JP2015208106A - Motor drive device - Google Patents
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Description
本発明は、リアクトルを備えた部分スイッチング回路によって電圧を昇圧するモータ駆動装置に関する。 The present invention relates to a motor driving device that boosts a voltage by a partial switching circuit including a reactor.
上述のようなモータ駆動装置として、外部の交流電源から供給される交流電力を部分スイッチング回路によって昇圧した後、整流して直流電力に変換し、さらにその直流電力をインバータによって所定の周波数の交流電力に変換してモータを駆動するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 As a motor driving device as described above, AC power supplied from an external AC power source is boosted by a partial switching circuit, then rectified and converted to DC power, and the DC power is further converted to AC power at a predetermined frequency by an inverter. There is known one that drives a motor by converting to (for example, see Patent Document 1).
このものでは、外部から供給されている交流電力の電圧が低下した場合、部分スイッチング回路内のリアクトルへの短絡時間を長くしてリアクトルに蓄えられるエネルギーを増大させることにより、インバータに供給される直流電力の電圧、すなわち直流リンク電圧を維持するように制御される。 In this case, when the voltage of the AC power supplied from the outside decreases, the DC power supplied to the inverter is increased by increasing the energy stored in the reactor by increasing the short-circuit time to the reactor in the partial switching circuit. Control is performed so as to maintain the voltage of power, that is, the DC link voltage.
上述の従来のモータ駆動装置では、リアクトルへの短絡時間を長くすることにより直流リンク電圧を高めているが、リアクトルへの短絡時間を長くしすぎると、リアクトルのコアが磁気飽和して、リアクトルに過剰な電流が流れることによりリアクトルが過熱し、リアクトルが破損するおそれが生じる。 In the above-described conventional motor drive device, the DC link voltage is increased by increasing the short-circuit time to the reactor, but if the short-circuit time to the reactor is too long, the core of the reactor is magnetically saturated, When the excessive current flows, the reactor is overheated and the reactor may be damaged.
そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、外部から供給される交流電力の電圧が低下した場合であっても、リアクトルが破損することのないモータ駆動装置を提供することを課題とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a motor drive device that does not damage the reactor even when the voltage of the AC power supplied from the outside decreases.
上記課題を解決するために本発明によるモータ駆動装置は、外部の交流電源から供給される交流電力を、リアクトルを備えた部分スイッチング回路で昇圧し、整流して所望する直流リンク電圧の直流電力に変換した後、インバータで所定の周波数の交流電力に変換し、その交流電源でモータを駆動するモータ駆動装置において、上記直流リンク電圧を監視し、直流リンク電圧が所定の目標電圧からずれた場合に、直流リンク電圧をこの目標電圧に一致させるため、上記リアクトルへの短絡時間を増減して補正すると共に、リアクトルの短絡時間の上限時間を設定し、補正後のリアクトルへの短絡時間がこの上限時間を超える場合には短絡時間が上限時間を超えないように制限する短絡時間制御と、直流リンク電圧の測定値が目標電圧の低圧側限界電圧より下がった場合であって、かつ、前回測定した直流リンク電圧より下がっている場合に、上記インバータに対して減速処理を行う回転数制御とを行うことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a motor driving device according to the present invention boosts AC power supplied from an external AC power source by a partial switching circuit including a reactor, and rectifies the AC power to a DC power having a desired DC link voltage. After the conversion, the inverter is converted into AC power having a predetermined frequency, and the DC link voltage is monitored in the motor drive device that drives the motor with the AC power source. When the DC link voltage deviates from the predetermined target voltage, In order to make the DC link voltage match this target voltage, the short-circuit time to the reactor is corrected by increasing / decreasing, and the upper limit time of the reactor short-circuit time is set, and the short-circuit time to the reactor after the correction is set to the upper limit When the value exceeds, the short-circuit time control that limits the short-circuit time so that it does not exceed the upper limit time, and the measured value of the DC link voltage is lower than the target voltage. A case drops below the field voltage, and, if they lower than the DC link voltage measured last time, and performing a rotational speed control for deceleration processing to said inverter.
上記構成では、リアクトルへの短絡時間制御とモータの回転数に対する回転数制御とを行うことを特徴としている。特に電源電圧が低下した場合にはリアクトルへの短絡時間を長くすることによって直流リンク電圧の低下を防止するが、リアクトルが磁気飽和することを防止するため、リアクトルへの短絡時間の上限時間を設けておく。これによってリアクトルの磁気飽和を防止できるが、直流リンク電圧が低下するとモータに脱調等の不具合が生じるおそれがある。そこで、回転数制御では、直流リンク電圧が低下した場合に、一時的にモータの回転数を低下させて、直流リンク電圧の回復を待つ。 The above configuration is characterized in that the short-circuit time control to the reactor and the rotational speed control with respect to the rotational speed of the motor are performed. In particular, when the power supply voltage decreases, the DC link voltage is prevented from decreasing by increasing the short-circuit time to the reactor, but in order to prevent the reactor from magnetic saturation, an upper limit time for the short-circuit time to the reactor is provided. Keep it. This can prevent the magnetic saturation of the reactor, but if the DC link voltage is lowered, there is a possibility that problems such as step-out occur in the motor. Therefore, in the rotational speed control, when the DC link voltage decreases, the rotational speed of the motor is temporarily decreased to wait for the recovery of the DC link voltage.
なお、上記回転数制御において、回転速度の下限値を設定し、減速処理後の回転速度がこの下限値を下回らないように制限することが望ましい。 In the above-described rotation speed control, it is desirable to set a lower limit value of the rotation speed and limit the rotation speed after the deceleration process so that it does not fall below this lower limit value.
以上の説明から明らかなように、本発明は、リアクトルへの短絡時間に上限時間を設定することよってリアクトルが磁気飽和することを防止することができ、この上限時間を設けることにより直流リンク電圧が低下しても、モータの回転数を一時的に減速することによりモータでの脱調を防止することができる。 As is apparent from the above description, the present invention can prevent the reactor from being magnetically saturated by setting the upper limit time for the short circuit time to the reactor, and by providing this upper limit time, the DC link voltage can be reduced. Even if it falls, the motor step-out can be prevented by temporarily reducing the rotational speed of the motor.
図1を参照して、1は本発明によるモータ駆動装置の一例を示している。このモータ駆動装置1には外部の交流電源PSから供給される交流電力が入力される部分スイッチング回路3が設けられており、この部分スイッチング回路3でのスイッチングのタイミングを決定するため、交流電源の位相を検知する位相検知部12が並設されている。
Referring to FIG. 1, reference numeral 1 denotes an example of a motor driving device according to the present invention. The motor drive device 1 is provided with a
この部分スイッチング回路3で昇圧され、かつ直流に整流された直流電力はインバータ4に供給され、所定の周波数の交流電力に変換されてモータ5に供給される。なお、部分スイッチング回路3からインバータ4に供給される直流電力の電圧、すなわち直流リンク電圧は電圧検知部13によって検知される。
The DC power boosted by the
この電圧検知部13および上記位相検知部12で検知した信号はマイコン2に入力される。このマイコン2はこれら入力信号に基づいて、部分スイッチング回路3に対して後述するリアクトルへの短絡時間の制御、および、インバータ4に対してモータ5の回転数制御を行う。
Signals detected by the
図2を合わせて参照して、上記部分スイッチング回路3にはリアクトル31が内蔵されており、整流器32で整流された直流が、IGBT(絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ)33のオンしている時間に供給される。そしてリアクトル31には短絡中にエネルギーが蓄えられ、IGBT33がオフになるとその蓄えられたエネルギーが逆起電力となって外部からの交流電力に重畳し、外部からの交流電力の電圧を昇圧する。そして、その昇圧された交流電力は別の整流器34で整流されて上記インバータ4に供給される。上記マイコン2はこのIGBT33オンオフのタイミングをコントロールしている。
Referring also to FIG. 2, the
この部分スイッチング回路3に対する短絡時間制御について、図3を参照して説明する。この短絡時間制御は一定の周期毎に行われる。マイコン2は予め設定された周期で電圧検知部13が検知する直流リンク電圧を取り込む(SA1)。マイコン2は取り込んだ直流リンク電圧Vdcと電圧目標値Vcとを比較して、直流リンク電圧Vdcの値が次の3つの区分のいずれかに入るかを判断する(SA2)。この3つの区分とは、直流リンク電圧のヒステリシス値aを設定しておき、実際の直流リンク電圧Vdcが(Vc+a)と(Vc−a)との間に入る区分と、Vdc<(Vc−a)の区分と、Vdc>(Vc+a)の区分である。
The short-circuit time control for the
直流リンク電圧Vdcが(Vc+a)と(Vc−a)との間に入る場合には、直流電圧Vdcが正常な状態であるとしてリアクトル31の短絡時間を変更しない。次に、Vdc>(Vc+a)の場合には、リアクトル31の短絡時間が長すぎるので、リアクトル31の短絡時間に関するパラメータを、短絡時間が短い新たなパラメータに置き換える(SA5)。
When the DC link voltage Vdc falls between (Vc + a) and (Vc−a), the short-circuit time of the
注意しなければならないのは、Vdc<(Vc−a)の場合である。この場合には直流リンク電圧Vdcが低いのでリアクトル31の短絡時間を延長する必要があるが、所定の上限時間よりも長くすることができない。そこで、その時点での短絡時間がすでに上限時間に一致するまで延長されているか否かを判断する(SA3)。この時点で短絡時間が上限時間まで延長されていれば、それ以上短絡時間を延長することができないので、短絡時間はその時点の短絡時間が維持される。これに対して、その時点での短絡時間が上限時間まで延長されていなければ、まだ短絡時間を延長することができるので、ステップSA4に進み、リアクトル31の短絡時間に関するパラメータを、短絡時間を所定時間延長した新たなパラメータに置き換える。
It should be noted that Vdc <(Vc−a). In this case, since the DC link voltage Vdc is low, it is necessary to extend the short circuit time of the
このパラメータが前回のまま維持されている場合や、短絡時間を短縮するように置き換えられている場合には、そのパラメータを用いて短絡時間を調節するが、短絡時間を所定時間延長する場合は、その延長によって上記上限時間を越えていないかをチェックし、もし延長後のパラメータによる短絡時間が上限時間を越えている場合には再度パラメータを変更して短絡時間が上限時間になるようにしてから実際に短絡時間を調節する(SA6)。 If this parameter is maintained as it was last time or has been replaced to reduce the short circuit time, the short circuit time is adjusted using that parameter. Check if the upper limit time is exceeded by the extension, and if the short circuit time by the parameter after extension exceeds the upper limit time, change the parameter again so that the short circuit time becomes the upper limit time. The short-circuit time is actually adjusted (SA6).
このように、リアクトル31の短絡時間が上限時間で制限され所定時間延長することができないと、インバータ4に供給される直流リンク電圧Vdcが電圧目標値Vcよりも低下する場合が生じる。このように直流リンク電圧Vdcが低下した状態でモータ5の回転数を維持し続けると、モータ5が脱調するなどの不具合が生じる。
Thus, if the short-circuit time of the
そこで、このような不具合が生じないように、マイコン2はモータ5の回転数制御を行う。図4を参照して、この回転数制御はインバータ4に対して行われるものであり、上記図3に示した短絡時間制御と同様に所定の周期毎に行われる。
Therefore, the
直流リンク電圧Vdcが上記電圧目標値Vcと比較してVdc>Vcであれば、インバータ4には十分な電圧の電力が供給されているので回転数を下げる必要はないが、Vdc<Vcであれば、回転数を変更する必要が生じる(SB1)。
If the DC link voltage Vdc is Vdc> Vc compared to the voltage target value Vc, the
Vdc<Vcの場合、前回測定した直流リンク電圧と今回測定した直流リンク電圧とを比較して、今回の測定値の方が低い場合、すなわち直流リンク電圧が低下し続けている場合にはモータ5の減速処理を行うようにした(SB2→SB5)。ただし、減速処理をする前にその時点での回転速度がすでに下限値まで減速されているかを判断し(SB5)、すでに回転速度が下限値まで減速されていれば、次のステップSB6をパスする。このステップSB6では、回転速度に関するパラメータを所定速度減速された新たなパラメータに置き換える。
When Vdc <Vc, the DC link voltage measured last time is compared with the DC link voltage measured this time. If the current measured value is lower, that is, if the DC link voltage continues to decrease, the
また、上記ステップSB2で前回測定した直流リンク電圧より今回測定した直流リンク電圧の方が高い場合には、直流リンク電圧が回復しつつある状態であり、かつ、その時点ではすでにモータ5の回転速度は減速されている状態であるので、加速処理を行い、回転速度を回復する必要がある(SB2→SB3)。
If the DC link voltage measured this time is higher than the DC link voltage measured last time in step SB2, the DC link voltage is recovering and the rotational speed of the
ただし、加速処理をする前にその時点での回転速度がすでに上限値まで加速されているかを判断し(SB5)、すでに回転速度が上限値まで加速されていれば、次のステップSB4をパスする。このステップSB4では、回転速度に関するパラメータを所定速度加速された新たなパラメータに置き換える。なお、この上限値とは、本来の回転速度、すなわち直流リンク電圧の低下がない場合の回転速度である。 However, before performing the acceleration process, it is determined whether the rotational speed at that time has already been accelerated to the upper limit value (SB5). If the rotational speed has already been accelerated to the upper limit value, the next step SB4 is passed. . In step SB4, the parameter relating to the rotational speed is replaced with a new parameter accelerated at a predetermined speed. The upper limit value is the original rotation speed, that is, the rotation speed when there is no decrease in the DC link voltage.
このようにパラメータが変更されると、その変更されたパラメータによってモータ5の回転速度を調節するが、ステップSB6で減速処理された結果、下限値を下回っている場合には再度パラメータを変更して回転速度が下限値になるようにする。また、ステップSB4で加速処理された結果、上限値を上回っている場合には再度パラメータを変更して回転速度が上限値になるようにする(SB7)。
When the parameter is changed in this way, the rotational speed of the
そして最後に、上記ステップSB2で用いる前回測定した電圧値の値をステップSB1で取り込んだ今回の電圧値で更新する(SB8。) Finally, the previously measured voltage value used in step SB2 is updated with the current voltage value acquired in step SB1 (SB8).
なお、本発明は上記した形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもかまわない。 In addition, this invention is not limited to an above-described form, You may add a various change in the range which does not deviate from the summary of this invention.
1 モータ駆動装置
2 マイコン
3 部分スイッチング回路
4 インバータ
5 モータ
12 位相検知部
13 電圧検知部
31 リアクトル
32 整流器
34 整流器
Vc 電圧目標値
Vdc 直流リンク電圧
a ヒステリシス値
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
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