JPS6338953B2 - - Google Patents

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JPS6338953B2
JPS6338953B2 JP55106996A JP10699680A JPS6338953B2 JP S6338953 B2 JPS6338953 B2 JP S6338953B2 JP 55106996 A JP55106996 A JP 55106996A JP 10699680 A JP10699680 A JP 10699680A JP S6338953 B2 JPS6338953 B2 JP S6338953B2
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JP
Japan
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phase
voltage
control
potential
output
Prior art date
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Application number
JP55106996A
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Japanese (ja)
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JPS5731377A (en
Inventor
Kenichi Ootsuka
Katsu Maekawa
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Priority to JP10699680A priority Critical patent/JPS5731377A/en
Publication of JPS5731377A publication Critical patent/JPS5731377A/en
Publication of JPS6338953B2 publication Critical patent/JPS6338953B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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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
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/084Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters using a control circuit common to several phases of a multi-phase system
    • H02M1/0845Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters using a control circuit common to several phases of a multi-phase system digitally controlled (or with digital control)

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

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は電圧形インバータの制御方法に関す
る。 電圧形インバータの出力電圧波形はインバータ
の構成上必然的に高調波成分を含むが、極力この
高調波成分を減少させることが好ましい。 インバータ自身の制御により出力波形を改善す
る方法としては、半周期の間に多数回の転流を行
わせ、これによつて得られる複数個の方形パルス
のパルス幅を変調する、いわゆるパルス幅変調
(以下PWMという。)方式が一般的である。 このPWM方式についての概略を説明すると、
次の通りである。第1図は6組のトランジスタス
イツチング素子T11〜T13およびT21〜T23で構成
される一般的な3相電圧形インバータの一例を示
している。図中、Edは直流電源、D11〜D13,D21
〜D23はサージ吸収用ダイオードである。 すなわち、従来のPWM方式による正弦波変調
は、各相の出力端子の出力電圧波形が正弦波電圧
となるように、各相のアームに設けられた正側の
スイツチング素子T11〜T13と負側のスイツチン
グ素子T21〜T23の切換操作をしているものであ
る。例えば、U相について考えると、U相端子電
圧はスイツチング素子T11が導通(以下単にON
という。)T21が非導通(以下単にOFFという。)
のとき+1/2Edとなり、T11がOFF、T21がONの
とき−1/2Edとなる。このON―OFFの比率(す
なわちパルス幅)を変えることによつて出力電圧
を正弦波に変調するものである。 このスイツチング素子のON、OFFを決定する
PWM信号を得るには種々の方法があるが、各相
の電圧基準と搬送波との比較により得る方法が一
般的である。この方式の場合、搬送波波高値を一
定とし電圧基準の波高値を変えることによつてス
イツチング素子のON/OFFデユーテイ比を変化
させ、出力電圧を制御する。以下、(基準波の波
高値)/(搬送波波高値)の比を電圧制御率と呼
ぶことにする。 さて、前述のPWM方式による変調制御の欠点
は、電圧制御率α=1の場合、最大電圧波高値が
The present invention relates to a method of controlling a voltage source inverter. Although the output voltage waveform of a voltage source inverter inevitably includes harmonic components due to the configuration of the inverter, it is preferable to reduce these harmonic components as much as possible. One way to improve the output waveform by controlling the inverter itself is to perform so-called pulse width modulation, which modulates the pulse width of multiple rectangular pulses obtained by performing multiple commutations during a half cycle. (hereinafter referred to as PWM) method is common. To give an overview of this PWM method,
It is as follows. FIG. 1 shows an example of a general three-phase voltage source inverter composed of six sets of transistor switching elements T 11 -T 13 and T 21 -T 23 . In the figure, Ed is a DC power supply, D 11 to D 13 , D 21
~ D23 is a surge absorption diode. In other words, in sinusoidal modulation using the conventional PWM method, switching elements T 11 to T 13 on the positive side and negative switching elements provided in the arms of each phase are connected so that the output voltage waveform at the output terminal of each phase becomes a sine wave voltage. The switching elements T 21 to T 23 on the side are operated. For example, considering the U-phase, the U-phase terminal voltage is determined when switching element T11 is conductive (hereinafter simply ON).
That's what it means. ) T 21 is non-conducting (hereinafter simply referred to as OFF).
