JPH09312978A - 直流−交流電流形変換器の制御装置 - Google Patents
直流−交流電流形変換器の制御装置Info
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- JPH09312978A JPH09312978A JP8150053A JP15005396A JPH09312978A JP H09312978 A JPH09312978 A JP H09312978A JP 8150053 A JP8150053 A JP 8150053A JP 15005396 A JP15005396 A JP 15005396A JP H09312978 A JPH09312978 A JP H09312978A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】直流−交流電流形変換器の指令急変時において
も交流入力電流等の振動抑制機能を有する直流−交流電
流形変換器の制御装置を提供するものである。 【解決手段】直流電流指令と検出直流電流の誤差を入力
として直流電圧指令を得るPI制御器を備え、直流電圧
指令による直流電圧制御により直流−交流変換を行う直
流−交流電流形変換器において、PI制御器内に比例制
御部出力に電圧変化率の制限を設けたリミッタを具備し
て構成したものである。
も交流入力電流等の振動抑制機能を有する直流−交流電
流形変換器の制御装置を提供するものである。 【解決手段】直流電流指令と検出直流電流の誤差を入力
として直流電圧指令を得るPI制御器を備え、直流電圧
指令による直流電圧制御により直流−交流変換を行う直
流−交流電流形変換器において、PI制御器内に比例制
御部出力に電圧変化率の制限を設けたリミッタを具備し
て構成したものである。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、誘導電動機駆動用
可変電圧可変周波数装置や誘導性負荷を駆動する交流電
源装置として用いられる直流−交流電流形変換器に係わ
り、特にPI制御器を具備して直流電圧制御を行ってい
る直流−交流電流形変換器の制御装置に、関するもので
ある。
可変電圧可変周波数装置や誘導性負荷を駆動する交流電
源装置として用いられる直流−交流電流形変換器に係わ
り、特にPI制御器を具備して直流電圧制御を行ってい
る直流−交流電流形変換器の制御装置に、関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】一般に、直流−交流電流形変換器は、図
3の如く示される。図3は直流−交流電流形変換器の構
成を示し、1は直流電源、2は直流リアクトル、31〜36
はスイッチング素子、41〜46はダイオード、51〜53はコ
ンデンサ、6は誘導電動機(以下IMと称する)、7は
直流電流検出器、8は制御回路である。制御回路8にお
いて、81は減算器、82はPI制御器、83はゲ−ト制御器
である。
3の如く示される。図3は直流−交流電流形変換器の構
成を示し、1は直流電源、2は直流リアクトル、31〜36
はスイッチング素子、41〜46はダイオード、51〜53はコ
ンデンサ、6は誘導電動機(以下IMと称する)、7は
直流電流検出器、8は制御回路である。制御回路8にお
いて、81は減算器、82はPI制御器、83はゲ−ト制御器
である。
【0003】すなわち、図3においては、直流リアクト
ル2のインダクタンスは充分大きいものとして、直流電
源1および直流リアクトル2の両者で、直流定電流源と
して動作する。直流電流検出器7は、この直流定電流源
の電流を検出する。スイッチング素子31,32,33,34,
35,36は、ここではIGBTの記号で示しているが、GTO や
各種トランジスタなども使用される。ダイオード41,4
2,43,44,45,46はスイッチング素子31〜36に逆耐圧
特性をもたせるためのものであって、一部のGTO などの
ようにスイッチング素子自身が逆耐圧をもつ場合は不用
である。また、コンデンサ51,52,53はそれぞれ電圧V
u,Vv,Vwをもち、スイッチング素子31〜36の転流
時に負荷電流の連続性を保証し、負荷インダクタンスに
よるサージ電圧の発生を防止している。IM6は、負荷
である。
ル2のインダクタンスは充分大きいものとして、直流電
源1および直流リアクトル2の両者で、直流定電流源と
して動作する。直流電流検出器7は、この直流定電流源
の電流を検出する。スイッチング素子31,32,33,34,
35,36は、ここではIGBTの記号で示しているが、GTO や
各種トランジスタなども使用される。ダイオード41,4
2,43,44,45,46はスイッチング素子31〜36に逆耐圧
特性をもたせるためのものであって、一部のGTO などの
ようにスイッチング素子自身が逆耐圧をもつ場合は不用
