JP6868927B1 - 3-pulse PWM control method for three-phase inverter - Google Patents

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Abstract

【課題】三相インバータの3パルスPWM制御法を提供する。【解決手段】三相インバータの出力波の基本周波数の方形波信号と基本波と同期した2倍の周波数の三角波を搬送波として、基本波成分の大きさを制御する基準入力信号との比較した信号の二つの信号を入力とする排他的論理和信号を1相分のPWMスイッチング信号として発生させ、残りの2相についても同様の構成で120度ずつ位相差を有するPWMスイッチング信号を発生させることにより各相単位で3パルスPWM制御を可能とする。【選択図】図2PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a 3-pulse PWM control method for a three-phase inverter. SOLUTION: A square wave signal having a fundamental frequency of an output wave of a three-phase inverter and a triangular wave having twice the frequency synchronized with the fundamental wave are used as a carrier, and a signal compared with a reference input signal for controlling the magnitude of the fundamental wave component. By generating an exclusive logical sum signal with the two signals as inputs as a PWM switching signal for one phase, and generating a PWM switching signal having a phase difference of 120 degrees for each of the remaining two phases in the same configuration. It enables 3-pulse PWM control for each phase. [Selection diagram] Fig. 2

Description

本発明は、三相インバータにおいて、高速スイッチングに制約を伴うスイッチ素子を用いる場合や、基本波周波数が高い場合など、基本波出力に対してスイッチング可能な回数に制約を伴う場合のPWM制御法に関する技術である。
The present invention relates to a PWM control method in a three-phase inverter when a switch element with restrictions on high-speed switching is used, or when the fundamental wave frequency is high, and the number of times switching is possible with respect to the fundamental wave output is restricted. It is a technology.

三相インバータのスイッチング素子としてGTOのような低速のスイッチング素子を用いる場合は、インバータの基本波出力が高くなるとスイッチング周波数が高くなるので、基本波周波の上昇に伴い、PWMスイッチングのパルス数を切り換える手法が電気鉄道のインバータ制御などで用いられてきた。 When a low-speed switching element such as GTO is used as the switching element of a three-phase inverter, the switching frequency increases as the fundamental wave output of the inverter increases, so the number of PWM switching pulses is switched as the fundamental wave frequency increases. The method has been used for inverter control of electric railways.

この場合において出力できる三相の出力波形は3パルスPWMであり、限られたスイッチング回数で正負波形および三相間の対称性を維持しながら制御しなければならないため、3パルスの特殊なケースで生じる課題を克服するPWM制御手法が検討されてきた。 In this case, the three-phase output waveform that can be output is 3-pulse PWM, and it occurs in a special case of 3-pulse because it must be controlled while maintaining the positive / negative waveform and the symmetry between the three phases with a limited number of switchings. PWM control methods that overcome the problems have been studied.

最近では、電気自動車の普及とともに電動機の駆動電源として三相インバータが用いられていて低速ではトルク脈動の低減や応答特性の観点から多パルスPWM制御が用いられるが、高速回転領域においてはインバータの出力波形の低次調波成分によるトルク脈動の影響は少なくなるので、スイッチング損失を限りなく低減させるために1パルス方形波出力が用いられている。 Recently, with the spread of electric vehicles, a three-phase inverter has been used as a drive power source for electric motors. At low speeds, multi-pulse PWM control is used from the viewpoint of reducing torque pulsation and response characteristics, but in the high-speed rotation region, the output of the inverter Since the influence of torque pulsation due to the low-order tuning component of the waveform is reduced, a one-pulse square wave output is used in order to reduce the switching loss as much as possible.

しかしながら、1パルス方形波の出力電圧の制御ができないので、位相を付加制御することにより、高速領域までの速度制御を実現しているため制御システムが複雑化している。 However, since the output voltage of the 1-pulse square wave cannot be controlled, the control system is complicated because the speed control up to the high-speed region is realized by the additional control of the phase.

一方で、近年のスイッチング素子の著しい発達により、従来とは比較できないほど低損失でPWMスイッチング制御が行えるようになっており、1パルス方形波の低次高調波成分による電流波形ひずみとの兼ね合いも考えると、高速回転領域においても基本波出力制御には3パルスPWM制御を活用し、最大出力時に1パルス方形波と連続的に制御するのが更なる特性改善につながるものと思われる。 On the other hand, due to the remarkable development of switching elements in recent years, PWM switching control can be performed with a loss that is unmatched in the past, and there is a balance with the current waveform distortion due to the low-order harmonic component of the 1-pulse square wave. Considering this, it is considered that utilizing 3-pulse PWM control for fundamental wave output control even in the high-speed rotation region and continuously controlling 1-pulse square wave at the maximum output will lead to further improvement in characteristics.

また、容量の大きな分野においては、基本波成分の制御には1パルス方形波では高速回転領域でない限り制御特性に問題を生じるので、数パルスであってもスイッチング回数はできるだけ抑制した効果的なPWM制御手法の開発が望まれている。 Further, in the field of large capacitance, the control of the fundamental wave component causes a problem in the control characteristics in the 1-pulse square wave unless it is in the high-speed rotation region. The development of control methods is desired.

さらに、三相インバータの基本波周波数が比較的高く、出力波形に多少の高調波成分が含まれていてもフィルタによって低次の調波成分は比較的容易に低減できる応用分野においては、大きさのみが制御できるスイッチング回数を低減したPWM制御手法の開発が望まれる。 Furthermore, in the application field where the fundamental wave frequency of the three-phase inverter is relatively high and the low-order harmonic component can be relatively easily reduced by the filter even if the output waveform contains some harmonic components, the magnitude is large. It is desired to develop a PWM control method that reduces the number of switchings that can only be controlled.

