JP4220481B2 - PWM inverter device and control method thereof - Google Patents

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JP4220481B2 JP2005033785A JP2005033785A JP4220481B2 JP 4220481 B2 JP4220481 B2 JP 4220481B2 JP 2005033785 A JP2005033785 A JP 2005033785A JP 2005033785 A JP2005033785 A JP 2005033785A JP 4220481 B2 JP4220481 B2 JP 4220481B2
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本発明は、パルス幅変調(PWM)により直流電圧を交流電圧に変換するPWM
インバータ装置に係り、特に、高速での再力行時などの過渡時にも出力電流の乱
れを無くする技術に関する。
The present invention is a PWM that converts a DC voltage into an AC voltage by pulse width modulation (PWM).
The present invention relates to an inverter device, and more particularly, to a technique for eliminating disturbance of an output current even at a transient time such as repowering at high speed.

従来技術として、非同期バイポーラ変調モードと非同期過変調モードとの組合
せにより、出力電圧を制御するPWMインバータ装置(特許文献1を参照)があ
る。また、非同期PWMモードと同期PWMモードとの組合せにより、出力電圧
を制御するPWMインバータ装置(特許文献2を参照)がある。
As a prior art, there is a PWM inverter device that controls an output voltage by a combination of an asynchronous bipolar modulation mode and an asynchronous overmodulation mode (see Patent Document 1). There is also a PWM inverter device (see Patent Document 2) that controls an output voltage by a combination of an asynchronous PWM mode and a synchronous PWM mode.

特開平7−227085号公報JP-A-7-227085 特開平9−261966号公報JP-A-9-261966

車両の駆動に用いられるPWMインバータ装置においては、加速中または減速
中にモータが発生するトルクを一定とするため、図2に示すように、出力電圧の
基本波周波数Finvと出力電圧指令Vcとの比を一定に保つ制御が一般的である。
制御する出力電圧の範囲は、0から電圧利用率最大となる電圧までの全範囲で
あり、この制御を実現するために、複数のPWMモードを組合せて制御する。こ
のような制御方法の例として上記従来技術がある。
低出力電圧領域では、出力電圧0まで連続に制御可能とするために、電圧パル
スの出力タイミングが出力電圧基本波の位相に依存しない非同期PWMモードを
用い、また電圧利用率最大となる運転領域では、出力電圧パルス波形を基本波と
同じ極性の180°通電にする1パルスモードにより制御している。
In a PWM inverter device used for driving a vehicle, the torque generated by the motor during acceleration or deceleration is constant, so that the fundamental frequency of the output voltage Finv and the output voltage command Vc, as shown in FIG. Control that keeps the ratio constant is common.
The range of the output voltage to be controlled is the entire range from 0 to the voltage having the maximum voltage utilization rate. In order to realize this control, control is performed by combining a plurality of PWM modes. The above prior art is an example of such a control method.
In the low output voltage region, in order to enable continuous control up to the output voltage 0, the asynchronous PWM mode in which the output timing of the voltage pulse does not depend on the phase of the output voltage fundamental wave is used, and in the operation region where the voltage utilization rate is maximum. The output voltage pulse waveform is controlled by a 1 pulse mode in which 180 ° energization with the same polarity as the fundamental wave is applied.

特開平7−227085号では、1パルスモードを除き、全て非同期PWMモ
ードによる制御を実行している。この方式では、電圧パルスの出力周期が出力電
圧基本波の周期に比て充分短い場合、すなわち、出力電圧基本波の一周期あたり
に含まれる電圧パルスの数が充分多い場合には、インバータの出力電流の乱れが
少ない安定した制御を実行できる。
しかし、出力電圧指令が大きく出力電圧基本波の周波数が高い高出力電圧領域
では、出力電圧基本波の一周期あたりに含まれる電圧パルスの数が少なくなり、
このとき電圧パルスの出力タイミングと出力電圧基本波の位相とが非同期なので、
インバータの出力電圧に低周波の脈動が定常的に発生し、安定した制御ができな
くなる。
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-227085, all control is performed in the asynchronous PWM mode except for the one-pulse mode. In this method, when the output cycle of the voltage pulse is sufficiently short compared to the cycle of the output voltage fundamental wave, that is, when the number of voltage pulses included in one cycle of the output voltage fundamental wave is sufficiently large, the output of the inverter Stable control with less current disturbance can be executed.
However, in the high output voltage region where the output voltage command is large and the frequency of the output voltage fundamental wave is high, the number of voltage pulses included in one cycle of the output voltage fundamental wave is reduced.
At this time, the output timing of the voltage pulse and the phase of the output voltage fundamental wave are asynchronous,
Low-frequency pulsations occur constantly in the output voltage of the inverter, and stable control cannot be performed.

