JP2011004539A - Inverter device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exact sensorless vector control regardless of the operation state of a motor.SOLUTION: A first current detection mode, a second current detection mode, and a third current detection mode are executed by switching according to the operation state of the motor 6. In the first current detection mode, current values detected with shunt resistors 12 and 13 for phase currents are used. In the second current detection mode, a current value detected with a shunt resistor for a phase current is used in other than the range of the specified angle, and in the range of the specified angle, a current value detected at the time of 180° before is substituted for the current value in the range of the specified angle, or the present current value is computed by computation from the current value detected by the shunt resistor for a phase current in its vicinity, and the computed value is substituted for the current value in the range of the specified angle. In the third current detection mode, a current value detected with a shunt resistor for a bus current is used.

Description

本発明は、磁極位置センサを用いない、センサレスベクトル方式により電動機を制御するインバータ装置に関するものである。   The present invention relates to an inverter device that controls an electric motor by a sensorless vector method without using a magnetic pole position sensor.

従来よりブラシレスモータ(電動機)をセンサレスベクトル制御で運転する場合、インバータ主回路を流れる相電流からロータ位置を推定し、電圧指令値、回転速度(角周波数)、及び、位相を算出するものであるが、この相電流を検出する装置として小型で安価なシャント抵抗が用いられる。このシャント抵抗を用いる方式は基本的に二種類あり、一つはインバータ装置の母線電流を一つのシャント抵抗で検出する方式(1シャント方式)で(例えば、特許文献1参照)、もう一つはインバータ主回路の三つのアームのうちの二つの相に流れる電流をシャント抵抗で検出する方式(2シャント方式)である(例えば、特許文献2参照)。   Conventionally, when operating a brushless motor (motor) with sensorless vector control, the rotor position is estimated from the phase current flowing through the inverter main circuit, and the voltage command value, rotation speed (angular frequency), and phase are calculated. However, a small and inexpensive shunt resistor is used as a device for detecting this phase current. There are basically two types of methods using this shunt resistor. One is a method (one shunt method) for detecting the bus current of the inverter device by one shunt resistor (for example, see Patent Document 1), and the other is This is a method (two-shunt method) in which currents flowing in two phases of the three arms of the inverter main circuit are detected by a shunt resistor (see, for example, Patent Document 2).

特開2007−312511号公報JP 2007-312511 A 特開2000−262088号公報JP 2000-262088 A

しかしながら、特許文献1に示される1シャント方式では、騒音・振動を発生し易く、また、低負荷状態ではインバータ主回路のスイッチング素子のON期間が短くなって1相分の電流しか検出できなくなる。そして、この1相分の電流のみではベクトル制御で使用するd−q電流を計算できなくなる問題がある。   However, the one-shunt method disclosed in Patent Document 1 is likely to generate noise and vibration, and in a low load state, the ON period of the switching element of the inverter main circuit is shortened so that only the current for one phase can be detected. Further, there is a problem that the dq current used in the vector control cannot be calculated only with the current for one phase.

一方、特許文献2に示される2シャント方式では、高負荷状態で特定の位相で下アームのスイッチング素子のON期間が短くなり、相電流を検出できなくなる問題があった。   On the other hand, the two-shunt method disclosed in Patent Document 2 has a problem in that the ON period of the switching element of the lower arm is shortened at a specific phase in a high load state, and the phase current cannot be detected.

本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、シャント抵抗を用いて電動機の駆動制御を行うインバータ装置において、電動機の運転状態に関わらず、的確なセンサレスベクトル制御を実現できるようにすることを目的とするものである。   The present invention has been made to solve the conventional technical problem, and in an inverter device that performs drive control of a motor using a shunt resistor, accurate sensorless vector control is performed regardless of the operating state of the motor. It is intended to be able to realize.

上記課題を解決するために、本発明のインバータ装置は、相反するON/OFF動作を行う2つのスイッチング素子を直流電源に直列に接続して成る三つのアームを三相ブリッジ状に結線し、三相PWM方式の三相疑似交流電圧を電動機に印加するインバータ主回路と、このインバータ主回路の母線と直列に直流電源に接続された母線電流用シャント抵抗と、インバータ主回路の三つのアームのうち、少なくとも二つのアームと直列に直流電源に接続された相電流用シャント抵抗と、所定の周期でシャント抵抗に流れる電流を検出し、その検出された電流に基づいて、インバータ主回路のそれぞれのスイッチング素子のON/OFF動作を制御する制御手段とを備えており、この制御手段は、電動機の運転状態に応じて、相電流用シャント抵抗にて検出された電流値を用いる第1の電流検出モードと、特定の角度の範囲以外では相電流用シャント抵抗にて検出された電流値を用い、特定の角度の範囲では、180°前の時間に検出された電流値をこの特定の角度の範囲の電流値に換えて用い、又は、その近傍において相電流用シャント抵抗により検出された電流値から現在の電流値を演算によって算出し、その算出した値を特定の角度の範囲の電流値に換えて用いる第2の電流検出モードと、母線電流用シャント抵抗にて検出された電流値を用いる第3の電流検出モードとを切り替えて実行することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, an inverter device according to the present invention connects three arms formed by connecting two switching elements that perform ON / OFF operations that are contradictory to each other in series to a DC power source in a three-phase bridge shape. Inverter main circuit that applies three-phase pseudo AC voltage of phase PWM system to the motor, bus current shunt resistor connected to DC power source in series with the bus of this inverter main circuit, and three arms of inverter main circuit , Detecting a phase current shunt resistor connected to a DC power source in series with at least two arms, and a current flowing through the shunt resistor at a predetermined cycle, and switching each of the inverter main circuits based on the detected current Control means for controlling the ON / OFF operation of the element, and this control means is a shunt resistor for phase current according to the operating state of the motor. In the first current detection mode that uses the current value detected in the above and the current value detected by the shunt resistor for the phase current except for the range of the specific angle, 180 ° before the specific angle range. The current value detected in time is used in place of the current value in the range of this specific angle, or the current value detected by the phase current shunt resistor in the vicinity thereof is calculated and calculated. A second current detection mode that uses the calculated value in place of a current value within a specific angle range and a third current detection mode that uses the current value detected by the shunt resistor for bus current are switched and executed. It is characterized by that.

