JP2006166596A - Method of controlling power converter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、交流モータを駆動する電力変換装置の制御方法である。 The present invention is a method for controlling a power converter that drives an AC motor.
従来、交流モータ駆動システムにおいて、インバータに加える直流電圧を、DC/DCコンバータによって可変にする構成が知られており、例えば、図1に示したような特開2003-116280(特許文献1を参照されたい。)の構成などで開示されている。DC/DCコンバータを備える駆動システムでは、電源とモータ間を移動する電力は、全てDC/DCコンバータを通過するため、半導体スイッチやコイルにおける損失が生じる。DC/DCコンバータを備える駆動システムでは、電源とモータ間を移動する電力は、全てDC/DCコンバータを通過するため、半導体スイッチやコイルにおける損失が発生するとともに、コイルの容積によって、駆動システム全体の大きさが大きくなる。
そこで、本発明は、DC/DCコンバータによる電圧可変と同様に高回転域における出力トルクの向上を目的とし、電源とモータの間の電力の移動には、DC/DCコンバータのような損失を伴わず、コイルのように大きな容積を必要としない、小型・低損失な電力変換器の制御方法を提供する。 Therefore, the present invention aims to improve the output torque in the high rotation range as well as the variable voltage by the DC / DC converter, and the power transfer between the power source and the motor is accompanied by a loss like a DC / DC converter. In addition, the present invention provides a method for controlling a small-sized and low-loss power converter that does not require a large volume like a coil.
上述した諸課題を解決すべく、第1の発明による電力変換装置の制御方法は、
複数の直流電源に接続され、これら直流電源のそれぞれの出力電圧からパルスを生成・合成することで駆動電圧を生成し交流モータを駆動する電力変換装置の制御方法であって、
モータ電流と同位相のモータ電圧成分である有効電圧指令値を生成する有効電圧指令値生成ステップと、
それ以外のモータ電圧成分である無効電圧指令値を生成する無効電圧指令値生成ステップと、
前記有効電圧指令値と前記無効電圧指令値とを複数の直流電源に各々対応した各電圧指令値に配分する電圧配分ステップと、
前記各電圧指令値に基づいて、前記電力変換装置が各出力電圧パルスを生成するよう制御するステップと、
を含むことを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, a method for controlling a power conversion device according to the first invention includes:
A method for controlling a power converter that is connected to a plurality of DC power supplies, generates a drive voltage by generating and synthesizing pulses from the output voltages of each of these DC power supplies, and drives an AC motor,
An effective voltage command value generation step for generating an effective voltage command value that is a motor voltage component in phase with the motor current;
A reactive voltage command value generation step for generating a reactive voltage command value that is other motor voltage component;
A voltage distribution step of distributing the effective voltage command value and the reactive voltage command value to each voltage command value corresponding to each of a plurality of DC power sources;
Controlling the power converter to generate each output voltage pulse based on each voltage command value; and
It is characterized by including.
また、第2の発明による電力変換装置の制御方法は、
前記電圧指令値生成ステップが、
モータ電圧指令値とモータ電流位相から、前記有効電圧指令値を抽出し、
前記無効電圧指令値生成ステップが、
前記モータ電圧指令値と前記モータ電流位相から、前記無効電圧指令値を抽出する、
ことを特徴とする。
The control method of the power converter according to the second invention is
The voltage command value generation step includes
Extracting the effective voltage command value from the motor voltage command value and the motor current phase,
The reactive voltage command value generation step includes
The reactive voltage command value is extracted from the motor voltage command value and the motor current phase.
It is characterized by that.
さらにまた、第3の発明による電力変換装置の制御方法は、
さらに、前記モータ電流の位相を前記モータ電流の指令値の位相から求めるステップ、
を含むことを特徴とする。
Furthermore, the control method of the power converter according to the third invention is
Furthermore, the step of obtaining the phase of the motor current from the phase of the command value of the motor current,
It is characterized by including.
さらにまた、第4の発明による電力変換装置の制御方法は、
前記無効電圧指令値生成ステップが、
前記モータ電圧指令値から前記有効電圧指令値を減算することで前記無効電圧指令値を求める、
ことを特徴とする。
Furthermore, the control method of the power conversion device according to the fourth invention is:
The reactive voltage command value generation step includes
Obtaining the reactive voltage command value by subtracting the effective voltage command value from the motor voltage command value;
It is characterized by that.
さらにまた、第5の発明による電力変換装置の制御方法は、
さらに、dq座標におけるdq軸電流指令値とdq軸電流から、dq軸電流を制御するdq軸電圧指令値を演算するステップを含み、
前記有効電圧指令値生成ステップが、
前記dq軸電流指令値と前記dq軸電圧指令値とから、前記有効電圧指令値を抽出し、
前記無効電圧指令値生成ステップが、
前記dq軸電流指令値と前記dq軸電圧指令値とから、前記無効電圧指令を抽出する、
ことを特徴とする。
Furthermore, the control method of the power converter according to the fifth invention is:
And a step of calculating a dq-axis voltage command value for controlling the dq-axis current from the dq-axis current command value and the dq-axis current in the dq coordinate,
The effective voltage command value generation step includes
The effective voltage command value is extracted from the dq axis current command value and the dq axis voltage command value,
The reactive voltage command value generation step includes
The reactive voltage command is extracted from the dq axis current command value and the dq axis voltage command value.
It is characterized by that.
さらにまた、第6の発明による電力変換装置の制御方法は、
前記電圧配分ステップが、
前記複数の直流電源に各々対応した有効電力配分指令値を前記有効電圧指令値に乗じて配分後有効電圧指令を求めるステップと、
前記複数の直流電源に各々対応した無効電力配分指令値を前記無効電圧指令値に乗じて配分後無効電圧指令を求めるステップと、
前記複数の直流電源に各々対応した前記各電圧指令値を、前記配分後有効電圧指令値と前記配分後無効電圧指令値との和から、それぞれ求めるステップとを含む、
ことを特徴とする。
Furthermore, the control method of the power conversion device according to the sixth invention is:
The voltage distribution step comprises:
Multiplying the effective voltage command value by the active power distribution command value corresponding to each of the plurality of DC power sources to obtain a distributed effective voltage command;
Multiplying the reactive voltage command value corresponding to each of the plurality of DC power supplies by the reactive voltage command value to obtain a post-distributed reactive voltage command;
Obtaining each voltage command value corresponding to each of the plurality of DC power sources from the sum of the distributed effective voltage command value and the distributed reactive voltage command value, respectively.
It is characterized by that.
さらにまた、第7の発明による電力変換装置の制御方法は、
さらに、前記複数の直流電源に各々対応した前記各電圧指令値を前記直流電源の電圧値によって正規化した各変調率指令値を求めるとともに、この求めた各変調率指令値に、前記各電圧指令値の大きさに応じたオフセット量を加算もしくは減算して各補正変調率指令値を出力するステップ、
を含むことを特徴とする。
Furthermore, the control method of the power conversion device according to the seventh invention is:
Further, each voltage command value corresponding to each of the plurality of DC power supplies is obtained by normalizing each voltage command value by the voltage value of the DC power supply, and each voltage command Outputting each correction modulation rate command value by adding or subtracting an offset amount corresponding to the magnitude of the value;
It is characterized by including.
さらにまた、第8の発明による電力変換装置の制御方法は、
さらに、前記複数の直流電源の一つがコンデンサであって、前記無効電圧指令値をこのコンデンサに蓄積されている電力に対応した電圧指令値とするステップ、
を含むことを特徴とする。
上述したように本発明の解決手段を方法として説明してきたが、本発明はこれらに実質的に相当する装置、プログラム、プログラムを記録した記憶媒体としても実現され得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。
Furthermore, the control method of the power converter according to the eighth invention is:
Further, one of the plurality of DC power supplies is a capacitor, and the reactive voltage command value is a voltage command value corresponding to the power stored in the capacitor,
It is characterized by including.
As described above, the solving means of the present invention has been described as a method. However, the present invention can also be realized as a device, a program, and a storage medium recording the program, and the scope of the present invention. It should be understood that these are also included.
第1の発明によれば、モータ電圧の有効電圧と無効電圧を複数の電源に対応した電圧指令に配分し、電圧パルスを生成してモータを駆動することで、モータの有効電力の配分だけでなく、無効電力の配分を制御することができる。これによって、複数の電源を、無効電力のみを循環させる電源や有効電力のみを供給させる電源として制御することが可能になる。無効電力のみを循環させる電源は、有効電力を供給しないため、その容量は小さくてよい。その電圧を高い電圧に充電しておき、その電圧を利用することで、モータの誘起電圧を抑えるようにモータ電流を制御するととともに、他の電源から有効電力をモータへ供給して駆動することで、高回転域でのモータの出力トルクを向上させることが可能である。また、従来技術ではスイッチ群を通過して電源に戻っていた無効電力を利用して昇圧を行うことができるため、スイッチ群における損失を低減させることも可能となる。 According to the first aspect of the invention, the effective voltage and the invalid voltage of the motor voltage are distributed to voltage commands corresponding to a plurality of power supplies, and the motor is driven by generating voltage pulses. In addition, the distribution of reactive power can be controlled. This makes it possible to control a plurality of power sources as a power source that circulates only reactive power or a power source that supplies only active power. Since the power source that circulates only reactive power does not supply active power, its capacity may be small. By charging the voltage to a high voltage and using the voltage, the motor current is controlled so as to suppress the induced voltage of the motor, and the active power is supplied to the motor by driving from another power source. It is possible to improve the output torque of the motor in the high rotation range. In addition, in the prior art, boosting can be performed by using the reactive power that has passed through the switch group and returned to the power source, so that loss in the switch group can be reduced.
第2の発明によれば、モータ電流位相とモータ電圧指令値とから有効電圧指令と無効電圧指令を抽出するため、一般的なモータ制御システムが持つ情報を用い、制御システム内の演算によって、それらを抽出することができる。また、第3の発明によれば、モータ電流位相をモータ電流指令値から求めるため、実モータ電流の検出値に含まれるノイズ等の影響を受けずに、モータ電流位相を求めることが可能である。請求項4の発明によれば、
無効電圧指令をモータ電圧指令値から有効電圧指令値を減算して求めるため、演算を簡素化することが可能である。また、第5の発明によれば、dq座標において有効電圧指令と無効電圧指令を演算するため、dq座標におけるベクトル制御を行うモータ制御システムにおいては、その演算量は3相交流での演算量に比べて少なくてすむ。
According to the second aspect of the invention, the effective voltage command and the reactive voltage command are extracted from the motor current phase and the motor voltage command value. Can be extracted. According to the third aspect of the invention, since the motor current phase is obtained from the motor current command value, the motor current phase can be obtained without being affected by noise or the like included in the detected value of the actual motor current. . According to the invention of claim 4,
Since the invalid voltage command is obtained by subtracting the valid voltage command value from the motor voltage command value, the calculation can be simplified. According to the fifth aspect of the invention, since the effective voltage command and the reactive voltage command are calculated in the dq coordinate, in the motor control system that performs the vector control in the dq coordinate, the calculation amount is the calculation amount in the three-phase AC Compared with less.
第6の発明によれば、有効電圧と無効電圧を電源に応じて配分することで、モータを駆動する有効電力と無効電力の供給源を電源に応じて配分することができるようになる。このことで、モータの電流制御と電源の電力制御を同時に行い、電源として二次電池を備える場合のその電圧制御などがDC/DCコンバータなどの他の変換装置を新たに備えずに実現できる。 According to the sixth aspect, by distributing the effective voltage and the reactive voltage according to the power source, it becomes possible to distribute the active power and reactive power supply sources for driving the motor according to the power source. Thus, the current control of the motor and the power control of the power source are performed at the same time, and the voltage control when the secondary battery is provided as the power source can be realized without newly providing another conversion device such as a DC / DC converter.
また、第7の発明によれば、電圧指令値を電圧で正規化した後に、電圧指令値に応じてオフセット量を求め、変調率指令値に加算もしくは減算する処理を行うことで、電力の配分比率を任意の値とすることができる。また、第8の発明によれば、電源としてコンデンサを用いるため、小型・低コスト化を図ることができる。無効電圧をコンデンサに蓄積された電力に対応した電圧指令値とすることで、コンデンサからの電力の放電が行われず、初期に充電された電圧を維持することが可能である。このコンデンサ電圧を利用して、モータの誘起電圧を抑えるようにモータ電流を制御するととともに、他の電源から有効電力をモータへ供給して駆動することで、高回転域でのモータの出力トルクを向上させることが可能である。 In addition, according to the seventh invention, after normalizing the voltage command value with the voltage, the offset amount is obtained according to the voltage command value, and the process of adding or subtracting to the modulation factor command value is performed, thereby distributing the power. The ratio can be any value. According to the eighth aspect of the invention, since the capacitor is used as the power source, it is possible to reduce the size and cost. By setting the reactive voltage to a voltage command value corresponding to the power stored in the capacitor, it is possible to maintain the initially charged voltage without discharging the power from the capacitor. Using this capacitor voltage, the motor current is controlled so as to suppress the induced voltage of the motor, and the active power is supplied from another power source to the motor and driven, so that the output torque of the motor in the high rotation range can be reduced. It is possible to improve.
以降、諸図面を参照しつつ、本発明の実施態様を詳細に説明する。図3は、本発明による電力変換装置の制御方法の使用に適した電力変換装置の回路図を示している。電源10aの負極と、電源10bの負極が共通負極母線15に接続されている。共通負極母線15とモータ20の各相端子間には、一般的に知られているインバータの下アームと同様に、半導体スイッチ107a,108a,109aとダイオード107b,108b,109bの組が接続される。電源10aの正極母線14とモータ20の各相端子間とは、双方向の導通を制御可能な半導体スイッチ101a/101b,102a/102b,103a/103bでそれぞれ接続する。また、電源10bの正極母線16とモータ20の各相端子間にも、双方向の導通を制御可能な半導体スイッチ104a/104b,105a/105b,106a/106bをそれぞれ接続する。電源10aの正極母線14と共通負極母線15の間には平滑コンデンサ12を設け、電源10bの正極母線16と共通負極母線15の間にも平滑コンデンサ13を設ける。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 3 shows a circuit diagram of a power converter suitable for use in the method for controlling a power converter according to the present invention. The negative electrode of the power supply 10a and the negative electrode of the power supply 10b are connected to the common
電力変換器30は、共通負極母線と電源10aの正極母線と電源10bの正極母線、以上の3つの電位の電圧をもとに、モータに印加する電圧を生成する直流-交流電力変換器である。U相(30U)、V相(30V)、W相(30W)の各相に設けられた半導体スイッチが、交流モータの各相に出力する電圧を生成するスイッチ手段であり、これらの電位のなかから択一的に接続し、その接続する時間の割合を変化させることで、モータに必要な電圧を供給する。
The
図2を用いて、制御装置40の構成を説明する。41は、外部より与えられるトルク指令とモータの回転速度とから交流モータのd軸電流の指令値id*とq軸電流の指令値iq*とを演算するトルク制御手段である。42では、dq軸電流指令値id*、iq*とdq軸電流値id、iqとから、これらを一致させるための電流制御を行うとともに、電源10aとbから供給される有効電力の分配目標値(rto_pa_a、rto_pa_b)と、電源10aと10bが接続された母線を経て循環する無効電力の分配目標値(rto_pr_a、rto_pr_b)から電力制御を行う電流・電力制御手段である。
The configuration of the
この電流・電力制御手段42の詳細について、図11を用いて詳細に説明する。電流制御手段42aでは、id*、iq*にid、iqが追従するように、それぞれPI制御によるフィードバック制御を行って、dq軸電圧指令値vd*、vq*を出力する。id、iqは3相/dq変換手段48により3相電流iu、ivから求められる。β角演算手段42bでは、id*、iq*を入力とし、次の式に基づいて電流指令値の位相角度β*を演算する(第3の発明では指令値から 、第5の発明ではdq軸から求める)。
β* = tan-1(-id/iq)
(ただし、iq=0の場合は β* =π/2)
Details of the current / power control means 42 will be described in detail with reference to FIG. The current control means 42a performs feedback control by PI control so that id and iq follow id * and iq *, respectively, and outputs dq axis voltage command values vd * and vq *. id and iq are obtained from the three-phase currents iu and iv by the three-phase / dq conversion means 48. The β angle calculation means 42b inputs id * and iq * and calculates the phase angle β * of the current command value based on the following formula (from the command value in the third invention, the dq axis in the fifth invention) From).
β * = tan -1 (-id / iq)
(However, if iq = 0, β * = π / 2)
vd*、vq*とβ*を用いて、有効電圧成分vd_1*、vq_1*と無効電圧成分vd_2*、vq_2*を演算する。図12の電流・電圧ベクトル図に示したように、まず、電圧指令値vd*、vq*を電流指令値のベクトルI*の方向と、これと直交する方向の成分に分解する。得られた合成電圧ベクトルv_a0,v_r0を再度、dq軸成分に分解すると、v_a0から有効電圧成分vd_1*、vq_1*が求まり、v_r0から無効電圧成分vd_2*、vq_2*が求まる。有効・無効dq電圧演算手段42cは、この過程を演算する手段であり、次の式に基づいて行う(第2の発明では電流位相βと電圧指令値から求める)。
なお、ベクトルの分解・合成によってdq軸の電圧成分を演算しているため、無効電圧成分については、次の式から演算することも可能である。
上の式を用いれば、v_r0を演算せずにvd_2*,vq_2*を求めることができるため、演算量を低減することが可能である(これは第4の発明に相当)。
The effective voltage components vd_1 * and vq_1 * and the reactive voltage components vd_2 * and vq_2 * are calculated using vd *, vq * and β *. As shown in the current / voltage vector diagram of FIG. 12, first, the voltage command values vd * and vq * are decomposed into components in the direction of the vector I * of the current command value and in a direction orthogonal thereto. When the resultant combined voltage vectors v_a0 and v_r0 are again decomposed into dq-axis components, effective voltage components vd_1 * and vq_1 * are obtained from v_a0, and reactive voltage components vd_2 * and vq_2 * are obtained from v_r0. The valid / invalid dq voltage computing means 42c is a means for computing this process, and is performed based on the following equation (in the second invention, obtained from the current phase β and the voltage command value).
Since the voltage component of the dq axis is calculated by vector decomposition / synthesis, the invalid voltage component can also be calculated from the following equation.
If the above equation is used, vd_2 * and vq_2 * can be obtained without calculating v_r0, so that the amount of calculation can be reduced (this corresponds to the fourth invention).
求められたvd_1*、vq_1*は有効電力の分配目標値(rto_pa_a、rto_pa_b)を用いて、電源10aから供給される電力と電源10bから供給される電力を配分するために、電圧の配分を行う。ここで、
rto_pa_a + rto_pa_b = 1
であり、この配分比の関係が満足される範囲で、分配目標値を変更できる(第6の発明に相当)。
vd1_a*=rto_pa_a・vd_1*
vq1_a*=rto_pa_a・vq_1*
vd1_b*=rto_pa_b・vd_1*
vq1_b*=rto_pa_b・vq_1*
The obtained vd_1 * and vq_1 * use the active power distribution target values (rto_pa_a, rto_pa_b) to perform voltage distribution in order to distribute the power supplied from the power supply 10a and the power supplied from the power supply 10b. . here,
rto_pa_a + rto_pa_b = 1
Thus, the distribution target value can be changed within a range in which the relationship of the distribution ratio is satisfied (corresponding to the sixth invention).
vd1_a * = rto_pa_a ・ vd_1 *
vq1_a * = rto_pa_a ・ vq_1 *
vd1_b * = rto_pa_b ・ vd_1 *
vq1_b * = rto_pa_b ・ vq_1 *
また、無効電力の分配目標値(rto_pr_a、rto_pr_b)を用いて、電源10aが接続された極を経て循環する無効電力と、電源10bの極を経て循環する無効電力を配分する。
ここで、
rto_pr_a + rto_pr_b = 1
vd2_a*=rto_pr_a・vd_2*
vq2_a*=rto_pr_a・vq_2*
vd2_b*=rto_pr_b・vd_2*
vq2_b*=rto_pr_b・vq_2*
であり、求められた電圧から、電源10a側の電圧指令値としてvd_a*,vq_a*と電源10b側の電圧指令値としてvd_b*,vq_b*を以下の式を用いて演算する。これは、図11における42fの加算器を表している。
vd_a*= vd1_a* +vd2_a*
vq_a*= vq1_a* +vq2_a*
vd_b*= vd1_b* +vd2_b*
vq_b*= vq1_b* +vq2_b*
42fと42gは、得られたdq軸電圧指令値を3相電圧指令に変換するdq/3相電圧変換手段であり、vu_a*、vv_a*、vw_a*、vu_b*、vv_b*、vw_b*を出力する。以下、電源10aから生成する電圧の指令を電源10a分電圧指令、電源10bから生成する電圧の指令を電源10b分電圧指令と記す。
Further, the reactive power distribution target values (rto_pr_a, rto_pr_b) are used to distribute the reactive power circulating through the pole to which the power source 10a is connected and the reactive power circulating through the pole of the power source 10b.
here,
rto_pr_a + rto_pr_b = 1
vd2_a * = rto_pr_a ・ vd_2 *
vq2_a * = rto_pr_a ・ vq_2 *
vd2_b * = rto_pr_b ・ vd_2 *
vq2_b * = rto_pr_b ・ vq_2 *
From the obtained voltages, vd_a * and vq_a * are calculated as voltage command values on the power supply 10a side and vd_b * and vq_b * are calculated as voltage command values on the power supply 10b side using the following equations. This represents the adder 42f in FIG.
vd_a * = vd1_a * + vd2_a *
vq_a * = vq1_a * + vq2_a *
vd_b * = vd1_b * + vd2_b *
vq_b * = vq1_b * + vq2_b *
42f and 42g are dq / 3-phase voltage conversion means for converting the obtained dq-axis voltage command value into a 3-phase voltage command, and output vu_a *, vv_a *, vw_a *, vu_b *, vv_b *, vw_b * To do. Hereinafter, a voltage command generated from the power supply 10a is referred to as a power supply 10a divided voltage command, and a voltage command generated from the power supply 10b is referred to as a power supply 10b divided voltage command.
45は、電源10aの電圧Vdc_a、電源10bの電圧Vdc_bを入力し、vu_a*、vu_b*、vv_a*、vv_b*、vw_a*、vw_b*を正規格化した電圧指令である瞬時変調率指令mu_a*、mu_b*、mv_a*、mv_b*、mw_a*、mw_b*を生成する変調率演算手段である。46は、瞬時変調率指令にPWMを行う前の処理を行い最終的な瞬時変調率指令mu_a_c*、mu_b_c *、mv_a_c *、mv_b_c *、mw_a_c *、mw_b_c *を生成する変調率補正手段である。47は、最終的な瞬時変調率指令に基づいて電力変換器30の各スイッチをオン/オフするPWMパルスを生成するPWMパルス生成手段である。
45, the voltage Vdc_a of the power supply 10a and the voltage Vdc_b of the power supply 10b are inputted, and the instantaneous modulation rate command mu_a * which is a voltage command obtained by normalizing vu_a *, vu_b *, vv_a *, vv_b *, vw_a *, vw_b * , Mu_b *, mv_a *, mv_b *, mw_a *, and mw_b *.
以下、変調率演算手段45、変調率補正手段46、PWMパルス生成手段47を図4〜10を用いて詳細に説明する。図5は、図4の各手段で行う演算をフローチャートで示したものである。なお以下の説明は、U相についてのみ行うがV相、W相についても全く同様の操作を行う。
Hereinafter, the modulation
変調率演算手段45
変調率演算手段45は、図5に示す演算2を行う。U相の電源10a分電圧指令vu_a*、電源10b分電圧指令vu_b*をそれぞれの直流電圧の半分の値で正規化することで電源10a分瞬時変調率指令mu_a*、電源10b分瞬時変調率指令mu_b*を求める。
mu_a*=vu_a*/(Vdc_a/2)
mu_b*=vu_b*/(Vdc_b/2)
Modulation rate calculation means 45
The modulation factor calculation means 45 performs calculation 2 shown in FIG. By normalizing the U-phase power supply 10a voltage command vu_a * and the power supply 10b voltage command vu_b * by half of each DC voltage, the power supply 10a instantaneous modulation rate command mu_a * and the power supply 10b instantaneous modulation rate command Find mu_b *.
mu_a * = vu_a * / (Vdc_a / 2)
mu_b * = vu_b * / (Vdc_b / 2)
変調率補正手段46(第7の発明に相当)
変調率補正手段46は、図5に示す演算3を行う。この演算では、まず、vd_a*,vq_a*,vd_b*,vq_b*から、a・bそれぞれの電圧ベクトルの大きさ|V_a|,|V_b|を求める。
電源電圧Vdc_a、Vdc_bと、求められた|V_a|,|V_b|を用いて、次の式に基づいて電源10a分瞬時変調率指令mu_a*、電源10b分瞬時変調率指令mu*_bの補正を行う。
このように、電源10a分瞬時変調率指令mu_a*、電源10b分瞬時変調率指令mu*_bに分配電力目標値の大きさに応じた値を乗じるとともにオフセット値を減算することで、分配電力目標値の大きさが大きい電源から生成する電圧を大きくできるようにしている。なお、ここでは減算式にて説明したが、最初に固定値を減算した上で補正値を加算する方法を用いても同様の効果となる。つまり加算もしくは減算を行うことで任意の電力分配比を達成できる。
Modulation rate correction means 46 (equivalent to the seventh invention)
The modulation factor correction means 46 performs
Using the power supply voltages Vdc_a and Vdc_b and the obtained | V_a | and | V_b |, the correction of the instantaneous modulation factor command mu_a * for the power supply 10a and the instantaneous modulation factor command mu * _b for the power supply 10b is performed based on the following formula. Do.
In this way, the power supply 10a instantaneous modulation rate command mu_a * and the power supply 10b instantaneous modulation rate command mu * _b are multiplied by a value corresponding to the size of the distributed power target value and the offset value is subtracted to thereby obtain the distributed power target. The voltage generated from the power supply having a large value can be increased. Although the subtraction formula is used here, the same effect can be obtained by using a method of adding a correction value after first subtracting a fixed value. That is, any power distribution ratio can be achieved by performing addition or subtraction.
PWMパルス生成手段47
図6において、電源10a用キャリアは、電源10aの電圧Vdc_aから電圧パルスを出力するために、各スイッチを駆動するPWMパルスを生成するための三角波キャリアであり、同様に、電源10b用キャリアとして三角波を設ける。これら二つの三角波キャリアは、上限+1、下限―1の値をとり、180度の位相差を持つ。ここでは、U相の各スイッチを駆動する信号を、図7をもとに次のようにおく。
A:電源10aから出力端子の方向へ導通するスイッチの駆動信号
B:出力端子から負極の方向へ導通するスイッチの駆動信号
C:出力端子から電源10aの方向へ導通するスイッチの駆動信号
D:電源10bから出力端子の方向へ導通するスイッチの駆動信号
E:出力端子から電源10bの方向へ導通するスイッチの駆動信号
PWM pulse generation means 47
In FIG. 6, a carrier for the power source 10a is a triangular wave carrier for generating PWM pulses for driving each switch in order to output a voltage pulse from the voltage Vdc_a of the power source 10a. Similarly, a triangular wave is used as the carrier for the power source 10b. Is provided. These two triangular wave carriers have values of an upper limit of +1 and a lower limit of -1, and have a phase difference of 180 degrees. Here, the signals for driving the U-phase switches are set as follows based on FIG.
A: Switch drive signal conducting from the power supply 10a to the output terminal B: Switch drive signal conducting from the output terminal to the negative electrode C: Switch drive signal conducting from the output terminal to the power supply 10a D: Power supply Switch drive signal conducting from 10b to output terminal E: Switch drive signal conducting from output terminal to power supply 10b
まず、電源10aから電圧パルスを出力する際のパルス生成方法について述べる。電源10aからPWMパルスを出力する際に、Aをオンする必要がある。正極と正極の間に電位差があり、Vdc_a>Vdc_bである時、AとEがともにオンすると、正極間を短絡する電流が流れることになる。例えば、同時にAをオンからオフへ、Eをオフからオンへ信号を切り換えた場合に、Aが完全にオフするまでに時間を要するため、Eのオン時と重なり、ともにオンする時間が生じ、短絡電流が流れ、この経路に設置された半導体スイッチの発熱量が増加する。このような発熱の増加を予防するために、駆動信号AとEがともにオフする時間を経過した後に、A、Eをオフからオンへ切り換えるようにする。このように駆動信号に短絡防止時間(デッドタイム)付加したパルス生成を行う。このAとEの駆動信号にデッドタイムを付加するのと同様に、EとCにデッドタイムを付加し、さらに、正極と負極の短絡防止のためには、AとB、EとBにデッドタイムを付加する。 First, a pulse generation method when a voltage pulse is output from the power supply 10a will be described. When outputting a PWM pulse from the power supply 10a, it is necessary to turn on A. When there is a potential difference between the positive electrode and the positive electrode and Vdc_a> Vdc_b, when both A and E are turned on, a current that short-circuits between the positive electrodes flows. For example, when A is switched from on to off at the same time and E is switched from off to on, it takes time for A to completely turn off. A short-circuit current flows, and the amount of heat generated by the semiconductor switch installed in this path increases. In order to prevent such an increase in heat generation, A and E are switched from OFF to ON after a time during which both the drive signals A and E are turned off. In this way, pulse generation is performed by adding a short-circuit prevention time (dead time) to the drive signal. Similar to adding dead time to the drive signals of A and E, dead time is added to E and C, and in order to prevent a short circuit between the positive and negative electrodes, dead to A and B and E and B. Add time.
図8を用いて、AとEの駆動信号にデッドタイムを付加する方法を以下に説明する。
デッドタイムを付加した駆動信号生成を行うため、mu_a_c*からデッドタイム分オフセットしたmu_a_c_up*,mu_a_c_down*を次のように求める。
mu_a_c_up* = mu_a_c* + Hd
mu_a_c_down* = mu_a_c* − Hd
ここで、Hdは三角波の振幅(底辺から頂点まで)Htrと周期Ttr、デッドタイムTdから次のように求める。
Hd = 2Td・Htr/Ttr
キャリアとmu_a_c*,mu_a_c_up*,mu_a_c_down*の比較を行って、AとEのスイッチの駆動信号を次のルールに従って求める。
mu_a_c_down* ≧ 電源10a用キャリア ならば A = ON
mu_a_c* ≦ 電源10a用キャリア ならば A = OFF
mu_a_c*≧電源10a用キャリア ならば E = OFF
mu_a_c_up* ≦電源10a用キャリア ならば E = ON
このように、駆動信号を生成することで、AとEの間にはTdのデッドタイムを設けることができ、正極間の短絡を防止することができる。
A method for adding dead time to the A and E drive signals will be described below with reference to FIG.
In order to generate a drive signal with a dead time added, mu_a_c_up * and mu_a_c_down * offset from the mu_a_c * by the dead time are obtained as follows.
mu_a_c_up * = mu_a_c * + Hd
mu_a_c_down * = mu_a_c * − Hd
Here, Hd is obtained from the amplitude of the triangular wave (from the base to the apex) Htr, the period Ttr, and the dead time Td as follows.
Hd = 2Td · Htr / Ttr
The carrier and mu_a_c *, mu_a_c_up *, mu_a_c_down * are compared, and the drive signals for the A and E switches are obtained according to the following rules.
mu_a_c_down * ≧ If carrier for power supply 10a A = ON
If mu_a_c * ≤ carrier for power supply 10a, A = OFF
If mu_a_c * ≧ carrier for power supply 10a, E = OFF
mu_a_c_up * ≤ Carrier for power supply 10a E = ON
Thus, by generating the drive signal, a dead time of Td can be provided between A and E, and a short circuit between the positive electrodes can be prevented.
また、電源10bから電圧パルスを出力する際のパルス生成方法は、電源10aの場合と同様であり、次のmu_b_c_up*,mu_b_c_down*を求め、電源10b用キャリアとの比較を行う(図9)。
mu_b_c_up* = mu_b_c* + Hd
mu_b_c_down* = mu_b_c* − Hd
DとCのスイッチの駆動信号を次のルールに従って求める。
mu_b_c_down* ≧ 電源10b用キャリア ならば D = ON
mu_b_c* ≦ 電源10b用キャリア ならば D = OFF
mu_b_c*≧電源10b用キャリア ならば C = OFF
mu_b_c_up* ≦電源10b用キャリア ならば C = ON
このようにして、DとCの間にもTdのデッドタイムを設けることができ、正極間の短絡を防止することができる。
The pulse generation method for outputting voltage pulses from the power supply 10b is the same as that for the power supply 10a, and the following mu_b_c_up * and mu_b_c_down * are obtained and compared with the carrier for the power supply 10b (FIG. 9).
mu_b_c_up * = mu_b_c * + Hd
mu_b_c_down * = mu_b_c * − Hd
The drive signals for the D and C switches are obtained according to the following rules.
If mu_b_c_down * ≥ carrier for power supply 10b, D = ON
If mu_b_c * ≤ carrier for power supply 10b, D = OFF
If mu_b_c * ≧ carrier for power supply 10b, C = OFF
If mu_b_c_up * ≤ carrier for power supply 10b, C = ON
In this way, a dead time of Td can be provided between D and C, and a short circuit between the positive electrodes can be prevented.
駆動信号Bは、AND回路などを使って生成された駆動信号EとCのANDから生成する。
B=E・C
EはAとの間にデッドタイムが付加した駆動信号であり、CはDとの間にデッドタイムが付加した駆動信号である。このため、BをEとCのANDから生成することで、BとA、BとEにもデッドタイムを生成することができる。デッドタイムが付加されたパルス生成の例を図10に示す。
本発明によって、電源10a分とb分の電力配分を有効電力と無効電力に分けて制御することが可能になる。有効電力の配分目標値rto_pa_a=1とし、無効電力の配分目標値rto_pr_a=0とすると、モータを駆動する有効電力は電源10aからのみ供給され、無効電力は、電源10bが接続された極を経て各相を循環することとなり、電源10bの平均電力を考えると、放電しないことになる。このため、電源10bは小容量の電源、もしくは図14に示したように平滑コンデンサ13のみの構成で十分になる(第8の発明に相当)。
The drive signal B is generated from the AND of the drive signals E and C generated using an AND circuit or the like.
B = E ・ C
E is a drive signal with a dead time added to A, and C is a drive signal with a dead time added to D. Therefore, by generating B from the AND of E and C, it is possible to generate dead time for B and A and B and E as well. An example of pulse generation with a dead time added is shown in FIG.
According to the present invention, it is possible to control the power distribution for the power sources 10a and b by dividing them into active power and reactive power. When the active power distribution target value rto_pa_a = 1 and the reactive power distribution target value rto_pr_a = 0, the active power for driving the motor is supplied only from the power source 10a, and the reactive power passes through the pole to which the power source 10b is connected. Each phase is circulated, and considering the average power of the power supply 10b, no discharge occurs. For this reason, the power source 10b may be a small-capacity power source or a configuration having only the smoothing
図13のT1は、電源10aと同じ直流電圧の一般的なインバータによってSPM(表面磁石型)モータを駆動した場合の速度・トルク特性を示しており、低速度でのトルク一定となる領域は、主にモータ・インバータの電流の上限値によって制限される領域であり、回転とともにトルクが低下していく領域は、モータの誘起電圧によってモータ電流を流すための電圧が低下していく領域である。一方、T2は、T1と同じモータと本発明による電力変換装置の制御方法を用い、平滑コンデンサ13の電圧を電源10aの5倍に充電しておき、有効電力を電源10aからのみ供給し、無効電力を電源10bに相当する平滑コンデンサ13の接続された経路のみから供給した場合の速度・トルク特性を示している。低速度でのトルク上限値は電流の上限値がT1と等しいために差異はないが、回転の高い領域では、大幅に出力トルクを向上することが可能になる。これは、T1の高回転域では、モータに誘起電圧を抑えるための無効電流を多く流すため、トルクとして発生できる有効電流の比率が低く、力率は低い。一方で、T2では、無効電流を平滑コンデンサ13に循環させ、その平滑コンデンサ13の電圧を高くしておくことで、モータの誘起電圧を抑え、電源10aからは、モータのトルクとして発生できる有効電流を流すための電圧をより多く供給することが可能になるため、出力トルクを向上することができる。このように、本発明によって、従来のDCDCコンバータによる昇圧回路を用いずに、その速度・トルク特性と同等の効果を発揮しつつ、DCDCコンバータの昇圧回路の損失と、容積を低減することが可能になる。
T1 in FIG. 13 shows speed / torque characteristics when an SPM (surface magnet type) motor is driven by a general inverter having the same DC voltage as that of the power supply 10a. The region where the torque is constant at a low speed is as follows. The region is mainly limited by the upper limit value of the current of the motor / inverter, and the region in which the torque decreases with rotation is a region in which the voltage for flowing the motor current decreases due to the induced voltage of the motor. On the other hand, T2 uses the same motor as T1 and the method for controlling the power converter according to the present invention, charges the voltage of the smoothing
第二の実施例を、図15を用いて説明する。電源202を接続したインバータ205は、一般的に知られている直流を三相交流へ変換するインバータである。このインバータと電源の間には平滑コンデンサ204が接続される。また、インバータ205とモータ20の間には、三相変圧器201が接続されており、この三相変圧器の一方は、インバータ206に接続されている。このインバータ206は、電源として機能する平滑コンデンサ相当のコンデンサ203が接続されている。これら二つのインバータの制御は、図16に示したように、第一の実施例における制御演算と同様な手順を経て、変調率演算手段45までを計算する。得られた変調率は、PWMパルス生成手段47aのPWM生成にて、通常のインバータで行われる三角波比較によるパルス生成を行って、mu_a*,mv_a*,mw_a*を用いてインバータ205のスイッチの駆動信号を生成し、同様に、mu_b*,mv_b*,mw_b*を用いてインバータ206の駆動信号を生成する。インバータ205と206によって発生する電圧は、三相変圧器を介して合成され、モータに供給される。第一の実施例と同様に、有効電力の配分目標値rto_pa_a=1、無効電力の配分目標値rto_pr_a=0とし、コンデンサ203の電圧を電源202の電圧よりも高く設定しておくことで、図13に示したような出力トルクの向上が可能になる。
A second embodiment will be described with reference to FIG. An
本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。 Although the present invention has been described based on the drawings and examples, it should be noted that those skilled in the art can easily make various modifications and corrections based on the present disclosure. Therefore, it should be noted that these variations and modifications are included in the scope of the present invention.
10a,10b 電源
12,13 平滑コンデンサ
14 電源10aの正極母線
15 共通負極母線
16 電源10bの正極母線
20 モータ
101a/101b,102a/102b,103a/103b 半導体スイッチ
104a/104b,105a/105b,106a/106b 半導体スイッチ
107a,108a,109a 半導体スイッチ
107b,108b,109b ダイオード
30 電力変換器
30U U相のスイッチ群
30V V相のスイッチ群
30W W相のスイッチ群
40 制御装置
41 トルク制御手段
42 電流制御手段
43 dq/3相電圧変換手段
44 電圧分配手段
45 変調率演算手段
46 変調率補正手段
47,47a PWMパルス生成手段
48 3相/dq電圧変換手段
202 電源
201 三相変圧器
203 コンデンサ(電源として機能する)
204 コンデンサ
205,206 インバータ
10a, 10b power supply
12,13 Smoothing capacitor
14 Positive bus of power supply 10a
15 Common negative electrode bus
16 Power supply 10b positive bus
20 Motor
101a / 101b, 102a / 102b, 103a / 103b Semiconductor switch
104a / 104b, 105a / 105b, 106a / 106b semiconductor switch
107a, 108a, 109a Semiconductor switch
107b, 108b, 109b Diode
30 Power converter
30U U-phase switch group
30V V-phase switch group
30W W phase switch group
40 Control unit
41 Torque control means
42 Current control means
43 dq / 3-phase voltage conversion means
44 Voltage distribution means
45 Modulation rate calculation means
46 Modulation rate correction means
47,47a PWM pulse generation means
48 Three-phase / dq voltage conversion means
202 power supply
201 Three-phase transformer
203 Capacitor (acts as a power supply)
204 capacitor
205,206 Inverter
Claims (8)
モータ電流と同位相のモータ電圧成分である有効電圧指令値を生成する有効電圧指令値生成ステップと、
それ以外のモータ電圧成分である無効電圧指令値を生成する無効電圧指令値生成ステップと、
前記有効電圧指令値と前記無効電圧指令値とを複数の直流電源に各々対応した各電圧指令値に配分する電圧配分ステップと、
前記各電圧指令値に基づいて、前記電力変換装置が各出力電圧パルスを生成するよう制御するステップと、
を含むことを特徴とする電力変換装置の制御方法。 A method for controlling a power converter that is connected to a plurality of DC power supplies, generates a drive voltage by generating and synthesizing pulses from the output voltages of each of these DC power supplies, and drives an AC motor,
An effective voltage command value generation step for generating an effective voltage command value that is a motor voltage component in phase with the motor current;
A reactive voltage command value generation step for generating a reactive voltage command value that is other motor voltage component;
A voltage distribution step of distributing the effective voltage command value and the reactive voltage command value to each voltage command value corresponding to each of a plurality of DC power sources;
Controlling the power converter to generate each output voltage pulse based on each voltage command value; and
The control method of the power converter device characterized by including.
前記電圧指令値生成ステップが、
モータ電圧指令値とモータ電流位相から、前記有効電圧指令値を抽出し、
前記無効電圧指令値生成ステップが、
前記モータ電圧指令値と前記モータ電流位相から、前記無効電圧指令値を抽出する、
ことを特徴とする電力変換装置の制御方法。 In the control method of the power converter device according to claim 1,
The voltage command value generation step includes
Extracting the effective voltage command value from the motor voltage command value and the motor current phase,
The reactive voltage command value generation step includes
The reactive voltage command value is extracted from the motor voltage command value and the motor current phase.
A method for controlling a power conversion device.
さらに、前記モータ電流の位相を前記モータ電流の指令値の位相から求めるステップ、
を含むことを特徴とする電力変換装置の制御方法。 In the control method of the power converter device according to claim 2,
Furthermore, the step of obtaining the phase of the motor current from the phase of the command value of the motor current,
The control method of the power converter device characterized by including.
前記無効電圧指令値生成ステップが、
前記モータ電圧指令値から前記有効電圧指令値を減算することで前記無効電圧指令値を求める、
ことを特徴とする電力変換装置の制御方法。 In the control method of the power converter device according to claim 2,
The reactive voltage command value generation step includes
Obtaining the reactive voltage command value by subtracting the effective voltage command value from the motor voltage command value;
A method for controlling a power conversion device.
さらに、dq座標におけるdq軸電流指令値とdq軸電流から、dq軸電流を制御するdq軸電圧指令値を演算するステップを含み、
前記有効電圧指令値生成ステップが、
前記dq軸電流指令値と前記dq軸電圧指令値とから、前記有効電圧指令値を抽出し、
前記無効電圧指令値生成ステップが、
前記dq軸電流指令値と前記dq軸電圧指令値とから、前記無効電圧指令を抽出する、
ことを特徴とする電力変換装置の制御方法。 In the control method of the power converter device according to claim 2,
And a step of calculating a dq-axis voltage command value for controlling the dq-axis current from the dq-axis current command value and the dq-axis current in the dq coordinate,
The effective voltage command value generation step includes
The effective voltage command value is extracted from the dq axis current command value and the dq axis voltage command value,
The reactive voltage command value generation step includes
The reactive voltage command is extracted from the dq axis current command value and the dq axis voltage command value.
A method for controlling a power conversion device.
前記電圧配分ステップが、
前記複数の直流電源に各々対応した有効電力配分指令値を前記有効電圧指令値に乗じて配分後有効電圧指令を求めるステップと、
前記複数の直流電源に各々対応した無効電力配分指令値を前記無効電圧指令値に乗じて配分後無効電圧指令を求めるステップと、
前記複数の直流電源に各々対応した前記各電圧指令値を、前記配分後有効電圧指令値と前記配分後無効電圧指令値との和から、それぞれ求めるステップとを含む、
ことを特徴とする電力変換装置の制御方法。 In the control method of the power converter device according to claim 1,
The voltage distribution step comprises:
Multiplying the effective voltage command value by the active power distribution command value corresponding to each of the plurality of DC power sources to obtain a distributed effective voltage command;
Multiplying the reactive voltage command value corresponding to each of the plurality of DC power supplies by the reactive voltage command value to obtain a post-distributed reactive voltage command;
Obtaining each voltage command value corresponding to each of the plurality of DC power sources from the sum of the distributed effective voltage command value and the distributed reactive voltage command value, respectively.
A method for controlling a power conversion device.
さらに、前記複数の直流電源に各々対応した前記各電圧指令値を前記直流電源の電圧値によって正規化した各変調率指令値を求めるとともに、この求めた各変調率指令値に、前記各電圧指令値の大きさに応じたオフセット量を加算もしくは減算して各補正変調率指令値を出力するステップ、
を含むことを特徴とする電力変換装置の制御方法。 In the control method of the power converter device according to claim 6,
Further, each voltage command value corresponding to each of the plurality of DC power supplies is obtained by normalizing each voltage command value by the voltage value of the DC power supply, and each voltage command Outputting each correction modulation rate command value by adding or subtracting an offset amount corresponding to the magnitude of the value;
The control method of the power converter device characterized by including.
さらに、前記複数の直流電源の一つがコンデンサであって、前記無効電圧指令値をこのコンデンサに蓄積されている電力に対応した電圧指令値とするステップ、
を含むことを特徴とする電力変換装置の制御方法。 In the control method of the power converter device of any one of Claims 1-7,
Further, one of the plurality of DC power supplies is a capacitor, and the reactive voltage command value is a voltage command value corresponding to the power stored in the capacitor,
The control method of the power converter device characterized by including.
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