特開平9−261966号では、高出力電圧領域において同期PWM制御を導
入しているため、インバータの出力電流に定常的には脈動が入らず安定するが、
低出力電圧領域を制御する非同期PWMモードと高出力電圧領域を制御する同期
PWMモードの間を遷移させなければならない。遷移期間においては、非同期P
WMモードの電圧パルス波形と同期PWMモードの電圧パルス波形とが混在する
ため、遷移の瞬間にインバータの出力電流波形が多少乱れる。
この乱れは、通常の加速中または減速中には問題ないレベルであるが、高速で
再力行する場合など短時間に遷移期間を通過する場合に、電流が大きく跳ね、と
きには過電流に至ることがある。
In JP-A-9-261966, since synchronous PWM control is introduced in the high output voltage region, the output current of the inverter is steady without pulsation.
A transition must be made between the asynchronous PWM mode for controlling the low output voltage region and the synchronous PWM mode for controlling the high output voltage region. During the transition period, asynchronous P
Since the voltage pulse waveform in the WM mode and the voltage pulse waveform in the synchronous PWM mode coexist, the output current waveform of the inverter is somewhat disturbed at the moment of transition.
This disturbance is at a level that is not a problem during normal acceleration or deceleration, but when the transition period is passed in a short time, such as when repowering at high speed, the current jumps greatly, sometimes leading to overcurrent. is there.

本発明の課題は、全運転領域で出力電流に定常的な脈動を発生させず、高速で
の再力行時などの過渡時にも出力電流を乱さない手段を備えたPWMインバータ
装置およびその制御方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a PWM inverter device and a control method therefor that include means that does not cause steady pulsation in the output current in the entire operation region, and that does not disturb the output current even during transients such as high-speed repowering. It is to provide.

上記課題を解決するために、パルス幅変調により直流電圧を交流電圧に変換す
るPWMインバータを含むPWMインバータ装置において、低出力電圧領域では
両極性パルスにより電圧を制御する非同期バイポーラ変調モードとなり高出力電
圧領域では出力電圧基本波のピーク近傍で基本波と同じ極性で基本波ゼロクロス
近傍の電圧パルスに比べ幅の広い電圧パルスパターンを出力する非同期過変調モ
ードとなる非同期PWMモードパルスパターン発生手段と、高出力電圧領域で出
力電圧基本波の所定の位相で出力電圧のパルスパターンを変化させる同期PWM
モードとなる同期PWMモードパルスパターン発生手段と、所定の出力電圧指令
の範囲における出力電圧基本波の周波数と出力電圧指令とに応じて非同期バイポ
ーラ変調モードと同期PWMモードまたは非同期過変調モードとのいずれかのパ
ルスパターンを選択しPWMインバータを遷移させるパルスパターン選択手段と
を備えたPWMインバータ装置を提案する。
In order to solve the above problems, in a PWM inverter device including a PWM inverter that converts a DC voltage to an AC voltage by pulse width modulation, in a low output voltage region, an asynchronous bipolar modulation mode in which the voltage is controlled by a bipolar pulse is set to a high output voltage. Asynchronous PWM mode pulse pattern generation means that is in the asynchronous overmodulation mode, which outputs a voltage pulse pattern with the same polarity as the fundamental wave and wider than the voltage pulse near the fundamental zero crossing in the vicinity of the peak of the output voltage fundamental wave, Synchronous PWM that changes the pulse pattern of the output voltage at a predetermined phase of the output voltage fundamental wave in the output voltage region
Synchronous PWM mode pulse pattern generating means to become a mode, and either of the asynchronous bipolar modulation mode and the synchronous PWM mode or the asynchronous overmodulation mode depending on the frequency of the output voltage fundamental wave and the output voltage command in a predetermined output voltage command range The present invention proposes a PWM inverter device comprising a pulse pattern selection means for selecting a pulse pattern and causing a PWM inverter to transition.

また、パルス幅変調により直流電圧を交流電圧に変換するPWMインバータを
含むPWMインバータ装置において、低出力電圧領域では両極性パルスにより電
圧を制御する非同期バイポーラ変調モードとなり高出力電圧領域では出力電圧基
本波のピーク近傍で基本波と同じ極性で基本波ゼロクロス近傍の電圧パルスに比
べ幅の広い電圧パルスパターンを出力する非同期過変調モードとなる非同期PW
Mモードパルスパターン発生手段と、高出力電圧領域で出力電圧基本波の所定の
位相で出力電圧のパルスパターンを変化させる同期PWMモードとなる同期PW
Mモードパルスパターン発生手段と、電圧利用率最大となる運転領域で出力電圧
パルス波形を基本波と同じ極性の180°通電にする1パルスモードパルスパタ
ーン発生手段と、所定の出力電圧指令の範囲における出力電圧基本波の周波数と
出力電圧指令とに応じて非同期バイポーラ変調モードまたは1パルスモードと同
期PWMモードまたは非同期過変調モードとのいずれかのパルスパターンを選択
しPWMインバータを遷移させるパルスパターン選択手段とを備えたPWMイン
バータ装置を提案する。
In addition, in a PWM inverter device including a PWM inverter that converts a DC voltage to an AC voltage by pulse width modulation, an asynchronous bipolar modulation mode in which the voltage is controlled by a bipolar pulse in the low output voltage region is set, and the output voltage fundamental wave is in the high output voltage region. Asynchronous PW that becomes an asynchronous over-modulation mode that outputs a voltage pulse pattern that has the same polarity as the fundamental wave and a wider width than the voltage pulse near the fundamental zero crossing near the peak
M-mode pulse pattern generation means and synchronous PW which becomes a synchronous PWM mode in which the pulse pattern of the output voltage is changed at a predetermined phase of the output voltage fundamental wave in the high output voltage region
M-mode pulse pattern generation means, 1-pulse mode pulse pattern generation means for energizing the output voltage pulse waveform at 180 ° with the same polarity as the fundamental wave in the operation region where the voltage utilization rate is maximum, and within a predetermined output voltage command range Pulse pattern selection means for selecting one of the pulse patterns of the asynchronous bipolar modulation mode or the one-pulse mode and the synchronous PWM mode or the asynchronous overmodulation mode in accordance with the frequency of the output voltage fundamental wave and the output voltage command, and causing the PWM inverter to transition. A PWM inverter device comprising:

