JP2007209181A - Control unit of three-phase alternating current motor, and method and control program - Google Patents

Control unit of three-phase alternating current motor, and method and control program Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a three-phase alternating current motor, which simplifies a controlling method, for example, to enable sub-harmonic modulation, and further to decrease DC voltage to be used, in an induction motor by means of a five-leg inverter. <P>SOLUTION: A control unit 10 includes phase voltage command value conversion means 14 and switching pattern determining means 16. The phase voltage command value conversion means 14 inputs respective phase voltage command values of induction motors IM1, IM2, and converts the respective phase voltage command values in question so that the phase voltage command values of the induction motors IM1, IM2 at a leg 125 become the same sine wave. The switching pattern determining means 16 determines switching patterns of a switch S11, etc. by performing pulse with modulation using the phase voltage command values converted by the phase voltage command value conversion means 14. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、電子的スイッチが二個直列に接続されたものが五個並列に接続された構成の5レグインバータを用いて、二台の三相交流電動機をそれぞれ独立に制御する、装置及び方法並びに制御プログラムに関する。三相交流電動機は、例えば三相誘導電動機(以下、単に「誘導電動機」という。)である。また、「レグ(leg)」とは、電子的スイッチが二個直列に接続されたもの、すなわち単相ハーフブリッジインバータの構成のことである。   The present invention is an apparatus and method for independently controlling two three-phase AC motors using a 5-leg inverter having a configuration in which two electronic switches connected in series are connected in parallel to each other. And a control program. The three-phase AC motor is, for example, a three-phase induction motor (hereinafter simply referred to as “induction motor”). A “leg” is a configuration in which two electronic switches are connected in series, that is, a single-phase half-bridge inverter.

一台の誘導電動機を制御するには、3レグインバータが一個必要になる。したがって、図14[1]に示すように、直流電源ライン90に並列接続された二台の誘導電動機IM1,IM2をそれぞれ独立に制御するには、一般に二個の3レグインバータ91,92が必要になる。しかし、これでは3レグインバータが二個も必要になるので、小型化、軽量化、低価格化等の点で好ましくない。そこで、図14[2]に示すように、二個の3レグインバータ91,92から一つのレグを減らした5レグインバータ93を用いて、二台の誘導電動機IM1,IM2をそれぞれ独立に制御する技術が提案されている。(例えば、下記特許文献1)。   To control one induction motor, one 3-leg inverter is required. Therefore, as shown in FIG. 14 [1], two independent three-leg inverters 91 and 92 are generally required to independently control the two induction motors IM1 and IM2 connected in parallel to the DC power supply line 90. become. However, this requires two 3-leg inverters, which is not preferable in terms of size reduction, weight reduction, price reduction, and the like. Therefore, as shown in FIG. 14 [2], the two induction motors IM1 and IM2 are independently controlled by using a 5-leg inverter 93 obtained by reducing one leg from the two 3-leg inverters 91 and 92. Technology has been proposed. (For example, the following patent document 1).

5レグインバータ93とは、二個の3レグインバータ91,92において一つのレグを二台の誘導電動機IM1,IM2で共用化することによって、五つのレグとしたものである。すなわち、一つのレグは誘導電動機IM1,IM2の両方のw相に共通に接続され、他のレグは誘導電動機IM1,IM2の一方のu相、v相にのみ接続されている。   The 5-leg inverter 93 is obtained by sharing one leg among the two 3-leg inverters 91 and 92 by the two induction motors IM1 and IM2, thereby forming five legs. That is, one leg is commonly connected to both w phases of induction motors IM1 and IM2, and the other leg is connected only to one u phase and v phase of induction motors IM1 and IM2.

このときPWM制御を行う際に問題となるのは、誘導電動機IM1,IM2の両方に共通接続されたレグのスイッチングである。つまり、サブハーモニック変調などの通常のPWM制御をそのまま用いると、誘導電動機IM1,IM2を独立に制御するにあたり、この共通のレグに送られるスイッチング信号に矛盾が生じてしまうのである。   At this time, a problem in performing PWM control is switching of legs commonly connected to both induction motors IM1 and IM2. That is, if normal PWM control such as subharmonic modulation is used as it is, inconsistency occurs in the switching signal sent to this common leg when the induction motors IM1 and IM2 are controlled independently.

そこで、変調期間を二等分し、前半では誘導電動機IM1に関する変調を行い誘導電動機IM2に印加する線間電圧を零とし、後半では逆に誘導電動機IM1に印加する線間電圧を零とし誘導電動機IM2に関する変調を行う。換言すると、変調期間の前半で誘導電動機IM1をその三つの線間電圧指令値に基づいて制御し、続いて変調期間の後半で三相誘導電動機IM2を三つの線間電圧指令値に基づいて制御する。   Therefore, the modulation period is divided into two equal parts. In the first half, the modulation related to the induction motor IM1 is performed and the line voltage applied to the induction motor IM2 is set to zero. In the second half, the line voltage applied to the induction motor IM1 is set to zero. Modulates IM2. In other words, the induction motor IM1 is controlled based on the three line voltage command values in the first half of the modulation period, and then the three-phase induction motor IM2 is controlled based on the three line voltage command values in the second half of the modulation period. To do.

また、非特許文献1には、後で詳述する「拡張2アーム変調」が記載されている。   Non-Patent Document 1 describes “extended 2-arm modulation” which will be described in detail later.

特開20003−339189号公報JP 20003-339189 A 木村,日爪,松瀬:「5レグインバータによる2台のPMSMの独立制御ベクトル制御と拡張2アーム変調」,平成17年電気学会全国大会,4−094Kimura, Hitsuji, Matsuse: "Independent control vector control and extended 2-arm modulation of two PMSMs with a 5-leg inverter", 2005 IEEJ National Convention, 4-094 Enrique Ledezma, Brenden McGrath, Alfred Munoz, and Thomas A.Lipo : “DualAC-Drive System With a Reduced Switch Count”, IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS,Vol.37, No.5 pp.1325-1333 (2001)Enrique Ledezma, Brenden McGrath, Alfred Munoz, and Thomas A. Lipo: “DualAC-Drive System With a Reduced Switch Count”, IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS, Vol.37, No.5 pp.1325-1333 (2001)

しかしながら、5レグインバータ93は、各誘導電動機IM1,IM2の変調を通常の変調期間の半分で行うので、通常の二倍の直流電圧を必要という問題があった。また、変調期間の前半で誘導電動機IM1をその三つの線間電圧指令値に基づいて制御し、続いて変調期間の後半で三相誘導電動機IM2を三つの線間電圧指令値に基づいて制御するというように、制御方法が複雑化していた。一方、拡張2アーム変調でも、使用する直流電圧がまだ高いという問題があった。   However, since the 5-leg inverter 93 modulates the induction motors IM1 and IM2 in half of the normal modulation period, there is a problem that a DC voltage twice that of a normal one is required. In addition, the induction motor IM1 is controlled based on the three line voltage command values in the first half of the modulation period, and then the three-phase induction motor IM2 is controlled based on the three line voltage command values in the second half of the modulation period. Thus, the control method has become complicated. On the other hand, even with the extended two-arm modulation, there is a problem that the DC voltage used is still high.

そこで、本発明の目的は、制御方法を簡易化して例えばサブハーモニック変調を可能とし、しかも使用する直流電圧を低下させることが可能な制御装置等を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a control device or the like that can simplify the control method, enable sub-harmonic modulation, for example, and reduce the DC voltage to be used.

本発明に係る制御装置は、電子的スイッチが二個直列に接続されて成るレグが並列に五個接続された構成(5レグインバータ)の第一乃至第五のレグのうち、第一、第二及び第五のレグを用いて第一の誘導電動機を制御するとともに、第三、第四及び第五のレグを用いて第二の誘導電動機を制御するものである。そして、本発明に係る制御装置は、相電圧指令値変換手段及びスイッチングパターン決定手段を備えたことを特徴とする。相電圧指令値変換手段は、第一及び第二の誘導電動機の各相電圧指令値を入力し、第五のレグにおける第一及び第二の三相交流電動機の相電圧指令値が同一の正弦波となるように、当該各相電圧指令値を変換する。スイッチングパターン決定手段は、相電圧指令値変換手段で変換された各相電圧指令値を用いてパルス幅変調を実施することにより、電子的スイッチのスイッチングパターンを決定する。   The control device according to the present invention includes first to fifth legs among first to fifth legs of a configuration (five-leg inverter) in which five legs each having two electronic switches connected in series are connected in parallel. The first induction motor is controlled using the second and fifth legs, and the second induction motor is controlled using the third, fourth, and fifth legs. And the control apparatus which concerns on this invention was equipped with the phase voltage command value conversion means and the switching pattern determination means, It is characterized by the above-mentioned. The phase voltage command value conversion means inputs the phase voltage command values of the first and second induction motors, and the sine with the same phase voltage command values of the first and second three-phase AC motors in the fifth leg. Each phase voltage command value is converted so as to be a wave. The switching pattern determining means determines the switching pattern of the electronic switch by performing pulse width modulation using each phase voltage command value converted by the phase voltage command value converting means.

