JP2008160915A - Inverter controller for driving motor and apparatus employing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インバータ回路を備えた誘導モータ、直流モータのベクトル制御インバータ装置に関するものであり、より具体的には、該装置におけるモータ電流の検出方法に関するものである。 The present invention relates to a vector control inverter device for an induction motor and a DC motor provided with an inverter circuit, and more specifically to a method for detecting a motor current in the device.
交流モータなどの可変速駆動を行うモータ駆動用インバータ制御装置において、その出力波形をパルス幅変調して高調波を低減したものが一般的に使用されている。図12は従来のパルス幅変調方式を用いたモータ駆動用インバータ制御装置であり、直流電源1、ブラシレスモータ3に供給する駆動電圧を生成、出力するインバータ2及びインバータ2を制御する制御部19を有している。
In an inverter control apparatus for driving a motor that performs variable speed driving such as an AC motor, an output waveform whose pulse width is modulated to reduce harmonics is generally used. FIG. 12 shows a conventional inverter control device for driving a motor using a pulse width modulation system. The
また、直流電流検出器11は、インバータ母線に流れる直流電流を検出し、相電流変換部7は、直流電流検出器11で検出した直流電流と、PWM信号生成部9が出力するPWM信号の各相デューティとから、モータ3に流れるU相モータ電流Iu、V相モータ電流Iv、及びW相モータ電流Iwを検出する。
The DC
検出したモータ電流Iu、Iv、及びIwと、外部から与えられる速度指令ω*とに基づき、PWM信号生成部9は、インバータ2を制御するPWM信号を作成する。
Based on the detected motor currents Iu, Iv, and Iw and a speed command ω * given from the outside, the PWM signal generation unit 9 generates a PWM signal for controlling the
図13は、PWM信号生成部9が出力するPWM信号(インバータ2の上アーム分のみ)と、それによって発生するモータ印加電圧、さらにモータに流れる各相の電流を示したものである。 FIG. 13 shows the PWM signal (only the upper arm of the inverter 2) output from the PWM signal generator 9, the motor applied voltage generated thereby, and the current of each phase flowing through the motor.
図14は、図13における期間Tの詳細を示している。上から上アームU相スイッチング素子制御信号、上アームV相スイッチング素子制御信号、上アームW相スイッチング素子制御信号、下アームU相スイッチング素子制御信号、下アームV相スイッチング素子制御信号、下アームW相スイッチング素子制御信号、及びインバータ母線に流れる直流電流である。インバータ母線にはモータの相電流が現れ、PWM信号生成部9が出力するPWM信号のデューティ情報を用いて、相電流変換部7においてモータ電流Iu、Iv、及びIwに変換する。 FIG. 14 shows details of the period T in FIG. Upper arm U phase switching element control signal, upper arm V phase switching element control signal, upper arm W phase switching element control signal, lower arm U phase switching element control signal, lower arm V phase switching element control signal, lower arm W A phase switching element control signal and a direct current flowing through the inverter bus. A phase current of the motor appears on the inverter bus and is converted into motor currents Iu, Iv, and Iw in the phase current converter 7 using the duty information of the PWM signal output from the PWM signal generator 9.
