CN107615642B - 逆变器控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于减小逆变器和马达的过电流。一种各相绕组独立接线的电动机的控制装置，使用基于所述电动机中流动的各相电流的检测值和所述电动机的转子位置来计算零相电流的零相电流计算单元，控制所述电动机中流动的电流，使得驱动电流与所述零相电流的矢量和成为预定电流以下。

Description

逆变器控制装置
技术领域
本发明涉及逆变器控制装置，尤其涉及车载用的逆变器控制装置。
背景技术
对于混合动力汽车、电动汽车，从防止车辆行驶中发生故障的观点出发，要求提高可靠性，从车辆轻量化的观点出发，要求提高输出转矩。针对这些要求可考虑三相6线式驱动装置，但是由于使用未连接中性点的电动机，存在驱动电动机的驱动电流中叠加3n次高次谐波电流，铜耗等损失增加这样的课题。
作为本技术领域的背景技术，有日本特开2004-80975号公报(专利文献1)。该公报中记载有“计算用于抵消用于驱动电动机的驱动电流中包含的3n次高次谐波电流(3为相数，n为整数)的3n次高次谐波电压指令值，修正三相电压指令值”。由此，修正目标电压以便抵消3n次高次谐波电流，因此能去除驱动电流中的高次谐波电流，减小高次谐波电流导致的损失。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开2004-80975号公报
发明内容
发明要解决的课题
专利文献1所记载的方法中，在3n次高次谐波电流的频率超过了逆变器控制装置的可控频率的情况下，有可能不能去除高次谐波电流从而发生过电流。
本发明的目的在于减小逆变器和马达的过电流。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明是各相绕组独立接线的电动机的控制装置，使用基于所述电动机中流动的各相电流的检测值和所述电动机的转子位置来计算零相电流的零相电流计算单元，控制所述电动机中流动的电流，使得驱动电流与所述零相电流的矢量和成为预定电流以下。
发明效果
根据本发明涉及的逆变器控制装置，能减小逆变器和马达的过电流。
附图说明
图1是表示马达驱动装置的结构的图。
图2是表示第一实施方式中的控制动作的框图。
图3是表示电流指令运算部10的流程图的图。
图4是说明应用最大转矩电流控制时的电流指令运算部10的动作的矢量图。
图5是说明应用磁场削弱控制时的电流指令运算部10的动作的矢量图。
图6是表示第二实施方式中的控制动作的框图。
图7是表示第三实施方式中的控制动作的框图。
图8是表示第四实施方式中的控制动作的框图。
具体实施方式
以下参照附图说明本发明的实施方式。但是，本发明不被限定解释为下述的实施方式，而是可以组合公知的其他构成要素来实现本发明的技术构思。而且，各图中对同一要素标注同一符号，并省略重复的说明。
图1是表示第一实施方式涉及的马达驱动装置的结构的图。
马达驱动装置具有马达200、位置传感器210、电流传感器220、逆变器100、马达控制装置1。
马达200由未连接中性点的磁铁埋入式同步电动机等构成。马达200的定子上卷绕的U相绕组201连接到U相全桥逆变器110的输出端子。马达200的定子上卷绕的V相绕组202连接到V相全桥逆变器111的输出端子。马达200的定子上卷绕的W相绕组202连接到W相全桥逆变器112的输出端子。
本实施方式涉及的马达200由于未连接中性点，从而能分别独立控制在U相绕组201、V相绕组202、W相绕组203中流动的电流。但是，由于马达200未连接中性点，因此在U相绕组201、V相绕组202、W相绕组203中流动的驱动电流中包括3n次高次谐波电流。
位置传感器210检测马达200的转子的位置，并输出检测到的转子位置θ。电流传感器220检测马达200的定子上卷绕的U相绕组201、V相绕组202、W相绕组203中流动的电流，并输出检测到的三相电流iu、iv、iw。
