JPH065990B2 - Pwmインバータの制御方法 - Google Patents

Pwmインバータの制御方法

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JPH065990B2
JPH065990B2 JP59009882A JP988284A JPH065990B2 JP H065990 B2 JPH065990 B2 JP H065990B2 JP 59009882 A JP59009882 A JP 59009882A JP 988284 A JP988284 A JP 988284A JP H065990 B2 JPH065990 B2 JP H065990B2
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泰文 赤木
悟司 小笠原
義典 中西
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    • 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)
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Description

【発明の詳細な説明】 [技術分野] 本発明は、インバータの出力電流を検出してフィードバ
ックし、指令値に追従させる電流制御形PWM(pulse
width modulation)インバータの制御方法に関する。
[背景技術] 従来の電流制御形PWMインバータの制御方法は、第1
図および第2図に示す2種類の方式に大別できる。
第1図の方式は、電流の指令値iと検出値iとの差を
PI制御器11を用いて一旦電圧指令値vに変換した
後、コンパレータ12において三角波のキャリアと比較
してパワートランジスタ(或いはGTOサイリスタ)の
スイッチングを決定する、公知の方式である。従って、
パワートランジスタのスイッチング周波数は三角波のキ
ャリア周波数と等しくなる。
しかし、この方式では、PI制御器11の設計が難し
く、電流の指令値iが交流量(インバータでは必ず交
流量となる)の場合には定常偏差を生じる、等の欠点が
ある。
第2図の方式は、電流の指令値iと検出値iとをヒス
テリシス幅をもって比較するヒステリシスコンパレータ
21を利用しているため、第1図の方式に比べて原理的
に電流制御特性が優れ、かつ上述のような定常偏差を生
じない利点がある。しかし、電流の指令値iや電流の
検出値iにドリフトが生じると、ヒステリシスコンパレ
ータ21は等価的にゲインの非常に大きいアンプと考え
られるので、そのドリフト分が増幅される。その結果、
単相回路ではインバータの出力電流に直流分が現れる。
従って、この方式を三相回路に適用すると、負荷の中性
点(Δ接続では仮想的な中性点)の電位が変動するた
め、 オペアンプのドリフトを調整して零にする。
負荷、インバータ、電源の中性点を互いに接続する。
等の対策が必要となる。
しかし、の点については、素子の経年変化によりドリ
フトを常に零に調整することは難しい。また、の点に
ついては、電源に中性点を設けるために三相変圧器を必
要とし、更に中性点のない負荷(Δ接続負荷)には適用
できない等の欠点がある。しかも、第2図の方式では、
パワートランジスタのスイッチング周波数が負荷のイン
ダクタンス等により大きく変化し、このため最適なスイ
ッチング周波数となるように負荷に応じてヒステリシス
の幅を調整しなければならないという欠点もある。
[発明の目的] ここにおいて、本発明の目的は、第2図の方式における
上述の欠点を除去し、オペアンプのドリフトの影響をま
ったく受けず、しかも負荷に応じてヒステリシスの幅を
調整する必要のない新しい電流制御形PWMインバータ
の制御方法を提供することにある。
[発明の構成] そのため、本発明の構成は、三相負荷を駆動する三相P
WMインバータの出力電流を検出し、この検出値と各相
指令値とを各相毎にヒステリシスコンパレータで比較
し、この各ヒステリシスコンパレータの出力により前記
インバータの各相スイッチング素子をスイッチング動作
させるPWMインバータの制御方法において、前記三相
負荷の中性点電位を求め、この中性点電位を前記各相指
令値に負帰還させる一方、前記スイッチング素子の平均
