JPH08205547A - Output strain compensating method for power converter - Google Patents

Output strain compensating method for power converter

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JPH08205547A
JPH08205547A JP7011264A JP1126495A JPH08205547A JP H08205547 A JPH08205547 A JP H08205547A JP 7011264 A JP7011264 A JP 7011264A JP 1126495 A JP1126495 A JP 1126495A JP H08205547 A JPH08205547 A JP H08205547A
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JP
Japan
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output
output voltage
distortion
converter
value
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Application number
JP7011264A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshiaki Okuyama
俊昭 奥山
Kojiro Yamashita
孝二郎 山下
Seiji Ishida
誠司 石田
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To always minimize an output voltage strain by calculating to detect the output voltage strain corresponding to each output phase and output current polarity of a converter, and so regulating the compensating amount of the output strain at each output phase and output current polarity as to allow the calculated value to approach to zero based on the calculated value. CONSTITUTION: A compensating amount calculator 8 calculates to obtain a strain component corresponding to each element (each arm) based on a strain component estimated value, and regulates the magnitude (compensating amount) of the output amounts ΔV1 *, ΔV2 * at compensators 51, 52 correspondingly to the elements in response to the components. The compensators 51, 52 form signals relative to the output current polarities, add them to a voltage command V* to cancel the voltage strain ΔV, thereby compensating the output voltage strain. Accordingly, the output voltage strain of a power converter is so automatically compensated as to become minimum at each phase and each output current polarity, thereby preventing a torque ripple and power source harmonic waves.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、パルス幅変調インバー
タ(以下、PWMインバータと記述)等の電力変換器に
より、交流電動機あるいは交流電源などの機器を制御す
る装置であって、特に変換器の出力電圧に含まれる歪を
常に適正補償して、電動機からのトルクリプルおよび電
源回路に流出する高調波を常に最小に保つことができる
電力変換器の制御方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for controlling a device such as an AC electric motor or an AC power supply by a power converter such as a pulse width modulation inverter (hereinafter referred to as a PWM inverter), and particularly to a converter. The present invention relates to a control method for a power converter that can always appropriately compensate for distortion included in an output voltage and can always keep torque ripple from an electric motor and harmonics flowing out to a power supply circuit to a minimum.

【0002】[0002]

【従来の技術】PWMインバータにおいては、電圧指令
(正弦波)と搬送波(三角波)を比較して得られるパル
ス幅変調信号(以下、PWM信号と記述)に従い、イン
バータの正側と負側のスイッチング素子を交互にオンオ
フ制御し、出力電圧のパルス幅を変化させることにより
出力電圧を電圧指令に従い制御する。このとき、両素子
が同時にオンして直流短絡を生じないように、素子のタ
ーンオフタイムを考慮し、オンオフ変化時に両素子とも
オフとする期間(以下、デッドタイムと記述)を設けて
いる。しかしながら、この期間中はインバータ出力電圧
は出力電流の極性に依存し、前述のPWM信号には従わ
ないため、出力電圧歪が発生する。
2. Description of the Related Art In a PWM inverter, switching between a positive side and a negative side of the inverter is performed according to a pulse width modulation signal (hereinafter referred to as a PWM signal) obtained by comparing a voltage command (sine wave) and a carrier wave (triangular wave). The elements are alternately turned on and off and the output voltage is controlled according to the voltage command by changing the pulse width of the output voltage. At this time, in order to prevent both elements from being turned on at the same time and causing a DC short circuit, a period (hereinafter, referred to as dead time) in which both elements are turned off at the time of on / off change is provided in consideration of the turn-off time of the elements. However, during this period, the inverter output voltage depends on the polarity of the output current and does not follow the above-mentioned PWM signal, so that output voltage distortion occurs.

【0003】この出力歪のために、インバータにより駆
動される電動機はトルクリプルを発生し、トルクおよび
速度の制御精度が劣化する。この出力電圧歪は出力電流
の極性に関係することから、出力電流極性に応じた補償
信号を電圧指令に加算し、出力電圧歪をフィードフォワ
ード制御により抑制する方法が知られている。
Due to this output distortion, the electric motor driven by the inverter generates torque ripple, and the control accuracy of torque and speed deteriorates. Since this output voltage distortion is related to the polarity of the output current, there is known a method of adding a compensation signal according to the output current polarity to the voltage command and suppressing the output voltage distortion by feedforward control.

【0004】また、インバータの出力電圧を検出し、電
圧指令と比較し、この差に応じてPWM信号のパルス幅
を修正して、出力電圧歪をフィードバック制御により抑
制する方法(例えば特開昭60−82066 号)が知られてい
る。
Further, a method of detecting the output voltage of the inverter, comparing the output voltage with a voltage command, correcting the pulse width of the PWM signal according to the difference, and suppressing the output voltage distortion by feedback control (for example, Japanese Patent Laid-Open No. Sho 60). -82066) is known.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上述の前者の出力電圧
歪補償法では、補償信号の大きさ(補償量)を、デッド
タイムから素子ターンオフタイムを差し引いた時間(以
下、実効デッドタイムと記述)に応じて設定する。しか
しながら、ターンオフタイムは素子の特性ばらつきによ
り、また、素子電流や素子温度により変化する。さらに
各素子をオン,オフ制御するドライバ回路における、制
御回路低電位側と主回路高電位側を絶縁するフォトカプ
ラの信号伝達特性のばらつきなどより、各素子のオン,
オフ期間が変動するため、実効デッドタイムは基準値か
ら変動し、また各素子毎(各出力相並びに出力電流極性
毎)毎に補償量の適値が異なる。このため従来方法では
補償が不完全となり、場合によっては出力電流に有害な
直流成分が含まれるようになり、電動機のトルクリプル
あるいは電源トランスの直流偏磁などの問題が発生す
る。
In the former output voltage distortion compensation method described above, the magnitude (compensation amount) of the compensation signal is the time obtained by subtracting the element turn-off time from the dead time (hereinafter referred to as the effective dead time). Set according to. However, the turn-off time changes due to variations in element characteristics, element current, and element temperature. Further, in the driver circuit for controlling the ON / OFF of each element, the ON / OFF of each element may be changed due to the variation of the signal transfer characteristics of the photocoupler that insulates the control circuit low potential side from the main circuit high potential side.
Since the off period varies, the effective dead time varies from the reference value, and the appropriate value of the compensation amount differs for each element (each output phase and each output current polarity). For this reason, in the conventional method, the compensation becomes incomplete, and in some cases, the output current contains a harmful DC component, which causes problems such as torque ripple of the electric motor or DC bias magnetization of the power transformer.