逆变器100由U相全桥逆变器110、V相全桥逆变器111、W相全桥逆变器112构成。U相全桥逆变器110、V相全桥逆变器111和W相全桥逆变器112并联连接到图中省略的直流电源。
U相全桥逆变器110由开关元件110a～110d构成。开关元件110a及110b构成U相第一支路，开关元件110c及110d构成U相第二支路。开关元件110a及110c配置在上桥臂，开关元件110b及110d与下桥臂连接。同样地，V相全桥逆变器111由开关元件111a～111d构成，W相全桥逆变器112由开关元件112a～112d构成。
开关元件110a～110d、111a～111d、112a～112d基于逆变器控制装置1中生成的开关信号被接通或者断开。由此，逆变器100将从图中省略的直流电源施加的直流电压转换为交流电压。转换后的交流电压被施加到马达200的定子上卷绕的3相绕组201～203，产生3相交流电流。该3相交流电流使马达200产生旋转磁场，转子210旋转。
开关元件110a～110d、111a～111d、112a～112d通过将金属氧化膜型场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等与二极管组合而构成。本实施方式中，以使用MOSFET和二极管的结构进行说明。
马达控制装置1基于来自外部的转矩指令T*、由电流传感器220检测到的三相电流iu、iv、iw、由位置传感器210检测到的转子位置θ对逆变器100进行PWM控制。
图2是表示第一实施方式中的控制动作的框图。是说明第一实施方式涉及的本发明第一实施例的控制框图。
电流指令运算部10中输入转矩指令值T*、角速度ω、零相电流i0，基于式(1)计算不超过预定电流值imax的dq轴电流指令值id*、iq*。
Figure BDA0001483704160000031
预定电流值imax表示为了防止逆变器100以及马达200故障而设定的最大电流值。
电流指令运算部10基于输入的目标转矩T*和角速度ω，输出满足式(1)的条件的适当的dq轴电流指令值id*、iq*。作为dq轴电流指令值id*、iq*的计算方法，能使用最大转矩电流控制、磁场削弱控制等方法。而且，dq轴电流指令值id*、iq*的计算可使用预先设定的表格。
dq轴电流控制部20中输入dq轴电流指令值id*、iq*和dq轴电流检测值id、iq，使用比例控制、积分控制等输出dq轴电压指令值vd*、vq*。三相转换部30中输入dq轴电压指令值vd*、vq*和转子位置θ，输出三相电压指令值vu*、vv*、vw*。开关信号生成部40中输入三相电压指令值vu*、vv*、vw*，生成使开关元件110a～110d、111a～111d、112a～112d接通或者断开的开关信号。然后，逆变器100中输入开关信号，通过所述动作使马达运转。
dq转换部50中输入由电流传感器220检测到的三相电流iu、iv、iw和由位置传感器210检测到的转子位置θ，输出dq轴电流检测值id、iq。
零相电流计算部60中输入由电流传感器220检测到的三相电流iu、iv、iw和由位置传感器210检测到的转子位置θ，输出零相电流i0。所述零相电流i0的计算式以式(2)表示。
Figure BDA0001483704160000041
而且，由于零相电流i0根据马达200的旋转速度而变化，因此可以考虑由角速度ω推定的零相电流值进行计算。
速度转换部70中输入由位置传感器210检测到的转子位置θ，输出角速度ω。
图3是电流指令运算部10的流程图。首先，电流指令运算部10在步骤a1中取得转矩指令值T*。接着，电流指令运算部10在步骤a2中取得由速度转换部70输出的角速度ω。接着，电流指令运算部10在步骤a3中取得由零相电流计算部60输出的零相电流i0。接着，电流指令运算部10在步骤a4中基于转矩指令值T*和角速度ω运算dq轴电流指令值id*、iq*。
