JP2007189817A - 電力変換装置の制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】交流モータ(20)を駆動するためのパルス状電圧を生成する電力変換装置(30)の制御方法で、モータの各相の出力端子と、直流電圧源に含まれる共通電位を含めて3つ以上の電位の出力部のうちのいずれか1つとの間を選択的に接続し、オンオフのパルス幅制御してパルス状電圧の生成を行うパルス生成ステップと、直流電圧源出力部のいずれか1つとすべての出力端子の間を接続するすべてのスイッチング手段がすべてオン、あるいは、すべてオフである零ベクトル全区間にて、モータ電流を検出するモータ電流検出ステップと、零ベクトル全区間のうち、零ベクトル区間の長さが最も長い区間を選択する区間選択ステップ(400)と、選択された区間にて検出された電流値を用いて交流モータを制御するステップ(40)とを含む。
【選択図】図10
Description
交流モータを駆動するためのパルス状電圧を直流電圧源の出力電圧から生成する電力変換装置の制御方法であって、
スイッチング手段を用いて、前記交流モータの各相の出力端子と、前記直流電圧源に含まれる共通電位を含めて3つ以上の電位の出力部のうちのいずれか1つとの間を選択的に接続し、オンオフのパルス幅を制御することによりパルス状電圧の生成を行うパルス生成ステップと、
前記直流電圧源出力部のいずれか1つとすべての出力端子の間を接続するすべてのスイッチング手段がすべてオン、あるいは、すべてオフである零ベクトル全区間にて、前記交流モータに流れるモータ電流を検出するモータ電流検出ステップと、
を含むことを特徴とする。
前記零ベクトル全区間のうち、零ベクトル区間の長さが最も長い区間を選択する区間選択ステップと、
前記選択された区間にて検出された電流値を用いて前記交流モータを制御するステップと、
を含むことを特徴とする。
前記区間選択ステップで選択された区間の電流値のうち、所定の選択基準を参照して、電流値を選択する電流選択ステップ、
を含むことを特徴とする。
前記直流電圧源出力部の出力電圧のうちの第1の電圧Vdc1からPWMパルスを生成するための第1のキャリアと、前記出力電圧のうちの第2の電圧Vdc2からPWMパルスを生成するための第2のキャリアとを生成するステップを含み、
前記電流選択ステップにおける前記所定の選択基準が、
前記生成した第1および第2のキャリアのうちの少なくとも一方のキャリアの最大値のタイミング、あるいはその近傍で検出された電流値を選択することである、
ことを特徴とする。
前記直流電圧源出力部の出力電圧のうちの第1の電圧Vdc1からPWMパルスを生成するための第1の電圧指令値群を生成し、前記出力電圧のうちの第2の電圧Vdc2からPWMパルスを生成するための第2の電圧指令値群を生成するステップと、
前記第1の電圧指令値群と前記第2の電圧指令値群を生成するための、前記直流電圧源出力部から出力される電力の目標値である分配電力目標値を生成するステップとを含み、
前記区間選択ステップが、前記分配電力目標値に基づいて、区間を選択する、
ことを特徴とする。
前記区間選択ステップが、前記分配電力目標値の絶対値が最も大きい区間を、電流値を検出すべき区間として選択する、
ことを特徴とする。
前記電流検出手段が、前記検出された電流値をバッファする手段を備え、
前記電流選択ステップが、前記バッファされた電流値の中から、前記分配電力目標値に基づいて電流値を選択する、
ことを特徴とする。
前記電流選択ステップが、前記バッファされた検出電流値の中から、前記分配電力目標値の絶対値が最も大きい区間にて検出された電流値を選択する、
ことを特徴とする。
前記モータ電流検出ステップが、
前記零ベクトル全区間のそれぞれの区間の始めのタイミングで電流を検出するステップと、
前記零ベクトル全区間のそれぞれの区間の終わりのタイミングで電流を検出するステップと、
前記始めの検出電流値と前記終わりの検出電流値との平均値を電流検出値とするステップと、を含む、
ことを特徴とする。