以上により、三相インバータの3パルスPWM制御手法は古くからの課題であるが、スイッチング素子の発達とパワーエレクトロニクスの応用分野の拡大ない伴い、低次調波成分の発生を抑制しながら基本波出力の大きさを制御できるより良いPWM制御手法の開発が期待される。
Based on the above, the 3-pulse PWM control method for three-phase inverters has been an issue for a long time, but with the development of switching elements and the expansion of application fields of power electronics, the fundamental wave output while suppressing the generation of low-order tuning components. It is expected that a better PWM control method that can control the size of the device will be developed.

矢野、内田著、「パワーエレクトロニクス」、丸善株式会社、pp.144-pp.146、2000.Yano, Uchida, "Power Electronics", Maruzen Co., Ltd., pp.144-pp.146, 2000. 特開平4−67780号Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-67780 特開昭58−182480号Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-182480 特開平5−284751号Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-284751

(非特許文献1)では、PWMインバータの制御技術のうち、出力基本波に対してスイッチング周波数をあまり高くできない場合は、搬送波の周波数は基本波周波数の整数倍に選ぶ同期PWM制御が用いられるとされている。 In (Non-Patent Document 1), among the PWM inverter control technologies, if the switching frequency cannot be set so high with respect to the output fundamental wave, synchronous PWM control is used in which the carrier frequency is selected to be an integral multiple of the fundamental wave frequency. Has been done.

(特許文献1)では、出力周波数が低周波から高周波まで制御されるのに対し、PWM制御波形のパルス数を3から整数倍で段階的に増やしていくときの出力電圧のステップ的な変化を無くす制御手法が提案されている。 In (Patent Document 1), while the output frequency is controlled from low frequency to high frequency, the stepwise change of the output voltage when the number of pulses of the PWM control waveform is gradually increased from 3 to an integral multiple is described. A control method to eliminate it has been proposed.

(特許文献2)および(特許文献3)では、3パルス波形を発生させるとき、搬送三角波と基準入力との比較による信号をパルス分配してPWMスイッチング信号を得る一般的な手法が用いられ、三相インバータを働かせるときに制御上の問題や素子のスイッチング特性のばらつきなどによってPWM波形の対称性が崩れることを抑制する制御手法が提案されている。 In (Patent Document 2) and (Patent Document 3), when generating a three-pulse waveform, a general method of pulse-distributing a signal obtained by comparing a conveyed triangular wave and a reference input to obtain a PWM switching signal is used. A control method has been proposed in which the symmetry of the PWM waveform is suppressed due to a control problem or a variation in the switching characteristics of the element when the phase inverter is operated.

これらの特許文献は、いずれも従来からの3パルスPWM制御手法による一括制御をベースにしているため、各相制御に対しての課題がある。
Since all of these patent documents are based on batch control by a conventional 3-pulse PWM control method, there is a problem with each phase control.

三相インバータの出力波形の任意のタイミングで出力パルス幅を制御しようとすると、三相間での出力波形の対称性を保つことができないので、3パルスPWM制御においても三相出力のパルス幅制御には、限られたタイミングでしか制御することができない点が基本的な課題がある。 If the output pulse width is controlled at an arbitrary timing of the output waveform of the three-phase inverter, the symmetry of the output waveform between the three phases cannot be maintained. Has a basic problem that it can be controlled only at a limited timing.

三相インバータの3パルスPWM制御法として、一般には出力波の基本波と同期した6倍の周波数の三角波が各相共通の搬送波として用いられ、基本波成分の大きさを制御する基準入力信号との比較した出力をパルス分配器にかけて三相一括して3パルスのPWM制御信号を発生させている。 As a 3-pulse PWM control method for a three-phase inverter, a triangular wave with a frequency of 6 times that is synchronized with the fundamental wave of the output wave is generally used as a carrier common to each phase, and is used as a reference input signal for controlling the magnitude of the fundamental wave component. The compared outputs of the above are applied to a pulse distributor to generate a 3-pulse PWM control signal for all three phases.

このため、三相インバータを働かせるうえで、三相PWMスイッチング制御動作にばらつきがあると、出力波形の対称性法が崩れ、波形ひずみや直流成分を発生し、変圧器が接続されている場合などでは直流偏磁の問題などを招くので、(特許文献3)にみられるような何らかの対策を付加する必要があり、PWM制御が複雑化する課題がある。 For this reason, if there are variations in the three-phase PWM switching control operation when operating the three-phase inverter, the symmetry method of the output waveform will be broken, waveform distortion and DC components will be generated, and if a transformer is connected, etc. Then, since it causes a problem of DC demagnetization and the like, it is necessary to add some measures as seen in (Patent Document 3), and there is a problem that PWM control becomes complicated.

また、三相インバータに接続される負荷が不平衡の場合、多パルスPWM制御法では三相電流の瞬時値制御を行うことができるが、3パルスPWM制御では適用することはできない。 Further, when the load connected to the three-phase inverter is unbalanced, the multi-pulse PWM control method can perform instantaneous value control of the three-phase current, but the three-pulse PWM control cannot be applied.

これまでの3パルスPWM制御では、三相一括PWM制御によっており、(特許文献3)のなどの波形補償制御で大幅な出力制御には対応できない。 In the conventional 3-pulse PWM control, the three-phase batch PWM control is used, and the waveform compensation control as in (Patent Document 3) cannot support a large output control.

