JPS60190185A - Pwmインバ−タの制御方法 - Google Patents

Pwmインバ−タの制御方法

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JPS60190185A
JPS60190185A JP59046352A JP4635284A JPS60190185A JP S60190185 A JPS60190185 A JP S60190185A JP 59046352 A JP59046352 A JP 59046352A JP 4635284 A JP4635284 A JP 4635284A JP S60190185 A JPS60190185 A JP S60190185A
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motor
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JP59046352A
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Hiroshi Nagase
博 長瀬
Nobuyoshi Muto
信義 武藤
Juichi Ninomiya
寿一 二宮
Yuji Yamazawa
山沢 雄二
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/045Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage whereby the speed is regulated by measuring the motor speed and comparing it with a given physical value

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

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】 〔発明の利用分野〕 本発明はPWMインバータの制御方法に関する。
〔発明の背景〕
PWMインバータは誘導電動機や同期電動機などの交流
電動機を駆動するのに用いられる6PすHインバータの
真弧制御を行うための電圧指令信号は電流指令信号とイ
ンバータの出力電流を検出した電流検出信号を比較して
得ている。PWMインバータで交流電動機を駆動する場
合、電圧指令信号は交流電動機の速度指令信号と速度検
出信号の偏差に比例して振幅の変化する正弦波信号とし
て得ている。
ところで、PWMインバータで交流電動機を駆動すると
、電動機から磁気音(騒音)が発生する。
磁気音が発生する理由はインバータの出力電流に高調波
成分が含まれているためである。騒音は交流電動機の電
流制御系の応答を高くすると大きくなり、特に電動機の
低速運転時のように機械音のレベルが低いときに不快感
を与える。
一方、交流電動機の設置場所も高騒音の場所のみでなく
低騒音の場所にも設置されるようになってきている。ま
た、交流電動機を高騒音の場所に設置する場合でも、不
快感を与える騒音は作業環境の点からも好ましいことで
ない。このため。
PWMインバータで駆動される交流電動機の発生する騒
音を低減することが強く要望されている。
従来、PWMインバータで誘導電動機を駆動する際に騒
音を低減する方法として、1次電流の励磁電流成分を軽
負荷になると小さくして電動機磁束を変化する方法が提
案されている。しかしながら、この方法は無負荷時や軽
負荷時の騒音低減は可能であるが、定格負荷時において
は磁束が定格値となるため騒音を低減できないという欠
点を有する。さらに、永久磁石界磁の同期電動機に対し
てこの方法を適用するのは困難である。
〔本発明の目的〕
本発明は上記点に対処して成されたもので、その目的と
するところは負荷状態に拘らず騒音を低減でき、かつ電
流制御を高応答で行えるPWMインバータの制御方法を
提供することにある7〔発明の概要〕 本発明の特徴とするところは電流指令信号と電力変換器
の出力電流を検出した電流検出信号を比較し、電流偏差
に応じて正弦波電圧指令信号を得る際に、電圧指令信号
にリミッタを掛けると共に搬送波の振幅を、変化させる
