JP2016181968A - モータ制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】モータ制御装置において、周波数指令および電圧指令に基づいて,信号波を生成する信号波生成部と、キャリア周波数に基づいてキャリア波を生成するキャリア波生成部と、信号波とキャリア波を比較し,ゲート信号を出力するPWM発生部と、ゲート信号に基づいて,スイッチング素子を制御するインバータと、信号波にオフセット量を加算するオフセット量演算部と、を備え,インバータは,パルス電圧を出力し、キャリア周波数は固定され、オフセット演算部は、パルス電圧の基本波の実効値を固定し,基本波より高次の高調波実効値を低減し,基本波より低次の高調波実効値を増加するように,電圧位相0,90,180,270degを含むキャリア1周期内において,前記信号波にオフセット量を加算する。
【選択図】図8
Description
Vn:電圧高調波 n:高調波次数
ここで,損失係数Kとは,交流モータ1の高調波損失Whの特性を表す係数である。交流モータ1の高調波損失の主要因(表1)によって,以下のように定まる。
(1)K = 0:周波数依存性がなく,銅損が主となる場合
(2)K = 1:ヒステリシス損が主となる場合
(3)K = 2:渦電流損が主となる場合
結果として,損失係数Knは, 0以上2以下の値となり,図6の通り正の相関を持つ。以上が,PWM制御の問題点である高調波損失の原因および特徴である。
電圧高調波Vnは,(数4)に示す通り,パルス電圧がスイッチングする位相αk(以下,スイッチング位相角αk)に依存する。そこで,スイッチング位相角αkを調整することで,所望の電圧高調波Vnを得る。このため,(数4)を(数2)に代入し,得られた(数5)を目的関数に設定する。この目的関数を低減あるいは最小化するように,スイッチング位相角αkを調整することで,高調波損失Whを低減あるいは最小化できる。
(2) スイッチング位相角αkを変化させる
(3) スイッチング位相角αkを(数5)に代入し,演算する
(4) (1)で設定した値になるまで,(2)(3)の手順を繰り返す
(5) スイッチング位相角αkに基づき,信号波のオフセット量A*を演算する
(6) オフセット量A*を用いて,信号波の振幅がピークとなる位相90, 270degおよび,傾きが大きくなる位相0,180degを含むキャリア波1周期内(以下,ピーク位相領域およびゼロクロス位相領域)にオフセット補正し,図1に示す補正信号波Vu2*,Vv2*,Vw2*を生成する
(7) 補正信号波とキャリア波を基にパルス電圧を生成し,交流モータ1に印加する
以上の手順によって生成されたパルスパターンを図8に示す。この結果,図8(cに示すとおり,基本波成分を固定したまま,高次の電圧高調波Vnを低減することができるため,(数2)に示す高調波損失Whの低減が可能となる。
(1) 変調率Kh <1の場合
(2) キャリア周波数fcが基本波周波数f1と同期している場合
においては,オフセット量A*を0とする。これは,上記の場合においては高調波損失が小さいためである。前述した条件で一部機能を省略することで,マイコンの演算負荷は低減される。
2…インバータ
3…キャリア波生成部
4…信号波生成部
5…オフセット量演算部
6…加算部
7…PWM発生部
8…V/f制御部
9…ベクトル制御部
10…コンピュータ
VDC…直流電圧
Vu,Vv,Vw…U相パルス電圧,V相パルス電圧,W相パルス電圧
Vu1*,Vv1*,Vw1*…U相信号波,V相信号波,W相信号波
Vuv…線間電圧
Vu2*,Vv2*,Vw2*…U相補正信号波,V相補正信号波,W相補正信号波
Vc*…キャリア波
V1*…電圧指令
Vn…電圧高調波
Guu,Gup…U相ゲート信号
Gvu,Gvp…V相ゲート信号
Gwu,Gwp…W相ゲート信号
θ…電圧位相
F*…速度指令
f1*…周波数指令
f…駆動周波数
fc…キャリア波周波数
Iu,Iv,Iw…U相電流,V相電流,W相電流
Tc…キャリア波周期
T1…信号波周期
T…キャリア波と信号波の最小公倍数分の周期
In…電流高調波
Z…交流モータのインピーダンス
L…交流モータのインダクタンス
K…損失係数
n…高調波次数
Wh…高調波損失
V1…基本波振幅
θ1…基本波位相
A*…オフセット量
αk…スイッチング位相角
Claims (6)
- モータ制御装置において、
周波数指令および電圧指令に基づいて,信号波を生成する信号波生成部と、
キャリア周波数に基づいて.キャリア波を生成するキャリア波生成部と、
前記信号波と前記キャリア波を比較し,ゲート信号を出力するPWM発生部と、
前記ゲート信号に基づいて,スイッチング素子を制御するインバータと、
前記信号波にオフセット量を加算するオフセット量演算部と、を備え,
前記インバータは,パルス電圧を出力し、
前記キャリア周波数は固定され、
前記オフセット演算部は、
前記パルス電圧の基本波の実効値を固定し,
前記基本波より高次の高調波実効値を低減し,
前記基本波より低次の高調波実効値を増加するように,電圧位相0, 90, 180, 270degを含むキャリア1周期内において,前記信号波にオフセット量を加算する、ことを特徴とするモータ制御装置。 - 請求項1に記載するモータ制御装置において,
前記オフセット演算部は,
(数2)の高調波損失Whを低減あるいは最小化するように,前記オフセット量を演算することを特徴とするモータ制御装置。
- 請求項1または請求項2に記載するモータ制御装置において,
前記オフセット演算部は,前記オフセット量を演算するために,前記信号波と前記キャリア波の周期の最小公倍数である周期Tを基準に,高調波の実効値を演算することを特徴とするモータ制御装置。 - 請求項1に記載するモータ制御装置において,
前記オフセット演算部は,前記キャリア波の周波数が一定値以上,あるいは前記信号波の基本波周波数が一定値以下の際,前記オフセット量を0とすることを特徴とするモータ制御装置。 - 請求項1または2に記載するモータ制御装置において,
前記オフセット演算部は,前記基本波の実効値を固定するため,基本波振幅および基本波位相を一定とするようなスイッチング位相角αkで,前記パルス電圧をスイッチングさせることを特徴とするモータ制御装置。 - 請求項1または請求項2に記載するモータ制御装置において,
前記オフセット演算部は,90, 270degを含むキャリア波1周期内のスイッチング幅が,0, 180degを含むキャリア波1周期内のスイッチング幅より大きくなるように,前記スイッチング位相角αkを設定し,前記パルス電圧をスイッチングさせることを特徴とするモータ制御装置。
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