JPH08289565A - 中性点クランプ形インバータ - Google Patents
中性点クランプ形インバータInfo
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- JPH08289565A JPH08289565A JP7091213A JP9121395A JPH08289565A JP H08289565 A JPH08289565 A JP H08289565A JP 7091213 A JP7091213 A JP 7091213A JP 9121395 A JP9121395 A JP 9121395A JP H08289565 A JPH08289565 A JP H08289565A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 中性点クランプ形インバータの中性点電位を
安定化する。 【構成】 三角波比較ＰＷＭによって出力電圧を制御す
る中性点クランプ形インバータにおいて、基本波指令値
に位相及び振幅を制御した６次高調波発振器１の出力を
重畳して電圧指令値を得ることで中性点電流を制御し、
中性点電位を安定化する。６次高調波の位相は、インバ
ータの各運転状態における基本波力率別に中性点電流の
直流分が最も大きくなる６次高調波の位相データを数値
解析で求めてテーブル２として用意し、振幅は中性点電
位の偏差に応じて制御する。この制御は、基本波力率別
に６次高調波の重畳量と中性点電流が線形関係になる振
幅範囲データを数値解析で求めてテーブル２に用意し、
振幅範囲データをリミッタ回路４のリミッタ値として制
限する。
安定化する。 【構成】 三角波比較ＰＷＭによって出力電圧を制御す
る中性点クランプ形インバータにおいて、基本波指令値
に位相及び振幅を制御した６次高調波発振器１の出力を
重畳して電圧指令値を得ることで中性点電流を制御し、
中性点電位を安定化する。６次高調波の位相は、インバ
ータの各運転状態における基本波力率別に中性点電流の
直流分が最も大きくなる６次高調波の位相データを数値
解析で求めてテーブル２として用意し、振幅は中性点電
位の偏差に応じて制御する。この制御は、基本波力率別
に６次高調波の重畳量と中性点電流が線形関係になる振
幅範囲データを数値解析で求めてテーブル２に用意し、
振幅範囲データをリミッタ回路４のリミッタ値として制
限する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、中性点クランプ形イン
バータに係り、特に三角波比較ＰＷＭ波形によりスイッ
チング制御するインバータに関する。
バータに係り、特に三角波比較ＰＷＭ波形によりスイッ
チング制御するインバータに関する。
【０００２】
【従来の技術】中性点クランプ形インバータは、図２に
主回路図を示すように、直流側の電圧Ｖdcをコンデンサ
Ｃ1，Ｃ2によって分圧し、分圧したことによってできる
中性点電位（１／２Ｖdc）をインバータ出力として利用
できるようにスイッチング素子（トランジスタやＧＴ
Ｏ、ＩＧＢＴなどの自己消弧能力を有する素子）を配置
する。
主回路図を示すように、直流側の電圧Ｖdcをコンデンサ
Ｃ1，Ｃ2によって分圧し、分圧したことによってできる
中性点電位（１／２Ｖdc）をインバータ出力として利用
できるようにスイッチング素子（トランジスタやＧＴ
Ｏ、ＩＧＢＴなどの自己消弧能力を有する素子）を配置
する。
【０００３】このインバータは、主回路のスイッチング
素子には理論的には直流電源電圧の半分の電圧しかかか
らないため、一般の電圧形インバータと比較した場合、
同じ素子を用いれば出力電圧が２倍のインバータを構成
でき、同じ出力容量ならば素子の耐圧が半分で済む利点
がある。
素子には理論的には直流電源電圧の半分の電圧しかかか
らないため、一般の電圧形インバータと比較した場合、
同じ素子を用いれば出力電圧が２倍のインバータを構成
でき、同じ出力容量ならば素子の耐圧が半分で済む利点
がある。
【０００４】出力スイッチングモードとしては、図３に
太線で導通ルートを示すように、１相当たり３種類があ
り、グランド電位Ｇndと電源電位Ｖdc及び１／２Ｖdc電
位の３種類の電位を出力できる。一般のインバータと比
較すると、１／２Ｖdc電位を出力できる点が優れてお
り、高調波成分を低減した出力電圧を得ることができ
る。
太線で導通ルートを示すように、１相当たり３種類があ
り、グランド電位Ｇndと電源電位Ｖdc及び１／２Ｖdc電
位の３種類の電位を出力できる。一般のインバータと比
較すると、１／２Ｖdc電位を出力できる点が優れてお
