JPH05207753A - 中性点クランプ式インバータの制御方法 - Google Patents

中性点クランプ式インバータの制御方法

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JPH05207753A
JPH05207753A JP4011114A JP1111492A JPH05207753A JP H05207753 A JPH05207753 A JP H05207753A JP 4011114 A JP4011114 A JP 4011114A JP 1111492 A JP1111492 A JP 1111492A JP H05207753 A JPH05207753 A JP H05207753A
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Kazutoshi Miura
和敏 三浦
Shigeru Tanaka
茂 田中
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Abstract

(57)【要約】 【目的】素子の最小オン時間を確保し、かつ入力信号が
小さいときでも、当該入力信号に比例した出力電圧を発
生させ、制御不能領域をなくし、全領域に渡ってPWM
制御が可能な制御方法を得ることにある。 【構成】3レベルの出力電圧を発生する中性点クランプ
式インバータにおいて、パルス幅変調制御の入力信号と
搬送波信号との比較によって得られた制御パルスPiの
パルス幅ti に、誤差時間Δtを加え、新たな制御パル
スのパルス幅ti ′=ti +Δtを求め、当該パルス幅
ti ′が設定された時間t1に対して、ti ′>t1の
とき、そのままパルス幅ti ′の制御パルスを出力し、
前記誤差時間Δt=0をメモリに記憶し、またti ′≦
t1のとき、出力パルス無しで、前記誤差時間Δt=t
i ′を前記メモリに記憶し、前記誤差時間Δtを次の制
御パルスに加えるようにした制御方法である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は3レベルの出力電圧発生
する中性点クランプ式パルス幅変調制御(PWM)イン
バータの制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図9は、従来の3相出力の中性点クラン
プ式PWMインバータの主回路構成を示している。図に
おいて、Vd1,Vd2は直流電圧源、C1,C2は平滑コ
ンデンサ、SU1〜SU4,SV1〜SV4,SW1〜
SW4は自己消弧素子、DU1〜DU4,DV1〜DV
4,DW1〜DW4はフリーホイリングダイオード、D
U5,DU6,DV5,DV6,DW5,DW6はクラ
ンプダイオード、CTu ,CTv ,CTw は各相の電流
検出器、LOADは3相負荷である。この場合、U相の
出力電圧Vu は次の3レベル値に制御される。すなわ
ち、 SU1とSU3がON(オン)のとき、Vu =+Vd1 SU2とSU3がON(オン)のとき、Vu =0 SU3とSU4がON(オン)のとき、Vu =−Vd2 V相の出力電圧Vv ,W相の出力電圧Vw も同様に制御
される。
【0003】図10は上記インバータの制御ブロック図
であり、U相の構成は、比較器Cu 、比較増幅器GU
(s)、加算器Au 、PWM制御回路PWM−Uからな
っている。V,W相も同様に構成されており、三角波発
生器TRGは各相のPWM制御回路PWM−U,PWM
ーV,PWMーWに共通に設けられている。
【0004】次に、以上のように構成された従来例の負
荷電流制御動作について説明する。U相の負荷電流制御
は、電流指令値Iu * と実電流Iu を比較器Cu で比較
し、その偏差を比例増幅器GU(s)を介して加算器A
u で補償要素Hu と加算する。その加算値eu は電圧指
令値としてPWM制御回路PWM−u へ与えられ、ゲー
ト信号g1u ,g2u を出力する。V,W相も同様に制
御される。この場合、補償要素Hu ,Hv ,Hw は前向
きに与えられ、逆起電力、負荷のLとRドロップ等を補
償する。
【0005】図11はU相のPWM回路構成である電圧
指令値eu は、コンパレータCOM1とCOM2に入力
し、各々に三角波発生器TRGーX,TRGーYからの
三角波XとYと比較され、PWM信号Pti1,Pti2が
作られる。そのPWM信号は、ゲート信号S1,S4
で、そのゲート信号S1,S4はインバータINV1,
INV2により反転されてゲート信号S3,S2として
出力される。
【0006】次に、中性点クランプ式インバータのPW
