JP2017028827A - Inverter device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気車両等に搭載されるモータを駆動するインバータ装置に関する。 The present invention relates to an inverter device that drives a motor mounted on an electric vehicle or the like.
電動フォークリフトやプラグインハイブリッド車など、モータの動力を利用して走行する電気車両の普及に伴い、電気車両に搭載されるモータを駆動するインバータ装置の技術向上が図られている。例えば、特許文献1参照。 With the widespread use of electric vehicles such as electric forklifts and plug-in hybrid vehicles that travel using the power of motors, improvements in the technology of inverter devices that drive motors mounted on electric vehicles have been attempted. For example, see Patent Document 1.
インバータ装置の一例として、モータに流れる実電流が電流指令値に追従するようにd軸電圧指令値及びq軸電圧指令値を求め、d軸電圧指令値及びq軸電圧指令値をモータの各相にそれぞれ対応する電圧指令値に変換し、それら電圧指令値と基準波との比較結果に基づいて、モータの各相にそれぞれ対応するパルス幅変調信号を求め、それらパルス幅変調信号によりインバータ回路に備えられるスイッチング素子のオン、オフを制御することで、モータの各相に互いに位相が異なる交流電圧を印加しモータを駆動するものがある(パルス幅変調制御(PWM(Pulse Width Modulation)制御))。 As an example of the inverter device, the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value are obtained so that the actual current flowing through the motor follows the current command value, and the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value are obtained for each phase of the motor. Are converted into voltage command values corresponding to each, and based on the comparison result between the voltage command values and the reference wave, a pulse width modulation signal corresponding to each phase of the motor is obtained, and the pulse width modulation signal is used for the inverter circuit. Some motors are driven by controlling the ON / OFF of the switching elements provided to apply AC voltages with different phases to each phase of the motor (pulse width modulation control (PWM (Pulse Width Modulation) control)) .
また、インバータ装置の他の例として、トルク指令値とトルク推定値とのトルク差分値により求められる電圧位相に基づいて、モータの各相にそれぞれ対応する矩形波制御信号を求め、それら矩形波制御信号によりインバータ回路に備えられるスイッチング素子のオン、オフを制御することで、モータの各相に互いに位相が異なる交流電圧を印加しモータを駆動するものがある(矩形波制御)。 As another example of the inverter device, a rectangular wave control signal corresponding to each phase of the motor is obtained based on the voltage phase obtained from the torque difference value between the torque command value and the torque estimated value, and the rectangular wave control is performed. Some control devices turn on and off switching elements provided in an inverter circuit to apply AC voltages having different phases to each phase of the motor to drive the motor (rectangular wave control).
また、インバータ装置のさらに他の例として、モータの回転数の変化量が増加して電流指令値とモータに流れる実電流との電流位相差が電流位相差閾値以上になると、矩形波制御からPWM制御に切り替え、モータを高回転高出力で駆動させるためにインバータ回路の入力電圧に対するモータの入力電圧の比である変調率が変調率閾値以上になると、PWM制御から矩形波制御に切り替えるものがある。 As still another example of the inverter device, when the amount of change in the rotation speed of the motor increases and the current phase difference between the current command value and the actual current flowing through the motor exceeds the current phase difference threshold, In order to switch to control and drive the motor at high rotation and high output, when the modulation rate, which is the ratio of the input voltage of the motor to the input voltage of the inverter circuit, is equal to or higher than the modulation rate threshold value, there is one that switches from PWM control to rectangular wave control .
しかしながら、上述のように、変調率や電流位相差に応じてPWM制御と矩形波制御を切り替えるインバータ装置において、PWM制御から矩形波制御への切り替えを制限しているとき(例えば、電気車両が波状路を高速で加速しているときなど、本来なら矩形波制御でモータを駆動するべき状態であるにもかかわらず、モータの回転数の変動量の増加により強制的にPWM制御でモータを駆動しているとき)、指令値との差が縮まらずPI制御の積分項が増加する結果、d軸電圧指令値やq軸電圧指令値が増加して、ある値に固定されてしまうと、モータに流れる実電流を電流指令値に追従させることができなくなりモータに過電流(例えば、矩形波制御時にモータに流れる電流よりも大きい電流)が流れてしまうおそれがある。特許文献1は電源である直流電圧を制御することで、PWM制御の安定化を図っている。 However, as described above, in the inverter device that switches between PWM control and rectangular wave control according to the modulation factor and current phase difference, when switching from PWM control to rectangular wave control is restricted (for example, an electric vehicle is wavy) Even if the motor should be driven by rectangular wave control, such as when accelerating the road at high speed, the motor is forcibly driven by PWM control due to an increase in the fluctuation amount of the motor rotation speed. If the d-axis voltage command value or the q-axis voltage command value increases and is fixed to a certain value as a result of increasing the integral term of PI control without reducing the difference from the command value, The flowing actual current cannot follow the current command value, and an overcurrent (for example, a current larger than the current flowing through the motor during rectangular wave control) may flow through the motor. Patent Document 1 attempts to stabilize PWM control by controlling a DC voltage that is a power source.
本発明の一側面に係る目的は、PWM制御と矩形波制御を切り替えるインバータ装置において、PWM制御から矩形波制御への切り替えを制限しているとき、モータに過電流が流れることを抑えることである。 An object of one aspect of the present invention is to suppress an overcurrent from flowing in a motor when switching from PWM control to rectangular wave control is limited in an inverter device that switches between PWM control and rectangular wave control. .
