JP2696010B2 - 並列多重インバータ装置のパルス幅変調方式 - Google Patents

並列多重インバータ装置のパルス幅変調方式

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JP2696010B2 JP3190780A JP19078091A JP2696010B2 JP 2696010 B2 JP2696010 B2 JP 2696010B2 JP 3190780 A JP3190780 A JP 3190780A JP 19078091 A JP19078091 A JP 19078091A JP 2696010 B2 JP2696010 B2 JP 2696010B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、並列多重インバータ装
置のパルス幅変調方式に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図15は例えば特開昭64−47277
号公報に示された従来例による交流出力の各相から3つ
のレベルの電位を選択できる3レベルインバータの構成
を示す図である。図において、1は直流電源、2a,2
bは直流電源1間に接続された同一容量のコンデンサ、
3a〜3dはスイッチングトランジスタ、4a〜4dは
それぞれのトランジスタ3a〜3dに逆並列接続された
ダイオード、4e,4fは中性点電位0にクランプする
ためのダイオードであり、これらの構成要素で破線で示
されているU相インバータ11uを構成している。V
相,W相についても3a〜3d,4a〜4fは同様であ
る。
【0003】いま、直流電源1の電圧をEdとすれば、
コンデンサ2a,2bには通常Ed/2づつ印加され、
コンデンサ2a,2b同士の接続点電位を基準電位0と
考えると、出力端子Uの電位は、トランジスタ3aと3
bを駆動すればEd/2に、トランジスタ3cと3bを
駆動すれば−Ed/2に、トランジスタ3bと3cを駆
動すれば0に、3つのレベルの電位を選択できる。V
相、W相についても同様であるからU−V間にはEd,
Ed/2,0,−Ed/2,−Edの5つのレベルが得
られ、このレベル間でパルス幅変調を行えば、通常の各
相2レベル、線間3レベルの場合に比べ、PWMのスイ
ッチングに伴う電位変動は1/2に減少、その分、高調
波成分が低減され、トルクリップルを減らすことができ
る。
【0004】また、図13は図15で示された3レベル
インバータのパルス幅制御装置の構成を示す図である。
図において、5aは第1の三角波としての正の振幅の三
角波を発生する第1の三角波発生手段、5bは第2の三
角波として負の振幅の三角波を発生する第2の三角波発
生手段、6は3相交流出力の3レベルインバータ装置出
力U,V,W各相の基本波に対応した変調信号波となる
正弦波を発生する変調信号波発生手段、7は上記三角波
と変調信号波の同期を取るためのクロック発生回路、
U,V,W各相の8aおよび8bは第1および第2の変
調手段をなす比較器、9aおよび9bは第1および第2
の論理反転回路である。各相の駆動信号出力端子10a
〜10dは、図15に示す装置の対応した相の対応した
トランジスタ3a〜3dのベース駆動信号を供給する。
【0005】さらに、図14は上述した図13の動作を
説明するための動作波形を示す図であり、第1の三角波
は、上限が1、下限が0、第2の三角波は、第1の三角
波と同位相で、かつ上限が0、下限が−1であって、す
なわち、第2の三角波は第1の三角波を1だけ負バイア
スしたものであり、この2つの三角波と変調信号波を比
較し、図15に示すトランジスタ3a〜3dのベース駆
動信号を決定するようになっている。
【0006】また、図16は上記の如くパルス幅制御に
基づく3相交流出力の3レベルインバータ装置のU相交
流出力電圧のシミュレーション波形(図16a)と、直
流側電流リップルのシミュレーション波形(図16b)
を示し、交流出力電圧の高調波含有率が大きく、直流側
電流リップルも大きくなっていることを示している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来の3相交流出力の