M動作を説明する。図12は1相分のPWM制御動作波
形を示す。図中、X,YはPWM制御の搬送波信号で、
Xは0〜+Emax の間で変化する三角波、Yは0〜−E
max の間で変化する三角波である。eu はPWM制御入
力信号である。入力信号eu と三角波X,Yとを比較
し、SU1〜SU4のゲート信号g1u ,g2u を作
る。すなわち、eu >Xのとき、g1u =1で、SU1
をオン(ON)、SU3をオフさせる。eu ≦Xのと
き、g1u =0で、SU1をオフ、SU3をオン(O
N)させる。eu <Yのとき、g2u =1で、SU4を
オン(ON)、SU2をオフさせる。eu ≧Yのとき、
g2u =0で、SU4をオフ、SU2をオン(ON)さ
せる。この結果、出力電圧Vu は図の最下段のように制
御され、その平均値AVu は入力信号eu に比例した値
となる。
【0007】このように中性点式インバータでは、出力
電圧Vu として、3レベル(+Vd1,0,+Vd2)の電
圧が得られ、高調波成分の少ない電圧波形となる。電動
機負荷の場合、電流の脈動は小さくなり、トルクリプル
も低減できる利点がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の中性点
クランプ式インバータの制御方法は次のような問題点が
ある。インバータを構成する素子として、前述のように
例えばGTO SU1〜SU4、SV1〜SV4、SW
1〜SW4を用いると、素子を保護するために並列にス
ナバ回路が接続されており、このスナバのコンデンサを
初期化(放電)させるため、素子が一旦オンした場合、
一定時間オン状態(ton)を保たなければならない。ま
た、素子自体の特性からも最小オン時間(ton)、最小
オフ時間(toff)が決められており、ゲート信号のパル
ス幅もそれを満足するように与えなければならない。ま
た、普通のブリッジインバータのPWM制御では、出力
電圧が零に近い程パルス幅が広くなり、出力電圧が最大
値に近ずくに従ってパルス幅が狭くなる。
【0009】一方、中性点クランプ式インバータでは、
図12で示したように出力電圧Vu が零に近いところで
パルス幅が狭くなるように動作する。従って、交流電圧
を出力する場合、必ず零点を交差するため、最小オン時
間tonを満足させることができなくなる。図13はPW
M入力信号eu が小さいときの中性点クランプ式インバ
ータのPWM制御動作波形を示す。入力信号eu が小さ
いとき、ゲート信号g1u ,g2u のパルス幅が狭くな
り、素子SU1〜SU2の最小オン時間tonを満足しな
くなる。従って、それを満足させるように新たなゲート
信号g1u ′,g2u ′に修正される。
【0010】すなわち、g1u のパルス幅t1u が最小
オン時間幅tonより狭いとき、新しいゲート信号g1u
′のパルス幅t1u ′を最小オン時間幅tonに修正す
る。g2u も同様に修正される。
【0011】この結果、出力電圧Vu 入力信号eu が小
さいとき、一定幅のパルス電圧となり、その平均電圧値
AVu (図中で最下段の点線波形)は入力信号eu に関
係なく一定値となってしまう。この結果、この領域では
必要な出力電圧が得られず、制御不能領域になる。
【0012】本発明は以上の問題点に鑑みてなされたも
ので、素子の最小オン時間を確保し、かつ入力信号が小
さいときでも、当該入力信号に比例した出力電圧を発生
させ、制御不能領域をなくし、全領域に渡ってPWM制
御が可能な中性点クランプ式インバータの制御方法を提
供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに本発明は、以下のように構成したものである。すな
わち、請求項1に対応する発明は、3レベルの出力電圧
を発生する中性点クランプ式インバータにおいて、パル
ス幅変調制御の入力信号と搬送波信号との比較によって
得られた制御パルスPiのパルス幅ti に、誤差時間Δ
tを加え、新たな制御パルスのパルス幅ti ′=ti +
Δtを求め、当該パルス幅ti ′が設定された時間t1
に対して、ti ′>t1のとき、そのままパルス幅ti
′の制御パルスを出力し、前記誤差時間Δt=0をメ
モリに記憶し、またti ′≦t1のとき、出力パルス無
しで、前記誤差時間Δt=ti ′を前記メモリに記憶
し、前記誤差時間Δtを次の制御パルスに加えるように
して制御するようにした中性点クランプ式インバータの
制御方法である。
【0014】請求項2に対応する発明は、3レベルの出
力電圧を発生する中性点クランプ式インバータにおい
て、パルス幅変調制御の入力信号と搬送波信号との比較
によって得られた制御パルスPiのパルス幅ti に、誤