ようにし、リミッタ値と搬送波振幅の両者を交流電動機
の運転周波数に応じて変えるようにしたことにある。
〔発明の実施例〕
第1図に本発明の一実施例を示す。
第1図において交流電動機2はPWMインバータ1によ
り駆動される。PWMインバータ1はゲートターンオフ
サイリスタやトランジスタなどのスイッチング素子をグ
レーツ結線し、各スイッチング素子にフライホイールダ
イオードを逆並列接続した構成になっている。PWMイ
ンバータ1の出力電流iは電流検出器15により検出さ
れる。
交流電動機2には速度検出器3が機械的に直結されてい
る。速度指令回路11の速度指令信号N′と速度検出器
3の速度検出信号Nは加算器12において図示の極性で
加算され、その偏差ANが速度制御回路13に入力され
る。速度制御回路13は速度偏差lHに比例して電動機
2の入力電流の大きさを指令する電流制御信号(直流信
号) Il=を出力する。電流制御信号■8は電流指令
回路14に尋かれる。電流指令回路14は電流制御信号
I”を入力し、後述するようにして電流指令信号(正弦
波信号) iIIを発生する。電流指令回路14は電動
機2が3相の場合には120’位相差の3個の電流指令
信号を発生するが、説明を簡単にするため1個の電流指
令信号のみを示しである。
電流指令信号i11 と電流検出器で検出した電流検出
信号iは加算器16において図示の極性で加算される。
電流制御回路17は電流偏差を入力し。
電流偏差Aiに応じた振幅の正弦波電圧指令信号Va’
を出力する。リミッタ値設定回路28は速度検出信号N
を入力し、第3図に示すように低速域で回転速度に比例
するリミッタ値設定信号V&″を発生する。リミッタ回
路29はリミッタ値設定信号vL*に応じて電圧指令信
号va′の正負の振幅最大値を制限する。電流制御回路
17とリミッタ回路29の詳細については後述する。一
方2発振器18は三角波信号を発生する。振幅設定回路
41は速度検出信号Nを入力し、第4図に示すように。
回転速度が低くなるにともないその信号が大きくなるよ
うな振幅設定信号gz”を発生する。掛算器42は振幅
設定信号g1″と三角波信号とを掛算し。
振幅設定信号g工′に応じて三角波信号の大きさを変え
る。掛算器42の出力信号は搬送波Tとなり加算器19
に入力される。加算器19は電圧指令信号(変調波)v
、”と搬送波Tを図示の極性で入力し加算する。パルス
発生回路20は加算器19の出力信号の極性に基づきイ
ンバータ1を構成するスイッチング素子をオン、オフす
るパルス幅変調パルス(PWMパルス)を発生する。
なお、第1図において電流検出器15.加算器16、電
流制御回路17.加算器19およびパルス発生回路20
はインバータ1の相数に応じて設ける必要があるが2図
示を簡単にするため1相分のみを示しである。
第2図に電流制御回路17(加算器16を含む)、およ
びリミッタ回路29の詳細回路図を示す。
第2図において電流指令信号1”lと電流検出信号iは
入力抵抗R,,R2を介して突き合わされ。
その偏差Δiが演算増幅器106の負極性久方端子(−
)に入力される。演算増幅器106の正極性入力端子(
+)は接地抵抗R1を介して接地され、また、負極性入
力端子(−)と出力端子の間にコンデンサCと帰還抵抗
R4の直列回路が接続されている。演算増幅器106.
抵抗R□〜R4およびコンデンサCによって加算器16
と電流制御回路17を構成する。演算増幅器107はそ
の負極性入力端子(−)に入力抵抗R1oを介して、リ
ミッタ値設定信号vt*が入力され、また正極性入力端
子は接地抵抗Rg を介して接地されている。
演算増幅器107の負極性入力端子(−)と出力端子の
間に帰還抵抗R工、が接続され、また2両演算増幅器1
06,107の出力端子間は分圧抵抗。
R7,R,を介して接続されている。演算増幅器106
の出力端子と演算増幅器107の負極性入力端子(−)
の間は分圧抵抗R,,RGおよびR1゜を介して接続さ
れている。抵抗R5とR8の接続点はダイオードD□の
カソードに接続され、ダイオードD□のアノードは増幅
器106の負極性入力端子(−)に接続される。また、
ダイオードD2のアノードは抵抗R7とR8の接続点に
接続され。
またカソード増幅器106の負極端子(−)に接続され
