JP3010005B2 - インバータ装置 - Google Patents

インバータ装置

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JP3010005B2
JP3010005B2 JP7063367A JP6336795A JP3010005B2 JP 3010005 B2 JP3010005 B2 JP 3010005B2 JP 7063367 A JP7063367 A JP 7063367A JP 6336795 A JP6336795 A JP 6336795A JP 3010005 B2 JP3010005 B2 JP 3010005B2
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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3レベルインバータに係
り、特にそのコンデンサの中性点電圧の変動を抑制する
ようにしたインバータ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】3レベルインバータの公知例として、特
公昭51− 47848号公報「インバータ装置」,特開平3−
293971号公報「3相3値レベルインバータ」などが知ら
れている。図3は3レベルインバータの構成を示すもの
で、1は直流電圧電源、2は直流リアクトル、3a,3
bはコンデンサ、4a〜4d,5a〜5d,6a〜6d
はスイッチング素子例のトランジスタ、7a〜7d,8
a〜8d,9a〜9d,10a,10b,11a,11b,12
a,12bはダイオードである。
【0003】図3においては、2個の同一定格のコンデ
ンサ3a,3bは直列接続され、その端子P,Nが直流
リアクトル2を介して直流電圧電源1に接続され、両コ
ンデンサの接続点から中性点端子Oが導出されている。
トランジスタ4a〜4d,5a〜5d,6a〜6dはダ
イオード7a〜7d,8a〜8d,9a〜9dが逆並列
接続されて各相毎に端子Pと端子N間に接続され、ま
た、各トランジスタの接続点と中性点端子Oとの間に、
図示のようにダイオード10a,10b,11a,11b,12
a,12bが配されてなる。U,V,Wは、各相トランジ
スタの中間接続点から導出された各相の出力端子であ
る。
【0004】さらに、3レベルインバータの動作につい
て、U相を例にとり説明する。トランジスタ4a〜4d
のスイッチングのパターンとU相の電圧の関係を、表1
に示す。ただし、直流電圧電源1の出力電圧を2Eと
し、中性点電圧を基準に中性点電圧を0(V)とし、端
子Pの電圧をE(V),端子Nの電圧を−E(V)とす
る。このようにトランジスタのスイッチング状態によ
り、各相の出力電圧は、各端子P,N,Oに対応した3
種類の値となる。
【0005】
【表1】
【0006】つぎに、トランジスタのオンオフを順次切
り換えて三相出力を得る制御を行うわけであるが、この
オンオフモードは、合計(3の3乗)の27種類の組み合
せがある。しかし、瞬時空間ベクトル(以下単に電圧ベ
クトルという)が相互に同一となるものがあり、この意
味で独立した電圧ベクトルは合計19種類となる。これ
は、表2の如く示される。すなわち、表2は、オンオフ
モードM1〜M27,電圧ベクトルV0〜V18および
出力端子U,V,Wの出力電圧Vu,Vv,Vwの関係
を表している。
【0007】
【表2】
【0008】この種の3レベルインバータの従来の制御
方式によるものは、中性点端子の電圧が負荷へ供給され
る電流に応じて変動してしまう。すると、出力電圧に誤
差を生じたり、スイッチング素子の過電圧による破壊の
危険性も高くなる。また、このような欠点を抑えるため
にはコンデンサ3a,3bの容量を大きくせざるを得な
いため、3レベルインバータの装置そのものが大きくな
ってしまうものとなっていた。
【0009】ここで、本出願人は、前述したような課題
を解消すべく、適切なオンオフモードの選択と切換のみ
により、微小サンプル時間内の各相の中性点電圧出力時
間を同一とし、3レベルインバータの中性点端子の電圧
を検出することなく、中性点電圧の変動を抑制するよう
にしたところの、特願平5−341925号「インバー
タ装置」(以下に先の出願と称する)を、提案してい
る。これを、図4および図5を参照して説明する。
【0010】図4は先の出願の制御動作を説明するため
示したもので、13は最大最小電圧指令演算器、14〜17,
23〜25は加算器、18〜20,26〜28はコンパレータ、21は
三角波キヤリアである。図4において、最大最小電圧指