When , it becomes +1/2Ed, and when T 11 is OFF and T 21 is ON, it becomes -1/2Ed. By changing this ON-OFF ratio (ie, pulse width), the output voltage is modulated into a sine wave. Determines ON/OFF of this switching element
There are various methods to obtain a PWM signal, but a common method is to obtain it by comparing the voltage reference of each phase with a carrier wave. In this method, the output voltage is controlled by keeping the carrier wave peak value constant and changing the voltage reference peak value to change the ON/OFF duty ratio of the switching element. Hereinafter, the ratio of (peak value of reference wave)/(peak value of carrier wave) will be referred to as voltage control rate. Now, the disadvantage of the modulation control using the PWM method mentioned above is that when the voltage control rate α = 1, the maximum voltage peak value is

【式】に留まり、直流電源電圧である最大電 圧波高値Edまで出力し得ず、したがつて変換効
率が悪いことである。ここで、従来PWM方式に
よる変調制御方式の一例を第2図a,b,cに示
す。U相について、スイツチング素子T11にb図
に示すゲート信号を与え、T21c図にゲート信号
を与えることによりU相の電圧はa図のようにな
り、その平均的な波形として点線で示すdの正弦
波を得ることができる。V相、W相についても互
に120度の位相差をもつて同様に変調され、その
結果正弦波変調された3相交流電圧が得られるこ
ととなる。すなわち、3相各相の電圧Vu,Vv,
Vwは Vu=1/2Edsinωt Vv=1/2Edsin(ωt−120゜) Vw=1/2Edsin(ωt+120゜) で表わされる。ωは出力周波数の角速度である。 したがつて、相間電圧Vu―v,Vv―w,Vw
―uは で表わされる。 上記(1)、(2)、(3)式からもわかるように、最大電
圧波高値は電圧制御率α=1の場合でも
[Formula] remains, and it is not possible to output up to the maximum voltage peak value Ed, which is the DC power supply voltage, and therefore the conversion efficiency is poor. Here, an example of a modulation control method using the conventional PWM method is shown in FIGS. 2a, b, and c. For the U phase, by applying the gate signal shown in figure b to switching element T 11 and the gate signal shown in figure T 21 c, the voltage of the U phase becomes as shown in figure a, and its average waveform is shown by the dotted line. A sine wave of d can be obtained. The V and W phases are similarly modulated with a phase difference of 120 degrees, resulting in a sinusoidally modulated three-phase AC voltage. In other words, the voltages of each of the three phases Vu, Vv,
Vw is expressed as Vu=1/2Edsinωt Vv=1/2Edsin(ωt−120°) Vw=1/2Edsin(ωt+120°). ω is the angular velocity of the output frequency. Therefore, the phase-to-phase voltages Vu-v, Vv-w, Vw
-u is It is expressed as As can be seen from equations (1), (2), and (3) above, the maximum voltage peak value is

【式】しかなり得ない。 さらに、従来PWM方式によれば、各相ごとに
変調回路を設ける必要があり、それぞれ360度の
期間(又は180度期間の交互使用)の制御を必要
とするため、制御回路が非常に複雑化するなどの
欠点がある。 そこで、本発明は電圧制御率α=1の場合に電
源電圧と同じ電圧波高値を得ることができる簡単
な構成でかつ変換効率の高い電圧形インバータの
制御方法を提供することを目的とする。 以下本発明を図示する実施例に基づいて詳述す
る。第3図a,b,cは本発明による制御方法に
より制御されるインバータの電圧波形図である。 第3図a,bにおいて、U相電圧Vuは実線で
示し、V相電圧Vvは一点鎖線で示し、W相電圧
Vwは破線で示してある。 本発明による制御方法においては、 (i) インバータの出力電圧周波数の電気角30度ご
とに区切られた制御区間が設定されている。こ
の制御区間を第3図a,bにt1〜t12で示してあ
る。 (ii) 制御期間の各30度期間(各t1〜t12)において
インバータの3相U.V.Wのうちいずれか1相
(例えばV相)の電位(例えばVv)は、この相
のアーム(例えば負側)のスイツチング素子
(例えばT22)を30度期間導通させ続けること
により、直流電源の正電位又は負電位に固定さ
れる(第3図aのt1では負電位に固定)。なお、
図には固定電位を太線で示している。 (iii) 上記の固定される相というのは順次30度期間
ごとに次の相に切換えられる。例えば、t1(V
相)→t2(W相)→t3(U相)…のように順次切
換えられていく。 (iv) また、上記固定される相の電位は60゜度期間
ごとに正電位、負電位が交互に切換えられる。 例えば、30度期間t1においてはV相が負電位
に固定され、かつt1に隣接するt12の30度期間に
おいてはU相が負電位に固定され、したがつて
負電位の固定は60度期間である。次いでt2の30
度期間ではW相が正電位に、かつt3ではU相が
正電位に固定され、したがつて負電位から正電
位に反転して正電位は60度期間固定される。 (v) 各制御期間t1〜t12において固定される相以外
の他の2つの相(例えばV相固定ならばU.W
相)のスイツチング素子は、その2相の電位が
前記固定される相の電位に対して所定の相間電
圧を発生するようにパルス幅変調制御される。
このことについては後述する。 さらに具体的に説明すると次の通りである。す
なわち、第3図aは電圧制御率α=1の場合の各
相の電圧波形図であるが、図中の期間t1ではV相
電圧Vvが直流電源の負電位に固定保持されてい
る。これに対して、U相電圧Vuは直流電源の負
電位に対し、 Vu=αEdsinθ=Edsinθ 但し、θはt1期間の始期を0とする。 の電位差が生じるように制御される。W相電圧
Vwは直流電源の負電位(−1/2Ed)に対し Vw=αEdsin(θ+60゜)=Edsin(θ+60゜) の電位差が生じるように制御される。 したがつて、U―V相間電圧Vu−vはV相電
圧Vvを基準として Vu−v=Edsinθ に制御され、かつV―W相電圧Vv−wは Vv−w=−Edsin(θ+60゜) =Edsin(θ−120゜) に制御される。またW―U相電圧Vw−uは Vw−u=Edsin(θ+60゜)−Edsinθ =Edsin(θ+120゜) となる。 制御期間t2においては、W相電圧Vwが直流電
源の正電位に固定され、U相電圧Vuは直流電源
の正電位に対して Vu=−αEdsin(θ+120゜) =−Edsin(θ+120゜) の電位差を生じるように制御される。V相電圧
Vvは直流電源の正電位に対して Vv=−αEdsin(θ+120゜) =−Edsin(θ+120゜) の電位差を生じるように制御される。 したがつて、W―U相間電圧Vw−uは Vw−u=Edsin(θ+120゜) に制御され、V―W相間電圧Vv−wは Vv−w=Edsin(θ−120゜) に制御される。また、U―V相間電圧は Vu−v=−Edsin(θ+120゜) −{−Ed(θ+60゜)} =Edsinθ に制御される。 以下同様にして、制御期間t3,t4…ごとにU.V.
