JPH0739168A - 3相インバータの制御装置 - Google Patents

3相インバータの制御装置

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JPH0739168A
JPH0739168A JP5177723A JP17772393A JPH0739168A JP H0739168 A JPH0739168 A JP H0739168A JP 5177723 A JP5177723 A JP 5177723A JP 17772393 A JP17772393 A JP 17772393A JP H0739168 A JPH0739168 A JP H0739168A
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JP
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voltage
inverter
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signal
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JP5177723A
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Yoshishi Nomura
芳士 野村
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 直流電源から3相の交流電圧を得、変圧器を
介して出力する3相インバータの制御装置において、変
圧器の偏磁を防止すること。 【構成】 前記3相の交流電圧から前記3相インバータ
の3相の相電圧を検出し、この3相の相電圧を一括した
直流レベルの平均値と直流レベルの電圧設定値を比較し
電圧制御信号を得る電圧制御手段8〜11と、一定振幅の
3相の信号に前記電圧制御信号を乗じて3相の相電圧基
準を得る乗算手段12〜14と、この3相の相電圧基準と前
記3相インバータの3相の相電圧を各相毎に比較し相電
圧制御信号を得る相電圧制御手段15〜17と、前記直流電
源の正負間の中間電位と前記3相インバータの3相の出
力との間に各相毎に直流成分を検出する直流成分検出手
段26〜28を設け、前記相電圧基準と前記相電圧制御信号
と前記直流成分の和により前記3相インバータをパルス
幅変調制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、直流電源から3相交流
電圧を得る3相インバータの制御回路に係り、特に負荷
側との間で絶縁を必要とし、出力側にトランスを使用し
た3相インバータの制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の3相インバータの代表的制御回路
を図4に示す。交流電源1から交流電力を受け、整流器
2で直流電圧を得、リアクトル3とコンデンサ4により
平滑された直流電圧を得る。この直流電圧をインバータ
ブリッヂ5によりパルス幅変調(PWM)制御を行い、
3相交流に変換し、L−Cフィルタ6を介して変圧器7
に入力する。
【0003】PWM制御は次のように行われる。まず、
電圧基準(直流)10と交流出力U.V.Wの相電圧を変
圧器8で検出し整流回路9で3相全波整流した出力とを
比較し、その偏差を増幅器11で増幅し電圧制御信号V11
を出力する。
【0004】位相信号発生器12から出力される一定周期
の位相信号に従って相基準信号発生器13から一定振幅の
3相の正弦波vtu,vtv,vtwを出力し、掛算器14によ
り電圧制御信号V11と掛算した出力VTU,VTV,VTW
相電圧基準とする。この信号は加算器18,19,20を介し
て3角波発生器21による3角波とコンパレータ22,23,
24により、それぞれ比較されPWM信号とし、駆動回路
25を介してインバータブリッヂ5をPWM制御し、3相
の出力電圧を一括して一定に制御する。
【0005】更に出力波形の歪率改善として各相電圧基
準VTU,VTV,VTWとインバータ出力の3相フィードバ
ック信号VU ,VV ,VW とを個別に比較し、その偏差
を増幅回路15,16,17で増幅し加算器18,19,20に加算
し、瞬時電圧の補正制御を行っている。
【0006】ところがこのような平均値制御と個別相電
圧制御とを備えた方法では、相基準電圧VTU,VTV,V
TW及び演算増幅器15,16,17、更に加算器18,19,20の
オフセット及び応答の差からトランス7の入力電圧の正
負値に差を生じ、トランス7で偏磁が発生し、インバー
タ5が過電流となりトリップしたり効率が低下すること
が問題となっている。
【0007】それを解決する方法として、加算器18,1
9,20を構成する演算増幅器にオフセット調整抵抗器を
附する等があるが、応答の差や温度ドリフト等が発生す
るため、ドリフト量を加味してその都度最適にオフセッ
トの調整をする必要がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来の方式はシステム
全体を組合せた後、バラツキを加味してオフセット抵抗
を微調整する等を行なうので次のような問題が生じる。 (1)温度による定数、オフセット値の変化による偏磁
及び効率の低下。
【0009】(2)偏磁による騒音の増大。 (3)サービス、部品交換時に再度微調整を必要とし手
間がかかる。 本発明は上記問題を解決し安定した3相インバータの制
御回路を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明と
して直流電源から3相の交流電圧を得る3相インバータ
の制御装置において、前記3相の交流電圧から前記3相
インバータの3相の相電圧を検出し、この3相の相電圧
を一括した直流レベルの平均値と直流レベルの電圧設定
値を比較し電圧制御信号を得る電圧制御手段と、一定振
幅の3相の信号に前記電圧制御信号を乗じて3相の相電
圧基準を得る乗算手段と、この3相の相電圧基準と前記
3相インバータの3相の相電圧を各相毎に比較し相電圧
制御信号を得る相電圧制御手段と、前記直流電源の正負
間の中間電位と前記3相インバータの3相の出力との間
に各相毎に直流成分を検出する直流成分検出手段を設
け、前記相電圧基準と前記相電圧制御信号と前記直流成
分の和により前記3相インバータをパルス幅変調制御す
る。
【0011】請求項3に記載の発明として直流電源から
3相の交流電圧を得る3相インバータの制御装置におい
て、前記3相の交流電圧から前記3相インバータの3相
の相電圧を検出し、この3相の相電圧を一括した直流レ
ベルの平均値と直流レベルの電圧設定値を比較し電圧制
御信号を得る電圧制御手段と、一定振幅の3相の信号に
前記電圧制御信号を乗じて3相の相電圧基準を得る乗算
手段と、この3相の相電圧基準と前記3相インバータの
3相の相電圧を比較し相電圧制御信号を得る相電圧制御
手段と、前記相電圧基準と前記相電圧制御信号とパルス
幅変調のための3角波信号との和を入力として直流成分
を検出し入力側へフィードバックする直流成分検出手段
を各相毎に設け、前記相電圧基準と前記相電圧制御信号
と前記直流成分の和により前記3相インバータをパルス
幅変調制御する。
【0012】請求項4に記載の発明として直流電源から
3相の交流電圧を得る3相インバータの制御装置におい
て、前記3相の交流電圧から前記3相インバータの3相
の相電圧を検出し、この3相の相電圧を一括した直流レ
ベルの平均値と直流レベルの電圧設定値を比較し電圧制
御信号を得る電圧制御手段と、一定振幅の3相の信号に
前記電圧制御信号を乗じて3相の相電圧基準を得る乗算
手段と、この3相の相電圧基準と前記3相インバータの
3相の相電圧を各相毎に比較し相電圧制御信号を得る相
電圧制御手段と、前記相電圧基準と前記相電圧制御信号
の和により前記3相インバータをパルス幅変調制御する
PWM制御信号を出力するPWM制御手段と、前記PW
M制御信号の直流成分を検出し、この直流成分が零とな
るようにフィードバック制御する直流成分制御手段を設
ける。
【0013】
【作用】請求項1に記載の発明は、直流成分検出手段に
より直流電圧の中性点とインバータの相出力間の直流成
分を取り出す。これは、相電圧となるPWM出力でL−
Cフィルタにより平滑され、線間電圧に基本波である商
用周波の正弦波を得るものであるが、前記相電圧PWM
出力を平均化する事により出力の直流分を検出し、PW
M信号入力である相電圧基準に加算してフィードバック
することにより、相電圧の直流成分を除去し、偏磁現象
を回避することができる。また、インバータの負荷力率
で影響する相の上・下素子短絡防止のために設けている
デッドタイムによる電圧アンバランスも補正される。
【0014】請求項3に記載の発明は、直流成分検出手
段により相電圧基準とPWM制御のための3角波信号の
合成信号の直流成分を検出し相電圧基準にフィードバッ
クする。これにより、3角波信号の直流オフセット値を
含め、制御系により生じる直流成分を抑制することがで
き、PWM発生回路以降のインバータ素子駆動増幅用デ
ジタル回路及び主回路巻線類等のバラツキが比較的小さ
く、デッドタイムによる影響も、無視できる場合に適用
することができる。
【0015】請求項4に記載の発明は、PWM制御信号
の直流成分を直接的に検出して直流成分が零となるよう
にフィードバック制御する構成としたもので、技術思想
としては請求項3に記載の発明と同様のものである。
【0016】
【実施例】本発明の実施例を図1に示し、その構成を説
明する。図4と重複する部分は同一符号を記して説明は
省略する。主回路の直流電圧の中性点検出用として同一
容量のコンデンサ4a,4bを直列に接続し、この中間
点より中性点信号OACを得、この信号OACとインバータ
5の3相出力U1 ,V1 ,W1 との間の各信号を直流成
分検出回路26,27,28に入力し、各相個別の直流分に比
例した信号Ud ,Vd ,Wd を出力する。この信号は加
算器18,19,20により相電圧基準に加算され、これによ
りインバータ5の3相出力U1 ,V1 ,W1 の直流成分
が零になるようフィードバック制御される。
【0017】直流成分検出回路の具体例を図2(a)に
示す。中性点OACと相出力U1 との間に限流抵抗29を介
