JPH05268773A - Pwm制御を用いたインバータの制御方法及び装置 - Google Patents

Pwm制御を用いたインバータの制御方法及び装置

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JPH05268773A
JPH05268773A JP4244428A JP24442892A JPH05268773A JP H05268773 A JPH05268773 A JP H05268773A JP 4244428 A JP4244428 A JP 4244428A JP 24442892 A JP24442892 A JP 24442892A JP H05268773 A JPH05268773 A JP H05268773A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】PWM制御により3相交流電圧を出力するイン
バータにおいて、最小オンパルス幅を確保すると共に、
線間電圧の全出力電圧領域において滑らかな正弦派の電
圧を出力し制御不能領域を無くすこと。 【構成】各相毎に電圧基準に応じた電圧をPWM制御を
用いて出力する3相インバータの制御装置において、3
相の電圧基準のそれぞれの大きさと極性から通常モー
ド、矩形モード、零補正モードの何ずれか1つのモード
を決定するモード決定手段2と、通常モードに決定され
たとき電圧基準をそのまま出力し、矩形モード及び零補
正モードが決定されたとき各モード毎に予定されたアル
ゴリズムに従って1相の電圧基準を所定値に固定すると
共に他相の電圧基準を線間電圧が元の値と変わらないよ
うに補正した電圧基準を出力する電圧基準変換手段3を
設け、最小オンパルス幅を確保し、かつ3相線間電圧の
全出力電圧領域において滑らかな正弦波電圧を出力す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はインバータの制御装置に
係り、特に最小オンパルス幅を確保し、且つ線形特性を
得るように改良したPWM制御を用いたインバータの制
御方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】PWM制御により出力電圧を制御するイ
ンバータは、GTO(ゲートターンオフサイリスタ)等
の自己消弧形のスイッチ素子が用いられ、変調周期毎に
所定期間だけオン状態となってパルス状の電圧を出力
し、その平均電圧を制御している。この場合、スイッチ
素子がターンオフするときのサージ電圧を抑制するた
め、スイッチ素子と並列にスナバ回路のコンデンサが接
続される。このコンデンサにサージ電流を吸収すること
でサージ電圧を抑制している。また、このコンデンサの
電圧を初期化するためスイッチング素子をオンにしたと
き、一定時間(最小オンパルス幅:例えば100 マイクロ
秒程度)オン状態に維持してコンデンサの電荷を放電さ
せるようにしている。
【0003】この種の従来装置では、図20(a)に示
すように変調用三角波(キャリア)VCP,VCNと電圧基
準V* を比較してコンパレータ出力VCMP が最小オンパ
ルス幅T0 以下となるような低電圧の電圧基準のときは
スイッチ素子をオンさせるゲート信号VG は最小オンパ
ルス幅T0 以下にならないように図20(b)に示すパ
ルス補正部180で最小幅をT0 に制限して出力してい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来装置では最小オンパルス幅T0 となる基準電圧±
Vmin 以下の低電圧領域で電圧制御を行うことができな
くなり、制御不能領域が生じる問題がある。このような
制御不能領域が生じると制御系が不安定となり、高精度
の制御を行うことが困難となる。
【0005】本発明は上記の問題を解消するためなされ
たもので、その目的はPWM制御により3相交流電圧を
出力するインバータにおいて、最小オンパルス幅を確保
すると共に、線間電圧の全出力電圧領域において滑らか
な正弦派の電圧を出力し制御不能領域のないPWM制御
を用いたインバータの制御方法及び装置を提供すること
にある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は次のような制御方法及び装置とする。
【0007】(1)請求項1に対応する発明は、各相毎
に電圧基準に応じた電圧をPWM制御を用いて出力する
3相インバータの制御方法において、3相の電圧基準の
それぞれの大きさと極性から通常モード、矩形モード、
零補正モードの何ずれか1つのモードを決定し、通常モ
ードのときは電圧基準をそのまま使用し、矩形モード、
零補正モードのときはそれぞれのモード毎に定められた
アルゴリズムに従って1相の電圧基準を所定値に固定す
ると共に他相の電圧基準を線間電圧が元の値から変化し
ないように補正する制御方法とする。
【0008】(2)請求項5に対応する発明は、各相毎
に電圧基準に応じた電圧をPWM制御を用いて出力する
中性点クランプ式3相インバータの制御方法において、
各相の電圧基準のうち正の最大となる相の電圧基準を負
の最小電圧基準または零に固定し、かつ他の2相の電圧
基準を線間電圧が変化しないように変換する第1の電圧