例えば、第1の発明によるによる電力変換装置の制御方法を装置として構成させると、
交流モータを駆動するためのパルス状電圧を直流電圧源の出力電圧から生成する電力変換装置であって、
前記交流モータの各相の出力端子と、前記直流電圧源に含まれる共通電位を含めて3つ以上の電位の出力部のうちのいずれか1つとの間を選択的に接続し、オンオフのパルス幅を制御することによりパルス状電圧の生成を行うスイッチング手段(回路など)と、
前記交流モータに流れる電流を検出する電流検出手段(回路など)と、
前記直流電圧源出力部のいずれか1つとすべての出力端子の間を接続するすべてのスイッチング手段がすべてオン、あるいは、すべてオフである零ベクトル全区間にて、前記電流検出手段がモータ電流を検出するモータ電流検出手段(回路など)と、
を備えることを特徴とする。
前記電力変換装置が、
前記零ベクトル全区間のうち、零ベクトル区間の長さが最も長い区間を選択する区間選択手段(回路など)と、
前記最も長い電流検出区間で検出された電流値を用いて前記交流モータを制御する制御手段(回路など)と、
を備えることを特徴とする。
前記電力変換装置が、
前記区間選択手段で選択された区間の電流値のうち、所定の選択基準を参照して、電流値を選択する電流選択手段(回路など)、
を備えることを特徴とする。
実施例1
図1は、本発明の使用に適した電力変換システムの構成図である。本構成では、直流電源10aと直流電源10bとで構成されるマルチ出力直流電源10と、この電源の電圧を用いてモータに印加する電圧を生成する電力変換器30と、モータ20と、電力変換器30を駆動することでモータ20のトルクを制御しつつ、直流電圧源10a、10b夫々から供給される電力の分配比率を制御する制御装置40とで構成される。マルチ出力直流電源10は、直流電圧源10aの低電位側端子と10bの低電位側端子が接続されて共通電位(以降、GND電位と記す)が構成されている。この電源は、3つの電位、つまり、GND電位、直流電圧源10aの電位Vdc_a、直流電圧源10bの電位Vdc_bを出力する電源である。モータ20は3相交流モータである。このモータは、後ほど説明する電力変換器30から出力される交流電圧により駆動される。電力変換器30は、マルチ出力直流電源10から出力される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。
1)電圧条件
Vu*=Vu_a*+Vu_b*
Vv*=Vv_a*+Vv_b*
Vu*=Vw_a*+Vw_b*
2)電力条件
Pa:Pb=Vu_a*:Vu_b*
Pa:Pb=Vv_a*:Vv_b*
Pa:Pb=Vw_a*:Vw_b*
1)電圧条件
V*=Va*(Vu_a*、Vv_a*、Vw_a*)+Vb*(Vu_b*、Vv_b*、Vw_b*)
2)電力条件
Pa:Pb=sgn(Va*)|Va*(Vu_a*、Vv_a*、Vw_a*)|
:sgn(Vb*)(|Vb*(Vu_b*、Vv_b*、Vw_b*)|
ただし、sgn(Va*)、sgn(Vb*)は、電圧ベクトルVと同じ方向を1、反対方向を−1と定義する。電圧ベクトルで表記すると、図7、図9のようになる。
P=Pa+Pb
である。
ここで、
Pa=rto_pa・P
Pb=rto_pb・P
と定義する。ただし、rto_pa=Pa/P、rto_pb=Pb/Pである。
vu_a*=rto_pa・vu*
vu_b*=rto_pb・vu*
vv_a*=rto_pa・vv*
vv_b*=rto_pb・vv*
vw_a*=rto_pa・vw*
vw_b*=rto_pb・vu*
変調率演算手段45
変調率演算手段45は、図4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)
変調率補正手段46は、図4に示す演算3を行う。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から0.5を減算することで最終的な瞬時変調率指令mu_a_c*、mu_b_c*を求める。
mu_a_c*=mu_a*−0.5
mu_b_c*=mu_b*−0.5
