JPH02168866A - 電力変換装置のパルス幅変調制御用パルスの発生方法 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電力変換装置をパルス幅変調制御する際の
パルスを、デジタル量で発生させる方法に関する。

〔従来の技術〕

電力変換装置として、たとえば電圧形のパルス幅変調（
以下ではＰＷＭと略記する）インバータがあり、この電
圧形ＰＷＭインバータを制御するためのＰＷＭパルスの
発生方法として、任意の関数波形（たとえば正弦波、あ
るいは台形波など）の信号波と、この信号波よりも高い
周波数の３角波との大小関係を比較する方法があるが、
インバータが出力する交流は正弦波形であることが望ま
しく、従って、以下では信号波は正弦波形の場合につい
て記述する。

第４図は電圧形ＰＷＭインバータのＰＷＭパルスをアナ
ログ量で発生する場合の従来例を示したブロック図であ
る。

この第４図において、３角波発生器１は高い周波数のキ
ャリアである３角波を発生している。

方、正弦波発生器２は、インバータが出力するべき周波
数の指令値ωを入力して、ｓｉｎωｔなる正弦波信号を
掛算器３へ出力している。この掛算器３へは変調度の指
令値λが入力しているので、このλとｓｉｎωｔとの乗
算演算が行われて、この掛算器３からはλ・　ｓｉｎω
ｔなる正弦波信号を出力する。

コンパレータ４は、３角波発生器１からの３角波信号と
、掛算器３からの上記した正弦波信号とを入力して、両
者の大小関係を比較することで、ＰＷＭパルスを得るこ
とができるのは周知である。

しかしながら、アナログ技術を用いて、第４図に示す回
路でＰＷＭパルスを得る場合、回路図に詳記していない
けれども、多数の演算増幅器や、電圧・周波数変換器を
使用しており、これらの温度ドリフトやオフセットなど
のために、精度の向上には限界がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

そこで、このような温度ドリフトやオフセットの心配が
なく、高精度でＰＷＭパルスを発生できるように、デジ
タル技術を採用する。デジタル技術により、ＰＷＭパル
スを発生させる場合の回路の基本は、前述した第４図の
従来例回路と同じである。

すなわち、３角波発生器１が出力するキャリアである３
角波は、そのパターンをメモリーに収納することで容易
に達成できる。また正弦波発生器２が出力するｓｉｎω
ｔなる信号も、そのパターンをメモリーに収納すること
で容易に達成できる。

しかしながら、正弦波発生器２が出力するｓｉｎωｔな
る信号と、λなる変調度信号との掛算を高速度で演算さ
せるには、専用のデジタル掛算器、あるいはマイクロプ
ロセッサが必要であって、装置を複雑・高価にする欠点
があり、ＰＷＭパルスをデジタル量で作成する場合の大
きな障害となっている。

そこでこの発明の目的は、電力変換手段に使用するＰＷ
Ｍパルスをデジタル量で容易に発生できるようにするこ
とにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、この発明のパルスの発生
方法は、任意の関数波形の信号波と、この信号波よりも
周波数が高い３角波形の搬送波との大小関係を比較して
、電力変換装置のパルス幅変調制御用パルスを得る方法
において、前記信号波を用いて前記搬送波を変調し、そ
の変調結果のパターンをメモリーに収納する一方で、第
１クロックが出力する前記搬送波の周波数に比例したパ
ルスを第１カウンタに入力して前記メモリーの下位アド
レスを作り、かつ第２クロックが出力する前記信号波の
周波数に比例したパルスを第２カウンタに入力して前記
メモリーの上位アドレスを作り、これら第１カウンタと
第２カウンタからの信号を入力している前記メモリーの
出力信号と、搬送波による信号波の前記変調度とを比較
することでパルス列を形成させ、前記信号波の極性に対
応して、このパルス列のオン・オフ論理を反転させるも
のとする。

〔作用〕

この発明は、キャリアである３角波を、任意の関数波形
（たとえば正弦波、あるいは台形波など）の信号波で変
調したパターンを記憶したメモリーを、キャリアを受持
つカウンタと、インバータ位相を受持つカウンタとの、
２組のカウンタの出力で作動させ、このメモリーの出カ
バターンと変調度λとをコンパレータで比較することに
より、非同期あるいは同期のＰＷＭパルスを得ようとす
るものである。

〔実施例〕

まず１組分の変調された３角波のパターンについて説明
する。従来のＰＷＭパルスは、下記（１）式に示すよう
に、３角波と信号波すなわちλ・ｓｉｎωｔとの大小関
係を比較することにより作成していた。

く ３角波　≧　λ・　ｓｉｎωｔ　　−−−−−−−−−
（１）本発明においては、この（１）式を変形した下記
（２）式による比較に置換する。

ｓｉｎ　　　ω　ｔ いま、この正弦波の１周期２π（電気角で３６０度）を
２８＝２５６なる分解能で分割する場合を考えると、下
記に示すように２５６種類の３角波が作成できる。

３角波　　　　　　３角波 ３角波 これらの３角波は、それぞれがこの３角波の１周期分の
パターンをあられしていて、正弦波の１周期分を２８＝
　２５６なる分解能で構成している。

第２図は３角波を正弦波で変調した場合の波形の一例を
示した波形図であって、分解能２５６のうちのｎ−２１
（電気角で約３０度）と、ｎ　＝　１４９　（電気角で
約２１０度）のものを示しているが、この第２図（イ）
では、変調前の３角波が点線で、また変調後の３角波が
実線で示されており、第２図（ロ）ではこの変調された
３角波の変調度λが１を越えた部分と負の部分とを除い
て示している。

第３図は第２図により得られる３角波のパターンを２５
６種類用意してメモリーに収納した１相分のパターンを
あられした図である。電圧形ＰＷＭインバータが３相交
流を出力するのであれば、第２相と第３相とは、この第
３図のパターンからそれぞれ１２０度遅れと２４０度遅
れのパターンを作成すればよい。

第１図は本発明の実施例をあられした制御ブロック図で
ある。

電力変換手段としての電圧形ＰＷＭインバータが、その
出力で誘導電動機を可変速駆動する場合は、出力する交
流の電圧と周波数との比が常に一定値であるように、こ
の電圧形ＰＷＭインバータを制御するのが通常である。

そこでこの第１図に示す実施例回路は、電圧と周波数と
の比率一定の制御を行う場合を示している。

この第１図において、キャリアとしての３角波の周波数
Ｆ。は、キャリア周波数が固定している場合は一定周波
数であり、第１クロンク１２はこの周波数Ｆｃに比例し
た周波数のパルスを第１カウンタ　１４に入力し、メモ
リーの下位アドレスＤＬを作り出す。

一方、インバータが出力する交流の周波数に対応して変
化する信号波の周波数Ｆ、を第２クロック　１３に入力
し、この第２クロックは入力周波数Ｆ１に比例した周波
数のパルスを第２カウンタ１５に入力して、メモリーの
上位アドレスＤ、を作り出す。

Ｕ相メモリー８Ｕは、第３図に示すような３角波パター
ンを収納しており、キャリアを受持つ第１カウンタ　１
４からの下位アドレスＤＬ　と、インバータ出力位相を
受持つ第２カウンタ１５からの下位アドレスＤ、とを入
力する。そこでこのＵ相メモリー８Ｕから読出されたパ
ターンと、直流量である変調度λとをコンパレータ９Ｕ
において比較することで、パルス幅変調のオン・オフパ
ターンが作成される。

信号波である正弦波の極性によって、このようにして求
めたオンとオフの論理を反転させなければならない。そ
こで第２カウンタ１５が出力する上位アドレスＤイをデ
コーダ１１に入力してオンとオフの極性反転信号を作る
。このデコーダ１１からの出力と、コンパレータ９Ｕか
らの出力とを排他的論理和素子１０Ｕに入力させること
で、パルスのオンとオフと反転させてＵ相馬のＰＷＭパ
ルスを得る。

第２相であるＶ相については、Ｕ相から１２０度遅れの
パターンが■相メモリー８■に収納されており、上述と
同様にしてコンパレータ９Ｖと排他的論理和素子１０Ｖ
とを経てＶ相馬ＰＷＭパルスが、またＷ相についても、
Ｗ相メモリー８Ｗ、コンパレータ９Ｗおよび排他的論理
和素子１０Ｗを経て、Ｗ相馬ＰＷＭパルスを取出すこと
ができる。

このような構成の電圧形ＰＷＭインバータが停止してい
るとき、当該インバータの周波数は零、すなわち、ある
位相で第２カウンタ１５　は停止しているが、キャリア
用の第１カウンタ１４は一定周期で回転しているので、
ある直流電圧がこの電圧形ＰＷＭインバータから出力し
ている。この状態で当該インバータの運転を開始すると
、出力周波数の上昇に従って第２カウンタ１５は徐々に
回転しつつ、３角波パターンを順次選択するので、全体
として正弦波変調されたＰＷＭパターンが得られること
になる。

上述の動作は、第１カウンタ１４が常時一定周期で回転
する場合、すなわち信号波と３角波とが非同期でのＰＷ
Ｍパルスの発生について説明しているが、第１カウンタ
１４　と第２カウンタ１５とが同期するようにして、同
期パルスを発生できることは勿論である。

さらに、上述では電圧と周波数との比率一定での制御の
場合の構成を説明しているが、すべり周波数制御やベク
トル制御についても本発明を適用できることは勿論であ
る。

〔発明の効果〕

この発明によれば、任意の関数波形の信号波を用いて３
角波を変調して得られるパターンをメモリーに収納し、
このメモリーパターンを、３角波を受持つカウンタの出
力と、インバータ位相を受持つカウンタの出力とでアド
レス選択することで、任意関数波形の信号波の交流量を
作らずに、直流量である変調度と前述のメモリーパター
ンとの比較により、デジタル的にＰＷＭパターンを得る
ことができるので、温度ドリフトやオフセットなどに影
響されることなく、高精度のＰＷＭパターンとなる。さ
らにデジタル掛算器など、回路構成を複雑高価にする要
素を排除できる効果も合わせて有する。さらに信号波と
３角波との同期・非同期の選択が自由であり、かつ両者
を滑に切換えることもできる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例をあられした制御ブロック図、
第２図は３角波を正弦波で変調した場合の波形の一例を
示した波形図、第３図は第２図により得られる３角波の
パターンを２５６種類用意してメモリーに収納した１相
分のパターンをあられした図であり、第４図は電圧形Ｐ
ＷＭインバータのＰＷＭパルスをアナログ量で発生する
場合の従来例を示したブロック図である。 １・・・３角波発生器、２・・・正弦波発生器、３・・
・掛算器、４．９Ｕ、９Ｖ、９Ｗ・・・コンパレータ、
８ｕ　　ａｖ、ｓｗ−ｕ相、■相、Ｗ相メモリー、１０
Ｕ、ＩＯＶ、ＩＯＷ・・・排他的論理和素子、１１・・
・デコーダ、１２・＄１クロック、１３・・・第２クロ
ック、１４・・・第１カウンタ、１５・・・第２カウン
タ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）任意の関数波形の信号波と、この信号波よりも周波
   数が高い３角波形の搬送波との大小関係を比較して、電
   力変換装置のパルス幅変調制御用パルスを得る方法にお
   いて、前記信号波を用いて前記搬送波を変調し、その変
   調結果のパターンをメモリーに収納する一方で、第１ク
   ロックが出力する前記搬送波の周波数に比例したパルス
   を第１カウンタに入力して前記メモリーの下位アドレス
   を作り、かつ第２クロックが出力する前記信号波の周波
   数に比例したパルスを第２カウンタに入力して前記メモ
   リーの上位アドレスを作り、これら第１カウンタと第２
   カウンタからの信号を入力している前記メモリーの出力
   信号と、搬送波による信号波の前記変調度とを比較する
   ことでパルス列を形成させ、前記信号波の極性に対応し
   て、このパルス列のオン・オフ論理を反転させることを
   特徴とする電力変換装置のパルス幅変調制御用パルスの
   発生方法。