JP2019201444A - Inverter controller and inverter control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インバータ制御装置およびインバータ制御方法に関する。 The present invention relates to an inverter control device and an inverter control method.
特許文献1では、電力変換器(例えば、インバータ)を備える第1の車載電気機器と、同じく電力変換器を有するとともに第1の車載電気機器と電源を共有する第2の車載電気機器とを有する車両において、第1の車載電気機器の電力変換器と電源との間に設けられるLCフィルタの保護装置について記載されている。このLCフィルタの保護装置は、電力変換器LCフィルタに流れる電流のリップル量が、コンデンサの耐電流に基づいて規定された規定値を越えた場合に、LCフィルタの共振周波数帯を切り替える。このLCフィルタの保護装置では、第2の車載電気機器に設けられた電力変換器のキャリア周波数がLCフィルタの現状の共振周波数帯に近づいて、LCフィルタに流れる電流のリップル量が規定値よりも大きくなると、LCフィルタの共振周波数が切り替えられる。これにより、第2の車載電気機器に設けられた電力変換器のキャリア周波数からLCフィルタの共振周波数帯が離されて、リップル量の増大が抑制される。
In
しかしながら、上記保護装置は、LCフィルタの共振周波数帯を切り替えるために、複数のコンデンサや複数のコイル、複数のスイッチング素子等を備える構成となるため、装置の複雑化、大型化、コストの増加等の問題がある。そこで、これらの問題を回避しつつ、電流のリップル量の増大を抑制する技術が望まれている。 However, since the protection device has a configuration including a plurality of capacitors, a plurality of coils, a plurality of switching elements, etc., in order to switch the resonance frequency band of the LC filter, the device is complicated, enlarged, increased in cost, etc. There is a problem. Therefore, there is a demand for a technique that suppresses an increase in the amount of current ripple while avoiding these problems.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms.
本発明の一形態によれば、PWM制御で電動機(38)を駆動するインバータ(34)を制御するインバータ制御装置(36)が提供される。このインバータ制御装置は、電源(10)から直流電力が供給される前記インバータの直流側で発生する高調波電流の周波数が、前記電源に対して前記インバータと並列に接続された他の機器(44,54)と前記インバータとの間の回路パラメータに応じて定まる共振周波数帯域から設定される禁止帯域に含まれないように、前記PWM制御の搬送波周波数を変化させる制御部(370,380,390)を有する。 According to one form of this invention, the inverter control apparatus (36) which controls the inverter (34) which drives an electric motor (38) by PWM control is provided. In this inverter control apparatus, the frequency of the harmonic current generated on the DC side of the inverter to which DC power is supplied from the power source (10) is connected to another device (44 , 54) and a control unit (370, 380, 390) for changing the carrier frequency of the PWM control so as not to be included in the forbidden band set from the resonance frequency band determined according to the circuit parameters between the inverter and the inverter Have
この形態によれば、インバータの直流側で発生する高調波電流の周波数が、共振周波数帯域から設定される禁止帯域に含まれないように、PWM制御の搬送波周波数を変化させることができるので、従来技術のような装置の複雑化、大型化、コストの増加等の問題を回避しつつ、電流のリップル量の増大を抑制することができる。また、並列に接続されているインバータや他の機器に許容電流以上の電流が流れることによる機器の破損を抑制することができる。 According to this aspect, since the frequency of the harmonic current generated on the DC side of the inverter can be changed so that it is not included in the forbidden band set from the resonance frequency band, the carrier frequency of the PWM control can be changed. It is possible to suppress an increase in the amount of current ripple while avoiding problems such as technical complexity, enlargement, and cost increase. In addition, it is possible to suppress damage to the equipment due to the current exceeding the allowable current flowing through the inverter and other equipment connected in parallel.
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、インバータ制御装置の他、インバータ制御方法の形態で実現することができる。 In addition, this invention can be implement | achieved with various forms, for example, can be implement | achieved with the form of an inverter control method other than an inverter control apparatus.
