JPS6260916B2 - - Google Patents

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JPS6260916B2
JPS6260916B2 JP52015834A JP1583477A JPS6260916B2 JP S6260916 B2 JPS6260916 B2 JP S6260916B2 JP 52015834 A JP52015834 A JP 52015834A JP 1583477 A JP1583477 A JP 1583477A JP S6260916 B2 JPS6260916 B2 JP S6260916B2
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JP
Japan
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voltage
inverter
commutation
optimum value
reference pulse
Prior art date
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Application number
JP52015834A
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Japanese (ja)
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JPS53100429A (en
Inventor
Takao Kawabata
Tadaaki Kyomya
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、直流電力を交流電力に変換するイン
バータ装置に関し、特にインバータに使用される
半導体スイツチの制御装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an inverter device that converts DC power to AC power, and more particularly to a control device for semiconductor switches used in the inverter.

直流電力を交流電力に変換する装置として、一
般にトランジスタ、サイリスタ等の半導体スイツ
チを使用したインバータ装置がある。
As a device for converting DC power into AC power, there is generally an inverter device that uses semiconductor switches such as transistors and thyristors.

第1図に、ブリツジ形インバータの基本回路を
概念図で示す。第1図において、X,,Y,
がそれぞれ半導体スイツチを模形化したスイツチ
である。第2図は、この回路の動作を説明したも
ので、信号X′,′,Y′,′がそれぞれ存在す
る時には、それに対応するスイツチX,,Y,
は「オン」状態にあり、信号が零のときは、ス
イツチは「オフ」となる。信号X′と′あるい
は、Y′と′は、それぞれ相補の関係にあり、信
号が同時に存在することはない。従つてブリツジ
インバータのスイツチX,を含むアーム、およ
びY,を含むアームが直流電源Eの短絡回路を
形成することはない。
FIG. 1 shows a conceptual diagram of the basic circuit of a bridge type inverter. In Figure 1, X,,Y,
are switches modeled after semiconductor switches. Figure 2 explains the operation of this circuit. When signals X', ', Y', ' exist, the corresponding switches X,, Y,
is in the "on" state, and when the signal is zero, the switch is "off". The signals X′ and ′ or Y′ and ′ are complementary to each other, and the signals never exist at the same time. Therefore, the arm including the switch X and the arm including the switch Y of the bridge inverter do not form a short circuit for the DC power source E.

信号X′と′、あるいは′とY′が同時に存在
する期間は、負荷Zに直流電圧Eが印加される。
この信号X′と′が存在する期間と信号′と
Y′が存在する期間では負荷Zにかかる電圧の極
性が異なる。すなわち負荷Zには、交流電圧が印
加される。第2図eは、この負荷にかかる電圧を
示したものである。信号X′と′と、あるいは、
′とY′が同時に存在する期間θを変えると交流
電圧eの実効値が調整できる。
DC voltage E is applied to load Z during a period when signals X' and ' or ' and Y' exist simultaneously.
The period during which these signals X′ and ′ exist and the signal ′ and
During the period when Y' exists, the polarity of the voltage applied to the load Z is different. That is, an alternating current voltage is applied to the load Z. Figure 2e shows the voltage across this load. signals X′ and ′, or
By changing the period θ during which ' and Y' exist simultaneously, the effective value of the AC voltage e can be adjusted.

この従来のインバータ制御の欠点は、交流電圧
eに第3、第5、第7調波などの低次高調波成分
が大きな割合で存在することで、そのため、この
交流電圧を正弦化するために大がかりな交流フイ
ルタが必要となる。これは装置の大型化、重量化
となるばかりでなく、電圧の温度特性の劣化、効
率の低下など電気的にも悪い結果をもたらしてい
る。
The disadvantage of this conventional inverter control is that the AC voltage e contains a large proportion of low-order harmonic components such as the 3rd, 5th, and 7th harmonics, so in order to sine this AC voltage, A large-scale AC filter is required. This not only increases the size and weight of the device, but also has negative electrical consequences such as deterioration of voltage temperature characteristics and reduction in efficiency.

本発明は、これらの欠点を解決するために、基
本波電圧の半周期の間に低次高調波を除去するよ
うに、複数のパルスを発生するようにブリツジイ
ンバータの半導体スイツチを制御するものであ
る。
The present invention solves these drawbacks by controlling a semiconductor switch of a bridge inverter to generate multiple pulses to eliminate lower harmonics during a half cycle of the fundamental voltage. It is.