る。演算増幅器107.抵抗R5〜R1oおよびダイオ
ードD1.D2によってリミッタ回路29を構成する。
次にその動作を説明する。
速度制御回路13は速度偏差INに応じて交流電動機2
の入力電流(有効分電流)iの大きさを指令する電流検
出信号工8を出力する。
まず、交流電動機2が同期電動機の場合には次式により
電流指令信号i*をめる。
i *= I ”sinw t ・= (])(1)式
のsinwtは正弦波位相基準信号であり。
この正弦波位相基準信号は良く知られているように交流
電動機2の軸端に取付けられる位置検出器(図示せず)
あるいは電動機2の端子電圧から得られる。
交流電動機2が誘導電動機で、1次電流のトルク電流成
分(有効分電流)と励磁電流成分を別個に制御する。い
わゆるベクトル制御を行う場合には次式により電流指令
信号i”I をめる。
i ’ = 1.Xcoswt+L”sinwt = 
I’sun (wt+ 0 ) −(2)ここで。
である。
(2)式において、■、*はトルク電流成分で速度制御
回路13の出力信号工8に相当する。また工2は誘導電
動機の励磁電流成分に相当し、一般には一定値である。
またsinwt、 coswtは2相の正弦波位相基準
信号で2周知のように誘導電動機の磁束位相に対応する
電流指令回路14は以上のようにして電流指令信号18
を発生する。
電流制御回路17は電流指令信号11+と電流検出信号
iの偏差Δ1に比例した振幅の電圧指令信号vc″を出
力し、加算器19に加える。電圧指令信号V♂の振幅最
大値はリミッタ回路29によって制限される。その詳細
動作を第2図に基づき説明する。
演算増幅器106は電流指令信号i″と電流検出信号i
の偏差Δiを増幅する偏差増幅器としての機能を果す。
今、入力抵抗R2とR3の抵抗値を等しく選定し、信号
illとiを逆極性にすると。
演算増幅器106の出力°である電圧指令信号V。Xは
次式で与えられる。
ここで、 T1=R,C,T2=R,C(4)式から明
らかなように、電流制御回路17は比例積分動作を行う
電流制御回路17の発生する電圧指令信号V♂はその振
幅値をリミッタ回路29により次のように制限される。
演算増幅器107は入力抵抗R1゜と帰還抵抗R11の
値を等しく選定すると、リミッタ値設定回路Vt”の極
性を反転した信号−V♂を出力する。分圧抵抗R5〜R
,lの抵抗値を等しく選定すると、演算増幅器106の
出力信号V♂はリミッタ値±V♂の範囲内に制限される
。演算増幅器106の出力信号v08がリミッタ値十v
11xより大きくなるとダイオードD2が導通する。し
だがつて、信号V。″はリミッタ値vL*に保たれる。
また、信号■。*が負極性となりその絶対値1v♂1が
リミッタ値vt”より大きくなると、ダイオードD、が
導通ずるため信号v0′はリミッタ値−vLzに保たれ
る。このようにして電流制御回路17の出力信号■。′
はリミッタ回路29により制限される。したがって、リ
ミッタ値設定信号Va”の値を任意に選ぶことにより、
電圧指令信号V♂の最大値(絶対値)を自由に変えられ
ることになる。
第1図に戻り、リミッタ値設定回路28は速度検出信号
Nを入力し、第3図に示すように回転速度Nに比例する
リミッタ値設定信号Vt*を出力する。したがって、電
流制御回路17の出力する電圧指令43号vc″の振幅
は、電動機2の回転速度が高くなるのに伴い大きくなる
。このようにして電流制御回路17から得られる電圧指
令信号v0′は変調波として加算器19へ加えられる。
振幅設定回路41は第4図(a)に示すように回転速度
Nが大きくなると小さくなる振幅設定信号gげを出力す
る。搬送波Tと振幅設定信号g1”は掛算器42で掛算
され、加算器19に入力される。
加算器19に入力される搬送波Tの振幅、すなわち三角
波の振幅値は速度の増加とともに小さくなる。電流制御
回路17の電圧指令信号V。1の振幅値をV” l掛算
器42の出力信号である搬送波T(三角波)の振幅値を
Aとすると、PWMインバータ1からの出力電圧の大き
さ■は(5)式のようになり。
8 ■α=−・・・(5) 電圧指令信号V。″の振幅値v8に比例し、搬送波Tの
振幅値Aに反比例する。電圧Vは回転速度に比例して大
きくなるので、加算器19に入力する搬送波Tの振幅値
Aを速度Nの増加に従って小さくすると、電圧指令信号
