JP2017184396A - Voltage inverter device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a configuration capable of suppressing reduction in motor performance while reducing a switching loss and a current distortion factor of a current flowing in the motor, in a voltage inverter device.SOLUTION: A voltage inverter device 1 comprises: a current deviation vector calculation unit 21 that calculates a current deviation vector on the basis of current deviation between a current command at a plurality of phases and an output current of a motor 2; a voltage vector setting unit 23 that sets a voltage vector on the basis of the current deviation vector, and sets the voltage vector to a zero voltage vector in a case where a magnitude of the current deviation vector is equal to or less than a predetermined value; and a current command correction unit 60 that corrects the current command by a current command correction value so as to reduce an induction voltage generated at the motor 2 in a case where the voltage vector is the zero voltage vector.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、複数相の電流指令に基づいて生成された電圧ベクトルに応じて複数のスイッチング素子を駆動させることにより、モータに電圧を出力する電圧形インバータ装置に関する。   The present invention relates to a voltage source inverter device that outputs a voltage to a motor by driving a plurality of switching elements according to voltage vectors generated based on a plurality of phase current commands.

従来より、電圧ベクトルに応じてスイッチング素子を駆動させることにより、モータに電圧を出力する電圧形インバータ装置が知られている。このような電圧形インバータ装置として、例えば特許文献1には、現在の出力電圧ベクトルと、前回の出力電圧ベクトルと、インバータ装置の出力電流の瞬時値と指令値との差である現在の電流偏差ベクトルとに基づいて、最適な出力電圧ベクトルを選択する構成が開示されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a voltage-type inverter device that outputs a voltage to a motor by driving a switching element according to a voltage vector is known. As such a voltage source inverter device, for example, Patent Literature 1 discloses a current current deviation which is a difference between a current output voltage vector, a previous output voltage vector, an instantaneous value of an output current of the inverter device, and a command value. A configuration for selecting an optimum output voltage vector based on the vector is disclosed.

詳しくは、特許文献1に開示されている構成では、現在の出力電圧ベクトルと前回の出力電圧ベクトルとにより、出力電流をその指令値に一致させるために必要となる出力電圧ベクトル(目標電圧ベクトル)の属する領域を推定し、この推定した出力電圧ベクトルの領域と電流偏差ベクトルとにより、最適な出力電圧ベクトルを選択して、スイッチング素子を駆動制御する。   Specifically, in the configuration disclosed in Patent Document 1, an output voltage vector (target voltage vector) required to make the output current coincide with the command value based on the current output voltage vector and the previous output voltage vector. And the switching element is driven and controlled by selecting an optimum output voltage vector based on the estimated output voltage vector region and the current deviation vector.

上述のような特許文献1の構成により、微分演算を行う必要がなくなり、装置の構成を簡略化できるとともに、ノイズやフィルタによる遅れの影響を受けることのない制御を行うことができる。   With the configuration of Patent Document 1 as described above, it is not necessary to perform a differential operation, the configuration of the apparatus can be simplified, and control without being affected by noise or delay due to a filter can be performed.

特開平1−259761号公報Japanese Patent Laid-Open No. 1-259761

ところで、上述の特許文献1に開示されている構成では、推定した出力電圧ベクトルの領域と電流偏差ベクトル(電流偏差ベクトル)とによって最適な出力電圧ベクトルを選択するため、その出力電圧ベクトルに応じてスイッチング素子がスイッチング動作を行う。このように、前記最適な出力電圧ベクトルに応じてスイッチング素子がスイッチング動作することにより、モータに対して常時、電圧が出力される。そのため、モータに電圧が印加された状態が継続する。この状態では、モータに流れる電流が頻繁に変化するため、その度に、前記最適な出力電圧ベクトルに応じたスイッチング動作が行われる。これにより、スイッチング動作の頻度が高くなって、それによる損失(スイッチング損失)が増大するとともに、モータに流れる電流の電流歪率が大きくなって電流波形に歪が生じる。   By the way, in the configuration disclosed in Patent Document 1 described above, an optimum output voltage vector is selected based on the estimated output voltage vector region and a current deviation vector (current deviation vector). The switching element performs a switching operation. As described above, the switching element performs a switching operation according to the optimum output voltage vector, so that a voltage is always output to the motor. Therefore, the state where the voltage is applied to the motor continues. In this state, since the current flowing through the motor frequently changes, a switching operation corresponding to the optimum output voltage vector is performed each time. As a result, the frequency of the switching operation is increased, the loss (switching loss) due to this increases, and the current distortion rate of the current flowing through the motor is increased, resulting in distortion of the current waveform.

これに対し、モータに電圧を印加し続けるのではなく、モータの性能にあまり影響しない範囲でモータに印加する電圧をゼロにして、スイッチング素子のスイッチング動作の頻度を低くすることが考えられる。   On the other hand, instead of continuing to apply a voltage to the motor, it is conceivable to reduce the frequency of the switching operation of the switching element by setting the voltage applied to the motor to zero within a range that does not significantly affect the performance of the motor.

しかしながら、モータが回転している場合には、該モータに誘起電圧が発生するため、モータに印加する電圧をゼロにした場合でも、モータ及びインバータ装置には、還流電流が流れる。したがって、上述のようにモータの性能にあまり影響がない範囲でモータに印加する電圧をゼロにした場合、該電圧がゼロである間は、モータに還流電流が流れる。この還流電流は、図12に示すように正弦波状の電流であり且つモータの各相に流れるため、該モータに意図しないトルクを発生させる。   However, when the motor is rotating, an induced voltage is generated in the motor. Therefore, even when the voltage applied to the motor is zero, a reflux current flows through the motor and the inverter device. Therefore, when the voltage applied to the motor is zero within a range that does not significantly affect the performance of the motor as described above, a reflux current flows through the motor while the voltage is zero. This reflux current is a sinusoidal current as shown in FIG. 12 and flows in each phase of the motor, so that an unintended torque is generated in the motor.

このようにモータに還流電流が流れた場合に該モータに発生するトルクは、回生トルク(ブレーキトルク)であり、該モータの回転を止める方向のトルクである。モータにこのようなトルクが発生すると、該モータの回転に影響を与えるため、該モータの性能低下を招く。   Thus, when the return current flows through the motor, the torque generated in the motor is a regenerative torque (brake torque), which is a torque in a direction to stop the rotation of the motor. When such torque is generated in the motor, the motor rotation is affected, and the performance of the motor is reduced.

本発明の目的は、電圧形インバータ装置において、インバータ損失及びモータに流れる電流の電流歪率を低減しつつ、モータの制御性能の低下を抑制可能な構成を得ることにある。   An object of the present invention is to obtain a configuration capable of suppressing a decrease in control performance of a motor while reducing an inverter loss and a current distortion rate of a current flowing through the motor in a voltage source inverter device.

本発明の一実施形態に係る電圧形インバータ装置は、複数相の電流指令に基づいて生成された電圧ベクトルに応じてスイッチング素子を駆動させることにより、モータに電圧を出力する電圧形インバータ装置である。この電圧形インバータ装置は、前記複数相における前記電流指令と前記モータの出力電流との電流偏差に基づいて、電流偏差ベクトルを求める電流偏差ベクトル演算部と、前記電流偏差ベクトルに基づいて前記電圧ベクトルを設定するとともに、前記電流偏差ベクトルの大きさが所定値以下の場合には、前記電圧ベクトルをゼロ電圧ベクトルに設定する電圧ベクトル設定部と、前記電圧ベクトルがゼロ電圧ベクトルの場合に前記モータに発生する誘起電圧を低減するように、前記電流指令を電流指令補正値によって補正する電流指令補正部とを備える(第1の構成)。   A voltage source inverter device according to an embodiment of the present invention is a voltage source inverter device that outputs a voltage to a motor by driving a switching element according to a voltage vector generated based on a plurality of phase current commands. . The voltage source inverter device includes: a current deviation vector calculation unit that obtains a current deviation vector based on a current deviation between the current command and the output current of the motor in the plurality of phases; and the voltage vector based on the current deviation vector. When the magnitude of the current deviation vector is equal to or less than a predetermined value, a voltage vector setting unit that sets the voltage vector to a zero voltage vector; and A current command correction unit that corrects the current command with a current command correction value so as to reduce the generated induced voltage (first configuration);

以上の構成により、電流偏差ベクトルの大きさが所定値以下の場合には、前記電流偏差ベクトルが変化しても、電圧ベクトルがゼロ電圧ベクトルに設定される。そのため、電流変化の勾配が緩やかになり、前記電流偏差ベクトルの大きさが所定値以下の状態を継続しやすくなる。これにより、スイッチング素子のスイッチング回数を減らすことができ、スイッチング損失を低減することができる。したがって、電圧形インバータ装置で生じる損失を低減できるとともに、モータに流れる電流の電流歪率を低減することができる。なお、前記スイッチング回数は、今回出力するスイッチング素子のスイッチング状態と前回出力したスイッチング素子のスイッチング状態とを比較した場合に、その変化量を意味する。   With the above configuration, when the magnitude of the current deviation vector is equal to or smaller than a predetermined value, the voltage vector is set to the zero voltage vector even if the current deviation vector changes. Therefore, the gradient of the current change becomes gentle, and it is easy to continue the state where the magnitude of the current deviation vector is equal to or less than a predetermined value. Thereby, the switching frequency of a switching element can be reduced and a switching loss can be reduced. Therefore, loss generated in the voltage source inverter device can be reduced, and the current distortion rate of the current flowing through the motor can be reduced. The number of times of switching means the amount of change when the switching state of the switching element output this time is compared with the switching state of the switching element output last time.

上述のように前記電圧ベクトルをゼロ電圧ベクトルにすることで、電圧形インバータ装置からモータに出力される電圧はゼロになるが、該モータには、回転で生じる誘起電圧に起因して還流電流が流れるため、回生トルクが生じる。   As described above, by setting the voltage vector to the zero voltage vector, the voltage output from the voltage source inverter device to the motor becomes zero, but the motor has a reflux current due to the induced voltage generated by the rotation. Because it flows, regenerative torque is generated.

これに対し、上述の構成のように、前記電圧ベクトルがゼロ電圧ベクトルの場合に前記モータに生じる還流電流(回生電流)を低減するように、電流指令を電流指令補正値によって補正することにより、前記モータに生じる回生トルクを低減することができる。   On the other hand, by correcting the current command with the current command correction value so as to reduce the return current (regenerative current) generated in the motor when the voltage vector is a zero voltage vector as in the above-described configuration, The regenerative torque generated in the motor can be reduced.

したがって、スイッチング損失及びモータに流れる電流の電流歪率を低減しつつ、モータ性能の低下を抑制可能な電圧形インバータ装置の構成を実現することができる。   Therefore, it is possible to realize the configuration of the voltage source inverter device that can suppress the deterioration of the motor performance while reducing the switching loss and the current distortion rate of the current flowing through the motor.

前記第1の構成において、前記電流指令補正値は、前記電圧ベクトルがゼロ電圧ベクトルの場合に前記モータに発生するトルクを相殺する力行トルク指令である(第2の構成)。   In the first configuration, the current command correction value is a power running torque command that cancels a torque generated in the motor when the voltage vector is a zero voltage vector (second configuration).