【0006】また前記後者の補償法では、前述の直流成
分を抑制するために微少な直流電圧までも高精度に検出
可能な電圧検出器を新たに設ける必要があり、検出回路
並びにその信号処理演算が複雑化する。
Further, in the latter compensation method, it is necessary to newly provide a voltage detector capable of detecting even a minute DC voltage with high accuracy in order to suppress the above-mentioned DC component, and a detection circuit and its signal processing operation are required. Becomes complicated.

【0007】本発明の目的は、上述の問題を解決し、自
動的に補償量を各素子(各アーム)毎に最適値に制御
し、出力電圧歪を常に最小化できる電力変換器の出力歪
補償法を提供することにある。
An object of the present invention is to solve the above problems, automatically control the compensation amount for each element (each arm) to an optimum value, and to always minimize the output voltage distortion. To provide compensation law.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、各アームを構成するスイッチング素子をパルス幅変
調制御して、直流を交流にあるいは交流を直流に変換す
る電力変換器の出力電圧歪を、該変換器の出力電流に応
じた信号により出力電圧を修正して補償を行う電力変換
器の出力歪補償法において、該変換器の出力電圧指令値
および出力電流値に基づいて、該変換器の各出力相並び
に出力電流極性毎に対応の出力電圧歪を演算検出し、こ
の演算値に基づいて該演算値が零に近づくように各出力
相並びに出力電流極性毎の出力歪の補償量を調節するも
のである。
In order to achieve the above object, the output voltage distortion of a power converter for converting direct current into alternating current or alternating current into direct current is controlled by pulse width modulation control of the switching elements constituting each arm. In an output distortion compensation method of a power converter that corrects an output voltage by a signal according to an output current of the converter to perform compensation, based on an output voltage command value and an output current value of the converter. Of output voltage distortion corresponding to each output phase and output current polarity of the detector, and the amount of output distortion compensation for each output phase and output current polarity so that the calculated value approaches zero based on this calculated value Is to adjust.

【0009】[0009]

【作用】出力電圧歪は、一種のインバータ内部電圧降下
とみなすことができる。このことから、電圧指令(正弦
波)からインバータ出力電圧までの伝達経路において外
乱(歪成分)が作用し、これにより出力電圧に歪が加算
されるというモデルを想定することができる。そこで本
発明では、出力電流極性に応じた補償信号を電圧指令に
加算して歪成分を打ち消すようにすると共に、電圧指令
と出力電流に基づいて外乱オブザーバの原理に従い各素
子(各アーム)に対応する歪成分(補償残留成分)を推
定し、該各成分が零に近づくよう各素子(各アーム)に
対応の補償量を制御して出力電圧歪を最小化する。
The output voltage distortion can be regarded as a kind of inverter internal voltage drop. From this, it is possible to assume a model in which a disturbance (distortion component) acts on the transmission path from the voltage command (sinusoidal wave) to the inverter output voltage, which causes distortion to be added to the output voltage. Therefore, in the present invention, a compensation signal according to the output current polarity is added to the voltage command to cancel the distortion component, and each element (each arm) is supported based on the voltage command and the output current according to the principle of the disturbance observer. The distortion component (compensation residual component) to be estimated is estimated, and the compensation amount corresponding to each element (each arm) is controlled so that each component approaches zero to minimize the output voltage distortion.

【0010】[0010]

【実施例】本発明を電圧制御型PWMインバータに適用
する場合の一実施例について、図1を用いて説明する。
1は電圧指令v**に比例した出力電圧を出力するPWM
インバータで、ブロック1Dは前述の出力電圧歪ΔVが
出力電流極性に応じて発生し、これが出力電圧に外乱と
して作用することを示したもの、2はインバータ1によ
り駆動される電動機、3は回転磁界座標系の電圧指令値
d*,Vq*を固定子座標系の電圧指令値V*(同図では3
相分のうち1相分について示す)に変換する座標変換
器、4はインバータ出力電流を検出する電流検出器、5
1,52は該出力電流の極性に応じた補償信号ΔV*を
出力し、電圧指令V*に加算する補償器で、出力電流極
性の正負それぞれに対応する補償量を個別に調節できる
もの、なお、3相各相に設けるが、1相分のみを記載し
他は省略してある。6は出力電流iを回転磁界座標系の
量id,iqに変換する座標変換器、7はVd*,Vq*およ
びid,iqに基づいて出力電圧歪成分(補償残留分)を
推定する歪成分推定器、8は該歪成分推定値に基づいて
各素子(各アーム)に対応する歪成分を演算して求め、
各成分に応じて各素子に対応の補償器51,52の出力
量ΔV1*,ΔV2*の大きさ(補償量)を調節する補償量
演算器である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment in which the present invention is applied to a voltage control type PWM inverter will be described with reference to FIG.
1 is a PWM that outputs an output voltage proportional to the voltage command v **
In the inverter, the block 1D shows that the above-mentioned output voltage distortion ΔV is generated according to the output current polarity, and this acts as a disturbance on the output voltage. Reference numeral 2 is a motor driven by the inverter 1 and reference numeral 3 is a rotating magnetic field. The voltage command values V d * and V q * of the coordinate system are set to the voltage command value V * of the stator coordinate system (3 in FIG.
The coordinate converter for converting into one of the phase components), 4 is a current detector for detecting the inverter output current, and 5 is a current detector.
Reference numerals 1 and 52 denote compensators for outputting a compensation signal ΔV * according to the polarity of the output current and adding the compensation signal ΔV * to the voltage command V *, capable of individually adjusting the compensation amounts corresponding to the positive and negative polarities of the output current. Three phases are provided for each phase, but only one phase is shown and the others are omitted. 6 is a coordinate converter for converting the output current i into quantities i d and i q of the rotating magnetic field coordinate system, and 7 is an output voltage distortion component (compensation residual component) based on V d *, V q * and i d , i q. ) Is a distortion component estimator, 8 calculates the distortion component corresponding to each element (each arm) based on the distortion component estimated value,
It is a compensation amount calculator that adjusts the magnitude (compensation amount) of the output amounts ΔV 1 * and ΔV 2 * of the compensators 51 and 52 corresponding to each element according to each component.