令演算器13は、微小サンプル時間Ts毎に各相の必要な
出力電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*が入力され、各
相の出力電圧指令値の内の最大値Vmax および最小値V
min を出力する。
【0011】加算器14は、(−E−Vmin =G1)を演
算し、出力G1を加算器15,16,17に与える。加算器15
は電圧指令値(Vu*+G1=Vu1*)を演算し、加
算器16は電圧指令値(Vv*+G1=Vv1*)を演算
し、加算器17は電圧指令値(Vw*+G1=Vw1*)
を演算し、それぞれコンパレータ18,19,20に出力す
る。三角波キヤリア21は、微小サンプル時間Tsの間
に、(−EからEまで)または(Eから−Eまで)直線
的に変化するキヤリア信号Caを、コンパレータ18〜2
0,コンパレータ26〜28へそれぞれ出力する。コンパレ
ータ18は、(Vu1*>Ca)ならば(Su1 =1)を
出力し、(Vu1*≦Ca)ならば(Su1 =0)を出
力する。同様にして、コンパレータ19はVv1*,Ca
を比較してSv1 を、コンパレータ20はVw1*,Ca
を比較してSw1 を出力する。
【0012】加算器22は、(E−Vmax =G2)を演算
し、出力G2を加算器23,24,25に与える。加算器23は
電圧指令値(Vu*+G2=Vu2*)を演算し、加算
器24は電圧指令値(Vv*+G2=Vv2*)を演算
し、加算器25は電圧指令値(Vw*+G2=Vw2*)
を演算し、それぞれコンパレータ26,27,28に出力す
る。コンパレータ26は、(Vu2≧Ca)ならば(Su
2 =1)を出力し、(Vu2*<Ca)ならば(Su2
=0)を出力する。同様にして、コンパレータ27はVv
2*,Caを比較してSv2を、コンパレータ28はVw
2*,Caを比較してSw2 を出力する。
【0013】このようにして得られるスイッチング指令
Su1 ,Sv1 ,Sw1 およびスイッチング指令Su2
,Sv2 ,Sw2 により、各相のトランジスタは、つ
ぎのように制御される。すなわち、U相について述べる
と、(Su1 =1)のときは図3においてトランジスタ
4aはONであり、トランジスタ4cはOFFとなる。
(Su1 =0)のときはトランジスタ4aはOFFであ
り、トランジスタ4cはONとなる。また、(Su2 =
1)のときはトランジスタ4bはONであり、トランジ
スタ4dはOFFとなる。(Su2 =0)のときはトラ
ンジスタ4bはOFFであり、トランジスタ4dはON
となる。V相およびW相も、U相と同様である。
【0014】図5は、図4の動作原理をさらに説明する
ため示したものであり、(Vmax =Vu*),(Vmin
=Vv*)である場合において、前述した制御時のキヤ
リア信号および電圧指令値の時間軸に対する変化と、実
際のインバータの各相の出力電圧の時間軸に対する変化
とを、それぞれ示している。また、各相の中性点電圧の
0(V)の出力時間と、各相の端子Pの電圧のE(V)
の出力時間と、各相の端子Nの電圧−E(V)の出力時
間も示している。図5に示すように、インバータの各相
の出力電圧Vu,Vv,Vwは、出力電圧指令値Vu1
*,Vv1*,Vw1*がキヤリア信号Caより大きい
ときE(V)の電圧を出力し、出力電圧指令値Vu1
*,Vv1*,Vw1*がキヤリア信号Caより小さく
出力電圧指令値Vu2*,Vv2*,Vw2*より大き
いとき0(V)の電圧を出力し、電圧指令値Vu2*,
Vv2*,Vw2*がキヤリア信号Caより小さいとき
−E(V)の電圧を出力する。
【0015】かような出力電圧Vu,Vv,Vwの微小
時間Ts内の各相の中性点電圧の0(V)の出力時間T
0 u,T0 v,T0 wは式(1)で示される。また、各
相の端子Pの電圧E(V)の出力時間T1 u,T1 v,
T1 wは式(2)で示され、各相の端子Nの電圧−E
(V)の出力時間T2 u,T2 v,T2 wは式(3)で
示される。
【0016】 T0 u=Ts・{1−(Vu*−Vv*)}/(2E) ・・・・(1) T0 v=Ts・{1−(Vu*−Vv*)}/(2E) T0 w=Ts・{1−(Vu*−Vv*)}/(2E)
【0017】 T1 u=Ts・(Vu*−Vv*)/(2E) ・・・・(2) T1 v=0 T1 w=Ts・(Vw*−Vv*)/(2E)
【0018】 T2 u=0 ・・・・(3) T2 v=Ts・(Vu*−Vv*)/(2E) T2 w=Ts・(Vu*−Vw*)/(2E)
【0019】したがって、式(1)により微小時間Ts
内の各相の中性点電圧の出力時間T0 u,T0 v,T0
wは、同一となることが示されている。ここで、微小サ