請求項2の発明のインバータ装置は、上記において制御手段は、インバータ主回路を制御するための電圧指令値に基づき、電動機が高負荷状態ではないときは第1の電流検出モードを実行し、高負荷状態であって負荷変動、及び、電圧変動が大きくない場合は第2の電流検出モードを実行し、高負荷状態であって負荷変動、及び/又は、電圧変動が大きい場合には第3の電流検出モードを実行することを特徴とする。   In the inverter device according to the second aspect of the present invention, the control means executes the first current detection mode based on the voltage command value for controlling the inverter main circuit when the motor is not in a high load state. If the load fluctuation and the voltage fluctuation are not large in the load state, the second current detection mode is executed. If the load fluctuation and / or the voltage fluctuation is large in the high load state, the third current detection mode is executed. A current detection mode is executed.

本発明によれば、電動機の運転状態に応じて、インバータ主回路の二つのアームに接続された相電流用シャント抵抗にて検出された電流値を用いる第1の電流検出モードと、特定の角度の範囲以外では相電流用シャント抵抗にて検出された電流値を用い、特定の角度の範囲では、180°前の時間に検出された電流値をこの特定の角度の範囲の電流値に換えて用い、又は、その近傍において相電流用シャント抵抗により検出された電流値から現在の電流値を演算によって算出し、その算出した値を特定の角度の範囲の電流値に換えて用いる第2の電流検出モードと、インバータ主回路の母線に接続された母線電流用シャント抵抗にて検出された電流値を用いる第3の電流検出モードとを切り替えて実行するので、例えば、インバータ主回路を制御するための電圧指令値に基づき、電動機が高負荷状態ではないときは第1の電流検出モードを実行し、高負荷状態であって負荷変動、及び、電圧変動が大きくない場合は第2の電流検出モードを実行し、高負荷状態であって負荷変動、及び/又は、電圧変動が大きい場合には第3の電流検出モードを実行することで、低負荷から高負荷まで、電動機の運転状態に関わらず、各電流検出モードの長所のみを利用し、変動に強く、騒音・振動を抑えた、的確なセンサレスベクトル制御を実現することができるようになるものである。   According to the present invention, the first current detection mode using the current value detected by the phase current shunt resistor connected to the two arms of the inverter main circuit according to the operating state of the electric motor, and the specific angle The current value detected by the shunt resistor for the phase current is used outside the range of the current range. In the specific angle range, the current value detected at a time 180 degrees before is changed to the current value in the specific angle range. A second current that is used or calculated by calculating the current value from the current value detected by the phase current shunt resistor in the vicinity thereof, and replacing the calculated value with a current value within a specific angle range Since the detection mode and the third current detection mode using the current value detected by the shunt resistor for bus current connected to the bus of the inverter main circuit are switched and executed, for example, the inverter main circuit is Based on the voltage command value for controlling, the first current detection mode is executed when the electric motor is not in a high load state, and the second change is performed when the load fluctuation and the voltage fluctuation are not large in the high load state. When the current detection mode is executed and the load fluctuation and / or the voltage fluctuation is large in the high load state, the third current detection mode is executed, so that the operation state of the motor from the low load to the high load is achieved. Regardless, it is possible to realize accurate sensorless vector control that uses only the advantages of each current detection mode, is resistant to fluctuations, and suppresses noise and vibration.

