JP2018007564A - Motor drive device - Google Patents
Motor drive device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018007564A JP2018007564A JP2017194966A JP2017194966A JP2018007564A JP 2018007564 A JP2018007564 A JP 2018007564A JP 2017194966 A JP2017194966 A JP 2017194966A JP 2017194966 A JP2017194966 A JP 2017194966A JP 2018007564 A JP2018007564 A JP 2018007564A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- motor
- value
- converter
- voltage
- load
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
- H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
- H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
- H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
- Rectifiers (AREA)
Abstract
Description
本発明は、交流電源の電圧を直流に変換し、その直流電圧を所定周波数の交流電圧に変換し、その交流電圧をモータの駆動電力として出力するモータ駆動装置に関する。 The present invention relates to a motor driving device that converts the voltage of an AC power source into DC, converts the DC voltage into an AC voltage having a predetermined frequency, and outputs the AC voltage as motor driving power.
交流電源の電圧をコンバータで直流に変換し、その直流電圧をインバータで所定周波数の交流電圧に変換し、その交流電圧をモータの駆動電力として出力するモータ駆動装置が知られている。 2. Description of the Related Art A motor drive device is known that converts the voltage of an AC power source into DC with a converter, converts the DC voltage into an AC voltage of a predetermined frequency with an inverter, and outputs the AC voltage as motor drive power.
このモータ駆動装置は、受電設備(キュービクルともいう)に接続される。受電設備は、商用三相交流電源の電圧をモータ駆動装置などの機器の運転に見合う電圧に変換する。また、受電設備には、商用三相交流電源への高調波電流の流出量を制限するための規制値が設定される。この規制値の大きさは、受電設備の受電容量に対応する。 This motor drive device is connected to a power receiving facility (also referred to as a cubicle). The power receiving facility converts the voltage of the commercial three-phase AC power source into a voltage suitable for the operation of a device such as a motor drive device. Moreover, the regulation value for restrict | limiting the outflow amount of the harmonic current to a commercial three-phase alternating current power supply is set to the power receiving equipment. The size of this regulation value corresponds to the power receiving capacity of the power receiving facility.
この高調波電流の規制に伴い、高調波電流を抑制するための例えば高調波抑制装置がモータ駆動装置に搭載される。あるいは、モータ駆動装置のコンバータとして昇圧型のPWMコンバータが採用され、そのPWMコンバータのスイッチング制御によって高調波電流の発生量が抑制される。 With the regulation of the harmonic current, for example, a harmonic suppression device for suppressing the harmonic current is mounted on the motor driving device. Alternatively, a step-up PWM converter is employed as the converter of the motor drive device, and the amount of harmonic current generated is suppressed by switching control of the PWM converter.
しかしながら、高調波抑制装置は高額であるという問題がある。また、PWMコンバータはスイッチングによる電力損失が大きいため、PWMコンバータを採用した場合は電力変換効率の低下を招くという問題がある。また、駆動するモータが例えば空調装置の圧縮機モータである場合には、高い空調能力が求められる場合に圧縮機モータを高回転まで運転させる必要がある、しかしながら、圧縮機モータとして高効率のブラシレスDCモータを採用すると、ブラシレスDCモータ内の巻線に誘起する電圧が回転数が高まるにつれて上昇し、その誘起電圧とモータ駆動装置内の直流電圧とが釣り合ったところでそれ以上回転数を上げることができなくなるという問題がある。 However, there is a problem that the harmonic suppression device is expensive. In addition, since the PWM converter has a large power loss due to switching, there is a problem that when the PWM converter is employed, the power conversion efficiency is lowered. Further, when the motor to be driven is, for example, a compressor motor of an air conditioner, it is necessary to operate the compressor motor to a high speed when a high air conditioning capability is required. However, a highly efficient brushless as a compressor motor is required. When a DC motor is employed, the voltage induced in the winding in the brushless DC motor increases as the rotational speed increases, and when the induced voltage and the DC voltage in the motor drive device are balanced, the rotational speed can be further increased. There is a problem that it cannot be done.
本実施形態の目的は、コストの上昇や電力変換効率の低下を生じることなく高調波電流を抑制できるとともに、モータを高回転まで駆動することができるモータ駆動装置を提供することである。 An object of the present embodiment is to provide a motor drive device that can suppress harmonic current without causing an increase in cost or a decrease in power conversion efficiency and that can drive a motor to a high speed.