さらに、パルス幅変調により直流電圧を交流電圧に変換するPWMインバータ
を含むPWMインバータ装置の制御方法において、出力電圧を制御するためのP
WMモードとして、出力電圧のパルスパターンが変化するタイミングを出力電圧
の基本波位相とは独立に設定し、低出力電圧領域で両極性パルスにより電圧を制
御する非同期バイポーラ変調モードと、高出力電圧領域で出力電圧基本波のピー
ク近傍で基本波と同じ極性で基本波ゼロクロス近傍の電圧パルスに比べて幅の広
い電圧パルスパターンを出力する非同期過変調モードと、高出力電圧領域で出力
電圧基本波の所定の位相で出力電圧のパルスパターンを変化させる同期PWMモ
ードとを備え、所定の高出力電圧指令の範囲における出力電圧基本波の周波数と
出力電圧指令とに応じて非同期バイポーラ変調モードから同期PWMモードおよ
び非同期過変調モードのいずれかのパルスパターンを選択しPWMインバータを
遷移させるPWMインバータ装置の制御方法を提案する。
Furthermore, in a control method of a PWM inverter device including a PWM inverter that converts a DC voltage into an AC voltage by pulse width modulation, P for controlling an output voltage
Asynchronous bipolar modulation mode in which the timing of changing the pulse pattern of the output voltage is set independently of the fundamental wave phase of the output voltage and the voltage is controlled by bipolar pulses in the low output voltage region, and the high output voltage region. Asynchronous overmodulation mode that outputs a voltage pulse pattern that is wider than the voltage pulse near the fundamental wave zero cross with the same polarity as the fundamental wave near the peak of the output voltage fundamental wave, and the output voltage fundamental wave in the high output voltage region Synchronous PWM mode that changes the pulse pattern of the output voltage at a predetermined phase, and from the asynchronous bipolar modulation mode to the synchronous PWM mode according to the frequency of the output voltage fundamental wave and the output voltage command in the range of a predetermined high output voltage command Select a pulse pattern in either the asynchronous overmodulation mode or the PWM inverter to transition the PWM inverter. We propose a method of controlling the converter device.

本発明によれば、複数のPWMモードの組合せにより出力電圧0から電圧利用
率最大となる出力電圧領域までを連続制御する機能を持つPWMインバータ装置
において、基本波周波数が所定値よりも低いときは、低出力電圧領域の非同期バ
イポーラ変調モードのパルスパターンから同期PWMモードのパルスパターンに
遷移する方式を選択し、通常加減速時の出力電流を安定させる一方、基本波周波
数が所定値よりも大きいときは、低出力電圧領域の非同期バイポーラ変調モード
のパルスパターンから非同期過変調モードに遷移する方式を選択するので、全運
転領域で出力電流に定常的な脈動を発生させず、高速での再力行時などの過渡時
にも出力電流が乱れないPWMインバータ装置の制御を実現できる。
According to the present invention, when a fundamental frequency is lower than a predetermined value in a PWM inverter device having a function of continuously controlling from an output voltage 0 to an output voltage region having a maximum voltage utilization rate by combining a plurality of PWM modes. When the method of transition from the pulse pattern of the asynchronous bipolar modulation mode to the pulse pattern of the synchronous PWM mode in the low output voltage region is selected to stabilize the output current during normal acceleration / deceleration, while the fundamental frequency is greater than the predetermined value Selects the method of transition from the asynchronous bipolar modulation mode pulse pattern in the low output voltage region to the asynchronous overmodulation mode, so there is no steady pulsation in the output current in the entire operation region, and at high speed repowering Thus, it is possible to realize control of the PWM inverter device in which the output current is not disturbed even during a transient state.

次に、図1ないし図8を参照して、本発明によるPWMインバータ装置の最良
の形態を説明する。
Next, the best mode of the PWM inverter device according to the present invention will be described with reference to FIGS.

図1は、本発明によるPWMインバータ装置の実施例1の系統構成を示すブロ
ック図である。
非同期PWMモードのパルスパターン発生手段1と同期PWMモードのパルス
パターン発生手段2とは、出力電圧の基本波周波数Finvと出力電圧指令Vcに応
じて、パルスパターンS1とパルスパターンS2とを発生する。パルスパターン選
択手段3は、出力電圧の基本波周波数Finvに応じて、パルスパターンS1とパル
スパターンS2のうち一方を選択してスイッチングパターンSとする。インバー
タ4は、スイッチングパターンSに従った電圧パルスで誘導電動機5を駆動する。
FIG. 1 is a block diagram showing a system configuration of Embodiment 1 of a PWM inverter device according to the present invention.
The pulse pattern generation means 1 in the asynchronous PWM mode and the pulse pattern generation means 2 in the synchronous PWM mode generate the pulse pattern S1 and the pulse pattern S2 in accordance with the fundamental frequency Finv of the output voltage and the output voltage command Vc. The pulse pattern selection means 3 selects one of the pulse pattern S1 and the pulse pattern S2 as the switching pattern S according to the fundamental frequency Finv of the output voltage. The inverter 4 drives the induction motor 5 with voltage pulses according to the switching pattern S.