差時間Δtを加え、新たな制御パルスのパルス幅ti ′
=ti +Δtを求め、当該パルス幅ti ′が設定された
2つの時間t1,t2(0<t2<t1)に対して、t
i ′>t1のとき、そのままti ′のパルス幅の制御パ
ルスを出力し、誤差時間Δt=0をメモリに記憶し、t
i ′≧t1≧t2のとき、ti のパルス幅の制御パルス
を出力し、誤差時間Δt=t1−ti ′を前記メモリに
記憶し、ti ′<t2のとき、出力パルス無しで、誤差
時間Δt=ti ′を前記メモリに記憶し、当該誤差時間
Δtを次の制御パルスに加えるように制御するようにし
た中性点クランプ式インバータの制御方法である。
【0015】
【作用】本発明によれば、制御パルスPiの幅ti に誤
差時間Δtを加え、新たな制御パルスti ′=ti +Δ
tを求め、そのti ′と設定された時間tを比較し、そ
の結果に応じて制御パルスを出力、すなわち、Δt=t
1−ti ′を求め、そのΔtを次の制御パルスに反映さ
せるように制御する。この結果、電圧指令値に比例した
出力電圧が得られ、全領域に亘ってPWM制御動作可能
な中性点クランプ式インバータが得られる。
【0016】
【実施例】図1は本発明(請求項1に対応する発明)の
中性点クランプ式インバータのPWM制御方法を実施す
るための回路図の一部、すなわち、U相のみを示してい
る。
【0017】図中において、CNEWは本発明に係わる
制御装置で、これは第1の制御回路CNEW1と第2の
制御回路CNEW2から構成されている。第1の制御回
路CNEW1は、後述するように制御パルスが設定時間
より狭いときは、その誤差時間を記憶するメモリーを有
する演算回路CALと、設定時間t1の幅のパルスPt
onを出力するパルス発信回路TCON1と、インバータ
INVで構成されている。第2の制御回路CNEW2も
第1の制御回路CNEW1と同様に構成されている。次
に制御動作は、三角波比較のPWM制御を用いた場合に
ついて説明する。
【0018】電圧指令値eu と三角波発生器TRGー
X,TRGーYからの三角波X,YはコンパレータをC
OM1,COM2で比較され、その出力信号は制御パル
スPti1、Pti2として制御回路CNEW1,CNEW
2に入力する。
【0019】制御パルスPti1は制御回路CNEW1に
入力し、演算回路CALとパルス発生回路TCON1に
入力する。パルス発生回路TCON1は入力パルスPt
i1に同期したパルスPtonを出力し、演算回路CALに
入力する。
【0020】演算回路CALは入力されたパルスPton
を用いて論理演算を行って出力信号S1,S3を作る。
Pti2が入力するCNEW2も同様な動作で出力信号S
2,S4を出力する。図2に演算回路CALの演算フロ
ーチャートを示す。図において、ti1は入力パルスPt
i1のパルス幅、t1は設定時間用パルスPtonの幅を示
す。
【0021】初めに、パルス幅ti1が入力されると、処
理−1で得られたΔtを加算され、その加算値ti1′=
ti1+Δtは比較部へ入力する。比較部では設定時間t
1に対して、ti1′>t1のとき、そのままti1′のパ
ルス幅の制御パルスを出力し、誤差時間Δt=0を前記
メモリに記憶し、
【0022】ti1′≦t1のとき、出力パルス無しで、
誤差時間Δt=ti1′をメモリに記憶する。すなわち、
当該誤差時間Δtを次の制御パルスに加えて新たな制御
パルスを発生するように演算を行っている。
【0023】図3にPWM制御動作波形を示す。図にお
いて、tinは演算回路CNEWの入力パルス波形、ti
n′はCNEWの出力パルス波形、t1は設定時間を表
し(nは入出力パルスの番号)、波形Sは入力制御パル
スtinで、波形S′は修正された制御パルスtin′を示
す。
【0024】初めに、Δt=0(初期値)で、第1番目
の制御パルスti1が入力すると、新たな制御パルスti
1′=ti1+Δtに修正され、ti1′≦t1で、制御パ
ルスti1′は出力されない。その結果、Δt=ti1′と
なる。
【0025】次に第2番目の制御パルスti2が入力する
と、ti2はti2′=ti2+Δtに修正され、ti2′>t
1で、制御パルスti2′が出力され、Δt1=t1−t
i2′となる(tin′≦t1の領域)。
【0026】第3番目の制御パルスti3が入力すると、
ti3はti3′=ti3+Δt1に修正され、ti3′>t1
で、制御パルスti3′が出力される。この場合、出力t
i3′はΔt1が負で加算されるために、ti3′<ti3と
なる。従って、Δt2=0となる。
【0027】第4番目の制御パルスti4が入力すると、
ti4はti4′=ti4+Δt2に修正されるが、Δt2=
0なので、ti4と同じ幅の制御パルスti4′を出力す
る。当然Δt3=0である。
【0028】以上のように修正された入力パルスの幅
が、設定時間より短い場合は制御パルスを出さないで、
その入力パルスをメモリに記憶させておいて、次の入力
パルスに反映させるようにしたPWM制御動作を行う。
V,W相も同様である。
【0029】この結果、設定時間t1を従来問題であっ
た最小オン時間tonに設定することで、tin′≦tonの
ときは制御パルスを出さないで、そのtin′を次のパル
スに反映させ、tin′>t1のときは制御パルスを出力
することで、電圧指令値に比例した出力電圧が得られ、
制御不能領域がなくなる。
【0030】図4は他の本発明方法(請求項2に対応す
る発明)を実施するための回路図であり、この実施例は
設定時間t1,t2を用いたもので、前記実施例と重複
する所は説明を省略する。
【0031】図において、TCON1とTCON2はパ
ルスPtonとPtonh を発生するパルス発生回路で、そ
のパルスPtonとPtonh は、前述の実施例と同様にメ
モリを有する演算回路CALに入力し、その幅t1とt
2は設定時間として使用される。この場合、時間幅は0
<t2<t1である。
【0032】図5に図4の演算回路CALの演算フロー
チャートを示す。制御パルスti1が入力されると、処理
−1、処理−2の一方で得られた誤差時間Δtを加算
し、その加算値ti1′=ti1+Δtが設定値t1,t2
に対して、ti1′<ti2′のとき、制御パルスを出さな
いで、処理−1によって誤差時間Δt=ti1′を前記メ
モリに記憶し、ti ≧ti1′≧ti2′のとき、t1のパ
ルス幅の制御パルスを出力し、誤差時間Δt=t1−t
i1′をメモリに記憶し、
【0033】ti1′>t1のとき、そのままti1′のパ
ルス幅の制御パルスを出力し、誤差時間Δt=0をメモ
リに記憶し、誤差時間Δtを次の制御パルスに反映させ
るように演算する。
【0034】図6,図7,図8にPWM制御動作波形を
示す。ただし、説明の便宜上、電圧指令値eu を一定値
とし、設定時間t1=ton、t2=ton/2とした。図に
おいて、波形Sは入力制御パルスtinで、波形S′は修
正された制御パルスtin′を示している。 tin′<ton/2の場合
【0035】図6に示すように、第1番目のパルスti1
はti1′=ti1+Δtに修正されるが、ton/2より狭い
ため、制御パルスは出さないで、誤差時間Δt=ti1′
をメモリに記憶する。
【0036】次に第2番目のパルスti2が入力すると、
ti2はti2′=ti2+Δt(ti1)に修正される。その
結果、ti2′はton/2より広くなり、tonの制御パルス
を出力し、誤差時間Δt1=ton−ti2′をメモリに記
憶する。第3番目のパルスti3はti3′=ti3+Δt1
に修正され、そのti3′はton/2より狭くなり、Δt2
=ti3′として記憶され、制御パルスは出力されない。 ton/2≦tin′≦tonの場合
【0037】図7に示すように、第2番目のパルスti2
が入力すると、ti2はti2′=ti2+Δtに修正され
る。その修正値ti2′はton/2より広くなり、tonのパ
ルス幅の制御パルスを出力し、Δt1=ton−ti2をメ
モリに記憶する。
【0038】第3番目のパルスti3はti3′=ti3−Δ
t1に修正され、そのti3はton/2より狭くなり、制御
パルスは出力されない。誤差時間Δt2=ti3′をメモ
リに記憶する。第4番目のパルスti4が入力すると、t
i4′=ti4+Δt2に修正され、ti4′(ton)のパル
ス幅の制御パルスを出力する。Δt=0をメモリに記憶
する。 tin>tonの場合 図8に示すように、制御パルスtinはtonより広いた
め、そのままtinのパルス幅の制御パルスを出力する。
この場合、Δt=0である。
【0039】以上のように修正された制御パルスの幅t
in′と設定時間t1,t2を比較し、一定条件を満たし
た場合のみ制御パルスを出力する。この場合、入力制御
パルスと出力された制御パルスとの間に誤差時間Δtが
生じた場合はこの誤差時間Δtを次の制御パルスに反映
させるようにしたPWM制御動作を行う。この結果、前
述の実施例と同様な効果が得られる。
【0040】また、本実施例において、入力パルスに対
して、出力させる制御パルスが遅れるのはパルス発生回
路TCONT1,TCONT2の出力パルスPton,P
tonh を設定時間に利用する方法を用いたためである。
【0041】
【発明の効果】本発明の制御方法によれば、制御パルス
Pi の幅ti に誤差時間Δtを加え、新たな制御パルス
