JP2004135440A

JP2004135440A - Phase current detector

Info

Publication number: JP2004135440A
Application number: JP2002298320A
Authority: JP
Inventors: Tomoo Taniguchi; 谷口　智勇; Toshiyuki Maeda; 前田　敏行
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2002-10-11
Filing date: 2002-10-11
Publication date: 2004-04-30
Anticipated expiration: 2022-10-11
Also published as: JP4722372B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To detect a phase current quickly and accurately by eliminating the influence of a resonance current caused by switching of an inverter. <P>SOLUTION: A series-connected circuit (snubber circuit )6 composed of a resistor 6a and the third capacitor 6b is connected in parallel with the first capacitor 2a on the power source side rather than a current detector 5. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＰＷＭインバータからの出力をモータに供給してモータを駆動するモータ駆動装置において、ＤＣリンクの電流および加えるベクトルパターンに基づいてモータの相電流を検出する相電流検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、インバータによりモータを駆動するモータ駆動装置において、モータの相電流を検出する装置として、出力パルスを変形して測定可能な出力に変えるものが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記の構成を採用した場合には、リンギングによる電流測定誤差、パルス出力時間の延長による波形歪、運転範囲の縮小、異音の発生などの不都合が発生する。
【０００４】
特に、リンギングについては、解析的な手法が全く提案されていなかったため、リンギングの削減が困難であり、高速な反応ができず、または、測定精度を高めることができないという不都合がある。
【０００５】
また、ＤＣリンクを流れるパルス電流をシャント抵抗を用いて検出することも可能であると考えられる。具体的には、図６に示すように、交流電源３１に整流回路３２を接続し、整流回路３２の出力端子間に第１コンデンサ３２ａを接続し、第１コンデンサ３２ａにより平滑化された直流電圧をインバータ３３に供給し、インバータ３３の入力端子間に第２コンデンサ３３ａを接続し、インバータ３３の出力をモータ３４に供給している。そして、第１コンデンサ３２ａと第２コンデンサ３３ａとの間にシャント抵抗３５ａを接続し、シャント抵抗３５ａの端子間電圧を増幅器３５ｂにより増幅して電流検出出力とすることが考えられる。
【０００６】
この構成を採用した場合には、ノイズの影響を低減し、測定精度を高めることが困難であり、しかも、シャント抵抗３５ａのインダクタンスによるピーク電圧のため、長いパルス以外は電流検出を行うことができないという不都合がある。
【０００７】
しかも、整流出力を平滑化する第１コンデンサ３２ａ、第２コンデンサ３３ａ、シャント抵抗３５ａ、および配線インダクタンスで構成される回路に共振電流が発生するので（図７参照）、インバータ３３のスイッチング後、直ちに電流検出を行うと電流検出精度が低下し、電流検出精度を高めようとすれば共振が収束するまでの長時間の待ち時間が必要になる。
【０００８】
さらに、シャント抵抗３５ａを用いてモータ３４の相電流を検出する場合には、運転状態によってはパルス幅が非常に細かくなる場合があり、回路の過渡応答が悪いと電流を取る為に大きなパルスが必要になり、波形が乱れる、異音が発生する、回転速度制御範囲が狭まるなどの不都合の発生を招く原因になっていた。
【０００９】
したがって、シャント抵抗３５ａを用いて相電流を検出することは実用化されていなかった。
【００１０】
【発明の目的】
この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、インバータのスイッチングに起因する共振電流の影響を排除して、迅速かつ高精度に相電流を検出することができる相電流検出装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の相電流検出装置は、ＰＷＭインバータからの出力をモータに供給してモータを駆動するモータ駆動装置において、ＤＣリンクの電流および加えるベクトルパターンに基づいてモータの相電流を検出するものであって、
インバータのスイッチングにより発生するＤＣリンク部のサージ電圧を抑制するためのスナバ回路を設けたものである。
【００１２】
請求項２の相電流検出装置は、前記スナバ回路としてＲＣ回路を採用するものである。
【００１３】
【作用】
請求項１の相電流検出装置であれば、ＰＷＭインバータからの出力をモータに供給してモータを駆動するモータ駆動装置において、ＤＣリンクの電流および加えるベクトルパターンに基づいてモータの相電流を検出するに当たって、
スナバ回路によって、インバータのスイッチングにより発生するＤＣリンク部の共振電流を収束させることができる。
【００１４】
したがって、相電流を安定に検出することができるとともに、電流検出波形の歪みを小さくすることができ、しかも異音の発生を大幅に抑制することができる。
【００１５】
請求項２の相電流検出装置であれば、前記スナバ回路としてＲＣ回路を採用するのであるから、簡単な回路構成で、請求項１と同様の作用を達成することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、この発明の相電流検出装置の実施の形態を詳細に説明する。
【００１７】
図１はこの発明の相電流検出装置が組み込まれたモータ駆動装置の構成を示す図であり、表１はインバータ（パワーデバイス）の出力電圧ベクトルとスイッチング素子のスイッチング状態との関係を示すものである。
【００１８】
【表１】

【００１９】
なお、Ｔ_ｕ ^＋、Ｔ_ｖ ^＋、Ｔ_ｗ ^＋は、それぞれｕ相、ｖ相、ｗ相の上アームのスイッチング素子、Ｔ_ｕ ⁻、Ｔ_ｖ ⁻、Ｔ_ｗ ⁻は、それぞれｕ相、ｖ相、ｗ相の下アームのスイッチング素子を示し、表１において、ＯＮは、上アームのスイッチング素子がＯＮで、かつ、下アームのスイッチング素子がＯＦＦである状態を示し、ＯＦＦは、上アームのスイッチング素子がＯＦＦで、かつ、下アームのスイッチング素子がＯＮである状態を示している。
【００２０】
上記のモータ駆動装置は、交流電源１を入力とする整流回路２の出力端子間に第１コンデンサ（平滑用コンデンサ）２ａを接続し、第１コンデンサ２ａと並列に３相インバータ３を接続し、３相インバータ３の出力をモータ４に供給している。そして、３相インバータ３の入力側に並列に第２コンデンサ３ａを接続し、第１コンデンサ２ａと第２コンデンサ３ａとの間に電流検出器５を接続し、電流検出器５よりも電源側に、抵抗６ａと第３コンデンサ６ｂとの直列接続回路（スナバ回路）６を第１コンデンサ２ａと並列に接続している。
【００２１】
この電流検出器５は、第１コンデンサ２ａと第２コンデンサ３ａとの間の配線に介挿されたシャント抵抗５ａと、シャント抵抗５ａの端子間電圧を入力とし、検出電流として出力する増幅器５ｂとを有している。なお、第２コンデンサ３ａの容量を、スイッチングに起因するサージ電圧によりパワーデバイスが破損しない範囲で極力小さく設定している。もちろん、サージ電圧によるパワーデバイスの破損のおそれがない場合には、第２コンデンサ３ａを省略することができる。
【００２２】
したがって、電圧ベクトルがＶ０、Ｖ７の場合には、モータ４の全ての端子が電源の−ライン、または＋ラインに接続されることになり、モータ４には、電流を増減させる電圧（以下、単に電圧と称する）がかからない。また、電圧ベクトルが例えばＶ１の場合には、モータのｗ相の端子が電源の＋ラインに、他の相の端子が電源の−ラインに接続されることになり、ｗ相電流を増加させる方向（ｕ相、ｖ相は負の方向）に電圧がかかることになる。
【００２３】
ＰＷＭの場合、電圧の大きさは、キャリア内で電圧ベクトルが出力される時間の割合によって決まるため、各相の電圧がほぼ等しい場合には、相間の電圧差に相当するきわめて短い期間の電圧ベクトルが出力されることになる（以下、これを電圧ベクトルが短いと称する）。また、出力電圧が低い時は、特に短い電圧ベクトルが出力され、モータ４に電圧のかからない電圧ベクトルＶ０、Ｖ７がキャリア内の殆どの期間を占めることになる。
【００２４】
第２図はモータ４への印加電圧を２次元で表したものであり、ｕ相に正、ｖ相、ｗ相に負の電圧がかけられる場合をｕ相方向と定義し、同様にｖ相方向、ｗ相方向を定義し、電圧の大きさをベクトルの長さで表している。
【００２５】
この場合、電圧ベクトルＶ０〜Ｖ７は第２図のように配置され、例えば、電圧ベクトルＶ１と電圧ベクトルＶ３とで挟まれるａベクトルを出力する場合には、一般的な空間ベクトル法では、例えば、Ｖ０、Ｖ１、Ｖ３、Ｖ７の順に適宜電圧ベクトルを変えながら出力する。
【００２６】
出力電圧を小さくする（ベクトルの長さを短くする）場合には、電圧ベクトルＶ０、Ｖ７の出力時間を長くし、ａベクトルの向きを保存するためには、電圧ベクトルＶ１、Ｖ３の出力時間の比率を一定に保てばよい。
【００２７】
ＤＣリンクから相電流を検出するに当たっては、例えば、ａベクトルを出力する際に、電圧ベクトルＶ１を出力している期間はｗ相電流がＤＣリンクを流れ（第３図中の矢印参照）、電圧ベクトルＶ３を出力している期間はｕ相電流の正負逆の電流がＤＣリンクに流れるという性質を用いて、ＤＣリンクから相電流を検出することができる｛第４図、および「ＰＷＭインバータの三相出力電流の直流側での検出法」、谷沢ほか、ＩＥａ−９４−１７（以下、参考文献と称する）、参照｝。
【００２８】
実際の電流検出を考えると、スナバ回路６を設けていない場合には、インバータ３のスイッチングにより電流値が変化してから回路が安定するまでの過渡状態では測定できない期間がある（第７図参照）。しかし、この実施形態では、スナバ回路６を設けているので、共振電流の影響を殆ど受けない状態にすることができる（図５参照）。具体的には、　例えば抵抗６ａを３Ω、第３コンデンサ６ｂを６８０ｎＦに設定することにより、共振電流の影響を殆ど受けない状態にすることができた。換言すれば、過渡状態を著しく短くし、不要なパルス制限なしに電流を測定することができる。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１の発明は、相電流を安定に検出することができるとともに、電流検出波形の歪みを小さくすることができ、しかも異音の発生を大幅に抑制することができるという特有の効果を奏する。
【００３０】
請求項２の発明は、簡単な回路構成で、請求項１と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の相電流検出装置が組み込まれたモータ駆動装置の構成を示す図である。
【図２】モータへの印加電圧を２次元で表す図である。
【図３】Ｖ１ベクトル出力時の電流の流れを説明する図である。
【図４】ＤＣリンクに流れる電流を説明する図である。
【図５】ＤＣリンクに流れる電流の実測例を示す図である。
【図６】従来の相電流検出装置が組み込まれたモータ駆動装置の構成を示す図である。
【図７】図６の装置のＤＣリンクに流れる電流の実測例を示す図である。
【符号の説明】
３　３相インバータ　　４　モータ
６　スナバ回路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a phase current detection device for detecting a phase current of a motor based on a DC link current and a vector pattern to be added, in a motor drive device that supplies an output from a PWM inverter to a motor to drive the motor.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a motor drive device that drives a motor by an inverter has been proposed as a device that detects a phase current of the motor and that transforms an output pulse into a measurable output.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
When the above configuration is adopted, inconveniences such as current measurement error due to ringing, waveform distortion due to extension of pulse output time, reduction in operation range, generation of abnormal noise, and the like occur.
[0004]
In particular, since no analytical method has been proposed for ringing, it is difficult to reduce ringing, and there is a disadvantage that high-speed reaction cannot be performed or measurement accuracy cannot be increased.
[0005]
It is also considered that the pulse current flowing through the DC link can be detected using a shunt resistor. Specifically, as shown in FIG. 6, a rectifier circuit 32 is connected to an AC power supply 31, a first capacitor 32a is connected between output terminals of the rectifier circuit 32, and a DC voltage smoothed by the first capacitor 32a is provided. To the inverter 33, a second capacitor 33 a is connected between the input terminals of the inverter 33, and the output of the inverter 33 is supplied to the motor 34. Then, it is conceivable that a shunt resistor 35a is connected between the first capacitor 32a and the second capacitor 33a, and the voltage between the terminals of the shunt resistor 35a is amplified by the amplifier 35b to obtain a current detection output.
[0006]
When this configuration is adopted, it is difficult to reduce the influence of noise and increase measurement accuracy, and furthermore, due to the peak voltage due to the inductance of the shunt resistor 35a, current detection cannot be performed except for a long pulse. There is an inconvenience.
[0007]
Moreover, since a resonance current is generated in a circuit composed of the first capacitor 32a, the second capacitor 33a, the shunt resistor 35a, and the wiring inductance for smoothing the rectified output (see FIG. 7), immediately after the inverter 33 is switched, When the current detection is performed, the current detection accuracy is reduced. To increase the current detection accuracy, a long waiting time is required until the resonance converges.
[0008]
Further, when the phase current of the motor 34 is detected by using the shunt resistor 35a, the pulse width may be very small depending on the operation state. If the transient response of the circuit is poor, a large pulse is required to take the current. This necessitates the occurrence of inconveniences such as a distorted waveform, abnormal noise, and a reduced rotation speed control range.
[0009]
Therefore, detecting a phase current using the shunt resistor 35a has not been put to practical use.
[0010]
[Object of the invention]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a phase current detecting device capable of quickly and accurately detecting a phase current by eliminating the influence of a resonance current caused by switching of an inverter. It is intended to be.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
A phase current detection device according to a first aspect of the present invention is a motor drive device that supplies an output from a PWM inverter to a motor to drive the motor, wherein the phase current detection device detects the phase current of the motor based on a DC link current and a vector pattern to be added. So,
A snubber circuit for suppressing a surge voltage of a DC link portion generated by switching of an inverter is provided.
[0012]
The phase current detection device according to claim 2 employs an RC circuit as the snubber circuit.
[0013]
[Action]
According to the phase current detecting device of the present invention, a motor driving device that supplies an output from a PWM inverter to a motor and drives the motor detects a phase current of the motor based on a DC link current and a vector pattern to be added. In hitting
The resonance current of the DC link portion generated by the switching of the inverter can be converged by the snubber circuit.
[0014]
Therefore, the phase current can be stably detected, the distortion of the current detection waveform can be reduced, and the generation of abnormal noise can be significantly suppressed.
[0015]
According to the phase current detecting device of the second aspect, since an RC circuit is employed as the snubber circuit, the same operation as the first aspect can be achieved with a simple circuit configuration.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a phase current detecting device of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0017]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a motor drive device incorporating a phase current detection device of the present invention, and Table 1 shows a relationship between an output voltage vector of an inverter (power device) and a switching state of a switching element. is there.
[0018]
[Table 1]

[0019]
Note that _Tu ⁺ , T _v ⁺ , and T _w ⁺ are u-phase, v-phase, and w-phase upper-arm switching elements, respectively, and _Tu ⁻ , T _v ⁻ , and T _w ⁻ are u-phase and v-phase, respectively. , W-phase lower-arm switching elements. In Table 1, ON indicates a state in which the upper-arm switching elements are ON and lower-arm switching elements are OFF, and OFF indicates upper-arm switching. The state where the element is OFF and the switching element of the lower arm is ON is shown.
[0020]
In the motor drive device, a first capacitor (smoothing capacitor) 2a is connected between output terminals of a rectifier circuit 2 having an AC power supply 1 as an input, and a three-phase inverter 3 is connected in parallel with the first capacitor 2a. The output of the three-phase inverter 3 is supplied to the motor 4. Then, a second capacitor 3a is connected in parallel to the input side of the three-phase inverter 3, and a current detector 5 is connected between the first capacitor 2a and the second capacitor 3a. , A series connection circuit (snubber circuit) 6 of a resistor 6a and a third capacitor 6b is connected in parallel with the first capacitor 2a.
[0021]
The current detector 5 includes a shunt resistor 5a inserted in a wiring between the first capacitor 2a and the second capacitor 3a, an amplifier 5b which receives a voltage between terminals of the shunt resistor 5a and outputs the voltage as a detection current. have. The capacitance of the second capacitor 3a is set as small as possible within a range where the power device is not damaged by a surge voltage caused by switching. Of course, when there is no possibility that the power device is damaged by the surge voltage, the second capacitor 3a can be omitted.
[0022]
Therefore, when the voltage vectors are V0 and V7, all the terminals of the motor 4 are connected to the negative or positive line of the power supply, and the motor 4 is supplied with a voltage for increasing or decreasing the current (hereinafter simply referred to as a voltage). Voltage). When the voltage vector is, for example, V1, the w-phase terminal of the motor is connected to the + line of the power supply, and the other phase terminal is connected to the-line of the power supply. (The u-phase and the v-phase are in the negative direction).
[0023]
In the case of PWM, the magnitude of the voltage is determined by the ratio of the time during which the voltage vector is output in the carrier. Therefore, when the voltages of the respective phases are substantially equal, the voltage vector of a very short period corresponding to the voltage difference between the phases is obtained. (Hereinafter, this is referred to as a short voltage vector). When the output voltage is low, a particularly short voltage vector is output, and the voltage vectors V0 and V7 that do not apply a voltage to the motor 4 occupy most of the period in the carrier.
[0024]
FIG. 2 shows the voltage applied to the motor 4 in two dimensions. The case where a positive voltage is applied to the u-phase and a negative voltage is applied to the w-phase is defined as the u-phase direction. The direction and the w-phase direction are defined, and the magnitude of the voltage is represented by the length of the vector.
[0025]
In this case, the voltage vectors V0 to V7 are arranged as shown in FIG. 2. For example, when outputting an a vector sandwiched between the voltage vector V1 and the voltage vector V3, for example, in a general space vector method, for example, The output is performed while appropriately changing the voltage vector in the order of V0, V1, V3, and V7.
[0026]
When reducing the output voltage (decreasing the length of the vector), the output time of the voltage vectors V0 and V7 is increased, and in order to preserve the direction of the a vector, the output time of the voltage vectors V1 and V3 is reduced. What is necessary is just to keep the ratio constant.
[0027]
In detecting the phase current from the DC link, for example, when outputting the vector a, the w-phase current flows through the DC link during the period when the voltage vector V1 is being output (see the arrow in FIG. 3). During the period when the vector V3 is being output, the phase current can be detected from the DC link by using the property that the current having the opposite polarity of the u-phase current flows through the DC link. {FIG. Method of Detecting Phase Output Current on DC Side ", Tanizawa et al., IEa-94-17 (hereinafter referred to as reference),｝.
[0028]
Considering actual current detection, when the snubber circuit 6 is not provided, there is a period during which measurement cannot be performed in a transient state from the time when the current value changes due to the switching of the inverter 3 until the circuit becomes stable (see FIG. 7). ). However, in this embodiment, since the snubber circuit 6 is provided, it is possible to make the state hardly affected by the resonance current (see FIG. 5). Specifically, for example, by setting the resistance 6a to 3Ω and the third capacitor 6b to 680 nF, it was possible to make the state hardly affected by the resonance current. In other words, the transient can be significantly shortened and the current can be measured without unnecessary pulse limiting.
[0029]
【The invention's effect】
The invention of claim 1 has a unique effect that the phase current can be stably detected, the distortion of the current detection waveform can be reduced, and the occurrence of abnormal noise can be significantly suppressed. .
[0030]
According to the second aspect of the invention, the same effects as those of the first aspect can be obtained with a simple circuit configuration.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a motor drive device incorporating a phase current detection device of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a voltage applied to a motor in two dimensions.
FIG. 3 is a diagram illustrating the flow of current when a V1 vector is output.
FIG. 4 is a diagram illustrating a current flowing through a DC link.
FIG. 5 is a diagram illustrating an actual measurement example of a current flowing through a DC link.
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a motor drive device incorporating a conventional phase current detection device.
FIG. 7 is a diagram showing an example of actual measurement of a current flowing through a DC link of the device of FIG.
[Explanation of symbols]
3 Three-phase inverter 4 Motor 6 Snubber circuit

Claims

In a motor drive device that drives the motor (4) by supplying an output from the PWM inverter (3) to the motor (4), a phase current of the motor (4) is detected based on a DC link current and a vector pattern to be added. Thing,
A phase current detection device comprising a snubber circuit (6) for suppressing a surge voltage of a DC link generated by switching of an inverter (3).

The phase current detection device according to claim 1, wherein the snubber circuit (6) is an RC circuit (6).