このため、各相単位で出力波形の大幅な出力制御ができる3パルスPWM制御をどのように実現するかが課題となる。
Therefore, the issue is how to realize 3-pulse PWM control that can significantly control the output waveform for each phase.

本発明では、出力周波数の方形波信号と基本波と同期した2倍の周波数の三角波を搬送波として、基本波成分の大きさを制御する基準入力信号との比較した信号の二つの信号を入力とする排他的論理和信号を1相分のPWMスイッチング信号として発生させ、残りの2相についても同様の構成で120度ずつ位相差を有するPWMスイッチング信号を発生させる手段をとることにより各相単位で3パルスPWM制御を可能とする。 In the present invention, a square wave signal of the output frequency and a triangular wave having a frequency twice that is synchronized with the fundamental wave are used as carriers, and two signals of a signal compared with a reference input signal for controlling the magnitude of the fundamental wave component are input. By generating a PWM switching signal for one phase and generating a PWM switching signal having a phase difference of 120 degrees for each of the remaining two phases in the same configuration. Enables 3-pulse PWM control.

図1は、本発明で対象とする三相電圧形インバータの主回路構成であり、スイッチング素子S1〜S3に対し、3パルスPWM制御する手法を各相単位で制御するものである。 FIG. 1 shows a main circuit configuration of a three-phase voltage type inverter targeted by the present invention, and controls a method of performing 3-pulse PWM control for switching elements S1 to S3 on a phase-by-phase basis.

本発明の3パルスPWM制御する手法では、各相単位で制御するために、3組の搬送波用三角波に対し、各相単位で出力の大きさを制御する各相の3組の基準入力と比較し、スイッチングタイミングを決定する。 In the method of 3-pulse PWM control of the present invention, in order to control in each phase unit, three sets of carrier triangle waves are compared with three sets of reference inputs of each phase in which the output magnitude is controlled in each phase unit. And determine the switching timing.

本発明の3パルスPWM制御する手法では、三角波比較基準入力xの大きさが、a) 三角波振幅の2/3以上のときと、b)三角波振幅の2/3以下のときの2ケースに分かれる。 The method of 3-pulse PWM control of the present invention is divided into two cases: a) when the size of the triangular wave comparison reference input x is 2/3 or more of the triangular wave amplitude, and b) when it is 2/3 or less of the triangular wave amplitude. ..

以下では、本発明による3パルスPWM制御の説明において前者をa) A−Type、後者を b) B−Typeと呼び区別することとする。 Hereinafter, in the description of the 3-pulse PWM control according to the present invention, the former will be referred to as a) A-Type and the latter will be referred to as b) B-Type.

図2は、a) A−Typeにおける3パルスPWM制御原理を示しており、三相(a,b,c相)制御に対する各三角波をfa,fb,fcとおくと、三角波faに対してfbは、遅れ位相差120度のある三角波で基本周波数の2倍であることから、a、b、c各相の基本波に対してはfbは進み位相差120度のある三角波、fcは遅れ位相差120度のある三角波となる。 FIG. 2 shows a) the principle of 3-pulse PWM control in A-Type. If each triangular wave for three-phase (a, b, c-phase) control is fa, fb, fc, then fb for triangular wave fa. Is a triangular wave with a delay phase difference of 120 degrees and is twice the fundamental frequency. Therefore, fb is advanced and fc is a delay position for the fundamental waves of each phase of a, b, and c. It becomes a triangular wave with a phase difference of 120 degrees.

そして、これら三角波と比較する基準入力xをx=xa=xb=xcと三相共に同じとし,a) A−Type(x>xo)のときのタイミングチャートを示している。 Then, the reference input x to be compared with these triangular waves is set to be the same for all three phases as x = xa = xb = xc, and the timing chart when a) A-Type (x> xo) is shown.

さて、インバータの出力周波数に対して2倍の周波数の三角波信号faと基準入力信号xとの比較により、パルス信号qaが得られるが、これと出力周波数と同期する方形波信号gaとの排他的論理和をとることにより、a 相のPWMスイッチング信号paが得られる。 By comparing the triangular wave signal fa, which has a frequency twice that of the output frequency of the inverter, with the reference input signal x, a pulse signal qa can be obtained, but this is exclusively the square wave signal ga that synchronizes with the output frequency. By taking the logical sum, the a-phase PWM switching signal pa is obtained.

次に、b相のPWMスイッチング信号pbは同様にして、a 相のPWMスイッチング信号paに対して120度の位相差信号として発生させることができる。 Next, the b-phase PWM switching signal pb can be similarly generated as a 120-degree phase difference signal with respect to the a-phase PWM switching signal pa.

また、c相のPWMスイッチング信号pcも同様にして、b相のPWMスイッチング信号pbに対して120度の位相差信号として発生させることができる。 Further, the c-phase PWM switching signal pc can also be generated as a phase difference signal of 120 degrees with respect to the b-phase PWM switching signal pb in the same manner.

そして、このときの出力電圧波形はこれらスイッチング信号に差に比例した波形となり、a相、b相信号を三相電圧形インバータのスイッチング信号とすると、同図に示すように正負対称の3パルスPWM制御波形となる。 The output voltage waveform at this time becomes a waveform proportional to the difference between these switching signals, and assuming that the a-phase and b-phase signals are the switching signals of the three-phase voltage type inverter, as shown in the figure, positive and negative symmetric 3-pulse PWM. It becomes a control waveform.