【0011】次に、このシステムの動作について述べ
る。部品番号の1〜4,6の構成は従来から周知のた
め、ここでは概要について述べる。
Next, the operation of this system will be described. Since the configurations of the part numbers 1 to 4 and 6 are well known in the related art, an outline will be described here.

【0012】前述のように、デッドタイムによる出力電
圧歪は、出力電流極性に関係した歪成分が図1に示す破
線内ブロック1Dのようにインバータ出力電圧に作用す
ることにより発生するものであり、このとき歪成分を出
力電圧に作用する外乱と見なすことができる。このこと
から、補償器51,52において出力電流極性に関係し
た信号を作り、これを電圧指令V* に加算することによ
り電圧歪ΔVを打ち消すようにして、出力電圧歪を補償
している。
As described above, the output voltage distortion due to the dead time is generated when the distortion component related to the output current polarity acts on the inverter output voltage as shown by the block 1D in the broken line in FIG. At this time, the distortion component can be regarded as a disturbance acting on the output voltage. From this, the compensators 51 and 52 generate a signal related to the output current polarity and add it to the voltage command V * to cancel the voltage distortion ΔV, thereby compensating the output voltage distortion.

【0013】補償信号の大きさ(補償量)は、歪成分の
それに一致する場合が最も補償効果が大きく、それより
過大あるいは過小でも歪成分が残留する。従来では先の
「解決すべき課題」の項でも述べた理由から、補償量に
過不足を生じ出力歪が残留する。
When the magnitude (compensation amount) of the compensation signal is the same as that of the distortion component, the compensation effect is the largest, and the distortion component remains even if it is larger or smaller than that. Conventionally, due to the reason described in the above-mentioned “problem to be solved” section, the amount of compensation becomes excessive and insufficient, and output distortion remains.

【0014】本発明は、この問題を部品番号51,5
2,7,8を付加して解決するものである。以下では先
ず、出力歪の発生メカニズムと本発明の原理について述
べる。図2は出力歪の発生メカニズムを説明するための
図である。電圧指令値V**と搬送波cの大小関係に応じ
て、周知の方法にて図示のPWM信号が作られる。ここ
では出力一相分のみを代表して示す。PWM信号に応じ
て該当相の正極側(P側)素子と負極側(N側)素子を交
互にオン,オフ制御するが、この切り換わり時に両素子
が同時にオンして直流短絡を生じないように、素子のタ
ーンオフタイムを考慮し、両素子とも同時にオフとする
デッドタイム期間Td を設けている。この関係は図示の
オン,オフ信号が示す通りである。
The present invention addresses this problem with part numbers 51,5.
The solution is to add 2, 7, and 8. First, the mechanism of output distortion and the principle of the present invention will be described below. FIG. 2 is a diagram for explaining the mechanism of generation of output distortion. The illustrated PWM signal is generated by a known method according to the magnitude relationship between the voltage command value V ** and the carrier wave c. Here, only one output phase is shown as a representative. The positive side (P side) element and the negative side (N side) element of the corresponding phase are alternately turned on and off according to the PWM signal, but at the time of this switching, both elements are turned on at the same time so that a DC short circuit does not occur. In consideration of the turn-off time of the device, a dead time period Td is set in which both devices are turned off at the same time. This relationship is as indicated by the ON / OFF signals shown in the figure.

【0015】このため、実際のインバータ出力電圧は、
図示のように、出力電流iが「正」の場合は、図示のP
側素子オンオフ信号がオフに変化した時点からP側素子
のターンオフタイムTp だけ遅れて負に変化し、また、
N側素子オンオフ信号がオフに変化した時点からデッド
タイムTd だけ遅れて「正」に変化する。
Therefore, the actual inverter output voltage is
As shown in the figure, when the output current i is “positive”, the P
After the side element ON / OFF signal changes to OFF, it changes to negative with a delay of the turn-off time T p of the P side element, and
It changes to "positive" with a delay of the dead time Td from the time when the N-side element on / off signal changes to off.

【0016】この結果、出力電圧のパルス幅はPWM信
号に対して誤差を持つことになる。これによる誤差電圧
は、PWM信号周期TPWM 毎にパルス状に発生するが、
PWM周期毎の平均値Vepは数1で示される。
As a result, the pulse width of the output voltage has an error with respect to the PWM signal. The error voltage due to this is generated in a pulse shape every PWM signal cycle T PWM ,
The average value V ep for each PWM cycle is expressed by Equation 1.

【0017】[0017]

【数1】 [Equation 1]

【0018】iが「負」の場合も同様であって、この平
均値VeNは数2で示される。
The same is true when i is "negative", and this average value V eN is expressed by equation 2.

【0019】[0019]

【数2】 [Equation 2]

【0020】以上により、誤差電圧は図示のようにiの
正負に応じて略方形波状に変化する。
As described above, the error voltage changes into a substantially square wave shape according to the sign of i as shown in the figure.

【0021】また、前述のように、フォトカプラの伝達
遅れにより、各素子に与えられる実際のオンオフ信号が
図示のオンオフ信号より遅れる場合には、さらに誤差電
圧が追加される。すなわち、iが「正」の場合は、実際
の出力電圧は図示のP側素子オンオフ信号が「オフ」に
変化した時点から、P側素子用フォトカプラの立下がり
遅れΔTOFP および前述のTp の加算時間だけ遅れて負
に変化し、また、図示のN側素子オンオフ信号が「オ
フ」に変化した時点から前述のTd およびP側素子用フ
ォトカプラの立上り遅れΔTONP の加算時間だけ遅れて
「正」に変化する。この結果、誤差電圧Vep′は数3で
示される。
Further, as described above, if the actual ON / OFF signal given to each element is delayed from the ON / OFF signal shown in the figure due to the transmission delay of the photocoupler, an error voltage is further added. That is, when i is “positive”, the actual output voltage is the falling delay ΔT OFP of the P-side element photocoupler and the above-mentioned T p from the time when the illustrated P-side element ON / OFF signal changes to “OFF”. Changes to a negative value after the addition time of, and from the time when the illustrated N-side element ON / OFF signal changes to “OFF”, it is delayed by the addition time of the rise delay ΔT ONP of the T d and P-side element photocouplers. Change to "positive". As a result, the error voltage V ep ′ is expressed by Equation 3.