A.第1実施形態:
以下、図1に示した車両システム100において、走行モータ38を駆動する走行用インバータ34のインバータ制御装置36に、一実施形態としてのインバータ制御装置を適用した場合を例に説明する。
A. First embodiment:
Hereinafter, in the vehicle system 100 illustrated in FIG. 1, an example in which the inverter control device as one embodiment is applied to the
車両システム100の電源としてのバッテリ10には、電力供給用の配線20を介して、走行モータ駆動部30と、A/Cモータ駆動部40と、電力供給部50と、が並列に接続されている。走行モータ駆動部30は、走行モータ(図1には「TM」と記載)38を駆動する装置である。A/Cモータ駆動部40は、車両システム100として搭載される補機の一例としての不図示のA/C(「エアコンプレッサ」の略である)を動作させるA/Cモータ(図1には「AM」と記載)48を駆動する装置である。電力供給部50は、バッテリ10から供給される直流電力を、車両システム100として搭載される他の補記としての負荷58に供給可能な電圧に変換して供給する装置である。
A travel
走行モータ駆動部30には、車両の動力を発生する走行モータ38の駆動電力を制御する走行用インバータ34と、走行用インバータ34の動作を制御する走行用インバータ制御装置36と、バッテリ10から走行用インバータ34に供給される直流電力を平滑化する平滑コンデンサを有するフィルタ32と、が設けられている。走行モータ38は三相の交流電動機である。走行用インバータ制御装置36は、走行モータ38が要求される動作量(トルクあるいは回転数)で動作するように、走行用インバータ34が走行モータ38に供給する三相の交流電力をフィードバック制御する。この際、走行用インバータ制御装置36は、走行用インバータ34がバッテリ10からの直流電力を走行モータ38に供給する三相の交流電力に変換して出力するために、走行用インバータ34に含まれるスイッチング素子に供給されるスイッチング信号を、パルス幅変調(PWM,Pulse Width Modulation)制御する。スイッチング信号は、基本となる搬送波周波数(以下、「キャリア周波数」とも呼ぶ)の信号のパルス幅が、走行モータ38の回転数に応じた変調波周波数の変調波の変化に基づいて変調された信号である。また、走行用インバータ制御装置36は、後述するように、変調波周波数に基づいてキャリア周波数を可変に制御する。
The travel
A/Cモータ駆動部40には、A/Cモータ48の駆動電力を制御するA/C用インバータ44と、A/C用インバータ44の動作を制御するA/C用インバータ制御装置46と、バッテリ10からA/C用インバータ44に供給される直流電力を平滑化するLCフィルタ42と、が設けられている。A/Cモータ48も三相の交流電動機である。A/C用インバータ制御装置46は、走行用インバータ制御装置36と同様に、A/Cモータ48が要求される動作量(トルクあるいは回転数)で動作するように、A/C用インバータ44がA/Cモータ48に供給する三相の交流電力をフィードバック制御する。この際、A/C用インバータ制御装置46は、走行用インバータ制御装置36と同様に、走行用インバータ34に含まれるスイッチング素子に供給されるスイッチング信号をPWM制御する。
The A / C
電力供給部50には、バッテリ10から供給される直流電力を、負荷58に供給可能な電圧に変換するDC/DCコンバータ54と、DC/DCコンバータ54の動作を制御するDC/DC制御装置56と、バッテリ10からDC/DCコンバータ54に供給される直流電力を平滑化するLCフィルタ52と、が設けられている。
The
この車両システム100では、
(a)走行用インバータ34とバッテリ10との間、
(b)走行用インバータ34とA/C用インバータ44との間、
(c)走行用インバータ34とDC/DCコンバータ54との間、
において、それぞれ、配線の寄生素子や、フィルタを構成するコンデンサやインダクタ等によって回路共振が発生する共振周波数帯域が存在し得る。なお、A/C用インバータ44およびDC/DCコンバータ54が「他の機器」に相当する。
In this vehicle system 100,
(A) Between the traveling inverter 34 and the
(B) Between the traveling inverter 34 and the A /
(C) Between the
, There may be a resonance frequency band in which circuit resonance occurs due to parasitic elements of wiring, capacitors, inductors, and the like constituting the filter. The A /
ここで、走行用インバータ34の直流側、すなわち、直流電力の入力側に流れる電流(直流側電流)には、PWMのキャリア周波数fcおよび変調波周波数feに基づいて、下式(1)で表される搬送波のn次(nは奇数)の側帯高調波成分,及び、下式(2)で表される搬送波のm次(mは偶数)の高調波成分の高調波電流が発生する(参考文献:電気学会論文誌D,126巻7号,2006年,1049−1057ページ,「鉄道車両駆動用インバータにおける直流側電流の側帯高調波の理論解析」参照)。
n・fc±3・fe ・・・式(1)
m・fc ・・・式(2)
Here, the current flowing on the DC side of the
n · fc ± 3 · fe Equation (1)
m · fc Formula (2)
この高調波成分が回路間に存在する共振周波数帯域に近づくほど、直流側電流のリップル量が大きくなる。このリップル量が装置の許容電流を超えるほど大きくなった場合には、その装置の破損を招くことになる。このような問題に対応すべく、走行用インバータ34を制御する走行用インバータ制御装置36は、以下で説明する構成を備えることにより、リップル量の増大を抑制する。
The closer the harmonic component is to the resonance frequency band existing between the circuits, the greater the amount of ripple of the DC side current. If the amount of ripple increases so as to exceed the allowable current of the device, the device will be damaged. In order to cope with such a problem, the traveling
走行用インバータ制御装置36は、図2に示すように、差分検出部310と、電流制御部320と、座標変換部330と、PWM部340と、電流検出部350と、座標変換部360と、回転周波数演算部370と、キャリア周波数導出部380と、キャリア周波数切替部390と、を備える。
As shown in FIG. 2, the traveling
差分検出部310は、走行モータ38に要求されるトルクに応じて設定されるd軸電流指令Id*およびq軸電流指令Iq*と、測定されたd軸電流Idおよびq軸電流Iqとの差分を検出する。なお、d軸電流Idおよびq軸電流Iqは、後述するように、走行用インバータ34に流れる3相の電流Iu,Iv,Iwから座標変換部360によって算出される。但し、Iu+Iv+Iw=0であるので、実際に測定される電流は3相の電流のうち2相の電流でよい。本例では、2相の電流Iu,Ivが測定される。
The
電流制御部320は、d軸差分電流ΔIdおよびq軸差分電流ΔIqに応じたd軸電圧指令Vd*およびq軸電圧指令Vq*を生成する。座標変換部330は、走行モータ38に設けられたエンコーダ39で検出される走行モータ38の回転の変位θに基づいて、d軸電圧指令Vd*およびq軸電圧指令Vq*をU,V,Wの3相の電圧指令Vu*,Vv*,Vw*に変換する。
The
PWM部340は、キャリア周波数切替部390から出力されるキャリア周波数fcのキャリアのパルス幅が、電圧指令Vu*,Vv*,Vw*に基づいて変調された3相のスイッチ信号Su,Sv,Swを生成し、走行用インバータ34に供給する。
The
走行用インバータ34は、スイッチ信号Su,Sv,Swの表すスイッチングパターンに従った駆動信号Vu,Vv,Vwを走行モータ38に供給する。
The
電流検出部350は、U相の駆動信号線に設けられた電流センサ35uによりU相の駆動信号線に流れる電流Iuを検出し、V相の駆動信号線に設けられた電流センサ35vによりV相の駆動信号線に流れる電流Ivを検出する。また、電流検出部350は、W相の駆動信号線に流れる電流Iwを、Iw=−(Iu+Iv)から求める。座標変換部360は、走行モータ38に設けられたエンコーダ39で検出される走行モータ38の回転の変位θに基づいて、U,V,Wの3相d軸電圧指令Vd*およびq軸電圧指令Vq*をU,V,Wの3相の電流Iu,Iv,Iwを、d軸電流Idおよびq軸電流Iqに変換する。なお、電流検出部350においてW相の電流Iwを求めずに、座標変換部360において、2相の電流Iu,Ivを、d軸電流Idおよびq軸電流Iqに変換するようにしてもよい。d軸電流Idおよびq軸電流Iqは、上記したように、差分検出部310においてd軸電流指令Id*およびq軸電流指令Iq*との差分検出に用いられる。
The
走行用インバータ制御装置36は、上記のように、差分検出部310、電流制御部320、座標変換部330、PWM部340、電流検出部350、及び、座標変換部360と、走行用インバータ34と、エンコーダ39と、によって実行されるベクトル制御によるフィードバック制御により、走行モータ38の動作を制御する。
As described above, the traveling
また、走行用インバータ制御装置36は、回転周波数演算部370、キャリア周波数導出部380、および、キャリア周波数切替部390において、図3に示したキャリア周波数切替制御ルーチンが、上記フィードバック制御とともに繰り返し実行されることによって、キャリア周波数を可変に制御する。
Further, in the traveling
回転周波数演算部370は、変調波周波数feを下式(3)に従って求める(図3のステップS10)。なお、変調波周波数feは、PWMされた駆動信号Vu,Vv,Vwの表す実効的な電圧の変動の周波数に相当する。
fe=P・fm ・・・式(3)
fmは走行モータ38の回転周波数であり、エンコーダ39で検出される走行モータ38の回転の変位θの時間変化により求まる。Pは、走行モータ38の極対数P(Pは1以上の整数)である。
The rotation
fe = P · fm Formula (3)
fm is the rotational frequency of the traveling
キャリア周波数導出部380は、キャリア周波数導出部380は、高調波成分の周波数[n・fc±3・fe](式(1)),周波数[m・fc](式(2))が共振周波数帯域RFBに含まれる場合(図3のステップS20:YES)、変更するキャリア周波数fcの値を導出する(図3のステップS30)。変更するキャリア周波数fcの値は、キャリア周波数fcに応じて発生する高調波成分の周波数が共振周波数帯域RFBに含まれない値である。そして、キャリア周波数導出部380は、導出したキャリア周波数fcの値を、キャリア周波数指令fc*としてキャリア周波数切替部390に出力する。
The carrier
キャリア周波数切替部390は、出力するキャリア信号を、現在のキャリア周波数fcの値からキャリア周波数指令fc*に対応する値に切り替えて、切り替えた値のキャリア周波数fcのキャリア信号を出力する(図3のステップS40)。
The carrier
一方、キャリア周波数導出部380は、高調波成分の周波数[n・fc±3・fe](式(1)),周波数[m・fc](式(2))が共振周波数帯域RFBに含まれない場合(図3のステップS20:NO)、変更するキャリア周波数fcの値の導出、および、キャリア周波数指令fc*の出力を行なわない。また、キャリア周波数切替部390も、キャリア周波数fcの切り替えを行なわない。
On the other hand, the carrier
走行用インバータ制御装置36は、上記のように、回転周波数演算部370、キャリア周波数導出部380、及び、キャリア周波数切替部390によって、走行用インバータ34の直流側に発生する電流の高調波成分が、共振周波数帯域RFBに含まれないように、キャリア周波数を変化させる制御を行う。
As described above, the traveling
以下では、図4に示した共振周波数および高調波成分の場合に、キャリア周波数を変化させる制御の例について説明する。但し、説明を容易にするため、走行モータ38の回転数が0rpm〜18000rpmの範囲で、nが1およびmが2の場合を前提として、回転数に応じて変化する高調波成分の周波数[n・fc±3・fe](=[fc±3・fe]),周波数[m・fc](=2・fc])について、キャリア周波数fcが4kHz、5kHz、6kHz、7kHz、8kHzのそれぞれの場合を例としている。また、共振周波数帯域RFBとしては、5kHz〜6kHzの第1共振周波数帯域RFB1および1kHz〜3kHzの第2共振周波数帯域RFB2が存在している場合を例としている。なお、キャリア周波数fcが4kHz以外の高調波成分の周波数[m・fc]については、共振周波数帯域RFB1,RFB2に比べて非常に高い周波数となるので、図示を省略している。
Hereinafter, an example of control for changing the carrier frequency in the case of the resonance frequency and the harmonic component shown in FIG. 4 will be described. However, for ease of explanation, assuming that the rotation speed of the traveling
式(3)で示したように、変調波周波数feは、走行モータ38の回転周波数fmに比例して変化するので、図4に示すように、高調波成分の周波数[n・fc±3・fe]は、回転数(60・fm)[rpm]に比例して変化する。ここで、回転周波数fmは式(3)からfm=fe/Pで表されるので、高調波成分の周波数[n・fc±3・fe]は、変調波周波数feに比例して変化する。なお、図4の高調波成分の周波数[n・fc±3・fe]は、極対数P=4の場合が例として示されている。
As shown in Expression (3), the modulation wave frequency fe changes in proportion to the rotation frequency fm of the traveling
fc=4kHzの場合、太実線で示すように、周波数[fc−3・fe]の高調波成分は、5000rpm〜15000rpmの回転数において第2共振周波数帯域RFB2に含まれる周波数となり、周波数[fc+3・fe]の高調波成分は、5000rpm〜10000rpmの回転数において第1共振周波数帯域RFB1に含まれる周波数となる。他の周波数fc=5kHz,6kHz,7kHz,8kHzにおいても、同様に、それぞれの変化の状態に応じた回転数において、周波数[fc±3・fe]の高調波成分が共振周波数帯域RFB1,RFB2に含まれる。
In the case of fc = 4 kHz, as indicated by the thick solid line, the harmonic component of the frequency [fc-3 · fe] is a frequency included in the second resonance frequency band RFB2 at a rotational speed of 5000 rpm to 15000 rpm, and the frequency [
従って、fc=4kHzの場合、太実線で示すように、5000rpm〜15000rpmの回転数の間において、キャリア周波数fcを4kHzとしないことが好ましい。同様に、fc=5kHzの場合、太一点鎖線で示すように、0rpm〜5000rpm及び10000rpm〜18000rpmの回転数の間において、キャリア周波数fcを5kHzとしないことが好ましい。また、fc=6kHzの場合、太二点鎖線で示すように、0rpm〜5000rpm及び15000rpm〜18000rpmの回転数の間において、キャリア周波数fcを6kHzとしないことが好ましい。また、fc=7kHzの場合、太長破線で示すように、5000rpm〜10000rpmの回転数の間において、キャリア周波数fcを7kHzとすしないことが好ましい。また、fc=8kHzの場合、太短破線で示すように、10000rpm〜15000rpmの回転数の間において、キャリア周波数fcを8kHzとしないことが好ましい。 Therefore, when fc = 4 kHz, it is preferable not to set the carrier frequency fc to 4 kHz between the rotational speeds of 5000 rpm to 15000 rpm, as indicated by the thick solid line. Similarly, in the case of fc = 5 kHz, it is preferable not to set the carrier frequency fc to 5 kHz between the rotational speeds of 0 rpm to 5000 rpm and 10000 rpm to 18000 rpm, as indicated by the thick dashed line. In the case of fc = 6 kHz, it is preferable not to set the carrier frequency fc to 6 kHz between the rotational speeds of 0 rpm to 5000 rpm and 15000 rpm to 18000 rpm, as indicated by a thick two-dot chain line. In the case of fc = 7 kHz, it is preferable not to set the carrier frequency fc to 7 kHz between the rotational speeds of 5000 rpm to 10000 rpm as shown by the thick broken line. In the case of fc = 8 kHz, it is preferable not to set the carrier frequency fc to 8 kHz between the rotational speeds of 10000 rpm to 15000 rpm, as shown by the thick broken lines.
そこで、例えば、図5に示すように、回転数が5000rpm未満ではfc=4kHz、回転数が5000rpm以上15000rpm未満ではfc=6kHz、回転数が15000rpm以上ではfc=8kHzと設定することができる。これにより、発生する高調波成分の周波数[fc±3・fe]を、実線、太二点鎖線、および、太破線で示したように変化させて、共振周波数帯域RFB1,RFB2内の周波数とならないようにすることができる。 Therefore, for example, as shown in FIG. 5, fc = 4 kHz can be set when the rotational speed is less than 5000 rpm, fc = 6 kHz when the rotational speed is 5000 rpm or more and less than 15000 rpm, and fc = 8 kHz when the rotational speed is 15000 rpm or more. As a result, the frequency [fc ± 3 · fe] of the generated harmonic component is changed as shown by the solid line, the thick two-dot chain line, and the thick broken line, and does not become the frequencies in the resonance frequency bands RFB1 and RFB2. Can be.
また、例えば、図6に示すように、回転数が5000rpm未満ではfc=7kHz、回転数が5000rpm以上10000rpm未満ではfc=8kHz、回転数が10000rpm以上15000rpm未満ではfc=9kHz、回転数が15000rpm以上ではfc=10kHz、と設定することもできる。これにより、発生する高調波成分の周波数[fc±3・fe]を、太実線、太一点鎖線、太二点鎖線、および、太破線で示したように変化させて、共振周波数帯域RFB1,RFB2内の周波数とならないようにすることができる。 For example, as shown in FIG. 6, fc = 7 kHz when the rotational speed is less than 5000 rpm, fc = 8 kHz when the rotational speed is 5000 rpm or more and less than 10,000 rpm, fc = 9 kHz when the rotational speed is 10,000 rpm or more and less than 15000 rpm, and 15000 rpm or more. Then, fc = 10 kHz can also be set. As a result, the frequency [fc ± 3 · fe] of the generated harmonic component is changed as shown by the thick solid line, the bold one-dot chain line, the thick two-dot chain line, and the thick dashed line, and the resonance frequency bands RFB1, RFB2 It is possible to prevent the frequency from being within.
以上説明したように、第1実施形態の走行用インバータ制御装置36では、走行用インバータ34の直流側電流に発生する高調波成分の周波数を、式(1),式(2)に示した高調波成分の理論式に基づいて高精度に求めることができる。そして、求めた高調波成分の周波数が共振周波数帯域に含まれないように、キャリア周波数を切り替えることができる。これにより、高調波成分の周波数が共振周波数帯域に近づくにつれて発生する直流側電流のリップル量の増大を抑制し、装置の許容電流を超えるほどリップル量が増大して、その装置の破損を招くことを抑制することができる。
As described above, in the traveling
B.第2実施形態:
第2実施形態のインバータ制御装置では、図7に示したキャリア周波数切替制御ルーチンに従って、キャリア周波数fcの切替制御が実行される。なお、第2実施形態のインバータ制御装置が適用されるシステムの構成及びインバータ制御装置の構成は、第1実施形態と同じである。
B. Second embodiment:
In the inverter control apparatus according to the second embodiment, switching control of the carrier frequency fc is executed in accordance with the carrier frequency switching control routine shown in FIG. The configuration of the system to which the inverter control device of the second embodiment is applied and the configuration of the inverter control device are the same as those of the first embodiment.
図7に示した第2実施形態のキャリア周波数切替制御ルーチンは、図3のステップS20がステップS20Bに置き換えられている。ステップS20Bでは、キャリア周波数導出部380は、現在のキャリア周波数fcが下式(4)〜式(6)で表された条件を満たす禁止帯域PFB内にあるか判断する。
[fu/n+3・fc/n]>fc>[fl/n+3・fe/n] ・・・式(4)
[fu/n−3・fc/n]>fc>[fl/n−3・fe/n] ・・・式(5)
[fu/m]>fc>[fl/m] ・・・式(6)
nは奇数、mは偶数、fuは共振周波数帯域の最大周波数、flは共振周波数帯域の最小周波数である。
In the carrier frequency switching control routine of the second embodiment shown in FIG. 7, step S20 in FIG. 3 is replaced with step S20B. In step S20B, the carrier
[Fu /
[Fu / n-3 · fc / n]>fc> [fl / n-3 · fe / n] (5)
[Fu / m]>fc> [fl / m] (6)
n is an odd number, m is an even number, fu is a maximum frequency in the resonance frequency band, and fl is a minimum frequency in the resonance frequency band.
現在のキャリア周波数fcが禁止帯域PFB内にある場合には(ステップS20B:YES)、キャリア周波数導出部380(図2参照)は、禁止帯域PFB外となるように、変更するキャリア周波数fcの値を導出し(図7のステップS30)、導出したキャリア周波数fcの値をキャリア周波数指令fc*としてキャリア周波数切替部390(図2参照)に出力する。そして、キャリア周波数切替部390は、キャリア周波数fcの切り替えを行なう(図7のステップS40)。
When the current carrier frequency fc is within the forbidden band PFB (step S20B: YES), the carrier frequency deriving unit 380 (see FIG. 2) changes the value of the carrier frequency fc to be outside the forbidden band PFB. (Step S30 in FIG. 7), and the derived carrier frequency fc value is output as a carrier frequency command fc * to the carrier frequency switching unit 390 (see FIG. 2). Then, the carrier
一方、キャリア周波数導出部380は、キャリア周波数fcが禁止帯域PFBに含まれない場合(図7のステップS20B:NO)、変更するキャリア周波数fcの値の導出、および、キャリア周波数指令fc*の出力を行なわない。これに伴い、キャリア周波数切替部390も、キャリア周波数fcの切り替えを行なわない。
On the other hand, when the carrier frequency fc is not included in the forbidden band PFB (step S20B: NO in FIG. 7), the carrier
図8は、キャリア周波数fcの禁止帯域PFBの一例を示している。但し、説明を容易にするため、共振周波数帯域RFBの最大周波数fuが6kHz、最小周波数flが5kHz、および、上記禁止帯域PFBの条件を示す式(4)〜式(6)のnが1、mが2の場合を例として示している。 FIG. 8 shows an example of the forbidden band PFB of the carrier frequency fc. However, for ease of explanation, the maximum frequency fu of the resonance frequency band RFB is 6 kHz, the minimum frequency fl is 5 kHz, and n in the expressions (4) to (6) indicating the conditions of the forbidden band PFB is 1. The case where m is 2 is shown as an example.
キャリア周波数fcは、例えば、キャリア周波数設定例に示すように、式(4)〜式(6)の条件を満たす禁止帯域PFBに含まれない値の周波数に設定されればよい。キャリア周波数設定例は、回転数が5000rpm未満においてfc=4kHz、回転数が5000rpm以上においてfc=5kHzとなっている。但し、これに限定されるものではなく、禁止帯域PFBに含まれない種々の値とすることができる。 For example, as shown in the carrier frequency setting example, the carrier frequency fc may be set to a frequency having a value not included in the forbidden band PFB that satisfies the conditions of Expressions (4) to (6). In the carrier frequency setting example, fc = 4 kHz when the rotational speed is less than 5000 rpm, and fc = 5 kHz when the rotational speed is 5000 rpm or more. However, the present invention is not limited to this, and various values that are not included in the forbidden band PFB can be used.
なお、上記説明では、説明を容易にするため、1つの共振周波数帯域RFBを有する場合を例に説明しているが、複数の共振周波数帯域RFBを有する場合には、共振周波数帯域ごとに、式(4)〜式(6)で表される禁止帯域PFBが設定される。 In the above description, for ease of explanation, the case of having one resonance frequency band RFB has been described as an example. However, in the case of having a plurality of resonance frequency bands RFB, an equation is provided for each resonance frequency band. The forbidden band PFB represented by (4) to (6) is set.
以上説明したように、第2実施形態の走行用インバータ制御装置36では、走行用インバータ34の直流側電流に発生する高調波成分の周波数として、式(1),式(2)に示した高調波成分の理論式を用いて、式(4)〜式(6)に示した条件を満たすキャリア周波数の禁止帯域を高精度に求めることができる。そして、キャリア周波数が、求めた禁止帯域に含まれないように、キャリア周波数を切り替えることができる。これにより、高調波成分の周波数が共振周波数帯域に近づくにつれて発生する直流側電流のリップル量の増大を抑制し、装置の許容電流を超えるほどリップル量が増大して、その装置の破損を招くことを抑制することができる。
As described above, in the traveling
C.第3実施形態:
第3実施形態のインバータ制御装置では、図9に示したキャリア周波数切替制御ルーチンに従って、キャリア周波数fcの切替制御が実行される。なお、第3実施形態のインバータ制御装置が適用されるシステムの構成及びインバータ制御装置の構成は、第1実施形態と同じである。
C. Third embodiment:
In the inverter control apparatus of the third embodiment, switching control of the carrier frequency fc is executed according to the carrier frequency switching control routine shown in FIG. The configuration of the system to which the inverter control device of the third embodiment is applied and the configuration of the inverter control device are the same as those of the first embodiment.
図9に示した第3実施形態のキャリア周波数切替制御ルーチンは、図3のステップS20が省略され、ステップS30がステップS30Cに置き換えられ、ステップS30CとステップS40との間にステップS35Cが挿入されている。 In the carrier frequency switching control routine of the third embodiment shown in FIG. 9, step S20 in FIG. 3 is omitted, step S30 is replaced with step S30C, and step S35C is inserted between step S30C and step S40. Yes.
ステップS30Cでは、キャリア周波数導出部380(図2参照)は、あらかじめ用意されている変調波周波数feと設定可能なキャリア周波数fcとの関係を示すマップ(不図示)から、ステップS10において、回転周波数fmに基づいて式(3)に従って求められた変調波周波数feに対応するキャリア周波数fcの値を導出する。そして、キャリア周波数導出部380は、ステップS35Cにおいて、キャリア周波数fcの変更の要否を判断する。具体的には、導出したキャリア周波数fcの値が、現在のキャリア周波数fcと異なっている場合には、変更要と判断し(ステップS35C:YES)、キャリア周波数導出部380は、導出したキャリア周波数fcの値をキャリア周波数指令fc*としてキャリア周波数切替部390(図2参照)に出力する。そして、キャリア周波数切替部390は、キャリア周波数fcの切り替えを行なう(図9のステップS40)。一方、導出したキャリア周波数fcの値が、現在のキャリア周波数fcと同じである場合には、変更不要と判断し(ステップS35C:NO)、キャリア周波数指令fc*の出力を行なわない。これに伴い、キャリア周波数切替部390も、キャリア周波数fcの切り替えを行なわない。
In step S30C, the carrier frequency deriving unit 380 (see FIG. 2) determines the rotational frequency in step S10 from a map (not shown) indicating the relationship between the modulation wave frequency fe prepared in advance and the settable carrier frequency fc. A value of the carrier frequency fc corresponding to the modulation wave frequency fe obtained according to the equation (3) based on fm is derived. Then, the carrier
キャリア周波数fcの値の導出に用いられるマップは、あらかじめ、複数の変調波周波数feの値について、それぞれ、式(4)〜式(6)を満たす禁止帯域とならないようなキャリア周波数fcの値を求める(図8参照)ことで、作成することができる。 The map used for deriving the value of the carrier frequency fc has a value of the carrier frequency fc that does not become a forbidden band satisfying the expressions (4) to (6) for the values of the plurality of modulation wave frequencies fe in advance. It can be created by obtaining (see FIG. 8).
