JPH0783611B2 - Power converter control device - Google Patents
Power converter control deviceInfo
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- JPH0783611B2 JPH0783611B2 JP1146882A JP14688289A JPH0783611B2 JP H0783611 B2 JPH0783611 B2 JP H0783611B2 JP 1146882 A JP1146882 A JP 1146882A JP 14688289 A JP14688289 A JP 14688289A JP H0783611 B2 JPH0783611 B2 JP H0783611B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は交流電動機等に可変電圧可変周波数の交流電力
を供給する電力変換装置の制御装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial field of application) The present invention relates to a control device for a power converter that supplies AC power of variable voltage and variable frequency to an AC motor or the like.
(従来の技術) 大容量の交流電動機(誘導電動機、同期電動機あるいは
リニアモータ等)に可変電圧可変周波数の交流電力を供
給する電力変換装置としてGTO(ゲートターンオフサイ
リスタ)等の自己消孤素子を用いた電圧形パルス幅変調
制御インバータ(PWMインバータと称す)が実用に供す
るようになってきた。(Prior Art) A self-extinguishing element such as a GTO (gate turn-off thyristor) is used as a power converter that supplies variable-voltage variable-frequency AC power to a large-capacity AC motor (induction motor, synchronous motor, or linear motor). The previously used voltage-type pulse-width modulation control inverter (called PWM inverter) has come into practical use.
第6図は出力トランスを持つ多重PWMインバータと出力
トランスなしのPWMインバータ(直結PWMインバータ)と
を組合せた電力変換装置を示す。Fig. 6 shows a power conversion device that combines a multiple PWM inverter with an output transformer and a PWM inverter without output transformer (directly connected PWM inverter).
図中、Vdは直流電圧源、INV-1〜INV-4は多重PWMインバ
ータ、INV-5は直結PWMインバータ、TR1〜TR4は出力トラ
ンス、LOADは交流負荷(U相)である。In the figure, Vd is a DC voltage source, INV-1 to INV-4 are multiple PWM inverters, INV-5 is a direct PWM inverter, TR 1 to TR 4 are output transformers, and LOAD is an AC load (U phase).
第7図は第6図のPWMインバータINV-1の具体的な構成を
示すもので、INV-1は、自己消弧素子S11〜S14とフリー
ホイーリングダイオードD11〜D14で構成されている。FIG. 7 shows a concrete structure of the PWM inverter INV-1 shown in FIG. 6, which is composed of self-extinguishing elements S 11 to S 14 and free wheeling diodes D 11 to D 14. ing.
第8図は第7図のインバータのPWM制御動作を説明する
ためのタイムチャート図である。FIG. 8 is a time chart diagram for explaining the PWM control operation of the inverter of FIG.
X1,Y1はPWM制御の搬送波信号で、Y1はX1の反転値(あ
るいは位相が180°ずれた信号)となっている。制御入
力信号e1とX1を比較し、インバータINV-1の素子S11とS
12のゲート信号g1を作っている。すなわち、 e1X1のときg1=1でS11:オン,S12:オフ e1<X1のときg1=0でS11:オフ,S12:オン となる。又、e1とY1を比較し素子S13とS14のゲート信号
g1′を作っている。すなわち、 e1Y1のときg1′=1でS13:オフ,S14:オン e1<Y1のときg1′=0でS13:オン,S14:オフ となる。X 1 and Y 1 are PWM-controlled carrier signals, and Y 1 is the inverted value of X 1 (or a signal with a 180 ° phase shift). Control input signals e 1 and X 1 are compared, and elements S 11 and S of inverter INV-1 are compared.
Producing 12 gate signals g 1 . That, e 1 X 1 when g 1 = 1 at S 11: ON, S 12: Off e 1 <in g 1 = 0 when X 1 S 11: Off, S 12: turned on. Also, compare e 1 and Y 1 to compare the gate signals of elements S 13 and S 14 .
making g 1 ′. That, e 1 Y 1 when g 1 '= 1 at S 13: Off, S 14: On e 1 <g 1 when Y 1' in = 0 S 13: ON, S 14: turned off.
インバータINV-1の出力電圧V1はトランスTR1の1次/2次
巻数比を1とした場合、 S11とS14がオンのとき V1=+Vd S12とS13がオンのとき V1=−Vd その他のモードのとき V1=0 となり、第8図の最下段の波形が得られる。その平均値
1(破線で示す)は前述の制御入力信号e1に比例した
値となる。If the output voltage V 1 of the inverter INV-1 is taken as 1 the primary / secondary turns ratio of the transformer TR 1, when S 11 and S 14 are V 1 = + Vd S 12 and S 13 when on is on V 1 = -Vd V 1 = 0 next time the other modes, the lowermost waveform of Figure 8 is obtained. The average value
1 (indicated by a broken line) has a value proportional to the above-mentioned control input signal e 1 .
このように、インバータINV-1の出力電圧V1は、PWM制御
の搬送波周波数の2倍の周波数で制御されることにな
る。In this way, the output voltage V 1 of the inverter INV-1 is controlled at a frequency twice the carrier frequency of PWM control.
他の3台のPWMインバータINV-2〜INV-4も同様に制御さ
れるが、各々の搬送信号X2〜X4は、電気角で45°ずつ位
相をずらしたものが用いられる(Y2〜Y4は各々X2〜X4の
反転値となる)。この結果、出力トランスTR1〜TR4を介
して発生する電圧の和V1+V2+V3+V4は、多重化された
電圧となり、PWM制御の搬送波周波数fcに対し、8・fc
で制御された電圧波形となる。従って、出力電圧V1+V2
+V3+V4には、PWM制御に伴う低次の高調波成分は打ち
消され、高次の高調波だけが表われる。この高次の高調
波成分は、リアクトル等のフィルタで容易に除去するこ
とが可能である。The other three PWM inverters INV-2 to INV-4 are also controlled in the same manner, but the carrier signals X 2 to X 4 are used by shifting the phase by 45 ° in terms of electrical angle (Y 2 ~ Y 4 is the inverted value of X 2 ~ X 4 , respectively). As a result, the output transformer TR 1 voltage sum V 1 + V 2 + V 3 + V 4 that occur through to Tr 4 becomes a multiplexed voltage, with respect to the carrier frequency fc of the PWM control, 8 · fc
The voltage waveform is controlled by. Therefore, the output voltage V 1 + V 2
At + V 3 + V 4 , low-order harmonic components due to PWM control are canceled out, and only high-order harmonics appear. This higher order harmonic component can be easily removed by a filter such as a reactor.
一方、直結インバータINV-5は、第9図のような構成と
なっている。3相グレーツ結線のU相分を示すもので、
自己消弧素子S51,S52とフリーホイーリングダイオード
D51,D52で構成されている。負荷の中性線は、直流電圧
Vdの中間線に接続される。On the other hand, the direct connection inverter INV-5 has a structure as shown in FIG. It shows the U-phase component of the 3-phase GREATS connection.
Self-extinguishing elements S 51 and S 52 and freewheeling diode
It is composed of D 51, D 52. The neutral line of the load is a DC voltage
Connected to the middle line of Vd.
第10図はインバータINV-5のPWM制御動作を説明するため
のタイムチャート図である。搬送波信号X5と制御入力信
号e5を比較し、上記素子S51とS52のゲート信号g5を作っ
ている。すなわち、 e5X5のときg5=1でS11:オン,S52:オフ e5<X5のときg5=−1でS51:オフ,S52:オン となる。FIG. 10 is a time chart diagram for explaining the PWM control operation of the inverter INV-5. The carrier signal X 5 and the control input signal e 5 are compared to generate the gate signal g 5 of the elements S 51 and S 52 . That, g 5 = 1 at S 11 when the e 5 X 5: ON, S 52: Off e 5 <S in g 5 = -1 when X 5 51: OFF, S 52: turned on.
インバータINV-5の出力電圧V5は S51がオンのとき V5=+(Vd/2) S52がオンのとき V5=−(Vd/2) となる。その平均値5は制御入力信号e5に比例した値
となる。このようにインバータINV-5の出力電圧V5は、P
WM制御の搬送波周波数で制御されることになる。V 5 = when V 5 = + (Vd / 2 ) S 52 when the output voltage V 5 is S 51 of the inverter INV-5 is on the on - a (Vd / 2). The average value 5 is a value proportional to the control input signal e 5 . Thus, the output voltage V 5 of the inverter INV- 5 is
It will be controlled by the carrier frequency of WM control.
第6図の電力変換装置は、交流負荷に対し、可変電圧可
変周波数の電力を供給する用途に採用される。The power converter shown in FIG. 6 is used for supplying electric power of variable voltage and variable frequency to an AC load.