基準変換方法と、各相の電圧基準のうち負の最大となる
相の電圧基準を正の最小電圧基準または零に固定し、か
つ他の2相の電圧基準を線間電圧が変化しないように変
換する第2の電圧基準変換方法とを用い、これら両変換
方法を交互に切換える制御方法とする。
【0009】(3)請求項7に対応する発明は、各相毎
に電圧基準に応じた電圧をPWM制御を用いて出力する
3相インバータの制御装置において、3相の電圧基準の
それぞれの大きさと極性から通常モード、矩形モード、
零補正モードの何ずれか1つのモードを決定するモード
決定手段と、通常モードに決定されたとき電圧基準をそ
のまま出力し、矩形モード及び零補正モードが決定され
たとき各モード毎に予定されたアルゴリズムに従って1
相の電圧基準を所定値に固定すると共に他相の電圧基準
を線間電圧が元の値と変わらないように補正した電圧基
準を出力する電圧基準変換手段を設け、最小オンパルス
幅を確保し、かつ3相線間電圧の全出力電圧領域におい
て滑らかな正弦波電圧を出力する制御装置とする。
【0010】(4)請求項9に対応する発明は、各相毎
に電圧基準に応じた電圧をPWM制御を用いて出力する
中性点クランプ式3相インバータの制御装置において、
線間電圧を変化させることなく、電圧基準の極性を3相
全て正または1相のみ零で他の2相を正に変換する第1
の電圧基準変換手段と、電圧基準の極性を3相全て負ま
たは1相のみ零で他の2相を負に変換する第2の電圧基
準変換手段と、これら第1及び第2の電圧基準変換手段
交互に切換える切換手段とを設け、低電圧領域でも出力
電圧を制御可能にした制御装置とする。
【0011】(5)請求項10に対応する発明は、各相
毎に電圧基準に応じた電圧をPWM制御を用いて出力す
る中性点クランプ式3相インバータの制御装置におい
て、線間電圧を変化させることなく、電圧基準の極性を
3相全て正または1相のみ零で他の2相を正に変換する
第1の電圧基準変換手段と、電圧基準の極性を3相全て
負または1相のみ零で他の2相を負に変換する第2の電
圧基準変換手段と、これら第1及び第2の電圧基準変換
手段交互に切換える切換手段とを設け、低電圧領域でも
出力電圧を制御可能にした制御装置とする。
【0012】(6)請求項11に対応する発明は、各相
毎に電圧基準に応じた電圧をPWM制御を用いて出力す
る中性点クランプ式3相インバータの制御装置におい
て、各相の電圧基準のうち正の最大となる相の電圧基準
に固定し他の2相の電圧基準を線間電圧が変化しないよ
うに変換する第1の電圧基準変換手段と、各相の電圧基
準のうち負の最大となる相の電圧基準を負の最大基準電
圧に固定し他の2相の電圧基準を線間電圧が変化しない
ように変換する第2の電圧基準変換手段と、これら第1
及び第2の電圧基準変換手段を交互に切換える切換手段
とを設け、低電圧領域でも出力電圧を制御可能にした制
御装置とする。
【0013】
【作用】(1)請求項1に対応する発明の制御方法おい
ては、3相の電圧基準がすべて所定電圧を越えるとき通
常モードに決定され、3相のうち2相以上の電圧基準が
前記所定電圧以下のとき、あるいは3相のうち2相の電
圧基準が前記所定電圧の2倍以下で異符号のとき矩形モ
ードに決定され、3相のうち1相の電圧基準が前記所定
電圧以下で、他の2相の電圧基準が前記所定電圧の2倍
以下で同符号のとき零補正モードに決定される。
【0014】矩形モードに決定されたとき、所定周期毎
に最大電圧となる相の電圧基準を逆極性の前記所定電圧
あるいは零電圧に固定し、零補正モードに決定されたと
き前記所定電圧以下となる相の電圧基準と同極性の前記
所定電圧に固定する。
【0015】(2)請求項5に対応する発明の制御方法
においては、第1の電圧基準変換方法と第2の電圧基準
変換方法とを交互に切換えることにより、電圧基準は最
小オンパルス幅以下のパルスを出力せず、しかも線間電
圧は連続した正弦波となる電圧基準に変換されるので、
電圧基準の切換時に最小オンパルス幅以下のパルスを出
力しないように切換タイミングを選択することで、最小
オンパルスを含むことなく、しかも線間電圧は連続した
正弦波となるパルス列を得ることができる。
【0016】(3)請求項7に対応する発明の制御装置
においては、モード決定手段は上述の制御方法の場合と
同様にして通常モード、矩形モード、零補正モードを決
定し、矩形モード及び零補正モードが決定されたとき、
電圧基準変換手段は上述の制御方法の場合と同様にして
電圧基準の補正を行う。また電圧基準補正手段はインバ
ータとして3レベルの電圧を出力する中性点クランプ式
のインバータを使用するとき、矩形モードにおいて1相
の電圧基準を零電圧に固定して所定周期だけスイッチン
グを停止させる。
【0017】(4)請求項9に対応する発明の制御装置
においては、電圧基準の零クロス近傍でも最小オンパル
ス幅以下のパルスを出力することなく低出力電圧を制御
することが可能となり、さらに電圧基準の最大値近傍で
も最小オフパルス幅以下のパルスを出力することなく高
出力電圧を制御するすることが可能となるので、スイッ
チング回数を増加することなく低電圧領域から高電圧領
域まで出力線間電圧を線形に制御することができる。
【0018】(5)請求項10に対応する発明の制御装
置においては、第1の電圧基準変換手段と第2の電圧変
換手段を交互に切換えることにより、3相全てが正また
は負に切換わる毎に新たな電圧基準が得られるので、低
電圧領域においても正極性モードと負極性モードとを交
互に切換えるためのスイッチング素子の熱分担を平衡に
保つことができしかも出力千間電圧を線形に制御するこ
とができる。 (6)請求項11に対応する発明の制御装置において
は、上記(5)と同様の作用となるが、上記(5)に比
べて構成の簡略化を図ることができる。
【0019】
【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。図1は本発明によるPWM制御を用いたインバータ
の制御装置の第1の実施例を示すブロック図である。
【0020】図1において、コントローラ1はベクトル
制御等により3相の電圧基準V* (VU * ,VV * ,V
W * )を出力し、インバータの制御(例えば電動機の速
度制御等)を行うものである。モード決定部2は3相の
電圧基準V* が出力される度に図2に示すアルゴリズム
に従って通常モード、矩形モード、零補正モードの何ず
れかのモードを決定する。すなわち、すべての相の電圧
基準が最小電圧基準Vmin より大きいとき通常モードが
選択される。また、3相のうち2相以上の電圧基準が最
小電圧基準Vmin 以下のとき、あるいは3相のうち2相
の電圧基準が最小電圧基準Vmin の2倍以下で同符号の
とき矩形モードが選択される。さらに、3相のうち1相
の電圧基準が最小電圧基準Vmin 以下で2相の電圧基準
が最小電圧基準Vmin の2倍以下で同符号のとき零補正
モードが選択される。
【0021】モード決定部2は、上記3種のモードの何
ずれか1つを選択した後、更に図3に示すように詳細な
モード(Mode=0〜±6)の何ずれか1つを選択す
る。通常モードのときは、図3(a)に示すように一義
的にMode=0が選択される。
【0022】矩形モードの場合は、図3(b)に示すよ
うに3相電圧基準V* を掛け合わせることから電圧基準
の位相でおよそ60°毎に符号が変化する信号PNFLG を
得る。次に信号PNFLG が正のとき、すなわちV* が1相
のみ正で他の2相が負のときは3相の中で正の最大値と
なる電圧基準を選ぶ。これがVU * ならばMode=−
1とし、VV * ,VW * ならそれぞれMode=−2,
−3とする。信号PNFLG が負のときは3相の中で負の最
大値となる基準を選び、これがVU * ,VV * ,VW *
ならそれぞれMode=1,2,3とする。
【0023】零補正モードの場合は、1相のみが最小基
準電圧Vmin 以下となるので、図3(c)に示すように
Vmin 以下となる相(VU * ,VV * ,VW * )とその
極性によってMode=(±4〜±6)を決定する。電
圧基準変換部3は、通常モード、矩形モード、零補正モ
ードに応じて次のように電圧基準V* を補正して新たな
電圧基準V**を出力する。 (a)通常モードのとき モード決定部2はMode=0を選択し、新たな電圧基
準V**として元の電圧基準V* をそのまま出力する。 V**(=VU **,VV **,VW **)=V* (VU * ,VV * ,VW * ) ……(1) (b)矩形モードのとき
【0024】モード決定部2はMode=±1〜±3を
選択し、新たな電圧基準V**として最大電圧となる相の
電圧基準を逆極性の最小電圧基準電圧Vmin あるいは零
電圧に固定すると共に、他相の電圧基準線間電圧が元の
値と変らないようにシフトして出力する。例えば、U相
の電圧基準VU * が最も大きく正の場合、各相の電圧基
準は次のように補正される。 VU **=−Vmin VV **=−Vmin −(VU * −VV * ) VW **=−Vmin −(VU * −VW * ) ……(2) また、VU * が最も大きく負の場合、各相の電圧基準は
次のように補正される。 VU **=Vmin VV **=Vmin −(VU * −VV * ) VW **=Vmin −(VU * −VW * ) ……(3) この矩形モードにおける動作波形を図4に示す。図4に
おいて、VU ,VV ,VW は相電圧、VUV,Vvw,VWU
は線間電圧を示す。
【0025】図4に示すように、この実施例ではおよそ
60°毎にModeが切換えられ、それぞれのMode
の範囲において最大となる相の電圧基準が逆極性の最小
基準電圧Vmin に固定され、他相の電圧基準が線間電圧
が元の値と変らないようにシフトされている。この矩形
モードでは、およそ60°毎に3相すべてが正または負
に切換わるので、これを60°切換方式と称する。 (c)零補正モードのとき
【0026】モード決定部2はMode=±4〜±6を
選択し、新たな電圧基準V**として零クロスする相の電
圧基準を最小電圧基準Vmin に固定すると共に、他相の
電圧基準を線間電圧が元の値と変らないようにシフトし
て出力する。例えばU相の電圧基準VU * が正側から負
側に零クロスする場合、各相の電圧基準は次のように補
正される。 VU **=Vmin VV **=Vmin −(VU * −VV * ) VW **=Vmin −(VU * −VW * ) ……(4) また、VU * が負側から正側に零クロスする場合、各相
の電圧基準は次のように補正される。 VU **=−Vmin VV **=−Vmin −(VU * −VV * ) VW **=−Vmin −(VU * −VW * ) ……(5) この零補正モードにおける動作波形を図5に示す。
【0027】データラッチ7は電圧基準変換部3の出力
**を記憶保持するもので、切換タイミング選択部4は
電圧基準変換部3から得られたV**とデータクラッチ7
に保持された前回のV**とから図6に示す4種の切換タ
イミング0X,1X,2X,3Xの何ずれか1つを選択
する。タイミング/キャリア比較部5はデータラッ7の
内容を更新するか否かを決定する。
【0028】切換タイミング回路6は切換タイミング選
択部4で選択されたタイミングでデータラッチ8の出力
を書換え、コンパレータ9はデータラッチ8からのV**
とキャリアを比較してゲート信号を出力する。
【0029】上記構成において、コントローラ1、モー
ド決定部2、電圧基準変換部3、切換タイミング選択部
4、タイミング/キャリア比較部5、データラッチ7は
ソフトウエアで構成され、これらを総称してCPU10
とする。
【0030】CPU10のデータロード、すなわちコン
トローラ1のデータ入力は図6に示す正側キャリアの谷
(0X)と山(2X)の時点で行われ、3相の電圧基準
* が出力される。
【0031】切換タイミング選択部4は、今回出力され
た電圧基準V**(k)とデータラッチ7に保持された前
回の電圧基準V**(k−1)から図7に示す流れ図に従
って切換タイミングTChgx=0X〜3Xを選択し、2bi
t データ(00〜11)で出力する。
【0032】切換タイミング回路6は、図8に示すよう
に2bit の切換タイミング信号TChgxと2bit のキャリ
ア位相信号とを比較し、これらが等しいときデータラッ
チ8の内容を書換える信号を出力する。なお、2bit の
キャリア位相信号はキャリア信号を4等分して0X〜3
Xの位相範囲を区別することで得られる。また、図の
L,Hは下位桁、上位桁を意味する。
【0033】これにより図9(a),(b)に示すよう
に電圧基準V**の符号が変化しないときは0Xから2X
のタイミングで切換わり、符号が変化するときは1Xか
3Xのタイミングで切換わる。この場合、0,2識別信
号90は0が与えられ、0Xと2Xを区別しないように
している。また、切換時点の前後で電圧基準V**とキャ
リアVCP,VCNが交鎖してスイッチングが行われないよ
うに決定される。
【0034】もし、上述の構成とせず切換タイミングを
0Xと2Xあるいは1Xと3Xに固定すると図9(c)
あるいは(d)に示すように電圧基準V**が書換えられ
た時点(零電圧付近あるいは高電圧領域)において電圧
基準V**とキャリアVCP,VCNとがクロスして最小オン
パルス幅以下のパルスが発生する危険が生じる。
【0035】タイミング/キャリア比較部5は上述した
2bit の切換タイミング信号Tchgxと2bit のキャリア
位相信号を比較してデータラッチ7の内容を更新し、常
に正しい切換タイミングを選択するように作用する。
【0036】例えば、タイミング0aでデータロードを
行い、切換タイミングが1aとなった場合、この信号の
出力はタイミング2aの手前で行われるので、データラ
ッチ8の出力はタイミング2aから0bの間で書換えら
れなくなる。この状態で次回の切換タイミングの選択を
行うと正しい結果が得られなくなるので、このような状
態のときはデータクラッチの内容を更新しないようにし
ている。
【0037】GTOを用いてPWM制御を行う場合、不
完全なオフゲートパルスを与えるとGTO内部の一部に
電流集中が生じ、素子が損傷する虞があるので、最小オ
ンパルス幅以下にならないようにしている。即ち、図9
(e)に示すように電圧基準V**がキャリアの最大値に
近い最大電圧基準±Vmax を超える領域TMP,TMNにお
いて最小オフパルス幅以下となる場合が生じるので、こ
の領域TMP,TMNを全オン状態に切換える機能を設けて
いる。
【0038】この場合、切換え時に最小オフパルス幅の
1/2の幅のパルスが出力されないように正の最大電圧
出力区間TMPの開始点と終了点は共にタイミング0X
(谷)で切換え、負の最大電圧出力区間TMNの開始点と
終了点はタイミング2X(山)で切換えるようにしてい
る。この場合、0,2識別信号90を1にセットして0
Xと2Xを区別し、正の最大電圧出力区間か負の最大電
圧出力区間かを判別する。
【0039】本実施例の矩形モード(60°切換方式)
では電圧基準を変換することによって符号が変化する相
は、正または負の最大値となる1相なので、電圧基準変
換部3の矩形モードにおける正あるいは負の最大となる
3相の電圧基準を負あるいは正の最小電圧基準Vmin に
固定する補正の代りに正あるいは負の最大となる相の電
圧基準を零に固定するように補正することができる。
【0040】図10はこの場合の電圧基準とPWM制御
された出力電圧(相電圧及び線間電圧)の波形例を示し
たもので、U相の電圧基準Vu * の正あるいは負の最大
となる期間TUPあるいはTUNが補正された電圧基準VU
**では零となっている。
【0041】中性点クランプ式インバータの主回路は、
図11に示すように直流電圧源104のP,N間に備え
た2個のコンデンサ103により中性点電圧が設けら
れ、このインバータ出力VU 〜VW を中性点電圧にクラ
ンプすることにより零電圧を出力することができ、直流
電圧源のP,Nの電位と3レベルの出力が得られる。こ
の中性点クランプ式インバータを用いて上述のように零
電圧に固定すれば、スイッチング回数を大幅に低減する
ことができ、スイッチング損失が低減するので、運転効
率の向上したインバータが得られる。更に、スイッチ素
子に流れる電流が正方向と負方向に交互に平衡して流れ
るので、スイッチ素子の発熱が平衡し、利用率が良くな
る。また、零相補正モードにより電圧基準の零クロス近
傍でも最小オンパルス幅以下のパルスを出力することな
く出力電圧を制御することが可能となり、更に電圧基準
の最大値近傍でも最小オフパルス幅以下のパルスを出力
することなく高出力電圧を制御することが可能となり、
低電圧領域から高電圧領域までの全出力電圧領域に亘り
線間電圧を線形に制御することができ、高精度の制御の
可能なインバータが得られる。次に本発明の他の実施例
について説明する。
【0042】第2の実施例として、図1に示すモード決
定部2において、3相の電圧基準V* (VU *
V * ,VW * )の中に最小電圧基準Vmin 以下の電圧
基準がある場合は零補正モードに、ない場合には通常モ
ードを選択するようにし、零補正モードの場合は図3
(c)に示すように、U,V,W相のうちVmin 以下と
なる相と、その極性によってMode(±4〜±6)を
決定するようにしたものである。
【0043】また、電圧基準変換部3においては、モー
ド決定部で求められたModeにより次式に従って電圧
基準V* を変換し、図5に示すような新たな電圧基準V
**を出力するようにしたものである。 3相のうちでVU * のみが0以上、Vmin 以下の場合
(Mode=4) VU **=Vmin VV **=Vmin −(VU * −VV * ) VW **=Vmin −(VU * −VW * ) ……(6) 3相のうちでVU * のみが−Vmin 以上0以下の場合
(Mode=−4) VU **=−Vmin VV **=−Vmin −(VU * −VV * ) VW **=−Vmin −(VU * −VW * ) ……(7) このようにすることで、相電圧では不連続となるが、相
電圧の差である線間電圧では連続した正弦波の電圧基準
が得られる。
【0044】この第2の実施例によれば、電圧基準の零
クロス近傍でも最小オンパルス幅以下のパルスを出力す
ることなく低出力電圧の制御が可能となり、さらに電圧
基準の最大値近傍でも最小オフパルス幅以下のパルスを
出力することなく、高出力電圧の制御が可能となるの
で、中性点クランプ式インバータに適用した場合、スイ
ッチング回数を増加することなく、停電圧領域から高電
圧領域まで出力線間電圧を線形に制御することができ
る。
【0045】第3の実施例として、図1に示すモード決
定部2において、3相の電圧基準V* (VU *
V * ,VW * )の中から正の最大値を選ぶ方式と負の
最大値を選ぶ方式とをU相電圧基準の位相でおよそ60
°毎に切換え、正の最大値を選ぶ方式において例えばU
相が正の最大ならMode=−1とし、負の最大値を選
ぶ方式において例えばU相が負の最大ならMode=1
という具合に6種類のモードに分けて出力するようにし
たものである。
【0046】また、電圧基準変換部3においては、モー
ド決定部で求められたModeにより、VU * が3相の
うち正の最大値のときMode=−1として上記(7)
式に従って新たな電圧基準VU **,VV **,VW **
得、VU * が3相のうち負の最大値のときMode=1
として上記(6)式に従って新たな電圧基準VU **,V
V **,VW **を得ることで、相電圧では不連続となる
が、相電圧の差である線間電圧では連続した正弦波の基
準電圧を得ることができる。この第3の実施例にあって
も前述と同様の効果を得ることができる。図12は本発
明の第4及び第5の実施例を示すブロック図である。
【0047】図12において、第4の実施例としては、
図1の切換タイミング選択部4、タイミング/キャリア
比較部5、データクラッチ7を省略し、切換タイミング
回路6の代りにタイミング回路6Aを設け、このタイミ
ング回路6Aは正側キャリアの谷(0X)と山(2X)
の固定したタイミングで電圧基準を切換えるようにして
いる。
【0048】この場合、前述したように電圧基準の切換
時に最小オンパルス幅あるいは最小オフパルス幅の1/
2の幅のパルスが発生することがあるので、この実施例
を用いる場合は最小オンパルス幅及び最小オフパルス幅
の2倍のパルス幅となるように予め最小電圧基準Vmin
及び最大電圧基準Vmax を設定する。この第4の実施例
によれば、簡潔な構成で前述と同様に全出力電圧領域で
線間電圧を線形に制御することができる。
【0049】また、図12において、第5の実施例とし
て、電圧基準V**が零クロス近傍なのか、最大電圧近傍
なのかを判別するレベル検出部11と、この判定結果に
基づいてコンパレータ9から出力されるゲート信号の最
小オンパルス幅あるいは最小オフパルス幅に固定したゲ
ート信号に変換して出力するパルス補正部12を設ける
構成としても同様の効果を得ることができる。
【0050】また、モード決定部2の矩形モードにおけ
るアルゴリズムは図13に示す方法で実施することがで
き、図13(a)を第6の実施例、図13(b)を第7
の実施例として説明する。
【0051】第6の実施例は、矩形モードに切換えられ
たとき一定周期毎に与えられるクロックパルスを計数す
るカウンタを設け、一定クロック数(Count)に達する度
にカウンタの内容を零クリアすると共にフラグ(PNFLG)
の符号を反転させる機能を設け、このPNFLG の符号に応
じて前述と同様にMode=±1〜±3の判定を行うよ
うにする。この方式は電圧基準V* の周波数とは無関係
に一定時間毎にPNFLGの符号を変化させるので、矩形モ
ードの時間切換方式と称する。この方式を用い、20ms
ec毎にPNFLG の反転させたときの波形例を図14に示
す。
【0052】この第6の実施例によれば、電圧基準V*
の周波数に関係なく一定時間毎に正側と負側のスイッチ
ング素子が導通するので、低周波領域並びに直流出力に
おいてスイッチ素子の温度上昇の変動幅を少なくするこ
とができ、その分だけ利用率の向上したインバータが得
られる。
【0053】第7の実施例は図13(b)に示すように
矩形モードに切換えたとき、電圧基準V* の周波数が所
定周波数以上か否かを検出する判定手段を設け、所定周
波数以上なら図3(b)と同様にMode判定を行い、
否ならば図13(a)と同様にMode判定を行うよう
にしたものである。
【0054】この方式を用いて電圧基準V* の周波数を
5Hz から10Hz まで変化させ、8.3Hz 付近で時
間切換方式から60°切換方式に切換えたときの波形例
を図15に示す。
【0055】この第7の実施例によれば、低周波領域あ
るいは直流出力時に時間切換方式によりスイッチ素子の
温度上昇の変動を抑制し、その分だけ利用率を向上させ
ることができ、また通常の周波数においては60°切換
方式によりスイッチング回数を大幅に低減し、効率のよ
い運転を行うことが可能となる。図16は本発明の第8
の実施例としてPWM制御を中性点クランプ式インバー
タに適用する場合の構成図を示すものである。
【0056】図16において、コントローラ11はベク
トル制御等により、3相の電圧基準V* (VU * ,VV
* ,VW * )を出力し、インバータの制御(電動機の速
度制御等)を行うものである。
【0057】モード決定部12は3相の電圧基準V*
出力される度に、図17に示すようにタイマーによって
P,N切換周期(T)毎に正負切換信号PNFLG を1また
は−1にセットする。次にPNFLG が1のときは3相の中
で正の最大値となる電圧基準を選ぶ。これがVU * なら
ばモード1とし、VV * ,VW * ならばそれぞれモード
2,3とする。また、PNFLG が−1のときは3相のなか
で負の最大値となる基準を選び、これがVU *
V * ,VW * ならそれぞれモード−1,−2,−3と
する。このようにモード決定部12から6種類のモード
が出力される。電圧基準変換部13はこれらのモードに
応じて次のように電圧基準V* を補正して新たな電圧基
準V**を出力する。 VU * が3相のうち正の最大値のとき(Mode=1) VU **=Vmax VV **=Vmax −(VU * −VV * ) VW **=Vmax −(VU * −VW * ) ……(8) VU * が3相のうち負の最大値のとき(Mode=−
1) VU **=−Vmax VV **=−Vmax −(VU * −VV * ) VW **=−Vmax −(VU * −VW * ) ……(9) 但し、Vmax は最大電圧基準である。図18は第8の実
施例における電圧基準、相電圧、線間電圧の波形図を示
している。上記構成において、コントローラ11,モー
ド決定部12,電圧基準変換部13はソフトウェアで構
成され、これらを総称してCPU15とする。以上の変
換方式により、相電圧では不連続となるが、相電圧の差
である線間電圧では連続した正弦波の電圧基準V**が出
力される。コンパレータ14はこの電圧基準V**とキャ
リアを比較し、インバータゲート信号を出力する。
【0058】従って、上記構成において、電圧基準VU
* は電圧基準変換部13で最小オンパルス幅以下のパル
スを出力せず、しかも線間電圧は連続した正弦波となる
電圧基準のV**に変換されるので、インバータの出力周
波数が低い場合でもスイッチング素子の温度上昇にバラ
ツキを生じることなく、出力線間電圧を線形に制御する
ことが可能となる。
【0059】第9の実施例として、図16に示す構成に
おいて、モード決定部12でタイマーによってPN切換
周期(T)毎に正負切換信号PNFLG を1または−1にセ
ットし、電圧基準変換部13でPNFLG に応じて次式に示
すU,V,W各相の電圧基準V* (VU * ,VV * ,V
W * )に一定電圧基準を重畳することによって、図19
に示すようにPN切換周期(T)毎に3相すべてが正ま
たは負に切換わる新たな電圧基準V**が得られるように