本発明を適用した一実施形態のインバータ装置の回路構成図である。It is a circuit block diagram of the inverter apparatus of one Embodiment to which this invention is applied. 図1のインバータ装置のもう一つの回路構成図である。It is another circuit block diagram of the inverter apparatus of FIG. 図1のインバータ装置の1キャリア周波数内の下アームのスイッチング素子のON/OFF状態と電圧指令値を示す図である。It is a figure which shows the ON / OFF state and voltage command value of the switching element of the lower arm within 1 carrier frequency of the inverter apparatus of FIG. 図1のインバータ装置の更にもう一つの回路構成図である。FIG. 3 is still another circuit configuration diagram of the inverter device of FIG. 1. 図4のインバータ装置の制御装置の動作を説明する電圧指令値略100%デューティーのときの三相変調の特性図である。FIG. 5 is a characteristic diagram of three-phase modulation when the voltage command value is approximately 100% duty for explaining the operation of the control device of the inverter device of FIG. 4. 図1の制御装置の機能ブロックと、インバータ主回路及び電動機を示す図である。It is a figure which shows the functional block of the control apparatus of FIG. 1, an inverter main circuit, and an electric motor. 図1の制御装置による各電流検出モードの長所と短所を説明した図である。It is the figure explaining the pros and cons of each current detection mode by the control device of FIG. 図1の制御装置による電流検出モードの切り換え動作を説明するフローチャートである。2 is a flowchart for explaining a current detection mode switching operation by the control device of FIG. 1.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図1は本発明を適用した例えば空気調和機やカーエアコン用のインバータ装置1の電気回路図である。この図において、3は三相PWM(Pulse Width Modulation)方式のインバータ主回路である。インバータ主回路3は、直流電源部4から供給される電圧を、任意の可変電圧、可変周波数の三相疑似交流電圧に変換して出力し、電動機(例えば、空気調和機の冷媒回路を構成する圧縮機駆動用モータ。例えば、同期電動機)6に供給する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. FIG. 1 is an electric circuit diagram of an inverter device 1 for an air conditioner or a car air conditioner to which the present invention is applied. In this figure, 3 is a three-phase PWM (Pulse Width Modulation) type inverter main circuit. The inverter main circuit 3 converts the voltage supplied from the DC power supply unit 4 into a three-phase pseudo AC voltage having an arbitrary variable voltage and variable frequency, and outputs the converted voltage to form an electric motor (for example, a refrigerant circuit of an air conditioner). Compressor drive motor (for example, synchronous motor) 6 is supplied.

インバータ主回路3は、相反するON/OFF動作を行う二つのスイッチング素子(7u〜7w、8u〜8w)を直流電源部4に直列に接続して成る三つのアームを三相ブリッジ状に結線して構成されている。即ち、インバータ主回路3は、U相用の上アームのスイッチング素子7u、U相用の下アームのスイッチング素子8u、V相用の上アームのスイッチング素子7v、V相用の下アームのスイッチング素子8v、W相用の上アームのスイッチング素子7w、W相用の下アームのスイッチング素子8wを備え、各スイッチング素子7u、8u、7v、8v、7w、8wには、電動機6の巻線に流れる電流を還流させるダイオードが逆並列接続されている。   The inverter main circuit 3 connects three arms formed by connecting two switching elements (7u to 7w, 8u to 8w) that perform opposite ON / OFF operations in series to the DC power supply unit 4 in a three-phase bridge shape. Configured. That is, the inverter main circuit 3 includes a U-phase upper arm switching element 7u, a U-phase lower arm switching element 8u, a V-phase upper arm switching element 7v, and a V-phase lower arm switching element. 8v, W-phase upper arm switching element 7w and W-phase lower arm switching element 8w are provided, and each switching element 7u, 8u, 7v, 8v, 7w, 8w flows in the winding of the motor 6. A diode for circulating current is connected in reverse parallel.

尚、前記のスイッチング素子には、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor、絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ)が使用されている(以降も同様である。)。スイッチング素子7u、8u、7v、8v、7w、8wは、ゲートに入力されるパルス信号が「H」レベルのときにONとなり、「L」レベルのときにOFFとなる。   Note that an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) is used as the switching element (the same applies hereinafter). The switching elements 7u, 8u, 7v, 8v, 7w, and 8w are turned on when the pulse signal input to the gate is at “H” level, and turned off when the pulse signal is at “L” level.

そして、母線電流用のシャント抵抗2はインバータ主回路3の直流母線と直流電源部4に直列に接続されており、このシャント抵抗2には直流母線電流Idc(1シャント電流)が流れる構成とされている。   The shunt resistor 2 for bus current is connected in series to the DC bus of the inverter main circuit 3 and the DC power supply unit 4, and the DC bus current Idc (one shunt current) flows through the shunt resistor 2. ing.

また、相電流用のシャント抵抗12、13はそれぞれV相用の下アームとW相用の下アームと直流電源部4に直列に接続されており、シャント抵抗12にはV相の相電流Iv、シャント抵抗13にはW相の相電流Iw(2シャント電流)が流れる構成とされている。   The phase current shunt resistors 12 and 13 are connected in series to the V-phase lower arm, the W-phase lower arm, and the DC power supply unit 4, respectively. The shunt resistor 12 has a V-phase current Iv. The shunt resistor 13 is configured to pass a W-phase current Iw (two shunt currents).

本発明における制御装置(制御手段)11は、電動機6の電流を検出してロータ位置を推定する場合の方式として、2シャント方式による第1の電流検出モード、2シャント電流コピー方式による第2の電流検出モード、及び、1シャント方式による第3の電流検出モードの三つの電流検出モードを有している。以下に各電流検出モードについて説明する。   The control device (control means) 11 according to the present invention detects the current of the electric motor 6 and estimates the rotor position, so that the first current detection mode using the two-shunt method and the second method using the two-shunt current copy method. There are three current detection modes: a current detection mode and a third current detection mode using a single shunt method. Each current detection mode will be described below.

