JP3302565B2 - PWM controller for voltage source inverter - Google Patents

PWM controller for voltage source inverter

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JP3302565B2
JP3302565B2 JP15355496A JP15355496A JP3302565B2 JP 3302565 B2 JP3302565 B2 JP 3302565B2 JP 15355496 A JP15355496 A JP 15355496A JP 15355496 A JP15355496 A JP 15355496A JP 3302565 B2 JP3302565 B2 JP 3302565B2
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斌 霍
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は電気鉄道分野等におい
て、モータを駆動する制御電源として使用される電圧形
インバータのPWM制御装置に関し、特に本発明は、ト
ルクリプルを1パルスモードに対応するトルクリプルの
範囲に限定することができる電圧形インバータのPWM
制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a PWM controller for a voltage-type inverter used as a control power supply for driving a motor in the field of electric railways and the like. PWM of voltage source inverter that can be limited to a range
It relates to a control device.

【0002】[0002]

【従来の技術】図2は電圧形インバータの回路構成を示
す図である。図2において8は直流電圧電源、9は直流
リアクトル、10はコンデンサで、その両端P及びNは
直流電圧電源8のそれぞれ正端子、負端子に接続されて
いる。11su1、11su2、12sv1、12sv
2及び13sw1、13sw2は正端子Pと負端子Nと
の間にそれぞれ直列接続されたU、V、W相の主スイチ
ング素子群であり、それぞれがこの順に11Du1、1
1Du2、12Dv1、12Dv2及び13Dw1、1
3Dw2で示される逆並列ダイオードを備える。
2. Description of the Related Art FIG. 2 is a diagram showing a circuit configuration of a voltage source inverter. In FIG. 2, 8 is a DC voltage power supply, 9 is a DC reactor, 10 is a capacitor, and both ends P and N are connected to the positive terminal and the negative terminal of the DC voltage power supply 8, respectively. 11su1, 11su2, 12sv1, 12sv
2 and 13sw1 and 13sw2 are U, V, and W phase main switching element groups connected in series between the positive terminal P and the negative terminal N, respectively.
1Du2, 12Dv1, 12Dv2 and 13Dw1, 1
An anti-parallel diode indicated by 3Dw2 is provided.

【0003】U、V、W各相端子の電位は2種類の電圧
レベル+E、0を出力する。図3(a)のように誘導機
固定子上に複素座標系を定義して、下式(1)にしたが
って電圧ベクトルを定義する。なお、下記式(1)にお
いて、Vu,Vv,VwはU、V、W各相端子の電圧で
ある。
The potentials at the U, V and W phase terminals output two types of voltage levels + E and 0. A complex coordinate system is defined on the stator of the induction machine as shown in FIG. 3A, and a voltage vector is defined according to the following equation (1). In the following equation (1), Vu, Vv, and Vw are voltages at the U, V, and W phase terminals.

【0004】[0004]

【数1】 (Equation 1)

【0005】従って、図2に示した電圧形インバータに
おいては、23 =8とおりのスイッチング状態で、8種
類の離散的な電圧ベクトルが出力可能である。図3
(a)は上記8種類の電圧ベクトルを示す図であり、ベ
クトルV0(000),V7(111)はゼロベクトル
である。また、1は電圧レベル+E,0は電圧レベル0
であり、例えば、ベクトルV1(110)はU相,V相
が電圧レベル+E,W相が電圧レベル0を意味してい
る。
Therefore, in the voltage source inverter shown in FIG. 2, eight kinds of discrete voltage vectors can be output in 2 3 = 8 switching states. FIG.
(A) is a diagram showing the eight types of voltage vectors, and vectors V0 (000) and V7 (111) are zero vectors. 1 is the voltage level + E, 0 is the voltage level 0
For example, in the vector V1 (110), the U phase and the V phase indicate the voltage level + E, and the W phase indicates the voltage level 0.

【0006】図2の示した電圧形インバータを上記電圧
ベクトルで制御するには、指令電圧ベクトルVと隣接し
たベクトルのうちいくつのベクトルを選択して、その合
成ベクトルが指令ベクトルVと一致するように制御す
る。ここで、モータの一次側の抵抗を無視すれば、磁束
ベクトルλは次の式(2)で定義される。
In order to control the voltage source inverter shown in FIG. 2 with the above-mentioned voltage vector, several vectors are selected from the vectors adjacent to the command voltage vector V so that the combined vector coincides with the command vector V. To control. Here, if the resistance on the primary side of the motor is ignored, the magnetic flux vector λ is defined by the following equation (2).

【0007】[0007]

【数2】 (Equation 2)

【0008】図3(b)は磁束ベクトルの一つ例を示
す。円周はモータの入力電圧が正弦波の場合に対応する
磁束ベクトル軌跡λ1であり、理想状態の磁束ベクトル
と呼ぶ。λ1は図3(b)に示したように半径が|V|
/ω1の円軌跡で表される。ただし、|V|は指令ベク
トルVの大きさ、ω1はインバータの出力角周波数であ
る。
FIG. 3B shows an example of a magnetic flux vector. The circumference is a magnetic flux vector locus λ1 corresponding to the case where the input voltage of the motor is a sine wave, and is called an ideal magnetic flux vector. λ1 has a radius of | V | as shown in FIG.
/ Ω1. Here, | V | is the magnitude of the command vector V, and ω1 is the output angular frequency of the inverter.

