JPS6159062B2 - - Google Patents

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JPS6159062B2
JPS6159062B2 JP53103681A JP10368178A JPS6159062B2 JP S6159062 B2 JPS6159062 B2 JP S6159062B2 JP 53103681 A JP53103681 A JP 53103681A JP 10368178 A JP10368178 A JP 10368178A JP S6159062 B2 JPS6159062 B2 JP S6159062B2
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JP
Japan
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period
waveform
inverter
triangular wave
pwm
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JP53103681A
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JPS5532433A (en
Inventor
Masanori Myazaki
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は基本周波数より高い周波数にて出力波
形のパルス幅を変調する三相インバータ(以下
PWMインバータと略記)の制御装置に関するも
のである。
第1図にPWMインバータの概略を示す。
第1図においてSは直流電源、Mは交流電動
機、Th1〜6はオン、オフ可能なスイツチであ
り、このTh1〜6により直流電力を交流電力に
変換するインバータ動作を行なつて交流電動機M
を駆動する。
第2図は第1図に示したようなインバータを用
いてPWM動作を行なわず、120゜通電インバータ
として動作させる場合のインバータ出力電圧波形
または電流波形を示す。この出力波形が電圧波形
になるか電流波形になるかは第1図の直流電源S
の性質によつて定まり、直流電圧源の場合は電圧
波形が、直流電流源の場合は電流波形が第2図に
示したようになる。この120゜通電インバータに
動作は公知の事実なので詳述は省く。
第3図は第1図に示したようなインバータを用
いてPWMインバータとして動作させる場合の各
スイツチに加える制御信号(オン信号))波形お
よびインバータ出力波形である。第3図にはイン
バータ動作の1周期(通電角360゜)を示してい
る。このうちTh1について着目すると通電期間
0゜から60゜まで必ずオン信号が与えられる期
間、通電期間60゜から120゜まではTh1および
Th2により交互にオン、オフが繰り返される期
間(PWM期間)、通電期間120゜から300゜までは
必ずオフとなる期間、通電期間300゜から360゜ま
ではTh3およびTh1により交互にオン、オフが
繰り返される期間(PWM期間)である。以下Th
2からTh6まで同様のことが60゜の位相差を有
して行なわれる。これらの制御信号によりインバ
ータ出力として得られる波形はeu-0(またはi
u)、ev-0(またはiv)、ew-0(またはiw)とな
る。3つの出力波形は相互に120゜の位相差を有
する三相交流として電動機のU,V,W端子に加
えられるものである。前記Th1とTh2が交互に
オン、オフを繰り返すPWM期間について詳述す
ると次のようになる。即ち、Th1は前記必ずオ
ンとなる通電期間0゜から600゜までが終了した
後、さらに若干の期間オンを継続する。この後通
電角α1だけTh1はオフし、Th2は同じ期間だ
けオンする。次に同一通電角α1だけTh1がオ
ンし、Th2はオフする。最後にTh1がオフし、
Th2がオンしてPWM期間が終了する。ここで前
記Th1がオフする期間と次にオンする期間は必
ず同一通電角α1であること、およびオフからオ
ンに切りかわるのは通電期間60゜と120゜の中
間、即ち90゜の時点であることの2点が必要であ
る。前記2条件を満すことによりTh1とTh2の
波形が同一波形(位相差は120゜)になりうる。
他の2つのスイツチTh2とTh3,Th3とTh
1,Th4とTh5,Th5とTh6,Th6とTh4の
PWM期間についても全く同様である。またここ