3レベルインバータのパルス幅制御装置は以上のように
構成されているので、高調波含有率が大きく、また、直
流側電流リップルが大きくなり、大容量のコンデンサが
必要となるなどの問題点があった。
【0008】本発明は、上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、高調波含有率が小さくできると
ともに、直流側コンデンサ容量を小さくして装置を小型
化できる並列多重インバータ装置のパルス幅変調方式を
得ることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明に係る並列多重イ
ンバータのパルス幅変調方式は、3相交流出力の各相か
ら3つのレベルの電位を選択できる3レベルインバータ
を交流リアクトルを介して複数台並列接続してなる並列
多重インバータ装置において、出力波形の基本波成分に
相当する変調信号波を発生する変調信号波発生手段と、
3相共通であって、互いに同位相で、正側ピークの最大
値を1、負側ピークの最小値を−1に固定し、電位1/
2のバイアス分だけずらした2つの三角波を発生する第
1と第2の三角波発生手段を備えると共に、上記三角波
と上記変調波信号を比較し、パルス幅変調されたパルス
列を発生するパルス幅変調手段とを備え、かつ上記三角
波の位相を、並列多重接続された各グループで360°
/n(n:並列多重数)づつずらすことを特徴とするも
のである。
【0010】
【0011】
【作用】本発明における並列多重インバータのパルス幅
変調方式は、パルス幅変調方式の三角波として、3相共
通の互いに同位相で、正側ピークの最大値を1、負側ピ
ークの最小値を−1に固定し、電位1/2のバイアス分
だけずらした2つの三角波を使用することにより、低次
の直流側電流リップルがなくなり、コンデンサ容量を小
さくできる。また、並列多重された各グループで三角波
の位相を360°/nづつずらすことにより、3相交流
出力電圧の低次の高調波成分がキャンセルされる。
【0012】
【0013】
【実施例】実施例1.以下、本発明の一実施例を図につ
いて説明する。図1は並列多重インバータ装置のパルス
幅変調方式を説明するためのもので、図1において、5
aはグループ1Gの第1の三角波として正側にずらした
三角波13aを発生するグループ1Gの第1の三角波発
生手段、5bはグループ1Gの第2の三角波として負側
にずらした三角波13bを発生するグループ1Gの第2
の三角波発生手段で、この2つの三角波は、正側ピーク
の最大値を1、負側ピークの最小値を−1に固定し、電
位1/2のバイアス分だけずらせる。5c,5eはグル
ープ2G,nG(nは並列多重インバータ装置の並列多
重数)の第1の三角波として正側にずらした三角波を発
生するグループ2G,nGの第1の三角波発生手段、5
d,5f波はグループ2G,nGの第2の三角波として
負側にずらした三角波を発生するグループ2G,nGの
第2の三角波発生手段であり、各グループの第1の三角
波と第2の三角波は、グループ1Gと同じで、電位1/
2だけずらせる。また、各グループで第1の三角波およ
び第2の三角波は、それぞれ360°/nずらせる。
【0014】また、6は並列多重インバータ装置出力
U,V,W各相の基本波に対応した変調信号波となる正
弦波を発生する変調信号波発生手段、8aおよび8bは
上記それぞれの相の変調信号波と第1および第2の三角
波をそれぞれ比較し、パルス幅変調を行うグループ1G
の第1および第2の比較器、8cおよび8dはグループ
2Gの第1および第2の比較器、8eおよび8fはグル
ープnGの第1および第2の比較器、9aおよび9bは
グループ1Gの第1および第2の論理反転回路、9c及
び9dはグループ2Gの第1および第2の論理反転回
路、9eおよび9fはグループnGの第1および第2の
論理反転回路である。
【0015】また、1グループ各相の駆動信号出力端子
10aは、図15に示すグループ1Gのインバータ装置
のトランジスタ3aのベースに、10bはトランジスタ
3cのベースに、10cはトランジスタ3bのベース
に、10dはトランジスタ3dのベースに駆動信号を供
給する。グループ2Gの各相の駆動信号出力端子11a
