JPS6118424B2 - - Google Patents

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JPS6118424B2
JPS6118424B2 JP56038654A JP3865481A JPS6118424B2 JP S6118424 B2 JPS6118424 B2 JP S6118424B2 JP 56038654 A JP56038654 A JP 56038654A JP 3865481 A JP3865481 A JP 3865481A JP S6118424 B2 JPS6118424 B2 JP S6118424B2
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JP
Japan
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voltage
pulse width
output
inverter
input
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JP56038654A
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Shigefumi Kurita
Hiroo Tomita
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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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
    • 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
    • H02M7/505Conversion 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
    • H02M7/515Conversion 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
    • 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
    • H02M7/527Conversion 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 by pulse width modulation

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、チヨツパやパルス幅変調インバー
タ等のパルス幅制御を行う自励変換装置に関する
ものであり、特に入力電圧の変動を補正して出力
電圧を適正に制御するパルス幅変調インバータの
出力電圧制御方式に関するものである。
一般に、パルス幅変調インバータにおいて、出
力電圧を交流または直流の絶縁トランスを介して
検出し、電圧調節器で入力電圧の変動を補正する
方法が知られている。この種の出力電圧制御方式
において、直流形絶縁トランスは高価であるた
め、通常は交流形絶縁トランスが多用される。し
かしながら、パルス幅変調インバータにおいて
は、絶縁トランスには零周波数近傍から比較的高
い周波数に至るまで高範囲の周波数成分が与えら
れることになり、絶縁トランスが特殊化あるいは
制御部と比較して大形化する難点がある。例え
ば、従来のパルス幅変調インバータにおける出力
電圧制御回路を示せば第1図に示す通りである。
すなわち、第1図においては、交流電源Vsを順
変換器RECで直流電力に変換し、平滑コンデン
サCで平滑した直流電力をインバータINVで逆変
換して負荷Mに供給するよう構成したものにおい
て、インバータINVの出力電圧を絶縁トランス
IT、整流器Recおよび波形整形フイルタFを介し
て検出し、この電圧検出値を所定の電圧指令値と
比較し、電圧調節器VRを介してインバータINV
のパルス幅変調回路PWMCの制御を行つて、イ
ンバータINVの出力電圧制御を行うものである。
このような従来の回路方式によれば、絶縁トラン
スITの他に整流器Rec、波形整形用フイルタFお
よび電圧調節器VRを必要とし、構成が極めて複
雑となる。また、インバータ主回路のトランジス
タのスイツチング動作毎に絶縁トランスITの漏
れインダクタンスと共振してスパイク状の電圧を
発生するため、電圧検出値に誤差を生じる危険性
がある。さらに、前記フイルタFや電圧調節器
VRのゲインもしくは積分定数によりインバータ
INVの出力電圧がハンチングする危険性がある。
そこで、本発明者等は、前述した従来のパルス
幅変調インバータの出力電圧制御方式の問題点を
改善すべく検討を重ねた結果、第2図に示すよう
に、入力平滑コンデンサCの電圧を分圧抵抗
R1,R2を介して入力電圧相当値e1を取出すと共
にこの入力電圧相当値e1を三角波発生器WGで発
生する基準三角波e2と比較器CMPで比較し、得
られた信号をフオトカプラPC等の絶縁形スイツ
チング素子を介して検出することにより、所要の
パルス信号e3が得られ、このパルス信号e3の平均
値によつて電源電圧あるいは負荷の変動が直接現
われるインバータの入力平滑コンデンサCの電圧