したものである。 PNFLG =1のとき VU **=VU * +1/2・Vmax VV **=VV * +1/2・Vmax VW **=VW * +1/2・Vmax ………(10) PNFLG =−1のとき VU **=VU * −1/2・Vmax VV **=VV * −1/2・Vmax VW **=VW * −1/2・Vmax ………(11) 但し、Vmax は最大電圧基準; VU * ≦1/2・Vma
x である。
【0060】この第9の実施例によれば、構成を簡略で
き、しかも第8の実施例と同様にインバータの出力周波
数が低い場合でもスイッチング素子の温度上昇にバラツ
キを生じることなく、出力線間電圧を線形に制御するこ
とができる。
【0061】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、PW
M制御により3相交流電圧を出力するインバータにおい
て、最小オンパルス幅を確保すると共に、線間電圧の全
出力電圧領域において滑らかな正弦派の電圧を出力し制
御不能領域のないPWM制御を用いたインバータの制御
方法及び装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のPWM制御を用いたインバータの制御
装置の要部構成を示す第1乃至第3の実施例を説明する
ための構成図。
【図2】上記第1の実施例のモード決定部における通常
モード、矩形モード、零補正モードの決定アルゴリズム
を示す流れ図。
【図3】上記通常モード、矩形モード、零補正モードの
各モード内を更に細分したモードに分割する流れ図。
【図4】上記第1の実施例の矩形モードにおける動作波
形図。
【図5】上記第1の実施例の零補正モードにおける動作
波形図。
【図6】上記第1の実施例の作用を説明するためのタイ
ミング図。
【図7】上記第1の実施例における切換タイミング選択
部のタイミング決定を示す流れ図。
【図8】上記第1の実施例における切換タイミング回路
の具体的な回路図。
【図9】上記第1の実施例における電圧基準V**の切換
タイミングを説明するための図で、(a),(b)は第
1の実施例の構成とした場合、(c)は切換タイミング
を0X,2Xに、(d)は切換テイミングを1X,3X
に固定した場合を示し、(e)は最大電圧基準±Vmax
を越える場合の全オン状態に切換えるタイミングを示す
波形図。
【図10】上記第1の実施例の矩形モードにおいて、正
または負の最大となる相の電圧基準を零に補正した場合
の動作波形図。
【図11】中性点クランプ式インバータの主回路の要部
構成図。
【図12】本発明の第4及び第5の実施例を説明するた
めの構成図。
【図13】本発明による第6及び第7の実施例を示す図
で、図1及び図12のモード決定部の矩形モードにおけ
る細分モード決定アルゴリズムを変えたもので、(a)
は第6の実施例の流れ図、(b)は第7の実施例の流れ
図である。
【図14】上記第6の実施例の矩形モードにおける動作
波形図。
【図15】上記第7の実施例の矩形モードにおける動作
波形図。
【図16】本発明の第8及び第9の実施例を示す構成
図。
【図17】上記第8及び第9の実施例におけるモード決
定部の流れ図。
【図18】上記第8の実施例における電圧基準、相電圧
基準、線間電圧基準の波形図。
【図19】上記第9の実施例における電圧基準、相電圧
基準、線間電圧基準の波形図。
【図20】従来のPWM制御を用いたインバータの制御
装置を説明するためのもので、(a)は要部構成図、
(b)は制御不能領域を示す図。
【符号の説明】
1……コントローラ、2……ミード決定部、3……電圧
基準変換部、4……切換タイミング選択部、5……タイ
ミング/キャリア比較部、6……切換タイミナグ回路、
データラッチ、9……コンパレータ。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 各相毎に電圧基準に応じた電圧をPWM
    制御を用いて出力する3相インバータの制御方法におい
    て、3相の電圧基準のそれぞれの大きさと極性から通常
    モード、矩形モード、零補正モードの何ずれか1つのモ
    ードを決定し、通常モードのときは電圧基準をそのまま
    使用し、矩形モード、零補正モードのときはそれぞれの
    モード毎に定められたアルゴリズムに従って1相の電圧
    基準を所定値に固定すると共に他相の電圧基準を線間電
    圧が元の値から変化しないように補正することを特徴と
    するPWM制御を用いたインバータの制御方法。
  2. 【請求項2】 3相の電圧基準がすべて所定電圧を越え
    るとき通常モードに決定し、3相のうち2相以上の電圧
    基準が前記所定電圧以下のときあるいは3相のうち2相
    の電圧基準が前記所定電圧の2倍以下で異符号のとき矩
    形モードを決定し、3相のうち1相の電圧基準が前記所
    定電圧以下で他の2相の電圧基準が前記所定電圧の2倍
    以下で同符号のとき零補正モードに決定することを特徴
    とする請求項1記載のPWM制御を用いたインバータの
    制御方法。
  3. 【請求項3】 矩形モードに決定されたとき、所定周期
    毎に最大電圧となる相の電圧基準を逆極性の前記所定電
    圧あるいは零電圧に固定し、零補正モードに決定された
    とき、前記所定電圧以下となる相の電圧基準を同極性の
    前記所定電圧に固定することを特徴とする請求項1記載
    のPWM制御を用いたインバータの制御方法。
  4. 【請求項4】 矩形モードに決定された場合において、
    電圧基準の周波数が所定周波数以下のとき前記所定周期
    を一定時間の周期とし、電圧基準の周波数が前記所定周
    波数を越えるとき前記所定周期を一定位相の周期とする
    ことを特徴とする請求項3記載のPWM制御を用いたイ
    ンバータの制御方法。
  5. 【請求項5】 各相毎に電圧基準に応じた電圧をPWM
    制御を用いて出力する中性点クランプ式3相インバータ
    の制御方法において、各相の電圧基準のうち正の最大と
    なる相の電圧基準を負の最小電圧基準または零に固定
    し、かつ他の2相の電圧基準を線間電圧が変化しないよ
    うに変換する第1の電圧基準変換方法と、各相の電圧基
    準のうち負の最大となる相の電圧基準を正の最小電圧基
    準または零に固定し、かつ他の2相の電圧基準を線間電
    圧が変化しないように変換する第2の電圧基準変換方法
    とを用い、これら両変換方法を交互に切換えるようにし
    たことを特徴とするPWM制御を用いたインバータの制
    御方法。
  6. 【請求項6】 電圧基準を切換えるタイミングを複数個
    持ち電圧基準の符号の切換え前後で異なる場合と同じ場
    所とに応じて切換えタイミングを変化させることにより
    電圧基準の切換時においてもスイッチング素子の最小オ
    ンパルス以下の幅のパルスを発生させないようにしたこ
    とを特徴とする請求項5記載のPWM制御を用いたイン
    バータの制御方法。
  7. 【請求項7】 各相毎に電圧基準に応じた電圧をPWM
    制御を用いて出力する3相インバータの制御装置におい
    て、3相の電圧基準のそれぞれの大きさと極性から通常
    モード、矩形モード、零補正モードの何ずれか1つのモ
    ードを決定するモード決定手段と、通常モードに決定さ
    れたとき電圧基準をそのまま出力し、矩形モード及び零
    補正モードが決定されたとき各モード毎に予定されたア
    ルゴリズムに従って1相の電圧基準を所定値に固定する
    と共に他相の電圧基準を線間電圧が元の値と変わらない
    ように補正した電圧基準を出力する電圧基準変換手段を
    設け、最小オンパルス幅を確保し、かつ3相線間電圧の
    全出力電圧領域において滑らかな正弦波電圧を出力する
    ことを特徴とするPWM制御を用いたインバータの制御
    装置。
  8. 【請求項8】 前記電圧基準変換手段は、インバータと
    して3レベルの電圧電圧を出力する中性点クランプ式の
    インバータを使用するとき矩形モードにおいて、1相の
    電圧基準を零電圧に固定して所定期間だけスイッチング
    を停止することを特徴とする請求項7記載のPWM制御
    を用いたインバータの制御装置。
  9. 【請求項9】 各相毎に電圧基準に応じた電圧をPWM
    制御を用いて出力する中性点クランプ式3相インバータ
    の制御装置において、各相の電圧基準のうち唯一1相が
    素子の最小オンパルス幅に相当する最小電圧基準以下と
    なるときこの相の電圧基準を正の最小電圧基準または負
    の最小電圧基準に固定し、他の2相の電圧基準を線間電
    圧が変化しないように変換する電圧基準変換手段を設
    け、この電圧基準変換手段により電圧基準の零クロス近
    傍でも出力線間電圧を制御可能にしたことを特徴とする
    PWM制御を用いたインバータの制御装置。
  10. 【請求項10】 各相毎に電圧基準に応じた電圧をPW
    M制御を用いて出力する中性点クランプ式3相インバー
    タの制御装置において、線間電圧を変化させることな
    く、電圧基準の極性を3相全て正または1相のみ零で他
    の2相を正に変換する第1の電圧基準変換手段と、電圧
    基準の極性を3相全て負または1相のみ零で他の2相を
    負に変換する第2の電圧基準変換手段と、これら第1及
    び第2の電圧基準変換手段交互に切換える切換手段とを
    設け、低電圧領域でも出力電圧を制御可能にしたことを
    特徴とするPWM制御を用いたインバータの制御装置。
  11. 【請求項11】 各相毎に電圧基準に応じた電圧をPW
    M制御を用いて出力する中性点クランプ式3相インバー
    タの制御装置において、各相の電圧基準のうち正の最大
    となる相の電圧基準に固定し他の2相の電圧基準を線間
    電圧が変化しないように変換する第1の電圧基準変換手
    段と、各相の電圧基準のうち負の最大となる相の電圧基
    準を負の最大基準電圧に固定し他の2相の電圧基準を線
    間電圧が変化しないように変換する第2の電圧基準変換
    手段と、これら第1及び第2の電圧基準変換手段を交互
    に切換える切換手段とを設け、低電圧領域でも出力電圧
    を制御可能にしたことを特徴とするPWM制御を用いた
    インバータの制御装置。
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