JP2022051152A - Open winding motor drive device and refrigeration cycle device - Google Patents

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Abstract

To provide an open winding motor drive device capable of suppressing the generation of a zero-axis current and further increasing an output voltage.SOLUTION: An open winding motor drive device includes primary and secondary inverters connected to the terminals of an open winding structure motor, and a control unit that controls a current and rotation speed that energize the motor, and the control unit includes a zero-axis current suppression unit that controls the current and rotation speed of the motor and suppress a zero-axis current that flows between the primary and secondary inverters, and the zero-axis current suppression unit divides a space voltage vector consisting of 64 voltage vectors into 12 sectors, and only one first switching pattern that generates a voltage applied to the motor without generating a zero-axis voltage to be used according to each sector is selected during a control cycle.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、オープン巻線構造のモータを駆動する装置,及びその装置を備えてなる冷凍サイクル装置に関する。 An embodiment of the present invention relates to a device for driving a motor having an open winding structure, and a refrigeration cycle device including the device.

例えば永久磁石同期モータ等の交流モータを駆動する際には、インバータを用いて直流電源を3相交流電力に変換する必要がある。しかし、モータが大容量化するのに伴いインバータに流れる電流も増加するので、インバータを構成するパワーデバイスに発熱等の問題が発生する。 For example, when driving an AC motor such as a permanent magnet synchronous motor, it is necessary to convert a DC power source into three-phase AC power by using an inverter. However, as the capacity of the motor increases, the current flowing through the inverter also increases, which causes problems such as heat generation in the power device constituting the inverter.

この問題に対して、例えば特許文献1では、3相モータの巻線をスター状に結線することなくオープン状態として、3相巻線の両端にそれぞれインバータを接続して駆動するシステムが提案されている。このシステムによれば、2台のインバータを用いることで、3相巻線の両端に印加できる電圧が2倍程度に拡張できるため、モータをより高速に駆動できる。または、巻線の巻数を増やすことで、少ない電流で高いトルクを出力するモータを駆動できる。 To solve this problem, for example, Patent Document 1 proposes a system in which the windings of a three-phase motor are opened in an open state without being connected in a star shape, and inverters are connected to both ends of the three-phase windings to drive the motors. There is. According to this system, by using two inverters, the voltage that can be applied to both ends of the three-phase winding can be doubled, so that the motor can be driven at a higher speed. Alternatively, by increasing the number of turns of the winding, it is possible to drive a motor that outputs a high torque with a small current.

また、特許文献1では、2台のインバータ間で直流リンク電圧を共有する構成を採用することで発生する、モータの3相に共通に流れる零軸電流を抑制する技術についても提案されている。 Further, Patent Document 1 also proposes a technique for suppressing a zero-axis current commonly flowing in three phases of a motor, which is generated by adopting a configuration in which a DC link voltage is shared between two inverters.

特開2020-31458号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2020-31458

しかしながら、詳細は後述するが、特許文献1の構成では、通常のインバータの出力電圧を「1」とした場合に、その√3倍までしか出力することができない。
そこで、零軸電流の発生を抑制すると共に、出力電圧をより高めることができるオープン巻線モータ駆動装置,及びその装置を備えてなる冷凍サイクル装置を提供する。
However, although the details will be described later, in the configuration of Patent Document 1, when the output voltage of a normal inverter is set to "1", it can output only up to √3 times that.
Therefore, we provide an open winding motor drive device capable of suppressing the generation of zero-axis current and further increasing the output voltage, and a refrigeration cycle device including the device.