(1シャント方式:第3の電流検出モードについて)
先ず、1シャント方式による第3の電流検出モードについて説明する。この第3の電流検出モードでは、制御装置(制御手段)11は、自らが出力するパルス信号U、Ubar、V、Vbar、W、Wbarに基づき、所定周期(キャリア信号の周期)でシャント抵抗2に流れる直流母線電流Idcを検出し、検出した直流母線電流Idcを各相に分配することによって電動機6に流れる三相電流、即ち、U相の相電流Iu、V相の相電流Iv、W相の相電流Iwを推定する。
(1 shunt method: 3rd current detection mode)
First, the third current detection mode by the one shunt method will be described. In this third current detection mode, the control device (control means) 11 has a shunt resistance 2 in a predetermined cycle (cycle of the carrier signal) based on the pulse signals U, Ubar, V, Vbar, W, Wbar output by itself. Is detected, and the detected DC bus current Idc is distributed to the respective phases, so that the three-phase current flowing to the motor 6, that is, the U-phase current Iu, the V-phase current Iv, and the W-phase The phase current Iw of is estimated.

図6は係る制御装置11の機能ブロックを示している。シャント抵抗2に流れる母線電流Idcは電流検出部21に取り込まれ、この電流検出部21において三相の相電流Iu、Iv、Iwが求められる。この場合、各電圧指令値Vu、Vv、Vwが離れた範囲では、図3に示す如く例えば、(1)と(2)の期間内で直流母線電流Idcが検出される。   FIG. 6 shows functional blocks of the control device 11. The bus current Idc flowing through the shunt resistor 2 is taken into the current detection unit 21, and the current detection unit 21 obtains three-phase phase currents Iu, Iv, and Iw. In this case, in the range where the voltage command values Vu, Vv, and Vw are separated, for example, the DC bus current Idc is detected within the period (1) and (2) as shown in FIG.

期間(1)では、図1に示すようにU相用の上アームのスイッチング素子7uがONで、V相用の下アームのスイッチング素子8vがON、W相用の下アームのスイッチング素子8wがONであるので、U相の相電流Iu(符号は負)は期間(1)で検出された直流母線電流Idcであると推定される。   In the period (1), as shown in FIG. 1, the switching element 7u for the upper arm for the U phase is ON, the switching element 8v for the lower arm for the V phase is ON, and the switching element 8w for the lower arm for the W phase is Since it is ON, the U-phase phase current Iu (sign is negative) is estimated to be the DC bus current Idc detected in the period (1).

期間(2)では、図2に示すようにU相用の上アームのスイッチング素子7uがONで、V相用の上アームのスイッチング素子7vがON、W相用の下アームのスイッチング素子8wがONであるので、W相の相電流Iw(符号は負)は期間(2)で検出された直流母線電流Idcであると推定される。   In the period (2), as shown in FIG. 2, the U-phase upper arm switching element 7u is ON, the V-phase upper arm switching element 7v is ON, and the W-phase lower arm switching element 8w is ON. Since it is ON, the W-phase phase current Iw (sign is negative) is estimated to be the DC bus current Idc detected in the period (2).

また、U相の相電流IuとV相の相電流IvとW相の相電流Iwとの和が零となることからIv=−(Iu+Iw)でV相の相電流Ivも推定される。このようにして各相電流Iu、Iv、Iwを求める。   Further, since the sum of the U-phase phase current Iu, the V-phase phase current Iv, and the W-phase phase current Iw becomes zero, the V-phase phase current Iv is also estimated by Iv = − (Iu + Iw). In this way, the phase currents Iu, Iv, and Iw are obtained.

(2シャント方式:第1の電流検出モードについて)
次に、2シャント方式による第1の電流検出モードについて説明する。この第1の電流検出モードでは、制御装置(制御手段)11は、自らが出力するパルス信号U、Ubar、V、Vbar、W、Wbarに基づき、所定周期(キャリア信号の周期)でシャント抵抗12及び13に流れるV相の相電流Iv及びW相の相電流Iwを検出する。シャント抵抗12、13に流れるV相の相電流Iv、W相の相電流Iwは図6の電流検出部21に取り込まれ、この電流検出部21において三相の相電流Iu、Iv、Iwが求められる。
(Two shunt method: About the first current detection mode)
Next, the first current detection mode by the two shunt method will be described. In this first current detection mode, the control device (control means) 11 has a shunt resistor 12 in a predetermined cycle (carrier signal cycle) based on the pulse signals U, Ubar, V, Vbar, W, Wbar output by itself. And the V-phase phase current Iv and the W-phase phase current Iw flowing through the first and second currents 13 and 13 are detected. The V-phase current Iv and the W-phase current Iw flowing through the shunt resistors 12 and 13 are taken into the current detection unit 21 in FIG. 6, and the current detection unit 21 obtains the three-phase phase currents Iu, Iv, and Iw. It is done.

この場合、図4に示す如くU相用の上アームのスイッチング素子7uがONで、V相用の下アームのスイッチング素子8vがON、W相用の下アームのスイッチング素子8wがONである期間で、シャント抵抗12によりV相の相電流Iv(符号は負)が検出され、シャント抵抗13によりW相の相電流Iw(符号は負)が検出される。また、U相の相電流IuとV相の相電流IvとW相の相電流Iwとの和が零となることからIu=−(Iv+Iw)でU相の相電流Iuも求められる。このようにして各相電流Iu、Iv、Iwを求める。   In this case, as shown in FIG. 4, the switching element 7u for the upper arm for the U phase is ON, the switching element 8v for the lower arm for the V phase is ON, and the switching element 8w for the lower arm for the W phase is ON. Thus, the V-phase current Iv (sign is negative) is detected by the shunt resistor 12, and the W-phase current Iw (sign is negative) is detected by the shunt resistor 13. Further, since the sum of the U-phase phase current Iu, the V-phase phase current Iv, and the W-phase phase current Iw becomes zero, the U-phase phase current Iu is also obtained by Iu = − (Iv + Iw). In this way, the phase currents Iu, Iv, and Iw are obtained.