本発明に係る一つの形態であるインバータ装置は、インバータ回路と、ドライブ回路と、PWM制御回路と、矩形波制御回路と、切替部とを備える。
前記インバータ回路は、モータを駆動する。
An inverter device according to one aspect of the present invention includes an inverter circuit, a drive circuit, a PWM control circuit, a rectangular wave control circuit, and a switching unit.
The inverter circuit drives a motor.
前記ドライブ回路は、前記インバータ回路を駆動する。
前記PWM制御回路は、電流指令値と前記モータに流れる実電流との電流差分値を用いたPI制御により求められる電圧指令値に基づくパルス幅変調制御によって前記モータの駆動が制御されるように、前記ドライブ回路の駆動を制御する。
The drive circuit drives the inverter circuit.
The PWM control circuit is configured such that the driving of the motor is controlled by pulse width modulation control based on a voltage command value obtained by PI control using a current difference value between a current command value and an actual current flowing through the motor. The drive of the drive circuit is controlled.
前記矩形波制御回路は、矩形波制御によって前記モータの駆動が制御されるように、前記ドライブ回路の駆動を制御する。
前記切替部は、前記電流指令値と前記モータに流れる実電流とにより求められる電流位相差が電流位相差閾値以上になると、前記矩形波制御から前記パルス幅変調制御に切り替え、前記インバータ回路の入力電圧に対する前記モータの入力電圧の比である変調率が第1の変調率閾値以上になると、前記パルス幅変調制御から前記矩形波制御に切り替える。
The rectangular wave control circuit controls driving of the drive circuit so that driving of the motor is controlled by rectangular wave control.
The switching unit switches from the rectangular wave control to the pulse width modulation control when a current phase difference determined by the current command value and the actual current flowing through the motor is equal to or greater than a current phase difference threshold, and inputs the inverter circuit When the modulation rate, which is the ratio of the motor input voltage to the voltage, becomes equal to or higher than the first modulation rate threshold, the pulse width modulation control is switched to the rectangular wave control.
また、前記PWM制御回路は、PWM制御から矩形波制御への切り替えを制限しているとき、かつ、前記変調率が前記第1の変調率閾値よりも小さい第2の変調率閾値以上である場合、前記電圧指令値を制限する。 Further, when the PWM control circuit restricts switching from PWM control to rectangular wave control, and the modulation factor is equal to or greater than a second modulation factor threshold smaller than the first modulation factor threshold The voltage command value is limited.
本発明によれば、PWM制御と矩形波制御を切り替えるインバータ装置において、PWM制御から矩形波制御への切り替えを制限しているとき、モータに過電流が流れることを抑えることができる。 According to the present invention, in an inverter device that switches between PWM control and rectangular wave control, when switching from PWM control to rectangular wave control is restricted, it is possible to suppress overcurrent from flowing through the motor.
以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
図1は、実施形態のインバータ装置の構成例を示す図である。
図1に示すインバータ装置1は、例えば、電動フォークリフトやプラグインハイブリッド車などの電気車両に搭載されるモータを駆動するためのインバータ装置であって、インバータ回路2と、ドライブ回路3と、電圧検出部4と、電流検出部5、6と、PWM制御回路7と、回転角検出部8と、矩形波制御回路9と、切替部10と、記憶部11とを備える。なお、記憶部11は、RAM(Random Access Memory)やROM(Random Access Memory)などである。
Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an inverter device according to an embodiment.
An inverter device 1 shown in FIG. 1 is an inverter device for driving a motor mounted on an electric vehicle such as an electric forklift or a plug-in hybrid vehicle, and includes an inverter circuit 2, a
インバータ回路2は、モータmを駆動するものであって、コンデンサCと、スイッチング素子21〜26(例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor))とを備える。すなわち、コンデンサCの一方端が直流電源Pの正極端子及びスイッチング素子21〜23の各コレクタ端子に接続され、コンデンサCの他方端が直流電源Pの負極端子及びスイッチング素子24〜26の各エミッタ端子に接続されている。スイッチング素子21のエミッタ端子はスイッチング素子24のコレクタ端子及びモータmのU相の入力端子に接続され、スイッチング素子22のエミッタ端子はスイッチング素子25のコレクタ端子及びモータmのV相の入力端子に接続され、スイッチング素子23のエミッタ端子はスイッチング素子26のコレクタ端子及びモータmのW相の入力端子に接続されている。
The inverter circuit 2 drives the motor m and includes a capacitor C and switching
コンデンサCは、直流電源Pから出力されインバータ回路2へ入力される電圧を平滑する。
スイッチング素子21〜26は、それぞれ、ドライブ回路3から出力され自身のゲート端子に入力される駆動信号に基づいて、オン、オフする。スイッチング素子21〜26がそれぞれオン、オフすることで、直流電源Pから出力される直流電圧が、互いに位相が120度ずつ異なる3つの交流電圧に変換され、それら交流電圧がモータmのU相、V相、及びW相の入力端子に印加されモータmが駆動する。
Capacitor C smoothes the voltage output from DC power supply P and input to inverter circuit 2.