【0022】[0022]

【数3】 (Equation 3)

【0023】iが「負」の場合も同様であって、The same applies when i is "negative".

【0024】[0024]

【数4】 [Equation 4]

【0025】である。このように出力電流極性に応じ
て、iが「正」の場合はP側素子に関係した、またiが
「負」の場合はN側素子に関係した、個々に誤差電圧V
eP′,VeN′が個々に発生する。したがって、この誤差
電圧(出力電圧歪)を補償するには、各相毎並びに出力
電流極性の正負のそれぞれに対応させて個別に補償し、
かつ各補償量を個別に設定する必要がある。
[0025] Thus, depending on the output current polarity, when i is “positive”, it is related to the P-side element, and when i is “negative”, it is related to the N-side element.
eP 'and V eN ' are individually generated. Therefore, in order to compensate for this error voltage (output voltage distortion), compensation is made individually for each phase and for each positive and negative of the output current polarity,
And it is necessary to set each compensation amount individually.

【0026】そこで、本発明のものでは以下のようにし
て各補償量の適正値を求め、これらを用いて個別に補償
を行う。図3は、各相および出力電流極性毎に対応する
各出力電圧歪(補償残留分であって、無補償の場合には
−VeP′,−VeN′に相当)とその電流座標変換量(変
換内容は後述)の関係を示す。各電圧歪の変換値は図示
の関係にある。ここに、
Therefore, according to the present invention, the appropriate value of each compensation amount is obtained as follows, and the compensation is individually performed using these values. FIG. 3 shows output voltage distortions (compensation residuals, which correspond to −V eP ′ and −V eN ′ in the case of non-compensation) corresponding to each phase and output current polarity, and their current coordinate conversion amounts. (The contents of conversion will be described later). The converted value of each voltage distortion has the relationship shown in the figure. here,

【0027】[0027]

【数5】 (Equation 5)

【0028】期間〜における各変換値の合成値Yは
数6で示される。
The combined value Y of the respective converted values in the period ~ is shown in equation 6.

【0029】[0029]

【数6】 期間:F(ωt)・X1+I(ωt)・X4+J(ωt)・X5=Y1(ωt) 期間:F(ωt)・X1+I(ωt)・X4+K(ωt)・X6=Y2(ωt) 期間:F(ωt)・X1+H(ωt)・X3+K(ωt)・X6=Y3(ωt) 期間:G(ωt)・X2+H(ωt)・X3+K(ωt)・X6=Y4(ωt) 期間:G(ωt)・X2+H(ωt)・X3+J(ωt)・X5=Y5(ωt) 期間:G(ωt)・X2+I(ωt)・X4+J(ωt)・X5=Y6(ωt) …(数6) ここで、各変換値の変動分に着目し、各期間〜の前
半30°と後半30°の積分値の差についての関係式は
数7で示される。
[Equation 6] Period: F (ωt) · X 1 + I (ωt) · X 4 + J (ωt) · X 5 = Y 1 (ωt) Period: F (ωt) · X 1 + I (ωt) · X 4 + K (ωt) ・ X 6 = Y 2 (ωt) Period: F (ωt) ・ X 1 + H (ωt) ・ X 3 + K (ωt) ・ X 6 = Y 3 (ωt) Period: G (ωt) ・ X 2 + H (ωt) ・ X 3 + K (ωt) ・ X 6 = Y 4 (ωt) period: G (ωt) ・ X 2 + H (ωt) ・ X 3 + J (ωt) ・ X 5 = Y 5 (ωt) period : G (ωt) · X 2 + I (ωt) · X 4 + J (ωt) · X 5 = Y 6 (ωt) (Equation 6) Here, paying attention to the variation of each conversion value, The relational expression for the difference between the integrated values of the first half 30 ° and the latter half 30 ° is expressed by Equation 7.

【0030】[0030]

【数7】 期間:ΔF・X1+ΔI・X4+ΔJ・X5=ΔY1 期間:ΔF・X1+ΔI・X4+ΔK・X6=ΔY2 期間:ΔF・X1+ΔH・X3+ΔK・X6=ΔY3 期間:ΔG・X2+ΔH・X3+ΔK・X6=ΔY4 期間:ΔG・X2+ΔH・X3+ΔJ・X5=ΔY5 期間:ΔG・X2+ΔI・X4+ΔJ・X5=ΔY6 …(数7) ここに、ΔF〜ΔKは定数であり、ΔY1〜ΔY6は後述
の方法により演算検出できる。したがって、数7より補
償残留分X1〜X6のそれぞれを求めることができ、これ
らを補償器51,52の以前の補償量に加算して補償量
を修正することにより、各相並びに出力電流極性毎の補
償を行うことができる。以上が本発明の原理である。
[Expression 7] Period: ΔF · X 1 + ΔI · X 4 + ΔJ · X 5 = ΔY 1 Period: ΔF · X 1 + ΔI · X 4 + ΔK · X 6 = ΔY 2 Period: ΔF · X 1 + ΔH · X 3 + ΔK · X 6 = ΔY 3 Period: ΔG · X 2 + ΔH · X 3 + ΔK · X 6 = ΔY 4 Period: ΔG · X 2 + ΔH · X 3 + ΔJ · X 5 = ΔY 5 Period: ΔG · X 2 + ΔI · X 4 + ΔJ · X 5 = ΔY 6 (Equation 7) Here, ΔF to ΔK are constants, and ΔY 1 to ΔY 6 can be calculated and detected by the method described later. Therefore, it is possible to determine the respective compensation residue X 1 to X 6 than the number 7, by modifying the amount of compensation by adding them to the previous compensation amount of the compensator 51, phase and output current It is possible to perform compensation for each polarity. The above is the principle of the present invention.