接下来，在dq轴电流指令值id*、iq*与零相电流i0之和为预定电流值以下的情况下，电流指令运算部使处理结束，输出dq轴电流指令值id*、iq*。
另一方面，在dq轴电流指令值id*、iq*与零相电流i0之和大于预定电流值的情况下，在步骤a5中基于零相电流i0再次设定电流指令最大值，返回步骤a4的处理。
这样，本实施方式涉及的电动机的控制装置控制所述电动机中流动的电流，使得驱动电流与所述零相电流的矢量和成为预定电流以下。由此，能抑制在逆变器及马达中流动过电流。根据本实施方式，即使在电动机高速旋转时，也能抑制起因于零相电流的过电流发生。另外，由此能防止过电流损坏，提高可靠性。另外，在能够防止过电流损坏的范围内，能使d轴电流、q轴电流最大化，因此输出提高。
本实施方式这样的控制方法，在使马达200的旋转速度变化的情况下，通过确认驱动电流即d轴电流和q轴电流之和是否增减，能对实施情况进行确认。例如，在马达200高速旋转时，由于零相电流相对增大，因此d轴电流与q轴电流之和减小。
图4是通过最大转矩电流控制驱动马达200情况的电流矢量图。i1*是最大转矩电流控制时的电流指令矢量，是d轴电流指令矢量id1*与q轴电流指令矢量iq1*的矢量和。虚线圆弧表示预定电流imax的大小。在逆变器100、马达200中流动零相电流i0的情况下，为了防止在逆变器100、马达200中流动过电流，逆变器100能输出的电流矢量的大小对应于零相电流i0大小而被限制为实线圆弧之内。因此，通过在实线圆弧内的区域控制逆变器电流能防止过电流。
图5是通过磁场削弱控制驱动马达200情况的电流矢量图。i2*是磁场削弱控制时的电流指令矢量，是d轴电流指令矢量id2*与q轴电流指令矢量iq2*的矢量和。虚线圆弧表示预定电流imax的大小。在磁场削弱控制时也同所述最大转矩电流控制那样，在逆变器100、马达200中流动零相电流i0的情况下，为了防止在逆变器100、马达200中流动过电流，逆变器100能输出的电流矢量的大小对应于零相电流i0大小而被限制为实线圆弧之内。在磁场削弱控制中，d轴电流指令值id2*由马达200的旋转速度确定，因此q轴电流指令值iq2*由式(3)求出。而且，其可使用预先设定的表格。
Figure BDA0001483704160000051
图6是表示第二实施方式的框图。图6的结构是在图2中追加了电流指令修正部300的结构。图6中，电流指令运算部10对应于输入的转矩指令值T*且不考虑零相电流i0地计算不超过预定电流imax的dq轴电流指令值id*、iq*。电流指令修正部300中输入dq轴电流指令值id*、iq*和零相电流i0，为了满足式(1)的条件修正dq轴电流指令值id*、iq*。此时，可仅修正q轴电流指令值iq*、或者仅修正d轴电流指令值id*、或者修正d轴电流指令值id*和q轴电流指令值iq*双方。
图7是表示第3实施方式的框图。图7的结构是在图2中追加了转矩指令修正部400的结构。图7中，转矩指令修正部400中输入转矩指令值T*和零相电流i0，使用预先设定的表格修正转矩指令值T*并输出。通过所述修正，生成dq轴电流指令值id*、iq*与零相电流iq*之和成为预定电流以下的转矩指令值T*。
图8是表示第4实施方式的框图。图8的结构是在图2中追加了零相电流控制部520的结构。图8中，电流指令运算部510基于输入的转矩指令值T*、角速度ω、零相电流i0，来输出满足式(4)的条件的适当的dq轴电流指令值id0*、iq0*和零相电流指令值i0*。
Figure BDA0001483704160000061
零相电流控制部520中输入零相电流指令值i0*，使用比例控制、积分控制等输出零相电压指令值v0*。
三相转换部530中输入dq轴电压指令值vd*、vq*和零相电压指令值v0*，基于式(5)输出三相电压指令值vu*、vv*、vw*。
Figure BDA0001483704160000062
图8的结构中，电流指令运算部510输出满足式(4)的条件的dq轴电流指令值id0*、iq0*和零相电流指令值i0*，因此马达中流动的电流被控制为预定电流以下。
根据上述的实施方式涉及的电动机的控制装置，通过控制电动机中流动的电流来使得驱动电流与零相电流的矢量和成为预定电流以下，从而能得到减小逆变器和马达的过电流的效果。
上述的实施方式涉及的电动机的控制装置搭载于例如通过该电动机驱动的电动车辆。相比采用连接有中性点的电动机的情况，图1所示的马达驱动装置的逆变器的电压利用率提高大约1.7倍，因此能取得延长电动车辆的续航距离、实现电动车辆小型化等效果。并且，根据本申请的结构，能提供抑制了过电流损坏的可靠性高的电动车辆。
符号说明
10：电流指令运算部；
20：dq轴电流控制部；
30：三相转换部；
50：dq转换部；
60：零相电流计算部；
70：速度转换部；
100：逆变器；
110：U相全桥逆变器；
110a：开关元件；
110b：开关元件；
110c：开关元件；
110d：开关元件；
111：V相全桥逆变器；
110a：开关元件；
110b：开关元件；
110c：开关元件；
110d：开关元件；
112：W相全桥逆变器；
112a：开关元件；
112b：开关元件；
112c：开关元件；
112d：开关元件；
200：马达；
210：位置传感器；
220：电流传感器；
300：电流指令修正部；
400：转矩指令修正部；
510：零相电流控制时的电流指令运算部；
520：零相电流控制部；
530：零相电流控制时的三相转换部；
iu：U相电流；
iv：V相电流；
iw：W相电流；
T*：转矩指令值；
ω：角速度；
i0：零相电流；
id*：d轴电流指令值；
iq*：q轴电流指令值；
id：d轴电流检测值；
iq：q轴电流检测值；
vd*：d轴电压指令值；
vq*：q轴电压指令值；
vu*：U相电压指令值；
vv*：V相电压指令值；
vw*：W相电压指令值；
id1*：最大转矩电流控制时的d轴电流指令值；
iq1*：最大转矩电流控制时的q轴电流指令值；
id2*：磁场削弱控制时的d轴电流指令值；
iq2*：磁场削弱控制时的q轴电流指令值；
i1*：最大转矩电流控制时的电流指令矢量；
i2*：磁场削弱控制时的电流指令矢量；
id0*：零相电流控制时的d轴电流指令值；
iq0*：零相电流控制时的q轴电流指令值；
i0*：零相电流指令值；
v0*：零相电压指令值。

Claims (5)

1.一种电动机的控制装置，该电动机的各相绕组独立接线，其特征在于，
所述控制装置具备：零相电流计算部，其基于在所述电动机中流动的各相电流的检测值和所述电动机的转子位置来计算零相电流；
电流指令生成部，其基于所述电动机的转矩指令和所述电动机的转子位置来生成电流指令；以及
电流指令修正部，其基于所述零相电流计算部计算出的零相电流来修正所述电流指令生成部生成的电流指令，
所述控制装置对在所述电动机中流动的电流进行控制，使得驱动电流与所述零相电流的矢量和成为预定电流以下。
2.根据权利要求1所述的电动机的控制装置，其特征在于，
在所述驱动电流大于第一电流的情况下，所述控制装置将所述驱动电流控制为所述第一电流以下，所述第一电流为从所述预定电流减去所述零相电流计算部计算出的所述零相电流的分量而得到的电流。
3.根据权利要求1所述的电动机的控制装置，其特征在于，
所述控制装置具备：转矩指令修正部，其基于所述零相电流计算部计算出的零相电流来修正所述电动机的转矩指令。
4.根据权利要求1所述的电动机的控制装置，其特征在于，
控制所述驱动电流和所述零相电流，使得所述驱动电流与所述零相电流的矢量和成为所述预定电流以下。
5.一种电动车辆，其特征在于，
具备权利要求1所述的电动机的控制装置。
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