JPH06245577A - 交流電動機のpwm制御装置 - Google Patents
交流電動機のpwm制御装置Info
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- JPH06245577A JPH06245577A JP5030788A JP3078893A JPH06245577A JP H06245577 A JPH06245577 A JP H06245577A JP 5030788 A JP5030788 A JP 5030788A JP 3078893 A JP3078893 A JP 3078893A JP H06245577 A JPH06245577 A JP H06245577A
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- phase
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS 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
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
- H02M1/327—Means for protecting converters other than automatic disconnection against abnormal temperatures
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- Control Of Ac Motors In General (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 低周波領域における発生損失の1素子集中を
緩和し、インバータ装置の低周波通電容量の向上を図
る。 【構成】 低周波出力領域で、3相電圧基準信号のうち
絶対値が最大の相の極性と逆極性の電圧基準補正信号V
C を用いて、3相電圧基準信号Vu * ,Vv * ,Vw *
をそれぞれ補正し新たな3相電圧基準信号Vu **,Vv
**,Vw **を生成する電圧基準補正手段(30)を設け
たPWM制御装置。これにより、線間電圧の制御特性に
は影響を与えることなく、最大電流通電素子の通流率を
低減し、低出力周波数領域での通電能力を向上させるこ
とができる。
緩和し、インバータ装置の低周波通電容量の向上を図
る。 【構成】 低周波出力領域で、3相電圧基準信号のうち
絶対値が最大の相の極性と逆極性の電圧基準補正信号V
C を用いて、3相電圧基準信号Vu * ,Vv * ,Vw *
をそれぞれ補正し新たな3相電圧基準信号Vu **,Vv
**,Vw **を生成する電圧基準補正手段(30)を設け
たPWM制御装置。これにより、線間電圧の制御特性に
は影響を与えることなく、最大電流通電素子の通流率を
低減し、低出力周波数領域での通電能力を向上させるこ
とができる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、交流電動機をPWM制
御装置、より詳細には、速度基準信号に対する速度帰還
信号の偏差をゼロにするための3相電圧基準信号を演算
するコントローラと、3相電圧基準信号に基づきインバ
ータをPWM制御するPWM制御回路とを備え、インバ
ータの出力により交流電動機を可変速制御する、交流電
動機のPWM制御装置に関するものである。
御装置、より詳細には、速度基準信号に対する速度帰還
信号の偏差をゼロにするための3相電圧基準信号を演算
するコントローラと、3相電圧基準信号に基づきインバ
ータをPWM制御するPWM制御回路とを備え、インバ
ータの出力により交流電動機を可変速制御する、交流電
動機のPWM制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】電圧形PWMインバータ装置は出力電圧
・出力周波数をともにPWMインバータで高精度かつ高
速に制御することができるため、交流電動機を可変速駆
動する用途に広く用いられている。
・出力周波数をともにPWMインバータで高精度かつ高
速に制御することができるため、交流電動機を可変速駆
動する用途に広く用いられている。
【0003】この種のインバータ装置において、インバ
ータの出力周波数を直流(0Hz )を含む広い周波数範
囲で連続的に変化させる場合、低周波出力領域では特定
アームの連続通電時間が長くなるので、その通電アーム
の素子に損失が集中し、結果として全体的に通電能力を
低減して用いなければならなかった。
ータの出力周波数を直流(0Hz )を含む広い周波数範
囲で連続的に変化させる場合、低周波出力領域では特定
アームの連続通電時間が長くなるので、その通電アーム
の素子に損失が集中し、結果として全体的に通電能力を
低減して用いなければならなかった。
【0004】図11に従来技術による制御部1Aの構成
例を示す。CPU部10に含まれるコントローラ20が
速度基準信号ωr * 、速度帰還信号ωr および電流帰還
信号Iを入力して、周知の速度制御やベクトル制御の演
算を行い電圧基準信号V* を出力する。この電圧基準信
号V* は、コンパレータの原理による周知のPWM制御
回路33においてキャリア信号CRによりPWMパルス
列に変換され、ゲートパルス信号GPを出力する。ゲー
トパルス信号GPにより、図示していない電圧形インバ
ータを介して交流電動機が駆動制御される。
例を示す。CPU部10に含まれるコントローラ20が
速度基準信号ωr * 、速度帰還信号ωr および電流帰還
信号Iを入力して、周知の速度制御やベクトル制御の演
算を行い電圧基準信号V* を出力する。この電圧基準信
号V* は、コンパレータの原理による周知のPWM制御
回路33においてキャリア信号CRによりPWMパルス
列に変換され、ゲートパルス信号GPを出力する。ゲー
トパルス信号GPにより、図示していない電圧形インバ
ータを介して交流電動機が駆動制御される。