PWMパルス生成手段47は、図4に示す演算4(図5)を行う。図5を用いてその動作を説明する。まず、電源10aの電圧Vdc_aから最終的な電源10a分瞬時変調率指令mu_a_c*に基づいてPWMパルスを生成する際に用いる電源10a用キャリアと、最終的な電源10b分瞬時変調率指令mu_b_c*から電源10b分電圧指令に基づいてPWMパルスを生成する際に用いる電源10a用キャリアがあり、これらの位相は反転している。そして、mu_a_c*と電源10a用キャリアが比較されvu_pwm1が生成される。また、mu_b_c*と電源10b用キャリアが比較されvu_pwm2が生成される。vu_pwm1、vu_pwm2、vu_pwm3(vu_pwm1とvu_pwm2の否定論理環NOR)が生成される。これらの信号が図3におけるSW1、SW2、SW3に加えられる。
Tp1=Tp2=Tpwm/2
である。
また、キャリアを反転させているため、電源10aから生成されるvu_pwm1のオンパルスは1PWM周期の始まりと終わりの両端部に発生し、電源10bから生成されるvu_pwm2のオンパルスは1PWM周期の中央部に発生する。従って。それぞれのオンデューティが0〜100%なる範囲すべてのパルスを生成することができる。以上の演算により、PWMパルスが生成される。
まず、本発明の電流検出原理を図11に基づいて説明する。図11はU相電流と電流検出値iu1,iu2、およびSW1u,SW1v,SW1w,SW2u,SW2v,SW2wのスイッチングのタイムチャートである。まず、語句の説明を行うと、U相電流は図10のモータのU相電流、SW1u,SW1v,SW1w同時オン区間は図10のスイッチSW1u,SW1v,SW1wが同時オンする区間、SW2u,SW2v,SW2w同時オン区間は図10のスイッチSW2u,SW2v,SW2wが同時オンする区間を示している。また、時間t1で検出された電流値をiu1,時間t2で検出された電流値をiu2とする。基本波により近いに電流値を検出するには、SW1u,SW1v,SW1w同時オン区間とSW2u,SW2v,SW2w同時オン区間で電流検出を行うのがよい。なぜなら、この区間で電流を検出することにより、電流の変化率が小さい区間で電流を検出することができるからである。また、なぜ電流の変化率が小さいかというと、SW1u,SW1v,SW1wが同時オンの区間とSW2u,SW2v,SW2wが同時オンの区間ではモータに電圧が印加されないからである。従って、この方式を用いることにより、より相電流の基本波に近い値を検出することができる。V相、W相についても同様の方法で検出を行う。
電流検出器400はVu_pwm1,Vv_pwm1,Vw_pwm1 ,Vu_pwm2,Vv_pwm2,Vw_pwm2とモータ電流iu,iv,iwを入力し、電流のデジタルサンプリング値を制御装置に受け渡す。この電流検出器400の構成を処理の流れに沿って説明する。まず、Vu_pwm1,Vv_pwm1,Vw_pwm1が431aに入力され、431aのAND回路によりSW1u,SW1v,SW1wの零ベクトル区間が検出される。また、Vu_pwm2,Vv_pwm2,Vw_pwm2が431bに入力され、431bによりSW2u,SW2v,SW2wの零ベクトル区間が検出される。これらの信号が441に入力され、論理和として出力される。これにより、零ベクトル全区間で1を出力するパルスが生成される。次に、このパルスがトリガ発生回路451a,451bに入力され、パルスの立ち上がり、立下りのタイミングでトリガ信号が生成される。次に461a,461bにそれぞれトリガ信号が入力され、トリガ信号のタイミングで電流値がサンプルホールドされる。トリガ信号のタイミングで電流値をサンプリングすることで、零ベクトルパルスの立ち上がりタイミングと立下りタイミングで電流がサンプリングされる。このサンプリング値が471のAD変換器に入力され、デジタル値として出力される。次に481の加算器で立ち上がりサンプリング値と立下りサンプリング値の和がとられ、482のゲイン1/2が掛けられ、立ち上がりサンプリング値と立下りサンプリング値の平均値が取られる。この平均値がiu1に相当する。iu2についても、次の零ベクトルタイミングで同様に検出される。次に、検出されたiu1,iu2が電流選択部500に受け渡される。