出力周波数が零あるいは非常に低いときにはネ出力トラ
ンスを介して電圧を発生させるのは難しい。従って、当
該トランスが稼働できる最小周波数fminまでは最下段の
直結インバータINV-5から電圧V5を発生させ、出力周波
数f0がf0>fminの領域で多重インバータINV-1〜INV-4を
動作させる。このとき出力トランスTR1〜TP4の鉄心が飽
和しないように電圧/周波数の比がほぼ一定になるよう
に出力電圧V1〜V4を制御する。When the output frequency is zero or very low, it is difficult to generate a voltage via the output transformer. Therefore, the voltage V 5 is generated from the direct-coupled inverter INV-5 at the lowest stage up to the minimum frequency f min at which the transformer can operate, and the multiple inverters INV-1 to INV- are provided in the region where the output frequency f 0 is f 0 > f min. Operate 4. At this time, the output voltages V 1 to V 4 are controlled so that the voltage / frequency ratio is almost constant so that the iron cores of the output transformers TR 1 to TP 4 are not saturated.
負荷Uには、電圧VU=V1+V2+V3+V4+V5が印加され
る。負荷がさらに高電圧を必要とする場合には、多重PW
Mインバータの直列段数を増加させればよく、電力変換
器の高圧大容量化が容易に図れる利点を有する。A voltage V U = V 1 + V 2 + V 3 + V 4 + V 5 is applied to the load U. Multiple PW if the load requires higher voltage
It is only necessary to increase the number of serial stages of the M inverter, which has the advantage that the high voltage and capacity of the power converter can be easily increased.
(発明が解決しようとする課題) 上記従来の電力変換装置は、次のような問題点がある。(Problems to be Solved by the Invention) The conventional power conversion device described above has the following problems.
すなわち、多重PWMインバータから発生する出力電圧V1
+V2+V3+V4は、歪みの少ない正弦波電圧とすることが
できるが、直結インバータは多重化してPWM制御するこ
とができないため、その出力電圧V5の波形歪みが大きく
なる欠点がある。特に、出力周波数f0が低い領域では、
直結インバータだけで運転するため、交流負荷LOADに供
給される電流は脈動分を多く含むようになり、電動機負
荷の場合、トルク脈動の原因にもなっている。That is, the output voltage V 1 generated from the multiple PWM inverter
+ V 2 + V 3 + V 4 can be a sine wave voltage with little distortion, but since the direct-coupled inverter cannot be multiplexed for PWM control, there is a drawback that the waveform distortion of its output voltage V 5 becomes large. Especially in the region where the output frequency f 0 is low,
Since the inverter is operated only by the direct-coupled inverter, the current supplied to the AC load LOAD contains a large amount of pulsation, which causes torque pulsation in the case of a motor load.
直結インバータINV-5の搬送波周波数を多重インバータI
NV-1〜INV-4の搬送波周波数の8倍程度まで高められれ
ば、上記電圧歪みも小さくなり、全体としてつり合いの
とれた電流変換装置とすることができる。しかし、現在
の代表的な自己消弧素子であるGTO(ゲートターンオフ
サイリスタ)のスイッチング周波数は高々500Hz程度が
限界であり、上記直結インバータINV-5の搬送波周波数
だけ高くするのは無理がある。Directly connected inverter INV-5 carrier frequency multiplex inverter I
If the carrier frequency of NV-1 to INV-4 is increased to about 8 times, the voltage distortion is also reduced, and a balanced current conversion device can be obtained as a whole. However, the switching frequency of GTO (gate turn-off thyristor), which is a typical current self-extinguishing element, is limited to about 500 Hz at most, and it is impossible to increase the carrier frequency of the direct-connection inverter INV-5.
また、電力変換装置が高電圧大容量になるに従い。イン
バータを構成する素子の直列接続が必須のものとなり、
スイッチング損失やスナバ回路損失の低減を図るために
も搬送波周波数はできるだけ低くして運転することが望
ましい。Also, as the power converter becomes higher in voltage and capacity. Series connection of the elements that make up the inverter becomes essential,
In order to reduce switching loss and snubber circuit loss, it is desirable to operate with the carrier frequency as low as possible.
本発明は以上の問題点に鑑みてなされたもので、直結イ
ンバータの搬送周波数を高めることなく、出力周波数の
高低にかかわらず、常に歪みの少ない正弦波電流を交流
負荷に供給できる電力変換装置の制御装置を提供するこ
とを目的とする。The present invention has been made in view of the above problems, and a power conversion device that can always supply a sine wave current with less distortion to an AC load regardless of whether the output frequency is high or low without increasing the carrier frequency of the direct connection inverter. An object is to provide a control device.
(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、交流負荷に対し
出力トランスを持つ多重PWMインバータの出力電圧と、
出力トランスなしの直結PWMインバータの出力電圧との
和を供給する電力変換装置において、前記多重PWMイン
バータは、前記出力トランスの1次電流の指令値と、そ
の検出値との偏差信号或いは前記出力トランスの励磁電
流の指令値と、その検出値との偏差信号が印加される電
流制御補償回路と、 該電流制御回路の出力信号と、出力周波数に比例した信
号の加算値を制御入力信号とし該制御入力信号と搬送波
を比較しゲート信号を出力する多重PWMインバータ側のP
WM制御回路と、 前記直結PWMインバータは、負荷電流指令値と、その検
出値との偏差信号が印加される直結PWMインバータ側の
電流制御補償回路と、 少くとも当該直結PWMインバータ側の電流制御補償回路
の出力信号を制御入力信号とし、該制御入力信号と直結
PWMインバータ側の搬送波を比較しゲート信号を出力す
る直結PWMインバータ側のPWM制御回路と、 前記直結PWMインバータが発生する出力電圧の脈動分
を、直結PWMインバータ側の制御入力信号と、直結PWMイ
ンバータ側のPWM制御回路の出力ゲート信号から演算に
よって求める手段を具備し、 演算によって算出された前記出力電圧の脈動分を、多重
PWMインバータ側の制御入力信号に加算し、直結PWMイン
バータが発生する出力電圧の脈動分を多重PWMインバー
タ側で打消すようにしたことを特徴とする。(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention provides an output voltage of a multiple PWM inverter having an output transformer for an AC load,
In a power converter that supplies the sum of the output voltage of a direct-coupled PWM inverter without an output transformer, the multiplex PWM inverter is a deviation signal between a command value of the primary current of the output transformer and its detection value, or the output transformer. Current control compensating circuit to which a deviation signal between the command value of the exciting current and its detection value is applied, the output signal of the current control circuit, and the addition value of the signal proportional to the output frequency as the control input signal. P on the multiple PWM inverter side that compares the input signal with the carrier wave and outputs the gate signal
The WM control circuit and the direct connection PWM inverter have a current control compensation circuit on the direct connection PWM inverter side to which a deviation signal between the load current command value and the detected value is applied, and at least a current control compensation on the direct connection PWM inverter side. The output signal of the circuit is used as the control input signal and is directly connected to the control input signal.
PWM control circuit on the direct PWM inverter side that compares the carrier wave on the PWM inverter side and outputs a gate signal, and the pulsating component of the output voltage generated by the direct PWM inverter, the control input signal on the direct PWM inverter side, and the direct PWM inverter It is equipped with means for calculating from the output gate signal of the PWM control circuit on the side, and the pulsating component of the output voltage calculated by the calculation is multiplexed.
It is characterized in that it is added to the control input signal on the side of the PWM inverter so that the pulsating component of the output voltage generated by the direct PWM inverter is canceled on the side of the multiple PWM inverter.
(作用) すなわち、直結インバータのPWM制御入力信号eiと搬送
波信号Xとを比較し、ゲート信号gを得た場合、当該ゲ
ート信号g(“1"又は“−1"の値をとる)に搬送波信号
Xの波高値Emaxを乗じ、さらに上記入力信号eiを減算す
ることにより、直結インバータが発生する電圧の脈動分
(高調波成分)を求め、当該高調波成分の反転値を前記
多重PWMインバータから発生するように補償制御してい
る。(Operation) That is, when the PWM control input signal e i of the direct connection inverter is compared with the carrier wave signal X and the gate signal g is obtained, the gate signal g (takes a value of “1” or “−1”) is obtained. By multiplying the peak value E max of the carrier signal X and further subtracting the input signal e i , the pulsating component (harmonic component) of the voltage generated by the direct connection inverter is obtained, and the inverted value of the harmonic component is multiplexed. Compensation control is performed so that it is generated from the PWM inverter.