である。また、コンデンサ51,52,53はそれぞれ電圧V
u,Vv,Vwをもち、スイッチング素子31〜36の転流
時に負荷電流の連続性を保証し、負荷インダクタンスに
よるサージ電圧の発生を防止している。IM6は、負荷
である。
【0004】さらには制御回路8において、減算器81は
直流電流指令Idc*と直流電流Idcとの偏差である変化
分ΔIdcを出力し、PI制御器82は減算器81出力を受け
比例(P)積分(I)演算を行って直流電圧指令Vdc*
を信号発生する。ゲ−ト制御器83は、スイッチング素子
部の直流入力である直流電圧Vdcが直流電圧指令Vdc*
に一致するよう、各スイッチング素子31〜36のオン幅を
定めて点弧制御する。ここで、ゲ−ト制御器83において
は、それぞれのスイッチング素子を 120°通電幅で点弧
してスイッチング素子部の出力電流Iu,Iv,Iwを
120°幅のほぼ矩形波とする場合や、各矩形波の両端で
パルス幅変調(PWM)制御する場合がある。スイッチ
ング素子部の出力電圧となるコンデンサ51,52,53の電
圧Vu,Vv,Vwは、ほぼ正弦波状となる。直流電流
Idcは、スイッチング素子31〜36の作用により三相の出
力電流Iu,Iv,Iwに分配され、コンデンサ51〜53
とIM6に給電されるが、出力電流Iu,Iv,Iwが
矩形波の場合、その実効値をIo,直流電流Idcの実効
値をIdとすると、{Io=(√6/π)Id}の関係
があり、実効値Idの調節により、実効値Ioをすなわ
ち出力電力を調整することができる。PI制御器がが良
好に機能しておれば、実効値Idはほぼ直流電流指令I
dc*に等しいゆえ、結局、Idc*により出力電力が調整
できることになる。
直流電流指令Idc*と直流電流Idcとの偏差である変化
分ΔIdcを出力し、PI制御器82は減算器81出力を受け
比例(P)積分(I)演算を行って直流電圧指令Vdc*
を信号発生する。ゲ−ト制御器83は、スイッチング素子
部の直流入力である直流電圧Vdcが直流電圧指令Vdc*
に一致するよう、各スイッチング素子31〜36のオン幅を
定めて点弧制御する。ここで、ゲ−ト制御器83において
は、それぞれのスイッチング素子を 120°通電幅で点弧
してスイッチング素子部の出力電流Iu,Iv,Iwを
120°幅のほぼ矩形波とする場合や、各矩形波の両端で
パルス幅変調(PWM)制御する場合がある。スイッチ
ング素子部の出力電圧となるコンデンサ51,52,53の電
圧Vu,Vv,Vwは、ほぼ正弦波状となる。直流電流
Idcは、スイッチング素子31〜36の作用により三相の出
力電流Iu,Iv,Iwに分配され、コンデンサ51〜53
とIM6に給電されるが、出力電流Iu,Iv,Iwが
矩形波の場合、その実効値をIo,直流電流Idcの実効
値をIdとすると、{Io=(√6/π)Id}の関係
があり、実効値Idの調節により、実効値Ioをすなわ
ち出力電力を調整することができる。PI制御器がが良
好に機能しておれば、実効値Idはほぼ直流電流指令I
dc*に等しいゆえ、結局、Idc*により出力電力が調整
できることになる。
【0005】図4は従来のPI制御器の具体例を示すも
のであって、 821は比例(P)制御部、 822は積分
(I)制御部、 823は加算部である。すなわち、比例制
御部 821,積分制御部 822は比例ゲインKp,積分ゲイ
ンKiをそれぞれ有し、両者は減算器81出力の変化分Δ
Idcを受けてそれぞれの演算を行い、さらには、その出
力が加算部 823にて加算されて直流電圧指令Vdc*が得
られる。この図の信号名はラプラス表示となるので大文
字で記してある。
のであって、 821は比例(P)制御部、 822は積分
(I)制御部、 823は加算部である。すなわち、比例制
御部 821,積分制御部 822は比例ゲインKp,積分ゲイ
ンKiをそれぞれ有し、両者は減算器81出力の変化分Δ
Idcを受けてそれぞれの演算を行い、さらには、その出
力が加算部 823にて加算されて直流電圧指令Vdc*が得
られる。この図の信号名はラプラス表示となるので大文
字で記してある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】この種の従来技術にお
いては、直流電流指令Idc*を急変させると、PI制御
器における比例制御部の比例ゲインKpのため直流電圧
指令Vdc*も急変し、その結果、スイッチング素子部か
らの出力電流Iu,Iv,Iwがコンデンサ51〜53とI
M6のインダクタンスとの共振作用などと相まって高周
波の振動波形となり、電流容量,耐圧,リップル,高調
波などさまざまの面から支障をきたすことがあった。
いては、直流電流指令Idc*を急変させると、PI制御
器における比例制御部の比例ゲインKpのため直流電圧
指令Vdc*も急変し、その結果、スイッチング素子部か
らの出力電流Iu,Iv,Iwがコンデンサ51〜53とI