して逆並列に接続されたフォトカプラ30,31(発光ダイ
オード側)を接続する。フォトカプラ30,31(フォトト
ランジスタ側)の出力を直列に接続し、一方のフォトト
ランジスタのコレクタを定電圧電源+Vccに、他方のフ
ォトトランジスタのエミッタを定電圧電源−Vccに接続
し、フォトトランジスタの直列接続点に図2(b)に示
すような波形の信号u1 を得る。即ち、相基準信号U0
が3角波信号21とコンパレータ22,23,24によりパルス
幅変調され、増幅器25を介してインバータ5をPWM制
御し、インバータ出力U1 ,V1 ,W1 を出力するが、
この出力は中性点OACとの間に上記信号u1 と同じ波形
の電圧を出力する。これをフォトカプラ30,31により制
御レベルの信号u1 に変換したものである。この正負に
変化する極性を有する信号u1 を抵抗32とコンデンサ33
で成るR.Cフィルターにより平均化し、更に演算増幅
器37と抵抗34,35及びコンデンサ36で成るフィルターに
より平均化し、直流成分に比例した出力Ud を得る。
【0018】V相,W相も同様にして直流成分に比例し
た信号Vd ,Wd を得る。図1の作用について図2を参
照しながら説明する。変圧器7は3n次(n=1,2,
…)高調波を消すため一次側はΔに接続されている。二
次側をYに接続する場合、電圧検出用変圧器8をΔ−Y
とし、二次の中点を引出して使用するとインバータ5の
出力の相電圧を検出することができる。
【0019】3相一括平均値制御の相電圧基準VTU,V
TV,VTWとインバータ5の出力の相電圧フィードバック
を増幅器15,16,17で各々比較増幅し瞬時の電圧波形を
改善制御する相電圧制御信号を出力する。
【0020】この信号を加算器18,19,20にて合成し、
補正された相電圧基準としている。本実施例では、更に
インバータ5の出力U1 ,V1 ,W1 の相電圧の直流成
分を直流成分検出器26,27,28にて検出し、加算器18,
19,20に加算して直流成分が零となるようにフィードバ
ックしている。従って、インバータ5の出力U1 ,V
1 ,W1 の交流出力に含まれている直流成分が零となる
よう閉ループ制御が行われている。これにより出力トラ
ンス7の一次側に加えられる交流電圧は直流分が零とな
り、偏磁することはなくなる。直流成分検出器のフィル
ター時定数は出力周波数より十分大きい(例えば 100倍
程度の)時定数とし、出力周波数のリップルの影響を受
けないように考慮することは言うまでもない。
【0021】本実施例によれば、インバータの交流出力
に含まれる直流成分が零となるよう閉ループ制御される
制御回路と、主回路を含む全体のバラツキを含めて直流
成分が生じないように制御することができる。
【0022】本発明の他の実施例を図3(a)に示す。
この実施例は、直流成分の発生する要因の最も大きい演
算増幅部と3角波発生回路を含む制御部のみについて直
流成分が生じないように補正する構成としたものであ
る。
【0023】図3(a)において、直流成分検出器26a
〜28aは、それぞれ相電圧基準U0,V0 ,W0 に3角
波信号を加算した合成信号の直流成分を検出し、直流成
分が零となるように加算器18,19,20にフィードバック
する。
【0024】この実施例で用いる直流成分検出器の具体
例を図3(b)に示す。この直流成分検出器は、演算増
幅器43、抵抗38,39、コンデンサ42で成る加算積分器
と、極性合わせのため反転増幅器40,41,44で構成され
る。
【0025】相電圧基準U0 と3角波信号を抵抗38,39
を介して加算しコンデンサ42にて積分する。この時、時
定数としては基本波周波数、この場合、商用周波とすれ
ば、その周波数より十分大きい(例えば 100倍程度)時
定数を設定し平均化する。
【0026】これにより、出力周波数のリップルのない
直流成分の信号Ud が検出される。このようにして検出
された各相の信号Ud ,Vd ,Wd は加算器18,19,20
にフィードバックされ直流成分が零となるよう制御さ
れ、PWM出力は直流成分のないものとなる。
【0027】本実施例は、PWM信号以下の系統に直流
成分発生要因の少ないシステムに適用し、制御部で生じ
る直流成分を零とし、トランスの偏磁現象が発生しない
ようにしたものである。
【0028】なお、図3の実施例では、直流成分検出器
26a〜28aは補正された相電圧基準とPWM制御のため
の3角波を加算した合成信号の直流成分を検出する例で
示したが、コンパレータ22〜24から出力されるPWM信
号の直流成分を検出する構成としても同様の効果が得ら
れる。
【0029】
【発明の効果】本発明によれば、直流電源からPWM制
御により3相の交流電圧を得て、変圧器を介して出力す
る場合に変圧器の偏磁を防止することができ、効率の低
下、騒音の増大を抑制することの可能な3相インバータ
の制御回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の請求項1に対応する実施例の構成図。
【図2】上記実施例で用いる直流成分検出器26〜28の説
明図で、(a)は具体的な回路図、(b)は作用を説明
するための波形図。