W相のいずれか1つの相が直流電源の正または負
の電位に順次交互に固定され、その間他の2相は
固定された相に対して上述した所定の相間電圧を
生じるように制御される。また、固定される相の
電位は60度ごとに直流電源の正電位、負電位に交
互に切換えられて制御される。 なお、各相間電圧に着目すると、各制御期間に
ついてU―V相間電圧Vu−vは常にEdsinθに、
V―W相間電圧Vv−wは常にEdsin(θ−120゜)
に、W―U相間電圧Vw−uは常にEdsin(θ+
120゜)に制御されている。 第3図bは電圧制御率α=0.4の場合の各相電
位の変調状態を示したもので、上述したように直
流電源の正電位又は負電位を基準として相間電圧
を発生させる様子がよくわかる。 第3図cは、第3図a,bすなわち電圧制御率
α=1、α=0.4の場合のU―V相間電圧を示し
たものである。上述した制御方法により、相間電
圧の波高値は電圧制御率α=1にて直流電圧Ed
に等しい電圧値とすることができる。V―W相間
電圧、W―U相間電圧についても120度の位相差
にて同様に波高値Edの正弦波電圧を得ることが
できる。 次に本発明による制御方法を実現するための制
御装置について説明する。第4図は本発明による
制御方法のPWM波形を発生するための発生回路
を示すブロツク図であり、このPWM波形発生回
路からの出力信号を受けてインバータ各相のスイ
ツチング素子T11〜T13,T21〜T23のゲート制御
を行う制御回路は第5図に示してある。そして、
PWM波形発生回路(第4図)と制御回路(第5
図)の各部動作波形図は第6図に示されている。 第4図において、1は出力周波数指令器を示し
ている。この出力周波数指令器1はインバータか
ら出力すべき出力電圧の周波数に対応する電圧信
号を出力する。 2は電圧周波数変換器(以下V/Fコンバータ
という。)を示している。このV/Fコンバータ
は出力周波数指令器1より与えられる電圧信号を
周波信号に変換して対応周波数のパルス信号を出
力する。 3はNビツトカウンタを示している。このカウ
ンタはV/Fコンバータ2の出力パルス信号をカ
ウントしてそのカウント値を出力する。ここに、
出力カウント値aの最上位ビツトをNビツトと
し、それより下位ビツトを順に(N―1)、(N―
2)、ビツト…とする。よつて出力信号はa(N)、
a(N―1)、a(N―2)と表わすこととする。 4は6進リングカウンタを示している。このリ
ングカウンタ4にはカウンタ3の(N―2)ビツ
ト目出力信号a(N―2)が入力され、出力信号
b〜gを制御回路(第5図)に出力する。カウン
タ3の出力信号a(N)、a(N―1)、a(N―2)
とカウンタ4の出力信号b〜gとの関係は第6図
に示してある。 5は切換回路を示している。この切換回路5は
排他的論理和のロジツク回路で構成されており、
カウンタ3のNビツト目出力信号a(N)と(N
―1)ビツト目出力信号a(N―1)との排他的
論理和をとり、切換信号hを出力する。この切換
信号hとNビツト目出力信号a(N)および(N
―1)ビツト目出力信号a(N―1)との関係は
第6図に示してある。 6はアツプ・ダウン切換回路を示している。こ
のアツプ・ダウン切換回路6にはカウンタ3の
(N―1)ビツトより下位ビツト信号a(N―2)
…a(N―n)が入力される。アツプダウン切換
回路6は、(N―2)個の排他的論理和のロジツ
ク回路で構成されている。各ロジツク回路の一方
の入力信号として共通にカウンタ3の(N―1)
ビツト目出力信号a(N―1)が与えられ、他方
の入力信号として(N―2)ビツト目以下の出力
信号a(N―2)…が与えられる。したがつて、
アツプダウン切換回路6の出力信号iはカウンタ
3の(N―1)ビツト目出力信号a(N―1)が
論理“0”の期間においてカウントアツプされ、
論理“1”の期間はカウントダウンされる。この
出力信号iは後述するリード・オンリー・メモリ
(以下、ROMという。)7のアドレスを指定す
る。 ROM7には、アドレスYにおいて電気角 (Y×30/2N-2−1+60)度 の正弦関数、すなわち sin(Y×30/2N-2−1+60)° が書込まれている。ROM7のアドレスYは、ア
ツプ・ダウン切換回路6の出力信号iにより指定
されるからY=0〜Y=(2N-2−1)の間で増減
を繰返して変化する。つまり、0から(2N-2
1)まで増加し、(2N-2−1)に達すると0まで
減少し、再び増加というように繰返される。した
がつて、ROM7はsin60゜〜sin90゜までの間、関数
の増減を繰返しながら出力信号jを出力する。こ
の出力信号jの態様は第6図に示す如くである。 ROM8には、アドレスYにおいて、電気角 (Y×30/2N-2−1)度 の正弦関数、すなわち sin(Y×30/2N-2−1)゜ が書込まれている。ROM8はアドレスYが0〜
(2N-2−1)の間を増減するとき、sin0゜〜sin30゜
までの関数値を増減しながら出力信号kを繰返し
出力する。 9,10はパルス幅変調回路(以下PWM回路
という。)を示している。なお、パルス幅変調方
式には種々の公知の方式があり、ここではいずれ
の方式を用いてもよいので具体的な回路は例示し
ない。PWM回路9は、ROM7からの出力信号
j 〔=sin(Y×30/2N-2−1+60)゜〕を他から与え られる電圧制御率信号αにしたがつてパルス変調
する。よつて、PWM回路9の出力信号lは α×sin(Y×30/2N-2−1×60)゜ をパルス変調したものとして出力される。同様に
PWM回路10はROM8からの出力信号k 〔=sin(Y+30/2N-2−1)゜〕を他から与えられ る電圧制御率αにしたがつてパルス変調する。よ
つて、PWM回路10の出力信号mは α×sin(Y×30/2N-2−1)゜ をパルス変調したものとして出力される。 11,12はそれぞれ切換回路を示している。
切換回路11,12は共に排他的論理和のロジツ
ク回路で構成されている。切換回路11には
PWM回路9の出力信号lと切換回路5の出力信
号hが入力され、切換回路12にはPWM回路1
0の出力信号mと切換回路5の出力信号hが入力
される。したがつて、PWM回路9,10は切換
回路5の出力信号hが理“0”のときには出力信
号hをそのまま出力し、理“1”のときには反転
して出力する。切換回路11の出力信号の平均
値波形は第6図qに示す如くなり、切換回路12
の出力信号pの平均値波形は第6図rの如くな
る。切換回路11,12のパルス幅変調された実
際の出力波形は第6図,pである。 第5図において、13,14,15はそれぞれ
制御回路を示しており、アンド回路およびオア回
路で構成されている。これらの制御回路13〜1
5はリングカウンタ4の出力信号b〜gおよび切
換回路5,11,12の出力信号h,o,p相互
の入力論理条件によりインバータ各相の出力電圧
指令信号、すなわち各相のスイツチング素子T11
〜T13およびT21〜T23のゲート制御信号G1u
G1v,G1wおよびG2u,G2v,G2wを出力する。ゲー
ト制御信号G2u,G2v,G2wはノツト回路16,1
7,18によりG1u,G1v,G1wとは逆の論理に反
転された信号である。 以下、制御回路13,14,15における出力