第3図は、本発明を説明するための図面であ
る。信号X′,′,Y′,′は、それぞれ、第1
図のブリツジインバータの半導体スイツチ、X,
,Y,が「オン」となる期間を示す。eは同
図の負荷Zにかかる電圧波形、すなわち、ブリツ
ジインバータの交流出力電圧である。出力電圧e
は信号Y′と′および、′とX′がそれぞれ同時
に存在するとき得られるもので、両者ではパルス
の極性が異なる。出力電圧eの半サイクル内にあ
るパルスは、それぞれ信号Y′,′のパルスと相
似となる。
FIG. 3 is a drawing for explaining the present invention. The signals X′, ′, Y′, ′ are the first
The semiconductor switch of the bridge inverter shown in the figure,
, Y, is "on". e is the voltage waveform applied to the load Z in the figure, that is, the AC output voltage of the bridge inverter. Output voltage e
is obtained when signals Y′ and ′ and ′ and X′ exist simultaneously, and the polarities of the pulses are different for both. The pulses within a half cycle of the output voltage e are similar to the pulses of the signals Y',', respectively.

本発明においては、半導体スイツチY,のオ
ン、オフをA1〜D5のようにし、その時点を適当
に選ぶことにより、eの実効値を調節できると共
に、低次高調波が抑制される。
In the present invention, the effective value of e can be adjusted and lower harmonics can be suppressed by turning the semiconductor switch Y on and off as shown in A 1 to D 5 and appropriately selecting the timing.

基本波交流の半サイクル内の転流回数を2n回
とし、その転流位置は、基本波交流の半サイクル
内の中心(π/2)に対し、対称となるようにす
る。すなわち、各転流位置Ak、Bk、Ck、Dk
は、次の関係を持つようにする。
The number of commutations within a half cycle of the fundamental wave AC is 2n times, and the commutation position is symmetrical with respect to the center (π/2) within the half cycle of the fundamental wave AC. That is, each commutation position A k , B k , C k , D k
has the following relationship.

このパルス幅変調型インバータの出力交流電圧
をフーリエ展開すると、 但し、Eはパルス電圧の振幅、(2m−1)は高
調波の次数、ωは基本波交流の角周波数、tは時
間である。Akは0とπ/2にある各転流位置A1
〜A4である。
When the output AC voltage of this pulse width modulation type inverter is Fourier expanded, However, E is the amplitude of the pulse voltage, (2m-1) is the harmonic order, ω is the angular frequency of the fundamental alternating current, and t is the time. A k is each commutation position A 1 between 0 and π/2
~ A4 .

(2)式において、第(2m−1)次調波電圧の振
幅は次のようになる。
In equation (2), the amplitude of the (2m-1)th harmonic voltage is as follows.

(3)式において、(n−1)個の低次高調波を0
とし、基本波交流電圧の振幅をE・xとする時、
(4)式の連立非線形方程式は0<A1<A2<………
o<π/2で解くことが可能である。
In equation (3), (n-1) low-order harmonics are 0
When the amplitude of the fundamental AC voltage is E x,
The simultaneous nonlinear equations in equation (4) are 0<A 1 <A 2 <……
It is possible to solve with A o <π/2.

この式において、n=4でE(3)、E(5)、E(7)を
それぞれ0にし、x=0.6〜1.0まで変化させた時
kを第4図に示す。
In this equation, E(3), E(5), and E(7) are each set to 0 when n=4, and A k is shown in FIG. 4 when x is varied from 0.6 to 1.0.

第5図は、第3図の信号X′,′,Y′,′を
得る実施例である。第6図は第5図に示す回路の
各部出力を示すタイムチヤートである。
FIG. 5 shows an embodiment in which the signals X', ', Y', ' of FIG. 3 are obtained. FIG. 6 is a time chart showing the outputs of each part of the circuit shown in FIG.

発振器1は、転流時期の分解能に相当するもの
で、基本波交流周波数Fの2N倍の周波数(F×
N)を持つパルス発振器である。この発振器1
の出力aがタイミングカウンタ2に入る。タイミ
ングカウンタ2は2N進カウンタであり、そのた
め、最上位のビツト出力b(第6図)が第3図の
X′に対応し、その否定hが′に対応する。記憶
装置7〜10には、0〜π/2における各転流位置
{Ak(rad)、k=1、4}、及び、基本波交流周
波数Fに対応する発振器1の周波数2Nを用いて
N×A/2πなる値を、第4図のxを希望最低値xn
i
o より希望最高値xnaxまでを微小変化Δxさせて
記憶される。即ち、この各記憶装置7〜10は、
あらかじめ計算した複数個の転流時点に対し0゜
からの変数として記憶されるものである。また、
上記各記憶装置の1語のビツト数は(N−2)と
なり、ワード数Wは、次の式に示したものとな
る。
The oscillator 1 corresponds to the resolution of commutation timing, and has a frequency 2 N times the fundamental AC frequency F (F×
2N ). This oscillator 1
Output a enters timing counter 2. Timing counter 2 is a 2 N- ary counter, so the most significant bit output b (Figure 6) is the same as in Figure 3.
It corresponds to X′, and its negation h corresponds to ′. In the storage devices 7 to 10, each commutation position {A k (rad), k=1, 4} from 0 to π/2 and the frequency 2 N of the oscillator 1 corresponding to the fundamental AC frequency F are used. 2 N ×A k /2π, and x in Figure 4 is the desired minimum value x n
From i o to the desired maximum value x nax is stored with slight changes Δx. That is, each storage device 7 to 10 is
It is stored as a variable starting from 0° for a plurality of pre-calculated commutation points. Also,
The number of bits in one word of each of the above storage devices is (N-2), and the number of words W is as shown in the following equation.

