JPS58144577A - パルス幅変調インバ−タの運転方法および運転装置 - Google Patents

パルス幅変調インバ−タの運転方法および運転装置

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JPS58144577A
JPS58144577A JP58018736A JP1873683A JPS58144577A JP S58144577 A JPS58144577 A JP S58144577A JP 58018736 A JP58018736 A JP 58018736A JP 1873683 A JP1873683 A JP 1873683A JP S58144577 A JPS58144577 A JP S58144577A
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JP
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voltage
amplitude
inverter
frequency
control
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JP58018736A
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カ−ル・クラウゼツカ−
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Siemens Schuckertwerke AG
Siemens AG
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Siemens Schuckertwerke AG
Siemens AG
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
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    • H02M7/525Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only with automatic control of output waveform or frequency
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 不発明は、インバ・−タ出力電圧の所望の波形に同期す
る制御電圧を予め与え、インバータのスイッチの切換ス
イッチングパルスを前記制御電圧と高周波三角波電圧と
の交点で形成し、前記出力電圧の振幅を大きくするため
に前記制御電圧の振幅と三角波電圧の振幅との比kをほ
ぼに−1に近い値まで大きくするパルス幅変調インバー
タの運転方法ど、その方法を実施する装置に関するもの
である。
」二連の型のパルス幅変調インバータは雑誌゛Siem
ens −Zeitschrift ” 45 (19
71)、第154〜160ページに記載されている。こ
のインバータの両出力端子はそれぞれ切換スイッチング
素子を介して直流電圧の両人カ端子の一つに接続されて
おり、各出力端子に交互に極性の変わる入力直流電圧が
インバータスイッチの切換スイッチングパルスに同期し
て重畳されるようになっている。切換スイッチングパル
スのクロック比は。
平均してほぼ正弦波状の出力電圧が生ずるように決定さ
れる。
切換スイッチングパルスを発生させるために、少なくと
も、インバータ出力電圧の所望の振幅が人力直流電圧に
対して十分率さい限り、インバータ出力電圧の所望の波
形に同期する制御電圧が予め与えられる。三角波電圧に
よる変調方式の場合、インバータスイッチ用の切換スイ
ッチングパルスはに記制御電圧と高周波三角波電圧との
交点で形成される。三角波電圧の周波数が高くなるほど
、すなわち正弦波振動の発生のための切換スイッチング
が多くなるほど、より正確に正弦波形に近い出力電圧な
いし出力電流を発生させることができ。
またインバータおよびそれに接続される負荷(例えば速
度制御される三相回転磁界機′にかがる高調波がわずか
になる。
インバータスイッチとしては通常サイリスクスイッチが
用いられるが、その場合、サイリスクスイッチの各スイ
ッチング状態に対する最小時間はfめ規定されている。
そのため、三角波電圧の周波数、つまり正弦波振動ごと
のスイッチング動作の数は、最大限、三角波電圧と正弦
波状制御電圧との2つの交点間に、対応する時間的最小
間隔が保持されるように選定することができる。この最
小間隔を下回ると、三角波電圧をより低周波に切替える
か、切換スイッチングパルスを抑制しなければならない
。このような事態は特に、出力の振幅を入きくするため
に制御卸電圧の振幅が三角波電圧0)振幅近くまで高め
られるような場合に生じる。
れなければ、すなわち、出力の半振動を発生させるため
に半振動の期間に適当な極性で全入力電圧がパルス1ヒ
されないでインバータ出力に重畳される(非変調モード
制御)ならば、出力電圧の最大基本波振幅が得られる。
その場合、出力電圧には特に許容されねばならない低次
の高調波が現れる。
この最大出力振幅に対して、三角波電圧の周波数が十分
高い場合は、非変調モード制御のときのほぼ最大78.