実施形態のオープン巻線モータ駆動装置は、3相巻線がそれぞれ独立であり、6つの出力端子を備えるオープン巻線構造のモータが備える6つの出力端子のうち3つの出力端子に接続される1次側インバータと、
前記モータの出力端子の残り3つの出力端子に接続される2次側インバータと、
PWM制御における前記1次側及び2次側インバータそれぞれの線間デューティ比に基づいて、前記モータに通電する電流及び回転速度を制御する制御部と、
前記モータに通電される電流を検出する電流検出器とを備え、
前記制御部は、前記1次側,2次側インバータそれぞれの線間のデューティに基づきモータの電流,回転速度を制御すると共に、前記1次側,2次側インバータの間において3相を同方向に流れる零軸電流を抑制する零軸電流抑制部を有し、
前記零軸電流抑制部は、前記1次側及び2次側インバータのオンオフパターンの組合せである64の電圧ベクトルからなる空間電圧ベクトルについて、
零軸電圧を発生させず且つ前記モータの相間に作用する電圧を発生させない第2スイッチングパターンが2つずつ位置するポイントを中心とし、モータの3相に等しく作用する零軸電圧を発生させず且つ前記モータに印加する電圧を発生させる第1スイッチングパターンがそれぞれ2つずつ位置するポイントを頂点として分割される6領域をさらに2等分した12のセクタに分割し、各セクタに応じて用いる第1スイッチングパターンを制御周期中に1パターンのみ選択する。
また、実施形態の冷凍サイクル装置は、3相巻線がそれぞれ独立であり、6つの巻線端子を備えるオープン巻線構造のモータと、
実施形態のオープン巻線モータ駆動装置とを備える。
In the open winding motor drive device of the embodiment, the three-phase windings are independent of each other, and are connected to three output terminals of the six output terminals of the motor having an open winding structure having six output terminals. With the next inverter
A secondary inverter connected to the remaining three output terminals of the motor,
A control unit that controls the current and rotation speed that energize the motor based on the line-to-line duty ratio of each of the primary and secondary inverters in PWM control.
It is equipped with a current detector that detects the current energized in the motor.
The control unit controls the current and rotation speed of the motor based on the duty between the lines of the primary side and secondary side inverters, and has three phases in the same direction between the primary side and secondary side inverters. It has a zero-axis current suppression unit that suppresses the zero-axis current flowing through the inverter.
The zero-axis current suppression unit has a space voltage vector composed of 64 voltage vectors, which is a combination of on / off patterns of the primary side and secondary side inverters.
Centering on the point where two second switching patterns that do not generate a zero-axis voltage and do not generate a voltage that acts between the phases of the motor are located, and do not generate a zero-axis voltage that acts equally on the three phases of the motor. The first switching pattern that generates the voltage applied to the motor is divided into 12 sectors, which are further divided into 12 sectors, with the 6 regions divided by the points where two of them are located as the vertices, and used according to each sector. Only one switching pattern is selected during the control cycle.
Further, in the refrigeration cycle apparatus of the embodiment, a motor having an open winding structure in which three-phase windings are independent and has six winding terminals, and a motor having an open winding structure,
The open winding motor drive device of the embodiment is provided.

第1実施形態であり、モータ駆動システムの構成を示す図The figure which is 1st Embodiment and shows the structure of the motor drive system. 電流制御部の構成を示す機能ブロック図Functional block diagram showing the configuration of the current control unit 空気調和機の構成を示す機能ブロック図Functional block diagram showing the configuration of an air conditioner モータU相電流及び零軸電流の波形を示す図The figure which shows the waveform of a motor U-phase current and a zero-axis current. 図4の一部を拡大して示す図A magnified view of a part of FIG. 1次側及び2次側インバータのスイッチングに伴い発生する零軸電圧の変化を示す図The figure which shows the change of the zero-axis voltage which occurs with the switching of the primary side and secondary side inverters. 一般的な3相モータを駆動する構成に対応した空間電圧ベクトルを示す図The figure which shows the space voltage vector corresponding to the configuration which drives a general three-phase motor. オープン巻線モータを駆動する構成に対応した空間電圧ベクトルを示す図The figure which shows the space voltage vector corresponding to the configuration which drives an open winding motor. 空間電圧ベクトルを6つのセクタに分けて、各セクタで使用する第1及び第2ベクトルパターンを示す図The figure which divides the space voltage vector into 6 sectors and shows the 1st and 2nd vector patterns used in each sector. 空間電圧ベクトルを12のセクタに分けて、各セクタで使用する第1ベクトルパターンを示す図The figure which divides the space voltage vector into 12 sectors and shows the 1st vector pattern used in each sector. 各セクタで使用する第1ベクトルパターンを時系列で示す図(その1)Figure showing the first vector pattern used in each sector in chronological order (No. 1) 各セクタで使用する第1ベクトルパターンを時系列で示す図(その2)Figure showing the first vector pattern used in each sector in chronological order (Part 2) 第2実施形態であり、モータ駆動システムの構成を示す図The figure which is 2nd Embodiment and shows the structure of the motor drive system. 零軸電圧生成部の構成を示す機能ブロック図Functional block diagram showing the configuration of the zero-axis voltage generator セクタ6において零軸電流を減少させる場合に用いるベクトルパターンを示す図The figure which shows the vector pattern used when the zero axis current is reduced in a sector 6. セクタ6において零軸電流を増加させる場合に用いるベクトルパターンを示す図The figure which shows the vector pattern used when increasing the zero axis current in sector 6. セクタ7において零軸電流を減少させる場合に用いるベクトルパターンを示す図The figure which shows the vector pattern used when the zero axis current is reduced in a sector 7. セクタ7において零軸電流を増加させる場合に用いるベクトルパターンを示す図The figure which shows the vector pattern used when increasing the zero axis current in a sector 7. 空間電圧ベクトル変調部の構成を示す機能ブロック図Functional block diagram showing the configuration of the space voltage vector modulator 第1実施形態の制御におけるモータの各相電流及び零軸電流の波形を示す図The figure which shows the waveform of each phase current and zero axis current of a motor in the control of 1st Embodiment. 第2実施形態の制御におけるモータの各相電流及び零軸電流の波形を示す図The figure which shows the waveform of each phase current and zero axis current of a motor in the control of 2nd Embodiment 第3実施形態であり、モータ駆動システムの構成を示す図FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a motor drive system according to a third embodiment. dq電流制御部の構成を示す機能ブロック図Functional block diagram showing the configuration of the dq current control unit 通常パルス制御から同期パルス制御への切り替え処理を示すフローチャートFlow chart showing switching process from normal pulse control to synchronous pulse control 同期パルス制御から通常パルス制御への切り替え処理を示すフローチャートFlow chart showing switching process from synchronous pulse control to normal pulse control ステップS5~S7の処理を概念的に示す図The figure which conceptually shows the process of steps S5 to S7. 電圧振幅を初期値から目標値まで増加させる処理を概念的に示す図A diagram conceptually showing the process of increasing the voltage amplitude from the initial value to the target value. 通常パルス制御に用いる空間電圧ベクトルから、同期パルス制御に用いる空間電圧ベクトルに切り替える処理を概念的に示す図A diagram conceptually showing the process of switching from the space voltage vector used for normal pulse control to the space voltage vector used for synchronous pulse control. 通常パルス制御→同期パルス制御→通常パルス制御のように移行させた場合のシミュレーション結果を示す図The figure which shows the simulation result in the case of transitioning like normal pulse control-> synchronous pulse control-> normal pulse control.

(第1実施形態)
以下、第1実施形態について図1から図12を参照して説明する。尚、本実施形態は、特許文献1に開示されている技術をベースとしており、それに改良を加えたものである。図1は、本実施形態のモータ駆動システムの回路構成を示す図である。モータMは、3相の永久磁石同期モータや誘導機などが想定されるが、本実施形態では永久磁石同期モータとする。モータMの3相巻線は、それぞれが互いに結線されず両端子がオープン状態となっている。つまり、モータMは6つの巻線端子Ua,Va,Wa,Ub,Vb,Wbを備えている。
(First Embodiment)
Hereinafter, the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 12. The present embodiment is based on the technique disclosed in Patent Document 1, and is an improvement thereof. FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration of the motor drive system of the present embodiment. The motor M is assumed to be a three-phase permanent magnet synchronous motor, an inducer, or the like, but in the present embodiment, it is a permanent magnet synchronous motor. The three-phase windings of the motor M are not connected to each other and both terminals are in an open state. That is, the motor M includes six winding terminals Ua, Va, Wa, Ub, Vb, and Wb.

1次側インバータ1及び2次側インバータ2はそれぞれ、スイッチング素子であるNチャネルMOSFET3を3相ブリッジ接続して構成されており、これらは直流電源4に並列に接続されている。直流電源4は、交流電源を直流に変換したものでも良い。インバータ1の各相出力端子はモータMの巻線端子Ua,Va,Waにそれぞれ接続され、インバータ2の各相出力端子は同巻線端子Ub,Vb,Wbにそれぞれ接続されている。 The primary side inverter 1 and the secondary side inverter 2 are configured by connecting N-channel MOSFETs 3 which are switching elements in a three-phase bridge, respectively, and these are connected in parallel to the DC power supply 4. The DC power supply 4 may be a DC power source converted into a direct current. Each phase output terminal of the inverter 1 is connected to the winding terminals Ua, Va, Wa of the motor M, respectively, and each phase output terminal of the inverter 2 is connected to the winding terminals Ub, Vb, Wb, respectively.

位置センサ6は、モータMのロータ回転位置や回転速度を検出するセンサであり、電流センサ7(U,V,W)は、モータMの各相電流Iu,Iv,Iwを検出するセンサであり、電流検出器に相当する。電圧センサ8は、直流電源4の電圧VDCを検出する。 The position sensor 6 is a sensor that detects the rotor rotation position and rotation speed of the motor M, and the current sensor 7 (U, V, W) is a sensor that detects each phase current Iu, Iv, Iw of the motor M. , Corresponds to a current detector. The voltage sensor 8 detects the voltage V DC of the DC power supply 4.

制御装置11には、モータを駆動するシステムにおける上位の制御装置から速度指令値ωRefが与えられ、速度指令値ωRefに検出したモータ速度ωが一致するように制御を行う。制御装置11は、電流センサ7が検出した各相電流Iu,Iv,Iwと、電圧センサ8が検出した直流電圧VDCとに基づいて、インバータ1及び2を構成する各FET3のゲートに与えるスイッチング信号を生成する。制御装置11は制御部に相当する。 The control device 11 is given a speed command value ω Ref from a higher-level control device in the system for driving the motor, and controls so that the detected motor speed ω matches the speed command value ω Ref . The control device 11 switches the gates of the FETs 3 constituting the inverters 1 and 2 based on the phase currents Iu, Iv, Iw detected by the current sensor 7 and the DC voltage VDC detected by the voltage sensor 8. Generate a signal. The control device 11 corresponds to a control unit.

電流検出・座標変換部12は、検出した各相電流Iu,Iv,Iwを、ベクトル制御に用いるd,q軸座標の電流Id,Iqに(1)式により変換する。尚、(1)式に示す零軸電流I0の変換は、第2実施形態において電流検出・座標変換部43が行う。 The current detection / coordinate conversion unit 12 converts the detected phase currents Iu, Iv, and Iw into the currents Id and Iq of the d and q-axis coordinates used for vector control by the equation (1). The conversion of the zero-axis current I0 shown in the equation (1) is performed by the current detection / coordinate conversion unit 43 in the second embodiment.

Figure 2022051152000002
Figure 2022051152000002

速度・位置検出部13は、位置センサ6が検出した信号からモータ速度ωとロータ回転位置θを検出する。回転位置θは、電流検出・座標変換部12及びdq/αβ変換部17に入力される。また、速度・位置検出部13は、モータMの電圧・電流から速度及び位置を推定する構成でも良い。速度制御部14は、入力された速度指令ωRefと速度ωとから、例えば両者の差をPI演算することでq軸電流指令IqRefを生成して出力する。 The speed / position detection unit 13 detects the motor speed ω and the rotor rotation position θ from the signal detected by the position sensor 6. The rotation position θ is input to the current detection / coordinate conversion unit 12 and the dq / αβ conversion unit 17. Further, the speed / position detection unit 13 may be configured to estimate the speed and position from the voltage / current of the motor M. The speed control unit 14 generates and outputs the q-axis current command I qRef from the input speed command ω Ref and the speed ω, for example, by performing PI calculation on the difference between the two.

電流制御部16は、入力されるq軸の電流指令IqRef, 直流電圧VDCと検出した電流Id,Iq及びモータ速度ωとから、d,q軸電圧指令Vq,Vdを生成して出力する。dq/αβ変換部17は、dq軸電圧指令Vq,Vdを、αβ軸電圧Vα,Vβに(2)式により変換する。 The current control unit 16 generates and outputs d, q-axis voltage commands Vq, Vd from the input q-axis current commands I qRef , DC voltage V DC , detected currents Id, Iq, and motor speed ω. .. The dq / αβ conversion unit 17 converts the dq-axis voltage commands Vq and Vd into αβ-axis voltages Vα and Vβ by the equation (2).

Figure 2022051152000003
Figure 2022051152000003

空間ベクトル変調部18は、αβ軸電圧Vα,Vβから空間ベクトル演算を行い、インバータ1の各相デューティDu1,Dv1,Dw1と、インバータ2の各相デューティDu2,Dv2,Dw2を生成し、PWM信号生成部19に入力する。PWM信号生成部19は、入力された各相デューティよりインバータ1及び2を構成する各FET3のゲートに与えるスイッチング信号,PWM信号U1±,V1±,W1±,U2±,V2±,W2±を生成して出力する。 The space vector modulation unit 18 performs a space vector operation from the αβ axis voltages Vα and Vβ, and performs space vector operations on the phase duty Du1 , D v1 , D w1 of the inverter 1 and the phase duty D u2 , D v2 , D w2 of the inverter 2. Is generated and input to the PWM signal generation unit 19. The PWM signal generation unit 19 generates switching signals, PWM signals U1 ±, V1 ±, W1 ±, U2 ±, V2 ±, W2 ±, which are given to the gates of each FET 3 constituting the inverters 1 and 2 from the input phase duty. Generate and output.

本実施形態では、インバータ1,2の変調率は1.0である。図2は、電流制御部16の詳細構成を示している。減算器21は、速度制御の結果として得られるq軸電流指令IqRefとq軸電流Iqとの差分をとり、PI制御部22は、その差分に対してPI制御演算を行う。その演算結果は、電圧位相θV_PIとして出力される。非干渉項演算部23は、モータ定数と、d軸電流Idに等しく設定されるd軸電流指令IdRefとq軸電流指令IqRefと速度ωとから、電圧位相の非干渉制御項θV_FFを演算する。 In this embodiment, the modulation factor of the inverters 1 and 2 is 1.0. FIG. 2 shows the detailed configuration of the current control unit 16. The subtractor 21 takes a difference between the q-axis current command I qRef obtained as a result of the speed control and the q-axis current Iq, and the PI control unit 22 performs a PI control operation on the difference. The calculation result is output as the voltage phase θ V_PI . The non-interference term calculation unit 23 sets the voltage phase non-interference control term θ V_FF from the motor constant, the d-axis current command I dRef , the q-axis current command I qRef , and the speed ω, which are set equal to the d-axis current Id. Calculate.

更に、加算器24により電圧位相θV_PIに非干渉制御項θV_FFを加え、最終的な電圧位相θを生成する。d,q軸電圧指令Vd,Vqは、dq軸電圧演算部25によって、直流電圧VDCに相当する出力電圧振幅Vampと電圧位相θとにより生成される。これにより、直流電圧をモータMに直接印加でき、負荷が変化した際は、電圧位相を調整することでモータMを高速に制御できる。 Further, the adder 24 adds the non-interference control term θ V_FF to the voltage phase θ V_PI to generate the final voltage phase θ V. The d and q-axis voltage commands Vd and Vq are generated by the dq-axis voltage calculation unit 25 by the output voltage amplitude V amp corresponding to the DC voltage V DC and the voltage phase θ V. As a result, the DC voltage can be directly applied to the motor M, and when the load changes, the motor M can be controlled at high speed by adjusting the voltage phase.

図3は、本実施形態のモータ駆動システムを適用した空気調和機30の構成を示す。ヒートポンプシステム31を構成する圧縮機32は、圧縮部33とモータMを同一の鉄製密閉容器35内に収容して構成され、モータMのロータシャフトが圧縮部33に連結されている。そして、圧縮機32、四方弁36、室内側熱交換器37、減圧装置38、室外側熱交換器39は、熱伝達媒体流路たるパイプにより閉ループを構成するように接続されている。尚、圧縮機32は、例えばロータリ型の圧縮機である。空気調和機30は、上記のヒートポンプシステム31を有して構成されている。 FIG. 3 shows the configuration of the air conditioner 30 to which the motor drive system of the present embodiment is applied. The compressor 32 constituting the heat pump system 31 is configured by accommodating the compression unit 33 and the motor M in the same iron closed container 35, and the rotor shaft of the motor M is connected to the compression unit 33. The compressor 32, the four-way valve 36, the indoor heat exchanger 37, the decompression device 38, and the outdoor heat exchanger 39 are connected so as to form a closed loop by a pipe serving as a heat transfer medium flow path. The compressor 32 is, for example, a rotary type compressor. The air conditioner 30 includes the heat pump system 31 described above.

暖房時には、四方弁36は実線で示す状態にあり、圧縮機32の圧縮部33で圧縮された高温冷媒は、四方弁36から室内側熱交換器37に供給されて凝縮し、その後、減圧装置38で減圧され、低温となって室外側熱交換器39に流れ、ここで蒸発して圧縮機32へと戻る。一方、冷房時には、四方弁36は破線で示す状態に切り替えられる。このため、圧縮機32の圧縮部33で圧縮された高温冷媒は、四方弁6から室外側熱交換器39に供給されて凝縮し、その後、減圧装置38で減圧され、低温となって室内側熱交換器37に流れ、ここで蒸発して圧縮機32へと戻る。そして、室内側、室外側の各熱交換器37,39には、それぞれファン40,41により送風が行われ、その送風によって各熱交換器37,39と室内空気、室外空気の熱交換が効率良く行われるように構成されている。 At the time of heating, the four-way valve 36 is in the state shown by the solid line, and the high-temperature refrigerant compressed by the compression unit 33 of the compressor 32 is supplied from the four-way valve 36 to the indoor heat exchanger 37 to condense, and then the decompression device. The pressure is reduced by 38, the temperature becomes low, and the heat flows to the outdoor heat exchanger 39, where it evaporates and returns to the compressor 32. On the other hand, during cooling, the four-way valve 36 is switched to the state shown by the broken line. Therefore, the high-temperature refrigerant compressed by the compression unit 33 of the compressor 32 is supplied from the four-way valve 6 to the outdoor heat exchanger 39 to be condensed, and then decompressed by the decompression device 38 to become low temperature and indoor side. It flows through the heat exchanger 37, where it evaporates and returns to the compressor 32. The fans 40 and 41 blow air to the indoor and outdoor heat exchangers 37 and 39, respectively, and the heat exchange between the heat exchangers 37 and 39 and the indoor air and outdoor air is efficient. It is configured to be done well.

次に本実施形態の作用について図4から図12を参照して説明する。オープン巻線モータMを動作させるには、2つのインバータ1及び2により各端子Ua,Va,Wa,Ub,Vb,Wbに電圧を印加する。速度制御及び電流制御の結果得られた電圧は、dq/αβ変換部17,空間電圧ベクトル変調部18,PWM信号生成部19によりインバータ1及び2への電圧指令に分割される。インバータ1の各相デューティDu1,Dv1,Dw1と、インバータ2の各相デューティDu2,Dv2,Dw2とは、互いに180°の位相差を有するPWM信号として通電される。このようにして、2つのインバータ1及び2でモータMに逆位相の電圧を印加することで1相当たりの電圧振幅を増加でき、より高速で回転させることができる。 Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIGS. 4 to 12. In order to operate the open winding motor M, a voltage is applied to each terminal Ua, Va, Wa, Ub, Vb, Wb by two inverters 1 and 2. The voltage obtained as a result of the speed control and the current control is divided into voltage commands to the inverters 1 and 2 by the dq / αβ conversion unit 17, the space voltage vector modulation unit 18, and the PWM signal generation unit 19. The phase duty Du1 , D v1 , D w1 of the inverter 1 and the phase duty D u2 , D v2 , D w2 of the inverter 2 are energized as PWM signals having a phase difference of 180 ° from each other. In this way, by applying a voltage of opposite phase to the motor M by the two inverters 1 and 2, the voltage amplitude per phase can be increased, and the motor M can be rotated at a higher speed.

前述したように、インバータ1及び2が直流リンク部を共有する構成では、3相を同方向に流れる零軸電流が課題となる。零軸電流は、モータMに通電される相電流の基本波周波数に対して3倍の周波数成分で流れる低周波の電流と、インバータ1,2のスイッチングに同期して流れるキャリア周波数成分の電流とに分かれる。図4は、零軸電流について抑制制御をしていない場合に流れるオープン巻線モータのU相電流Iuと、零軸電流I0とを示しており、図5は、図4の時間軸を拡大して示した電流波形である。U相電流Iu及び零軸電流I0に同じタイミングで変化するリップルが確認できるが、これがキャリア周波数成分の零軸電流である。また、零軸電流I0は、相電流の基本波周波数の3倍成分で脈動するため、U相電流Iuの歪みが大きくなっている。 As described above, in the configuration in which the inverters 1 and 2 share the DC link portion, the zero-axis current flowing in the same direction in the three phases becomes a problem. The zero-axis current is a low-frequency current that flows at a frequency component that is three times the fundamental frequency of the phase current that is energized in the motor M, and a carrier frequency component that flows in synchronization with the switching of the inverters 1 and 2. Divided into. FIG. 4 shows the U-phase current Iu of the open winding motor that flows when the zero-axis current is not suppressed, and FIG. 5 shows the zero-axis current I0. FIG. 5 is an enlargement of the time axis of FIG. It is a current waveform shown by. Ripple that changes at the same timing can be confirmed in the U-phase current Iu and the zero-axis current I0, which is the zero-axis current of the carrier frequency component. Further, since the zero-axis current I0 pulsates at a component three times the fundamental wave frequency of the phase current, the distortion of the U-phase current Iu is large.

V0_rippleは、(3)式のようにインバータ1の3相電圧の平均から、インバータ2の3相電圧の平均を差し引くことで求まる。尚、各相電圧Vu1,Vv1,Vw1,Vu2,Vv2,Vw2は、FET3がオン状態であればVDC,オフ状態であれば0となる。 V0_ripple can be obtained by subtracting the average of the three-phase voltage of the inverter 2 from the average of the three-phase voltage of the inverter 1 as in the equation (3). The phase voltages Vu1, Vv1, Vw1, Vu2, Vv2, and Vw2 are VDC when the FET 3 is on, and 0 when the FET 3 is off.

Figure 2022051152000004
Figure 2022051152000004

図6に示すように、V0_rippleの波形はスイッチング状態に応じて正負に変動しており、正側に発生している期間で零軸電流I0は増加し、負側に発生している期間で零軸電流I0が減少している。したがって、V0_rippleがゼロになれば零軸電流I0のリップル,すなわちキャリア周波数成分の変動も無くなる。また、V0_rippleの発生状態はインバータ1,2のFET3がオンしている相数に依存しており、インバータ1,2のオン相数が異なる場合にその差に応じて正負に発生している。つまり、インバータ1及び2のオン相数を揃えれば、V0_rippleが発生しなくなる。 As shown in FIG. 6, the waveform of V0_ripple fluctuates positively and negatively according to the switching state, the zero-axis current I0 increases during the period occurring on the positive side, and zero during the period occurring on the negative side. The shaft current I0 is decreasing. Therefore, when V0_ripple becomes zero, the ripple of the zero-axis current I0, that is, the fluctuation of the carrier frequency component disappears. Further, the generation state of V0_ripple depends on the number of phases in which the FET 3 of the inverters 1 and 2 is on, and when the number of on-phases of the inverters 1 and 2 is different, it is generated positively or negatively according to the difference. That is, if the number of on-phases of the inverters 1 and 2 is the same, V0_ripple will not occur.

ここで、上述した目的を達するためのインバータ1,2のスイッチングパターンを検討するため、空間電圧ベクトルを検討する。図7は,一般的なモータを3相インバータで通電する場合の空間ベクトルを示している。例えばV1(100)はU相上アームがオン,V,W相の上アームはオフという状態を示しており、V0~V7の8つベクトルが存在する。 Here, in order to examine the switching pattern of the inverters 1 and 2 for achieving the above-mentioned object, the space voltage vector is examined. FIG. 7 shows a space vector when a general motor is energized by a three-phase inverter. For example, V1 (100) indicates that the U-phase upper arm is on and the V and W-phase upper arms are off, and there are eight vectors V0 to V7.

これに対して図8は、オープン巻線モータの空間電圧ベクトルを表しており、インバータが2台なのでスイッチングパターンは8×8=64パターンとなる。例えば、インバータ1がV1,インバータ2がV4となる組み合わせは「V14」と表記している。オープン巻線モータの空間ベクトルでは、ある指令電圧を出力するための電圧ベクトルのパターンが無数にある。例えば、図8中に矢印で示すベクトルを出力するためには、V06,V21,V30,V37,V45,V76の何れかの電圧ベクトルの通電時間と、V01,V32,V40,V47,V56,V71の何れかの電圧ベクトルの通電時間とを調整すれば出力できる。 On the other hand, FIG. 8 shows the space voltage vector of the open winding motor, and since there are two inverters, the switching pattern is 8 × 8 = 64 patterns. For example, the combination in which the inverter 1 is V1 and the inverter 2 is V4 is described as "V14". In the space vector of an open winding motor, there are innumerable patterns of voltage vectors for outputting a certain command voltage. For example, in order to output the vector indicated by the arrow in FIG. 8, the energization time of any of the voltage vectors V06, V21, V30, V37, V45, V76 and the energization time of the voltage vector V01, V32, V40, V47, V56, V71 It can be output by adjusting the energization time of any of the voltage vectors.