【0009】図4は上記図3(b)の一部を示してお
り、同図の折れ線λは従来の三角波キャリアPWM制御
方法と等価な電圧ベクトル出力配列を持つソフトウェア
PWM制御方法により出力される磁束ベクトルを表し、
その磁束ベクトル軌跡が半径|V|/ω1の近似円軌跡
となるように、電圧ベクトルを出力する。円軌跡上にゼ
ロベクトル(V0、V7)が配置され、配置されるゼロ
ベクトルの個数はインバータの出力周波数とキャリア周
波数との関係で決まる。
FIG. 4 shows a part of FIG. 3B. The broken line λ in FIG. 4 is output by a software PWM control method having a voltage vector output arrangement equivalent to a conventional triangular wave carrier PWM control method. Represents the magnetic flux vector,
The voltage vector is output so that the magnetic flux vector locus is an approximate circular locus having a radius | V | / ω1. Zero vectors (V0, V7) are arranged on the circular locus, and the number of arranged zero vectors is determined by the relationship between the output frequency of the inverter and the carrier frequency.

【0010】従来のPWM制御方法において、三角波キ
ャリアの半周期Tcに対応する磁束ベクトル区間は図4
に示したように弧ABで表せる。同図は、隣接する二つ
の電圧ベクトルで挟む60°(∠AOG)の領域を奇数
N=3で分けた場合を示し、後述するようにインバータ
の出力周波数f1とキャリア周波数fsの関係をm=f
s/f1としたとき(以下、mをパルスモードとい
う)、m=9の場合を示している。
In the conventional PWM control method, the magnetic flux vector section corresponding to the half cycle Tc of the triangular wave carrier is shown in FIG.
Can be represented by the arc AB as shown in FIG. The figure shows a case where a region of 60 ° (∠AOG) sandwiched between two adjacent voltage vectors is divided by an odd number N = 3, and the relationship between the output frequency f1 of the inverter and the carrier frequency fs is represented by m = f
When s / f1 (hereinafter, m is referred to as a pulse mode), a case where m = 9 is shown.

【0011】図4に示す一つ分割区間において、ゼロベ
クトルV0から次のゼロベクトルV7までの区間におい
て次のようなスイッチングパターンが出力される。
In the one divided section shown in FIG. 4, the following switching pattern is output in a section from the zero vector V0 to the next zero vector V7.

【0012】一つ分割区間(弧AB)に対して、各ベク
トルの長さ、即ち、各ベクトルV1,V6を出力する時
間T1,T6は図4の三角形の辺と角度との関係から下
記の式(3)(4)により求められる。式(3)、
(4)において、|V|は指令電圧ベクトルVの大き
さ、|V1|,|V6|はインバータの出力電圧ベクト
ルの大きさをそれぞれ表わす。各ベクトルが出力される
時間T1,T6は電圧指令ベクトルVの大きさにより変
化する。また、図4の場合にθは磁束ベクトルが円周方
向に回転する角度と関係あり、下式(5)で表現でき
る。
For one divided section (arc AB), the length of each vector, that is, the time T1 and T6 for outputting each vector V1 and V6 is given by the following equation based on the relationship between the sides and angles of the triangle in FIG. It is obtained by the equations (3) and (4). Equation (3),
In (4), | V | represents the magnitude of the command voltage vector V, and | V1 | and | V6 | represent the magnitude of the output voltage vector of the inverter, respectively. Times T1 and T6 at which the vectors are output vary depending on the magnitude of the voltage command vector V. In the case of FIG. 4, θ is related to the angle at which the magnetic flux vector rotates in the circumferential direction, and can be expressed by the following equation (5).

【0013】残る時間がゼロベクトルV0及びV7の出
力時間T0,T7であり、それらの時間を等分に分ける
とすると、下式(6)によって計算される。
The remaining time is the output time T0, T7 of the zero vectors V0 and V7, and if these times are equally divided, it is calculated by the following equation (6).

【0014】[0014]

【数3】 (Equation 3)

【0015】以上のように計算した時間で各電圧ベクト
ルを出力すれば、磁束ベクトルを近似的に円軌跡とする
PWMが実現できる。
By outputting each voltage vector at the time calculated as described above, it is possible to realize a PWM in which the magnetic flux vector is approximated as a circular locus.

【0016】電気鉄道応用の場合における従来の技術と
しては、高速領域でのインバータのPWM制御ではイン
バータの電圧利用率を高めるため1パルスモードで動作
させる。中速領域でのインバータPWM制御では、GT
Oのスイッチング周波数を低くするため同期変調方式と
する。キャリア周波数をfs、パルスモードをmとする
と、fsは下式(7)で表される。
As a conventional technique in the application of electric railways, in PWM control of an inverter in a high-speed region, the inverter is operated in a one-pulse mode in order to increase the voltage utilization rate of the inverter. In the inverter PWM control in the medium speed range, GT
In order to lower the switching frequency of O, a synchronous modulation method is used. Assuming that the carrier frequency is fs and the pulse mode is m, fs is expressed by the following equation (7).

【0017】[0017]

【数4】 (Equation 4)

【0018】式(7)において、f1はインバータ出力
基本波周波数である。fsを高くすることは半導体素子
のスイッチング性能や回路損失の増加等による限界があ
るため、f1が高くなるとmを小さくする必要がある。
また、mは任意の値がとれるわけではなく、3相電圧を
バランスさせると共に偶数高調波成分を発生させないた
めに、mが3の奇数倍で切り替えることが必要である。
即ち、パルスモードmに関して下記のような制限があ
る。 正弦波変調:m=1,3,9,15,21・・・・
In equation (7), f1 is the inverter output fundamental frequency. Since there is a limit to increasing fs due to an increase in switching performance and circuit loss of a semiconductor element, it is necessary to reduce m as f1 increases.
Further, m cannot take an arbitrary value, and it is necessary to switch m at an odd multiple of 3 in order to balance three-phase voltages and not generate even harmonic components.
That is, there are the following restrictions on the pulse mode m. Sine wave modulation: m = 1, 3, 9, 15, 21, ...

【0019】[0019]

【発明が解決しようとする課題】従来の三角波キャリア
PWM制御法において、パルスモードmを切り換える方
法では、パルスモードmによって図5に示したようにト
ルクリプルが非常に大きくなる場合がある。図5(a)
(b)(c)はそれぞれ、27パルスモード、5パルス
モード、1パルスモードにおける電流波形とトルク波形
を示しており、横軸は時間、縦軸は電流、トルクであ
る。なお、同図(a)は電圧215V、電流230A、
トルク212kg・m、周波数8Hz、滑り28.5
%、パルスモード27、(b)は電圧855V、電流1
70A、トルク183kg・m、周波数34Hz、滑り
4.6%、パルスモード5、(c)は電圧1100V、
電流148A、トルク161kg・m、周波数48H
z、滑り3.1%、パルスモード1の場合を示してい
る。
In the conventional triangular wave carrier PWM control method, when the pulse mode m is switched, the torque ripple may become extremely large depending on the pulse mode m as shown in FIG. FIG. 5 (a)
(B) and (c) show the current waveform and the torque waveform in the 27-pulse mode, the 5-pulse mode, and the 1-pulse mode, respectively. The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents current and torque. FIG. 3A shows a voltage of 215 V, a current of 230 A,
Torque: 212 kg · m, frequency: 8 Hz, slip: 28.5
%, Pulse mode 27, (b) voltage 855 V, current 1
70A, torque 183kgm, frequency 34Hz, slip 4.6%, pulse mode 5, (c) voltage 1100V,
Current 148A, torque 161kgm, frequency 48H
z, slip 3.1%, pulse mode 1 are shown.

【0020】図5によれば、同図(c)の1パルスモー
ドに対応するトルクリプルは19%であり、これに対し
て、同図(b)の5パルスモードと同図(a)の27パ
ルスモードに対応するトルクリプルはそれぞれ50%と
29%である。すなわち、パルスモードmによってはト
ルクリプルが大きくなる場合があり、これによる騒音や
粘着性能低下などの問題になる。
According to FIG. 5, the torque ripple corresponding to the one-pulse mode in FIG. 5C is 19%, whereas the torque ripple in the five-pulse mode in FIG. The torque ripple corresponding to the pulse mode is 50% and 29%, respectively. That is, the torque ripple may be large depending on the pulse mode m, which causes a problem such as noise and a decrease in adhesion performance.

【0021】本発明は上記した従来技術の問題点を解決
するためになされたものであって、インバータの変調率
あるいは周波数に応じてパルスモードmのパターンを決
めることにより、トルクリプルを一定値以下に限定する
ことができ、騒音、粘着性能を改善することができる電
圧形インバータの制御装置を提供することを目的とす
る。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and determines the pattern of the pulse mode m according to the modulation rate or frequency of the inverter, so that the torque ripple can be reduced to a certain value or less. An object of the present invention is to provide a voltage-type inverter control device which can be limited and can improve noise and adhesion performance.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】まず、本発明の原理を説
明する。なお、本発明は前記図2に示したようにIGB
Tのような高周波スイッチング素子により構成されるイ
ンバータを対象とする。即ち、キャリア周波数が十分高
くできると仮定する。磁束ベクトルλの位置、即ち、磁
束ベクトルλが存在する磁束ベクトル区間番号n(図3
(b))は、磁束ベクトルλの定義及び指令ベクトルV
の回転角∠Vによって下式(8)で判断できる。インバ
ータの変調率aは下式(9)で計算できる。V/f1一
定制御のインバータにおいて、電圧指令Vとインバータ
の周波数f1との間に式(10)のような関係があり、
式(10)からインバータの周波数f1が求められる。
ただし、式(10)において、Cは常数である。
First, the principle of the present invention will be described. It should be noted that the present invention uses the IGB as shown in FIG.
It is intended for an inverter constituted by a high-frequency switching element such as T. That is, it is assumed that the carrier frequency can be made sufficiently high. The position of the magnetic flux vector λ, that is, the magnetic flux vector section number n where the magnetic flux vector λ exists (FIG. 3)
(B)) shows the definition of the magnetic flux vector λ and the command vector V
Can be determined by the following equation (8) based on the rotation angle ΔV. The modulation factor a of the inverter can be calculated by the following equation (9). In the inverter of V / f1 constant control, there is a relationship as shown in Expression (10) between the voltage command V and the frequency f1 of the inverter.
The frequency f1 of the inverter is obtained from Expression (10).
However, in the equation (10), C is a constant.

【0023】[0023]

【数5】 (Equation 5)

【0024】図6に示したように実際の磁束ベクトル軌
跡λは理想状態の磁束ベクトルλ1と違う回転速度で回
転するので、ベクトル偏差が生じる。この偏差が図6に
示すように回転方向の偏差Δθと半径方向の偏差ΔRに
分けられ、半径方向の偏差ΔRより回転方向の偏差Δθ
のほうがトルクリプルにとっての影響が大きいと考えら
れる。磁束ベクトルの半径方向の偏差ΔRを無視すると
トルクリプルは下式(11)で表せる。
As shown in FIG. 6, the actual magnetic flux vector trajectory λ rotates at a different rotation speed from the magnetic flux vector λ1 in the ideal state, so that a vector deviation occurs. This deviation is divided into a deviation Δθ in the rotation direction and a deviation ΔR in the radial direction as shown in FIG. 6, and the deviation Δθ in the rotation direction is calculated from the deviation ΔR in the radial direction.
Is considered to have a greater effect on torque ripple. If the radial deviation ΔR of the magnetic flux vector is ignored, the torque ripple can be expressed by the following equation (11).

【0025】[0025]

【数6】 (Equation 6)

【0026】式(11)においてΔTはトルクの変動量
であり、Tは平均トルク、Kθはモータの常数で決まる
パラメータである。式(11)よりトルクリプルの最大
値ΔTmax/Tは式(12)のように磁束ベクトルの
回転方向の偏差の最大値Δθmaxで表せる。
In equation (11), ΔT is the amount of change in torque, T is the average torque, and Kθ is a parameter determined by the constant of the motor. From Expression (11), the maximum value of torque ripple ΔTmax / T can be expressed by the maximum value Δθmax of the deviation of the magnetic flux vector in the rotation direction as in Expression (12).

【0027】図4において、前記したように隣接する二
つの電圧ベクトルで挟む60゜(∠AOG)の領域を奇
数Nで分けると、パルスモードmとの間に式(13)の
ような関係がある。なお、図4は前記したようにN=
3,m=9,即ち、9パルスモードを示した。
In FIG. 4, when the region of 60 ° (∠AOG) sandwiched between two adjacent voltage vectors is divided by an odd number N as described above, the relationship as expressed by the equation (13) is obtained with the pulse mode m. is there. FIG. 4 shows that N =
3, m = 9, that is, 9 pulse mode.

【0028】[0028]

【数7】 (Equation 7)

【0029】Δθmaxはゼロベクトル出力時に発生す
ると考えられるので、下式(14)で表現できる。式
(14)において、aはインバータの変調率、mはパル
スモードである。図7はV/f1一定制御のインバータ
において、インバータ周波数f1を0〜50Hzで変化
させたときのΔθmaxの値を、式(14)を用いてパ
ルスモードmをパラメータとして計算したものである。
ただし、図7の横軸はインバータの電圧変調率aとイン
バータの周波数f1である。
Since it is considered that Δθmax occurs when a zero vector is output, it can be expressed by the following equation (14). In Equation (14), a is the modulation factor of the inverter, and m is the pulse mode. FIG. 7 shows a value of Δθmax when the inverter frequency f1 is changed from 0 to 50 Hz in the inverter of the V / f1 constant control, which is calculated by using the pulse mode m as a parameter using Expression (14).
Here, the horizontal axis in FIG. 7 is the voltage modulation rate a of the inverter and the frequency f1 of the inverter.

【0030】[0030]

【数8】 (Equation 8)

【0031】図7において、水平な線Lは1パルスモー
ドにおけるトルクリプルに対応するΔθmaxの値であ
り、すべてのパルスモードmにおけるトルクリプルの値
をこの範囲以下に制限しようという目標値を表すもので
ある。この水平な線Lと、各パルスモードmの分枝との
交点の横座標が、パルスモードmを切り換えるべきイン
バータの周波数f1及びそのときの変調率aを表してい
る。インバータの周波数f1の上昇または下降に応じ
て、パルスモードmの分枝と直線Lとの交点において次
々にパルスモードmを変えていけば、1パルスモードの
トルクリプルを越えないようにPWM波形を生成するこ
とができる。図8(a)の太い線は以上の手順を図示し
たものである。
In FIG. 7, a horizontal line L represents the value of Δθmax corresponding to the torque ripple in the one-pulse mode, and represents a target value for limiting the value of the torque ripple in all the pulse modes m to within this range. . The abscissa of the intersection of the horizontal line L and the branch of each pulse mode m indicates the frequency f1 of the inverter to switch the pulse mode m and the modulation factor a at that time. If the pulse mode m is successively changed at the intersection of the branch of the pulse mode m and the straight line L in accordance with the rise or fall of the frequency f1 of the inverter, a PWM waveform is generated so as not to exceed the torque ripple of the one-pulse mode. can do. The thick line in FIG. 8A illustrates the above procedure.

【0032】ただし、同図において、点線は従来のパル
スモードmの決定方法によるトルクリプル(△Tmax
/T)とパルスモードm、インバータの周波数f1或い
は変調率aとの関係の例を示した。図8(b)は図8
(a)に対応するキャリア周波数fsの特性を示す図で
ある。
In the figure, the dotted line indicates the torque ripple (に よ る Tmax) according to the conventional method of determining the pulse mode m.
/ T), the pulse mode m, and the frequency f1 of the inverter or the modulation factor a. FIG. 8B shows FIG.
FIG. 6 is a diagram illustrating characteristics of a carrier frequency fs corresponding to FIG.

【0033】また、パルスモードm切換時、インバータ
出力電圧変動をできるだけ小さくする必要がある。な
お、パルスモードmを切り換える方法は周知であるの
で、ここでは説明を省略する。この時出力される各電圧
ベクトルの長さ、即ち、各ベクトルの出力時間は従来と
同様に式(3)、(4)、(5)、(6)によって計算
される。このようにして、モータのトルクリプルを1パ
ルスモードに対応するトルクリプルの範囲に限定するP
WM波形を生成することができる。
When the pulse mode m is switched, it is necessary to minimize fluctuations in the inverter output voltage. Since the method of switching the pulse mode m is well known, the description is omitted here. The length of each voltage vector output at this time, that is, the output time of each vector, is calculated by Expressions (3), (4), (5), and (6) as in the conventional case. In this way, the torque ripple of the motor is limited to the range of the torque ripple corresponding to the one-pulse mode.
A WM waveform can be generated.

【0034】図1は本発明の機能ブロック図であり、本
発明は、次のようにして前記課題を解決する。図1にお
いて、トルクベクトル制御から電圧指令ベクトルVが入
力されるものとする。即ち、図3(b)に示したように
A1〜A6に区分けされた各区間について、トルクベク
トル制御手段は電流検知による検出された電圧形インバ
ータ6の出力電流と、速度検知による検出された負荷モ
ータ7の回転速度に基づき上記各区間における指令ベク
トルVを求める。なお、上記指令ベクトルVの算出方法
は周知であるので、ここでは説明を省略する。
FIG. 1 is a functional block diagram of the present invention. The present invention solves the above problem as follows. In FIG. 1, a voltage command vector V is input from torque vector control. That is, as shown in FIG. 3 (b), for each section divided into A1 to A6, the torque vector control means outputs the output current of the voltage source inverter 6 detected by the current detection and the load detected by the speed detection. The command vector V in each of the above sections is obtained based on the rotation speed of the motor 7. Since the method of calculating the command vector V is well known, the description is omitted here.

【0035】手段1は与えられた電圧指令ベクトルVの
回転角∠Vによって指令ベクトルVの位置、即ち、図3
(b)の区間A1〜A6のどの区間にあるかを前記式
(8)により判断し、電圧指令ベクトルVを生成するた
めのインバータの電圧ベクトルの出力順序を決める。手
段2は与えられた電圧指令ベクトルVによって前記式
(9)、(10)でインバータの変調率aとインバータ
の周波数f1を計算する。
The means 1 determines the position of the command vector V according to the rotation angle ΔV of the given voltage command vector V, ie, FIG.
It is determined which of the sections A1 to A6 in (b) is in the above equation (8), and the output order of the inverter voltage vector for generating the voltage command vector V is determined. The means 2 calculates the modulation factor a of the inverter and the frequency f1 of the inverter by the equations (9) and (10) using the given voltage command vector V.

【0036】手段3は記憶手段であり、パルスモードm
を切り換えるインバータの変調率a或いは周波数f1が
記憶される。すなわち、前記図4〜図8で説明したよう
に、理想状態の磁束ベクトル軌跡λ1(円周)と実際の
磁束ベクトルλ(折れ線)の回転方向成分の偏差によっ
て仮定した複数のパルスモードmにおけるトルクリプル
を計算し、所望のトルクリプル制限値と各パルスモード
mのトルクリプルの計算結果から、あらかじめ、オフラ
インでパルスモードmを切り換えるインバータの変調率
a或いは周波数f1を求め、結果を記憶手段3に記憶す
る。
Means 3 is a storage means, and has a pulse mode m
The modulation factor a or the frequency f1 of the inverter for switching is stored. That is, as described with reference to FIGS. 4 to 8, the torque ripple in a plurality of pulse modes m assumed based on the deviation between the rotation direction component of the ideal magnetic flux vector trajectory λ1 (circumference) and the actual magnetic flux vector λ (circular line). Is calculated, and from the desired torque ripple limit value and the calculation result of the torque ripple of each pulse mode m, the modulation factor a or frequency f1 of the inverter for switching the pulse mode m offline is obtained in advance, and the result is stored in the storage means 3.

【0037】手段4は第2の手段による計算したインバ
ータの変調率a或いは周波数f1に応じて、上記手段3
に記憶したデータを参照しパルスモードmを決める。手
段5は第4の手段による決定された各パルスモードmに
おける電圧ベクトルの出力時間を式(3)、(4)、
(5)、(6)により計算する。上記手段による求めた
電圧ベクトルの出力時間に応じて、指令ベクトルVの位
置による決まったベクトル発信順序で電圧形インバータ
6に与えられ、電圧形インバータ6が制御され、負荷モ
ータ7が駆動される。
Means 4 is based on the modulation factor a or the frequency f1 of the inverter calculated by the second means.
The pulse mode m is determined with reference to the data stored in. The means 5 calculates the output time of the voltage vector in each pulse mode m determined by the fourth means by using equations (3), (4),
It is calculated by (5) and (6). In accordance with the output time of the voltage vector obtained by the above-described means, the voltage is supplied to the voltage-type inverter 6 in a vector transmission order determined by the position of the command vector V, the voltage-type inverter 6 is controlled, and the load motor 7 is driven.

【0038】本発明は上記のように、トルクリプルが所
望の制限値内となるインバータの変調率a或いは周波数
f1を求めて記憶しておき、記憶されたデータを参照し
てパルスモードmを定めて各電圧ベクトルの出力時間を
計算しているので、モータのトルクリプルをモータ運転
の領域において1パルスモードに対応トルクリプルより
小さくして運転でき、電磁騒音の低減および粘着特性の
改善を図ることができる。
According to the present invention, as described above, the modulation factor a or the frequency f1 of the inverter in which the torque ripple is within the desired limit value is obtained and stored, and the pulse mode m is determined by referring to the stored data. Since the output time of each voltage vector is calculated, the motor can be operated with the torque ripple of the motor smaller than the torque ripple corresponding to the one-pulse mode in the motor operation region, so that the electromagnetic noise can be reduced and the adhesion characteristics can be improved.

【0039】[0039]

【発明の実施の形態】図9は本発明の実施例の制御装置
の構成を示す図である。同図において、8、9は前記図
2に示した直流電源及び直流リアクトルであり、10は
入力コンデンサ、11、12、13は前記図2に示した
3相ブリッジインバータ、7は負荷モータである。ま
た、14は負荷電流検出器、15はモータ速度検出器で
ある。
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a control device according to an embodiment of the present invention. 2, 8 and 9 are the DC power supply and the DC reactor shown in FIG. 2, 10 is an input capacitor, 11, 12, and 13 are the three-phase bridge inverters shown in FIG. 2, and 7 is a load motor. . 14 is a load current detector and 15 is a motor speed detector.

【0040】16はデイジタルシグナル・プロセッサ
(以下、DSPと略記する)、17は本発明に係わる処
理を行うマイクロ・コンピュータ(以下、MCと略記す
る)である。
Reference numeral 16 denotes a digital signal processor (hereinafter abbreviated as DSP), and reference numeral 17 denotes a microcomputer (hereinafter abbreviated as MC) that performs processing according to the present invention.

【0041】図9において、DSP16はモータ7の動
作指令及び負荷電流検出器14により検出された負荷電
流、モータ速度検出器15により検出されたモータの回
転速度によってトルクベクトル制御のための電圧指令ベ
クトルVを生成する。なお、電圧指令ベクトルVを生成
する処理は周知であるのでここでの説明は省略する(必
要なら例えば、本出願人が先に出願した特開平6−24
5588号公報、特願平7−147461号等を参照さ
れたい)。
In FIG. 9, a DSP 16 is a voltage command vector for torque vector control based on the operation command of the motor 7, the load current detected by the load current detector 14, and the rotation speed of the motor detected by the motor speed detector 15. Generate V. Since the process of generating the voltage command vector V is well known, a description thereof will be omitted (for example, if necessary, refer to Japanese Patent Application Laid-Open No.
No. 5588, Japanese Patent Application No. 7-147461, etc.).

【0042】MC17は、あらかじめ、前記した図8
(a)に示したパルスモードmのパターンを求めて、そ
の結果を図示しないメモリに記憶する。
The MC 17 is provided in advance in FIG.
The pattern of the pulse mode m shown in (a) is obtained, and the result is stored in a memory (not shown).

【0043】また、DSP16は図示しないDPーRA
Mを介して上記電圧指令ベクトルVをMC17へ伝送す
る。MC17はその電圧指令ベクトルVを受け取って、
前記したように、指令ベクトルVの位置を判断し、イン
バータの変調率a及び周波数f1を求める。インバータ
の周波数f1によってメモリに記憶されたパルスモード
mのパターンからパルスモードmを決定し、最後に、各
ベクトルの出力時間を計算し、図示しないゲート回路を
介して、電圧形インバータ11,12,13のスイッチ
ング素子を駆動する。
The DSP 16 has a DP-RA (not shown).
The voltage command vector V is transmitted to the MC 17 via M. MC 17 receives the voltage command vector V,
As described above, the position of the command vector V is determined, and the modulation factor a and the frequency f1 of the inverter are obtained. The pulse mode m is determined from the pattern of the pulse mode m stored in the memory according to the frequency f1 of the inverter, and finally, the output time of each vector is calculated, and the voltage source inverters 11, 12,. 13 switching elements are driven.

【0044】図10は図9に示したMC17における処
理を示すフローチャートであり、同図によりMC17に
おける処理を説明する。MC17は、前記したように、
複数のパルスモードmにおけるトルクリプルを前記式
(14)により求め、所望のトルクリプル制限値と各パ
ルスモードmのトルクリプルの計算結果から、あらかじ
め、オフラインでパルスモードmを切り換えるインバー
タの変調率a或いは周波数f1を求め、結果を図示しな
いメモリに記憶しておく(ステップS1,S2)。
FIG. 10 is a flowchart showing the processing in the MC 17 shown in FIG. 9, and the processing in the MC 17 will be described with reference to FIG. MC17, as described above,
The torque ripple in a plurality of pulse modes m is obtained by the above equation (14), and from the desired torque ripple limit value and the calculation result of the torque ripple of each pulse mode m, the modulation factor a or frequency f1 of the inverter that switches the pulse mode m offline is determined in advance. And the result is stored in a memory (not shown) (steps S1 and S2).

【0045】ステップS3において、DSP16から電
圧指令ベクトルを受け取ると、MC17は、前記式
(8)により、指令ベクトルVの回転角∠Vに基づき指
令ベクトルVが存在する磁束ベクトルの区間を判断し
(ステップS4)、前記式(9)(10)により、指令
ベクトルの長さ|V|に基づきインバータの変調率aと
周波数f1を計算する。
In step S3, when receiving the voltage command vector from the DSP 16, the MC 17 determines the section of the magnetic flux vector in which the command vector V exists based on the rotation angle ΔV of the command vector V according to the equation (8). In step S4), the modulation factor a and frequency f1 of the inverter are calculated based on the length | V | of the command vector according to the equations (9) and (10).

【0046】ステップS6において、上記ステップS5
で求めたインバータの周波数f1に応じて、ステップS
2でメモリに記憶したデータを参照し、トルクリプルを
所定の範囲内にするパルスモードmを決定し、ステップ
S7において、前記式(3)〜(6)により各ベクトル
の出力時間を計算する。上記のようにして求めた各ベク
トルの出力時間に応じて、電圧形インバータ11,1
2,13のスイッチング素子が駆動される。
In step S6, the above step S5
In accordance with the frequency f1 of the inverter obtained in
In step S7, the pulse mode m for keeping the torque ripple within a predetermined range is determined with reference to the data stored in the memory. In step S7, the output time of each vector is calculated by the above equations (3) to (6). According to the output time of each vector obtained as described above, the voltage type inverters 11, 1
Two or thirteen switching elements are driven.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は磁束ベク
トルPWM制御により誘導電動機駆動するに際し、トル
クリプルが所望の制限値内となるインバータの変調率a
或いは周波数f1を求めて記憶しておき、記憶されたデ
ータを参照してパルスモードmを定めて各電圧ベクトル
の出力時間を計算しているので、トルクリプルを一定値
以下に限定して運転でき、騒音の低減、粘着性能を改善
することができる。
As described above, according to the present invention, when the induction motor is driven by the magnetic flux vector PWM control, the modulation factor a of the inverter in which the torque ripple falls within a desired limit value.
Alternatively, since the frequency f1 is obtained and stored, and the pulse mode m is determined with reference to the stored data to calculate the output time of each voltage vector, the operation can be performed with the torque ripple limited to a certain value or less, It can reduce noise and improve adhesive performance.

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

【図1】本発明の機能ブロック図である。FIG. 1 is a functional block diagram of the present invention.

【図2】本発明の適用対象となるIGBT電圧インバー
タの回路構成を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a circuit configuration of an IGBT voltage inverter to which the present invention is applied.

【図3】空間電圧ベクトル及び磁束ベクトルを示す図で
ある。
FIG. 3 is a diagram showing a space voltage vector and a magnetic flux vector.

【図4】磁束ベクトルPWM制御(N=3、m=9の場
合)を説明する図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating magnetic flux vector PWM control (when N = 3 and m = 9);

【図5】従来のPWM制御におけるパルスモードmとト
ルクリプルの例を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an example of pulse mode m and torque ripple in conventional PWM control.

【図6】磁束ベクトルPWM方法において、半径方向の
偏差ΔRと回転方向の偏差Δθを示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a deviation ΔR in the radial direction and a deviation Δθ in the rotation direction in the magnetic flux vector PWM method.

【図7】磁束ベクトルの回転方向の偏差の最大値(Δθ
max)、また、トルクリプルの最大値(ΔTmax/
T)、パルスモードm、変調率aと周波数f1との関係
を示す図である。
FIG. 7 shows the maximum value (Δθ) of the deviation of the magnetic flux vector in the rotational direction.
max) and the maximum value of the torque ripple (ΔTmax /
T) is a diagram illustrating a relationship between a pulse mode m, a modulation factor a, and a frequency f1.

【図8】トルクリプルを限定したパルスモードパターン
と、それに対応するキャリア周波数特性を示す図であ
る。
FIG. 8 is a diagram showing a pulse mode pattern in which torque ripple is limited and carrier frequency characteristics corresponding to the pulse mode pattern.

【図9】本発明の実施例の制御装置の構成を示す図であ
る。
FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of a control device according to an embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施例の処理フローを示す図であ
る。
FIG. 10 is a diagram showing a processing flow of an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 指令Vが存在する区間を判断する手段 2 出力周波数f1或いは変調率を計算する手段 3 変調率a或いは周波数f1を記憶する手段 4 パルスモードを決定する手段 5 各ベクトルの出力時間を計算する手段 6 電圧形インバータ 7 負荷モータ 8 直流電圧電源 9 直流リアクトル 10 コンデンサ 11,12,13 主スイッチング素子群 14 負荷電流検出器 15 モータ速度検出器 16 デジタルシグナルプロセッサ(DSP) 17 マイクロコンピュータ(MC) V 指令ベクトル Vx インバータの出力電圧ベクトル(x=0〜7) λ 実際の磁束ベクトル λ1 理想状態の磁束ベクトル |V| ベクトルの長さ Tc 制御周期、磁束ベクトルの一つ分割区間に対応
する時間 Tx ベクトルVxの出力時間 n 分けられた磁束ベクトル区間番号(n=1〜
6) ω1 インバータの出力角周波数 f1 インバータの出力周波数 fs キャリア周波数 a インバータの変調率 m パルスモード N 60゜磁束区間の分けられる数 T 平均トルク ΔT トルクの変動量 Δθ 磁束ベクトルの回転方向の偏差 ΔR 磁束ベクトルの半径方向の偏差 Δθmax トルクリプルの最大値に対応する磁束ベク
トルの半径方向の偏差 Kθ モータの常数に関するパラメータ
1 means for judging the section where command V exists 2 means for calculating output frequency f1 or modulation rate 3 means for storing modulation rate a or frequency f1 4 means for determining pulse mode 5 means for calculating output time of each vector Reference Signs List 6 voltage type inverter 7 load motor 8 DC voltage power supply 9 DC reactor 10 capacitor 11, 12, 13 main switching element group 14 load current detector 15 motor speed detector 16 digital signal processor (DSP) 17 microcomputer (MC) V command Vector Vx Inverter output voltage vector (x = 0 to 7) λ Actual magnetic flux vector λ1 Magnetic flux vector in ideal state | V | Vector length Tc Control cycle, time corresponding to one division of magnetic flux vector Tx vector Vx Output time n Magnetic flux vector section number divided Number (n = 1 ~
6) ω1 Inverter output angular frequency f1 Inverter output frequency fs Carrier frequency a Inverter modulation rate m Pulse mode N 60 ° Number of divided magnetic flux sections T Average torque ΔT Torque variation Δθ Flux vector rotation direction deviation ΔR Radial deviation of magnetic flux vector Δθmax Radial deviation of magnetic flux vector corresponding to maximum value of torque ripple Kθ Parameter related to motor constant

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−79770(JP,A) 特開 昭63−302766(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02P 5/408 - 5/412 H02P 7/628 - 7/632 H02P 21/00 H02M 7/42 - 7/98 B60L 1/00 - 3/12 B60L 7/00 - 13/00 B60L 15/00 - 15/42 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-4-79770 (JP, A) JP-A-63-302766 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H02P 5/408-5/412 H02P 7/628-7/632 H02P 21/00 H02M 7/42-7/98 B60L 1/00-3/12 B60L 7/00-13/00 B60L 15/00-15 / 42

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 電圧形インバータによる誘導機駆動系に
おいて、誘導機固定子座標上に定義された電圧ベクトル
(V0〜V7)と、この電圧ベクトルを積分して得られ
る誘導機のエアギャップ磁束ベクトルλと、この電圧ベ
クトル(V1〜V6)を前記直交座標系の原点で交わる
直線で挟む60゜領域を一つ区間として、磁束ベクトル
の360゜全空間を区間A1から区間A6まで6個区間
に分け、与えられた電圧指令ベクトルVの回転角∠Vに
よって指令ベクトルVの位置、即ち、分けられた区間番
号(A1〜A6)のどこに存在するかを判断する第1の
手段と、 与えられた電圧指令ベクトルVの大きさ|V|によりイ
ンバータの変調率a或いは周波数f1を計算する第2の
手段と、理想状態の磁束ベクトル軌跡λ1と実際の磁束ベクトル
λの回転方向成分の偏差により求めたトルクリプルが所
望の制限値以下となるパルスモードmを切り換えるイン
バータの変調率aあるいは周波数f1を求め、該パルス
モードmを切り換えるインバータの変調率aあるいは周
波数f1を記憶した第3の手段と、 第2の手段による計算したインバータの変調率a或いは
周波数f1に応じて、上記の第3の手段に記憶されたデ
ータを参照しパルスモードmを決める第4の手段と、 第4の手段により決定された各パルスモードmにおける
電圧ベクトルの出力時間を計算する第5の手段とを少く
とも備え、 上記第1、2、3、4及び5の手段に基づきインバータ
の出力電圧パルスモードmを決定し、各電圧ベクトルの
出力時間を計算することを特徴とする電圧形インバータ
のPWM制御装置。
In an induction motor drive system using a voltage source inverter, a voltage vector (V0 to V7) defined on an induction machine stator coordinate and an air gap magnetic flux vector of the induction machine obtained by integrating the voltage vector. λ and the voltage vector (V1 to V6) sandwiched by a straight line that intersects at the origin of the orthogonal coordinate system as one section, and the entire 360 ° space of the magnetic flux vector is divided into six sections from section A1 to section A6. First means for determining the position of the command vector V, that is, where in the divided section numbers (A1 to A6), based on the rotation angle ΔV of the given voltage command vector V, Second means for calculating the modulation factor a or the frequency f1 of the inverter based on the magnitude | V | of the voltage command vector V, the ideal state magnetic flux vector locus λ1 and the actual magnetic flux vector
The torque ripple obtained from the deviation of the rotational component of λ is
Switch the pulse mode m below the desired limit
The modulation factor a or frequency f1 of the barter is obtained, and the pulse
Modulation rate a or frequency of inverter for switching mode m
According to the third means storing the wave number f1 and the modulation factor a or the frequency f1 of the inverter calculated by the second means, the pulse mode m is determined by referring to the data stored in the third means. And at least fifth means for calculating the output time of the voltage vector in each pulse mode m determined by the fourth means, wherein the first, second, third, fourth and fifth means are provided. A PWM control apparatus for a voltage-type inverter, wherein an output voltage pulse mode m of the inverter is determined based on the output voltage and an output time of each voltage vector is calculated.
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