5%の電圧振幅を有する事実上正弦波の出力電圧を発生
させることができる。大きな  “高調波成分で得られ
る良好な電圧利用率を望む場合には、例えば正弦波制卸
と全開制御との間の移行舶載において正弦波制御電圧の
代りに台形波状制御電圧を用いる他の変調方式によるこ
ともできる。しかし、正弦波制御方式から池の制狽1ガ
式、例えば台形波制御方式への転換は大抵操作要素の動
特性を低−ドさせる。しかもその場合、電圧跳躍を生じ
、インバータに振動電流を生じさせる電圧本発明の目的
は、インノ\−タ出力の賑幅が小さいどきに三角波電圧
による変調を行ない、同時に出力電圧を連続1.て、す
なわち他の変調方式に転換することなく、はぼ非変調モ
ード制御の振幅まで高めろことを可能どする、パルス幅
変調インバータの運転方法を提供することにある。
本発明によればこの目的は、出力電圧の振幅をさらに大
きくするため(二側1)Ill電圧の振幅と三角波電圧
の振幅との比1(を、1を超える値に超比例させて大き
く「ることによって達成される。その場合、インバータ
スイッチとしてトランジスタスイッチを用いるのがよい
。このことは、高いクロック周波数を可能と1〜、極め
て短い最小パルス長につながるという利点をもたらす。
その場合、クロック周波数の選択に際してもはや最小パ
ルス長を考慮する必要はなく、投入時間幅の時間的監視
を省略することができる。
本発明方法を実施するための装置の構成は特許請求の範
囲第2項以下に記述したとおりである。
以下、図面を参照して本発明をさらに詳、1川に説明す
る。
第1図はインバータの出力端における出力電圧を制御す
るための制御電圧1反と三角波電圧■Jへ、および当該
インバータ出力端の出力電圧■Jaとその基本振動波υ
□の波形を示し、第2図は本発明により制御電圧振幅と
三角波振幅との間の比を1を越える値に高めたときの出
力基本JHIrの実効値の関係を示し、第3図は本発明
方法を実施するための装置のブロック図を示す。
インバータの出力端子に生じる出力電圧には、第1図に
パルス幅変調された出力電圧Uaの基本振動波Oaとし
て表されているように、はぼIF、弦波状の波形が望ま
れる。各パルスの始まりと終わりは、公知の三角波電圧
による変調方式により、三角波電圧U△と側副電圧U〜
との交点によって決定される。ここckは制御電圧の振
幅と三角波電圧の振幅との比を示す。
第1図に示1−でいるように、破線で示した制御電圧U
〜’(k<:1)の場合、両電圧U〜′とU△との交点
は互いに十分離れており、サイリスクインバータの場合
、各サイリスクのスイッチング状態の十分な最小時間を
保証することができる。それにより出力電圧の基本振動
波振幅が非変調モード制御の際に可能な最大値をかなり
下まわるような出力電圧を得ることができる。
kの値を1に近づけて行くと、インバータの電圧利用率
および基本振動波振幅も大きくなって行くが、例えば出
力電圧がその最大値を1山るときのパルス隙間は、第1
図に限界値に−1(制御電圧U〜、出力基本振動波Ua
)に対して示されているように抑制されなければならな
い。このことは、リアルタイム監視により対応するスイ
ッチングパルスを抑制するか、あるいは台形波制御電圧
に移行させることによって実現することができる。しか
しその場合、異なる数のパルス隙間を有するパルスパタ
ーンに移行される度ごと(二出力電圧に跳与させること
によって補償することができるが、制御のむだ時間およ
び慣性は逝けることができない。
しかし、例えば西ドイツ特許出願公開第3030485
号明細書に示されているように、パワートランジスタか
らなるスイッチを有−「るインバータを用いることによ
って、極端に短いスイッチング時間が達せられ、面倒な
最小時間の監視を省略することができ、その結果第1図
に示されているに−1という眼界的な場合も容易に作り
出すことができる。もちろん、制11ff+電圧に対し
て適当な波形を選定することにより、インルータ出力端
子に他の電圧波形を発生させることもできる。
基本振動波振幅に対する小さな目標値およびそれに対応
する小さな比kから出発して、本発明の方法においては
まず、公知の正弦波/三角波変調の場合と同様に、制卸
電圧の振幅が所望の出力の振幅に対して直線的に前述の
1(の限界値(トランる。
k=xで得られる出方基本振動波の振幅に対1−で非変
1週モード制御では係数4/π倍だけ高い基本振動波振
幅を達成することができる。したがってインバータの電
圧利用率はに≦1に対して78.5チに制限される。こ
こで出力振幅値を非変調モード制御によって得られる最
大出力電圧近くまで連続的に大きくするために、比kが
所望の出方振幅に超比例して大きくされる。第2図は基
本波振幅の変化の様子を、非変調モード制御のときに得
られる基本波振幅に正規化して、に−0からに−4まで
の範囲にわたって示したものである。すなわち、このよ
うにして、他の変調方式に不連続的に切替えたりするこ
kなく、はぼ99%の電圧利用率を達成することができ
る。これはむだ時間および跳躍を伴うことなしに高度の
動特性を有する制御を可能とするものである。さらに回
転電機の騒音発生も減少する。その理由は低次の高調波
成分が小さいからである。その場合、回転電機の高調波
振動スペクトルが連続的に変1ヒすることも利点として
挙げることができる。
本発明の方法は第3図に示すような極めて簡単な装置に
よって実施することができる。
第3図は三相回転磁界機を制御する場合を例示している
。供給電圧の周波数は正弦波形の場合電機電圧に比例し
て与えられる。供給電圧は(図示していない)三相トラ
ンジスタインバータから供給すれる。このインバータの
トランジスタスイッチは制御出力端子A ”p A 2
.  A 3から取出されるスイッチングパルスによっ
て制御される。
出力電圧の振幅の目標値Eは第1の関数発生器1の入力
端2に入力される。この第1の関数発生器Iは振幅制御
信号kを発生し、この振幅制御信号にの値はまず振幅目