V♂の振幅値V*の変化を小さくすることができる。
第1図に戻り、加算器19は掛算器42の発生する三角
波イ目号Tを入力し、変調波■。′と搬送波Tの関係が
V。″>Tの期間に正極性の信号を出し。
逆にV♂くTの期間に負極性の信号を出力する。
パルス発生回路20は加算器19の出力信号が正極性の
期間に、′1′ レベルとなり、負極性の期間に10′
 レベルとなるPWMパルスを発生する。
このPWMパルスでインバータ1のスイッチング素子を
オン、オフ制御することにより、インバータ]−の出力
電流lは電圧指令信号士8に追従するように制御される
。このような動作は他の相についてもインバータ1が3
相であれば120度位相差をもって同様に行われる。そ
の結果、交流電動機2は速度制御回路12が発生する電
流制御信号エフに比例した大きさの電流が供給され、速
度指令信号N11に比例する速度で回転する。
以上のようにしてPWMインバータ1の制御を行うので
あるが、リミッタ値設定信号Vt”を交流電動機2の回
転速度Nに比例して大きくするとともに、搬送波Tの波
高値Aを回転速度Nの増加に応じて小さくする。このよ
うにすると、電圧指令信号V♂のリップル分による無駄
なスイッチング回数が低減できる。このことを第5図を
参照して説明する。
第5図はPWMインバータ1に加えられるPIt1Mパ
ルスが本発明の適用によってどのように異なるかを示す
波形図である。
第5図(a)はリミッタがなく、搬送波Tの波高値Aが
一定のときの搬送波Tと電圧指令信号V。′の関係と、
このときパルス発生回路20から得られるPWMパルス
を示す。なお、同図(a)に破線で示す波形は信号V♂
の基本渡分Vを示す。また。
第5図(b)はリミッタがあり、波高値Aが変えら九る
ときの搬送波Tと電圧指令信号V。″の関係。
およびこのとき得られるPWMパルスを示す。
さて、パルス発生回路20の発生するPWMパルスはP
WMインバータ1の出力電圧(実効値)に関係する。第
5図(b)に一点鎖線で示すリミッタ値Vl”で演算増
幅器106の出力を制限し2m送波Tの波高値を変える
と2図かられかるように電圧指令信号V。″に含まれる
リップル分の振幅が小さくなり、信号v0′の最大値は
その基本波成分Vの波高値と大差ないようになる。この
ため。
PWMパルスは第5図(b)のようになり、同図(a)
と比較して斜線を施したPWMパルスだけスイッチング
回数を減らすことができる。
リミッタ値±V♂はリミッタ値設定回路28から与えら
れる。第5図に点線で示すPWMインバータ1の出力電
圧基本枝分Vは速度に比例して大きくなる。リミッタ値
設定回路28は第3図に示すように回転速度Nに比例す
るリミッタ値設定信号vIを出力する。なお、PWMイ
ンバータ1の出力電圧の基本枝分Vが大きな高速域では
電圧が十分に得られるように、リミッタ値V♂が三角波
Tの振幅値Aよりわずかに大きくなるように設定してい
る。また。リミッタ値設定回路28は回転速度Nを入力
信号としているが、インバータ1の出力電圧の基本枝分
の周波数を入力信号としても等価である。
一方、第4図(a)に示す振幅値設定回路41の特性は
低速度域に・おいて掛算器42が飽和するときには同図
(a)に破線で示すように低速度域で一定にしてもよい
。また、振幅値設定回路41の特性は同図(b)に示す
ように双曲線状にしてもよい。
このように、電圧指令信号V、、*にリミッタを掛け、
搬送波Tの振幅を変えることによって、交流電動機2の
誘起電圧が小さく、入力電圧のリップル分の割合が大き
い低速運転時にインバータ1のスイッチング回数を少な
くしている。したがって。
低速運転時に交流電動機2に流れる高調波電流が少なく
できるので騒音を低減できる。
この理由は次のように説明できる。もし、搬送波Tの振
幅制御だけで低騒音化を実現しようとすると、搬送波T
の振幅はPWM制御を行うために十分に小さくできない
ので、電圧指令信号V。*のリップル分は十分に小さく
ならない。一方、電圧指令信号vc″のリミッタは信号
vc″の基本枝分Vに最大値(最小値)近辺の信号■♂
のリップル除去には効果があるが、基本枝分Vが零に近
いところでは前記リップルは十分に除去できない。しか
しながら、これら二つの制御を併用すると、リップル分
がそれらを単独で用いる場合よりも小さくなり、その結