この3パルスPWM波形の大きさは、120度通電期間TDにおける二つの零電圧期間Toによって制御することができる。 The size of the three-pulse PWM waveform can be controlled by two zero-voltage period To in 120 ° conduction period T D.

3パルスPWM波形の零電圧期間Toは、基準入力xが大きくなると広がり、1になると120度幅の方形波となり、xが小さくなると狭ばり、x=xo (2/3)になると中央と両サイドのパルス幅はなくなり零電圧となる。 The zero voltage period To of the 3-pulse PWM waveform spreads when the reference input x increases, becomes a square wave with a width of 120 degrees when it becomes 1, narrows when x becomes small, and both the center and the center when x = xo (2/3). The pulse width on the side disappears and the voltage becomes zero.

次に、図3は、b) B−Typeにおける3パルスPWM制御原理を示しており、a) A−Typeの場合と同様であるが、三角波fa,fb,fcと比較する共通の基準入力xがb) B−Type(x<xo)のときのタイミングチャートを示している。 Next, FIG. 3 shows b) the principle of 3-pulse PWM control in B-Type, and a) the same as in the case of A-Type, but the common reference input x compared with the triangular wave fa, fb, fc. B) The timing chart when B-Type (x <xo) is shown.

この場合に得られる3パルスPWM制御の線間電圧波形euvは、図示するように三相方形波インバータ波形の120度区間TDの両サイドにパルスが発生し、基準入力xの大きさによって3パルスPWM波形の大きさが制御できる。 In the line voltage waveform euv of the 3-pulse PWM control obtained in this case, pulses are generated on both sides of the 120-degree section T D of the three-phase square wave inverter waveform as shown in the figure, and 3 depends on the size of the reference input x. The magnitude of the pulse PWM waveform can be controlled.

b) B−Typeの場合は、基準入力x が小さくなると3パルスPWM波形の両サイドパルスの零電圧期間Txは小さくなり、中央パルス幅Tyが広くなり、0になると120度幅の方形波となり、xが大きくなると3パルス幅は狭くなり、xがxo (=2/3)になるとPWM制御のパルス幅はなくなり出力は零電圧となる。 b) In the case of B-Type, when the reference input x becomes smaller, the zero voltage period Tx of both side pulses of the 3-pulse PWM waveform becomes smaller, the central pulse width Ty becomes wider, and when it becomes 0, it becomes a square wave with a width of 120 degrees. As x becomes larger, the 3 pulse width becomes narrower, and when x becomes xo (= 2/3), the PWM control pulse width disappears and the output becomes zero voltage.

ここで、a) A−Typeとb) B−Typeで制御された線間電圧波形を見ると、3パルスPWM制御の波形は基準入力によって制御でき、基準入力xを1の場合から小さくすると、X=2/3のときに出力パルスは出なくなるが、それより小さくなるとパルス幅は広がり、再び120度幅の方形波となることが分かる。 Here, looking at the line voltage waveforms controlled by a) A-Type and b) B-Type, the waveform of 3-pulse PWM control can be controlled by the reference input, and if the reference input x is made smaller than the case of 1, It can be seen that the output pulse does not appear when X = 2/3, but when it becomes smaller than that, the pulse width widens and becomes a square wave with a width of 120 degrees again.

そして、a) A−Type制御における線間出力電圧euvの波形に対してb) B−Type制御における線間出力電圧euvの波形は符号が反転する。 Then, the sign of a) the waveform of the line output voltage euv in the A-Type control is inverted with respect to the waveform of the line output voltage euv in the B-Type control.

図4は本発明による3パルスPWM制御における基準入力変化に対する線間出力電圧の基本波成分の最大値に対する変化割合を示した制御特性である。 FIG. 4 is a control characteristic showing the rate of change of the line output voltage with respect to the maximum value of the fundamental wave component with respect to the reference input change in the 3-pulse PWM control according to the present invention.

また、図5は基準入力変化に対する特定の時点での基本波成分の大きさの変化割合を符号変化も含めた制御特性であり、+100%から-100%まで連続的に3パルスPWM制御できることを示している。 Further, FIG. 5 shows the control characteristics including the sign change of the change rate of the magnitude of the fundamental wave component at a specific time point with respect to the reference input change, and the 3-pulse PWM control can be continuously performed from + 100% to -100%. Is shown.

図6に示す3パルスPWM制御波形の(1)と(2)のスイッチング区間における三相PWM波形時の電圧形インバータにおけるスイッチング状態図を図7に示す。 FIG. 7 shows a switching state diagram of the voltage type inverter at the time of the three-phase PWM waveform in the switching sections of (1) and (2) of the three-pulse PWM control waveform shown in FIG.

区間(1)における三相電圧形インバータのスイッチング状態は、S1:オン、S2:オフ、S3:オンであり、S4,S5,S6はこれらと逆となり、区間(2)では、S1:オフ、S2:オフ、S3:オンで、S4,S5,S6はこれらと逆となる。 The switching states of the three-phase voltage type inverter in the section (1) are S1: on, S2: off, S3: on, and S4, S5, and S6 are opposite to these, and in the section (2), S1: off, S2: Off, S3: On, and S4, S5, and S6 are the opposite.

図8は、3パルスPWM制御波形を出力するときの三相電圧形インバータの線間出力電圧波形に対する6個のスイッチング素子のスイッチング信号を示している。 FIG. 8 shows the switching signals of the six switching elements with respect to the line output voltage waveform of the three-phase voltage type inverter when outputting the three-pulse PWM control waveform.