【0031】以下では、出力電圧歪(補償残留分)の電
流座標変換量Yの演算検出法並びにシステム全体の動作
について図1を用いて説明する。
In the following, a method for calculating and detecting the current coordinate conversion amount Y of the output voltage distortion (compensation residual amount) and the operation of the entire system will be described with reference to FIG.

【0032】座標変換器6において、座標変換器3と共
通の位相基準信号を用いて出力電流iを回転磁界座標系
に変換する。変換式を数8に示す。
In the coordinate converter 6, the output current i is converted into the rotating magnetic field coordinate system by using the phase reference signal common to the coordinate converter 3. The conversion formula is shown in Equation 8.

【0033】[0033]

【数8】 (Equation 8)

【0034】次に、前述のY(ωt)を検出する歪成分推
定器7の動作について述べる。推定器は次の二つの機能
を持ち、それぞれに対応して以下の演算を行う。
Next, the operation of the distortion component estimator 7 for detecting the above Y (ωt) will be described. The estimator has the following two functions and performs the following operations corresponding to each of them.

【0035】1つはVd*,Vq*,id,iqに基づいて出
力電源基本波成分ベクトルに直交な出力電圧指令成分V
⊥*および出力電流成分i⊥(基本波成分以外の変動成
分)を演算する機能である。このように諸量を電流座標
に変換し、出力電流ベクトルに直交な成分を演算する理
由は、 1)電動機1次抵抗値の変動とは無関係に、出力電圧歪
(補償残留分)に関係した量を同定できるため、高精度
補償が可能になる。
One is an output voltage command component V which is orthogonal to the output power fundamental wave component vector based on V d *, V q *, i d and i q.
It is a function to calculate ⊥ * and output current component i⊥ (variation component other than fundamental wave component). The reasons for converting various quantities into current coordinates and calculating the component orthogonal to the output current vector in this way are as follows: 1) The output voltage distortion (compensation residual component) is related to the variation of the primary resistance value of the motor. Since the quantity can be identified, highly accurate compensation becomes possible.

【0036】2)出力電圧歪に関係した量をインバータ
出力力率に拘らず一定した形状のリプル波形として検出
できるため、電圧歪(補償量の過不足)を常に高精度に
検出でき、高精度補償が可能になる。
2) Since the amount related to the output voltage distortion can be detected as a ripple waveform having a constant shape regardless of the inverter output power factor, the voltage distortion (excess or shortage of compensation amount) can always be detected with high accuracy and high accuracy. Compensation is possible.

【0037】演算の概念を明らかにするため、出力電圧
指令および出力電流のベクトル図を図4に示す。V* は
出力電圧指令ベクトル、iは出力電流ベクトル、i-
出力電流基本波成分ベクトルであり、i- に直交なV*
およびiの成分V⊥*,i⊥は数9,数10で示され
る。
To clarify the concept of calculation, a vector diagram of the output voltage command and the output current is shown in FIG. V * is the output voltage command vector, i is the output current vector, i - is the output current fundamental wave component vectors, i - a in the orthogonal V *
The components V⊥ * and i⊥ of i and i are expressed by Equations 9 and 10.

【0038】[0038]

【数9】 V⊥*=|V*|sin(θ1+θ2) =(i- d・Vq*−i- q・Vd*)/|i-| …(数9)[Equation 9] V⊥ * = | V * | sin (θ 1 + θ 2) = (i - d · V q * -i - q · V d *) / | i - | ... ( number 9)

【0039】[0039]

【数10】 [Equation 10]

【0040】推定器7のもう1つの機能は、以上のよう
にして求めたV⊥*,i⊥ に基づいて、出力電圧歪成分
(補償残留分)のiベクトルに直交な成分Y(ωt)を演算
する機能である。演算モデルを図5に示す。71はイン
バータの電圧指令から電動機の出力電流までを表すモデ
ルで、72は電動機の入力電圧から出力電流までを伝達
関数で表した電動機モデル、Δv⊥は出力電圧歪成分
(速度起電力成分も直流成分として含まれるが、後述の
演算によって消去されるため、ここではこれを無視す
る)、Δv⊥*はこの補償成分(速度起電力成分を含ま
ず)、73はV⊥*およびi⊥に基づいて数11に従い出
力電圧歪成分(Δv⊥−Δv⊥*)^=Y(ωt)を推定す
る外乱オブザーバであり、電動機の逆モデル74などで
構成される。なお、オブザーバ出力には適宜、高域をカ
ットするフィルタが設けられるが図示を省略してある。
Another function of the estimator 7 is to output voltage distortion component based on V⊥ *, i⊥ thus obtained.
It is a function of calculating a component Y (ωt) orthogonal to the i vector of (compensation residual amount). The calculation model is shown in FIG. Reference numeral 71 is a model that represents the voltage command of the inverter to the output current of the motor, 72 is a motor model that represents the input voltage to the output current of the motor as a transfer function, and Δv ⊥ is the output voltage distortion component (the speed electromotive force component is also a DC Although it is included as a component, it is erased by the operation described later, so this is ignored here), Δv ⊥ * is this compensation component (without velocity electromotive force component), 73 is based on V ⊥ * and i ⊥ Is a disturbance observer for estimating the output voltage distortion component (Δv⊥−Δv⊥ *) ^ = Y (ωt) according to Equation 11, and is composed of an inverse model 74 of the motor. It should be noted that although a filter for cutting high frequencies is appropriately provided for the observer output, it is not shown.