【0005】このようなPWM制御装置でインバータを
駆動した場合の原理的な主回路波形を図12に示す。こ
こでは、従来技術の課題である低周波領域での駆動の典
型的な場合として、直流(0Hz )出力で、Zアームの
電流が最大、という条件の場合について説明する。3相
電圧基準信号Vu * ,Vv * ,Vw * はキャリア信号C
Rにより対応したパルス列(ゲートパルス)VAK(U) ,
VAK(V) ,VAK(W) に変調され、このゲートパルスに基
づいてインバータの構成素子、例えばGTO素子(大型
パワー・トランジスタ)がオン・オフ制御される。直流
(0Hz )出力の場合、交流電動機の誘起電圧はほぼゼ
ロであり、各電圧基準信号は電圧降下分のみに対応した
非常に小さな値であり、3相ブリッジ形に結線されたイ
ンバータ主回路100を構成するU,V,W,X,Y,
Zの都合6アームのうち、正側の2アームU,Vおよび
負側の1アームZに固定して通電する、いわゆるチョッ
パ動作となる。U,V,Z各アーム電圧をVAK(U) ,V
AK(V) ,VAK(Z) 、キャリア信号CRの周波数をf
c (したがって、キャリア信号CRの周期は1/fc )
として、図13に示すように定義した各部の電流・電圧
の波形が図12に示されている。
駆動した場合の原理的な主回路波形を図12に示す。こ
こでは、従来技術の課題である低周波領域での駆動の典
型的な場合として、直流(0Hz )出力で、Zアームの
電流が最大、という条件の場合について説明する。3相
電圧基準信号Vu * ,Vv * ,Vw * はキャリア信号C
Rにより対応したパルス列(ゲートパルス)VAK(U) ,
VAK(V) ,VAK(W) に変調され、このゲートパルスに基
づいてインバータの構成素子、例えばGTO素子(大型
パワー・トランジスタ)がオン・オフ制御される。直流
(0Hz )出力の場合、交流電動機の誘起電圧はほぼゼ
ロであり、各電圧基準信号は電圧降下分のみに対応した
非常に小さな値であり、3相ブリッジ形に結線されたイ
ンバータ主回路100を構成するU,V,W,X,Y,
Zの都合6アームのうち、正側の2アームU,Vおよび
負側の1アームZに固定して通電する、いわゆるチョッ
パ動作となる。U,V,Z各アーム電圧をVAK(U) ,V
AK(V) ,VAK(Z) 、キャリア信号CRの周波数をf
c (したがって、キャリア信号CRの周期は1/fc )
として、図13に示すように定義した各部の電流・電圧
の波形が図12に示されている。
【0006】図13において、インバータ100はGT
O素子により3相ブリッジ形に構成され、各アーム素子
にはそれぞれフリーホイーリング・ダイオードが逆並列
に接続されているものとする。U,VアームおよびZア
ームの各GTO素子を流れる電流をそれぞれIGTO(U),
IGTO(V),IGTO(Z)とし、WアームおよびX,Yアーム
の各ダイオードを流れる電流をそれぞれID(W),
ID(X),ID(Y)とし、さらに交流電動機101のU,W
相間電圧およびV,W相間電圧をそれぞれVuw,Vvwと
し、W相の線電流をILWとしている。
O素子により3相ブリッジ形に構成され、各アーム素子
にはそれぞれフリーホイーリング・ダイオードが逆並列
に接続されているものとする。U,VアームおよびZア
ームの各GTO素子を流れる電流をそれぞれIGTO(U),
IGTO(V),IGTO(Z)とし、WアームおよびX,Yアーム
の各ダイオードを流れる電流をそれぞれID(W),
ID(X),ID(Y)とし、さらに交流電動機101のU,W
相間電圧およびV,W相間電圧をそれぞれVuw,Vvwと
し、W相の線電流をILWとしている。
【0007】図12,13の場合、負側のZアームのG
TO素子の通電電流IGTO(Z)が最大で、かつ交流出力の
場合とは異なり、正側のWアームのGTO素子と半サイ
クル毎に交互に分担することもなく、図示の波形の態様
で連続して流れることに注目しなければならない。
TO素子の通電電流IGTO(Z)が最大で、かつ交流出力の
場合とは異なり、正側のWアームのGTO素子と半サイ
クル毎に交互に分担することもなく、図示の波形の態様
で連続して流れることに注目しなければならない。
【0008】図14は1アームの通電電流Iamおよび発
生損失Pamの概念図(スイッチング動作をならして等価
正弦波とみなしたもの)である。交流出力であれば半サ
イクル分のみを分担すればよいのに、例えば時刻t1 で
0Hz となった場合、交流出力の場合の平均値のπ倍の
電流を連続通電することになり、発生損失Pamもほぼ電
流に対応した形で連続発熱波形となる。
生損失Pamの概念図(スイッチング動作をならして等価
正弦波とみなしたもの)である。交流出力であれば半サ
イクル分のみを分担すればよいのに、例えば時刻t1 で
0Hz となった場合、交流出力の場合の平均値のπ倍の
電流を連続通電することになり、発生損失Pamもほぼ電
流に対応した形で連続発熱波形となる。
【0009】発生損失の上からは0Hz が最も厳しい条
件となるが、これに近い極低周波の場合も図15および
図16に示すように素子の温度上昇という観点からは大
きな電流低減が必要になる。図15は素子および冷却器
の熱伝達モデルを示すものであり、発生損失Pと熱抵抗
Rthx および熱容量Cthx (X=1,2,3)のカスケ
ード・ネットワークで表されている。Tj は素子の接合
部温度、Tc は素子ケース温度、Tf は冷却器温度、T
a は周囲空気温度である。実際には主に素子の熱時定数
(一般に1秒程度のオーダー)に対し、出力周波数が十
分高い場合は、図16(A)に示すように損失Pは平均
化されて素子の接合部温度Tj および素子ケース温度T
c の上昇として現れるのに対して、同図(B),(C)
と出力周波数が低くなるに従って、温度上昇は損失Pに
追従して大きく変動するようになり、素子の接合部温度
Tj の到達極大点は高くなる。
件となるが、これに近い極低周波の場合も図15および
図16に示すように素子の温度上昇という観点からは大
きな電流低減が必要になる。図15は素子および冷却器
の熱伝達モデルを示すものであり、発生損失Pと熱抵抗
