JP2625870B2 - PWM inverter - Google Patents

PWM inverter

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JP2625870B2
JP2625870B2 JP63105600A JP10560088A JP2625870B2 JP 2625870 B2 JP2625870 B2 JP 2625870B2 JP 63105600 A JP63105600 A JP 63105600A JP 10560088 A JP10560088 A JP 10560088A JP 2625870 B2 JP2625870 B2 JP 2625870B2
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巧 吉田
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神鋼電機株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はアーム短絡防止期間を設定して駆動されるPW
Mインバータにおいて該アーム短絡防止期間の出力電圧
に及ぼす影響を防止する技術に関する。
The present invention relates to a PW driven by setting an arm short-circuit prevention period.
The present invention relates to a technique for preventing an influence on an output voltage during an arm short-circuit prevention period in an M inverter.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

交流電動機等の電磁機械の駆動源として用いられる電
力変換器の出力制御方法の1つにパルス幅変調(PWM)
制御方式がある。
Pulse width modulation (PWM) is one of the output control methods of power converters used as drive sources for electromagnetic machines such as AC motors
There is a control method.

このPWM制御方式は、一般に、インバータの出力電圧
を指令する電圧指令信号(変調波)を三角波信号(搬送
波)と比較して、インバータを構成する各スイツチング
素子のスイツチング時間を決定しようとするもので、イ
ンバータの制御回路には、第3図に示すようなPWM信号
作成回路を設ける。同図において、1は単相インバータ
INVの直流電源(電圧E)、2はインバータINVの主回
路、Tr1、Tr2はスイツチング素子(トランジスタ)、3
は負荷である誘導電動機、4はPWM信号を作成するPWM信
号作成回路、5は主回路2のスイツチング素子Tr1、Tr2
に駆動信号を供給する駆動回路(ドライバ)であり、PW
M信号作成回路4は、基本的に、三角波信号VCPを発生す
る可変振幅三角波発振器6、電圧指令信号Vと三角波
信号VCPを第4図に示すように比較してPWM信号Pを作成
する比較器7を備えている。voは主回路2の出力電圧
(平均値)、Tは三角波信号の周期、t1はPWM信号のパ
ルス幅を示す。
This PWM control system generally compares a voltage command signal (modulated wave) for commanding the output voltage of the inverter with a triangular wave signal (carrier) to determine the switching time of each switching element constituting the inverter. The inverter control circuit is provided with a PWM signal generating circuit as shown in FIG. In the figure, 1 is a single-phase inverter
INV of the DC power supply (voltage E), the main circuit of the second inverter INV, T r1, T r2 are switching-element (transistor), 3
Induction motor as a load is, PWM signal generating circuit for generating a PWM signal 4, switching-element T r1 of 5 main circuit 2, T r2
Is a drive circuit (driver) that supplies drive signals to the
The M signal generation circuit 4 basically generates a PWM signal P by comparing the variable amplitude triangular wave oscillator 6 for generating the triangular wave signal VCP with the voltage command signal V * and the triangular wave signal VCP as shown in FIG. A comparator 7 is provided. vo main circuit 2 the output voltage (average value), T is the period of the triangular wave signal, t 1 denotes the pulse width of the PWM signal.

上記出力電圧voは、 の関係から、 で表され、出力電圧voは直流電源の電圧Eの大きさに比
例し、三角波信号VCPの振幅に反比例するので、直流電
圧Eが変動すると、出力電圧voが変動することになる。
このため、従来は、第5図に示すように、三角波発振器
6が係数器8を通し直流電圧Eを取り込んで三角波信号
VCPを作るようにして、直流電圧Eの変動による出力電
圧voの変動防止を図つている。Kは電圧の実際値と制御
回路上の信号間のスケーリング係数である。
The output voltage vo is From the relationship, In expressed, the output voltage vo is proportional to the magnitude of the voltage E of the DC power supply, is inversely proportional to the amplitude of the triangular wave signal V CP, the DC voltage E is varied, the output voltage vo is varied.
For this reason, conventionally, as shown in FIG. 5, a triangular wave oscillator 6 takes in a DC voltage E through a
By making V CP , fluctuation of the output voltage vo due to fluctuation of the DC voltage E is prevented. K is the scaling factor between the actual value of the voltage and the signal on the control circuit.

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

ところが、上記主回路2は、出力点と直流電源1の正
極との間(正アーム)、該出力点と直流電源1の負極と
の間(負アーム)に、それぞれ、1もしくは直列する複
数個のスイツチング素子を挿入した回路を有しているの
で、両アームのスイツチング素子が共にONするアーム短
絡を防止するため、アーム短絡防止期間(デツドタイ
ム)tdを設ける。
However, the main circuit 2 has one or a plurality of serial circuits between the output point and the positive electrode of the DC power supply 1 (positive arm) and between the output point and the negative electrode of the DC power supply 1 (negative arm). since a circuit which included a switching-element, to prevent arm short circuit of switching-element of both arms both ON, the arm short circuit preventing period (Detsudotaimu) provided t d.

第6図はこのデツドタイムtdを設定するインバータの
制御回路の1例を示したもので、その各部の波形図を第
7図に示してある。第6図において、10a、10bはオンデ
イレイ/オフインスタントタイマ回路、11a、11bは波形
整形回路、12a、12bはドライバであり、ioは負荷3を流
れる電流、vGA、vGBはベース駆動信号である。
Figure 6 is an illustration of one example of a control circuit of the inverter to set the Detsudotaimu t d, it is shown waveforms of the respective portions in FIG. 7. In FIG. 6, 10a and 10b are on-delay / off instant timer circuits, 11a and 11b are waveform shaping circuits, 12a and 12b are drivers, i o is a current flowing through the load 3, v GA , and v GB are base drive signals. It is.

この構成では、オンデイレイ/オフインスタントタイ
マ回路10a、10bがあるため、第7図に示すように、ベー
ス駆動信号vGbの立上りは、ベース駆動信号vGaのパルス
の立下りに対して、また、ベース駆動信号vGaの立上り
は、ベース駆動信号vGbのパルスの立下りに対して、常
に、時間tdだけ遅延されるので、トランジスタTR1、TR2
が同時にONすることは避けられる。
In this configuration, since the on-delay / off instant timer circuits 10a and 10b are provided, as shown in FIG. 7, the rising of the base driving signal v Gb corresponds to the falling of the pulse of the base driving signal v Ga and Since the rise of the base drive signal v Ga is always delayed by the time t d with respect to the fall of the pulse of the base drive signal v Gb , the transistors T R1 and T R2
Can be turned on at the same time.

しかしながら、このデツドタイムtdの間は、両トラン
ジスタTR1、TR2が共にOFFし、出力電圧voの管理が行わ
れないので、出力電圧voは電圧指令値Vに対して、ず
れ(誤差)Δvoを生じ、負荷電流ioが正の時は、vo<V
、負の時は、vo>Vとなる。即ち、 で表される。、また、 であるから、上記(2)式は、 となり、Δvoは、 このように、デツドタイムtdを設定して駆動するイン
バータINVでは、このデツドタイムtdの影響によつて、
出力値voが指令値Vに対して誤差Δvoを生じる。この
ΔvoはVの大きさに関係ないので、低速時や直流制動
時など、Vの値が小さい時は、該ΔvoはVに対して
相対的に大きな割合となる。
However, during this dead time t d , both transistors T R1 and T R2 are turned off and the output voltage vo is not managed, so that the output voltage vo deviates from the voltage command value V * by ( Error) Δv o and when the load current i o is positive, v o <V
* , When negative, v o > V * . That is, It is represented by ,Also, Therefore, the above equation (2) is And Δv o is Thus, the inverter INV is driven by setting the Detsudotaimu t d, Yotsute the impact of this Detsudotaimu t d,
The output value v o causes an error Δv o with respect to the command value V * . This Delta] v o is not related to the magnitude of V *, such as during low speed and DC braking, when the value of V * is small, the Delta] v o is the relatively large percentage of the V *.

この為、インバータ負荷が、真空ポンプ駆動用誘導電
動機のように、冷却状態が良くない交流電動機であつ
て、比較的長時間、直流制動をかけるようなものである
場合には、負荷の過熱や制御性能の不安定を招くという
問題があつた。
For this reason, if the inverter load is an AC motor having a poor cooling state, such as an induction motor for driving a vacuum pump, and performs DC braking for a relatively long time, overheating of the load or overheating of the load may occur. There was a problem that control performance became unstable.

本発明はこの問題を解消するためになされたもので、
直流制動時入力電圧が変動しても、上記デツドタイムの
影響を受けることなく、出力電圧を電圧指令値に維持す
ることができるPWMインバータを提供することを目的と
する。
The present invention has been made to solve this problem.
It is an object of the present invention to provide a PWM inverter capable of maintaining an output voltage at a voltage command value without being affected by the dead time even when an input voltage during DC braking varies.

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

本発明は上記目的を達成するため、PWM信号の搬送波
と比較される電圧指令信号の大きさを、アーム短絡防止
期間相当分だけ、インバータ出力電流の正負極性に対応
して増減補正する構成としたものである。
In order to achieve the above object, the present invention has a configuration in which the magnitude of the voltage command signal to be compared with the carrier of the PWM signal is increased or decreased by an amount corresponding to the arm short-circuit prevention period, in accordance with the polarity of the inverter output current. Things.

〔作用〕[Action]

従来のPWM制御では、電圧パルス幅が、負荷電流の極
性に応じて、アーム短絡防止期間分だけ誤差を有してい
たが、本発明では、直流制動時電圧指令値を、アーム短
絡防止期間対応分だけ負荷電流の極性に応じて補正する
ので、電圧指令値と出力電圧平均値とのずれ(誤差)が
無くなる。
In the conventional PWM control, the voltage pulse width has an error corresponding to the arm short-circuit prevention period according to the polarity of the load current.In the present invention, the DC braking voltage command value is set to correspond to the arm short-circuit prevention period. Since the correction is made by the amount corresponding to the polarity of the load current, the deviation (error) between the voltage command value and the output voltage average value is eliminated.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図において、13は係数器(係数K)である。14は
電圧指令値補正回路であつて、関数器(関数td/T)15、
加算器16を有している。17は搬送波振幅補正回路であつ
て、係数器(係数K/2)18、乗算器19を有しており、PWM
信号作成回路4に、上記電圧指令値補正回路14と搬送波
振幅補正回路17が付加された点において、従来の構成と
主たる相違を有する。第6図の構成要素と同じものに
は、同一符号を付して示してある。
In FIG. 1, reference numeral 13 denotes a coefficient unit (coefficient K). Reference numeral 14 denotes a voltage command value correction circuit, and a function unit (function t d / T) 15,
It has an adder 16. 17 is a carrier amplitude correction circuit, which has a coefficient unit (coefficient K / 2) 18 and a multiplier 19,
The main difference from the conventional configuration is that the voltage command value correction circuit 14 and the carrier wave amplitude correction circuit 17 are added to the signal generation circuit 4. The same components as those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals.

次に、このPWM信号作成回路4内の信号変換動作を第
2図を参照して説明する。第3図は該PWM信号作成回路
4内の信号系を算術的に表現したもので、以下に、該第
2図に基づいて、本実施例の動作を説明する。
Next, the signal conversion operation in the PWM signal generation circuit 4 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is an arithmetic representation of the signal system in the PWM signal generation circuit 4. The operation of this embodiment will be described below with reference to FIG.

実際の出力電圧目標値をvo とすると、 このように、本実施例では、搬送波VCPの振幅の大き
さを決めるための直流電圧Eに、デツドタイム/搬送波
周期比(td/T)相当のゲインを乗じた値を電圧指令値V
に加算しているので、デツドタイムtdの出力電圧vo
及ぼす影響は無くなる。
Assuming that the actual output voltage target value is v o * , Thus, in this embodiment, the carrier into a DC voltage E for determining the amplitude of the magnitude of V CP, Detsudotaimu / carrier period ratio (t d / T) corresponding voltage value obtained by multiplying the gain command value V
Since * is added to * , the influence of the dead time t d on the output voltage vo is eliminated.

前記した交流電動機の直流制動時、負荷電流の極性は
出力電圧極性に対して正極性であることにより、該出力
電圧voは電圧指令値V(K=1とした場合)に対して
(−)方向へずれる傾向にあり、出力電圧voは主回路直
流電圧に依存するので、直流電圧Eによつては、制動電
流に大きな過不足が生じ、制動性能の低下や交流電動機
の過熱等を招く恐れがあつたが、本実施例では、常に、
vo=Vに維持することができるので、該過熱等を防止
することができる。
At the time of the DC braking of the AC motor, the polarity of the load current is positive with respect to the output voltage polarity, so that the output voltage v o is equal to the voltage command value V * (when K = 1) ( −), The output voltage vo depends on the DC voltage of the main circuit. Therefore, depending on the DC voltage E, there is a large excess or deficiency in the braking current, and the braking performance is degraded or the AC motor is overheated. However, in this example,
Since v o = V * can be maintained, the overheating and the like can be prevented.

なお、上記実施例では、単相インバータの場合につい
て説明したが、本発明は多相インバータに適用して同様
の効果を得ることができる。
In the above embodiment, the case of a single-phase inverter has been described, but the present invention can be applied to a polyphase inverter to obtain the same effect.

〔発明の効果〕 本発明は以上説明した通り、電圧指令値をアーム短絡
防止期間相当分だけ補正する構成としたことにより、ア
ーム短絡防止期間を設定していても、出力電圧に対する
該アーム短絡防止期間の影響を無くすことができるの
で、従来に比して、制御性能、制御の安定性を向上する
ことができる。
[Effects of the Invention] As described above, the present invention is configured to correct the voltage command value by an amount corresponding to the arm short-circuit prevention period. Since the influence of the period can be eliminated, control performance and control stability can be improved as compared with the related art.

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

第1図は本発明の実施例を示すブロツク図、第2図は上
記実施例の動作を説明するための信号系を算術的に表現
した図、第3図はPWM信号作成回路の基本的回路図、第
4図はPWM信号を説明するための波形図、第5図はPWM信
号作成回路を有するインバータの基本的構成を示す図、
第6図はアーム短絡期間を設定したインバータの1例を
示す図、第7図は第6図のインバータの各部の波形を示
す図である。 4……PWM信号作成回路、14……電圧指令値補正回路、1
7……搬送波振幅補正回路。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram expressing a signal system for explaining the operation of the above embodiment, and FIG. 3 is a basic circuit of a PWM signal generating circuit. FIG. 4 is a waveform diagram for explaining a PWM signal, FIG. 5 is a diagram showing a basic configuration of an inverter having a PWM signal generation circuit,
FIG. 6 is a diagram showing an example of an inverter in which an arm short-circuit period is set, and FIG. 7 is a diagram showing waveforms at various parts of the inverter in FIG. 4 ... PWM signal generation circuit, 14 ... Voltage command value correction circuit, 1
7 Carrier amplitude correction circuit.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】交流電動機を可変速駆動するPWMインバー
タであつて、アーム短絡防止期間を設定してPWM制御さ
れ、PWM信号を作成する回路において電圧指令信号と比
較される搬送波の振幅が、インバータ入力直流電圧の大
きさに応じて変化するインバータにおいて、直流制動を
行う時に、上記電圧指令信号の大きさが、上記アーム短
絡防止期間相当分だけ、インバータ出力電流の正負極性
に対応して増減補正されることを特徴とするPWMインバ
ータ。
1. A PWM inverter for driving an AC motor at a variable speed, wherein the PWM control is performed by setting an arm short-circuit prevention period, and the amplitude of a carrier wave to be compared with a voltage command signal in a circuit for generating a PWM signal is controlled by the inverter. In the inverter that changes according to the magnitude of the input DC voltage, when DC braking is performed, the magnitude of the voltage command signal is increased or decreased by the amount corresponding to the arm short-circuit prevention period in accordance with the polarity of the inverter output current. PWM inverter characterized by being performed.
【請求項2】PWM信号を作成する回路が、電圧指令値補
正回路を有し、上記電圧指令補正回路は、電圧指令値
を、インバータ入力直流電圧値のアーム短絡防止期間/
搬送波周期比相当分だけ加算回路を通して補正すること
を特徴とする請求項1記載のPWMインバータ。
2. A circuit for generating a PWM signal, comprising a voltage command value correction circuit, wherein the voltage command correction circuit converts a voltage command value into an arm short-circuit prevention period of an inverter input DC voltage value.
2. The PWM inverter according to claim 1, wherein correction is performed by an adder circuit by an amount corresponding to a carrier wave cycle ratio.
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