り、高調波成分を低減した出力電圧を得ることができ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】中性点クランプ形イン
バータは、中性点には電源が接続されているわけではな
いため、中性点に電流が流れ込むとその電位が上昇し、
電流が流れ出すと電位が下降する。中性点電流は、通常
は基本波の３倍の周期で変動しているが、直流分は０で
ある。
バータは、中性点には電源が接続されているわけではな
いため、中性点に電流が流れ込むとその電位が上昇し、
電流が流れ出すと電位が下降する。中性点電流は、通常
は基本波の３倍の周期で変動しているが、直流分は０で
ある。
【０００６】しかし、何らかの要因で直流分が含まれる
と、中性点電位が偏り、以下のような問題が生じる。
と、中性点電位が偏り、以下のような問題が生じる。
【０００７】（１）出力電圧に偶数次高調波が含まれる
ようになり、出力電圧波形が歪む。すなわち、中性点電
位が直流電源電圧の１／２からずれた場合、ずれていな
いことを前提とした制御を行うと、出力電圧には偶数次
高調波が含まれるようになってしまう。
ようになり、出力電圧波形が歪む。すなわち、中性点電
位が直流電源電圧の１／２からずれた場合、ずれていな
いことを前提とした制御を行うと、出力電圧には偶数次
高調波が含まれるようになってしまう。
【０００８】（２）素子にはその耐圧を越えた電圧がか
かる場合が発生し、素子の破壊を招く。すなわち、中性
点電位がずれると、素子に加わる電圧が直流電源電圧の
１／２を越えてしまうため、素子が破壊される可能性が
ある。
かる場合が発生し、素子の破壊を招く。すなわち、中性
点電位がずれると、素子に加わる電圧が直流電源電圧の
１／２を越えてしまうため、素子が破壊される可能性が
ある。
【０００９】以上のような問題を含む中性点電位の制御
方法として、三角波をキャリアとし、出力周波数に一致
した正弦波と比較することで得るＰＷＭ波形で電圧制御
するインバータにおいて、出力電圧の指令値に直流分や
６次高調波成分を重畳する手法が提案されているが、そ
の具体的な重畳量、位相、重畳することによる中性点電
流の直流分については明確にされていない。
方法として、三角波をキャリアとし、出力周波数に一致
した正弦波と比較することで得るＰＷＭ波形で電圧制御
するインバータにおいて、出力電圧の指令値に直流分や
６次高調波成分を重畳する手法が提案されているが、そ
の具体的な重畳量、位相、重畳することによる中性点電
流の直流分については明確にされていない。
【００１０】本発明の目的は、中性点電位を安定化した
中性点クランプ形インバータを提供することにある。
中性点クランプ形インバータを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題の解
決を図るため、三角波比較ＰＷＭによって出力電圧を制
御する中性点クランプ形インバータにおいて、基本波指
令値に位相及び振幅を制御した６次高調波指令値を重畳
して電圧指令値とする手段を設け、この手段は、インバ
ータの各運転状態における基本波力率別に中性点電流の
直流分が最も大きくなる６次高調波の位相データと、該
基本波力率別に６次高調波の重畳量と中性点電流が線形
関係になる振幅範囲データとを持つテーブルと、基本波
指令値に対して前記位相データに従って位相制御され、
前記中性点電位の偏差に応じて振幅制御されかつ前記振
幅範囲データにより振幅制限して６次高調波を発生する
発振器とを備えたことを特徴とする。
決を図るため、三角波比較ＰＷＭによって出力電圧を制
御する中性点クランプ形インバータにおいて、基本波指
令値に位相及び振幅を制御した６次高調波指令値を重畳
して電圧指令値とする手段を設け、この手段は、インバ
ータの各運転状態における基本波力率別に中性点電流の
直流分が最も大きくなる６次高調波の位相データと、該
基本波力率別に６次高調波の重畳量と中性点電流が線形
関係になる振幅範囲データとを持つテーブルと、基本波
指令値に対して前記位相データに従って位相制御され、
前記中性点電位の偏差に応じて振幅制御されかつ前記振
幅範囲データにより振幅制限して６次高調波を発生する
発振器とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
【作用】三角波比較ＰＷＭ波形の形成のために、図４に
示すように、正弦波になる基本波にその６倍の周波数を
持つ６次高調波を振幅及び位相差を持たせて重畳し、こ
れを三角波比較ＰＷＭ波形の形成のための電圧指令値Ｖ
refとすると、電圧指令値Ｖrefは、以下の式になる。
示すように、正弦波になる基本波にその６倍の周波数を
持つ６次高調波を振幅及び位相差を持たせて重畳し、こ
れを三角波比較ＰＷＭ波形の形成のための電圧指令値Ｖ
refとすると、電圧指令値Ｖrefは、以下の式になる。
【００１３】
【数１】
【００１４】Ｖ1：基本波電圧の変調率 Ｖ6：６次高調波の変調率 α：基本波と６次高調波の位相差 また、中性点クランプ形インバータの１相分において、
この層が中性点電位を出力している場合に「１」、そう
でない場合に「０」となるスイッチング関数Ｓnxは、キ
ャリア周波数が十分高ければ、以下のように表すことが
できる。
この層が中性点電位を出力している場合に「１」、そう
でない場合に「０」となるスイッチング関数Ｓnxは、キ
ャリア周波数が十分高ければ、以下のように表すことが
できる。
【００１５】
【数２】
【００１６】重畳された６次高調波成分は、インバータ
の出力線間電圧には現れないため、出力電流は基本波の
みとなる。よって、相電流ｉxは、以下のように表すこ
とができる。
の出力線間電圧には現れないため、出力電流は基本波の
みとなる。よって、相電流ｉxは、以下のように表すこ
とができる。
【００１７】
【数３】
【００１８】このときの中性点電流は、（２）式と
（３）式の積、
（３）式の積、
【００１９】
【数４】
【００２０】となる。この式を１周期分積分し、３相分
を合計すれば中性点電流の直流分となる。
を合計すれば中性点電流の直流分となる。
【００２１】上記の（４）式を解析的に積分することは
困難であるが、これは数値計算によって積分し、中性点
電流の直流分を得ることができる。
困難であるが、これは数値計算によって積分し、中性点
電流の直流分を得ることができる。
【００２２】実際に、実験装置によって力率角が遅れ９
０度になる運転をしたときの中性点電流直流分を測定し
た結果と数値計算結果とを比較したものを図５及び図６
に示す。図５では基本波に対する６次高調波の位相差を
変えた（振幅は固定）場合を示し、図６では基本波に対
する６次高調波の振幅を変えた（位相は固定）場合を示
し、これらの実験結果からも数値解析が妥当であること
が確認された。
０度になる運転をしたときの中性点電流直流分を測定し
た結果と数値計算結果とを比較したものを図５及び図６
に示す。図５では基本波に対する６次高調波の位相差を
変えた（振幅は固定）場合を示し、図６では基本波に対
する６次高調波の振幅を変えた（位相は固定）場合を示
し、これらの実験結果からも数値解析が妥当であること
が確認された。
【００２３】したがって、例えば力率角が遅れ９０度で
ある図５及び図６の場合は、６次高調波成分を基本波と
の位相差をπ／３の整数倍として重畳し、振幅を基本波
のー２０％から＋２０％の範囲で変化させれば中性点電
流の直流分を制御できる。なお、振幅については、これ
以上の大きさの６次高調波成分を重畳すると、重畳量と
中性点電流直流分の関係が非線形となる上、中性点電流
直流分も飽和（あるいは減少）することから制限する。
ある図５及び図６の場合は、６次高調波成分を基本波と
の位相差をπ／３の整数倍として重畳し、振幅を基本波
のー２０％から＋２０％の範囲で変化させれば中性点電
流の直流分を制御できる。なお、振幅については、これ
以上の大きさの６次高調波成分を重畳すると、重畳量と
中性点電流直流分の関係が非線形となる上、中性点電流
直流分も飽和（あるいは減少）することから制限する。
【００２４】以上のことから、本発明は、インバータの
各運転範囲のそれぞれの力率において、基本波に対して
中性点電流の直流分が最も大きくなる６次高調波の位相
差と、６次高調波の重畳量と中性点電流が線形関係とみ
なせる振幅の範囲をテーブルデータとして予め求めてお
く。
各運転範囲のそれぞれの力率において、基本波に対して
中性点電流の直流分が最も大きくなる６次高調波の位相
差と、６次高調波の重畳量と中性点電流が線形関係とみ
なせる振幅の範囲をテーブルデータとして予め求めてお
く。
【００２５】そして、各運転範囲における基本波力率に
応じてテーブルから位相データ及び振幅データを取り出
し、６次高調波発振器の位相及び中性点電位偏差に応じ
た振幅を制御することにより、中性点電位が上昇し過ぎ
た場合には中性点から電流が流出するように、下降し過
ぎた場合には中性点に電流が流入するようにし、中性点
電位を安定化する。
応じてテーブルから位相データ及び振幅データを取り出
し、６次高調波発振器の位相及び中性点電位偏差に応じ
た振幅を制御することにより、中性点電位が上昇し過ぎ
た場合には中性点から電流が流出するように、下降し過
ぎた場合には中性点に電流が流入するようにし、中性点
電位を安定化する。
【００２６】
【実施例】図１は、本発明の一実施例を示す中性点電位
制御ブロックである。三角波比較ＰＷＭインバータで
は、基本波指令値を電圧指令値として出力電圧を制御
し、また電圧指令値に応じて出力周波数制御を行う。
制御ブロックである。三角波比較ＰＷＭインバータで
は、基本波指令値を電圧指令値として出力電圧を制御
し、また電圧指令値に応じて出力周波数制御を行う。
【００２７】本実施例では、基本波指令値に６次高調波
信号を加算して電圧指令値を得る。このための６次高調
波発振器１を設け、この発振出力を基本波指令値に重畳
させる。
信号を加算して電圧指令値を得る。このための６次高調
波発振器１を設け、この発振出力を基本波指令値に重畳
させる。
【００２８】６次高調波発振器１の位相及び振幅は、テ
ーブル２から読み出す位相データ及び振幅制限データに
よって制御する。このテーブル２のデータは、インバー
タの各運転範囲のそれぞれの力率において、基本波に対
して中性点電流の直流分が最も大きくなる６次高調波の
位相差と、６次高調波の重畳量と中性点電流が線形関係
とみなせる振幅の範囲を数値解析により予め求めて書込
まれる。
ーブル２から読み出す位相データ及び振幅制限データに
よって制御する。このテーブル２のデータは、インバー
タの各運転範囲のそれぞれの力率において、基本波に対
して中性点電流の直流分が最も大きくなる６次高調波の
位相差と、６次高調波の重畳量と中性点電流が線形関係
とみなせる振幅の範囲を数値解析により予め求めて書込
まれる。
【００２９】６次高調波の振幅制限は、増幅器３で適当
に増幅した中性点電位偏差の検出信号をリミッタ回路４
を通して６次高調波発振器１の振幅制御信号とし、リミ
ッタ回路４のリミッタ値をテーブル２からの振幅制限デ
ータとすることで実現される。
に増幅した中性点電位偏差の検出信号をリミッタ回路４
を通して６次高調波発振器１の振幅制御信号とし、リミ
ッタ回路４のリミッタ値をテーブル２からの振幅制限デ
ータとすることで実現される。
【００３０】したがって、中性点クランプ形インバータ
の制御装置としては、インバータの運転状態で変化する
基本波力率に応じて６次高調波発振器１の位相制御を
し、中性点電位の偏差に応じて６次高調波の振幅制限し
た振幅制御をし、これら制御した位相と振幅の６次高調
波を基本波指令値に加算してインバータの電圧指令値と
し、この指令値を周波数及び電圧指令として三角波比較
ＰＷＭ波形を得る。
の制御装置としては、インバータの運転状態で変化する
基本波力率に応じて６次高調波発振器１の位相制御を
し、中性点電位の偏差に応じて６次高調波の振幅制限し
た振幅制御をし、これら制御した位相と振幅の６次高調
波を基本波指令値に加算してインバータの電圧指令値と
し、この指令値を周波数及び電圧指令として三角波比較
ＰＷＭ波形を得る。
【００３１】これにより、中性点電位に偏差が発生しよ
うとするときに６次高調波の位相及び振幅を制御するこ
とにより、中性点電位が上昇し過ぎた場合には中性点か
ら電流が流出するように、下降し過ぎた場合には中性点
に電流が流入するようにし、中性点電位を安定化するこ
とができる。
うとするときに６次高調波の位相及び振幅を制御するこ
とにより、中性点電位が上昇し過ぎた場合には中性点か
ら電流が流出するように、下降し過ぎた場合には中性点
に電流が流入するようにし、中性点電位を安定化するこ
とができる。
【００３２】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、インバ
ータの各運転状態における基本波力率別に中性点電流の
直流分が最も大きくなる６次高調波の位相データと、該
基本波力率別に６次高調波の重畳量と中性点電流が線形
関係になる振幅範囲データとを数値解析により求めてお
き、これらデータにしたがって６次高調波の位相及び振
幅を制御して基本波指令値に重畳して電圧指令値とする
ようにしたため、以下の効果がある。
ータの各運転状態における基本波力率別に中性点電流の
直流分が最も大きくなる６次高調波の位相データと、該
基本波力率別に６次高調波の重畳量と中性点電流が線形
関係になる振幅範囲データとを数値解析により求めてお
き、これらデータにしたがって６次高調波の位相及び振
幅を制御して基本波指令値に重畳して電圧指令値とする
ようにしたため、以下の効果がある。
【００３３】（１）中性点電流を制御することができ、
これによって中性点電位を安定化できる。
これによって中性点電位を安定化できる。
【００３４】（２）６次高調波成分は、３相インバータ
においては線間電圧として現れないため、３相線間出力
電圧には影響を与えない。
においては線間電圧として現れないため、３相線間出力
電圧には影響を与えない。
【００３５】（３）力率が０であっても制御効果がある
ため、無効電力補償装置などの低力率運転をするインバ
ータにも適用できる。
ため、無効電力補償装置などの低力率運転をするインバ
ータにも適用できる。
【００３６】（４）運転範囲の力率に応じたテーブルを
用意するため、近似式などによる手法と異なり、誤差の
発生が無い。このため、最も制御能力が高い６次高調波
を利用できる。
用意するため、近似式などによる手法と異なり、誤差の
発生が無い。このため、最も制御能力が高い６次高調波
を利用できる。
【図１】本発明の一実施例を示す中性点電位制御ブロッ
ク。
ク。
【図２】中性点クランプ形インバータの主回路図。
【図３】中性点クランプ形インバータの出力スイッチン
グモード。
グモード。
【図４】６次高調波の重畳の説明図。
【図５】重畳する６次高調波の位相差と中性点電流直流
分の関係図。
分の関係図。
【図６】重畳する６次高調波の振幅と中性点電流直流分
の関係図。
の関係図。
１…６次高調波発振器 ２…テーブル ３…増幅器 ４…リミッタ回路
Claims (1)
- 【請求項１】 三角波比較ＰＷＭによって出力電圧を制
御する中性点クランプ形インバータにおいて、 基本波指令値に位相及び振幅を制御した６次高調波指令
値を重畳して電圧指令値とする手段を設け、この手段
は、 インバータの各運転状態における基本波力率別に中性点
電流の直流分が最も大きくなる６次高調波の位相データ
と、該基本波力率別に６次高調波の重畳量と中性点電流
が線形関係になる振幅範囲データとを持つテーブルと、 基本波指令値に対して前記位相データに従って位相制御
され、前記中性点電位の偏差に応じて振幅制御されかつ
前記振幅範囲データにより振幅制限して６次高調波を発
生する発振器とを備えたことを特徴とする中性点クラン
プ形インバータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7091213A JPH08289565A (ja) | 1995-04-18 | 1995-04-18 | 中性点クランプ形インバータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7091213A JPH08289565A (ja) | 1995-04-18 | 1995-04-18 | 中性点クランプ形インバータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08289565A true JPH08289565A (ja) | 1996-11-01 |
Family
ID=14020152
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7091213A Pending JPH08289565A (ja) | 1995-04-18 | 1995-04-18 | 中性点クランプ形インバータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08289565A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010035258A (ja) * | 2008-07-25 | 2010-02-12 | Honda Motor Co Ltd | インバータ発電機 |
| JP2022060920A (ja) * | 2020-10-05 | 2022-04-15 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | ３レベル電力変換器の制御装置 |
-
1995
- 1995-04-18 JP JP7091213A patent/JPH08289565A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010035258A (ja) * | 2008-07-25 | 2010-02-12 | Honda Motor Co Ltd | インバータ発電機 |
| JP2022060920A (ja) * | 2020-10-05 | 2022-04-15 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | ３レベル電力変換器の制御装置 |
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