Download - パワーエレクトロニクス講義資料 第15回 3相PWMインバータ(つづき
-1 -0.5
0.5 1
5 6 6 5 5 6
1 2 1 1 2 2
3 4 4 3 3 4
vcomv vcomw vtri vcomu
vuv
0
VE
0
VE
0
VE
0
-VE
VE
vv
vw
vu
t
t
t
t
t
図11.6 3パルスPWM制御法の出力電圧波形
11.3 PWM制御(3パルスPWM)
2
vcomu > vtri のとき Tr1 ,Tr2 vcomu < vtri のとき Tr1 ,Tr2
vcomw > vtri のとき Tr5 オン,Tr6 オフ vcomw < vtri のとき Tr5 オフ,Tr6 オン
vcomv > vtri のとき Tr3 オン,Tr4 オフ vcomv < vtri のとき Tr3 オフ,Tr4 オン
vvw
vwu
0
-VE
VE
0
-VE
VE
t
t
p.170
-1 -0.5
0.5 1
5 6 6 5 5 6
1 2 1 1 2 2
3 4 4 3 3 4
vcomv vcomw vtri vcomu
vuv
0
VE
0
VE
0
VE
0
-VE
VE
vv
vw
vu
t
t
t
t
t
図11.6 3パルスPWM制御法の出力電圧波形
11.3 PWM制御(3パルスPWM)
3
vcomu > vtri のとき Tr1 オン,Tr2 オフ vcomu < vtri のとき Tr1 オフ,Tr2 オン
vcomw > vtri のとき Tr5 オン,Tr6 オフ vcomw < vtri のとき Tr5 オフ,Tr6 オン
vcomv > vtri のとき Tr3 オン,Tr4 オフ vcomv < vtri のとき Tr3 オフ,Tr4 オン
vvw
vwu
0
-VE
VE
0
-VE
VE
t
t
p.170
-1 -0.5
0.5 1
5 6 6 5 5 6
1 2 1 1 2 2
3 4 4 3 3 4
vcomv vcomw vtri vcomu
vvw
vwu
vuv
0
VE
0
VE
0
VE
0
-VE
VE
0
-VE
VE
0
-VE
VE
vv
vw
vu
t
t
t
t
t
t
t
図11.6 3パルスPWM制御法の出力電圧波形 4
vuv=vu - vv
三相PWMインバータの実験回路
vtri
vcomv
vPWMu
- - vPWMw -
VE
D6 Tr4 D4 Tr6 Tr2 D2
D1 Tr1 D5 D3
Tr3 Tr5
vPWMv
vcomw
vcomu
+ + +
vw vu vv
三相PWMインバータの回路
vvw vuv
vR
R = 2 [kΩ], L=150 [mH]
5
p.174
図11.6 3パルスPWM制御法の出力電圧・電流波形 スイッチング周波数 fsw = 15[kHz], R=2[kΩ], L150[mH], VE = 6[V]
0.1 0.2 0.3 0.4
-6 -4 -2
2 4 6
0.1 0.2 0.3 0.4
2 4 6
2 4 6
0.1 0.2 0.3 0.4
-1
-0.5
0.5
1
t[ms]
t[ms]
t[ms]
t[ms]
vcomv vtri vcomu
vv
vu
[V]
[V]
vuv
vR
6
p.174
p.170
0.2 0.4 0.6 0.8 1 2 4 6
0.2 0.4 0.6 0.8 1
2 4 6
0.2 0.4 0.6 0.8 1
-1
-0.5
0.5
1
t[ms]
t[ms]
t[ms]
t[ms]
vcomv vcomu
vv
vuv
vu
[V]
[V]
vR
0.2 0.4 0.6 0.8 1
-6 -4 -2
2 4 6
図11.12 9パルスPWM制御法の出力電圧波形
vtri
p.175
8
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
-1
-0.5
0.5
1
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
-6
-4
-2
2
4
6
参考 27パルスPWM制御 vcomu
vuv
vtri
vR
t[ms]
t[ms]
0.005 0.01 0.015 0.02
-1
-0.5
0.5
1
0.005 0.01 0.015 0.02
-1
-0.5
0.5
1
vtri vcomu
vuv
vtri vcomu
vuv
(b) 9パルス (a) 3パルス
図11.13 出力線間電圧の高調波解析結果
0.005 0.01 0.015 0.02
-1
1
0.005 0.01 0.015 0.02
-1
1
基本波
第7高調波 11
17 19
基本波
第7高調波 11
19
17
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0.2
0.4
0.6
0.8
1
23
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛≈ 69.0
238.0 :振幅
9
p.176
非同期モード
vuv
vtri vcomu
t
vtri vcomu
vuv
vtri vcomu
vuv
t
t
t
t
t
三角波のゼロクロス点と指令電圧のゼロクロス点が一致していない.
指令電圧vcomの周波数
三角波vtriの周波数は
出力周波数 スイッチング周波数
非同期モード
vuv
vtri vcomu
t
vtri vcomu
vuv
vtri vcomu
vuv
t
t
t
t
t
三角波のゼロクロス点と指令電圧のゼロクロス点が一致していない.
指令電圧vcomの周波数のみ可変
三角波vtriの周波数は一定
出力周波数 増大 スイッチング周波数一定
12
-1
1
-VE
VE
-1
1
-VE
VE
同期モード
-1
1
-VE
VE
vuv
vtri vcomu
vtri vcomu
vuv
vtri vcomu
vuv
出力周波数 スイッチング周波数
指令電圧vcomの周波数 f comと三角波vtriの繰返し周波数ftriの (この例では 1/9 )に保っている.
13
-1
1
-VE
VE
-1
1
-VE
VE
同期モード
-1
1
-VE
VE
vuv
vtri vcomu
vtri vcomu
vuv
vtri vcomu
vuv
vcomu
指令電圧vcomの周波数 f comと三角波vtriの繰返し周波数ftriの 比( fcom / ftri )を常に一定 (この例では 1/9 )に保っている.
出力周波数増大 スイッチング周波数増大
Tr 2SC4507 400V, 5A
vCE
iC
D RL 100[Ω]
vBE
RB 100 [Ω]
VE 100 [V]
iC
0
50
100
150
0.5 1 1.5 2
-10 -5
0
5
10
15
0
t [µs]
t [µs]
vCE
vBE
[A]
vBE vCE [V]
0
0.5
1
0.5 1 1.5 2
Trにおけるスイッチング損失 (実験波形例)
ベースエミッタ間電圧
vBEが負となってもし
ばらくの間コレクタ電
流iCが流れ続けている.
vCE > 0, iC > 0の期間がある.トランジスタ内の損失となる. →スイッチング損失Elossという.
Tr 2SC4507 400V, 5A
vCE
iC
D RL 100[Ω]
vBE
RB 100 [Ω]
VE 100 [V]
iC
0
50
100
150
0.5 1 1.5 2
-10 -5
0
5
10
15
0
t [µs]
t [µs]
vCE
vBE
[A]
vCE vBE [V]
0
0.5
1
0.5 1 1.5 2
Trにおけるスイッチング損失 (実験波形例)
ベースエミッタ間電圧
vBEが負となってもし
ばらくの間コレクタ電
流iCが流れ続けている.
vCE > 0, iC > 0の期間がある.トランジスタ内の損失となる.→スイッチング損失Elossという.
[J] dtivE CCEloss ∫=
16
-1
1
-VE
VE
-1
1
-VE
VE
(b) 3パルス
(a) 9パルス
-1
1
-VE
VE
指令電圧の周波数 fcomと三角波の繰返し周波数ftriの比( fcom / ftri )を常に一定に保つ(この例では 1/9 )
高速時における同期モード
スイッチング周波数fswが高くなる. →スイッチング損失が増大する. Ploss = Eloss ×fsw [W] → 700系新幹線(1.5kHz)
三角波の繰返し周波数 ftriを 1/3に低減して,
17
-1
1
-VE
VE
-1
1
-VE
VE
(b) 3パルス
-1
1
-VE
VE
指令電圧の周波数 fcomと三角波の繰返し周波数ftriの比( fcom / ftri )を常に一定に保つ(この例では 1/9 )
高速時における同期モード
-VE
VE
(c) 1パルス
(a) 9パルス 三角波の繰返し周波数 ftriを 1/3に低減して, fswを下げる.
スイッチング周波数fswが高くなる. →スイッチング損失が増大する. Ploss = Eloss ×fsw [W] → fswには上限がある. 700系新幹線(1.5kHz)
18 PWMパルスモード切り替えの例
電車におけるパルスモード切替の例
時速
スイッチング周波数
3P 1P
9P
19 PWMパルスモード切り替えの例
時速
スイッチング周波数
3P 1P
9P
電車におけるパルスモード切替の例
fcom / ftri =1/1 fcom / ftri =1/3 fcom / ftri =1/9
非同期 モード 同期モード
20
-1
1
-VE
VE
-1
1
-VE
VE
(b) 3パルス
(a) 9パルス
非同期 モード
時速
スイッチング周波数
同期モード
3P
1P
9P -1
1
-VE
VE
指令電圧の周波数 fcomと三角波の繰返し周波数ftriの比( fcom / ftri )を常に一定に保つ(この例では 1/9 )
三角波の繰返し周波数ftriを 1/3 に低減
三角波と指令電圧のゼロクロス点が常に一致するようにする.
高速時における同期モード
-VE
VE
(c) 1パルス
21
同期がとれないとどうなるか?
正負非対称 毎周期で波形が異なる.
22
同期がとれないとどうなるか?
正負非対称 毎周期で波形が異なる.
モータの過熱・振動・ 騒音
23
300系((1990~) 設計最高速度 285 km/h 主電動機: かご形三相誘導電動機 制御装置: VVVFインバータ制御(GTOサイリスタ素子) スイッチング周波数 420 [Hz] ブレーキ方式: 回生併用 新幹線で初のVVVFインバータ制御を採用。交流モーターの採用により100系の直流モーターと比較して出力は約30%アップしながら質量は約半分になっており、車両全体の軽量化に寄与している。 また、VVVFインバータ制御を利用した回生ブレーキも新幹線車両として初めて装備。
100系(1985~) 設計最高速度:275 km/h 主電動機:直流直巻電動機 制御装置:サイリスタ位相制御 ブレーキ方式:発電ブレーキ併用
新幹線
http://ja.wikipedia.org/wiki/新幹線100系電車 http://ja.wikipedia.org/wiki/新幹線300系電車
24
500系(1992~) 設計最高速度 365km/h 主電動機: かご形三相誘導電動機 制御装置:VVVFインバータ制御 (GTOサイリスタ素子) ブレーキ方式: 回生併用
N700系(2005~) 主電動機 かご形三相誘導電動機 制御装置 VVVFインバータ制御 (IGBT) スイッチング周波数 1.5 [kHz] ブレーキ方式 回生併用
・非同期期間 列車発車直後から 300系 約 5秒間 500系 約22秒間 N700系 約25秒間 ・騒音レベル N700系ではモータの騒音が小さい
http://ja.wikipedia.org/wiki/新幹線500系電車 http://ja.wikipedia.org/wiki/新幹線N700系電車