ンプル時間Ts内の各相の平均出力電圧Vum,Vvm,V
wmは、つぎのように表される。
【0020】 Vum=(E・T1 u−E・T2 u)/Ts =Vu*−{(Vu*+Vv*)/2} =Vu*−{(Vmax +Vmin )/2} ・・・・(4) Vvm=(E・T1 v−E・T2 v)/Ts =Vv*−{(Vu*+Vv*)/2} =Vv*−{(Vmax +Vmin )/2} Vwm=(E・T2 w−E・T2 w)/Ts =Vw*−{(Vu*+Vv*)/2} =Vw*−{(Vmax +Vmin )/2}
【0021】このように、各相の微小サンプル時間Ts
内の平均出力電圧Vum,Vvm,Vwmは、各相の出力電圧
指令値Vu*,Vv*,Vw*からそれぞれVmax(=
Vu*)とVmin (=Vv*)の平均値を差し引いた値
であるから、3相3線式の負荷の線間電圧にはなんら影
響は与えず、指令値と等価な出力を得ることができる。
【0022】また、微小サンプル時間Ts内の各相の中
性点電圧の出力時間T0 u,T0 v,T0 wは同一であ
るため、微小サンプル時間Ts内の各相の電流Iu,I
v,Iwの変化分であるΔIu,ΔIv,ΔIwを無視
すると、微小サンプル時間Ts内に中性点端子に蓄積さ
れる電荷ΔQは、式(5)となる。ここで、(Iu+I
v+Iw=0)であるため、(ΔQ=0)となる。よっ
て、微小サンプル時間Ts内の中性点電圧の変化分ΔV
は、零となる。
【0023】 ΔQ=(Iu+Iv+Iw)・T0 u ・・・・(5)
【0024】
【発明が解決しようとする課題】さて、3レベルインバ
ータの中性点電圧の管理は、出力特性上からも,インバ
ータ自体の保護上からも、さらには特にコンデンサの容
量を低減しようとする上で避けられない課題となる。こ
こで、先の出願の制御方式によるものは、微小サンプル
時間Ts内の各相の電流の変化分ΔIu,ΔIv,ΔI
wが考慮されていない。しかして、実際はこの電流変化
分は微小なりとも存在する量があって、中性点電圧はこ
の微小電流の積分によって変動してしまう。すると、時
間経過とともに直流的な中性点電圧の変動を引き起こす
ことが、危惧される。また、先の出願の制御方式によれ
ば、中性点電圧の変動を抑制することができても、一度
ずれてしまった中性点電圧を積極的に制御して戻すこと
はない。このようにして中性点電圧が変動すると、出力
電圧に誤差を生じたり,スイッチング素子の過電圧によ
る破壊を招く原因になる。
【0025】
【課題を解決するための手段】本発明は上述したような
点に鑑みなされたものであり、その解決手段は、つぎの
如くである。 (イ) 直流電圧電源の両端電圧と該直流電圧電源に直
列接続された2個のコンデンサの接続点の中性点電圧と
を有する直流電源回路と、3組の単位インバータからな
るブリッジ形インバータ回路とを備えるとともに、単位
インバータにおける第1および第3のスイッチング素子
と第2および第4のスイッチング素子はそれぞれ共役的
に動作する3レベルインバータおいて、 (ロ) 微小サンプル時間毎に各相の必要な出力電圧指
令値を演算する手段と、 (ハ) 各相の出力電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*
の内の最大値Vmax ,最小値Vmin および残りの中間値
Vmid を判別する手段と、
【0026】(ニ) 最大値Vmax ,最小値Vmin およ
び中間値Vmid と直流電圧電源の半分の電圧値Eと微小
サンプル時間とから、電圧出力時間T1 ,T2 それぞれ
を、 T1 =Ts・(Vmid −Vmin )/(2E) T2 =Ts・(Vmax −Vmid )/(2E) により演算する手段と、 (ホ) 中性点電圧の電圧値Voと、直流電圧電源の丁
度中間の電圧値Vo*とと出力電圧指令値の内の中間値
の相の出力電流Imid とから、中性点電圧出力時間の調
整値Tnを、 Tn=K・(Vo*−Vo)/Imid 〔Kは正の定数〕 により演算する手段と、
【0027】(ヘ) 電圧出力時間T1 ,T2 と微小サ
ンプル時間Tsとを用い、調整値Tnにつぎのようにリ
ミッタをかける手段と、 (Tn<−T1 )なら「Tn=−T1 」 (Tn<−T2 )なら「Tn=−T2 」 〔{(Ts−T1 −T2 )/2}<Tn〕なら 「Tn=(Ts−T1 −T2 )/2」 (ト) 電圧出力時間T1 ,T2 と調整値Tnとから、
電圧出力時間T3 ,T4それぞれを、 T3 =T1 +Tn T4 =T2 +Tn により演算する手段と、
【0028】(チ) 次回の微小サンプル時間(0〜T
s)にてスイッチング指令Smax1,Smax2,Smid1,S