以上説明したように、第3実施形態では、走行用インバータ34の直流側電流に発生する高調波成分の周波数として、式(1),式(2)に示した高調波成分の理論式を用いて、式(4)〜式(6)に示した条件を満たすキャリア周波数の禁止帯域を高精度に求めることができる。そして、変調波周波数と禁止帯域に含まれないようなキャリア周波数との関係をあらかじめ求めることができる。これにより、第3実施形態の走行用インバータ制御装置36では、あらかじめ用意されたマップから、回転周波数に応じて求められる変調波周波数に対応するキャリア周波数を求めることにより、キャリア周波数が禁止帯域に含まれないように、キャリア周波数を切り替えることができる。これにより、高調波成分の周波数が共振周波数帯域に近づくにつれて発生する直流側電流のリップル量の増大を抑制し、装置の許容電流を超えるほどリップル量が増大して、その装置の破損を招くことを抑制することができる。また、あらかじめ用意されたマップから、キャリア周波数が禁止帯域に含まれず、高調波成分の周波数が共振周波数帯域に含まれないようにすることが可能なキャリア周波数を用意に求めることができ、処理時間の短縮化を図ることが可能である。
As described above, in the third embodiment, the harmonic component theoretical expression shown in the equations (1) and (2) is used as the frequency of the harmonic component generated in the DC side current of the traveling
D.他の実施形態:
(1)上記実施形態では、式(1)で表された搬送波のn次(nは奇数)の側帯高調波の周波数[n・fc+3・fc],[n・fc−3/fc]と、m次(mは偶数)の高調波の周波数[m・fc]と、が共振周波数帯域に含まれないようにキャリア周波数fcを変化させている。しかしながら、これに限定されるものではない。周波数[n・fc+3・fe]と、周波数[n・fc−3・fe]とのうちの一方が共振周波数帯域に含まれないようにキャリア周波数fcを変化させるようにしてもよい。これによれば、周波数[n・fc+3・fe]と、周波数[n・fc−3・fe]との両方が共振周波数帯域に含まれる場合に比べて、インバータの直流側電流のリップル量を低減することができる。また、周波数[n・fc+3・fe]と、周波数[n・fc−3・fe]と、周波数[m・fc]とのうちの少なくとも一つが共振周波数帯域に含まれないようにキャリア周波数fcを変化させるようにしてもよい。これによれば、周波数[n・fc+3・fe]と、周波数[n・fc−3・fe]と、周波数[m・fc]とが共振周波数帯域に含まれる場合に比べて、インバータの直流側電流のリップル量を低減することができる。
D. Other embodiments:
(1) In the above embodiment, the frequencies [n ·
(2)上記実施形態では、キャリア周波数fcに依存して発生する高調波として式(1)および式(2)で表される周波数の高調波が発生するものとして説明したが、これに限定されるものではない。例えば、上述した参考文献に示された高調波成分等、発生する高調波成分を解析した種々の論理式を利用した高調波成分の周波数を用いることも可能である。 (2) In the above embodiment, the harmonics having the frequencies represented by the equations (1) and (2) are generated as the harmonics generated depending on the carrier frequency fc. However, the present invention is not limited to this. It is not something. For example, it is also possible to use the frequency of the harmonic component using various logical expressions obtained by analyzing the generated harmonic component such as the harmonic component shown in the above-mentioned reference document.
(3)上記実施形態では、発明のインバータ制御装置を、走行用インバータ34を制御する走行用インバータ制御装置36に適用した場合を例に説明したが、A/C用インバータ44を制御するA/C用インバータ制御装置46に発明のインバータ制御装置を適用してもよい。すなわち、種々のインバータを制御するインバータ制御装置に適用可能である。
(3) In the above embodiment, the case where the inverter control device of the invention is applied to the travel
(4)上記実施形態のインバータ制御装置では、ベクトル制御を用いたフィードバック制御により、インバータを介して電動機を動作させる場合を例に説明したが、その他、周波数に対応した電圧を出力するV/f制御を用いた一般的なフィードバック制御により、インバータを介して電動機を動作させる場合においても同様に、本願の発明を適用可能である。 (4) In the inverter control apparatus of the above embodiment, the case where the electric motor is operated via the inverter by feedback control using vector control has been described as an example. In addition, V / f that outputs a voltage corresponding to the frequency is used. The invention of the present application is also applicable to the case where the electric motor is operated via an inverter by general feedback control using control.
本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be realized with various configurations without departing from the spirit of the present invention. For example, the technical features of the embodiments corresponding to the technical features in each embodiment described in the summary section of the invention are intended to solve part or all of the above-described problems, or part of the above-described effects. Or, in order to achieve the whole, it is possible to replace or combine as appropriate. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate.