本発明の3パルスPWM制御では、各相に対する三角波と基準入力の比較制御によっているため、基準入力によって各相独立のPWM制御が可能であり、基準入力が同じときに上述した3パルスPWM制御波形となるが、基準入力を変えることにより相毎にPWM制御ができる。 In the 3-pulse PWM control of the present invention, since the comparison control of the triangular wave and the reference input for each phase is performed, the PWM control of each phase can be performed independently by the reference input, and the above-mentioned 3-pulse PWM control waveform when the reference input is the same. However, PWM control can be performed for each phase by changing the reference input.

これまでは、三相電圧形インバータに適用して説明したが、三相インバータには電圧形インバータと電流形インバータがあり、本発明の3パルスPWM制御は電流形インバータにも容易に適用することができる。 So far, it has been described by applying it to a three-phase voltage type inverter, but there are a voltage type inverter and a current type inverter in the three-phase inverter, and the three-pulse PWM control of the present invention can be easily applied to the current type inverter. Can be done.

図9は、三相電流形インバータの主回路構成例を示しており、本発明の3パルスPWM制御手法は電流形を構成する6個のスイッチング素子に対して電圧形と同様に適用することができる。 FIG. 9 shows an example of the main circuit configuration of the three-phase current type inverter, and the three-pulse PWM control method of the present invention can be applied to the six switching elements constituting the current type in the same manner as the voltage type. it can.

図10は、本発明により発生した3パルスPWM制御波形であり、区間(1)および区間(2)における三相電流形インバータの通流経路を示したのが、図11である。 FIG. 10 is a three-pulse PWM control waveform generated by the present invention, and FIG. 11 shows the flow path of the three-phase current type inverter in the section (1) and the section (2).

電流形インバータでは、如何なるPWM制御区間においても一定の直流電流の経路を確保する必要があるが、PWM制御の全ての区間においても電流経路が確保できることが確認できる。 In the current type inverter, it is necessary to secure a constant DC current path in any PWM control section, but it can be confirmed that the current path can be secured in all the PWM control sections.

図12は、本発明の3パルスPWM制御波形に対する電流形インバータの6個の各スイッチング素子に与えるスイッチング信号を示している。
FIG. 12 shows switching signals given to each of the six switching elements of the current inverter for the 3-pulse PWM control waveform of the present invention.

本発明の3パルスPWM制御では、従来の制御手法と異なり、3組の搬送三角波と基準入力で各相独立に制御できる特徴があり、任意の三相負荷制御が可能である。 Unlike the conventional control method, the three-pulse PWM control of the present invention has a feature that each phase can be controlled independently by three sets of conveyed triangular waves and a reference input, and arbitrary three-phase load control is possible.

本発明の3パルスPWM制御は、PWM制御基準入力の制御範囲によってa) A−Type とb) B−Type の二種の3パルスPWM制御パターンを発生することができる。 The 3-pulse PWM control of the present invention can generate two types of 3-pulse PWM control patterns, a) A-Type and b) B-Type, depending on the control range of the PWM control reference input.

本発明の3パルスPWM制御は、PWM制御波形の大きさは搬送三角波に対する比較基準入力によって連続的に制御することができる。 In the 3-pulse PWM control of the present invention, the magnitude of the PWM control waveform can be continuously controlled by the comparison reference input for the conveyed triangular wave.

本発明の3パルスPWM制御は、三相電圧形インバータだけでなく三相電流形インバータにも適用することができるだけでなく、3パルスPWM制御は三相整流電源にも適用することができるなど、幅広い応用が期待できる。
The 3-pulse PWM control of the present invention can be applied not only to a three-phase voltage type inverter but also to a three-phase current type inverter, and the three-pulse PWM control can be applied to a three-phase rectified power supply. A wide range of applications can be expected.

三相電圧形インバータ回路Three-phase voltage type inverter circuit A−Type 3パルスPWM制御法A-Type 3-pulse PWM control method B−Type 3パルスPWM制御法B-Type 3-pulse PWM control method 基準入力変化に対する3パルスPWM制御の出力制御特性Output control characteristics of 3-pulse PWM control for changes in reference input 基準入力変化に対する3パルスPWM制御の正負出力制御特性Positive / negative output control characteristics of 3-pulse PWM control for changes in reference input 三相電圧形インバータの3パルスPWMパターン3-pulse PWM pattern for three-phase voltage inverter 3パルスPWMパターンの動作区間に対する電圧形インバータのスイッチ回路状態Switch circuit state of voltage type inverter for the operating section of 3-pulse PWM pattern 3パルスPWMパターンに対する三相電圧形インバータのスイッチング信号Switching signal of three-phase voltage type inverter for 3-pulse PWM pattern 三相電流形インバータ回路Three-phase current type inverter circuit 三相電流形インバータの3パルスPWMパターン3-pulse PWM pattern for three-phase current inverter 3パルスPWMパターンの動作区間に対する電流形インバータのスイッチ回路状態Switch circuit state of current type inverter for the operating section of 3-pulse PWM pattern 3パルスPWMパターンに対する三相電流形インバータのスイッチング信号Switching signal of three-phase current type inverter for 3-pulse PWM pattern 3パルスPWM制御三相電圧形インバータの負荷電流制御システムLoad current control system for 3-phase voltage inverter with 3-pulse PWM control 3パルスPWM制御三相電流形インバータの負荷電圧制御システムLoad voltage control system for 3-phase current type inverter with 3-pulse PWM control 3パルスPWM制御三相電圧形インバータの共振負荷電流制御システムResonant load current control system for 3-phase voltage inverter with 3-pulse PWM control A−Type領域(x=0.9)領域における3パルスPWMスイッチング動作波形3-pulse PWM switching operation waveform in the A-Type region (x = 0.9) region 境界領域(X=2/3)における領域における3パルスPWMスイッチング動作波形3-pulse PWM switching operation waveform in the boundary region (X = 2/3) B−Type領域(x=0.3)における3パルスPWMスイッチング動作波形3-pulse PWM switching operation waveform in B-Type region (x = 0.3) 最大出力時(X=1.0)の3パルスPWM制御三相電圧形インバータの動作波形Operating waveform of 3-pulse PWM-controlled three-phase voltage inverter at maximum output (X = 1.0) A−Type領域(x=0.9)領域における3パルスPWM制御動作波形3-pulse PWM control operation waveform in the A-Type region (x = 0.9) region B−Type領域(x=0.1)領域における3パルスPWM制御動作波形3-pulse PWM control operation waveform in B-Type region (x = 0.1) region B−Type領域(x=0.1)領域における動作波形の周波数スペクトルFrequency spectrum of operating waveform in B-Type region (x = 0.1) region 同じ電流基準(Ir=100A)における電流制御システムの動作波形Operating waveform of current control system under the same current reference (Ir = 100A) 電流基準を1相のみ低減時の電流制御システムの動作波形Operating waveform of the current control system when the current reference is reduced by only one phase 負荷インピーダンスを1相のみ変化時の電流制御システムの動作波形Operating waveform of the current control system when the load impedance is changed by only one phase