請求項1のモータ駆動装置は、コンバータ、インバータ、電流検出部、負荷検出部、および制御部を備える。コンバータは、交流電源の電圧を、スイッチングにより昇圧および直流変換し、スイッチング停止により全波整流する。インバータは、コンバータの出力電圧を交流電圧に変換しその交流電圧をモータの駆動用として出力する。電流検出部は、コンバータから流出する高調波電流を検出する。負荷検出部は、前記モータの負荷を検出する。制御部は、運転開始から前記電流検出部の検出結果が制限値に達しないうちは前記コンバータのスイッチングを停止し、その後、前記電流検出部の検出結果が前記制限値に達した場合に、前記負荷検出部の検出結果が所定値未満であれば第1電圧値を昇圧の目標値として前記コンバータをスイッチング動作させ、前記負荷検出部の検出結果が前記所定値以上であれば第2電圧値(>第1電圧値)を昇圧の目標値として前記コンバータをスイッチング動作させる。 The motor drive device according to claim 1 includes a converter, an inverter, a current detection unit, a load detection unit, and a control unit. The converter boosts and converts DC voltage of the AC power supply by switching, and full-wave rectifies when switching is stopped. The inverter converts the output voltage of the converter into an AC voltage and outputs the AC voltage for driving the motor. The current detection unit detects a harmonic current flowing out from the converter. The load detection unit detects a load of the motor. The control unit stops switching of the converter before the detection result of the current detection unit reaches a limit value from the start of operation, and then when the detection result of the current detection unit reaches the limit value, If the detection result of the load detection unit is less than a predetermined value, the converter is switched using the first voltage value as a boost target value, and if the detection result of the load detection unit is equal to or greater than the predetermined value, the second voltage value ( > The first voltage value) is set to the target value for boosting, and the converter is switched.
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に示すように、商用三相交流電源1に受電設備2が接続され、その受電設備2に本実施形態のモータ駆動装置3が接続される。そして、モータ駆動装置3の出力端に、直流モータたとえばブラシレスDCモータ5が接続される。受電設備2には、商用三相交流電源1側への高調波電流の流出量を制限するための規制値が設定されている。この規制値の大きさは、受電設備2の受電容量に比例し、受電容量が大きければ大きくなる。ブラシレスDCモータ5は、設備機器たとえばヒートポンプ式熱源機の圧縮機を駆動するもので、複数の相巻線Lu,Lv,Lwを有するステータ(電機子)5a、および複数たとえば4極の永久磁石が埋設されたロータ(回転子)5bを含む。ロータ5bは、相巻線Lu,Lv,Lwに電流が流れることにより生じる磁界とステータ5aの各永久磁石が作る磁界との相互作用により、回転する。
As shown in FIG. 1, a power receiving facility 2 is connected to a commercial three-phase AC power source 1, and the motor driving device 3 of the present embodiment is connected to the power receiving facility 2. A DC motor, for example, a
モータ駆動装置3は、PWMコンバータ10、平滑コンデンサ30、インバータ40、コントローラ(MCU)70を含む。インバータ40の出力端に、ブラシレスDCモータ5の相巻線Lu,Lv,Lwが接続される。
The motor driving device 3 includes a
PWMコンバータ10は、リアクタ11,12,13、これらリアクタ11,12,13(および受電設備2)を介して商用三相交流電源1に接続されるダイオード21a〜26aのブリッジ回路、これらダイオード21a〜26aに並列接続されたスイッチング素子たとえばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)21〜26を含み、商用三相交流電源1の電圧をIGBT21〜26のスイッチング(断続的なオン)により昇圧および直流変換する。また、PWMコンバータ10は、IGBT21〜26のスイッチング停止により、商用三相交流電源1の電圧をダイオード21a〜26aで全波整流する。この出力電圧が平滑コンデンサ30に印加される。なお、ダイオード21a〜26aは、IGBT21〜26の回生用ダイオードである。