電圧指令の作成動作をU相について説明する。第
6図に示すように、制御回路13ではリングカウ
ンタ4の出力信号b〜gの論理に基づいて各制御
期間t1〜t12ごとに切換回路5,11,12の出力
信号h,o,pが選択されるが、その態様は次の
通りである。 (制御期間) (出力信号) t1,t2→p t3→h t4,t5→o t6→h t7,t8→p t9→h t10,t11→o t12→h その結果、U相について得られるPWM波形は
第6図のU示すような波形となる。なお、このと
き、t1とt7の期間では同じpの信号、t2とt8の期
間では同じpの信号、t3とt9の期間では同じhの
信号、…というように6期間互に離れた期間で同
じ信号が選択されている。したがつて、1周期は
12の期間に区切られてはいるが、6進リングカウ
ンタ4の出力信号b〜gにより、12の期間につい
てすべて個々に選択することができる。 このように、制御回路13は制御期間t1又はt7
においてリングカウンタ4の出力信号fと切換回
路12の出力信号Pとの論理積をとり、t2又はt8
においてgとpとの論理積をとり、…t6又はt12
おいてeとhとの論理積をとり、そして、これら
の出力信号のすべてを切換回路和演算することに
より、第6図Uに示すように1周期間の連続した
PWM波形を得ることができる。この波形Uの平
均値波形は第6図U′のようになり、この平均値
波形U′が先に第3図に示した本発明の制御方法
に基づいて得られた波形である。 以上はU相について述べたが、V相、W相につ
いても同様に制御回路14,15により、それぞ
れ120度の位相差をもつて動作し、同様な波形を
得ることができる。 かくして得られたインバータ出力電圧指令信号
は、先にも述べた通り、インバータ各相のスイツ
チング素子T11〜T13およびT21〜T23のゲート制
御信号として与えられる。ゲート制御信号G1u
G1v,G1wはベースドライブ回路(図示せず)を
介してスイツチング素子T11〜T13に与えられる。
一方、スイツチング素子T21〜T23にはG1u,G1v
G1wがノツト回路16,17,18を介して反転
されたゲート制御信号G2u,G2v,G2wがベースド
ライブ回路(図示せず。)を介して与えられる。 これらのゲート制御信号G1u〜G3w,G2u〜G3w
によりインバータの相間電圧の平均値は正弦波に
制御される。例えば、U―V相間電圧についてみ
るとPWM波形は第6図U―Vに示す如くなり、
その平均値波形は破線で示すように正弦波を得る
ことができる。 以上の通り、本発明の制御方法によれば、パル
ス幅変調回路は2組でよいことと相まつて簡単な
構成とすることができ、かつ、与えられた直流電
源に基づいて可能な限り大きな値の正弦波電圧を
得ることができ、したがつて簡単な構成で変換効
率のよいインバータを提供することができる。 また、それぞれ相電圧を正弦波変調する従来の
制御方法にあつては、PWM制御の方法如何によ
つては各相の変調が相互に干渉し合つて相間電圧
に波形の乱れが生じる可能性がある。そのため、
相間電圧の位相が小さいときにかかる乱れが生じ
ると、位相の誤差がきわめて大きくなる恐れがあ
つた。 しかしながら、本発明の制御方法によれば、例
えば相間電圧をsinθとしたとき、θが0〜30度、
150〜210度、330〜360度の期間においては各相い
ずれかの相電圧が直流電源の正電位、負電位のい
ずれかに固定保持され、他方の相電位をパルス幅
変調することにより相間電圧を発生させるので、
相間電圧の小さな期間では相間電圧の乱れは生じ
得ないという優れた効果を有するものである。
[Formula] can only be obtained. Furthermore, according to the conventional PWM method, it is necessary to provide a modulation circuit for each phase, which requires control over a 360-degree period (or alternate use of 180-degree periods), making the control circuit extremely complex. There are drawbacks such as: SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a method for controlling a voltage source inverter with a simple configuration and high conversion efficiency, which can obtain the same voltage peak value as the power supply voltage when the voltage control rate α=1. The present invention will be described in detail below based on illustrated embodiments. FIGS. 3a, 3b, and 3c are voltage waveform diagrams of the inverter controlled by the control method according to the present invention. In Figure 3a and b, the U-phase voltage Vu is shown by a solid line, the V-phase voltage Vv is shown by a dashed-dotted line, and the W-phase voltage
Vw is shown as a dashed line. In the control method according to the present invention, (i) control intervals are set at intervals of 30 electrical degrees of the output voltage frequency of the inverter. This control interval is indicated by t 1 -t 12 in FIGS. 3a and 3b. (ii) In each 30-degree period (each t 1 to t 12 ) of the control period, the potential (e.g., Vv) of any one phase (e.g., V phase) of the three-phase UVW of the inverter is By keeping the switching element (for example, T 22 ) on the side) conductive for a period of 30 degrees, it is fixed at the positive potential or negative potential of the DC power supply (at t 1 in FIG. 3a, it is fixed at the negative potential). In addition,
