JP2017225329A - 電気モータ制御装置を制御するための方法およびシステム - Google Patents
電気モータ制御装置を制御するための方法およびシステム Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】電気モータ制御装置のために実装された制御方法であって、前記制御装置は、制御されたスイッチング・アームが、第1の電圧エッジを、第1の出力フェーズにより、前記第1のコンバータに接続された第1の電気モータ(M1)に印加する、第1のコンバータ(CONV1)と、制御されたスイッチング・アームが、第2の電圧エッジを、第2の出力フェーズにより、前記第2のコンバータに接続された第2の電気モータ(M2)に印加する、第2のコンバータ(CONV2)と、を備える。制御方法は、前記制御装置により生成されるコモンモード電流を最小化するため、第1の電圧エッジと第2の電圧エッジとを同期させるステップを含む。
【選択図】図1A
Description
− 第1のアーキテクチャでは、この装置は、単一のDC電源バスに並列接続された少なくとも2つのインバータ型コンバータを有し、これらのインバータのそれぞれが、別個の電気モータを制御するように設計されている。
− 各インバータをその電気的負荷にリンクさせるケーブルの導体の間、
− モータおよび固定子の巻線の間、ならびに
− 各コンバータのトランジスタと接地された放散器との間、
において生成される容量性結合によって、生じる。
− 電磁気的干渉に対する予め定義された標準的な閾値を順守するために、干渉を十分に減少させること、および
− そのコモンモードのインダクタンスが決して飽和状態にならないことを保証すること。
− コモンモード電圧の生成を可能な限り最小化することにより、適切なサイズを有するコモンモード・フィルタを用いること、および
− 単一のDC電源バスに並列接続されており、それぞれが別個の電気モータを制御することを意図されている少なくとも2つのコンバータを有する制御装置に適合させること。
− 電圧立ち上がりエッジと電圧立ち下がりエッジとをそれぞれが有する電圧パルスを、第1の出力フェーズにより、前記第1のコンバータに接続された第1の電気モータに印加するように制御されるスイッチング・アームを有する、第1のコンバータと、
− 電圧立ち上がりエッジと電圧立ち下がりエッジとをそれぞれが有する電圧パルスを、第2の出力フェーズにより、前記第2のコンバータに接続された第2の電気モータに印加するように制御されるスイッチング・アームを有する、第2のコンバータと
を備え、
− 各電圧パルスに対し、電圧立ち上がりエッジと電圧立ち下がりエッジとが、非対称型搬送波と2つのモジュラントとの間の交差型のパルス幅変調から決定され、
− 前記装置によって生成されるコモンモード電流を最小化するためのパルス同期ステップを特徴とし、
同期ステップが、スイッチング期間にわたって、
− 各パルスに対し、その位置決めのために要求される2つのモジュラントを決定することにより、パルスを位置決めすることと、
− 第1のコンバータの出力フェーズにおいて生成される電圧パルスの各立ち上がりエッジと第2のコンバータの出力フェーズにおいて生成される電圧パルスの立ち下がりエッジとが常に一致するように、スイッチング期間にわたってモジュラントを決定することと、によって構成されることを特徴とする制御方法によって、達成される。
− 第1のコンバータの出力フェーズにおいて生成される電圧パルスの電圧立ち上がりエッジと、第2のコンバータの出力フェーズにおいて生成される電圧パルスの電圧立ち下がりエッジとを同期させることと、
− 第1のコンバータの出力フェーズにおいて生成される電圧パルスの電圧立ち下がりエッジと、第2のコンバータの出力フェーズにおいて生成される電圧パルスの電圧立ち上がりエッジとを同期させることと
によって構成される。
− 0−1−0と称され、論理状態0、論理状態1および論理状態0の連続に対応するパルスが、電圧立ち下がりエッジがその後に続く電圧立ち上がりエッジを有し、
− 1−0−1と称され、論理状態1、論理状態0および論理状態1の連続に対応するパルスが、電圧立ち上がりエッジがその後に続く電圧立ち下がりエッジを有し、
− 0−1−0型パルスを定義する前記2つのモジュラントは、以下の式:
m1=m2+2α
によってリンクされ、式中、αがデューティ・サイクルの最大電力に対応し、m1およびm2が、共に、0−1−0型パルスの前記モジュラントであり、
− 1−0−1型パルスを定義する前記2つのモジュラントは、以下の式:
m3=m4+2β
によってリンクされ、式中、βが1−0−1型パルスのデューティ・サイクルであり、
− 1−0−1型パルスのデューティ比βと、前記0−1−0型パルスのデューティ・サイクルとは、以下の式:
β=1−α
によって関係付けられるように、状態の連続として形成される各パルスを特徴付けることにより構成される。
− 第1の電圧エッジを、第1の出力フェーズにより前記第1のコンバータに接続された第1の電気モータに印加するように制御されるスイッチング・アームを有する、第1のコンバータと、
− 第2の電圧エッジを、第2の出力フェーズにより前記第2のコンバータに接続された第2の電気モータに印加するように制御されるスイッチング・アームを有する、第2のコンバータと
を備え、
− 各電圧パルスに対し、電圧立ち上がりエッジと電圧立ち下がりエッジとが、非対称型搬送波と2つのモジュラントとの間の交差型のパルス幅変調から決定され、
このシステムは、前記装置によって生成されるコモンモード電流を最小化するために、第1の電圧エッジと第2の電圧エッジとの同期ソフトウェア・モジュールを有しており、前記同期ソフトウェア・モジュールが、
− 各パルスに対し、その位置決めのために要求される2つのモジュラントを決定することにより、パルスを位置決めし、
− 第1のコンバータの出力フェーズにおいて生成される電圧パルスの各立ち上がりエッジと第2のコンバータの出力フェーズにおいて生成される電圧パルスの立ち下がりエッジとが常に一致するように、スイッチング期間にわたって、モジュラントを決定するように構成されていることを特徴とする。
− 第1のコンバータの出力フェーズにおいて生成される電圧パルスの電圧立ち上がりエッジと、第2のコンバータの出力フェーズにおいて生成される電圧パルスの電圧立ち下がりエッジとを同期させ、
− 第1のコンバータの出力フェーズにおいて生成される電圧パルスの電圧立ち下がりエッジと、第2のコンバータの出力フェーズにおいて生成される電圧パルスの電圧立ち上がりエッジとを同期させるように、実行される。
− 0−1−0と称され、論理状態0、論理状態1および論理状態0の連続に対応するパルスが、電圧立ち下がりエッジがその後に続く電圧立ち上がりエッジを有し、
− 1−0−1と称され、論理状態1、論理状態0および論理状態1の連続に対応するパルスが、電圧立ち上がりエッジがその後に続く電圧立ち下がりエッジを有し、
− 0−1−0型パルスを定義する2つのモジュラントは、以下の式:
m1=m2+2α
によってリンクされ、式中、αがデューティ・サイクルの最大電力に対応し、m1およびm2が、共に、0−1−0型パルスの前記モジュラントであり、
− 1−0−1型パルスを定義する2つのモジュラントは、以下の式:
m3=m4+2β
によってリンクされ、式中、βが1−0−1型パルスのデューティ・サイクルであり、
− 1−0−1型パルスのデューティ比βと、前記0−1−0型パルスのデューティ・サイクルとは、以下の式:
β=1−α
によって関係付けられるように、状態の連続として形成されたパルスを特徴付けることにより構成される。
− 各インバータをその電気的負荷にリンクするケーブルの導体の間、
− モータおよび固定子の巻線の間、ならびに
− 各コンバータのトランジスタと接地された拡散器との間
において生成される容量性結合によって生じる。
− VU0、VV0、VW0は、DC電源バスのローの地点(O)を基準にして、第1のコンバータの出力フェーズU、V、Wのフェーズと中性点との間の電圧(phase−to−neutral voltage)に対応し、
− VX0、VY0、VZ0は、DC電源バスのローの地点(O)を基準にして、第2のコンバータの出力フェーズX、Y、Zのフェーズと中性点との間の電圧に対応する。
− あるパルスについて、論理状態0、論理状態1および論理状態0という連続であって、以下では0−1−0と称され、電圧立ち下がりエッジがその後に続く電圧立ち上がりエッジを有する連続(図4A)、または、
− あるパルスについて、論理状態1、論理状態0および論理状態1という連続であって、以下では1−0−1と称され、電圧立ち上がりエッジがその後に続く電圧立ち下がりエッジを有する連続(図4B)
を含む。
m1=m2+2α
のように、関係付けられている。
m3=m4+2β
のように、関係付けられる。
β=1−α
によって関係付けられる。
m3=m4+2β=m4+2(1−α)
のように特徴付けることが可能である。
− 第1のコンバータCONV1の出力フェーズにおいて生成される0−1−0型パルスの立ち上がりエッジと、第2のコンバータCONV2の出力フェーズにおいて生成される1−0−1型パルスの立ち下がりエッジとを同期させること、および
− 第1のコンバータCONV1の出力フェーズにおいて生成される0−1−0型パルスの立ち下がりエッジと、第2のコンバータCONV2の出力フェーズにおいて生成される1−0−1型パルスの立ち上がりエッジとを同期させること
を含む。
− 第1のコンバータCONV1のU、V、W出力フェーズにおいて生成される1−0−1型パルスの立ち上がりエッジと、第2のコンバータCONV2のX、Y、Z出力フェーズにおいて生成される0−1−0型パルスの立ち下がりエッジとを同期させること、および、
− 第1のコンバータCONV1のU、V、W出力フェーズにおいて生成される1−0−1型パルスの立ち下がりエッジと、第2のコンバータCONV2のX、Y、Z出力フェーズにおいて生成される0−1−0型パルスの立ち上がりエッジとを同期させること
である。
− 第1のコンバータCONV1のPWMのスイッチング周波数と第2のコンバータCONV2のPWMのスイッチング周波数とは同一でなければならない。
− mrefは、上述の基準モジュラント(mref_1またはmref_2)に対応しており、モータの制御法則から導かれる。
− βU、βV、βWは、第2のコンバータの出力フェーズX、Y、Zにおける1−0−1型パルスのデューティ・サイクルである。
− 第2のコンバータの各出力フェーズX、Y、Zに対し、0−1−0型パルスが適用するように決定される2つのモジュラントを表すm1_X、m2_X、m1_Y、m2_Y、m1_Z、m2_Z、
− 第1のコンバータの各出力フェーズU、V、Wに対し、1−0−1型パルスが適用するように決定すべき2つのモジュラントを表すm3_U、m4_U、m3_V、m4_V、m3_W、m4_W、および
− 第1のコンバータの出力フェーズU、V、Wと第2のコンバータの出力フェーズX、Y、Zとに適用される各パルスを定義する時刻に対応するT1からT6。
m1_X=T1/T
である。
m2_X=m1_X−2αX=T6/T
である。
m4_V=m2_X=T6/T
が得られる。
m3_V=m4_V+2(1−αV)=T2/T
によって導出される。
m1_Y=m3_V=T2/T
が得られる。
m2_Y=m1_Y−2αY=T5/T
によって導出される。
m4_W=m2_Y=T5/T
である。
m3_W=m4_W+2(1−αW)=T3/T
によって導出される。
m1_Z=m3_W=T3/T
である。
m2_Z=m1_Z−2αZ=T4/T
によって導出される。
m4_U=m2_Z=T4/T
である。
− 反対の符号ではないゼロ・シーケンス成分の使用。この場合には、等式αX−βV+αY−βW+αZ−βU=0が成立しない。
− 搬送波によって設定された限度の範囲内(−1および1、標準化)であり、すなわち、モジュラント全体が搬送波と比較されるため、線形の比較を考慮することが可能である。この線形性は、次のようにして得られる。
CONV コンバータ
PWM パルス幅変調
X、Y、Z 出力フェーズ
U、V、W 出力フェーズ
P1 三角搬送波
P2 のこぎり歯搬送波
T スイッチング期間
r 振幅
m モジュラント
mref 基準モジュラント
α、β デューティ・サイクル
M モータ
− 0−1−0と称され、論理状態0、論理状態1および論理状態0の連続に対応するパルスが、電圧立ち下がりエッジがその後に続く電圧立ち上がりエッジを有し、
− 1−0−1と称され、論理状態1、論理状態0および論理状態1の連続に対応するパルスが、電圧立ち上がりエッジがその後に続く電圧立ち下がりエッジを有し、
− 0−1−0型パルスを定義する前記2つのモジュラントは、以下の式:
m1=m2+2α
によってリンクされ、式中、αがパルスのデューティ・サイクルに対応し、m1およびm2が、共に、0−1−0型パルスの前記モジュラントであり、
− 1−0−1型パルスを定義する前記2つのモジュラントは、以下の式:
m3=m4+2β
によってリンクされ、式中、βが1−0−1型パルスのデューティ・サイクルであり、m 3 およびm 4 が、共に、1−0−1型パルスの前記モジュラントであり、
− 1−0−1型パルスのデューティ・サイクルβと、前記0−1−0型パルスのデューティ・サイクルとは、以下の式:
β=1−α
によって関係付けられるように、状態の連続として形成される各パルスを特徴付けることにより構成される。