電流選択部500では、時間t1でiu1,iv1,iw1,分配電力指令値が、時間t2でiu2,iv2,iw2,分配電力指令値が入力される。電流選択部500はメモリなどの記憶手段を備え、一旦これらの入力された値を記憶し、分配電力指令値に基づき以下のように出力する。
|rto_pa|≧|rto_pb|のとき iu1,iv1,iw1をiu,iv,iwとして出力
|rto_pb|<|rto_pa|のとき iu2,iv2,iw2をiu,iv,iwとして出力
以上の構成により、零ベクトル区間の長いほうのタイミングでサンプリングされた電流値が電流制御に用いられることとなる。制御装置40は、電流選択部500から渡される電流値と、分配電力指令値と、電圧センサ11,12で取得された電源10a,10bの電圧値からスイッチ開閉信号を生成し、この信号を電力変換器30に与える。
図12に本発明の第2の実施例を示す。本実施例においては、実施例1との違いは電流検出器400aのみなので、電流検出器400aの動作について説明する。電流検出器400aは電源10a用キャリアと電源10b用キャリア、相電流iu,iv,iwを入力し、電流のデジタルサンプリング値を電流選択部500に受け渡す。流れに沿って説明すると、まず電源10a用キャリアが452aに入力され、452aは電源10a用キャリアの最大値のタイミングでトリガ信号を出力する。452bには電源10b用キャリアが入力され、電源10b用キャリアの最大値のタイミングでトリガ信号を出力する。電源10a用キャリアの最大値のタイミングが図11のt1に、電源10b用キャリアの最大値のタイミングが図11のt2に相当する。図12に戻って、461a,461bにそれぞれトリガ信号が入力され、トリガ信号のタイミングで電流値がサンプルホールドされる。サンプルホールドされた値はAD変換器471でデジタル値に変換されて制御装置40に出力される。また、キャリアの最大値だけでなく、その近傍でサンプリングを行っても良い。
図13に本発明の第3の実施例を示す。本実施例においては、実施例1との違いは電流検出器400bのみなので、400bについて説明する。電流検出器400bは電源10a用キャリアと電源10b用キャリア、相電流iu,iv,iw分配電力指令値を入力し、分配電力指令値に応じてサンプリングタイミングを選択してデジタルサンプリング値を制御装置40に受け渡す。流れに沿って説明すると、まず電源10a用キャリアが452aに入力され、452aは電源10a用キャリアの最大値のタイミングでトリガ信号を出力する。452bには電源10b用キャリアが入力され、電源10b用キャリアの最大値のタイミングでトリガ信号を出力する。他方で分配電力指令値が判定回路495に入力され、判定回路495は
|rto_pa|≧|rto_pb|のとき 1
|rto_pb|<|rto_pa|のとき 0
の信号を出力する。
10a 第1の直流電源
10b 第2の直流電源
11,12 電圧センサ
20 モータ
21 位置センサ
22 電流センサ
30 電力変換器
30U U相のスイッチ手段
30V V相のスイッチ手段
30W W相のスイッチ手段
SW1,SW2,SW3 スイッチ
SW1u, SW1v, SW1w スイッチ
SW2u, SW2v, SW2w スイッチ
SW3u, SW3v, SW3w スイッチ
40 制御装置
41 トルク制御手段
42 電流制御手段
43 dq/3相変換手段
44 電圧分配手段
45 変調率演算手段
46 変調率補正手段
47 パルス生成手段
48 3相/dq変換手段
400,400a,400b 電流検出器
431a,b AND回路
441 OR回路
451a,b トリガ発生回路
452a,b トリガ発生回路
461a,b サンプルホールド回路
471 AD変換器
481 加算器
482 積算器
491a,b,c 変換器
492a,b,c 変換器
495 判定回路