この結果、多重PWMインバータは出力周波数の高低にか
かわらず、常に動作するようになり、出力周波数に比例
した基本波電圧に重畳して、上記直結インバータが発生
する高調波成分の反転値を出力するようになる。故に、
直結インバータのPWM制御に伴う出力電圧の脈動は打ち
消され、歪みのない正弦波電流を交流負荷に供給するこ
とができるようになる。As a result, the multiplex PWM inverter will always operate regardless of whether the output frequency is high or low, and it will be superimposed on the fundamental wave voltage that is proportional to the output frequency, and the inverted value of the harmonic component generated by the direct connection inverter will be output. Like Therefore,
The pulsation of the output voltage due to the PWM control of the direct connection inverter is canceled, and it becomes possible to supply a sinusoidal current without distortion to the AC load.
以上のように本発明の電力変換装置の制御装置によれ
ば、直結インバータの搬送波周波数を高くすることな
く、交流負荷に歪みのない正弦波電流を供給することが
できる。さらに、直結インバータの搬送波周波数を低く
しても同様の効果が得られ、スイッチング損失やスナバ
回路損失の低減を図ることが可能となる。As described above, according to the control device for a power conversion device of the present invention, a sinusoidal current without distortion can be supplied to an AC load without increasing the carrier frequency of the direct connection inverter. Further, even if the carrier frequency of the direct connection inverter is lowered, the same effect can be obtained, and the switching loss and the snubber circuit loss can be reduced.
(実施例) 第1図は、本発明の電力変換装置の制御回路の実施例を
示す構成図である。電力変換装置本体は第6図を参照す
る。(Embodiment) FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a control circuit of a power converter according to the present invention. Refer to FIG. 6 for the main body of the power converter.
第1図において、A1〜A8は加算器、C1〜C5は比較器、G1
〜G4及びGLは電流制御補償回路、PWM1〜PWM5はパルス幅
変調制御回路、TRG1,TRG2は搬送波発生器、Kn1,Kn2及
びKHは比例増幅器である。なお、第6図のCT1〜CT5は電
流検出器である。以下、第1図と第6図を参照しながら
本発明装置の制御動作を説明する。In FIG. 1, A 1 to A 8 are adders, C 1 to C 5 are comparators, and G 1 is
~ G 4 and G L are current control compensation circuits, PWM 1 to PWM 5 are pulse width modulation control circuits, TRG 1 and TRG 2 are carrier wave generators, and Kn 1 , Kn 2 and K H are proportional amplifiers. Note that CT 1 to CT 5 in FIG. 6 are current detectors. The control operation of the device of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 6.
負荷電流IUは直結インバータINV-5によって制御され
る。The load current I U is controlled by the direct connection inverter INV-5.
すなわち、電流検出器CT5によって負荷電流IUを検出し
比較器C5に入力する。比較器C5では負荷電流指令値▲I
* U▼と上記検出値IUを比較し、その偏差εU=▲I* U▼
−IUを求める。当該偏差εUは、次の電流制御補償回路
GLにより増幅され、加算器ASを介して、直結インバータ
INV-5のパルス幅変調制御回路PWM5に入力信号e5を与え
る。直結インバータINV-5は、当該入力信号e5に比例し
た電圧 を発生することは前述の通りである。That is, the input to the comparator C 5 detects the load current I U by the current detector CT 5. With the comparator C 5 , the load current command value ▲ I
* U ▼ is compared with the above detection value I U , and the deviation ε U = ▲ I * U ▼
− Calculate I U. The deviation ε U is calculated by the following current control compensation circuit
Amplified by G L and connected directly via adder A S
The input signal e 5 is given to the pulse width modulation control circuit PWM 5 of INV-5. Directly connected inverter INV-5 has a voltage proportional to the input signal e 5. Is generated as described above.
▲I* U▼>IUの場合、偏差εUは正の値となり、直結イ
ンバータINV-5の出力電圧V5を増加させ負荷電流IUを増
やしIU≒▲I* U▼となるように制御される。逆に▲I* U
▼<IUとなった場合、偏差εUは負の値となり、出力電
圧V5を減らし負荷電流IUを減少させる。故に、やはりIU
≒▲I* U▼となって落ち着く。電流指令値IUを正弦波状
に変化させれば、実電流IUもそれに追従して正弦波に制
御される。▲ For I * U ▼> I U, the deviation epsilon U becomes a positive value, direct inverter INV-5 increases the output voltage V 5 of the load current I U Increase I U ≒ ▲ I * U ▼ become so Controlled by. Conversely, ▲ I * U
When ▼ <I U , the deviation ε U becomes a negative value, and the output voltage V 5 is reduced and the load current I U is reduced. Therefore, I U
≒ ▲ I * U ▼ becomes calm. If the current command value I U is changed in a sine wave shape, the actual current I U is also controlled to follow the sine wave.
直結インバータINV-5は基本的に負荷の抵抗KLによる電
圧降下分の電圧RL・IUを発生させる。故に、加算器ASに
は電流指令値▲I* U▼に負荷抵抗RLを乗じた信号が加え
られる。PWM5の入力信号e5は次式で表わされる。The direct-coupled inverter INV-5 basically generates the voltage R L · I U corresponding to the voltage drop due to the load resistance K L. Therefore, a signal obtained by multiplying the current command value ▲ I * U ▼ by the load resistance RL is added to the adder A S. The input signal e 5 of PWM 5 is expressed by the following equation.
e5=RL・▲I* U▼+εU・GL ……(1) すなわち、直結インバータINV-5は、負荷抵抗による電
圧降下分を常に発生し、それに加えて電流偏差εUに応
じた電圧を発生して負荷電流を制御している。抵抗分に
よる電圧降下は、出力周波数f0に依存しないので、f0=
0のとき、出力トランスを持つ多重インバータINV-1〜I
NV-4からは電圧を発生できず、直結インバータから供給
することが必要となる。e 5 = R L · ▲ I * U ▼ + ε U · GL (1) That is, the direct-coupled inverter INV-5 always generates a voltage drop due to the load resistance, and in addition to it, it depends on the current deviation ε U. Voltage is generated to control the load current. Since the voltage drop due to the resistance does not depend on the output frequency f 0 , f 0 =
When it is 0, multiple inverters INV-1 ~ I with output transformers
No voltage can be generated from NV-4, and it is necessary to supply it from a direct-connected inverter.
多重PWMインバータINV-1〜INV-4は、出力周波数f0に比
例した電圧を発生させる。The multiple PWM inverters INV-1 to INV-4 generate a voltage proportional to the output frequency f 0 .
すなわち、電動機負荷の場合、逆起電力VCUの電圧と負
荷側のインダクタンスLLによる電圧降下分jωLL・IUの
和を供給する。That is, in the case of a motor load, the sum of the voltage of the counter electromotive force V CU and the voltage drop jωL L · I U due to the load-side inductance L L is supplied.
第1図において、逆起電力補償値▲V* CU▼と負荷電流指
令値▲I* U▼によって求めた補償信号▲V* CU▼+jωLL
・▲I* U▼を比例増幅器KN1,加算器A6及び加算器A2を
介してインバータINV-1のPWM制御回路PWM1の入力信号e1
を与える。同様にPWM2〜PWM4の入力信号e2〜e4も与えら
れる。説明の便宜上、仮に他の信号を零として考える
と、 e1=e2=e3=e4 =(▲V* CU▼+jωLL・▲I* U▼)/n ……(2) ω=2π・f0,n=4 となる。nは多重インバータを構成するインバータの段
数で、この場合は4段となる。In FIG. 1, the compensation signal ▲ V * CU ▼ + jωL L obtained by the counter electromotive force compensation value ▲ V * CU ▼ and the load current command value ▲ I * U ▼
・ ▲ I * U ▼ is input via the proportional amplifier K N1 , the adder A 6 and the adder A 2 to the input signal e 1 of the PWM control circuit PWM 1 of the inverter INV- 1
give. Similarly, the input signals e 2 to e 4 of PWM 2 to PWM 4 are also given. For convenience of explanation, assuming that other signals are zero, e 1 = e 2 = e 3 = e 4 = (▲ V * CU ▼ + jωL L・ ▲ I * U ▼) / n (2) ω = 2π · f 0 , n = 4. n is the number of stages of the inverters forming the multiple inverter, and in this case, there are four stages.
この結果、多重インバータの出力電圧V1+V2+V3+V4は
上記入力信号e1〜e4の和に比例した電圧となり、▲V* CU
▼+jωLL▲I* U▼)に比例した電圧を発生するように
なる。逆起電力▲V* CU▼は出力周波数f0に比例した値と
なり、また第2項jωLL▲I* U▼もf0に比例している。
従って多重インバータの出力電圧V1+V2+V3+V4は出力
周波数f0に比例した値となり、出力トランスTR1〜TR4の
励磁電流IOU1〜IOU4の実効値はほぼ一定値となる。As a result, the output voltage V 1 + V 2 + V 3 + V 4 of the multiple inverter becomes a voltage proportional to the sum of the above input signals e 1 to e 4 , and ▲ V * CU
A voltage proportional to ▼ + jωL L ▲ I * U ▼) is generated. The back electromotive force ▲ V * CU ▼ has a value proportional to the output frequency f 0 , and the second term jωL L ▲ I * U ▼ is also proportional to f 0 .