The
インバータ40は、IGBT41,42を直列接続しそのIGBT41,42の相互接続点がブラシレスDCモータ5の相巻線Luに接続されるU相用直列回路、IGBT43,44を直列接続しそのIGBT43,44の相互接続点がブラシレスDCモータ5の相巻線Lvに接続されるV相用直列回路、IGBT45,46を直列接続しそのIGBT45,46の相互接続点がブラシレスDCモータ5の相巻線Lwに接続されるW相用直列回路を含み、PWMコンバータ10の出力電圧(平滑コンデンサ30の電圧)Vcを各IGBTのスイッチングにより所定周波数の三相交流電圧に変換して各IGBTの相互接続点から出力する。なお、IGBT41〜46には、回生用ダイオード(フリー・ホイール・ダイオード)41a〜46aが逆並列接続されている。
The
インバータ40の出力端とブラシレスDCモータ5との間の通電路に、モータ電流(相巻線電流)検知用の電流センサ51,52,53が配置される。受電設備2とリアクタ11,12,13との間の通電路に、入力電流検知用の電流センサ61,62,63が配設される。これら電流センサ61〜63の検知結果がコントローラ70に供給される。なお、ここでは、電流センサ61〜63を各相ごとに設けているが、三相中の二相にのみ電流センサを設け、この二相の電流値から残りの一相の電流値を計算で算出してもよい。
コントローラ70は、電圧検出部71、コンバータ制御部72、インバータ制御部73、負荷検出部74、高調波電流検出部(電流検出部)75、制限値設定部76、昇圧値設定部77を含む。
The
電圧検出部71は、PWMコンバータ10の出力電圧Vcを検出する。コンバータ制御部72は、電圧検出部71の検出電圧Vcが目標値となるようにPWMコンバータ10のIGBT21〜26を制御する。高調波電流検出部75は、電流センサ61〜63の検知電流の変化をフーリエ展開することにより、制限が必要な次数の高調波電流の値を算出する。
The
インバータ制御部73は、電流センサ51,52,53の検知結果に基づいてブラシレスDCモータ5の回転数(回転速度ともいう)を推定し、その推定回転数が目標回転数となるようにインバータ40におけるIGBT41〜46のオン,オフデューティを制御するセンサレス・ベクトル制御を行う。すなわち、インバータ制御部73は、目標回転数が低い低速度運転域ではオン,オフデューティを小さくしてインバータ40の出力電圧を低下させ、中速度運転域から高速度運転域ではオン,オフデューティを大きくしてインバータ40の出力電圧を高める制御を行う。また、インバータ制御部73は、オン,オフデューティが制御の上限に達した場合、負の界磁成分電流−Idを注入する弱め界磁制御によりブラシレスDCモータ5のロータ位置に対する通電タイミングを速める(進み角θを増す)。これにより、ブラシレスDCモータ5における逆起電力に打ち勝つようにブラシレスDCモータ5に電流が流れ込み、ブラシレスDCモータ5の回転数が上昇する。
The
負荷検出部74は、インバータ制御部73における弱め界磁制御の制御量である進み角θに基づき、ブラシレスDCモータ5の負荷(大きさ)Lを検出する。モータの負荷は、一般的にモータトルクとモータ回転数との積で表わされる動力(=トルク・回転数)に相当し、圧縮機モータであれば上記進み角θのほかにモータ回転数およびモータ電流(相巻線電流)とほぼ比例関係にある。したがって、負荷検出部74は、電流センサ51,52,53で検知されるモータ電流に基づいて負荷Lを検出してもよいし、電流センサ51,52,53の検知結果などからモータ回転数を捕らえそのモータ回転数に基づいて負荷Lを検出してもよい。さらに、過渡期を除けば、モータの回転数は、モータの目標回転数とほぼ一致するため、モータの目標回転数に基づき負荷Lを検出することも可能である。高調波電流検出部75は、PWMコンバータ10から受電設備2(および商用三相交流電源1)側に流出する高調波電流Ihを電流センサ61〜63の検知結果に基づいて検出する。なお、図示省略したが、この電流センサ61〜63の検知電流は、後述するPWMコンバータのスイッチング制御にも用いられる。
The
制限値設定部76は、PWMコンバータ10から受電設備2(および商用三相交流電源1)側への高調波電流Ihの流出量を制限するための制限値Ihsを記憶する。この制限値Ihsは、受電設備2に対し設定される規制値の範囲内で割り当てられるもので、外部からの指令に応じて制限値設定部76に可変設定される。この外部からの指令は、通信を用いた入力であってもよいし、設置時に設備業者が手動で設定してもよい。昇圧値設定部77には、PWMコンバータ10の昇圧の目標値である第1電圧値Vc1および第2電圧値Vc2が記憶される(Vc1<Vc2)。この昇圧の目標値である第1電圧値Vc1及び第2電圧値Vc2は、詳細を後述する高調波を低減するとともにロスを低減するために望ましい電圧値である。
Limit
PWMコンバータ10の出力電圧Vcは、PWMコンバータ10への入力交流電圧が200Vで、かつPWMコンバータ10が無負荷状態でスイッチング停止により全波整流した場合に、約283Vとなる。この283Vの近傍の例えば280Vを、第1電圧値Vc1としている。より具体的には、第1電圧値Vc1は、PWMコンバータ10が無負荷状態で全波整流した場合の出力電圧Vcの値を基準値Vfとした場合に、その基準値Vfの95%〜101%の範囲において選定することが望ましい。第2電圧値Vc2は、基準値Vfの1.05倍以上であってできるだけ低い値である例えば300Vに設定される。
The output voltage Vc of the