これにより、モータに電圧が印加されていない状態で、該モータに発生する回生トルクを低減することができる。したがって、前記モータの回転が、該モータに発生する誘起電圧に起因した回生トルクによって阻害されるのを防止できる。   Thereby, the regenerative torque which generate | occur | produces in this motor can be reduced in the state where the voltage is not applied to the motor. Therefore, it is possible to prevent the rotation of the motor from being inhibited by the regenerative torque due to the induced voltage generated in the motor.

前記第2の構成において、前記電流指令補正値は、前記所定値を座標変換することによって求められる(第3の構成)。   In the second configuration, the current command correction value is obtained by coordinate-transforming the predetermined value (third configuration).

このように、電圧ベクトルをゼロ電圧ベクトルに設定する電流偏差ベクトルの範囲(所定値以下)に合わせて、電流指令補正値を設定することにより、電圧ベクトルがゼロ電圧ベクトルの際に、モータに発生する還流電流をより確実に低減することができる。   In this way, by setting the current command correction value in accordance with the current deviation vector range (below the predetermined value) that sets the voltage vector to the zero voltage vector, it is generated in the motor when the voltage vector is the zero voltage vector. The reflux current to be performed can be more reliably reduced.

前記第1の構成において、前記電流指令補正値は、前記電圧ベクトルがゼロ電圧ベクトルの場合に前記モータの界磁磁束を弱める弱め界磁指令である(第4の構成)。   In the first configuration, the current command correction value is a field weakening command that weakens the field magnetic flux of the motor when the voltage vector is a zero voltage vector (fourth configuration).

このように、モータの界磁磁束を弱める弱め界磁指令を電流指令補正値として用いることによっても、前記モータに発生する誘起電圧を低減することができる。   Thus, the induced voltage generated in the motor can also be reduced by using the field weakening command that weakens the field magnetic flux of the motor as the current command correction value.

本発明の一実施形態に係る電圧形インバータ装置によれば、電流偏差ベクトルの大きさが所定値以下の場合に電圧ベクトルをゼロ電圧ベクトルに設定する構成において、該電圧ベクトルがゼロ電圧ベクトルの場合にモータに生じる還流電流を低減するように、電流指令を電流指令補正値によって補正する。これにより、スイッチング損失及びモータに流れる電流の電流歪率を低減しつつ、モータの制御性能低下も防止できる。   According to the voltage source inverter device of one embodiment of the present invention, in the configuration in which the voltage vector is set to the zero voltage vector when the magnitude of the current deviation vector is a predetermined value or less, the voltage vector is a zero voltage vector. The current command is corrected by the current command correction value so as to reduce the return current generated in the motor. As a result, it is possible to prevent a reduction in the control performance of the motor while reducing the switching loss and the current distortion rate of the current flowing through the motor.

図1は、実施形態に係る電圧形インバータ装置の概略構成を示す制御ブロック図である。FIG. 1 is a control block diagram illustrating a schematic configuration of the voltage source inverter device according to the embodiment. 図2は、ゲート回路の概略構成を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing a schematic configuration of the gate circuit. 図3は、実施形態に係る電圧形インバータ装置で生成される電圧ベクトルを示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a voltage vector generated by the voltage source inverter device according to the embodiment. 図4は、電流偏差ベクトル図において、3相の電流偏差を2軸に変換する際の座標系を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a coordinate system for converting a three-phase current deviation into two axes in the current deviation vector diagram. 図5は、電流偏差ベクトル図において、各領域を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing each region in the current deviation vector diagram. 図6は、電流偏差ベクトル図において、電流偏差ベクトルの一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a current deviation vector in the current deviation vector diagram. 図7は、還流モードにおいて、(a)出力中の電圧ベクトルの一例を示す電圧ベクトル図、(b)電圧ベクトル設定部によって設定された電圧ベクトルの一例を示す電圧ベクトル図である。FIG. 7 is a voltage vector diagram showing an example of a voltage vector being output in the reflux mode, and (b) a voltage vector diagram showing an example of a voltage vector set by the voltage vector setting unit. 図8は、定常モードにおいて、(a)出力中の電圧ベクトル及び電流偏差ベクトルに応じて決められた電圧ベクトルの一例を示す電圧ベクトル図、(b)電圧ベクトル設定部によって設定された電圧ベクトルの一例を示す電圧ベクトル図である。FIG. 8 shows (a) a voltage vector diagram showing an example of a voltage vector determined in accordance with the voltage vector and the current deviation vector being output, and (b) a voltage vector set by the voltage vector setting unit in the steady mode. It is a voltage vector diagram which shows an example. 図9は、過渡モードにおいて、(a)電流偏差ベクトルの一例を示す図、(b)電圧ベクトル設定部によって設定された電圧ベクトルの一例を示す電圧ベクトル図である。9A is a diagram illustrating an example of a current deviation vector, and FIG. 9B is a voltage vector diagram illustrating an example of a voltage vector set by a voltage vector setting unit. 図10は、電圧ベクトル設定部の動作を示すフロー図である。FIG. 10 is a flowchart showing the operation of the voltage vector setting unit. 図11は、(a)従来の構成における3相のスイッチングパターン及びモータの電流波形の一例を示す図、(b)本実施形態の構成における3相のスイッチングパターン及びモータの電流波形の一例を示す図である。11A is a diagram illustrating an example of a three-phase switching pattern and a motor current waveform in a conventional configuration, and FIG. 11B is a diagram illustrating an example of a three-phase switching pattern and a motor current waveform in the configuration of the present embodiment. FIG. 図12は、モータに電圧を印加していない状態で、モータに流れる電流波形の一例を示す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a waveform of a current flowing through the motor in a state where no voltage is applied to the motor. 図13は、(a)電流指令値の補正を行わない場合、(b)電流指令値の補正を行った場合において、モータに電圧を印加していない状態で、モータに流れる電流波形の一例を示す図である。FIG. 13 shows an example of a current waveform that flows through the motor when no voltage is applied to the motor when (a) the current command value is not corrected and (b) the current command value is corrected. FIG. 図14は、その他の実施形態に係る電圧形インバータ装置の概略構成を示す図1相当図である。FIG. 14 is a diagram corresponding to FIG. 1 illustrating a schematic configuration of a voltage source inverter device according to another embodiment.

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中の同一または相当部分については同一の符号を付してその説明は繰り返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.

(全体構成)
図1は、本発明の実施形態に係る電圧形インバータ装置1の概略構成を示す制御フロー図である。この電圧形インバータ装置1は、複数相の電流指令に基づいて電圧ベクトルを生成し、その電圧ベクトルに応じて複数のスイッチング素子31,32,41,42,51,52を駆動させることにより、モータ2に電圧を出力する装置である。なお、モータ2は、三相交流モータである。
(overall structure)
FIG. 1 is a control flow diagram showing a schematic configuration of a voltage source inverter device 1 according to an embodiment of the present invention. The voltage source inverter device 1 generates a voltage vector based on a plurality of phase current commands, and drives a plurality of switching elements 31, 32, 41, 42, 51, 52 in accordance with the voltage vector, thereby 2 is a device that outputs voltage. The motor 2 is a three-phase AC motor.

電圧形インバータ装置1は、電流指令生成部11と、2相3相変換部12と、電圧ベクトル生成部13と、ゲート指令生成部14と、ゲート回路15と、3相2相変換部16と、トルク推定部17と、電流指令補正部60とを備える。   The voltage source inverter device 1 includes a current command generation unit 11, a two-phase three-phase conversion unit 12, a voltage vector generation unit 13, a gate command generation unit 14, a gate circuit 15, and a three-phase two-phase conversion unit 16. The torque estimation unit 17 and the current command correction unit 60 are provided.

電流指令生成部11は、外部からトルク指令Trqが入力される。電流指令生成部11は、入力されたトルク指令Trqに基づいて、d軸及びq軸の電流指令Id,Iqを生成する。 The current command generator 11 receives a torque command Trq * from the outside. The current command generator 11 generates d-axis and q-axis current commands Id * and Iq * based on the input torque command Trq * .

電流指令補正部60は、電流指令生成部11から出力されたq軸の電流指令Iqに対し、電流指令補正値Iqoftを加えることにより、電流指令Iqを補正する。電流指令補正部60は、詳しくは後述するが、電圧ベクトルがゼロ電圧ベクトルの際にモータ2に生じる誘起電圧を低減するように、電流指令補正値Iqoftを用いて電流指令Iqを補正する。電流指令補正部60の詳しい構成については後述する。 Current command correction unit 60, with respect to the current command Iq * of the q-axis output from the current command generation unit 11, by applying the current command correction value Iq oft, corrects the current command Iq *. Current command correction unit 60, as will be described later in detail, the voltage vector so as to reduce the induced voltage generated in the motor 2 during the zero voltage vector, and corrects the current command Iq * by using the current command correction value Iq oft . A detailed configuration of the current command correction unit 60 will be described later.

2相3相変換部12は、電流指令補正部60によって補正された後のd軸及びq軸の電流指令を、3相の電流指令Iu,Iv、Iwに変換する。具体的には、2相3相変換部12は、補正後のd軸及びq軸の電流指令及びモータ2のセンサ2aから出力された電流位相角を用いて、U相、V相及びW相の各電流指令Iu,Iv、Iwを生成する。 The two-phase / three-phase conversion unit 12 converts the d-axis and q-axis current commands corrected by the current command correction unit 60 into three-phase current commands Iu * , Iv * , and Iw * . Specifically, the two-phase / three-phase conversion unit 12 uses the corrected d-axis and q-axis current commands and the current phase angle output from the sensor 2a of the motor 2 to use the U-phase, V-phase, and W-phase. Current commands Iu * , Iv * , Iw * are generated.

電圧ベクトル生成部13は、3相の電流指令Iu,Iv、Iw及びモータ2の3相の出力電流Iu,Iv,Iwを用いて電流偏差ベクトルを算出し、電流偏差ベクトル図において前記電流偏差ベクトルが属する領域に応じて、電圧ベクトルを設定する。電圧ベクトル生成部13は、設定した電圧ベクトルを電圧ベクトル指令Vectとして出力する。 The voltage vector generation unit 13 calculates a current deviation vector using the three-phase current commands Iu * , Iv * , Iw * and the three-phase output currents Iu, Iv, Iw of the motor 2, and A voltage vector is set according to the region to which the current deviation vector belongs. The voltage vector generation unit 13 outputs the set voltage vector as a voltage vector command Vect.

電圧ベクトル生成部13は、電流偏差算出部20と、電流偏差ベクトル演算部21と、電流偏差ベクトル領域判定部22と、電圧ベクトル設定部23と、記憶部24とを有する。電圧ベクトル生成部13の詳しい構成については後述する。   The voltage vector generation unit 13 includes a current deviation calculation unit 20, a current deviation vector calculation unit 21, a current deviation vector region determination unit 22, a voltage vector setting unit 23, and a storage unit 24. The detailed configuration of the voltage vector generation unit 13 will be described later.

ゲート指令生成部14は、電圧ベクトル生成部13から出力された電圧ベクトル指令Vectに基づいて、ゲート回路15を駆動させるためのゲート指令Up,Un,Vp,Vn,Wp,Wnを生成する。ゲート指令生成部14は、U相、V相及びW相の各相において、ゲート回路15の後述するスイッチングアーム30,40,50のスイッチング素子31,32,41,42,51,52に対する指令を生成する。   The gate command generation unit 14 generates gate commands Up, Un, Vp, Vn, Wp, and Wn for driving the gate circuit 15 based on the voltage vector command Vect output from the voltage vector generation unit 13. The gate command generator 14 gives commands to switching elements 31, 32, 41, 42, 51, 52 of switching arms 30, 40, 50, which will be described later, of the gate circuit 15 in each phase of the U phase, the V phase, and the W phase. Generate.