mid2,Smin1,Smin2)は、電圧出力時間T1 ,T2 ,
T3,T4 により、 Smax1は(T1 +T2 )にON,(Ts−T1 −T2 )
にOFF Smax2はTsずっとON Smid1はT3 にON,(Ts−T3 )にOFF Smid2はT4 にOFF,(Ts−T4 )にON (ただし、同時にSmid1がONでSmid2がOFFとなら
ないようにする) Smin1はTsずっとOFF Smin2は(T1 +T2 )にOFF,(Ts−T1 −T2
)にON となる手段と、
【0029】(リ) 出力電圧指令値Vu*が最大値V
max である場合にスイッチング指令値Su1 ,Su2 は
スイッチング指令Smax1,Smax2となり、中間値Vmid
である場合にスイッチング指令Smid1,Smid2となり、
最小値Vmin である場合にスイッチング指令Smin1,S
min2となり、V相のスイッチング指令値Sv1 ,Sv2
およびW相のスイッチング指令値Sw1 ,Sw2 もスイ
ッチング指令値Su1 ,Su2 と同様に得られる手段
と、 (ヌ) 各相のスイッチング指令値Su1 ,Sv1 ,S
w1 は各相の第1のスイッチング素子の指令となり、ス
イッチング指令値Su2 ,Sv2 ,Sw2 は各相の第2
のスイッチング素子の指令となる手段と、を設けて成る
ものである。
【0030】
【作用】いま、微小サンプル時間Ts毎に各相の必要な
出力電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*を演算する手段
により、各相の出力電圧指令値が得られたとする。ま
た、その各相の出力電圧指令値の内の最大値Vmax ,最
小値Vmin および中間値Vmid を判別する手段により、
仮に、つぎのように判別されたとする。 Vmax =Vu*,Vmin =Vv*,Vmid =Vw* すると、最大値Vmax ,最小値Vmin および中間値Vmi
d と直流電圧電源の半分の電圧値Eと微小サンプル時間
Tsとから、電圧出力時間T1 ,T2 を、式(6)より
演算する手段により、式(7)と演算される。
【0031】 T1 =Ts・(Vmid −Vmin )/(2E) ・・・・(6) T2 =Ts・(Vmax −Vmid )/(2E) T1 =Ts・(Vw*−Vv*)/(2E) ・・・・(7) T2 =Ts・(Vu*−Vw*)/(2E)
【0032】そして、中性点の電圧値Voと、直流電圧
電源の丁度中間の電圧値Vo*と中間値Vmid の相の出
力電流Imid とから、中性点電圧出力時間の調整値Tn
を、式(8)より演算する手段とによって、式(9)と
演算される。
【0033】 Tn=K・(Vo*−Vo)/Imid ・・・・(8) 〔ただし、Kは正の定数〕 Tn=K・(Vo*−Vo)/Iw ・・・・(9) 〔ただし、IwはW相出力電流〕
【0034】つぎに、電圧出力時間T1 ,T2 と微小サ
ンプル時間Tsとを用い調整値Tnに条件式(10)を用
いてリミッタをかける手段と、電圧出力時間T1 ,T2
と調整値Tnとから電圧出力時間T3 ,T4 を式(11)
により演算する手段とによって、条件式(12)および式
(13)を満たす電圧出力時間T3 ,T4 が得られる。
【0035】 (Tn<−T1 )なら「Tn=−T1 」 ・・・・(10) (Tn<−T2 )なら「Tn=−T2 」 〔{(Ts−T1 −T2 )/2}<Tn〕なら 「Tn=(Ts−T1 −T2 )/2」 T3 =T1 +Tn ・・・・(11) T4 =T2 +Tn T3 ≧0 T4 ≧0 T3 +T4 ≦Ts ・・・・(12) T3 −T4 =T1 −T2 ・・・・(13)
【0036】そして、次回の微小サンプル時間(0〜T
s)にてスイッチング指令Smax1,Smax2,Smid1,S
mid2,Smin1,Smin2)は電圧出力時間T1 ,T2 ,T
3 ,T4 により、 Smax1は(T1 +T2 )にON,(Ts−T1 −T2 )
にOFF Smax2はTsずっとON Smid1はT3 にON,(Ts−T3 )にOFF Smid2はT4 にOFF,(Ts−T4 )にON (ただし、同時にSmid1がONでSmid2がOFFとなら
ないようにする) Smin1はTsずっとOFF Smin2は(T1 +T2 )にOFF,(Ts−T1 −T2
)にON となる手段と、
【0037】また、出力電圧指令値Vu*が最大値Vma
x である場合にスイッチング指令値Su1 ,Su2 はス
イッチング指令Smax1,Smax2となり、中間値Vmid で
ある場合にスイッチング指令Smid1,Smid2となり、最
小値Vmin である場合にスイッチング指令Smin1,Smi
n2となり、V相のスイッチング指令値Sv1 ,Sv2お
よびW相のスイッチング指令値Sw1 ,Sw2 もスイッ
チング指令値Su1 ,Su2 と同様に得られる手段と、
さらにまた、各相のスイッチング指令値Su1 ,Sv1
,Sw1 は各相の第1のスイッチング素子の指令とな
り、スイッチング指令値Su2 ,Sv2 ,Sw2 は各相
の第2のスイッチング素子の指令となる手段とによっ
て、次回の微小サンプル時間の内に各相が中性点電圧を
出力する時間T0 u,T0 v,T0 wは、式(14)とな
る。
【0038】 T0 u=Ts−T1 −T2 ・・・・(14) T0 v=Ts−T1 −T2 =T0 u T0 w=Ts−T3 −T4 =Ts−T1 −T2 −2・Tn =T0 u−2・Tn
【0039】式(14)より、U相の中性点電圧出力時間
T0 uとV相の中性点電圧T0 vは同じとなり、W相の
中性点電圧出力時間T0 wは調整値Tnの2倍だけ小さ
くなる。そこで、微小サンプル時間に中性点から流れ出
す電荷Qは、式(15)となる。ただし、各相出力電流I
u,Iv,Iwの微小サンプル時間内の変化分を無視
し、また(Iu+Iv+Iw=0)である。さらに、式
(15)に式(9)を代入すると、式(16)となる。
【0040】 Q=Iu・T0 u+Iv・T0 v+Iw・T0 w =Iu・T0 u+Iv・T0 v+Iw・(T0 u−2・Tn) =T0 u・(Iu+Iv+Iw)−2・Iw・Tn =−2・Iw・Tn ・・・・(15) Q=−2・K・(Vo*−Vo)〔ただし、Kは正の定数〕・・・・(16)
【0041】式(16)より、中性点の電圧値Voが直流
電圧電源の丁度中間の電圧値Vo*より大きい場合、電
荷Qは正の値となって中性点の電荷は流れ出す。する
と、中性点の電圧値Voは下がる。逆に、中性点の電圧
値Voが中間の電圧値Vo*より小さい場合、電荷Qは
負の値となって中性点の電荷は流れ込む。すると、中性
点の電圧値Voは上がる。つまり、中性点の電圧値Vo
と直流電圧電源の丁度中間の電圧値Vo*との差に比例
した電荷Qが、中性点から流れ出すことが分かる。この
ようにして、中性点の電圧値Voが、直流電圧電源の丁
度中間の電圧値Vo*に近いづくように、制御される。
【0042】また、各相の微小サンプル時間Ts内の平
均出力電圧Vum,Vvm,Vwmは、つぎの式(17)で表さ
れる。つまり、平均出力電圧Vum,Vvm,Vwmは、各相
の出力電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*から、それぞ
れ(Vmax =Vu*),(Vmin =Vv*)の平均値を
差し引いた値となり、3相3線式の負荷において、相間
電圧になんら影響を与えず指令値と等価な出力を得るこ
とができる。
【0043】 Vum=E・(T1 +T2 )/Ts =(Vu*−Vv*)/2 =Vu*−{(Vu*+Vv*)/2} ・・・・(17) Vvm=−E・(T1 +T2 )/Ts =(Vv*−Vu*)/2 =Vv*−{(Vu*+Vv*)/2} Vwm={(E・T3 )−(E・T4 )}/Ts ={(E・T1 )−(E・T2 )}/Ts =Vw*−{(Vu*+Vv*)/2}
【0044】
【実施例】以下に、本発明を図面に基づいて、さらに詳
細説明する。図1は本発明の一実施例の要部構成を示す
もので、29は最大最小中間電圧指令演算器、30,34は電
圧出力時間演算器、31は出力電流選択器、32は電圧出力
時間調整値演算器、33はリミッタ、34,35,36,37,38
はスイッチング指令選択器である。すなわち、最大電圧
指令,最小電圧指令および中間電圧指令を判別する最大
最小中間電圧指令演算器29は、微小サンプル時間Ts毎
に各相の必要な出力電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*
が入力され、各相の出力電圧指令値の内の最大値Vmax
,最小値Vmin および残りの中間値Vmid を出力す
る。
【0045】電圧出力時間演算器30は、最大値Vmax ,
最小値Vmin および中間値Vmid と直流電圧電源の半分
の電圧値Eと微小サンプル時間Tsとを入力し、電圧出
力時間T1 ,T2 を、式(6)より求めて出力する。出
力電流選択器31は、各相の出力電流Iu,Iv,Iw
と、各相の出力電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*と、
中間値Vmid とを入力し、つぎの条件により、中間値V
mid の相の出力電流Imid を選択して出力する。 (Vmid =Vu*)の場合「Imid =Iu」 (Vmid =Vv*)の場合「Imid =Iv」 (Vmid =Vw*)の場合「Imid =Iw」
【0046】電圧出力時間調整値演算器32は、中性点の
電圧値Voと直流電圧電源の丁度中間の電圧値Vo*と
中間値Vmid の相の出力電流Imid とを入力し、調整値
Tnを、式(8)より求めて出力する。リミッタ33は、
調整値Tnと電圧出力時間T1 ,T2 と微小サンプル時
間Tsとを入力し、条件式(10)より、調整値Tnに制
限をかけて出力する。電圧出力時間演算器34は、電圧出
力時間T1 ,T2 と調整値Tnとを入力し、電圧出力時
間T3 ,T4 を、式(11)より求めて出力する。
【0047】パルス出力を発生するスイッチング指令選
択器35は、電圧出力時間T1 ,T2,T3 ,T4 と、微
小サンプル時間Tsとを入力し、スイッチング指令Sma
x1,Smax2,Smid1,Smid2,Smin1,Smin2を、次回
の微小サンプル時間の期間(0〜Ts)の内に、つぎの
ように出力する。ただし、本例ではスイッチング周波数
をできるだけ少なくするために、サンプル時間おきにパ
ルスパタ−ンA,Bを、交互に出力するようにしてい
る。
【0048】(a) 「パルスパタ−ンA」 期間{0〜(Ts−T1 −T2 )} (Smax1,Smax2)=(OFF,ON) 期間{(Ts−T1 −T2 )〜Ts} (Smax1,Smax2)=(ON,ON) 期間{0〜T4 } (Smid1,Smid2)=(OFF,OFF) 期間{T4 〜(Ts−T3 )} (Smid1,Smid2)=(OFF,ON) 期間{(Ts−T3 )〜Ts} (Smid1,Smid2)=(ON,ON) 期間{0〜(T1 +T2 )} (Smin1,Smin2)=(OFF,OFF) 期間{(T1 +T2 )〜Ts} (Smin1,Smin2)=(OFF,ON)
【0049】(b) 「パルスパタ−ンB」 期間{0〜(T1 +T2 )} (Smax1,Smax2)=(ON,ON) 期間{(T1 +T2 )〜Ts} (Smax1,Smax2)=(OFF,ON) 期間{0〜T3 } (Smid1,Smid2)=(ON,ON) 期間{T3 〜(Ts−T4 )} (Smid1,Smid2)=(OFF,ON) 期間{(Ts−T4 )〜Ts} (Smid1,Smid2)=(OFF,OFF) 期間{0〜(Ts−T1 −T2 )} (Smin1,Smin2)=(OFF,ON) 期間{(Ts−T1 −T2 )〜Ts} (Smin1,Smin2)=(OFF,OFF)
【0050】スイッチング指令選択器36は、U相の出力
電圧指令値Vu*と最大値Vmax ,中間値Vmid ,最小
値Vmin とスイッチング指令Smax1,Smax2,Smid1,
Smid2,Smin1,Smin2とをそれぞれ入力し、つぎの条
件により、U相のスイ指令値Su1 ,Su2 を、選択し
て出力する。 (Vu*=Vmax )の場合 「(Su1 ,Su2 )=(Smax1,Smax2)」 (Vu*=Vmid )の場合 「(Su1 ,Su2 )=(Smid1,Smid2)」 (Vu*=Vmin )の場合 「(Su1 ,Su2 )=(Smin1,Smin2)」
【0051】スイッチング指令選択器37およびスイッチ
ング指令選択器38は、V相,W相の出力電圧指令値Vv
*,Vw*と最大値Vmax ,中間値Vmid ,最小値Vmi
n とスイッチング指令Smax1,Smax2,Smid1,Smid
2,Smin1,Smin2とを入力し、スイッチング指令選択
器36と同様、V相のスイッチング指令値Sv1 ,Sv2
およびW相のスイッチング指令値Sw1 ,Sw2 を、決
定して出力する。このようにして得られる各相のスイッ
チング指令値Su1 ,Su2 ,Sv1 ,Sv2 ,Sw1
,Sw2 によって、各相のトランジスタは制御され
る。これをU相の例により述べる。
【0052】(Su1 =ON)のときは、トランジスタ
4aはONでありトランジスタ4cはOFFとなる。
(Su1 =OFF)のときは、トランジスタ4aはOF
Fでありトランジスタ4cはONとなる。また、(Su
2 =ON)のときは、トランジスタ4bはONでありト
ランジスタ4dはOFFとなる。(Su2 =OFF)の
ときは、トランジスタ4bはOFFでありトランジスタ
4dはONとなる。V相およびW相もU相と同様であ
る。
【0053】さらに、図2は、図1の動作原理を示すも
のであって、(Vmax =Vu*),(Vmin =Vv
*),(Vmid =Vw*)である場合において、前述の
如き制御したとき、インバ−タが微小サンプル時間Ts
の期間に実際に出力する各相の出力電圧Vu,Vv,V
wを、表している。かような出力電圧Vu,Vv,Vw
の微小サンプル時間Ts内の各相の中性点電圧の0
(V)の出力時間T0 u,T0 v,T0 wは、式(18)
で示される。また、各相の端子Pの電圧E(V)の出力
時間T1 u,T1 v,T1 wは式(19)で示され、各相
の端子Nの電圧−E(V)の出力時間T2 u,T2 v,
T2 wは式(20)で示される。
【0054】 T0 u=Ts−T1 −T2 =Ts・{1−(Vmax −Vmin )}/(2E) =Ts・{1−(Vu*−Vv*)}/(2E) ・・・・(18) T0 v=Ts−T1 −T2 =Ts・{1−(Vmax −Vmin )}/(2E) =Ts・{1−(Vu*−Vv*)}/(2E) T0 w=Ts−T3 −T4 =Ts−T1 −T2 −2・Tn =〔Ts・{1−(Vmax −Vmin )}/(2E)〕 −{2・K・(Vo*−Vo)/Imid } =〔Ts・{1−(Vu*−Vv*)}/(2E)〕 −{2・K・(Vo*−Vo)/Iw}
【0055】 T1 u=T1 +T2 =Ts・(Vmax −Vmin )/(2E) =Ts・(Vu*−Vv*)/(2E) ・・・・(19) T1 v=0 T1 w=T3 =T1 +Tn ={Ts・(Vmid −Vmin )/(2E)} +{K・(Vo*−Vo)/Imid } ={Ts・(Vw*−Vv*)/(2E)} +{K・(Vo*−Vo)/Iw}
【0056】 T2 u=0 ・・・・(20) T2 v=T1 +T2 =Ts・(Vmax −Vmin )/(2E) =Ts・(Vu*−Vv*)/(2E) T2 w=T4 =T2 +Tn ={Ts・(Vmax −Vmid )/(2E)} +{K・(Vo*−Vo)/Imid } ={Ts・(Vu*−Vw*)/(2E)} +{K・(Vo*−Vo)/Iw}
【0057】いま、微小サンプル時間Ts内の各相の出
力電流Iu,Iv,Iwの変化分であるΔIu,ΔI
v,ΔIwを無視すると、微小サンプル時間Ts内に中
性点端子から流れ出す電荷ΔQは、式(21)となる。こ
こで、式(21)に式(18)と(Iu+Iv+Iw=0)
を代入することによって、式(22)が得られる。
【0058】 ΔQ=Iu・T0 u+Iv・T0 v+Iw・T0 w ・・・・(21) ΔQ=−2・K・(Vo*−Vo)〔ただし、Kは正の定数〕 ・・(22)
【0059】式(22)より、中性点の電圧値Voが直流
電圧電源の丁度中間の電圧値Vo*より大きい場合、微
小サンプル時間に中性点端子から流れ出す電荷ΔQは正
の値となり、中性点の電圧値Voは下がる。逆に、中性
点の電圧値Voが中間の電圧値Vo*より小さい場合、
微小サンプル時間に中性点端子から流れ出す電荷ΔQは
負の値となり、中性点の電圧Voは上がる。つまり、中
性点の電圧値Voと直流電圧電源の丁度中間の電圧値V
o*との差に比例した電荷Qが、中性点から流れ出すこ
とが分かる。このようにして、中性点の電圧値Voが、
直流電圧電源の丁度中間の電圧値Vo*に近づくよう
に、制御される。
【0060】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、中
性点端子の電圧を積極的に制御し、中性点電圧の直流的
な変動を格別に抑制するようにしたインバータ装置を提
供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の一実施例の要部構成を示す系統
図である。
【図2】図2は図1の動作原理説明のため示した波形図
である。
【図3】図3は3レベルインバータの構成を示す回路図
である。
【図4】図4は本出願人による先の出願の制御例説明の
ため示した系統図である。
【図5】図5は図4の動作原理説明のため示した波形図
である。
【符号の説明】
1 直流電圧電源 2 直流リアクトル 3a コンデンサ 3b コンデンサ 4a トランジスタ 4b トランジスタ 4c トランジスタ 4d トランジスタ 7a ダイオード 7b ダイオード 7c ダイオード 7d ダイオード 10a ダイオード 10b ダイオード 13 最大最小電圧指令演算器 14 加算器 15 加算器 18 コンパレータ 21 三角波キヤリア 22 加算器 23 加算器 26 コンパレータ 29 最大最小中間電圧指令演算器 30 電圧出力時間演算器 31 出力電流選択器 32 電圧出力時間調整値演算器 33 リミッタ 34 電圧出力時間演算器 35 スイッチング指令演算器 36 スイッチング指令演算器 37 スイッチング指令演算器 38 スイッチング指令演算器

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直流電圧電源の両端電圧と該直流電圧電
    源に直列接続された2個のコンデンサの接続点の中性点
    電圧とを有する直流電源回路と、直列接続された逆並列
    ダイオードを備えた第1から第4のスイッチング素子が
    前記直流電源回路の電源両端子に接続され、かつ第2及
    び第3のスイッチング素子の相互接続点は出力端子に接
    続され、第1及び第2のスイッチング素子の相互接続点
    が第1のダイオードを介して前記電源中性点に接続され
    るとともに、第3及び第4のスイッチング素子の相互接
    続点が第2のダイオードを介して電源中性点に接続構成
    されたスイッチング素子群を単位インバータとし、該イ
    ンバータを、U相・V相・W相として3組有するブリッ
    ジ形インバータ回路とを備えるとともに、前記単位イン
    バータにおける第1および第3のスイッチング素子と第
    2および第4のスイッチング素子はそれぞれ共役的に動
    作するインバータ装置において、微小サンプル時間(T
    s)毎に各相の必要な出力電圧指令値を演算する第1の
    手段と、該各相の出力電圧指令値(Vu*,Vv*,V
    w*)の内の最大値(Vmax )と最小値(Vmin )と残
    りの中間値(Vmid )を判別する手段と、該判別値と前
    記直流電圧電源の半分の電圧値(E)と微小サンプル時
    間とから電圧出力時間(T1,T2 )それぞれを、 T1 =Ts・(Vmid −Vmin )/(2E) T2 =Ts・(Vmax −Vmid )/(2E) により演算する第2の手段と、前記中性点電圧の電圧値
    (Vo)と直流電圧電源の中間の電圧値(Vo*)およ
    び出力電圧指令値の内の中間値の相の出力電流(Imid
    )とから中性点電圧出力時間の調整値(Tn)を、 Tn=K・(Vo*−Vo)/Imid 〔Kは正の定数〕 により演算する第3の手段と、前記電圧出力時間と微小
    サンプル時間とから、 (Tn<−T1 )なら「Tn=T1 」 (Tn<−T2 )なら「Tn=T2 」 〔{(Ts−T1 −T2 )/2}<Tn〕なら 「Tn=(Ts−T1 −T2 )/2」 の如く調整値(Tn)にリミッタをかける手段と、前記
    電圧出力時間と調整値とから電圧出力時間(T3 ,T4
    )それぞれを、 T3 =T1 +Tn T4 =T2 +Tn により演算する第4の手段と、次回の微小サンプル時間
    (0〜Ts)にてスイッチング指令(Smax1,Smax2,
    Smid1,Smid2,Smin1,Smin2)は電圧出力時間によ
    り、 Smax1は期間(T1 +T2 )にオンその他の期間にオフ
    Smax2は期間Tsずっとオン Smid1は期間T3
    にオンその他の期間にオフ Smid2は期間T4 にオフ
    その他の期間にオン Smin1は期間Tsずっとオフ
    Smin2は期間(T1 +T2 )にオフその他の期間にオ
    ンとなる手段と、U相の出力電圧指令値(Vu*)が最
    大値である場合にスイッチング指令値(Su1 ,Su2
    )はスイッチング指令(Smax1,Smax2)となり、中
    間値である場合にスイッチング指令(Smid1,Smid2)
    となり、最小値である場合にスイッチング指令(Smin
    1,Smin2)となる手段と、V相の出力電圧指令値(V
    v*)が最大値である場合にスイッチング指令値(Sv
    1 ,Sv2 )はスイッチング指令(Smax1,Smax2)と
    なり、中間値である場合にスイッチング指令(Smid1,
    Smid2)となり、最小値である場合にスイッチング指令
    (Smin1,Smin2)となる手段と、W相の出力電圧指令
    値(Vw*)が最大値である場合にスイッチング指令値
    (Sw1 ,Sw2 )はスイッチング指令(Smax1,Sma
    x2)となり、中間値である場合にスイッチング指令(S
    mid1,Smid2)となり、最小値である場合にスイッチン
    グ指令(Smin1,Smin2)となる手段と、前記スイッチ
    ング指令値(Su1,Sv1,Sw1)は各相の第1のス
    イッチング素子の指令となりスイッチング指令値(Su
    2,Sv2,Sw2 )は第2のスイッチング素子の指
    令となる手段とを設けて成ることを特徴とするインバー
    タ装置。
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