JP2852083B2 - Inverter PWM control method and PWM inverter - Google Patents

Inverter PWM control method and PWM inverter

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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、PWMインバータにおけるPWM制御法に関す
る。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a PWM control method in a PWM inverter.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

最近、IGBTやFET等を用い、PWM周波数の高周波化によ
りPWMインバータ駆動電動機の磁気音を低減する方法が
実用化されている。しかし、高周波化に伴ない素子損失
が増大するためインバータ(冷却フイン)が大型となる
ことおよびコストが上昇するなどの点で適用が限られて
いる。
Recently, a method of reducing the magnetic noise of a PWM inverter drive motor by increasing the PWM frequency using an IGBT or FET has been put to practical use. However, the application is limited in that the inverter (cooling fin) becomes large and the cost increases because the element loss increases with the increase in the frequency.

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

本発明は、PMW制御法の改良により磁気音を低減する
ことを目的とする。
An object of the present invention is to reduce magnetic noise by improving a PMW control method.

〔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、PWMインバータスイツチ
ングモードを、所定期間毎に、その時間配列あるいは継
続時間について変更するようにしたものである。
In order to achieve the above object, the PWM inverter switching mode is changed with respect to its time arrangement or duration every predetermined period.

〔作用〕[Action]

スイツチングモードの時間配列あるいは継続時間を所
定周期毎に変更することにより、電動機巻線に流れる高
調波電流の位相が周期的に変化し、それにより巻線およ
びその周辺部材の振動を抑制し磁気音を低減できる。
By changing the time arrangement or duration of the switching mode at predetermined intervals, the phase of the harmonic current flowing through the motor winding changes periodically, thereby suppressing the vibration of the winding and its surrounding members, thereby reducing the magnetic field. Sound can be reduced.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の一実施例の構成および動作を説明す
る。第1図にその構成を示す。1はパルス幅変調制御に
より出力電圧が制御されるインバータ、2はインバータ
1により駆動される電動機、3はインバータのスイツチ
ング素子をオン,オフするためのドライバ、4は電圧指
令ベクトルvの位相γに基づいてvが存在する象限
を判別する電圧ベクトル象限判別手段、5は象限判別手
段4からの信号に基づいて3つの出力電圧ベクトルを選
択し、さらにvの位相γと大きさ|v|に基づいて各
電圧ベクトルの時間配分を演算する電圧ベクトル時間配
分手段、6は象限判別手段4からの信号に基づいて電圧
ベクトルの時間配列を決定する電圧ベクトル時間配列手
段、7は時間配分手段5および時間配列手段6からの信
号に基づいてスイツチングモード(出力電圧モード)選
択するスイツチングモード選択手段である。次に動作に
ついて述べる。
Hereinafter, the configuration and operation of one embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 shows the configuration. 1 is an inverter whose output voltage is controlled by pulse width modulation control, 2 is a motor driven by the inverter 1, 3 is a driver for turning on and off a switching element of the inverter, 4 is a phase γ of the voltage command vector v * . The voltage vector quadrant discriminating means 5 for discriminating the quadrant in which v * exists on the basis of V * selects three output voltage vectors based on the signal from the quadrant discriminating means 4, and further selects the phase γ and magnitude | v of v * * | Is a voltage vector time arranging means for calculating the time distribution of each voltage vector based on |, 6 is a voltage vector time arranging means for determining the time arrangement of voltage vectors based on a signal from the quadrant discriminating means 4, and 7 is a time distribution. Switching mode selection means for selecting a switching mode (output voltage mode) based on signals from the means 5 and the time arranging means 6. Next, the operation will be described.

第2図に、インバータ出力電圧指令vに関するベク
トル図を示す。dおよびq軸は出力角周波数w1で回転す
る回転座標軸、α軸はU相軸を示す。vはdおよびq
軸に同期してw1で回転するベクトルである。インバータ
の各相出力電圧は、P側素子がオンの場合は+,N側素子
がオンの場合は−となる。したがつて各相全体では第8
図に示す組合せ(スイツチングモード)が存在する。そ
れぞれに対して出力電圧ベクトルv0,v1〜v6,v7が定ま
り、それらをベクトル図に示すと第3図である。出力電
圧ベクトルは図示のように離散値的であるため、v
従い連続的に出力電圧vを制御するには、vが含まれ
る象限を形成する三角形の頂点にあたる3つの出力電圧
ベクトルの時間的配合によりvを合成する。上述の関係
を以下に数式を用いて示す。
FIG. 2 shows a vector diagram relating to the inverter output voltage command v * . d and q axes rotating coordinate which rotates at the output angular frequency w 1, alpha axis shows the U-phase axis. v * is d and q
In synchronism with the shaft is a vector that rotates at w 1. The output voltage of each phase of the inverter is + when the P-side element is on, and − when the N-side element is on. Therefore, in each phase as a whole,
There are combinations (switching modes) shown in the figure. Output voltage vectors v 0 , v 1 to v 6 , v 7 are determined for each of them, and these are shown in a vector diagram in FIG. Since the output voltage vector is the discrete value basis as shown, v To control the continuously output voltage v in accordance with * is, v * 3 one time of the output voltage vectors corresponding to the vertices of a triangle that forms the quadrant containing the V is synthesized by the appropriate blending. The above relationship is shown below using mathematical expressions.