に比例する信号を検出することができることを突
き止めた。
すなわち、前述した回路の動作は、例えば入力
平滑コンデンサCの電圧が低い場合、比較器
CMPにおいて、第3図1に示すような入力電圧
相当値e1と基準三角波e2が入力され、第3図2に
示すようなパルス信号e3が出力される。従つて、
第3図2に示すパルス信号e3の平均値e3aveが入
力平滑コンデンサCの電圧に比例する。また、入
力平滑コンデンサCの電圧の高い場合は、比較器
CMPにおいて、第4図1に示すような入力電圧
相当値e1と基準三角波e2が入力され、第4図2に
示すようなパルス信号e3が出力される。この場合
は、第4図2に示すパルス信号e3の平均値e3ave
が入力平滑コンデンサCの電圧に比例する。
しかるに、パルス幅変調インバータの出力基本
波電圧(VM1)は、入力直流電圧(Ed)と出力
電圧パルス幅(λ,0λ1)との間に次式の
関係が成立する。
M1=W1・λ・Ed ……(1) また、インバータにより交流電動機の可変速制
御を行う場合は、次式の関係を有することが必要
とされる。
M1M=K2 ……(2) 但し、Mはインバータの出力周波数前記式
(1),(2)より次の関係式が成立する。
M∝λ・Ed ……(3) 従つて、前記式(3)より、例えば入力直流電圧E
dが一定であれば、インバータの出力周波数M
増大に伴つて出力電圧パルス幅λを比例的に増加
する必要がある。
しかるに、入力直流電圧Edが電圧変動率εだ
け増加した場合の出力電圧パルス幅λを、前記式
(1)より次のように与えることにより、インバータ
の出力電圧は一定に保つことができる。
K1・λ・Ed=K3・λ(1+ε)Ed ∴λ=K・λ/1+ε ……(4) 但し、K4=K1/K3 すなわち、第2図に示す入力電圧検出回路の電
圧平均値〔(1+ε)に相当〕で、変動前の出力
電圧パルス幅(λ)を与える電圧指令値を除算
することにより、入力電圧の変動の影響を出力に
現われないようにすることができる。
しかしながら、前述したアナログ量の除算は、
出力電圧精度が低下し、製造コストも増大する難
点がある。また、前記式(3)から明らかなように、
インバータの出力周波数Mの低下に比例して出
力電圧パルス幅λも比例的に低下するため、前記
式(4)に示す電圧補正値はインバータの出力周波数
指令、すなわち出力電圧指令値との乗算をさらに
必要とし、出力精度、製造コスト、回路構成の複
雑さ等の点で一層実用的でなくなる欠点がある。
そこで、本発明者等は、前述した問題点を含め
て、従来のパルス幅変調インバータの出力電圧制
御方式の問題点を全て克服すべくさらに種々検討
を重ねた結果、電圧変動率(ε)が小さい範囲で
は、パルス幅変調インバータの出力基本波電圧は
近似的に次式 K1・λ・Ed≒K1・(1〓ε)λ・(1±
ε)Ed ……(5) で求められ、この結果入力電圧が±εEd変動し
た場合、出力電圧パルス幅を変動前のパルス幅λ
に〓ελの補正を加えるようパルス幅変調回
路を制御すればよいことを突き止めた。なお、こ
の場合、出力電圧パルス幅λは、出力周波数の低
下に比例するため、その補正量も比例的に低下さ
せる必要があり、この補正量と出力周波数指令値
との乗算が必要となる。
従つて、本発明の目的は、パルス幅変調インバ
ータの入力電圧を簡便に検出し、この入力電圧の
変動の補正を簡単な回路構成によりフイードホワ
ード方式により達成する小型に構成でき製造コス
トの低減を図ることができるパルス幅変調インバ
ータの出力電圧制御方式を提供するにある。
前記の目的を達成するため、本発明において
は、非制御の直流入力電圧をパルス幅変調された
交流出力電圧に変換し、しかも出力周波数に比例
して出力電圧値を変化させられるようなパルス幅
変調インバータにおいて、インバータの入力平滑
コンデンサの電圧を検出してこれの予定値からの
偏差を求め、この偏差とその都度における電圧指
令値との積に相当する信号を該電圧指令値に重畳
して得た信号によりパルス幅変調制御を行なうこ
とを特徴とする。
次に、本発明に係るパルス幅変調インバータの
出力電圧制御方式の実施例につき、添付図面を参
照しながら以下詳細に説明する。
第5図は、本発明方式を実施する回路の一例を
示すブロツク結線図を示すものである。なお、本
実施例回路において、インバータINVの入力平滑
コンデンサCの電圧を分圧抵抗R1,R2を介して
入力電圧相当値e1として比較器CMPの一方の入
力端子に入力し、一方三角発生器WGからの基準
三角波e2を比較器CMPの他方の入力端子に入力
し、比較器CMPの出力信号をフオトカプラPCを
介して所要のパルス信号e3を出力する点について
は、第2図に示す回路構成と全く同じであり、単
に比較器CMPの論理が反転されているため、出
力パルス信号e3〔第3図2、第4図2〕が第3図
1および第4図1に示す波形に対し論理反転信号
となる。従つて、本実施例回路によれば、比較器
CMPの動作波形は、第6図1,2もしくは第7
図1,2に示すようになる。
しかるに、本発明においてはフオトカプラPC
で得られた出力パルス信号e3を演算増幅器
OPA、乗算器MUL、加算器ADDを介してパルス
幅変調回路PWMCへ供給するよう構成する。そ
こで、前記演算増幅器OPA、乗算器MULおよび
加算器ADDの動作につき、第6図および第7図
に示す動作波形に従つて説明する。