W=xnax−xnio/Δx ……(5) 電圧指示装置11により、基本波交流電圧の大
きさが指定される。すなわち電圧指示装置11に
より、記憶装置7〜10のアドレスが指定される
ことになる。それにより、基本波交流電圧に対応
する各転流位置2N×A/2πなる値が図示信号n1〜n
4 で出力される。この出力されたn1〜n4をデータセ
レクタ6により、指定されたものを選択する。こ
のデータセレクタ6の入力指定はイクスクルーシ
ブオアゲート12,13の出力信号rとsによつ
て行ない、r=0、s=0のときはn1と、r=
1、s=0のときはn2と、r=0、s=1のとき
は、n3と、r=1、s=1のときはn4というよう
にする。このデータセレクタ6の出力mはラツチ
回路5に入る。このラツチ回路5はデータ読みと
りの期間及びデータ保持期間に機能的に2分され
るが、データ読みとり期間では比較判定回路4の
出力uがあつた時、もしくは、タイミングカウン
タ2の出力の1つtが立ち下がつた時に、データ
セレクタ6からの出力mを単安定回路16で指定
される時間だけ読みとる。すなわち回路5には、
次に転流すべき値がプリセツトされる。この値と
タイミングカウンタ2のカウント値を比較判定す
ることにより、第4図に示すような転流位置で比
較回路4は出力uを出すことが可能である。排他
的論理和ゲートすなわちイクスクルーシブオアゲ
ート3〜3o-3は、0〜π/2、π/2〜πで対称
性を保つために、0〜π/2の間ではアツプカウン
ト(加算カウント)に、π/2〜πの間ではダウン
カウント(減算カウント)のように動作させ、
π/2、3/2πでの対称性をもたらしている。単安
定回路17は初期スタート、誤動作防止用に入れ
たものであり、出力tの立ち下りで動作を行な
い、フリツプフロツプ14をリセツトする。フリ
ツプフロツプ14は、先に述べたデータセレクタ
6の選択信号sを作るために入れたものであり、
イクスクルーシブオアゲート12,13は、イク
スクルーシブオアゲート3〜3o-3と同様に、
0〜π/2、2/π〜πの対称性を得るために入れた
ものである。フリツプフロツプ14の出力dとタ
イミングカウンタ2の最高ビツトのbの値を次に
示すような論理演算をすることにより、第3図に
示すようなY′,′が得られる。
W=x nax −x nio /Δx (5) The voltage indicating device 11 specifies the magnitude of the fundamental AC voltage. That is, the addresses of the storage devices 7 to 10 are specified by the voltage indicating device 11. As a result, the value of each commutation position 2 N × A k /2π corresponding to the fundamental AC voltage is the indicated signal n 1 to n
Output in 4 . The data selector 6 selects a specified one of the outputted n 1 to n 4 . The input designation of the data selector 6 is performed by the output signals r and s of the exclusive OR gates 12 and 13, and when r=0 and s=0, n1 and r=
1, when s=0, use n 2 ; when r=0, s=1, use n 3 ; when r=1, s=1, use n 4 , and so on. The output m of the data selector 6 enters the latch circuit 5. This latch circuit 5 is functionally divided into two periods: a data reading period and a data holding period. During the data reading period, when the output u of the comparison/judgment circuit 4 is received, or when one of the outputs t of the timing counter 2 is received, When falls, the output m from the data selector 6 is read for the time specified by the monostable circuit 16. That is, in circuit 5,
The value to be commutated is then preset. By comparing and determining this value with the count value of the timing counter 2, the comparator circuit 4 can output an output u at the commutation position as shown in FIG. In order to maintain symmetry between 0 and π/2 and between π/2 and π, the exclusive OR gates 3 0 to 3 o-3 have an up count ( It operates like a down count (subtraction count) between π/2 and π.
This results in symmetry at π/2 and 3/2π. The monostable circuit 17 is included for initial start and to prevent malfunction, and operates at the falling edge of the output t to reset the flip-flop 14. The flip-flop 14 is inserted to generate the selection signal s of the data selector 6 mentioned above.
Exclusive or gates 12 and 13 are similar to exclusive or gates 30 to 3o-3 ,
This was added to obtain symmetries of 0 to π/2 and 2/π to π. By performing the following logical operation on the output d of the flip-flop 14 and the value of the highest bit b of the timing counter 2, Y',' as shown in FIG. 3 can be obtained.