このインバータ母線に流れる電流からモータ電流Iu、Iv、Iwを求める方法については、特許文献1に詳細に記載されている。
通常、図12に示すようなシステム構成において、直流電流検出器11に流れる直流電流はインバータ側から直流電源側の向きに流れる場合が大半であるが、モータ3のインダクタンス成分が大きいと、印加した電圧に対して電流の位相が遅れて流れる現象が起こり、こうした場合、PWM信号の出力タイミングによっては直流電流検出器11に流れる直流電流の向きが、直流電源側からインバータ側になることがある。
Usually, in the system configuration as shown in FIG. 12, most of the direct current flowing through the
モータ3をベクトル制御により駆動させるには、瞬時の正確なモータ電流検出が不可欠であり、前述のような状態を想定すると、直流電流検出器11は双方向の電流が検出可能でなければならない。
In order to drive the
直流電流検出器11において双方向の電流検出値を出力するにあたって、検出した電流値がゼロのときにオフセット電圧を、順方向に電流が流れればその大きさに応じてオフセット電圧より大きい電圧を、逆方向に電流が流れればその大きさに応じてオフセット電圧より小さい電圧を一次直線状に出力させるデバイスや回路が用いられ、検出した電流値を演算するにあたっては、オフセット電圧からの差を求めてから変換係数を乗算するといった方法が用いられる。
When the bidirectional current detection value is output by the
しかしながら、オフセット電圧はデバイスや回路内の部品の特性上、温度によってその出力する値が変化する。このため、モータ停止時のように相電流が流れていないときのオフセット電圧を電流値演算に用いると、モータ3を長時間連続駆動させた場合に周囲温度の変化とともに検出した電流値に誤差が生じてしまい、ひいてはモータ3の駆動性能を劣化させる要因となっていた。
However, the output value of the offset voltage varies depending on the temperature due to the characteristics of the devices and components in the circuit. For this reason, if the offset voltage when the phase current is not flowing, such as when the motor is stopped, is used for the current value calculation, when the
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、周囲温度変化の影響を軽減して、モータの相電流の検出精度を向上させることにより、良好なモータ駆動が可能なモータ駆動用インバータ制御装置を提供することを目的とする。 The present invention solves such a conventional problem, and reduces the influence of changes in ambient temperature to improve the detection accuracy of the phase current of the motor, thereby enabling a motor drive inverter capable of good motor drive. An object is to provide a control device.
上記課題を解決するために、本発明のモータ駆動用インバータ制御装置は、相電流の各相に対応する上アームスイッチング素子および下アームスイッチング素子を有し、直流電力を三相交流電力に変換するインバータと、前記インバータを駆動するためのPWM信号を生成するPWM信号生成部と、前記インバータの母線に流れる電流の大きさに応じた電圧を出力し、前記インバータの母線に電流が現れない場合はオフセット電圧を出力する直流電流検出器と、前記PWM信号を受け、前記インバータの上アームスイッチング素子がすべてオフまたはすべてオンである第1のタイミングと前記インバータの母線に相電流が流れる第2のタイミングとにおいて前記直流検出器の出力電圧をサンプリングするデータ取得部と、前記データ取得部でサンプリングされた電圧に基づき前記オフセット電圧を調整しつつ前記相電流を再現する相電流変換部と、前記PWM信号に応じて前記上アームスイッチング素子および下アームスイッチング素子を駆動するドライブ回路とを備えたものである。 In order to solve the above problems, an inverter control apparatus for driving a motor of the present invention has an upper arm switching element and a lower arm switching element corresponding to each phase of phase current, and converts DC power into three-phase AC power. When an inverter, a PWM signal generation unit that generates a PWM signal for driving the inverter, and a voltage corresponding to the magnitude of the current flowing through the bus of the inverter are output, and no current appears on the bus of the inverter A DC current detector that outputs an offset voltage, a first timing that receives the PWM signal, and that the upper arm switching elements of the inverter are all off or all on, and a second timing that a phase current flows through the bus of the inverter And a data acquisition unit for sampling the output voltage of the DC detector, and the data acquisition unit A phase current converter that reproduces the phase current while adjusting the offset voltage based on a sampled voltage, and a drive circuit that drives the upper arm switching element and the lower arm switching element according to the PWM signal. Is.
上記の構成によって、周囲温度変化によるモータ相電流の検出誤差を低減して、良好なモータ駆動を維持することを目的とする。 An object of the present invention is to maintain a good motor drive by reducing a detection error of a motor phase current due to a change in ambient temperature.
本発明のモータ駆動用インバータ制御装置は、周囲温度が変化した場合でも、モータ駆動中、定期的に直流電流検出器におけるオフセット電圧の調整を行うことにより、モータ相電流の検出誤差を低減することが可能となり、その結果、良好なモータ駆動を維持することが可能となる。 The inverter control device for motor drive according to the present invention reduces the detection error of the motor phase current by periodically adjusting the offset voltage in the DC current detector while the motor is driven even when the ambient temperature changes. As a result, good motor drive can be maintained.