今、インバータの入力平滑コンデンサCの電圧
が変動の無い時の電圧値Edで与えられている場
合、演算増幅器OPAの出力電圧e5が零となるよ
うに出力増幅器OPAのバイアス(e4)調整を可変
抵抗VRで行う〔第6図2参照〕。この場合には、
乗算器MULの出力電圧は零となり〔第6図3参
照〕、加算器ADDの出力信号e7は、正規の電圧指
令値e6となり〔第6図4,5参照〕、この信号e6
がパルス幅変調回路PWMCに入力される。
次いで、インバータの入力平滑コンデンサCの
電圧が(1+ε)Edに増加する変動をした場合
は、出力パルス電圧e3の電圧平均値(e3ave)が
演算増幅器OPAにおいて可変抵抗VRで与えられ
るバイアス値e4より大きくなり〔第7図2参
照〕、演算増幅器OPAに負の出力電圧e5が発生す
る〔第7図3参照〕。そこで、この出力電圧値e5
を前記電圧変動率(ε)相当値にするよう演算増
幅器OPAのゲイン調整をすれば、乗算器MULに
は−ε・λ相当値の出力を得ることができる。従
つて、加算器ADDにおいて、乗算器MULの出力
と電圧指令値(e6)とを入力して加算すれば、出
力信号e7として(1−ε)・λ相当値が得られ
〔第7図4,5参照〕、パルス幅変調回路PWMC
への電圧指令値を適正に補正することができる。
このようにして、前記式(5)に示す関係式がパルス
幅変調回路PWMCを介して得られることが了解
されよう。なお、インバータの入力平滑コンデン
サCの電圧が(1−ε)Edに低下する変動をし
た場合にも、同様にしてパルス幅変調回路
PWMCの入力信号e7は、(1+ε)・λ相当値が
得られることは勿論である。
また、出力電圧パルス幅λは、出力周波数の低
下に比例して低下するため、その補正量も比例的
に低下させる必要がある。この場合、前述した本
発明方式によれば、電圧指令値が周波数指令値と
一致していることから、乗算器MULにおいて補
正量と周波数指令値との乗算が行われ、電圧補正
率は入力電圧変動率に一致し、出力周波数の変化
に対して一定となる。この関係を示せば、第8図
に示す通りである。すなわち第8図は、出力周波
数に対する出力電圧パルス幅λの補正量の関係を
示すもので、補正率は常に一定である。
前述した実施例から明らかなように、本発明方
式によれば、入力電圧に極端な変動を生じないイ
ンバータの入力平滑コンデンサの電圧をフオトカ
プラ等の絶縁形スイツチング素子を介して絶縁検
出し、入力電圧の変動率をパルス幅変調回路のパ
ルス幅指令電圧に補正を加えるよう構成したこと
により、従来のような特殊な絶縁トランスが不要
になると共に電圧調節回路も不要となり、負荷急
変時等の出力電圧の安定性を著しく向上できるば
かりでなく、小形化並びに製造コストの低減を容
易に図ることができる。
以上、本発明の好適な実施例について説明した
が、本発明方式はパルス幅変調インバータに限定
されることなく、パルス制御を行うチヨツパ装置
等の各種自励式変換装置に広く応用し得るもので
あり、その他本発明の逸脱しない範囲内において
種々の設計変更をなし得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のインバータ出力電圧制御回路の
ブロツク結線図、第2図は本発明に係るパルス幅
変調インバータの出力電圧制御方式における入力
電圧検出回路の一実施例を示す回路図、第3図
1,2は第2図に示す回路において入力電圧が低
い場合の動作波形図、第4図1,2は第2図に示
す回路において入力電圧が高い場合の動作波形
図、第5図は本発明方式の一実施例を示す回路
図、第6図1〜5は第5図に示す回路において入
力電圧に変動がない場合の動作波形図、第7図1
〜5は第5図に示す回路において入力電圧が高い
場合の動作波形図、第8図は入力電圧に変動を生
じた場合の出力周波数に対する出力電圧パルス幅
の補正量の関係を示す特性線図である。 Vs……交流電源、REC……順変換器、C……
入力平滑コンデンサ、INV……インバータ、M…
…負荷、IT……絶縁トランス、Rec……整流器、
F……波形整形用フイルタ、VR……電圧調節
器、PWMC……パルス幅変調回路、R1,R2……
分圧抵抗、CMP……比較器、WG……三角波発生
器、PC……フオトカプラ、OPA……演算増幅
器、MUL……乗算器、ADD……加算器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 非制御の直流入力電圧をパルス幅変調された
    交流出力電圧に変換し、しかも出力周波数に比例
    して出力電圧値を変化させられるようなパルス幅
    変調インバータにおいて、インバータの入力平滑
    コンデンサの電圧を検出してこれの予定値からの
    偏差を求め、この偏差とその都度における電圧指
    令値との積に相当する信号を該電圧指令値に重畳
    して得た信号によりパルス幅変調制御を行なうこ
    とを特徴とするパルス幅変調インバータの出力電
    圧制御方式。
JP56038654A 1981-03-19 1981-03-19 Output voltage control system for pulse width modulation inverter Granted JPS57153569A (en)

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