JP2009118568A - Apparatus and method for controlling three-phase motor - Google Patents
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Abstract
Description
本願発明は、1シャント抵抗電流検出方式を用いて三相の巻線電流を再現し、その再現した巻線電流によって、永久磁石同期モータ、三相誘導モータ、三相ステッピングモータ、シンクロナスモータ、リラクタンスモータ、三相リニアモータ等の三相モータ(三相巻線を有するモータ)を制御する三相モータの制御装置と制御方法に関する。 The present invention reproduces a three-phase winding current using a single shunt resistance current detection method, and by the reproduced winding current, a permanent magnet synchronous motor, a three-phase induction motor, a three-phase stepping motor, a synchronous motor, The present invention relates to a control device and a control method for a three-phase motor that controls a three-phase motor (a motor having a three-phase winding) such as a reluctance motor or a three-phase linear motor.
図9は、従来提案されている1シャント抵抗電流検出方式を用いた永久磁石同期モータ(以下PMSMと呼ぶ)の制御装置のブロック図を示す(例えば非特許文献1参照)。
PMSMのU相、V相、W相の巻線電流iu,iv,iwは、インバータ66から供給する。インバータ66の上アーム3個と下アーム3個の計6個のMOSFETは、PWM Dataのスイッチング信号Uup,Vup,Wupとスイッチング信号Udown,Vdown,Wdownに制御されてON,OFFする。PWM Dataは、MPU61のPWM信号生成部62において、三角波キャリア比較方式で生成する。
MPU61のサンプリング部63は、PWM信号に基づくタイミング信号TSに制御されてインバータ66のシャント抵抗Rsを流れる直流母線電流isをサンプリングする。MPU61のAC電流演算部64は、サンプリング部63のサンプルをAD変換し、そのサンプルのデジタル信号を用いて、PWM信号生成部62のPWM信号に従って巻線電流iu〜iwを演算し、生成する。MPU61の制御部65は、AC電流演算部64の巻線電流iu〜iwを用いて電圧指令vu,vv,vwを生成し、その電圧指令vu,vv,vwをPWM信号生成部62へ供給する。
FIG. 9 is a block diagram of a controller for a permanent magnet synchronous motor (hereinafter referred to as PMSM) using a conventionally proposed one-shunt resistance current detection method (see, for example, Non-Patent Document 1).
The PMSM U-phase, V-phase, and W-phase winding currents i u , i v , and i w are supplied from an
The
従来の1シャント抵抗電流検出方式は、巻線電流iu〜iwを生成するとき、キャリア一周期に数回、直流母線電流isを取出し、その直流母線電流をAD変換し、MPU内で巻線電流iu〜iwを演算しなければならない。そのため高速、高分解能のADコンバータが必要になり、かつ高速演算が可能なMPUが必要になるから、ADコンバータやMPUのコストが高くなる。
本願発明は、従来の1シャント抵抗電流検出方式の前記問題点に鑑み、従来のように直流母線電流を直接AD変換してMPU内で三相の巻線電流を再現することなく、直流母線電流をアナログ量のまま簡易な回路を用いて三相の巻線電流を再現することにより、三相の巻線電流の再現時に高速、高分解能のADコンバータや高速演算の可能なMPUが必要でない三相モータの制御装置と制御方法を提供することを目的とする。
Conventional single shunt resistor current detection method, when generating the coil current i u through i w, several times a carrier one cycle, extracts the DC bus current i s, the DC bus current AD conversion, in a MPU The winding currents i u to i w must be calculated. For this reason, a high-speed, high-resolution AD converter is required, and an MPU capable of high-speed computation is required, which increases the costs of the AD converter and the MPU.
In view of the above-mentioned problems of the conventional single-shunt resistance current detection method, the present invention directly converts the DC bus current into AD and reproduces the three-phase winding current in the MPU as in the prior art. By reproducing a three-phase winding current using a simple circuit with an analog amount, a high-speed, high-resolution AD converter and an MPU capable of high-speed computation are not required when reproducing the three-phase winding current. An object of the present invention is to provide a control device and a control method for a phase motor.
本願発明は、その目的を達成するため、請求項1に記載の三相モータの制御装置は、PWM信号によりスイッチング素子を制御して三相の巻線に電流を供給するインバータを備え、そのインバータの母線に接続されているシャント抵抗に流れる直流母線電流からPWM信号に基づいて検出可能期間の各相の巻線電流を検出し、その検出した巻線電流を用いて各相の巻線電流を連続して再現し、その再現した巻線電流を制御に用いる三相モータの制御装置において、巻線電流の検出可能期間と検出不可能期間からなる検出可能範囲において検出可能期間に検出した各相の巻線電流を用いて検出不可能期間の巻線電流を補間して検出可能範囲の各相の巻線電流を再現する検出可能範囲巻線電流再現部、検出可能範囲の各相の巻線電流とその相の他の二相の検出可能範囲の巻線電流から求めた検出不可能範囲の巻線電流を時系列的に合成して検出可能範囲及び検出不可能範囲の全範囲の巻線電流を連続して再現する推定巻線電流生成部を備えていることを特徴とする。
請求項2に記載の三相モータの制御装置は、請求項1に記載の三相モータの制御装置において、前記三相モータは、永久磁石同期モータであることを特徴とする。
請求項3に記載の三相モータの制御装置は、請求項1又は請求項2に記載の三相モータの制御装置において、前記検出可能範囲巻線電流再現部は、PWM信号から生成した正検出可能期間信号と負検出可能期間信号に制御されて直流母線電流から検出可能期間の巻線電流値を検出して保持する複数のサンプル&ホールド回路からなり、前記推定巻線電流生成部は、前記正検出可能期間信号と負検出可能期間信号からなる正負検出可能期間信号が検出されたとき生成する検出可能範囲信号が検出されているとき検出可能範囲の各相の巻線電流を選択し、検出可能範囲信号が検出されていないとき、その相の他の二相の検出可能範囲の巻線電流から求めた検出不可能範囲の巻線電流を選択するスイッチ回路からなることを特徴とする。
請求項4に記載の三相モータの制御装置は、請求項3に記載の三相モータの制御装置において、前記正負検出可能期間信号が検出されるとPWM周期相当のパルス信号を発生させて検出可能範囲信号を生成する検出可能範囲信号生成部を備え、その検出可能範囲信号生成部によって前記スイッチ回路を制御することを特徴とする。
In order to achieve the object of the present invention, the control device for a three-phase motor according to
The three-phase motor control device according to
The three-phase motor control device according to
A control device for a three-phase motor according to
請求項5に記載の三相モータの制御方法は、PWM信号によりスイッチング素子を制御して三相の巻線電流を供給するインバータの母線に接続されているシャント抵抗に流れる直流母線電流からPWM信号に基づいて検出可能期間の各相の巻線電流を検出し、その検出した巻線電流を用いて各相の巻線電流をして再現し、その再現した巻線電流を制御に使用する三相モータの制御方法において、検出可能期間と検出不可能期間からなる検出可能範囲において検出可能範囲の検出可能期間に検出した各相の巻線電流を用いて検出不可能期間の巻線電流を補間して検出可能範囲の各相の巻線電流を再現し、検出可能範囲の各相の巻線電流とその相の他の二相の検出可能範囲の巻線電流から求めた検出不可能範囲の各相の巻線電流を時系列的に合成して検出可能範囲及び検出不可能範囲の全範囲の巻線電流を連続して再現し、その再現した巻線電流を制御に使用することを特徴とする。
請求項6に記載の三相モータの制御方法は、請求項5に記載の三相モータの制御方法において、前記三相モータは、永久磁石同期モータであることを特徴とする。
請求項7に記載の三相モータの制御方法は、請求項5又は請求項6に記載の三相モータの制御方法において、前記補間は、PWM信号から生成した正検出可能期間信号と負検出可能期間信号によりサンプル&ホールド回路を制御して直流母線電流から検出可能期間の巻線電流値を検出し保持して検出可能範囲の各相の巻線電流の再現を行い、前記検出可能範囲の各相の巻線電流とその相の他の二相の検出可能範囲の巻線電流から求めた検出不可能範囲の各相の巻線電流の時系列的合成は、前記正検出可能期間信号と負検出可能期間信号からなる正負検出可能期間信号が検出されるとPWM周期相当のパルス信号を発生させて検出可能範囲信号を生成し、その検出可能範囲信号が検出されているとき検出可能範囲の各相の巻線電流を選択し、検出可能範囲信号が検出されていないときはその相の他の二相の検出可能範囲の巻線電流から求めた検出不可能範囲の各相の巻線電流を選択して行うことを特徴とする。
6. The method for controlling a three-phase motor according to
A three-phase motor control method according to a sixth aspect is the three-phase motor control method according to the fifth aspect, wherein the three-phase motor is a permanent magnet synchronous motor.