ではPWM動作による通電角α1の切り離された
パルスが1個の場合について説明をしたが、2個
以上のパルスを発生させる場合も同様のことが成
立する。
第4図にはPWM動作を行なうことにより切り
離すパルスの数を変化させた時の制御信号波形を
示した。AはPWM動作を行なわない普通の120゜
通電動作時の制御信号波形である。Bは前記120
゜通電期間から通電角α1だけ前後ひとずつパル
スを切り離した場合の制御信号波形である。この
場合の説明は前述の通りであるが、前記2条件を
一般的に述べると次のようになる。
(1) 切り離されたパルスの通電角と、切り離され
た2つのパルスの間隔は等しくなる。
(2) 前記2つの等しい通電角は必ず30゜および
150゜の時点に対し対称に配置され、かつオン
とオフが逆の関係になる。
Cは前記120゜通電期間から通電角α1および
α2の2個のパルスを前後それぞれ切り離した場
合の制御信号波形である。Dは3個のパルスを、
Eは4個のパルスを切り離した場合の制御信号波
形であり、これらを総合してBWM期間中のオン
期間とオフ期間の関係をまとめると次のようにな
る。
() PWM期間60゜はその中央の30゜の時点に
対し対称に通電角αが配置される。(即ちPWM
期間中にN個のパルスを発生する場合にはα
1,α2,……αN,αN,……α2,α1と
PWM期間が区切られる。) () 前記区切られた期間にオンとオフが交互に
繰り返される。
以上が120゜通電インバータによりPWM動作を
行なわせる時の特徴であり、明らかに前記2条件
の下では切り離されたパルスの数にかかわりなく
オン期間を合計すると通電角は120゜となる。ま
た前記2条件により、Th1からTh6までの6つ
の制御信号波形は同一波形となり、三相出力波形
も互いに等しく対称な波形となる。前記通電角α
1……αNを適当に決定することにより出力波形
に含まれる高調波成分のうち特定次数の成分を消
去しうることが知られている。たとえばBの制御
信号波形においてα1を適当に決定すると出力波
形の第5高調波を零にすることが可能となり、出
力波形には基本波成分と第7高調波以上の成分が
含まれることになる。Cの制御信号波形において
α1,α2を適当に決定すると出力波形の第5、
第7高周波を零にすることが可能となり、出力波
形に基本波成分と第11高調波以上の成分が含まれ
ることになる。このために120゜通電インバータ
でPWM動作を行なうことはトルクリツプルの低
減、特に低周波数出力時におけるトルクリツプル
の減少に効果がある。
従来PWMインバータの制御信号を発生させる
には1つの搬送波と1つの基準値とを比較するこ
とにより行なつてきた。例を第5図に示す。基本
周波数より高い1つの搬送波CARと基本周波数
に同期した任意波形(普通正弦波、台形波等)
REFとをコンパレータにより比較し制御信号Th
1を得る。
しかし、この方法で前記2条件を満足した120
゜通電インバータのPWM制御信号を合成するに
は種々の困難が伴なう。第1に条件()を満足
するためには搬送波CARと基準値REFとを同期
させ、しかも30゜および150゜の時点で2つの波
形が交わる必要がある。第2に搬送波CARは基
準値REFの周波数の整数倍であることが必要で
あり、しかも第4図に示したようなパルス数の切
りかえを行なう場合には、搬送波CARの周波数
を切り換える必要がある。第3に1周期中に前期
PWM期間、必ずオン信号を出す期間、必ずオフ
信号を出す期間と制御モードが変化するために各
モード毎に制御信号を切りかえるかあるいは搬送
波CAR、基準値REFのいずれかまたは両方を変
更する必要がある。以上のような点を解決するた
めには制御回路が複雑化する欠点が有つた。
本発明の目的は前述欠点を除去するためになさ
れたものであつて、1つは制御信号を合成する為
に1つの三角波と1つないし数個の基準値とを比
較することにより簡単な制御回路で前記条件を満
足した制御信号を発生させて制御することが出来
る三相インバータの制御装置を提供する。
以下図面を参照して本発明を説明する。
第6図に本発明の一実施例を記す。また第7図
は1個の基準値REF1と三角波TR1とを比較し
た場合、第8図は3個の基準値REF1,REF
2,REF3と三角波TR1とを比較した場合の動
作波形を示す。インバータの基本周波数の6倍信
号6fを入力として三角波発生回路1により基本
周波数の6倍の対称な三角波TR1を発生させ
る。この時三角波TR1は1周期が通電角60゜で
あり、波高値は基本周波数に反比例する。コンパ
レータ2は前記三角波TR1と1個ないし数個の
基準値発生回路3により作られた1個ないし数個
の基準値REF1〜REFNとを比較し、その大小関
係によりコンパレータ2は出力C1〜CNを発生す
る。この場合基準値REFは一定の値にあらかじ
め設定されている。次にコンパレータの出力信号
C1〜CNとインバータの基本周波数の6倍の信
号6fとを論理処理回路に入力し所望の論理演算
を行つて出力波形Lのような信号を得る。この波
形Lは60゜の周期で繰り返され、PWM動作を行
なう場合の基本となる信号である。前記三角波
TR1が1周期60゜でありかつ中央の30゜の時点
に対して前後対称であることから前記PWM期間
中の制御信号が満たすべき条件()は満たされ
ている。また条件()に関しては、満足するよ
う論理処理回路4にて必要な演算が行なわれる。
前記したインバータ基本周波数の6倍信号6fは
前記三角波発生回路1とは別に6進リングカウン
タ5の入力にもなる。6進リングカウンタ5はこ
の入力によるRC1からRC6までの6個の出力を
出す。RC1からRC6までの3出力はそれぞれ60
゜のオン期間と300゜のオフ期間を有し、60゜の
位相差を有する信号でスイツチTh1からTh6ま
でのオン順序を決定している。従つて6進リング
カウンタ5の相回転方向を変えることにより電動
機は回転方向を変えることができる。また6進リ
ングカウンタ5の相回転を停止することにより電
動機に直流制動をかけることもできる。6進リン
グカウンタ5の出力RC1かRC6までと論理処理
回路4の出力Lとは次の波形合成回路6の入力に
なる。波形合成回路6においては前記RC1から
RC6までのそれぞれと前記Lとを合成して目的
とする制御信号波形Th1からTh6までを出力す
る。制御信号Th1について詳述するとRC1のオ
ン期間60゜はTh1にとつては前記必ずオン信号
が与えられる期間に相当し、この前後60゜が前記
PWM期間に相当する。RC1のオン期間の直前60
゜は前記Lがそのまま出力Th1となる。またRC
1のオン期間の直後60゜は前記Lの否定
(NOT)が出力Th1となる。従つてこの3つの
60゜期間の合成によつて目的とするTh1の完全
な波形が得られる。
第8図は基準値REFを3個に増加した場合の
例で、三角波TRIと基準値REF1を比較して得ら
れたコンパレータ出力がC1であり、三角波TRI
と基準値REF2を比較して得られたコンパレー
タ出力がC2、三角波TRIと基準値REF3を比較
して得られたコンパレータ出力がC3である。こ
の3波形を入力として論理処理回路4の出力Lは
第8図のようになる。以後波形合成回路6の動作
は前記と全く同じである。
以上では基準値が1個と3個の場合を例にとつ
て説明を行なつたが、基準値が任意個数(N個)
の場合でも、回路の動作は変わらない。ただ切り
離されたパルスの数がN個になるだけである。
一般にインバータは半導体スイツチのターンオ
フ時間や転流回路の転流時間などから動作可能な
周波数上限が決まつてしまう。
PWM制御を行なうとインバータの半導体スイ
ツチのスイツチング周波数が基本周波数より当然
上昇することになるから、この上限周波数を越え
ない範囲でPWM制御を行なう様に配慮すること
が重重要である。この点からPWM制御を行なう
インバータでは、基本周波数が低いときにはパル
ス数の多いPWMを、基本周波数が高いときには
パルス数の少ないPWMを行ない、半導体スイツ
チのスイツチング周波数を一定もしくはほぼ一定
に保つ様な制御方式をとることが望ましい。
そこで本発明においては、基本周波数が高い
か、低いかによつて次のようなPWM制御を行な
えば、半導体スイツチのスイツチング周波数を一
定もしくはほぼ一定に保つことが可能となる。す
なわち、三角波の傾斜を一定とすることにより、
三角波の高さは周波数がの場合を第9図a、2
fの場合を第9図b、6fの場合を第9図cに示
すように周波数に反比例することになる。この特
長を利用し、三角波と比較される基準値を適当に
設定するならば、第10図に示すようにある設定
値と三角波とはある定まつた周波数値以下のとき
に交差し、インバータの出力周波数を変調するこ
とになる。すなわち、第10図において、REF
1はインバータの基本周波数が2f以下で三角波
と交差し、REF2はインバータの基本周波数が
6fのときすでに三角波と交差している。このた
め基本周波数が減少するに従がつて三角波の波高
値が増し、交差する基準値の数が増えてパルス数
を増すことになる。このことは低周波数のトルク
リツプル軽減には特に適している。逆に前記基本
周波数が増加すると波高値が減少して交差する基
準値の数が減ることになる。もし交差する基準値
が無くなると、インバータは普通の120゜通電イ
ンバータとして動作するようになる。
以上説明したように本発明によれば、120゜通
電インバータのPWM制御信号を簡単な回路で作
ることが可能となり、複雑な切りかえ回路無しに
PWM波形のパルス数切りかえをインバータ基本
周波数に応じて自動的に行なうことができ、普通
の120゜通電モードへも連続的に移行することが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はパルス幅制御インバータの概略的な回
路図、第2図は120゜通電インバータの動作波形
図、第3図はパルス幅制御インバータの動作波形
図、第4図はパルス幅制御インバータの種々な制
御信号波形図、第5図は従来のパルス幅制御イン
バータ制御回路の動作波形図、第6図は本発明の
一実施例を示すインバータ制御回路の構成図、第
7図乃至第8図は第6図に示した制御回路の動作
波形図、第9図及び第10図は本発明の他の実施
例を説明するための基本周波数と三角波の関係及
び三角波と比較される基準値との関係を示す図で
ある。 Th1〜Th6……オン、オフ可能な半導体スイ
ツチ、S……直流電圧源または直流電流源、M…
…三相交流電動機、U,V,W……三相交流電動
機Mの端子、REF……基準値、CAR……搬送
波、1……三角波発生回路、2……コンパレー
タ、3……基準値発生回路、4……論理処理回
路、5……6進リングカウンタ、6……波形合成
回路、ThI……三角波、REF1〜REF3……基準
値、C1〜C3……コンパレータ出力、L……論
理処理回路出力、6f……インバータ基本周波数
の6倍周波数信号、RC1〜RC6……リングカウ
ンタ出力。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 基本周波数より高い周波数にて出力波形のパ
    ルス幅を変調する三相インバータの制御装置にお
    いて、前記基本周波数の6倍の周波数を有する論
    理信号6fを入力し基本周波数に反比例して波高
    値が可変される三角波TRIを発生する三角波発生
    回路と、1つないし数個の基準値REF1,REF
    2…)と前記三角波TRIとを比較しその大小関係
    に応じた信号C1,C2…を発生するコンパレー
    タと、このコンパレータの出力信号C1,C2…
    と前記論理信号6fとを入力し所望の論理信号L
    を出力する論理処理回路と、前記論理信号6fを
    入力とする6進リングカウンタと、この6進リン
    グカウンタの出力信号RC1〜RC6と前記論理信
    号Lを入力とし前記インバータを構成する半導体
    スイツチをオン・オフする制御信号Th1〜Th6
    を出力する波形合成回路を具備してなる三相イン
    バータの制御装置。
JP10368178A 1978-08-25 1978-08-25 System for controlling inverter Granted JPS5532433A (en)

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JPS5532433A JPS5532433A (en) 1980-03-07
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JPS58182478A (ja) * 1982-04-16 1983-10-25 Sanken Electric Co Ltd 高調波低減用パルス幅変調波発生回路
JPS62163589A (ja) * 1986-01-13 1987-07-20 Hitachi Ltd パルス幅変調インバ−タによる誘導電動機の制御装置
EP0236794B1 (de) * 1986-03-13 1991-01-02 ITW Gema AG Elektrostatische Sprüheinrichtung für Beschichtungspulver
JPH04223310A (ja) * 1990-12-25 1992-08-13 Toshiba Corp 変圧器直結形ガス絶縁開閉装置

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