電圧指令ベクトルvが存在する象限(I〜VI)が次
式に従い前記象限判別手段4において判別される。
The quadrant (I to VI) where the voltage command vector v * exists is determined by the quadrant determining means 4 according to the following equation.

上述の象限判別によりvを占める三角形が確定し、
その頂点の3つの電圧ベクトルも確定する。第9図に各
象限に対応する3つの電圧ベクトル(零ベクトルのv0
v7は同一ベクルとし扱う) を示す。各象限においてこれら出力電圧ベクトルを用い
てvを合成する。すなわち、 v=avn+bvn+1+cv0,7 ……(1) ここに、 n=1〜6,但しn=6の場合vn+1=v1 a,b,c:時間配分,a+b+c=1 a,b,cは、第4図を参照して囲積座標公式を用いて次式
で示される。
The triangle occupying v * is determined by the above quadrant discrimination,
The three voltage vectors at that vertex are also determined. FIG. 9 shows three voltage vectors (zero vector v 0 and v 0) corresponding to each quadrant.
v 7 is treated as the same vehicle). V * is synthesized using these output voltage vectors in each quadrant. That, v * = av n + bv n + 1 + cv 0,7 ...... (1) Here, n = 1 to 6, provided that when the n = 6 v n + 1 = v 1 a, b, c: Time Allocation , a + b + c = 1 a, b, c is expressed by the following equation using the enclosure coordinate formula with reference to FIG.

ここに、Δ:三角形の全面積 但し、n=6の場合 Δn+1=Δ1 いま、|vn|=|vn+1|=1とおけば、象限Iにおいては である。他の象限を含む全体をまとめて第10図に示す。
所定時間Ts毎に、Tsをa,b,cの比率で分割し、各分割期
間に対応して各出力電圧ベクトルを割当てる。これによ
り、インバータ出力電圧をTs時間毎の平均値においてv
に一致するように制御できる。以上によりインバータ
出力電圧の基本波成分はvに一致して制御される。な
おa,b,cの演算は時間配分手法5におり行なわれる。
Where Δ: total area of the triangle However, when n = 6 Δn + 1 = Δ1 Now, if | v n | = | v n + 1 | = 1, in quadrant I, It is. The whole including the other quadrants is shown in FIG.
Every predetermined time T s, divide the T s a, b, a ratio of c, assigns each output voltage vectors corresponding to the divided periods. V Thus, the inverter output voltage in the average value of every T s Time
Can be controlled to match * . As described above, the fundamental wave component of the inverter output voltage is controlled in accordance with v * . The calculation of a, b, and c is performed according to the time distribution method 5.

次に、磁気音に関係する高調波成分と電圧ベクトルの
時間配列の関係について述べる。
Next, the relationship between the harmonic components related to the magnetic sound and the time arrangement of the voltage vector will be described.

第5図は、電動機誘導起電力をeと出力電圧ベクトル
vn,vn+1,v0,7の関係を示すベクトル図である。高調波電
流は、vn,vn+1,v0,7のそれぞれとeの差に関係して発生
する。磁気音は電動機巻線に高調波電流が流れることに
より、巻線およびその周辺部が加振され発生するもので
あり、加振力は高調波電流と磁束の積に比例する。
FIG. 5 shows the motor induced electromotive force as e and the output voltage vector.
v n, a vector diagram showing the relationship v n + 1, v 0,7. The harmonic current is generated in relation to the difference between each of v n , v n + 1 , v 0,7 and e. The magnetic noise is generated by the excitation of the winding and its peripheral portion by the flow of the harmonic current through the motor winding, and the excitation force is proportional to the product of the harmonic current and the magnetic flux.

加振力は巻線各部に複雑に作用するが、簡単のため電
動機の固定子あるいは回転子において同一周方向に作用
する加振力成分について考察すると、その成分はeに対
して平行な高調波電流ベクトル成分に比例する。
The exciting force acts on each part of the windings in a complicated manner. For simplicity, considering the exciting force components acting in the same circumferential direction on the stator or rotor of the motor, the components are harmonics parallel to e. It is proportional to the current vector component.