果、インバータ1のスイッチング回数が少なくなって交
流電動機2に流れる高調波電流が少なくなる。
以上のように本発明はPWMインバータの出力電圧を指
令する電圧指令信号のリップル分の振幅を小さくするの
で、PWMインバータが無駄なスイッチングをすること
がなく、特に低速運転時に騒音を低減できる。
なお、交流電動機の回転速度、すなわち誘起電圧の大き
さにほぼ比例して電圧指令信号(変調波)のリミッタ値
と、搬送波の振幅を変えているので。
交流電動機を含む電流制御系の応答を良好に保つことが
できる。また、交流電動機の高速運転時にはリミッタが
作用せず、搬送波の振幅変化も小さいので、騒音<m気
者)は大きくなる可能性がある。しかし、高速度域では
運転機械音が大きくなるのでffl磁音は相対的に問題
にならなくなる。
第6図、第7図に第1図に示す実施例における実験結果
を示す。
第6図は本発明者達が実測した電流指令信号18一定時
における電圧指令信号V。″のリップル分の大きさと騒
音の関係を示す特性図である。第6図から明らかなよう
に、騒音はリップル分が小さい程低レベルになる。
第7図に回転速度と騒音の実測特性図を示す。
第7図の一点鎖線で示す特性aはリミッタを設けず、搬
送波Tの振幅が一定の場合、実線すは電流制御回路17
のゲインだけを回転速度Nに比例して変えた場合、二点
鎖線Cは本発明の特性で。
第1図の実施例によるものを示す。この特性から明らか
なように9本発明によれば全速度範囲にわたり全体的に
騒音レベルが低下し、特に低速回転時には従来のものと
比較して、騒音レベルを著しく低減できることが分る。
さらに、第1図の実施例においては、掛算器42を設け
て搬送波Tの振幅を変えたが2発振器18の内部で直接
変えるようにすることもできる。
第8図はその一例を示す。発振器51は一定周期のパル
ス信号を出力する。それは、たとえば水晶発振器と分局
器とで構成される。発振器51の出力はカウンタ52に
入力される。カウンタ52は発振器51の出力パルスを
計数し、その数値に応じた信号を出力し、それをメモリ
53に入力する。カウンタ52は、定められたビット数
(たとえば8ビツトではO〜257を搬送波の一周期0
〜360°に対応させる)を越えて計数する場合には、
オーバーフローさせて計数すれば良い。メモリ53はそ
の入力信号に応じて、三角波信号が得られるディジタル
信号を出力するもので、ROMが用いられる。メモリ5
3の出力はD/Aコンバータ54に入力される。D/A
コンバータ54はメモリ53からのディジタル信号をア
ナログに変えるもので、このとき、アナログ信号の大き
さ。
すなわち三角波の波高値はD/Aコンバータ54に入力
されるリファレンス信号に応じて決定される。リファレ
ンス信号として、振幅値設定回路41からの振幅設定(
目号gx*を用いると、D/Aコンバータ54の出力信
号の大きさはgx″によって決定される。このようにし
て、D/Aコンバータ54から得られた信号を搬送波T
として加算器19に入力する。
このようにして搬送波Tを得ると一筆1@の場合より構
成が簡単になる。一方、特性的には第1図の場合と変化
はない。
尚、上記の実施J1では電動機2の磁束がほぼ一定で、
回転速度Nに比例してその誘起電圧の大きさが変わる場
合について述べた。これとは別に、定出力制御や高効率
制御の目的のために、磁束を変える場合がある。この場
合、リミッタ値設定回路28と振幅値設定回路41の入
力信号は回転速度Nとするのではなく、誘起電圧の大き
さを検出または演算し、この信号をリミッタ値設定回路
28と振幅設定回路41の入力信号としても良い。
なぜならば、先の実施例のように搬送波の振幅やリミッ
タ値を制御するのは、誘起電圧の大きさが回転速度に比
例して変わるからであり、もし、そうでない場合、(磁
束制御を行う場合)には誘起電圧の大きさに応じて変え
るべきだからである。
誘起電圧の大きさは次のようにしてめられる。
PWMインバータ1の出力電圧を検出し、その高調渡分
を除去した後、全波整流等をすれば誘起電圧の大きさが
検出できる。また、磁束指令信号と回転速度を掛けあわ
せても検出できる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば電圧指令信号V。