M6のインダクタンスとの共振作用などと相まって高周
波の振動波形となり、電流容量,耐圧,リップル,高調
波などさまざまの面から支障をきたすことがあった。
【0007】つぎに、この振動の理由を説明する。図5
は直流−交流電流形変換器の一相分等価回路を示し、I
は直流電源1および直流リアクトル2からなる定電流源
を表し、Cはコンデンサ51などを表し、L,R,Eはそ
れぞれIM6のリアクトル成分,抵抗成分,基本波の負
荷逆起電圧電流源を表したものである。いま、直流電流
指令Idc*ををステップ状に変化させると、直流電圧指
令Vdc*もステップ状に変化するが、ここで、制御回路
が正常に働いていて実際の電流,電圧も指令通りに変化
したとし、この時のスイッチング素子部からの出力電流
Iu,Iv,Iwの高周波変化のみを考えるとすると、
図5は図6に置き換えて考えることができる。
は直流−交流電流形変換器の一相分等価回路を示し、I
は直流電源1および直流リアクトル2からなる定電流源
を表し、Cはコンデンサ51などを表し、L,R,Eはそ
れぞれIM6のリアクトル成分,抵抗成分,基本波の負
荷逆起電圧電流源を表したものである。いま、直流電流
指令Idc*ををステップ状に変化させると、直流電圧指
令Vdc*もステップ状に変化するが、ここで、制御回路
が正常に働いていて実際の電流,電圧も指令通りに変化
したとし、この時のスイッチング素子部からの出力電流
Iu,Iv,Iwの高周波変化のみを考えるとすると、
図5は図6に置き換えて考えることができる。
【0008】図6においては、直流電圧Vdcの変化分Δ
Vdcは直流電流指令Idc*変化に起因する図5の定電流
源Iのの変化を直流電圧変化に換算した電圧源であっ
て、直流電流指令Idc*がステップ状に変化した場合、
変化分ΔVdcもステップ状に変化する。なお、基本波の
みの電圧源であるEは省略している。ここで、直流電圧
Vdcの変化分ΔVdcは、式(1)となる。ただし、その
Zoおよびωn は、式(2),(3)である。
Vdcは直流電流指令Idc*変化に起因する図5の定電流
源Iのの変化を直流電圧変化に換算した電圧源であっ
て、直流電流指令Idc*がステップ状に変化した場合、
変化分ΔVdcもステップ状に変化する。なお、基本波の
みの電圧源であるEは省略している。ここで、直流電圧
Vdcの変化分ΔVdcは、式(1)となる。ただし、その
Zoおよびωn は、式(2),(3)である。
【0009】
【数1】
【0010】そして、電流It(t)について解くと、
つぎの式(4),(5)のようになる。ただし、式
(5)では近似を行っており、そのαおよびβは式
(6),(7)である。この式(5)から明らかなよう
に、このときの電流It(t)は振幅ΔIdc,周波数
β、減衰時定数αの振動波形となる、ことがわかる。か
ようにして、直流電流指令Idc*の急変時に、スイッチ
ング素子部からの出力電流Iu,Iv,Iwは振動波形
となる。
つぎの式(4),(5)のようになる。ただし、式
(5)では近似を行っており、そのαおよびβは式
(6),(7)である。この式(5)から明らかなよう
に、このときの電流It(t)は振幅ΔIdc,周波数
β、減衰時定数αの振動波形となる、ことがわかる。か
ようにして、直流電流指令Idc*の急変時に、スイッチ
ング素子部からの出力電流Iu,Iv,Iwは振動波形
となる。
【0011】
【数2】
【0012】しかして本発明の目的とするところは、直
流−交流電流形変換器の指令急変時においても交流入力
電流等の振動抑制機能を有する格別な装置を提供する、
ことにある。
流−交流電流形変換器の指令急変時においても交流入力
電流等の振動抑制機能を有する格別な装置を提供する、
ことにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は上述したような
点に鑑みなされたものであって、つぎの如くに構成した
ものである。すなわち、直流電流指令値と直流電流検出
値の誤差を入力として直流電圧指令を得るPIPI制御
器を備え、直流電圧指令値による直流電圧制御により直
流−交流変換を行う直流−交流電流形変換器において、
PI制御器内に比例制御部出力に電圧変化率の制限を設
けたリミッタを具備して構成したものである。
点に鑑みなされたものであって、つぎの如くに構成した
ものである。すなわち、直流電流指令値と直流電流検出
値の誤差を入力として直流電圧指令を得るPIPI制御
器を備え、直流電圧指令値による直流電圧制御により直
流−交流変換を行う直流−交流電流形変換器において、
PI制御器内に比例制御部出力に電圧変化率の制限を設
けたリミッタを具備して構成したものである。
【0014】
【発明の実施の形態】まず、図1を参照して、説明す
る。図1は本発明に係わる電圧指令値のランプ状変化を
示している。さて、図6における電圧源をステップ状に
立ち上がるのではなく、図1の如くに、時間Toをかけ
