JP2019118199A - 制御装置、補正方法及びプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
本発明の一実施形態によるモータ駆動装置について説明する。
なお、本発明の一実施形態では、コンバータ装置の負荷が一定周期で変動する場合を想定している。 図1は、本発明の一実施形態によるモータ駆動装置1の構成を示す図である。モータ駆動装置1は、交流電源4からの交流電力を直流電力に変換し、その直流電力を三相交流電力に変換して圧縮機モータ20に出力する装置である。モータ駆動装置1は、図1に示すように、コンバータ装置2(リアクトルの両端の差電圧に応じた電流が流れる回路の一例、コンバータ回路の一例)と、インバータ装置3と、を備える。
整流回路5は、入力端子と、入力側の基準端子と、出力端子と、出力側の基準端子と、を備える。入力側の基準端子の電位は、入力端子における電位の基準となる電位である。出力側の基準端子の電位は、出力端子における電位の基準となる電位である。整流回路5は、交流電源4より入力された交流電力を直流電力に変換し、スイッチング回路10aと、スイッチング回路10bとに出力する。
ダイオード7aは、アノード端子と、カソード端子と、を備える。
スイッチング素子8aは、第1端子と、第2端子と、第3端子と、を備える。スイッチング素子8aは、第1端子が受ける信号に応じて、オン状態となる期間とオフ状態となる期間とが切り替わることにより、第2端子から第3端子に流れる電流を制御し、スイッチング回路10aに流れる電流の値を変化させる。スイッチング素子8aとしては、電界効果トランジスタ(FET:Field Effect Transistor)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等が挙げられる。スイッチング素子8aが例えばnMOSトランジスタである場合、スイッチング素子8aの第1端子はゲート端子であり、第2端子はソース端子であり、第3端子はドレイン端子である。
ダイオード7bは、アノード端子と、カソード端子と、を備える。
スイッチング素子8bは、スイッチング素子8aと同様に、第1端子と、第2端子と、第3端子と、を備える。スイッチング素子8bは、第1端子が受ける信号に応じて、オン状態となる期間とオフ状態となる期間とが切り替わることにより、第2端子から第3端子に流れる電流を制御し、スイッチング回路10bに流れる電流の値を変化させる。スイッチング素子8bとしては、電界効果トランジスタ、IGBT等が挙げられる。スイッチング素子8bが例えばnMOSトランジスタである場合、スイッチング素子8bの第1端子はゲート端子であり、第2端子はソース端子であり、第3端子はドレイン端子である。
コンバータ制御部15は、第1入力端子と、第2入力端子と、第1出力端子と、第2出力端子と、を備える。コンバータ制御部15は、第1入力端子を介して、入力電流検出部30から入力電流の情報を受け、入力電流波形を観測する。コンバータ制御部15は、第1出力端子を介してスイッチング回路10aを制御する。また、コンバータ制御部15は、第2出力端子を介して10bを制御する。コンバータ制御部15は、スイッチング回路10aの制御信号Sg1、スイッチング回路10bの制御信号Sg2を変化させたときの入力電流波形から、入力電流波形の歪みが小さい制御信号を特定する。
ブリッジ回路18は、図1に示すように、入力端子と、第1出力端子と、第2出力端子と、第3出力端子と、基準端子と、を備える。基準端子の電位は、入力端子、第1出力端子、第2出力端子及び第3出力端子のそれぞれにおける電位の基準となる電位である。ブリッジ回路18は、スイッチング素子181、182、183、184、185、186を備える。ブリッジ回路18は、スイッチング素子181と182、スイッチング素子183と184、スイッチング素子185と186のそれぞれが対を成して構成される。スイッチング素子181〜186のそれぞれは、第1端子と、第2端子と、第3端子と、を備える。スイッチング素子181〜186のそれぞれは、第1端子が受ける信号に応じて、オン状態となる期間とオフ状態となる期間とが切り替わることにより、第2端子から第3端子に流れる電流を制御し、圧縮機モータ20を駆動する三相交流電力を生成し、生成した三相交流電力を圧縮機モータ20に出力する。スイッチング素子181、182、183、184、185、186としては、パワー電界効果トランジスタ、IGBT等が挙げられる。
リアクトル6aの第2端子は、ダイオード7aのアノード端子と、スイッチング素子8aの第2端子とに接続される。リアクトル6bの第2端子は、ダイオード7bのアノード端子と、スイッチング素子8bの第2端子とに接続される。
ダイオード7aのカソード端子は、ダイオード7bのカソード端子と、平滑コンデンサ12の第1端子と、インバータ装置3の入力端子(スイッチング素子181、183、185それぞれの第2端子)とに接続される。
スイッチング素子8aの第1端子は、コンバータ制御部15の第1出力端子に接続される。スイッチング素子8bの第1端子は、コンバータ制御部15の第2出力端子に接続される。
コンバータ制御部15の第1端子は、入力電流検出部30の出力端子に接続される。コンバータ制御部15の第2端子は、ゼロクロス検出部17の出力端子に接続される。
スイッチング素子181の第1端子は、インバータ制御部19の第1出力端子に接続される。スイッチング素子182の第1端子は、インバータ制御部19の第2出力端子に接続される。スイッチング素子183の第1端子は、インバータ制御部19の第3出力端子に接続される。スイッチング素子184の第1端子は、インバータ制御部19の第4出力端子に接続される。スイッチング素子185の第1端子は、インバータ制御部19の第5出力端子に接続される。スイッチング素子186の第1端子は、インバータ制御部19の第6出力端子に接続される。
スイッチング素子181の第3端子は、スイッチング素子182の第2端子と、圧縮機モータ20の第1端子とに接続される。スイッチング素子183の第3端子は、スイッチング素子184の第2端子と、圧縮機モータ20の第2端子とに接続される。スイッチング素子185の第3端子は、スイッチング素子186の第2端子と、圧縮機モータ20の第1端子とに接続される。
直流電圧検出部は、ブリッジ回路18の入力直流電圧Vdcを検出する検出部である。
モータ電流検出部は、圧縮機モータ20に流れる各相電流iu、iv、iwを検出する検出部である。モータ電流検出部は、これらの検出値Vdc、iu、iv、iwをインバータ制御部19に入力する。なお、モータ電流検出部は、ブリッジ回路18と平滑コンデンサ12の間の負極側電力線に流れる電流を検出し、この検出信号から各相電流iu、iv、iwを取得するものであってもよい。
コンバータ制御部15は、図2に示すように、波形観測部21、制御信号生成部22(制御部の一例)、歪み測定部23、記憶部24を備える。
具体的には、制御信号生成部22は、図3(a)、(c)に示すように、所定の三角波と電圧指令とを生成する。所定の三角波は、基準となる波形の信号である。電圧指令は、正弦波と正弦波を基本波とする高調波成分とを重畳させた信号である。そして、制御信号生成部22は、三角波と電圧指令とを比較し、その比較結果に基づいて、図3(b)、(d)に示すようなスイッチング素子8aを制御する第1スイッチング信号Sg1及びスイッチング素子8bを制御する第2スイッチング信号Sg2を生成する。
なお、制御信号生成部22は、例えば、図4(a)に示す基本波と3次高調波を重畳させることによって得られる信号について、図4(b)に示すように絶対値をとり、その絶対値を電圧指令とする。ここで、制御信号生成部22は、高調波成分の振幅を基本波の振幅によって正規化している。
この場合の電圧指令Dは、次の式(1)のように表すことができる。
なお、ここで示した例は、基本波に重畳させる高調波として3次高調波の場合を示したが、本発明の別の実施形態では、5次高調波、7次高調波、9次高調波のように、任意の奇数次の高調波成分まで重畳されるものであってもよい。
また、系統電圧の歪みは、通常、奇数次の高調波成分のみを含む歪みであるため、奇数次の高調波成分を重畳させているが、本発明の別の実施形態では、偶数次の高調波も重畳させるものであってよい。例えば、外部からの干渉によって偶数次の高調波が重畳されることがわかっている場合などには、基本波に偶数次の高調波成分を重畳させてもよい。
ここで歪み測定部23が行う入力電流の歪みの測定は、波形観測部21が受けた入力電流波形に基づくものであり、例えば、フーリエ変換して各周波数成分の割合から歪みを算出するものであってもよいし、その他の技術を用いて算出されるものであってもよい。
なお、ここでの歪みは、次の式(2)によって示される歪み率μである。
そして、制御信号生成部22は、歪み測定部23が測定した入力電流の歪みが最も小さいときのパラメータを用いて電圧指令を生成することにより、入力電流における歪みを打ち消すことができる。
ここでは、図5及び図6に示すコンバータ制御部15の処理フローについて説明する。
なお、図5及び図6に示すコンバータ制御部15の処理は、入力電流が流れているときに行う処理である。また、コンバータ装置2の負荷である圧縮機モータ20の回転数が一定周期で変動するものであり、特に記載していない場合であっても、歪み測定部23は、圧縮機モータ20の回転数の逆数に5以上10以下の整数の何れかを乗算して算出した周期ごとに、入力電流の歪みを測定する。そして、制御信号生成部22は、歪み測定部23による測定の周期ごとに、第1スイッチング信号Sg1及び第2スイッチング信号Sg2を生成して入力電流の歪みを補正するものである。
制御信号生成部22は、第1の入力電流の歪みが最小であると判定した場合(ステップS23aにおいてYES)、つまり、3つの異なる位相差f1t1、f1t1−Δf1t、f1t1+Δf1tのうち中間の値(この場合、位相差f1t1)を用いたときに歪みが極小値をとると判定した場合、固定値として設定するパラメータとして第1の入力電流の歪みが得られるパラメータ(この場合、パラメータParam1)を設定し(ステップS24a)、パラメータである振幅f3sを設定する処理へ進める。
制御信号生成部22は、第2の入力電流の歪みが最小であると判定した場合(ステップS25aにおいてYES)、固定値として設定するパラメータとして第2の入力電流の歪みが得られるパラメータ(この場合、パラメータParam2)を、例えば、記憶部24に書き込むことにより設定し(ステップS26a)、パラメータである振幅f3sを設定する処理へ進める。
制御信号生成部22は、第1の入力電流の歪みが最小であると判定した場合(ステップS23bにおいてYES)、つまり、3つの異なる振幅f3s1、f3s1−Δf3s、f3s1+Δf3sのうち中間の値(この場合、振幅f3s1)を用いたときに歪みが極小値をとると判定した場合、固定値として設定するパラメータとして第1の入力電流の歪みが得られるパラメータ(この場合、パラメータParam1)を、例えば、記憶部24に書き込むことにより設定し(ステップS24b)、パラメータである振幅f3cを設定する処理へ進める。
制御信号生成部22は、第2の入力電流の歪みが最小であると判定した場合(ステップS25bにおいてYES)、固定値として設定するパラメータとして第2の入力電流の歪みが得られるパラメータ(この場合、パラメータParam2)を設定し(ステップS26b)、パラメータである振幅f3cを設定する処理へ進める。
制御信号生成部22は、第1の入力電流の歪みが最小であると判定した場合(ステップS23cにおいてYES)、つまり、3つの異なる振幅f3c1、f3c1−Δf3c、f3c1+Δf3cのうち中間の値(この場合、振幅f3c1)を用いたときに歪みが極小値をとると判定した場合、固定値として設定するパラメータとして第1の入力電流の歪みが得られるパラメータ(この場合、パラメータParam1)を、例えば、記憶部24に書き込むことにより設定する(ステップS24c)。
そして、制御信号生成部22は、図5に示すステップS1、ステップS2、ステップS3のすべてのステップでパラメータParam1が設定されたか否かを判定するステップS4の処理へ進める。
制御信号生成部22は、第2の入力電流の歪みが最小であると判定した場合(ステップS25cにおいてYES)、固定値として設定するパラメータとして第2の入力電流の歪みが得られるパラメータ(この場合、パラメータParam2)を設定する(ステップS26c)。
そして、制御信号生成部22は、図5に示すステップS1、ステップS2、ステップS3のすべてのステップでパラメータParam1が設定されたか否かを判定するステップS4の処理へ進める。
そして、制御信号生成部22は、図5に示すステップS1、ステップS2、ステップS3のすべてのステップでパラメータParam1が設定されたか否かを判定するステップS4の処理へ進める。
また、制御信号生成部22は、ステップS4の処理において、ステップS1、ステップS2、ステップS3のすべてのステップでパラメータParam1が設定されたと判定した場合、処理を完了する。
制御信号生成部22は、設定した位相差f1t、振幅f3c、振幅f3sをパラメータとして電圧指令を生成する。
本発明の一実施形態によるモータ駆動装置1において、制御信号生成部22(制御部)は、リアクトル6a、6bの両端の差電圧に応じた電流が流れるコンバータ回路において流れる当該電流を制御する第1スイッチング信号Sg1、及び、第2スイッチング信号Sg2(制御信号)を生成する。歪み測定部23は、制御信号生成部22が生成する複数の第1スイッチング信号Sg1、及び、第2スイッチング信号Sg2(制御信号)についてコンバータ回路に流れる電流の歪みを測定する。
こうすることで、モータ駆動装置1は、制御信号生成部22、リアクトル6a、6bの両端の差電圧に応じた電流が流れるコンバータ回路を、生成した第1スイッチング信号Sg1、及び、第2スイッチング信号Sg2(制御信号)で制御することが可能になり、電源電圧の歪みによって生じる入力電流の歪みを低減することができる。
また、本発明の一実施形態においてコンバータ制御部15が歪みの極小値を特定する方法は、上記の方法に限定するものではない。本発明の一実施形態においてコンバータ制御部15が歪みの極小値を特定する方法は、ニュートン法など別の方法を用いるものであってもよい。
図6は、少なくとも1つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
コンピュータ50は、図6に示すように、CPU60、メインメモリ70、ストレージ80、インターフェース90を備える。
例えば、上述のコンバータ制御部15、インバータ制御部19、その他の制御装置のそれぞれは、コンピュータ50に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でストレージ80に記憶されている。CPU60は、プログラムをストレージ80から読み出してメインメモリ70に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、CPU60は、プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域をメインメモリ70に確保する。
2・・・コンバータ装置
3・・・インバータ装置
4・・・交流電源
5・・・整流回路
6a、6b・・・リアクトル
7a、7b・・・ダイオード
8a、8b・・・スイッチング素子
10a、10b・・・スイッチング回路
12・・・平滑コンデンサ
15・・・コンバータ制御部
17・・・ゼロクロス検出部
21・・・波形観測部
22・・・制御信号生成部
23・・・歪み測定部
24・・・記憶部
30・・・入力電流検出部
50・・・コンピュータ
60・・・CPU
70・・・メインメモリ
80・・・ストレージ
90・・・インターフェース
Lp・・・正極母線
Claims (8)
- コンバータ回路の電力に係る変動の周期に基づいて、入力電流の歪みを測定する歪み測定部と、
前記歪み測定部による測定の周期ごとに、スイッチング素子を制御する制御信号を生成し、生成した前記制御信号に基づいて前記入力電流の歪みを補正する制御信号生成部と、
を備える制御装置。 - 前記歪み測定部は、
前記コンバータ回路の電力に係る変動の周期に整数を乗算して算出した周期ごとに入力電流の歪みを測定する、
請求項1に記載の制御装置。 - 前記歪み測定部は、
前記コンバータ回路の電力に係る変動の周期に5以上10以下の何れかの整数を乗算して算出した周期ごとに入力電流の歪みを測定する、
請求項1または請求項2に記載の制御装置。 - 前記コンバータ回路の電力に係る変動の周期は、
前記コンバータ回路から供給される電力により回転する圧縮機モータの回転数の逆数である、
請求項1から請求項3の何れか一項に記載の制御装置。 - 前記コンバータ回路の電力に係る変動の周期は、
圧縮機モータを備える圧縮機におけるシングルロータリの単位時間当たりの振動数の逆数である、
請求項1から請求項4の何れか一項に記載の制御装置。 - 前記コンバータ回路の電力に係る変動の周期は、
前記コンバータ回路に電力を供給する系統電源が出力する電圧の周波数の逆数である、
請求項1から請求項5の何れか一項に記載の制御装置。 - コンバータ回路の電力に係る変動の周期に基づいて、入力電流の歪みを測定することと、
測定の周期ごとに、スイッチング素子を制御する制御信号を生成することと、
生成した前記制御信号に基づいて前記入力電流の歪みを補正することと、
を含む補正方法。 - コンピュータに、
コンバータ回路の電力に係る変動の周期に基づいて、入力電流の歪みを測定することと、
測定の周期ごとに、スイッチング素子を制御する制御信号を生成することと、
生成した前記制御信号に基づいて前記入力電流の歪みを補正することと、
を実行させるプログラム。
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