スイッチング周波数を検出し、その平均スイッチング周
波数が前記スイッチング素子に応じて予め決定したスイ
ッチング周波数指令値と一致するように各相のヒステリ
シスコンパレータのヒステリシス幅を制御することを特
徴としている。
[実施例] 第3図は本発明の一実施例を示している。同実施例で
は、第2図の方式に図中破線で囲まれた中性点電位フィ
ードバック制御回路31およびスイッチング周波数フィ
ードバック制御回路41が新たに付加されている。
まず、中性点電位フィードバック制御回路31の動作に
ついて説明する。例えば、第4図に示す三相PWMイン
バータでは、パワートランジスタのベース信号から中性
点電位を演算することができる。いま、図中Pグループ
のパワートランジスタTrup、Trvp、Trwpのうちパ
ワートランジスタTrup、Trvpのベース信号Bup、B
vpおよびNグループのパワートランジスタTrun、Tr
vn、TrwnのうちパワートランジスタTrwnのベース信
号Bwnがそれぞれオン状態であれば、負荷R
,Rの中性点電位はインバータの出力電流にまっ
たく無関係にE/3となる。
そこで、本実施例の中性点電位フィードバック回路31
では、第3図のようにPグループのパワートランジスタ
Trup、Trvp、Trwpのベース信号Bup、Bvp、Bwp
のオン時間と、NグループのパワートランジスタTru
n、Trvn、Trwnのベース信号Bun、Bvn、Bwnのオ
ン時間との差を積分器32で積分し、その出力を帰還値
enとして前記指令値iにフィードバックする負帰還
回路を構成している。このようにすると、ドリフトの影
響を完全に補償することができる。ここで、電流の指令
値iや検出値iにドリフトがない場合には帰還値en
は零となる。
次に、前記スイッチング周波数フィードバック回路41
の動作について説明する。第4図の三相PWMインバー
タにおいて、最大スイッチング周波数はパワートランジ
スタのターンオフタイムやストレージタイム等の半導体
素子の特性により制限される。例えば、450V、50
Aのパワートランジスタでは最大スイッチング周波数は
10KHz程度である。しかし、常に最大スイッチング
周波数でスイッチングを行なえば良好な電流制御が可能
であるが、スイッチング損失が増加するため、実用的な
平均スイッチング周波数は通常1〜2KHz(450
V、50Aパワートランジスタの場合)程度に抑えられ
る。
従来の制御方式では、最大スイッチング周波数の上限値
を決定し、平均スイッチング周波数が実用的な値となる
ように負荷に応じてヒステリシスコンパレータ21のヒ
ステリシス幅を調整しているため、極めて面倒であっ
た。
これに対して、本実施例のスイッチング周波数フィード
バック回路41では、PWMインバータのスイッチング
素子の平均スイッチング周波数を検出してフィードバッ
クし、これが、使用するスイッチング素子に応じて予め
決定した平均スイッチング周波数の指令値に一致するよ
うにヒステリシスコンパレータ21のヒステリシス幅Δ
iを自動的に制御するようにしている。具体的には、ス
イッチング素子の平均スイッチング周波数を検出し、そ
の平均スイッチング周波数と平均スイッチグ周波数指令
値との差を積分器42で積分し、その出力にオフセット
値を加え、その結果に対応するヒステリシス幅Δiに自
動的に制御するようにしている。従って、平均スイッチ
ング周波数指令値を設定すれば、負荷に応じてヒステリ
シス幅を調整する必要がない利点がある。なお、最大ス
イッチング周波数を10KHz程度に制限することは容
易に行なうことができる。
第5図は本発明の制御方法を第4図に示す三相PWMイ
ンバータに適用した具体的実施例を示している。同図に
おいて、中性点電位フィードバック回路31では、発振
回路301からのクロックパルスが差分回路302を通
じて積分カウンタ303でカウントされるようになって
いる。積分カウンタ303は、差分回路302へNグル
ープパワートランジスタTrun,Trvn,Trwnのオン
指令Un,Vn,Wnが与えられているときアップカウ
ンタとして働き、一方前記オン指令Un,Vn,Wnが
与えられていないときダウンカウンタとして働く。従っ
て、積分カウンタ303において、Pグループパワート
ランジスタTrup,Trvp,Trwpへのオン指令時間と
NグループパワートランジスタTrun,Trvn,Trwn
へのオン指令時間との差が積分される。積分カウンタ3
03の出力は、マルチプライヤD/A304において、
アナログ量に変換された後、積分定数Kと乗算され
る。マルチプライヤD/A304からの出力つまり中性
点電位は帰還値enとして各相の電流指令値i(u),i
(v),i(w)にフィードバックされる。
中性点電位と各相の電流指令値i(u),i(v),i
(w)との差は、スイッチング周波数フィードバック回
路41によってヒステリシス幅Δiが制御されるヒステ
リシスコンパレータ21U,21V,21Wへそれぞれ
入力される。前記スイッチング周波数フィードバック回
路41では、発振回路401から予め平均スイッチング
周波数指令値に対応した周期で出されるクロックパルス
およびNグループパワートランジスタTrun,Trvn,
Trwnのオン指令Un,Vn,Wnが差分回路402を
通じて積分カウンタ403でカウントされるようになっ
ている。積分カウンタ403は、発振回路401からの
クロックパルスによりカウントアップされ、一方前記オ
ン指令Un,Vn,Wnによりカウントダウンされる。
従って、積分カウンタ403において、パワートランジ
スタの平均スイッチング周波数と平均スイッチング周波
数指令値との差が積分される。積分カウンタ403の出
力は、マルチプライヤD/A404において、アナログ
量に変換された後、積分定数Kと乗算される。マルチ
プライヤD/A404からの出力は、リミッタ回路40
5へ入力され、ヒステリシス幅Δiの上下限値が制限さ
れる。
その結果、ヒステリシス幅Δiをもつ各ヒステリシスコ
ンパレータ21U,21V,21Wにおいて、中性点電
位enと各相の電流指令値i(u),i(v),i(w)と
の差と各相の電流検出値i(u),i(v),i(w)とが比較さ
れPグループパワートランジスタTrup,Trvp,Tr
wpへのオン指令およびNグループパワートランジスタT
run,Trvn,Trwnへのオン指令が出力される。
従って、これにより中性点のない負荷に対しても適用で
きるとともに、ドリフトの影響が補償され、かつ負荷に
応じてヒステリシス幅を調整する必要がない。
[発明の効果] 以上の通り、本発明によれば、定常偏差がなく、かつ過
渡特性の優れた第2図の方式を、中性点のない負荷に対
しても適用できる上、ドリフトなどの影響も受けず、し
かも、平均スイッチング周波数を設定するのみで、負荷
に応じてヒステリシス幅の調整が不要なPWMインバー
タの制御方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図はそれぞれ従来のPWMインバータ
の制御方法を示すブロック図、第3図は本発明の制御方
法の一実施例を示すブロック図、第4図は三相PWMイ
ンバータを示す回路図、第5図は本発明の制御方法を三
相PWMインバータに適用した実施例を示すブロック図
である。 21,21U,21V,21W…ヒステリシスコンパレ
ータ、31…中性点電位フィードバック回路、41…ス
イッチング周波数フィードバック回路、Trup、Trv
p、Trwp、Trun、Trvn、Trwn…スイッチング素
子としてのパワートランジスタ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】三相負荷を駆動する三相PWMインバータ
    の出力電流を検出し、この検出値と各相指令値とを各相
    毎にヒステリシスコンパレータで比較し、この各ヒステ
    リシスコンパレータの出力により前記インバータの各相
    スイッチング素子をスイッチング動作させるPWMイン
    バータの制御方法において、前記三相負荷の中性点電位
    を求め、この中性点電位を前記各相指令値に負帰還させ
    る一方、前記スイッチング素子の平均スイッチング周波
    数を検出し、その平均スイッチング周波数が前記スイッ
    チング素子に応じて予め決定したスイッチング周波数指
    令値と一致するように各相のヒステリシスコンパレータ
    のヒステリシス幅を制御することを特徴とするPWMイ
    ンバータの制御方法。
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