10…バッテリ、20…配線、30…走行モータ駆動部、32…フィルタ、34…走行用インバータ、36…走行用インバータ制御装置、38…走行モータ、40…A/Cモータ駆動部、42…LCフィルタ、44…A/C用インバータ、46…A/C用インバータ制御装置、48…A/Cモータ、50…電力供給部、52…LCフィルタ、54…DC/DCコンバータ、56…DC/DC制御装置、58…負荷、100…車両システム、310…差分検出部、320…電流制御部、330…座標変換部、340…PWM部、350…電流検出部、360…座標変換部、370…回転周波数演算部、380…キャリア周波数導出部、390…キャリア周波数切替部。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
電源(10)から直流電力が供給される前記インバータの直流側で発生する高調波電流の周波数が、前記電源に対して前記インバータと並列に接続された他の機器(44,54)と前記インバータとに応じて定まる共振周波数帯域に含まれないように、前記PWM制御の搬送波周波数を変化させる制御部(370,380,390)を有する、インバータ制御装置。 An inverter control device (36) for controlling an inverter (34) for driving an electric motor (38) by PWM control,
The frequency of the harmonic current generated on the DC side of the inverter to which DC power is supplied from the power source (10) is connected to another device (44, 54) connected in parallel to the inverter with respect to the power source and the inverter An inverter control device having a control unit (370, 380, 390) that changes the carrier frequency of the PWM control so that it is not included in the resonance frequency band determined according to.
前記高調波電流の周波数には、前記搬送波周波数を示すfcおよび前記PWM制御の変調波周波数を示すfeを用いて表される、周波数[n・fc+3・fe](nは奇数)と、周波数[n・fc−3・fe]と、周波数[m・fc](mは偶数)とのうちの少なくとも一つが含まれる、インバータ制御装置。 The inverter control device according to claim 1,
The frequency of the harmonic current includes a frequency [n · fc + 3 · fe] (n is an odd number) represented by fc indicating the carrier frequency and fe indicating the modulation wave frequency of the PWM control, and a frequency [ n · fc−3 · fe] and frequency [m · fc] (m is an even number).
前記制御部は、前記周波数(n・fc+3・fe)と、前記周波数(n・fc−3・fe)と、前記周波数(m・fc)の全てが前記共振周波数帯域に含まれないように前記搬送波周波数を変化させる、インバータ制御装置。 The inverter control device according to claim 2,
The control unit is configured so that the frequency (n · fc + 3 · fe), the frequency (n · fc−3 · fe), and the frequency (m · fc) are not included in the resonance frequency band. An inverter control device that changes the carrier frequency.
周波数fl〜周波数fu(fu>fl)の前記共振周波数帯域に基づいて設定される禁止帯域は、[fu/n+3・fe/n]>fc>[fl/n+3・fe/n]、[fu/n−3・fe/n]>fc>[fl/n−3・fe/n]、および、[fu/m]>fc>[fl/m]であり、
前記制御部は、前記禁止帯域に含まれないように前記搬送波周波数を変化させる、インバータ制御装置。 The inverter control device according to claim 3,
Forbidden bands set based on the resonance frequency band of frequency fl to frequency fu (fu> fl) are [fu / n + 3 · fe / n]>fc> [fl / n + 3 · fe / n], [fu / n-3 · fe / n]>fc> [fl / n-3 · fe / n], and [fu / m]>fc> [fl / m].
The said control part is an inverter control apparatus which changes the said carrier frequency so that it may not be contained in the said prohibition zone.
複数の前記共振周波数帯域を有し、
前記禁止帯域は、少なくとも一つの前記共振周波数帯域に基づいて設定される、インバータ制御装置。 The inverter control device according to claim 4,
A plurality of the resonance frequency bands,
The inverter control device, wherein the forbidden band is set based on at least one of the resonance frequency bands.
前記制御部は、あらかじめ定めたれた、前記電動機の回転周波数から定まる変調波周波数と、前記禁止帯域に含まれない条件を満たす搬送波周波数との関係に基づいて、前記搬送波周波数を変化させる、インバータ制御装置。 The inverter control device according to claim 4 or 5, wherein
The control unit is an inverter control that changes the carrier frequency based on a predetermined relationship between a modulation wave frequency determined from a rotation frequency of the motor and a carrier frequency that satisfies a condition not included in the prohibited band. apparatus.
前記制御部は、前記周波数(n・fc+3・fe)と、前記周波数(n・fc−3・fe)の一方が前記共振周波数帯域に含まれないように前記搬送波周波数を変化させる、インバータ制御装置。 The inverter control device according to claim 2,
The control unit changes the carrier frequency so that one of the frequency (n · fc + 3 · fe) and the frequency (n · fc−3 · fe) is not included in the resonance frequency band. .
前記制御部は、前記周波数(n・fc+3・fe)および前記周波数(n・fc−3・fe)が前記共振周波数帯域に含まれないように前記搬送波周波数を変化させる、インバータ制御装置。 The inverter control device according to claim 2,
The inverter control device, wherein the control unit changes the carrier frequency so that the frequency (n · fc + 3 · fe) and the frequency (n · fc−3 · fe) are not included in the resonance frequency band.
電源(10)から直流電力が供給される前記インバータの直流側で発生する高調波電流の周波数が、前記電源に対して前記インバータと並列に接続された他の機器(44)と、前記インバータとに応じて定まる共振周波数帯域に含まれないように、前記PWM制御の搬送波周波数を変化させる(S10〜S40,S20B,S30C,S35C)、インバータ制御方法。 An inverter control method for controlling an inverter (34) for driving an electric motor (38) by PWM control,
The frequency of the harmonic current generated on the DC side of the inverter to which DC power is supplied from the power source (10) is connected to the power source in parallel with the inverter, the other device (44), and the inverter An inverter control method in which the carrier frequency of the PWM control is changed so that it is not included in the resonance frequency band determined according to (S10 to S40, S20B, S30C, S35C).
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