JP3156478B2 - Control device for pulse width modulation type inverter - Google Patents
Control device for pulse width modulation type inverterInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、三レベルインバータの
制御装置に係り、特に、パルス幅変調方式インバータの
制御装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control device for a three-level inverter, and more particularly to a control device for a pulse width modulation type inverter.
【0002】[0002]
【従来の技術】パルス幅変調方式による可変電圧・可変
周波数(VVVF)インバータ制御により誘導電動機を
駆動する、いわゆる、インバータ電車が実用化された
が、最近では電圧のみならず機関車においても、インバ
ータ駆動方式が主流になりつつある。2. Description of the Related Art A so-called inverter train which drives an induction motor by controlling a variable voltage / variable frequency (VVVF) inverter by a pulse width modulation method has been put into practical use. The drive system is becoming mainstream.
【0003】現在の車両駆動用のインバータシステムで
は、出力電圧の基本成分である変調波信号と三角波等の
搬送波信号との比較でパルス信号を発生させる、いわゆ
る、パルス幅変調(PWM)制御方式が従来から採用さ
れている。In a current inverter system for driving a vehicle, a so-called pulse width modulation (PWM) control system in which a pulse signal is generated by comparing a modulated wave signal which is a basic component of an output voltage with a carrier signal such as a triangular wave is used. It has been conventionally used.
【0004】PWM制御方式では、変調波信号と搬送波
信号との零クロス点が常に一致するように制御される同
期変調方式と、変調波に関係なく搬送波を一定とした非
同期変調方式がある。In the PWM control system, there are a synchronous modulation system in which the zero-cross point of the modulated wave signal and the carrier signal are controlled so as to always coincide with each other, and an asynchronous modulation system in which the carrier is fixed irrespective of the modulated wave.
【0005】現在車両では、二レベルの電圧をGTOサ
イリスタを用いて制御する、二レベルインバータがほと
んどを占めている。しかし、二レベルGTOインバータ
では、スイッチング周波数の制約があり、ゼロ電圧を含
む微小電圧領域では非同期変調を行い、それ以外の電圧
領域では同期変調方式に切り替えているが、電動機で発
生する電磁騒音が大きく、またパルスモード切り替えに
ともなう音質変化も問題となっている。[0005] At present, most vehicles use a two-level inverter that controls a two-level voltage using a GTO thyristor. However, in the two-level GTO inverter, there is a restriction on the switching frequency, and asynchronous modulation is performed in a minute voltage region including zero voltage, and the synchronous modulation method is switched in other voltage regions. It is also a big problem, and the change in sound quality accompanying the pulse mode switching is also a problem.
【0006】これに対し、三レベルインバータでは、出
力電圧のステップ数が二レベルインバータより見かけ上
のスイッチング周波数が高くなり、電磁騒音の低減など
二レベルインバータにおける課題を解決できる特徴を持
っている。そのため、主回路素子に高耐圧IGBTを用
いた、車両用の三レベルインバータシステムが開発され
始めている。On the other hand, the three-level inverter has a feature that the number of steps of the output voltage has an apparent higher switching frequency than that of the two-level inverter, and can solve the problems in the two-level inverter such as reduction of electromagnetic noise. Therefore, a three-level inverter system for vehicles using a high-voltage IGBT as a main circuit element has been developed.
【0007】三レベルIGBTインバータのPWM制御
を図3に示す。すなわち、微小電圧の制御に、ゼロ電圧
を介して正負交互にパルスを出力するダイポーラ変調を
導入し、三レベルインバータのPWM制御として最も一
般的な、半周期毎に同一極性のパルス列を出力するユニ
ポーラ制御との移行には、インバータ出力電流の変動を
抑えて滑らかな移行を実現するため、一周期中にダイポ
ーラ変調とユニポーラ変調とが混在する部分ダイポーラ
制御を導入している。更に一パルス領域まで連続した出
力電圧の制御を行うために過変調を採用している。FIG. 3 shows PWM control of a three-level IGBT inverter. That is, a dipolar modulation that outputs pulses alternately through a zero voltage to control a minute voltage is introduced, and a unipolar that outputs a pulse train of the same polarity every half cycle, which is the most common PWM control of a three-level inverter, is introduced. In order to achieve a smooth transition by suppressing fluctuations in the inverter output current, a partial dipolar control in which dipolar modulation and unipolar modulation are mixed during one cycle is introduced. Further, over-modulation is employed to control the output voltage continuously up to one pulse region.
【0008】このように(a)ダイポーラ変調、(b)
部分ダイポーラ変調、(c)ユニポーラ変調、(d)過
変調、(e)一パルス制御を行うことにより、全域で電
圧を連続に制御できる。この場合スイッチング周波数の
高周波数化にともない、(a)〜(d)までは非同期変調
方式で、(e)の一パルスだけが同期変調方式となる。
(a)〜(d)の制御を一パルス制御と対比して多パルス
制御と呼ぶ。Thus, (a) dipolar modulation, (b)
By performing partial dipolar modulation, (c) unipolar modulation, (d) overmodulation, and (e) one-pulse control, the voltage can be continuously controlled over the entire region. In this case, as the switching frequency becomes higher, the asynchronous modulation method is used in (a) to (d), and only one pulse in (e) is the synchronous modulation method.
Controls (a) to (d) are called multi-pulse control in contrast to one-pulse control.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】このように、三レベル
IBGTインバータでは多パルス制御で非同期変調,一
パルス制御では同期変調を行うため、非同期変調と同期
変調との切り替え周波数が高く、精度の良い切り替え制
御が必要となる。As described above, since the three-level IBGT inverter performs asynchronous modulation by multi-pulse control and synchronous modulation by one-pulse control, the switching frequency between asynchronous modulation and synchronous modulation is high and accurate. Switching control is required.
【0010】本発明の目的は、非同期変調と同期変調の
切り替えをスムースに行い、全制御領において出力電圧
を連続に制御し、滑らかな乗心地の得られる、パルス幅
変調方式インバータの制御装置を提供することにある。An object of the present invention is to provide a pulse width modulation type inverter control device which can smoothly switch between asynchronous modulation and synchronous modulation, continuously control the output voltage in all control areas, and obtain a smooth ride. To provide.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明はインバータの基本変調波の位相角を、多パ
ルス制御から一パルス制御への切り替え時には、位相角
演算のサンプリング周期の1/2周期相当分を減算して
位相を遅らせ、、一パルス制御から多パルス制御への切
り替え時には、位相角演算のサンプリング周期の1/2
周期相当分を加算して位相を進ませる。In order to achieve the above object, the present invention sets the phase angle of the fundamental modulation wave of the inverter to 1/1 / the sampling period of the phase angle calculation when switching from multi-pulse control to single-pulse control. The phase is delayed by subtracting a period equivalent to two cycles, and when switching from one-pulse control to multi-pulse control, 1 / of the sampling cycle of the phase angle calculation is performed.
The phase is advanced by adding the period equivalent.
【0012】[0012]
【作用】多パルス制御と一パルス制御との切り替え時に
基本変調波の位相角を調整することにより、サンプリン
グ演算での時間遅れを補正できるため、滑らかな制御を
実現できる。The time delay in the sampling operation can be corrected by adjusting the phase angle of the basic modulated wave when switching between the multi-pulse control and the one-pulse control, so that smooth control can be realized.
【0013】[0013]
【実施例】以下、本発明によるパルス幅変調方式インバ
ータの制御装置について、図示の実施例により詳細に説
明する。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram of a control apparatus for a pulse width modulation type inverter according to the present invention.
【0014】図1は、本発明のパルス幅変調方式インバ
ータの制御装置を適用する車両駆動用の三レベルインバ
ータ装置の主回路構成(三相の場合)を示す。図1にお
いて、60は直流電圧源である電車線、61,62は直
流電圧源60の電圧から中間点N(以下、中性点と呼
ぶ)を作り出すため分割(分圧)したコンデンサ、70
〜73,80〜83,90〜93は還流用の整流素子を
備えた自己消弧可能なスイッチング素子(この例ではI
GBTとしたが、GTOサイリスタ,トランジスタ等で
も良い)、74,75,84,85,94及び95はコ
ンデンサの中性点電位を導出する補助整流素子である。
また、負荷は誘導電動機10の場合を示した。FIG. 1 shows a main circuit configuration (in the case of three phases) of a three-level inverter device for driving a vehicle to which a control device for a pulse width modulation type inverter according to the present invention is applied. In FIG. 1, reference numeral 60 denotes a train line which is a DC voltage source; 61 and 62, capacitors which are divided (divided) to generate an intermediate point N (hereinafter, referred to as a neutral point) from the voltage of the DC voltage source 60;
-73,80-83,90-93 are self-extinguishing switching elements provided with a rectifying element for reflux (in this example, I
Although the GBT is used, a GTO thyristor, a transistor, or the like may be used), 74, 75, 84, 85, 94, and 95 are auxiliary rectifying elements for deriving a neutral point potential of the capacitor.
Also, the load is shown for the case of the induction motor 10.
【0015】それぞれの相毎に独立に動作可能であるス
イッチングアーム7〜9の動作をスイッチングアーム7
を例にとって、その基本的な動作を説明する。The operation of the switching arms 7 to 9 which can be operated independently for each phase is
Will be described as an example.
【0016】コンデンサ61,62の電圧ed1,ed2
を完全平滑な直流電圧源として、ed1=ed2=Ed/
2(Ed:全直流電圧)とする。The voltages ed 1 and ed 2 of the capacitors 61 and 62
Is a completely smooth DC voltage source, and ed 1 = ed 2 = Ed /
2 (Ed: total DC voltage).
【0017】このとき、スイッチング素子70〜73を
表1に示すようにオン・オフ制御することにより、交流
出力端子UにEd/2,0,−Ed/2の三レベルの出
力電圧eを得る。At this time, three-level output voltages e of Ed / 2, 0, and -Ed / 2 are obtained at the AC output terminal U by controlling the on / off of the switching elements 70 to 73 as shown in Table 1. .
【0018】[0018]
【表1】 [Table 1]
【0019】Sp,So,Sn 及びSはスイッチング素子
70〜73の導通状態を1,0,−1で表現するスイッ
チング関数であり、出力電圧eはS p , S o , S n, and S are switching functions expressing the conduction state of the switching elements 70 to 73 as 1, 0, −1, and the output voltage e is
【0020】[0020]
【数1】 (Equation 1)
【0021】で表わされる。## EQU2 ##
【0022】eは大きさがEd/2,0,−Ed/2の
パルス状電圧を組み合わせた波形となるが、一般には、
eは正弦波に近づくようにSをパルス幅変調(PWM)
制御する。E has a waveform obtained by combining pulse-like voltages having magnitudes of Ed / 2, 0, and -Ed / 2.
e is pulse width modulation (PWM) of S so that it approaches a sine wave
Control.
【0023】ここで、本実施例を説明するのに先だっ
て、PWM制御について説明する。Here, prior to describing the present embodiment, the PWM control will be described.
【0024】三レベルインバータのPWM制御は先に述
べたように、(a)ダイポーラ変調,(b)部分ダイポー
ラ変調,(c)ユニポーラ変調,(d)過変調,(e)
一パルス制御を行い、出力電圧を0〜100%まではほ
ぼ連続に制御している。As described above, the PWM control of the three-level inverter is performed by (a) dipolar modulation, (b) partial dipolar modulation, (c) unipolar modulation, (d) overmodulation, and (e).
One pulse control is performed, and the output voltage is controlled almost continuously from 0 to 100%.
【0025】一般に、インバータ出力電圧指令E* は、
インバータ周波数指令Fi* に応じて、図3の実線で示
すように設定される。このインバータ出力電圧指令E*
と直流電圧Edより、正弦波変調領域での基本波振幅指
令(変調率)A(0≦A≦1)はGenerally, the inverter output voltage command E * is
It is set as shown by the solid line in FIG. 3 according to the inverter frequency command Fi *. This inverter output voltage command E *
From the DC voltage Ed, the fundamental wave amplitude command (modulation rate) A (0 ≦ A ≦ 1) in the sine wave modulation region is
【0026】[0026]
【数2】 (Equation 2)
【0027】で与えられる。これより基本変調波指令a
を、変調率A,位相θよりIs given by From this, the basic modulation wave command a
From the modulation rate A and the phase θ
【0028】[0028]
【数3】 a=Asinθ …(数3) θ=2πFi*t Fi*:インバータ周波数指令,t:時間 と作成する。A = A sin θ (Formula 3) θ = 2πFi * t Fi *: inverter frequency command, t: time
【0029】(a)のダイポーラ変調と(c)のユニポ
ーラ変調間を連続的に移行できるようにするために、数
3の基本変調波指令aを二分割し、正バイアス変調波指
令abp,負バイアス変調波指令abnを次式のように作成
する。In order to enable continuous transition between the dipolar modulation of (a) and the unipolar modulation of (c), the basic modulation wave command a of Equation 3 is divided into two, and the positive bias modulation wave command a bp , A negative bias modulation wave command a bn is created as in the following equation.
【0030】[0030]
【数4】 (Equation 4)
【0031】このバイアス量Bの設定により、(a)ダ
イポーラ変調〜(c)ユニポーラ変調を実現している。
次に各変調について説明する。By setting the bias amount B, (a) dipolar modulation to (c) unipolar modulation are realized.
Next, each modulation will be described.
【0032】図4でダイポーラ変調を説明する。FIG. 4 illustrates the dipolar modulation.
【0033】バイアス量Bが、A/2≦B<0.5 の範
囲では、正,負のバイアス変調波指令abp,abnの二層
の変調波指令により、正,負のパルスを発生させ、所定
の最小オンパルス幅を確保して、インバータ出力電圧を
ゼロまで制御できる。When the bias amount B is in the range of A / 2 ≦ B <0.5, positive and negative pulses are generated by two layers of positive and negative bias modulation wave commands a bp and a bn. As a result, a predetermined minimum on-pulse width can be ensured, and the inverter output voltage can be controlled to zero.
【0034】図5で部分ダイポーラ変調を説明する。The partial dipolar modulation will be described with reference to FIG.
【0035】バイアス量Bが、0<B<A/2の範囲が
部分ダイポーラ変調となる。バイアス量Bの大きさによ
っては、バイアス変調波指令abp,abnがゼロをクロス
するようになるが、この期間では正(または負)側のパ
ルスによって、負(または正)の電圧を実現できないた
めに、基本変調波に比べて出力電圧が減少する。そこで
この期間では、正,負の変調波指令ap ,an を次のよ
うに設定して、不足した電圧を補うようにする。Partial dipolar modulation is performed when the bias amount B is in the range of 0 <B <A / 2. Depending on the magnitude of the bias amount B, the bias modulation wave commands a bp and a bn cross zero, but in this period, a negative (or positive) voltage is realized by a positive (or negative) pulse. Since it cannot be performed, the output voltage decreases as compared with the fundamental modulation wave. Therefore, during this period, the positive and negative modulation wave commands a p and an n are set as follows to compensate for the insufficient voltage.
【0036】[0036]
【数5】 (Equation 5)
【0037】[0037]
【数6】 (Equation 6)
【0038】ただし、図5では理解しやすいように
ap ,an を正の信号で表示している。ここで、期間I
はダイポーラ変調,期間IIはユニポーラ変調である。こ
の補正により、基本変調波に等しい出力電圧が得られ、
ダイポーラ変調とユニポーラ変調が混在する部分ダイポ
ーラ変調が実現できる。[0038] However, a p for clarity in FIG. 5, displaying a a n a positive signal. Here, period I
Is dipolar modulation, and period II is unipolar modulation. By this correction, an output voltage equal to the fundamental modulation wave is obtained,
Partial dipolar modulation in which dipolar modulation and unipolar modulation coexist can be realized.
【0039】図6でユニポーラ変調を説明する。FIG. 6 illustrates unipolar modulation.
【0040】バイアス量B=0がユニポーラ変調の領域
で、正,負のバイアス変調波指令abp,abnは一致す
る。正,負の変調波指令ap ,an は次式となる。The bias amount B = 0 is in the unipolar modulation region, and the positive and negative bias modulation wave commands a bp and a bn coincide. Positive, negative modulated wave instruction a p, a n becomes the following equation.
【0041】[0041]
【数7】 (Equation 7)
【0042】[0042]
【数8】 (Equation 8)
【0043】ただし、図6ではap ,an とも正の信号
になるように表示している。なお過変調制御もこの領域
に属する。[0043] However, in FIG. 6 a p, are displayed so as to be both a n a positive signal. Note that overmodulation control also belongs to this area.
【0044】図7で過変調制御を説明する。The overmodulation control will be described with reference to FIG.
【0045】過変調制御は、正,負の変調波指令ap ,
an の振幅が1以上の領域が存在するもので、この1以
上の領域では、パルスのゼロ期間への落ち込みをなく
し、変調波のゼロクロス付近でのみPWM制御を行う。
ただし、実際の出力電圧は基本変調波に比べて小さくな
り、変調率Aの直線的増加に対して出力電圧は直線的に
増加しない。In the overmodulation control, the positive and negative modulation wave commands a p ,
in which the amplitude of a n exists one or more regions, in this one or more regions, eliminating the drop to zero duration of the pulse, perform the PWM control only near the zero cross of the modulation wave.
However, the actual output voltage is smaller than the basic modulation wave, and the output voltage does not increase linearly with the linear increase of the modulation factor A.
【0046】そのため変調率Aの設定を非直線化して出
力電圧の補正を行っている。過変調のPWM制御部分で
のスイッチング周波数が十分高ければ、出力電圧の基本
波実効値Eと変調率Aの関係は次式で表わせる。Therefore, the output voltage is corrected by making the setting of the modulation factor A non-linear. If the switching frequency in the PWM control portion of the overmodulation is sufficiently high, the relationship between the fundamental wave effective value E of the output voltage and the modulation factor A can be expressed by the following equation.
【0047】[0047]
【数9】 (Equation 9)
【0048】数9よりあらかじめ所要の変調率Aを算出
して、図8に示すように変調率Aをインバータの出力電
圧指令E* に対して非直線的に変化させれば、出力電圧
をインバータの出力電圧指令E* に対して、直線的に制
御できる。If the required modulation rate A is calculated in advance from Equation 9 and the modulation rate A is changed non-linearly with respect to the output voltage command E * of the inverter as shown in FIG. The output voltage command E * can be controlled linearly.
【0049】以上の(a)ダイポーラ変調から(d)過
変調までは、バイアス量Bの変化や変調波指令の補正,
変調率の非線形化等の要素はあるものの、PWM信号の
作成方法は基本的に同じである。From the above (a) dipolar modulation to (d) overmodulation, the change of the bias amount B, the correction of the modulation wave command,
Although there are factors such as non-linearity of the modulation factor, the method of creating the PWM signal is basically the same.
【0050】図9で一パルス制御の説明を行う。FIG. 9 illustrates one-pulse control.
【0051】三レベルPWM制御ではゼロ電圧期間の幅
を任意に設定できるため、一パルス制御時に出力電圧の
調整が可能となる。出力電圧の立上げのタイミング角度
をαとすると、インバータの出力電圧の基本波実効値E
はαを用いて次式で表わせる。In the three-level PWM control, the width of the zero voltage period can be set arbitrarily, so that the output voltage can be adjusted during one-pulse control. Assuming that the timing angle at which the output voltage rises is α, the fundamental wave effective value E of the inverter output voltage
Can be expressed by the following equation using α.
【0052】[0052]
【数10】 E=Emax・cosα …(数10) α≦30゜での電圧のカバー範囲は86.6%〜100
% であり、α≦30゜程度の範囲では前述の過変調か
ら出力電圧を連続に制御できる。E = E max · cosα (Equation 10) The voltage coverage range for α ≦ 30 ° is 86.6% to 100.
%, And in the range of α ≦ 30 °, the output voltage can be continuously controlled from the above-mentioned overmodulation.
【0053】パルス幅の設定は図9に示すように、イン
バータの出力電圧指令E*とcosθとの交点が、出力電圧
の立上げのタイミング角度αで、−cosθ との交点が、
立下げのタイミング角度βである。このように一パルス
制御のPWM信号の作成方法は、(a)ダイポーラ変調
〜(d)過変調とは全く異なる。As shown in FIG. 9, the setting of the pulse width is such that the intersection between the output voltage command E * of the inverter and cos θ is the timing angle α of the rise of the output voltage, and the intersection with −cos θ is
This is the falling timing angle β. As described above, the method of generating the PWM signal of one pulse control is completely different from (a) dipolar modulation to (d) overmodulation.
【0054】次に、図2に、本発明を車両駆動用の三レ
べルインバータ装置の制御に適用した一実施例を示す。
図2において、1はインバータ周波数指令Fi* から、
インバータの出力電圧の基本波位相を演算する位相演算
部である。インバータ周波数指令Fi* は、図示してい
ない車輪に取り付けられた回転周波数検出器の出力か
ら、電動機の回転周波数を演算し、すべり周波数指令と
加算して求める。位相演算部1の出力101は後述する
位相調整部17に入力し、その出力117は正弦波換算
部2で正弦波信号102に変換する。3はインバータの
出力電圧指令E*から、所要のインバータの瞬時出力電
圧を求めるための変調率Aの演算部である。出力電圧指
令E* は、前述のインバータ周波数指令Fi* 及び、図
示していないが、フィルタコンデンサ電圧,電動機電流
から、V/F特性が一定となるように求めた、インバー
タ出力電圧の指令値である。変調率Aは図8に示したよ
うに、過変調領域において、出力電圧指令E* と非線形
の関係となっている。変調率演算部3の出力103と、
正弦波信号102を乗算器4で乗算し、基本変調波指令
104を得る。5は変調率A出力103に対して、基本
変調波指令104に加減算を行い、ダイポーラ変調,部
分ダイポーラ変調,ユニポーラ変調を連続的に実現する
ためのバイアス量Bを設定するバイアス設定部である。
基本変調波指令104とバイアス量105とを加算器6
で加算して正バイアス変調波指令106,減算器7で減
算して負バイアス変調波指令107をそれぞれ得る。前
述した出力電圧の補正を行うため、正バイアス変調波指
令106は正の信号1061を得る分配器601,負の
信号1062を得る分配器602で正負信号に振り分
け、負バイアス変調波指令107は正の信号1071を
得る分配器701,負の信号1072を得る分配器70
2で正負信号に振り分け、加算器8で正の信号1061,1
071を加算し、正側変調波指令ap 108及び、加算
器9で負の信号1062,1072を加算し、負側変調
波指令an 109を作成する。10はパルスタイミン
グ演算部で、正,負側変調波指令108,109に基づ
いて、スイッチング関数Sp,Snのパルスタイミングを
演算する。Next, FIG. 2 shows an embodiment in which the present invention is applied to control of a three-level inverter device for driving a vehicle.
In FIG. 2, 1 is based on the inverter frequency command Fi *.
This is a phase calculation unit that calculates the fundamental wave phase of the output voltage of the inverter. The inverter frequency command Fi * is obtained by calculating the rotation frequency of the electric motor from the output of the rotation frequency detector attached to the wheel (not shown) and adding it to the slip frequency command. The output 101 of the phase calculation unit 1 is input to a phase adjustment unit 17 described later, and the output 117 is converted into a sine wave signal 102 by the sine wave conversion unit 2. Reference numeral 3 denotes a calculation unit for calculating a modulation factor A for obtaining a required instantaneous output voltage of the inverter from the output voltage command E * of the inverter. The output voltage command E * is a command value of the inverter output voltage determined from the inverter frequency command Fi * and a filter capacitor voltage and a motor current (not shown) so that the V / F characteristic is constant. is there. As shown in FIG. 8, the modulation factor A has a non-linear relationship with the output voltage command E * in the overmodulation region. An output 103 of the modulation factor calculator 3;
The sine wave signal 102 is multiplied by the multiplier 4 to obtain a basic modulation wave command 104. Reference numeral 5 denotes a bias setting unit that adds / subtracts the basic modulation wave command 104 to / from the modulation rate A output 103 and sets a bias amount B for continuously realizing dipolar modulation, partial dipolar modulation, and unipolar modulation.
Adder 6 adds basic modulation wave command 104 and bias amount 105
And the subtractor 7 subtracts to obtain a negative bias modulation wave command 107. In order to correct the output voltage described above, the positive bias modulation wave command 106 is divided into positive and negative signals by a distributor 601 for obtaining a positive signal 1061 and a distributor 602 for obtaining a negative signal 1062, and the negative bias modulation wave command 107 is 701 that obtains a negative signal 1072
2, the signal is divided into positive and negative signals.
071 adds the positive side modulation wave instruction a p 108 and adds a negative signal 1062,1072 in the adder 9, to create a negative-side modulation wave instruction a n 109. 10 is a pulse timing calculation unit, positive, based on the negative side modulation wave instruction 109, the switching function S p, calculates the pulse timing of S n.
【0055】後述するタイマ出力部11はパルス作成用
のタイマ部分であるが、通常のパルス作成は、パルスの
立上りか立下りを、サンプリング周期Ts 毎に設定する
手段が一般的である。TS 発生部18は、制御装置のク
ロツクCLKからサンプリング周期TS 118を出力す
る。このTS はインバータのスイッチング周波数を決定
する要素でもあり、インバータのスイッチング周波数F
swは次式となる。[0055] The timer output unit 11 to be described later is a timer part for creating a pulse, creating a normal pulse, the rising or falling edge of the pulse, means for setting at every sampling period T s are common. The T S generator 18 outputs a sampling period T S 118 from the clock CLK of the control device. This T S is also an element that determines the switching frequency of the inverter, and the switching frequency F of the inverter
sw is given by the following equation.
【0056】[0056]
【数11】 Fsw=1/(2×Ts ) …(数11) 図10はダイポーラ変調(領域I)とユニポーラ変調
(領域II)におけるスイッチング関数Sp,Snのタイミ
ングの発生方法を示している。サンプリング周期TS 毎
にパルスタイミングの立上りと立下りを設定するが、ま
ず時刻T1 では、Sp の立上りタイミングTpup ,Sn
の立下りタイミングTndn を、正,負側変調波指令10
8,109を用いて次式で求める。Equation 11] F sw = 1 / (2 × T s) ... ( Equation 11) FIG. 10 is a switching function S p in dipolar modulation (region I) and the unipolar modulation (region II), the method for generating the timing of S n Is shown. Setting the rise and fall of the pulse timing for each sampling period T S is, first, in time T 1, the rise timing T pup of S p, S n
The falling timing T ndn of the positive and negative modulation wave commands 10
It is obtained by the following equation using 8,109.
【0057】[0057]
【数12】 (Equation 12)
【0058】[0058]
【数13】 (Equation 13)
【0059】次の時刻T2 においては、Sp の立下りタ
イミングTpdn ,Sn の立上りタイミングTnup を次式
で求める。[0059] In the next time T 2, obtains the falling timing T pdn of S p, the rising timing T Nup of S n by the following equation.
【0060】[0060]
【数14】 [Equation 14]
【0061】[0061]
【数15】 (Equation 15)
【0062】T1 とT2 との処理をサンプリング周期T
s 毎に交互に行うことでSp,Snを作成できる。The processing of T 1 and T 2 is performed at the sampling period T
S p, can create S n by performing alternately every s.
【0063】ただし、Tpup,Tndn,Tpdn,Tnupは図
2のパルスタイミング演算部10の出力100に相当す
るもので、実際の動作はパルスモード切替スイッチ15
を介してタイマ出力部11に送られる。タイマ出力部1
1も、サンプリング周期Tsに同期して動作するため
に、演算結果のTpup,Tndn,Tpdn,Tnupは次回の時
刻、例えば時刻T1 での演算結果は時刻T2 のタイミン
グでタイマ出力されることになる。従って出力電圧は図
10のように、サンプリング周期Ts だけ遅れたものと
なる。これはタイマをサンプリング周期に同期させて動
作する場合には当然発生する遅れとなる。However, T pup , T dnn , T pdn , and T nup correspond to the output 100 of the pulse timing calculator 10 in FIG.
Is sent to the timer output unit 11 via Timer output unit 1
1 also operates in synchronization with the sampling period T s , the operation results T pup , T ndn , T pdn , and T nup are calculated at the next time, for example, the operation result at time T 1 is the time T 2 . Timer output will be performed. Therefore, the output voltage is as shown in FIG. 10, it becomes delayed by a sampling period T s. This is a delay that occurs when the timer operates in synchronization with the sampling period.
【0064】再び、図2に戻る。一パルス制御は前述の
ように、基本変調波に同期して、半周期の中で、スイッ
チング関数Sp,Snの立上りと立下りのタイミング角度
を設定する。12のcos-1E*演算部では出力電圧指令E
* とcosθ との交点を求めるため、cos-1E*を求める。
12では演算しても良いし、予めテーブルで用意しても
よい。12の出力112は、スイッチング関数Sp,Sn
のそれぞれの立上り角α,立下り角βである。これは図
9で示してある。出力112を位相タイミング演算部1
3で、時間量データに換算する。この場合、パルスタイ
ミング演算部10のようなタイミング作成方法では、例
えば、αを判断してから、タイマ出力部11から出力さ
れるまでに、サンプリング周期Ts の遅れが生じてしま
うため、同期変調が実現できない。従って、位相タイミ
ング演算部13では、基本波位相を監視しておき、次回
のサンプリング周期内で、αまたはβに達すると判断す
れば、過去の基本波位相の増加割合から、αまでの時間
量データを演算する。すなわち、現在のサンプリングで
の基本波位相をθ、前回からのサンプリング周期での基
本位相の増加分をΔθ12のcos-1E*演算部でのパルス
Sp の立上り角をαp,立下り角をβpとすると、スイッ
チング関数Sp の立上りタイミングTpup,立下りタイミ
ングTpdn は次式のようになる。Returning to FIG. One pulse control, as described above, in synchronization with the fundamental modulation wave, in the half cycle, the switching function S p, sets the timing angle of the rising and falling of S n. In the 12 cos -1 E * calculation unit, the output voltage command E
In order to find the intersection between * and cos θ, cos −1 E * is found.
In step 12, the calculation may be performed or a table may be prepared in advance. The output 112 of 12 is the switching function S p , S n
Are the rising angle α and the falling angle β. This is shown in FIG. Output 112 to phase timing calculator 1
At 3, it is converted into time data. In this case, in the timing generation method such as the pulse timing calculation unit 10, for example, a delay of the sampling period T s occurs from the determination of α to the output from the timer output unit 11, so that the synchronous modulation Cannot be realized. Accordingly, the phase timing calculation unit 13 monitors the fundamental wave phase, and if it is determined that it reaches α or β within the next sampling cycle, the amount of time from the increase rate of the past fundamental wave phase to α Operate on data. That is, the fundamental wave phase at the current sampling theta, pulse S p rise angle alpha p of the increase in the basic phase of the sampling period in cos -1 E * calculation of Δθ12 from previous falling angle the When beta p, rising timing T pup switching function S p, the fall timing T pdn is as follows.
【0065】[0065]
【数16】 (Equation 16)
【0066】一方、スイッチング関数Sn の場合も同様
に、立上り角をαn ,立下り角をβn とすると、次式で
表わせる。On the other hand, in the case of the switching function S n , similarly, if the rising angle is α n and the falling angle is β n , the following equation can be used.
【0067】[0067]
【数17】 [Equation 17]
【0068】以上の出力113を切替えスイッチ15を
介して、タイマ出力部11へ送る。パルスモード切替部
14は、出力電圧指令E* の大きさによって、(a)ダ
イポーラ変調〜(d)過変調と一パルス制御との切り替
えを判定するもので、切替信号114を切替スイッチ1
5に送って、制御モードを切り替える。また、切替信号
114を位相補正部16に送り、パルスモード切り替え
時に基本波位相の補正量と方向を演算し、演算結果11
6を位相調整部17に入力して、基本波位相101の補
正を行う。なお点線で囲んだ100の部分は三相共通の
部分であり、他の部分は各相分必要になる。The above output 113 is sent to the timer output unit 11 via the changeover switch 15. The pulse mode switching unit 14 determines switching between (a) dipolar modulation to (d) overmodulation and one-pulse control based on the magnitude of the output voltage command E *.
5 to switch the control mode. Further, the switching signal 114 is sent to the phase correction unit 16 to calculate the correction amount and the direction of the fundamental wave phase at the time of switching the pulse mode.
6 is input to the phase adjustment unit 17 to correct the fundamental wave phase 101. The portion 100 surrounded by the dotted line is a portion common to the three phases, and the other portions are required for each phase.
【0069】次に、位相補正部16の動作について、図
11を用いて説明する。図11は過変調から一パルス
に、位相180゜を境に切り替える場合を示している。
図中(a)の基本変調波指令の図は正,負側の変調波指
令ap,anと重ねて示してある。一パルス制御では、立
上げタイミングαn を演算で求めて、負側変調波指令a
n に対して、時間遅れなく負側パルスを発生できるのに
対して、多パルス制御である過変調では、(c)のよう
に正側パルスの作成に時間遅れがあるため、実際に出力
される基本波は、点線で示すap′ のようになる。従っ
て、切り替え時には基本波がap′からanに移行するた
め不連続となり、過電流が発生する。Next, the operation of the phase correction section 16 will be described with reference to FIG. FIG. 11 shows a case where the overmodulation is switched to one pulse and the phase is switched at 180 °.
Figure fundamental modulation wave instruction in FIG. (A) is positive, modulated wave instruction a p negative side is shown superimposed with a n. In one pulse control is determined by calculating the rising timing alpha n, the negative-side modulation wave instruction a
With respect to n , a negative-side pulse can be generated without a time delay. On the other hand, in overmodulation, which is multi-pulse control, since there is a time delay in the creation of a positive-side pulse as shown in FIG. The fundamental wave is as ap 'shown by a dotted line. Therefore, the fundamental wave becomes discontinuous for shifting to a n from a p 'is at the time of switching, an overcurrent is generated.
【0070】そこで位相補正部16では、基本波の位相
指令が連続するように、図10の場合では負側変調波指
令an を遅らせ、ap′からanの移行を連続とさせる。
一パルスから過変調への切り替え時には、過変調側での
パルス作成に時間遅れがあるので、過変調側の基本波の
位相指令を進ませるようにする。この補正方向の関係を
相順に対応させて整理したものを表2に示す。[0070] Therefore, in the phase correction unit 16, as the phase command of the fundamental wave is continuous, in the case of FIG. 10 delays the negative side modulation wave instruction a n, is a continuous transition of a n from a p '.
At the time of switching from one pulse to overmodulation, there is a time delay in pulse generation on the overmodulation side, so that the phase command of the fundamental wave on the overmodulation side is advanced. Table 2 shows the relationship of the correction directions arranged in correspondence with the phase order.
【0071】[0071]
【表2】 [Table 2]
【0072】補正量について説明する。本実施例のよう
に、サンプリング時間毎に制御を行うサンプル値制御の
場合、その周波数応答はサンプリング周期Ts の1/2
となる。そこで、サンプリング周期毎に演算している基
本変調波の位相出力に、1/2×Ts 相当の位相角を補
正すれば良い。The correction amount will be described. As in this embodiment, when the sample value control for controlling each sampling time, the frequency response of the sampling period T s 1/2
Becomes Therefore, the phase output of the fundamental modulation wave is calculated for each sampling period, 1/2 × T s equivalent may be corrected phase angle.
【0073】基本変調波の位相は、インバータ周波数指
令Fi* のサンプリング周期Ts 毎の増加分Δθを積算
して得られる。現在の位相をθn ,前回のサンプリング
時の位相をθn-1 とすると[0073] The basic modulation wave of the phase is obtained by integrating the increment Δθ of each sampling period T s of the inverter frequency command Fi *. If the current phase is θ n and the phase at the previous sampling is θ n-1
【0074】[0074]
【数18】 θn =θn-1 +Δθ …(数18) Δθ=k×Ts ×Fi* ここで k:換算係数 の関係にあるので、パルスモード切り替え時に1/2Δ
θの補正量を演算し、補正を行う。[Number 18] θ n = θ n-1 + Δθ ... ( number 18) Δθ = k × T s × Fi * Here k: because it is the relationship of the conversion factor, 1 / 2Δ at the time of the pulse mode switching
The correction amount of θ is calculated and the correction is performed.
【0075】[0075]
【発明の効果】本発明によれば、非同期変調と同期変調
との基本変調波の位相の遅れを補正し、出力電圧を連続
に制御できるため、変調モードの切り替えにともなう出
力電流の変動もなく、滑らかな制御が行える。According to the present invention, the output voltage can be controlled continuously by correcting the phase delay of the fundamental modulation wave between the asynchronous modulation and the synchronous modulation, so that the output current does not fluctuate due to the switching of the modulation mode. , Smooth control can be performed.
【図1】本発明を適用する車両駆動用の三レベルインバ
ータ装置の主回路図。FIG. 1 is a main circuit diagram of a three-level inverter device for driving a vehicle to which the present invention is applied.
【図2】本発明の一実施例を示す制御ブロック図。FIG. 2 is a control block diagram showing one embodiment of the present invention.
【図3】三レベルインバータのPWM制御特性図。FIG. 3 is a PWM control characteristic diagram of a three-level inverter.
【図4】ダイポーラ変調の基本変調波指令と出力電圧の
パルス波形図。FIG. 4 is a pulse waveform diagram of a basic modulation wave command and output voltage of dipolar modulation.
【図5】部分ダイポーラ変調の基本変調波指令と出力電
圧のパルス波形図。FIG. 5 is a pulse waveform diagram of a basic modulation wave command and output voltage of partial dipolar modulation.
【図6】ユニポーラ変調の基本変調波指令と出力電圧の
パルス波形図。FIG. 6 is a pulse waveform diagram of a basic modulation wave command and output voltage of unipolar modulation.
【図7】過変調の基本変調波指令と出力電圧のパルス波
形図。FIG. 7 is a pulse waveform chart of an overmodulation basic modulation wave command and an output voltage.
【図8】インバータ出力電圧指令と変調率の関係を示す
説明図。FIG. 8 is an explanatory diagram showing a relationship between an inverter output voltage command and a modulation factor.
【図9】一パルス制御の出力電圧のパルス波形を示す説
明図。FIG. 9 is an explanatory diagram showing a pulse waveform of an output voltage of one-pulse control.
【図10】多パルス制御時のパルスタイミング発生方向
を示す説明図。FIG. 10 is an explanatory diagram showing a pulse timing generation direction during multi-pulse control.
【図11】過変調から一パルス制御への移行の説明図。FIG. 11 is an explanatory diagram of a transition from overmodulation to one-pulse control.
1…位相演算部、3…変調率演算部、5…バイアス設定
部、10…パルスタイミング演算部、11…タイマ出力
部、12…cos-1E*演算部、13…位相タイミング演算
部、14…パルスモード切替部、16…位相補正部、1
7…位相調整部、18…サンプリング設定部。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Phase calculation part, 3 ... Modulation rate calculation part, 5 ... Bias setting part, 10 ... Pulse timing calculation part, 11 ... Timer output part, 12 ... Cos -1 E * calculation part, 13 ... Phase timing calculation part, 14 ... Pulse mode switching unit, 16 ... Phase correction unit, 1
7: phase adjustment unit, 18: sampling setting unit.
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−146160(JP,A) 特開 平5−344739(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 7/48 H02M 7/5387 Continuation of the front page (56) References JP-A-5-146160 (JP, A) JP-A-5-344739 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H02M 7 / 48 H02M 7/5387
Claims (2)
によりオン・オフ動作させて直流電圧を三レベルの三相
交流電圧に変換するインバータであって、該インバータ
の交流出力の相電圧に比例した基本変調波指令を発生す
る手段と、該基本変調波指令の位相に対して非同期に所
定のサンプリング周期で前記基本変調波指令をサンプリ
ングして前記基本変調波指令の大きさに応じたパルス幅
のパルス立上がり、立下がりのタイミング角度を演算す
るパルス幅変調方式により前記基本変調波指令の半周期
に複数のパルス列の前記パルス制御信号を生成する多パ
ルス制御モードと、前記基本変調波指令の位相に対して
サンプリング周期を同期させて前記基本変調波指令の半
周期内に1パルスの立上がり、立下がりタイミングの角
度を演算し、前記基本変調波指令の半周期に1パルスの
前記パルス制御信号を生成する1パルス制御モードとに
より前記インバータを制御するインバータの制御装置に
おいて、 前記多パルス制御モードと前記1パルス制御モードとの
切り替え時に、前記基本変調波指令の位相を前記サンプ
リング周期に依存した所定の周期分だけ相順に対応させ
て進ませ又は遅らせる補正をする手段を備えたことを特
徴とするパルス幅変調方式インバータの制御装置。A DC voltage is changed to a three-phase three-phase by turning on and off a plurality of switching elements by a pulse control signal.
An inverter for converting to an AC voltage , wherein the inverter generates a basic modulation wave command proportional to a phase voltage of an AC output of the inverter .
Means for sampling the basic modulation wave command at a predetermined sampling cycle asynchronously with respect to the phase of the basic modulation wave command, and setting the pulse rise and fall of a pulse width corresponding to the magnitude of the basic modulation wave command. A multi-pulse control mode that generates the pulse control signals of a plurality of pulse trains in a half cycle of the basic modulation wave command by a pulse width modulation method that calculates a timing angle, and a sampling cycle is synchronized with the phase of the basic modulation wave command. It is allowed rise of one pulse in the half cycle of the fundamental modulation wave instruction and calculates the angle of the falling timing, and the one-pulse control mode for generating the pulse control signal of one pulse half cycle of the fundamental modulation wave instruction switching of the inverter control device for controlling said inverter, and said multi-pulse control mode and the one-pulse control mode by Sometimes, the phase of the basic modulation wave command is made to correspond to the phase sequence for a predetermined period depending on the sampling period.
A control device for a pulse width modulation type inverter, comprising: means for making a correction for advancing or delaying .
正は、前記サンプリング周期の1/2周期分としたこと
を特徴とするパルス幅変調方式インバータの制御装置。2. The control device for a pulse width modulation type inverter according to claim 1, wherein the correction for the predetermined period is performed for a half of the sampling period.
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JP33102193A JP3156478B2 (en) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | Control device for pulse width modulation type inverter |
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