【0041】[0041]

【数11】 (Δv⊥−Δ⊥*)^=V⊥*−(Rσ^+Lσ^・s)i⊥ …(数11) ここに、Rσ^:電動機の1次および2次抵抗の合成値
(基準値) Lσ^:電動機の1次および2次漏れインダクタンスの
合成値(基準値) 以上により検出したΔv⊥−Δv⊥*(=Y(ωt))は、補
償量演算器8に入力され、数7に基づいてX1〜X6を演
算する。これには先ず、このY信号を前述の各期間〜
に分別する必要があるため、期間分別信号を分別器8
1において求める。図6にこの論理関係を示す。各相の
出力電流(iu,iv,iw)の極性に応じた信号(pu
v,pw)に基づいて、図示の関係に従い各期間〜
を分別する。
[Formula 11] (Δv⊥−Δ⊥ *) ^ = V⊥ * − (Rσ ^ + Lσ ^ · s) i⊥ (Formula 11) where Rσ ^: composite value of the primary and secondary resistances of the motor (Reference value) Lσ ^: Combined value of the primary and secondary leakage inductances of the motor (reference value) Δv⊥−Δv⊥ * (= Y (ωt)) detected by the above is input to the compensation amount calculator 8. , X 1 to X 6 are calculated based on the equation 7. First, this Y signal is applied to each of the above-mentioned periods.
Since it is necessary to separate the signal into
Seek in 1. FIG. 6 shows this logical relationship. Signals (p u , p u depending on the polarity of the output currents ( iu , iv , iw ) of each phase)
based on p v , p w ), each period according to the illustrated relationship ~
Separate.

【0042】さらに分別器81において各期間の前半3
0°と後半30°を分別する積分区間分別信号を求め、
両分別信号を演算器82に与える。演算器82では、前
記積分区間分別信号に応じてY信号を各期間の前半30
°と後半30°でそれぞれ積分し、両者の差を演算して
数7におけるΔY1〜ΔY6を期間毎に順次求める。そし
てΔY1〜ΔY6を前記期間分別信号に応じて各期間〜
に対応する記憶要素に記憶させる。この演算は出力電
流の一周期毎に繰り返し行われ、順次新しいΔY1〜Δ
6に更新される。
Further, in the separator 81, the first half 3 of each period
Obtain the integration interval classification signal that separates 0 ° and the latter half 30 °,
Both discrimination signals are given to the calculator 82. The calculator 82 outputs the Y signal in the first half 30 of each period according to the integration interval classification signal.
And the latter half of 30 ° are integrated respectively, and the difference between the two is calculated to obtain ΔY 1 to ΔY 6 in Equation 7 sequentially for each period. Then, ΔY 1 to ΔY 6 are changed from each period depending on the period classification signal.
Are stored in the storage element corresponding to. This calculation is repeated for each cycle of the output current, and new ΔY 1 to ΔY are sequentially obtained.
Updated to Y 6 .

【0043】演算器83では、数7に従い、これらΔY
1〜ΔY6に基づいてX1〜X6を演算する。この演算は周
知の方法を用いて行うことができる。求められたX1
6は累積加算器84に加えられ、それまでの各補償量
にX1〜X6が加算され、補償量が修正される。この修正
された補償量に従い補償器51,52の出力量ΔV1*,
ΔV2*の大きさが調節される。以上のようにして、各相
並びに出力電流極性毎の補償量が個々に出力電圧歪を最
小とする値に制御される。
In the computing unit 83, these ΔY
X 1 to X 6 are calculated based on 1 to ΔY 6 . This calculation can be performed using a known method. Required X 1 ~
X 6 is added to the cumulative adder 84, and X 1 to X 6 are added to each compensation amount up to that point to correct the compensation amount. According to the corrected compensation amount, the output amounts ΔV 1 * of the compensators 51 and 52,
The magnitude of ΔV 2 * is adjusted. As described above, the compensation amount for each phase and each output current polarity is individually controlled to a value that minimizes the output voltage distortion.

【0044】上述の実施例においては、Vd*,Vq*,i
d,iqに基づいて、インバータ出力電圧および出力電流
の出力電流基本波ベクトルに直交な成分を求め、これら
成分に基づいて出力電圧歪成分Yを検出している。この
演算の順序を変更し、Vd*,Vq*およびid,iqに基づ
いて、先ず出力電圧歪のd軸およびq軸成分を推定し、
次に、これらに基づいて出力電圧歪の出力電流基本波ベ
クトルに直交な成分を求めるようにしても、前記歪成分
Yを検出できる。相異点は、歪成分推定器7の演算内容
にあるため、これについて述べる。
In the above embodiment, V d *, V q *, i
A component orthogonal to the output current fundamental wave vector of the inverter output voltage and output current is obtained based on d and iq , and the output voltage distortion component Y is detected based on these components. By changing the order of this operation, the d-axis and q-axis components of the output voltage distortion are first estimated based on V d *, V q * and i d , i q ,
Next, the distortion component Y can be detected even if the component orthogonal to the output current fundamental wave vector of the output voltage distortion is obtained based on these. The difference lies in the calculation contents of the distortion component estimator 7, and will be described below.

【0045】図7に、その演算内容のモデルを示す。図
において、71′はインバータの電圧指令から電動機の
出力電流までを表すモデルで、72′は電動機の入力電
圧から出力電流までを伝達関数で表した電動機モデル、
ΔVd,ΔVqは出力電圧歪ΔVのd軸およびq軸成分、
ΔVd*,ΔVq*は補償信号ΔV* のd軸及びq軸成分、
73′はVd*,Vq*及びid,iqに基づいて数12に従
い出力電圧歪成分ΔVd−ΔVd*及びΔVq−ΔVq*を推
定する外乱オブザーバであり、電動機の逆モデル74′
などで構成される。
FIG. 7 shows a model of the calculation contents. In the figure, 71 'is a model that represents the voltage command of the inverter to the output current of the motor, and 72' is a motor model that represents the input voltage to the output current of the motor as a transfer function.
ΔV d and ΔV q are the d-axis and q-axis components of the output voltage distortion ΔV,
ΔV d * and ΔV q * are the d-axis and q-axis components of the compensation signal ΔV *,
Reference numeral 73 'is a disturbance observer for estimating the output voltage distortion components ΔV d -ΔV d * and ΔV q -ΔV q * according to the equation 12 based on V d *, V q * and i d , i q. Model 74 '
Etc.

【0046】[0046]

【数12】 (ΔVd−ΔVd*)^=Vd*−(Rσ^+Lσ^・s)id (ΔVq−ΔVq*)^=Vq*−(Rσ^+Lσ^・s)iq …(数12) そして、歪成分の出力電流基本波ベクトルに直交な成分
(Δv⊥−Δv⊥*)を数13に従い演算する。
[Number 12] (ΔV d -ΔV d *) ^ = V d * - (Rσ ^ + Lσ ^ · s) i d (ΔV q −ΔV q *) ^ = V q * − (Rσ ^ + Lσ ^ · s) i q (Equation 12) Then, a component (Δv⊥−Δv⊥ *) orthogonal to the output current fundamental wave vector of the distortion component is calculated according to Equation 13.

【0047】[0047]

【数13】 (Δv⊥−Δv⊥*)^={id -・(ΔVq−ΔVq*)^−iq -・(ΔVd− ΔVd*)^}/|i-| …(数13) この演算結果は、先の実施例における数11と同一であ
る。したがって、本実施例においても前記実施例と同じ
動作を行うことができる。
[Number 13] (Δv⊥-Δv⊥ *) ^ = {i d - · (ΔV q -ΔV q *) ^ - i q - · (ΔV d - ΔV d *) ^} / | i - | ... ( (Equation 13) The result of this operation is the same as Equation 11 in the previous embodiment. Therefore, also in this embodiment, the same operation as in the above embodiment can be performed.

【0048】前記実施例では、補償器51,52におい
て、インバータ出力電流の検出値(各相瞬時値)に基づ
いて補償信号ΔV1*,ΔV2*を得ているが、代わりに、
出力電流の座標変換値id,iqに基づいて各相出力電流
の位相を数14に従い演算し、これに基づいて各相出力
電流の極性(U相に関しては位相θが−π/2≦θ≦π
/2である期間は正、π/2<θ<3π/2である期間
は負)を判別し、これよりΔV1*,ΔV2*を求めること
もできる。
In the above embodiment, the compensators 51 and 52 obtain the compensation signals ΔV 1 * and ΔV 2 * based on the detected value (instantaneous value of each phase) of the inverter output current.
The phase of the output current of each phase is calculated according to the equation 14 based on the coordinate conversion values i d and i q of the output current, and based on this, the polarity of the output current of each phase (for the U phase, the phase θ is −π / 2 ≦ θ ≦ π
It is also possible to determine ΔV 1 * and ΔV 2 * from this by discriminating the positive period during the period of / 2 and the negative period during the period of π / 2 <θ <3π / 2).

【0049】[0049]

【数14】 ∠iu=ω1t*+δ ∠iv=ω1t*+δ−2π/3 ∠iw=ω1t*+δ+2π/3 …(数14) ここに、δ=tan-1(iq/id) この場合、各相の出力電流がその極性変化付近において
複雑に変化することがあっても、フィルタによりid
qのリプル分を除去してから演算に用いることによ
り、安定して補償信号が得られるため、より高精度に補
償が行える。
∠i u = ω 1 t * + δ ∠i v = ω 1 t * + δ-2π / 3 ∠i w = ω 1 t * + δ + 2π / 3 (Equation 14) where δ = tan −1 (i q / id ) In this case, even if the output current of each phase may change in a complicated manner in the vicinity of its polarity change, i d ,
Since the compensation signal is stably obtained by removing the ripple component of i q and then using it for the calculation, the compensation can be performed with higher accuracy.

【0050】前記実施例では、回転磁界座標系の電圧指
令値Vd*,Vq*および電流検出値id,iqに基づいて出
力電圧歪成分を推定し、これに応じて補償信号ΔV* を
調節しているが、固定子座標系の電圧指令値V* と電流
検出値iに基づいて出力電圧歪成分を推定し、これに応
じてΔV* を調節することもできる。
In the above embodiment, the output voltage distortion component is estimated based on the voltage command values V d *, V q * and the current detection values i d , i q in the rotating magnetic field coordinate system, and the compensation signal ΔV is estimated accordingly. Although * is adjusted, the output voltage distortion component can be estimated based on the voltage command value V * of the stator coordinate system and the current detection value i, and ΔV * can be adjusted accordingly.

【0051】この概念に基づく他の実施例について図8
を用いて説明する。1はPWMインバータ、2は電動
機、4は電流検出器、5は補償器で前記実施例と同一物
である。9は電圧指令値V* および電流検出値iに基づ
いて数15に従い出力電圧歪成分ΔV−ΔV* を推定す
る外乱オブザーバであり、電動機の逆モデル91などで
構成される。
FIG. 8 shows another embodiment based on this concept.
Will be explained. Reference numeral 1 is a PWM inverter, 2 is an electric motor, 4 is a current detector, and 5 is a compensator, which are the same as those in the above embodiment. Reference numeral 9 is a disturbance observer that estimates the output voltage distortion component ΔV−ΔV * according to the equation 15 based on the voltage command value V * and the current detection value i, and is composed of an inverse model 91 of the electric motor.

【0052】[0052]

【数15】 (ΔV−ΔV*)^=V*−(Rσ^+Lσ^・s)i …(数15) 演算器10は数16に従い前記歪成分の出力電流ベクト
ルに直交な成分(Δv⊥−Δv⊥* )を演算する。
[Equation 15] (ΔV−ΔV *) ^ = V * − (Rσ ^ + Lσ ^ · s) i (Equation 15) The arithmetic unit 10 follows the equation 16 to obtain a component (Δv⊥) orthogonal to the output current vector of the distortion component. −Δv⊥ *) is calculated.

【0053】[0053]

【数16】 [Equation 16]

【0054】この演算値は前記実施例における歪成分推
定器7の出力値と同一である。したがって、この演算値
に基づいて、同様の動作を行うことができる。なお本実
施例は、前記実施例における座標変換器3,6がない場
合にも適用できる。
This calculated value is the same as the output value of the distortion component estimator 7 in the above embodiment. Therefore, the same operation can be performed based on this calculated value. The present embodiment can also be applied to the case where the coordinate converters 3 and 6 in the above embodiment are not provided.