受電設備2を介してPWMコンバータ10へ入力される交流電圧が400Vの場合、基準値Vfは約566Vとなる。この場合、第1電圧値Vc1は基準値Vfの近傍の例えば565Vに設定され、第2電圧値Vc2は基準値Vfの1.05倍以上かつできるだけ低い例えば595Vに設定される。PWMコンバータ10へ入力される交流電圧が200Vであるか400Vであるかを検出し、その検出結果に応じて第1および第2電圧値Vc1,Vc2を切替えて使用する構成としてもよい。あるいは、交流電圧200V用の第1および第2電圧値Vc1,Vc2が設定されたモータ駆動装置と、交流電圧400V用の第1および第2電圧値Vc1,Vc2が設定されたモータ駆動装置とを、別々に用意する構成としてもよい。
When the AC voltage input to the
以下、受電設備2を介してPWMコンバータ10へ入力される交流電圧が200Vである場合を例に説明する。
Hereinafter, a case where the AC voltage input to the
上記コンバータ制御部72は、高調波電流Ihの抑制に関わる主要な機能として、第1比較部72a、第1制御部72b、第2比較部72c、第2制御部72dを含む。
The converter control unit 72 includes a
第1制御部72bは、コントローラ70に入力される運転制御信号に応じたモータ駆動装置3の運転開始に際しては、PWMコンバータ10のスイッチングを行わない。すなわち、PWMコンバータ10がスイッチングしない場合、PWMコンバータ10は全波整流を行う。
The
第1比較部72aは、運転開始後、高調波電流検出部75の検出電流Ihと制限値設定部76内の制限値Ihsとを比較する。この第1比較部72aの比較結果が“Ih≦Ihs”の場合、第1制御部72bは、PWMコンバータ10のスイッチングの停止を継続する。
The
ある程度、ブラシレスDCモータ5の回転数が上昇して負荷Lが増加してくると、PWMコンバータ10への入力電流が上昇し、これに伴い高調波電流Ihが増加する。第2比較部72cは、第1比較部72aの比較結果が“Ih>Ihs”となった場合に、負荷検出部74で検出される負荷Lと所定値L2とを比較する。所定値L2は、インバータ制御部73による弱め界磁制御の制御量である進み角θが上限の所定値θsに達するときの負荷Lの値である。
When the rotational speed of the
第2制御部72dは、第2比較部72cの比較結果が“L≦L2”の場合に、昇圧値設定部77内の第1電圧値Vc1を昇圧の目標値としてPWMコンバータ10をスイッチング動作させる。第2比較部72cの比較結果が“L>L2”の場合、第2制御部72dは、昇圧値設定部77内の第2電圧値Vc2を昇圧の目標値としてPWMコンバータ10をスイッチング動作させる。
When the comparison result of the
PWMコンバータ10から受電設備2(および商用三相交流電源1)側へ流出する高調波電流Ihは、図2に示すように、PWMコンバータ10の出力電圧VcおよびブラシレスDCモータ5の負荷Lに応じて変化する。すなわち、高調波電流Ihは、出力電圧Vcの上昇に伴って先ず減少し、出力電圧Vcが無負荷時の全波整流出力である約280V(基準値Vf)に達したところで増加に転じる。その後、高調波電流Ihは、出力電圧Vcの上昇に伴って増加し、出力電圧Vcが約290Vに達したところでピークとなって再び減少に転じる。以後、高調波電流Ihは、出力電圧Vcの上昇に伴い減少していく。そして、出力電圧Vcが無負荷時の全波整流出力(約280V)の1.05倍程度である約300Vに達したところで、高調波電流Ihは、出力電圧Vcが無負荷時の全波整流出力である約280Vの場合と同じレベルまで低下する。すなわち、高調波電流Ihのピーク値は、PWMコンバータ10の出力電圧Vcが第1電圧値Vc1(=280V)と第2電圧値Vc2(=300V)との間にあるときに、現われる。
The harmonic current Ih flowing out from the
また、リアクタ11〜13のリアクタンス値は、ブラシレスDCモータ5が中負荷より高い定格負荷の領域もしくは定格負荷より高い領域で運転し且つPWMコンバータ10が昇圧動作した場合に電力変換効率が最も良くなる値に、選定されている。この選定の結果、高調波電流Ihは、負荷Lが定格負荷の領域もしくは定格負荷より高い領域にある場合に低下するとともに、負荷Lが中負荷より低い低負荷荷の領域にある場合に最も小さくなる。
Further, the reactance values of the
さらに、リアクタ11〜13のリアクタンス値は、PWMコンバータ10の出力電圧Vcを基準値Vfの近傍まで昇圧した場合に、ブラシレスDCモータ5の全負荷領域(後述する弱め界磁制御での進み角θが上限の所定値θsを超える場合を除く)にわたり高調波電流Ihが制限値Ihsを下回る値に、設定されている。PWMコンバータ10の出力電圧Vcを上昇させる場合、PWMコンバータ10におけるIGBT21〜26のオン,オフデューティを増大させることになるが、PWMコンバータ10の消費電力が増大する。PWMコンバータ10の消費電力は、出力電圧Vcが高いほど、大きくなる。このため、PWMコンバータ10の消費電力を抑えながら高調波電流Ihを抑制するためには、出力電圧Vcをなるべく低い値にすべきであり、280V程度に制御することが望ましい。
Further, the reactance values of the
そこで、本実施形態では、PWMコンバータ10の出力電圧Vcに対する第1電圧値Vc1として、高調波電流Ihが小さくなって、かつ昇圧が小さい無負荷時の全波整流出力である280Vが設定されている。上述のとおり、PWMコンバータ10の出力電圧Vcが基準値Vfの近傍である第1電圧値Vc1まで上昇すれば、ブラシレスDCモータ5の全負荷領域にわたり高調波電流Ihが制限値Ihsを下回るため、以後は、弱め界磁制御の進み角θが上限の所定値θsを超える場合を除き、PWMコンバータ10の昇圧レベルを変更する必要はない。