【図3】本発明の請求項3に対応する実施例で、(a)
は要部構成図、(b)はこの実施例で用いる直流成分検
出器29〜31の具体的な回路図。
【図4】従来の3相インバータの制御装置の構成図。
【符号の説明】
4a,4b…コンデンサ 5…3相インバ
ータ 6…フィルタ 6…変圧器 8…相電圧検出器 9…整流器 10…電圧基準(直流) 11…増幅器(電
圧制御手段) 12…位相信号発生器 13…相電圧基準
発生器 14…乗算器 15〜17…増幅器
(相電圧制御手段) 18〜20…加算器 21…3角波発生
器 22〜24…コンパレータ 25…駆動回路 26〜28,26a〜28a…直流成分検出器 29,32,34,3
5,38,41…抵抗器 30,31…フォトカプラ 33,36,42…コ
ンデンサ 37,43,44…演算増幅器

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直流電源から3相の交流電圧を得る3相
    インバータの制御装置において、前記3相の交流電圧か
    ら前記3相インバータの3相の相電圧を検出し、この3
    相の相電圧を一括した直流レベルの平均値と直流レベル
    の電圧設定値を比較し電圧制御信号を得る電圧制御手段
    と、一定振幅の3相の信号に前記電圧制御信号を乗じて
    3相の相電圧基準を得る乗算手段と、この3相の相電圧
    基準と前記3相インバータの3相の相電圧を各相毎に比
    較し相電圧制御信号を得る相電圧制御手段と、前記直流
    電源の正負間の中間電位と前記3相インバータの3相の
    出力との間に各相毎に直流成分を検出する直流成分検出
    手段を設け、前記相電圧基準と前記相電圧制御信号と前
    記直流成分の和により前記3相インバータをパルス幅変
    調制御することを特徴とする3相インバータの制御装
    置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の3相インバータの制御
    装置において、前記直流成分検出手段は、正負に変化す
    る入力信号に応じて一定電圧の正負に変化する検出信号
    を出力するフォトカプラ回路を備え、前記検出信号をイ
    ンバータ出力周波数の周期より十分大きい時定数を持つ
    フィルターを介して平均化し直流成分を検出する構成と
    したことを特徴とする3相インバータの制御装置。
  3. 【請求項3】 直流電源から3相の交流電圧を得る3相
    インバータの制御装置において、前記3相の交流電圧か
    ら前記3相インバータの3相の相電圧を検出し、この3
    相の相電圧を一括した直流レベルの平均値と直流レベル
    の電圧設定値を比較し電圧制御信号を得る電圧制御手段
    と、一定振幅の3相の信号に前記電圧制御信号を乗じる
    3相の相電圧基準を得る乗算手段と、この3相の相電圧
    基準と前記3相インバータの3相の相電圧を比較し相電
    圧制御信号を得る相電圧制御手段と、前記相電圧基準と
    前記相電圧制御信号とパルス幅変調のための3角波信号
    との和を入力として直流成分を検出し入力側へフィード
    バックする直流成分検出手段を各相毎に設け、前記相電
    圧基準と前記相電圧制御信号と前記直流成分の和により
    前記3相インバータをパルス幅変調制御することを特徴
    とする3相インバータの制御装置。
  4. 【請求項4】直流電源から3相の交流電圧を得る3相イ
    ンバータの制御装置において、前記3相の交流電圧から
    前記3相インバータの3相の相電圧を検出し、この3相
    の相電圧を一括した直流レベルの平均値と直流レベルの
    電圧設定値を比較し電圧制御信号を得る電圧制御手段
    と、一定振幅の3相の信号に前記電圧制御信号を乗じて
    3相の相電圧基準を得る乗算手段と、この3相の相電圧
    基準と前記3相インバータの3相の相電圧を各相毎に比
    較し相電圧制御信号を得る相電圧制御手段と、前記相電
    圧基準と前記相電圧制御信号の和により前記3相インバ
    ータをパルス幅変調制御するPWM制御信号を出力する
    PWM制御手段と、前記PWM制御信号の直流成分を検
    出し、この直流成分が零となるようにフィードバック制
    御する直流成分制御手段を設けたことを特徴とする3相
    インバータの制御装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114200348A (zh) * 2021-12-06 2022-03-18 云南电网有限责任公司保山供电局 一种稳控装置线路跳闸判别方法和系统

Cited By (2)

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CN114200348B (zh) * 2021-12-06 2023-07-04 云南电网有限责任公司保山供电局 一种稳控装置线路跳闸判别方法和系统

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