第一及び第二の誘導電動機は、第五のレグを共用している。従来技術では、第一の誘導電動機を駆動するための第五のレグのスイッチング信号と、第二の誘導電動機を駆動するための第五のレグのスイッチング信号とが、同時刻において異なっていた。したがって、通常のPWM制御を用いようとすると第五のレグのスイッチング信号に矛盾が生じるため、変調期間を二等分し、前半で第一の誘導電動機を駆動し、後半で第二の誘導電動機を駆動するような複雑な制御を必要とした。その上、変調期間を二等分してそれぞれの期間で第一及び第二の誘導電動機を駆動することにより、各誘導電動機に電圧を印加する時間が半分になるので、使用する直流電圧を二倍にしていた。   The first and second induction motors share the fifth leg. In the prior art, the switching signal of the fifth leg for driving the first induction motor and the switching signal of the fifth leg for driving the second induction motor were different at the same time. Therefore, since the contradiction occurs in the switching signal of the fifth leg when using the normal PWM control, the modulation period is divided into two equal parts, the first induction motor is driven in the first half, and the second induction motor in the second half. It needed complicated control to drive. In addition, by dividing the modulation period into two equal parts and driving the first and second induction motors in each period, the time for applying a voltage to each induction motor is halved. It was doubled.

これに対し、本発明では、入力した各相電圧指令値を、第五のレグにおける第一及び第二の三相交流電動機の相電圧指令値が同一の正弦波となるように変換する。つまり、第一の誘導電動機を駆動するための第五のレグのスイッチング信号と、第二の誘導電動機を駆動するための第五のレグのスイッチング信号とを同じにできる。そのため、これらのスイッチング信号に矛盾を生じることが無いので、サブハーモニック変調のような簡単な制御が使用可能となる。しかも、変調期間を二等分してそれぞれの期間で第一及び第二の誘導電動機を駆動する必要がないので、使用する直流電圧も低くなる。   In contrast, in the present invention, the input phase voltage command values are converted so that the phase voltage command values of the first and second three-phase AC motors in the fifth leg are the same sine wave. That is, the switching signal of the fifth leg for driving the first induction motor and the switching signal of the fifth leg for driving the second induction motor can be made the same. For this reason, since there is no contradiction in these switching signals, simple control such as subharmonic modulation can be used. In addition, since it is not necessary to divide the modulation period into two and drive the first and second induction motors in each period, the DC voltage to be used is also reduced.

また、拡張2アーム変調では、入力した各相電圧指令値を、第五のレグにおける相電圧指令値が零となるように変換する。この場合の線間電圧は、正と零との差、又は、負と零との差になる。これに対し、本発明では、入力した各相電圧指令値を、第五のレグにおける相電圧指令値が正弦波となるように変換する。この場合の線間電圧は、正と負との差、又は、負と正との差になる。つまり、本発明によれば、拡張2アーム変調に比べて、線間電圧を高くできるので、使用する直流電圧を低くできる。   In the extended two-arm modulation, the input phase voltage command value is converted so that the phase voltage command value in the fifth leg becomes zero. In this case, the line voltage is the difference between positive and zero, or the difference between negative and zero. On the other hand, in the present invention, the input phase voltage command values are converted so that the phase voltage command values in the fifth leg are sine waves. In this case, the line voltage is a difference between positive and negative, or a difference between negative and positive. That is, according to the present invention, the line voltage can be increased as compared with the extended two-arm modulation, so that the DC voltage to be used can be decreased.

例えば、相電圧指令値変換手段は、次のように動作する。第一の三相交流電動機の各相をu1,v1,w1、これらの相電圧指令値をv* um1,v* vm1,v* wm1、第二の三相交流電動機の各相をu2,v2,w2、これらの相電圧指令値をv* um2,v* vm2,v* wm2、同一の正弦波に相当する相電圧指令値をv'* wとしたとき、各相電圧指令値v* um1,v* vm1,v* wm1を入力し、これらを各相電圧指令値v* um1−v* wm1+v'* w,v* vm1−v* wm1+v'* w,v'* wに変換するとともに、各相電圧指令値v* um2,v* vm2,v* wm2を入力し、これらを各相電圧指令値v* um2−v* wm2+v'* w,v* vm2−v* wm2+v'* w,v'* wに変換する。 For example, the phase voltage command value conversion means operates as follows. The phases of the first three-phase AC motor are u1, v1, w1, the phase voltage command values are v * um1 , v * vm1 , v * wm1 , and the phases of the second three-phase AC motor are u2, v2. , W2 , where these phase voltage command values are v * um2 , v * vm2 , v * wm2 , and phase voltage command values corresponding to the same sine wave are v ' * w , each phase voltage command value v * um1 , V * vm1 , and v * wm1 are input, and these are converted into respective phase voltage command values v * um1− v * wm1 + v ′ * w , v * vm1− v * wm1 + v ′ * w , v ′ * w In addition, each phase voltage command value v * um2 , v * vm2 , v * wm2 is input, and each phase voltage command value v * um2− v * wm2 + v ′ * w , v * vm2− v * wm2 + v ′. * w , v ' * w is converted.

例えば、スイッチングパターン決定手段は、次のように動作する。各相電圧指令値v* um1−v* wm1+v'* w,v* vm1−v* wm1+v'* w,v'* wと搬送波信号との大小関係に基づき、第一の三相交流電動機に対するスイッチングパターンを決定するとともに、各相電圧指令値v* um2−v* wm2+v'* w,v* vm2−v* wm2+v'* w,v'* wと搬送波信号との大小関係に基づき、第二の三相交流電動機に対するスイッチングパターンを決定し、かつ第一の三相交流電動機に対するスイッチングパターンと第二の三相交流電動機に対するスイッチングパターンとで、第五のレグにおけるスイッチングパターンが同じになるように決定する。各相電圧指令値v* um1,v* vm1,v* wm1,v* um2,v* vm2,v* wm2は、例えば正弦波信号から成る。搬送波信号は、例えば三角波信号又は鋸歯状波信号である。また、パルス幅変調はサブハーモニック変調としてもよい。サブハーモニック変調とは、搬送波信号の周波数が各相電圧指令値の周波数よりも十分に高い場合のパルス幅変調のことである。 For example, the switching pattern determination unit operates as follows. The first three-phase AC motor based on the magnitude relationship between each phase voltage command value v * um1− v * wm1 + v ′ * w , v * vm1− v * wm1 + v ′ * w , v ′ * w and the carrier signal Is determined based on the magnitude relationship between each phase voltage command value v * um2− v * wm2 + v ′ * w , v * vm2− v * wm2 + v ′ * w , v ′ * w and the carrier signal. The switching pattern for the second three-phase AC motor is determined, and the switching pattern for the first three-phase AC motor and the switching pattern for the second three-phase AC motor are the same in the fifth leg. Decide to be. Each phase voltage command value v * um1 , v * vm1 , v * wm1 , v * um2 , v * vm2 , v * wm2 consists of a sine wave signal, for example. The carrier wave signal is, for example, a triangular wave signal or a sawtooth wave signal. Further, the pulse width modulation may be subharmonic modulation. Subharmonic modulation is pulse width modulation when the frequency of the carrier signal is sufficiently higher than the frequency of each phase voltage command value.

本発明に係る制御方法は、本発明に係る制御装置の各手段の動作を手順として捉えたものである。本発明に係る制御プログラムは、本発明に係る制御方法の各ステップをコンピュータに実行させるためのものである。   The control method according to the present invention captures the operation of each means of the control device according to the present invention as a procedure. The control program according to the present invention is for causing a computer to execute each step of the control method according to the present invention.

本発明によれば、第一及び第二の三相交流電動機で共用される第五のレグにおける相電圧指令値が正弦波となるように各相電圧指令値を変換することにより、第一の三相交流電動機を駆動するための第五のレグのスイッチング信号と、第二の三相交流電動機を駆動するための第五のレグのスイッチング信号とを同じにできるので、サブハーモニック変調のような簡単な制御を使用できる。しかも、変調期間を二等分してそれぞれの期間で第一及び第二の三相交流電動機を駆動する必要がなく、かつ拡張2アーム変調の場合よりも線間電圧を高くできるので、使用する直流電圧も低くできる。   According to the present invention, by converting each phase voltage command value so that the phase voltage command value in the fifth leg shared by the first and second three-phase AC motors is a sine wave, Since the switching signal of the fifth leg for driving the three-phase AC motor and the switching signal of the fifth leg for driving the second three-phase AC motor can be made the same, such as sub-harmonic modulation Simple control can be used. In addition, it is not necessary to divide the modulation period into two equal parts and drive the first and second three-phase AC motors in each period, and the line voltage can be made higher than in the case of the extended two-arm modulation. DC voltage can also be lowered.

図1は、本発明に係る制御装置の一実施形態を示すブロック図である。図2は、5レグインバータの構成を示す回路図である。図3は、図1の制御装置における相電圧指令値変換手段を示すブロック線図である。以下、これらの図面に基づき説明する。   FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a control device according to the present invention. FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a 5-leg inverter. FIG. 3 is a block diagram showing phase voltage command value conversion means in the control device of FIG. Hereinafter, description will be given based on these drawings.