(2シャント電流コピー方式:第2の電流検出モードについて)
次に、2シャント電流コピー方式による第2の電流検出モードについて説明する。ここで、上記2シャント方式では、電圧指令値がデューティー略100%の高負荷状態となると、例えば図5の位相90°付近(特定の角度の範囲)でV相用の下アームのスイッチング素子8vが1キャリア周波数の略全域においてオフしてしまうため、位相90°付近ではV相の電流Ivを検出できなくなる。同様に、位相210°付近(特定の角度の範囲)ではW相の電流Iwが検出できなくなる。
(Two-shunt current copy method: Second current detection mode)
Next, the second current detection mode by the two-shunt current copy method will be described. Here, in the two-shunt method, when the voltage command value is in a high load state with a duty of approximately 100%, for example, the switching element 8v for the V-phase lower arm around the phase 90 ° (range of specific angle) in FIG. Is turned off in substantially the entire region of one carrier frequency, so that the V-phase current Iv cannot be detected in the vicinity of the phase of 90 °. Similarly, the W-phase current Iw cannot be detected in the vicinity of the phase 210 ° (in a specific angle range).

一方で、現在から180°前の位相(時間)の電流値は、現在の電流値と極性が逆で、且つ、略同一の絶対値となる。また、180°前の近傍の位相の電流値も、現在の電流値と極性が逆で、且つ、略同一の絶対値となる。そこで、この第2の電流検出モードでは、後述する電圧指令値Vv、Vu、Vwのデューティーが100%より少許小さい(例えば85%。或いは、85%〜95%のうちの何れかの値。以下、同じ)値H・Dutyを超えた場合、電流検出部21はV相の相電流Iv及びW相の相電流Iwの検出と、U相の相電流Iuの推定を行わない。   On the other hand, the current value of the phase (time) 180 degrees before the present is opposite in polarity to the current current value and has substantially the same absolute value. Also, the current value of the phase in the vicinity of 180 ° before is opposite to the current current value and has almost the same absolute value. Therefore, in this second current detection mode, the duty of voltage command values Vv, Vu, Vw, which will be described later, is less than 100% (for example, 85%, or any value from 85% to 95%, below). When the value H · Duty is exceeded, the current detection unit 21 does not detect the phase current Iv of the V phase and the phase current Iw of the W phase and does not estimate the phase current Iu of the U phase.

そして、電流検出部21は現在の位相から180°前の位相、若しくは、180°前の近傍の位相の電流値から現在の電流値を演算によって求める。例えば、図5の位相P2で電圧指令値のデューティーがH・Dutyを超えた場合、V相電流Ivを検出できなくなると判断し、そこから180°前の位相P3(若しくはその近傍の位相)のV相の相電流Ivを採用し、その極性を反転した同一の値の相電流Ivが現在流れているものとする。W相の相電流Iwも同様である。   Then, the current detection unit 21 obtains the current current value by calculation from the current value of the phase 180 ° before the current phase or a phase near 180 ° before. For example, if the duty of the voltage command value exceeds H · Duty in phase P2 of FIG. 5, it is determined that the V-phase current Iv cannot be detected, and the phase P3 (or a phase in the vicinity thereof) 180 ° before that is determined. It is assumed that the phase current Iv of the V phase is adopted and the phase current Iv having the same value with the polarity reversed is currently flowing. The same applies to the phase current Iw of the W phase.

この場合、電流検出部21は位相P2の前のサンプリング時に回転速度(推定値)が現在も同一であるとし(即ち、同じ速度で回っていると仮定)、その回転速度で次のサンプリングまでに進んだものとして現在(P2)の位相θを把握する。そして、このP2の位相から180°前の位相、若しくは、180°前の近傍の位相P3を特定する。   In this case, the current detection unit 21 assumes that the rotation speed (estimated value) is the same at the time of sampling before the phase P2 (that is, it is rotating at the same speed), and at that rotation speed until the next sampling. The phase (θ2) at present (P2) is grasped as advanced. Then, the phase 180 ° before the phase of P2 or the phase P3 in the vicinity of 180 ° is specified.

尚、この第2の電流検出モードでも、前記特定の角度の範囲以外では前記第1の電流検出モードと同様にシャント抵抗12、13が検出する現在の電流値から各相電流Iu、Iv、Iwを求める。また、これらの電流検出モードの切り換えについては後に詳述する。   In the second current detection mode, the phase currents Iu, Iv, Iw are determined from the current values detected by the shunt resistors 12, 13 in the same manner as in the first current detection mode, except in the range of the specific angle. Ask for. The switching of these current detection modes will be described in detail later.

