JPH09140142A - Pwmコンバータ制御方法 - Google Patents
Pwmコンバータ制御方法Info
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- JPH09140142A JPH09140142A JP7292674A JP29267495A JPH09140142A JP H09140142 A JPH09140142 A JP H09140142A JP 7292674 A JP7292674 A JP 7292674A JP 29267495 A JP29267495 A JP 29267495A JP H09140142 A JPH09140142 A JP H09140142A
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Abstract
体素子の動作の安定を図るために、必ず、素子が導通,
消弧できるように、PWMパルスを広く確保するととも
に、低い変調度にて正弦波を得る。 【解決手段】 PWM発生部の出力信号をコンバータ部
に与えることにより交流電源電流を前記電流指令信号に
一致させる制御を行うコンバータの制御方法において、
バイアス波形を有し、該バイアス波形は三相交流電源電
圧に同期した三相正弦波の頭部をリミットするととも
に、該リミット動作により減少した分を他の2相に加減
算して得た波形とし、該波形と前記電流制御部の出力と
の和をPWM発生部に加えるようにしたことを特徴とす
る。
Description
間の電力変換を行う、PWMコンバータの制御方法、特
に変調方法に関するものである。
装置等の電力変換装置の順変換部としてコンバータが用
いられている。特に、効率,力率,雑音発生防止の点か
ら、正弦波コンバータが用いられており、図3に従来の
正弦波コンバータを示す。
回路を示し、コンバータ主回路2は電力用半導体素子か
ら成るコンバータ回路21と、直流平滑コンデンサ2
2、交流リアクトル23、及び電流検出器24から成っ
ている。3はコンバータ装置の負荷であり、例えば、電
動機駆動用のインバータ装置や無停電電源装置のインバ
ータ回路である。4は制御部を示す。
形発生部6と、電流制御部7と、PWM発生部8と、搬
送波発生部9、及びゲート増幅部10から構成される。
3相コンバータ装置では、基準波形発生部6は各相用の
3つの信号を発生するとともに、電流制御部7とPWM
発生部8とは3相各相毎に設けられる。
は、加算器52と演算増幅器53とにより、直流電圧設
定器51の出力である直流電圧指令Vdc*とコンバータ
の出力である直流電圧Vdcとの誤差を演算増幅し、コン
バータ直流電流指令値Id*を出力する。
1から成る。基準正弦波発生器61は、交流電源1の3
つの各相電圧Vr,Vs,Vtと位相が一致し、波高値
が1の基準正弦波信号Sr,Ss,Stを出力し、該信
号は各相の電流制御部7に与えられる。
72、及び演算増幅器73から成っている。掛け算器7
1は、直流電圧制御部5の出力であるコンバータ直流電
流指令値Id*と、基準正弦波発生器61の出力である
基準正弦波信号Sr,Ss,Stとを乗算し、コンバー
タ交流電流指令Icr*,Ics*,Ict*を出力する。該
コンバータ交流電流指令は、位相が交流電源電圧Vr,
Vs,Vtと一致し、振幅がコンバータ直流電流指令値
Id*に比例した波形となる。
ータ交流電流指令Icr*,Ics*,Ict*と、電流検出
器24で検出されたコンバータの交流電源電流Icr,I
cs,Ictとの誤差を演算増幅し、コンバータ電圧指令V
ir*,Vis*,Vit*を出力する。
比較器81は、コンバータ電圧指令Vir*,Vis*,V
it*と、搬送波発生部9からの三角波TWとを比較し、
各相毎のPWM波形PWr,PWs,PWtを出力す
る。該PWM波形は、ゲート増幅部10を介して各半導
体素子に送られる。この時、ゲート増幅部10では、一
つの相のP側の素子とN側の素子との切り替わり時に、
両方の素子がともに消弧している期間、いわゆるデッド
タイムが設けられる。
いて示す。図4中、101は反転器であり、102,1
03はCK端子に入力されるクロック信号の立ち上がり
時点から一定期間Q端子にワンショットパルス“H”信
号を出力するモノマルチバイブレータである。104は
NORゲート、105,106はANDゲートであっ
て、107,108はゲート増幅器を示している。
PWs,PWtはモノマルチバイブレータ102のCK
端子に与えられ、モノマルチバイブレータ102はPW
M波形の立ち上がりエッジでワンショットパルスを発生
する。同様に、PWM波形は反転器101を介してモノ
マルチバイブレータ103に与えられ、モノマルチバイ
ブレータ103はPWM波形の立ち下がりエッジでワン
ショットパルスを発生する。
ョットパルスのNOR論理を採る。従って、NORゲー
ト104の出力は、PWM波形の立ち上がりと立ち下が
りとの両エッジで“L”のワンショットパルスを発生す
る。該ワンショットパルスとPWM波形とのAND論理
をとることによって、P側素子のゲート波形が得られ
る。同様に、該ワンショットパルスとPWM波形の反転
波形とのAND論理をとることにより、N側素子のゲー
ト波形が得られる。
ORゲート104の出力により、必ず両方が“L”の期
間、すなわちデッドタイムが確保される。これら2つの
ゲート波形は、ゲート増幅器107,108を介してP
側,N側の各素子をドライブする。以上の構成により、
交流電源1の電圧位相と一致させるようにコンバータ回
路21の交流電流を制御しながら、直流電圧を一定に制
御することができる。
る。図5中、a)の実線は搬送波発生部9の出力TWを
示すもので、破線はPWM発生部に与えられるコンバー
タ電圧指令Vir*,Vis*,Vit*を示しており、
b),c),d)及びe)は、R相の各部の波形を示し
ている。すなわちb)はPWM発生部の出力PWrを示
し、c)はゲート増幅部10内のNORゲート104の
出力を示す。d)及びe)はゲート増幅部のR相の出力
を示し、d)はP側の素子、e)はN側の素子に与えら
れるゲート信号を示している。図中のTdはゲート増幅
部10において作られるデッドタイムを示す。
電圧指令の1相分のみについて、各種の変調度の代表的
な時点を表したものであり、a),b),c),d),
e)ともに図5と同じものを示している。図6のTaの
期間は、コンバータ電圧指令Vir*が三角波TWのピー
クよりも小さい、すなわち変調度が1以下の場合を示し
ている。a)において実線で示された三角波TWとコン
バータ電圧指令Vir*とを比較した結果、b)に示した
ようにPWM波形PWrのパルス幅T1がデッドタイム
Tdよりも充分長い場合には、P側素子,N側素子と
も、充分な導通期間、あるいは消弧期間を有し、確実な
導通、あるいは消弧ができる。
イムTdに近づいた場合には、N側の素子の導通期間T
11が短くなり、ゲート増幅部の遅れや、素子のターン
オン時間、負荷状態の違いにより、素子が導通したり導
通できなかったりする。すなわち、N側の素子の導通期
間T11にパルスが出たり出なかったりする。このよう
な動作の不確定な要素が安定な制御を阻害する。
圧指令Vir*が三角波TWのピークよりも大きい、すな
わち変調度が1を超えている場合を示している。この場
合には、比較器の出力は変化せず、PWM波形も変化せ
ず、素子の導通,消弧の変化は起こらない。
ータ電圧指令Vir*が三角波TWのピーク値に近い時点
では、PWM波形PWrのパルス幅T2はTaの期間に
おけるパルス幅T1より更に短くなる。パルス幅T2が
デッドタイムTdよりも短くなると、図4中の2つのモ
ノマルチバイブレータ102と103との出力がラップ
し、N側の素子は消弧し続け、P側の素子はT2+Td
の期間消弧する。
にT2のパルスが無くなると、図4中の2つのモノマル
チバイブレータ102と103とへのトリガが無くなっ
て、NORゲート104の出力は“H”のままになり、
P側の素子も導通し続ける。すなわち、PWM波形のパ
ルスが消滅する直前と消滅後とで、P側の素子の消弧期
間がTdから零に急変する。このようにゲート信号が不
連続に変わることは、電流,電圧の制御が不連続にな
り、安定した制御を阻害する。
が1を超えるような、あるいは、1付近のPWM変調で
は、変調度が1付近でゲートのパルス幅が不連続に変化
したり、発生が不規則になり、電流,電圧制御が不連続
になり、安定した制御を阻害したり、リップルを発生す
る。また、変調度が1を超えることにより、制御利得が
変化し、電源電流に波形歪を発生させる。
歪,リップルの発生を防ぐことを目的とし、より低い変
調度にて所望の制御特性を得ることができ、変調度が1
あるいは過変調になりにくい方法を提供する。
バータ制御方法は、三相交流電源電圧と直流電圧とを相
互に変換するコンバータ部と、交流電源電流を指令する
電流指令信号と、該電流指令信号と交流電源電流との誤
差を演算増幅する電流制御部、及び該電流制御部の出力
が加えられ該出力に応じたPWM波形を発生するPWM
発生部を有し、該PWM発生部の出力信号をコンバータ
部に与えることにより交流電源電流を前記電流指令信号
に一致させる制御を行うコンバータの制御方法におい
て、バイアス波形を有し、該バイアス波形は三相交流電
源電圧に同期した三相正弦波の頭部をリミットするとと
もに、該リミット動作により減少した分を他の2相に加
減算して得た波形とし、該波形と前記電流制御部の出力
との和をPWM発生部に加えるようにしたことを特徴と
する。
制御方法においては、基準波形発生部に基準バイアス発
生器を設けて、基準正弦波発生器と同様に位相が電源電
圧と一致した基準バイアス波形を出力する。またその波
形は、基準正弦波発生器の出力である基準正弦波信号S
r,Ss,Stのうちの最大である相の波形をピーク値
の0.866倍(=SIN60°)に制限するととも
に、最大である相の波形が0.866を超えた分を他の
2相の正弦波形から加減した波形とする。
算出器と掛け算器とを追加する。ここで、バイアス変調
率算出器は、電源電圧と目標とする直流電圧との比に比
例したバイアス変調率を出力する。前記基準バイアス波
形発生器の出力にバイアス変調率を掛けたものをバイア
ス電圧指令とし、該バイアス電圧指令と電流制御部の出
力との和に応じたPWM波形をPWM発生部にて出力す
る。
形の振幅を正弦波の0.866倍(=SIN60°)に
制限することにより、従来の電流制御部の出力に現れて
いたコンバータ電圧指令に比べて、バイアス電圧指令の
最大値は約13%小さく抑えられ、広い範囲の直流電
圧,電源電圧に対して過変調にならないで制御ができ
る。従って、PWM波形PWr,PWs,PWtには必
ずパルスが現れ、ゲート増幅部10内のモノマルチバイ
ブレータの動作に基づくゲートパルスの不連続な動作は
生じない。
部が平らな波形であるため、電源電圧の中性点からみた
各相の電圧は頂部が平らな波形となり、正弦波とはなら
ないが、3相のバイアス電圧指令の相互の差の波形は従
来の電流制御部の出力と同等の正弦波となっているた
め、線間電圧としては正弦波となっており、波形の歪率
を損なうこともない。
倍である必要はなく、1未満であって0.866以上で
あればそれなりの効果はある。何となれば、この制限値
を小さくするほど変調率の最大値が小さくなるため、よ
り広い範囲の直流電圧や電源電圧に対して過変調となら
ずに制御できる。
°)以下にすると、三つの基準バイアス波形のうちの二
つの基準バイアス波形が同時に制限される帰還が生じ
る。二つの基準バイアス波形が制限されて一定値になっ
てしまうと、その期間中は当該線間電圧は一定になって
しまう。すなわち歪を発生する。他の一相基準バイアス
波形を修正するだけでは三相の電流を制御できない。か
ようにして、最も効果の大きい制限値は0.866とな
る。
アス電圧指令により、PWM波形を発生しコンバータを
運転すれば、電流制御部の出力が零であっても直流電圧
は電源電圧に比例した電圧値に安定する。したがって、
バイアス電圧指令を電源電圧と目標とする直流電圧との
比に応じて変化させれば、電流制御部の出力が零であっ
てもほぼ直流電圧を一定値に保つことができる。このこ
とは、バイアス電圧指令があれば、さらにはバイアス電
圧指令を電源電圧と目標とする直流電圧との比に応じて
変化させれば、電流制御部のゲインは小さくてもよいこ
とを意味する。
弦波コンバータ装置の構造を示しており、従来例を示す
図3と同一の符号は同一の部分を示している。本発明で
は、基準波形発生部6に基準バイアス波形発生器64
と、バイアス変調率算出器62、および掛け算器63が
追加されており、また、加算器11が追加されている。
掛け算器63は、基準バイアス波形発生器64の出力と
バイアス変調率算出器62の出力との積をとり、バイア
ス電圧指令Vbr*,Vbs*,Vbt*を出力する。PWM
発生部8には、加算器11によって、掛け算器63の出
力である各相のバイアス電圧指令Vbr*,Vbs*,Vbt
*と、電流制御部7の出力である各相のコンバータ電圧
指令Vir*,Vis*,Vit*とのそれぞれの和信号Vr
*,Vs*,Vt*が与えられて、該信号に応じてPW
M波形を出力する。
準バイアス発生器64の出力Sbr,Sbs,Sbtの波形を
示す。
Ss,Stは波高値1の正弦波である。期間TeではR
相の波形Srの瞬時値はS相およびT相の波形Ss,S
tの瞬時値と比べて最も大きい値となっている。R相の
波形Srが最も大きい絶対値を有する60度の期間Te
は、R相の基準バイアス波形Sbrは0.866一定とす
る。これはSIN60°の値である。また、この期間中
は、基準バイアス波形Sbrが基準正弦波Srより低下し
た分だけ、S相およびT相の基準バイアス波形Sbs,S
btも減少(絶対値としては増加)させる。
に絶対値が最大の基準正弦波の相の基準バイアス波形を
0.866に固定するとともに、該相の基準バイアス波
形と基準正弦波との差を他の2相の基準正弦波から加減
算したものを基準バイアス波形とする。以上のような基
準バイアス波形は、電子回路によるリミッタ回路や加減
算回路によっても実現できるが、マイクロコンピュータ
を使用した制御回路では、メモリテーブルを設けること
により簡単に実現できる。
圧Vr,Vs,Vtの大きさ、例えば実効値Vrms と直
流電圧設定器51の出力である直流電圧指令Vdc*とか
ら、直流電圧が直流電圧指令とほぼ同じ値で交流電源電
圧と直流電圧が平衡するようなバイアス変調率Kbを算
出する。具体的には、KbはVrms /Vdc*に比例した
値となる。
64の出力Sbr,Sbs,Sbtとバイアス変調率Kbとを
乗算し、バイアス電圧指令Vbr*,Vbs*,Vbt*を出
力する。該バイアス電圧指令は基準バイアス波形Sbr,
Sbs,Sbtと同じ形状をし、基準正弦波発生器61の出
力Sr,Ss,Stと同じ位相で、且つ波高値がバイア
ス変調率Kbの0.866倍の波形である。
される、バイアス電圧指令Vbr*,Vbs*,Vbt*と、
電流制御部7の出力のコンバータ電圧指令Vir*,Vis
*,Vit*との和に応じたPWM波形を出力する。
*,Vbs*,Vbt*が、直流電圧から電源電圧に応じた
交流電圧を出力する変調率を持つため、電流制御部7の
出力のコンバータ電圧指令Vir*,Vis*,Vit*は、
制御すべき電源電流の交流リアクトル,電源インピーダ
ンスによる電圧降下分のみを制御すればよく、電流制御
部の出力の振幅はバイアス電圧指令に対してはごく小さ
くなり、変調度はほぼバイアス電圧指令で決まる。
指令は、波高値が従来の電流制御部の出力よりも13%
低い状態でも、3相の基準バイアス波形及びバイアス電
圧指令の相互の差は100%の波高値の正弦波となって
いるため、線間電圧には従来通りの電圧が出力される。
すなわち、従来よりも13%低い変調度にて従来通りの
線間電圧を出力することができ、しかも、線間電圧波形
は正弦波に保たれる。
御部5と、電流制御部7と、電流検出器24とによりコ
ンバータ交流電流を制御するループを構成している場合
で、しかも、交流電源電流を正弦波とする正弦波コンバ
ータの場合を示したが、本発明は電流制御ループを内部
に持ち、交流電源電流を電流指令に一致させるように制
御するように構成した制御回路に対して適用でき、電流
指令の形状や発生手段にかかわらず適用できる。
例を図7に示す。図7中の図1と同一の符号は同一の部
分を示している。図7では、電源1には歪電流を発生す
る負荷3aがつながれている。アクティブフィルタ2a
は負荷3aが発生する歪電流波形から歪電流成分を検出
し、該歪電流成分を発生して負荷に供給することによ
り、電源には歪の無い正弦波電流のみが流れるようにす
るものである。
検出器31が設けられ、制御部4には、高調波検出器6
5と加算器74とが設けられている。高調波検出器65
は、電流検出器31で検出された負荷3aへの負荷電流
Ilr,Ils,Iltから高調波電流のみを検出して、高調
波補正指令Ihr*,Ihs*,Iht*を発生する。該高調
波補正指令は、掛け算器71の出力と加減算されて、コ
ンバータ交流電流指令Icr*,Ics*,Ict*となる。
従って、コンバータの電源電流はアクティブフィルタ内
のコンデンサ22の電圧を一定にするための電流に加え
て、負荷3aに流れる高調波電流を重畳させた電流に制
御される。
流を供給するために、電源1には高調波が流れない。以
上のように、図7の回路においても、基準バイアス波形
発生器64と、バイアス変調率算出器62と、掛け算器
63とによって得られるバイアス電圧指令Vbr*,Vbs
*,Vbt*の機能は有効に動作し、前記図1のコンバー
タの例と同様な効果を発揮する。
よるPWMコンバータ制御方法によれば、従来よりも低
い変調率にて所望の制御をすることができるので、変調
率が1から離れて、変調率1付近で発生するゲート信号
や素子の不連続な動作や、不安定な動作に基づく制御の
不安定や波形歪を無くし、所望の制御を実現することが
できる。
部5と、電流制御部7と、電流検出部24とによりコン
バータ交流電流を制御するループを構成している場合
で、しかも、交流電源電流を正弦波とする正弦波コンバ
ータの場合を示したが、本発明は電流制御ループを内部
に持ち、交流電源電流を正弦波とする場合に限らず、任
意の形状の電流に制御する場合にも適用できる。
66(=SIN60°)に制限する場合について説明し
たが、該波高値は適用に応じて、1未満で0.866以
上の任意の値に設定しても効果が得られる。また、バイ
アス変調率算出器によるバイアス変調率の算出の仕方
も、適用によっては直流電圧や直流電圧指令のみや交流
電源電圧のみから求めることもできる。
における、正弦波コンバータ装置の構成を示すブロック
図である。
における、基準バイアス波形を示すグラフである。
すブロック図である。
部の構成例を示すブロック図である。
グラフである。
て示した動作波形を示すグラフである。
例によるアクティブフィルタの構成を示すブロック図で
ある。
部の出力との和信号
Claims (3)
- 【請求項1】 三相交流電源電圧と直流電圧とを相互に
変換するコンバータ部と、交流電源電流を指令する電流
指令信号と、該電流指令信号と交流電源電流との誤差を
演算増幅する電流制御部、及び該電流制御部の出力が加
えられ該出力に応じたPWM波形を発生するPWM発生
部を有し、該PWM発生部の出力信号をコンバータ部に
与えることにより交流電源電流を前記電流指令信号に一
致させる制御を行うコンバータの制御方法において、バ
イアス波形を有し、該バイアス波形は三相交流電源電圧
に同期した三相正弦波の頭部をリミットするとともに、
該リミット動作により減少した分を他の2相に加減算し
て得た波形とし、該波形と前記電流制御部の出力との和
をPWM発生部に加えるようにしたことを特徴とするP
WMコンバータ制御方法。 - 【請求項2】 請求項1記載のPWMコンバータ制御方
法において、請求項1におけるバイアス波形の代わり
に、三相交流電源電圧に同期した三相正弦波の頭部をリ
ミットするとともに、該リミット動作により減少した分
を他の2相に加減算して得た波形に対して、交流電源電
圧と直流電圧との双方またはいずれか一方に応じた計数
を掛けた波形をバイアス波形とするPWMコンバータ制
御方法。 - 【請求項3】 請求項1又は2記載のPWMコンバータ
制御方法において、三相正弦波の頭部のリミット値を1
未満であって且つ正弦波の電気角60度の値である0.
866以上に設定したPWMコンバータ制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29267495A JP3602229B2 (ja) | 1995-11-10 | 1995-11-10 | Pwmコンバータ制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29267495A JP3602229B2 (ja) | 1995-11-10 | 1995-11-10 | Pwmコンバータ制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09140142A true JPH09140142A (ja) | 1997-05-27 |
| JP3602229B2 JP3602229B2 (ja) | 2004-12-15 |
Family
ID=17784838
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29267495A Expired - Fee Related JP3602229B2 (ja) | 1995-11-10 | 1995-11-10 | Pwmコンバータ制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3602229B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2005088822A1 (ja) * | 2004-03-17 | 2007-08-09 | 株式会社安川電機 | モータ制御装置とそのpwmインバータの変調波指令作成方法 |
| WO2013161159A1 (ja) * | 2012-04-25 | 2013-10-31 | パナソニック株式会社 | インバータ装置およびpwm信号制御方法 |
-
1995
- 1995-11-10 JP JP29267495A patent/JP3602229B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| US7304451B2 (en) | 2004-03-17 | 2007-12-04 | Kabushiki Kaisha Yasakawa Denki | Motor control apparatus and method for generating modulation wave instruction of PWM inverter of the same motor control apparatus |
| WO2013161159A1 (ja) * | 2012-04-25 | 2013-10-31 | パナソニック株式会社 | インバータ装置およびpwm信号制御方法 |
| JP2013229989A (ja) * | 2012-04-25 | 2013-11-07 | Panasonic Corp | インバータ装置およびpwm信号制御方法 |
| US9621102B2 (en) | 2012-04-25 | 2017-04-11 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Inverter device and PWM signal control method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3602229B2 (ja) | 2004-12-15 |
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