496a,b AND回路
496c NOT回路
500 電流選択部
Claims (9)
- 交流モータを駆動するためのパルス状電圧を直流電圧源の出力電圧から生成する電力変換装置の制御方法であって、
スイッチング手段を用いて、前記交流モータの各相の出力端子と、前記直流電圧源に含まれる共通電位を含めて3つ以上の電位の出力部のうちのいずれか1つとの間を選択的に接続し、オンオフのパルス幅を制御することによりパルス状電圧の生成を行うパルス生成ステップと、
前記直流電圧源出力部のいずれか1つとすべての出力端子の間を接続するすべてのスイッチング手段がすべてオン、あるいは、すべてオフである零ベクトル全区間にて、前記交流モータに流れるモータ電流を検出するモータ電流検出ステップと、
を含むことを特徴とする電力変換装置の制御方法。 - 請求項1に記載の電力変換装置の制御方法において、
前記零ベクトル全区間のうち、零ベクトル区間の長さが最も長い区間を選択する区間選択ステップと、
前記選択された区間にて検出された電流値を用いて前記交流モータを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。 - 請求項2に記載の電力変換装置の制御方法において、
前記区間選択ステップで選択された区間の電流値のうち、所定の選択基準を参照して、電流値を選択する電流選択ステップ、
を含むことを特徴とする電力変換装置の制御方法。 - 請求項3に記載の電力変換装置の制御方法において、
前記直流電圧源出力部の出力電圧のうちの第1の電圧Vdc1からPWMパルスを生成するための第1のキャリアと、前記出力電圧のうちの第2の電圧Vdc2からPWMパルスを生成するための第2のキャリアとを生成するステップを含み、
前記電流選択ステップにおける前記所定の選択基準が、
前記生成した第1および第2のキャリアのうちの少なくとも一方のキャリアの最大値のタイミング、あるいはその近傍で検出された電流値を選択することである、
ことを特徴とする電力変換装置の制御方法。 - 請求項2〜4のいずれか1項に記載の電力変換装置の制御方法において、
前記直流電圧源出力部の出力電圧のうちの第1の電圧Vdc1からPWMパルスを生成するための第1の電圧指令値群を生成し、前記出力電圧のうちの第2の電圧Vdc2からPWMパルスを生成するための第2の電圧指令値群を生成するステップと、
前記第1の電圧指令値群と前記第2の電圧指令値群を生成するための、前記直流電圧源出力部から出力される電力の目標値である分配電力目標値を生成するステップとを含み、
前記区間選択ステップが、前記分配電力目標値に基づいて、区間を選択する、
ことを特徴とする電力変換装置の制御方法。 - 請求項5に記載の電力変換装置の制御方法において、
前記区間選択ステップが、前記分配電力目標値の絶対値が最も大きい区間を、電流値を検出すべき区間として選択する、
ことを特徴とする電力変換装置の制御方法。 - 請求項5または6に記載の電力変換装置の制御方法において、
前記電流検出手段が、前記検出された電流値をバッファする手段を備え、
前記電流選択ステップが、前記バッファされた電流値の中から、前記分配電力目標値に基づいて電流値を選択する、
ことを特徴とする電力変換装置の制御方法。 - 請求項7に記載の電力変換装置の制御方法において、
前記電流選択ステップが、前記バッファされた検出電流値の中から、前記分配電力目標値の絶対値が最も大きい区間にて検出された電流値を選択する、
ことを特徴とする電力変換装置の制御方法。 - 請求項1〜8のいずれか1項に記載の電力変換装置の制御方法において、
前記モータ電流検出ステップが、
前記零ベクトル全区間のそれぞれの区間の始めのタイミングで電流を検出するステップと、
前記零ベクトル全区間のそれぞれの区間の終わりのタイミングで電流を検出するステップと、
前記始めの検出電流値と前記終わりの検出電流値との平均値を電流検出値とするステップと、を含む、
ことを特徴とする電力変換装置の制御方法。
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