JP2018088741A - Motor driving device and control method thereof - Google Patents
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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、その交流電圧を直流モータへの駆動電力として出力するモータ駆動装置およびその制御方法に関する。 The present invention relates to a motor drive 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 drive power to a DC motor, and a control method thereof.
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、その交流電圧を直流モータへ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 There is known a motor driving device that converts the voltage of an AC power source into DC with a converter, converts the DC voltage into AC voltage with a predetermined frequency by an inverter, and outputs the AC voltage as driving power to the DC motor.
このモータ駆動装置は、受電設備（キュービクルともいう）から電力の供給を受ける。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適したレベルの電圧に変換する。この受電設備には、商用三相交流電源へ流出する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比例する。 This motor drive device receives supply of electric power from 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 at a level suitable for operation of a device such as a motor drive device. A regulation value for limiting the outflow amount of the harmonic current flowing out to the commercial three-phase AC power supply is set in the power receiving facility. The size of the regulation value is proportional to the power receiving capacity of the power receiving facility.
このような高調波電流の規制に対処し、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。 In response to such restrictions on the harmonic current, a step-up PWM converter is employed as the converter of the motor drive device, and the amount of generation of the harmonic current is suppressed by switching control of the PWM converter.
ＰＷＭコンバータはスイッチングによる電力損失が大きい。このため、ＰＷＭコンバータの採用に伴い電力変換効率の低下を招くという課題がある。 The PWM converter has a large power loss due to switching. For this reason, there is a problem that the power conversion efficiency is lowered with the adoption of the PWM converter.
実施形態の目的は、電力変換効率の低下をできるだけ押さえながら高調波電流を抑制できるモータ駆動装置およびその制御方法を提供することである。 The objective of embodiment is providing the motor drive device which can suppress a harmonic current, suppressing the fall of power conversion efficiency as much as possible, and its control method.
請求項１のモータ駆動装置は、交流電源の電圧を三相正弦波でパルス幅変調された所定周期のＰＷＭ信号によりスイッチング素子を断続的にスイッチングすること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ＰＷＭコンバータと、このＰＷＭコンバータの出力電圧Ｖｄｃをスイッチングにより交流電圧に変換しその交流電圧を直流モータの駆動電力として出力するインバータと、前記ＰＷＭコンバータの出力電圧Ｖｄｃが目標値Ｖｓとなるように前記ＰＷＭコンバータをスイッチングするコントローラとを備える。前記コントローラは、前記ＰＷＭコンバータのスイッチングの開始に際し、第１設定値Ｖ１を前記目標値Ｖｓとして初期設定し、前記ＰＷＭコンバータの出力電圧Ｖｄｃがその目標値Ｖｓ（＝Ｖ１）となるように前記ＰＷＭコンバータをスイッチングする。また、前記コントローラは、前記スイッチング中、前記ＰＷＭコンバータから流出する高調波電流Ｈａが設定値Ｈｓ以上の場合に前記目標値Ｖｓを上昇方向に変更し、前記ＰＷＭコンバータから流出する高調波電流Ｈａが設定値Ｈｓ未満の場合に前記目標値Ｖｓを下降方向に変更し、この下降方向に変更する目標値Ｖｓが第２設定値Ｖ２（＞Ｖ１）より低い領域に入った場合は前記第１設定値Ｖ１を新たな目標値Ｖｓ（＝Ｖ１）として設定する。そして、前記コントローラは、前記変更後の目標値Ｖｓまたは前記新たな目標値Ｖｓ（＝Ｖ１）が制限値Ｅｖより高ければ前記ＰＷＭコンバータの出力電圧Ｖｄｃが前記変更後の目標値Ｖｓまたは前記新たな目標値Ｖｓ（＝Ｖ１）となるように前記ＰＷＭコンバータをスイッチングし、前記変更後の目標値Ｖｓまたは前記新たな目標値Ｖｓ（＝Ｖ１）が前記制限値Ｅｖ以下であればその制限値Ｅｖを新たな目標値Ｖｓ（＝Ｅｖ）として設定し、前記ＰＷＭコンバータの出力電圧Ｖｄｃがその新たな目標値Ｖｓ（＝Ｅｖ）となるように前記ＰＷＭコンバータをスイッチングする。
The motor drive device according to
請求項７は、交流電源の電圧を三相正弦波でパルス幅変調された所定周期のＰＷＭ信号によりスイッチング素子を断続的にスイッチングすること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ＰＷＭコンバータと、このＰＷＭコンバータの出力電圧Ｖｄｃをスイッチングにより交流電圧に変換しその交流電圧を直流モータの駆動電力として出力するインバータと、前記ＰＷＭコンバータの出力電圧Ｖｄｃが目標値Ｖｓとなるように前記ＰＷＭコンバータをスイッチングするコントローラとを備えたモータ駆動装置の制御方法であって、前記ＰＷＭコンバータのスイッチングの開始に際し、第１設定値Ｖ１を前記目標値Ｖｓとして初期設定し、前記ＰＷＭコンバータの出力電圧Ｖｄｃがその目標値Ｖｓ（＝Ｖ１）となるように前記ＰＷＭコンバータをスイッチングする。このスイッチング中、前記ＰＷＭコンバータから流出する高調波電流Ｈａが設定値Ｈｓ以上の場合に前記目標値Ｖｓを上昇方向に変更し、前記ＰＷＭコンバータから流出する高調波電流Ｈａが設定値Ｈｓ未満の場合に前記目標値Ｖｓを下降方向に変更し、この下降方向に変更する目標値Ｖｓが第２設定値Ｖ２（＞Ｖ１）より低い領域に入った場合は前記第１設定値Ｖ１を新たな目標値Ｖｓ（＝Ｖ１）として設定する。そして、前記変更後の目標値Ｖｓまたは前記新たな目標値Ｖｓ（＝Ｖ１）が制限値Ｅｖより高ければ前記ＰＷＭコンバータの出力電圧Ｖｄｃが前記変更後の目標値Ｖｓまたは前記新たな目標値Ｖｓ（＝Ｖ１）となるように前記ＰＷＭコンバータをスイッチングし、前記変更後の目標値Ｖｓまたは前記新たな目標値Ｖｓ（＝Ｖ１）が前記制限値Ｅｖ以下であればその制限値Ｅｖを新たな目標値Ｖｓ（＝Ｅｖ）として設定し、前記ＰＷＭコンバータの出力電圧Ｖｄｃがその新たな目標値Ｖｓ（＝Ｅｖ）となるように前記ＰＷＭコンバータをスイッチングする。 According to a seventh aspect of the present invention, the voltage of the AC power source is stepped up and DC converted by intermittently switching the switching element with a PWM signal having a predetermined period which is pulse-width modulated with a three-phase sine wave, and full-wave rectified by switching stop. A converter, an inverter that converts the output voltage Vdc of the PWM converter into an AC voltage by switching, and outputs the AC voltage as driving power for the DC motor; and the PWM so that the output voltage Vdc of the PWM converter becomes the target value Vs. A control method for a motor drive device comprising a controller for switching a converter, wherein at the start of switching of the PWM converter, a first set value V1 is initially set as the target value Vs, and an output voltage Vdc of the PWM converter Becomes the target value Vs (= V1) Switching the PWM converter. During this switching, when the harmonic current Ha flowing out from the PWM converter is greater than or equal to the set value Hs, the target value Vs is changed in the upward direction, and when the harmonic current Ha flowing out from the PWM converter is less than the set value Hs When the target value Vs is changed in the downward direction and the target value Vs to be changed in the downward direction enters a region lower than the second set value V2 (> V1), the first set value V1 is changed to a new target value. Set as Vs (= V1). If the changed target value Vs or the new target value Vs (= V1) is higher than the limit value Ev, the output voltage Vdc of the PWM converter is changed to the changed target value Vs or the new target value Vs ( = V1), the PWM converter is switched, and if the changed target value Vs or the new target value Vs (= V1) is less than or equal to the limit value Ev, the limit value Ev is changed to the new target value. Vs (= Ev) is set, and the PWM converter is switched so that the output voltage Vdc of the PWM converter becomes the new target value Vs (= Ev).
［１］本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。
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が接続されている。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が接続されている。受電設備２には、商用三相交流電源１側へ流出する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の受電容量に比例する。ブラシレスＤＣモータ５は、設備機器である例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。
[1] A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, a power receiving facility 2 is connected to a commercial three-phase
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が接続されている。
The
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）を介して受電設備２に接続されるダイオード２１ａ〜２６ａの３相ブリッジ回路、この３相ブリッジ回路のダイオード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、受電設備２から供給される三相交流電源電圧Ｖａｃをコントローラ７０から供給されるＰＷＭ信号に応じた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、受電設備２から供給される三相交流電源電圧Ｖａｃをダイオード２１ａ〜２６ａで全波整流する。このＰＷＭコンバータ１０の出力電圧Ｖｄｃは、ＰＷＭコンバータ１０に入力される三相交流電源電圧Ｖａｃが200Vで、かつＰＷＭコンバータ１０がスイッチング停止により全波整流した場合に、無負荷状態であれば約282Vとなる。このＰＷＭコンバータ１０の出力電圧Ｖｄｃ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）Ｖｄｃ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それを各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が配置されている。この電流センサ５１〜５３の検知結果がコントローラ７０に供給される。受電設備２とＰＷＭコンバータ１０との間の各相の通電路に、入力電流検知用の電流センサ６１，６２，６３が配置されている。この電流センサ６１〜６３の検知結果がコントローラ７０に供給される。なお、電流センサ６１〜６３を相ごとに設けているが、３つの相のうち２つの相にのみ電流センサを設け、この２つの相の検知結果から残りの１つの相の電流値を計算で求めてもよい。
コントローラ７０は、コンバータ制御部７１、インバータ制御部７２、入力電圧検出部７３、高調波電流検出部７４、出力電圧検出部７５、負荷検出部７６、逆起電圧検出部７７を含む。
The controller 70 includes a
入力電圧検出部７３は、ＰＷＭコンバータ１０へ入力される三相交流電源電圧（実効値）Ｖａｃを検出する。高調波電流検出部７４は、電流センサ６１〜６３の検知結果の電流変化をフーリエ展開することにより、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）側へ流出する所定次数（例えば５次、７次等）の高調波電流Ｈａを検出する。出力電圧検出部７５は、ＰＷＭコンバータ１０の出力電圧Ｖｄｃを検出する。
Input voltage detector 73 detects a three-phase AC power supply voltage (effective value) Vac input to
負荷検出部７６は、ブラシレスＤＣモータ５により駆動される負荷の大きさＬをインバータ制御部７２で推定されるブラシレスＤＣモータ５の回転数（回転速度ともいう）ωestに基づいて検出する。モータにより駆動される負荷の大きさＬは、一般的にモータのトルクと回転数との積で表わされる動力（＝トルク×回転数）に相当する。ブラシレスＤＣモータ５により駆動される負荷が、圧縮機を含む冷凍サイクルなどの空調負荷である場合、その空調負荷の大きさは、ブラシレスＤＣモータ５の回転数ωestやブラシレスＤＣモータ５に流れる電流（相巻線電流）などとほぼ比例する関係にある。したがって、負荷検出部７６は、インバータ制御部７２の推定回転数ωestに限らず、電流センサ５１，５２，５３の検知結果（相巻線電流）に基づいて負荷の大きさＬを検出してもよい。ブラシレスＤＣモータ５の回転数は過渡期を除けば目標回転数ωrefとほぼ一致するため、目標回転数ωrefに基づいて負荷の大きさＬを検出してもよい。
The
逆起電圧検出部７７は、電流センサ５１，５２，５３の検知結果をインバータ制御部７２から取込み、その検知結果からブラシレスＤＣモータ５の逆起電圧Ｅeを検出する。なお、逆起電圧ＥeはブラシレスＤＣモータ５の回転数に比例するものなので、インバータ制御部７２の推定回転数ωestを逆起電圧検出部７７に取込み、その推定回転数ωestに基づく逆起電圧検出部７７の演算により逆起電圧Ｅeを算出してもよい。
The counter electromotive voltage detection unit 77 takes in the detection results of the
インバータ制御部７２は、いわゆるセンサレス・ベクトル制御部であり、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ωestを推定し、その推定回転数ωestが外部から指定される目標回転数ωrefとなるようにインバータ４０におけるＩＧＢＴ４１〜４６のスイッチングのオン，オフデューティを制御する。具体的には、インバータ制御部７２は、目標回転数ωrefが低い低速度運転域ではオン，オフデューティを小さく設定してインバータ４０の出力電圧を低くし、目標回転数ωrefが低くない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設定してインバータ４０の出力電圧を高める。また、インバータ制御部７２は、設定しようとするオン，オフデューティが制御上の上限値に達した場合、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）。この弱め界磁制御により、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ωestが上昇する。
The inverter control unit 72 is a so-called sensorless vector control unit that estimates the rotational speed ωest of the
後述する三相正弦波変調を行う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）側へ流出する所定次数の高調波電流Ｈａは、図２に示すように、ＰＷＭコンバータ１０の出力電圧Ｖｄｃおよび負荷の大きさＬに応じて変化する。この図２の高調波電流Ｈａは、三相交流電源電圧Ｖａｃが200Vの場合の値を示している。
As shown in FIG. 2, the harmonic current Ha having a predetermined order flowing out from the
負荷の大きさＬが大きいいわゆる高負荷時の高調波電流Ｈａは、ＰＷＭコンバータ１０の出力電圧Ｖｄｃの上昇に伴い、まず下降し、出力電圧Ｖｄｃが280Vに達したところで上昇に転じる。この上昇後、高調波電流Ｈａは、出力電圧Ｖｄｃが294Vに達したところで下降に転じ、そのまま下降を続ける。高調波電流Ｈａが最初の下降から上昇に転じるときの高調波電流Ｈａの値を第１変曲点Ｈａ１と称し、この上昇から下降に転じるときの高調波電流Ｈａの値（ピーク値）を第２変曲点Ｈａ２と称す。この第２変曲点Ｈａ２からの下降に際し、高調波電流Ｈａは、ＰＷＭコンバータ１０の出力電圧Ｖｄｃが307Vのところで、第１変曲点Ｈａ１と同じ値になる。換言すると、高負荷時の高調波電流Ｈａは、出力電圧Ｖｄｃが三相交流電源電圧Ｖａｃの√2（ルート2）倍の値またはそれに近い値のとき、より厳密には三相交流電源電圧Ｖａｃの√2倍の値の99％（＝Ｖａｃ×√2×0.99）のときに、第１変曲点Ｈａ１となる。また、高負荷時の高調波電流Ｈａは、出力電圧Ｖｄｃが三相交流電源電圧Ｖａｃの√2倍の値の104％（＝Ｖａｃ×√2×1.04）のときに第２変曲点Ｈａ２となり、出力電圧Ｖｄｃが三相交流電源電圧Ｖａｃの√2倍の値の109％（＝Ｖａｃ×√2×1.09）のときに第１変曲点Ｈａ１と同じ値になる。
The harmonic current Ha at a so-called high load with a large load size L first decreases as the output voltage Vdc of the
中負荷時の高調波電流Ｈａは、高負荷時の高調波電流Ｈａより低い値にシフトした状態で、その高負荷時の高調波電流Ｈａと相似の形で変化する。また、低負荷時の高調波電流Ｈａは、中負荷時の高調波電流Ｈａよりさらに低い側にシフトした状態で、その高負荷時および中負荷時の高調波電流Ｈａと相似の形で変化する。すなわち、出力電圧Ｖｄｃと高調波電流Ｈａの関係は、出力電圧Ｖｄｃに対する高調波電流Ｈａの増加及び減少傾向は負荷にかかわらず同じで、その絶対値は負荷に比例している。 The harmonic current Ha at the time of medium load changes in a similar manner to the harmonic current Ha at the time of high load while being shifted to a value lower than the harmonic current Ha at the time of high load. Further, the harmonic current Ha at the time of low load changes in a similar manner to the harmonic current Ha at the time of high load and medium load in a state shifted to a lower side than the harmonic current Ha at the time of medium load. . That is, as for the relationship between the output voltage Vdc and the harmonic current Ha, the increase and decrease tendencies of the harmonic current Ha with respect to the output voltage Vdc are the same regardless of the load, and the absolute value thereof is proportional to the load.
コンバータ制御部７１は、負荷検出部７６で検出される負荷の大きさＬと所定値Ｌｓとを比較し、負荷の大きさＬが所定値Ｌｓ未満の場合は昇圧が不要との判断の下にＰＷＭコンバータ１０におけるＩＧＢＴ２１〜２６のスイッチングを停止し（全波整流）、負荷の大きさＬが所定値Ｌｓ以上の場合は昇圧が必要との判断の下にＰＷＭコンバータ１０の出力電圧Ｖｄｃが目標値ＶｓとなるようにＩＧＢＴ２１〜２６をスイッチングする。このスイッチングに際し、コンバータ制御部７１は、いわゆる三相正弦波変調を用いており、所定周期のキャリア信号を上記目標値Ｖｓに応じて電圧レベルが変化する三相正弦波信号でパルス幅変調（電圧比較）することによりスイッチング用の所定周期のＰＷＭ信号（パルス状の駆動信号）を生成し、このＰＷＭ信号でＩＧＢＴ２１〜２６をオン，オフ駆動（断続的にオン）する。
The
とくに、コンバータ制御部７１は、目標値Ｖｓを次のように可変制御する。まず、ＩＧＢＴ２１〜２６のスイッチングの開始に際し、予め定めた第１設定値Ｖ１を目標値Ｖｓとして初期設定し、ＰＷＭコンバータ１０の出力電圧Ｖｄｃがその目標値Ｖｓ（＝Ｖ１）となるようにＰＷＭコンバータ１０をスイッチングする（昇圧モード）。スイッチング中（昇圧モード）は、高調波電流検出部７４で検出される高調波電流Ｈａが設定値Ｈｓ以上であれば目標値Ｖｓを所定値ΔＶずつ上昇方向に変更し（Ｖｓ＝Ｖｓ＋ΔＶ）、高調波電流検出部７４で検出される高調波電流Ｈａが設定値Ｈｓ未満であれば目標値Ｖｓを所定値ΔＶずつ下降方向に変更する（Ｖ＝Ｖｓ−ΔＶ）。この下降方向に変更する目標値Ｖｓが予め定めた第２設定値Ｖ２（＞Ｖ１）より低い領域に入った場合は、最初の第１設定値Ｖ１を新たな目標値Ｖｓ（＝Ｖ１）として設定する。そして、変更後の目標値Ｖｓまたは新たな目標値Ｖｓ（＝Ｖ１）が制限値Ｅｖより高ければＰＷＭコンバータ１０の出力電圧Ｖｄｃが上記変更後の目標値Ｖｓまたは上記新たな目標値Ｖｓ（＝Ｖ１）となるようにＰＷＭコンバータ１０をスイッチングし、上記変更後の目標値Ｖｓまたは上記新たな目標値Ｖｓ（＝Ｖ１）が制限値Ｅｖ以下であればその制限値Ｅｖを新たな目標値Ｖｓ（＝Ｅｖ）として設定し、ＰＷＭコンバータ１０の出力電圧Ｖｄｃがその新たな目標値Ｖｓ（＝Ｅｖ）となるようにＰＷＭコンバータ１０をスイッチングする。
In particular,
上記設定値Ｈｓ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）側へ流出する高調波電流Ｈａの流出量を制限するべく予め定められている制限値の範囲に含まれる値であり（例えば3A）、図２のように中負荷時の高調波電流Ｈａの第１変曲点と第２変曲点との間に存する。
The set value Hs is a value included in a range of limit values set in advance to limit the outflow amount of the harmonic current Ha flowing out from the
第１設定値Ｖ１は、高調波電流Ｈａが第１変曲点Ｈａ１にあるときのＰＷＭコンバータ１０の出力電圧Ｖｄｃの値たとえば280Vである。第２設定値Ｖ２は、高調波電流Ｈａが第２変曲点Ｈａ２にあるときのＰＷＭコンバータ１０の出力電圧Ｖｄｃの値たとえば294Vである。なお、第２変曲点Ｈａ２を過ぎた高調波電流Ｈａが第１変曲点Ｈａ１と同じ値になるときの出力電圧Ｖｄｃの値“307V”を、説明の便宜上、第３設定値Ｖ３という。
The first set value V1 is a value of the output voltage Vdc of the
上述したように、高調波電流Ｈａは、出力電圧Ｖｄｃが三相交流電源電圧Ｖａｃの√2（≒1.414）倍の値またはそれに近い値のとき、より厳密には三相交流電源電圧Ｖａｃの√2倍の値の99％（＝Ｖａｃ×√2×0.99）のときに、第１変曲点Ｈａ１となる。したがって、入力電圧検出部７３で検出される三相交流電源電圧Ｖａｃの√2倍の値、あるいは入力電圧検出部７３で検出される三相交流電源電圧Ｖａｃの√2倍の値の99％を、第１設定値Ｖ１と定めてもよい。また、上述したように、高調波電流Ｈａは、出力電圧Ｖｄｃが三相交流電源電圧Ｖａｃの√2倍の値の104％（＝Ｖａｃ×√2×1.04）のときに第２変曲点Ｈａ２となる。したがって、入力電圧検出部７３で検出される三相交流電源電圧Ｖａｃの√2倍の値の104％を第２設定値Ｖ２と定めてもよいし、第１設定値Ｖ１の1.05倍（＝104％／99％）の値またはそれに近い値を第２設定値Ｖ２と定めてもよい。第３設定値Ｖ３は、第１設定値Ｖ１の1.1倍（＝109％／99％）の値またはそれに近い値である。 As described above, the harmonic current Ha is more precisely √ of the three-phase AC power supply voltage Vac when the output voltage Vdc is a value of √2 (≈1.414) times the three-phase AC power supply voltage Vac or a value close thereto. When the double value is 99% (= Vac × √2 × 0.99), the first inflection point Ha1 is obtained. Therefore, 99% of a value that is √2 times the three-phase AC power supply voltage Vac detected by the input voltage detection unit 73 or a value that is √2 times the three-phase AC power supply voltage Vac detected by the input voltage detection unit 73. The first set value V1 may be determined. Further, as described above, the harmonic current Ha has the second inflection point Ha2 when the output voltage Vdc is 104% (= Vac × √2 × 1.04) of the value of √2 times the three-phase AC power supply voltage Vac. It becomes. Therefore, 104% of the value of √2 times the three-phase AC power supply voltage Vac detected by the input voltage detection unit 73 may be determined as the second set value V2, or 1.05 times the first set value V1 (= 104). % / 99%) or a value close thereto may be determined as the second set value V2. The third set value V3 is a value 1.1 times (= 109% / 99%) or close to the first set value V1.
つぎに、コントローラ７０が実行する制御を図３および図４を参照しながら説明する。図３は負荷の大きさＬと目標値Ｖｓとの関係(一例)を示し、図４は制御のフローチャートを示している。 Next, the control executed by the controller 70 will be described with reference to FIGS. FIG. 3 shows a relationship (an example) between the load size L and the target value Vs, and FIG. 4 shows a control flowchart.
インバータ制御部７２は、外部から運転開始指令を受けた場合（ステップＳ１のＹＥＳ）、インバータ４０の駆動を開始する（ステップＳ２）。この駆動により、インバータ４０から所定周波数の交流電圧が出力され、その出力によりブラシレスＤＣモータ５の運転が開始される。
When receiving an operation start command from the outside (YES in step S1), the inverter control unit 72 starts driving the inverter 40 (step S2). By this driving, an AC voltage having a predetermined frequency is output from the
この運転開始に伴い、コンバータ制御部７１は、負荷検出部７６で検出される負荷の大きさＬおよび高調波電流検出部７４で検出される高調波電流Ｈａに基づき、昇圧が必要であるか否かを判定する（ステップＳ３）。すなわち、負荷の大きさＬが所定値Ｌｓ以上の場合、あるいは高調波電流Ｈａが設定値Ｈｓ以上の場合、昇圧が必要と判定する（ステップＳ３のＹＥＳ）。一方、負荷の大きさＬが所定値Ｌｓ未満かつ高調波電流Ｈａが設定値Ｈｓ未満の場合は、昇圧が不要と判定する（ステップＳ３のＮＯ）。起動時や負荷が軽い状況下で、昇圧が不要と判定した場合（ステップＳ３のＮＯ）、コンバータ制御部７１は、ＰＷＭコンバータ１０をスイッチングしない（ステップＳ４）。スイッチングしないので、受電設備２から供給される三相交流電源電圧ＶａｃがＰＷＭコンバータ１０で全波整流される（昇圧停止モード）。続いて、コンバータ制御部７１は、外部から運転停止指令を受けているか否かを判定する（ステップＳ５）。運転停止指令を受けていない場合（ステップＳ５のＮＯ）、ステップＳ３からの処理を繰り返す。なお、この運転停止指令は、インバータ４０の運転停止指令である。
At the start of this operation,
一方、負荷の大きさＬや高調波電流Ｈａの値から昇圧が必要と判定した場合（ステップＳ３のＹＥＳ）、コンバータ制御部７１は、その時点で既にＰＷＭコンバータ１０が昇圧モードに入っているか否かを判定する（ステップＳ６）。まだ昇圧モードに入っていない場合（ステップＳ６のＮＯ）、コンバータ制御部７１は、昇圧を開始するべく、第１設定値Ｖ１（＝280V）を目標値Ｖｓとして初期設定する（ステップＳ７）。なお、この状態では、すでにインバータ４０の動作による負荷が発生しているため、全波整流における出力電圧は280Vよりも低下している状態にある。続いて、コンバータ制御部７１は、初期設定した目標値Ｖｓ（＝Ｖ１）が逆起電圧検出部７７で検出される逆起電圧Ｅに基づき定まる制限値Ｅｖ（＝Ｅｅ＋ΔＥ）より高い状態にあるかを判定する（ステップＳ８）。
On the other hand, when it is determined that boosting is necessary from the value of load size L and harmonic current Ha (YES in step S3),
昇圧モードの開始時には、初期設定した目標値Ｖｓ（＝Ｖ１）は制限値Ｅｖより高い状態にあるので（ステップＳ８のＹＥＳ）、コンバータ制御部７１は、ＰＷＭコンバータ１０の出力電圧Ｖｄｃが初期設定した目標値Ｖｓ（＝Ｖ１）となるようにＰＷＭコンバータ１０をスイッチングする（ステップＳ９）。そして、コンバータ制御部７１は、運転停止指令を受けていなければ（ステップＳ５のＮＯ）、ステップＳ３からの処理を繰り返す。
Since the initially set target value Vs (= V1) is higher than the limit value Ev at the start of the boost mode (YES in step S8), the
こうして、ＰＷＭコンバータ１０の出力電圧Ｖｄｃが目標値Ｖｓ（＝Ｖ１）に保たれている状態でブラシレスＤＣモータ５の回転数ωestが増加すると、ブラシレスＤＣモータ５の逆起電圧Ｅｅが上昇し、そのうちにインバータ制御部７２による弱め界磁制御が働くようになる。弱め界磁制御が働くと、逆起電圧Ｅｅ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ωestの上昇が可能となる。ただし、出力電圧Ｖｄｃが目標値Ｖｓ（＝Ｖ１）のままでは、やがて弱め界磁制御が頭打ちになって逆起電圧Ｅｅが目標値Ｖｓに近づくと、ブラシレスＤＣモータ５の回転数ωestを上昇させることができなくなる。
Thus, when the rotational speed ωest of the
上記ステップＳ８の判定において、逆起電圧Ｅｅが目標値Ｖｓ（＝Ｖ１）に近くなり、逆起電圧Ｅｅより所定値ΔＥ（例えば２０Ｖ）だけ高い制限値Ｅｖ（＝Ｅｅ＋ΔＥ）が目標値Ｖｓ（＝Ｖ１）以上となった場合（ステップＳ８のＮＯ）、インバータ４０によるブラシレスＤＣモータ５の回転数を目標値に到達させるため、コンバータ制御部７１は、その制限値Ｅｖ（＝Ｅｅ＋ΔＥ）を新たな目標値Ｖｓ（＝Ｅｖ）として設定する（ステップＳ１０）。そして、コンバータ制御部７１は、ＰＷＭコンバータ１０の出力電圧Ｖｄｃが新たな目標値Ｖｓ（＝Ｅｖ）となるようにＰＷＭコンバータ１０をスイッチングする（ステップＳ９）。これにより、出力電圧Ｖｄｃが逆起電圧Ｅｅを超えて上昇する。そして、コンバータ制御部７１は、運転停止指令を受けていなければ（ステップＳ５のＮＯ）、ステップＳ３からの処理を繰り返す。
In the determination of step S8, the counter electromotive voltage Ee becomes close to the target value Vs (= V1), and the limit value Ev (= Ee + ΔE) higher than the counter electromotive voltage Ee by a predetermined value ΔE (for example, 20 V) is the target value Vs (= V1) or higher (NO in step S8), the
一方、ＰＷＭコンバータ１０のスイッチングが始まって昇圧モードに入った段階で（ステップＳ６のＹＥＳ）、コンバータ制御部７１は、高調波電流検出部７４で検出される高調波電流Ｈａと設定値Ｈｓとを比較する（ステップＳ１１）。高調波電流Ｈａが設定値Ｈｓ以上の場合（ステップＳ１１のＹＥＳ）、コンバータ制御部７１は、高調波電流Ｈａを第２変曲点Ｈａ２より先の下降方向の変化へと至らせるべく、現時点の目標値Ｖｓを所定値ΔＶ、例えば０．５Ｖ、だけ上昇方向に変更する（ステップＳ１２）。そして、コンバータ制御部７１は、変更後の目標値Ｖｓ（＝Ｖｓ＋ΔＶ）と制限値Ｅｖ（＝Ｅｅ＋ΔＥ）とを比較する（ステップＳ８）。
On the other hand, at the stage where switching of the
変更後の目標値Ｖｓ（＝Ｖｓ＋ΔＶ）が制限値Ｅｖより高い場合（ステップＳ８のＹＥＳ）、コンバータ制御部７１は、ＰＷＭコンバータ１０の出力電圧Ｖｄｃがその変更後の目標値Ｖｓ（＝Ｖｓ＋ΔＶ）となるようにＰＷＭコンバータ１０をスイッチングする（ステップＳ９）。変更後の目標値Ｖｓ（＝Ｖｓ＋ΔＶ）が制限値Ｅｖ以下の場合（ステップＳ８のＮＯ）、コンバータ制御部７１は、制限値Ｅｖを新たな目標値Ｖｓ（＝Ｅｖ）として設定し（ステップＳ１０）、ＰＷＭコンバータ１０の出力電圧Ｖｄｃが新たな目標値Ｖｓ（＝Ｅｖ）となるようにＰＷＭコンバータ１０をスイッチングする（ステップＳ９）。
When the changed target value Vs (= Vs + ΔV) is higher than the limit value Ev (YES in step S8), the
続いて、コンバータ制御部７１は、運転停止指令を受けていなければ（ステップＳ５のＮＯ）、ステップＳ３からの処理を繰り返す。この繰り返しにより、ＰＷＭコンバータ１０の出力電圧Ｖｄｃが徐々に上昇していく。この出力電圧Ｖｄｃの上昇に伴い、高調波電流検出部７４で検出される高調波電流Ｈａは、第１設定値Ｖ１と第２設定値Ｖ２との間の領域で一旦は上昇方向に変化して、やがて第２変曲点Ｈａ２を乗り越えて下降方向へと変化していく。
Subsequently,
そして、高調波電流検出部７４で検出される高調波電流Ｈａは、高負荷状態では、ＰＷＭコンバータ１０の出力電圧Ｖｄｃが第３設定値Ｖ３（＝307V）を超えた辺りで、設定値Ｈｓ未満となる。
The harmonic current Ha detected by the harmonic current detector 74 is less than the set value Hs when the output voltage Vdc of the
なお、本実施形態では、高調波電流Ｈａが設定値Ｈｓ以上の場合（ステップＳ１１のＹＥＳ）、現時点の目標値Ｖｓを所定値ΔＶだけ上昇させる（ステップＳ１２）ことを繰り返して最終的に高調波電流Ｈａが設定値Ｈｓ以下となる領域まで目標値Ｖｓを増加させたが、出力電圧が第１設定値Ｖ１の状態で高調波電流Ｈａが設定値Ｈｓ以上となった場合には、目標値Ｖｓを必ず第３設定値Ｖ３以上に増加させなければならないため、目標値Ｖｓを第１設定値Ｖ１から所定値ΔＶずつ徐々に増加させることなく、第３設定値Ｖ３まで目標電圧を一気に増加させ、その後徐々に目標電圧Ｖｓを増加させても良い。こうすることで、高調波電流を早く抑えることができるようになる。 In the present embodiment, when the harmonic current Ha is equal to or greater than the set value Hs (YES in step S11), the current target value Vs is increased by a predetermined value ΔV (step S12), and finally the harmonic is generated. The target value Vs is increased to a region where the current Ha is equal to or less than the set value Hs. However, when the harmonic current Ha becomes equal to or greater than the set value Hs when the output voltage is the first set value V1, the target value Vs. Must be increased to the third set value V3 or more, so that the target voltage Vs is increased from the first set value V1 to the third set value V3 at once without gradually increasing the target value Vs by the predetermined value ΔV. Thereafter, the target voltage Vs may be gradually increased. By doing so, the harmonic current can be suppressed quickly.
また、低負荷状態では、高調波電流Ｈａは、ＰＷＭコンバータ１０の出力電圧Ｖｄｃが第１設定値Ｖ１以上のすべての領域で設定値Ｈｓ未満となることから、ステップＳ１１でＹＥＳとなることはない。一方、中負荷状態では、高調波電流Ｈａは、ＰＷＭコンバータ１０の出力電圧Ｖｄｃが第２設定値Ｖ２付近で設定値Ｈｓを超える部分があるため、制限値Ｅｖ（＝Ｅｅ＋ΔＥ）が目標値Ｖｓ（＝Ｖ１）以上となって（ステップＳ８のＮＯ）、ステップＳ１０で新たに設定された目標値Ｖｓ（＝Ｅｖ+ΔＥ）が第２設定値Ｖ２近傍となった場合には、次回のステップＳ１１で高調波電流Ｈａが設定値Ｈｓ以上と判断される（ステップＳ１１のＹＥＳ）。そこで、コンバータ制御部７１は、高調波電流Ｈａを低減させるべく、現時点の目標値Ｖｓを所定値ΔＶだけ上昇方向に変更し（ステップＳ１２）、これを繰り返す。その結果、最終的に目標値Ｖｓは制限値Ｅｖよりも高く、かつ、高調波電流Ｈａが設定値Ｈｓ未満となる値に変更される。高調波電流検出部７４で検出される高調波電流Ｈａが設定値Ｈｓ未満になると（ステップＳ１１のＮＯ）、コンバータ制御部７１は、現時点の目標値Ｖｓを所定値ΔＶだけ下降方向に変更する（ステップＳ１３）。そして、コンバータ制御部７１は、変更後の目標値Ｖｓ（＝Ｖｓ−ΔＶ）と第２設定値Ｖ２とを比較する（ステップＳ１４）。
In the low load state, the harmonic current Ha does not become YES in step S11 because the output voltage Vdc of the
変更後の目標値Ｖｓ（＝Ｖｓ−ΔＶ）が第２設定値Ｖ２以上であれば（ステップＳ１４のＹＥＳ）、コンバータ制御部７１は、変更後の目標値Ｖｓ（＝Ｖｓ−ΔＶ）と制限値Ｅｖとを比較する（ステップＳ８）。変更後の目標値Ｖｓ（＝Ｖｓ−ΔＶ）が制限値Ｅｖより高い場合（ステップＳ８のＹＥＳ）、コンバータ制御部７１は、ＰＷＭコンバータ１０の出力電圧Ｖｄｃがその変更後の目標値Ｖｓ（＝Ｖｓ−ΔＶ）となるようにＰＷＭコンバータ１０をスイッチングする（ステップＳ９）。変更後の目標値Ｖｓ（＝Ｖｓ−ΔＶ）が制限値Ｅｖ以下の場合（ステップＳ８のＮＯ）、コンバータ制御部７１は、制限値Ｅｖを新たな目標値Ｖｓ（＝Ｅｖ）として設定し（ステップＳ１０）、ＰＷＭコンバータ１０の出力電圧Ｖｄｃが新たな目標値Ｖｓ（＝Ｅｖ）となるようにＰＷＭコンバータ１０をスイッチングする（ステップＳ９）。続いて、コンバータ制御部７１は、運転停止指令を受けていなければ（ステップＳ５のＮＯ）、ステップＳ３からの処理を繰り返す。
If the changed target value Vs (= Vs−ΔV) is equal to or larger than the second set value V2 (YES in step S14), the
負荷の大きさＬの減少により高調波電流Ｈａが設定値Ｈｓ未満の状態のまま（ステップＳ１１のＮＯ）、目標値Ｖｓを下降方向に変更するステップＳ１３の処理が繰り返されると、変更後の目標値Ｖｓ（＝Ｖｓ−ΔＶ）が第２設定値Ｖ２より低い領域に入る。 If the process of step S13 for changing the target value Vs in the descending direction is repeated while the harmonic current Ha remains below the set value Hs due to the decrease in the load size L (NO in step S11), the target after change is changed. The region where the value Vs (= Vs−ΔV) is lower than the second set value V2 is entered.
変更後の目標値Ｖｓ（＝Ｖｓ−ΔＶ）が第２設定値Ｖ２より低い領域に入った場合（ステップＳ１４のＮＯ）、コンバータ制御部７１は、最初の第１設定値Ｖ１を新たな目標値Ｖｓ（＝Ｖ１）として設定する（ステップＳ７）。そして、新たな目標値Ｖｓ（＝Ｖ１）が制限値Ｅｖより高ければ（ステップＳ８のＹＥＳ）、コンバータ制御部７１は、ＰＷＭコンバータ１０の出力電圧Ｖｄｃが新たな目標値Ｖｓ（＝Ｖ１）となるようにＰＷＭコンバータ１０をスイッチングする（ステップＳ９）。新たな目標値Ｖｓ（＝Ｖ１）が制限値Ｅｖ以下であれば（ステップＳ８のＮＯ）、コンバータ制御部７１は、制限値Ｅｖを新たな目標値Ｖｓ（＝Ｅｖ）として設定し（ステップＳ１０）、ＰＷＭコンバータ１０の出力電圧Ｖｄｃが新たな目標値Ｖｓ（＝Ｅｖ）となるようにＰＷＭコンバータ１０をスイッチングする（ステップＳ９）。
When the changed target value Vs (= Vs−ΔV) enters a region lower than the second set value V2 (NO in step S14), the
続いて、コンバータ制御部７１は、運転停止指令を受けていなければ（ステップＳ５のＮＯ）、ステップＳ３からの処理を繰り返す。運転停止指令を受けた場合（ステップＳ５のＹＥＳ）、コンバータ制御部７１は、ＰＷＭコンバータ１０のスイッチングを停止し、インバータ制御部７２はインバータ４０の駆動を停止する。また、ステップＳ３の判定で昇圧が不要になった場合（ステップＳ３のＮＯ）、コンバータ制御部７１は、ＰＷＭコンバータ１０のスイッチングを停止してＰＷＭコンバータ１０を全波整流させる。
Subsequently,
上記のように、下降方向に変更した目標値Ｖｓ（＝Ｖｓ−ΔＶ）が設定値Ｖ２未満に下降したところで、目標値Ｖｓを最初の第１設定値Ｖ１にシフトすることにより、目標値Ｖｓ（＝Ｖ１）が制限値Ｅｖより高い状態であれば、ＰＷＭコンバータ１０の出力電圧Ｖｄｃが第２設定値Ｖ２と第１設定値Ｖ１との間の領域を辿ることがない。ＰＷＭコンバータ１０は、昇圧電圧が低いほどスイッチング素子のオン期間が減少し、効率が良い。このため、電力変換効率の低下をできるだけ押さることができる。また、下降方向に変更した目標値Ｖｓ（＝Ｖｓ−ΔＶ）が設定値Ｖ２未満に下降したところで目標値Ｖｓを最初の第１設定値Ｖ１にシフトするので、そのシフト後の出力電圧Ｖｄｃでは、高調波電流Ｈａは必ず設定値Ｈｓ未満に抑制された状態となるため、シフトした途端に高調波電流Ｈａが設定値Ｈｓを越えて出力電圧を増加させなければならなくなるようなことはない。
As described above, when the target value Vs (= Vs−ΔV) changed in the descending direction decreases below the set value V2, the target value Vs is shifted to the first first set value V1, whereby the target value Vs ( = V1) is higher than the limit value Ev, the output voltage Vdc of the
［２］本発明の第２実施形態を説明する。
第２実施形態では、コンバータ制御部７１は、通常のＰＷＭコンバータ１０の運転前に、インバータ４が運転している状態で、目標値Ｖｓを第１設定値Ｖ１から徐々に上昇させてＰＷＭコンバータ１０の出力電圧Ｖｄｃがその目標値ＶｓとなるようにＰＷＭコンバータ１０をスイッチングし、このスイッチングによりＰＷＭコンバータ１０から流出する高調波電流Ｈａが上昇方向の変化から下降方向の変化に転じる第２変曲点Ｈａ２にあるときの目標値ＶｓまたはＰＷＭコンバータ１０の出力電圧Ｖｄｃを第２設定値Ｖ２として設定する。
[2] A second embodiment of the present invention will be described.
In the second embodiment, the
具体的には、コンバータ制御部７１は、図５のフローチャートに示すように、運転開始指令に応じたインバータ４０の駆動開始後（運転中）に（ステップＳ１のＹＥＳ、ステップＳ２）、全波整流動作を行っているＰＷＭコンバータ１０の出力電圧Ｖｄｃが所定値Ｖｄｃｓ（例えば275V）以下であるか否かを判定する（ステップＳ２ａ）。ＰＷＭコンバータ１０の出力電圧Ｖｄｃが所定値Ｖｄｃｓ以下の場合（ステップＳ２ａのＹＥＳ）、コンバータ制御部７１は、第２設定値Ｖ２を設定するためのＶ２設定ルーチンを実行する（ステップＳ２０）。そして、コンバータ制御部７１は、このＶ２設定ルーチンで設定した第２設定値Ｖ２を用いて、第１実施形態で説明したステップＳ３〜Ｓ１２の処理を実行する。
Specifically, as shown in the flowchart of FIG. 5, the
ＰＷＭコンバータ１０の出力電圧Ｖｄｃが所定値Ｖｄｃｓより高い場合（ステップＳ２ａのＮＯ）、コンバータ制御部７１は、Ｖ２設定ルーチンを実行することなく、ステップＳ３〜Ｓ１２の処理に移行する。この場合、コンバータ制御部７１は、前回のＶ２設定ルーチンで設定した第２設定値Ｖ２を用いる。但し、通常は、昇圧必要を判別するステップＳ３がＹＥＳとなる前に、ＰＷＭコンバータ１０の出力電圧Ｖｄｃが所定値Ｖｄｃｓ以下（ステップＳ２ａのＹＥＳ）となるので、前回のＶ２設定ルーチンで設定した第２設定値Ｖ２を用いる可能性は極めて低い。
When output voltage Vdc of
Ｖ２設定ルーチンを図６に示す。すなわち、コンバータ制御部７１は、予め内部メモリに記憶している第１設定値Ｖ１（＝280V）を最初の目標値Ｖｓとして設定し（ステップＳ２１）、ＰＷＭコンバータ１０の出力電圧Ｖｄｃがその目標値Ｖｓ（＝Ｖ１）となるようにＰＷＭコンバータ１０をスイッチングする（ステップＳ２２）。続いて、コンバータ制御部７１は、今回の制御ループのタイミングにおいて高調波電流検出部７４で検出される高調波電流Ｈａと、前回の制御ループのタイミングにおいて高調波電流検出部７４で検出された高調波電流Ｈａとを比較する（ステップＳ２３）。以下、今回の制御ループのタイミングにおいて検出される高調波電流Ｈａを今回の高調波電流Ｈａといい、前回の制御ループのタイミングにおいて検出される高調波電流Ｈａを前回の高調波電流Ｈａという。
The V2 setting routine is shown in FIG. That is,
今回の高調波電流Ｈａが前回の高調波電流Ｈａと同じまたはそれより大きい場合（ステップＳ２３のＮＯ）、コンバータ制御部７１は、現時点の目標値Ｖｓを所定値ΔＶだけ上昇方向に変更する（ステップＳ２４）。そして、コンバータ制御部７１は、ＰＷＭコンバータ１０の出力電圧Ｖｄｃが変更後の目標値Ｖｓ（＝Ｖｓ＋ΔＶ）となるようにＰＷＭコンバータ１０をスイッチングする（ステップＳ２２）。このステップＳ２２〜Ｓ２４の処理が繰り返されることにより、高調波電流検出部７４で検出される高調波電流Ｈａが図２の第２変曲点Ｈａ２へ向かって上昇していく。
When the current harmonic current Ha is equal to or larger than the previous harmonic current Ha (NO in step S23), the
高調波電流検出部７４で検出される高調波電流Ｈａが上昇方向の変化から下降方向の変化に転じる第２変曲点Ｈａ２を越えたとき、今回の高調波電流Ｈａが前回の高調波電流Ｈａより小さくなる。今回の高調波電流Ｈａが前回の高調波電流Ｈａより小さくなったとき（ステップＳ２３のＹＥＳ）、コンバータ制御部７１は、直前の目標値Ｖｓ（または出力電圧Ｖｄｃ）を第２設定値Ｖ２として内部メモリに更新記憶し（ステップＳ２５）、かつＰＷＭコンバータ１０のスイッチングを停止する（ステップＳ２６）。以後、コンバータ制御部７１は、上記更新記憶した第２設定値Ｖ２を用いて第１実施形態と同様のステップＳ３〜Ｓ１２の処理を実行する。直前の目標値Ｖｓ（または出力電圧Ｖｄｃ）とは、高調波電流検出部７４で検出される高調波電流Ｈａが第２変曲点Ｈａ２にあるときの目標値Ｖｓ（または出力電圧Ｖｄｃ）である。
When the harmonic current Ha detected by the harmonic current detector 74 exceeds the second inflection point Ha2 where the change in the upward direction changes from the change in the upward direction, the current harmonic current Ha becomes the previous harmonic current Ha. Smaller. When the current harmonic current Ha becomes smaller than the previous harmonic current Ha (YES in step S23), the
このように、高調波電流Ｈａの実際の変化を見ながら、その変化に対応する第２設定値Ｖ２をインバータ４０の運転開始ごとに検出して設定することにより、電力変換効率の低下および高調波電流Ｈａの抑制に関してより精度の高い制御が可能となる。
As described above, the second set value V2 corresponding to the change is detected and set every time the operation of the
この実施形態では、出力電圧の目標値ＶｓをΔＶづつ増加させていき、今回の高調波電流Ｈａが前回の高調波電流Ｈａより小さくなったとき（ステップＳ２３のＹＥＳ）に直前の目標値Ｖｓを第２設定値Ｖ２として内部メモリに記憶し（ステップＳ２５）、ＰＷＭコンバータ１０のスイッチングを停止させている（ステップＳ２６）が、ステップＳ２５の後もスイッチングを停止させることなく、継続して目標値ＶｓをΔＶづつ増加させて、高調波電流検出部７４で検出される高調波電流Ｈａが、最初に第１設定値Ｖ１（＝280V）を目標値Ｖｓとして設定した時に検出された高調波電流Ｈａと一致したところで、その時の目標値Ｖｓまたは出力電圧Ｖｄｃを第３設定値Ｖ３として記憶し、その後、ＰＷＭコンバータ１０のスイッチングを停止させても良い。
In this embodiment, the target value Vs of the output voltage is increased by ΔV, and when the current harmonic current Ha becomes smaller than the previous harmonic current Ha (YES in step S23), the previous target value Vs is set. The second set value V2 is stored in the internal memory (step S25), and the switching of the
さらには、ＰＷＭコンバータ１０の最初の目標値Ｖｓをより低い値、すなわち第１設定値Ｖ１よりも低い値から開始し、徐々に電圧を増加させることで高調波電流が減少から増加へと転じた時(変曲点)またはその直前の目標値Ｖｓまたは出力電圧Ｖｄｃを第１設定値Ｖ１として記憶させることも可能である。
Furthermore, the initial target value Vs of the
［３］変形例
上記各実施形態では、高調波電流Ｈａに対する設定値Ｈｓを受電設備２に設定される規制値の範囲に含まれる値としたが、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。さらに、電源が商用三相交流電源１である場合を例に説明したが、電源が自家発電設備である場合にも同様に実施が可能である。
[3] Modification
In each of the above embodiments, the set value Hs for the harmonic current Ha is set to a value included in the range of the regulation value set in the power receiving facility 2, but is set independently regardless of the regulation value set in the power receiving facility 2. May be. Furthermore, although the case where the power source is the commercial three-phase
上記各実施形態において、高調波電流Ｈａが上昇方向に変化するときの設定値Ｈｓと、高調波電流Ｈａが下降方向に変化するときの設定値Ｈｓとの間に、チャタリング防止用のヒステリシス値ΔＨｓを設けてもよい。 In each of the above embodiments, the hysteresis value ΔHs for preventing chattering between the set value Hs when the harmonic current Ha changes in the upward direction and the set value Hs when the harmonic current Ha changes in the downward direction. May be provided.
上記第２実施形態では、Ｖ２設定ルーチンを実行する条件として、ＰＷＭコンバータ１０の出力電圧Ｖｄｃが所定値Ｖｄｃｓ以下という条件を用いたが、電流センサ６１，６２，６３で検知される当該モータ駆動装置３への入力電流が所定値以下という条件を用いてもよい。あるいは、電流センサ６１，６２，６３の検知電流（入力電流）と入力電圧検出部７３で検出される三相交流電源電圧（入力電圧）Ｖａｃとの積である当該モータ駆動装置３の消費電力を算出し、その消費電力が所定値以下という条件を用いてもよい。
In the second embodiment, the condition that the output voltage Vdc of the
その他、上記各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, each 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、２１ａ〜２６ａ…ダイオード、２１〜２６…ＩＧＢＴ、３０…平滑コンデンサ、４０…インバータ、４１〜４６…ＩＧＢＴ、５１〜５３，６１〜６３…電流センサ、７０…コントローラ、７１…コンバータ制御部、７２…インバータ制御部、７３…入力電圧検出部、７４…高調波電流検出部、７５…出力電圧検出部、７６…負荷検出部、７７…逆起電圧検出部
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記ＰＷＭコンバータの出力電圧Ｖｄｃをスイッチングにより交流電圧に変換しその交流電圧を直流モータの駆動電力として出力するインバータと、
前記ＰＷＭコンバータの出力電圧Ｖｄｃが目標値Ｖｓとなるように前記ＰＷＭコンバータをスイッチングするコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
前記ＰＷＭコンバータのスイッチングの開始に際し、第１設定値Ｖ１を前記目標値Ｖｓとして初期設定し、前記ＰＷＭコンバータの出力電圧Ｖｄｃがその目標値Ｖｓ（＝Ｖ１）となるように前記ＰＷＭコンバータをスイッチングし、
前記スイッチング中、前記ＰＷＭコンバータから流出する高調波電流Ｈａが設定値Ｈｓ以上の場合に前記目標値Ｖｓを上昇方向に変更し、前記ＰＷＭコンバータから流出する高調波電流Ｈａが設定値Ｈｓ未満の場合に前記目標値Ｖｓを下降方向に変更し、この下降方向に変更する目標値Ｖｓが第２設定値Ｖ２（＞Ｖ１）より低い領域に入った場合は前記第１設定値Ｖ１を新たな目標値Ｖｓ（＝Ｖ１）として設定し、
前記変更後の目標値Ｖｓまたは前記新たな目標値Ｖｓ（＝Ｖ１）が制限値Ｅｖより高ければ前記ＰＷＭコンバータの出力電圧Ｖｄｃが前記変更後の目標値Ｖｓまたは前記新たな目標値Ｖｓ（＝Ｖ１）となるように前記ＰＷＭコンバータをスイッチングし、前記変更後の目標値Ｖｓまたは前記新たな目標値Ｖｓ（＝Ｖ１）が前記制限値Ｅｖ以下であればその制限値Ｅｖを新たな目標値Ｖｓ（＝Ｅｖ）として設定し、前記ＰＷＭコンバータの出力電圧Ｖｄｃがその新たな目標値Ｖｓ（＝Ｅｖ）となるように前記ＰＷＭコンバータをスイッチングする、
ことを特徴とするモータ駆動装置。 A PWM converter that performs step-up and direct-current conversion by intermittently switching the switching element with a PWM signal of a predetermined period in which the voltage of the alternating current power supply is pulse-width-modulated with a three-phase sine wave, and full-wave rectified by stopping switching;
An inverter that converts the output voltage Vdc of the PWM converter into an AC voltage by switching and outputs the AC voltage as driving power of a DC motor;
A controller that switches the PWM converter so that the output voltage Vdc of the PWM converter becomes a target value Vs;
With
The controller is
At the start of switching of the PWM converter, the first set value V1 is initialized as the target value Vs, and the PWM converter is switched so that the output voltage Vdc of the PWM converter becomes the target value Vs (= V1). ,
During the switching, when the harmonic current Ha flowing out from the PWM converter is greater than or equal to the set value Hs, the target value Vs is changed in the upward direction, and when the harmonic current Ha flowing out from the PWM converter is less than the set value Hs When the target value Vs is changed in the downward direction and the target value Vs to be changed in the downward direction enters a region lower than the second set value V2 (> V1), the first set value V1 is changed to a new target value. Set as Vs (= V1)
If the target value Vs after the change or the new target value Vs (= V1) is higher than the limit value Ev, the output voltage Vdc of the PWM converter is the target value Vs after the change or the new target value Vs (= V1). The PWM converter is switched so that the target value Vs after the change or the new target value Vs (= V1) is equal to or less than the limit value Ev, the limit value Ev is changed to the new target value Vs ( = Ev), and the PWM converter is switched so that the output voltage Vdc of the PWM converter becomes the new target value Vs (= Ev).
The motor drive device characterized by the above-mentioned.
前記第２設定値Ｖ２は、前記高調波電流Ｈａが前記ＰＷＭコンバータの出力電圧Ｖｄｃの上昇に伴い前記第１変曲点で上昇してから下降に転じる第２変曲点Ｈａ２にあるときの同ＰＷＭコンバータの出力電圧Ｖｄｃの値である、
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。 The set value V1 is the value of the output voltage Vdc of the PWM converter when the harmonic current Ha is at the first inflection point Ha1 where the output voltage Vdc of the PWM converter changes from falling to rising as the output voltage Vdc of the PWM converter increases.
The second set value V2 is the same as that when the harmonic current Ha is at a second inflection point Ha2 that rises at the first inflection point as the output voltage Vdc of the PWM converter rises and then starts to fall. The value of the output voltage Vdc of the PWM converter.
The motor driving apparatus according to claim 1.
前記第２設定値Ｖ２は、前記交流電源の電圧の√2*1,04倍の値またはそれに近い値である、
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。 The set value V1 is a value of √2 times 0.99 times the voltage of the AC power supply or a value close thereto.
The second set value V2 is a value of √2 * 1,04 times the voltage of the AC power supply or a value close thereto.
The motor driving apparatus according to claim 1.
前記インバータの運転中に、前記目標値Ｖｓを第１設定値Ｖ１から徐々に上昇させながら前記ＰＷＭコンバータの出力電圧Ｖｄｃがその目標値Ｖｓとなるように前記ＰＷＭコンバータをスイッチングし、このスイッチングにより前記ＰＷＭコンバータから流出する高調波電流Ｈａが上昇方向の変化から下降方向の変化に転じる変曲点にあるときの前記目標値Ｖｓまたは前記ＰＷＭコンバータの出力電圧Ｖｄｃを前記第２設定値Ｖ２として設定する、
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。 The controller is
During the operation of the inverter, the PWM converter is switched so that the output voltage Vdc of the PWM converter becomes the target value Vs while gradually increasing the target value Vs from the first set value V1, and by this switching, The target value Vs or the output voltage Vdc of the PWM converter when the harmonic current Ha flowing out from the PWM converter is at an inflection point where the change in the upward direction changes to the change in the downward direction is set as the second set value V2. ,
The motor driving apparatus according to claim 1.
前記インバータの運転中に、前記目標値Ｖｓを低い値から徐々に上昇させながら前記コンバータの出力電圧Ｖｄｃがその目標値Ｖｓとなるように前記コンバータをスイッチングし、このスイッチングにより前記コンバータから流出する高調波電流Ｈａが下降方向の変化から上昇方向の変化に転じる変曲点にあるときの前記目標値Ｖｓまたは前記コンバータの出力電圧Ｖｄｃを前記第１設定値Ｖ１として設定する、
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。 The controller is
During the operation of the inverter, the converter is switched so that the output voltage Vdc of the converter becomes the target value Vs while gradually increasing the target value Vs from a low value, and this switching causes harmonics to flow out of the converter. Setting the target value Vs or the output voltage Vdc of the converter as the first set value V1 when the wave current Ha is at an inflection point where the change in the downward direction changes to the change in the upward direction;
The motor driving apparatus according to claim 1.
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のモータ駆動装置。 The limit value Ev is determined based on the back electromotive voltage Ee of the DC motor.
6. The motor driving device according to claim 1, wherein the motor driving device is a motor driving device.
前記ＰＷＭコンバータの出力電圧Ｖｄｃをスイッチングにより交流電圧に変換しその交流電圧を直流モータの駆動電力として出力するインバータと、
前記ＰＷＭコンバータの出力電圧Ｖｄｃが目標値Ｖｓとなるように前記ＰＷＭコンバータをスイッチングするコントローラと、
を備えたモータ駆動装置の制御方法であって、
前記ＰＷＭコンバータのスイッチングの開始に際し、第１設定値Ｖ１を前記目標値Ｖｓとして初期設定し、前記ＰＷＭコンバータの出力電圧Ｖｄｃがその目標値Ｖｓ（＝Ｖ１）となるように前記ＰＷＭコンバータをスイッチングし、
前記スイッチング中、前記ＰＷＭコンバータから流出する高調波電流Ｈａが設定値Ｈｓ以上の場合に前記目標値Ｖｓを上昇方向に変更し、前記ＰＷＭコンバータから流出する高調波電流Ｈａが設定値Ｈｓ未満の場合に前記目標値Ｖｓを下降方向に変更し、この下降方向に変更する目標値Ｖｓが第２設定値Ｖ２（＞Ｖ１）より低い領域に入った場合は前記第１設定値Ｖ１を新たな目標値Ｖｓ（＝Ｖ１）として設定し、
前記変更後の目標値Ｖｓまたは前記新たな目標値Ｖｓ（＝Ｖ１）が制限値Ｅｖより高ければ前記ＰＷＭコンバータの出力電圧Ｖｄｃが前記変更後の目標値Ｖｓまたは前記新たな目標値Ｖｓ（＝Ｖ１）となるように前記ＰＷＭコンバータをスイッチングし、前記変更後の目標値Ｖｓまたは前記新たな目標値Ｖｓ（＝Ｖ１）が前記制限値Ｅｖ以下であればその制限値Ｅｖを新たな目標値Ｖｓ（＝Ｅｖ）として設定し、前記ＰＷＭコンバータの出力電圧Ｖｄｃがその新たな目標値Ｖｓ（＝Ｅｖ）となるように前記ＰＷＭコンバータをスイッチングする、
ことを特徴とするモータ駆動装置の制御方法。 A PWM converter that performs step-up and direct-current conversion by intermittently switching the switching element with a PWM signal of a predetermined period in which the voltage of the alternating current power supply is pulse-width-modulated with a three-phase sine wave, and full-wave rectified by stopping switching;
An inverter that converts the output voltage Vdc of the PWM converter into an AC voltage by switching and outputs the AC voltage as driving power of a DC motor;
A controller that switches the PWM converter so that the output voltage Vdc of the PWM converter becomes a target value Vs;
A method for controlling a motor drive device comprising:
At the start of switching of the PWM converter, the first set value V1 is initialized as the target value Vs, and the PWM converter is switched so that the output voltage Vdc of the PWM converter becomes the target value Vs (= V1). ,
During the switching, when the harmonic current Ha flowing out from the PWM converter is greater than or equal to the set value Hs, the target value Vs is changed in the upward direction, and when the harmonic current Ha flowing out from the PWM converter is less than the set value Hs When the target value Vs is changed in the downward direction and the target value Vs to be changed in the downward direction enters a region lower than the second set value V2 (> V1), the first set value V1 is changed to a new target value. Set as Vs (= V1)
If the target value Vs after the change or the new target value Vs (= V1) is higher than the limit value Ev, the output voltage Vdc of the PWM converter is the target value Vs after the change or the new target value Vs (= V1). The PWM converter is switched so that the target value Vs after the change or the new target value Vs (= V1) is equal to or less than the limit value Ev, the limit value Ev is changed to the new target value Vs ( = Ev), and the PWM converter is switched so that the output voltage Vdc of the PWM converter becomes the new target value Vs (= Ev).
A control method for a motor drive device.
ことを特徴とする請求項７に記載のモータ駆動装置の制御方法。 The limit value Ev is determined based on the back electromotive voltage Ee of the DC motor.
The method for controlling a motor driving device according to claim 7.
Priority Applications (1)
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| JP2016230158A JP2018088741A (en) | 2016-11-28 | 2016-11-28 | Motor driving device and control method thereof |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022172418A1 (en) * | 2021-02-12 | 2022-08-18 | 三菱電機株式会社 | Power conversion device, motor driving device, and refrigeration-cycle application instrument |
| WO2023067723A1 (en) * | 2021-10-20 | 2023-04-27 | 三菱電機株式会社 | Power conversion device, electric motor drive device, and refrigeration cycle-applicable apparatus |
| JP7349067B2 (en) | 2019-12-24 | 2023-09-22 | 株式会社富士通ゼネラル | air conditioner |
| JP7356395B2 (en) | 2020-04-13 | 2023-10-04 | 東芝キヤリア株式会社 | power converter |
-
2016
- 2016-11-28 JP JP2016230158A patent/JP2018088741A/en active Pending
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