Therefore, in the present embodiment, the first voltage value Vc1 with respect to the output voltage Vc of the
PWMコンバータ10から受電設備2(および商用三相交流電源1)側へ流出する高調波電流Ihは、図3に示すように、PWMコンバータ10の出力電圧VcおよびブラシレスDCモータ5の負荷Lに応じて変化する。負荷LがL0未満の低速度(低負荷)運転領域では、PWMコンバータ10の全波整流だけでも、高調波電流Ihが制限値Ihsに達することはない。よって、負荷LがL0未満の低速度運転領域では、高調波電流Ihが制限値Ihsを超えない限りPWMコンバータ10をスイッチング停止により全波整流させるほうが、PWMコンバータ10の電力損失が少なくなる。つまり、モータ駆動装置3の電力変換効率が向上する。
The harmonic current Ih flowing out from the
また、負荷Lと弱め界磁制御の進み角θとの関係を図4に示す。負荷Lの増加に対処するべくインバータ40の出力電圧を高めるためのオン,オフデューティの増大が頭打ちになると、インバータ制御部73が弱め界磁制御を実行する。ただし、弱め界磁制御の制御量である進み角θが過大な所定値θs以上になると、インバータ制御部73のセンサレス・ベクトル制御が不安定となり、そのときの負荷Lに見合う電力を出力できなくなってブラシレスDCモータ5が失速(脱調)する可能性が生じる。
FIG. 4 shows the relationship between the load L and the advance angle θ of field weakening control. When the increase of the on / off duty for increasing the output voltage of the
この対策として、PWMコンバータ10の出力電圧Vcをさらに上昇させることにより、同じ進み角θであっても、ブラシレスDCモータ5を失速させることなくブラシレスDCモータ5の回転数を上昇させることができる。つまり、ブラシレスDCモータ5の回転数範囲を拡大することができる。これにより、ブラシレスDCモータ5が搭載されるヒートポンプ式熱源機の最大能力を上げることができる。ひいては、ヒートポンプ式熱源機の能力範囲の拡大に寄与することができる。
As a countermeasure against this, by further increasing the output voltage Vc of the
PWMコンバータ10の出力電圧Vcを上げる場合の電力変換効率の低下と、弱め界磁制御の進み角θを増すことで生じる電力変換効率の低下とを比較すると、弱め界磁制御の進み角θを増すことの方が、PWMコンバータ10の出力電圧Vcを上げる場合よりも、電力変換効率の低下が少ない。
Comparing the decrease in power conversion efficiency when increasing the output voltage Vc of the
したがって、進み角θが所定値θs以上となる前の段階でPWMコンバータ10の出力電圧Vcを上げる方法が、最も効率的であり、かつブラシレスDCモータ5の回転数を高い値まで到達させることができるようになる。
Therefore, the method of increasing the output voltage Vc of the
以上の点を考慮しながら、コンバータ制御部72が実行する制御を、図5を参照しながら説明する。 The control executed by the converter control unit 72 will be described with reference to FIG. 5 in consideration of the above points.
インバータ40の運転開始時、コンバータ制御部72は、PWMコンバータ10の停止状態を維持し、PWMコンバータ10の全波整流のみで運転を開始する。その後、インバータ40の出力周波数が上昇するのに伴って、インバータ40の出力電流が増加する。図5中の負荷LがL0未満の低速度(低負荷)運転領域では、インバータ40の出力電流が増えるにつれて、平滑コンデンサ30からインバータ40側に流れる電流が増加し、これに伴い直流電圧(PWMコンバータ10の出力電圧)Vcが低下していく。
At the start of the operation of the
コンバータ制御部72は、PWMコンバータ10から流出する高調波電流Ihが制限値Ihsに達しないうちは(低速度運転領域;L<L0)、PWMコンバータ10のスイッチングの停止を継続する。つまり、PWMコンバータ10は、入力電圧を全波整流する。その後、ブラシレスDCモータ5の回転数の増加等により負荷Lが増加して、インバータ40の出力電流がある程度大きくなると、高調波電流Ihが増加してくる。
Converter control unit 72 continues to stop switching of
コンバータ制御部72は、高調波電流Ihが制限値Ihsに達した場合(中速度運転領域;L≧L0)、第1電圧値Vc1を昇圧の目標値として、PWMコンバータ10のスイッチング動作を開始する。こうして、PWMコンバータ10の出力電圧Vcが第1電圧値Vc1へと上昇することにより、中速度(中負荷)運転領域において、高調波電流Ihを制限値Ihs以下に維持することができる。
When harmonic current Ih reaches limit value Ihs (medium speed operation region; L ≧ L0), converter control unit 72 starts switching operation of