The
ドライブ回路3は、入力されるPWM制御信号(パルス幅変調制御信号)または矩形波制御信号に応じてインバータ回路2を駆動する。例えば、ドライブ回路3は、入力されるU相PWM制御信号またはU相矩形波制御信号がハイレベルのとき、スイッチング素子21をオン、スイッチング素子24をオフさせる駆動信号をスイッチング素子21、24の各ゲート端子に入力し、入力されるU相PWM制御信号またはU相矩形波制御信号がローレベルのとき、スイッチング素子21をオフ、スイッチング素子24をオンさせる駆動信号をスイッチング素子21、24の各ゲート端子に入力する。また、ドライブ回路3は、入力されるV相PWM制御信号またはV相矩形波制御信号がハイレベルのとき、スイッチング素子22をオン、スイッチング素子25をオフさせる駆動信号をスイッチング素子22、25の各ゲート端子に入力し、入力されるV相PWM制御信号またはV相矩形波制御信号がローレベルのとき、スイッチング素子22をオフ、スイッチング素子25をオンさせる駆動信号をスイッチング素子22、25の各ゲート端子に入力する。また、ドライブ回路3は、入力されるW相PWM制御信号またはW相矩形波制御信号がハイレベルのとき、スイッチング素子23をオン、スイッチング素子26をオフさせる駆動信号をスイッチング素子23、26の各ゲート端子に入力し、入力されるW相PWM制御信号またはW相矩形波制御信号がローレベルのとき、スイッチング素子23をオフ、スイッチング素子26をオンさせる駆動信号をスイッチング素子23、26の各ゲート端子に入力する。
The
電圧検出部4は、例えば、電圧センサであり、インバータ回路2の入力電圧Vdcを検出する。
電流検出部5は、例えば、電流センサであり、インバータ回路2からモータmのU相の入力端子へ流れる実電流Iuを検出する。
The
The
電流検出部6は、例えば、電流センサであり、インバータ回路2からモータmのW相の入力端子へ流れる実電流Iwを検出する。
PWM制御回路7は、トルク/電流指令値変換部71と、電流座標変換部72と、減算部73、74と、電流制御部75と、電圧座標変換部76と、PWM制御部77とを備える。なお、PWM制御回路7は、例えば、CPU(Central Processing Unit)などにより構成され、CPUが記憶部11に記憶されているプログラムを実行することにより、トルク/電流指令値変換部71、電流座標変換部72、減算部73、減算部74、電流制御部75、電圧座標変換部76、及びPWM制御部77が実現される。
The current detector 6 is, for example, a current sensor, and detects an actual current Iw flowing from the inverter circuit 2 to the W-phase input terminal of the motor m.
The PWM control circuit 7 includes a torque / current command
トルク/電流指令値変換部71は、外部の制御部などから出力されインバータ装置1へ入力されるトルク指令値Trefをd軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*に変換する。例えば、トルク/電流指令値変換部71は、記憶部11に予め記憶されている、トルク指令値Trefとd軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*との対応関係を示す情報を参照して、入力されるトルク指令値Trefに対応するd軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*を取得する。
Torque / current command
電流座標変換部72は、電流検出部5により検出される実電流Iu及び電流検出部6により検出される実電流Iwにより、モータmのV相に流れる実電流Ivを求め、それら実電流Iu、Iv、Iwをd軸実電流Id(弱め界磁を発生させるための電流成分)及びq軸実電流Iq(トルクを発生させるための電流成分)に変換する。
The current coordinate conversion unit 72 obtains the actual current Iv flowing in the V phase of the motor m from the actual current Iu detected by the
減算部73は、d軸実電流Idとd軸電流指令値Id*との電流差分値ΔIdを計算する。
減算部74は、q軸実電流Iqとq軸電流指令値Iq*との電流差分値ΔIqを計算する。
The
The
電流制御部75は、電流差分値ΔId、ΔIqを用いたPI(Proportional Integral)制御により、d軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を求める。
例えば、電流制御部75は、下記式1を計算することによりd軸電圧指令値Vd*を求めるとともに、下記式2を計算することによりq軸電圧指令値Vq*を求める。なお、KpはPI制御の比例項の定数とし、KiはPI制御の積分項の定数とし、ωはモータmの回転子の角速度とし、Lqはモータmのq軸インダクタンスとし、Ldはモータmのd軸インダクタンスとし、Keは誘起電圧定数とする。
The
For example, the
d軸電圧指令値Vd*=Kp×電流差分値ΔId+∫(Ki×電流差分値ΔId)−ωLqIq・・・式1
q軸電圧指令値Vq*=Kp×電流差分値ΔIq+∫(Ki×電流差分値ΔIq)+ωLdId+ωKe・・・式2
電圧座標変換部76は、d軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を、モータmの各相にそれぞれ対応する電圧指令値(U相電圧指令値Vu*、V相電圧指令値Vv*、及びW相電圧指令値Vw*)に変換する。
d-axis voltage command value Vd * = Kp × current difference value ΔId + ∫ (Ki × current difference value ΔId) −ωLqIq Equation 1
q-axis voltage command value Vq * = Kp × current difference value ΔIq + ∫ (Ki × current difference value ΔIq) + ωLdId + ωKe Equation 2
The voltage coordinate
PWM制御部77は、モータmの各相にそれぞれ対応する電圧指令値に基づいて、ドライブ回路3の駆動を制御する。すなわち、PWM制御部77は、U相電圧指令値Vu*と基準波(三角波)との比較結果によりU相PWM制御信号を求め、V相電圧指令値Vv*と基準波との比較結果によりV相PWM制御信号を求め、W相電圧指令値Vw*と基準波との比較結果によりW相PWM制御信号を求める。
The
すなわち、PWM制御回路7は、電流指令値Id*、Iq*とモータmに流れる実電流Id、Iqとの電流差分値ΔId、ΔIqを用いたPI制御により求められるd軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*に基づくパルス幅変調制御によってモータmの駆動が制御されるように、ドライブ回路3の駆動を制御する。
That is, the PWM control circuit 7 determines the d-axis voltage command value Vd * obtained by PI control using the current difference values ΔId, ΔIq between the current command values Id *, Iq * and the actual currents Id, Iq flowing through the motor m. The drive of the
回転角検出部8は、例えば、ロータリエンコーダやレゾルバであり、モータmの回転子の回転角θを検出する。
矩形波制御回路9は、トルク演算部91と、減算部92と、電圧位相制御部93と、矩形波制御部94とを備える。なお、矩形波制御回路9は、例えば、CPUなどにより構成され、CPUが記憶部11に記憶されているプログラムを実行することにより、トルク演算部91、減算部92、電圧位相制御部93、及び矩形波制御部94が実現される。
The rotation angle detection unit 8 is, for example, a rotary encoder or a resolver, and detects the rotation angle θ of the rotor of the motor m.
The rectangular
トルク演算部91は、回転角検出部8により時刻t1で検出される電気角θ1と時刻t2で検出される電気角θ2との差分Δθを、時刻t1と時刻t2との差分Δtで割ることによりモータmの回転子の角速度ωを求め、下記式3を計算することによりトルク推定値Tdetを求める。
The
トルク推定値Tdet=(d軸電圧指令値Vd*×d軸実電流Id+q軸電圧指令値Vq*×q軸実電流Iq)/角速度ω・・・式3
減算部92は、入力されるトルク指令値Trefと、トルク演算部91により演算されるトルク推定値Tdetとのトルク差分値ΔTを計算する。
Estimated torque value Tdet = (d-axis voltage command value Vd * × d-axis actual current Id + q-axis voltage command value Vq * × q-axis actual current Iq) / angular
The
電圧位相制御部93は、トルク差分値ΔTがゼロになるように、電圧位相φを求める。
矩形波制御部94は、電圧位相制御部93により求められる電圧位相φと回転子の電気角を考慮した矩形波制御信号を生成し、U相矩形波制御信号、V相矩形波制御信号、及びW相矩形波信号をそれぞれハイレベルまたはローレベルにする。
The voltage
The rectangular
すなわち、矩形波制御回路9は、トルク指令値Trefとトルク推定値Tdetとのトルク差分値ΔTにより求められる電圧位相φに基づく矩形波制御によってモータmの駆動が制御されるように、ドライブ回路3の駆動を制御する。
That is, the rectangular
切替部10は、電流位相差φiが電流位相差閾値φith以上になると、ドライブ回路3に入力する制御信号として、矩形波制御信号(U相矩形波制御信号、V相矩形波制御信号、及びW相矩形波信号)からPWM制御信号(U相PWM制御信号、V相PWM制御信号、及びW相PWM制御信号)へ切り替える。なお、d軸実電流Id及びq軸実電流Iqにより求められる電流位相と、d軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*により求められる閾値Ithとの差分を電流位相差φiとする。
When the current phase difference φi becomes equal to or greater than the current phase difference threshold φith, the switching
また、切替部10は、インバータ回路2の入力電圧Vdcに対するモータmの入力電圧Vmの比である変調率Mが変調率閾値Mth1(第1の変調率閾値)以上になると、ドライブ回路3に入力する制御信号として、PWM制御信号(U相PWM制御信号、V相PWM制御信号、及びW相PWM制御信号)から矩形波制御信号(U相矩形波制御信号、V相矩形波制御信号、及びW相矩形波信号)へ切り替える。なお、√((d軸電圧指令値Vd*)2+(q軸電圧指令値Vq*)2)を入力電圧Vmとする。
Further, when the modulation rate M, which is the ratio of the input voltage Vm of the motor m to the input voltage Vdc of the inverter circuit 2, becomes equal to or higher than the modulation rate threshold value Mth1 (first modulation rate threshold value), the switching
すなわち、切替部10は、電流位相差φiが電流位相差閾値φith以上になると、矩形波制御からパルス幅変調制御に切り替え、変調率Mが変調率閾値Mth1以上になると、パルス幅変調制御から矩形波制御に切り替える。なお、切替部10は、高速で波状路を走行した場合など、モータmの回転子の回転数nの変化などに応じて、PWM制御から矩形波制御への切り替えを制限する。
That is, the switching
実施形態では、PWM制御から矩形波制御への切り替えを制限時、モータmに過電流が流れることを抑えるために、電流制御部75(PWM制御回路7)において、変調率Mが変調率閾値Mth1よりも小さい変調率閾値Mth2(第2の変調率閾値)以上である場合、d軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を制限する。 In the embodiment, when the switching from PWM control to rectangular wave control is restricted, the modulation factor M is set to the modulation factor threshold Mth1 in the current controller 75 (PWM control circuit 7) in order to suppress overcurrent from flowing through the motor m. If it is equal to or greater than the smaller modulation factor threshold Mth2 (second modulation factor threshold), the d-axis voltage command value Vd * and the q-axis voltage command value Vq * are limited.
図2は、電流制御部75の動作の一例を示すフローチャートである。なお、図2に示すフローチャートは制御タイミング毎に繰り返し実行されるものとする。
まず、電流制御部75は、変調率Mが変調率閾値Mth2以上でない場合(S1:No)、電圧位相フラグをオフし(S2)、S3の処理へ進む。
FIG. 2 is a flowchart showing an example of the operation of the
First, when the modulation factor M is not equal to or greater than the modulation factor threshold Mth2 (S1: No), the
また、電流制御部75は、変調率Mが変調率閾値Mth2以上である場合で(S1:Yes)、かつ、モータmが力行の状態ではなく、回生の状態である場合(S4:No)、回生時の電圧位相φを力行時の電圧位相φに換算する(S5)。
Further, the
例えば、電流制御部75は、図3(a)に示す回生時の電圧位相φを所定の角度回転させる計算を行うことにより力行時の電圧位相φに換算する。なお、モータmの種類によってモータmが回生の状態にならない場合は、S4及びS5の処理を省略することができる。
For example, the
次に、電流制御部75は、電圧位相φがリミッタ値φth(電圧位相閾値)以上である場合(S6:Yes)、電圧位相フラグをオンし(S7)、電圧位相φがリミッタ値φthよりも小さい場合(S6:No)、電圧位相フラグをオフし(S2)、S3の処理へ進む。
Next, when the voltage phase φ is equal to or larger than the limiter value φth (voltage phase threshold) (S6: Yes), the
例えば、電流制御部75は、S6の処理において、記憶部11に記憶される、図3(b)に示すモータmの回転子の回転数n(n1、n2、・・・)と、トルク指令値Tref(Tref1、Tref2、・・・)と、インバータ回路2の入力電圧Vdc(Vdc1、Vdc2、・・・)と、リミッタ値φth(φth11、φth12、・・・、φth21、φ22、・・・)との対応関係を示す情報を参照することにより、今回の制御タイミングにおける回転数n、トルク指令値Tref、及び入力電圧Vdcに対応するリミッタ値φthを取得する。なお、モータmの回転子の回転数n(rpm)を、60*角速度ω/2πとする。
For example, in the process of S6, the
次に、電流制御部75は、電圧位相フラグがオフである場合(S3:No)、電流差分値ΔId、ΔIqを用いたPI制御により、すなわち、上記式1、式2を計算することにより、d軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を求め、その求めたd軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を、PWM制御用のd軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*として、電圧座標変換部76に出力するとともに、その求めたd軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を、後述するローパスフィルタ処理に用いられる値の初期値Vd1*、Vq1*として記憶部11に記憶し(S8)、次回の制御タイミングまで待機する。
Next, when the voltage phase flag is off (S3: No), the
また、電流制御部75は、電圧位相フラグがオンである場合(S3:Yes)、S6の処理で取得したリミッタ値φthに対応するsin値及びcos値を求める(S9)。
例えば、電流制御部75は、記憶部11に記憶される、図3(c)に示すリミッタ値φthとsin値との対応関係を示す情報を参照することにより、S6で取得したリミッタ値φthに対応するsin値を取得するとともに、図3(c)に示す情報を参照することにより、90°からS6の処理で取得したリミッタ値φthを減算した値に対応するsin値を、S6で取得したリミッタ値φthに対応するcos値として取得する。
Further, when the voltage phase flag is ON (S3: Yes), the
For example, the
次に、電流制御部75は、下記式4を計算することにより「モータmの入力電圧Vm」を求める(S10)。
「モータmの入力電圧Vm」=「インバータ回路2の入力電圧Vdc」×「変調率閾値Mth2」・・・式4
次に、電流制御部75は、下記式5を計算することにより「制限したd軸電圧指令値Vd*」を求めるとともに、下記式6を計算することにより「制限したq軸電圧指令値Vq*」を求める(S11)。
Next, the
“Input voltage Vm of motor m” = “input voltage Vdc of inverter circuit 2” × “modulation factor threshold Mth2”
Next, the
「制限したd軸電圧指令値Vd*」=「S9の処理で求めたcos値」×「S10の処理で求めたモータmの入力電圧Vm」・・・式5
「制限したq軸電圧指令値Vq*」=「S9の処理で求めたsin値」×「S10の処理で求めたモータmの入力電圧Vm」・・・式6
次に、電流制御部75は、S11の処理で求めた「制限したd軸電圧指令値Vd*」及び「制限したq軸電圧指令値Vq*」に対してローパスフィルタ処理を行う(S12)。
“Restricted d-axis voltage command value Vd *” = “cos value obtained in the process of S9” × “the input voltage Vm of the motor m obtained in the process of S10”
“Restricted q-axis voltage command value Vq *” = “sin value determined in the process of S9” × “input voltage Vm of the motor m determined in the process of S10” Expression 6
Next, the
例えば、電流制御部75は、前回の制御タイミングにおいて変調率閾値Mth2よりも小さかった変調率Mが今回の制御タイミングにおいて変調率閾値Mth2以上になると、下記式7を計算することにより「ローパスフィルタ処理後のd軸電圧指令値Vd*」を求めるとともに、下記式8を計算することにより「ローパスフィルタ処理後のq軸電圧指令値Vq*」を求める。なお、例えば、所定値aは、2n(nは自然数)とする。
For example, when the modulation factor M that is smaller than the modulation factor threshold value Mth2 at the previous control timing becomes equal to or greater than the modulation factor threshold value Mth2 at the current control timing, the
「ローパスフィルタ処理後のd軸電圧指令値Vd*」=「記憶部11に記憶しておいた初期値Vd1*」+(「今回の制御タイミングにおいて制限したd軸電圧指令値Vd*」−「記憶部11に記憶しておいた初期値Vd1*」)/所定値a・・・式7
「ローパスフィルタ処理後のq軸電圧指令値Vq*」=「記憶部11に記憶しておいた初期値Vq1*」+(「今回の制御タイミングにおいて制限したq軸電圧指令値Vq*」−「記憶部11に記憶しておいた初期値Vq1*」)/所定値a・・・式8
また、例えば、電流制御部75は、前回の制御タイミングにおいて変調率閾値Mth2以上であった変調率Mが今回の制御タイミングにおいても変調率閾値Mth2以上である場合、下記式9を計算することにより「ローパスフィルタ処理後のd軸電圧指令値Vd*」を求めるとともに、下記式10を計算することにより「ローパスフィルタ処理後のq軸電圧指令値Vq*」を求める。
“D-axis voltage command value Vd * after low-pass filter processing” = “initial value Vd1 * stored in the storage unit 11” + (“d-axis voltage command value Vd * limited at the current control timing” − “ Initial value Vd1 * ") stored in storage unit 11) / predetermined value a ... Formula 7
“Q-axis voltage command value Vq * after low-pass filter processing” = “initial value Vq1 * stored in storage unit 11” + (“q-axis voltage command value Vq * limited at the current control timing” − “ Initial value Vq1 * "stored in storage unit 11) / predetermined value a ... Equation 8
Further, for example, when the modulation factor M that is equal to or greater than the modulation factor threshold Mth2 at the previous control timing is equal to or greater than the modulation factor threshold Mth2 at the current control timing, for example, the
「フィルタ処理後のd軸電圧指令値Vd*」=「前回の制御タイミングにおけるローパスフィルタ処理後のd軸電圧指令値Vd*」+(「今回の制御タイミングにおいて制限したd軸電圧指令値Vd*」−「前回の制御タイミングにおけるローパスフィルタ処理後のd軸電圧指令値Vd*」)/所定値a・・・式9
「フィルタ処理後のq軸電圧指令値Vq*」=「前回の制御タイミングにおけるローパスフィルタ処理後のq軸電圧指令値Vq*」+(「今回の制御タイミングにおいて制限したq軸電圧指令値Vq*」−「前回の制御タイミングにおけるローパスフィルタ処理後のq軸電圧指令値Vq*」)/所定値a・・・式10
次に、電流制御部75は、ローパスフィルタ処理後のd軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を、PWM制御用のd軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*として電圧座標変換部76へ出力する(S13)。
“D-axis voltage command value Vd * after filtering” = “d-axis voltage command value Vd * after low-pass filtering at the previous control timing” + (“d-axis voltage command value Vd * limited at the current control timing” "-" D-axis voltage command value Vd * after low-pass filter processing at the previous control timing ") / predetermined value a (Equation 9)
“Q-axis voltage command value Vq * after filtering” = “q-axis voltage command value Vq * after low-pass filtering at the previous control timing” + (“q-axis voltage command value Vq * limited at the current control timing” "-" Q-axis voltage command value Vq * after low-pass filter processing at the previous control timing ") / predetermined value a ...
Next, the
次に、電流制御部75は、下記式11を計算することによりd軸電圧指令値Vd*を求めるためのPI制御の積分項の初期値∫d1を求め、下記式12を計算することによりq軸電圧指令値Vq*を求めるためのPI制御の積分項の初期値∫q1を求め、それら初期値∫d1、∫q1を記憶部11に記憶し(S14)、次回の制御タイミングまで待機する。なお、下記式11は、∫(Ki×電流差分値ΔId)について解くことができるように上記式1を変形し、変形後の式1の∫(Ki×電流差分値ΔId)を初期値∫d1に変更したものであり、下記式12は、∫(Ki×電流差分値ΔIq)について解くことができるように上記式2を変形し、変形後の式2の∫(Ki×電流差分値ΔIq)を初期値∫q1に変更したものである。
Next, the
初期値∫d1=d軸電圧指令値Vd*−Kp×電流差分値ΔId+ωLqIq・・・式11
初期値∫q1=q軸電圧指令値Vq*−Kp×電流差分値ΔIq−ωLdId−ωKe・・・式12
例えば、電流制御部75は、前回の制御タイミングにおいて変調率閾値Mth2以上であった変調率Mが今回の制御タイミングにおいて変調率閾値Mth2よりも小さくなると、S8の処理において、上記式1の「∫(Ki×電流差分値ΔId)」に初期値∫d1を代入し、その式1を計算することによりd軸電圧指令値Vd*を求めるとともに、上記式2の「∫(Ki×電流差分値ΔIq)」に初期値∫q1を代入し、その式2を計算することによりq軸電圧指令値Vqi*を求める。
Initial value ∫d1 = d-axis voltage command value Vd * −Kp × current difference value ΔId + ωLqIq Equation 11
Initial value ∫q1 = q-axis voltage command value Vq * −Kp × current difference value ΔIq−ωLdId−ωKe Equation 12
For example, when the modulation factor M that is equal to or greater than the modulation factor threshold Mth2 at the previous control timing becomes smaller than the modulation factor threshold Mth2 at the current control timing, the
実施形態のインバータ装置1では、電流制御部75(PWM制御回路7)において、変調率Mが変調率閾値Mth1よりも小さい変調率閾値Mth2以上である場合、d軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を制限している。これにより、PWM制御から矩形波制御への切り替えを制限している場合であっても、d軸電圧指令値Vd*やq軸電圧指令値Vq*が増加して、ある値に固定してしまうことを防止することができるため、モータmに流れる実電流Id、Iqを電流指令値Id*、Iq*に追従させることができ、モータmに過電流(矩形波制御時にモータmに流れる電流よりも大きい電流)が流れてしまうことを抑えることができる。 In the inverter device 1 of the embodiment, in the current control unit 75 (PWM control circuit 7), when the modulation factor M is equal to or higher than the modulation factor threshold Mth2 smaller than the modulation factor threshold Mth1, the d-axis voltage command value Vd * and the q-axis The voltage command value Vq * is limited. As a result, even when switching from PWM control to rectangular wave control is restricted, the d-axis voltage command value Vd * and the q-axis voltage command value Vq * are increased and fixed to a certain value. Therefore, the actual currents Id and Iq flowing through the motor m can be made to follow the current command values Id * and Iq *, and the motor m is overcurrent (from the current flowing through the motor m during rectangular wave control). Large current) can be suppressed.
また、実施形態のインバータ装置1では、変調率Mが変調率閾値Mth2以上である場合、制限したd軸電圧指令値Vd*及び制限したq軸電圧指令値Vq*を用いてPI制御の積分項の初期値∫d1、∫q1を求めて記憶部11に記憶しておき、次回の制御タイミングにおいて、変調率Mが変調率閾値Mth2よりも小さくなると、記憶部11に記憶しておいた積分項の初期値∫d1、∫q1を用いてPI制御を行うことによりd軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を求めている。これにより、記憶部11に記憶しておいた積分項の初期値∫d1、∫q1を用いずにPI制御を行う場合に比べて、変調率Mが変調率閾値Mth2よりも小さくなったときにPI制御により求められるd軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*の変動を抑えることができる。そのため、モータmを安定して駆動することができる。 Further, in the inverter device 1 of the embodiment, when the modulation factor M is equal to or greater than the modulation factor threshold Mth2, the PI control integral term using the limited d-axis voltage command value Vd * and the limited q-axis voltage command value Vq *. Initial values ∫d1 and ∫q1 are obtained and stored in the storage unit 11. When the modulation factor M becomes smaller than the modulation factor threshold Mth2 at the next control timing, the integral term stored in the storage unit 11 is stored. The d-axis voltage command value Vd * and the q-axis voltage command value Vq * are obtained by performing PI control using the initial values ∫d1 and ∫q1. As a result, when the modulation factor M becomes smaller than the modulation factor threshold Mth2, as compared with the case where PI control is performed without using the initial values ∫d1 and ∫q1 of the integral terms stored in the storage unit 11. Variations in the d-axis voltage command value Vd * and the q-axis voltage command value Vq * obtained by PI control can be suppressed. Therefore, the motor m can be driven stably.
また、実施形態のインバータ装置1では、変調率Mが変調率閾値Mth2よりも小さい場合、d軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を記憶部11に記憶しておき、次回の制御タイミングにおいて、変調率Mが変調率閾値Mth2以上になると、制限したd軸電圧指令値Vd*及び制限したq軸電圧指令値Vq*に対して記憶部11に記憶しておいたd軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を用いてローパスフィルタ処理を行い、そのローパスフィルタ処理後のd軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*に基づくPWM制御によってモータmの駆動が制御されるように、ドライブ回路3の駆動を制御している。これにより、記憶部11に記憶しておいたd軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を用いずにローパスフィルタ処理を行う場合に比べて、変調率Mが変調率閾値Mth2以上になったときのローパスフィルタ処理後のd軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*の変動を抑えることができる。そのため、モータmを安定して駆動することができる。
Further, in the inverter device 1 of the embodiment, when the modulation factor M is smaller than the modulation factor threshold Mth2, the d-axis voltage command value Vd * and the q-axis voltage command value Vq * are stored in the storage unit 11, and the next time When the modulation factor M becomes equal to or greater than the modulation factor threshold Mth2 at the control timing, the d-axis voltage stored in the storage unit 11 with respect to the restricted d-axis voltage command value Vd * and the restricted q-axis voltage command value Vq *. The low-pass filter process is performed using the command value Vd * and the q-axis voltage command value Vq *, and the motor m is controlled by PWM control based on the d-axis voltage command value Vd * and the q-axis voltage command value Vq * after the low-pass filter process. The drive of the
また、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various improvements and modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
1 インバータ装置
2 インバータ回路
3 ドライブ回路
4 電圧検出部
5,6 電流検出部
7 PWM制御回路
8 回転角検出部
9 矩形波制御回路
10 切替部
11 記憶部
21〜26 スイッチング素子
71 トルク/電流指令値変換部
72 電流座標変換部
73,74,92 減算部
75 電流制御部
76 電圧座標変換部
77 PWM制御部
91 トルク演算部
93 電圧位相制御部
94 矩形波制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inverter apparatus 2
Claims (4)
前記インバータ回路を駆動するドライブ回路と、
電流指令値と前記モータに流れる実電流との電流差分値を用いたPI制御により求められる電圧指令値に基づくパルス幅変調制御によって前記モータの駆動が制御されるように、前記ドライブ回路の駆動を制御するPWM制御回路と、
矩形波制御によって前記モータの駆動が制御されるように、前記ドライブ回路の駆動を制御する矩形波制御回路と、
前記電流指令値と前記モータに流れる実電流とにより求められる電流位相差が電流位相差閾値以上になると、前記矩形波制御から前記パルス幅変調制御に切り替え、前記インバータ回路の入力電圧に対する前記モータの入力電圧の比である変調率が第1の変調率閾値以上になると、前記パルス幅変調制御から前記矩形波制御に切り替える切替部と、
を備え、
前記PWM制御回路は、PWM制御から矩形波制御への切り替えを制限しているとき、かつ、前記変調率が前記第1の変調率閾値よりも小さい第2の変調率閾値以上である場合、前記電圧指令値を制限する
ことを特徴とするインバータ装置。 An inverter circuit for driving the motor;
A drive circuit for driving the inverter circuit;
The drive circuit is driven such that the drive of the motor is controlled by pulse width modulation control based on a voltage command value obtained by PI control using a current difference value between a current command value and an actual current flowing through the motor. A PWM control circuit to control;
A rectangular wave control circuit for controlling the driving of the drive circuit so that the driving of the motor is controlled by the rectangular wave control;
When the current phase difference obtained by the current command value and the actual current flowing through the motor is equal to or greater than a current phase difference threshold, the rectangular wave control is switched to the pulse width modulation control, and the motor is controlled with respect to the input voltage of the inverter circuit. A switching unit that switches from the pulse width modulation control to the rectangular wave control when a modulation rate that is a ratio of input voltages is equal to or greater than a first modulation rate threshold;
With
When the PWM control circuit restricts switching from PWM control to rectangular wave control, and the modulation factor is equal to or higher than a second modulation factor threshold smaller than the first modulation factor threshold, An inverter device characterized by limiting a voltage command value.
前記PWM制御回路は、
前記変調率が前記第2の変調率閾値以上である場合、制限した前記電圧指令値を用いてPI制御の積分項の初期値を求めて記憶部に記憶しておき、
次回の制御タイミングにおいて、前記変調率が前記第2の変調率閾値よりも小さくなると、前記記憶部に記憶しておいた初期値を用いてPI制御を行うことにより前記電圧指令値を求める
ことを特徴とするインバータ装置。 The inverter device according to claim 1,
The PWM control circuit is
When the modulation factor is equal to or greater than the second modulation factor threshold value, the initial value of the integral term of PI control is obtained using the limited voltage command value and stored in the storage unit;
When the modulation factor becomes smaller than the second modulation factor threshold at the next control timing, the voltage command value is obtained by performing PI control using the initial value stored in the storage unit. A featured inverter device.
前記PWM制御回路は、
前記変調率が前記第2の変調率閾値よりも小さい場合、前記電圧指令値を記憶部に記憶しておき、
次回の制御タイミングにおいて、前記変調率が前記第2の変調率閾値以上になると、制限した前記電圧指令値に対して前記記憶部に記憶しておいた電圧指令値を用いてローパスフィルタ処理を行い、そのローパスフィルタ処理後の電圧指令値に基づくパルス幅変調制御によって前記モータの駆動が制御されるように、前記ドライブ回路の駆動を制御する
ことを特徴とするインバータ装置。 The inverter device according to claim 1 or 2,
The PWM control circuit is
When the modulation factor is smaller than the second modulation factor threshold, the voltage command value is stored in a storage unit,
When the modulation rate becomes equal to or higher than the second modulation rate threshold at the next control timing, low-pass filter processing is performed on the limited voltage command value using the voltage command value stored in the storage unit. The drive of the drive circuit is controlled so that the drive of the motor is controlled by pulse width modulation control based on the voltage command value after the low-pass filter processing.
前記PWM制御回路は、前記変調率が前記第2の変調率閾値以上である場合で、かつ、トルク指令値とトルク推定値とのトルク差分値により求められる電圧位相が電圧位相閾値以上である場合、前記電圧位相閾値に対応するsin値及びcos値を求め、前記インバータ回路の入力電圧と前記第2の変調率閾値とを乗算することにより前記電圧位相閾値に対応する前記モータの入力電圧を求め、前記cos値と前記電圧位相閾値に対応する前記モータの入力電圧とを乗算することによりd軸電圧指令値を求め、前記sin値と前記電圧位相閾値に対応する前記モータの入力電圧とを乗算することによりq軸電圧指令値を求め、前記d軸電圧指令値及び前記q軸電圧指令値に基づくパルス幅変調制御によって前記モータの駆動が制御されるように、前記ドライブ回路の駆動を制御する
ことを特徴とするインバータ装置。
The inverter device according to any one of claims 1 to 3,
The PWM control circuit has a case where the modulation factor is equal to or greater than the second modulation factor threshold and a voltage phase obtained from a torque difference value between the torque command value and the torque estimated value is equal to or greater than the voltage phase threshold. The sin value and the cos value corresponding to the voltage phase threshold value are obtained, and the input voltage of the motor corresponding to the voltage phase threshold value is obtained by multiplying the input voltage of the inverter circuit and the second modulation factor threshold value. The d-axis voltage command value is obtained by multiplying the cos value and the input voltage of the motor corresponding to the voltage phase threshold, and the sin value and the input voltage of the motor corresponding to the voltage phase threshold are multiplied. Thus, the q-axis voltage command value is obtained, and the drive of the motor is controlled by pulse width modulation control based on the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value. , Inverter device and controls the driving of the drive circuit.
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---|---|---|---|---|
JP2019022403A (en) * | 2017-07-21 | 2019-02-07 | 株式会社東芝 | Evaluation device and evaluation method for inverter circuit for electric motor |
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2015
- 2015-07-21 JP JP2015143926A patent/JP2017028827A/en active Pending
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JPWO2022102099A1 (en) * | 2020-11-13 | 2022-05-19 | ||
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