図13は、三相電流を検出して三相電流の基準値と大きさが一致するようにPI電流調節器を通して各相の三角波比較基準入力xを発生させることにより、3パルスPWM波形を制御することで三相電流の大きさを制御するシステム構成を示している。 FIG. 13 controls a 3-pulse PWM waveform by detecting a three-phase current and generating a triangular wave comparison reference input x for each phase through a PI current regulator so that the magnitude matches the reference value of the three-phase current. The system configuration that controls the magnitude of the three-phase current is shown.

本発明の3パルスPWM制御は、以上のように基準入力を変えてパルス幅制御することにより、出力波形の大きさを制御することができる。 In the 3-pulse PWM control of the present invention, the magnitude of the output waveform can be controlled by controlling the pulse width by changing the reference input as described above.

電流形インバータでは、通常負荷インダクタンスを含むため、出力端にキャパシタが接続され、キャパシタフィルタの両端に表れる出力端子間電圧の大きさを3パルスPWM制御により制御することとなる。 In the current type inverter, since the load inductance is usually included, a capacitor is connected to the output end, and the magnitude of the voltage between the output terminals appearing at both ends of the capacitor filter is controlled by 3-pulse PWM control.

図14は、3パルスPWM制御による三相電圧制御システムを示しており、三相負荷端子電圧を検出して三相電圧の基準値と大きさが一致するようにPI電圧調節器を通して各相の三角波比較基準入力xを発生させ3パルスPWM波形を制御することで三相負荷電圧の大きさを制御する構成となっている。 FIG. 14 shows a three-phase voltage control system by three-pulse PWM control, in which each phase is detected through a PI voltage regulator so that the three-phase load terminal voltage is detected and the magnitude matches the reference value of the three-phase voltage. The magnitude of the three-phase load voltage is controlled by generating the triangular wave comparison reference input x and controlling the three-pulse PWM waveform.

本発明による3パルスPWM制御は、三相整流回路部にも三相電流形インバータの電流パルス幅制御が容易に適用することができる。 In the 3-pulse PWM control according to the present invention, the current pulse width control of the three-phase current type inverter can be easily applied to the three-phase rectifier circuit section.

以上のように、本発明による3パルスPWM制御法は電圧形、電流形を問わず、三相インバータ構成の電力変換器におけるPWM波形の大きさを連続的制御できる手法として様々な分野への適用が期待できる。 As described above, the 3-pulse PWM control method according to the present invention is applied to various fields as a method capable of continuously controlling the magnitude of the PWM waveform in a power converter having a three-phase inverter configuration regardless of voltage type or current type. Can be expected.

以下に、本発明による3パルスPWM制御法を三相電圧形インバータに適用した図15に示す共振負荷電流制御システムに対して、PWMスイッチング動作波形と電圧形インバータの出力制御動作波形を実施例として示す。 Hereinafter, the PWM switching operation waveform and the output control operation waveform of the voltage type inverter will be used as examples for the resonance load current control system shown in FIG. 15 in which the 3-pulse PWM control method according to the present invention is applied to the three-phase voltage type inverter. Shown.

以下のシミュレーション解析における動作条件としては、電圧形インバータの直流電圧Ed=300V,インバータの基本波周波数は1kHz,3組の搬送三角波の周波数は基本波周波数の2倍の2kHzとし、共振負荷回路定数はR=1オーム、L=200uH,C=126uFとした。 The operating conditions in the following simulation analysis are as follows: DC voltage Ed = 300V of the voltage type inverter, the fundamental wave frequency of the inverter is 1kHz, the frequency of the three sets of conveyed triangular waves is 2kHz, which is twice the fundamental wave frequency, and the resonance load circuit constant. R = 1 ohm, L = 200uH, C = 126uF.