負荷Lが所定値L1以上となる高速度(高負荷)運転領域では(L≧L1)、インバータ制御部73において弱め界磁制御が実行される。そして、負荷Lが所定値L2以上となり、進み角θが所定値θsに達する状況(弱め界磁制御が頭打ちとなる状況)において、コンバータ制御部72は、第2電圧値Vc2を目標値として、PWMコンバータ10をスイッチング動作させる。ここで、PWMコンバータ10の出力電圧Vcの目標値を第1電圧値Vc1から第2電圧値Vc2へとシフトすることにより、図2のように出力電圧Vcが第1電圧値Vc1と第2電圧値Vc2との間にあるときにピーク値となる高調波電流Ihの発生を回避するようにしている。
In the high speed (high load) operation region where the load L is equal to or greater than the predetermined value L1 (L ≧ L1), the
なお、PWMコンバータ10の出力電圧Vcを第1電圧値Vc1から第2電圧値Vc2へと上昇させる際には、PWMコンバータ10の制御上、実際には、出力電圧Vcを徐々に上昇させることになる。このため、出力電圧Vcは第1電圧値Vc1と第2電圧値Vc2との間を通過することになるが、出力電圧Vcを早い変化速度で上昇させることで、大きな高調波電流Ihの発生は極めて短時間に限定することができ、その高調波電流Ihの影響を排除できる。
Note that when the output voltage Vc of the
このように、出力電圧Vcが第2電圧値Vc2となるようにPWMコンバータ10をスイッチング動作させることにより、PWMコンバータ10のスイッチングによる電力損失をできるだけ抑えながら、ブラシレスDCモータ5を失速させることなくブラシレスDCモータ5の回転数を上昇させることができる。
In this way, by switching the
また、PWMコンバータ10の出力電圧Vcを第1電圧値Vc1から第2電圧値Vc2に上昇させることで、ブラシレスDCモータ5の回転数の上昇幅に余裕が生じ、進み角θを低減することができる。この点から、さらに、ブラシレスDCモータ5の回転数を上昇させるに伴い、再び、進み角θを増加させていく。
Further, by increasing the output voltage Vc of the
その後、負荷Lが所定値L3以上に増加した場合、出力電圧Vcを第2電圧値Vc2まで上昇させても、かつ進み角θを上限の所定値θsまで進ませても、ブラシレスDCモータ5の回転数を上昇させることができなくなることがある。この場合、コンバータ制御部72は、PWMコンバータ10の出力電圧Vcを第2電圧値Vc2からさらに高い出力電圧となるように制御する。この結果、ブラシレスDCモータ5を所望の高回転数に至らえることができる。
Thereafter, when the load L increases to a predetermined value L3 or more, even if the output voltage Vc is increased to the second voltage value Vc2 and the advance angle θ is increased to the upper limit predetermined value θs, the
以上の制御により、PWMコンバータ10の採用に伴う電力変換効率の低下をできるだけ抑えながら、高調波電流Ihの発生量を低減でき、高価な高調波抑制装置を搭載する必要がなく、コストの上昇を抑えることができる。また、モータの回転数を上げるための弱め界磁による進み角が大きくなったところで、昇圧を行うことで、効率よくブラシレスDCモータ5の回転数を上昇させることができる。
With the above control, the generation amount of the harmonic current Ih can be reduced while suppressing the decrease in power conversion efficiency due to the adoption of the
負荷検出部74では、インバータ制御部73における弱め界磁制御の制御量である進み角θ、またはブラシレスDCモータ5に流れる電流に基づいて負荷Lを検出したが、ブラシレスDCモータ5の回転数に基づいて負荷Lを検出してもよい。
The
なお、上記実施形態では、高調波電流Ihに対する制限値Ihsを受電設備2に設定される規制値の範囲内の値として定める構成としたが、受電設備2に設定される規制値とは関係なく独自に設定してもよい。また、モータ駆動装置の電源として商用三相電源を用いた場合を例にとって説明したが、三相電源であれば、自家発電設備を用いた電源に対しても適用が可能である。 In the above-described embodiment, the limit value Ihs for the harmonic current Ih is set as a value within the range of the regulation value set in the power receiving facility 2. However, regardless of the regulation value set in the power receiving facility 2. You may set your own. Moreover, although the case where the commercial three-phase power source was used as the power source of the motor driving device has been described as an example, the three-phase power source can be applied to a power source using private power generation equipment.