インバータ装置の応用のひとつとして、誘導電動機と組合せて車両の駆動に用
いる場合、加速中または減速中に誘導電動機が発生するトルクを一定に保つため、
一般的に図2に示すように、出力電圧の基本波周波数Finvと出力電圧指令Vcと
の比がほぼ一定になるように制御する。制御する出力電圧の範囲は、0から電圧
利用率最大となる電圧までの全範囲であり、これを実現するために、複数のPW
Mモードを組合せる。
低出力電圧領域では出力電圧0まで連続制御可能とするために、電圧パルスの
出力タイミングが出力電圧基本波の位相に依存しない非同期PWMモードの一種
で、両極性パルスにより電圧を制御する非同期バイポーラ変調モードを用い、ま
た電圧利用率最大となる運転領域では出力電圧パルス波形を基本波と同じ極性の
180°通電にする1パルスモードを用いる制御が従来からなされている。非同
期バイポーラ変調モードと1パルスモードとの間には、非同期過変調モードを用
いる方法や5パルスモード,3パルスモードなどの同期PWMモードを用いる方
法が公知である。
As one of the applications of the inverter device, when used for driving a vehicle in combination with an induction motor, in order to keep the torque generated by the induction motor during acceleration or deceleration constant,
In general, as shown in FIG. 2, control is performed so that the ratio between the fundamental frequency Finv of the output voltage and the output voltage command Vc is substantially constant. The range of the output voltage to be controlled is the entire range from 0 to the voltage having the maximum voltage utilization rate. To realize this, a plurality of PWs are used.
Combine M mode.
Asynchronous bipolar modulation that controls the voltage with bipolar pulses, which is a kind of asynchronous PWM mode in which the output timing of the voltage pulse does not depend on the phase of the fundamental voltage of the output voltage, in order to enable continuous control up to the output voltage 0 in the low output voltage range Conventionally, control using a one-pulse mode in which an output voltage pulse waveform is energized at 180 ° having the same polarity as the fundamental wave in an operation region where the voltage utilization rate is maximum is used. A method using an asynchronous over-modulation mode and a method using a synchronous PWM mode such as a 5-pulse mode and a 3-pulse mode are known between the asynchronous bipolar modulation mode and the 1-pulse mode.

従来技術の項に挙げた特開平7−227085号では、非同期バイポーラ変調
モードと1パルスモードの間に非同期過変調モードを介在させる方法が述べられ
ている。
非同期過変調モードとは、図3に、三角波比較PWMにより過変調モードのパ
ルスパターンを発生する場合の一相分について示すように、出力電圧基本波のピ
ーク近傍を、基本波と同じ極性で基本波ゼロクロス近傍の電圧パルスに比べ幅の
広い電圧パルスパターンとしたPWMモードであり、非同期PWMモードの一種
である。
非同期バイポーラ変調のパルスパターンから基本波のピークに当たる部分のパ
ルスを間引いた形のパルスパターンであるため、非同期バイポーラ変調モードか
ら非同期過変調モードには連続的に遷移できる。
Japanese Patent Laid-Open No. 7-227085 listed in the section of the prior art describes a method in which an asynchronous overmodulation mode is interposed between an asynchronous bipolar modulation mode and a one-pulse mode.
Asynchronous overmodulation mode means that the peak of the output voltage fundamental wave has the same polarity as the fundamental wave as shown in FIG. 3 for one phase when a pulse pattern of overmodulation mode is generated by triangular wave comparison PWM. This is a PWM mode in which the voltage pulse pattern is wider than the voltage pulse near the wave zero cross, and is a kind of asynchronous PWM mode.
Since the pulse pattern is obtained by thinning out the pulse corresponding to the peak of the fundamental wave from the pulse pattern of the asynchronous bipolar modulation, it is possible to continuously transition from the asynchronous bipolar modulation mode to the asynchronous overmodulation mode.

この方式では、電圧パルスの出力周期が出力電圧基本波の周期に比べて充分短
い場合、すなわち、出力電圧基本波の一周期あたりに含まれる電圧パルスの数が
充分多い場合には、インバータの出力電流の乱れが少ない安定した制御を実行で
きる。
しかし、出力電圧指令が大きく出力電圧基本波の周波数が高い高出力電圧領域
のように、出力電圧基本波の一周期あたりに含まれる電圧パルスの数が少なくな
る運転条件下では、電圧パルスの出力タイミングと出力電圧基本波の位相とが非
同期であるため、インバータの出力電圧に低周波の脈動が定常的に発生し、安定
した制御ができなくなる。
In this method, when the output cycle of the voltage pulse is sufficiently shorter than the cycle of the output voltage fundamental wave, that is, when the number of voltage pulses included in one cycle of the output voltage fundamental wave is sufficiently large, the output of the inverter Stable control with less current disturbance can be executed.
However, under operating conditions where the number of voltage pulses included in one cycle of the output voltage fundamental wave is small, such as in the high output voltage region where the output voltage command is large and the frequency of the output voltage fundamental wave is high, the voltage pulse output Since the timing and the phase of the output voltage fundamental wave are asynchronous, low-frequency pulsation constantly occurs in the output voltage of the inverter, and stable control cannot be performed.

一方、特開平9−261966号では、高出力電圧領域を制御するために、同
期PWMモードを用いている。同期PWMモードは、パルスパターンと出力電圧
基本波の位相とが同期したパルスパターン発生方法である。
同期PWMモードのパルスパターンの一例を図4に示す。同期PWMモードで
は、定常的に脈動のない安定した電流が得られるが、低出力電圧領域を制御する
非同期バイポーラ変調モードとは、パルスパターンが大きく異なるため、非同期
バイポーラ変調と同期PWMモードとの間には、必ず遷移期間が存在する。
On the other hand, Japanese Patent Laid-Open No. 9-261966 uses a synchronous PWM mode to control a high output voltage region. The synchronous PWM mode is a pulse pattern generation method in which the pulse pattern and the phase of the output voltage fundamental wave are synchronized.
An example of the pulse pattern in the synchronous PWM mode is shown in FIG. In the synchronous PWM mode, a stable current with no pulsation is steadily obtained. However, since the pulse pattern is significantly different from the asynchronous bipolar modulation mode that controls the low output voltage region, the asynchronous PWM modulation and the synchronous PWM mode are not used. There is always a transition period.

遷移期間においては、図5に示すように、非同期PWMモードおよび同期PW
Mモードの電圧パルス波形が混在するため、遷移の瞬間にインバータの出力電流
波形が多少乱れる。この乱れは、通常の加速中または減速中にはそれほど大きく
ないが、高速で再力行する場合など短時間に遷移期間を通過する場合には、大き
く電流が跳ね、ときには過電流に至ることがある。
In the transition period, as shown in FIG. 5, the asynchronous PWM mode and the synchronous PW
Since the voltage pulse waveforms of the M mode are mixed, the output current waveform of the inverter is somewhat disturbed at the moment of transition. This disturbance is not so great during normal acceleration or deceleration, but when the transition period is passed in a short time, such as when repowering at high speed, a large current jumps, sometimes leading to overcurrent. .

図1の実施例1は、低出力電圧領域を制御する非同期バイポーラ変調モードに
対して、非同期過変調モードと同期PWMモードの双方を備え、出力電圧指令V
cが所定の範囲にある場合に、出力電圧の基本波周波数を参照して一方を選択す
る。
実施例1において、出力電圧の基本波周波数Finvが境界値Fmより小さい場合
は、定常的に安定した電流を得るために同期PWMモードのパルスパターンS2
を選択する。一方、再力行時などFinvがFmより大きい場合には、過変調モード
のパルスパターンS1を選択することにより、PWMモード切り換えを無くし、
電流の跳ねのない起動を実現できる。
1 includes both an asynchronous overmodulation mode and a synchronous PWM mode with respect to an asynchronous bipolar modulation mode for controlling a low output voltage region, and an output voltage command V
When c is in a predetermined range, one is selected with reference to the fundamental frequency of the output voltage.
In the first embodiment, when the fundamental frequency Finv of the output voltage is smaller than the boundary value Fm, the pulse pattern S2 in the synchronous PWM mode is used in order to obtain a steady and stable current.
Select. On the other hand, when Finv is greater than Fm, such as during repowering, the PWM mode switching is eliminated by selecting the pulse pattern S1 in the overmodulation mode,
It is possible to realize startup without current jump.

図6は、非同期バイポーラ変調モードのパルスパターン発生手段と1パルスモ
ードのパルスパターン発生手段とを含む実施例2の系統構成を示すブロック図で
ある。
非同期PWMモードパルスパターン発生手段6は、非同期バイポーラ変調モー
ドと非同期過変調モードとに共通のパルスパターン発生手段であり、出力電圧指
令Vcが低いときは非同期バイポーラ変調モードのパルスパターンを発生し、高
いときは非同期過変調モードのパルスパターンを発生する。
パルスパターン選択手段3では、図7に示すマッピングに従い、運転状態に応
じたPWMモードを選択する。図7では、PWMモードの境界電圧Vc1,Vc2を
一定値としているが、出力電圧の基本波周波数Finvに応じて、これらを可変に
してもよい。また、同期PWMモードの低電圧領域の一部に非同期過変調モード
で制御する領域を入れてもよい。
FIG. 6 is a block diagram showing a system configuration of the second embodiment including a pulse pattern generation means in asynchronous bipolar modulation mode and a pulse pattern generation means in 1 pulse mode.
The asynchronous PWM mode pulse pattern generation means 6 is a pulse pattern generation means common to the asynchronous bipolar modulation mode and the asynchronous overmodulation mode. When the output voltage command Vc is low, the asynchronous PWM mode pulse pattern generation means 6 generates a pulse pattern of the asynchronous bipolar modulation mode. When generating a pulse pattern in asynchronous overmodulation mode.
The pulse pattern selection means 3 selects a PWM mode according to the operating state according to the mapping shown in FIG. In FIG. 7, the boundary voltages Vc1 and Vc2 in the PWM mode are set to constant values. However, they may be made variable according to the fundamental wave frequency Finv of the output voltage. In addition, a region controlled in the asynchronous overmodulation mode may be included in a part of the low voltage region in the synchronous PWM mode.