【0055】なお本発明は、電力変換器の出力周波数が
低い範囲のみ適用し、高い範囲では非適用とすることも
できる。この場合、歪成分の周波数が低いため、演算周
期を大とすることができ、マイコン演算の負担を低減で
きる。また以上は、実運転前の調整運転において行うこ
ともできる。
The present invention may be applied only in the range where the output frequency of the power converter is low, and may not be applied in the high range. In this case, since the frequency of the distortion component is low, the calculation cycle can be lengthened and the load of microcomputer calculation can be reduced. The above can also be performed in the adjustment operation before the actual operation.

【0056】前記実施例は、補償信号ΔV*により電圧
指令値V*を修正して出力電圧歪を補償する方式に本発
明を適用した例であるが、V* に応じて制御されるパル
ス幅変調信号のパルス幅をΔV* により修正する方式に
対しても適用でき、同様の効果が得られることは明らか
である。
The above embodiment is an example in which the present invention is applied to a system for compensating the output voltage distortion by correcting the voltage command value V * with the compensation signal ΔV *. However, the pulse width controlled according to V * It can be applied to a system in which the pulse width of the modulation signal is modified by ΔV *, and it is clear that the same effect can be obtained.

【0057】なお、本発明は電動機駆動用インバータに
限らず、交流電源と接続される変換器にも適用でき、出
力電圧歪を低減して電源高調波を減らすことができる。
The present invention can be applied not only to an inverter for driving a motor but also to a converter connected to an AC power source, and can reduce output voltage distortion and reduce power source harmonics.

【0058】[0058]

【発明の効果】本発明によれば、電力変換器の出力電圧
歪が各相並びに出力電流極性毎に最小となるように自動
的に補償でき、トルクリプル並びに電源高調波の発生を
防止できる。
According to the present invention, the output voltage distortion of the power converter can be automatically compensated so as to be minimized for each phase and output current polarity, and torque ripple and power supply harmonics can be prevented.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例を示すパルス幅変調インバー
タの構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a pulse width modulation inverter showing an embodiment of the present invention.

【図2】インバータの出力電圧歪の発生メカニズムを説
明するための図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining a mechanism of generation of output voltage distortion of an inverter.

【図3】本発明の原理を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the principle of the present invention.

【図4】本発明に関する演算内容の概念を説明するため
の図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining the concept of calculation contents related to the present invention.

【図5】本発明に関する演算内容を説明するための図で
ある。
FIG. 5 is a diagram for explaining the contents of calculation related to the present invention.

【図6】本発明に関する演算内容を説明するための図で
ある。
FIG. 6 is a diagram for explaining the contents of calculation related to the present invention.

【図7】本発明に関する演算内容を説明するための図で
ある。
FIG. 7 is a diagram for explaining the contents of calculation related to the present invention.

【図8】本発明の他の実施例を示すパルス幅変調インバ
ータ構成図である。
FIG. 8 is a pulse width modulation inverter configuration diagram showing another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…パルス幅変調インバータ、4…電流検出器、7…歪
成分推定器、8…補償量演算器、51,52…補償器。
1 ... Pulse width modulation inverter, 4 ... Current detector, 7 ... Distortion component estimator, 8 ... Compensation amount calculator, 51, 52 ... Compensator.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】各アームを構成するスイッチング素子をパ
ルス幅変調制御して、直流を交流にあるいは交流を直流
に変換する電力変換器の出力電圧歪を、該変換器の出力
電流に応じた信号により出力電圧を修正して補償を行う
電力変換器の出力歪補償法において、該変換器の出力電
圧指令値および出力電流値に基づいて、該変換器の各出
力相並びに出力電流極性毎に対応の出力電圧歪を演算検
出し、この演算値に基づいて該演算値が零に近づくよう
に各出力相並びに出力電流極性毎の出力歪の補償量を調
節するようにしたことを特徴とする電力変換器の出力歪
補償法。
1. An output voltage distortion of a power converter for converting a direct current into an alternating current or an alternating current into a direct current by controlling a pulse width modulation of a switching element forming each arm, and a signal corresponding to an output current of the converter. In the output distortion compensation method of the power converter that corrects the output voltage by performing the compensation, the output voltage command value and the output current value of the converter are used to correspond to each output phase and output current polarity of the converter. Output voltage distortion is calculated and detected, and the amount of output distortion compensation for each output phase and output current polarity is adjusted so that the calculated value approaches zero based on this calculated value. Converter output distortion compensation method.
【請求項2】請求項1において、前記変換器の出力電圧
指令値および出力電流値には、回転座標変換量もしくは
固定子座標量を用いることを特徴とする電力変換器の出
力歪補償法。
2. The output distortion compensation method for a power converter according to claim 1, wherein a rotational coordinate conversion amount or a stator coordinate amount is used for the output voltage command value and the output current value of the converter.
【請求項3】請求項1において、前記変換器の出力電圧
指令値および出力電流値に基づいて出力電圧歪の出力電
流ベクトルに直交な成分を求め、この演算値に基づいて
各出力相並びに出力電流極性毎に対応の出力電圧歪を演
算検出し、この演算値に基づいて各出力相並びに出力電
流極性毎の出力歪の補償量を調節するようにしたことを
特徴とする電力変換器の出力歪補償法。
3. The component according to claim 1, wherein a component orthogonal to the output current vector of the output voltage distortion is obtained based on the output voltage command value and the output current value of the converter, and each output phase and the output are obtained based on the calculated value. Output voltage distortion corresponding to each current polarity is calculated and detected, and the output distortion compensation amount is adjusted for each output phase and each output current polarity based on the calculated value. Distortion compensation method.
【請求項4】請求項1,3における出力歪の補償量の調
節は、変換器の出力周波数が所定値以下の範囲のみ行う
ことを特徴とする電力変換器の出力歪補償法。
4. The output distortion compensation method for a power converter according to claim 1, wherein the output distortion compensation amount is adjusted only in a range in which the output frequency of the converter is equal to or lower than a predetermined value.
【請求項5】請求項1,3における、出力歪の補償量の
調節は、変換器の実運転前の調整運転にて行うことを特
徴とする電力変換器の出力歪補償法。
5. The output distortion compensation method for a power converter according to claim 1, wherein the adjustment amount of the output distortion compensation is performed in an adjustment operation before the actual operation of the converter.
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