″のリミッタ値と搬送波の振幅を速度に応じて変えるの
で、電圧指令信号v0′に含まれるリップル分を著しく
小さくすることができる。その結果として、交流電動機
の発生する騒音を負荷状態に拘らず広い速度範囲で低減
できる。特に低速回転時に発生する騒音を著しく低減で
きる。さらに、電流制御の応答性を良くできるので、全
速度範囲で高応答の速度制御ができる。
また、上述の実施例はアナログ構成のものを示したが、
マイクロプロセッサなどを用いてディジタル制御する場
合にも本発明を採用できるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す構成図、第2図は第1
図に示す部品の詳細構成図、第3図、第4図は第1図に
示す部品の特性図、第5図〜第7図は第1図の実施例の
動作特性図、第8図は第1図とは異なる他の構成例を示
す。 〈符号の説明〉 1・・・PWMインバータ、2・・・交流電動機、17
・・・電流制御回路、18・・・発振器、28・・・リ
ミッタ値設定回路、41・・・振幅値設定回路。 才21目 俟:ゑ2g金1日給ノ/を月 /り(/1)第31元 11転、L夜〃→ tり1邑畝ノ 1財べ庄及I − 才41目 (b) )4虫遁支N− オ、4−ノ@(a) 寸、f−+1(bλ −1・乙 )、:1゜ i 7 +’i2 I”il、fノζノ(1:、及 l 9−1” j゛ 
ル1 手続補正書(方式) %式% H許庁長官若杉和夫 h1ツ 小作の表示 昭和59年KiQ願第 46352 −υ発明の名相、 PWMインバータの制御方法 補正をする者 ’Ijf1.!:のlR]f! f寺許出1qfj人と
、旧5101株式会社 日 R’Rfl−’ i’Ji
代 理 人

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、交流電動機を駆動するものであって、電流指令信号
    と電流検出信号の偏差に応じて得た電圧指令信号を変調
    波とし、この変調波と搬送波を比較して得られるパルス
    幅変調パルスによって制御されるPWMインバータにお
    いて、前記電流指令信号と電流検出信号の偏差から電圧
    指令信号を得る際のリミッタ値を交流電動機の回転速度
    に比例して変化させると共に、前記搬送波の振幅値を前
    記交流電動機の回転速度に反比例して変化させて行うこ
    とを特徴とするPWMインバータの制御方法。
JP59046352A 1984-03-10 1984-03-10 Pwmインバ−タの制御方法 Pending JPS60190185A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59046352A JPS60190185A (ja) 1984-03-10 1984-03-10 Pwmインバ−タの制御方法

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JP59046352A JPS60190185A (ja) 1984-03-10 1984-03-10 Pwmインバ−タの制御方法

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JPS60190185A true JPS60190185A (ja) 1985-09-27

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JP (1) JPS60190185A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63178790A (ja) * 1987-01-14 1988-07-22 Fuji Electric Co Ltd パルス幅変調制御インバ−タの制御方法
JPH02224517A (ja) * 1989-02-27 1990-09-06 Yokogawa Electric Corp 無安定発振回路およびスイッチング電源
JP2011041356A (ja) * 2009-08-07 2011-02-24 Nikon Corp モータ駆動装置

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