Rthx および熱容量Cthx (X=1,2,3)のカスケ
ード・ネットワークで表されている。Tj は素子の接合
部温度、Tc は素子ケース温度、Tf は冷却器温度、T
a は周囲空気温度である。実際には主に素子の熱時定数
(一般に1秒程度のオーダー)に対し、出力周波数が十
分高い場合は、図16(A)に示すように損失Pは平均
化されて素子の接合部温度Tj および素子ケース温度T
c の上昇として現れるのに対して、同図(B),(C)
と出力周波数が低くなるに従って、温度上昇は損失Pに
追従して大きく変動するようになり、素子の接合部温度
Tj の到達極大点は高くなる。
【0010】図17は出力周波数fに応じた発生損失P
LOSSと素子の温度上昇Tr の例を示した図である。横軸
を周波数fとして、縦軸には上から順に、インバータ出
力電圧V、1素子の平均通電電流IAV、素子発生損失P
LOSSと電流制限値ILIM 、並びに素子温度上昇Tr を示
している。
LOSSと素子の温度上昇Tr の例を示した図である。横軸
を周波数fとして、縦軸には上から順に、インバータ出
力電圧V、1素子の平均通電電流IAV、素子発生損失P
LOSSと電流制限値ILIM 、並びに素子温度上昇Tr を示
している。
【0011】GTO素子の通流率は概略次式で表され
る。
る。
【0012】(通流率)=1−{1−(変調率)×(負
荷力率)}/2 …(1) ここで変調率はほぼ次式で表される。
荷力率)}/2 …(1) ここで変調率はほぼ次式で表される。
【0013】 (変調率)=K×f/fB …(2) ただし、K : 定数 f : 出力周波数 fB : ベース周波数 ベース周波数fB 以下では出力周波数の低下と共にGT
O素子の導通損失はやや小さくなるが、前述の素子熱時
定数と干渉し始める周波数(f2 以下)では素子の温度
上昇は急激に増加し、0Hz 近傍(f1 以下)では電流
集中する素子の温度上昇が著しく大きくなる。
O素子の導通損失はやや小さくなるが、前述の素子熱時
定数と干渉し始める周波数(f2 以下)では素子の温度
上昇は急激に増加し、0Hz 近傍(f1 以下)では電流
集中する素子の温度上昇が著しく大きくなる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】以上の検討に基づき、
本発明は、低周波領域におけるインバータの特定素子へ
の発生損失集中の事態を緩和し、インバータの低周波通
電容量の低減を回避しうるPWM制御装置を提供するこ
とを目的とするものである。
本発明は、低周波領域におけるインバータの特定素子へ
の発生損失集中の事態を緩和し、インバータの低周波通
電容量の低減を回避しうるPWM制御装置を提供するこ
とを目的とするものである。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、低周波出力領域で、3相電圧基準信号の
うち絶対値が最大の相の極性と逆極性の共通の電圧基準
補正信号を用いて3相電圧基準信号をそれぞれ補正し新
たな3相電圧基準信号とする電圧基準補正手段を設けた
ことを特徴とするものである。
に、本発明は、低周波出力領域で、3相電圧基準信号の
うち絶対値が最大の相の極性と逆極性の共通の電圧基準
補正信号を用いて3相電圧基準信号をそれぞれ補正し新
たな3相電圧基準信号とする電圧基準補正手段を設けた
ことを特徴とするものである。
【0016】
【作用】低周波出力領域で、各相の電圧基準信号の中で
振幅最大相の極性と逆極性の電圧基準補正信号により各
相電圧基準信号をそれぞれ補正することにより、インバ
ータ出力の線間電圧を変化させることなく最大電流通電
アームの通流率を低減させ発生損失を分散化させること
ができ、それにより低周波出力領域での通電能力を向上
させることができる。
振幅最大相の極性と逆極性の電圧基準補正信号により各
相電圧基準信号をそれぞれ補正することにより、インバ
ータ出力の線間電圧を変化させることなく最大電流通電
アームの通流率を低減させ発生損失を分散化させること
ができ、それにより低周波出力領域での通電能力を向上
させることができる。
【0017】
【実施例】図3は本発明によるPWM制御装置を主回路
構成と共に示した全体概念図である。交流電動機(M)
101を可変速駆動するインバータ主回路100に対し
制御装置1が設けられている。制御装置1は速度または
トルクを制御するものとする。交流電動機101の速度
が速度検出器(SS)102によって検出され、速度帰
還信号ωr として制御装置1に導入される。速度帰還信
号ωr は別途与えられる速度基準信号ωr * と比較さ
れ、その偏差(速度偏差)をゼロにするためのゲートパ
ルス信号GPを出力しインバータ5を制御する。電動機
電流が電流検出器7によって検出され、図示していない
電流制御マイナーループの電流帰還信号Iとして利用さ
れる。
構成と共に示した全体概念図である。交流電動機(M)
101を可変速駆動するインバータ主回路100に対し
制御装置1が設けられている。制御装置1は速度または
トルクを制御するものとする。交流電動機101の速度
が速度検出器(SS)102によって検出され、速度帰
還信号ωr として制御装置1に導入される。速度帰還信
号ωr は別途与えられる速度基準信号ωr * と比較さ
れ、その偏差(速度偏差)をゼロにするためのゲートパ
ルス信号GPを出力しインバータ5を制御する。電動機
電流が電流検出器7によって検出され、図示していない
電流制御マイナーループの電流帰還信号Iとして利用さ
れる。
【0018】制御装置1の詳細構成を図1に示す。制御
装置1は、制御演算の結果として得られる操作量(ここ
では電圧基準信号V**)を出力するCPU部10と、電
圧基準信号V**をキャリア信号CRによりゲートパルス
列GPに変調するPWM制御回路33から成っている。
CPU部10は実際はソフトウェアで構成され、速度制
御およびベクトル制御の演算を行うコントローラ20の
ほかに、電圧基準補正部30、モード決定部31および
関数発生部32を備えている。
装置1は、制御演算の結果として得られる操作量(ここ