ti ′=ti +Δtを求め、そのti ′と設定された時
間tを比較し、その結果に応じて制御パルスを出力する
ことで、素子の最小オン時間tonを確保し、かつ入力信
号eu が小さいときでも、当該入力信号に比例した出力
電圧Vu を発生させ、制御不能領域をなくし、全領域に
亘ってPWM制御が可能になる。この結果、電圧指令値
に比例した出力電圧が得られ、全領域に亘ってPWM制
御動作可能な中性点クランプ式インバータが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の中性点クランプ式インバータの制御方
法を実施するための一実施例を示す制御ブロック図。
【図2】図1の演算処理を示すフローチャート。
【図3】図1のPWM制御動作波形を示す図。
【図4】本発明の中性点クランプ式インバータの制御方
法を実施するための他の実施例を示す制御ブロック図。
【図5】図4の演算処理を示すフローチャート。
【図6】図4のPWM制御動作波形を示す図。
【図7】図4のPWM制御動作波形を示す図。
【図8】図4のPWM制御動作波形を示す図。
【図9】3相出力の中性クランプ式インバータの主回路
構成図。
【図10】図10の負荷電流制御ブロック図。
【図11】従来のPWM制御回路の構成を示す図。
【図12】従来のPWM制御動作波形を示す図。
【図13】従来の電圧指令値が小さい場合のPWM制御
動作波形図。
【符号の説明】
Vd1,Vd2…直流電圧源、SU1〜SU4,SV1〜S
V4,SW1〜SW4…U,V,W相変換素子、DU1
〜DU4,DV1〜DV4,DW1〜DW4…ホィーリ
ングダイオード、DU5,DU6,DV5,DV6,D
W5,DW6…クランプダイオード、C1,C2…平滑
コンデンサ、Ctu,Ctv,Ctw…電流検出器INV−
2、LOAD…3相負荷、Cu ,Cv ,Cw …比較器、
Gu ,Gv ,Gw …比例増幅器、Au ,Av ,Aw …加
算器、PWM−U,PWM−V,PWM−W…PWM制
御回路、TRG…三角波発生器、COM1,COM2…
コンパレータ、CAL…演算回路、TCON1,TCO
N2…パルス発生回路、CNEW1,CNEW2…制御
回路、INV,INV1,INV2…反転回路。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 3レベルの出力電圧を発生する中性点ク
    ランプ式インバータにおいて、パルス幅変調制御の入力
    信号と搬送波信号との比較によって得られた制御パルス
    Piのパルス幅ti に、誤差時間Δtを加え、新たな制
    御パルスのパルス幅ti ′=ti +Δtを求め、当該パ
    ルス幅ti ′が設定された時間t1に対して、ti ′>
    t1のとき、そのままパルス幅ti ′の制御パルスを出
    力し、前記誤差時間Δt=0をメモリに記憶し、またt
    i ′≦t1のとき、出力パルス無しで、前記誤差時間Δ
    t=ti ′を前記メモリに記憶し、前記誤差時間Δtを
    次の制御パルスに加えるようにして制御するようにした
    ことを特徴とする中性点クランプ式インバータの制御方
    法。
  2. 【請求項2】 3レベルの出力電圧を発生する中性点ク
    ランプ式インバータにおいて、パルス幅変調制御の入力
    信号と搬送波信号との比較によって得られた制御パルス
    Piのパルス幅ti に、誤差時間Δtを加え、新たな制
    御パルスのパルス幅ti ′=ti +Δtを求め、当該パ
    ルス幅ti ′が設定された2つの時間t1,t2(0<
    t2<t1)に対して、 ti ′>t1のとき、そのままti ′のパルス幅の制御
    パルスを出力し、誤差時間Δt=0をメモリに記憶し、 ti ′≧t1≧t2のとき、ti のパルス幅の制御パル
    スを出力し、誤差時間Δt=t1−ti ′を前記メモリ
    に記憶し、 ti ′<t2のとき、出力パルス無しで、誤差時間Δt
    =ti ′を前記メモリに記憶し、当該誤差時間Δtを次
    の制御パルスに加えるように制御するようにしたことを
    特徴とする中性点クランプ式インバータの制御方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006238583A (ja) * 2005-02-24 2006-09-07 Fuji Electric Systems Co Ltd マルチレベル電力変換装置のpwmパルス発生方式
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