具体的には、ゲート指令生成部14は、U相のスイッチングアーム30における上アームのスイッチング素子31に対するゲート指令Upと、下アームのスイッチング素子32に対するゲート指令Unと、V相のスイッチングアーム40における上アームのスイッチング素子41に対するゲート指令Vpと、下アームのスイッチング素子42に対するゲート指令Vnと、W相のスイッチングアーム50における上アームのスイッチング素子51に対するゲート指令Wpと、下アームのスイッチング素子52に対するゲート指令Wnとを生成して、出力する。   Specifically, the gate command generation unit 14 includes a gate command Up for the upper-arm switching element 31 in the U-phase switching arm 30, a gate command Un for the lower-arm switching element 32, and a V-phase switching arm 40. Gate command Vp for upper arm switching element 41, gate command Vn for lower arm switching element 42, gate command Wp for upper arm switching element 51 in W phase switching arm 50, and lower arm switching element 52 A gate command Wn is generated and output.

なお、ゲート指令生成部14によって生成されるゲート指令Up,Un,Vp,Vn,Wp,Wnは、各スイッチング素子をON状態またはOFF状態にする信号を含む。   Note that the gate commands Up, Un, Vp, Vn, Wp, and Wn generated by the gate command generation unit 14 include signals that turn each switching element on or off.

ゲート回路15は、3相のブリッジ回路を構成する複数のスイッチング素子31,32,41,42,51,52を有する。具体的には、図2に示すように、ゲート回路15は、モータ2のU相、V相及びW相の各相にそれぞれ接続されたスイッチングアーム30,40,50を有する。スイッチングアーム30では、一対のスイッチング素子31,32が直列に接続されている。同様に、スイッチングアーム40では、一対のスイッチング素子41,42が直列に接続されている。同様に、スイッチングアーム50では、一対のスイッチング素子51,52が直列に接続されている。   The gate circuit 15 includes a plurality of switching elements 31, 32, 41, 42, 51, and 52 that constitute a three-phase bridge circuit. Specifically, as shown in FIG. 2, the gate circuit 15 includes switching arms 30, 40, and 50 connected to the U phase, V phase, and W phase of the motor 2, respectively. In the switching arm 30, a pair of switching elements 31 and 32 are connected in series. Similarly, in the switching arm 40, a pair of switching elements 41 and 42 are connected in series. Similarly, in the switching arm 50, a pair of switching elements 51 and 52 are connected in series.

なお、スイッチングアーム30,40,50における一方のスイッチング素子31,41,51が、それぞれ、スイッチングアーム30,40,50の上アームに対応する。スイッチングアーム30,40,50における他方のスイッチング素子32,42,52が、それぞれ、スイッチングアーム30,40,50の下アームに対応する。   Note that one switching element 31, 41, 51 in the switching arm 30, 40, 50 corresponds to the upper arm of the switching arm 30, 40, 50, respectively. The other switching elements 32, 42, and 52 in the switching arms 30, 40, and 50 correspond to the lower arms of the switching arms 30, 40, and 50, respectively.

本実施形態において、スイッチング素子31,32,41,42,51,52は、例えばIGBTが用いられる。なお、スイッチング素子31,32,41,42,51,52は、MOSFETなどの他のスイッチングデバイスであってもよい。   In the present embodiment, the switching elements 31, 32, 41, 42, 51, 52 are, for example, IGBTs. Note that the switching elements 31, 32, 41, 42, 51, and 52 may be other switching devices such as MOSFETs.

スイッチング素子31,32,41,42,51,52には、それぞれ、ダイオード31a,32a,41a,42a,51a,52aが並列に設けられている。ダイオード31a,32a,41a,42a,51a,52aは、スイッチング素子31,32,41,42,51,52に流れる電流とは逆方向への電流の流れを許容するように設けられている。ダイオード31a,32a,41a,42a,51a,52aは、いわゆる還流ダイオードである。   Diodes 31a, 32a, 41a, 42a, 51a, 52a are provided in parallel in the switching elements 31, 32, 41, 42, 51, 52, respectively. The diodes 31 a, 32 a, 41 a, 42 a, 51 a, 52 a are provided so as to allow a current flow in the direction opposite to the current flowing through the switching elements 31, 32, 41, 42, 51, 52. The diodes 31a, 32a, 41a, 42a, 51a, and 52a are so-called reflux diodes.

ゲート回路15のスイッチング素子31,32,41,42,51,52は、それぞれ、ゲート指令生成部14から出力されたゲート指令Up,Un,Vp,Vn,Wp,Wnに応じて、ON状態またはOFF状態になるように構成されている。図3に、ゲート回路15の出力電圧の電圧ベクトル図を示す。図3において、V及びVは、各相で電位差が生じないゼロ電圧ベクトルである。なお、図3において、Vでは、U相に電圧が発生し、Vでは、V相に電圧が発生し、Vでは、W相に電圧が発生する。 The switching elements 31, 32, 41, 42, 51, 52 of the gate circuit 15 are turned on or off according to the gate commands Up, Un, Vp, Vn, Wp, Wn output from the gate command generator 14, respectively. It is configured to be in an OFF state. FIG. 3 shows a voltage vector diagram of the output voltage of the gate circuit 15. In FIG. 3, V 0 and V 7 are zero voltage vectors in which no potential difference occurs in each phase. In FIG. 3, a voltage is generated in the U phase at V 1 , a voltage is generated in the V phase at V 2 , and a voltage is generated in the W phase at V 4 .

以下の説明において、各電圧ベクトルに応じてスイッチング素子31,32,41,42,51,52のON/OFF状態を示す際には、上アームのスイッチング素子がON状態であり、下アームのスイッチング素子がOFF状態を“1”とし、上アームのスイッチング素子がOFF状態であり、下アームのスイッチング素子がON状態を“0”とする。そして、W相のスイッチング状態を3桁目、V相のスイッチング状態を2桁目、U相のスイッチング状態を1桁目とする3桁の数字によって、電圧ベクトルを表現する。   In the following description, when the ON / OFF state of the switching elements 31, 32, 41, 42, 51, 52 is indicated according to each voltage vector, the upper arm switching element is in the ON state, and the lower arm switching is performed. The element is in the OFF state “1”, the upper arm switching element is in the OFF state, and the lower arm switching element is in the “ON” state. Then, the voltage vector is expressed by a three-digit number in which the W-phase switching state is the third digit, the V-phase switching state is the second digit, and the U-phase switching state is the first digit.

例えば、電圧ベクトルVであれば、V=[001]と表記する。この場合、各アームのスイッチング素子は、W相の上アームのスイッチング素子がOFF状態で且つW相の下アームのスイッチング素子がON状態であり、V相の上アームのスイッチング素子がOFF状態で且つV相の下アームのスイッチング素子がON状態であり、U相の上アームのスイッチング素子がON状態で且つW相の下アームのスイッチング素子がOFF状態である。なお、ゼロ電圧ベクトルは、V、Vの場合であり、V=[000](各相の下アームのスイッチング素子が全てON状態)、V=[111](各相の上アームのスイッチング素子が全てON状態)と表記される。 For example, in the case of the voltage vector V 1 , it is expressed as V 1 = [001]. In this case, the switching element of each arm is such that the switching element of the upper arm of the W phase is OFF, the switching element of the lower arm of the W phase is ON, the switching element of the upper arm of the V phase is OFF, and The switching element of the lower arm of the V phase is in the ON state, the switching element of the upper arm of the U phase is in the ON state, and the switching element of the lower arm in the W phase is in the OFF state. The zero voltage vectors are for V 0 and V 7 , V 0 = [000] (all switching elements of the lower arm of each phase are in the ON state), V 7 = [111] (upper arm of each phase) The switching elements are all turned on).

3相2相変換部16は、図1に示すように、モータ2の出力電流Iu,Iwを、d軸電流Id及びq軸電流Iqに変換する。具体的には、3相2相変換部16は、モータ2のU相電流Iu及びW相電流Iwに基づいて、d軸電流Id及びq軸電流Iqを求める。   As shown in FIG. 1, the three-phase to two-phase converter 16 converts the output currents Iu and Iw of the motor 2 into a d-axis current Id and a q-axis current Iq. Specifically, the three-phase to two-phase converter 16 obtains a d-axis current Id and a q-axis current Iq based on the U-phase current Iu and the W-phase current Iw of the motor 2.

トルク推定部17は、3相2相変換部16から出力されたd軸電流Id及びq軸電流Iqを用いて、モータ2の出力トルクを推定する。   The torque estimation unit 17 estimates the output torque of the motor 2 using the d-axis current Id and the q-axis current Iq output from the three-phase / two-phase conversion unit 16.

(電圧ベクトル生成部)
次に、電圧ベクトル生成部13の構成を、図1、図4から図9を用いて詳細に説明する。
(Voltage vector generator)
Next, the configuration of the voltage vector generation unit 13 will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 4 to 9.

既述のように、電圧ベクトル生成部13は、電流偏差算出部20と、電流偏差ベクトル演算部21と、電流偏差ベクトル領域判定部22と、電圧ベクトル設定部23と、記憶部24とを有する。   As described above, the voltage vector generation unit 13 includes a current deviation calculation unit 20, a current deviation vector calculation unit 21, a current deviation vector region determination unit 22, a voltage vector setting unit 23, and a storage unit 24. .

電流偏差算出部20は、3相の電流指令Iu,Iv、Iwとモータ2の3相の出力電流Iu,Iv,Iwとを用いて、各相の電流偏差Δiu,Δiv,Δiwを計算する。 The current deviation calculation unit 20 uses the three-phase current commands Iu * , Iv * , Iw * and the three-phase output currents Iu, Iv, Iw of the motor 2 to calculate the current deviations Δiu, Δiv, Δiw of each phase. calculate.

具体的には、電流偏差算出部20は、以下の式によって、3相の電流偏差Δiu,Δiv,Δiwを求める。
Δiu=Iu−Iu
Δiv=Iv−Iv
Δiw=Iw−Iw
Specifically, the current deviation calculation unit 20 obtains three-phase current deviations Δiu, Δiv, Δiw by the following formula.
Δiu = Iu * −Iu
Δiv = Iv * −Iv
Δiw = Iw * −Iw

電流偏差ベクトル演算部21は、電流偏差算出部20によって算出された各相の電流偏差Δiu,Δiv,Δiwを用いて、電流偏差ベクトルを求める。具体的には、電流偏差ベクトル演算部21は、前記電流偏差Δiu,Δiv,Δiwを用いて、電流偏差ベクトルの大きさを求める。   The current deviation vector calculation unit 21 obtains a current deviation vector using the current deviations Δiu, Δiv, Δiw of each phase calculated by the current deviation calculation unit 20. Specifically, the current deviation vector calculation unit 21 obtains the magnitude of the current deviation vector using the current deviations Δiu, Δiv, Δiw.