A control method for a three-phase motor according to
本願発明は、直流母線電流から検出可能範囲の巻線電流を再現し、その検出可能範囲の巻線電流を用いて巻線電流を連続して再現することにより、巻線電流の検出可能範囲及び検出不可能範囲の全範囲の巻線電流を再現している。そしてその再現の過程において、直流母線電流から検出した巻線電流は、AD変換することなくアナログ量のまま用いて、簡易な回路で連続して全範囲の巻線電流を再現できる。即ち本願発明は、直流母線電流から全範囲の巻線電流を再現するとき、直流母線電流をデジタル量に変換してMPUに取り込むことなく簡易な回路で処理して巻線電流を再現できる。そして各相の巻線電流を再現する簡易な回路は、汎用の演算増幅器やロジック回路等によって構成することができる。したがって本願発明は、直流母線電流から三相の巻線電流を再現するために高速、高分解能のAD変換器を用いる必要がなく、かつ高速処理が可能なMPUを用いる必要もないから、三相モータの制御装置は、安価に作製することができ、三相モータの制御方法は、簡単になる。 The present invention reproduces the winding current in the detectable range from the DC bus current, and continuously reproduces the winding current using the winding current in the detectable range, so that the detectable range of the winding current and The winding current of the entire range that cannot be detected is reproduced. In the process of reproduction, the winding current detected from the DC bus current can be continuously reproduced with a simple circuit using the analog amount without AD conversion. That is, according to the present invention, when reproducing the entire range of the winding current from the DC bus current, the winding current can be reproduced by converting the DC bus current into a digital quantity and processing it with a simple circuit without taking it into the MPU. A simple circuit that reproduces the winding current of each phase can be configured by a general-purpose operational amplifier, a logic circuit, or the like. Therefore, the present invention does not need to use a high-speed, high-resolution AD converter to reproduce the three-phase winding current from the DC bus current, and does not need to use an MPU capable of high-speed processing. The motor control device can be manufactured at low cost, and the control method of the three-phase motor becomes simple.
本願発明は、直流母線電流から検出可能範囲の巻線電流を再現する過程、及び検出可能範囲の巻線電流から全範囲の巻線電流を再現する過程に用いる制御信号は、スイッチング信号(PWM信号)に基づいて生成するから、簡単に生成することができる。
本願発明は、巻線電流の検出可能期間に検出したサンプル電流値を用いて、検出不可能期間の巻線電流を補間して再現することができ、その補間には、直流母線電流をサンプリングしてサンプル電流値を保持するサンプル&ホールド回路を用いるだけでよいから、補間回路は簡単になる。
本願発明は、検出不可能範囲の各相の巻線電流は、その相の他の二相の検出可能範囲の巻線電流を用いて推定し再現することができ、検出可能範囲の電流か検出不可能範囲の電流かを選択する回路を設けるだけでよいから、推定巻線電流の生成回路は簡単になる。
In the present invention, a control signal used in the process of reproducing the winding current in the detectable range from the DC bus current and in the process of reproducing the winding current in the entire range from the winding current in the detectable range is a switching signal (PWM signal). ), It can be generated easily.
The present invention can interpolate and reproduce the winding current during the non-detectable period using the sample current value detected during the period during which the winding current can be detected. For this interpolation, the DC bus current is sampled. Therefore, the interpolation circuit is simplified because it is only necessary to use a sample and hold circuit that holds the sample current value.
In the present invention, the winding current of each phase in the undetectable range can be estimated and reproduced using the winding current in the other two-phase detectable range of the phase, and the current in the detectable range is detected. Since it is only necessary to provide a circuit for selecting the current in the impossible range, the circuit for generating the estimated winding current is simplified.
図1〜図6により本願発明の実施例を説明する。なお各図に共通の部分は、同じ符号を使用している。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, the same code | symbol is used for the part common to each figure.
まず図1のブロック図を用いて三相モータの一つである永久磁石同期モータ(以下PMSMと呼ぶ)の制御装置の全体の構成を説明し、次に図2〜図6を用いて各部の詳細を説明する。
図1において、1は、MPU、2は、インバータ、PMSMは、永久磁石同期モータ、3は、三相の巻線電流再現部である。MPU1は、PWM信号生成部12、三相の電圧指令生成部13、三角波(キャリア信号)生成部14を備えている。インバータ2は、上アーム211、下アーム212、直流電源22、シャント抵抗Rs等を備え、上アーム3個と下アーム3個の計6個のMOSFET(パワーデバイス)からなる。PMSMは、図1(b)のようにU相、V相、W相の三相の巻線と永久磁石のロータ(図示せず)からなる。巻線電流再現部3は、スイッチング信号生成部30、正又負検出可能期間信号生成部31、正負検出可能期間信号生成部32、検出可能範囲信号生成部33、検出可能範囲巻線電流再現部34、推定巻線電流生成部35等からなる。
First, the overall configuration of a control device for a permanent magnet synchronous motor (hereinafter referred to as PMSM), which is one of three-phase motors, will be described with reference to the block diagram of FIG. 1, and then each part will be described with reference to FIGS. Details will be described.
In FIG. 1, 1 is an MPU, 2 is an inverter, PMSM is a permanent magnet synchronous motor, and 3 is a three-phase winding current reproduction unit. The
PWM信号生成部12は、電圧指令生成部13の三相の電圧指令(正弦波)と三角波生成部14の三角波に基づき、三角波比較方式によってPWM Dataを生成し、インバータ2とスイッチング信号生成部30へ供給する。PWM Dataは、インバータ2の上アーム211のスイッチングを制御するスイッチング信号Uup,Vup,Wupと、下アーム212のスイッチングを制御するスイッチング信号Udown,Vdown,Wdownからなる。
インバータ2は、スイッチング信号Uup〜Wup,Udown〜Wdownに制御されて、PMSMの巻線に三相の巻線電流iu,iv,iwを供給する。
The PWM
The
スイッチング信号生成部30は、PWM Dataから、上アーム211のスイッチング信号(上アームのPWM信号)Uup〜Wupを抽出し、正又負検出可能期間信号生成部31は、スイッチング信号Uup〜Wupを用いて、各相の巻線電流が検出可能範囲(後述する)において検出可能な期間を表す正検出可能期間信号UP,VP,WP,負検出可能期間信号UN,VN,WNを生成し、正負検出可能期間信号生成部32は、正検出可能期間信号UP〜UN、負検出可能期間信号UN〜WNに基づいて、各相の正負検出可能期間を表す正負検出可能期間信号UPN,VPN,WPNを生成し、検出可能範囲信号生成部33は、正負検出可能期間信号が検出されるとPWM周期相当のパルス信号を発生させて検出可能範囲信号UON,VON,WONを生成する。
The switching
検出可能範囲巻線電流再現部34は、シャント抵抗Rsを流れる直流母線電流isから検出可能範囲の巻線電流を再現するため、正検出可能期間信号UP〜WP、負検出可能期間信号UN〜WNを用いて、直流母線電流isから検出可能期間の巻線電流を検出し、その検出した巻線電流を用いて検出不可能期間の巻線電流を補間して検出可能範囲の巻線電流ius,ivs,iwsを生成する。
The detectable range winding
推定巻線電流生成部35は、検出可能範囲の巻線電流ius〜iwsを用いて検出不可能範囲(後述する)の巻線電流を生成(再現)するとともに、その検出不可能範囲の巻線電流と検出可能範囲の巻線電流を、相毎に、時系列的に合成して推定巻線電流^iu,^iv,^iw(ハットiu,ハットiv,ハットiw)を生成する。その推定巻線電流^iu〜^iwの生成には、検出可能範囲信号UON〜WONにより制御されるスイッチ回路を用いる。また検出不可能範囲の巻線電流の生成には、巻線電流の総和は0(キルヒホッフの法則)の関係を利用する。
例えばU相の場合、検出可能範囲信号UONが生成しているとき、^iu=iusとなり、検出可能範囲信号UONが生成していないとき、^iu=−(ivs+iws)となり、iusと−(ivs+iws)が時系列的に合成されて推定巻線電流^iuを生成する。したがって巻線電流の検出可能範囲及び検出不可能範囲、即ち全範囲の巻線電流^iuは、^iu=UON×ius−バーUON×(ivs+iws)となる。V相、W相についても同様である。
The estimated winding
For example, in the case of the U phase, when the detectable range signal U ON is generated, ^ i u = i us , and when the detectable range signal U ON is not generated, ^ i u = − (i vs + i ws ) And i us and- (i vs + i ws ) are synthesized in time series to generate an estimated winding current ^ iu . Therefore, the detectable range and undetectable range of the winding current, that is, the winding current i u in the entire range, is i u = U ON × i us -bar U ON × (i vs + i ws ). The same applies to the V phase and the W phase.
以上のように検出可能範囲巻線電流再現部34は、巻線電流の検出可能範囲について、正検出可能期間信号UP〜WP、負検出可能期間信号UN〜WNを用いて直流母線電流isから検出可能期間の巻線電流を検出し、その検出した巻線電流を用いて検出不可能期間の巻線電流を補間して検出可能範囲の巻線電流ius〜iwsを再現する。一方推定巻線電流生成部35は、巻線電流の検出不可能範囲について、検出可能範囲の巻線電流ius〜iwsを用いて検出不可能範囲の巻線電流を再現するとともに、その巻線電流と検出可能範囲の巻線電流を時系列的に合成して推定巻線電流^iu〜^iwを生成する。
再現した推定巻線電流^iu〜^iwは、AD変換してMPU1へ取り込みPMSMの制御に使用する。
なお図1は、巻線電流の再現にインバータ2の上アーム211のスイッチング信号Uup〜Wupを用いたが、下アーム212のスイッチング信号Udown〜Wdownを用いてもよい。またインバータ2の上下アームのMOSFETは、他のスイッチング素子でもよい。
As described above, the detection range winding
The reproduced estimated winding currents ^ i u to ^ i w are AD converted and taken into the
In FIG. 1, the switching signals U up to W up of the
ここで巻線電流の検出可能範囲、検出不可能範囲、検出可能期間、検出不可能期間、正検出可能期間信号、負検出可能期間信号、正負検出可能期間信号について簡単に説明する。詳細については、後述する。
三相の巻線に流れる巻線電流iu,iv,iwは、インバータからモータ(巻線)方向(正方向と呼ぶ)への流れと、モータ(巻線)からインバータ方向(負方向と呼ぶ)への流れとを繰り返す。またスイッチング信号(PWM信号)Uup〜Wupに基づいて、直流母線電流isから各相の巻線電流を検出する場合、正方向の巻線電流及び負方向の巻線電流には、検出できる範囲と検出できない範囲がある。前者の範囲を検出可能範囲と呼び、後者の範囲を検出不可能範囲と呼ぶ。また検出可能範囲であっても、巻線電流が検出できる期間と検出できない期間がある。前者の期間を検出可能期間と呼び、後者の期間を検出不可能期間と呼ぶ。また正検出可能期間信号と負検出可能期間信号及び正負検出可能期間信号は、ともに検出可能期間を表す信号であるが、正検出可能期間信号と負検出可能期間信号は、正方向又は負方向の巻線電流の検出可能期間を表し、正負検出可能期間信号は、正方向及び負方向(正負両方向)の巻線電流の検出可能期間を表す。
Here, the detectable range, the undetectable range, the detectable period, the undetectable period, the positive detectable period signal, the negative detectable period signal, and the positive / negative detectable period signal of the winding current will be briefly described. Details will be described later.
The winding currents i u , i v , i w flowing through the three-phase windings flow from the inverter to the motor (winding) direction (referred to as positive direction) and from the motor (winding) to the inverter direction (negative direction). Repeat the flow to). Also based on the switching signal (PWM signal) U up ~W up, when detecting a phase of the winding current from the DC bus current i s, the positive direction of the winding current and the negative direction of the winding current, detected There is a range that can be detected and a range that cannot be detected. The former range is called a detectable range, and the latter range is called an undetectable range. Even within the detectable range, there are periods in which the winding current can be detected and periods in which it cannot be detected. The former period is called a detectable period, and the latter period is called an undetectable period. The positive detectable period signal, the negative detectable period signal, and the positive / negative detectable period signal are both signals indicating the detectable period, but the positive detectable period signal and the negative detectable period signal are either positive or negative. A winding current detectable period is represented, and the positive / negative detectable period signal represents a positive period and negative direction (both positive and negative directions) winding current detectable period.