なお、本発明の3パルスPWM制御は、低次調波成分の発生を抑えた出力波形制御法で基本波出力の大きさを制御するものであり、共振回路のフィルタ効果で容易に三相正弦波電流の大きさが制御できることを確認するため、実施例として図示するLCR共振回路を用いた。 The 3-pulse PWM control of the present invention controls the magnitude of the fundamental wave output by an output waveform control method that suppresses the generation of low-order harmonic components, and is easily three-phase sine by the filter effect of the resonance circuit. In order to confirm that the magnitude of the wave current can be controlled, the LCR resonance circuit shown in the example was used.

本発明の3パルスPWM制御によるPWMスイッチング動作を確認するために、基準入力xが大きいA−Type領域(x=0.9)と境界領域(X=2/3)および小さいB−Type領域(x=0.3)におけるスイッチング動作波形を図16〜18に示す。 In order to confirm the PWM switching operation by the 3-pulse PWM control of the present invention, the A-Type region (x = 0.9), the boundary region (X = 2/3), and the B-Type region (X = 2/3) where the reference input x is large and the B-Type region (X = 0.9) are small. The switching operation waveforms at x = 0.3) are shown in FIGS. 16 to 18.

A−Type領域(x=0.9)動作を示す図16は原理波形図2、B−Type領域(x=0.3)動作を示す図18は原理波形図3に対応するものであり、PWM制御システムが原理道理のスイッチング信号が発生できていることが分かる。 FIG. 16 showing the operation in the A-Type region (x = 0.9) corresponds to the principle waveform FIG. 2, and FIG. 18 showing the operation in the B-Type region (x = 0.3) corresponds to the principle waveform FIG. It can be seen that the PWM control system is able to generate a switching signal in principle.

図17は、境界領域(X=2/3)におけるスイッチング動作波形を示しており、出力電圧euvのパルス幅はほぼなくなり、出力電圧は零まで制御できることが分かる。 FIG. 17 shows a switching operation waveform in the boundary region (X = 2/3), and it can be seen that the pulse width of the output voltage euv is almost eliminated and the output voltage can be controlled to zero.

なお、図16〜18における電圧euNは三相負荷の中性点に対する相電圧波形、euRは抵抗負荷両端の電圧波形を示しており、共振動作状態にあるため3パルスPWM制御に寄っているが正弦波電流波形となっていることが分かる。 The voltage euN in FIGS. 16 to 18 shows the phase voltage waveform with respect to the neutral point of the three-phase load, and euR shows the voltage waveform across the resistance load. It can be seen that the waveform is a sinusoidal current.

本発明の3パルスPWM制御によるPWMスイッチング制御による出力電圧電流波形を方形波出力動作に対し、A−Type領域(x=0.9)動作およびB−Type領域(x=0.3)における動作波形を図19〜20に示す。 The output voltage / current waveform by PWM switching control by 3-pulse PWM control of the present invention is operated in the A-Type region (x = 0.9) operation and the B-Type region (x = 0.3) with respect to the square wave output operation. The waveforms are shown in FIGS. 19 to 20.

図19は、A−Type制御領域の最大出力時の動作波形として基準入力を1と設定したときのシミュレーション結果であり、基準入力を0としたときも同様の波形となる。 FIG. 19 shows a simulation result when the reference input is set to 1 as the operation waveform at the maximum output of the A-Type control region, and the same waveform is obtained when the reference input is set to 0.

図20は、A−Type領域(x=0.9)におけるPWM制御による線間電圧波形と相電圧波形および負荷電流波形を示している。 FIG. 20 shows a line voltage waveform, a phase voltage waveform, and a load current waveform by PWM control in the A-Type region (x = 0.9).

図21は、A−Type領域(x=0.9)におけるPWM制御による線間電圧波形と相電圧波形および負荷電流波形を示している。 FIG. 21 shows a line voltage waveform, a phase voltage waveform, and a load current waveform by PWM control in the A-Type region (x = 0.9).

図22は、このPWM制御動作時の各動作波形に対する周波数スペクトルを示しており、3パルスPWM制御で十分に低次調波成分が除去できていることが分かる。
FIG. 22 shows the frequency spectrum for each operation waveform during the PWM control operation, and it can be seen that the low-order harmonic component can be sufficiently removed by the 3-pulse PWM control.

以上のシミュレーション結果は基本動作確認のため基準入力を独立に設定した結果を示しており、電流基準値を与え電流制御ループを働かせることにより負荷電流振幅が基準値と一致制御できる。 The above simulation results show the results of setting the reference input independently to confirm the basic operation, and the load current amplitude can be controlled to match the reference value by giving the current reference value and operating the current control loop.

図23は、図13に示した三相電圧形インバータによる出力電流制御システムにおいて、三相電流の基準値Iurを100Aに設定したときの動作波形であり、電流制御基準に応じて各出力電流波形の波形および大きさが同じに制御できていることが確認できる。 FIG. 23 is an operation waveform when the reference value Iur of the three-phase current is set to 100A in the output current control system using the three-phase voltage type inverter shown in FIG. 13, and each output current waveform is based on the current control reference. It can be confirmed that the waveform and size of the above can be controlled in the same way.

図24は、三相電流の基準値Iurを50A,他の相の電流基準値Ivr,Iwrを100Aに設定したときの動作波形であり、電流制御基準に応じて各出力電流波形の大きさが制御できていることが確認できる。 FIG. 24 shows an operation waveform when the reference value Iur of the three-phase current is set to 50 A and the current reference values Ivr and Iwr of the other phases are set to 100 A. It can be confirmed that it can be controlled.