て直流電圧Vdcの変化分ΔVdcまで立ち上がるランプ状
のものとすると、電流It(t)は、つぎの式(8)の
ようになる。ただし、u(t)は単位ステップ関数であ
り、f(t)は式(9)である。ここで、IM6の負荷
抵抗成分Rは小さいものとして(α≒0)と近似する
と、式(9)は、式(10)のように表すことができる。
る。図1は本発明に係わる電圧指令値のランプ状変化を
示している。さて、図6における電圧源をステップ状に
立ち上がるのではなく、図1の如くに、時間Toをかけ
て直流電圧Vdcの変化分ΔVdcまで立ち上がるランプ状
のものとすると、電流It(t)は、つぎの式(8)の
ようになる。ただし、u(t)は単位ステップ関数であ
り、f(t)は式(9)である。ここで、IM6の負荷
抵抗成分Rは小さいものとして(α≒0)と近似する
と、式(9)は、式(10)のように表すことができる。
【0015】
【数3】
【0016】式(5)と式(10)を比べてみると、振動
の振幅は、ΔIdcから(ΔIdc/ωn ・To)になって
いる。したがって、(ωn ・To)を大きくすることに
より、振動を減らすことが可能である。これは、時間T
oをLCの振動周期Tnを(Tn=2π/ωn )と等し
くすれば、振動の振幅を約(1/3)にすることができ
る。
の振幅は、ΔIdcから(ΔIdc/ωn ・To)になって
いる。したがって、(ωn ・To)を大きくすることに
より、振動を減らすことが可能である。これは、時間T
oをLCの振動周期Tnを(Tn=2π/ωn )と等し
くすれば、振動の振幅を約(1/3)にすることができ
る。
【0017】つぎに、図2は本発明が適用されたPI制
御器の構成例を図4に類して示したものであって、82’
はPI制御器である。PI制御器82’において、 821’
は比例制御部、 822’は積分制御部、 823’は加算部、
824はリミッタである。すなわち、PI制御器82’は、
図3構成にあって制御回路8のPI制御器82に代えて効
用し得るものであり、特に比例制御部 821’の出力電圧
の変化率を制限するリミッタ 824が設けられてなるもの
である。
御器の構成例を図4に類して示したものであって、82’
はPI制御器である。PI制御器82’において、 821’
は比例制御部、 822’は積分制御部、 823’は加算部、
824はリミッタである。すなわち、PI制御器82’は、
図3構成にあって制御回路8のPI制御器82に代えて効
用し得るものであり、特に比例制御部 821’の出力電圧
の変化率を制限するリミッタ 824が設けられてなるもの
である。
【0018】さて、従来のPI制御器82で高速の直流電
流制御系を構成する場合、積分ゲインKiに比べて比例
ゲインKpを大きくするのが普通であり、直流電圧指令
Vdc*の変化率は比例制御系で決まっていると言ってよ
い。ここで、図2の如きミッタ 824が挿入された比例制
御部 821’およびリミッタ824の構成により、大きな電
流変化である直流電流Idcの変化分ΔIdcが入力された
場合でも、直流電圧指令Vdc*’の変化率を一定値以下
に制限することができる。いま、周期Tsのサンプリン
グ周期にてPI制御を行っているとすると、一周期にて
動かすことができる直流電圧指令Vdc*’の最大値Vp
を、式(11)のようにすることによっても、かかる技術
思想の趣旨を実現できることは明らかである。
流制御系を構成する場合、積分ゲインKiに比べて比例
ゲインKpを大きくするのが普通であり、直流電圧指令
Vdc*の変化率は比例制御系で決まっていると言ってよ
い。ここで、図2の如きミッタ 824が挿入された比例制
御部 821’およびリミッタ824の構成により、大きな電
流変化である直流電流Idcの変化分ΔIdcが入力された
場合でも、直流電圧指令Vdc*’の変化率を一定値以下
に制限することができる。いま、周期Tsのサンプリン
グ周期にてPI制御を行っているとすると、一周期にて
動かすことができる直流電圧指令Vdc*’の最大値Vp
を、式(11)のようにすることによっても、かかる技術
思想の趣旨を実現できることは明らかである。
【0019】
【数4】
【0020】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、交
流出力側にコンデンサをもち、直流入力電圧を交流出力
電流に変換して負荷装置に電力を供給する直流−交流電
流形変換器において、PI制御器により直流電流制御を
行っている場合、直流電圧指令の急変時に交流出力電流
の振動を効果的に抑制し得る簡便な構成の装置を提供で
き、産業上極めて有用である。
流出力側にコンデンサをもち、直流入力電圧を交流出力
電流に変換して負荷装置に電力を供給する直流−交流電
流形変換器において、PI制御器により直流電流制御を
行っている場合、直流電圧指令の急変時に交流出力電流
の振動を効果的に抑制し得る簡便な構成の装置を提供で
き、産業上極めて有用である。
【図1】図1は本発明に係わる電圧指令値のランプ状変
化を示す説明図である。
化を示す説明図である。
【図2】図2は本発明が適用されたPI制御器の構成例
を示す部分系統図である。
を示す部分系統図である。
【図3】図3は直流−交流電流形変換器の構成を示す回
路図である。
路図である。
【図4】図4は直流−交流電流形変換器におけるPI制
御器の従来例を示す部分系統図である。
御器の従来例を示す部分系統図である。
【図5】図5は直流−交流電流形変換器の一相分等価回
路を示す図である。
路を示す図である。
【図6】図6は直流−交流電流形変換器の電圧急変時一
相分等価回路を示す図である。
相分等価回路を示す図である。
1 直流電源 2 直流リアクトル 31 スイッチング素子 41 ダイオード 51 コンデンサ 6 誘導電動機(IM) 7 直流電流検出器 8 制御回路 82 PI制御器 82’ PI制御器 821’ 比例制御部 822’ 積分制御部 823’ 加算部 824 リミッタ 83 ゲ−ト制御器 ΔVdc 直流電圧Vdcの変化分 Vdc* 直流電圧指令 Vdc*’ 直流電圧指令 ΔIdc 直流電流Idcの変化分 Idc* 直流電流指令 I 定電流源 C コンデンサ L 負荷リアクトル成分 R 負荷抵抗成分 E 負荷逆起電圧電流源 To 時間 Ts 周期 Vp 最大値
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H02P 7/63 302 H02P 7/63 302C
Claims (1)
- 【請求項1】 直流電流指令値と直流電流検出値の誤差
を入力として直流電圧指令値を出力するPI制御器を具
備するとともに、該直流電圧指令値による直流電圧制御
により直流−交流変換を行う直流−交流電流形変換器に
おいて、前記PI制御器内に比例制御部出力を入力とし
て所定の電圧変化率を有する信号出力を得るリミッタを
設けたことを特徴とする直流−交流電流形変換器の制御
装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8150053A JPH09312978A (ja) | 1996-05-21 | 1996-05-21 | 直流−交流電流形変換器の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8150053A JPH09312978A (ja) | 1996-05-21 | 1996-05-21 | 直流−交流電流形変換器の制御装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09312978A true JPH09312978A (ja) | 1997-12-02 |
Family
ID=15488484
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8150053A Pending JPH09312978A (ja) | 1996-05-21 | 1996-05-21 | 直流−交流電流形変換器の制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09312978A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008125171A (ja) * | 2006-11-09 | 2008-05-29 | Meidensha Corp | 電力変換装置 |
JP2009201224A (ja) * | 2008-02-20 | 2009-09-03 | Origin Electric Co Ltd | 単相電圧型交直変換装置及び三相電圧型交直変換装置 |
WO2012137300A1 (ja) * | 2011-04-05 | 2012-10-11 | トヨタ自動車株式会社 | 電動機の制御装置およびそれを備える電動車両、ならびに電動機の制御方法 |
CN106200738A (zh) * | 2015-06-01 | 2016-12-07 | 英特希尔美国公司 | 一种设备、电子装置及控制电流模式调节器的方法 |
-
1996
- 1996-05-21 JP JP8150053A patent/JPH09312978A/ja active Pending
Cited By (8)
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JP2009201224A (ja) * | 2008-02-20 | 2009-09-03 | Origin Electric Co Ltd | 単相電圧型交直変換装置及び三相電圧型交直変換装置 |
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