JPS5953799B2 - インバ−タ制御回路 - Google Patents

インバ−タ制御回路

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JPS5953799B2
JPS5953799B2 JP55135179A JP13517980A JPS5953799B2 JP S5953799 B2 JPS5953799 B2 JP S5953799B2 JP 55135179 A JP55135179 A JP 55135179A JP 13517980 A JP13517980 A JP 13517980A JP S5953799 B2 JPS5953799 B2 JP S5953799B2
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JP
Japan
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signal
triangular wave
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JP55135179A
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JPS5762799A (en
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剛 塩田
孝 佐野
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Toyo Electric Manufacturing Ltd
Original Assignee
Toyo Electric Manufacturing Ltd
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Publication date
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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
    • H02M7/00Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/42Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はパルス幅変調を行い可変電圧・可変周波数出力
を発生する電力変換器(以下PWMインバータ部と称す
る)を用いて三相誘導電導機(以下単に電動機という)
を駆動せしめるインバータ制御回路に関するもので、特
に低速駆動時に問題視される電動機に発生される脈動ト
ルクが格別に低減される装置を提供することにある。
PWMインバータ部により電動機に電力供給するPWM
インバータ装置においては波高値の等しいパルス列を周
期配列せしめて出力し、電動機に与える電圧の大きさは
パルス幅を制御してその運転周波数はパルス列周期が制
御されて発生される。
これを第1図および第2図を参照して説明する。第1図
、第2図は従来のPWMインバータ装置の制御ブロック
図、各部波形図で、1は速度設定器、2は速度設定信号
Sによる電圧の増減に対応して発振周波数Pを出力する
電圧周波数変換器、’3は入力に応じてパルスモード指
定信号Mを選択し高速から低速になるにつれて運転周波
数の半サイクルに含まれるパルス数を増加せしめて電動
機電流の波形改善を行うパルスモード選択器、4はパル
スモード指定信号Mによつて三角波同期信号・Dを出力
する三角波同期信号発生器、5は三角波同期信号Dに同
期した三角波信号Fを発生する三角波発生器、6は三相
信号発生器、7は電動機に印加する電圧・周波数比を決
定する出力電圧指令Eを発生するV/F調節器、8は基
準電圧となるフ出力電圧指令Eと三角波信号Fの電圧レ
ベルを比較してチョッピング信号にを分配器9に与える
変調器である。
かくの如き従来装置は公知であつてその詳細説明を省略
するが、分配器9は三相信号発生器6出S力の信号A、
B、Cを入力して変調器8出力のチョッピング信号にか
ら信号φAlφB、φcを図示しない各ゲート増巾器へ
信号発生し、PWMインバータ部(図示せず)によつて
結局電動機の線間電圧波形U,V,Wが例示のように与
えられる。
ここでは運転周波数の半サイクルに含まれるパルス数(
以下パルスモードと称する)が5個の場合を示している
。 .かかるPWMインバータ装
置が用いられて電動機を駆動すると、第2図に示す如く
PWMインバータ部の出力電圧波形が種々の高調波成分
を含むものとなつてその高調波次数は(1)式で表わす
ことができる。
またその相回転が(h≧0)では正相であつて(h〈0
)では逆相であり、回転速度が基本波のn倍である。
いま電動機の磁極ピツチをτ、座標をx、回転子第n調
波電流の基本波磁束密度との位相差をψ。
、基本波角速度ω1、回転子第n調波電流のピーク値を
Inとすると、前記高調波電圧により回転子に流れる回
転子第n調波電流の瞬時値1nはつぎのように表わされ
る。この(2)式における不は(1)式にて(h≧0)
のとき一であつて(h〈0)のときに+である。
またギヤツプの第n調波磁束密度のピーク値をBnとす
ると、第n調波磁束密度の瞬時値は(3)式で表わされ
る。この(3)式における+.は(1)式にて(h≧0
)のとき一であつて(h〈0)のとき+である。
これより回転子導体の有効長をL、回転子半径をRとす
れば、電動機が発生する2極分のトルクTは、で表わす
ことができる。
また、 (m=n)のときのトルクTAは、となる。
この(5)式の右辺第1項は回転子2極分についてxで
積分すると明らかに零となり、しがつて(5)式の第2
項だけが残りこれは(6)式で表わされる如く時間によ
つて変化しない定常トルクとなる。T5A=R・L4m
−Bm・τ・COs(ψ。
−θm)・・・(6)なお、(6)式にて(m=n=1
)のときが基本彼トルクである。
しかしながら(m:n)のときには同様にしてxで積分
すると、(7)式に示す如くとなる。TB=R−L−1
m−Bn・τ・COs{子 (m′+n)ω1t+ψl
−θn} ・・・(7)したがつ
て(m##n)の場合電動機のトルクがつぎの(8)式
に示す周波数FRで脈動することが解る。
このようなトルク脈動の中でPWMインバータ部にて電
動機を駆動した場合にはトルク脈動の値が極めて大きく
しかも脈動周期が長く回転体の慣生に吸収されないため
に、特に電動機の低速駆動時に問題となるのはトルク脈
動の周波数FRが最も低い6f1のときである。
その(FR=6f1)すなわち(1m+′nl=6)と
なるmとnの組合せで大きな因となるのは(m=7)と
(n=1)のときまたは(m=5)と(n=1)のとき
であつて、したがつて回転子第7調波電流と基本波磁束
密度の相互作用によるトルク脈動T,であり、回転子第
5調波電流と基本波磁束密度の相互作用によるトルク脈
動T5である。これらはつぎに示されbノここで第2図
に示した線間電圧の波形U,V,jWにつきフーリエ分
析を行うものとする。
すなわち第3図はフーリエ分析の概略を説明するもので
、W1は基本波、W7,VW5は第7調波、第5調波を
示している。さらに電動機の諸定数を適宜の上(9)式
ならびに(11式のトルク計算を試みるに、1第4図の
実線で示す如くになる。第4図において、TW7,TW
5はトルク脈動T7,T5の波形を示し、TWAはトル
ク脈動(T7+T5)の波形を示している。かくの如く
にトルク脈動T7とトルク脈動T5の位相差は略180
゜であり、従来のPWMイlンバータ装置における6f
1周波数のトルク脈動は(T7+T5)から点線表示の
ものとなる。本発明はかかるトルク脈動およびその位相
差に着目し、特に6f1の周波数のトルク脈動を減少せ
しめる制御回路部分を具備して第4図に示される二如く
のトルク脈動T7,T5の大きさを等しくさせることに
より、6f1周波数のトルク脈動(T7+T5)を零に
ならしめるものである。さらに具体的には前述の(9)
式と01式とを等しいものとするために第7調波のイン
ピーダンスが第5調波のイン,ピーダンスに比して略(
7/5)倍からこれに対応せしめる如くの第7調波電圧
と第5調波電圧との比とすることにより、回転子第7調
波電流17と回転子第5調波電流15を等しいものとし
、結局トルク動脈T7,T5間にその大きさが等しくか
つ両者は180゜位相が異なるものとする。しかして第
7調波電圧と第5調波電圧の比を適当とするため第3図
に示す±30゜および±150゜の位置のパルス幅を従
来パルス幅よりも約80%狭くすることを本発明の主眼
とするものであり、パルスモードの増加につれて例えば
17パルスモードのとき約45%狭くすることにある。
このことは第3図における±30゜および±150゜の
付近にて第5調波と第7調波の極性が略逆であること、
さらに第3図に示す線間電圧をv(θ)で表わすとする
と第5調波電圧、第7調波電圧の振幅の最大値がつぎに
示す(Q1)、正式で表わされることから明らかである
。第5図、第6図は本発明の一実施例を示す要部プロツ
ク図、各部波形図であり、10は60゜間隔信号Gを発
生する信号発生器、11,11″は遅延回路、12はア
ンド回路、13はレベル補正回路、14は切替回路を示
している。図中第1図と同符号のものは同じ部分を示す
。このように示されるものは、第1図に示す変調器8の
入力系に代えて格別に回路構成される信号発生部分が備
えられるものである。さて信号発生器10は三相信号発
生器6の出力A,B,Cにより60゜間隔信号Gを発生
して遅延回路11,1「に与える。
遅延回路11,11″はアンド回路12とともに例えば
第3図に示される如くの±30゜または±150゜の位
置に跨がる三角波同期信号を求めるための検出回路部分
を構成するものであつて60゜間隔信号Gから三角波同
期信号Dを算え始め、これが所定の数になると出力H,
Iをアンド回路12に発生する。ここで・は例示の如く
1パルスを算えて出力Hが「H」になり2パルスを算え