その他、上記実施形態および変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態および変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態や変形は、発明の範囲は要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 In addition, the said embodiment and modification are shown as an example and are not intending limiting the range of invention. The novel embodiments and modifications can be implemented in various other forms, and various omissions, rewrites, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. In these embodiments and modifications, the scope of the invention is included in the gist, and is included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1…商用三相交流電源、2…受電設備、3…モータ駆動装置、5…ブラシレスDCモータ、10…PWMコンバータ、11〜13…リアクタ、21a〜26a…ダイオード、21〜26…IGBT(スイッチング素子)、30…平滑コンデンサ、40…インバータ、41〜46…IGBT(スイッチング素子)、51〜53,61〜63…電流センサ、70…コントローラ、71…電圧検出部、72…コンバータ制御部、73…インバータ制御部、74…負荷検出部、75…高調波電流検出部、76…制限値設定部、77…上限値設定部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Commercial three-phase alternating current power supply, 2 ... Power receiving equipment, 3 ... Motor drive device, 5 ... Brushless DC motor, 10 ... PWM converter, 11-13 ... Reactor, 21a-26a ... Diode, 21-26 ... IGBT (switching element) ), 30 ... smoothing capacitor, 40 ... inverter, 41 to 46 ... IGBT (switching element), 51 to 53, 61 to 63 ... current sensor, 70 ... controller, 71 ... voltage detector, 72 ... converter controller, 73 ... Inverter control unit, 74 ... load detection unit, 75 ... harmonic current detection unit, 76 ... limit value setting unit, 77 ... upper limit value setting unit
請求項1のモータ駆動装置は、コンバータ、インバータ、電流検出部、および制御部を備える。コンバータは、交流電源の電圧を、スイッチングにより昇圧および直流変換し、スイッチング停止により全波整流する。インバータは、コンバータの出力電圧を交流電圧に変換しその交流電圧をモータの駆動用として出力する。電流検出部は、コンバータから流出する高調波電流を検出する。制御部は、運転開始から前記電流検出部の検出結果が制限値に達しないうちは前記コンバータのスイッチングを停止し、その後、前記電流検出部の検出結果が前記制限値に達した場合に、第1電圧値を昇圧の目標値として前記コンバータをスイッチング動作させる。第1電圧値は、前記コンバータが無負荷状態で全波整流する場合にそのコンバータから出力される電圧の近傍の値である。 The motor drive device according to claim 1 includes a converter, an inverter, a current detection unit , and a control unit. The converter boosts and converts DC voltage of the AC power supply by switching, and full-wave rectifies when switching is stopped. The inverter converts the output voltage of the converter into an AC voltage and outputs the AC voltage for driving the motor. The current detection unit detects a harmonic current flowing out from the converter . If the control unit, among the detection result of the current detecting unit start of operation does not reach the limit value to stop the switching of the converter, then the detection result of the current detection unit reaches the limit value, the The converter is switched by using one voltage value as a boost target value . The first voltage value is a value in the vicinity of the voltage output from the converter when the converter performs full-wave rectification in a no-load state.
その後、負荷Lが所定値L3以上に増加した場合、出力電圧Vcを第2電圧値Vc2まで上昇させても、かつ進み角θを上限の所定値θsまで進ませても、ブラシレスDCモータ5の回転数を上昇させることができなくなることがある。この場合、コンバータ制御部72は、PWMコンバータ10の出力電圧Vcを第2電圧値Vc2からさらに高い出力電圧となるように制御する。この結果、ブラシレスDCモータ5を所望の高回転数に至らせることができる。
Thereafter, when the load L increases to a predetermined value L3 or more, even if the output voltage Vc is increased to the second voltage value Vc2 and the advance angle θ is increased to the upper limit predetermined value θs, the
Claims (9)
前記コンバータの出力電圧を交流電圧に変換しその交流電圧をモータの駆動用として出力するインバータと、
前記コンバータから流出する高調波電流を検出する電流検出部と、
前記モータの負荷を検出する負荷検出部と、
運転開始から前記電流検出部の検出結果が制限値に達しないうちは前記コンバータのスイッチングを停止し、その後、前記電流検出部の検出結果が前記制限値に達した場合に、前記負荷検出部の検出結果が所定値未満であれば第1電圧値を昇圧の目標値として前記コンバータをスイッチング動作させ、前記負荷検出部の検出結果が前記所定値以上であれば第2電圧値(>第1電圧値)を昇圧の目標値として前記コンバータをスイッチング動作させる制御部と、
を備えることを特徴とするモータ駆動装置。 A converter that boosts and DC converts the voltage of the AC power supply by switching and performs full-wave rectification by stopping switching
An inverter that converts the output voltage of the converter into an alternating voltage and outputs the alternating voltage for driving the motor;
A current detector for detecting a harmonic current flowing out of the converter;
A load detector for detecting the load of the motor;
The switching of the converter is stopped before the detection result of the current detection unit reaches the limit value from the start of operation, and then when the detection result of the current detection unit reaches the limit value, the load detection unit If the detection result is less than a predetermined value, the converter is switched using the first voltage value as a target value for boosting, and if the detection result of the load detection unit is greater than or equal to the predetermined value, the second voltage value (> first voltage) Value) as a target value for boosting, and a controller for switching the converter,
A motor drive device comprising:
前記制御部は、前記モータの回転数が目標回転数となるように前記インバータの出力電圧を制御し、その出力電圧が上限に達した場合に前記モータに対する弱め界磁制御を実行し、
前記負荷検出部は、前記弱め界磁制御の制御量である進み角から前記モータの負荷を検出する、
ことを特徴とする請求項1記載のモータ駆動装置。 The motor is a DC motor;
The control unit controls the output voltage of the inverter so that the rotation speed of the motor becomes a target rotation speed, and executes field-weakening control on the motor when the output voltage reaches an upper limit,
The load detection unit detects a load of the motor from an advance angle which is a control amount of the field weakening control.