標(itEに直線的に比例し。
k>1の領域では超比例して変化する(@2図参照)。
さらに第2の関数発生器としてIE弦波制御電圧を発生
するための正弦波発生器が設けられている。
標値に等しい。この場合正弦波発生器の入力端3には前
記と同様に振幅1」標値Eが人力される。正弦波発生器
は周波数目標値によって電圧制御される周波数発信器4
を含むのが有利であり、周波数発信器4の出力パルス(
パルス周波数f)はカウンタ5に入力される。その計数
値はインバータ出力の位相ψ−ωtに対するディジタル
値を与える。
電圧制御される周波数発信器4は例えば所望の制御分解
能に応じて、所望の出力周波数の256倍の周波数を発
生する電圧周波数変換器であり得る。
それに応じてカウンタ5として8ビツトカウンタを用い
ることができ、その結果電圧周波数変換器の各パルスに
、すなわち各カウントステップに、出力電圧の360’
/256の位相変化が対応する。カウンタ5の出力によ
って関数発生器、ここCはプログラマブル固定記憶装置
(PROIVI) 6、が制御され、この記憶装置6は
、位相角に対応する各人さらに三角波発生器7が設けら
れ”Cおり、その周波数は予め与えることができ、ここ
で発生された三角波電圧は制御ユニット9の比較器内で
制御電圧と比較され、両電圧が一致するとき対応する切
換スイッチングパルスをインバータ出力ッfあ制御入力
端子に与える。この実施例の場合、乗算7Ji)A変換
器8によって(すなわち与えることのテキる比例係数を
育するアナログ信号がディジタル入力信号に比例する変
換器によって)、メモリ6によって形成された電圧E−
stnωLと三角波電圧U△の振幅との比が関数発生器
1から与えられる振幅制御信号kに等し2くなるように
作用する。
自明のように、この比例性は振幅制御信号kを三角波電
圧の振幅を変化させるのに用いることによっても得るこ
とができる。
インバータの3つのトランジスタスイッチすべての切換
スイッチングパルスを得るためにここでFROM6と並
列にFROMloも駆動される。FROMloにも乗算
型DA変換器11が後置され、制御電圧に−E −co
sωtが得られるようにしている。
両度換器8,1】には座標変換器12が後置されている
。この座標変換器12は互いに120°ずつずれた3つ
の制御卸覗圧を形成する。この制御源電圧と三角波発生
器7の三角波電圧との交点より、制御ユニット9の比較
器がインバータスイッチ用の切換スイッチンダパルスを
制御出力端子AI、A2゜A3に出力する。
【図面の簡単な説明】
第1図はインバータの出力電圧を制御するための制御電
圧と三角波電圧、インバータ出力電圧。 その基本振動波の波形図、第2図は本発明の詳細な説明
するための線図、第3図は本発明の方法を実施する装置
のブロック図である。 Ua・・・パルス幅変調出力電圧、 n ・・・同電圧
の基本振動波、 U ・・三角波電圧、U〜△。 ・・・ 制御電圧、  1・・・関数発生器、  4・
・・周波数発信器、  5・・・カウンター6.10・
・・固定記憶装置、  7・・・三角波発生器、8,1
1・・・I)A変換器、  9・・・制御ユニット、 
 12・・・座標変換器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 ■)インバータ出力電圧の所望の波形に同期する制御電
    圧な予め与え、インバータのスインtの切換スイッチン
    グパルスを前記制御電圧と高周波三角波電圧との交点で
    形成し、前記出力電圧の振幅を大きくするために前記制
    御電圧の振幅と三角波電圧の振幅との比kをに−1に近
    い値まで大きくするパルス幅変調インバータの運転方法
    において、前記出力電圧の振:隔をさらに大きくするた
    めに前記比kを1を超える値に超比例させて大きくする
    ことを特徴とするパルス幅変調インバータの運転方法。 2、特許請求の範囲第1項記載の運転方法において、前
    記スイッチとしてトランジスタスイッチを用いることを
    特徴とするパルス幅変調インバータの運転方法。 3)a)振幅1]標値用の入力端を備えその振幅L]標
    値の増大につれて直線的に、またk>1の碩域では超比
    例的に増大する振幅制御信号を発生するための第1の関
    数発生器と、b) 入力周波数目標値に等しい周波数の
    制i11電圧を発生するための正1弦波発生器と、C)
     所定の周波数を有する三角波発生器と、d) 前記三
    角波電圧と制御電圧との比較によってインバータスイッ
    チに対する切換スイッチングパルスを形成する制御ユニ
    ットとを備え、前記制御電圧あるいは三角波電圧の振幅
    は前記振幅側(財)信号(二よって変えることができる
    ことを特徴とするペルス幅変調インバータの運転装置。 4)特許請求の範囲第3項記載の運転装置において、正
    弦波発生器は、周波数目標値によって制御される周波数
    発信器と、この周波数発4仁’12+−?仏芋青勧梁、
    山内−lカレ ?の借内ソ々によってアドレスされる固
    定記憶装置とから成っていることを特徴とするパルス幅
    変調インバータの運転装置。 5)特許請求の範囲第3項または第4項記載の運転装置
    において、正弦波発生器に周波数目標値と1−て、第1
    の関数発生器に人力される電圧目標値が加えられること
    を特徴とするパルス幅変調インバータの運転装置。
JP58018736A 1982-02-08 1983-02-07 パルス幅変調インバ−タの運転方法および運転装置 Pending JPS58144577A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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