では電圧基準信号V**)を出力するCPU部10と、電
圧基準信号V**をキャリア信号CRによりゲートパルス
列GPに変調するPWM制御回路33から成っている。
CPU部10は実際はソフトウェアで構成され、速度制
御およびベクトル制御の演算を行うコントローラ20の
ほかに、電圧基準補正部30、モード決定部31および
関数発生部32を備えている。
【0019】コントローラ20は速度制御およびベクト
ル制御のための演算を行う周知の構成のものであって、
図2に示すように、速度基準信号ωr * および速度帰還
信号ωr を入力し、トルク電流基準信号τ* を出力する
速度制御部21と、その出力側に接続され、電圧基準信
号V* および周波数基準信号F* を出力するベクトル制
御部22からなっている。ベクトル制御部22は、速度
帰還信号ωr およびトルク電流基準信号τ* を入力して
電流基準ベクトルIdq * およびすべり速度基準信号ωs
* を出力するベクトル演算部23と、電流帰還信号Iか
ら座標変換して得られる電流帰還ベクトルIdqおよび電
流基準ベクトルIdq * の差(電流偏差)をゼロにするた
めの電圧基準ベクトルVdq * を演算する電流制御部24
と、位相基準信号θo * を用いて電圧基準ベクトルVdq
* を電圧基準信号V* に座標変換し電流帰還信号Iを電
流帰還ベクトルIdqに座標変換する座標変換器25とを
含んでいる。なお、ベクトル制御部22は、上記の各回
路部分のほかに、速度帰還信号ωr にすべり速度基準信
号ωs * を加えて1次角周波数基準信号ωo * を得る手
段、この1次角周波数基準信号ωo * を積分して位相基
準信号θo * を得る手段、および1次角周波数基準信号
ωo * から周波数基準信号F* を得る手段を含んでい
る。
ル制御のための演算を行う周知の構成のものであって、
図2に示すように、速度基準信号ωr * および速度帰還
信号ωr を入力し、トルク電流基準信号τ* を出力する
速度制御部21と、その出力側に接続され、電圧基準信
号V* および周波数基準信号F* を出力するベクトル制
御部22からなっている。ベクトル制御部22は、速度
帰還信号ωr およびトルク電流基準信号τ* を入力して
電流基準ベクトルIdq * およびすべり速度基準信号ωs
* を出力するベクトル演算部23と、電流帰還信号Iか
ら座標変換して得られる電流帰還ベクトルIdqおよび電
流基準ベクトルIdq * の差(電流偏差)をゼロにするた
めの電圧基準ベクトルVdq * を演算する電流制御部24
と、位相基準信号θo * を用いて電圧基準ベクトルVdq
* を電圧基準信号V* に座標変換し電流帰還信号Iを電
流帰還ベクトルIdqに座標変換する座標変換器25とを
含んでいる。なお、ベクトル制御部22は、上記の各回
路部分のほかに、速度帰還信号ωr にすべり速度基準信
号ωs * を加えて1次角周波数基準信号ωo * を得る手
段、この1次角周波数基準信号ωo * を積分して位相基
準信号θo * を得る手段、および1次角周波数基準信号
ωo * から周波数基準信号F* を得る手段を含んでい
る。
【0020】再び図1を参照する。以上の構成を有する
コントローラ20から出力された3相の電圧基準信号V
* (V* =(Vu * ,Vv * ,Vw * ))は電圧基準補
正部30において、各通電モード毎に、最大電流通電ア
ームの電流通流率が小さくなるような補正を施されて新
たな電圧基準信号V**に変換される。すなわち、モード
決定部31において、電圧基準の位相でおよそ60°毎
にモードを切り換え、3相の電圧基準信号V* の中で振
幅最大相の極性と逆極性の補正信号Vc を3相それぞれ
に加算することにより、線間電圧を変化させることなく
最大電流通電アームの通流率を低減させ、発生損失を分
散化させる。関数発生部32は電圧基準補正信号VC を
加えて上記作用を機能させる周波数範囲と電圧基準補正
信号VCの値を決定するもので、周波数基準信号F* を
入力として電圧基準補正のための電圧基準補正信号VC
を演算し出力する。
コントローラ20から出力された3相の電圧基準信号V
* (V* =(Vu * ,Vv * ,Vw * ))は電圧基準補
正部30において、各通電モード毎に、最大電流通電ア
ームの電流通流率が小さくなるような補正を施されて新
たな電圧基準信号V**に変換される。すなわち、モード
決定部31において、電圧基準の位相でおよそ60°毎
にモードを切り換え、3相の電圧基準信号V* の中で振
幅最大相の極性と逆極性の補正信号Vc を3相それぞれ
に加算することにより、線間電圧を変化させることなく
最大電流通電アームの通流率を低減させ、発生損失を分
散化させる。関数発生部32は電圧基準補正信号VC を
加えて上記作用を機能させる周波数範囲と電圧基準補正
信号VCの値を決定するもので、周波数基準信号F* を
入力として電圧基準補正のための電圧基準補正信号VC
を演算し出力する。
【0021】次に、コントローラ20の出力である電圧
基準信号V* に基づき、モード決定部31において図4
に示す論理手順でおよそ60°毎に切り換えられるモー
ド信号MDの生成について説明する。電圧基準信号V*
は実際は3相の電圧基準信号Vu * ,Vv * ,V
w * (図7,8参照)からなっており、まず、これら3
相の電圧基準信号を掛け合わせる(ステップ50)こと
により、電圧基準の位相でおよそ60°毎に変化する符
号を表わす信号Pflを得、この信号Pflを非負(Pfl≧
0)および負(Pfl<0)の二つの場合に区分する(ス
テップ51)。Pfl<0の場合は、3相の電圧基準信号
のうち最小値のもの(絶対値最大のもの)はどれかを調
べ、U相ならモード信号MDを、MD=1とし、V相な
らMD=2、W相ならMD=3とする(ステップ5
2)。同様に、Pfl≧0の場合は、3相の電圧基準信号
のうち最大値のものはどれかを調べ、U相ならMD=−
1、V相ならMD=−2、W相ならMD=−3とする
(ステップ53)。
基準信号V* に基づき、モード決定部31において図4
に示す論理手順でおよそ60°毎に切り換えられるモー
ド信号MDの生成について説明する。電圧基準信号V*
は実際は3相の電圧基準信号Vu * ,Vv * ,V
w * (図7,8参照)からなっており、まず、これら3
相の電圧基準信号を掛け合わせる(ステップ50)こと
により、電圧基準の位相でおよそ60°毎に変化する符
号を表わす信号Pflを得、この信号Pflを非負(Pfl≧
0)および負(Pfl<0)の二つの場合に区分する(ス
テップ51)。Pfl<0の場合は、3相の電圧基準信号
のうち最小値のもの(絶対値最大のもの)はどれかを調
べ、U相ならモード信号MDを、MD=1とし、V相な
らMD=2、W相ならMD=3とする(ステップ5
2)。同様に、Pfl≧0の場合は、3相の電圧基準信号
のうち最大値のものはどれかを調べ、U相ならMD=−
1、V相ならMD=−2、W相ならMD=−3とする
(ステップ53)。
【0022】すでに述べたように、1素子の連続通電時
間が長くなって発生損失、ひいては温度上昇の集中とし
て弊害が現われてくるのは、低周波領域であるから、関
数発生部32により、図5または図6に示すように、コ
ントローラ20によって得られた周波数基準信号F* の
関数として電圧基準補正信号VC を形成する。
間が長くなって発生損失、ひいては温度上昇の集中とし
て弊害が現われてくるのは、低周波領域であるから、関
数発生部32により、図5または図6に示すように、コ
ントローラ20によって得られた周波数基準信号F* の
関数として電圧基準補正信号VC を形成する。
【0023】図5においては、低周波領域とみなされる
限界周波数を−FL ,FL として、−FL ≦F* ≦FL
の周波数範囲において、F* ≦−FL またはF* ≧FL
のときはVC =0であるが、F* =0に近付くにつれて
ほぼ一次関数の形で大きくなるように変化する電圧基準
補正信号VC を出力する。
限界周波数を−FL ,FL として、−FL ≦F* ≦FL
の周波数範囲において、F* ≦−FL またはF* ≧FL
のときはVC =0であるが、F* =0に近付くにつれて
ほぼ一次関数の形で大きくなるように変化する電圧基準
補正信号VC を出力する。
【0024】図6においては、低周波領域とみなされる
周波数範囲において電圧基準補正信号VC は一定値をと
るが、制御上の安定性という観点から周波数基準信号F
* の増加時と減少時とで異なる経過をとるヒステレシス
特性を持たせており、FL2<FL1として、周波数基準信
号F* の増加時は−FL2≦F* ≦FL1で電圧基準補正信
号VC は一定値をとり、周波数基準信号F* の減少時は
−FL1≦F* ≦FL2で電圧基準補正信号VC は一定値を
とる。それ以外の周波数領域では、VC =0である。
周波数範囲において電圧基準補正信号VC は一定値をと
るが、制御上の安定性という観点から周波数基準信号F
* の増加時と減少時とで異なる経過をとるヒステレシス
特性を持たせており、FL2<FL1として、周波数基準信
号F* の増加時は−FL2≦F* ≦FL1で電圧基準補正信
号VC は一定値をとり、周波数基準信号F* の減少時は
−FL1≦F* ≦FL2で電圧基準補正信号VC は一定値を
とる。それ以外の周波数領域では、VC =0である。
【0025】図5ないし図6における補正限界周波数F
L ないしFL1,FL2は、図17における周波数f2 を目
安として決定すればよい。
L ないしFL1,FL2は、図17における周波数f2 を目
安として決定すればよい。
【0026】電圧基準補正部30は、第1の実施例とし
て信号Pflの符号に従い、電圧基準補正信号VC を用い
て次式により当初の電圧基準信号V* を補正し、新たな
電圧基準信号V**を生成する。 [Pfl≧0のとき] Vu **=Vu * −VC …(3) Vv **=Vv * −VC …(4) Vw **=Vw * −VC …(5) [Pfl<0のとき] Vu **=Vu * +VC …(6) Vv **=Vv * +VC …(7) Vw **=Vw * +VC …(8) 上式で表される内容を図示すると図7のようになる。補
正前の各相の電圧基準信号Vu * ,Vv * ,Vw * を掛
け合わせることにより得られた、60°毎に正負交互に
切り換りわる信号Pflにより、信号Pflと逆極性の電圧
基準補正信号VC を電圧基準信号Vu * ,Vv * ,Vw
* にそれぞれ加算して新たな電圧基準信号Vu **,Vv
**,Vw **を生成している。このような操作を加えると
図7に示されているように相電圧(信号Vu **,
Vv **,Vw **)は不連続になるが、2相の相電圧の差
として表わされる線間電圧としては電圧基準補正信号V
C が相殺されてもとの電圧基準信号Vu * ,Vv * ,V
w * に対応した波形の連続した正弦波出力電圧を得るこ
とができる。
て信号Pflの符号に従い、電圧基準補正信号VC を用い
て次式により当初の電圧基準信号V* を補正し、新たな
電圧基準信号V**を生成する。 [Pfl≧0のとき] Vu **=Vu * −VC …(3) Vv **=Vv * −VC …(4) Vw **=Vw * −VC …(5) [Pfl<0のとき] Vu **=Vu * +VC …(6) Vv **=Vv * +VC …(7) Vw **=Vw * +VC …(8) 上式で表される内容を図示すると図7のようになる。補
正前の各相の電圧基準信号Vu * ,Vv * ,Vw * を掛
け合わせることにより得られた、60°毎に正負交互に
切り換りわる信号Pflにより、信号Pflと逆極性の電圧
基準補正信号VC を電圧基準信号Vu * ,Vv * ,Vw
* にそれぞれ加算して新たな電圧基準信号Vu **,Vv
**,Vw **を生成している。このような操作を加えると
図7に示されているように相電圧(信号Vu **,
Vv **,Vw **)は不連続になるが、2相の相電圧の差
として表わされる線間電圧としては電圧基準補正信号V
C が相殺されてもとの電圧基準信号Vu * ,Vv * ,V
w * に対応した波形の連続した正弦波出力電圧を得るこ
とができる。
【0027】以上のような操作を電圧基準信号V* に施
すことにより、図9に示すように最大電流通電アームの
通流率を低減することができる。図9は、従来技術とし
て示した図12,13に対応させて表しており、直流
(0Hz )出力、Zアームの電流最大で、Pfl<0,M
D=3、での原理的な主回路波形を示している。なお、
ここで各信号は図12,図13に準じて用いられてい
る。電圧基準信号V* は電圧基準補正信号VC により正
側にバイアスされて変調されており、その結果、図12
の場合に比べてZアームのGTO素子の通電電流I
GTO(Z)は大きさがほぼ同一で通流期間がはるかに短くな
っていることを認めることができる。
すことにより、図9に示すように最大電流通電アームの
通流率を低減することができる。図9は、従来技術とし
て示した図12,13に対応させて表しており、直流
(0Hz )出力、Zアームの電流最大で、Pfl<0,M
D=3、での原理的な主回路波形を示している。なお、
ここで各信号は図12,図13に準じて用いられてい
る。電圧基準信号V* は電圧基準補正信号VC により正
側にバイアスされて変調されており、その結果、図12
の場合に比べてZアームのGTO素子の通電電流I
GTO(Z)は大きさがほぼ同一で通流期間がはるかに短くな
っていることを認めることができる。
【0028】以上のようにすることにより、図10に示
すように、図17の場合と同一の出力電圧Vおよび1素
子平均通電電流IAVのもとで、低周波領域における発生
損失PLOSSの集中が緩和され、素子温度上昇Tr の最大
値が低く抑えられて、インバータ装置全体としての低周
波通電容量を向上させることができる。
すように、図17の場合と同一の出力電圧Vおよび1素
子平均通電電流IAVのもとで、低周波領域における発生
損失PLOSSの集中が緩和され、素子温度上昇Tr の最大
値が低く抑えられて、インバータ装置全体としての低周
波通電容量を向上させることができる。
【0029】次に本発明の第2の実施例について説明す
る。
る。
【0030】図1のモード決定部31において図4に示
す手順でおよそ60°毎に切り換わるモード信号MDを
得るのは、すでに述べたところと同一である。電圧基準
補正部30は、モード決定部31において求められたモ
ード信号MDに従い、3相電圧基準信号Vu * ,
Vv * ,Vw * のうち絶対値が最大の相についてはその
電圧基準信号の極性とは逆極性の電圧基準補正信号VC
(または−VC )に置換し、他の相についてはその相の
電圧基準信号の極性とは逆極性の電圧基準補正信号VC
(または−VC )に、その相の電圧基準信号から絶対値
が最大の相の電圧基準信号を差し引いたものを加えるこ
とにより補正し、新たな電圧基準信号Vu **,Vv **,
Vw **を形成する。例えば、U相の電圧基準信号Vu *
の絶対値が最大である場合(MD=−1またはMD=1
の場合)について例示すれば次の通りである。 [MD=−1の場合] Vu **=−VC …(9) Vv **=−VC +(Vv * −Vu * ) …(10) Vw **=−VC +(Vw * −Vu * ) …(11) [MD=1の場合] Vu **=VC …(12) Vv **=VC +(Vv * −Vu * ) …(13) Vw **=VC +(Vw * −Vu * ) …(14) 上式中、式(10),(11),(13),(14)の
右辺第2項はそれぞれ相電圧信号を用いて線間電圧を表
現している項であり、正弦波形をしていることに留意さ
れたい。従って、この場合も相電圧(信号Vu **,Vv
**,Vw **)は不連続になるが、2相の相電圧の差とし
て表わされる線間電圧としては電圧基準補正信号VC が
相殺されてもとの電圧基準信号Vu * ,Vv * ,Vw *
に対応した波形の連続した正弦波出力電圧を得ることが
できる。
す手順でおよそ60°毎に切り換わるモード信号MDを
得るのは、すでに述べたところと同一である。電圧基準
補正部30は、モード決定部31において求められたモ
ード信号MDに従い、3相電圧基準信号Vu * ,
Vv * ,Vw * のうち絶対値が最大の相についてはその
電圧基準信号の極性とは逆極性の電圧基準補正信号VC
(または−VC )に置換し、他の相についてはその相の
電圧基準信号の極性とは逆極性の電圧基準補正信号VC
(または−VC )に、その相の電圧基準信号から絶対値
が最大の相の電圧基準信号を差し引いたものを加えるこ
とにより補正し、新たな電圧基準信号Vu **,Vv **,
Vw **を形成する。例えば、U相の電圧基準信号Vu *
の絶対値が最大である場合(MD=−1またはMD=1
の場合)について例示すれば次の通りである。 [MD=−1の場合] Vu **=−VC …(9) Vv **=−VC +(Vv * −Vu * ) …(10) Vw **=−VC +(Vw * −Vu * ) …(11) [MD=1の場合] Vu **=VC …(12) Vv **=VC +(Vv * −Vu * ) …(13) Vw **=VC +(Vw * −Vu * ) …(14) 上式中、式(10),(11),(13),(14)の
右辺第2項はそれぞれ相電圧信号を用いて線間電圧を表
現している項であり、正弦波形をしていることに留意さ
れたい。従って、この場合も相電圧(信号Vu **,Vv
**,Vw **)は不連続になるが、2相の相電圧の差とし
て表わされる線間電圧としては電圧基準補正信号VC が
相殺されてもとの電圧基準信号Vu * ,Vv * ,Vw *
に対応した波形の連続した正弦波出力電圧を得ることが
できる。
【0031】上式の内容を図示すると図8のようにな
る。およそ60°毎に切り換わるモード信号MDにより
電圧基準信号Vu * ,Vv * ,Vw * をそれぞれ新たな
電圧基準信号Vu **,Vv **,Vw **に変換している。
このように操作しても出力相電圧(基準電圧信号)は図
示のごとく不連続となるが、すでに述べたように線間電
圧としては連続した正弦波電圧を得ることができる。
る。およそ60°毎に切り換わるモード信号MDにより
電圧基準信号Vu * ,Vv * ,Vw * をそれぞれ新たな
電圧基準信号Vu **,Vv **,Vw **に変換している。
このように操作しても出力相電圧(基準電圧信号)は図
示のごとく不連続となるが、すでに述べたように線間電
圧としては連続した正弦波電圧を得ることができる。
【0032】以上のようにして、第1の実施例と同様に
最大電流通電アームの通流率を低減し、図10に示すよ
うに、1素子の連続通電時間が長くなって発生損失P
LOSS、ひいては素子温度上昇Tr の集中を回避し、イン
バータ装置全体としての低周波通電容量を向上させるこ
とができる。
最大電流通電アームの通流率を低減し、図10に示すよ
うに、1素子の連続通電時間が長くなって発生損失P
LOSS、ひいては素子温度上昇Tr の集中を回避し、イン
バータ装置全体としての低周波通電容量を向上させるこ
とができる。
【0033】なお、以上の説明では便宜上、インバータ
5がGTO素子からなっているものとしたが、自己消弧
形スイッチング素子を用いたPWMインバータであれ
ば、本発明はあらゆるPWMインバータに適用可能であ
る。
5がGTO素子からなっているものとしたが、自己消弧
形スイッチング素子を用いたPWMインバータであれ
ば、本発明はあらゆるPWMインバータに適用可能であ
る。
【0034】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、P
WM制御されるインバータにおいて、線間電圧には影響
を与えることなく、すなわち、制御特性に影響を及ぼす
ことなく、低周波領域における最大電流通流素子の通流
率を低減させ、それにより発生損失の1素子集中という
事態が大幅に緩和され、インバータ装置の低周波通電容
量を大きく向上させることができる。
WM制御されるインバータにおいて、線間電圧には影響
を与えることなく、すなわち、制御特性に影響を及ぼす
ことなく、低周波領域における最大電流通流素子の通流
率を低減させ、それにより発生損失の1素子集中という
事態が大幅に緩和され、インバータ装置の低周波通電容
量を大きく向上させることができる。
【図1】本発明によるPWM制御装置の一実施例を示す
ブロック図。
ブロック図。
【図2】本発明による制御装置内部のコントローラの一
構成例を示すブロック図。
構成例を示すブロック図。
【図3】本発明による制御装置と主回路との関係を示す
接続図。
接続図。
【図4】図1におけるモード決定部のモード決定手順を
示すフローチャート。
示すフローチャート。
【図5】図1における関数発生部の第1の関数例を示す
特性図。
特性図。
【図6】図1における関数発生部の第2の関数例を示す
特性図。
特性図。
【図7】図1における電圧基準補正部の第1の実施例の
作用を説明する説明図。
作用を説明する説明図。
【図8】図1における電圧基準補正部の第2の実施例の
作用を説明する説明図。
作用を説明する説明図。
【図9】本発明の作用・効果を説明するための主回路各
部の動作波形図。
部の動作波形図。
【図10】本発明の作用・効果を説明するための出力周
波数に対する諸特性図。
波数に対する諸特性図。
【図11】従来技術による一般的なPWM制御装置の概
略を示すブロック図。
略を示すブロック図。
【図12】従来装置の作用を説明するための図9に対応
する主回路各部の動作波形図。
する主回路各部の動作波形図。
【図13】図12中の符号を説明するために示す主回路
結線図。
結線図。
【図14】1アームの電流通流態様と発生損失との関係
を説明するための概念波形図。
を説明するための概念波形図。
【図15】アーム素子の熱伝達回路モデルを示す等価回
路図。
路図。
【図16】素子の発生損失と温度上昇の、周波数の違い
による差異を示す説明図。
による差異を示す説明図。
【図17】従来装置の出力周波数に対する諸特性を図1
0と対応させて示す図。
0と対応させて示す図。
1 制御装置 10 CPU部 20 コントローラ 30 電圧基準補正部 31 モード決定部 32 関数発生部 33 PWM制御回路 100 インバータ主回路 101 交流電動機 102 速度検出器
Claims (7)
- 【請求項1】速度基準信号に対する速度帰還信号の偏差
をゼロにするための3相電圧基準信号を演算するコント
ローラと、3相電圧基準信号に基づきインバータをPW
M制御するPWM制御回路とを備え、インバータの出力
により交流電動機を可変速制御する、交流電動機のPW
M制御装置において、 低周波出力領域で、3相電圧基準信号のうち絶対値が最
大の相の極性と逆極性の共通の電圧基準補正信号を用い
て前記3相電圧基準信号をそれぞれ補正し新たな3相電
圧基準信号とする電圧基準補正手段を設けたことを特徴
とする交流電動機のPWM制御装置。 - 【請求項2】請求項1に記載の制御装置において、前記
電圧基準補正手段は、低周波出力領域で、3相電圧基準
信号のうち絶対値が最大の相の極性と逆極性の共通の電
圧基準補正信号を前記3相電圧基準信号のそれぞれに加
えることによって新たな3相電圧基準信号とするもので
ある交流電動機のPWM制御装置。 - 【請求項3】請求項1に記載の制御装置において、前記
電圧基準補正手段は、低周波出力領域で、3相電圧基準
信号のうち絶対値が最大の相についてはその電圧基準信
号の極性とは逆極性の電圧基準補正信号に置換し、他の
相についてはその相の電圧基準信号の極性とは逆極性の
電圧基準補正信号に、その相の電圧基準信号から絶対値
が最大の相の電圧基準信号を差し引いたものを加えるこ
とによって新たな3相電圧基準信号とするものである交
流電動機のPWM制御装置。 - 【請求項4】請求項1ないし3のいずれかに記載の制御
装置において、前記電圧基準補正手段に、3相電圧基準
信号を入力し、ほぼ60°毎に変化する絶対値が最大の
相とその極性を決定してモード信号を出力するモード決
定手段が付設されていることを特徴とする交流電動機の
PWM制御装置。 - 【請求項5】請求項1ないし4のいずれかに記載の制御
装置において、前記電圧基準補正手段に、前記速度基準
信号を入力し低周波出力領域において所定の関数に従っ
た電圧基準補正信号を出力する関数発生手段が付設され
ていることを特徴とする交流電動機のPWM制御装置。 - 【請求項6】請求項5に記載の制御装置において、関数
発生手段は、低周波出力領域においてほぼ一次関数の形
で変化する電圧基準補正信号を出力するものである交流
電動機のPWM制御装置。 - 【請求項7】請求項5に記載の制御装置において、関数
発生手段は、低周波出力領域において一定値を有する電
圧基準補正信号を出力するものである交流電動機のPW
M制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05030788A JP3133537B2 (ja) | 1993-02-19 | 1993-02-19 | 交流電動機のpwm制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05030788A JP3133537B2 (ja) | 1993-02-19 | 1993-02-19 | 交流電動機のpwm制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06245577A true JPH06245577A (ja) | 1994-09-02 |
| JP3133537B2 JP3133537B2 (ja) | 2001-02-13 |
Family
ID=12313418
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05030788A Expired - Fee Related JP3133537B2 (ja) | 1993-02-19 | 1993-02-19 | 交流電動機のpwm制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3133537B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5731669A (en) * | 1995-09-14 | 1998-03-24 | Nippondenso Co., Ltd. | Control apparatus for electric vehicle |
| JP2002345254A (ja) * | 2001-05-14 | 2002-11-29 | Mitsubishi Electric Corp | 電力変換装置の制御装置 |
| US6642690B2 (en) * | 2001-05-10 | 2003-11-04 | Lg Industrial Systems Co., Ltd. | Method for measuring phase current for inverter control apparatus using single current sensor and apparatus therefor |
| WO2009090835A1 (ja) | 2008-01-17 | 2009-07-23 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 電動車両の制御装置およびそれを備えた電動車両、ならびに電動車両の制御方法およびその制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体 |
-
1993
- 1993-02-19 JP JP05030788A patent/JP3133537B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5731669A (en) * | 1995-09-14 | 1998-03-24 | Nippondenso Co., Ltd. | Control apparatus for electric vehicle |
| US6642690B2 (en) * | 2001-05-10 | 2003-11-04 | Lg Industrial Systems Co., Ltd. | Method for measuring phase current for inverter control apparatus using single current sensor and apparatus therefor |
| JP2002345254A (ja) * | 2001-05-14 | 2002-11-29 | Mitsubishi Electric Corp | 電力変換装置の制御装置 |
| WO2009090835A1 (ja) | 2008-01-17 | 2009-07-23 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 電動車両の制御装置およびそれを備えた電動車両、ならびに電動車両の制御方法およびその制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体 |
| US9225280B2 (en) | 2008-01-17 | 2015-12-29 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control device for electric-powered vehicle, and electric-powered vehicle with control device as well as control method for electric-powered vehicle, and computer-readable recording medium bearing program for causing computer to execute control method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3133537B2 (ja) | 2001-02-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |