JP2006254671A - Three-phase voltage type inverter system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、三相電圧型インバータ装置に関し、特に、三相アーム中の二相アームに直列接続されたシャント抵抗により相電流を検出するように構成された三相電圧型インバータ装置に関するものである。 The present invention relates to a three-phase voltage inverter device, and more particularly to a three-phase voltage inverter device configured to detect a phase current by a shunt resistor connected in series to a two-phase arm in a three-phase arm. .
従来、三相電圧型インバータ装置には、インバータ回路の直流母線間に接続された上下段のスイッチング素子からなる各アームにより三相アームが構成され且つ三相アーム中の上段又は下段の二相アームにシャント抵抗がそれぞれ直列接続されると共に、零電圧ベクトル発生期間中に各シャント抵抗の電圧を検出することによって相電流を検出するように構成されたものが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
しかしながら、特許文献1に記載された従来技術では、過変調を含む高変調時において零電圧ベクトル発生期間が減少してしまうため、全期間で相電流を検出できない状態となる場合があるという問題がある。
However, in the conventional technique described in
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、過変調を含む高変調状態においても確実に相電流を検出可能な三相電圧型インバータ装置を提供することを解決すべき課題とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and a problem to be solved is to provide a three-phase voltage type inverter device capable of reliably detecting a phase current even in a high modulation state including overmodulation. To do.
以下、上記課題を解決するのに適した各手段につき、必要に応じて作用効果等を付記しつつ説明する。 Hereinafter, each means suitable for solving the above-described problems will be described with additional effects and the like as necessary.
1.直流母線間に接続された上下段のスイッチング素子からなる各アームにより三相アームが構成され且つ前記三相アーム中の上段又は下段の二相アームにシャント抵抗がそれぞれ直列接続されたインバータ回路と、前記各シャント抵抗により相電流を検出する相電流検出手段と、前記三相アームを構成する前記各スイッチング素子をPWM変調によりスイッチング制御するPWM手段とを備えた三相電圧型インバータ装置において、
前記PWM手段は、所定期間内で零電圧ベクトルが発生する時間幅が所定時間以上となるようにPWM変調を行うことを特徴とする三相電圧型インバータ装置。
1. An inverter circuit in which a three-phase arm is constituted by each of the upper and lower switching elements connected between the DC buses, and a shunt resistor is connected in series to the upper or lower two-phase arm in the three-phase arm; In a three-phase voltage type inverter device comprising phase current detection means for detecting a phase current by each shunt resistor, and PWM means for controlling switching of each switching element constituting the three-phase arm by PWM modulation,
The three-phase voltage type inverter apparatus, wherein the PWM means performs PWM modulation so that a time width in which a zero voltage vector is generated within a predetermined period is equal to or longer than a predetermined time.
インバータ回路の三相アーム中の上段又は下段の二相アームに直列接続されたシャント抵抗により相電流の検出を行う構成においては、相電流検出手段が零電圧ベクトル発生期間中にシャント抵抗の電圧を検出する必要があるが、変調率が高くなるに従って、零電圧ベクトル発生期間は減少する。手段1によれば、PWM手段が、所定期間内で零電圧ベクトルが発生する時間幅が所定時間以上となるようにPWM変調を行うので、過変調を含む高変調状態においても、零電圧ベクトルを確実に発生させてその発生期間内に、相電流検出手段が各シャント抵抗により相電流の検出を行うことができ、これによりモータ制御に使用される電流振幅や電流位相の検出が可能となる。例えば、変調率が所定のしきい値以上である場合、PWM手段が所定期間毎に所定の時間幅以上の零電圧ベクトルを強制的に発生させるように構成してもよい。このようにすれば、確実に所定期間内で零電圧ベクトルが発生する時間幅を所定時間以上とすることができる。
In the configuration in which the phase current is detected by the shunt resistor connected in series to the upper or lower two-phase arm in the three-phase arm of the inverter circuit, the phase current detection means outputs the voltage of the shunt resistor during the zero voltage vector generation period. Although it is necessary to detect, the zero voltage vector generation period decreases as the modulation rate increases. According to the
2.前記所定期間を電気角で略60度としたことを特徴とする手段1に記載の三相電圧型インバータ装置。
2. The three-phase voltage type inverter device according to
手段2によれば、電気角で略60度毎に零電圧ベクトルが発生する時間幅が所定時間以上となるので、相電流検出手段は、少なくとも電気角で略60度毎に相電流の検出を行うことができる。
According to the
3.前記零電圧ベクトルが発生する時間幅を略1μsec以上としたことを特徴とする手段1又は2に記載の三相電圧型インバータ装置。
3. 3. The three-phase voltage type inverter device according to
スイッチングの切り替わり時には、インバータ回路の浮遊インダクタンス、配線抵抗によってパルス電流にリンギングが発生するが、手段3によれば、零電圧ベクトルが発生する時間幅をリンギング時間よりも長い略1μsec以上としたので、相電流検出手段は、正確な相電流を検出することができる。
At the time of switching, ringing occurs in the pulse current due to stray inductance and wiring resistance of the inverter circuit. According to the
4.前記PWM手段は、三相中の一相が連続して電気角で略120度期間スイッチングを停止する二相変調を行うことを特徴とする手段1乃至3のいずれかに記載の三相電圧型インバータ装置。
4). The three-phase voltage type according to any one of the
手段4によれば、PWM手段が三相中の一相が連続して電気角で略120度期間スイッチングを停止する二相変調を行うので、連続して発生する零電圧ベクトル発生期間を三相変調を行う場合よりも長くすることができる。
According to the
5.前記PWM手段は、三相変調又は三相変調に三次高調波を重畳させた変調を行うことを特徴とする手段1に記載の三相電圧型インバータ装置。
5. The three-phase voltage type inverter apparatus according to
手段5によれば、PWM手段が、三相変調又は三相変調に三次高調波を重畳させた変調を行うので、過変調時の印加電圧が対称形となり、相電流歪みを小さくすることができる。 According to the means 5, since the PWM means performs the modulation in which the third harmonic is superimposed on the three-phase modulation or the three-phase modulation, the applied voltage at the time of over-modulation becomes symmetrical, and the phase current distortion can be reduced. .
6.前記PWM手段は、三相中の一相が連続して電気角で略60度期間スイッチングを停止する二相変調を行うことを特徴とする手段1に記載の三相電圧型インバータ装置。
6). 3. The three-phase voltage type inverter device according to
手段6によれば、PWM手段が、三相中の一相が連続して電気角で略60度期間スイッチングを停止する二相変調を行うので、過変調時の印加電圧が対称形となり、相電流歪みを小さくすることができる。
According to the
7.直流母線間に接続された上下段のスイッチング素子からなる各アームにより三相アームが構成され且つ前記三相アーム中の上段又は下段の二相アームに第一のシャント抵抗がそれぞれ直列接続されると共に前記直流母線に第二のシャント抵抗が直列接続されたインバータ回路と、前記三相アームを構成する前記各スイッチング素子をPWM変調によりスイッチング制御するPWM手段とを備えた三相電圧型インバータ装置において、
前記PWM手段による変調率が所定のしきい値未満である場合は、前記各第一のシャント抵抗により相電流を検出し、前記変調率が前記所定のしきい値以上である場合は、前記第二のシャント抵抗により相電流を検出する相電流検出手段を備えたことを特徴とする三相電圧型インバータ装置。
7). A three-phase arm is constituted by each of the upper and lower switching elements connected between the DC buses, and a first shunt resistor is connected in series to the upper or lower two-phase arm in the three-phase arm. In a three-phase voltage type inverter device comprising: an inverter circuit in which a second shunt resistor is connected in series to the DC bus; and PWM means for switching-controlling each switching element constituting the three-phase arm by PWM modulation.
When the modulation factor by the PWM means is less than a predetermined threshold value, a phase current is detected by each first shunt resistor, and when the modulation factor is equal to or greater than the predetermined threshold value, the first A three-phase voltage type inverter device comprising phase current detecting means for detecting a phase current by a second shunt resistor.
インバータ回路の三相アーム中の上段又は下段の二相アームに直列接続されたシャント抵抗により相電流の検出を行う構成においては、相電流検出手段が零電圧ベクトル発生期間中に第一のシャント抵抗の電圧を検出する必要があるが、変調率が高くなるに従って、零電圧ベクトル発生期間は減少する。手段7によれば、PWM手段による変調率が所定のしきい値未満である場合は、各第一のシャント抵抗により相電流を検出し、変調率が所定のしきい値以上である場合は、相電流検出手段が、直流母線に直列接続された第二のシャント抵抗により相電流を検出するので、過変調を含む高変調状態においても相電流検出を行うことができ、これによりモータ制御に使用される電流振幅や電流位相の検出が可能となる。 In the configuration in which the phase current is detected by the shunt resistor connected in series to the upper or lower two-phase arm in the three-phase arm of the inverter circuit, the phase current detecting means has the first shunt resistor during the zero voltage vector generation period. However, as the modulation rate increases, the zero voltage vector generation period decreases. According to the means 7, when the modulation rate by the PWM means is less than the predetermined threshold value, the phase current is detected by each first shunt resistor, and when the modulation rate is equal to or higher than the predetermined threshold value, The phase current detection means detects the phase current with a second shunt resistor connected in series with the DC bus, so it can detect the phase current even in a high modulation state including overmodulation, and can be used for motor control. The detected current amplitude and current phase can be detected.
本発明の三相電圧型インバータ装置によれば、過変調を含む高変調状態においても相電流検出を行うことができ、これによりモータ制御に使用される電流振幅や電流位相の検出が可能となる。 According to the three-phase voltage type inverter device of the present invention, it is possible to detect phase current even in a high modulation state including overmodulation, thereby enabling detection of current amplitude and current phase used for motor control. .
以下、本発明を具体化した三相電圧型インバータ装置の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, embodiments of a three-phase voltage type inverter device embodying the present invention will be described with reference to the drawings.
まず、第一の実施形態の三相電圧型インバータ装置(以下、インバータ装置と称する)1の全体構成について、図1の回路図を参照しつつ説明する。 First, an overall configuration of a three-phase voltage type inverter device (hereinafter referred to as an inverter device) 1 according to the first embodiment will be described with reference to the circuit diagram of FIG.
インバータ装置1は、三相交流電動機(以下、モータと称する)MのU相,V相,W相の各相へ駆動電力を供給するインバータ回路2と、インバータ回路2を介してモータMへ電力を供給する直流電源3と、インバータ回路2を制御する制御回路4とを主体として構成される。尚、制御回路4が、本発明の相電流検出手段及びPWM手段を構成するものである。
The
インバータ回路2は、直流母線2a,2b間に、U相上段のスイッチング素子2u、U相下段のスイッチング素子2x、V相上段のスイッチング素子2v、V相下段のスイッチング素子2y、W相上段のスイッチング素子2w、及びW相下段のスイッチング素子2zからなる6個のスイッチング素子をブリッジ接続した周知構成の三相インバータ回路である。また、U相下段のスイッチング素子2x及びV相下段のスイッチング素子2yには、それぞれ電流検出用のシャント抵抗10,11が直列接続され、これらの一端側の電圧が制御回路4のA/D変換器(ADC)4aに入力される。また、直流母線2b上には、過電流安全対策としてシャント抵抗12が設けられている。
The
制御回路4は、マイコンを主体として構成され、インバータ回路2の各スイッチング素子2u,2v,2w,2x,2y,2zをPWM制御する。また、制御回路4は、ADC4aを有し、シャント抵抗10,11の一端側からADC4へ入力された電圧により相電流の検出を行う。
The
次に、PWM変調による各スイッチング素子へのスイッチング信号の生成方式について、空間ベクトル法を用いて説明する。図2(a)は基本電圧ベクトルを示す図であり、図2(b)は電圧ベクトルとインバータ回路のスイッチング素子との対応を示す図であり、図2(c)は下段アームにシャント抵抗を接続したインバータ回路の相電流検出時における電流の流れを示す図である。空間ベクトル法とは、指令電圧ベクトルを8個の基本電圧ベクトルで表現し、時間に換算して6個のスイッチング素子のオン/オフを決定するものである。基本電圧ベクトルとは、電圧型インバータにおいて6個のスイッチング素子のオン/オフの組合わせで決まる23 =8種類の電圧ベクトルである。また、8種類の基本電圧ベクトルV0〜V7は、図2(a)に示すように、互いに60度だけ位相が異なり且つ大きさの等しい6種の電圧ベクトルV1〜V6と、大きさを持たない2種の零電圧ベクトルV0及びV7とからなる。ここで、8種のベクトル(Sa,Sb,Sc)は、8通りのスイッチングモードに対応し、図2(b)に示すように、各相の上段アームのスイッチング素子2u,2v,2wがオンであるときに、Sa,Sb,Scを「1」と表し、逆に下段アームのスイッチング素子2x,2y,2zがオンであるときに「0」と表したものである。そして、本実施形態では、8種の基本電圧ベクトルを任意の組合わせで合成することにより三相PWM電圧を発生させる。また、図2(c)に示すように、下段アームのスイッチング素子2x,2y,2zが全てオンとなる零電圧ベクトルV0(0,0,0)の発生期間中に、シャント抵抗10によってU相の相電流Iuが、シャント抵抗11によってV相の相電流Ivがそれぞれ検出可能となる。W相の相電流Iwは、U相、V相、W相がブリッジ接続されていることからIu+Iv+Iw=0の関係が成立するため、Iu,Ivより演算により求められる。
Next, a method of generating a switching signal to each switching element by PWM modulation will be described using a space vector method. 2A is a diagram showing the basic voltage vector, FIG. 2B is a diagram showing the correspondence between the voltage vector and the switching element of the inverter circuit, and FIG. 2C is a diagram showing a shunt resistor on the lower arm. It is a figure which shows the flow of an electric current at the time of the phase current detection of the connected inverter circuit. In the space vector method, a command voltage vector is expressed by eight basic voltage vectors, and is converted into time to determine on / off of six switching elements. The basic voltage vectors are 2 3 = 8 kinds of voltage vectors determined by a combination of on / off of six switching elements in the voltage type inverter. Further, as shown in FIG. 2A, the eight types of basic voltage vectors V0 to V7 have no magnitude with the six types of voltage vectors V1 to V6 that are different in phase by 60 degrees and have the same magnitude. It consists of two types of zero voltage vectors V0 and V7. Here, the eight types of vectors (Sa, Sb, Sc) correspond to eight switching modes, and as shown in FIG. 2B, the
本実施形態の制御回路4は、三相中の一相が連続して電気角で略120度期間スイッチングを停止する二相変調法によりPWM変調を行い、特に、変調率が所定のしきい値T1以上の場合は、電気角で60度毎に下段アームの全てのスイッチング素子2x,2y,2zを強制的にオンすることにより略1μsec以上の時間幅の零電圧ベクトルV0を発生させるPWM変調を行うものである。図3は、第一の実施形態の二相変調を示すグラフである。尚、所定のしきい値T1は、例えば、電気角で60度の期間内に発生する零電圧ベクトルV0が1μsec未満となる変調率に設定される。
The
ここで、本実施形態において、変調率が所定のしきい値T1以上の場合に強制的に発生させる零電圧ベクトルV0の時間を略1μsec以上に設定したのは、以下の理由による。インバータ回路2は、図4(a)に示すように、配線抵抗、浮遊インダクタンス、及びスイッチング素子の静電成分からなるRLC直列共振回路を構成している。このため、図4(b)に示すように、スイッチング時にパルス電流にリンギングが発生する。従って、正確な電流値を得るためには、リンギング時間以上のパルス幅となる変調を行って電流が安定している領域で電流の検出を行う必要がある。リンギング時間は、通常、1μsec未満となるように設計されるので、零電圧ベクトルV0の発生期間を略1μsec以上に設定することによって、リンギングの影響がない正確な相電流を検出することができる。
Here, in the present embodiment, the time of the zero voltage vector V0 that is forcibly generated when the modulation rate is equal to or greater than the predetermined threshold value T1 is set to approximately 1 μsec or more for the following reason. As shown in FIG. 4A, the
次に、本実施形態を実施した実施例と比較例1,2とを比較して説明する。始めに比較例1について説明する。比較例1は、電気角位置の全期間で通常の二相変調法によりPWM変調を行った場合であり、図5は、比較例1の各電気角位置における零電圧ベクトルの発生期間を示すグラフである。変調率が25%、50%、・・・と高くなるに従って、零電圧ベクトル発生期間は短くなっている。変調率25〜75%では、電気角位置0〜360度の全期間で零電圧ベクトル発生期間が1μsec以上発生しているので、電気角位置の全期間で相電流の検出が可能である。変調率100%では、電気角位置0度、60度、120度、・・・360度の各付近で零電圧ベクトル発生期間が1μsec以上であり、電気角で60度毎に相電流の検出が可能である。しかしながら、変調率125%では、電気角位置0〜360度の全期間で零電圧ベクトルの発生期間が1μsec未満であるため、全ての電気角位置で相電流の検出が不可能となっている。 Next, an example in which this embodiment is implemented and Comparative Examples 1 and 2 will be compared and described. First, Comparative Example 1 will be described. Comparative Example 1 is a case where PWM modulation is performed by a normal two-phase modulation method over the entire period of the electrical angle position, and FIG. 5 is a graph showing a generation period of a zero voltage vector at each electrical angle position of Comparative Example 1. It is. As the modulation rate increases to 25%, 50%,..., The zero voltage vector generation period becomes shorter. When the modulation factor is 25 to 75%, the zero voltage vector generation period is 1 μsec or more in the entire period of the electrical angle position of 0 to 360 degrees, so that the phase current can be detected in the entire period of the electrical angle position. At a modulation rate of 100%, the zero voltage vector generation period is 1 μsec or more near each of electrical angle positions of 0 °, 60 °, 120 °,... 360 °, and phase current is detected every 60 ° in electrical angle. Is possible. However, at a modulation rate of 125%, the zero voltage vector generation period is less than 1 μsec in the entire electrical angle position of 0 to 360 degrees, so that it is impossible to detect the phase current at all electrical angle positions.
実施例では、変調率のしきい値T1を予め105%に設定しておき、三相中の一相が連続して電気角で略120度期間スイッチングを停止する二相変調法によりPWM変調を行うとともに、変調率がしきい値T1(=105%)以上である場合は、電気角で60度毎に下段アームの全てのスイッチング素子2x,2y,2zを強制的にオンすることにより略10μsecの零電圧ベクトルV0を発生させるPWM変調を行う。また、PWMキャリアは15kHzである。図6は、実施例の各電気角位置における零電圧ベクトルの発生期間を示すグラフである。変調率25%、50%、75%、100%における零電圧ベクトル発生期間は、比較例1と同様であるので説明を省略する。変調率125%では、電気角位置0度、60度、120度、・・・360度の各付近で零電圧ベクトル発生期間が略10μsecであり、電気角位置60度毎に相電流の検出が可能となっている。これは、変調率がしきい値T1以上(125%≧105%)であるため、制御回路4が、電気角で60度毎に略10μsecの零電圧ベクトルV0を発生させているからである。
In the embodiment, the modulation factor threshold T1 is set to 105% in advance, and PWM modulation is performed by a two-phase modulation method in which one phase in three phases continuously stops switching for about 120 degrees at an electrical angle. In addition, when the modulation rate is equal to or greater than the threshold value T1 (= 105%), approximately 10 μsec is obtained by forcibly turning on all the
比較例2は、三相変調法によるPWM変調を行った場合であり、図7は、比較例2における三相変調を示すグラフである。また、図8は、比較例2の零電圧ベクトルの発生期間を示すグラフである。図6と図8とを比較することにより、各変調率において実施例では比較例2よりも連続して発生する零電圧ベクトル発生期間が長くなっており、二相変調法を採用した実施例の方が相電流検出の可能な期間が長いことがわかる。また、零電圧ベクトル発生期間のピーク値の発生頻度が、実施例では電気角で60度毎であるのに対して、比較例2では120度毎であるため、実施例の方がより高い頻度で相電流の検出が可能であることがわかる。 Comparative Example 2 is a case where PWM modulation by the three-phase modulation method is performed, and FIG. 7 is a graph showing three-phase modulation in Comparative Example 2. FIG. 8 is a graph showing the generation period of the zero voltage vector of Comparative Example 2. By comparing FIG. 6 with FIG. 8, the zero voltage vector generation period continuously generated in each example at each modulation rate is longer than that in the comparative example 2, and the two-phase modulation method is adopted in the example. It can be seen that the period during which the phase current can be detected is longer. Further, since the frequency of occurrence of the peak value in the zero voltage vector generation period is every 60 degrees in the electrical angle in the embodiment, it is every 120 degrees in the comparative example 2, and therefore the frequency of the embodiment is higher. It can be seen that the phase current can be detected.
以上詳述したことから明らかなように、本実施形態によれば、PWM手段としての制御回路4が所定期間内で零電圧ベクトルが発生する時間幅が所定時間以上となるようにPWM変調を行うので、零電圧ベクトル発生期間が減少する過変調を含む高変調状態においても、零電圧ベクトルを確実に発生させてその発生期間内に、相電流検出手段としての制御回路4が二相アーム(U相アーム及びV相アーム)に直列接続されたシャント抵抗10,11により相電流の検出を行うことができ、これによりモータ制御に使用される電流振幅や電流位相の検出が可能となる。
As is clear from the above detailed description, according to the present embodiment, the
また、電気角で略60度毎に零電圧ベクトルが発生する時間幅が所定時間以上となるので、少なくとも電気角で略60度毎に相電流の検出を行うことができる。 Further, since the time width in which the zero voltage vector is generated approximately every 60 degrees in electrical angle is equal to or longer than the predetermined time, the phase current can be detected at least approximately 60 degrees in electrical angle.
また、零電圧ベクトルが発生する時間幅をリンギング時間よりも長い略1μsec以上としたので、正確な相電流を検出することができる。 In addition, since the time width in which the zero voltage vector is generated is set to approximately 1 μsec or longer, which is longer than the ringing time, an accurate phase current can be detected.
また、PWM手段が三相中の一相が連続して電気角で略120度期間スイッチングを停止する二相変調を行うので、連続して発生する零電圧ベクトル発生期間を三相変調を行う場合よりも長くすることができる。 In addition, since the PWM means performs two-phase modulation in which one of the three phases continues and stops switching for about 120 degrees in electrical angle, the three-phase modulation is performed for the continuously generated zero voltage vector generation period. Can be longer.
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。上述した第一の実施形態では、変調率が所定のしきい値以上となった場合に、強制的に所定時間以上の時間幅の零電圧ベクトルV0を発生させて当該期間内に相電流の検出を行う構成であったが、本実施形態は、変調率が所定のしきい値未満の場合は、二相アームに接続された各シャント抵抗により相電流を検出し(以下、2シャント方式と称する)、変調率が所定のしきい値以上の場合は、直流母線に接続されたシャント抵抗により相電流を検出する(以下、1シャント方式と称する)構成としたものである。尚、第一の実施形態と同一の部材については同一の符号を付し、それらについての詳細な説明を省略する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment described above, when the modulation rate exceeds a predetermined threshold value, the zero voltage vector V0 having a time width equal to or longer than a predetermined time is forcibly generated to detect the phase current within the period. However, in the present embodiment, when the modulation rate is less than a predetermined threshold value, the phase current is detected by each shunt resistor connected to the two-phase arm (hereinafter referred to as a two-shunt method). ), When the modulation factor is equal to or higher than a predetermined threshold value, the phase current is detected by a shunt resistor connected to the DC bus (hereinafter referred to as a one-shunt method). In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the same member as 1st embodiment, and detailed description about them is abbreviate | omitted.
図9は、第二の実施形態のインバータ装置1’の全体構成を示す回路図である。図9に示すように、インバータ装置1’では、二相の下段アームのスイッチング素子2x、2yにそれぞれ直列接続されたシャント抵抗10,11の一端側の電圧が、相電流検出のために制御回路4のADC4aへ入力されるのに加え、直流母線2b上に接続されたシャント抵抗12の一端側の電圧も相電流の検出のためにADC4aへ入力される構成となっている。尚、シャント抵抗10,11が、本発明の第一のシャント抵抗を、シャント抵抗12が、第二のシャント抵抗を構成するものである。
FIG. 9 is a circuit diagram showing the overall configuration of the
以下、シャント抵抗12における1シャント方式による相電流検出の原理について説明する。尚、シャント抵抗10,11における2シャント方式による相電流の検出については第一の実施形態で説明したとおりであるので説明を省略する。
Hereinafter, the principle of phase current detection by the single shunt method in the
図10の表は、基本電圧ベクトルV1〜V6と、各基本電圧ベクトルに対応する各スイッチング素子のスイッチングパターンと、直流母線電流の検出値によって検出される相電流の種類との関係を表わしている。尚、図10の表では零電圧ベクトルV0及びV7が除外されているのは、1シャント方式では、零電圧ベクトルでない電圧ベクトル発生期間中にシャント電圧を検出し、零電圧ベクトルV0又はV7時はシャント抵抗12に電流が流れないため相電流の検出を行わないからである。
The table of FIG. 10 represents the relationship between the basic voltage vectors V1 to V6, the switching pattern of each switching element corresponding to each basic voltage vector, and the type of phase current detected by the detected value of the DC bus current. . In the table of FIG. 10, the zero voltage vectors V0 and V7 are excluded. In the one shunt method, the shunt voltage is detected during the voltage vector generation period that is not the zero voltage vector, and the zero voltage vector V0 or V7 is This is because the phase current is not detected because no current flows through the
図10の表で、U相アーム,V相アーム,W相アームの各欄は、表の左端に示した各基本電圧ベクトルV1〜V6を発生させる場合にオンされるU,V,W各相のスイッチング素子の上下アームのいずれかを表しており、「High」は上アームのスイッチング素子が、「Low」は下アームのスイッチング素子がそれぞれオンされることを表している。また、検出相電流(Idc)の欄は、左端に示した各基本電圧ベクトルV1〜V6発生時における直流母線電流の検出値Idcに等しい相電流の種類を表しており、Iu,Iv,Iwは、それぞれインバータ回路2からモータMのU相,V相,W相へ流れる相電流を、−Iu,−Iv,−Iwは、それぞれモータMのU相,V相,W相からインバータ回路2へ流れる相電流を表している。
In the table of FIG. 10, each column of the U-phase arm, the V-phase arm, and the W-phase arm indicates the U, V, and W phases that are turned on when the basic voltage vectors V1 to V6 shown at the left end of the table are generated. The “High” indicates that the switching element of the upper arm is turned on, and “Low” indicates that the switching element of the lower arm is turned on. The column of the detected phase current (Idc) indicates the type of phase current equal to the detected value Idc of the DC bus current when each of the basic voltage vectors V1 to V6 shown at the left end is generated, and Iu, Iv, and Iw are The phase currents flowing from the
例えば、基本電圧ベクトルV2の発生時は、図11に示すように、U相上アームのスイッチング素子2u、V相上アームのスイッチング素子2v及びW相下アームのスイッチング素子2zがそれぞれオンされ、その瞬間にシャント抵抗10を流れる直流母線電流IdcはW相の相電流−Iwと等しくなっている。
For example, when the basic voltage vector V2 is generated, as shown in FIG. 11, the
次に、本実施形態によって、いずれの変調率においても相電流の検出が可能であることを説明する。図12は、2シャント方式及び1シャント方式について、変調率と、相電流検出の可能な電圧ベクトル発生期間との関係を表わしたグラフである。図12より明らかなように、2シャント方式では、変調率が高くなるに従って、相電流検出可能な電圧ベクトル発生期間が短くなり、変調率125%では0μsecとなっている。一方、1シャント方式の電圧ベクトル発生期間は、変調率が高くなるに従って長くなっている。そして、変調率25%〜75%では、2シャント方式の方が電圧ベクトル発生期間が長く、変調率100%、125%では、1シャント方式の方が電圧ベクトル発生期間が長くなっている。本実施形態では、変調率のしきい値T2を75%と100%との間の値(例えば、90%)に設定しておき、変調率がしきい値T2未満では2シャント方式で相電流を検出し、変調率がしきい値T2以上では1シャント方式で相電流を検出することによって、いずれの変調率においても相電流の検出が可能となる。尚、図12のグラフでは、本実施形態において相電流検出が行われる電圧ベクトル発生期間のプロットを○印で囲んで示している。 Next, it will be described that the phase current can be detected at any modulation rate according to the present embodiment. FIG. 12 is a graph showing the relationship between the modulation rate and the voltage vector generation period in which the phase current can be detected for the two-shunt method and the one-shunt method. As is clear from FIG. 12, in the two-shunt method, the voltage vector generation period in which the phase current can be detected becomes shorter as the modulation rate becomes higher, and is 0 μsec at the modulation rate of 125%. On the other hand, the voltage vector generation period of the one shunt method becomes longer as the modulation rate becomes higher. In the modulation rate of 25% to 75%, the voltage vector generation period is longer in the 2-shunt method, and in the modulation rate of 100% and 125%, the voltage vector generation period is longer in the one-shunt method. In the present embodiment, the modulation factor threshold value T2 is set to a value between 75% and 100% (for example, 90%), and when the modulation factor is less than the threshold value T2, the phase current is determined by the two-shunt method. When the modulation factor is equal to or greater than the threshold value T2, the phase current is detected by the single shunt method, so that the phase current can be detected at any modulation factor. In the graph of FIG. 12, a plot of the voltage vector generation period in which the phase current detection is performed in the present embodiment is surrounded by circles.
以上詳述したことから明らかなように、本実施形態によれば、変調率が所定のしきい値T2未満である場合は、二相アームに直列接続されたシャント抵抗10,11により相電流を検出し、変調率が所定のしきい値T2以上である場合は、直流母線2bに直列接続されたシャント抵抗12により相電流を検出するので、過変調を含む高変調状態においても相電流検出を行うことができ、これによりモータ制御に使用される電流振幅や電流位相の検出が可能となる。
As is clear from the above detailed description, according to the present embodiment, when the modulation rate is less than the predetermined threshold value T2, the phase current is reduced by the
尚、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能である。 In addition, this invention is not limited to each embodiment mentioned above, A various change is possible in the range which does not deviate from the main point of this invention.
例えば、前記各実施形態で示した所定のしきい値T1,T2、零電圧ベクトルを発生させる周期、零電圧ベクトルの時間幅は、単なる例を示したものであり、本発明が適用されるインバータ回路の仕様や駆動条件等によって適宜設定されるものである。また、シャント抵抗10,11が接続される二相アームは、上述したU相とV相との組合わせに限られず、U相、V相、W相の三相中の任意の二相アームを選択すればよい。
For example, the predetermined threshold values T1 and T2, the cycle for generating the zero voltage vector, and the time width of the zero voltage vector shown in the above embodiments are merely examples, and the inverter to which the present invention is applied It is set as appropriate depending on circuit specifications, driving conditions, and the like. The two-phase arm to which the
また、前記第一の実施形態では、二相変調法によるPWM変調を行う構成としたが、三相変調法によるPWM変調を行う構成としてもよく、三相変調に三次高調波を重畳させたPWM変調を行う構成としてもよい。図13は、三相変調に三次高調波を重畳させた第一の変形例における変調法を示すグラフである。図14(a)は、第一の変形例における線間電圧の変化を示すグラフであり、図14(b)は、U相の相電流変化を示すグラフである。尚、Vuvは、U相−V相線間電圧を、Vvwは、V相−W相線間電圧を、Vwuは、W相−U相線間電圧をそれぞれ表わしている。図15(a)は二相変調を行う比較例3における線間電圧の変化を示すグラフであり、図15(b)は、U相の相電流変化を示すグラフである。図15(a)に示すように、比較例3では、線間電圧の極性が正から負に変わる部分で電圧波形に歪みが生じているが、本変形例では、図14(a)に示すように、電圧波形が対称形となっていることがわかる。また、比較例3では、図15(b)に示すように、電気角位置180度付近で相電流歪みが生じているが、本変形例では、図4(b)に示すように、相電流歪みが少なくなっていることがわかる。従って、本変形例によれば、モータMをより円滑に回転させることができる。 In the first embodiment, the PWM modulation is performed by the two-phase modulation method. However, the PWM modulation may be performed by the three-phase modulation method, and the third harmonic is superimposed on the three-phase modulation. It is good also as a structure which modulates. FIG. 13 is a graph showing a modulation method in the first modified example in which the third harmonic is superimposed on the three-phase modulation. FIG. 14A is a graph showing changes in the line voltage in the first modified example, and FIG. 14B is a graph showing changes in the U-phase phase current. Vuv represents the U-phase to V-phase line voltage, Vvw represents the V-phase to W-phase line voltage, and Vwu represents the W-phase to U-phase line voltage. FIG. 15A is a graph showing changes in line voltage in Comparative Example 3 in which two-phase modulation is performed, and FIG. 15B is a graph showing changes in U-phase phase current. As shown in FIG. 15A, in Comparative Example 3, the voltage waveform is distorted at the portion where the polarity of the line voltage changes from positive to negative, but in this modification example, as shown in FIG. Thus, it can be seen that the voltage waveform is symmetrical. In Comparative Example 3, as shown in FIG. 15B, phase current distortion occurs near the electrical angle position of 180 degrees. In this modification, as shown in FIG. It can be seen that the distortion is reduced. Therefore, according to this modification, the motor M can be rotated more smoothly.
また、前記第一の実施形態において、三相中の一相が連続して電気角で略60度期間スイッチングを停止する二相変調を行うようにしてもよい。図16は、三相中の一相が連続して電気角で略60度期間スイッチングを停止する第二の変形例における二相変調を示すグラフである。図17(a)は、第二の変形例における線間電圧の変化を示すグラフであり、図17(b)は、U相の相電流変化を示すグラフである。本変形例では、図17(a)に示すように、電圧波形が対称形となっていることがわかる。また、本変形例では、図17(b)に示すように、相電流の歪みが少なくなっていることがわかる。従って、本変形例によれば、モータMをより円滑に回転させることができる。 Moreover, in said 1st embodiment, you may make it perform the two-phase modulation | alteration which stops the phase for about 60 degree | times for one phase in three phases continuously by an electrical angle. FIG. 16 is a graph showing two-phase modulation in the second modification in which one phase among the three phases is continuously switched at an electrical angle for a period of about 60 degrees. FIG. 17A is a graph showing changes in the line voltage in the second modified example, and FIG. 17B is a graph showing changes in the U-phase phase current. In this modification, it can be seen that the voltage waveform is symmetrical as shown in FIG. Moreover, in this modification, as shown in FIG.17 (b), it turns out that the distortion of a phase current has decreased. Therefore, according to this modification, the motor M can be rotated more smoothly.
また、前記第一の実施形態では、シャント抵抗10,11を下段アームに接続した例を示したが、図18に示す第三の変形例のように、上段アームのスイッチング素子2u,2vに相電流検出用のシャント抵抗10、11をそれぞれ直列接続する構成としてもよい。本変形例では、上段アームのスイッチング素子2u,2v,2wが全てオンとなる零電圧ベクトルV7(1,1,1)の発生期間中に、上段アームに接続された2つのシャント抵抗10、11により相電流の検出が可能である。
In the first embodiment, the
本発明は、モータの電力制御に使用されるスイッチング素子を用いたインバータ回路を有する三相電圧型インバータ装置に適用可能である。 The present invention is applicable to a three-phase voltage type inverter device having an inverter circuit using a switching element used for power control of a motor.
1 三相電圧型インバータ装置(第一の実施形態)
1’ 三相電圧型インバータ装置(第二の実施形態)
2 インバータ回路
2u,2v,2w スイッチング素子(上段アーム)
2x,2y,2z スイッチング素子(下段アーム)
4 制御回路(相電流検出手段、PWM手段)
4a A/D変換器
10 シャント抵抗(第一のシャント抵抗)
11 シャント抵抗(第一のシャント抵抗)
12 シャント抵抗(第二のシャント抵抗)
1 Three-phase voltage type inverter device (first embodiment)
1 'Three-phase voltage type inverter device (second embodiment)
2
2x, 2y, 2z switching element (lower arm)
4 Control circuit (phase current detection means, PWM means)
4a A /
11 Shunt resistance (first shunt resistance)
12 Shunt resistance (second shunt resistance)
Claims (7)
前記PWM手段は、所定期間内で零電圧ベクトルが発生する時間幅が所定時間以上となるようにPWM変調を行うことを特徴とする三相電圧型インバータ装置。 An inverter circuit in which a three-phase arm is constituted by each of the upper and lower switching elements connected between the DC buses, and a shunt resistor is connected in series to the upper or lower two-phase arm in the three-phase arm; In a three-phase voltage type inverter device comprising phase current detection means for detecting a phase current by each shunt resistor, and PWM means for controlling switching of each switching element constituting the three-phase arm by PWM modulation,
The three-phase voltage type inverter apparatus, wherein the PWM means performs PWM modulation so that a time width in which a zero voltage vector is generated within a predetermined period is equal to or longer than a predetermined time.
前記PWM手段による変調率が所定のしきい値未満である場合は、前記各第一のシャント抵抗により相電流を検出し、前記変調率が前記所定のしきい値以上である場合は、前記第二のシャント抵抗により相電流を検出する相電流検出手段を備えたことを特徴とする三相電圧型インバータ装置。 A three-phase arm is constituted by each of the upper and lower switching elements connected between the DC buses, and a first shunt resistor is connected in series to the upper or lower two-phase arm in the three-phase arm. In a three-phase voltage type inverter device comprising: an inverter circuit in which a second shunt resistor is connected in series to the DC bus; and PWM means for switching-controlling each switching element constituting the three-phase arm by PWM modulation.
When the modulation factor by the PWM means is less than a predetermined threshold value, a phase current is detected by each of the first shunt resistors, and when the modulation factor is not less than the predetermined threshold value, the first A three-phase voltage type inverter device comprising phase current detecting means for detecting a phase current by a second shunt resistor.
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