ここで、出力電圧の基本波周波数Finvが境界値Fm近傍にある場合、非同期過
変調モードと同期PWMモードとの間を行ったり来たりすることが起こり得る。
このような状態では、両モードのパルスパターンが混在することになり、脈動の
ない安定した電流は得られない。
Here, when the fundamental wave frequency Finv of the output voltage is in the vicinity of the boundary value Fm, it is possible to go back and forth between the asynchronous overmodulation mode and the synchronous PWM mode.
In such a state, pulse patterns of both modes are mixed, and a stable current without pulsation cannot be obtained.

そこで、図6のパルスパターン選択手段3は、非同期過変調モードと同期PW
Mモードとの間で相互に遷移することを禁止し、Vc<Vc1またはVc>Vc2の状
態では、非同期バイポーラ変調モードまたは1パルスモードを通ってのみ非同期
過変調モードと同期PWMモードとの間を遷移できるようにする。
Therefore, the pulse pattern selection means 3 in FIG.
In the state of Vc <Vc1 or Vc> Vc2, the transition between the asynchronous overmodulation mode and the synchronous PWM mode is allowed only through the asynchronous bipolar modulation mode or the one-pulse mode. Allow transition.

図8は、図6のパルスパターン選択手段3をソフトウェアで実現する場合のア
ルゴリズムの一例を示すPAD(Problem Analysis Diagram)である。一定時間経
過毎に図8の処理を実行し、前回選択したPWMモードに応じて場合分けする。
FIG. 8 is a PAD (Problem Analysis Diagram) showing an example of an algorithm when the pulse pattern selection means 3 of FIG. 6 is realized by software. The processing of FIG. 8 is executed at every elapse of a certain time, and the case is divided according to the previously selected PWM mode.

前回非同期バイポーラ変調モードまたは1パルスモードを選択した場合は、出
力電圧指令Vcを参照して、Vc1≦Vc≦Vc2の範囲に入ったときには、出力電圧
の基本波周波数Finvと境界周波数Fmとを比較して、非同期過変調モードと同期
PWMモードのいずれを選択すべきかを決める。
前回非同期過変調モードまたは同期PWMモードを選択した場合は、出力電圧
指令VcとVc1およびVc2とを比較し、非同期バイポーラ変調モードまたは1パ
ルスモードへの遷移の可否を判定する。
遷移しない場合、すなわち、Vc1≦Vc≦Vc2であるときは、前回のPWMモ
ードをそのまま選択する。
If the asynchronous bipolar modulation mode or 1-pulse mode was selected last time, refer to the output voltage command Vc, and if it falls within the range of Vc1 ≦ Vc ≦ Vc2, the fundamental frequency Finv of the output voltage is compared with the boundary frequency Fm Thus, it is determined which of the asynchronous overmodulation mode and the synchronous PWM mode should be selected.
When the previous asynchronous overmodulation mode or synchronous PWM mode is selected, the output voltage command Vc is compared with Vc1 and Vc2, and it is determined whether or not the transition to the asynchronous bipolar modulation mode or the one-pulse mode is possible.
When no transition is made, that is, when Vc1 ≦ Vc ≦ Vc2, the previous PWM mode is selected as it is.

本実施例2によれば、複数のPWMモードの組合せにより出力電圧0から電圧
利用率最大となる出力電圧領域までを連続制御する機能を持つPWMインバータ
装置において、全運転領域で出力電流に定常的な脈動を発生させず、高速での再
力行時などの過渡時にも出力電流が乱れないPWMインバータ装置の制御を実現
できる。
According to the second embodiment, in a PWM inverter device having a function of continuously controlling from an output voltage 0 to an output voltage region where the voltage utilization rate is maximum by a combination of a plurality of PWM modes, the output current is constantly maintained in the entire operation region. It is possible to realize control of a PWM inverter device that does not disturb the output current even during a transient such as during high-speed re-powering without generating a significant pulsation.

本発明は、高出力電圧領域を制御するPWMモードとして、同期PWMモード
と非同期PWMモードの一種である非同期過変調モードとの二種類を備え、出力
電圧の基本波周波数と出力電圧指令とに応じて一方のパルスパターンを選択する
手段を備える。基本波周波数が所定値よりも低いときは、低出力電圧領域の非同
期バイポーラ変調モードまたは電圧利用率最大となる運転領域の1パルスモード
のパルスパターンから同期PWMモードのパルスパターンに遷移する方式を選択
し、通常加減速時の出力電流を安定させる。
一方、基本波周波数が所定値よりも大きいときは、低出力電圧領域の非同期バ
イポーラ変調モードまたは電圧利用率最大となる運転領域の1パルスモードのパ
ルスパターンから非同期過変調モードに遷移する方式を選択し、PWMモードの
切り換えを無くし、出力電流に跳ねが発生することを防止する。
The present invention has two types of PWM modes for controlling a high output voltage region: a synchronous PWM mode and an asynchronous overmodulation mode, which is a kind of asynchronous PWM mode, according to the fundamental frequency of the output voltage and the output voltage command. Means for selecting one of the pulse patterns. When the fundamental frequency is lower than the specified value, select the method to transition from the asynchronous bipolar modulation mode in the low output voltage range or the pulse pattern in the single pulse mode in the operating range where the voltage utilization is maximum to the pulse pattern in the synchronous PWM mode. And stabilize the output current during normal acceleration / deceleration.
On the other hand, when the fundamental frequency is greater than the predetermined value, select the method to transition from the asynchronous bipolar modulation mode in the low output voltage region or the pulse pattern in the one-pulse mode in the operation region where the voltage utilization is maximum to the asynchronous overmodulation mode. Thus, switching of the PWM mode is eliminated, and a jump in the output current is prevented.

本発明によるPWMインバータ装置の実施例1の構成を示す図The figure which shows the structure of Example 1 of the PWM inverter apparatus by this invention. PWMインバータの出力電圧の基本波周波数と出力電圧指令の関係図Relationship diagram between fundamental frequency of output voltage of PWM inverter and output voltage command 非同期過変調モードのパルスパターンの一例を示す図Diagram showing an example of pulse pattern in asynchronous overmodulation mode 同期PWMモードのパルスパターンの一例を示す図The figure which shows an example of the pulse pattern of synchronous PWM mode 非同期過変調モードと同期PWMモードのパルスパターンの混在図Mixed diagram of asynchronous overmodulation mode and synchronous PWM mode pulse patterns 本発明によるPWMインバータ装置の実施例2の構成を示す図The figure which shows the structure of Example 2 of the PWM inverter apparatus by this invention. 運転状態に応じて選択すべきPWMモードを示す図The figure which shows the PWM mode which should be selected according to the operating state パルスパターン選択手段のアルゴリズムの一例を示すPAD図PAD diagram showing an example of the algorithm of the pulse pattern selection means

符号の説明Explanation of symbols

1…非同期過変調モードパルスパターン発生手段、2…同期PWMモードパルス
パターン発生手段、3…パルスパターン選択手段、4…PWMインバータ、5…
誘導電動機、6…非同期PWMモードパルスパターン発生手段、7…1パルスモ
ードパルスパターン発生手段

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Asynchronous overmodulation mode pulse pattern generation means, 2 ... Synchronous PWM mode pulse pattern generation means, 3 ... Pulse pattern selection means, 4 ... PWM inverter, 5 ...
Induction motor, 6... Asynchronous PWM mode pulse pattern generation means, 7... 1 pulse mode pulse pattern generation means

Claims (3)