図2に示すように、5レグインバータ12は、電子的なスイッチS11,…が二個直列に接続されたレグ121,…が五個並列に接続されたものであり、レグ121,…のそれぞれのスイッチS11,…を交互にオン・オフすることによって直流電圧Eを交流電圧に変換する電圧形PWMインバータである。レグ121はスイッチS11,S12からなり、レグ122はスイッチS21,S22からなり、レグ123はスイッチS31,S32からなり、レグ124はスイッチS41,S42からなり、レグ125はスイッチS51,S52からなる。   As shown in FIG. 2, the 5-leg inverter 12 is composed of five legs 121,... Connected in series with two electronic switches S 11,. Are voltage-type PWM inverters that convert the DC voltage E into an AC voltage by alternately turning on and off the switches S11,. Leg 121 is composed of switches S11 and S12, leg 122 is composed of switches S21 and S22, leg 123 is composed of switches S31 and S32, leg 124 is composed of switches S41 and S42, and leg 125 is composed of switches S51 and S52.

なお、レグ121においてスイッチS11,S12が同時にオンすることはない。直流電圧Eが短絡してしまうからである。一方、レグ121においてスイッチS11,S12が同時にオフすることもない。出力電流を連続に保つためである。すなわち、常に、スイッチS11,S12のどちらか一方がオン、他方がオフになる。このことは、レグ122〜125についても同様である。   In the leg 121, the switches S11 and S12 are not turned on at the same time. This is because the DC voltage E is short-circuited. On the other hand, in the leg 121, the switches S11 and S12 are not simultaneously turned off. This is to keep the output current continuous. That is, one of the switches S11 and S12 is always on and the other is off. The same applies to the legs 122 to 125.

また、スイッチS11,S21,S31,S41,S51は上アーム131を構成し、スイッチS12,S22,S32,S42,S52は下アーム132を構成している。スイッチS11,…は、例えばIGBT(insulated
gate bipolar transistor)である。スイッチS11,…において、トランジスタに逆並列接続された帰還ダイオードは、遅れ電流の通路となる。なお、IGBTは一例に過ぎず、その代わりにパワーMOSFETなどを用いてもよい。
The switches S11, S21, S31, S41, and S51 constitute the upper arm 131, and the switches S12, S22, S32, S42, and S52 constitute the lower arm 132. For example, the switches S11,.
gate bipolar transistor). In the switches S11,..., Feedback diodes connected in antiparallel to the transistors provide a path for delayed current. The IGBT is only an example, and a power MOSFET or the like may be used instead.

図1及び図2に示すように、制御装置10は、レグ121,122,125を用いて誘導電動機IM1を制御するとともに、レグ123,124,125を用いて誘導電動機IM2を制御する。そして、図1に示すように、制御装置10は、相電圧指令値変換手段14及びスイッチングパターン決定手段16を備えたことを特徴とする。相電圧指令値変換手段14は、誘導電動機IM1,IM2の各相電圧指令値を入力し、レグ125における誘導電動機IM1,IM2の相電圧指令値が同一の正弦波となるように、当該各相電圧指令値を変換する。スイッチングパターン決定手段16は、相電圧指令値変換手段14で変換された各相電圧指令値を用いてパルス幅変調を実施することにより、スイッチS11,…のスイッチングパターンを決定する。なお、図3に示すように、相電圧指令値変換手段14は、前段部141と後段部142とから成る。   As shown in FIGS. 1 and 2, the control device 10 controls the induction motor IM1 using the legs 121, 122, and 125, and controls the induction motor IM2 using the legs 123, 124, and 125. As shown in FIG. 1, the control device 10 includes a phase voltage command value conversion unit 14 and a switching pattern determination unit 16. The phase voltage command value conversion means 14 inputs the phase voltage command values of the induction motors IM1 and IM2, and the phase voltage command values of the induction motors IM1 and IM2 in the leg 125 become the same sine wave. Convert voltage command value. The switching pattern determination means 16 determines the switching pattern of the switches S11,... By performing pulse width modulation using each phase voltage command value converted by the phase voltage command value conversion means. As shown in FIG. 3, the phase voltage command value conversion means 14 includes a front stage 141 and a rear stage 142.

図4は、制御装置10を含む制御システム全体の機能ブロック図である。以下、図1及び図4に基づき説明する。   FIG. 4 is a functional block diagram of the entire control system including the control device 10. Hereinafter, description will be given based on FIG. 1 and FIG.

この制御システムは、ベクトル制御から構成される一般的なものである。また、誘導電動機IM1,IM2を独立に制御可能にするために、誘導電動機IM1,IM2ごとの別々のアルゴリズムによって成り立っている。図4における符合10,12のブロックが、図1における制御装置10及び5レグインバータ12に相当する。誘導電動機IM1,IM2及び5レグインバータ12を除き、制御装置10を含む各ブロックは、コンピュータプログラムによって実現されている。   This control system is a general system composed of vector control. Further, in order to be able to control the induction motors IM1 and IM2 independently, the induction motors IM1 and IM2 are constituted by separate algorithms. 4 correspond to the control device 10 and the 5-leg inverter 12 in FIG. Except for the induction motors IM1 and IM2 and the 5-leg inverter 12, each block including the control device 10 is realized by a computer program.

次に、誘導電動機IM1,IM2に対する制御方法は両者とも同じであるので、添え字の1,2を省略して動作の概略を説明する。まず、実速度ωrと速度指令ω* rとに基づき、PI制御によって必要なトルク指令τ* eを算出する。そして、トルク指令τ* e及び二次磁束指令Φe* drに基づき、トルク分電流指令ie* qs及び励磁分電流ie* dsを求め、これらとそれぞれ対応する実際の電流ie qs,ie dsとに基づき、PI制御、座標変換、及び2相3相変換を経て必要な電圧を求める。これらの電圧が、相電圧指令値v* um,v* vm,v* wmであり、制御装置10へ出力される。また、一次電流ium,ivm,iwmを検出し、一次電流ium,ivm,iwmから実際の電流ie qs,ie dsを求め、これをフィードバックさせて座標変換の計算に用いる。以上の処理を誘導電動機IM1,IM2について別々に実行する。つまり、一般的なベクトル制御をそれぞれの誘導電動機IM1,IM2において、独立に行っている。 Next, since the control methods for the induction motors IM1 and IM2 are the same, the outline of the operation will be described with the subscripts 1 and 2 omitted. First, a necessary torque command τ * e is calculated by PI control based on the actual speed ω r and the speed command ω * r . Then, based on the torque command τ * e and the secondary magnetic flux command Φ e * dr , a torque component current command i e * qs and an excitation component current i e * ds are obtained, and the actual current i e qs , corresponding to these respectively. based on the i e ds, PI control, coordinate transformation, and obtaining the necessary voltage through a two-to-three phase conversion. These voltages are phase voltage command values v * um , v * vm , and v * wm , and are output to the control device 10. Also, the primary currents i um , i vm , i wm are detected, the actual currents i e qs , i e ds are obtained from the primary currents i um , i vm , i wm , and fed back to calculate the coordinate transformation. Use. The above processing is executed separately for induction motors IM1 and IM2. That is, general vector control is performed independently in each induction motor IM1, IM2.

更に、本実施形態においては誘導電動機IM1,IM2の周波数を一致させる必要がある。図4でいえば、誘導電動機IM1の角周波数指令ω* 1と誘導電動機IM2の角周波数指令ω* 2とを一致させるということである。そのために、誘導電動機IM1の角周波数指令ω* 1と誘導電動機IM2の角周波数指令ω* 2とに基づき、PI制御によって必要な誘導電動機IM1の二次磁束補正指令ΔΦe* dr1を算出する。そして、もとの誘導電動機IM1の二次磁束指令Φe* dr1に加算して、新たな誘導電動機IM1の二次磁束指令Φe* dr1_refを得ている。ここでは、誘導電動機IM1の周波数を誘導電動機IM2に合わせているが、もちろんその逆でもよい。 Furthermore, in this embodiment, it is necessary to match the frequencies of the induction motors IM1 and IM2. In terms of FIG. 4, is that to match the angular frequency command omega * 2 angular frequency command omega * 1 and the induction motor IM2 of the induction motor IM1. Therefore, based on the angular frequency command omega * 2 angular frequency command omega * 1 and the induction motor IM2 of the induction motor IM1, it calculates the secondary magnetic flux correction command .DELTA..PHI e * dr1 of the induction motor IM1 required by the PI control. Then, a new secondary magnetic flux command Φ e * dr1_ref of the induction motor IM1 is obtained by adding to the secondary magnetic flux command Φ e * dr1 of the original induction motor IM1. Here, the frequency of the induction motor IM1 is set to the frequency of the induction motor IM2, but the reverse is also possible.

図5は、制御装置10の動作を示すフローチャートである。図6は変換前の相電圧指令値を示す波形図であり、図6[1]は誘導電動機IM1用であり、図6[2]は誘導電動機IM2用である。図7は前段部141で変換後の相電圧指令値を示す波形図であり、図7[1]は誘導電動機IM1用であり、図7[2]は誘導電動機IM2用である。図8は後段部142で変換後の相電圧指令値を示す波形図であり、図8[1]は誘導電動機IM1用であり、図8[2]は誘導電動機IM2用である。図9は、図8[1]の相電圧指令値に基づくスイッチングパターンを示す波形図である。図10は、図8[2]の相電圧指令値に基づくスイッチングパターンを示す波形図である。図11は、図9のスイッチングパターンに基づく出力線間電圧を示す波形図である。図12は、図10のスイッチングパターンに基づく出力線間電圧を示す波形図である。以下、図5乃至図12を中心に、図1乃至図3を適宜参照しつつ説明する。なお、図6乃至図12において、横軸の時間の単位は[s]、相電圧指令値及び出力線間電圧の単位は[V]、スイッチングパターンは「1」がオン、「0」がオフである。   FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the control device 10. FIG. 6 is a waveform diagram showing the phase voltage command value before conversion. FIG. 6 [1] is for the induction motor IM1, and FIG. 6 [2] is for the induction motor IM2. FIG. 7 is a waveform diagram showing the phase voltage command value after the conversion at the front stage 141. FIG. 7 [1] is for the induction motor IM1, and FIG. 7 [2] is for the induction motor IM2. FIG. 8 is a waveform diagram showing the phase voltage command value after conversion by the rear stage 142. FIG. 8 [1] is for the induction motor IM1, and FIG. 8 [2] is for the induction motor IM2. FIG. 9 is a waveform diagram showing a switching pattern based on the phase voltage command value of FIG. 8 [1]. FIG. 10 is a waveform diagram showing a switching pattern based on the phase voltage command value of FIG. 8 [2]. FIG. 11 is a waveform diagram showing the output line voltage based on the switching pattern of FIG. FIG. 12 is a waveform diagram showing the output line voltage based on the switching pattern of FIG. The following description will be given with reference to FIGS. 1 to 3 as appropriate, centering on FIGS. 6 to 12, the unit of time on the horizontal axis is [s], the unit of phase voltage command value and output line voltage is [V], and the switching pattern “1” is on and “0” is off. It is.

始めに、誘導電動機IM1の各相をu1,v1,w1、これらの相電圧指令値をv* um1,v* vm1,v* wm1、誘導電動機IM2の各相をu2,v2,w2、これらの相電圧指令値をv* um2,v* vm2,v* wm2とし、正弦波に相当する相電圧指令値をv'* wとする。 First, each phase of the induction motor IM1 is u1, v1, w1, these phase voltage command values are v * um1 , v * vm1 , v * wm1 , each phase of the induction motor IM2 is u2, v2, w2, and these The phase voltage command values are v * um2 , v * vm2 , and v * wm2, and the phase voltage command value corresponding to a sine wave is v ' * w .

まず、相電圧指令値変換手段14は、各相電圧指令値v* um1,v* vm1,v* wm1を入力し(ステップ101)、これらを各相電圧指令値v* um1−v* wm1+v'* w,v* vm1−v* wm1+v'* w,v'* wに変換するとともに(ステップ102)、各相電圧指令値v* um2,v* vm2,v* wm2を入力し(ステップ101)、これらを各相電圧指令値v* um2−v* wm2+v'* w,v* vm2−v* wm2+v'* w,v'* wに変換する(ステップ102)。 First, the phase voltage command value conversion means 14 inputs each phase voltage command value v * um1 , v * vm1 , v * wm1 (step 101), and these are inputted to each phase voltage command value v * um1− v * wm1 + v. ' * w , v * vm1 -v * wm1 + v' * w , v ' * w (step 102), and the phase voltage command values v * um2 , v * vm2 , v * wm2 are input (step 101), these are converted into respective phase voltage command values v * um2− v * wm2 + v ′ * w , v * vm2− v * wm2 + v ′ * w , v ′ * w (step 102).

更に詳しく説明すると、相電圧指令値変換手段14の前段部141は、各相電圧指令値v* um1,v* vm1,v* wm1,v* um2,v* vm2,v* wm2を入力し、次式の各相電圧指令値v* u1,v* v1,v* u2,v* v2,v* wを算出する(図3)。 More specifically, the pre-stage unit 141 of the phase voltage command value conversion means 14 inputs the phase voltage command values v * um1 , v * vm1 , v * wm1 , v * um2 , v * vm2 , v * wm2 , Each phase voltage command value v * u1 , v * v1 , v * u2 , v * v2 , v * w of the following equation is calculated (FIG. 3).

* u1=v* um1−v* wm1
* v1=v* vm1−v* wm1
* u2=v* um2−v* wm2
* v2=v* vm2−v* wm2
* w=0(∵v* w1=v* wm1−v* wm1=0,v* w2=v* wm2−v* wm2=0)・・・(A)
v * u1 = v * um1− v * wm1
v * v1 = v * vm1 -v * wm1
v * u2 = v * um2− v * wm2
v * v2 = v * vm2 -v * wm2
v * w = 0 (∵v * w1 = v * wm1− v * wm1 = 0, v * w2 = v * wm2− v * wm2 = 0) (A)

(A)式は、拡張2アーム変調で用いられる相電圧指令値である。続いて、後段部142は、前段部141で得られた各相電圧指令値v* u1,v* v1,v* u2,v* v2,v* wを入力し、正弦波から成る相電圧指令値v'* wを用いて、次式の各相電圧指令値v'* u1,v'* v1,v'* u2,v'* v2,v'* wを算出する(図3)。 Equation (A) is a phase voltage command value used in the extended two-arm modulation. Subsequently, the post-stage unit 142 inputs the phase voltage command values v * u1 , v * v1 , v * u2 , v * v2 , and v * w obtained in the pre-stage unit 141, and a phase voltage command composed of a sine wave. Using the values v ′ * w , the phase voltage command values v ′ * u1 , v ′ * v1 , v ′ * u2 , v ′ * v2 , and v ′ * w of the following equations are calculated (FIG. 3).

v'* u1=v* u1+v'* w
v'* v1=v* v1+v'* w
v'* u2=v* u2+v'* w
v'* v2=v* v2+v'* w
v'* w=v'* w ・・・(B)
v ′ * u1 = v * u1 + v ′ * w
v ′ * v1 = v * v1 + v ′ * w
v ′ * u2 = v * u2 + v ′ * w
v ′ * v2 = v * v2 + v ′ * w
v ′ * w = v ′ * w (B)

図6[1]に示すように、誘導電動機IM1用の各相電圧指令値v* um1,v* vm1,v* wm1は、それぞれ正弦波信号から成り、互いに位相が120°ずれている。同様に誘導電動機IM2用の各相電圧指令値v* um2,v* vm2,v* wm2は、それぞれ正弦波信号から成り、互いに位相が120°ずれている。各相電圧指令値v* um1,v* vm1,v* wm1と各相電圧指令値v* um2,v* vm2,v* wm2とは、振幅が異なり、周波数及び位相がほぼ同じである。 As shown in FIG. 6 [1], the phase voltage command values v * um1 , v * vm1 , and v * wm1 for the induction motor IM1 are each composed of a sine wave signal and are 120 ° out of phase with each other. Similarly, the phase voltage command values v * um2 , v * vm2 , and v * wm2 for the induction motor IM2 are each composed of a sine wave signal and are 120 ° out of phase with each other. The phase voltage command values v * um1 , v * vm1 , and v * wm1 and the phase voltage command values v * um2 , v * vm2 , and v * wm2 have different amplitudes and substantially the same frequency and phase.

続いて、スイッチングパターン決定手段16は、各相電圧指令値v'* u1,v'* v1,v'* wと三角波信号との大小関係に基づき、誘導電動機IM1に対するスイッチングパターンを決定するとともに、各相電圧指令値v'* u2,v'* v2,v'* wと三角波信号との大小関係に基づき、誘導電動機IM2に対するスイッチングパターンを決定する(ステップ103、図8)。具体的には、各相電圧指令値v'* u1,…と三角波信号とを比較して、各相電圧指令値v'* u1,…の方が大きいときに、各レグ121〜125の上アーム131側のスイッチS11,S21,S31,S41,S51をオンするように制御する(図9、図10)。なお、下アーム132側のスイッチS12,S22,S32,S42,S52は、上アーム131側のスイッチS11,S21,S31,S41,S51と逆の動作となる。このように、スイッチングパターン決定手段16の動作は、サブハーモニック変調となる。 Subsequently, the switching pattern determination means 16 determines the switching pattern for the induction motor IM1 based on the magnitude relationship between the phase voltage command values v ′ * u1 , v ′ * v1 , v ′ * w and the triangular wave signal, Based on the magnitude relationship between the phase voltage command values v ′ * u2 , v ′ * v2 , v ′ * w and the triangular wave signal, the switching pattern for the induction motor IM2 is determined (step 103, FIG. 8). Specifically, each phase voltage command value v ′ * u1 ,... Is compared with a triangular wave signal, and when each phase voltage command value v ′ * u1 ,. Control is performed to turn on the switches S11, S21, S31, S41, and S51 on the arm 131 side (FIGS. 9 and 10). Note that the switches S12, S22, S32, S42, and S52 on the lower arm 132 side operate in reverse to the switches S11, S21, S31, S41, and S51 on the upper arm 131 side. Thus, the operation of the switching pattern determining means 16 is subharmonic modulation.

図8[1]に、変換後の各相電圧指令値v'* u1,v'* v1,v'* wが示されている。同様に、図8[2]に、変換後の各相電圧指令値v'* u2,v'* v2,v'* wが示されている。また、図8に示すように、誘導電動機IM1用の三角波信号と誘導電動機IM2用の三角波信号とは、同じ振幅かつ同じ周波数かつ同じ位相である。その結果、完全に同一の二つの三角波信号と正弦波の相電圧指令値v'* wとの比較であるから、誘導電動機IM1に対するスイッチングパターンと誘導電動機IM2に対するスイッチングパターンとで、レグ125におけるスイッチングパターンが同じになる(図9最下段、図10最下段)。 FIG. 8 [1] shows the phase voltage command values v ′ * u1 , v ′ * v1 , and v ′ * w after conversion. Similarly, FIG. 8 [2] shows converted phase voltage command values v ′ * u2 , v ′ * v2 , and v ′ * w . As shown in FIG. 8, the triangular wave signal for the induction motor IM1 and the triangular wave signal for the induction motor IM2 have the same amplitude, the same frequency, and the same phase. As a result, since it is a comparison between two completely identical triangular wave signals and a sinusoidal phase voltage command value v ′ * w , switching in the leg 125 is performed using the switching pattern for the induction motor IM1 and the switching pattern for the induction motor IM2. The pattern is the same (bottom stage in FIG. 9, bottom part in FIG. 10).

最後に、スイッチングパターン決定手段16は、図9及び図10に示す各スイッチングパターンを5レグインバータ12へ出力する(ステップ104)。その結果、図11及び図12に示すように、スイッチングパターンに基づいて出力線間電圧が発生する。このとき、スイッチS11が誘導電動機IM1のu相、スイッチS21が誘導電動機IM1のv相、スイッチS31が誘導電動機IM2のu相、スイッチS41が誘導電動機IM2のv相、スイッチS51が誘導電動機IM1,IM2両方のw相のそれぞれの相電圧指令に対応しているので、出力線間電圧は次のようになる。   Finally, the switching pattern determination means 16 outputs each switching pattern shown in FIGS. 9 and 10 to the 5-leg inverter 12 (step 104). As a result, as shown in FIGS. 11 and 12, an output line voltage is generated based on the switching pattern. At this time, the switch S11 is the u phase of the induction motor IM1, the switch S21 is the v phase of the induction motor IM1, the switch S31 is the u phase of the induction motor IM2, the switch S41 is the v phase of the induction motor IM2, and the switch S51 is the induction motor IM1, Since it corresponds to the respective phase voltage commands of both w phases of IM2, the output line voltage is as follows.

誘導電動機IM1:u-v間S11−S21/v-w間S21−S51/w-u間S51−S11
誘導電動機IM2:u-v間S31−S41/v-w間S41−S51/w-u間S51−S31
Induction motor IM1: between uv S11-S21 / vw S21-S51 / wu S51-S11
Induction motor IM2: between uv S31-S41 / vw S41-S51 / wu S51-S31

次に、数式を中心に図面を参照しつつ、本実施形態の制御装置10について更に詳しく説明する。   Next, the control device 10 of the present embodiment will be described in more detail with reference to the drawings with a focus on mathematical formulas.

<1>.拡張2アーム変調
5レグインバータは、二台の誘導電動機のw相を共通に接続しているため、3レグインバータに適用可能なスイッチング方法を適用することができない。非特許文献1には、5レグインバータに適用可能な拡張2アーム変調を用いることにより、二台の誘導電動機の独立制御が可能であることが記載されている。拡張2アーム変調では、各レグに与える電圧指令値は、図3の前段部141に示されているように与えられる。ここで、誘導電動機IM1のベクトル制御出力である元のu,v,w相の電圧指令値v* um1,v* vm1,v* wm1、及び誘導電動機IM2のベクトル制御出力である元のu,v,w相の電圧指令値v* um2,v* vm2,v* wm2は、以下の式で与えられると仮定する。
<1>. Since the extended two-arm modulation 5-leg inverter connects the w phases of two induction motors in common, a switching method applicable to the 3-leg inverter cannot be applied. Non-Patent Document 1 describes that independent control of two induction motors is possible by using extended two-arm modulation applicable to a 5-leg inverter. In the extended 2-arm modulation, the voltage command value to be given to each leg is given as shown in the front stage 141 of FIG. Here, the original u, v, and w phase voltage command values v * um1 , v * vm1 , v * wm1 , which are vector control outputs of the induction motor IM1 , and the original u, which are vector control outputs of the induction motor IM2. It is assumed that the voltage command values v * um2 , v * vm2 , and v * wm2 for the v and w phases are given by the following equations.

* um1=(E1/2)sin(ω1t+φ1
* vm1=(E1/2)sin(ω1t−2π/3+φ1
* wm1=(E1/2)sin(ω1t−4π/3+φ1) ・・・(1)
v * um1 = (E 1/ 2) sin (ω 1 t + φ 1)
v * vm1 = (E 1/ 2) sin (ω 1 t-2π / 3 + φ 1)
v * wm1 = (E 1/ 2) sin (ω 1 t-4π / 3 + φ 1) ··· (1)

* um2=(E2/2)sin(ω2t+φ2
* vm2=(E2/2)sin(ω2t−2π/3+φ2
* wm2=(E2/2)sin(ω2t−4π/3+φ2) ・・・(2)
v * um2 = (E 2/ 2) sin (ω 2 t + φ 2)
v * vm2 = (E 2/ 2) sin (ω 2 t-2π / 3 + φ 2)
v * wm2 = (E 2/ 2) sin (ω 2 t-4π / 3 + φ 2) ··· (2)

ωi:モータi(i=1,2)の電源角周波数
φi:モータi(i=1,2)の位相角
また、E1,E2は変数である。
ω i: power source angular frequency of motor i (i = 1, 2) φ i: phase angle of motor i (i = 1, 2) E 1 and E 2 are variables.

このとき、レグ121〜125に与えられる電圧指令値は(1),(2)式からそれぞれ以下のように与えられる。 At this time, the voltage command values given to the legs 121 to 125 are given as follows from the equations (1) and (2), respectively.

* u1=v* um1−v* wm1=(√3E1/2)sin(ω1t−π/6+φ1
* v1=v* vm1−v* wm1=(√3E1/2)sin(ω1t−π/2+φ1
* u2=v* um2−v* wm2=(√3E2/2)sin(ω2t−π/6+φ2
* v2=v* vm2−v* wm2=(√3E2/2)sin(ω2t−π/2+φ2
* w=0(∵v* w1=v* wm1−v* wm1=0,v* w2=v* wm2−v* wm2=0) ・・・(3)
v * u1 = v * um1 -v * wm1 = (√3E 1/2) sin (ω 1 t-π / 6 + φ 1)
v * v1 = v * vm1 -v * wm1 = (√3E 1/2) sin (ω 1 t-π / 2 + φ 1)
v * u2 = v * um2 -v * wm2 = (√3E 2/2) sin (ω 2 t-π / 6 + φ 2)
v * v2 = v * vm2 -v * wm2 = (√3E 2/2) sin (ω 2 t-π / 2 + φ 2)
v * w = 0 (∵v * w1 = v * wm1− v * wm1 = 0, v * w2 = v * wm2− v * wm2 = 0) (3)

各レグに与えられる電圧最大値はE/2であるから、この場合の制約条件は、以下のようになる。   Since the maximum voltage applied to each leg is E / 2, the constraint conditions in this case are as follows.

0 < E< E/√3
0 < E< E/√3 ・・・(4)
0 <E 1 <E / √3
0 <E 2 <E / √3 ··· (4)

(3),(4)式から、線間電圧の最大値はE/2となる。電圧利用率は、直流リンク部電圧の大きさと出力可能な線間電圧の最大値との比であるから、拡張2アーム変調を用いると電圧利用率は50%となる。   From the equations (3) and (4), the maximum value of the line voltage is E / 2. Since the voltage utilization factor is a ratio between the magnitude of the DC link voltage and the maximum value of the line voltage that can be output, the voltage utilization factor is 50% when extended two-arm modulation is used.

<2>電圧利用率改善法
本実施形態で用いる電圧利用率改善法は、ベクトル制御を適用したときに二台の誘導電動機のドライブ状況が極端に異ならない場合、すなわち、同一の速度指令かつ不平衡負荷印加時又はほぼ同一の速度指令かつ平衡負荷印加時という状況を仮定している。このような条件下では、磁束指令値を補正することによって、両方の誘導電動機の電圧位相及び周波数を一致させることが可能である(非特許文献2)。
<2> Voltage utilization rate improvement method The voltage utilization rate improvement method used in the present embodiment is the case where the drive conditions of the two induction motors are not extremely different when vector control is applied, that is, the same speed command and non- A situation is assumed in which a balanced load is applied or when substantially the same speed command and a balanced load are applied. Under such conditions, it is possible to match the voltage phase and frequency of both induction motors by correcting the magnetic flux command value (Non-Patent Document 2).

本実施形態における電圧利用率改善法では、両方の誘導電動機の電圧位相及び周波数は一致していると仮定している。このような仮定の下で、電圧利用率を改善するための適切な各相電圧指令値を求める。この仮定によって、(1),(2)式は以下のように書き換えることができる。   In the voltage utilization rate improvement method in this embodiment, it is assumed that the voltage phase and frequency of both induction motors are the same. Under such assumptions, appropriate phase voltage command values for improving the voltage utilization factor are obtained. Based on this assumption, the equations (1) and (2) can be rewritten as follows.

* um1=(E1/2)sin(ωt+φ)
* vm1=(E1/2)sin(ωt−2π/3+φ)
* wm1=(E1/2)sin(ωt−4π/3+φ) ・・・(5)
v * um1 = (E 1/ 2) sin (ωt + φ)
v * vm1 = (E 1/ 2) sin (ωt-2π / 3 + φ)
v * wm1 = (E 1/ 2) sin (ωt-4π / 3 + φ) ··· (5)

* um2=(E2/2)sin(ωt+φ)
* vm2=(E2/2)sin(ωt−2π/3+φ)
* wm2=(E2/2)sin(ωt−4π/3+φ) ・・・(6)
v * um2 = (E 2/ 2) sin (ωt + φ)
v * vm2 = (E 2/ 2) sin (ωt-2π / 3 + φ)
v * wm2 = (E 2/ 2) sin (ωt-4π / 3 + φ) ··· (6)

* u1=v* um1−v* wm1=(√3E1/2)sin(ωt−π/6+φ)
* v1=v* vm1−v* wm1=(√3E1/2)sin(ωt−π/2+φ)
* u2=v* um2−v* wm2=(√3E2/2)sin(ωt−π/6+φ)
* v2=v* vm2−v* wm2=(√3E2/2)sin(ωt−π/2+φ)
* w=0(∵v* w1=v* wm1−v* wm1=0,v* w2=v* wm2−v* wm2=0) ・・・(7)
v * u1 = v * um1 -v * wm1 = (√3E 1/2) sin (ωt-π / 6 + φ)
v * v1 = v * vm1 -v * wm1 = (√3E 1/2) sin (ωt-π / 2 + φ)
v * u2 = v * um2 -v * wm2 = (√3E 2/2) sin (ωt-π / 6 + φ)
v * v2 = v * vm2 -v * wm2 = (√3E 2/2) sin (ωt-π / 2 + φ)
v * w = 0 (∵v * w1 = v * wm1− v * wm1 = 0, v * w2 = v * wm2− v * wm2 = 0) (7)

拡張2アーム変調では、w相を基準とし、その相電圧指令値として0を与えている。これに対し、本実施形態では、w相に正弦波電圧を印加することによって、電圧利用率を改善する。本実施形態において、レグ121〜125に与える電圧指令値を、それぞれ以下のように仮定する。   In the extended two-arm modulation, w phase is used as a reference, and 0 is given as the phase voltage command value. On the other hand, in this embodiment, a voltage utilization factor is improved by applying a sine wave voltage to the w phase. In the present embodiment, the voltage command values given to the legs 121 to 125 are assumed as follows.

v'* u1=v* u1+v'* w
v'* v1=v* v1+v'* w
v'* u2=v* u2+v'* w
v'* v2=v* v2+v'* w
v'* w=v'* w ・・・(8)
v ′ * u1 = v * u1 + v ′ * w
v ′ * v1 = v * v1 + v ′ * w
v ′ * u2 = v * u2 + v ′ * w
v ′ * v2 = v * v2 + v ′ * w
v ′ * w = v ′ * w (8)

(7),(8)式から、以下の制約条件を満たすようにv'* wを定めれば、出力可能な線間電圧は√3E/2となるので、電圧利用率を86.6%に上げることができる。 From the equations (7) and (8), if v ′ * w is determined so as to satisfy the following constraint conditions, the output line voltage is √3E / 2, so the voltage utilization rate is 86.6%. Can be raised.

0 < E< E
0 < E< E ・・・(9)
0 <E 1 <E
0 <E 2 <E ··· ( 9)

(9)式から、(8)式の制約条件は以下のようになる。   From equation (9), the constraints of equation (8) are as follows.

0 ≦ v'* u1 ≦ E/2
0 ≦ v'* v1 ≦ E/2
0 ≦ v'* u2 ≦ E/2
0 ≦ v'* v2 ≦ E/2
0 ≦ v'* w ≦ E/2 ・・・(10)
0 ≤ v ' * u1 ≤ E / 2
0 ≤ v ' * v1 ≤ E / 2
0 ≤ v ' * u2 ≤ E / 2
0 ≤ v ' * v2 ≤ E / 2
0 ≦ v ′ * w ≦ E / 2 (10)

* ui,v* viの振幅をu* i,v* i、更にv'* ui,v'* vi,v'* wの振幅をu'* i,v'* i,w'*とする。ここで、i=1,2である。このとき、以下の式が成り立つ。 The amplitudes of v * ui and v * vi are u * i and v * i , and the amplitudes of v ' * ui , v' * vi and v ' * w are u' * i , v ' * i and w' * . To do. Here, i = 1,2. At this time, the following equation holds.

* 1=√3E1/2
* 1=√3E1/2
* 2=√3E2/2
* 2=√3E2/2 ・・・(11)
u * 1 = √3E 1/2
v * 1 = √3E 1/2
u * 2 = √3E 2/2
v * 2 = √3E 2/2 ··· (11)

また、(5)〜(8)式から誘導電動機IM1に関してベクトル図を描くと、図13のようになる。ただし、v* um1を基準軸としている。誘導電動機IM2についても同様のベクトル図が描ける。なお、v'* wはv* wm1(とv* wm2)に同期した正弦波とする。こうすることで、後の解析が容易となる。 Moreover, when drawing a vector diagram regarding the induction motor IM1 from the equations (5) to (8), it is as shown in FIG. However, v * um1 is used as a reference axis. A similar vector diagram can be drawn for the induction motor IM2. Note that v ′ * w is a sine wave synchronized with v * wm1 (and v * wm2 ). This facilitates later analysis.

余弦定理を用いるとu'* 1とv'* 1を求めることができるが、(11)式からu'* 1=v'* 1となる。したがって、v'* u1及びv'* u2が制約条件式(10)を満たすような、v'* wを求めればよい。誘導電動機IM1に関し、図13と(10)式とから以下の不等式が成立する。
u'* 1 2=u* 1 2+w'*2−√3u* 1w'*≦E2/4 ・・・(12)
Using the cosine theorem, u ′ * 1 and v ′ * 1 can be obtained, but u ′ * 1 = v ′ * 1 from equation (11). Therefore, it is only necessary to obtain v ′ * w such that v ′ * u1 and v ′ * u2 satisfy the constraint equation (10). With respect to the induction motor IM1, the following inequality is established from FIG. 13 and the equation (10).
u '* 1 2 = u * 1 2 + w' * 2 -√3u * 1 w '* ≦ E 2/4 ··· (12)

(12)式から、以下の関数が得られる。
f(x1)=x1 2−√3x1+1≦(E/E12/3=E'/3 ・・・(13)
ただし、
1=w'*/u* 1 ・・・(14)
From the equation (12), the following function is obtained.
f (x 1) = x 1 2 -√3x 1 + 1 ≦ (E / E 1) 2/3 = E '/ 3 ··· (13)
However,
x 1 = w ′ * / u * 1 (14)

同様に、誘導電動機IM2に対しても、以下の関数が得られる。
f(x2)=x2 2−√3x2+1≦(E/E22/3=E''/3 ・・・(15)
ただし、
2=w'*/u* 2 ・・・(16)
Similarly, the following function is obtained for the induction motor IM2.
f (x 2) = x 2 2 -√3x 2 + 1 ≦ (E / E 2) 2/3 = E '' / 3 ··· (15)
However,
x 2 = w ′ * / u * 2 (16)

w'*はE1に比例すると仮定して、
w'*=mE1 ・・・(17)
とおく。なお、m=0のときは拡張2アーム変調である。
Assuming that w ′ * is proportional to E 1 ,
w ' * = mE 1 (17)
far. When m = 0, the extended 2-arm modulation is used.

また、E1はE2に比例すると仮定して、
1=kE2 ・・・(18)
とおく。ただし、
0≦k≦∞ ・・・(19)
Also, assuming that E 1 is proportional to E 2 ,
E 1 = kE 2 (18)
far. However,
0 ≦ k ≦ ∞ (19)

(16)〜(17)式を用いて、(15)式を書き換えると以下の不等式が得られる。
f(k)=4m22/3−2mk+1≦k2E'/3 ・・・(20)
When the equation (15) is rewritten using the equations (16) to (17), the following inequality is obtained.
f (k) = 4 m 2 k 2 / 3-2mk + 1 ≦ k 2 E ′ / 3 (20)

更に、新たな関数gを用いると(20)式は以下のように書ける。
g(k)=(4m2−E')k2/3−2mk+1≦0 ・・・(21)
ここで、
g(k)=f(k)−k2E'/3 ・・・(22)
Furthermore, when a new function g is used, the equation (20) can be written as follows.
g (k) = (4m 2 −E ′) k 2 / 3−2mk + 1 ≦ 0 (21)
here,
g (k) = f (k) −k 2 E ′ / 3 (22)

(19)式を満たすkに対し、(21)式を満たすようにmを定めてやればよい。
4m2−E'=0 ・・・(23)
このとき、
w'*=E/2 ・・・(24)
となる。
What is necessary is just to define m so that (21) Formula may be satisfy | filled with respect to k which satisfy | fills Formula (19).
4m 2 −E ′ = 0 (23)
At this time,
w ' * = E / 2 (24)
It becomes.

(24)式を満たせば、(21)式は、E2のみの関数に書き換えられるのでE1の値にはよらない。更に、(9)式を満たす全てのE1について、(19)式を満たす全てのkの値で(21)式が成立する。つまり、(9)式を満たす全てのE2についても(21)式は成立する。 If Expression (24) is satisfied, Expression (21) is rewritten to a function of only E 2, and therefore does not depend on the value of E 1 . Further, for all E 1 satisfying the expression (9), the expression (21) is established with all the values of k satisfying the expression (19). That is, the formula (21) is also established for all E 2 satisfying the formula (9).

次に、誘導電動機IM1について考える。k=1のとき、x1=x2、E'=E''であるから、(13)式は(15)式と同一となる。(15)式は、(19)式を満たす全てのkの範囲で、制約条件(9)式を満たす全てのE2に対して成立するから、(18)式を考慮すると制約条件(9)式を満たす全てのE1に対して成立する。(13)式はE1の関数であるから、制約条件(9)式を満たす全てのE2に対しても成立する。 Next, the induction motor IM1 is considered. When k = 1, since x1 = x2 and E ′ = E ″, the expression (13) is the same as the expression (15). Since equation (15) holds for all E 2 satisfying the constraint condition (9) in the range of all k satisfying the equation (19), the constraint condition (9) is considered when the equation (18) is considered. This holds for all E 1 satisfying the equation. Since the expression (13) is a function of E 1 , it holds true for all E 2 satisfying the constraint condition (9).

以上より、
v'* w=(E/2)sin(ωt−4π/3+φ) ・・・(25)
なる電圧指令値を共通のレグ125に与えることにより、各レグ121〜125に(10)式を満たす電圧指令値を与えることが可能となる。結局、各レグ121〜125に与える電圧指令値は、(3),(8),(25)式から以下のようになる。
From the above,
v ′ * w = (E / 2) sin (ωt−4π / 3 + φ) (25)
By giving the voltage command value to the common leg 125, it becomes possible to give the voltage command value satisfying the expression (10) to each leg 121-125. Eventually, the voltage command values given to the legs 121 to 125 are as follows from the equations (3), (8), and (25).

v'* u1=(√3E1/2)sin(ωt−π/6+φ)
+(E/2)sin(ωt−4π/3+φ)
v'* v1=(√3E1/2)sin(ωt−π/2+φ)
+(E/2)sin(ωt−4π/3+φ)
v'* u2=(√3E2/2)sin(ωt−π/6+φ)
+(E/2)sin(ωt−4π/3+φ)
v'* v2=(√3E2/2)sin(ωt−π/2+φ)
+(E/2)sin(ωt−4π/3+φ)
v'* w=(E/2)sin(ωt−4π/3+φ) ・・・(26)
v '* u1 = (√3E 1 /2) sin (ωt-π / 6 + φ)
+ (E / 2) sin (ωt-4π / 3 + φ)
v '* v1 = (√3E 1 /2) sin (ωt-π / 2 + φ)
+ (E / 2) sin (ωt-4π / 3 + φ)
v '* u2 = (√3E 2 /2) sin (ωt-π / 6 + φ)
+ (E / 2) sin (ωt-4π / 3 + φ)
v '* v2 = (√3E 2 /2) sin (ωt-π / 2 + φ)
+ (E / 2) sin (ωt-4π / 3 + φ)
v ′ * w = (E / 2) sin (ωt−4π / 3 + φ) (26)

図7に拡張2アーム変調を適用したときの電圧指令値の波形を示し、図8に本実施形態を適用したときの電圧指令値の波形を示す。(26)式のように電圧指令値を与えると、(13)式はE1=Eのときに最大になることから、拡張2アーム変調と本実施形態とを比較すると、各レグ121〜125の電圧指令値の最大値は、拡張2アーム変調よりも本実施形態の方が36.6%低くなっている。つまり、本実施形態では、拡張2アーム変調よりも電圧利用率を36.6%上げることができる。 FIG. 7 shows a waveform of the voltage command value when the extended two-arm modulation is applied, and FIG. 8 shows a waveform of the voltage command value when the present embodiment is applied. When the voltage command value is given as in the equation (26), the equation (13) becomes maximum when E 1 = E. Therefore, when the extended two-arm modulation is compared with this embodiment, the legs 121 to 125 are compared. The maximum value of the voltage command value is 36.6% lower in this embodiment than in the extended two-arm modulation. That is, in this embodiment, the voltage utilization rate can be increased by 36.6% compared to the extended two-arm modulation.

<3.まとめ>
拡張2アーム変調では、共通レグであるw相に与える電圧指令値を0とした。これに対し、本実施形態では、二台の誘導電動機をベクトル制御で駆動し、更に二台の誘導電動機のドライブ状況が極端に異ならないという条件下で、w相(レグ125)及びその他のレグ121〜124に適切な電圧指令値を与えることで、電圧利用率を86.6%に上げることを可能にしている。
<3. Summary>
In the extended two-arm modulation, the voltage command value applied to the w-phase, which is a common leg, is set to zero. On the other hand, in this embodiment, two induction motors are driven by vector control, and the w phase (leg 125) and other legs are driven under the condition that the drive conditions of the two induction motors are not extremely different. By giving appropriate voltage command values to 121 to 124, it is possible to increase the voltage utilization rate to 86.6%.

なお、本発明は、言うまでもなく、上記実施形態に限定されない。例えば、誘導電動機の代わりに同期電動機を用いてもよい。その場合のベクトル制御では、周知のとおり、速度センサの代わりに回転子位置センサを用いる等の若干の変更が必要になる。   Needless to say, the present invention is not limited to the above embodiment. For example, a synchronous motor may be used instead of the induction motor. In the vector control in this case, as is well known, some changes such as using a rotor position sensor instead of the speed sensor are required.

本発明に係る制御装置の一実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows one Embodiment of the control apparatus which concerns on this invention. 5レグインバータの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of a 5 leg inverter. 図1の制御装置における相電圧指令値変換手段を示すブロック線図である。It is a block diagram which shows the phase voltage command value conversion means in the control apparatus of FIG. 図1の制御装置を含む制御システム全体の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the whole control system containing the control apparatus of FIG. 図1の制御装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the control apparatus of FIG. 変換前の相電圧指令値を示す波形図であり、図6[1]は誘導電動機IM1用であり、図6[2]は誘導電動機IM2用である。It is a wave form diagram which shows the phase voltage command value before conversion, FIG. 6 [1] is for induction motor IM1, and FIG. 6 [2] is for induction motor IM2. 相電圧指令値変換手段の前段部で変換後の相電圧指令値を示す波形図であり、図7[1]は誘導電動機IM1用であり、図7[2]は誘導電動機IM2用である。It is a wave form diagram which shows the phase voltage command value after conversion in the front | former part of a phase voltage command value conversion means, FIG. 7 [1] is for induction motor IM1, and FIG. 7 [2] is for induction motor IM2. 相電圧指令値変換手段の後段部で変換後の相電圧指令値を示す波形図であり、図8[1]は誘導電動機IM1用であり、図8[2]は誘導電動機IM2用である。FIGS. 8A and 8B are waveform diagrams showing phase voltage command values after conversion at the rear stage of the phase voltage command value conversion means, in which FIG. 8 [1] is for the induction motor IM1, and FIG. 8 [2] is for the induction motor IM2. 図8[1]の相電圧指令値に基づくスイッチングパターンを示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the switching pattern based on the phase voltage command value of FIG. 8 [1]. 図8[2]の相電圧指令値に基づくスイッチングパターンを示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the switching pattern based on the phase voltage command value of FIG. 8 [2]. 図9のスイッチングパターンに基づく出力線間電圧を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the output line voltage based on the switching pattern of FIG. 図10のスイッチングパターンに基づく出力線間電圧を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the output line voltage based on the switching pattern of FIG. 図1の制御装置における各相電圧指令値を示すベクトル図である。It is a vector diagram which shows each phase voltage command value in the control apparatus of FIG. 従来技術を示す回路図であり、図14[1]は第一例、図14[2]は第二例である。It is a circuit diagram which shows a prior art, FIG. 14 [1] is a 1st example, FIG. 14 [2] is a 2nd example.

符号の説明Explanation of symbols

10 制御装置
12 5レグインバータ
121〜125 レグ
14 相電圧指令値変換手段
141 前段部
142 後段部
16 スイッチングパターン決定手段
IM1,IM2 誘導電動機(三相交流電動機)
* um1,v* vm1,v* wm1,v* um2,v* vm2,v* wm2 変換前の相電圧指令値
v'* u1,v'* v1,v'* u2,v'* v2,v'* w 変換後の相電圧指令値
S11,S21,S31,S41,S51,S12,S22,S32,S42,S52 スイッチ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Control apparatus 12 5 leg inverters 121-125 leg 14 phase voltage command value conversion means 141 front part 142 back stage 16 switching pattern determination means IM1, IM2 induction motor (three-phase AC motor)
v * um1 , v * vm1 , v * wm1 , v * um2 , v * vm2 , v * wm2 phase voltage command values before conversion v ' * u1 , v' * v1 , v ' * u2 , v' * v2 , v ' * w phase voltage command value after conversion S11, S21, S31, S41, S51, S12, S22, S32, S42, S52 switch

Claims (9)

電子的スイッチが二個直列に接続されて成るレグが五個並列に接続された構成の第一乃至第五のレグのうち、前記第一、第二及び第五のレグを用いて第一の三相交流電動機を制御するとともに、前記第三、第四及び第五のレグを用いて第二の三相交流電動機を制御する装置において、
前記第一及び第二の三相交流電動機の各相電圧指令値を入力し、前記第五のレグにおける当該第一及び第二の三相交流電動機の相電圧指令値が同一の正弦波となるように、当該各相電圧指令値を変換する相電圧指令値変換手段と、
この相電圧指令値変換手段で変換された各相電圧指令値を用いてパルス幅変調を実施することにより、前記電子的スイッチのスイッチングパターンを決定するスイッチングパターン決定手段と、
を備えたことを特徴とする三相交流電動機の制御装置。
Of the first to fifth legs having two electronic switches connected in series and five legs connected in parallel, the first, second and fifth legs are used to In the apparatus for controlling a three-phase AC motor and controlling a second three-phase AC motor using the third, fourth and fifth legs,
The phase voltage command values of the first and second three-phase AC motors are input, and the phase voltage command values of the first and second three-phase AC motors in the fifth leg are the same sine wave. A phase voltage command value converting means for converting each phase voltage command value,
Switching pattern determining means for determining a switching pattern of the electronic switch by performing pulse width modulation using each phase voltage command value converted by the phase voltage command value converting means;
A control device for a three-phase AC motor, comprising:
前記第一の三相交流電動機の各相をu1,v1,w1、これらの相電圧指令値をv* um1,v* vm1,v* wm1、前記第二の三相交流電動機の各相をu2,v2,w2、これらの相電圧指令値をv* um2,v* vm2,v* wm2、前記同一の正弦波に相当する相電圧指令値をv'* wとしたとき、
前記相電圧指令値変換手段は、前記各相電圧指令値v* um1,v* vm1,v* wm1を入力し、これらを各相電圧指令値v* um1−v* wm1+v'* w,v* vm1−v* wm1+v'* w,v'* wに変換するとともに、前記各相電圧指令値v* um2,v* vm2,v* wm2を入力し、これらを各相電圧指令値v* um2−v* wm2+v'* w,v* vm2−v* wm2+v'* w,v'* wに変換する、
請求項1記載の三相交流電動機の制御装置。
The phases of the first three-phase AC motor are u1, v1, and w1, the phase voltage command values are v * um1 , v * vm1 , and v * wm1 , and the phases of the second three-phase AC motor are u2. , V2, w2, when these phase voltage command values are v * um2 , v * vm2 , v * wm2 , and the phase voltage command values corresponding to the same sine wave are v ′ * w ,
The phase voltage command value conversion means inputs the phase voltage command values v * um1 , v * vm1 , and v * wm1, and inputs them into the phase voltage command values v * um1− v * wm1 + v ′ * w , v * vm1− v * wm1 + v ′ * w , v ′ * w, and the phase voltage command values v * um2 , v * vm2 , v * wm2 are input, and these are converted to the phase voltage command values v *. um2 −v * wm2 + v ′ * w , v * vm2 −v * wm2 + v ′ * w , v ′ * w ,
The control device for a three-phase AC motor according to claim 1.
前記スイッチングパターン決定手段は、
前記各相電圧指令値v* um1−v* wm1+v'* w,v* vm1−v* wm1+v'* w,v'* wと搬送波信号との大小関係に基づき、前記第一の三相交流電動機に対する前記スイッチングパターンを決定するとともに、
前記各相電圧指令値v* um2−v* wm2+v'* w,v* vm2−v* wm2+v'* w,v'* wと前記搬送波信号との大小関係に基づき、前記第二の三相交流電動機に対する前記スイッチングパターンを決定し、
かつ前記第一の三相交流電動機に対するスイッチングパターンと前記第二の三相交流電動機に対するスイッチングパターンとで、前記第五のレグにおけるスイッチングパターンが同じになるように決定する、
請求項2記載の三相交流電動機の制御装置。
The switching pattern determining means includes
Based on the magnitude relationship between each phase voltage command value v * um1− v * wm1 + v ′ * w , v * vm1− v * wm1 + v ′ * w , v ′ * w and the carrier signal, the first three phases While determining the switching pattern for the AC motor,
Based on the magnitude relationship between the respective phase voltage command values v * um2− v * wm2 + v ′ * w , v * vm2− v * wm2 + v ′ * w , v ′ * w and the carrier signal, the second three Determining the switching pattern for the phase AC motor;
And the switching pattern for the first three-phase AC motor and the switching pattern for the second three-phase AC motor are determined so that the switching pattern in the fifth leg is the same.
The control device for a three-phase AC motor according to claim 2.
前記各相電圧指令値v* um1,v* vm1,v* wm1,v* um2,v* vm2,v* wm2は正弦波信号から成る、
請求項3記載の三相交流電動機の制御装置。
The phase voltage command values v * um1 , v * vm1 , v * wm1 , v * um2 , v * vm2 , and v * wm2 are sine wave signals.
The control device for a three-phase AC motor according to claim 3.
前記搬送波信号は三角波信号又は鋸歯状波信号から成る、
請求項3記載の三相交流電動機の制御装置。
The carrier signal comprises a triangular wave signal or a sawtooth wave signal,
The control device for a three-phase AC motor according to claim 3.
前記パルス幅変調はサブハーモニック変調である、
請求項1乃至5のいずれか1項に記載の三相交流電動機の制御装置。
The pulse width modulation is sub-harmonic modulation;
The control device for a three-phase AC motor according to any one of claims 1 to 5.
前記三相交流電動機が三相誘導電動機である、
請求項1乃至6のいずれか1項に記載の三相交流電動機の制御装置。

The three-phase AC motor is a three-phase induction motor;
The control apparatus of the three-phase alternating current motor of any one of Claims 1 thru | or 6.

電子的スイッチが二個直列に接続されて成るレグが五個並列に接続された構成の5レグインバータを用いて、第一及び第二の三相交流電動機を制御する方法において、
前記第一及び第二の三相交流電動機の各相電圧指令値を入力し、前記第一及び第二の三相交流電動機に共通となる前記レグにおける当該第一及び第二の三相交流電動機の相電圧指令値が同一の正弦波となるように、当該各相電圧指令値を変換する相電圧指令値変換ステップと、
この相電圧指令値変換ステップで変換された各相電圧指令値を用いてパルス幅変調を実施することにより、前記電子的スイッチのスイッチングパターンを決定するスイッチングパターン決定ステップと、
を含むことを特徴とする三相交流電動機の制御方法。
In a method of controlling the first and second three-phase AC motors using a five-leg inverter having a configuration in which five legs each having two electronic switches connected in series are connected in parallel,
Each phase voltage command value of the first and second three-phase AC motors is input, and the first and second three-phase AC motors in the leg common to the first and second three-phase AC motors A phase voltage command value conversion step for converting each phase voltage command value so that the phase voltage command values of
A switching pattern determination step for determining a switching pattern of the electronic switch by performing pulse width modulation using each phase voltage command value converted in the phase voltage command value conversion step;
A control method for a three-phase AC motor, comprising:
電子的スイッチが二個直列に接続されて成るレグが五個並列に接続された構成の5レグインバータを用いて、第一及び第二の三相交流電動機を制御するプログラムにおいて、
前記第一及び第二の三相交流電動機の各相電圧指令値を入力し、前記第一及び第二の三相交流電動機に共通となる前記レグにおける当該第一及び第二の三相交流電動機の相電圧指令値が同一の正弦波となるように、当該各相電圧指令値を変換する相電圧指令値変換ステップと、
この相電圧指令値変換ステップで変換された各相電圧指令値を用いてパルス幅変調を実施することにより、前記電子的スイッチのスイッチングパターンを決定するスイッチングパターン決定ステップと、
をコンピュータに実行させることを特徴とする三相交流電動機の制御プログラム。
In a program for controlling the first and second three-phase AC motors using a 5-leg inverter having a configuration in which two legs each having two electronic switches connected in series are connected in parallel,
Each phase voltage command value of the first and second three-phase AC motors is input, and the first and second three-phase AC motors in the leg common to the first and second three-phase AC motors A phase voltage command value conversion step for converting each phase voltage command value so that the phase voltage command values of
A switching pattern determining step for determining a switching pattern of the electronic switch by performing pulse width modulation using each phase voltage command value converted in the phase voltage command value converting step;
A computer-executable control program for a three-phase AC motor.
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