具体的には、電流偏差ベクトル演算部21は、下式によって、3相の電流偏差Δiu,Δiv,Δiwを、図4に示すような2軸の電流偏差Δiα,Δiβに変換した後、それらの2乗の和を求めることにより、電流偏差ベクトルの大きさに相当するΔiを算出する。
Δiα=√(3/2)×Δiu
Δiβ=√(1/2)×(Δiv−Δiw)
Δi=(Δiα+Δiβ
Specifically, the current deviation vector calculation unit 21 converts the three-phase current deviations Δiu, Δiv, Δiw into the biaxial current deviations Δiα, Δiβ as shown in FIG. By obtaining the sum of the squares, Δi 2 corresponding to the magnitude of the current deviation vector is calculated.
Δiα = √ (3/2) × Δiu
Δiβ = √ (1/2) × (Δiv−Δiw)
Δi 2 = (Δiα 2 + Δiβ 2 )

電流偏差ベクトル領域判定部22は、電流偏差ベクトル演算部21によって算出された3相の電流偏差Δiu,Δiv,Δiwを用いて、電流偏差ベクトルが、図5に示すような電流偏差ベクトル図におけるいずれの領域に属するかを判定する。ここでは、図5に示すように、電流偏差ベクトル図において、60度ずつに領域を分けた場合、電流偏差ベクトルが領域A1からA6のいずれの領域に属するかを判定する。   The current deviation vector region determination unit 22 uses the three-phase current deviations Δiu, Δiv, Δiw calculated by the current deviation vector calculation unit 21 to determine which current deviation vector is in the current deviation vector diagram as shown in FIG. It is determined whether it belongs to the area. Here, as shown in FIG. 5, when the region is divided by 60 degrees in the current deviation vector diagram, it is determined which region A1 to A6 the current deviation vector belongs to.

具体的には、電流偏差ベクトル領域判定部22は、3相の電流偏差Δiu,Δiv,Δiwのうち2相間での電流偏差の絶対値の差を求めて、その差が0以上かどうかによって、電流偏差ベクトルが属する領域を絞り込んだ後、3相の電流偏差Δiu,Δiv,Δiwが0以上かどうかによって、電流偏差ベクトルが属する領域を特定する。   Specifically, the current deviation vector region determination unit 22 obtains a difference in absolute value of the current deviation between two phases among the three-phase current deviations Δiu, Δiv, Δiw, and determines whether the difference is 0 or more. After narrowing down the region to which the current deviation vector belongs, the region to which the current deviation vector belongs is specified according to whether the three-phase current deviations Δiu, Δiv, Δiw are 0 or more.

例えば、|Δiu|―|Δiv|≧0、|Δiv|―|Δiw|≧0及び|Δiw|―|Δiu|<0の場合には、電流偏差ベクトルは、図5の領域A1か領域A4に属する。そして、Δiu≧0であれば、電流偏差ベクトルは図5の領域A1に属し、Δi<0であれば、電流偏差ベクトルは図5の領域A4に属する。   For example, if | Δiu | − | Δiv | ≧ 0, | Δiv | − | Δiw | ≧ 0 and | Δiw | − | Δiu | <0, the current deviation vector is in the region A1 or the region A4 in FIG. Belongs. If Δiu ≧ 0, the current deviation vector belongs to the area A1 in FIG. 5, and if Δi <0, the current deviation vector belongs to the area A4 in FIG.

電圧ベクトル設定部23は、ゲート回路15のスイッチング素子31,32,41,42,51,52が動作する際のスイッチングモードの判定を行うとともに、判定されたモードと電流偏差ベクトル図において電流偏差ベクトルが属する領域とに応じて、電圧ベクトルを設定する。   The voltage vector setting unit 23 determines the switching mode when the switching elements 31, 32, 41, 42, 51, and 52 of the gate circuit 15 operate, and the current deviation vector in the determined mode and current deviation vector diagram. A voltage vector is set in accordance with the region to which.

具体的には、電圧ベクトル設定部23は、図6に示すように、電流偏差ベクトルXの大きさを用いてスイッチングモードの判定を行う。本実施形態では、電圧ベクトル設定部23は、電流偏差ベクトルの大きさが、第1所定値P(所定値)以下かどうか、及び、該第1所定値Pよりも大きい第2所定値Q以下かどうかを判定する。図6に示す例では、電流偏差ベクトルX(図6の太線矢印)は、その大きさが第1所定値P以上で且つ第2所定値Qよりも小さい。   Specifically, the voltage vector setting unit 23 determines the switching mode using the magnitude of the current deviation vector X as shown in FIG. In the present embodiment, the voltage vector setting unit 23 determines whether or not the magnitude of the current deviation vector is equal to or smaller than a first predetermined value P (predetermined value) and is equal to or smaller than a second predetermined value Q that is larger than the first predetermined value P. Determine whether or not. In the example shown in FIG. 6, the current deviation vector X (thick line arrow in FIG. 6) is greater than or equal to the first predetermined value P and smaller than the second predetermined value Q.

なお、第1所定値Pは、モータ2の出力にあまり影響のない電流偏差ベクトルの大きさに設定される。また、第2所定値Qは、モータ2の出力に与える影響とスイッチング損失及び電流歪率に与える影響とを考慮した場合に、モータ2の出力に与える影響よりもスイッチング損失及び電流歪率に与える影響の方が大きくなるような電流偏差ベクトルの大きさに設定される。   The first predetermined value P is set to the magnitude of the current deviation vector that does not significantly affect the output of the motor 2. Further, the second predetermined value Q is given to the switching loss and the current distortion ratio rather than the influence to the output of the motor 2 in consideration of the influence on the output of the motor 2 and the influence on the switching loss and the current distortion ratio. The magnitude of the current deviation vector is set such that the influence becomes larger.

電圧ベクトル設定部23は、電流偏差ベクトルの大きさが第1所定値P以下の場合には、スイッチングモードを還流モードにする。具体的には、電圧ベクトル設定部23は、電流偏差ベクトルの大きさが第1所定値P以下の場合、出力する電圧ベクトルをゼロ電圧ベクトルV,Vのいずれかに設定する。 When the magnitude of the current deviation vector is equal to or smaller than the first predetermined value P, the voltage vector setting unit 23 sets the switching mode to the reflux mode. Specifically, when the magnitude of the current deviation vector is equal to or smaller than the first predetermined value P, the voltage vector setting unit 23 sets the output voltage vector to one of zero voltage vectors V 0 and V 7 .

電流偏差ベクトルの大きさが第1所定値P以下の場合には、電流指令とモータ2の出力電流との差があまり大きくない。この状態で、電圧ベクトルを発生させて、ゲート回路15のスイッチング素子31,32,41,42,51,52を駆動させると、スイッチング回数が増えるため、スイッチング損失が増大するとともに電流歪率も大きくなる。   When the magnitude of the current deviation vector is equal to or smaller than the first predetermined value P, the difference between the current command and the output current of the motor 2 is not so large. In this state, when the voltage vector is generated to drive the switching elements 31, 32, 41, 42, 51, and 52 of the gate circuit 15, the number of times of switching increases, so that the switching loss increases and the current distortion rate also increases. Become.

これに対し、上述のように、電圧ベクトルをゼロ電圧ベクトルV,Vのいずれかに設定することで、スイッチング素子31,32,41,42,51,52のスイッチング回数を減らすことができる。よって、スイッチング損失を低減できるとともに、電流歪率を低減することができる。 On the other hand, as described above, the number of switching of the switching elements 31, 32, 41, 42, 51, and 52 can be reduced by setting the voltage vector to any one of the zero voltage vectors V 0 and V 7. . Therefore, the switching loss can be reduced and the current distortion rate can be reduced.

上述のように電圧ベクトルをゼロ電圧ベクトルV,Vのいずれかに設定することにより、ゲート回路15ではスイッチング素子31,32,41,42,51,52が各相の電位差がなくなるように動作する。具体的には、ゲート回路15のスイッチングアーム30,40,50の上アームのスイッチング素子31,41,51が全てON状態またはOFF状態になる。この状態では、電圧形インバータ装置1からモータ2に対して電圧が出力されない。一方、既述のとおり、ゲート回路15のスイッチング素子31,32,41,42,51,52には、それぞれ、スイッチング素子31,32,41,42,51,52に流れる電流の向きとは逆方向への電流の流れを許容するようにダイオード31a,32a,41a,42a,51a,52aが並列に接続されている。そのため、モータ2の回転に伴って生じる誘起電圧によって、モータ2及びゲート回路15に還流電流が流れる。 As described above, by setting the voltage vector to one of the zero voltage vectors V 0 and V 7 , in the gate circuit 15, the switching elements 31, 32, 41, 42, 51, 52 have no potential difference between the phases. Operate. Specifically, the switching elements 31, 41, 51 on the upper arms of the switching arms 30, 40, 50 of the gate circuit 15 are all turned on or off. In this state, no voltage is output from the voltage source inverter device 1 to the motor 2. On the other hand, as described above, the switching elements 31, 32, 41, 42, 51, 52 of the gate circuit 15 are opposite to the direction of the current flowing through the switching elements 31, 32, 41, 42, 51, 52, respectively. Diodes 31a, 32a, 41a, 42a, 51a, 52a are connected in parallel so as to allow current flow in the direction. Therefore, a reflux current flows through the motor 2 and the gate circuit 15 due to an induced voltage generated as the motor 2 rotates.

上述のように、電流偏差ベクトルの大きさが第1所定値P以下の場合に電圧ベクトルをゼロ電圧ベクトルV,Vのいずれかに設定することにより、スイッチング素子31,32,41,42,51,52のスイッチング回数を減らすことができるとともに、モータ2に出力される電圧がゼロの状態では、モータ2に生じる誘起電圧によって還流電流が流れる。これにより、モータ2に流れる電流の波形は、スイッチング素子31,32,41,42,51,52のスイッチング動作による歪みが少ない波形となる。したがって、上述の構成により、モータ2に流れる電流の電流歪率をより効果的に低減することができる。 As described above, by setting the voltage vector to one of the zero voltage vectors V 0 and V 7 when the magnitude of the current deviation vector is equal to or smaller than the first predetermined value P, the switching elements 31, 32, 41, 42 are set. , 51, 52 can be reduced, and when the voltage output to the motor 2 is zero, a reflux current flows due to an induced voltage generated in the motor 2. Thereby, the waveform of the current flowing through the motor 2 becomes a waveform with less distortion due to the switching operation of the switching elements 31, 32, 41, 42, 51, 52. Therefore, with the above-described configuration, the current distortion rate of the current flowing through the motor 2 can be more effectively reduced.

また、電圧ベクトル設定部23は、電流偏差ベクトルの大きさが第1所定値P以下の場合、出力する電圧ベクトルを、ゼロ電圧ベクトルV,Vのうち、出力中の電圧ベクトル(最後に設定された電圧ベクトル)からゼロ電圧ベクトルに変える際にスイッチング素子31,32,41,42,51,52のスイッチング回数が最も少なくなるようなゼロ電圧ベクトルに設定する。前記出力中の電圧ベクトルに関する情報は、後述する記憶部24に記憶されている。電圧ベクトル設定部23は、出力中の電圧ベクトルを用いて出力する電圧ベクトルの設定を行う場合には、記憶部24から、出力中の電圧ベクトルに関する情報を読み込む。 In addition, when the magnitude of the current deviation vector is equal to or smaller than the first predetermined value P, the voltage vector setting unit 23 selects the voltage vector to be output from the zero voltage vectors V 0 and V 7 as the voltage vector being output (finally When changing from the set voltage vector) to the zero voltage vector, the zero voltage vector is set such that the switching frequency of the switching elements 31, 32, 41, 42, 51, 52 is minimized. Information on the voltage vector being output is stored in the storage unit 24 described later. The voltage vector setting unit 23 reads information on the voltage vector being output from the storage unit 24 when setting the voltage vector to be output using the voltage vector being output.

例えば、図7に示すように、出力中の電圧ベクトルがV=[001]の場合(図7の(a))には、電流偏差ベクトルの大きさが第1所定値P以下であれば、出力する電圧ベクトルをゼロ電圧ベクトルV=[000]に設定する(図7(b))。同様に、出力中の電圧ベクトルがV=[011]の場合には、電流偏差ベクトルの大きさが第1所定値P以下であれば、出力する電圧ベクトルをゼロ電圧ベクトルV7=[111]に設定する。 For example, as shown in FIG. 7, when the voltage vector being output is V 1 = [001] ((a) in FIG. 7), if the magnitude of the current deviation vector is equal to or less than the first predetermined value P, The output voltage vector is set to zero voltage vector V 0 = [000] (FIG. 7B). Similarly, when the voltage vector being output is V 3 = [011], if the magnitude of the current deviation vector is equal to or smaller than the first predetermined value P, the output voltage vector is zero voltage vector V 7 = [111]. ] Is set.

なお、本実施形態において、スイッチング回数は、スイッチング素子31,32,41,42,51,52のいずれか一つが、ON状態からOFF状態、または、OFF状態からON状態に切り替わる回数を1回として、ゲート回路15の全てのスイッチング素子31,32,41,42,51,52のスイッチングの回数を合計した値である。   In the present embodiment, the number of times of switching is defined as the number of times any one of the switching elements 31, 32, 41, 42, 51, 52 is switched from the ON state to the OFF state, or from the OFF state to the ON state. The total number of times of switching of all the switching elements 31, 32, 41, 42, 51, 52 of the gate circuit 15 is obtained.

上述のように、出力中の電圧ベクトルからゼロ電圧ベクトルに変える際に、ゲート回路15において動作するスイッチングアーム30,40,50の数(スイッチング回数)が最も少なくなるようなゼロ電圧ベクトルを選択することにより、ゲート回路15のスイッチング素子31,32,41,42,51,52のスイッチング回数をより低減することができる。これにより、スイッチング動作によって生じる損失をより低減できるとともに、モータ2に流れる電流の電流歪率をより低減することができる。   As described above, a zero voltage vector is selected such that the number of switching arms 30, 40, 50 operating in the gate circuit 15 (the number of times of switching) is minimized when the voltage vector being output is changed to the zero voltage vector. Thereby, the switching frequency of the switching elements 31, 32, 41, 42, 51, and 52 of the gate circuit 15 can be further reduced. Thereby, the loss caused by the switching operation can be further reduced, and the current distortion rate of the current flowing through the motor 2 can be further reduced.

電圧ベクトル設定部23は、電流偏差ベクトルが第1所定値Pよりも大きく且つ第2所定値Q以下の場合には、スイッチングモードを定常モードにする。具体的には、電圧ベクトル設定部23は、電流偏差ベクトルの大きさが第1所定値Pよりも大きく且つ第2所定値Q以下の場合、出力中の電圧ベクトルと電流偏差ベクトルが属する領域とに基づいて、電圧ベクトルを設定する。   When the current deviation vector is larger than the first predetermined value P and equal to or smaller than the second predetermined value Q, the voltage vector setting unit 23 sets the switching mode to the steady mode. Specifically, when the magnitude of the current deviation vector is greater than the first predetermined value P and less than or equal to the second predetermined value Q, the voltage vector setting unit 23 includes a region to which the output voltage vector and the current deviation vector belong. Based on the above, a voltage vector is set.

電圧ベクトル設定部23は、前記定常モードにおいて、出力中の電圧ベクトルから、電流偏差ベクトルが属する領域に応じて決められた電圧ベクトルに変更する際(ベクトル遷移する際)には、以下のように、出力する電圧ベクトルを設定する。   In the steady mode, the voltage vector setting unit 23 changes the voltage vector being output to a voltage vector determined according to the region to which the current deviation vector belongs (when the vector transitions) as follows. Set the output voltage vector.

電圧ベクトル設定部23は、図3で示すV〜Vの電圧ベクトルの図において、隣り合うベクトルに変更する場合はベクトル遷移を許可し、そうでない場合は、一度ゼロ電圧ベクトルを出力した後に、所望の電圧ベクトルに遷移するようにする。 In the voltage vector diagram of V 0 to V 7 shown in FIG. 3, the voltage vector setting unit 23 permits vector transition when changing to an adjacent vector, and otherwise outputs a zero voltage vector once. And a transition to a desired voltage vector.

例えば、出力中の電圧ベクトルがVの場合、遷移可能な電圧ベクトルはV,V,V,Vである。この場合、電圧ベクトル設定部23は、電流偏差ベクトルが属する領域に応じて決められた電圧ベクトルがVまたはVであれば、その電圧ベクトルを、出力する電圧ベクトルとして設定する。一方、電流偏差ベクトルが属する領域に応じて決められた電圧ベクトルがそれ以外のベクトル、例えばVの場合には、電圧ベクトル設定部23は、電圧ベクトルVではなくVを、出力する電圧ベクトルとして設定する。 For example, when the voltage vector being output is V 1 , the transitionable voltage vectors are V 0 , V 3 , V 5 , and V 7 . In this case, if the voltage vector determined according to the region to which the current deviation vector belongs is V 3 or V 5 , the voltage vector setting unit 23 sets the voltage vector as an output voltage vector. On the other hand, when the voltage vector determined in accordance with the region to which the current deviation vector belongs is another vector, for example, V 4 , the voltage vector setting unit 23 outputs V 0 instead of the voltage vector V 4. Set as a vector.

ここで、V及びVは、同じゼロ電圧ベクトルであるため、電圧ベクトル設定部23は、出力中の電圧ベクトルVからゼロ電圧ベクトルに遷移する場合には、スイッチング状態の変化が少ないゼロベクトルVを、出力する電圧ベクトルとして設定する。 Here, since V 0 and V 7 are the same zero voltage vector, the voltage vector setting unit 23 is zero in which the change of the switching state is small when the voltage vector V 1 in the output transitions to the zero voltage vector. Vector V 0 is set as an output voltage vector.

換言すれば、電圧ベクトル設定部23は、出力中の電圧ベクトルから、電流偏差ベクトルが属する領域に応じて決められた電圧ベクトルに変更する際に、ゲート回路15のスイッチングアーム30,40,50を2つ以上、動作させなければいけない場合(スイッチング回数が所定回数以上の場合)、出力する電圧ベクトルをゼロ電圧ベクトルに設定する。前記所定回数は、スイッチングアーム30,40,50のうち2つのスイッチングアームを動作させる際のスイッチング回数である。   In other words, the voltage vector setting unit 23 changes the switching arms 30, 40, 50 of the gate circuit 15 when changing from the voltage vector being output to the voltage vector determined according to the region to which the current deviation vector belongs. When two or more must be operated (when the number of times of switching is a predetermined number or more), the output voltage vector is set to a zero voltage vector. The predetermined number of times is the number of times of switching when two of the switching arms 30, 40, 50 are operated.

例えば、図8(a)に示すように、出力中の電圧ベクトルV=[001](図中の太実線矢印)から、電流偏差ベクトルが属する領域に応じて決められた電圧ベクトルV=[100](図中の破線矢印)に変更する場合、ゲート回路15のスイッチングアーム30,40,50を2つ以上、動作させる必要がある。この場合には、図8(b)に示すように、出力する電圧ベクトルを、ゼロ電圧ベクトルV,Vのうちスイッチング回数の少ない方に設定する。 For example, Figure 8 (a), the voltage vector V 1 = [001] in the output from the (thick solid line arrows in the figure), the voltage vector V 4 which is determined according to the region where the current deviation vector belongs = When changing to [100] (broken line arrow in the figure), it is necessary to operate two or more switching arms 30, 40, 50 of the gate circuit 15. In this case, as shown in FIG. 8B, the voltage vector to be output is set to the one with the smaller number of switching times among the zero voltage vectors V 0 and V 7 .

なお、この定常モードの場合でも、上述の還流モードと同様、電圧ベクトル設定部23は、出力する電圧ベクトルをゼロ電圧ベクトルに設定する際に、ゼロ電圧ベクトルV,Vのうち、スイッチング素子31,32,41,42,51,52のスイッチング回数が最も少なくなるようなゼロ電圧ベクトルを選定する。 Even in the steady mode, the voltage vector setting unit 23, when setting the output voltage vector to the zero voltage vector, of the zero voltage vectors V 0 and V 7 as in the above-described reflux mode, A zero voltage vector that minimizes the number of times of switching of 31, 32, 41, 42, 51, and 52 is selected.

一方、上述のように、電圧ベクトル設定部23は、前記定常モードにおいて、出力中の電圧ベクトルから、電流偏差ベクトルが属する領域に応じて決められた電圧ベクトルに変更する際(ベクトル遷移する際)に、図3で示すV〜Vの電圧ベクトルの図において、隣り合うベクトルに変更する場合はベクトル遷移を許可する。例えば、出力中の電圧ベクトルがVの場合、電流偏差ベクトルが属する領域に応じて決められた電圧ベクトルがVまたはVであれば、電圧ベクトル設定部23は、その電圧ベクトルを、出力する電圧ベクトルとして設定する。 On the other hand, as described above, in the steady mode, the voltage vector setting unit 23 changes the voltage vector being output to a voltage vector determined according to the region to which the current deviation vector belongs (when the vector transitions). In addition, in the voltage vector diagram of V 0 to V 7 shown in FIG. 3, when changing to an adjacent vector, vector transition is permitted. For example, when the voltage vector being output is V 1 and the voltage vector determined according to the region to which the current deviation vector belongs is V 3 or V 5 , the voltage vector setting unit 23 outputs the voltage vector. Set as a voltage vector.

換言すれば、電圧ベクトル設定部23は、出力中の電圧ベクトルから、電流偏差ベクトルが属する領域に応じて決められた電圧ベクトルに変更する際に、ゲート回路15で動作するスイッチングアームが1つの場合(スイッチング回数が所定回数よりも少ない場合)には、出力する電圧ベクトルを、前記電流偏差ベクトルが属する領域に応じて決められた電圧ベクトルに設定する。   In other words, when the voltage vector setting unit 23 changes from the voltage vector being output to the voltage vector determined according to the region to which the current deviation vector belongs, the voltage vector setting unit 23 has one switching arm that operates in the gate circuit 15. When the number of times of switching is less than a predetermined number, the output voltage vector is set to a voltage vector determined according to the region to which the current deviation vector belongs.

電圧ベクトル設定部23は、出力中の電圧ベクトルがゼロ電圧ベクトルの場合には、出力する電圧ベクトルを、電流偏差ベクトルが属する領域に応じて決められた電圧ベクトルに設定する。   When the voltage vector being output is a zero voltage vector, the voltage vector setting unit 23 sets the output voltage vector to a voltage vector determined according to the region to which the current deviation vector belongs.

なお、前記出力中の電圧ベクトルに関する情報は、後述する記憶部24に記憶されている。電圧ベクトル設定部23は、出力中の電圧ベクトルを用いて電圧ベクトルの設定を行う場合には、記憶部24から、出力中の電圧ベクトルに関する情報を読み込む。   Information on the voltage vector being output is stored in the storage unit 24 described later. When the voltage vector is set using the voltage vector being output, the voltage vector setting unit 23 reads information on the voltage vector being output from the storage unit 24.

