay compensation voltage becomes higher than the induced voltage of the electric motor, so that the above-mentioned vibration is remarkable when the output current is near zero.

一方、本発明によるところの同図(b)では、電動機
電流成分Id、Iqには上記のような振動現象は発生せず、
回転実速度ωrは指令値通りに制御できていることがわ
かる。これは電動機電流の零近傍において、オンデレイ
補償電圧がディザ信号の周期で正負に極性反転してお
り、この範囲では補償電圧の平均値は零になると共に、
出力電流がディザー信号の周期で小刻みに正、負に変化
しており、オンデレイ電圧降下の平均値も零になるため
である。
On the other hand, in the same figure (b) according to the present invention, the above-mentioned vibration phenomenon does not occur in the motor current components Id and Iq,
It can be seen that the actual rotation speed ωr can be controlled according to the command value. This is because in the vicinity of zero of the motor current, the on-delay compensation voltage has positive and negative polarity inversion in the cycle of the dither signal, and the average value of the compensation voltage becomes zero in this range,
This is because the output current changes positively and negatively little by little in the cycle of the dither signal, and the average value of the on-delay voltage drop becomes zero.

本発明によれば、上記したように極低速運転でもオン
デレイ補償による誤差や、機械系の共振の影響を受ける
ことなく、出力電流の不安定な振動現象を防止すること
ができ、安定な速度制御ができるという効果がある。ま
た、オンデレイ補償器において、オンデレイ電圧を補償
するためのパルス幅の修正量および実出力電流位相(極
性)に対する補償位相に多少の誤差があっても許容でき
ることから制御系の設計が容易になる。
According to the present invention, as described above, the unstable oscillation phenomenon of the output current can be prevented without being affected by the error due to the on-delay compensation or the resonance of the mechanical system even at the extremely low speed operation, and the stable speed control can be performed. There is an effect that can be. Further, in the on-delay compensator, even if there is some error in the correction amount of the pulse width for compensating the on-delay voltage and the compensation phase with respect to the actual output current phase (polarity), the control system can be easily designed.

ところで、第1図実施例ではディザ信号発生器24より
出力する短形波信号θzの振幅、周期は固定としたが、
第8図に示すように速度の大きさ、及び電動機の巻線時
定数の大きさ等によって、振幅指令器27、周期指令器28
よりディザ信号発生器24の振幅値θz、及び周期Tzを可
変してもよい。これは低速域になるに従いオンデレイに
よる電圧降下の影響で電流波形歪率が大きくなり、第6
図の電流波形で示したように零クロスする期間が長くな
ることから、基本波電流極性の判別に誤差を生じやすく
なるため、ディザ信号の振幅値θzを高速域では小さ
く、低速になる程大きくなるようにした。また、電動機
巻線の時定数が大きい場合には電流変化率が小さいこと
から、ディザー信号による電流の正、負変化が確実に起
きるように、ディザー信号の周期Tzは搬送波Vcの周期Tc
の2倍より大きく、電動機巻線の時定数及び機械系の固
有振動数の周期より小さい範囲内で設定するようにし
た。
By the way, in the embodiment of FIG. 1, the amplitude and period of the rectangular wave signal θz output from the dither signal generator 24 are fixed.
As shown in FIG. 8, the amplitude commander 27 and the cycle commander 28 are determined depending on the speed and the winding time constant of the motor.
Alternatively, the amplitude value θz of the dither signal generator 24 and the period Tz may be changed. This is because the current waveform distortion factor increases due to the effect of the voltage drop due to the on-delay in the low speed region.
Since the zero-crossing period becomes long as shown by the current waveform in the figure, an error is likely to occur in the determination of the fundamental wave current polarity. Therefore, the amplitude value θz of the dither signal is small in the high-speed range and increases as the speed decreases. I tried to be. Also, when the time constant of the motor winding is large, the rate of change of current is small.Therefore, the cycle Tz of the dither signal is the cycle Tc of the carrier wave Vc so that positive and negative changes in the current due to the dither signal occur reliably.
Is set to be larger than twice, and smaller than the period of the time constant of the motor winding and the natural frequency of the mechanical system.

上述した第8図実施例によれば、第1図実施例の効果
に加え、さらに、速度の大きさに伴ってディザの範囲を
スムースに変更するため、ディザ信号の入切による過渡
的な電流変動が無くなるという効果が得られる。
According to the embodiment shown in FIG. 8 described above, in addition to the effect of the embodiment shown in FIG. 1, the range of dither is smoothly changed in accordance with the magnitude of speed, so that the transient current due to the turning on and off of the dither signal. The effect of eliminating fluctuation can be obtained.

なお、上記した第1図実施例、及び第8図実施例で
は、オンデレイ補償を動作させる電流位相信号にディザ
信号を付加するかどうかを速度の大きさに基づいて判定
していたが、第9図実施例では、回転座標系における励
磁電流とトルク電流の検出値Id、Iqに重畳する高調波リ
プル電流の大きさに基づき、電流位相信号にディザ信号
を付加するかどうかを判定するようにした。これは、オ
ンデレイ補償誤差や機械系の共振で出力電流が振動する
と、Id、Iqの検出値に振動に応じたリプルが含まれるよ
うになることから、そのリプルの大きさやリプルが何回
続いて発生したかを判定器31、32で判定し、許容値を越
えた場合には各判定器から信号を出力し、論理和信号33
により、これら信号の和に従いスイッチ25を閉じ、電流
位相信号θiにディザ信号θzを加算し、その位相信号
θiuにより電流極性を判別し、オンデレイ補償を行なう
ようにした。
In the first embodiment and the eighth embodiment described above, whether or not the dither signal is added to the current phase signal for operating the on-delay compensation is determined based on the magnitude of the speed. In the illustrated embodiment, it is determined whether to add a dither signal to the current phase signal based on the magnitudes of the harmonic ripple currents superimposed on the detected values Id and Iq of the exciting current and torque current in the rotating coordinate system. . This is because if the output current oscillates due to an on-delay compensation error or mechanical resonance, the detected values of Id and Iq will include ripples according to the vibrations. Whether or not it has occurred is judged by the judging devices 31 and 32. If the allowable value is exceeded, a signal is output from each judging device and the OR signal 33
Thus, the switch 25 is closed according to the sum of these signals, the dither signal θz is added to the current phase signal θi, the current polarity is discriminated by the phase signal θiu, and on-delay compensation is performed.

本実施例によれば、電流振動が発生したときにディザ
ー信号を加え電流振動を抑えるので、機械的共振による
振動の発散を防止できる。
According to this embodiment, when the current vibration occurs, the dither signal is added to suppress the current vibration, so that the vibration can be prevented from being diverged due to mechanical resonance.

以上に述べた実施例では、電流位相信号θiは回転座
標系に変換した電流検出値Id、Iqより演算したが、イン
バータ出力の交流電流瞬時値から直接位相を求めてもよ
いことは勿論である。
In the embodiment described above, the current phase signal θi is calculated from the detected current values Id and Iq converted into the rotating coordinate system, but it goes without saying that the phase may be obtained directly from the instantaneous alternating current value of the inverter output. .

また、第1図、第8図、第9図の実施例では、ディザ
信号発生器24からのディザー信号θzを電流位相信号θ
iに加算し、この信号に基づいてオンデレイ補償を行な
ったが、第10図実施例では、振幅値±ΔI、周期Tzの短
形波ディザー信号ΔIを励磁電流指令Id*に加算し、そ
の加算値のId**とトルク電流指令Iq*に基づき逆正接
関数器20により電流位相角ψ′を演算し、このψ′と座
標基準信号θ*との加算値を電流極性判別器23に加え、
これより電流極性信号Su、Sv、Swを求め、この信号に基
づいてオンデレイ補償を行なうようにした。
In the embodiment shown in FIGS. 1, 8, and 9, the dither signal θz from the dither signal generator 24 is used as the current phase signal θ.
i was added and on-delay compensation was performed based on this signal. In the embodiment shown in FIG. 10, however, a rectangular wave dither signal ΔI having an amplitude value ± ΔI and a cycle Tz is added to the exciting current command Id *, and the addition is performed. The arc tangent function unit 20 calculates the current phase angle ψ ′ based on the value Id ** and the torque current command Iq *, and the added value of this ψ ′ and the coordinate reference signal θ * is added to the current polarity discriminator 23,
From this, the current polarity signals Su, Sv, Sw are obtained, and on-delay compensation is performed based on these signals.

本実施例によっても第1図実施例と同様の効果が得ら
れる。
According to this embodiment, the same effect as that of the embodiment of FIG. 1 can be obtained.

なお、第10図実施例において、前記ディザ信号発生器
24′からのディザ信号ΔIは励磁電流指令Id*ではな
く、トルク電流指令Iq*の方に加算しても同様な効果を
得ることができる。
In the embodiment shown in FIG. 10, the dither signal generator is used.
The same effect can be obtained by adding the dither signal ΔI from 24 'to the torque current command Iq * instead of the exciting current command Id *.

また、第1図実施例ではオンデレイ補償をPWMパルス
幅の変更により行う方法を示したが、これに対して第11
図実施例では、パルス幅を変更する代わりにオンデレイ
補償電圧を三相交流電圧指令信号Vu*、Vv*、Vw*に加
算して行なうようにした。即ち、オンデレイ補償電圧演
算器39は第2図で示した電流極性判別器23における極性
比較器235〜237を関数器238〜240に変更し、各関数器で
は余弦関数演算器232〜234からの各電流位相に対して正
負の電圧信号ΔVu、ΔVv、ΔVwを出力し、このオンデレ
イ補償電圧信号を座標変換器11の出力信号Vu*、Vv*、
Vw*に加算して三相交流電圧指令信号Vu**、Vv**、
Vw**を生成し、この信号に基づいてPWM制御するよう
にした。
Further, in the embodiment of FIG. 1, the method of performing the on-delay compensation by changing the PWM pulse width is shown.
In the illustrated embodiment, instead of changing the pulse width, the on-delay compensation voltage is added to the three-phase AC voltage command signals Vu *, Vv *, Vw *. That is, the on-delay compensation voltage calculator 39 changes the polarity comparators 235 to 237 in the current polarity discriminator 23 shown in FIG. 2 into function units 238 to 240, and in each function unit, the cosine function calculators 232 to 234 Positive and negative voltage signals ΔVu, ΔVv, and ΔVw are output for each current phase, and this on-delay compensation voltage signal is output from the coordinate converter 11 as output signals Vu *, Vv *,
Add to Vw * and add three-phase AC voltage command signal Vu **, Vv **,
Vw ** is generated and PWM control is performed based on this signal.

この実施例によっても第1図実施例と同様の効果が得
られると共に、さらに、第12図のように関数器238〜240
の関数を余弦関数演算器232〜234からの各電流位相に対
して、オンデレイ補償電圧の大きさを変化するようにす
る。即ち、電流が小さいところではオンデレイ補償電圧
を小さくすることで、第6図で示したようなディザ信号
θzによる補償信号の極性変化範囲内と範囲外との境界
における電流変動が抑えられるという効果が得られる。
According to this embodiment, the same effect as that of the embodiment of FIG. 1 can be obtained, and further, as shown in FIG.
To change the magnitude of the on-delay compensation voltage for each current phase from the cosine function calculators 232 to 234. That is, by reducing the on-delay compensation voltage at a small current, it is possible to suppress the current variation at the boundary between the inside and the outside of the polarity change range of the compensation signal due to the dither signal θz as shown in FIG. can get.

以上までに述べた実施例は全て出力電流位相θiを基
準にして、オンデレイ補償を行う方式であった。しか
し、本発明は前記電流位相に限らず、出力電流の大きさ
に基づいても実施できる。
The embodiments described above are all methods of performing on-delay compensation with reference to the output current phase θi. However, the present invention is not limited to the current phase and can be implemented based on the magnitude of the output current.

第13図は第1図で示した本発明の要部Aにおける他の
実施例を示す。インバータ出力電流の各相電流の大きさ
を検出し(なおivはiuとiwの加算より求めてもよい)、
この各相電流検出値iu〜iwにディザ信号発生器24′から
出力される振幅値±ΔI、周期Tzの短形波信号をそれぞ
れ加算し、その加算値の電流信号を比較器235〜237に入
力して、各相出力電流の極性信号Su、Sv、Swを求め、こ
れに基づいてオンデレイ補償するようにした。ここで、
ディザ信号の振幅値ΔIを変化させることにより、出力
電流の零近傍においてオンデレイ補償電圧が正負に極性
反転を繰り返す範囲を調整できる。
FIG. 13 shows another embodiment of the essential part A of the present invention shown in FIG. Detect the magnitude of each phase current of the inverter output current (note that iv may be obtained by adding iu and iw),
A rectangular wave signal having an amplitude value ± ΔI and a period Tz output from the dither signal generator 24 'is added to each of the phase current detection values iu to iw, and the current signal having the added value is added to the comparators 235 to 237. After inputting, the polarity signals Su, Sv, Sw of each phase output current are obtained, and on-delay compensation is performed based on this. here,
By changing the amplitude value ΔI of the dither signal, it is possible to adjust the range in which the on-delay compensation voltage repeats positive and negative polarity inversion in the vicinity of zero of the output current.

本実施例によっても第1図実施例と同様な効果が得ら
れると共に電流極性演算部Aの演算が少なくてすむとい
う効果がある。
According to this embodiment, the same effect as that of the embodiment shown in FIG. 1 can be obtained, and the calculation of the current polarity calculator A can be reduced.

また、第14図は本発明の他の実施例を示す。第1図実
施例と異なるところは、第1図実施例ではオンデレイ補
償電圧を所定期間中、正負極性に反転させて出力電流を
断続させているのに対して、第14図実施例では、電流調
節器16の出力電圧ベクトル成分指令Vq*にディザ信号発
生器24″から出力する振幅値±ΔV、周期Tzの短形波信
号ΔVを加算するようにした。ここで、オンデレイ補償
はディザ信号を加算しない電流位相信号に基づいて行っ
ている。これにより、ディザ信号を加算した回転座標系
の出力電圧ベクトル成分指令Vq**(=Vq*±ΔV)の
ディザ信号±ΔVによってq軸出力電流(トルク電流)
がディザ信号の周期Tzで断続する。ここで、出力電流の
零近傍を断続させる範囲は、ディザ信号の振幅値ΔVの
大きさによって調整できる。
Further, FIG. 14 shows another embodiment of the present invention. 1 is different from the embodiment shown in FIG. 1 in that the on-delay compensation voltage is inverted between positive and negative polarities for a predetermined period to interrupt the output current, whereas in the embodiment shown in FIG. The amplitude voltage ± ΔV output from the dither signal generator 24 ″ and the rectangular wave signal ΔV with the period Tz are added to the output voltage vector component command Vq * of the controller 16. Here, the on-delay compensation is the dither signal. This is performed based on the current phase signal that is not added, whereby the q-axis output current ((ΔV) is generated by the dither signal ± ΔV of the output voltage vector component command Vq ** (= Vq * ± ΔV) of the rotating coordinate system to which the dither signal is added. Torque current)
Is intermittent at the cycle Tz of the dither signal. Here, the range in which the output current is interrupted near zero can be adjusted by the magnitude of the amplitude value ΔV of the dither signal.

その結果、本実施例によっても第1図実施例と同様な
効果が得られると共にポジティブフィードバックである
オンデレイ補償系の不安定なループのゲインを低下でき
安定な運転ができる。
As a result, according to the present embodiment, the same effect as that of the embodiment of FIG. 1 can be obtained, and the gain of the unstable loop of the on-delay compensation system, which is the positive feedback, can be reduced and stable operation can be performed.

第15図は本発明の他の実施例を示す。第1図実施例の
制御構成と異なるところは、座標変換器11′により回転
座標系において直交する二つの電流ベクトル成分指令の
励磁電流指令Id*とトルク電流指令Iq*を固定座標系の
三相交流電流指令信号iu*、iv*、iw*に変換し、各相
ごとに交流電流調節器40u、40v、40wにより前記交流電
流指令信号とインバータ出力電流との偏差に応じた出力
電圧指令信号Vu*、Vv*、Vw*を生成し、この電圧指令
信号によりインバータの出力電圧を制御するところにあ
る。
FIG. 15 shows another embodiment of the present invention. The difference from the control configuration of the embodiment shown in FIG. 1 is that the coordinate converter 11 'converts the exciting current command Id * and the torque current command Iq * of two current vector component commands orthogonal to each other in the rotating coordinate system into three phases of the fixed coordinate system. Converted to AC current command signals iu *, iv *, iw * and output voltage command signal Vu corresponding to the deviation between the AC current command signal and the inverter output current by AC current regulators 40u, 40v, 40w for each phase. *, Vv *, Vw * are generated, and the output voltage of the inverter is controlled by this voltage command signal.

ここで三相交流電圧指令信号Vu*、Vv*、Vw*にはオ
ンデレイ補償電圧ΔVu、ΔVv、ΔVwが加算される。な
お、オンデレイ補償電圧は第11図実施例と同様にして演
算する。即ち、励磁電流指令Id*とトルク電流指令Iq*
及び座標基準位相信号θ*からインバータ出力電流の基
本波の位相θiを演算し、そして、この電流位相信号θ
iにディザ信号発生器24の位相信号θzを加算し、この
加算した信号θiuに基づいてオンデレイ補償電圧演算器
39により演算される。
Here, the on-delay compensation voltages ΔVu, ΔVv, and ΔVw are added to the three-phase AC voltage command signals Vu *, Vv *, and Vw *. The on-delay compensation voltage is calculated in the same manner as in the embodiment shown in FIG. That is, the excitation current command Id * and the torque current command Iq *
And the phase θi of the fundamental wave of the inverter output current from the coordinate reference phase signal θ *, and the current phase signal θ
The phase signal θz of the dither signal generator 24 is added to i, and the on-delay compensation voltage calculator is based on the added signal θiu.
Calculated by 39.

本実施例によれば、第1図実施例と同様な効果が得ら
れると共に、オンデレイ電圧降下をフィードフォワード
的に補償するので低電流域での交流電流調節器の応答不
足が解消され安定化が図れるという効果がある。
According to this embodiment, the same effect as that of the embodiment of FIG. 1 is obtained, and the on-delay voltage drop is compensated in a feedforward manner, so that the lack of response of the AC current regulator in the low current region is eliminated and stabilization is achieved. There is an effect that it can be achieved.

なお、第15図実施例のオンデレイ補償は電圧指令側で
行なったが、第1図実施例のようにPWMパルスを修正し
ても同様な効果が得られることは勿論である。
Although the on-delay compensation in the embodiment of FIG. 15 is performed on the voltage command side, it goes without saying that the same effect can be obtained even if the PWM pulse is modified as in the embodiment of FIG.

以上説明した実施例では制御構成をハードウエアのイ
メージで示したが、マイクロコンピュータを適用してソ
フトウエアによっても実現することが可能なことは勿論
であると共に、本発明を交流電源電圧を直流に変換する
コンバータ制御に適用して、同様にオンデレイ補償系の
安定化を図ることも可能である。
In the embodiments described above, the control configuration is shown as an image of hardware, but it goes without saying that it is also possible to realize the present invention by software by applying a microcomputer, and at the same time, the present invention can be implemented by changing the AC power supply voltage to DC. It is also possible to stabilize the on-delay compensation system by applying it to converter control for conversion.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように、本発明によれば、インバータ出
力電流が零近傍において、オンデレイ補償の電圧誤差や
補正遅れ等によって発生する電流の振動を防止できる。
また、これにより電動機のトルクリプルの発生が防止で
きるので、機械的に連結された負荷装置との共振が無く
なり、制御系の安定化が図れ高速応答で高精度な速度制
御ができるという効果を奏する。
As described above, according to the present invention, when the inverter output current is near zero, it is possible to prevent the current from vibrating due to a voltage error in on-delay compensation, a correction delay, or the like.
Further, as a result, torque ripple of the electric motor can be prevented, resonance with the mechanically coupled load device is eliminated, the control system is stabilized, and high-speed response and highly accurate speed control can be achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例の全体構成図、第2図は第1
図A部の電流極性演算部の具体的構成図、第3図は第1
図のオンデレイ補償器の具体的構成図、第4図、第5図
及び第6図は本発明の動作を説明する図、第7図は本発
明による制御システムで駆動した誘導電動機の特性図、
第8図ないし第11図は本発明の他の実施例の構成図、第
12図は第11図実施例における関数器の関数曲線図、第13
図、第14図及び第15図は本発明の他の実施例の構成図で
ある。 4……インバータ、10、11……座標変換器、15、16……
電流調節器、17……PWMパルス演算器、18……オンデレ
イ設定器、20……オンデレイ補償器、21……電流位相演
算器、23……電流極性判別器、24……ディザ信号発生
器、26……切換指令器。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an embodiment of the present invention, and FIG.
A concrete configuration diagram of the current polarity calculation unit of FIG. A part, FIG.
The specific configuration diagram of the on-delay compensator in the figure, FIGS. 4, 5, and 6 are diagrams for explaining the operation of the present invention, and FIG. 7 is a characteristic diagram of an induction motor driven by the control system according to the present invention,
8 to 11 are block diagrams of another embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a function curve diagram of the function unit in the embodiment shown in FIG.
FIG. 14, FIG. 14 and FIG. 15 are configuration diagrams of another embodiment of the present invention. 4 ... Inverter, 10, 11 ... Coordinate converter, 15, 16 ...
Current regulator, 17 ... PWM pulse calculator, 18 ... ON delay setting device, 20 ... ON delay compensator, 21 ... Current phase calculator, 23 ... Current polarity discriminator, 24 ... Dither signal generator, 26 ... Switching command device.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 潤一 茨城県日立市大みか町5丁目2番1号 株式会社日立製作所大みか工場内 (72)発明者 鮭川 隆 茨城県日立市大みか町5丁目2番1号 株式会社日立製作所大みか工場内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Junichi Takahashi 5-2-1 Omika-cho, Hitachi-shi, Ibaraki Hitachi Omika factory (72) Inventor Takashi Salmon River 2-chome, Omika-cho, Hitachi-shi, Ibaraki No. 1 Hitachi Ltd. Omika factory

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】スイッチング素子をパルス幅変調信号に基
づいてオン、オフして、直流電源の直流電圧を交流電圧
に変換する電力変換装置の制御方法において、 前記電力変換装置の出力電流の基本波の極性が反転する
タイミングの前後の所定期間にわたって、所定の周期で
正、負極性に反転する所定の大きさを有するディザー信
号を、前記パルス幅変調信号を作る際の変調波に加算す
るか、もしくは前記ディザー信号により前記パルス幅変
調信号のパルス幅を変更して、出力電圧を制御すること
を特徴とする電力変換装置の制御方法。
1. A method of controlling a power conversion device for converting a DC voltage of a DC power supply into an AC voltage by turning on / off a switching element based on a pulse width modulation signal, the fundamental wave of an output current of the power conversion device. A dither signal having a predetermined magnitude that is positively and negatively inverted in a predetermined cycle over a predetermined period before and after the timing when the polarity of the pulse is inverted is added to the modulated wave when the pulse width modulated signal is produced, or Alternatively, the output voltage is controlled by changing the pulse width of the pulse width modulation signal with the dither signal.
【請求項2】スイッチング素子をパルス幅変調信号に基
づいてオン、オフして、直流電源の直流電圧を多相交流
電圧に変換し、各相の出力電流と電流指令値の偏差に応
じて各相の出力電圧を制御する電力変換装置の制御方法
において、 前記電力変換装置の出力電流の基本波の極性が反転する
タイミングの前後の所定期間にわたって、所定の周期で
正、負極性に反転する所定の大きさを有するディザー信
号を、前記パルス幅変調信号を作る際の変調波に加算す
るか、もしくは前記ディザー信号により前記パルス幅変
調信号のパルス幅を変更して、出力電圧を制御すること
を特徴とする電力変換装置の制御方法。
2. A switching element is turned on and off based on a pulse width modulation signal to convert a direct current voltage of a direct current power source into a multi-phase alternating current voltage, and each is output in accordance with a deviation between an output current of each phase and a current command value. In a control method of a power converter that controls a phase output voltage, a predetermined positive and negative polarity inversion is performed in a predetermined cycle over a predetermined period before and after the polarity of the fundamental wave of the output current of the power conversion device is inverted. A dither signal having a magnitude of 1 is added to the modulated wave when the pulse width modulated signal is produced, or the pulse width of the pulse width modulated signal is changed by the dither signal to control the output voltage. A method for controlling a power conversion device having a characteristic feature.
【請求項3】請求項第1項又は請求項第2項において、
前記ディザー信号は、前記電力変換装置の出力電流ベク
トルの基本波の位相信号に、所定の周期で正、負極性に
反転する所定の大きさを有する信号を加算した位相信号
に基づいて演算することを特徴とする電力変換装置の制
御方法。
3. In claim 1 or claim 2,
The dither signal is calculated based on a phase signal obtained by adding a phase signal of a fundamental wave of an output current vector of the power converter with a signal having a predetermined magnitude of positive / negative inversion at a predetermined cycle. A method for controlling a power conversion device, comprising:
【請求項4】請求項第1項又は請求項第2項において、
前記ディザー信号は、前記電力変換装置の出力電流の基
本波成分の大きさに関係する信号に、所定の周期で正、
負極性に反転する所定の振幅値を有する信号を加算した
信号に基づいて演算することを特徴とする電力変換装置
の制御方法。
4. In claim 1 or claim 2,
The dither signal is positive with respect to a signal relating to the magnitude of the fundamental wave component of the output current of the power converter at a predetermined cycle,
A method of controlling a power conversion device, comprising: operating on the basis of a signal obtained by adding signals having a predetermined amplitude value that is inverted to a negative polarity.
【請求項5】請求項第1項又は請求項第2項において、
前記ディザー信号は、前記電力変換装置の回転座標系の
直交する二つの出力電流ベクトル成分と、所定の周期で
正、負極性に反転する所定の大きさを有する信号と、前
記回転座標系の座標基準位相信号に基づいて演算するこ
とを特徴とする電力変換装置の制御方法。
5. In claim 1 or claim 2,
The dither signal includes two output current vector components orthogonal to each other in the rotating coordinate system of the power conversion device, a signal having a predetermined magnitude that is positively and negatively inverted in a predetermined cycle, and coordinates of the rotating coordinate system. A control method for a power conversion device, characterized in that calculation is performed based on a reference phase signal.
【請求項6】スイッチング素子の点弧パルスを制御し
て、直流電源の直流電圧を交流電圧に変換する電力変換
装置において、 電圧指令信号の変調波と搬送波を比較して得られるパル
ス幅変調信号により前記スイッチング素子の点弧パルス
幅を制御する手段と、前記電力変換装置の出力電流の基
本波の極性が反転するタイミングの前後の所定期間にわ
たって、所定の周期で正、負極性に反転する所定の大き
さを有するディザー信号を発生する手段と、前記ディザ
ー信号を、前記パルス幅変調信号を作る際の変調波に加
算するか、もしくは前記ディザー信号により前記パルス
幅変調信号のパルス幅を変更する手段とを備えたことを
特徴とする電力変換装置。
6. A pulse width modulation signal obtained by comparing a modulated wave of a voltage command signal with a carrier in a power converter for controlling a DC pulse of a DC power source into an AC voltage by controlling an ignition pulse of a switching element. Means for controlling the ignition pulse width of the switching element, and a predetermined positive and negative polarity reversal at a predetermined period for a predetermined period before and after the timing when the polarity of the fundamental wave of the output current of the power converter is reversed. Means for generating a dither signal having a magnitude of, and adding the dither signal to a modulated wave when the pulse width modulated signal is made, or changing the pulse width of the pulse width modulated signal by the dither signal An electric power conversion device comprising:
【請求項7】スイッチング素子の点弧パルスを制御し
て、直流電源の直流電圧を多相交流電圧に変換する電力
変換装置において、 前記電力変換装置の各相の出力電流と電流指令値の偏差
に応じて各相の出力電圧指令信号を生成する手段と、前
記各相の出力電圧指令信号の変調波と搬送波を比較して
得られるパルス幅変調信号により前記スイッチング素子
の点弧パルス幅を制御する手段と、前記電力変換装置の
出力電流の基本波の極性が反転するタイミングの前後の
所定期間にわたって、所定の周期で正、負極性に反転す
る所定の大きさを有するディザー信号を発生する手段
と、前記ディザー信号を、前記パルス幅変調信号を作る
際の変調波に加算するか、もしくは前記ディザー信号に
より前記パルス幅変調信号のパルス幅を変更する手段と
を備えたことを特徴とする電力変換装置。
7. A power converter that controls a firing pulse of a switching element to convert a DC voltage of a DC power supply into a multi-phase AC voltage, wherein a deviation between an output current of each phase of the power converter and a current command value. Means for generating an output voltage command signal for each phase according to the above, and a pulse width modulation signal obtained by comparing a modulated wave of the output voltage command signal for each phase with a carrier wave, to control the ignition pulse width of the switching element. And a means for generating a dither signal having a predetermined magnitude that is positively and negatively inverted in a predetermined cycle for a predetermined period before and after the polarity of the fundamental wave of the output current of the power converter is inverted. And a means for adding the dither signal to a modulated wave when the pulse width modulated signal is made, or for changing the pulse width of the pulse width modulated signal by the dither signal. An electric power conversion device characterized by being provided.
【請求項8】スイッチング素子を点弧パルスを制御し
て、直流電源の直流電圧を交流電圧に変換する電力変換
装置において、 前記電力変換装置の回転座標系の直交する二つの出力電
圧ベクトル成分指令信号を演算する手段と、所定の周期
で正、負極性に反転する所定の大きさを有するディザー
信号を発生する手段と、前記回転座標系の直交する二つ
の出力電圧ベクトル成分指令信号の少なくとも一方に、
前記ディザー信号を加算する手段と、前記出力電圧ベク
トル成分指令信号を固定子座標系の出力電圧指令信号に
変換する手段と、前記電圧指令信号の変調波と搬送波を
比較して得られるパルス幅変調信号により前記スイッチ
ング素子の点弧パルス幅を制御する手段とを備えたこと
を特徴とする電力変換装置。
8. A power conversion device for converting a DC voltage of a DC power supply into an AC voltage by controlling an ignition pulse of a switching element, wherein two output voltage vector component commands orthogonal to each other in a rotating coordinate system of the power conversion device. At least one of a means for calculating a signal, a means for generating a dither signal having a predetermined magnitude that is inverted in a positive or negative polarity at a predetermined cycle, and two output voltage vector component command signals orthogonal to each other in the rotating coordinate system. To
Means for adding the dither signal, means for converting the output voltage vector component command signal into an output voltage command signal of a stator coordinate system, and pulse width modulation obtained by comparing a modulated wave of the voltage command signal with a carrier wave. And a means for controlling the ignition pulse width of the switching element by a signal.
【請求項9】請求項第6項ないし請求項第8項の何れか
に記載された電力変換装置と前記電力変換装置により駆
動される交流電動機を有することを特徴とする交流電動
機の可変速システム。
9. A variable speed system for an AC motor, comprising: the power converter according to any one of claims 6 to 8; and an AC motor driven by the power converter. .
【請求項10】請求項第6項ないし請求項第8項の何れ
かに記載された電力変換装置により交流電動機を駆動す
るとき、前記ディザー信号の正、負極性反転の周期は、
前記パルス幅変調における搬送波の周期より長く、前記
交流電動機の巻線時定数及び前記交流電動機と機械的に
連結された負荷装置との間の固有振動数の周期より短く
したことを特徴とする電力変換装置。
10. When driving the AC motor by the power converter according to any one of claims 6 to 8, the cycle of positive and negative polarity inversion of the dither signal is:
Power that is longer than the cycle of the carrier wave in the pulse width modulation and shorter than the cycle of the winding time constant of the AC motor and the natural frequency between the AC motor and the load device mechanically connected to the AC motor. Converter.
【請求項11】請求項第6項ないし請求項第8項の何れ
かに記載された電力変換装置により交流電動機を駆動す
るとき、前記電力変換装置における前記ディザー信号の
大きさは、前記交流電動機の回転速度に応じて変化さ
せ、回転速度が大きいときは小さく、回転速度が小さい
ときは大きくすることを特徴とする電力変換装置。
11. When driving an AC electric motor by the electric power converter according to any one of claims 6 to 8, the magnitude of the dither signal in the electric power converter has a magnitude of the AC electric motor. The power conversion device is characterized in that it is changed according to the rotation speed of, and is small when the rotation speed is high, and is increased when the rotation speed is low.
【請求項12】請求項第6項ないし請求項第8項の何れ
かに記載された電力変換装置により交流電動機を駆動す
るとき、前記交流電動機の回転座標系の直交する二つの
出力電流ベクトル成分検出値に、所定の大きさの振動が
発生したとき、または振動回数が所定以上発生したとき
のみ、前記ディザー信号を前記パルス幅変調信号を作る
際の変調波に加算するか、もしくは前記ディザー信号に
より前記パルス幅変調信号のパルス幅を変更するか、も
しくは前記回転座標系の直交する二つの出力電圧ベクト
ル成分指令信号の少なくとも一方に加算することを特徴
とする電力変換装置。
12. When driving an AC electric motor with the power converter according to any one of claims 6 to 8, two output current vector components orthogonal to each other in the rotational coordinate system of the AC electric motor. The dither signal is added to the modulated wave when the pulse width modulated signal is generated, or the dither signal is generated only when the detected value vibrates with a predetermined magnitude or when the number of vibrations exceeds a predetermined value. The power converter is characterized in that the pulse width of the pulse width modulation signal is changed by or is added to at least one of the two output voltage vector component command signals orthogonal to each other in the rotating coordinate system.
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