JP2543541B2 - Pwmインバ―タの駆動装置 - Google Patents

Pwmインバ―タの駆動装置

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JP2543541B2
JP2543541B2 JP62282844A JP28284487A JP2543541B2 JP 2543541 B2 JP2543541 B2 JP 2543541B2 JP 62282844 A JP62282844 A JP 62282844A JP 28284487 A JP28284487 A JP 28284487A JP 2543541 B2 JP2543541 B2 JP 2543541B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はPWMインバータの駆動装置に係り、特に、交
流電動機などの速度制御を行なうに好適なPWMインバー
タの駆動装置に関する。
〔従来の技術〕
交流電動機の速度制御を行なう方式として、インバー
タのスイッチング素子にPWMパルス信号を与える方式が
知られている。このPWMパルス信号を発生させるに際し
て、可変電圧可変周波数の電圧指令信号と一定周波数の
三角波又は鋸歯波による搬送波との大小関係を比較し、
両信号の大小に応じてデユーテイ比が変わるPWMパルス
信号を発生させる方式が採用されている。この方式を採
用したものとしては、例えば特開昭61−109467号及び特
開昭61−199472号公報に記載されているものがある。こ
れらPWMパルス信号を発生させる方式には、従来より搬
送波を一定にしたまま可変電圧可変周波数の電圧指令信
号(変調波)を変化させる非同期方式と、変調波と搬送
波を同期させる同期方式が用いられている。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術における非同期方式のものは、同期方式
のようにPLL(フエーズ ロツクド ループ)回路やパ
ルス数切換回路が不要であるので回路構成を簡素化する
ことができるが、非同期方式の場合、搬送波と変調波を
逐次比較する方式のため、搬送波発生回路及び逐次比較
回路をハード回路で構成し、高速で比較する必要があ
る。この搬送波発生回路及び比較回路をソフト化しよう
とすると、マイクロコンピュータの処理時間の制約によ
り比較演算ピッチが遅くなり、変調波である電圧指令と
出力電圧の間でビートが発生する。特に、変調波の周波
数が高くなるとその影響が大きくなり、インバータによ
つて電動機の速度制御を行なう場合に、ビートにより電
流振動や騒音などを発生するという不具合があつた。
即ち、第2図と第3図に示されるように、搬送波11と
変調波12とを比較し、搬送波11のレベルが変調波12のレ
ベルよりも低いときにハイレベルになるPWMパルス信号1
3を出力するようにしている。ところが、電動機の速度
を制御するための指令値である変調波12の周波数が高く
なると、変調波12の電圧が減少するときにはPWMパルス
信号13の位相が理想的なPWMパルス信号(破線で示され
る波形)よりも遅れ、逆に、変調波12の電圧が増加する
ときにはPWMパルス信号13の位相が理想的なPWMパルス信
号(破線で示される波形)よりも進むようになる。
これは、搬送波11の一周期Tc内における変調波12の平
均電圧で考えると、変調波12の一周期Tcにおける平均電
圧が0Vのときには、0Vラインと搬送波11との交点がPWM
パルス信号13のレベルが反転するポイントとなる。この
ため、変調波12と搬送波11との交点をPWMパルス信号13
のレベル反転のポイントとすると、変調波12の周波数が
高くなるに従つて、前述しように、理想とするPWMパル
ス信号13と実際のPWMパルス信号13との間に位相ずれが
生じ、第4図の破線で示される信号を交流電動機に印加
すべきであるが、実際には第4図の実線で示される破形
の信号が交流電動機に印加されることになる。第4図の
破線で示される信号は電圧指令信号に対して位相がずれ
ているため、これが原因でビートが発生することにな
る。
本発明の目的は、非同期方式における電圧指令信号と
インバータ出力信号の位相ずれを抑制することができる
PWMインバータ装置の駆動装置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、インバータ出力を調整するするための電圧
指令信号を出力する電圧指令手段と、前記電圧指令信号
よりも周波数の高い仮想搬送波の一周期に相当するタイ
ミングで順次タイミングパルスを出力するタイミングパ
ルス発生手段と、前記電圧指令手段出力の電圧指令信号
に従って電圧指令信号の位相角を所定値進めた進相電圧
指令信号を生成する進相電圧指令信号生成手段と、進相
電圧指令信号生成手段の生成による進相電圧指令信号か
ら前記仮想搬送波の一周期の中間点における電圧指令信
号の電圧値に相当する進相中間値を算出する進相中間値
算出手段と、進相中間値算出手段の算出値と前記仮想搬
送波の振幅値を基に振相中間値を通り仮想搬送波の時間
軸に平行な仮想線と前記仮想搬送波との交点に相当する
オンタイミング時間とオフタイミング時間を前記タイミ
ングパルスの発生タイミングを基準に算出するオンオフ
タイミング時間算出手段と、オンオフタイミング時間算
出手段の算出によるオンタイミング時間とオフタイミン
グ時間に従ってインバータのスイッチング素子をオンす
るためのオンパルス信号とインバータのスイッチング素
子をオフするためのオフパルス信号を順次インバータへ
出力するPWMパルス発生手段とを備えているPWMインバー
タの駆動装置を構成したものである。
〔作用〕
インバータ出力を調整するするための電圧指令信号が
出力されると、電圧指令信号より周波数の高い仮想搬送
波の一周期に相当するタイミングで順次タイミングパル
スを出力され、電圧指令信号の位相角を所定値進めた進
相電圧指令信号が生成され、進相電圧指令信号から仮想
搬送波の一周期の中間点における電圧指令信号の電圧値
に相当する進相中間値が算出される。そして進相中間値
と仮想搬送波の振幅値を基に進相中間値を通り時間軸に
平行な仮想線と仮想搬送波との交点に相当するオンタイ
ミング時間とオフタイミング時間がタイミングパルスの
発生タイミングを基準に算出され、算出されたオンタイ
ミング時間に従ってオンパルス信号がインバータのスイ
ッチング素子に出力され、算出されたオフタイミング時
間に従ってオフパルス信号がインバータのスイッチング
素子に出力される。これにより、インバータからは、電
圧指令信号との間の位相ずれが抑制された交流電圧が出
力される。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図に基づいて説明す
る。
第1図において、インバータ20は直流電圧P,Nを3相
の交流電圧に変換し、駆動対象としての交流電動機22を
駆動するようになつている。インバータ20は各種のスイ
ツチング素子を有し、各スイツチング素子には駆動装置
24からのパルス信号が供給されるようになつている。
駆動装置24はマイクロプロセツサ26、ROM28,割り込み
信号発生回路30,カウンタ32,34,36,38,40,42、パルス発
生回路44,46,48、論理反転回路50,52,54、ドライバ回路
56から構成されている。
マイクロプロセツサ26はCPU,RAM,ROM,I/Oなどを有
し、速度指令及び交流電動機22の回転速度に応じた速度
信号が供給されている。そしてマイクロプロセツサ26は
速度指令と交流電動機22からの速度信号を基に交流電動
機22の速度を調整するための指令値を電圧指令信号とし
て生成するようになつている。
又、マイクロプロセツサ26には、タイミングパルス発
生手段としての割り込み信号発生回路30から、第5図の
(E)に示されるように、一定周期のタイミングパルス
としての割込みパルスが供給されるようになつている。
このタイミングパルスは、第5図の(A)に示されるよ
うに、電圧指令信号60よりも周波数の高い搬送波、例え
ば1.2kHzの三角波の一周期Tcに相当するタイミングで順
次出力されるようになつている。そしてマイクロプロセ
ツサ26は、割込みパルスを基に搬送波一周期の平均出力
電圧が、搬送波一周期の平均電圧指令値に一致するよう
なPWMパルスのオン/オフタイミング時間を算出するよ
うに、次のような演算を行っている。
例えば、第5図に示すように、時刻t0(割込みパルス
の発生タイミングi+1の時点)にて、タイミング(i
+1)〜(i+2)間のPWMパルスのオン/オフタイミ
ング時間を求める場合、仮想搬送波62の一周期間におけ
るインバータ20の平均出力電圧は、仮想搬送波62の一周
期間における電圧指令信号60の変化を直線変化と考える
と、仮想搬送波62の一周期の中間点である時刻taの電圧
値Vaが平均値を示している(第5図(B)、(C)参
照)。そこで、時刻t0の時点で時刻taの電圧指令値(電
圧指令信号)を求めるために、第5図(D)に示すよう
に、点線で示す電圧指令信号60の位相を位相角θだけ進
めた進相電圧指令信号60′を求めている。
次に、進相電圧指令信号60′から電圧指令信号60の中
間点の電圧Vaに相当する電圧(進相中間値)Va′を求
め、電圧Va′を通り仮想搬送波62の時間軸に平行な仮想
線64と仮想搬送波62との交点C1,C2を求める。そして時
刻t0と各交点C1,C2までの時間T1、T2をPWMパルス発生時
間として求め、T1をオンタイミング時間、T2をオフタイ
ミング時間としている。そしてこれらの時間T1,T2の次
の(1)式,(2)式によつて求められる。
T2=Tc−T1 …(2) ここに、Vpは仮想搬送波62の最大値を示す。
又、時間T1はPWMパルスのオフタイミングの対応した
時間として、T2はPWMパルスのオンタイミングに対応し
た時間として求められる。
このように、マイクロプロセッサ26は、速度指令及び
速度信号から電圧指令信号60を生成する電圧指令手段
と、電圧指令信号60に従って電圧指令信号60の位相角を
所定値進めた進相電圧指令信号60′を生成する進相電圧
指令信号生成手段と、進相電圧指令信号60′を基に仮想
搬送波62の一周期間の中間点における電圧指令信号60の
電圧Vaに相当する電圧(進相中間値)Va′を算出する進
相中間値算出手段と、進相中間値算出手段の算出値と仮
想搬送波62の振幅値を基に電圧(進相中間値)Va′を通
り仮想搬送波62の時間軸に平行な仮想線64と仮想搬送波
62との交点に相当するオンタイミング時間とオフタイミ
ング時間を割込みパルスの発生タイミングを基準に算出
するオンオフタイミング時間算出手段を構成するように
なっており、オンオフタイミング時間算出手段の各算出
値が各カウンタ32〜42に出力されるようになっている。
また、電圧指令信号60の仮想搬送波62の1/2周期に相
当する中間点の電圧Vaを時刻t0で算出するに際して、電
圧指令信号60の位相を所定値、例えば、位相角θ分進め
ているが、この位相角θは、例えば、次のようにして求
められる。
割込みパルスの発生時間である時刻t0と、仮想搬送波
62の1/2周期に相当する時刻taとの時間差をΔtとし、
電圧指令信号60の周波数をfoとすると、θは次の(3)
式によって表される。
θ=2π・fo・Δt ……(3) カウンタ32,34はU相のスイツチング素子を駆動する
ためのカウンタとして用いられ、カウンタ36,38はV相
のカウンタとして用いられ、カウンタ40,42はW相のカ
ウンタとして用いられている。以下各相とも同様な機能
であるため、U相のカウンタのみについて説明する。カ
ウンタ32にはオフタイミングのタイミング値が設定さ
れ、カウンタ34にはオンタイミング値が設定される。そ
して各カウンタ32,34はタイミングパルスに同期してマ
イクロプロセツサ26からのクロツクパルスをカウント
し、カウント値がオフタイミングに対応したカウント値
になつたときオフパルスをパルス発生回路44へ出力す
る。またカウンタ34はタイミングパルスに同期してマイ
クロプロセツサ26からのクロツクパルスを計数し、この
計数値がオンタイミングに対応したカウント値になつた
ときにオンパルスをパルス発生回路44へ出力するように
なつている。パルス発生回路44はカウンタ32の出力パル
スによつてP側のスイツチング素子駆動用のPWMパルス
信号を出力し、カウンタ34からの出力パルスによつてN
側のスイツチング素子駆動用のPWMパルス信号を出力す
るようになつている。前者のPWMパルス信号は直接ドラ
イバ回路56へ供給され、後者のPWMパルス信号は論理反
転回路50を介してドライバ56へ供給されるようになつて
いる。そして各パルス信号はドライバ回路56によつて増
幅され、インバータ20のスイツチング素子に供給され
る。そして各インバータ20のスイツチング素子にPWMパ
ルス信号が供給されると、インバータ20からは第5図の
(B),(C)に示されるようなPWMパルス信号が出力
される。インバータ20から出力されるPWMパルス信号の
平均値は電圧指令信号60とほぼ同位相の信号となる。こ
のため、電圧指令信号60とインバータ20の出力信号との
位相差に伴うビートの発生を抑制することができる。
又、前記実施例においては、カウンタ32〜42を用いた
ものについて述べたが、マイクロプロセツサ26にハード
タイマやスケジユーリングメモリが内蔵されている場合
には、カウンタの代わりにこれらのものを用いることが
可能であり、この場合にはハードウエアの構成をより簡
素化することができる。
又、前記実施例においては、カウンタ32〜42とパルス
発生回路44〜48によつてPWMパルス発生手段を構成し、
論理反転回路50,52,54の出力信号を、各相のN側スイツ
チング素子を駆動するために用いることについて述べた
が、スイツチング素子がオフするときには駆動パルスの
信号よりも遅れがあるため、パルス発生回路44の出力側
に遅延回路を挿入し、P側のスイツチング素子がオフに
なるときとN側のスイツチング素子がオンになるときと
の間にノンラツプ時間を設ければ、P側のスイツチング
素子とN側のスイツチング素子が同時にオン状態になる
のに防止することができる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、電圧指令信号
とインバータ出力信号との位相ずれを抑制するようにし
たため、電圧指令信号とインバータ出力信号との位相差
に伴うビートの発生によつて電流振動や騒音が生じるの
を抑制することができ、インバータの性能の向上に寄与
することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す構成図、第2図及び第
3図はそれぞれ従来例の作用を説明するための波形図、
第4図は従来例の特性を説明するための波形図、第5図
は本発明に係る装置の作用を説明するための波形図であ
る。 20……インバータ、22……交流電動機、26……マイクロ
プロセツサ、30……割り込み信号発生回路、32,34,36,3
8,40,42……カウンタ、44,46,48……パルス発生回路、5
0,52,54……論理反転回路、56……ドライバ回路。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】インバータ出力を調整するするための電圧
    指令信号を出力する電圧指令手段と、前記電圧指令信号
    よりも周波数の高い仮想搬送波の一周期に相当するタイ
    ミングで順次タイミングパルスを出力するタイミングパ
    ルス発生手段と、前記電圧指令手段出力の電圧指令信号
    に従って電圧指令信号の位相角を所定値進めた進相電圧
    指令信号を生成する進相電圧指令信号生成手段と、進相
    電圧指令信号生成手段の生成による進相電圧指令信号か
    ら前記仮想搬送波の一周期の中間点における電圧指令信
    号の電圧値に相当する進相中間値を算出する進相中間値
    算出手段と、進相中間値算出手段の算出値と前記仮想搬
    送波の振幅値を基に振相中間値を通り仮想搬送波の時間
    軸に平行な仮想線と前記仮想搬送波との交点に相当する
    オンタイミング時間とオフタイミング時間を前記タイミ
    ングパルスの発生タイミングを基準に算出するオンオフ
    タイミング時間算出手段と、オンオフタイミング時間算
    出手段の算出によるオンタイミング時間とオフタイミン
    グ時間に従ってインバータのスイッチング素子をオンす
    るためのオンパルス信号とインバータのスイッチング素
    子をオフするためのオフパルス信号を順次インバータへ
    出力するPWMパルス発生手段とを備えているPWMインバー
    タの駆動装置。
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS631375A (ja) * 1986-06-18 1988-01-06 Mitsubishi Electric Corp インバ−タの出力制御装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS631375A (ja) * 1986-06-18 1988-01-06 Mitsubishi Electric Corp インバ−タの出力制御装置

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