電圧ベクトル設定部23は、電流偏差ベクトルの大きさが第2所定値Qよりも大きい場合には、スイッチングモードを過渡モードにする。具体的には、電圧ベクトル設定部23は、電流偏差ベクトルの大きさが第2所定値Qよりも大きい場合、出力する電圧ベクトルを、電流偏差ベクトルが属する領域に応じて決められた電圧ベクトルに設定する。   When the magnitude of the current deviation vector is larger than the second predetermined value Q, the voltage vector setting unit 23 sets the switching mode to the transient mode. Specifically, when the magnitude of the current deviation vector is larger than the second predetermined value Q, the voltage vector setting unit 23 changes the voltage vector to be output to a voltage vector determined according to the region to which the current deviation vector belongs. Set.

具体的には、電圧ベクトル設定部23は、電流偏差ベクトル図において電流偏差ベクトルが属する領域に応じて、電圧ベクトルを決める。例えば、図9(a)に示すように、電流偏差ベクトルYが電流偏差ベクトル図において領域A1に属している場合には、電圧ベクトル設定部23は、図9(b)に示すように、出力する電圧ベクトルを電圧ベクトルVに設定する。 Specifically, the voltage vector setting unit 23 determines the voltage vector according to the region to which the current deviation vector belongs in the current deviation vector diagram. For example, as shown in FIG. 9A, when the current deviation vector Y belongs to the region A1 in the current deviation vector diagram, the voltage vector setting unit 23 outputs the output as shown in FIG. 9B. setting the voltage vector to the voltage vector V 1.

このように、電圧ベクトル設定部23は、過渡モードの場合には、出力する電圧ベクトルを、電流偏差ベクトル図において電流偏差ベクトルが属する領域に対応する電圧ベクトルに設定する。   Thus, in the transient mode, the voltage vector setting unit 23 sets the output voltage vector to a voltage vector corresponding to the region to which the current deviation vector belongs in the current deviation vector diagram.

記憶部24は、出力中の電圧ベクトルに関する情報を一時的に記憶する。記憶部24に記憶されているデータは、電圧ベクトル設定部23がスイッチングモードに応じて電圧ベクトルを設定する際に用いられる。   The storage unit 24 temporarily stores information regarding the voltage vector being output. The data stored in the storage unit 24 is used when the voltage vector setting unit 23 sets a voltage vector according to the switching mode.

具体的には、電圧ベクトル設定部23は、スイッチングモードが還流モードの場合に、記憶部24に記憶されている電圧ベクトルに関する情報を読み込んで、該電圧ベクトルからゼロ電圧ベクトルに変更する際に、ゲート回路15において動作するスイッチングアーム30,40,50が最も少なくなるようなゼロ電圧ベクトルを設定する。   Specifically, when the switching mode is the reflux mode, the voltage vector setting unit 23 reads information on the voltage vector stored in the storage unit 24 and changes the voltage vector to the zero voltage vector. A zero voltage vector is set such that the switching arms 30, 40, 50 operating in the gate circuit 15 are minimized.

また、電圧ベクトル設定部23は、スイッチングモードが定常モードの場合に、記憶部24に記憶されている電圧ベクトルに関する情報を読み込んで、該電圧ベクトルから電流偏差ベクトルに応じて決められた電圧ベクトルに変更する際に、ゲート回路15において動作するスイッチングアーム30,40,50が2つ以上であれば、出力する電圧ベクトルとしてゼロ電圧ベクトルを設定する。   In addition, when the switching mode is the steady mode, the voltage vector setting unit 23 reads information on the voltage vector stored in the storage unit 24, and converts the voltage vector to a voltage vector determined according to the current deviation vector. When changing, if there are two or more switching arms 30, 40, 50 operating in the gate circuit 15, a zero voltage vector is set as an output voltage vector.

(電圧ベクトル生成の動作)
次に、上述のような構成を有する電圧形インバータ装置1の電圧ベクトル生成部13における電圧ベクトル生成の動作を、図10に示すフローを用いて説明する。
(Voltage vector generation operation)
Next, the operation of voltage vector generation in the voltage vector generation unit 13 of the voltage source inverter device 1 having the above-described configuration will be described using the flow shown in FIG.

図10に示すフローがスタートすると(スタート)、まず、電圧ベクトル生成部13では、電流偏差算出部20に3相の電流指令とモータ2から出力される電流とが入力される(ステップS1)。   When the flow shown in FIG. 10 starts (start), first, the voltage vector generation unit 13 inputs a three-phase current command and a current output from the motor 2 to the current deviation calculation unit 20 (step S1).

電流偏差算出部20は、入力された3相の電流指令及びモータ2の出力電流を用いて、各相の電流偏差を計算する(ステップS2)。続くステップS3では、電流偏差ベクトル演算部21が、前記電流偏差に基づいて、電流偏差ベクトルの大きさを算出する。   The current deviation calculation unit 20 calculates the current deviation of each phase using the input three-phase current command and the output current of the motor 2 (step S2). In subsequent step S3, the current deviation vector calculation unit 21 calculates the magnitude of the current deviation vector based on the current deviation.

次に、ステップS4において、電流偏差ベクトル領域判定部22が、前記電流偏差に基づいて、前記電流偏差ベクトルが電流偏差ベクトル図の領域A1からA6のいずれの領域に属するかを判定する。具体的には、電流偏差ベクトル領域判定部22は、2相間における電流偏差の絶対値の差を求めて、その差が0以上かどうかによって、電流偏差ベクトル図において前記電流偏差ベクトルが属する領域を絞り込むとともに、3相の電流偏差が0以上かどうかによって、前記電流偏差ベクトルが属する領域を特定する。   Next, in step S4, the current deviation vector area determination unit 22 determines, based on the current deviation, which of the areas A1 to A6 of the current deviation vector diagram the current deviation vector belongs to. Specifically, the current deviation vector region determination unit 22 obtains the difference between the absolute values of the current deviation between the two phases, and determines the region to which the current deviation vector belongs in the current deviation vector diagram depending on whether the difference is 0 or more. In addition, the region to which the current deviation vector belongs is specified depending on whether the current deviation of the three phases is 0 or more.

上述のように、本実施形態では、ステップS3で電流偏差ベクトルの大きさを算出した後、ステップS4で前記電流偏差ベクトルが属する領域を判定している。しかしながら、ステップS4の領域判定をステップS3よりも先に行ってもよい。   As described above, in this embodiment, after calculating the magnitude of the current deviation vector in step S3, the region to which the current deviation vector belongs is determined in step S4. However, the region determination in step S4 may be performed before step S3.

続くステップS5では、電圧ベクトル設定部23が、ステップS3で求めた電流偏差ベクトルの大きさに基づいて、ゲート回路15で行うスイッチングモードを選択する。本実施形態の場合、スイッチングモードは、還流モード、定常モード及び過渡モードの3つのモードを含む。   In the subsequent step S5, the voltage vector setting unit 23 selects a switching mode performed in the gate circuit 15 based on the magnitude of the current deviation vector obtained in step S3. In the case of the present embodiment, the switching mode includes three modes of a reflux mode, a steady mode, and a transient mode.

電圧ベクトル設定部23は、電流偏差ベクトルの大きさが、第1所定値P以下の場合には、スイッチングモードとして還流モードを選択する。この還流モードでは、電圧ベクトル設定部23は、出力する電圧ベクトルをゼロ電圧ベクトルに設定する(ステップS6)。このとき、電圧ベクトル設定部23は、記憶部24から出力中の電圧ベクトルを読み込んで、その電圧ベクトルからゼロ電圧ベクトルに変更する際に、ゲート回路15において動作するスイッチングアーム30,40,50の数(スイッチング回数)が最も少なくなるようなゼロ電圧ベクトルを選択する。   When the magnitude of the current deviation vector is equal to or smaller than the first predetermined value P, the voltage vector setting unit 23 selects the reflux mode as the switching mode. In the reflux mode, the voltage vector setting unit 23 sets the output voltage vector to a zero voltage vector (step S6). At this time, the voltage vector setting unit 23 reads the voltage vector being output from the storage unit 24 and changes the voltage vector from the voltage vector to the zero voltage vector. A zero voltage vector that minimizes the number (number of times of switching) is selected.

前記ステップS5において、電流偏差ベクトルの大きさが第1所定値Pよりも大きく且つ第2所定値Q以下の場合には、電圧ベクトル設定部23は、スイッチングモードとして定常モードを選択する。この定常モードでは、電圧ベクトル設定部23は、出力中の電圧ベクトルから、電流偏差ベクトルが属する領域に応じて決められた電圧ベクトルに変更する際に、ゲート回路15のスイッチングアーム30,40,50が2つ以上、スイッチング動作を行う場合(電圧ベクトル図において、電圧ベクトルを隣り合わないベクトルに遷移させる場合)には、出力する電圧ベクトルをゼロ電圧ベクトルに設定する(ステップS6)。   In step S5, when the magnitude of the current deviation vector is larger than the first predetermined value P and equal to or smaller than the second predetermined value Q, the voltage vector setting unit 23 selects the steady mode as the switching mode. In this steady mode, the voltage vector setting unit 23 changes the switching arm 30, 40, 50 of the gate circuit 15 when changing the voltage vector being output to the voltage vector determined according to the region to which the current deviation vector belongs. If two or more switching operations are performed (in the voltage vector diagram, the voltage vector is changed to a vector that is not adjacent), the output voltage vector is set to the zero voltage vector (step S6).

一方、出力中の電圧ベクトルから、電流偏差ベクトルが属する領域に応じて決められた電圧ベクトルへ変更する際に、スイッチング動作を行うスイッチングアーム30,40,50が1つの場合(電圧ベクトル図において、電圧ベクトルを隣り合うベクトルに遷移させる場合)には、電圧ベクトル設定部23は、出力する電圧ベクトルを、前記電流偏差ベクトルが属する領域に応じて決められた電圧ベクトルに設定する。   On the other hand, when the voltage vector being output is changed to the voltage vector determined according to the region to which the current deviation vector belongs, when there is one switching arm 30, 40, 50 that performs the switching operation (in the voltage vector diagram, When the voltage vector is changed to an adjacent vector), the voltage vector setting unit 23 sets the output voltage vector to a voltage vector determined according to the region to which the current deviation vector belongs.

これにより、ゲート回路15のスイッチング素子31,32,41,42,51,52のスイッチング回数を低減することができる。よって、スイッチング動作によって生じる損失をより低減できるとともに、モータ2に流れる電流の電流歪率をより低減することができる。   Thereby, the frequency | count of switching of the switching elements 31, 32, 41, 42, 51, and 52 of the gate circuit 15 can be reduced. Therefore, the loss caused by the switching operation can be further reduced, and the current distortion rate of the current flowing through the motor 2 can be further reduced.

前記ステップS5において、電流偏差ベクトルの大きさが第2所定値Qよりも大きい場合には、電圧ベクトル設定部23は、スイッチングモードとして過渡モードを選択する。この過渡モードでは、電圧ベクトル設定部23は、出力する電圧ベクトルを、前記電流偏差ベクトルが属する領域に応じて決められた電圧ベクトルに設定する(ステップS6)。   When the magnitude of the current deviation vector is larger than the second predetermined value Q in step S5, the voltage vector setting unit 23 selects the transient mode as the switching mode. In this transient mode, the voltage vector setting unit 23 sets the output voltage vector to a voltage vector determined according to the region to which the current deviation vector belongs (step S6).

これにより、電流偏差ベクトルが大きい場合には、電流偏差が小さくなるような電圧ベクトルを出力することができる。したがって、モータ2の出力を所定の出力まで迅速に調整することができる。   Thereby, when the current deviation vector is large, it is possible to output a voltage vector that makes the current deviation small. Therefore, the output of the motor 2 can be quickly adjusted to a predetermined output.

ステップS7では、電圧ベクトル設定部23は、設定した電圧ベクトルを電圧ベクトル指令Vectとして、ゲート指令生成部14に出力する。その後、このフローを終了する(エンド)。   In step S <b> 7, the voltage vector setting unit 23 outputs the set voltage vector to the gate command generation unit 14 as the voltage vector command Vect. Thereafter, this flow is ended (END).

以上の構成により、電圧ベクトル生成部13は、電流偏差ベクトルの大きさが第1所定値P以下の場合には、ゼロ電圧ベクトルを電圧ベクトルとして出力する。これにより、電流偏差ベクトルがあまり大きくない領域では、ゲート回路15のスイッチング回数を減らすことができ、スイッチング損失を低減することができる。しかも、モータ2に流れる電流の波形を、ノイズが少ない波形にすることができる。よって、モータ2に流れる電流の電流歪率を低減することができる。   With the above configuration, the voltage vector generation unit 13 outputs a zero voltage vector as a voltage vector when the magnitude of the current deviation vector is equal to or less than the first predetermined value P. Thereby, in the region where the current deviation vector is not so large, the number of times of switching of the gate circuit 15 can be reduced, and the switching loss can be reduced. Moreover, the waveform of the current flowing through the motor 2 can be made a waveform with less noise. Therefore, the current distortion rate of the current flowing through the motor 2 can be reduced.

ここで、図11に、従来の構成における3相のスイッチングパターン及びモータ2の電流波形の一例(図11(a))と、本実施形態の構成における3相のスイッチングパターン及びモータ2の電流波形の一例(図11(b))とを示す。この図11から分かるように、本実施形態の構成では、スイッチング回数を減らすことができるとともに、モータ2に流れる電流の電流歪率を低減することができる。なお、図11において、UpはU相のゲート指令、VpはV相のゲート指令、WpはW相のゲート指令を、それぞれ示す。   Here, FIG. 11 shows an example (FIG. 11A) of the three-phase switching pattern and the motor 2 current waveform in the conventional configuration, and the three-phase switching pattern and the motor 2 current waveform in the configuration of the present embodiment. An example (FIG. 11B) is shown. As can be seen from FIG. 11, in the configuration of the present embodiment, the number of times of switching can be reduced, and the current distortion rate of the current flowing through the motor 2 can be reduced. In FIG. 11, Up represents a U-phase gate command, Vp represents a V-phase gate command, and Wp represents a W-phase gate command.

(電流値指令補正部)
次に、q軸の電流指令Iqを補正する電流指令補正部60について、図1を用いて説明する。
(Current value command correction part)
Next, a current command correction unit 60 that corrects the q-axis current command Iq * will be described with reference to FIG.

電流指令補正部60は、モータ2に印加される電圧がゼロの状態(電圧ベクトル生成部13が、出力する電圧ベクトルをゼロ電圧ベクトルに設定した場合)で、モータ2に生じる還流電流を低減するように、q軸の電流指令Iqを補正する。 The current command correction unit 60 reduces the return current generated in the motor 2 when the voltage applied to the motor 2 is zero (when the voltage vector generation unit 13 sets the output voltage vector to the zero voltage vector). Thus, the q-axis current command Iq * is corrected.

既述のとおり、上述のような構成を有する電圧形インバータ装置1からモータ2に出力する電圧がゼロになると、モータ2には、回転によって誘起電圧が発生する。モータ2に誘起電圧が発生すると、モータ2及び電圧形インバータ装置1には、還流電流が流れる。この還流電流は、図12に示すように正弦波状の電流であるとともに、電圧形インバータ装置1の三相にそれぞれ流れる。そうすると、モータ2には、還流電流によって回生トルクが発生する。この回生トルクは、モータ2の回転を止める方向に作用するトルクである。   As described above, when the voltage output from the voltage source inverter device 1 having the above-described configuration to the motor 2 becomes zero, an induced voltage is generated in the motor 2 due to rotation. When an induced voltage is generated in the motor 2, a reflux current flows through the motor 2 and the voltage source inverter device 1. The reflux current is a sinusoidal current as shown in FIG. 12 and flows in three phases of the voltage source inverter device 1. Then, regenerative torque is generated in the motor 2 by the return current. This regenerative torque is a torque that acts in a direction to stop the rotation of the motor 2.

なお、図12には、一例として、モータ2に印加される電圧がゼロの状態において、該モータ2のU相に流れる電流の波形を示す。   FIG. 12 shows, as an example, a waveform of a current flowing in the U phase of the motor 2 when the voltage applied to the motor 2 is zero.

よって、既述のように、電流偏差ベクトルの大きさが第1所定値P以下の場合に、電圧ベクトル生成部13から出力する電圧ベクトルをゼロ電圧ベクトルに設定することによって、スイッチング損失及びモータ2に流れる電流の電流歪率を低減しても、モータ2に生じる誘起電圧が、該モータ2の回転に悪影響を与える。   Therefore, as described above, when the magnitude of the current deviation vector is equal to or smaller than the first predetermined value P, the voltage vector output from the voltage vector generation unit 13 is set to the zero voltage vector, so that the switching loss and the motor 2 Even if the current distortion rate of the current flowing through the motor 2 is reduced, the induced voltage generated in the motor 2 adversely affects the rotation of the motor 2.

これに対し、本実施形態では、電流指令補正部60によって、モータ2に生じる誘起電圧を低減するように、q軸の電流指令Iqを補正する。具体的には、電流指令補正部60は、補正値生成部61と、加算部62とを有する。 In contrast, in the present embodiment, the current command correction unit 60 corrects the q-axis current command Iq * so as to reduce the induced voltage generated in the motor 2. Specifically, the current command correction unit 60 includes a correction value generation unit 61 and an addition unit 62.

補正値生成部61は、電圧ベクトル生成部13で還流モードを行う際に用いられる第1所定値Pを用いて、q軸の電流指令Iqを補正するための電流指令補正値Iqoftを生成する。補正値生成部61は、以下の式を用いて、電流指令補正値Iqoftを算出する。
Iqoft=Ia×cosβ
この式において、Iaは、電流振幅であり、不感帯領域幅(第1所定値P)に対して√(2/3)を乗じるdq軸変換(座標変換)を行うことによって算出される。また、βは、電流位相角である。βは、モータ2に生じる誘起電圧(E=ψ×ω、ψ:ロータ磁束、ω:モータ回転数)と同相にするためにゼロに設定される。
Correction value generation unit 61 generates a current command correction value Iq oft for using a first predetermined value P used in performing the reflux mode in the voltage vector generating unit 13 corrects the current command Iq * of the q-axis To do. Correction value generation unit 61, using the following equation to calculate the current command correction value Iq oft.
Iq oft = Ia × cosβ
In this equation, Ia is a current amplitude, and is calculated by performing dq axis transformation (coordinate transformation) by multiplying √ (2/3) to the dead zone region width (first predetermined value P). Β is a current phase angle. β is set to zero in order to be in phase with the induced voltage (E = ψ × ω, ψ: rotor magnetic flux, ω: motor rotation speed) generated in the motor 2.

これにより、補正値生成部61は、電流指令補正値Iqoftとして、Iaを生成する。この電流指令補正値Iqoftは、モータ2に流れる還流電流によって生じる回生トルクを相殺するような力行トルクをモータ2に生成させる力行トルク指令である。 Thus, the correction value generation unit 61, as a current command correction value Iq oft, to generate the Ia. The current command correction value Iq oft is a power running torque command that causes the motor 2 to generate a power running torque that cancels the regenerative torque generated by the return current flowing through the motor 2.

加算部62は、補正値生成部61によって生成された電流指令補正値Iqoftを、q軸の電流指令Iqに加算する。 Addition unit 62, a current command correction value Iq oft generated by the correction value generation unit 61, adds to the current command Iq * of the q-axis.

図13に、モータ2に印加される電圧がゼロの状態において、電流指令補正部60による電流指令値Iqの補正の有無による効果を示す。具体的には、図13(a)に、電流指令値Iqを補正しない状態でモータ2に流れる電流波形の一例を示すとともに、図13(b)に、電流指令補正部60によって電流指令値Iqを補正した場合に、モータ2に流れる電流波形の一例を示す。 FIG. 13 shows the effect of whether or not the current command value Iq * is corrected by the current command correction unit 60 when the voltage applied to the motor 2 is zero. Specifically, FIG. 13A shows an example of a current waveform flowing in the motor 2 without correcting the current command value Iq * , and FIG. 13B shows a current command value by the current command correction unit 60. An example of a waveform of a current flowing through the motor 2 when Iq * is corrected is shown.

図13に示すように、電流指令補正部60によって電流指令値Iqを補正しない場合(図13(a))には、モータ2に正弦波状の電流が流れる。一方、電流指令補正部60によって電流指令値Iqを補正した場合(図13(b))には、モータ2に流れる電流は正弦波状ではなく、ゼロに近い値になる。 As shown in FIG. 13, when the current command value Iq * is not corrected by the current command correction unit 60 (FIG. 13A), a sinusoidal current flows through the motor 2. On the other hand, when the current command value Iq * is corrected by the current command correction unit 60 (FIG. 13B), the current flowing through the motor 2 is not sinusoidal and has a value close to zero.

このように、電流指令補正部60によって、電流指令値Iqに対し、モータ2に流れる還流電流によって生じる回生トルクを相殺するような力行トルク指令を加える補正を行うことにより、電圧ベクトルがゼロ電圧ベクトルに設定されている際に、モータ2で生じる誘起電圧に起因して該モータ2の回転が阻害されるのを防止できる。 In this way, the current command correction unit 60 performs correction for adding the power running torque command that cancels the regenerative torque generated by the return current flowing through the motor 2 to the current command value Iq * , so that the voltage vector becomes zero voltage. When the vector is set, it is possible to prevent the rotation of the motor 2 from being hindered due to the induced voltage generated in the motor 2.

したがって、本実施形態の構成によって、スイッチング回数を減らすことにより、スイッチング損失及びモータ2に流れる電流の電流歪率を低減できるとともに、モータ2に印加される電圧がゼロ状態で該モータ2に生じる誘起電圧を低減することにより、モータ2に、回転を阻害する回生トルクが生じるのを防止できる。よって、スイッチング損失及び電流歪率を低減しつつ、モータ性能の低下を防止することができる。   Therefore, by reducing the number of times of switching by the configuration of the present embodiment, the switching loss and the current distortion rate of the current flowing through the motor 2 can be reduced, and the induction applied to the motor 2 when the voltage applied to the motor 2 is zero By reducing the voltage, it is possible to prevent the motor 2 from generating regenerative torque that inhibits rotation. Therefore, it is possible to prevent the motor performance from being lowered while reducing the switching loss and the current distortion rate.

しかも、電流指令補正部60で電流指令値Iqを補正する際に用いる電流指令補正値Iqoftは、電流偏差ベクトルの大きさの範囲において還流モードが適用される範囲の上限(第1所定値P)である。そのため、還流モードの範囲内において、モータ2に回転を阻害する回生トルクが生じるのをより確実に防止できる。 Moreover, the current command correction value Iq oft used in correcting the current command value Iq * by the current command correction unit 60, the upper limit of the range the reflux mode is applied in the size range of the current deviation vector (first predetermined value P). Therefore, it is possible to more reliably prevent the regenerative torque that inhibits the rotation of the motor 2 from occurring in the range of the reflux mode.

なお、本実施形態の構成は、電圧形インバータ装置1が高周波(例えば800kHz以上)で動作する構成の場合に特に有用である。すなわち、高周波の電圧形インバータ装置の場合、スイッチング素子のスイッチング動作が速いため、その分、スイッチング損失が増大しやすく且つ電流歪率も大きくなりやすい。このような高周波の電圧形インバータ装置に対して本実施形態の構成を適用することにより、スイッチング損失及び電流歪率の低減に関して、より大きな効果が得られる。   The configuration of the present embodiment is particularly useful when the voltage source inverter device 1 is configured to operate at a high frequency (for example, 800 kHz or higher). That is, in the case of a high-frequency voltage source inverter device, since the switching operation of the switching element is fast, the switching loss tends to increase and the current distortion rate tends to increase accordingly. By applying the configuration of the present embodiment to such a high-frequency voltage source inverter device, a greater effect can be obtained with respect to reduction of switching loss and current distortion.

(その他の実施形態)
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。
(Other embodiments)
While the embodiments of the present invention have been described above, the above-described embodiments are merely examples for carrying out the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the above-described embodiment can be appropriately modified and implemented without departing from the spirit of the invention.

前記実施形態では、電流指令補正部60が、q軸の電流指令値Iqを、電流指令補正値Iqoftによって補正する。しかしながら、図14に示すように、電流指令補正部70が、d軸の電流指令値Idを、電流指令補正値Idoftによって補正してもよい。 In the above embodiment, the current command correction unit 60, the current command value Iq * of the q-axis is corrected by the current command correction value Iq oft. However, as shown in FIG. 14, the current command correction unit 70, a current command value Id * of the d-axis, may be corrected by the current command correction value Id oft.

この場合には、電流指令補正部70は、モータ2に誘起電圧を発生させないように該モータ2の界磁磁束を弱める電流指令補正値Idoftによって、d軸の電流指令Idを補正する。具体的には、電流指令補正部70は、ロータ磁束及び下式を用いて電流指令補正値Idoftを生成する補正値生成部71を有する。
Idoft=Ib×sinβ
この式において、Ibは、電流振幅であり、ロータ磁束Ψを発生させる電流値に設定される。すなわち、Ib=Ld/Ψ(Ldはd軸インダクタンス)によって求められる。また、βは、電流位相角である。βは、d軸電流とするために、90度に設定される。
In this case, the current command correction unit 70, the current command correction value Id oft weakening the field magnetic flux of the motor 2 so as not to generate an induced voltage in the motor 2, to correct the current command Id * of the d-axis. Specifically, the current command correction unit 70 includes a correction value generation unit 71 that generates a current command correction value Id oft with rotor flux and the following equation.
Id oft = Ib × sinβ
In this equation, Ib is a current amplitude, and is set to a current value that generates the rotor magnetic flux Ψ. That is, Ib = Ld / Ψ (Ld is d-axis inductance). Β is a current phase angle. β is set to 90 degrees in order to obtain a d-axis current.

したがって、補正値生成部71は、電流指令補正値Idoftとして、Iaを生成する。この電流指令補正値Idoftは、モータ2に誘起電圧を生じさせないようにモータ2の界磁磁束を弱める弱め界磁指令である。 Accordingly, the correction value generation unit 71, as a current command correction value Id oft, to generate the Ia. The current command correction value Id oft is a field weakening command weakening the magnetic field flux of the motor 2 so as not to cause an induced voltage to the motor 2.

なお、図14において、符号72は、補正値生成部71によって生成された電流指令補正値Idoftを、電流指令Idに加算する加算部である。 In FIG. 14, reference numeral 72 is a current instruction correction value Id oft generated by the correction value generation unit 71, an addition unit that adds the current command Id *.

また、以上の説明では、d軸の電流指令Idまたはq軸の電流指令Iqのいずれかを補正しているが、この限りではなく、d軸及びq軸の電流指令Id,Iqを、それぞれ、電流指令補正値Idoft,Iqoftによって補正してもよい。 In the above description, either the d-axis current command Id * or the q-axis current command Iq * is corrected. However, the present invention is not limited to this, and the d-axis and q-axis current commands Id * and Iq * are not limited thereto . and each current instruction correction value Id oft, may be corrected by Iq oft.

前記実施形態では、電流偏差ベクトル領域判定部22は、3相の電流偏差Δiu,Δiv,Δiwのうち2相間での電流偏差の絶対値の差を求めて、その差が0以上かどうかによって、電流偏差ベクトルが属する領域を絞り込んだ後、3相の電流偏差Δiu,Δiv,Δiwが0以上かどうかによって、電流偏差ベクトルが属する領域を特定する。しかしながら、電流偏差ベクトルの領域を判定可能な方法であれば、どのような方法であってもよい。   In the embodiment, the current deviation vector region determination unit 22 obtains the difference in absolute value of the current deviation between the two phases among the current deviations Δiu, Δiv, Δiw of the three phases, and whether the difference is 0 or more, After narrowing down the region to which the current deviation vector belongs, the region to which the current deviation vector belongs is specified according to whether the three-phase current deviations Δiu, Δiv, Δiw are 0 or more. However, any method may be used as long as it can determine the region of the current deviation vector.

前記実施形態では、電圧ベクトル設定部23は、スイッチングモードを、還流モード、定常モード及び過渡モードから選択している。しかしながら、スイッチングモードは、還流モード以外に、定常モードまたは過渡モードのいずれか一方のみを有していてもよいし、定常モード及び過渡モード以外のモードを有していても良い。   In the embodiment, the voltage vector setting unit 23 selects the switching mode from the reflux mode, the steady mode, and the transient mode. However, the switching mode may have only one of the steady mode and the transient mode in addition to the return mode, or may have a mode other than the steady mode and the transient mode.

前記実施形態では、電圧ベクトル設定部23は、還流モード及び定常モードにおいて、出力する電圧ベクトルを、ゼロ電圧ベクトルV,Vのうち、出力中の電圧ベクトル(最後に設定された電圧ベクトル)からゼロ電圧ベクトルに変える際にスイッチング素子31,32,41,42,51,52のスイッチング回数が最も少なくなるようなゼロ電圧ベクトルに設定する。しかしながら、電圧ベクトル設定部23は、出力する電圧ベクトルを、スイッチング回数が多いゼロ電圧ベクトルに設定してもよい。 In the above-described embodiment, the voltage vector setting unit 23 outputs the voltage vector to be output in the reflux mode and the steady mode from among the zero voltage vectors V 0 and V 7 (the voltage vector set last). When changing from 0 to the zero voltage vector, the zero voltage vector is set so that the switching frequency of the switching elements 31, 32, 41, 42, 51, 52 is minimized. However, the voltage vector setting unit 23 may set the output voltage vector to a zero voltage vector having a large number of switching times.

前記実施形態では、3相交流モータ2を駆動させる電圧形インバータ装置1の構成について説明したが、この限りではなく、3相以外の複数相の交流モータ2を駆動させる電圧形インバータ装置に適用してもよい。   In the above-described embodiment, the configuration of the voltage source inverter device 1 that drives the three-phase AC motor 2 has been described. May be.

本発明は、電流指令に基づいて得られる電圧ベクトルによってスイッチング素子を駆動させることにより、モータに電圧を出力する電圧形インバータ装置に利用可能である。   The present invention is applicable to a voltage source inverter device that outputs a voltage to a motor by driving a switching element with a voltage vector obtained based on a current command.

1 電圧形インバータ装置
2 モータ
13 電圧ベクトル生成部
15 ゲート回路
20 電流偏差算出部
21 電流偏差ベクトル演算部
22 電流偏差ベクトル領域判定部
23 電圧ベクトル設定部
30 スイッチングアーム
31、32、41、42、51、52 スイッチング素子
60、70 電流指令補正部
61、71 補正値生成部
P 第1所定値(所定値)
X、Y 電流偏差ベクトル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Voltage type inverter apparatus 2 Motor 13 Voltage vector production | generation part 15 Gate circuit 20 Current deviation calculation part 21 Current deviation vector calculation part 22 Current deviation vector area determination part 23 Voltage vector setting part 30 Switching arm 31, 32, 41, 42, 51 , 52 Switching element 60, 70 Current command correction unit 61, 71 Correction value generation unit P First predetermined value (predetermined value)
X, Y Current deviation vector

Claims (4)

複数相の電流指令に基づいて生成された電圧ベクトルに応じてスイッチング素子を駆動させることにより、モータに電圧を出力する電圧形インバータ装置であって、
前記複数相における前記電流指令と前記モータの出力電流との電流偏差に基づいて、電流偏差ベクトルを求める電流偏差ベクトル演算部と、
前記電流偏差ベクトルに基づいて前記電圧ベクトルを設定するとともに、前記電流偏差ベクトルの大きさが所定値以下の場合には、前記電圧ベクトルをゼロ電圧ベクトルに設定する電圧ベクトル設定部と、
前記電圧ベクトルがゼロ電圧ベクトルの場合に前記モータに発生する誘起電圧を低減するように、前記電流指令を電流指令補正値によって補正する電流指令補正部とを備える、電圧形インバータ装置。
A voltage source inverter device that outputs a voltage to a motor by driving a switching element according to a voltage vector generated based on a current command of a plurality of phases,
A current deviation vector computing unit for obtaining a current deviation vector based on a current deviation between the current command and the motor output current in the plurality of phases;
A voltage vector setting unit that sets the voltage vector based on the current deviation vector and sets the voltage vector to a zero voltage vector when the magnitude of the current deviation vector is a predetermined value or less;
A voltage source inverter device comprising: a current command correction unit that corrects the current command with a current command correction value so as to reduce an induced voltage generated in the motor when the voltage vector is a zero voltage vector.
請求項1に記載の電圧形インバータ装置において、
前記電流指令補正値は、前記電圧ベクトルがゼロ電圧ベクトルの場合に前記モータに発生するトルクを相殺する力行トルク指令である、電圧形インバータ装置。
In the voltage source inverter device according to claim 1,
The voltage command inverter device, wherein the current command correction value is a power running torque command that cancels a torque generated in the motor when the voltage vector is a zero voltage vector.
請求項2に記載の電圧形インバータ装置において、
前記電流指令補正値は、前記所定値を座標変換することによって求められる、電圧形インバータ装置。
The voltage source inverter device according to claim 2,
The voltage command inverter device, wherein the current command correction value is obtained by coordinate conversion of the predetermined value.
請求項1に記載の電圧形インバータ装置において、
前記電流指令補正値は、前記電圧ベクトルがゼロ電圧ベクトルの場合に前記モータの界磁磁束を弱める弱め界磁指令である、電圧形インバータ装置。
In the voltage source inverter device according to claim 1,
The voltage command inverter device, wherein the current command correction value is a field weakening command for weakening a field magnetic flux of the motor when the voltage vector is a zero voltage vector.
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