Therefore, the output voltage V 1 + V 2 + V 3 + V 4 of the multiplex inverter becomes a value proportional to the output frequency f 0 , and the effective values of the exciting currents I OU1 to I OU4 of the output transformers TR 1 to TR 4 are almost constant.
しかし実際には、制御回路のドリフトや素子のスイッチ
ング特性のアンバランス等により、若干の直流バイアス
等が出力トランスに印加される可能性がある。直流電圧
のバイアスがトランスに印加された場合、徐々にトラン
スが偏磁し、最終的には鉄心が飽和して過大な励磁電流
がトランスに流れるようになり、トランスを焼損するだ
けでなく、インバータを構成する素子が過電流によって
破壊することもある。However, in actuality, a slight DC bias or the like may be applied to the output transformer due to the drift of the control circuit or the imbalance of the switching characteristics of the elements. When a bias of DC voltage is applied to the transformer, the transformer is gradually demagnetized, and eventually the iron core is saturated and an excessive exciting current flows to the transformer, which not only burns the transformer but also the inverter. In some cases, the element that constitutes the element is destroyed by an overcurrent.
そこで、第1図の実施例では、多重PWMインバータを構
成する4台のインバータINV-1〜INV-4は各々の出力トラ
ンスの1次電流IU1〜IU4を制御している。インバータIN
V-1について当該1次電流IU1の制御動作を説明すると次
のようになる。Therefore, in the embodiment shown in FIG. 1, the four inverters INV-1 to INV-4 constituting the multiple PWM inverter control the primary currents I U1 to I U4 of the respective output transformers. Inverter IN
The control operation of the primary current I U1 for V-1 will be described below.
まず、電流検出器CT1によりトランスTR1の1次電流IU1
を検出し、比較器C1に入力する。比較器C1では、1次電
流指令値▲I* U1▼と上記電流検出値IU1を比較し偏差ε
1=▲I* U1▼−IU1を求める。当該偏差ε1は次の電流
制御補償回路G1によって増幅され、加算器A2を介してPW
M制御回路PWM1に入力信号e1を与える。故に(2)式のe
1は次式のように書き換えられる。First, the primary current I U1 of the transformer TR 1 is detected by the current detector CT 1.
Is detected and input to the comparator C 1 . In the comparator C 1 , the primary current command value ▲ I * U1 ▼ is compared with the current detection value I U1 and the deviation ε
1 = ▲ I * U1 ▼ -I U1 is calculated. The deviation ε 1 is amplified by the following current control compensation circuit G 1 and is added to PW via the adder A 2.
Input signal e 1 to M control circuit PWM 1 . Therefore, e in equation (2)
1 can be rewritten as
e1=(▲V* CU▼+jωLL・▲I* U▼)/4+ε1・ε1 ……(3) 上記1次電流の指令値▲I* U1▼は、負荷電流の指令値▲
I* U▼とトランスTR1の励磁電流IOU1の指令値▲I* OU▼
1の和で与えられる。4台のトランスの容量、定格が同
一とすると、▲I* OU1▼=▲I* OU2▼=▲I* OU3▼=▲I*
OU4▼=▲I* OU▼となる。故に ▲I* U1▼=▲I* U▼+▲I* OU▼ =▲I* U2▼=▲I* U3▼=▲I* U4▼ ……(4) で与えられる。e 1 = (▲ V * CU ▼ + jωL L・ ▲ I * U ▼) / 4 + ε 1・ ε 1 …… (3) Command value of primary current ▲ I * U1 ▼ is command value of load current ▲
I * U ▼ and transformer TR 1 excitation current I OU1 command value ▲ I * OU ▼
It is given as the sum of 1 . If four transformers have the same capacity and rating, ▲ I * OU1 ▼ = ▲ I * OU2 ▼ = ▲ I * OU3 ▼ = ▲ I *
OU4 ▼ = ▲ I * OU ▼. Therefore, ▲ I * U1 ▼ = ▲ I * U ▼ + ▲ I * OU ▼ == I * U2 ▼ = ▲ I * U3 ▼ = ▲ I * U4 ▼ ………… (4).
▲I* U1▼>IU1となった場合、偏差ε1は正の値とな
り、(3)式の入力信号e1を増加させ、1次電流IU1を
増やし、IU1≒▲I* U1▼となるように制御する。このと
き負荷電流IUは直結インバータINV-5によってIU≒▲I*
U▼に制御されているので、結果的にトランスTR1の励磁
電流IOU1が前述の指令値▲I* OU▼に一致するように制御
される。When ▲ I * U1 ▼> I U1 , the deviation ε 1 has a positive value, the input signal e 1 of the equation (3) is increased, the primary current I U1 is increased, and I U1 ≈ ▲ I * U1 Control so that it becomes ▼. At this time, the load current I U is I U ≈ ▲ I * by the direct connection inverter INV-5
Since it is controlled to U ▼, as a result, the exciting current I OU1 of the transformer TR 1 is controlled to match the above-mentioned command value ▲ I * OU ▼.
逆に▲I* U1▼<IU1となった場合、偏差ε1は負の値と
なり入力信号e1、すなわちインバータINV-1の出力電圧
を減少させてやはり、IU1≒▲I* U1▼となるように制御
する。On the contrary, when ▲ I * U1 ▼ <I U1 , the deviation ε 1 becomes a negative value and the input signal e 1 , that is, the output voltage of the inverter INV-1 is decreased, and I U1 ≈ ▲ I * U1 ▼ again. Control so that.
このようにしてトランスTR1の1次電流IU1は指令値▲I*
U1▼に一致するように制御され、結果的にトランスTR1
の励磁電流IOU1も前記指令値▲I* OU▼に一致するように
なる。素子のアンバランス等により直流バイアスがトラ
ンスTR1に印加された場合でも励磁電流IOU1≒▲I* OU▼
となり、当該直流バイアスを最終的にキャンセルするよ
うに制御系が動作する。In this way, the primary current I U1 of the transformer TR 1 is the command value ▲ I *
Controlled to match U1 ▼, resulting in transformer TR 1
Also, the exciting current I OU1 of becomes to match the command value ▲ I * OU ▼. Excitation current I OU1 ≈ ▲ I * OU ▼ even when a DC bias is applied to transformer TR 1 due to element imbalance, etc.
Therefore, the control system operates so as to finally cancel the DC bias.
他のインバータINV-2〜INV-4も同様に制御される。The other inverters INV-2 to INV-4 are controlled similarly.
多重PWMインバータは前述のように基本的には、逆起電
力VCUと負荷側のインダクタンスLLによる電圧降下分j
ωLLIUの和電圧を発生させる必要がある。故に、トラン
スTR1〜TR4の励磁電流IOU1〜IOU4もそれに見合った値に
調整する必要がある。各トランスの定格出力時の相互イ
ンダクタンスをMとした場合、加算器A1に入力される励
磁電流の指令値▲I* OU▼は、次式のように与えられる。As described above, the multiple PWM inverter is basically a voltage drop j due to the back electromotive force V CU and the load side inductance L L.
It is necessary to generate the sum voltage of ω L L I U. Therefore, it is necessary to adjust the exciting currents I OU1 to I OU4 of the transformers TR 1 to TR 4 to a value corresponding to it. When the mutual inductance at the rated output of each transformer is M, the command value ▲ I * OU ▼ of the exciting current input to the adder A 1 is given by the following equation.
このようにして出力トランスTR1〜TR4が偏磁することな
く、負荷電流IUを指令値▲I* U▼に一致させるように制
御することができる。 In this way, it is possible to control the load current I U so as to match the command value ▲ I * U ▼ without the output transformers TR 1 to TR 4 being biased.
しかし、このままでは従来問題となっていた直結インバ
ータのPWM制御に伴う負荷電流IUの脈動は小さくならな
い。However, as it is, the pulsation of the load current I U associated with the PWM control of the direct-coupled inverter, which has been a problem in the past, cannot be reduced.
そこで、第1図の実施例では、直結インバータのPWM制
御入力信号e5とPWM制御回路PWM5の出力信号g5から、イ
ンバータINV-5が発生する電圧V5の脈動分ΔV5を予測演
算し、その反転値−ΔV5を多重PWMインバータから発生
させるように制御している。Therefore, in the embodiment of FIG. 1, the pulsating component ΔV 5 of the voltage V 5 generated by the inverter INV-5 is predicted and calculated from the PWM control input signal e 5 of the direct connection inverter and the output signal g 5 of the PWM control circuit PWM 5. Then, the inverted value −ΔV 5 is controlled to be generated from the multiple PWM inverter.