In the figure, the fixed potential is shown by a thick line. (iii) The fixed phase mentioned above is sequentially switched to the next phase every 30 degree period. For example, t 1 (V
phase) → t 2 (W phase) → t 3 (U phase), and so on. (iv) Furthermore, the potential of the fixed phase is alternately switched between positive potential and negative potential every 60° period. For example, in the 30 degree period t 1 , the V phase is fixed at a negative potential, and in the 30 degree period t 12 adjacent to t 1 , the U phase is fixed at a negative potential, so the negative potential is fixed at 60 degrees. It is a degree period. then t 2 30
During the degree period, the W phase is fixed at a positive potential, and at t3 , the U phase is fixed at a positive potential.Therefore, the negative potential is reversed to a positive potential, and the positive potential is fixed for a period of 60 degrees. (v) Two phases other than the phase fixed in each control period t 1 to t 12 (for example, if the V phase is fixed, UW
The switching elements of the two phases are subjected to pulse width modulation control so that the potentials of the two phases generate a predetermined interphase voltage with respect to the potential of the fixed phase.
This will be discussed later. A more specific explanation is as follows. That is, FIG. 3a is a voltage waveform diagram of each phase when the voltage control rate α=1, and in period t1 in the figure, the V-phase voltage Vv is held fixed at the negative potential of the DC power supply. On the other hand, the U-phase voltage Vu is expressed as Vu=αEdsinθ=Edsinθ with respect to the negative potential of the DC power supply. However, θ is set to 0 at the beginning of the t1 period. It is controlled so that a potential difference of . W phase voltage
Vw is controlled so that a potential difference of Vw = αEdsin (θ + 60°) = Edsin (θ + 60°) is generated with respect to the negative potential (-1/2 Ed) of the DC power supply. Therefore, the UV phase voltage Vu-v is controlled to be Vu-v=Edsinθ with the V-phase voltage Vv as a reference, and the V-W phase voltage Vv-w is Vv-w=-Edsin(θ+60°)= Controlled by Edsin (θ−120°). Further, the W-U phase voltage Vw-u is Vw-u=Edsin(θ+60°)−Edsinθ=Edsin(θ+120°). During the control period t2 , the W-phase voltage Vw is fixed to the positive potential of the DC power supply, and the U-phase voltage Vu is set to the positive potential of the DC power supply as follows: Vu=-αEdsin(θ+120°) =-Edsin(θ+120°) controlled to generate a potential difference. V phase voltage
Vv is controlled to generate a potential difference of Vv = -αEdsin (θ + 120°) = -Edsin (θ + 120°) with respect to the positive potential of the DC power supply. Therefore, the W-U phase voltage Vw-u is controlled to be Vw-u = Edsin (θ + 120°), and the V-W phase voltage Vv-w is controlled to be Vv-w = Edsin (θ-120°). . Further, the UV interphase voltage is controlled to be Vu−v=−Edsin(θ+120°) −{−Ed(θ+60°)}=Edsinθ. In the same way, UV is applied every control period t 3 , t 4 ...
Any one of the W phases is sequentially and alternately fixed to the positive or negative potential of the DC power supply, while the other two phases are controlled to generate the above-mentioned predetermined phase-to-phase voltage with respect to the fixed phase. . Further, the potential of the fixed phase is controlled by being alternately switched between the positive potential and the negative potential of the DC power supply every 60 degrees. Note that when focusing on each phase-to-phase voltage, the UV phase-to-phase voltage Vu-v for each control period is always given by Edsinθ,
V-W phase voltage Vv-w is always Edsin (θ-120°)
The W-U phase voltage Vw-u is always Edsin(θ+
120°). Figure 3b shows the modulation state of each phase potential when the voltage control rate α = 0.4, and it can be clearly seen that the phase-to-phase voltage is generated based on the positive or negative potential of the DC power supply as described above. . FIG. 3c shows the UV interphase voltage in the case of FIGS. 3a and 3b, that is, the voltage control rate α=1 and α=0.4. With the control method described above, the peak value of the phase-to-phase voltage is equal to the DC voltage Ed at a voltage control rate α=1.
The voltage value can be equal to . Similarly, a sine wave voltage with a peak value Ed can be obtained for the V-W inter-phase voltage and the W-U inter-phase voltage with a phase difference of 120 degrees. Next, a control device for implementing the control method according to the present invention will be explained. FIG. 4 is a block diagram showing a generating circuit for generating a PWM waveform in the control method according to the present invention. In response to the output signal from this PWM waveform generating circuit, the switching elements T 11 to T 13 of each phase of the inverter are connected. A control circuit for controlling the gates T 21 to T 23 is shown in FIG. and,
PWM waveform generation circuit (Figure 4) and control circuit (Figure 5)
The operation waveform diagram of each part in FIG. 6 is shown in FIG. In FIG. 4, 1 indicates an output frequency command device. This output frequency command device 1 outputs a voltage signal corresponding to the frequency of the output voltage to be output from the inverter. 2 indicates a voltage frequency converter (hereinafter referred to as a V/F converter). This V/F converter converts the voltage signal given by the output frequency command device 1 into a frequency signal and outputs a pulse signal of the corresponding frequency. 3 indicates an N-bit counter. This counter counts the output pulse signal of the V/F converter 2 and outputs the count value. Here,
The most significant bit of the output count value a is set to N bits, and the lower bits are sequentially (N-1) and (N-
2), Bit... Therefore, the output signal is a(N),
Let them be expressed as a(N-1) and a(N-2). 4 indicates a hexadecimal ring counter. The ring counter 4 receives the (N-2)th bit output signal a(N-2) of the counter 3, and outputs output signals b to g to the control circuit (FIG. 5). Output signals of counter 3 a(N), a(N-1), a(N-2)
The relationship between and the output signals b to g of the counter 4 is shown in FIG. 5 indicates a switching circuit. This switching circuit 5 is composed of an exclusive OR logic circuit,
The Nth bit output signals a(N) and (N
-1) Perform exclusive OR with the bit-th output signal a(N-1) and output the switching signal h. This switching signal h and N-th bit output signals a(N) and (N
-1) The relationship with the bit output signal a(N-1) is shown in FIG. 6 indicates an up/down switching circuit. This up/down switching circuit 6 receives a lower bit signal a(N-2) from the (N-1) bits of the counter 3.
...a(N−n) is input. The up/down switching circuit 6 is composed of (N-2) exclusive OR logic circuits. (N-1) of counter 3 is commonly used as one input signal of each logic circuit.
The output signal a(N-1) of the bit bit is given, and the output signal a(N-2) of the (N-2)th bit and below is given as the other input signal. Therefore,
The output signal i of the up-down switching circuit 6 is counted up during the period when the (N-1)th bit output signal a (N-1) of the counter 3 is at logic "0".
The period of logic "1" is counted down. This output signal i specifies the address of a read-only memory (hereinafter referred to as ROM) 7, which will be described later. In the ROM 7, a sine function of electrical angle (Y×30/2 N-2 −1+60) degrees, ie, sin(Y×30/2 N-2 −1+60) degrees, is written at address Y. Since the address Y of the ROM 7 is specified by the output signal i of the up/down switching circuit 6, it repeatedly increases and decreases between Y=0 and Y=(2 N-2 -1). That is, from 0 to (2 N-2
It increases to 1), decreases to 0 when it reaches (2 N-2 -1), increases again, and so on. Therefore, the ROM 7 outputs the output signal j while repeating the increase and decrease of the function from sin60° to sin90°. The form of this output signal j is as shown in FIG. In the ROM 8, a sine function of electrical angle (Y×30/2 N-2 −1) degrees, ie, sin(Y×30/2 N-2 −1) degrees, is written at address Y. ROM8 has address Y from 0 to
When increasing or decreasing between (2 N-2 -1), the output signal k is repeatedly output while increasing or decreasing the function value from sin0° to sin30°. 9 and 10 indicate pulse width modulation circuits (hereinafter referred to as PWM circuits). Note that there are various known pulse width modulation methods, and any method may be used here, so a specific circuit is not illustrated. The PWM circuit 9 pulse-modulates the output signal j [=sin(Y×30/2 N-2 −1+60)°] from the ROM 7 according to a voltage control rate signal α given from another source. Therefore, the output signal l of the PWM circuit 9 is output as a signal obtained by pulse modulating α×sin(Y×30/2 N-2 −1×60)°. similarly
The PWM circuit 10 pulse-modulates the output signal k [=sin(Y+30/2 N-2 -1)°] from the ROM 8 in accordance with the voltage control rate α given from another source. Therefore, the output signal m of the PWM circuit 10 is output as a signal obtained by pulse modulating α×sin(Y×30/2 N-2 −1)°. Reference numerals 11 and 12 each indicate a switching circuit.
Both switching circuits 11 and 12 are constructed from exclusive OR logic circuits. In the switching circuit 11
The output signal l of the PWM circuit 9 and the output signal h of the switching circuit 5 are input to the switching circuit 12.
The output signal m of 0 and the output signal h of the switching circuit 5 are input. Therefore, when the output signal h of the switching circuit 5 is "0", the PWM circuits 9 and 10 output the output signal h as it is, and when it is "1", they invert it and output it. The average value waveform of the output signal of the switching circuit 11 is as shown in FIG.
The average value waveform of the output signal p is as shown in FIG. 6r. The actual pulse width modulated output waveforms of the switching circuits 11 and 12 are shown in FIG. 6, p. In FIG. 5, 13, 14, and 15 each indicate a control circuit, which is composed of an AND circuit and an OR circuit. These control circuits 13-1
5 is an output voltage command signal of each phase of the inverter, that is, a switching element T 11 of each phase, based on the input logic conditions of the output signals b to g of the ring counter 4 and the output signals h, o, and p of the switching circuits 5, 11, and 12.
Gate control signal G 1u of ~T 13 and T 21 ~T 23 ,
Output G 1v , G 1w and G 2u , G 2v , G 2w . The gate control signals G 2u , G 2v , G 2w are sent to the knot circuits 16, 1
7 and 18, the signals are inverted to the opposite logic to G 1u , G 1v , and G 1w . Hereinafter, the operation of creating the output voltage command in the control circuits 13, 14, and 15 will be described for the U phase. As shown in FIG. 6, in the control circuit 13 , the output signals h, o , o, p is selected in the following manner. (Control period) (Output signal) t 1 , t 2 → p t 3 → h t 4 , t 5 → o t 6 → h t 7 , t 8 → p t 9 → h t 10 , t 11 → o t 12 →h As a result, the PWM waveform obtained for the U phase becomes the waveform shown by U in FIG. In addition, at this time, the same p signal in the period t 1 and t 7 , the same p signal in the period t 2 and t 8 , the same h signal in the period t 3 and t 9 , and so on for 6 periods. The same signals are selected in mutually distant periods. Therefore, one period is
Although divided into 12 periods, all 12 periods can be individually selected using the output signals b to g of the hexadecimal ring counter 4. In this way, the control circuit 13 controls the control period t 1 or t 7
The output signal f of the ring counter 4 and the output signal P of the switching circuit 12 are ANDed at t 2 or t 8
By taking the logical product of g and p at ...t 6 or t 12 , and calculating the sum of all of these output signals by the switching circuit, Continuous for one period as shown
PWM waveform can be obtained. The average value waveform of this waveform U is as shown in FIG. 6 U', and this average value waveform U' is the waveform obtained based on the control method of the present invention previously shown in FIG. Although the U-phase has been described above, the V-phase and W-phase can also be operated with a phase difference of 120 degrees by the control circuits 14 and 15, and similar waveforms can be obtained. The inverter output voltage command signal thus obtained is given as a gate control signal to the switching elements T 11 to T 13 and T 21 to T 23 of each phase of the inverter, as described above. Gate control signal G 1u ,
G 1v and G 1w are applied to switching elements T 11 to T 13 via a base drive circuit (not shown).