The motor driving apparatus according to claim 1.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014264832 | 2014-12-26 | ||
JP2014264832 | 2014-12-26 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016566173A Division JP6244482B2 (en) | 2014-12-26 | 2015-12-17 | Motor drive device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018007564A true JP2018007564A (en) | 2018-01-11 |
JP6462821B2 JP6462821B2 (en) | 2019-01-30 |
Family
ID=56150348
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016566173A Active JP6244482B2 (en) | 2014-12-26 | 2015-12-17 | Motor drive device |
JP2017194966A Active JP6462821B2 (en) | 2014-12-26 | 2017-10-05 | Motor drive device |
Family Applications Before (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016566173A Active JP6244482B2 (en) | 2014-12-26 | 2015-12-17 | Motor drive device |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (2) | JP6244482B2 (en) |
WO (1) | WO2016104328A1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6802674B2 (en) * | 2016-09-01 | 2020-12-16 | 株式会社ミツバ | Brushless motor and control method |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09294397A (en) * | 1996-04-24 | 1997-11-11 | Mitsubishi Electric Corp | Motor controller for air conditioner |
JPH10304669A (en) * | 1997-04-23 | 1998-11-13 | Hitachi Ltd | Pwm converter device |
JP2002176767A (en) * | 2000-12-11 | 2002-06-21 | Fujitsu General Ltd | Control method of compressor |
JP2013207925A (en) * | 2012-03-28 | 2013-10-07 | Mitsubishi Electric Corp | Motor drive control device and freezing air-conditioner |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03124271A (en) * | 1989-10-03 | 1991-05-27 | Meidensha Corp | Inverter device restraining harmonics |
JP2002354844A (en) * | 2001-05-25 | 2002-12-06 | Meidensha Corp | Inverter equipment provided with regenerative power storing and discharging function and higher harmonic suppressing function |
JP5824339B2 (en) * | 2011-11-17 | 2015-11-25 | 東芝キヤリア株式会社 | Three-phase rectifier |
-
2015
- 2015-12-17 JP JP2016566173A patent/JP6244482B2/en active Active
- 2015-12-17 WO PCT/JP2015/085371 patent/WO2016104328A1/en active Application Filing
-
2017
- 2017-10-05 JP JP2017194966A patent/JP6462821B2/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09294397A (en) * | 1996-04-24 | 1997-11-11 | Mitsubishi Electric Corp | Motor controller for air conditioner |
JPH10304669A (en) * | 1997-04-23 | 1998-11-13 | Hitachi Ltd | Pwm converter device |
JP2002176767A (en) * | 2000-12-11 | 2002-06-21 | Fujitsu General Ltd | Control method of compressor |
JP2013207925A (en) * | 2012-03-28 | 2013-10-07 | Mitsubishi Electric Corp | Motor drive control device and freezing air-conditioner |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6244482B2 (en) | 2017-12-06 |
JP6462821B2 (en) | 2019-01-30 |
JPWO2016104328A1 (en) | 2017-06-29 |
WO2016104328A1 (en) | 2016-06-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9716455B2 (en) | Power conversion device and method of controlling the same | |
JP6511514B2 (en) | Motor drive | |
JP2018088741A (en) | Motor driving device and control method thereof | |
JP6345135B2 (en) | Motor drive device | |
JP2009177934A (en) | Inverter control device for driving motor | |
JP6462821B2 (en) | Motor drive device | |
JP6301270B2 (en) | Motor drive device | |
JP2009100558A (en) | Motor driving inverter controller | |
WO2016035434A1 (en) | Motor drive device | |
KR101449513B1 (en) | Motor Driving Apparatus Having Power Return Function and Driving Method thereof | |
JP6506447B2 (en) | Motor drive | |
JP6724241B2 (en) | Motor drive | |
JP2018129997A (en) | Motor control circuit, motor control method, and program | |
JP6182462B2 (en) | Power converter | |
JP4793079B2 (en) | Inverter controller for motor drive | |
JP2016202482A (en) | Motor driving device for washing machine | |
JP5040160B2 (en) | Inverter controller for motor drive | |
WO2017133786A1 (en) | Dual unipolar and bipolar double or triple brushless dc motor inverter topology | |
US20160056746A1 (en) | Apparatus for driving srm and controlling method thereof | |
US20230421087A1 (en) | Reduced motor magnetic losses via reduction of temporal harmonics by control of dc link voltage | |
JP2016052142A (en) | Motor control device | |
JP6424508B2 (en) | PUMP CONTROL DEVICE, VEHICLE PUMP UNIT, AND PUMP CONTROL METHOD | |
US20160049893A1 (en) | Apparatus for driving motor and controlling method thereof | |
KR20180137994A (en) | Power transforming apparatus and air conditioner including the same | |
JP2016163517A (en) | Control method of permanent magnet motor and controller of permanent magnet motor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20171019 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20171019 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180703 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180628 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180831 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180918 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20181113 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20181204 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20181227 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6462821 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |