JPH04251597A - 電流形インバ−タの制御装置 - Google Patents

電流形インバ−タの制御装置

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JPH04251597A
JPH04251597A JP2416571A JP41657190A JPH04251597A JP H04251597 A JPH04251597 A JP H04251597A JP 2416571 A JP2416571 A JP 2416571A JP 41657190 A JP41657190 A JP 41657190A JP H04251597 A JPH04251597 A JP H04251597A
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JP
Japan
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chopping
frequency
inverter
chopping frequency
output
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Pending
Application number
JP2416571A
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English (en)
Inventor
Shunsuke Mitsune
俊介 三根
Hideaki Takahashi
秀明 高橋
Takashi Matsudo
貴司 松土
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電流形インバータの制
御装置に係り、特にトルクリプルを低減した電流形イン
バータの制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の電流形インバータ装置は、日立評
論VoL68,No.6(1986)において論じられ
ている。この装置のPWMパルス発生方式は、キャリア
周期をTとすると、このキャリア内で点弧する各U、V
、W相の点弧幅Tu、Tv、Twを、例えば点弧位相θ
が0≦θ<60°の場合、Tu=T×sinθ,Tw=
T×sin(θー240°),Tv=TーTuーTwで
求めることにより、正弦波PWM出力を得る方式である
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
、PWMパルス幅指令値は、主回路制御素子のターンオ
フ遅れによる誤差を考慮していないので、出力電流の位
相によっては主回路制御素子のターンオン指令と実際の
ターンオン期間が一致しない場合がある。上記ターンオ
フ遅れによる出力電流の誤差は、全体的には数%程度で
あるが、局所的に見ればPWMパルス幅が狭い領域にお
いて誤差が大きい。この誤差はインバータの出力電流に
歪みを与え、これにより駆動される誘導電動機にトルク
リプルが発生する。この傾向は狭いPWMパルス幅が連
続して長時間出力される低周波数域で顕著となる。
【0004】本発明の目的とするところは、上記主回路
制御素子のターンオフ遅れによる誤差を相対的に小さく
して、上記誘導電動機のトルクリプルの低減を図ること
にある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、主回路制御素子に自己消弧素子を用いた電流形インバ
ータにおいて、インバータの出力周波数が定格より低い
領域では、該出力周波数の低下に応じて、チョッピング
周波数を低く設定して運転するようにした。
【0006】
【作用】チョッピング周波数とインバータの出力電圧リ
プルとは密接な関係があり、むやみにチョッピング周波
数を下げることはできない。リプル電圧はチョッピング
周波数にほぼ反比例して増大する。すなわち、リプル電
圧分をΔVとし、チョッピング周波数をfCHとすると
、(1)式〔数式は図面ページを参照のこと。以下も同
様である。〕が成り立つ。ただし負荷電流一定とする。
【0007】また、これが成立するのは、チョッピング
周波数が、インバータ出力に接続されているフィルタコ
ンデンサとモータインダクタンスとの共振周波数よりも
高い場合であり、少なくとも以下の議論においては常に
本条件が成立する範囲のfCHを考えるものとする。こ
こで今電圧の許容値をVmaxとし、モータの定格電圧
をVMとすれば、Vmaxは(2)式を満足する必要が
ある。
【0008】(2)式を変形して(3)式を得る。定格
のチョッピング周波数fCHOの時のリプル電圧をΔV
0とすると、(2)式と(3)式より(4)式を得る。
【0009】(4)式より、モータ電圧VMが低い場合
、チョッピング周波数fCHは定格チョッピング周波数
fCHOに対して低く設定できる。逆に、インバータ出
力周波数が低い領域においてチョッピング周波数を下げ
る場合、この時のモータ電圧に対して(4)式を満足す
るチョッピング周波数以上であることが必要である。
【0010】チョッピング周波数を下げることは、パル
ス発生周期を長くすることであり、従って主回路制御素
子のターンオフ遅れによる誤差が相対的に小さくなるの
で、これに起因する電動機のトルクリプルを小さくする
ことができる。
【0011】電流形インバータの出力電流I0は、直流
電流をIDC、チョッピング周期をToとすると(5)
式で表せる。(5)式においてToff/Toはターン
オフ遅れによる誤差項であり、チョッピング周期Toを
長くするということは前記誤差項を小さくすることにほ
かならない。
【0012】このように、インバータの出力周波数の低
い領域において、この出力周波数の低下に応じてチョッ
ピング周波数の設定を下げることによって、主回路制御
素子のターンオフ時間Toffによる誤差を小さくでき
、これにより駆動される電動機のトルクリプルを小さく
できる。
【0013】
【実施例】以下、本発明による実施例を第1図により説
明する。まず、本実施例の構成を説明する。第1図にお
いて、1は交流電源を直流に変換するコンバータ、2は
コンバータの出力電流リプルを平滑する直流リアクトル
、3は直流を交流に変換するインバータ、4はコンバー
タ1の入力電流を平滑するフィルタコンデンサ、5はイ
ンバータの出力電流を平滑するフィルタコンデンサ、6
は直流電流を検出する電流検出器、7は誘導電動機、8
は誘導電動機の回転をパルスに変換するロータリエンコ
ーダ、9はコンバータに与えるパルス信号を発生するP
WM制御回路、10はコンバータの出力電流を制御する
自動電流調整(ACR)回路、11はインバータに与え
るパルス信号を発生するPWM制御回路、12はベクト
ル制御回路から出力される周波数指令ω*によりインバ
ータ側PWM制御回路11のチョッピング周波数を切替
る切替回路、13はトルク指令τ*から、電流指令I*
、周波数指令ω*、位相指令θ*を発生するベクトル制
御回路、14は速度制御を行う自動速度調節(ASR)
回路である。以上のべた1〜14で本実施例の回路は構
成されている。
【0014】次に動作について説明する。本発明の理解
を容易にするため、第2図を用いて電流形インバータの
出力電流と直流電流及びPWMパルス列の関係について
説明する。本図においてIDCは直流電流IOPは出力
電流のピーク値、Toはチョッピング周期、Twは電流
の位相がωt+θのPWMパルス幅を示している。電流
形インバータでは、直流電流IDCは一定であり、前記
PWMパルス幅Twを正弦波状に変化させて正弦波状の
出力電流を得る。すなわち、位相ωt+θのパルス幅指
令値Tw*を(6)式で求め、これを出力している。こ
のパルス状電流を第1図のフィルタコンデンサ5により
なまして正弦波状の電流を得る。
【0015】ところが実際には、第3図で示す如く、主
回路制御素子のターンオフ遅れToffが存在するため
、出力パルス幅Twは、パルス幅指令値Tw*とTof
fとの和となる。(ただし、主回路条件によってはTw
がTw*とToffの和とならない場合もある。詳細は
後述する。)従って実際のパルス幅Twは(7)式とな
る。この時の誤差δは、(8)式であり、(7)式、(
8)式を用いて変形すると、(9)式となる。
【0016】(9)式より誤差δはチョッピング周期T
oに反比例することが分かる。従ってチョッピング周期
Toを長くすれば素子のターンオフ遅れToffによる
誤差を小さくすることができる。これが本発明の基本原
理である。ここで、ターンオフ遅れToffが常にTw
*に加算されるように働く場合の外に、実際には、各相
の電圧位相によってはToff分だけパルス幅が短かく
なる場合もあり得る。
【0017】第4図は、主回路制御装置素子がトランジ
スタの場合で、各相の電圧がVu相>Vw相>Vv相の
関係にある時の各相のベース信号、ベース電流、コレク
タ電流を示す。u相のコレクタ電流はベース信号に対し
てToffだけ長く、v相のコレクタ電流はToffだ
け短い。さらにw相はそのどちらでもなく、コレクタ電
流はベース信号と一致している。
【0018】(9)式は、誤差δを絶対値とすると、こ
のようなターンオフ時間Toffがパルス幅を短くする
場合にも適用できる。
【0019】従って、ターンオフ時間Toffの誤差を
小さくする方法として、チョッピング周期Toを長くす
る方法は、パルス幅がToff分だけ長くなる場合にも
短かくなる場合にも、どちらにも誤差を小さくすること
ができる。
【0020】チョッピング周期Toを長く、すなわちチ
ョッピング周波数fCHを下げることは、前述した通り
有効であるが、チョッピング周波数fCHとインバータ
出力電圧リプルとの間には密接な関係があり、むやみに
ωCHを下げるとリプル電圧が増大し許容値を越えてし
まう。 これを第5図で示す。図中(a)は、チョッピング周期
T1をT2に変えた場合を示す。モータのインダクタン
スはフィルタコンデンサ5に対して十分大きな値を持っ
ているため、チョッピング周期を長くすると、オフ時の
充電電圧はそのまま直線的に増大する。チョッピング周
期T1時のリプル電圧をΔV1,T2時をΔV2とする
と、(10)式となる。
【0021】これより(1)式が導き出せる。また、図
(b)はチョッピング周期を変えた時のインバータ出力
周波数に対するピーク電圧を示す。ここでVMP直線は
、リプル電圧零とした時の出力周波数に対するモータ電
圧のピーク値を示す。通常のチョッピング周期T1の場
合のピーク電圧は、VMP直線にΔV1を加算したVI
P直線となるので、定格出力周波数fN時においても回
路電圧の許容値を満足する。しかし、チョッピング周期
T2の場合はリプル電圧がΔV2と増大し、ピーク電圧
はV2p直線となる。従ってこの時は定格出力周波数よ
り低い周波数fOVで許容値を越えてしまう。
【0022】それ故、チョツピング周波数fCHはイン
バータ出力周波数に対して前述の(2)〜(4)式を満
足するように切替る必要がある。第6図はこれを示した
ものである。図中f1〜fNはチョッピング周波数を切
替る時のインバータ出力周波数である。チョッピング周
波数fCH1〜fCHNはf1〜fNに対応する(図中
(a))。チョッピング周波数fCH1〜fCHNの時
のリプル電圧はそれぞれΔV1〜ΔVNである(図中(
b))。出力周波数o〜f1まではfCH1でチョッピ
ングし、同様にf1〜f2まではfCH2,f2〜fN
まではfCHNでチョッピングすれば許容値を越えるこ
とはない(図中(c))。逆に、同図(c)から理解出
来るように、インバータ出力周波数の低下に応じて、チ
ョッピング周波数を切替えることにより低く設定するこ
とができる。
【0023】実際には、まず、同図(c)より許容リプ
ル電圧とその時の周波数を何点か設定し、つぎに、同図
(b)より許容電圧に対するチョッピング周波数を求め
、最終的に、各出力周波数に対応するチョッピング周波
数を求める。これが図(a)となる。
【0024】本発明の実施例第1図のチョッピング周波
数の切替回路12は、第6図(a)の機能を発揮し、ベ
クトル制御回路13からの一次角速度指令ω*の値によ
ってチョッピング周波数fCHを選択する。PWM制御
回路11では、チョッピング周波数fCHから求まるチ
ョッピング周期To=1/(2πfCH)と(6)式と
からパルス幅指令値Tw*を計算し、インバータ3に出
力する。
【0025】ここで、チョッピング切替回路12は、実
施例では3段切替としたが、実際にはさらに多段とする
ことも可能であり、インバータ出力周波数に対し比例的
に切替えることもできる。
【0026】
【発明の効果】以上、本発明によれば、インバータの出
力周波数の低い領域において、この出力周波数の低下に
応じてチョッピング周波数を低く設定することができる
ので、主回路制御素子のターンオフ時間Toffによる
誤差を小さくでき、これにより駆動される電動機のトル
クリプルを小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の主回路構成図。
【図2】電流形インバータのパルスパターンと出力電流
との関係を示す図。
【図3】主回路制御素子のターンオフ時間によるPWM
パルス幅の誤差を示した図。
【図4】u,v,w相の各波形を示した図。
【図5】チョッピング周波数の変化によるリプル電圧の
変化を示す図。
【図6】チョッピング周波数の切替を説明する図。
【図7】数式(1)〜(4)を表す図。
【図8】数式(5)〜(10)を表す図。
【符号の説明】
1  コンバータ 2  直流リアクトル 3  インバータ 4,5  フィルタコンデンサ 7  誘導電動機 9,11  PWM制御回路 12  チョッピング周波数切替回路 13  ベクトル制御回路