On the other hand, the switching elements T 21 to T 23 have G 1u , G 1v ,
Gate control signals G 2u , G 2v , and G 2w obtained by inverting G 1w via knot circuits 16, 17, and 18 are applied via a base drive circuit (not shown). These gate control signals G 1u ~ G 3w , G 2u ~ G 3w
The average value of the phase-to-phase voltage of the inverter is controlled to be a sine wave. For example, when looking at the UV phase-to-phase voltage, the PWM waveform is as shown in Figure 6 UV,
The average value waveform can be a sine wave as shown by the broken line. As described above, according to the control method of the present invention, the pulse width modulation circuit can have a simple configuration since only two sets are required, and the pulse width modulation circuit can have the largest possible value based on the given DC power supply. It is possible to obtain a sine wave voltage of 1, and therefore it is possible to provide an inverter with a simple configuration and high conversion efficiency. In addition, in the conventional control method of sinusoidally modulating each phase voltage, depending on the PWM control method, the modulation of each phase may interfere with each other, causing waveform disturbances in the phase-to-phase voltage. be. Therefore,
If such a disturbance occurs when the phase of the interphase voltage is small, there is a risk that the phase error will become extremely large. However, according to the control method of the present invention, for example, when the phase-to-phase voltage is sinθ, θ is 0 to 30 degrees,
During periods of 150 to 210 degrees and 330 to 360 degrees, the phase voltage of each phase is held fixed at either the positive potential or the negative potential of the DC power supply, and the phase-to-phase voltage is adjusted by pulse width modulating the other phase potential. Because it generates
This has an excellent effect in that no disturbance of the phase-to-phase voltage occurs during a period in which the phase-to-phase voltage is small.

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

第1図は一般的な電圧形インバータの主回路
図、第2図は従来のPWM制御による正弦波変調
の一例を示すもので、aはU相電圧波形図、b,
cはスイツチング素子のゲート制御信号波形図、
第3図は本発明の制御方法による出力電圧波形を
示すもので、aは電圧制御率α=1の場合の波形
図、bはα=0.4の場合の波形図、cはU―V相
間電圧の平均値波形図、第4図は本発明の制御方
法に用いるPWM波形発生回路、第5図はPWM
波形発生回路の出力信号を受けてインバータ各相
のゲート制御信号を作る制御回路、第6図は、
PWM波形発生回路と制御回路の動作を説明する
ためのタイムチヤートである。 Ed…直流電源電圧、T11〜T13;T21〜T23…ス
イツチング素子、t1〜t12…制御期間、Vu,Vv
Vw…各相電圧、1…出力周波数指令器、2…
V/Fコンバータ、3…Nビツトカウンタ、4…
6進リングカウンタ、5…切換回路、6…アツ
プ・ダウン切換回路、7…ROM、8…ROM、
9…PWM回路、10…PWM回路、11…切換
回路、12…切換回路、13…制御回路、14…
制御回路、15…制御回路、16,17,18…
ノツト回路。
Figure 1 is a main circuit diagram of a general voltage source inverter, and Figure 2 shows an example of sine wave modulation using conventional PWM control, where a is a U-phase voltage waveform diagram, b,
c is a gate control signal waveform diagram of the switching element;
Figure 3 shows the output voltage waveform according to the control method of the present invention, where a is a waveform diagram when the voltage control rate α=1, b is a waveform diagram when α=0.4, and c is the UV phase voltage Figure 4 is a PWM waveform generation circuit used in the control method of the present invention, Figure 5 is a diagram of the average value waveform of
Figure 6 shows a control circuit that receives the output signal of the waveform generation circuit and generates gate control signals for each phase of the inverter.
This is a time chart for explaining the operation of the PWM waveform generation circuit and control circuit. Ed...DC power supply voltage, T11 to T13 ; T21 to T23 ...Switching element, t1 to t12 ...Control period, Vu , Vv ,
V w ...Each phase voltage, 1...Output frequency command, 2...
V/F converter, 3...N bit counter, 4...
Hexadecimal ring counter, 5... switching circuit, 6... up/down switching circuit, 7... ROM, 8... ROM,
9...PWM circuit, 10...PWM circuit, 11...switching circuit, 12...switching circuit, 13...control circuit, 14...
Control circuit, 15... Control circuit, 16, 17, 18...
Not circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 直流電源から3相の交流電圧を得る電圧形イ
ンバータにおいて、 (a) 前記インバータの出力電圧の電気角30度ごと
に区切られた制御期間を設定し、 (b) 前記制御期間の各30度期間においてインバー
タの3相のうちいずれか1相の電位をこの相の
一方のアームのスイツチング素子を導通させて
前記直流電源の正電位又は負電位に固定すると
ともに、 (c) この固定される相を順次30度期間ごとに次の
相に切換え、 (d) かつ、前記固定される相の電位を60度期間ご
とに正負交互に切換え、 (e) 各制御期間における他の2つの相のスイツチ
ング素子は、その2つの相の電位が前記固定さ
れる相の電位に対して所定の相間電圧を発生す
るようにパルス巾変調制御する、 ことを特徴とする電圧形インバータの制御方法。
[Scope of Claims] 1. In a voltage source inverter that obtains three-phase AC voltage from a DC power source, (a) a control period is set every 30 electrical degrees of the output voltage of the inverter, and (b) the above-mentioned During each 30-degree period of the control period, the potential of any one of the three phases of the inverter is fixed to the positive potential or negative potential of the DC power supply by conducting the switching element of one arm of this phase, and (c ) This fixed phase is sequentially switched to the next phase every 30 degree period, (d) and the potential of the fixed phase is alternately switched between positive and negative every 60 degree period, (e) A voltage source inverter characterized in that the two-phase switching elements perform pulse width modulation control so that the potentials of the two phases generate a predetermined interphase voltage with respect to the potential of the fixed phase. Control method.
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