− 0−1−0と称され、論理状態0、論理状態1および論理状態0の連続に対応するパルスが、電圧立ち下がりエッジがその後に続く電圧立ち上がりエッジを有し、
− 1−0−1と称され、論理状態1、論理状態0および論理状態1の連続に対応するパルスが、電圧立ち上がりエッジがその後に続く電圧立ち下がりエッジを有し、
− 0−1−0型パルスを定義する2つのモジュラントは、以下の式:
m1=m2+2α
によってリンクされ、式中、αがパルスのデューティ・サイクルに対応し、m1およびm2が、共に、0−1−0型パルスの前記モジュラントであり、
− 1−0−1型パルスを定義する2つのモジュラントは、以下の式:
m3=m4+2β
によってリンクされ、式中、βが1−0−1型パルスのデューティ・サイクルであり、m 3 およびm 4 が、共に、1−0−1型パルスの前記モジュラントであり、
− 1−0−1型パルスのデューティ・サイクルβと、前記0−1−0型パルスのデューティ・サイクルとは、以下の式:
β=1−α
によって関係付けられるように、状態の連続として形成されたパルスを特徴付けることにより構成される。
β=1−α
によって関係付けられる。
Claims (10)
- 電気モータ制御装置のために実装された制御方法であって、前記制御装置が、
制御されたスイッチング・アームを有する第1のコンバータ(CONV1)であって、前記制御されたスイッチング・アームが、電圧立ち上がりエッジと電圧立ち下がりエッジとをそれぞれが有する電圧パルスを、第1の出力フェーズにより、前記第1のコンバータに接続された第1の電気モータ(M1)に印加する、第1のコンバータ(CONV1)と、
制御されたスイッチング・アームを有する第2のコンバータ(CONV2)であって、前記制御されたスイッチング・アームが、電圧立ち上がりエッジと電圧立ち下がりエッジとをそれぞれが有する電圧パルスを、第2の出力フェーズにより、前記第2のコンバータに接続された第2の電気モータ(M2)に印加する、第2のコンバータ(CONV2)と
を備え、
各電圧パルスに対し、前記電圧立ち上がりエッジと前記電圧立ち下がりエッジとは、非対称型搬送波と2つのモジュラントとの間の交差型パルス幅変調から決定され、
前記制御方法は、前記装置によって生成されるコモンモード電流を最小化するためのパルス同期ステップを特徴とし、
前記同期ステップが、スイッチング期間にわたって、
各パルスに対して、その位置決めのために要求される前記2つのモジュラントを決定することにより、パルスを位置決めすることと、
前記第1のコンバータの出力フェーズにおいて生成される電圧パルスの各立ち上がりエッジと、前記第2のコンバータの出力フェーズにおいて生成される電圧パルスの各立ち下がりエッジとが常に一致するように、スイッチング期間にわたって、前記モジュラントを決定することと
によって構成されることを特徴とする制御方法。 - 前記同期ステップが、スイッチング期間にわたって、
前記第1のコンバータの前記出力フェーズ(U,V,W)において生成される前記電圧パルスの前記電圧立ち上がりエッジと、前記第2のコンバータの前記出力フェーズ(X,Y,Z)において生成される前記電圧パルスの前記電圧立ち下がりエッジとを同期させることと、
前記第1のコンバータの前記出力フェーズにおいて生成される前記電圧パルスの前記電圧立ち下がりエッジと、前記第2のコンバータの前記出力フェーズにおいて生成される前記電圧パルスの前記電圧立ち上がりエッジとを同期させることと
によって構成されることを特徴とする、請求項1に記載の制御方法。 - 状態の連続として形成された各パルスを特徴付けることにより構成されることと、
0−1−0と称され、論理状態0、論理状態1および論理状態0の連続に対応するパルスが、電圧立ち下がりエッジがその後に続く電圧立ち上がりエッジを有し、
1−0−1と称され、論理状態1、論理状態0および論理状態1の連続に対応するパルスが、電圧立ち上がりエッジがその後に続く電圧立ち下がりエッジを有することと、
前記0−1−0型パルスを定義する前記2つのモジュラントは、以下の式:
m1=m2+2α
によってリンクされ、式中、αがデューティ・サイクルの最大電力に対応し、m1およびm2が共に前記0−1−0型パルスのモジュラントであり、
前記1−0−1型パルスを定義する前記2つのモジュラントは、以下の式:
m3=m4+2β
によってリンクされ、式中、βが1−0−1型パルスのデューティ・サイクルであり、
前記1−0−1型パルスのデューティ比βと、前記0−1−0型パルスのデューティ・サイクルとは、以下の式:
β=1−α
によって関係付けられることと
を特徴とする、請求項1または2のいずれかに記載の方法。 - 各コンバータにおいてブロックされているスイッチング・アームの個数を決定するために、過変調におけるモジュラントを検出するためのステップを含むことを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
- 各コンバータにおいてブロックされているスイッチング・アームの前記個数に従い、可能な同期の回数を決定するためのステップを含むことを特徴とする、請求項4に記載の方法。
- 電気モータ制御装置のために実装された制御システムであって、前記制御装置が、
制御されたスイッチング・アームを有する第1のコンバータであって、前記制御されたスイッチング・アームは、第1の電圧エッジを、第1の出力フェーズにより、前記第1のコンバータに接続された第1の電気モータに印加する、第1のコンバータと、
制御されたスイッチング・アームを有する第2のコンバータであって、前記制御されたスイッチング・アームは、第2の電圧エッジを、第2の出力フェーズにより、前記第2のコンバータに接続された第2の電気モータに印加する、第2のコンバータと
を備え、
各電圧パルスに対し、前記電圧立ち上がりエッジと前記電圧立ち下がりエッジとは、非対称型搬送波と2つのモジュラントとの間の交差型パルス幅変調から決定され、
前記システムは、前記装置によって生成されるコモンモード電流を最小化するために、前記第1の電圧エッジと前記第2の電圧エッジとの同期ソフトウェア・モジュールを有しており、前記同期ソフトウェア・モジュールが、
各パルスに対して、その位置決めのために要求される前記2つのモジュラントを決定することにより、パルスを位置決めし、
前記第1のコンバータの出力フェーズにおいて生成される電圧パルスの各立ち上がりエッジと前記第2のコンバータの出力フェーズにおいて生成される電圧パルスの各立ち下がりエッジとが常に一致するように、スイッチング期間にわたって、前記モジュラントを決定するように構成されていることを特徴とする、制御システム。 - 前記同期モジュールが、
前記第1のコンバータの前記出力フェーズ(U,V,W)において生成される前記電圧パルスの前記電圧立ち上がりエッジと、前記第2のコンバータの前記出力フェーズ(X,Y,Z)において生成される前記電圧パルスの前記電圧立ち下がりエッジとを同期させ、
前記第1のコンバータの前記出力フェーズにおいて生成される前記電圧パルスの前記電圧立ち下がりエッジと、前記第2のコンバータの前記出力フェーズにおいて生成される前記電圧パルスの前記電圧立ち上がりエッジとを同期させる
ように実行されることを特徴とする、請求項6に記載の制御システム。 - 状態の連続として形成された各パルスを特徴付けることにより構成されることと、
0−1−0と称され、論理状態0、論理状態1および論理状態0の連続に対応するパルスが、電圧立ち下がりエッジがその後に続く電圧立ち上がりエッジを有し、
1−0−1と称され、論理状態1、論理状態0および論理状態1の連続に対応するパルスが、電圧立ち上がりエッジがその後に続く電圧立ち下がりエッジを有することと、
前記0−1−0型パルスを定義する前記2つのモジュラントは、以下の式:
m1=m2+2α
によってリンクされ、式中、αがデューティ・サイクルの最大電力に対応し、m1およびm2が共に前記0−1−0型パルスのモジュラントであり、
前記1−0−1型パルスを定義する前記2つのモジュラントは、以下の式:
m3=m4+2β
によってリンクされ、式中、βが1−0−1型パルスのデューティ・サイクルであり、
前記1−0−1型パルスのデューティ比βと、前記0−1−0型パルスのデューティ・サイクルとは、以下の式:
β=1−α
によって関係付けられることを特徴とする、請求項6または7のいずれかに記載のシステム。 - 各コンバータにおいてブロックされているスイッチング・アームの個数を決定するために、過変調におけるモジュラントを検出するためのモジュールを備えることを特徴とする、請求項6から8のいずれか一項に記載のシステム。
- 各コンバータにおいてブロックされているスイッチング・アームの前記個数に従い、可能な同期の回数を決定するためのモジュールを備えることを特徴とする、請求項9に記載のシステム。
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