パルス幅変調により直流電圧を交流電圧に変換するPWMインバータを含むP
WMインバータ装置において、
低出力電圧領域では両極性パルスにより電圧を制御する非同期バイポーラ変調
モードとなり、高出力電圧領域では出力電圧基本波のピーク近傍で基本波と同じ
極性で基本波ゼロクロス近傍の電圧パルスに比べ幅の広い電圧パルスパターンを
出力する非同期過変調モードとなる非同期PWMモードパルスパターン発生手段
と、
高出力電圧領域で出力電圧基本波の所定の位相で出力電圧のパルスパターンを
変化させる同期PWMモードとなる同期PWMモードパルスパターン発生手段と、
所定の出力電圧指令の範囲における出力電圧基本波の周波数と出力電圧指令と
に応じ、前記出力電圧基本波の周波数が低い場合には、前記非同期バイポーラ変
調モードと前記同期PWMモードのパルスパターンを選択し、前記出力電圧基本
波の周波数が高い場合には、前記非同期バイポーラ変調モードと前記非同期過変
調モードのパルスパターンを選択し、前記PWMインバータを遷移させるパルス
パターン選択手段とを備えたことを特徴とするPWMインバータ装置。
P including a PWM inverter that converts DC voltage to AC voltage by pulse width modulation
In the WM inverter device,
Asynchronous bipolar modulation mode in which voltage is controlled by bipolar pulses in the low output voltage region, and wider in the high output voltage region than the voltage pulse near the fundamental wave zero cross with the same polarity as the fundamental wave near the peak of the output voltage fundamental wave Asynchronous PWM mode pulse pattern generation means for an asynchronous overmodulation mode for outputting a voltage pulse pattern;
Synchronous PWM mode pulse pattern generating means that becomes a synchronous PWM mode for changing the pulse pattern of the output voltage at a predetermined phase of the output voltage fundamental wave in the high output voltage region;
When the frequency of the output voltage fundamental wave is low according to the frequency of the output voltage fundamental wave and the output voltage command within a predetermined output voltage command range, the pulse pattern of the asynchronous bipolar modulation mode and the synchronous PWM mode is selected. And a pulse pattern selection means for selecting the pulse pattern of the asynchronous bipolar modulation mode and the asynchronous overmodulation mode when the frequency of the fundamental voltage of the output voltage is high, and causing the PWM inverter to transition. PWM inverter device.
パルス幅変調により直流電圧を交流電圧に変換するPWMインバータを含むP
WMインバータ装置において、
低出力電圧領域では両極性パルスにより電圧を制御する非同期バイポーラ変調
モードとなり、高出力電圧領域では出力電圧基本波のピーク近傍で基本波と同じ
極性で基本波ゼロクロス近傍の電圧パルスに比べ幅の広い電圧パルスパターンを
出力する非同期過変調モードとなる非同期PWMモードパルスパターン発生手段
と、
高出力電圧領域で出力電圧基本波の所定の位相で出力電圧のパルスパターンを
変化させる同期PWMモードとなる同期PWMモードパルスパターン発生手段と、
電圧利用率最大となる運転領域で出力電圧パルス波形を基本波と同じ極性の1
80°通電にする1パルスモードパルスパターン発生手段と、
所定の出力電圧指令の範囲における出力電圧基本波の周波数と出力電圧指令と
に応じ、前記出力電圧基本波の周波数が低い場合には、前記非同期バイポーラ変
調モードと前記同期PWMモードと前記1パルスモードのパルスパターンを選択
し、前記出力電圧基本波の周波数が高い場合には、前記非同期バイポーラ変調モ
ードと前記非同期過変調モードと前記1パルスモードのパルスパターンを選択し、
前記PWMインバータを遷移させるパルスパターン選択手段とを備えたことを特
徴とするPWMインバータ装置。
P including a PWM inverter that converts DC voltage to AC voltage by pulse width modulation
In the WM inverter device,
Asynchronous bipolar modulation mode in which voltage is controlled by bipolar pulses in the low output voltage region, and wider in the high output voltage region than the voltage pulse near the fundamental wave zero cross with the same polarity as the fundamental wave near the peak of the output voltage fundamental wave Asynchronous PWM mode pulse pattern generation means for an asynchronous overmodulation mode for outputting a voltage pulse pattern;
Synchronous PWM mode pulse pattern generating means that becomes a synchronous PWM mode for changing the pulse pattern of the output voltage at a predetermined phase of the output voltage fundamental wave in the high output voltage region;
Output voltage pulse waveform with the same polarity as the fundamental wave in the operating range where the voltage utilization rate is maximum 1
1 pulse mode pulse pattern generating means for energization at 80 °,
When the frequency of the output voltage fundamental wave is low according to the frequency of the output voltage fundamental wave and the output voltage command in a predetermined output voltage command range, the asynchronous bipolar modulation mode, the synchronous PWM mode, and the one-pulse mode When the frequency of the output voltage fundamental wave is high, select the pulse pattern of the asynchronous bipolar modulation mode, the asynchronous overmodulation mode, and the one-pulse mode,
A PWM inverter device comprising: a pulse pattern selection means for causing the PWM inverter to transition.
パルス幅変調により直流電圧を交流電圧に変換するPWMインバータを含むP
WMインバータ装置の制御方法において、
出力電圧を制御するためのPWMモードとして、出力電圧のパルスパターンが
変化するタイミングを出力電圧の基本波位相とは独立に設定し、
低出力電圧領域で両極性パルスにより電圧を制御する非同期バイポーラ変調モ
ードと、高出力電圧領域で出力電圧基本波のピーク近傍で基本波と同じ極性で基
本波ゼロクロス近傍の電圧パルスに比べて幅の広い電圧パルスパターンを出力す
る非同期過変調モードと、高出力電圧領域で出力電圧基本波の所定の位相で出力
電圧のパルスパターンを変化させる同期PWMモードとを備え、
所定の高出力電圧指令の範囲における出力電圧基本波の周波数と出力電圧指令
とに応じ、前記出力電圧基本波の周波数が低い場合には、前記非同期バイポーラ
変調モードと前記同期PWMモードのパルスパターンを選択し、前記出力電圧基
本波の周波数が高い場合には、前記非同期バイポーラ変調モードと前記非同期過
変調モードのパルスパターンを選択し、前記PWMインバータを遷移させること
を特徴とするPWMインバータ装置の制御方法。

P including a PWM inverter that converts DC voltage to AC voltage by pulse width modulation
In the control method of the WM inverter device,
As a PWM mode for controlling the output voltage, the timing at which the pulse pattern of the output voltage changes is set independently from the fundamental phase of the output voltage,
Asynchronous bipolar modulation mode in which voltage is controlled by bipolar pulses in the low output voltage region, and the same polarity as the fundamental wave in the vicinity of the peak of the output voltage fundamental wave in the high output voltage region, compared with the voltage pulse in the vicinity of the fundamental zero cross. Asynchronous overmodulation mode that outputs a wide voltage pulse pattern, and synchronous PWM mode that changes the pulse pattern of the output voltage at a predetermined phase of the fundamental voltage of the output voltage in a high output voltage region,
When the frequency of the output voltage fundamental wave is low according to the frequency of the output voltage fundamental wave and the output voltage command in a predetermined high output voltage command range, the pulse patterns of the asynchronous bipolar modulation mode and the synchronous PWM mode are changed. When the frequency of the fundamental voltage of the output voltage is high, the pulse pattern of the asynchronous bipolar modulation mode and the asynchronous overmodulation mode is selected, and the PWM inverter is transitioned. Method.

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