第10図のPWM制御動作説明図を用いて説明する。This will be described with reference to the PWM control operation explanatory diagram of FIG.
PWM制御の搬送波信号X5と入力信号e5を比較しゲート信
号g5を作る。The gate signal g 5 is generated by comparing the carrier wave signal X 5 of PWM control with the input signal e 5 .
e5X5のとき g5=+1 e5<X5のとき g5=−1 となる。ゲート信号g5=+1のとき素子S51がオンで、S
52がオフとなり、V5=+(Vd/2)となる。又、ゲート信
号g5=−1のとき素子S51がオフで、S52がオンとなり、
V5=−(Vd/2)となる。この結果、破線で示した5は
入力信号e5に比例した値となる。直結インバータINV-5
が発生する電圧V5の脈動分は、ΔV5=V5−5となる。
これをPWM制御の入力信号e5のレベルに置き換えると次
のようになる。When e 5 X 5 , g 5 = + 1, and when e 5 <X 5 , g 5 = −1. When the gate signal g 5 = + 1, the element S 51 is on and S
52 is turned off and V 5 = + (Vd / 2). When the gate signal g 5 = -1, the element S 51 is off and S 52 is on,
V 5 =-(Vd / 2). As a result, 5 shown by the broken line has a value proportional to the input signal e 5 . Direct drive inverter INV-5
There ripple component of the voltage V 5 that occurs, [Delta] V 5 = V 5 - a 5.
Replacing this with the level of the PWM control input signal e 5 gives the following.
搬送波信号X1〜X5の波高値をEmaxとすると、上記ゲート
信号g5を比例増幅器KHによってEmax倍とする。するとKH
の出力g5・Emaxは出力電圧V5に比例した電圧となり、そ
の値から5に比例した入力信号e5を減算すると、 Δe5=g5・Emax−e5∝ΔV5 ……(6) が得られる。加算器A7の出力は、(6)式の反転値とな
り、比例増幅器KN2によって(1/2n)倍して補償制御信
号▲H* OU▼を求める。When the peak values of the carrier signals X 1 to X 5 are E max , the gate signal g 5 is multiplied by E max by the proportional amplifier K H. Then K H
Output g 5 · E max of becomes a voltage proportional to the output voltage V 5, Subtracting input signal e 5 in proportion to 5 from that value, Δe 5 = g 5 · E max -e 5 αΔV 5 ...... ( 6) is obtained. The output of the adder A 7 becomes the inverted value of the expression (6), and is multiplied by (1 / 2n) by the proportional amplifier K N2 to obtain the compensation control signal ▲ H * OU ▼.
▲H* OU▼=−(g5・Emax−e5)/(2n) ……(7) 加算器A6と加算器A2〜A5を介して多重インバータのPWM
制御入力回路e1〜e4に上記補償制御信号▲H* OU▼を加え
ると、(7)式の▲H* OU▼に比例した電圧をインバータ
INV-1〜INV-4が発生するようになる。ここで、説明の便
宜上、他の信号を零と仮定して説明する。▲ H * OU ▼ = − (g 5 · E max −e 5 ) / (2n) …… (7) Adder A 6 and adder A 2 to A 5
When the compensation control signal ▲ H * OU ▼ is added to the control input circuits e 1 to e 4 , a voltage proportional to ▲ H * OU ▼ in equation (7) is applied to the inverter.
INV-1 to INV-4 will be generated. Here, for convenience of explanation, it is assumed that other signals are zero.
第2図にe1=e2=e3=e4=▲H* OU▼とした場合の多重PW
Mインバータの動作説明図を示す。In Fig. 2 , multiple PW when e 1 = e 2 = e 3 = e 4 = ▲ H * OU ▼
The operation explanatory view of the M inverter is shown.
X1〜X4及びY1〜Y4はインバータINV-1〜INV-4のPWM制御
の搬送波信号を表わす。Y1〜Y4は各々X1〜X4の反転値
(180°位相がずれた信号)でX1,X2,X3,X4はそれぞ
れ電気角45°ずつ位相がずれている。X 1 to X 4 and Y 1 to Y 4 represent PWM controlled carrier signals of the inverters INV- 1 to INV-4. Y 1 to Y 4 are each X 1 to X X 1 in the inverted value (180 ° signal phase-shifted) of 4, X 2, X 3, X 4 phase respectively by an electrical angle of 45 ° is shifted.
インバータINV-1の主回路構成は前述したように第7図
のようになっている。The main circuit configuration of the inverter INV-1 is as shown in FIG. 7 as described above.
入力制御信号▲H* OU▼と搬送波(三角波)X1を比較しゲ
ート信号g1を作り、インバータINV-1の素子S11とS12を
点弧制御する。すなわち、 ▲H* OU▼X1のとき g1=“1"で、S11:on,S12:Off ▲H* OU▼<X1のとき g1=“0"で、S11:off,S12:on となる。また、▲H* OU▼とY1を比較しゲート信号g1′を
作り素子S13とS14を点弧制御する。すなわち、 ▲H* OU▼Y1のとき g1′=“1"で、S13:off,S14:on ▲H* OU▼<Y1のとき g1′=“0"で、S13:on,S14:off となる。この結果、インバータINV-1の出力電圧V1は、S
11とS14がオンときV1=+Vd、S12とS13がオンのときV1
=−Vd、他のモードではV1=0となって第2図に示すよ
うな波形となる。The input control signal ▲ H * OU ▼ is compared with the carrier wave (triangular wave) X 1 to generate the gate signal g 1 and the elements S 11 and S 12 of the inverter INV-1 are controlled to fire. That is, when ▲ H * OU ▼ X 1 , g 1 = “1”, S 11 : on, S 12 : Off When ▲ H * OU ▼ <X 1 , g 1 = “0”, S 11 : off , S 12 : on. Further, ▲ H * OU ▼ is compared with Y 1 to generate a gate signal g 1 ′, and the elements S 13 and S 14 are controlled to fire. That is, when ▲ H * OU ▼ Y 1 , g 1 ′ = “1”, and when S 13 : off, S 14 : on ▲ H * OU ▼ <Y 1 , g 1 ′ = “0” and S 13 : on, S 14 : off. As a result, the output voltage V 1 of the inverter INV- 1 is S
11 and S 14 are turned on when V 1 = + Vd, V 1 when S 12 and S 13 is on
= -Vd, a waveform as shown in FIG. 2 becomes V 1 = 0 in other modes.
同様に入力制御信号▲H* OU▼と三角波X2,Y2を比較し、
インバータINV-2のゲート信号g2,g2′を作り▲H* OU▼
とX3,Y3を比較し、インバータINV-3のゲート信号g3,g
3′を作り、▲H* OU▼とX4,Y4を比較し、インバータINV
-4のゲート信号g4,g4′を作る。Similarly, compare the input control signal ▲ H * OU ▼ with the triangular waves X 2 and Y 2 ,
Make the gate signals g 2 and g 2 ′ of the inverter INV-2 ▲ H * OU ▼
And X 3 and Y 3 are compared, and the gate signals g 3 and g of the inverter INV-3 are compared.
Make 3 ', compare ▲ H * OU ▼ with X 4 and Y 4 , and use inverter INV
Generate gate signals g 4 and g 4 ′ of -4.
この結果、インバータINV-2〜INV-4の出力電圧V2〜V4は
図示のようになる。As a result, the output voltages V 2 to V 4 of the inverters INV-2 to INV- 4 are as shown in the figure.
インバータINV-1〜INV-4の出力電圧V1〜V4の和は、第2
図の最下段に示すような波形となり、入力信号▲H* OU▼
に比例した値となる。この和電圧V1+V2+V3+V4=−Δ
V5は、直結インバータINV-5が発生する電圧V5の高調波
成分ΔV5を打ち消す電圧となる。The sum of the output voltages V 1 to V 4 of the inverters INV-1 to INV- 4 is the second
The waveform is as shown at the bottom of the figure, and the input signal ▲ H * OU ▼
The value is proportional to. This sum voltage V 1 + V 2 + V 3 + V 4 = -Δ
V 5 is a voltage that cancels the harmonic component ΔV 5 of the voltage V 5 generated by the direct connection inverter INV-5.