ところで、所定時間Tsにおいて選択されるスイツチン
グモード(出力電圧ベクトル)の時間配列は、従来では
第6図(a)に示すものである。ここで、eに対して平
行な高調波電流成分Δiの変化を調べると、v0,v7が選
択された場合はΔiはeに対して逆方向に変化し、vn
るいはvn+1が選択された場合は。eに対して同方向に変
化する。その関係を第6図(b)に示す。スイツチング
モードの時間配列は時間Tsを周期として繰返えされるた
め、Δiの周波数は すなわち、加振力はスイツチング周波数(2kHz程度)の
2倍の成分が主体となるため、磁気音はかん高く耳障り
なものとなる。
Incidentally, the time sequence of when to quenching mode selected at a predetermined time T s (the output voltage vector) is conventionally illustrates in diagram a 6 (a). Here, when examining the change in the harmonic current component Δi parallel to e, when v 0 and v 7 are selected, Δi changes in the opposite direction to e, and v n or v n + 1 If is selected. e in the same direction. FIG. 6 (b) shows the relationship. Because the time sequence of when to quenching mode is repeating give a time T s as the period, the frequency of Δi is In other words, the excitation force is mainly composed of a component twice the switching frequency (about 2 kHz), so that the magnetic sound becomes extremely high and unpleasant.

そこで、本発明では、加振力の位相を所定周期毎に変
更するようにして磁気音の発生源である音源の振動を抑
制する。第7図はその場合のスイツチングモードの時間
配列を示す。このとき、Δiは図(b)の実線のように
変化する。Ts1期間における変化とTs2期間のそれは破線
で示すよう互いに逆位相の関係にある。このようにして
加振力の位相が所定周期毎に変化し上述が可能となる。
Therefore, in the present invention, the vibration of the sound source, which is the source of the magnetic sound, is suppressed by changing the phase of the excitation force at predetermined intervals. FIG. 7 shows a time arrangement of the switching mode in that case. At this time, Δi changes as shown by the solid line in FIG. The change in the period T s1 and the change in the period T s2 have an opposite phase relationship with each other as shown by a broken line. In this way, the phase of the excitation force changes every predetermined cycle, and the above becomes possible.

本発明のものでは、第7図(a)に示すように、Ts1,
Ts2の各期間でスイツチングモード(電圧ベクトル)の
配列および継続時間が異なつている。
In the case of the present invention, as shown in FIG. 7 (a), T s1 ,
The arrangement and duration of the switching mode (voltage vector) are different in each period of T s2 .

以上のように、Ts1期間およびTs2期間における電圧ベ
クトルの時間配列を決定する部分が時間配列手段6であ
る。該手段は、例えば象限Iにあつては、Ts1期間にお
いて、 v0(1単位)→v2(1単位)→v1(1単位)→v7(1単
位)→v1(1単位)→v2(1単位)→v0(1単位) Ts2期間においては v2(1単位)→v7(2単位)→v1(2単位)→v0(2単
位)→v2(1単位) のように、電圧ベクトルの配列とその継続時間(単位時
間)決定し、また、v2,v1およびv0,v7それぞれの合計単
位時間数がTs1およびTs2の各期間において Σtv2=2単位 Σtv1=2単位 Σtv0,7=4単位 であることを決定し、それらの信号をスイツチングモー
ド選択手段7に送る。
As described above, the time arrangement means 6 determines the time arrangement of the voltage vectors in the Ts1 period and the Ts2 period. For example, for the quadrant I, in the period T s1 , v 0 (1 unit) → v 2 (1 unit) → v 1 (1 unit) → v 7 (1 unit) → v 1 (1 unit) ) → v 2 (1 unit) → v 0 (1 unit) In the T s2 period, v 2 (1 unit) → v 7 (2 units) → v 1 (2 units) → v 0 (2 units) → v 2 (1 unit) The voltage vector array and its duration (unit time) are determined as follows, and the total unit time of each of v 2 , v 1 and v 0 , v 7 is T s1 and T s2 . In the period, it is determined that Σtv 2 = 2 units Σtv 1 = 2 units Σtv 0,7 = 4 units, and these signals are sent to the switching mode selection means 7.

該選択手段7は、時間配分手段5および時間配列手段
6からの信号に基づいて、次式より各単位時間の絶対値
を計算する。
The selecting means 7 calculates the absolute value of each unit time from the following equation based on the signals from the time allocating means 5 and the time arranging means 6.

v1の単位時間=a/合計単位時間数 v2の単位時間=b/合計単位時間数 v0,7の単位時間=c/合計単位時間数 該単位時間絶対値に基づいて、前記時間配列順に単位時
間数に応じて電圧ベクトルの継続時間がタイマにセツト
され、第7図(a)に示したように電圧ベクトルの時間
配列とその継続時間が制御される。なお、電圧ベクトル
とスイツチングモードの関係は第8図に示した通りであ
り、これに従いインバータ各素子のオン,オフ状態が制
御される。
v 1 unit time = a / total unit time v 2 unit time = b / total unit time v 0,7 unit time = c / total unit time Based on the unit time absolute value, the time array The duration of the voltage vector is sequentially set in the timer according to the number of unit times, and the time arrangement of the voltage vector and its duration are controlled as shown in FIG. 7 (a). The relationship between the voltage vector and the switching mode is as shown in FIG. 8, and the ON / OFF state of each element of the inverter is controlled in accordance with the relationship.