て出力1が「H」になつているが、これらは例えば17
パルスのときに出力Hが4パルスを算えて「H」となり
、出力1が5パルスを算えて「H」となるように作用す
る。アンド回路12は出力H,Iを入力して前記±30
゜または±150゜の位置に跨がる三角波同期信号の一
周期に限り出力Jを「H」とする。またレベル補正回路
13はパルスモード指定信号Mと出力電圧指令Eを入力
し、従来変調方式によるパルス幅に対してパルスモード
指定信号Mすなわち基本周波数の一周期内に存在する三
角波同期信号Dのパルス数によつて予め一義的に決定さ
れる割合から、出力電圧指令Eのレベルが減少させられ
たレベル補j正信号ΔEを発生する。さらに切替回路1
4は出力Jが「H」のときに限りベル補正信号ΔEを出
力し、出力Jが「L」のとき出力電圧指令Eを出力する
ように信号発生してその出力E″は第6図に示されるも
のになる。この出力E″が変調器8の基準電圧となり、
出力E″と三角波信号Fの電圧レベルが比較されチヨツ
ピング信号K″が発生されて分配器9の入力となる。こ
れにより例示の如く信号φA,φB,φoが発生され線
間電圧波形U,V,Wが電動機に与えられるものとなる
。かくの如くなるものは、例えば線間電圧波形Uをとり
第2図と第6図に示すものを比較するに、第6図に示さ
れるものは±30゜と±150゜におけるパルス幅が第
2図に示すものより狭くなつていることは明白で゛ある
。かかる実施例のものは電動機に印加する線間電圧波形
の±30゜および±150゜のパルス幅が好適に狭くさ
れて第7高調波電圧と第5高調波電圧の比が7対5とな
る如く補正されてなり、その結果前記(9),(10)
式で表わされる電動機の6f1周波数のトルク脈動を極
めて有効に減少させることができるものである。
なお本実施例においては、5パルスモードのとき±30
゜および±150゜の位置パルス幅をそれぞれ1パルス
だけ狭くしたが、例えば33パルスモード等のようにモ
ード増加した場合に,は遅延回路11,1「の調整から
それぞれ2個または3個のパルスの幅を狭くするように
してもよく、また出力E″のレベルを上下させて三角波
信号Fと比較させたがこれにとられれず三角波信号F側
を上下させることも可能である。さらにまた6f1の周
波数のトルク脈動を低減させるためパルスモードが最高
に大きいときにのみ例えば17パルスモードのときだけ
としても実用上大きな効果が得られるものとなる。以上
説明したように本発明によれば、PWMインバータ部か
ら電動機に印加される線間電圧波形の±30゜および±
150゜の位置におけるパルス幅を適当な割合で狭くす
ることにより、6f1の周波数のトルク脈動が好適に低
減される装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図は従来のPWMインバータ装置の制褌プ
ロツク図、各部波形図、第3図は線間電圧波形のフーリ
エ分析の概略説明図、第4図は6f1のトルク脈動を説
明するために示した特性図、第5図、第6図は本発明の
一実施例を示す要部プロツク図、各部波形図である。 10・・・・・・信号発生器、11,1「・・・・・・
遅延回路、12・・・・・・アンド回路、13・・・・
・ルベル補正回路、14・・・・・・切替回路、TW5
,TW7・・・・・・トルク脈動T5,T7の波形、T
WA・・・・・・トルク脈動(T7+T5)の波形。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 三相信号発生器、三角波同期信号により三角波信号
    を発生する三角波発生器、出力電圧指令信号のレベルと
    前記三角波信号とによつてチョッピング信号を発生する
    変調器をそれぞれ具備し、パルス幅変調より可変電圧・
    可変周波数出力を発生する電力変換器により三相誘導電
    動機を駆動せしめるインバータ制御回路において、前記
    三相信号発生器出力により60°間隔信号を発生する信
    号発生器、前記60°間隔信号と三角波同期信号とによ
    り該60°間隔信号の中間位置に跨がる三角波同期信号
    の一周期に限り所定レベルの信号出力を発生する検出回
    路、前記出力電圧指令信号のレベルを電動機周波数の一
    周期内に存在する三角波同期信号のパルス数により予め
    選定せしめる割合で減少させるレベル補正回路、前記所
    定レベルの信号発生時のみレベル補正回路出力を与える
    切替回路をそれぞれ設けて成ることを特徴とするインバ
    ータ制御回路。
JP55135179A 1980-09-30 1980-09-30 インバ−タ制御回路 Expired JPS5953799B2 (ja)

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JPS5762799A JPS5762799A (en) 1982-04-15
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