(電動機の制御について)
制御装置11の電流検出部21では、このようにして各相電流Iu、Iv、Iwが求められる。次に、3相2相座標変換部22において、電流検出部21で求められた各相電流Iu、Iv、Iwを3相2相変換し、q軸電流Iqと、d軸電流Idが算出される。次に、位置・速度推定器23において、3相2層座標変換部22で算出されたq軸電流Iqとd軸電流Id、及び、q軸電流制御部24及びd軸電流制御部26で算出されるq軸電圧及びd軸電圧を用いて電動機6の回転速度、ロータ(回転子)の磁極位置が推定される。
(About motor control)
In the current detection unit 21 of the control device 11, the phase currents Iu, Iv, Iw are obtained in this way. Next, in the three-phase / two-phase coordinate conversion unit 22, the phase currents Iu, Iv, and Iw obtained by the current detection unit 21 are three-phase / two-phase converted, and the q-axis current Iq and the d-axis current Id are calculated. The Next, in the position / velocity estimator 23, the q-axis current Iq and the d-axis current Id calculated by the three-phase two-layer coordinate conversion unit 22 and the q-axis current control unit 24 and the d-axis current control unit 26 are calculated. The rotation speed of the electric motor 6 and the magnetic pole position of the rotor (rotor) are estimated using the q-axis voltage and the d-axis voltage.

次に、速度制御部27において、位置・速度推定器22で推定された回転速度及び目標回転速度(例えば、空気調和機により空調される被調和室の温度に基づいて算出される)から、PI制御により目標q軸電流(q軸電流はトルクに比例)が算出される。次に、q軸電流制御部24において、この速度制御部27で算出された目標q軸電流と、3相2相座標変換部22で算出された実際のq軸電流Iqから、PI制御によりq軸電圧が算出される。   Next, in the speed control unit 27, PI is calculated from the rotational speed estimated by the position / speed estimator 22 and the target rotational speed (for example, calculated based on the temperature of the conditioned room air-conditioned by the air conditioner). A target q-axis current (q-axis current is proportional to torque) is calculated by the control. Next, in the q-axis current control unit 24, the q-current is calculated by PI control from the target q-axis current calculated by the speed control unit 27 and the actual q-axis current Iq calculated by the three-phase two-phase coordinate conversion unit 22. A shaft voltage is calculated.

一方、弱め磁束制御部28(弱め磁束制御とは誘起電圧を減らす制御)において、位置・速度推定器23で推定された回転速度(推定値)と速度制御部27で算出された目標q軸電流から目標d軸電流が求められる。次に、d軸電流制御部26において、この弱め磁束制御部28で算出された目標d軸電流と3相2相座標変換部22で算出された実際のd軸電流Idから、PI制御によりd軸電圧が算出される。   On the other hand, in the flux weakening control unit 28 (control to reduce the induced voltage), the rotational speed (estimated value) estimated by the position / speed estimator 23 and the target q-axis current calculated by the speed control unit 27 are used. From the target d-axis current. Next, in the d-axis current control unit 26, the target d-axis current calculated by the magnetic flux weakening control unit 28 and the actual d-axis current Id calculated by the three-phase two-phase coordinate conversion unit 22 are used to perform d control by PI control. A shaft voltage is calculated.

そして、2相3相座標変換部29において、q軸電流制御部24及びd軸電流制御部26で算出されたq軸電圧とd軸電圧を2相3相変換することにより、U相の電圧指令値Vu、V相の電圧指令値Vv、W相の電圧指令値Vwが算出される。この三相の電圧指令値Vu、Vv、Vwは、更にパルス幅変調され、インバータ主回路3の各アームのスイッチング素子7u、8u、7v、8v、7w、8wをそれぞれON/OFF制御するパルス信号U、Ubar、V、Vbar、W、Wbarが生成される。   In the two-phase / three-phase coordinate conversion unit 29, the U-phase voltage is converted by two-phase / three-phase conversion of the q-axis voltage and the d-axis voltage calculated by the q-axis current control unit 24 and the d-axis current control unit 26. A command value Vu, a V-phase voltage command value Vv, and a W-phase voltage command value Vw are calculated. These three-phase voltage command values Vu, Vv, Vw are further pulse width modulated, and pulse signals for ON / OFF control of the switching elements 7u, 8u, 7v, 8v, 7w, 8w of each arm of the inverter main circuit 3, respectively. U, Ubar, V, Vbar, W, Wbar are generated.

インバータ主回路3ではこのパルス信号U、Ubar、V、Vbar、W、Wbarにより各スイッチング素子7u、8u、7v、8v、7w、8wがON/OFF制御され、電動機6が運転制御されるものである。このようにして、制御装置11は電動機6のセンサレスベクトル制御を実行する。   In the inverter main circuit 3, the switching elements 7u, 8u, 7v, 8v, 7w, 8w are ON / OFF controlled by the pulse signals U, Ubar, V, Vbar, W, Wbar, and the operation of the motor 6 is controlled. is there. In this way, the control device 11 performs sensorless vector control of the electric motor 6.

(電流検出モードの切り換えについて)
次に、図7、図8を用いて制御装置11の電流検出部21における電流検出モードの切り換え動作について説明する。前述した如く1シャント方式では低負荷時に1相分の相電流しか検出できなくなる。また、騒音・振動が発生し易い。これは、2相の電圧指令値が略同じになるときが周期的にあり、そのとき1シャント方式では、1相の電流のみしか検出できなくなる。そのため、係る状況でも2相の電流を検出できるように、電圧指令値が略同じになる2相の電圧指令値を上下にずらす補正を行うものであるが、その補正のために、今度は電圧指令値が本来の正弦波からずれるため、電動機6の騒音・振動の原因となるからである。一方、2シャント方式では1シャント方式に比べて騒音・振動を抑えられるが、高負荷時に相電流を検出できなくなる問題がある。更に、2シャント電流コピー方式では、前回の電流値を換えて、或いは、前回の電流値から演算によって現在の電流値を求めるため、負荷変動や直流電源部4の電圧変動が大きくなると、前回と今回の値の差が大きくなって利用できなくなる問題がある(各方式における問題点を図7に×で示す)。
(About switching the current detection mode)
Next, the switching operation of the current detection mode in the current detection unit 21 of the control device 11 will be described with reference to FIGS. As described above, in the single shunt method, only a phase current for one phase can be detected at a low load. Also, noise and vibration are likely to occur. This is periodically when the two-phase voltage command values are substantially the same. At that time, only one-phase current can be detected in the one-shunt method. Therefore, in order to detect the two-phase current even in such a situation, a correction is performed to shift the two-phase voltage command values up and down so that the voltage command values are substantially the same. This is because the command value deviates from the original sine wave, which causes noise and vibration of the motor 6. On the other hand, the two-shunt method can suppress noise and vibration compared to the one-shunt method, but has a problem that the phase current cannot be detected at a high load. Further, in the two-shunt current copy method, the current value is obtained by changing the previous current value or by calculating from the previous current value. Therefore, when the load fluctuation or the voltage fluctuation of the DC power supply unit 4 increases, There is a problem that the difference between the current values becomes large and the system cannot be used (the problem in each method is indicated by x in FIG. 7).

そこで、制御装置11の電流検出部21は、電動機6の運転状態と直流電源部4の状態に応じて、上記第1〜第3の電流検出モードを切り換えて実行する。次に、図8のフローチャートを用いて電流検出部21における相電流の検出、推定についての電流検出モードの切り換え動作を説明する。   Therefore, the current detection unit 21 of the control device 11 switches and executes the first to third current detection modes according to the operation state of the electric motor 6 and the state of the DC power supply unit 4. Next, the switching operation of the current detection mode for the detection and estimation of the phase current in the current detection unit 21 will be described using the flowchart of FIG.

即ち、図8のステップS1で電圧指令値Vu、Vv、Vwに基づき、現在電動機7が高負荷の状態であるか否か判断する。現在の電圧指令値が所定値以下で、電動機7の運転状態が高負荷状態では無い場合、ステップS4に進んで前述した2シャント方式の第1の電流検出モードを実行し、各相電流Iu、Iv、Iwを求める。これによって、1シャント方式に比して騒音・振動を抑えた電動機6の運転が行われる。   That is, in step S1 of FIG. 8, it is determined whether the electric motor 7 is currently in a high load state based on the voltage command values Vu, Vv, Vw. When the current voltage command value is equal to or less than the predetermined value and the operation state of the motor 7 is not a high load state, the process proceeds to step S4 to execute the first current detection mode of the two-shunt method described above, and each phase current Iu, Iv and Iw are obtained. As a result, the motor 6 is operated with reduced noise and vibration compared to the single shunt method.

次に、ステップS1で現在の電圧指令値が所定値より大きく高負荷状態である場合、ステップS2に進み、電圧指令値に基づいて負荷の変動が大きいか否か、及び、直流電源部4の電圧値の変動が大きいか否か判断する。そして、所定期間内における負荷の変動幅が所定値以内であり、且つ、電圧の変動幅も所定値以内である場合、ステップS3に進んで前述した2シャント電流コピー方式の第2の電流検出モードを実行し、特定の角度の範囲では各相電流Iu、Iv、Iwを前回のものと置き換えて、或いは、その近傍から算出したものに置き換えて使用する。これによって、2シャント方式では不可能であったデューティー略100%の高負荷状態での相電流の推定が可能となる。   Next, when the current voltage command value is larger than the predetermined value and in a high load state in step S1, the process proceeds to step S2, whether or not the load fluctuation is large based on the voltage command value, and the DC power supply unit 4 It is determined whether or not the voltage value varies greatly. When the load fluctuation range within the predetermined period is within the predetermined value and the voltage fluctuation range is also within the predetermined value, the process proceeds to step S3 and the second current detection mode of the above-described two-shunt current copy method is performed. In a specific angle range, the phase currents Iu, Iv, Iw are replaced with the previous ones, or replaced with those calculated from the vicinity thereof. This makes it possible to estimate the phase current in a high load state with a duty of approximately 100%, which was impossible with the two-shunt method.

一方、ステップS2で所定期間内における負荷の変動幅が所定値より大きく、又は、電圧の変動幅が所定値より大きい場合、2シャント電流コピー方式では問題があるため、ステップS5に進み、前述した1シャント方式の第3の電流検出モードを実行して、各相電流Iu、Iv、Iwを求める。このような、各電流検出モードの切り換えを行うことにより、低負荷から高負荷まで、電動機6の運転状態に関わらず、各電流検出モードの長所のみを利用し、変動に強く、騒音・振動を抑えた、的確なセンサレスベクトル制御を実現することができるようになる。   On the other hand, if the load fluctuation range within the predetermined period is larger than the predetermined value in step S2 or the voltage fluctuation range is larger than the predetermined value, there is a problem in the two-shunt current copy method. The third current detection mode of the one shunt method is executed to obtain each phase current Iu, Iv, Iw. By switching each current detection mode in this way, from the low load to the high load, regardless of the operating state of the electric motor 6, only the advantages of each current detection mode are used, and it is resistant to fluctuations, and noise and vibration are reduced. Suppressed and accurate sensorless vector control can be realized.

尚、上述した実施形態では図8のステップS2における変動を、負荷変動と電圧変動を元に判断したが、それに限らず、電動機6の負荷変動のみを対象として判断してもよい。但し、実施例の如く直流電源部4の電圧変動も加味することにより、第2の電流検出モードから第1の電流検出モードへの切り換えをより的確に行うことができるようになる。   In the above-described embodiment, the change in step S2 in FIG. 8 is determined based on the load change and the voltage change. However, the determination is not limited to this, and only the load change of the electric motor 6 may be determined. However, the switching from the second current detection mode to the first current detection mode can be performed more accurately by taking into account the voltage fluctuation of the DC power supply unit 4 as in the embodiment.

また、実施形態では第2の電流検出モードにおいて、180°前の位相、若しくはその近傍の位相の電流値から現在の電流値を算出したが、それに限らず、例えば180°前の前後二つの位相における電流値、或いは、180°前、及び、その近傍の位相における更に多くの複数の位相における電流値に基づき、それらから所定の計算式(演算)によって現在の電流値を算出するようにしてもよい。そのようにすることで、より正確に現在の電流値の推定を行うことが可能となる。   In the embodiment, in the second current detection mode, the current current value is calculated from the current value of the phase before 180 ° or a phase in the vicinity thereof. However, the present invention is not limited to this, for example, two phases before and after 180 ° Or the current value at a plurality of phases 180 degrees before and in the vicinity thereof, and the current value may be calculated from them using a predetermined calculation formula (calculation). Good. By doing so, it is possible to estimate the current value more accurately.

1 インバータ装置
2、12、13 シャント抵抗
3 インバータ主回路
4 直流電源部
6 電動機
7u〜7w、8u〜8w スイッチング素子
11 制御装置
21 電流検出部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inverter apparatus 2, 12, 13 Shunt resistance 3 Inverter main circuit 4 DC power supply part 6 Electric motor 7u-7w, 8u-8w Switching element 11 Control apparatus 21 Current detection part

Claims (2)

相反するON/OFF動作を行う2つのスイッチング素子を直流電源に直列に接続して成る三つのアームを三相ブリッジ状に結線し、三相PWM方式の三相疑似交流電圧を電動機に印加するインバータ主回路と、
該インバータ主回路の母線と直列に前記直流電源に接続された母線電流用シャント抵抗と、
前記インバータ主回路の三つのアームのうち、少なくとも二つのアームと直列に前記直流電源に接続された相電流用シャント抵抗と、
所定の周期で前記シャント抵抗に流れる電流を検出し、その検出された電流に基づいて、前記インバータ主回路のそれぞれのスイッチング素子のON/OFF動作を制御する制御手段とを備え、
該制御手段は、前記電動機の運転状態に応じて、
前記相電流用シャント抵抗にて検出された電流値を用いる第1の電流検出モードと、
特定の角度の範囲以外では前記相電流用シャント抵抗にて検出された電流値を用い、前記特定の角度の範囲では、180°前の時間に検出された電流値をこの特定の角度の範囲の電流値に換えて用い、又は、その近傍において前記相電流用シャント抵抗により検出された電流値から現在の電流値を演算によって算出し、その算出した値を前記特定の角度の範囲の電流値に換えて用いる第2の電流検出モードと、
前記母線電流用シャント抵抗にて検出された電流値を用いる第3の電流検出モードとを切り替えて実行することを特徴とするインバータ装置。
Inverter that connects three switching elements that perform opposite ON / OFF operations in series to a DC power supply and connects three arms in a three-phase bridge shape to apply a three-phase PWM three-phase pseudo-AC voltage to the motor The main circuit;
A shunt resistor for bus current connected to the DC power source in series with the bus of the inverter main circuit;
Of the three arms of the inverter main circuit, a shunt resistor for phase current connected to the DC power supply in series with at least two arms,
Control means for detecting a current flowing through the shunt resistor at a predetermined period and controlling the ON / OFF operation of each switching element of the inverter main circuit based on the detected current;
The control means, according to the operating state of the electric motor,
A first current detection mode using a current value detected by the phase current shunt resistor;
The current value detected by the phase current shunt resistor is used in a range other than the specific angle range. In the specific angle range, the current value detected at a time 180 degrees before the current value is detected. The current value is used by calculation instead of the current value detected by the phase current shunt resistor in the vicinity of the current value, and the calculated value is used as the current value in the specific angle range. A second current detection mode used instead,
An inverter device characterized by switching and executing a third current detection mode using a current value detected by the bus current shunt resistor.
前記制御手段は、前記インバータ主回路を制御するための電圧指令値に基づき、前記電動機が高負荷状態ではないときは前記第1の電流検出モードを実行し、
高負荷状態であって負荷変動、及び、電圧変動が大きくない場合は前記第2の電流検出モードを実行し、
高負荷状態であって負荷変動、及び/又は、電圧変動が大きい場合には前記第3の電流検出モードを実行することを特徴とする請求項1に記載のインバータ装置。
The control means executes the first current detection mode when the electric motor is not in a high load state based on a voltage command value for controlling the inverter main circuit,
When the load fluctuation and the voltage fluctuation are not large in the high load state, execute the second current detection mode,
2. The inverter device according to claim 1, wherein the third current detection mode is executed when the load variation and / or the voltage variation is large in a high load state.
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