v0,vn+1,vn,v7のそれぞれの継続時間の合計の比率は
に応じて定まつており、vが同一であれば各期間
でそれは一定である。すなわち、インバータ出力電圧の
基本波成分はvに応じて制御され、Ts1,Ts2の期間に
より変動することはない。したがつて上述のようにスイ
ツチングモードを変更しても制御上の問題は生じない。
なお、本実施例のものでは、Ts1期間とTs2期間を1組と
して各期間が告返されるが、各期間は2種類に限られる
ことはなく、一般には複数であつてよい。また各期間の
時間は相違していてもよい、この場合は加振力の周波数
も変化し、騒音がソフトな音に変化して磁気音が緩和さ
れる。
The ratio of the sum of the respective durations of v 0 , v n + 1 , v n , and v 7 is determined according to v *, and if v * is the same, it is constant in each period. That is, the fundamental wave component of the inverter output voltage is controlled according to v *, and does not fluctuate according to the periods of T s1 and T s2 . Therefore, even if the switching mode is changed as described above, no control problem occurs.
In this embodiment, each period is reported back as a set of the Ts1 period and the Ts2 period. However, each period is not limited to two types, and a plurality may be generally used. Further, the time of each period may be different. In this case, the frequency of the excitation force also changes, the noise changes to a soft sound, and the magnetic sound is reduced.

以上により、本発明によれば、PWM制御インバータ駆
動電動機の磁気音を低減、緩和できる効果がある。
As described above, according to the present invention, there is an effect that the magnetic noise of the PWM control inverter drive motor can be reduced and mitigated.

〔発明の効果〕 本発明によれば、PWMインバータにおけるスイツチン
グモードを所定期間毎に、所定期間内におえる時間配列
あるいは継続時間について変更するようにしたことによ
り、高調波電流の位相が常に変化し、よつて磁気音の低
減あるいは緩和することができる。
[Effects of the Invention] According to the present invention, the switching mode in the PWM inverter is changed at predetermined intervals for the time arrangement or duration within the predetermined period, so that the phase of the harmonic current always changes. Thus, the magnetic noise can be reduced or reduced.

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

第1図は本発明の一実施例の回路構成図、第2図から第
10図はその動作説明図である。 1……インバータ、2……電圧ベクトル象限判別手段、
5……電圧ベクトル時間配分手段、6……電圧ベクトル
時間配列手段、7……スイツチングモード選択手段。
FIG. 1 is a circuit diagram of an embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 10 is an explanatory diagram of the operation. 1... Inverter, 2... Voltage vector quadrant discriminating means,
5 ... voltage vector time distribution means, 6 ... voltage vector time arrangement means, 7 ... switching mode selection means.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−203869(JP,A) 特開 昭64−69266(JP,A) 特開 平2−202396(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H02M 7/42 - 7/98 H02P 7/63──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References JP-A-61-203869 (JP, A) JP-A-64-69266 (JP, A) JP-A-2-202396 (JP, A) (58) Field (Int.Cl. 6 , DB name) H02M 7/42-7/98 H02P 7/63

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】パルス幅変調制御により出力電圧が制御さ
れるインバータのPWM制御法において、出力電圧に応じ
て選択されるインバータのスイッチングモードの時間配
列あるいは継続時間を、所定周期毎に変更するようにし
たことを特徴とするインバータのPWM制御法。
In an inverter PWM control method in which an output voltage is controlled by pulse width modulation control, a time arrangement or a duration of a switching mode of an inverter selected according to an output voltage is changed at predetermined intervals. Inverter PWM control method characterized by the following.
【請求項2】スイッチング素子がオン,オフされて電圧
を出力するインバータ部と、 前記インバータ部の出力電圧に応じてスイッチングモー
ドを選択し、選択された前記スイッチングモードに従っ
て、前記スイッチング素子をオン,オフする手段と、 前記スイッチングモードの時間配列あるいは継続時間
を、所定周期毎に変更する手段と、 を備えることを特徴とするPWMインバータ。
2. An inverter for outputting a voltage when a switching element is turned on and off, and a switching mode is selected according to an output voltage of the inverter, and the switching element is turned on and off according to the selected switching mode. A PWM inverter comprising: means for turning off; and means for changing the time arrangement or duration of the switching mode at predetermined intervals.
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