′=b・d+・ Y′=(′) これを具体化したのがインバータ18,19,
23、アンドゲード20,21およびオアゲート
22で構成される論理回路である。
′=b・d+・Y′=(′) The inverters 18, 19,
23, a logic circuit composed of AND gates 20 and 21 and an OR gate 22.

以上説明したように、本発明によれば、特定の
高調波を減少させるのに適したあらかじめ計算さ
れた複数個の転流時点の最適値を電気角0゜から
の変数として記憶し、該記憶された転流時点の最
適値に対応する半導体スイツチ制御信号を送出し
てインバータを制御する構成としたことから、複
数個の転流時点が計算結果をそのまま用いること
ができ、またカウンタ0〜π/2に対応したもの
となり回路動作が簡素化でき、記憶すべきデータ
がどのようなものであつても記憶装置の内容を書
き替えるだけで対応できるという汎用性を有する
効果を奏する。
As explained above, according to the present invention, optimal values at a plurality of pre-calculated commutation points suitable for reducing specific harmonics are stored as variables from an electrical angle of 0°, and Since the configuration is such that the inverter is controlled by sending a semiconductor switch control signal corresponding to the optimum value of the commutation point determined by /2, the circuit operation can be simplified, and no matter what kind of data is to be stored, it can be handled simply by rewriting the contents of the storage device.

さらに、ブリツジインバータの出力電圧を制御
すると同時にそれに含まれる低次高調波成分を抑
制でき、装置の小形化軽量化がなされ、また、過
渡特性、効率などの電気的特性も向上したインバ
ータ装置が得られる。
Furthermore, the inverter device can control the output voltage of the bridge inverter and at the same time suppress the low-order harmonic components contained in it, making the device smaller and lighter, and with improved electrical characteristics such as transient characteristics and efficiency. can get.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、ブリツジインバータの模形回路図、
第2図は、ブリツジインバータの従来の制御動作
を説明するためのタイムチヤートである。第3図
は、本発明を説明するためのタイムチヤート、第
4図は本発明において実施する転流位置を示すグ
ラフ、第5図は、本発明の実施例を示す回路図、
第6図は、第5図に示す回路各部出力信号を示す
タイムチヤートである。 1:発振器、2:カウンタ、3〜3o-3:イ
クスクルーシブオアゲート、4:比較回路、5:
ラツチ回路、6:データセレクタ、7〜10:記
憶装置、11:電圧指示装置、12,13:イク
スクルーシブオアゲート、14:フリツプフロツ
プ、15:フリツプフロツプ、16:単安定回
路。
Figure 1 is a model circuit diagram of a bridge inverter.
FIG. 2 is a time chart for explaining the conventional control operation of a bridge inverter. FIG. 3 is a time chart for explaining the present invention, FIG. 4 is a graph showing commutation positions implemented in the present invention, and FIG. 5 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a time chart showing output signals of each part of the circuit shown in FIG. 1: Oscillator, 2: Counter, 30 to 3 o-3 : Exclusive OR gate, 4: Comparison circuit, 5:
latch circuit, 6: data selector, 7 to 10: memory device, 11: voltage indicating device, 12, 13: exclusive OR gate, 14: flip-flop, 15: flip-flop, 16: monostable circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 基準パルス信号を出力する基準パルス発信器
と、該基準パルスを所定幅の信号に分周する分周
器と、特定の高調波を減少させるのに適したあら
かじめ計算された複数個の転流時点の最適値を電
気角0゜からの変数として記憶する記憶装置と、
インバータの入力直流電圧に対する交流出力電圧
基本波成分の比率を指示する電圧指示装置と、該
電圧指示装置にて指示される交流出力電圧差本波
成分の比率に対応する上記転流時点の最適値を記
憶装置から読み出すことを制御する読み出し制御
装置とを備え、読み出し制御装置にて読み出され
た転流時点の最適値に対応する半導体スイツチ制
御信号を送出してインバータを制御することを特
徴とするインバー制御装置。
1. A reference pulse oscillator that outputs a reference pulse signal, a frequency divider that divides the reference pulse into a signal of a predetermined width, and a plurality of pre-calculated commutations suitable for reducing specific harmonics. a storage device that stores the optimum value at a point in time as a variable from an electrical angle of 0°;
A voltage indicating device that indicates the ratio of the fundamental wave component of the AC output voltage to the input DC voltage of the inverter, and an optimum value at the time of commutation corresponding to the ratio of the main wave component of the AC output voltage difference indicated by the voltage indicating device. and a readout control device for controlling readout of the inverter from the storage device, and controlling the inverter by sending out a semiconductor switch control signal corresponding to the optimum value at the commutation point read by the readout control device. Invar control device.
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