JP2005261093A - 交流モータの制御装置,2チップインバータ及びワンチップインバータ。 - Google Patents
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Abstract
本発明は、高耐圧に対応した比較的簡単な回路でトルク脈動を低減し、かつ回転速度や負荷が変わっても高効率にモータを駆動できる交流モータの制御装置および半導体装置を提供する。
【解決手段】
モータの誘起電圧と相対位相が固定された第1の位相信号と、モータの電流極性信号とを検出し、両者の位相差を認識し、その位相差を、モータを高効率駆動できるゼロに近付けるように第2の位相信号を作成し、その第2の位相信号に基づいて擬似正弦波状あるいは台形波状の変調波信号を作成し、その変調波信号と搬送波信号とを比較してインバータをPWM制御する。
【選択図】図1
Description
(a)〜図2(c)に示すように、各相第1の位相信号の立ち上がりは各相誘起電圧が正から負へと横切るゼロクロス点と一致しており、立ち下がりは負から正へと横切るゼロクロス点と一致している。一方、図2(d)〜図2(f)に示すように、各相の電流極性信号の立ち上がりは、各相のモータ電流が正から負へと横切るゼロクロス点と一致しており、立ち下がりは負から正へと横切るゼロクロス点と一致している。
13は、位相差認識器21と第2の位相信号作成器22から構成される。位相差認識器
21には、前記の制御信号VSPと、前記第1の位相信号hu,hv,hwと、前記の電流極性信号Ipu,Ipv,Ipwとが入力され、第1の位相信号と電流極性信号との位相ずれの大きさと、進み/遅れの関係、およびモータの回転速度情報を認識し、位相差信号VC_lagを出力する。第2の位相信号作成器22には、前記第1の位相信号hu,hv,hwと、位相差信号VC_lagが入力され、位相差信号に基づいて、第1の位相信号と同位相あるいは進み位相とした第2の位相信号hsu,hsv,hswを出力する。
VSPは、位相差認識器21に入力しなくてもよい。
Awと、進み/遅れ信号Bu,Bv,Bwを出力する。ここで位相ずれ信号は、各相の第1の位相信号と電流極性信号の位相ずれを生じている期間だけ正の値を持つ。例えば図5(a)〜図5(c)に示すように、第1の位相信号huと電流極性信号Ipuとの位相差が大きいほど、位相ずれ信号Auが正の値を持つ期間が長くなる。
VSPは、位相差認識信号作成器32u,32v,32wに各相ごとに入力され、振幅が制御信号VSPに比例した位相差認識信号Du,Dv,Dwが出力される。
VC_lagを出力する。このように作成された位相差信号VC_lagは、第1の位相信号と電流極性信号との位相差情報と、モータの回転速度情報を持つ。
hv1,hw1を出力する。
Nu=hu1+hv1
Nv=hv1+hw1
Nw=hw1+hu1
という関係式に基づいて、図7(d)〜図7(f)に示すマスク信号Nu,Nv,Nwを出力する。
lagは、充放電信号作成器42に入力される。そして充放電信号作成器42内部の加算器(図示せず)によりマスク信号Nu,Nv,Nwの総和をとって、電気角60度周期の方形波状の信号を作成し、その振幅をVC_lagに比例して与え、図7(g)に示す充放電信号Gを出力する。
Nwのゼロレベルの間をマスクすることにより、各相のスロープ信号Su,Sv,Swを出力する。
30度としている。
30度台形波形成器51を中心に、2つのサンプルホールド回路52,53、3つのコンデンサCu,Cv,Cwから構成される。
trumaxと下側平坦部の大きさであるtruminの中間の大きさをゼロレベルとする。その時、台形波の最大値である上限リミット値trumaxは、trumax=
truA×5/3の関係で求められるため、truAよりtrumaxを作成しておき、U相コンデンサの電圧がtrumaxとなった時点PDで充電をやめて上限リミット値
trumaxを保持し、台形波の上側平坦部を形成する。
30度台形波の場合、台形波の最小値である下限リミット値truminは、trumin=
truB×5/3の関係で求められるためtruBよりtruminを作成しておき、U相コンデンサCuの電圧がtruminとなった時点PHで放電をやめる。そして第2の位相信号hsvの立ち上がりのタイミングPIまで下限リミット値truminを保持し、台形波の下側平坦部を形成する。
mu=Kg×(tru−trv)
mv=Kg×(trv−trw)
mw=Kg×(trw−tru)
の関係式にて作成される。ここで、Kgは擬似正弦波信号の振幅を決定するゲインである。
hu,hv,hwと、制御信号VSPを入力し、これらに基づいて変調波信号mu,mv,mwを作成してモータを駆動した場合の動作例を示す。また、図16には、本実施例に従い、第2の位相信号制御器13を用いてモータを駆動した場合の動作例を示す。いずれも、指令回転速度を500r/minで一定とし、時間1secの時点で負荷トルクを急変させた時の動作のシミュレーション結果である。
22との相違点は、充放電信号作成器が2つ(42A,42B)、スロープ信号作成器が2つ(43A,43B)、そしてコンデンサが2つ(C3,C4)ある点と、しきい値設定器48がある点である。
Nu=hv1−hw1
Nv=hw1−hu1
Nw=hu1−hv1
という関係式に基づいて、図22(d)〜図22(f)に示すマスク信号Nu,Nv,
Nwを出力する。
lagは、充放電信号作成器42A,42Bに入力される。充放電信号作成器42A内では、マスク信号Nu,Nv,Nwが正の値となる相を順次切り換えながら、図22(g)に示すように、120度毎に不連続部分を持つ充放電信号G1を出力する。充放電信号作成器42B内では、マスク信号Nu,Nv,Nwが負の値となる相を順次切り換えながら、図22(h)に示すように、120度毎に不連続部分を持つ充放電信号G2を出力する。充放電信号G1,G2とも、振幅はVC_lagに比例して与える。
hsu,hsv,hswを出力する。
hsv,hswを作成してきた。しかし、スロープ信号としきい値との関係は相対的であり、どちらを変化させてもよい。すなわち、これまでの実施例とは逆に、スロープ信号の傾きを固定し、しきい値のレベルを変化させて第2の位相信号を作成してもよい。その場合、しきい値のレベルは、第1の位相信号と電流極性信号との位相差情報およびモータの回転速度情報を持たせるために、位相差信号VC_lagに比例して作成するとよい。
trw−truとなり、図14に示すmu,mv,mwの擬似正弦波がモータに印加されることになる。したがって各相の変調波が台形波のままであっても、各相に擬似正弦波を通電した時とほぼ同等のトルク脈動低減効果が得られる。
mv=Kg×(trw+tru)
mw=Kg×(tru+trv)
その場合の波形を図25に示す。tru,trv,trwは3相の平坦部30度台形波である。上述の式においてKg=−1とするとmu,mv,mwは図25に示すように、各相台形波と同位相で、各相台形波よりも振幅が小さく平坦部の長い擬似正弦波Aとなる。
mu−mv,mv−mw,mw−muのような、平坦部の長い擬似正弦波Aを各相間で減算した擬似正弦波状の電圧がモータに印加される。これらは図14に示した擬似正弦波と一致する。このように平坦部30度台形波信号各相間の和信号をとれば、同じ擬似正弦波を得るのに、各相台形波tru,trv,trwよりも小さい振幅の擬似正弦波A(mu,mv,mw)を搬送波信号と比較してPWM信号を作ることができる。したがって、直流電圧の利用率を高くできる、すなわち同じモータ電圧を得るのに直流電圧の大きさを小さくできる、という利点がある。
21A…位相差認識器、22,22A,22B…第2の位相信号作成器、23…台形波変調器、24,24A…擬似正弦波変調器、31…位相差検出器、32…位相差認識信号作成器、33,63…加算器、34…位相差信号作成器、41,41A…分配器、42,
42A,42B…充放電信号作成器、43,43A,43B…スロープ信号作成器、44…各相スロープ信号作成器、45…比較器、46…ゼロレベル設定器、47…位相差/速度情報信号作成器、48…しきい値設定器、51…平坦部30度台形波形成器、52…サンプルホールド回路A、53…サンプルホールド回路B、61…減算器、62…増幅器。
Claims (11)
- 第1の位相信号作成器により作成された第1の位相信号と、電流極性検出器により作成されたインバータにより駆動される交流モータの電流極性信号との位相差と、
前記交流モータの回転速度に応じた指令信号とに基づき前記位相差をゼロに近づけるように第2の位相信号を作成する第2の位相信号制御器と、
前記交流モータの回転速度に応じた指令信号と前記第2の位相信号とに基づき、複数の変調波信号を作成する変調波作成器と、
前記複数の変調波信号と搬送波信号とを比較して前記インバータをパルス幅変調制御するパルス幅変調器とを有する交流モータの制御装置。 - 請求項1において、
前記第2の位相信号制御器は、前記位相差および前記指令信号とに基づいて位相差信号を作成する位相差認識器と、
前記位相差信号と前記第1の位相信号とに基づいて前記位相差をゼロに近付けるように第2の位相信号を作成する第2の位相信号作成器とを有することを特徴とする交流モータの制御装置。 - 請求項2において、
前記位相差認識器は、前記位相差および前記指令信号とに基づいて作成した位相差認識信号を積分し、
積分した値に基づいて位相差信号を作成することを特徴とする交流モータの制御装置。 - 請求項2において、
前記第2の位相信号作成器は、前記位相差信号を積分してスロープ信号を作成し、
前記スロープ信号としきい値とに基づいて第2の位相信号を作成することを特徴とする交流モータの制御装置。 - 請求項1において、
前記変調波作成器は、一周期の区間で少なくとも2つ以上の一定レベルを有する複数の台形波状波形信号を作成する台形波変調器を有する、交流モータの制御装置。 - 請求項1において、
前記変調波作成器は、一周期の区間で少なくとも2つ以上の一定レベルを有する複数の台形波状波形信号を作成する台形波変調器と、
前記複数の台形波状波形信号の差から複数の擬似正弦波信号を作成する擬似正弦波変調器とを有する交流モータの制御装置。 - 請求項1において、
前記変調波作成器は、一周期の区間で少なくとも2つ以上の一定レベルを有する複数の台形波状波形信号を作成する台形波変調器と、
前記複数の台形波状波形信号の和から複数の擬似正弦波信号を作成する擬似正弦波変調器とを有する交流モータの制御装置。 - 請求項1記載の交流モータの制御装置を有する第1の半導体チップと、
直流を入力として交流を出力するインバータを有する第2の半導体チップとを有することを特徴とする2チップインバータ。 - 直流を入力として交流を出力するインバータと、
前記交流により駆動される交流モータの電流極性信号を作成する電流極性検出器と、
第1の位相信号作成器により作成された第1の位相信号と前記電流極性信号との位相差と、前記交流モータの回転速度に応じた指令信号とに基づき、
前記位相差をゼロに近づけるように第2の位相信号を制御する第2の位相信号制御器と、
前記指令信号と前記第2の位相信号とに基づき、複数の変調波信号を作成する変調波作成器と、
前記複数の変調波信号と搬送波信号とを比較して前記インバータをパルス幅変調制御するパルス幅変調器とを有する交流モータの制御装置とを有するワンチップインバータ。 - 負荷が接続された交流モータを駆動するインバータと、前記インバータを制御する制御装置とを有するワンチップインバータにおいて、
前記制御装置はアナログ回路からなり、前記交流モータの誘起電圧と電流を同期させるようにすることを特徴とするワンチップインバータ。 - 請求項10において、前記交流モータの誘起電圧と電流を同期させるようにするとは、モータのd軸電流値がゼロになるようにすることを特徴とするワンチップインバータ。
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