図25は、三相電流の大きさの基準値をいずれも100Aと一定として、三相負荷の1相のみ
負荷インピーダンスを20%大きくしたときの動作波形を示しており、不平衡負荷が接続されても制御可能範囲であれば基準値に一致した大きさの三相平衡電流に制御できることが確認できる。
FIG. 25 shows an operating waveform when the load impedance of only one phase of the three-phase load is increased by 20%, assuming that the reference value of the magnitude of the three-phase current is constant at 100 A, and an unbalanced load is connected. However, it can be confirmed that the three-phase equilibrium current can be controlled to a size that matches the reference value as long as it is within the controllable range.

100 … インバータ直流電源
200 … 三相インバータ
300 … 三相負荷回路
310 … 三相負荷回路のフィルタ回路部
320 … 三相実負荷回路
400 … PWM制御システム部
410 … 負荷電流検出部
420 … 基準値と検出値との比較制御調節器部
430 …PWM制御信号発生部
100 ... Inverter DC power supply 200 ... Three-phase inverter 300 ... Three-phase load circuit 310 ... Three-phase load circuit filter circuit unit 320 ... Three-phase actual load circuit 400 ... PWM control system unit 410 ... Load current detection unit 420 ... Reference value Comparison with detected value Control controller unit 430 ... PWM control signal generator unit

Claims (6)

三相電圧形インバータの出力波形の基本波周波数の方形波信号と前記基本波周波数の2倍の周波数の三角波の搬送波信号と前記出力波形の基本波の大きさを制御するための基準入力信号とを比較することにより得られる信号の二つの信号を入力といて排他的論理和をとることにより1相分のPWMスイッチング信号を発生させ、残りの2相についても同様の構成で前記基本波に対して120度ずつ位相差を有するPWMスイッチング信号を発生させ、各相の電圧の大きさが前記基準入力信号の大きさにより制御できることを特徴とする三相インバータの3パルスPWM制御法。 A square wave signal with a fundamental wave frequency of the output waveform of a three-phase voltage inverter, a triangular wave carrier signal with a frequency twice the fundamental wave frequency, and a reference input signal for controlling the magnitude of the fundamental wave of the output waveform. By taking two signals of the signal obtained by comparing and taking an exclusive logical sum, a PWM switching signal for one phase is generated, and the remaining two phases have the same configuration with respect to the fundamental wave. A three-pulse PWM control method for a three-phase inverter, characterized in that a PWM switching signal having a phase difference of 120 degrees is generated, and the magnitude of the voltage of each phase can be controlled by the magnitude of the reference input signal. 請求項1記載の3パルスPWM制御法において、前記基準入力信号を前記三角波振幅の2/3から1倍までの大きさの間で比較し、PWM制御することにより、前期基本波出力の大きさを0から100%まで制御できることを特徴とする三相インバータの3パルスPWM制御法。 In the three-pulse PWM control method according to claim 1, the magnitude of the fundamental wave output in the previous period is obtained by comparing the reference input signal between the magnitudes of 2/3 to 1 times the triangular wave amplitude and performing PWM control. A 3-pulse PWM control method for a three-phase inverter, which is characterized by being able to control from 0 to 100%. 請求項1記載の3パルスPWM制御法において、前記基準入力信号を前記三角波振幅の0から2/3 倍までの大きさの間で比較し、PWM制御することにより、前期基本波出力の大きさを100%から0%まで制御できることを特徴とする三相インバータの3パルスPWM制御法。 In the three-pulse PWM control method according to claim 1, the magnitude of the fundamental wave output in the previous period is increased by comparing the reference input signal between 0 and 2/3 times the amplitude of the triangular wave and performing PWM control. A 3-pulse PWM control method for a three-phase inverter, which is characterized by being able to control from 100% to 0%. 請求項1から3記載の3パルスPWM制御法において、負荷電流の大きさが基準電流と一致するように電流制御部を通して各相単位で前記基準入力信号を得て前記PWMスイッチング信号を得ることにより前記三相電圧形インバータの各相の負荷電流の大きさを制御することを特徴とする三相インバータの3パルスPWM制御法 In the three-pulse PWM control method according to claims 1 to 3, the reference input signal is obtained for each phase through the current control unit so that the magnitude of the load current matches the reference current, and the PWM switching signal is obtained. A three-pulse PWM control method for a three-phase inverter, characterized in that the magnitude of the load current of each phase of the three-phase voltage inverter is controlled. 請求項1から4記載の3パルスPWM制御法で発生する前記三相電圧形インバータのPWM制御三相線間出力電圧波形を三相電流形インバータの三相電流波形としてPWMスイッチング信号を発生させることを特徴とする三相インバータの3パルスPWM制御法。 A PWM switching signal is generated by using the PWM control three-phase line output voltage waveform of the three-phase voltage type inverter generated by the three-pulse PWM control method according to claims 1 to 4 as the three-phase current waveform of the three-phase current type inverter. A 3-pulse PWM control method for a three-phase inverter. 請求項5記載の3パルスPWM制御法において、出力端子にキャパシタを接続し、その端子電圧の大きさが基準電圧と一致するように電圧制御部を通して各相単位で前期基準入力信号を得てPWMスイッチング信号を得ることにより前記三相電流形インバータの負荷端子電圧の大きさを制御することを特徴とする三相インバータの3パルスPWM制御法。 In the three-pulse PWM control method according to claim 5, a capacitor is connected to the output terminal, and the previous term reference input signal is obtained for each phase through the voltage control unit so that the magnitude of the terminal voltage matches the reference voltage. A 3-pulse PWM control method for a three-phase inverter, characterized in that the magnitude of the load terminal voltage of the three-phase current inverter is controlled by obtaining a switching signal.
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