すなわち、(7)式で表わされる補償制御信号▲H* OU▼
をインバータINV-1〜INV-4のPWM制御入力信号e1=e2=e
3=e4=▲H* OU▼として与えた場合、各インバータの出
力電圧V1〜V4の平均値は、当該入力信号e1〜e4に比例し
た値となり、それらの和電圧V1+V2+V3+V4は4・▲H*
OU▼に比例した値となる。That is, the compensation control signal ▲ H * OU ▼ represented by equation (7)
PWM control input signal of inverter INV-1 to INV-4 e 1 = e 2 = e
When given as 3 = e 4 = ▲ H * OU ▼, the average value of the output voltages V 1 to V 4 of each inverter becomes a value proportional to the input signal e 1 to e 4 , and the sum voltage V 1 + V 2 + V 3 + V 4 is 4 ・ ▲ H *
The value is proportional to OU ▼.
n=4として(8)式に(6),(7)式を考慮すると となる。 Considering equations (6) and (7) in equation (8) with n = 4 Becomes
以上のようにして直結インバータINV-5が発生する高調
波電圧ΔV5を多重インバータINV-1〜INV-4によって打ち
消すように補償制御することができる。この結果、従来
問題となっていた直結インバータINV-5の出力電圧V5の
高調波成分に起因する負荷電流IUの脈動がなくなり歪み
の少ない正弦波電流を交流負荷に供給することができる
ようになる。また直結インバータINV-5の搬送波周波数
(素子のスイッチング周波数)を低くすることも可能と
なり、素子のスイッチング損失やスナバ回路の損失を大
幅に低減させることができるようになる。As described above, it is possible to perform compensation control so that the harmonic voltage ΔV 5 generated by the direct-coupled inverter INV-5 is canceled by the multiple inverters INV-1 to INV-4. As a result, the pulsation of the load current I U due to the harmonic component of the output voltage V 5 of the direct-coupled inverter INV-5, which has been a problem in the past, is eliminated and a sinusoidal current with less distortion can be supplied to the AC load. become. Further, the carrier frequency of the direct-coupled inverter INV-5 (switching frequency of the device) can be lowered, and the switching loss of the device and the loss of the snubber circuit can be significantly reduced.
一方、多重インバータINV-1〜INV-4は、前述のように直
結インバータINV-5が発生する高調波電圧を打ち消すと
同時に、出力周波数f0に比例した電圧VCU+jωLLIUを
発生し、かつ各出力トランスTR1〜TR4の1次電流IU1〜I
U4を制御している。このとき、各インバータINV-1〜INV
-4が発生する高調波電圧は、多重PWM制御によって打ち
消され、多重インバータ全体の出力電圧は、歪みのない
正弦波電圧VCU+jωLL・IUに直結インバータの高調波
電圧ΔV5の反転値が重畳したものとなる。On the other hand, the multiple inverters INV-1 to INV-4 cancel the harmonic voltage generated by the direct-coupled inverter INV-5 as described above and, at the same time, generate the voltage V CU + jωL L I U proportional to the output frequency f 0. , And the primary current I U1 to I of each output transformer TR 1 to TR 4
It controls U4 . At this time, each inverter INV-1 to INV
Harmonic voltages -4 occur is counteracted by multiple PWM control, the output voltage of the entire multi-inverter, undistorted sinusoidal voltage V CU + jωL L · inverted value of the harmonic voltage [Delta] V 5 of I U directly coupled inverter Will be superimposed.
従って、インバータ全体の出力電圧は V1+V2+V3+V4+V5 =VCU+jωLL・IU−ΔV5+V5 =VCU+jωLL・IU+5 =VCU+jωLL・IU+RL・IU ……(10) となって負荷側の電圧とつり合う。Therefore, the output voltage across the inverter V 1 + V 2 + V 3 + V 4 + V 5 = V CU + jωL L · I U -ΔV 5 + V 5 = V CU + jωL L · I U + 5 = V CU + jωL L · I U + R L・ I U …… (10) and balance with the voltage on the load side.
なお、直結インバータINV-5が発生する平均電圧5はP
WM制御入力信号e5に比例するもので、定常状態ではe5=
RL・▲I* U▼で与えられている。The average voltage 5 generated by the direct connection inverter INV- 5 is P
It is proportional to the WM control input signal e 5 , and in steady state, e 5 =
It is given by R L · ▲ I * U ▼.
負荷電流IUは次のようにして制御される。The load current I U is controlled as follows.
まず、第6図の電流検出器CT5により負荷電流IUを検出
し、第1図の比較器C5に入力する。比較器C5により、電
流指令値▲I* U▼と上記検出値IUを比較し、その偏差ε
5=▲I* U▼−IUを次の電流制御補償回路GLに入力す
る。GLでは偏差ε5を比例増幅し、加算器A8を介してPW
M制御回路PWM5の入力信号e5を与える。First, the load current I U is detected by the current detector CT 5 shown in FIG. 6 and input to the comparator C 5 shown in FIG. The comparator C 5 compares the current command value ▲ I * U ▼ with the above detection value I U , and the deviation ε
5 = ▲ I * U ▼ to enter -I U to the next current control compensation circuit G L. In G L , deviation ε 5 is proportionally amplified, and PW is added via adder A 8.
Providing an input signal e 5 of M control circuit PWM 5.
e5=GL・ε5+RL・▲I* U▼ ……(11) 加算器A8の他方の入力信号RL・▲I* U▼は負荷の抵抗分
による電圧降下RL・IUをあらかじめ発生させる補償信号
である。e 5 = G L · ε 5 + R L · ▲ I * U ▼ (11) The other input signal R L · ▲ I * U ▼ of the adder A 8 is the voltage drop RL · I due to the resistance component of the load. It is a compensation signal that generates U in advance.
▲I* U▼>IUとなった場合、偏差ε5は正の値となり、
入力信号ε5を増加させ、直結インバータINV-5の出力
電圧V5を増やす。この出力電圧V5の高調波成分ΔV5は前
述のように多重インバータINV-1〜INV-5によって打ち消
されるので、V5の平均電圧5だけが増加し、負荷電流
IUを増大させる。この結果、IU≒▲I* U▼となるように
制御される。逆に▲I* U▼<IUとなった場合、偏差ε5
は負の値となり、5が減少し、負荷電流IUを減少させ
る。やはりIU≒▲I* U▼となって落ち着く。電流指令値
▲I* U▼を正弦波状に変化させた場合、負荷電流IUもそ
れに追従し、正弦波電流に制御される。▲ I * U ▼> If you became a I U, the deviation ε 5 becomes a positive value,
The input signal ε 5 is increased and the output voltage V 5 of the direct connection inverter INV- 5 is increased. Since the harmonic component ΔV 5 of the output voltage V 5 is canceled by the multiple inverters INV-1 to INV- 5 as described above, only the average voltage 5 of V 5 increases and the load current
Increase I U. As a result, it is controlled to be I U ≒ ▲ I * U ▼ . On the contrary, when ▲ I * U ▼ <I U , the deviation ε 5
Becomes a negative value, 5 decreases, and the load current I U decreases. After all, I U ≒ ▲ I * U ▼ and it settles down. When the current command value ▲ I * U ▼ is changed in a sine wave shape, the load current I U also follows it and is controlled to a sine wave current.
第3図は、本発明装置の計算機シミュレーション結果を
示すもので、出力周波数30Hzのときの相出力電流IU,
IV,IW,U相出力電圧VUと逆起電力VCU,多重Pインバー
タ1台の出力電圧V1,直結インバータの出力電圧V4を表
わす。なお、負荷は交流電動機とし、多重インバータは
3段で構成し、多重インバータのPWM制御の搬送波周波
数350Hz,直結インバータのPWM制御の搬送波周波数120Hz
としている。直結インバータの搬送波周波数を低くした
にもかかわらず、その成分の負荷電流IU,IV,IWの脈動
はなく、歪みの少ない正弦波電流に制御されているのが
確認できる。FIG. 3 shows the result of computer simulation of the device of the present invention. The phase output current I U at an output frequency of 30 Hz,
I V , I W , U-phase output voltage V U , back electromotive force V CU , output voltage V 1 of multiple P inverter, output voltage V 4 of direct inverter. The load is an AC motor, the multiplex inverter consists of three stages, the PWM control carrier frequency of the multiplex inverter is 350Hz, and the direct connection inverter PWM control carrier frequency is 120Hz.
I am trying. It can be confirmed that the load currents I U , I V , and I W of the components do not pulsate even though the carrier wave frequency of the direct connection inverter is lowered, and the sine wave current is controlled with less distortion.
このようにして負荷電流IUはその指令値▲I* U▼に忠実
に制御されるのであるが、ここで1つ懸念される問題点
が考えられる。すなわち多重インバータのPWM制御の搬
送波周波数fCAと直結インバータのPWM制御の搬送波周波
数fCBを同一にした場合、前記直結インバータが発生す
る高調波電圧を補償するとき多重インバータを構成する
各インバータの発生電圧が正側あるいは負側のどちらか
に片寄ることがある。In this way, the load current I U is controlled faithfully to the command value ▲ I * U ▼, but there may be one concern here. That is, when the carrier frequency f CA of PWM control of the multiple inverter and the carrier frequency f CB of PWM control of the direct inverter are made the same, the generation of each inverter forming the multiple inverter when compensating the harmonic voltage generated by the direct inverter The voltage may be biased to either the positive side or the negative side.