次に図2〜図6を用いて各部の詳細を説明する。
図2は、スイッチング信号(PWM信号)Uup〜Wupと巻線電流iu〜iw、直流母線電流isの関係を示す。
図2において、イ、ニは、三相の巻線に流れる電流の方向を示し(巻線は省略してある)、ロ、ホは、スイッチング関数(論理関数)f(Uup,Vup,Wup)の状態、即ちインバータ2の上アーム211のMOSFETのスイッチングの状態を示し、ハ、ヘは、巻線電流iu〜iwと直流母線電流isの関係を示す。また正検出可能期間信号UP,VP,WPは、直流母線電流is(巻線電流iu,iv,iw)が正であるとき、インバータからモータ方向(正方向)へ電流が流れている期間(或いは状態)、また直流母線電流isが負であるとき、モータからインバータ方向(負方向)へ電流が流れている期間(或いは状態)を示し、負検出可能期間信号UN,VN,WNは、直流母線電流isが正であるとき、モータからインバータ方向(負方向)へ電流が流れている期間(或いは状態)、また直流母線電流isが負であるとき、インバータからモータ方向(正方向)へ電流が流れている期間(或いは状態)を示す。
Next, details of each part will be described with reference to FIGS.
Figure 2 illustrates the switching signal (PWM signal) U up ~W up and winding current i u through i w, a relationship of the DC bus current i s.
In FIG. 2, A and D indicate the directions of currents flowing through the three-phase windings (the windings are omitted), and B and H are switching functions (logic functions) f (U up , V up , state of W Stay up-), i.e. shows the state of MOSFET switching of the
図2の(1)〜(6)は、スイッチング関数f(Uup,Vup,Wup)の状態変数が次の場合を示す。なお状態変数1はONの状態を、状態変数0はOFFの状態を表す。
(1)f(Uup,Vup,Wup)=(1,0,0)の期間
iu=isのときUP=1、それ以外のときUP=0
(2)f(Uup,Vup,Wup)=(0,1,1)の期間
iu=−isのときUN=1、それ以外のときUN=0
(3)f(Uup,Vup,Wup)=(0,1,0)の期間
iv=isのときVP=1、それ以外のときVP=0
(4)f(Uup,Vup,Wup)=(1,0,1)の期間
iv=−isのときVN=1、それ以外のときVN=0
(5)f(Uup,Vup,Wup)=(0,0,1)の期間
iw=isのときWP=1、それ以外のときWP=0
(6)f(Uup,Vup,Wup)=(1,1,0)の期間
iw=−isのときWN=1、それ以外のときWN=0
(1) to (6) in FIG. 2 show the case where the state variables of the switching function f (U up , V up , W up ) are as follows. Note that
(1) f (U up, V up, W up) = U P = 1 when the period i u = i s of (1,0,0), U P = 0 in other cases
(2) Period of f (U up , V up , W up ) = (0, 1, 1) U n = 1 when i u = −i s , otherwise U N = 0
(3) f (U up, V up, W up) = period of (0,1,0) i v = V P = 1 when i s, V P = 0 in other cases
(4) f (U up, V up, W up) = period of (1,0,1) i v = V N = 1 when the -i s, V N = 0 in other cases
(5) f (U up, V up, W up) = W P = 1 when the period i w = i s of (0,0,1), W P = 0 at other times
(6) f (U up, V up, W up) = W N = 1 when the period i w = -i s of (1,1,0), W N = 0 in other cases
次に図3により、図1の電圧指令生成部13の三相の電圧指令(正弦波)と三角波生成部14の三角波を用いて、図1のPWM信号生成部12において生成するスイッチング信号(上アームのPWM信号)Uup〜Wupについて説明する。
スイッチング信号Uup〜Wupには、図3(a)の三相の電圧指令vu,vv,vwと三角波を用いて三角波比較方式によって生成する。図3(a)の時刻TAにおけるスイッチング信号Uup〜Wupは、図3(b1)のようになり、時刻TBにおけるスイッチング信号Uup〜Wupは、図3(b2)のようになる。
図3(b1),(b2)において、(イ)は、電圧指令vu〜vwの瞬時値と三角波の関係を示し、(ロ)は、スイッチング信号の出力電圧(PWM出力電圧)を示し、(ハ)は、スイッチング信号パターン(PWMパターン)、直流母線電流isと検出できる巻線電流を示す。またスイッチング信号パターンは、スイッチング信号Uup〜Wupにより制御されるインバータの上アームのON(1)、OFF(0)状態を表しており、直流母線電流isは、それらのON、OFF状態において検出できる巻線電流を表す。
Next, referring to FIG. 3, using the three-phase voltage command (sine wave) of the voltage command generation unit 13 of FIG. 1 and the triangular wave of the triangular
The switching signals U up to W up are generated by a triangular wave comparison method using the three-phase voltage commands v u , v v and v w of FIG. Switching signal U Stay up-to W-Stay up-at time TA in FIG. 3 (a), is as shown in FIG. 3 (b1), the switching signal U Stay up-to W-Stay up-at time TB is as shown in FIG. 3 (b2).
3 (b1) and 3 (b2), (a) shows the relationship between the instantaneous values of the voltage commands v u to v w and a triangular wave, and (b) shows the output voltage (PWM output voltage) of the switching signal. , (c) the switching signal pattern (PWM patterns), shows the winding current can be detected and the DC bus current i s. The switching signal patterns, switching signal U Stay up-to W-Stay up-inverter of the upper arm of the ON controlled by (1) represents the OFF (0) state, the DC bus current i s are those ON, OFF state Represents the winding current that can be detected at.
図3(b1)の場合、電圧指令vu〜vwの瞬時値は三相とも相違し、(b2)の場合、電圧指令vv,vwの瞬時値は同じで、電圧指令vuの瞬時値は他の二相と相違している。そして図3(b1)の場合、(Uup,Vup,Wup)=(1,0,0)の期間はis=iu、(Uup,Vup,Wup)=(1,1,0)の期間はis=−iwとなり、それらの期間は、直流母線電流isから巻線電流iu,iwの検出が可能である。一方(Uup,Vup,Wup)=(0,0,0),(1,1,1)の期間は、巻線電流の検出が不可能である。 For Figure 3 (b1), the instantaneous value of the voltage command v u to v w are different with the three-phase, when the instantaneous value of the voltage command v v, v w are the same, the voltage command v u (b2) The instantaneous value is different from the other two phases. The case of FIG. 3 (b1), (U up, V up, W up) = period (1,0,0) is i s = i u, (U up, V up, W up) = (1, 1, 0), i s = −i w , and during these periods, the winding currents i u and i w can be detected from the DC bus current i s . On the other hand, during the period of (U up , V up , W up ) = (0, 0, 0), (1, 1, 1), the winding current cannot be detected.
図3(b2)の場合、(Uup,Vup,Wup)=(0,1,1)の期間はis=−iu、(Uup,Vup,Wup)=(1,0,0)の期間はis=iuとなり、それらの期間は、直流母線電流isから巻線電流iuの検出が可能である。一方(Uup,Vup,Wup)=(0,0,0)の期間は、巻線電流の検出が不可能である。したがって直流母線電流isからスイッチング信号Uup〜Wupに基づいて巻線電流iu〜iwを検出する場合、三角波の一周期の間には、巻線電流の検出が可能な相と不可能な相、及び検出が可能な期間と検出が不可能な期間がある。
以上のように三角波の一周期の間に検出できる巻線電流は、図3(b1)の場合iuとiw、図3(b2)の場合iuのみである。即ち図3(b1)のように、電圧指令vu,vv,vwの瞬時値が三相とも異なる場合は、二相の巻線電流を検出でき、図3(b2)のように、電圧指令vu,vv,vwの二相(vv,vw)の瞬時値が同じ場合は、一相の巻線電流を検出できる。
If Figure 3 (b2), (U up, V up, W up) = period (0,1,1) is i s = -i u, (U up, V up, W up) = (1, In the period of 0,0), i s = i u , and during these periods, the winding current i u can be detected from the DC bus current i s . On the other hand, the winding current cannot be detected during the period (U up , V up , W up ) = (0, 0, 0). Therefore, when the winding currents i u to i w are detected from the DC bus current i s based on the switching signals U up to W up , during the period of the triangular wave, a phase that can detect the winding current is not detected. There are possible phases and periods where detection is possible and periods where detection is impossible.
Winding current which can be detected during one period of the triangular wave as described above, only if i u and i w, if i u of FIG. 3 (b2) of FIG. 3 (b1). That is, when the instantaneous values of the voltage commands v u , v v , v w are different from the three phases as shown in FIG. 3 (b1), the two-phase winding current can be detected, and as shown in FIG. 3 (b2), When the instantaneous values of the two phases (v v , v w) of the voltage commands v u , v v , v w are the same, a one-phase winding current can be detected.
次に巻線電流の検出可能範囲と検出不可能範囲について説明する。
三角波の一周期の間に巻線電流iuの検出可能期間が一度でもある場合、巻線電流iuが検出可能範囲と定義する。巻線電流iv,iwについても同様に定義する。例えば、図3(b1)のように電圧指令vu,vv,vwの瞬時値が三相とも相違するときは、そのときの瞬時値が最大のU相と最小のW相の二相の巻線電流iu,iwが検出可能範囲と定義する。また図3(b2)のように電圧指令vu,vv,vwの内、二相の電圧指令vv,vwの瞬時値のみが同じであるときは、残りの一相の巻線電流iuが検出可能範囲と定義する。ここで図3(b2)のように一相の巻線電流のみが検出可能な条件は、二相の電圧指令vv,vwが同じになる瞬間だけであるから、一相の巻線電流のみの検出可能範囲は考慮しなくてもよい。
Next, the detectable range and undetectable range of the winding current will be described.
When the detection period of the winding current i u during one period of the triangular wave is even once, the winding current i u is defined as detectable range. The winding currents i v and i w are defined similarly. For example, when the instantaneous values of the voltage commands v u , v v , and v w are different from the three phases as shown in FIG. 3 (b1), the two phases of the U phase with the maximum instantaneous value and the minimum W phase at that time Winding currents i u and i w are defined as a detectable range. When only the instantaneous values of the two-phase voltage commands v v and v w are the same among the voltage commands v u , v v and v w as shown in FIG. The current i u is defined as a detectable range. Here, as shown in FIG. 3 (b2), the condition that only the one-phase winding current can be detected is only the moment when the two-phase voltage commands v v and v w are the same. It is not necessary to consider the only detectable range.
以上の定義により巻線電流の検出可能範囲を表すと図4のようになる。
図4(a)は、電圧指令vu,vv,vwの瞬時値の中で最大と最小の範囲を示し、図4(b)は、巻線電流iu,iv,iwの検出可能範囲を示す。
図4(a)において、例えば、U相最大は、電圧指令vu〜vwの内U相の瞬時値が他の二相より大きい範囲を示し、U相最小は、U相の瞬時値が他の二相の振幅よりも小さい範囲を示す。V相、W相についても同様である。
図4(a)のU相最大とU相最小の範囲は、直流母線電流isから巻線電流iuの検出が可能な範囲で、その検出可能範囲は、図4(b)のようになる。V相、W相についても同様である。図4(a)のU相最大とU相最小の範囲の間、及び図4(b)の巻線電流iuが検出可能範囲でない間(巻線電流iuと巻線電流iuの間)は、巻線電流iuの検出不可能範囲である。V相、W相についても同様である。そして巻線電流の検出不可能範囲は、各相の電圧指令の瞬時値が、その相の他の二相の電圧指令の瞬時値の間に位置する範囲である。例えば、U相の場合、電圧指令vuの瞬時値が、電圧指令vvの瞬時値より大きく電圧指令vwの瞬時値よりも小さい範囲、及び電圧指令vuの瞬時値が、電圧指令vvの瞬時値より小さく電圧指令vwの瞬時値よりも大きい範囲である。
FIG. 4 shows the detectable range of the winding current based on the above definition.
4A shows the maximum and minimum ranges of the instantaneous values of the voltage commands v u , v v and v w , and FIG. 4B shows the winding currents i u , i v and i w . Indicates the detectable range.
In FIG. 4A, for example, the U-phase maximum indicates a range in which the U-phase instantaneous value of the voltage commands v u to v w is larger than the other two phases, and the U-phase minimum indicates the U-phase instantaneous value. A range smaller than the amplitude of the other two phases is shown. The same applies to the V phase and the W phase.
4A is the range in which the winding current i u can be detected from the DC bus current i s , and the detectable range is as shown in FIG. 4B. Become. The same applies to the V phase and the W phase. Between the U-phase maximum and U-phase minimum range in FIG. 4A, and while the winding current i u in FIG. 4B is not in the detectable range (between the winding current i u and the winding current i u ). ) Is the undetectable range of the winding current i u . The same applies to the V phase and the W phase. The winding current non-detectable range is a range in which the instantaneous value of the voltage command of each phase is located between the instantaneous values of the other two-phase voltage commands of that phase. For example, in the case of the U phase, the range in which the instantaneous value of the voltage command v u is larger than the instantaneous value of the voltage command v v and smaller than the instantaneous value of the voltage command v w and the instantaneous value of the voltage command v u is v is greater range than the instantaneous value of the smaller the voltage command v w than the instantaneous value of.
検出可能範囲では、図4(b)のときに巻線電流iu〜iwを検出できるが、その検出可能範囲であっても、前述したように巻線電流の検出可能期間(図3(b1)の(1,0,0)等)と検出不可能期間(図3(b1)の(0,0,0)等)が存在する。そこで検出不可能期間の巻線電流は、検出可能期間に検出した巻線電流を用いて補間することにより、検出可能範囲の巻線電流を連続的に再現する。ここで補間して再現した巻線電流を検出可能範囲の巻線電流と呼ぶ。
検出可能範囲の巻線電流は、図1の検出可能範囲巻線電流再現部34において、サンプル&ホールド回路(以下S&Hと呼ぶ)を用いて生成する。検出可能範囲巻線電流再現部34は、正検出可能期間信号UP〜WP、負検出可能期間信号UN〜WNを用いてS&Hを制御し、直流母線電流isをサンプリングしてその値を保持し、その保持した電流値(サンプル電流値)を用いて検出可能範囲の巻線電流を生成する。なお検出可能範囲巻線電流部34の構成は、後述する。
In the detectable range, the winding currents i u to i w can be detected in the case of FIG. 4B, but even in the detectable range, as described above, the winding current detectable period (FIG. 3 ( b1) (1, 0, 0, etc.) and a non-detectable period ((0, 0, 0), etc. in FIG. 3 (b1)). Therefore, the winding current in the non-detectable period is interpolated using the winding current detected in the detectable period, thereby continuously reproducing the winding current in the detectable range. Here, the winding current reproduced by interpolation is referred to as a detectable winding current.
The winding current in the detectable range is generated using a sample and hold circuit (hereinafter referred to as S & H) in the detectable range winding
ここで図1の正又負検出可能期間信号生成部31において生成する正検出可能期間信号UP〜WP、負検出可能期間信号UN〜WNについて説明する。
まずU相を例に、正検出可能期間信号UPと負検出可能期間信号UNについて説明する。
図2(1)の場合、スイッチング関数f(Uup,Vup,Wup)=(1,0,0)となり、この期間の直流母線電流isと巻線電流iuは、is=iuとなるから、直流母線電流isから巻線電流iuを検出することができる。そしてこの期間は、直流母線電流isが正の時に巻線電流iuが正方向に流れる期間であり、直流母線電流isが負の時に巻線電流iuが負方向に流れる期間であるから、この期間を表す正検出可能期間信号UPは、式(1)で表すことができる。
同様に図2(2)の場合は、スイッチング関数f(Uup,Vup,Wup)=(0,1,1)となり、この期間は、直流母線電流isが正の時に巻線電流iuが負方向に流れる(is=−iuとなる)期間であり、直流母線電流isが負の時にiuが正方向に流れる期間であるから、この期間を表す負検出可能期間信号UNは、式(2)で表すことができる。
以下同様にV相、W相の巻線電流ivが正又負方向に流れる期間を表す正検出可能期間信号VP,WP、及び負検出可能期間信号VN,WNは、式(3)〜(6)で表すことができる。
Here, the positive detectable period signals U P to W P and the negative detectable period signals U N to W N generated by the positive or negative detectable period signal generation unit 31 of FIG. 1 will be described.
First, taking the U phase as an example, the positive detectable period signal UP and the negative detectable period signal UN will be described.
In the case of FIG. 2 (1), the switching function f (U up , V up , W up ) = (1, 0, 0), and the DC bus current i s and winding current i u during this period are expressed as i s = Since i u , the winding current i u can be detected from the DC bus current i s . And this period, the DC bus current i s is a period in which the winding current i u flowing in the positive direction when positive, is a period in which flowing DC bus current i s winding current i u when is negative in the negative direction from the positive current detectable period signal U P representing this period can be represented by the formula (1).
Likewise the case of FIG. 2 (2), the switching function f (U up, V up, W up) = (0,1,1) , and this period is the winding current when the DC bus current i s is positive i u flowing in the negative direction (a i s = -i u) is a period, from the DC bus current i s is i u when the negative is time flowing in the positive direction, a negative current detectable period representing the period signal U N can be expressed by equation (2).
The following Similarly V-phase winding current i v positive detectable represents a period in which the flows in the positive or negative direction period signal V P of the W-phase, W P, and negative current detectable period signal V N, W N of the formula ( 3) to (6).
次に式(1)〜(6)の論理に基づいて、検出可能範囲の巻線電流を再現する方法について説明する。
式(1)〜(6)で表される正又負検出可能期間信号UP〜WNと直流母線電流is及び巻線電流iuとの関係は、図2において説明したように、UP=1の場合is=iu、UN=1の場合is=−iuとなる。同様にVP=1の場合is=iv、VN=1の場合is=−iv、WP=1の場合is=iw、WN=1の場合is=−iwとなる。
したがってU相の場合、正検出可能期間信号UPによって直流母線電流isをサンプリングし、その電流値を保持し、その保持した電流値(サンプル電流値)iupを用いて検出不可能期間の巻線電流を補間し、負検出可能期間信号UNによって直流母線電流isをサンプリングし、その電流値を保持し、その保持した電流値iunを用いて検出不可能期間の巻線電流を補間することにより、保持した電流値を合成して検出可能範囲のU相の巻線電流値iusを再現することができる。V相、W相についても同様である。
Next, a method for reproducing the winding current in the detectable range will be described based on the logics of the equations (1) to (6).
Relationship positive or represented by the formulas (1) to (6) and the negative current detectable period signal U P to W-N and the DC bus current i s and the winding currents i u, as described in FIG. 2, U When P = 1, i s = i u , and when U N = 1, i s = −i u . Similarly, V P = 1 if i s = i v, V N = 1 if i s = -i v, W P = 1 if i s = i w, W N = 1 if i s = -i w .
Thus, for a U-phase, sampling the DC bus current i s by a positive current detectable period signal U P, retains its current value, the holding current value (sampled current value) undetectable period by using the i Stay up- interpolating winding current, sampling the DC bus current i s the negative current detectable period signal U N, it retains its current value, the winding current undetectable period by using the holding current value i un By interpolating, it is possible to reproduce the U-phase winding current value i us in the detectable range by combining the held current values. The same applies to the V phase and the W phase.
そこで正又負検出可能期間信号UP〜WNにより直流母線電流isをサンプリングし、保持されている電流値をiup,ivp,iwp,iun,ivn,iwnとし、検出可能範囲の巻線電流をius,ivs,iwsとすると、検出可能範囲の巻線電流ius,ivs,iwsは、式(7)〜(9)によって求めることができる。
ius=iup−iun (7)
ivs=ivp−ivn (8)
iws=iwp−iwn (9)
Therefore positive or sampling the DC bus current i s by the negative current detectable period signal U P to W-N, and the current value held i up, i vp, i wp , i un, i vn, and i wn, detection range of the winding current i us, i vs, When i ws, winding current i us the detectable range, i vs, i ws can be obtained by equation (7) to (9).
i us = i up −i un (7)
i vs = i vp −i vn (8)
i ws = i wp −i wn (9)
図5は、式(7)〜(9)で表される検出可能範囲の巻線電流ius〜iwsを生成する検出可能範囲巻線電流再現部34の構成と検出可能範囲の巻線電流ius〜iwsの波形を示す。
図5(a)において、直流母線電流isは、ローパスフィルタ341を介してS&H3421〜3426へ供給される。S&H3421〜3426は、正又負検出可能期間信号UP〜WNにより制御され、直流母線電流isをサンプリングして保持した電流値をiup〜iwnとする。保持した電流値iup〜iwnは、相毎に合成して検出可能範囲の巻線電流ius〜iwsを生成する。
例えばU相の場合、S&H3421は、正検出可能期間信号UPに制御されてサンプリングした電流値を保持して電流値iupを生成し、S&H3422は、負検出可能期間信号UNに制御されてサンプリングした電流値を保持して電流値iunを生成する。保持した電流値iup,iunは、合成されて検出可能範囲の巻線電流iusを生成する。V相,W相も同様に検出可能範囲の巻線電流ivs,iwsを生成する。
検出可能範囲巻線電流再現回路34によって再現した検出可能範囲の巻線電流ius〜iwsの波形は、インダクタンス成分による電流の遅れがない場合図5(b)のようになる。即ち検出可能範囲の巻線電流ius〜iwsは、二相分が連続して再現される。
したがって検出可能範囲の巻線電流は、巻線電流ius〜iwsにより再現できる。
FIG. 5 shows the configuration of the detectable range winding
In FIG. 5 (a), the DC bus current i s is supplied to the S & H3421~3426 through the low-pass filter 341. S & H3421~3426 is controlled by positive or negative current detectable period signal U P to W-N, the current value samples and holds the DC-bus current i s and i up ~i wn. The retained current values i up to i wn are combined for each phase to generate the winding currents i us to i ws in the detectable range.
For example, in the case of U-phase, S & H3421 is controlled to a positive detection period signal U P generates a current i Stay up-holds the current values sampled, S & H3422 is controlled by the negative current detectable period signal U N The sampled current value is held and a current value i un is generated. The held current values i up and i un are combined to generate a winding current i us in a detectable range. Similarly, the winding currents i vs and i ws within the detectable range are also generated for the V phase and the W phase.
The detectable range of the winding currents i us to i ws reproduced by the winding
Therefore, the winding current in the detectable range can be reproduced by the winding currents i us to i ws .
次に巻線電流の検出不可能範囲の巻線電流を再現する方法について説明する。
検出不可能範囲の巻線電流は、正検出可能期間信号UP〜WP、負検出可能期間信UN〜WNを用い、iu+iv+iw=0(巻線電流の総和は0:キルヒホッフの法則)の関係を利用し、検出可能範囲の巻線電流ius〜iwsを用いて推定、再現する。即ち検出不可能範囲の巻線電流は、検出可能範囲で再現した巻線電流ius〜iwsを用いて再現する。
Next, a method for reproducing the winding current in a range where the winding current cannot be detected will be described.
The winding current in the non-detectable range uses the positive detectable period signals U P to W P and the negative detectable period signals U N to W N , i u + iv + i w = 0 (the total winding current is 0) : Kirchhoff's law) relationship is used to estimate and reproduce using the winding currents i us to i ws in the detectable range. That is, the winding current in the undetectable range is reproduced using the winding currents i us to i ws reproduced in the detectable range.
検出不可能範囲の巻線電流の再現には、まず三相の正負検出可能期間信号UPN〜WPNを生成する。正負検出可能期間信号UPN〜WPNは、巻線電流iu,iv,iwの正方向及び負方向の期間(正負両方向の期間)を表し、検出可能期間を表す信号である。正負検出可能期間信号UPN〜WPNは、正検出可能期間信号UP〜WP、負検出可能期間信号UN〜WNを用いて、次の論理式で表すことができる。
UPN=UP+UN (10)
VPN=VP+VN (11)
WPN=WP+WN (12)
In order to reproduce the winding current in the undetectable range, first, three-phase positive / negative detectable period signals U PN to W PN are generated. The positive / negative detectable period signals U PN to W PN represent the positive and negative periods (periods in both positive and negative directions) of the winding currents i u , i v , and i w , and represent the detectable period. The positive / negative detectable period signals U PN to W PN can be expressed by the following logical expressions using the positive detectable period signals U P to W P and the negative detectable period signals U N to W N.
U PN = UP + UN (10)
V PN = V P + V N (11)
W PN = W P + W N (12)
次に正負検出可能期間信号UPN〜WPNが検出されているとき、その正負検出可能期間信号が検出されるとPWM周期相当のパルス信号を発生させて検出可能範囲信号UON〜WONを生成する(生成方法は後述する)。
検出不可能範囲の巻線電流は、検出可能範囲信号UON〜WONと検出可能範囲の各相の巻線電流ius〜iwsを用いてさらにiu+iv+iw=0(iu=−(iv+iw))の関係を利用して推定する。推定巻線電流^iu,^iv,^iwは、次の式で表すことができる。
Next, when the positive / negative detectable period signal U PN to W PN is detected, when the positive / negative detectable period signal is detected, a pulse signal corresponding to the PWM cycle is generated and the detectable range signal U ON to W ON is generated. (Generating method will be described later).
The winding current in the undetectable range is further calculated using i u + i v + i w = 0 (i u) using the detectable range signals U ON to W ON and the winding currents i us to i ws of each phase in the detectable range. =-(I v + i w )). Estimated the winding current ^ i u, ^ i v, ^ i w can be expressed by the following equation.
図6は、検出可能範囲信号生成部33、推定巻線電流生成部35の構成を示す。
図6(a1)において、検出可能範囲信号生成部33は、三相の正負検出可能期間信号の検出信号生成器331〜333からなる。図6(a2)は、U相の検出可能範囲信号生成器331の具体例を示す。V相、W相も同様に構成する。
U相の場合、検出信号生成器331は、正負検出可能期間信号UPNが検出されるとPWM周期相当のパルス信号PPを発生させて検出可能範囲信号UONを生成し、検出可能範囲信号UONが検出されない(生成されない)ときは、検出不可能範囲信号バーUONを生成する。V相、W相についても同様である。
FIG. 6 shows the configuration of the detectable
In FIG. 6 (a1), the detectable range
In the case of the U phase, when the positive / negative detectable period signal UPN is detected, the
図6(b)において、推定巻線電流生成部35は、検出可能範囲の巻線電流ius,ivs,iwsを用い、式(13)〜(15)に基づいて推定巻線電流^iu,^iv,^iwを生成する。
例えばU相の場合、図6(a1),(a2)の正負検出可能期間信号の検出信号生成器331において、検出可能範囲信号のU相の検出可能範囲信号UONが生成されているとき、スイッチSWuは、UON側に切り換わり、検出可能範囲信号UONが生成されていないとき(バーUONが生成されているとき)、バーUON側に切り換わる。即ちスイッチSWuは、検出可能範囲信号UONが検出されているときは、UON側に切り換わり、検出可能範囲信号UONが検出されていないときは、バーUON側に切り換わる。そしてUON側には、検出可能範囲の巻線電流iusが現れ、バーUON側には、検出可能範囲の巻線電流ivsとiwsから求めた検出不可能範囲の巻線電流が現れている。したがってスイッチSWuがUON側に切り換わっているとき、^iu=iusとなり、バーUON側に切り換わっているとき、^iu=−(ivs+iws)となり、iusと−(ivs+iws)が時系列的に合成されて推定巻線電流^iuとなる。即ち推定巻線電流^iuは、検出可能範囲信号UONが検出されているときのU相の検出可能範囲の巻線電流iusと、検出可能範囲信号UONが検出されていないときのV,W相の検出可能範囲の巻線電流から求めた検出不可能範囲の巻線電流である−(ivs+iws)とからなる。そしてiusは、巻線電流の検出可能範囲の再現された巻線電流であり、−(ivs+iws)は、巻線電流の検出不可能範囲の再現された巻線電流である。V相の推定巻線電流^iv、W相の推定巻線電流^iwについても同様である。
In FIG. 6B, the estimated winding
For example, in the case of the U phase, when the U phase detectable range signal U ON of the detectable range signal is generated in the
以上のように図6(b)の推定巻線電流生成部35は、巻線電流の検出可能範囲及び検出不可能範囲の全範囲の巻線電流を再現して生成する。
なお検出可能範囲信号生成部33、検出可能範囲信号生成器331は、図6(a1),(a2)の構成に限らず、検出可能範囲の信号UONが検出されているとき、U相の場合、スイッチSWuをUON側へ切り換え、検出可能範囲の信号UONが検出されていないとき、スイッチSWuをバーUON側へ切り換える構成のものであればよい。V相、W相についても同様である。
As described above, the estimated winding
The detectable
本実施例は、式(7)〜(9)により直流母線電流isから検出可能範囲の巻線電流ius〜iwsを再現し、最終的に式(13)〜(15)により検出可能範囲の巻線電流ius〜iwsを用いて検出可能範囲及び検出不可能範囲(全範囲)の巻線電流^iu〜^iwを再現する。そしてそれらの再現の過程において、直流母線電流isをAD変換することなくアナログ量のまま用いて、アナログ量の推定巻線電流^iu〜^iwを再現している。即ち本実施例は、直流母線電流isから推定巻線電流^iu〜^iwを再現する際、直流母線電流isをMPUに取り込む必要がないのでデジタル量に変換することなくアナログ量のまま簡易な回路で処理できる。そして巻線電流推定回路は、汎用の演算増幅器やロジック回路等によって構成することができる。したがって本実施例は、高速、高分解能のAD変換器を用いる必要がなく、かつ高速処理が可能なMPUを用いる必要もないから、PMSMの制御装置を安価に作製することができる。 This embodiment has the formula (7) to reproduce - the winding current i us through i ws detectable range of the DC bus current i s (9), finally detectable by the formula (13) to (15) Using the winding currents i us to i ws in the range, the winding currents ^ i u to ^ i w in the detectable range and the undetectable range (entire range) are reproduced. And in the course of their reproduction, the DC bus current i s with left analog value without AD conversion, and reproduces the estimated winding current ^ i u ~ ^ i w of analog quantity. That is, the present embodiment, when reproducing the DC bus current i s from the estimated winding current ^ i u ~ ^ i w, analog quantity without converting the digital value does not need to take the DC bus current i s the MPU It can be processed with a simple circuit. The winding current estimation circuit can be configured by a general-purpose operational amplifier, a logic circuit, or the like. Therefore, in this embodiment, it is not necessary to use a high-speed, high-resolution AD converter, and it is not necessary to use an MPU capable of high-speed processing, so that a PMSM control device can be manufactured at low cost.
本実施例によって得られた推定巻線電流を検証するため、図7の実験装置を用いて、推定巻線電流^iu,^ivと電流センサを用いて検出した巻線電流iu,ivとを比較した。
図7において、51は、PWM Dataを生成するPWM信号生成部を有するMPU、52は、インバータ、53は、本実施例の巻線電流再現部、54は、供試モータ(PMSM)、55は、エンコーダ、56は、負荷とイナーシャ、57は、カップリング、58は、CPLDである。
なお実験装置の仕様は、次の通りである。
試供モータは、ポール数:4、スロット数:6、トルク定数:0.44N・m/A、巻線抵抗:0.94Ω、d軸インダクタンス:4.7mH、q軸インダクタンス:4.7mHである。インバータは、PWM周波数:10kHz、デッドタイム:1μsec、シャント抵抗Rs:1Ω、供給電圧:60V、パワーデバイス:MOSFETである。
In order to verify the estimated winding current obtained by this embodiment, the estimated winding currents ^ i u , ^ iv and the winding currents i u , iv was compared.
In FIG. 7, 51 is an MPU having a PWM signal generation unit for generating PWM Data, 52 is an inverter, 53 is a winding current reproduction unit of the present embodiment, 54 is a test motor (PMSM), and 55 is The
The specifications of the experimental apparatus are as follows.
The sample motor has 4 poles, 6 slots, torque constant: 0.44 N · m / A, winding resistance: 0.94Ω, d-axis inductance: 4.7 mH, and q-axis inductance: 4.7 mH. . The inverter has a PWM frequency of 10 kHz, a dead time of 1 μsec, a shunt resistance R s of 1Ω, a supply voltage of 60 V, and a power device of MOSFET.
図8は、図7の実験装置によって得られた検出巻線電流iu,iv(太い線)と推定巻線電流^iu,^iv(細い線)の波形を示す。図8(a)は、PMSMの回転速度が1000min-1のとき、図8(b)は、PMSMの回転速度が500min-1のときのU相,V相の検出巻線電流波形と推定巻線電流波形を示す。検出巻線電流と推定巻線電流の波形は、図8(a)、図8(b)いずれ場合も略一致している。 FIG. 8 shows waveforms of the detected winding currents i u and i v (thick lines) and the estimated winding currents i u and ^ i v (thin lines) obtained by the experimental apparatus of FIG. 8 (a) is when the rotational speed of the PMSM is 1000min -1, FIG. 8 (b), U-phase, the estimated winding detecting winding currents of the V phase when the rotational speed of the PMSM is 500 min -1 The line current waveform is shown. The waveforms of the detected winding current and the estimated winding current are substantially the same in both cases of FIG. 8 (a) and FIG. 8 (b).
前記実施例は、PMSM(永久磁石同期モータ)について説明したが、PMSMの外、三相誘導モータ、三相ステッピングモータ、シンクロナスモータ、リラクタンスモータ、三相リニアモータ等の三相モータであってもよい。 In the above embodiment, PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor) has been described. However, in addition to PMSM, there are three-phase motors such as a three-phase induction motor, a three-phase stepping motor, a synchronous motor, a reluctance motor, and a three-phase linear motor. Also good.
1 MPU
12 PWM信号生成部(PWM Data生成部)
13 電圧指令生成部
14 三角波生成部
2 インバータ
211 上アーム
212 下アーム
22 直流電源
3 巻線電流再現部
30 スイッチング信号(PWM信号)生成部
31 正又負検出可能期間信号生成部
32 正負検出可能期間信号生成部
33 検出可能範囲信号生成部
34 検出可能範囲巻線電流再現部
35 推定巻線電流生成部
PMSM 永久磁石同期モータ
Rs シャント抵抗
PWM Data Uup〜WupとUdown〜Wdown
Uup〜Wup,Udown〜Wdown 上下アームのスイッチング信号
UP〜WN 正又負検出可能期間信号
UPN〜WPN 正負検出可能期間信号
UON〜WON 検出可能範囲信号
is 直流母線電流
iu,iv,iw U相,V相,W相の巻線電流
iup〜iwn サンプリングして保持した電流値
ius,ivs,iws 検出可能範囲の巻線電流
^iu,^iv,^iw 推定巻線電流
vu,vv,vw 電圧指令
1 MPU
12 PWM signal generator (PWM Data generator)
13 Voltage
U up ~W up, U down ~W down upper and lower arms of the switching signal U P to W-N positive or negative current detectable period signal U PN to W-PN negative detectable period signal U ON to W-ON detectable range signal i s DC Bus currents i u , i v , i w U phase, V phase, W phase winding currents i up to i wn Sampling current values i us , i vs , i ws Detectable winding currents ^ i u , ^ i v , ^ i w Estimated winding current v u , v v , v w Voltage command
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