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】主回路制御素子に自己消弧素子を用いた電
    流形インバータにおいて、インバータの出力周波数が低
    い領域では、該出力周波数の低下に応じてチョッピング
    周波数を低く設定して運転することを特徴とする電流形
    インバータの制御装置。
  2. 【請求項2】上記チョッピング周波数の設定は、インバ
    ータの出力周波数により決まるチョッピング周波数の下
    限値を下まわらない範囲において、ステップ状に低下せ
    しむることを特徴とする請求項第1項に記載の電流形イ
    ンバータの制御装置。
  3. 【請求項3】上記チョッピング周波数の設定は、インバ
    ータの出力周波数により決まるチョッピング周波数の下
    限値を下まわらない範囲において、連続的に低下せしむ
    ることを特徴とする請求項第1項に記載の電流形インバ
    ータの制御装置。
JP2416571A 1990-12-29 1990-12-29 電流形インバ−タの制御装置 Pending JPH04251597A (ja)

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JP (1) JPH04251597A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011135646A (ja) * 2009-12-22 2011-07-07 Yaskawa Electric Corp 電力変換装置
WO2019021127A1 (en) 2017-07-25 2019-01-31 Quepal Limited TORQUE REDUCTION REDUCTION DEVICE

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011135646A (ja) * 2009-12-22 2011-07-07 Yaskawa Electric Corp 電力変換装置
WO2019021127A1 (en) 2017-07-25 2019-01-31 Quepal Limited TORQUE REDUCTION REDUCTION DEVICE
GB2567128A (en) * 2017-07-25 2019-04-10 Quepal Ltd A torque ripple reduction device

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