第4図は、多重インバータの搬送波信号X1〜X4及びY1〜
Y4に対して、PWM制御入力信号となる補償電圧▲H* OU▼
が完全に同期した場合のタイムチャート図を示す。補償
電圧▲H* OU▼は直結インバータの搬送波信号X5に同期し
ているので、言い換えると搬送波信号X1〜X4又はY1〜Y4
とX5が同一周波数でかつ直結インバータINV-5のPWM制御
入力信号e5が一定のとき上記状態が発生する。FIG. 4 shows carrier signals X 1 to X 4 and Y 1 to of the multiple inverter.
Compensation voltage for PWM control signal for Y 4 ▲ H * OU ▼
The time chart diagram in the case of complete synchronization is shown. Since the compensation voltage ▲ H * OU ▼ is synchronized with the carrier signal X 5 of the direct inverter, in other words the carrier signal X 1 to X 4 or Y 1 to Y 4
The above condition occurs when X and X 5 have the same frequency and the PWM control input signal e 5 of the direct connection inverter INV- 5 is constant.
▲H* OU▼とX1を比較し、ゲート信号g1が作られ、▲H* OU
▼とY1を比較しg1′が作られるのは前と同じである。そ
の結果、インバータINV-1の出力電圧V1は図示のように
なる。同様にインバータINV-2〜INV-4の出力電圧V2〜V4
は図示のようになり多重インバータの出力電圧V1+V2+
V3+V4は最下段の波形となる。これは補償電圧▲H* OU▼
に比例するもので、直結インバータINV-5の出力電圧V5
の高調波成分ΔV5の反転値となる。▲ H * OU ▼ is compared with X 1 , gate signal g 1 is created, and ▲ H * OU
It is the same as before that ▼ and Y 1 are compared and g 1 ′ is created. As a result, the output voltage V 1 of the inverter INV-1 becomes as shown in the figure. Similarly, output voltage of inverters INV-2 to INV-4 V 2 to V 4
Is as shown in the figure and the output voltage of the multiple inverter V 1 + V 2 +
V 3 + V 4 is the bottom waveform. This is the compensation voltage ▲ H * OU ▼
The output voltage V 5 of the direct-coupled inverter INV-5 is proportional to
It is the inverted value of the harmonic component ΔV 5 of.
このとき、多重インバータを構成する各インバータの出
力電圧V1〜V4は、いずれも正側電圧の積分値と負側電圧
の積分値は一致していない。例えば、出力電圧V1では正
側より負側の電圧が大きくなっている。V2も同様であ
る。逆にV3とV4は正側のようが負側より大きくなってい
る。多重インバータ全体としてはV1+V2+V3+V4は正側
と負側のバランスがとれている。At this time, the integrated values of the positive side voltage and the negative side voltage of the output voltages V 1 to V 4 of the respective inverters forming the multiple inverter do not match. For example, in the output voltage V 1 , the negative voltage is higher than the positive voltage. The same applies to V 2 . On the contrary, V 3 and V 4 are larger on the positive side than on the negative side. As for the multiplex inverter as a whole, V 1 + V 2 + V 3 + V 4 is balanced on the positive side and the negative side.
搬送波信号X1〜X4(Y1〜Y4)と補償電圧▲H* OU▼が同期
している場合、この状態は永久に続くことになる。する
と、例えば出力トランスTR1には負の直流バイアス電圧
が印加されたことになり、鉄心が直流偏磁を発生する。
他の出力トランスTR2〜TR4も同様である。If the carrier signals X 1 to X 4 (Y 1 to Y 4 ) and the compensation voltage ▲ H * OU ▼ are synchronized, this state will continue forever. Then, for example, a negative DC bias voltage is applied to the output transformer TR 1 , and the iron core causes DC bias magnetization.
The same applies to the other output transformers TR 2 to TR 4 .
この出力トランスの直流偏磁は前に述べたようにインバ
ータINV-1〜INV-4によって各トランスの1次電流又は励
磁電流を制御しているため、最終的には補正される。し
かし、そもそも直流偏磁の原因を作ることは好ましくな
く、電流制御を乱すことにもなりかねない。また、上記
直流偏磁を補正することにより、直結インバータの高調
波電圧の補償制御動作を乱し、適正な補償ができなくな
ることも考えられる。The DC bias magnetism of the output transformer is finally corrected because the primary current or exciting current of each transformer is controlled by the inverters INV-1 to INV-4 as described above. However, it is not preferable to create the cause of DC bias magnetism in the first place, and it may disturb current control. Further, it may be considered that by correcting the DC bias magnetism, the compensation control operation of the harmonic voltage of the direct connection inverter is disturbed and proper compensation cannot be performed.
そこで、第1図の制御回路において、多重インバータの
PWM制御回路PWM1〜PWM4に与える搬送波信号X1〜X4(Y1
〜Y4)の周波数fCAと直結インバータのPWM制御回路PWM5
に与える搬送波信号X5の周波数fCBを異なるようにし
て、各々搬送波発生器TRG1及びTRG2から与えている。Therefore, in the control circuit of FIG.
Carrier signal X 1 to X 4 to provide the PWM control circuit PWM 1 ~PWM 4 (Y 1
~ Y 4 ) frequency f CA and PWM control circuit PWM 5
The frequency f CB of the carrier signal X 5 applied to the carrier generators TRG 1 and TRG 2 is made different from each other.
このようにすると例えば、多重インバータの1つINV-1
が発生する電圧V1はある瞬時瞬時には正側電圧が大きく
なったり、負側電圧が大きくなったりするが、平均を見
るとV1は入力信号▲H* OU▼(e1=▲H* OU▼とする)に比
例し、出力トランスTR1を直流偏磁させることはなくな
る。他の出力トランスTR2〜TR4も同様である。If this is done, for example, one of the multiple inverters, INV-1
The voltage V 1 generated by is increased at a certain moment in the positive side voltage or the negative side voltage, but on average, V 1 is the input signal ▲ H * OU ▼ (e 1 = ▲ H * OU ▼) and the output transformer TR 1 will not be DC biased. The same applies to the other output transformers TR 2 to TR 4 .
この結果、各インバータによる出力トランスの1次電流
制御(又は励磁電流制御)を乱すことはなくなり、波形
歪みの少ない電流を供給することができるようになる。
また、直結インバータが発生する高調波電圧も多重イン
バータによって正確に補償することが可能となる。As a result, the primary current control (or excitation current control) of the output transformer by each inverter is not disturbed, and it becomes possible to supply a current with less waveform distortion.
Further, the harmonic voltage generated by the direct-coupled inverter can be accurately compensated by the multiplex inverter.
第5図は、本発明の電力変換装置の制御回路の別の実施
例を示すものである。FIG. 5 shows another embodiment of the control circuit of the power converter of the present invention.
図中、C1〜C5は比較器、A1〜A7は加算器、G1〜G4及びGL
は電流制御補償回路、PWM1〜PWM5はパルス幅変調制御回
路、KH,KN1,KN2は演算増幅器、TRG1,TRG2は搬送波発
生器である。In the figure, C 1 to C 5 are comparators, A 1 to A 7 are adders, G 1 to G 4 and G L
Is a current control compensation circuit, PWM 1 to PWM 5 are pulse width modulation control circuits, K H , K N1 and K N2 are operational amplifiers, and TRG 1 and TRG 2 are carrier wave generators.
この制御回路では、多重インバータを構成する各インバ
ータINV-1〜INV-4は、出力トランスTR1〜TR4の励磁電流
IOU1〜IOU4を制御している。各トランスの励磁電流IOU1
〜IOU4は、当該トランスの1次電流IU1〜IU4と負荷電流
IUを検出し、次のように求められる。In this control circuit, the inverters INV-1 to INV-4 that make up the multiple inverter are connected to the exciting currents of the output transformers TR 1 to TR 4 .
It controls I OU1 to I OU4 . Excitation current of each transformer I OU1
~ I OU4 is the primary current I U1 ~ I U4 of the transformer and the load current
Detect I U and ask for:
また、励磁電流の指令値▲I* OU▼は4台のトランスTR1
〜TR4が同じとして、(5)式のように与えられる。 Moreover, the command value ▲ I * OU ▼ of the exciting current is 4 transformers TR 1
Assuming that ~ TR 4 is the same, it is given as in equation (5).