第1の発明は、相電流の各相に対応する上アームスイッチング素子および下アームスイッチング素子を有し、直流電力を三相交流電力に変換するインバータと、前記インバータを駆動するためのPWM信号を生成するPWM信号生成部と、前記インバータの母線に流れる電流の大きさに応じた電圧を出力し、前記インバータの母線に電流が現れない場合はオフセット電圧を出力する直流電流検出器と、前記PWM信号を受け、前記インバータの上アームスイッチング素子がすべてオフまたはすべてオンである第1のタイミングと前記インバータの母線に相電流が流れる第2のタイミングとにおいて前記直流検出器の出力電圧をサンプリングするデータ取得部と、前記データ取得部でサンプリングされた電圧に基
づき前記オフセット電圧を調整しつつ前記相電流を再現する相電流変換部と、前記PWM信号に応じて前記上アームスイッチング素子および下アームスイッチング素子を駆動するドライブ回路とを備えたものである。
A first invention includes an upper arm switching element and a lower arm switching element corresponding to each phase of a phase current, an inverter that converts DC power into three-phase AC power, and a PWM signal for driving the inverter A PWM signal generator for generating, a DC current detector for outputting a voltage corresponding to the magnitude of the current flowing through the bus of the inverter, and outputting an offset voltage when no current appears on the bus of the inverter; and the PWM Data that receives the signal and samples the output voltage of the DC detector at the first timing when all the upper arm switching elements of the inverter are all off or on and the second timing when the phase current flows through the bus of the inverter The offset voltage is adjusted based on the voltage sampled by the acquisition unit and the data acquisition unit. Said phase current phase current converting portion to reproduce while, in which a drive circuit for driving the upper arm switching element and lower arm switching elements in response to the PWM signal.
これにより、周囲温度が変化した場合でも、モータ駆動中、定期的に直流電流検出器におけるオフセット電圧の調整を行うことにより、モータ相電流の検出誤差を低減することが可能となり、その結果、良好なモータ駆動を維持することが可能となる。 As a result, even when the ambient temperature changes, it is possible to reduce the detection error of the motor phase current by adjusting the offset voltage in the DC current detector periodically during motor driving. It is possible to maintain a stable motor drive.
第2の発明は、特に、第1の発明において、前記データ取得部は、前記第1のタイミングで前記直流検出器の出力電圧をサンプリングするサンプリング周期を、前記第2のタイミングでのサンプリング周期よりも長く設定するものである。これにより、処理時間の短縮が可能となる。 According to a second aspect of the invention, in particular, in the first aspect of the invention, the data acquisition unit sets a sampling period for sampling the output voltage of the DC detector at the first timing from a sampling period at the second timing. Is also set longer. Thereby, the processing time can be shortened.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るモータ駆動用インバータ制御装置の構成を示すブロック図である。モータ駆動用インバータ制御装置は、直流電源1、ブラシレスモータ3に供給する駆動電圧を生成、出力するインバータ2及びインバータ2を制御する制御部6を有する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the motor drive inverter control apparatus according to the first embodiment of the present invention. The motor drive inverter control device includes a
ブラシレスモータ3は、中性点を中心にY結線された3相巻線4u,4v,4wが取付けられた固定子4と、磁石が装着された回転子5とからなる。U相巻線4uの非結線端にU相端子8uが、V相巻線4vの非結線端にV相端子8vが、W相巻線4wの非結線端にW相端子8wが、それぞれ接続されている。
The
インバータ2は、一対のスイッチング素子からなるハーフブリッジ回路をU相用、V相用、W相用として3相分有する。ハーフブリッジ回路の一対のスイッチング素子は、直流電源1の高圧側端と低圧側端の間に直列接続され、ハーフブリッジ回路に直流電源1から出力される直流電圧が印加される。
The
U相用のハーフブリッジ回路は、高圧側(上アーム)のスイッチング素子12u及び低圧側(下アーム)のスイッチング素子12xより成る。V相用のハーフブリッジ回路は、高圧側スイッチング素子12v及び低圧側スイッチング素子12yより成る。W相用のハーフブリッジ回路は、高圧側スイッチング素子12w及び低圧側スイッチング素子12zよりなる。また、各スイッチング素子と並列に、フリーホイールダイオード14u,14v,14w,14x,14y,14zが、それぞれ接続されている。
The U-phase half-bridge circuit includes a switching element 12u on the high voltage side (upper arm) and a switching element 12x on the low voltage side (lower arm). The V-phase half-bridge circuit includes a high-voltage
インバータ2におけるスイッチング素子12uとスイッチング素子12xの相互接続点、スイッチング素子12vとスイッチング素子12yの相互接続点、スイッチング素子12wとスイッチング素子12zの相互接続点に、ブラシレスモータ3の端子8u,8v,8wがそれぞれ接続される。
インバータ2に印加されている直流電力は、上述したインバータ2内のスイッチング素子のスイッチング動作によって三相の交流電力に変換され、それによりブラシレスモータ3が駆動される。インバータ2の母線には直流電流検出器11が設けられる。
The DC power applied to the
制御部6は、PWM信号生成部9と、ベースドライバ10と、相電流変換部7と、データ取得部15、位相推定部17と、回転子速度推定部18とからなる。
The control unit 6 includes a PWM signal generation unit 9, a
PWM信号生成部9は、外部より与えられる目標速度を実現すべく、現在の速度と目標速度の誤差から演算により求められた出力電圧を出力するために、インバータ2の各スイッチング素子を駆動するためのPWM信号を生成する。生成されたPWM信号は、ベースドライバ10により、スイッチング素子を電気的に駆動するためのドライブ信号に変換される。そのドライブ信号に従って各スイッチング素子が動作する。
The PWM signal generation unit 9 drives each switching element of the
データ取得部15は、直流電流検出器11に流れる電流(以下「インバータ母線電流」という。)のデータを取得し、相電流変換部7は、その結果をブラシレスモータ3の相電流に変換する。相電流変換部7は、実際にはインバータ母線電流が変化したときから所定期間の間だけ電流を検出する。
The
位相推定部17は、相電流変換部7により変換されたブラシレスモータ3の相電流と、PWM信号生成部9で演算される出力電圧と、インバータ入力電圧検出部16により検出されるインバータ2への印加電圧の情報により、ブラシレスモータ3の位相を推定する。
The
さらに、回転子速度推定部18は、推定された位相からブラシレスモータ3の速度を推定する。推定された回転子磁極位置の情報に基づいて、PWM信号生成部9は、ブラシレスモータ3を駆動するためのPWM信号を生成する。その際、PWM信号生成部9は、推定された回転子5の速度と外部から与えられる目標速度との偏差情報に基づいて、回転子速度が目標速度となるようにPWM信号を制御する。
Further, the rotor
PWM信号生成部9は、目標速度ω*を実現するために、目標速度ω*と推定速度ωmとの差Δωにより、出力するべき電圧V*をPI演算などにより計算する。その電圧値V*から各相に出力するべき電圧V*s(sは、相u、vまたはwを表す)を求める。 In order to realize the target speed ω *, the PWM signal generation unit 9 calculates the voltage V * to be output by PI calculation or the like based on the difference Δω between the target speed ω * and the estimated speed ωm. From the voltage value V *, a voltage V * s to be output to each phase (s represents a phase u, v, or w) is obtained.
さらに、求められた電圧V*sを出力するための各スイッチング素子に対するPWM信号は、ベースドライバ10にそれぞれ出力される。各スイッチング素子は、それぞれのPWM信号に従って駆動され、正弦波状の交流電力を生成する。
Further, the PWM signal for each switching element for outputting the obtained voltage V * s is output to the
このように本実施例では、正弦波状の相電流を流すことにより、ブラシレスモータ3の正弦波駆動を実現している。
Thus, in the present embodiment, the sine wave drive of the
なお、制御部6においては、電圧値をデジタルデータとして取得するためのAD変換機能、および、デジタルデータであるPWM信号に基づいてスイッチング素子のゲートパルス信号を出力するためのDA変換機能を含め、そのすべての機能がマイクロプロセッサとメモリとを有する1チップのシステムLSIによって実現される。 The control unit 6 includes an AD conversion function for acquiring a voltage value as digital data, and a DA conversion function for outputting a gate pulse signal of a switching element based on a PWM signal that is digital data. All the functions are realized by a one-chip system LSI having a microprocessor and a memory.
ここで、図2〜図6を用いて、インバータ母線に流れる電流において、ブラシレスモータ3の相電流が現れる様子を説明する。
Here, the state where the phase current of the
図2は、ブラシレスモータ3の各相巻線に流れる相電流の状態(図2(a))と、60°毎の電気角の各区間における各相巻線に流れる電流の方向とを示した図である(図2(b)〜(g))。図2を参照すると、電気角0〜60°の区間においては、U相巻線4uとW相巻線4wには非結線端から中性点に向けて、V相巻線4vには中性点から非結線端に向けて電流が流れている(図2(b))。 FIG. 2 shows the state of the phase current flowing in each phase winding of the brushless motor 3 (FIG. 2A) and the direction of the current flowing in each phase winding in each section of the electrical angle every 60 °. It is a figure (FIG.2 (b)-(g)). Referring to FIG. 2, in the section where the electrical angle is 0 to 60 °, the U-phase winding 4u and the W-phase winding 4w are neutral from the unconnected end to the neutral point, and the V-phase winding 4v is neutral. Current flows from the point toward the non-connected end (FIG. 2B).
また、電気角60〜120°の区間においては、U相巻線4uには非結線端から中性点に向けて、V相巻線4vとW相巻線4wには中性点から非結線端に向けて電流が流れている(図2(c))。以降、図2(d)〜(g)において、電気角60°毎に各相の巻線に
流れる相電流の状態が変化していく様子が示されている。
Further, in the section of electrical angle of 60 to 120 °, the U-phase winding 4u is connected from the non-connection end toward the neutral point, and the V-phase winding 4v and the W-phase winding 4w are not connected from the neutral point. A current flows toward the end (FIG. 2C). Hereinafter, in FIGS. 2D to 2G, the state of the phase current flowing through the windings of each phase is changed every 60 ° electrical angle.
例えば、図2において、電気角30°の時にPWM信号生成部9で生成された1キャリア周期分のPWM信号が、図3のように変化する場合を考える。ここで、図3において、信号「U」は上アームスイッチング素子12uを、信号「V」は上アームスイッチング素子12vを、信号「W」は上アームスイッチング素子12wを、信号「X」は下アームスイッチング素子12xを、信号「Y」は下アームスイッチング素子12yを、信号「Z」は下アームスイッチング素子12zを動作させる信号をそれぞれ示す。これらの信号は、アクティブ・ハイで動作する。
For example, consider a case in FIG. 2 where the PWM signal for one carrier period generated by the PWM signal generator 9 when the electrical angle is 30 ° changes as shown in FIG. In FIG. 3, the signal “U” indicates the upper arm switching element 12u, the signal “V” indicates the upper
この場合、インバータ母線には、タイミング(1)では、図4(a)に示すように電流が現れず、タイミング(2)では図4(b)に示すようにW相巻線4wに流れる電流(W相電流)が現れ、タイミング(3)では図4(c)に示すようにV相巻線4vに流れる電流(V相電流)が現れる。 In this case, at the timing (1), no current appears on the inverter bus as shown in FIG. 4A, and at the timing (2), the current flows through the W-phase winding 4w as shown in FIG. 4B. (W-phase current) appears, and at timing (3), a current (V-phase current) flowing through the V-phase winding 4v appears as shown in FIG. 4 (c).
別の例として、図2において電気角30°の時に、PWM信号生成部9で生成された1キャリア周期のPWM信号が図5のように変化する場合を考える。この場合は、図6(a)に示すようにインバータ母線にはタイミング(1)では電流が現れず、図6(b)に示すようにタイミング(2)ではU相巻線4uに流れる電流(U相電流)が現れ、図6(c)に示すようにタイミング(3)ではV相巻線4vに流れる電流(V相電流)が現れる。 As another example, consider a case where the PWM signal of one carrier cycle generated by the PWM signal generation unit 9 changes as shown in FIG. 5 when the electrical angle is 30 ° in FIG. In this case, as shown in FIG. 6 (a), no current appears in the inverter bus at timing (1), and as shown in FIG. 6 (b), current flowing in the U-phase winding 4u at timing (2) ( U-phase current) appears, and current (V-phase current) flowing through the V-phase winding 4v appears at timing (3) as shown in FIG. 6C.
さらに別の例として、図2において電気角30°の時に、PWM信号生成部9で生成された1キャリア周期のPWM信号が図7のように変化する場合を考える。この場合は、図8(a)に示すように、インバータ母線にはタイミング(1)では電流が現れず、図8(b)に示すように、タイミング(2)ではU相巻線4uに流れる電流(U相電流)が現れ、図8(c)に示すように、タイミング(3)ではW相巻線4wに流れる電流(W相電流)が、これまでと異なり直流電源側からインバータ側の向きに現れる。 As yet another example, consider a case where the PWM signal of one carrier cycle generated by the PWM signal generator 9 changes as shown in FIG. 7 when the electrical angle is 30 ° in FIG. In this case, as shown in FIG. 8 (a), no current appears on the inverter bus at timing (1), and flows to the U-phase winding 4u at timing (2) as shown in FIG. 8 (b). Current (U-phase current) appears, and as shown in FIG. 8C, the current (W-phase current) flowing through the W-phase winding 4w at the timing (3) is different from the DC power supply side to the inverter side. Appears in the direction.
以上のように、インバータ母線上にはインバータ2の各スイッチング素子の状態に応じてブラシレスモータ3の相電流が現れ、1キャリア周期内の近接したタイミングで二相分の電流を判断することができれば、次に示す式(1)の関係から三相それぞれの電流iu、iv、iwが求められる。
As described above, if the phase current of the
iu+iv+iw=0 …(1)
なお、タイミング(4)とタイミング(5)は、スイッチング素子の動作遅れにより、インバータ上下アームが短絡するのを防止するためのデッドタイム期間であり、この期間におけるインバータ母線に流れる電流は、各相電流の流れる向きによって不定である。
iu + iv + iw = 0 (1)
Timing (4) and timing (5) are dead time periods for preventing the inverter upper and lower arms from being short-circuited due to the operation delay of the switching element. The current flowing through the inverter bus in this period is It is indefinite depending on the direction of current flow.
次に、直流電流検出器11について説明する。図9は直流電流検出器11の特性を示した一例であるが、検出した電流値がゼロのときにオフセット電圧の2.5Vを出力し、順方向に20Aの電流が流れれば5Vを、逆方向に20A電流が0Vを出力することを表しており、この特性は、上述したインバータ母線上に現れるブラシレスモータ3の相電流を双方向において検出するために必要なものである。
Next, the direct
図2において電気角30°の時に、PWM信号生成部9で生成された1キャリア周期のPWM信号とインバータ母線に流れる電流と直流電流検出器11の出力電圧の関係を、図10に示す。
FIG. 10 shows the relationship between the PWM signal of one carrier cycle generated by the PWM signal generation unit 9, the current flowing through the inverter bus, and the output voltage of the DC
ここで、直流電流検出器11の特性を図9に示すようなものとすると、タイミング(1)ではインバータ母線には電流は流れない(すなわち、インバータ母線電流は0A)が、
この場合は、直流電流検出器11の出力電圧は2.5Vとなり、タイミング(2)でインバータ母線に現れるU相電流が10Aだとすると、直流電流検出器11の出力電圧は3.75Vとなり、タイミング(3)でインバータ母線に現れるW相電流が−5Aだとすると、直流電流検出器11の出力電圧は1.875Vとなる。
Here, if the characteristics of the DC
In this case, if the output voltage of the DC
すなわち、図9のような特性の直流電流検出器11であれば、式(2)によってインバータ母線に流れる電流値を求めることが可能である。
That is, in the case of the DC
検出電流=(出力電圧−オフセット電圧)×変換係数
=(出力電圧−2.5)×8 …(2)
図9に示すような特性におけるオフセット電圧は、直流電流検出器11として用いられるデバイスや回路の仕様から求まるが、これには個体差があって製品一つ一つにバラツキが生じる。
Detection current = (Output voltage-Offset voltage) x Conversion coefficient
= (Output voltage -2.5) x 8 (2)
The offset voltage in the characteristic as shown in FIG. 9 is obtained from the specifications of the device or circuit used as the DC
このバラツキを解消すべく、ブラシレスモータ3が停止していて相電流が流れていない状態、すねわち、インバータ母線に流れる電流が定常的にゼロであるときに直流電流検出器11の出力電圧を計測し、このときの値を検出電流演算に用いるオフセット電圧とする方法が一般的に行われている。
In order to eliminate this variation, the output voltage of the DC
しかしながら、直流電流検出器11のオフセット電圧に関しては、周囲温度の変動に影響される特性があるため、上述したようなブラシレスモータ3が停止している際のオフセット電圧と、ブラシレスモータ3がある程度の時間運転し続けて周囲温度が変化したときのオフセット電圧とに誤差が発生してしまう。
However, since the offset voltage of the DC
例えば、図11に示すように、ブラシレスモータ3が、ある程度の時間運転することにより周囲温度が変化するために、オフセット電圧が2.5Vから2.8Vに変化する場合を想定すると、順方向の検出電流に対してはプラス2.4Aの誤差を生じ、逆方向の検出電流に対してはマイナス2.4Aの誤差を生じてしまう。
For example, as shown in FIG. 11, assuming that the offset voltage changes from 2.5 V to 2.8 V because the ambient temperature changes when the
この相電流値の誤差は、ブラシレスモータ3のベクトル制御などにおいて最適な駆動実現を阻害する要因となり、消費電力の増大や回転トルクの減少、騒音や振動などを引き起こしてしまう。
This error in the phase current value is a factor that impedes optimal driving in vector control of the
そこで、データ取得部15は、モータの駆動中においても、図10のタイミング(1)、すなわち、インバータ2の上アームスイッチング素子を制御するPWM信号がすべてオフである期間に、直流電流検出器11の出力電圧データのサンプリングを行い、その値をオフセット電圧に設定する。なお、データ取得部15は、上アームスイッチング素子を制御するPWM信号がすべてオンであるタイミングにおいて、データサンプリングを行っても、同様の効果が得られる。
Therefore, the
以上のように、本発明のモータ駆動用インバータ制御装置によれば、モータ駆動中、定期的に直流電流検出器におけるオフセット電圧の調整を行うことにより、周囲温度が変化した場合でも、モータの相電流の検出誤差を低減することが可能となり、その結果、良好なモータ駆動を維持することが可能となる。 As described above, according to the motor drive inverter control apparatus of the present invention, even when the ambient temperature changes by adjusting the offset voltage in the DC current detector periodically during motor drive, Current detection errors can be reduced, and as a result, good motor drive can be maintained.
なお、上述のように、3つの相電流のうちの2つの相電流は、図10のタイミング(2)および(3)においてサンプリングされ、残りの1つの相電流は、サンプリングされた2つの相電流のデータから式(1)を用いて計算されるが、データ取得部15におけるデータサンプリングの周期、すなわち、直流電流検出器11のオフセット電圧の調整を行う時間的間隔は、2つの相電流のサンプリング周期より長くても実用上問題はない。
As described above, two phase currents of the three phase currents are sampled at timings (2) and (3) in FIG. 10, and the remaining one phase current is the sampled two phase currents. The data sampling period in the
なぜならば、一般的にインバータ2のスイッチング素子を制御するPWM信号のキャリア周波数は数kHz〜数十kHzであり、相電流の検出と計算の頻度は1秒間に数千回から数万回となるが、機器周辺の温度は、さほど急激に変化するものではないからである。
This is because, in general, the carrier frequency of the PWM signal that controls the switching element of the
よって、オフセット電圧の調整は、数秒に一度行えば十分であり、オフセット電圧のデータサンプリング周期を長くすることによって、マイコンなどの制御装置の処理負荷を軽減することが可能となる。 Therefore, it is sufficient to adjust the offset voltage once every several seconds. By increasing the data sampling period of the offset voltage, it is possible to reduce the processing load of a control device such as a microcomputer.
また、本発明のモータ駆動用インバータ制御装置は、空気調和機、冷蔵庫、電気洗濯機、電気乾燥機、電気掃除機、送風機、ヒートポンプ給湯器など、インバータ回路を使用してモータを駆動するモータ駆動用インバータ制御装置に適用でき、いずれの場合においても、信頼性の高い製品の実現に貢献するものである。 Moreover, the motor drive inverter control device of the present invention is a motor drive that drives an motor using an inverter circuit such as an air conditioner, a refrigerator, an electric washing machine, an electric dryer, a vacuum cleaner, a blower, and a heat pump water heater. In any case, it can contribute to the realization of a highly reliable product.
以上のように、本発明にかかるモータ駆動用インバータ制御装置は、インバータ母線に流れる直流電流を検出する直流電流検出器の出力オフセット値を常時調整することにより、温度変化によるモータの相電流検出誤差をなくすことができ、システムの信頼性向上が図れるため、空気調和機における圧縮機駆動モータなどのようにパルスジェネレータなどの速度センサを使用することができない場合に限らず、サーボドライブなどのように速度センサを具備することができる場合においても本発明は適用できる。 As described above, the motor drive inverter control device according to the present invention constantly adjusts the output offset value of the DC current detector that detects the DC current flowing through the inverter bus, thereby causing a phase current detection error of the motor due to a temperature change. The system reliability can be improved, so not only when a speed sensor such as a pulse generator cannot be used, such as a compressor drive motor in an air conditioner, but also in a servo drive, etc. The present invention can be applied even when a speed sensor can be provided.
1 直流電源
2 インバータ
3 ブラシレスモータ
4 固定子
4u〜4w 巻線
5 回転子
6 制御部
7 相電流変換部
8u〜8w 端子
9 PWM信号生成部
10 ベースドライバ
11 直流電流検出器
12u〜12w 上アームスイッチング素子
12x〜12z 下アームスイッチング素子
14u〜14w、14x〜14z フリーホイールダイオード
15 データ取得部
16 インバータ入力電圧検出部
17 位相推定部
18 回転子速度推定部
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記インバータを駆動するためのPWM信号を生成するPWM信号生成部と、
前記インバータの母線に流れる電流の大きさに応じた電圧を出力し、前記インバータの母線に電流が現れない場合はオフセット電圧を出力する直流電流検出器と、
前記PWM信号を受け、前記インバータの上アームスイッチング素子がすべてオフまたはすべてオンである第1のタイミングと前記インバータの母線に相電流が流れる第2のタイミングとにおいて前記直流検出器の出力電圧をサンプリングするデータ取得部と、
前記データ取得部でサンプリングされた電圧に基づき前記オフセット電圧を調整しつつ前記相電流を再現する相電流変換部と、
前記PWM信号に応じて前記上アームスイッチング素子および下アームスイッチング素子を駆動するドライブ回路と、
を備えたモータ駆動用インバータ制御装置。 An inverter having an upper arm switching element and a lower arm switching element corresponding to each phase of the phase current, and converting DC power to three-phase AC power;
A PWM signal generator for generating a PWM signal for driving the inverter;
A DC current detector that outputs a voltage according to the magnitude of the current flowing through the bus of the inverter, and outputs an offset voltage when no current appears on the bus of the inverter;
In response to the PWM signal, the output voltage of the DC detector is sampled at a first timing when all of the upper arm switching elements of the inverter are off or all on and a second timing when a phase current flows through the bus of the inverter. A data acquisition unit to
A phase current converter that reproduces the phase current while adjusting the offset voltage based on the voltage sampled by the data acquisition unit;
A drive circuit for driving the upper arm switching element and the lower arm switching element according to the PWM signal;
An inverter control device for driving a motor.
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