〜11dは、グループ2Gのインバータ装置のトランジ
スタのベースに、グループnGの各相の駆動信号出力端
子12a〜12dはグループnGのインバータ装置のト
ランジスタのベースに駆動信号を供給する。
【0016】図2はグループ1GのU,V,W相の第1
の三角波と第2の三角波の関係を示す図である。13a
は第1の三角波である正側にずらした三角波、13bは
第2の三角波である負側にずらした三角波であり、2つ
の三角波は正側ピーク最大値を1、負側ピーク最小値を
−1に固定し、第2の三角波は第1の三角波を1/2だ
け負バイアスしたものである。この第1と第2の三角波
は、U,V,W相で共通とする。
【0017】図3は上記実施例の図1の動作を説明する
ために示した各部の動作波形を示す図である。第1の三
角波発生手段5aの出力信号と、第2の三角波発生手段
5bの出力信号は、図2で説明したように決める。例え
ばU相については、第1の比較器8aでU相変調信号波
と第1の三角波13aを比較し、U相変調信号波の値が
第1の三角波を越えた期間オンパルスを発生する。第2
の比較器8bでU相変調信号波と第2の三角波13bを
比較し、U相変調信号波の値が第2の三角波を越えた期
間オンパルスを発生する。この第1、第2の比較器8
a,8bの出力信号と、論理反転させた論理反転回路9
a,9bの出力信号を図15に示したインバータ装置の
トランジスタ3a〜3dのベースに供給する。
【0018】また、図4と図6はグループ1GのU,
V,W相の第1の三角波と第2の三角波の別の関係を示
す図である。図4は第1の三角波13aと第2の三角波
13bの正側ピークの最大値を1、負側ピークの最小値
を−1に固定し、第2の三角波は、第1の三角波を3/
4だけ負バイアスしたものであることを示し、図6は第
1の三角13aと第2の三角波13bの正側ピークの最
大値を1、負側ピークの最小値を−1に固定し、第2の
三角波は、第1の三角波を1/4だけ負バイアスしたも
のであることを示す。
【0019】ここで、図5は図4で示した第1の三角波
と第2の三角波とを使用した場合の各部の動作波形を示
す図、図7は図6で示した第1の三角波と第2の三角波
を使用した場合の各部の動作波形を示す図である。
【0020】また、図8は図15で示した3相交流出力
の3レベルインバータを交流リアクトルを介して複数台
並列接続してある並列多重インバータ装置の構成図であ
り、図において、2aおよび2b、14aおよび14
b、15aおよび15bは同一容量のコンデンサ、16
a〜16cは同一インピーダンスの交流リアクタンスで
ある。
【0021】図9は図2で示した第1と第2の三角波を
使用してパルス幅制御を行った並列多重3レベルインバ
ータ装置(3台)のU相交流出力電圧のシミュレーショ
ン波形(図9a)と直流側の電流リップルのシミュレー
ション波形(図9b)である。シミュレーションは、出
力基本波周波数5Hz、力率0.5、変調率0.8、パ
ルス数は50パルス、直流電圧2kv×2、出力電流2
500Armsの条件下で行い、P側の直流電流をIP
とすると、直流側の電流リップルは∫〔IP /(250
0×√2)〕dt (直流側電流リップルのシミュレー
ション波形の縦軸)で評価する。
【0022】また、図10は図2で示した第1と第2の
三角波を使用しパルス幅制御を行った1台のインバータ
装置のU相交流出力電圧シミュレーション波形である。
並列多重にすることにより、低次の高調波成分がキャン
セルされることがわかる。
【0023】さらに、図11は図4で示した第1と第2
の三角波を使用した場合、図12は図6で示した第1と
第2の三角波を使用した場合の並列多重3レベルインバ
ータ装置(3台)のU相交流出力電圧のシミュレーショ
ン波形(図11a,図12a)と、直流側電流のリップ
ルのシミュレーション波形(図11b,図12b)であ
る。
【0024】これらシミュレーション結果より、交流出
力電圧の高調波含有率を小さくするには、図2で示した
三角波を使用するのが最適であり、次に図4の三角波を
使用するのがよく、図6の三角波を使用すると高調波含
有率は大きくなることがわかる。また、直流側電流リッ
プルを小さくするには、図6で示した三角波を使用する
のが最適であり、次に図2で示した三角波を使用するの
がよく、図4の三角波を使用すると直流側電流リップル
は大きくなることがわかる。
【0025】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、3相交
流出力の3レベルインバータを交流リアクトルを介して
複数台並列接続し、パルス幅制御において、3相共通の
互いに同位相で正側ピークの最大値を1、負側ピークの
最小値を−1に固定し、電位1/2のバイアス分だけず
らした2つの三角波を使用しているので、直流側電流リ
ップルが小さくなり、コンデンサ容量を小さくでき、装
置が安価にできる効果がある。また、パルス幅制御装置
の三角波の位相を各グループで360°/nづつずらす
ように構成したので、3相交流出力電圧の低次の高調波
成分がキャンセルされ高調波含有率が低減される。
【0026】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による3相交流出力の3レベ
ルインバータを交流リアクトルを介して複数台並列接続
してある並列多重インバータ装置のパルス幅変調方式を
示す構成図である。
【図2】本発明の一実施例によるパルス幅変調方式の三
角波の波形図である。
【図3】本発明の一実施例によるパルス幅変調方式の動
作波形図である。
【図4】本発明に関連する他の実施例によるパルス幅変
調方式の三角波の波形図である。
【図5】本発明に関連する他の実施例によるパルス幅変
調方式の動作波形図である。
【図6】本発明に関連する他の実施例によるパルス幅変
調方式の三角波の波形図である。
【図7】本発明に関連する他の実施例によるパルス幅変
調方式の動作波形図である。
【図8】本発明の3相交流出力の3レベルインバータを
交流リアクトルを介して複数台並列接続(3台)してあ
る並列多重インバータ装置を示す構成図である。
【図9】本発明の実施例による図2で示した三角波を使
用したシミュレーション波形図である。
【図10】本発明に関係する他の実施例によるシミュレ
ーション波形図である。
【図11】本発明の実施例による図4で示した三角波を
使用したシミュレーション波形図である。
【図12】本発明の実施例による図6で示した三角波を
使用したシミュレーション波形図である。
【図13】従来の3相交流出力の3レベルインバータの
パルス幅変調方式を示す構成図である。
【図14】従来のパルス幅変調方式の動作波形図であ
る。
【図15】従来の3相交流出力の3レベルインバータ装
置を示す構成図である。
【図16】従来のシミュレーション波形図である。
【符号の説明】
1 直流電源 2 コンデンサ 3a〜3d トランジスタ 4a〜4f ダイオード 5a〜5f 第1および第2の三角波発生手段 6 変調波信号発生手段 7 クロックパルス発生回路 8a〜8f 第1および第2の比較器 9a〜9f 第1および第2の論理反転回路 10a〜10d,11a〜11d,12a〜12d
各グループ各相の駆動信号出力端子 13a 第1の三角波 13b 第2の三角波 14〜15 コンデンサ 16a〜16c 交流リアクトル

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 3相交流出力の各相から3つのレベルの
    電位を選択できる3レベルインバータを交流リアクトル
    を介して複数台並列接続してなる並列多重インバータ装
    置において、出力波形の基本波成分に相当する変調信号
    波を発生する変調信号波発生手段と、3相共通であっ
    て、互いに同位相で、正側ピークの最大値を1、負側ピ
    ークの最小値を−1に固定し、電位1/2のバイアス分
    だけずらした2つの三角波を発生する第1と第2の三角
    波発生手段を備えると共に、上記三角波と上記変調波信
    号を比較し、パルス幅変調されたパルス列を発生するパ
    ルス幅変調手段とを備え、かつ上記三角波の位相は、並
    列多重接続された各グループで360°/n(n:並列
    多重数)づつずらすことを特徴とする並列多重インバー
    タ装置のパルス幅変調方式。
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