第1図がトランスの1次電流IU1〜IU4を制御しているの
に対し、第5図はトランスの励磁電流IOU1〜IOU4を制御
しているのが異なる。出力トランスの偏磁を防止すると
いう点で効果は同じとなる。直結インバータINV-5の発
生する高調波電圧を補償制御する手法は第1図と同じで
ある。1 differs from the primary currents I U1 to I U4 of the transformer in FIG. 1 in controlling the exciting currents I OU1 to I OU4 in the transformer. The effect is the same in that the magnetic bias of the output transformer is prevented. The method for compensating and controlling the harmonic voltage generated by the direct-coupled inverter INV-5 is the same as in Fig. 1.
以上は第1図及び第5図ともにインバータの出力1相分
(U相分)について述べたがV相、W相も同様になる。Although the output of the inverter for one phase (U phase) has been described in both FIGS. 1 and 5, the same applies to V phase and W phase.
また、直結インバータINV-5が発生する高調波電圧ΔV5
を打ち消す補償信号▲H* OU▼はゲート信号g5及びPWM制
御入力信号e5から直接求め、全ての高調波成分を打ち消
すようにしたが、信号g5を周波数分析し、その中の特定
の高調波成分を取り出して補償するようにしてもよい。In addition, the harmonic voltage ΔV 5 generated by the directly connected inverter INV- 5
Directly obtained from the compensation signal ▲ H * OU ▼ gate signal g 5 and PWM control input signal e 5 counteract, but to counteract all of the harmonic components, the signal g 5 frequency analysis, specific therein The harmonic components may be extracted and compensated.
以上のように、本発明の電力変換装置の制御装置によれ
ば、直結インバータが発生する高調波電圧を多重インバ
ータによって打ち消すように補償制御しているため、直
結インバータの搬送波周波数を高めることなく、出力周
波数の高低にかかわらず、常に歪みの少ない正弦波電流
を交流負荷に供給することが可能となる。これによりイ
ンバータのスイッチング損失やスナバ回路損失を大幅に
低減することができ、効率の良い運転が可能となる。ま
た、大容量化も容易になる。さらに、多重インバータの
搬送波周波数と直結インバータの搬送波周波数を異なる
ようにすることにより、出力トランスの直流偏磁を防ぐ
ことができるようになる。As described above, according to the control device for the power converter of the present invention, since the harmonic voltage generated by the direct-coupled inverter is compensated and controlled by the multiple inverter, the carrier frequency of the direct-coupled inverter is not increased, Regardless of the level of the output frequency, it is possible to always supply a sinusoidal current with little distortion to the AC load. As a result, the switching loss of the inverter and the snubber circuit loss can be significantly reduced, and efficient operation becomes possible. Further, it becomes easy to increase the capacity. Further, by making the carrier wave frequency of the multiplex inverter different from the carrier wave frequency of the direct connection inverter, it becomes possible to prevent the DC bias magnetization of the output transformer.
第1図は本発明の電力変換装置の制御装置を説明するた
めの制御回路の実施例を示す構成図、第2図は本発明の
制御装置の動作を説明するためのタイムチャート図、第
3図は本発明の制御装置の効果を確認した計算機シミュ
ーレーション結果を示す図、第4図は本発明の制御装置
を説明するための別のタイムチャート図、第5図は本発
明の制御回路の別の実施例を示す構成図、第6図は電力
変換装置の主回路構成を示す図、第7図は第6図の部分
図、第8図は第7図の回路の動作を説明するためのタイ
ムチャート図、第9図は第6図の別の部分図、第10図は
第9図の回路の動作を説明するためのタイムチャート図
である。 Vd:直流電圧源 INV-1〜INV-4:多重PWMインバータ INV-5:直結PWMインバータ TR1〜TR4:出力トランス LOAD:交流負荷 CT1〜CT5:電流検出器 A1〜A8:加算器 C1〜C5:比較器 G1〜G4,GL:電流制御補償回路 KN1,KN2,KH:演算増幅器 PWM1〜PWM5:パルス幅変調制御回路 TRG1,TRG2:搬送波発生器FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a control circuit for explaining a control device for a power converter of the present invention, and FIG. 2 is a time chart diagram for explaining the operation of the control device of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing a computer simulation result confirming the effect of the control device of the present invention, FIG. 4 is another time chart diagram for explaining the control device of the present invention, and FIG. 5 is a control circuit of the present invention. 6 is a diagram showing the main circuit configuration of the power converter, FIG. 7 is a partial diagram of FIG. 6, and FIG. 8 is a diagram illustrating the operation of the circuit of FIG. FIG. 9 is another partial view of FIG. 6, and FIG. 10 is a time chart diagram for explaining the operation of the circuit of FIG. Vd: DC voltage source INV-1 to INV-4: Multiplexed PWM inverter INV-5: Direct PWM inverter TR 1 to TR 4 : Output transformer LOAD: AC load CT 1 to CT 5 : Current detector A 1 to A 8 : The adder C 1 -C 5: comparator G 1 ~G 4, G L: current control compensation circuit K N1, K N2, K H : operational amplifier PWM 1 ~PWM 5: pulse width modulation control circuit TRG 1, TRG 2 : Carrier wave generator
Claims (2)
ルス幅変調制御インバータの出力電圧と、出力トランス
なしのパルス幅変調制御インバータの出力電圧の和の電
圧を供給する電力変換装置において、 前記多重パルス幅変調制御インバータは、前記出力トラ
ンスの1次電流の指令値と、その検出値との偏差信号或
いは前記出力トランスの励磁電流の指令値と、その検出
値との偏差信号が印加される第1の電流制御補償回路
と、 該第1の電流制御回路の出力信号と、出力周波数に比例
した信号の加算値を第1の制御入力信号とし該制御入力
信号と第1の搬送波を比較しゲート信号を出力する第1
のPWM制御回路と、 前記出力トランスなしのパルス幅変調制御インバータ
は、負荷電流指令値と、その検出値との偏差信号が印加
される第2の電流制御補償回路と、 少くとも前記第2の電流制御補償回路の出力信号を第2
の制御入力信号とし該制御入力信号と第2の搬送波を比
較しゲート信号を出力する第2のPWM制御回路と、 前記出力トランスなしのパルス幅変調制御インバータが
発生する出力電圧の脈動分を、前記第2の制御入力信号
と、前記第2のPWM制御回路の出力ゲート信号から演算
によって求める手段を具備し、 演算によって算出された前記出力電圧の脈動分を前記第
1の制御入力信号に加算し、前記出力トランスなしのパ
ルス幅変調制御インバータが発生する出力電圧の脈動分
を前記多重パルス幅変調制御インバータ側で打消すよう
にしたことを特徴とする電力変換装置の制御装置。1. A power converter for supplying a voltage of a sum of an output voltage of a multiple pulse width modulation control inverter having an output transformer and an output voltage of a pulse width modulation control inverter having no output transformer to an AC load. The pulse width modulation control inverter is applied with a deviation signal between the command value of the primary current of the output transformer and its detection value or a deviation signal between the command value of the exciting current of the output transformer and its detection value. No. 1 current control compensation circuit, an output signal of the first current control circuit, and an addition value of a signal proportional to the output frequency as a first control input signal, the control input signal is compared with the first carrier wave, and the gate is compared. First to output a signal
And a pulse width modulation control inverter without the output transformer, a second current control compensation circuit to which a deviation signal between the load current command value and its detected value is applied, and at least the second current control compensation circuit. The second output signal of the current control compensation circuit
A second PWM control circuit that outputs a gate signal by comparing the control input signal with a second carrier wave as a control input signal, and the pulsating component of the output voltage generated by the pulse width modulation control inverter without the output transformer, A means for calculating from the second control input signal and the output gate signal of the second PWM control circuit by calculation, and adding a pulsating component of the output voltage calculated by calculation to the first control input signal The pulsating component of the output voltage generated by the pulse width modulation control inverter without the output transformer is canceled on the side of the multiple pulse width modulation control inverter.
搬送波の周波数を異らしめたことを特徴とする請求項1
記載の電力変換装置の制御装置。2. The frequency of the first carrier wave and the frequency of the second carrier wave are different from each other.
A control device for the power converter described.
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US07/501,718 US5031088A (en) | 1989-03-31 | 1990-03-30 | Variable-voltage and variable-frequency power converter |
EP90106148A EP0390184B1 (en) | 1989-03-31 | 1990-03-30 | Improvements in variable-voltage & variable-frequency power converter |
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JPS5563597A (en) * | 1978-11-02 | 1980-05-13 | Japanese National Railways<Jnr> | Inverter device |
JPH0685622B2 (en) * | 1987-12-02 | 1994-10-26 | 東洋電機製造株式会社 | Harmonic compensator |
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1989
- 1989-06-12 JP JP1146882A patent/JPH0783611B2/en not_active Expired - Fee Related
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JPH0315275A (en) | 1991-01-23 |
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