ここで、零軸電圧と空間ベクトルとの関係を考えると、前記64パターンのうち,モータMに印加する電圧を発生させ、且つ3相に等しく作用する零軸電圧が発生しないベクトルパターン,つまりオン相数が同じでオンする相の少なくとも2つが不一致となるものは、V15,V24,V26,V35,V31,V46,V42,V51,V53,V62,V64,V13の12パターン存在する。これらのパターンを空間ベクトルで表したものが図9である。 Here, considering the relationship between the zero-axis voltage and the space vector, among the 64 patterns, the vector pattern that generates the voltage applied to the motor M and does not generate the zero-axis voltage that acts equally on the three phases, that is, on. There are 12 patterns of V15, V24, V26, V35, V31, V46, V42, V51, V53, V62, V64, and V13 in which at least two of the phases that have the same number of phases and are turned on do not match. FIG. 9 shows these patterns represented by spatial vectors.

図9では、各電圧ベクトルに対応するPWM波形も合わせて示している。上記12のパターンを2つずつのペアとし頂点に配置して正六角形を描き、6つのセクタに分ける。例えば図9中に矢印で示すセクタ4に属するベクトルを出力するには、電圧ベクトルV42,V31それぞれの通電時間を調整する。各電圧ベクトルのPWM波形は、
V42:インバータ1(U,V,W)=(オフ,オン,オン)
インバータ2(U,V,W)=(オン,オン,オフ)
V31:インバータ1(U,V,W)=(オフ,オン,オフ)
インバータ2(U,V,W)=(オン,オフ,オフ)
である。これらに、インバータ1,2の全相がオンとなるV77,全相がオフとなるV00を加える。各ベクトルのPWM波形から分かるように、インバータ1,2のオン相数が一致するので、零軸電圧V0が発生しない。つまり、このPWMスイッチングパターンで通電すれば、図4,図5に示した零軸電流のキャリア成分のリップルを抑制できる。
In FIG. 9, the PWM waveform corresponding to each voltage vector is also shown. The above 12 patterns are paired with each other and placed at the vertices to draw a regular hexagon and divided into 6 sectors. For example, in order to output the vector belonging to the sector 4 indicated by the arrow in FIG. 9, the energization time of each of the voltage vectors V42 and V31 is adjusted. The PWM waveform of each voltage vector is
V42: Inverter 1 (U, V, W) = (off, on, on)
Inverter 2 (U, V, W) = (on, on, off)
V31: Inverter 1 (U, V, W) = (off, on, off)
Inverter 2 (U, V, W) = (on, off, off)
Is. To these, V77 for turning on all phases of the inverters 1 and 2 and V00 for turning off all phases are added. As can be seen from the PWM waveforms of each vector, since the on-phase numbers of the inverters 1 and 2 match, the zero-axis voltage V0 does not occur. That is, if energization is performed using this PWM switching pattern, the ripple of the carrier component of the zero-axis current shown in FIGS. 4 and 5 can be suppressed.

図9では、下記の第1,第2ベクトルパターンを用いている。第1,第2ベクトルパターンは、第1,第2スイッチングパターンに相当する。
<第1ベクトルパターン>
モータMに印加する電圧を発生させ、且つ3相に等しく作用する零軸電圧が発生しないパターン。上記V15,V24,V26,V35,V31,V46,V42,V51,V53,V62,V64,V13の12パターン
<第2ベクトルパターン>
モータMの相間に作用する電圧を発生させず、且つ3相に等しく作用する零軸電圧が発生しないパターン。V77,V00は、全セクタにおける第2ベクトルパターンである。
In FIG. 9, the following first and second vector patterns are used. The first and second vector patterns correspond to the first and second switching patterns.
<First vector pattern>
A pattern that generates a voltage applied to the motor M and does not generate a zero-axis voltage that acts equally on the three phases. 12 patterns of the above V15, V24, V26, V35, V31, V46, V42, V51, V53, V62, V64, V13 <second vector pattern>
A pattern in which a voltage acting between the phases of the motor M is not generated, and a zero-axis voltage acting equally on the three phases is not generated. V77 and V00 are second vector patterns in all sectors.

図9は、特許文献1の図8に相当するもので、1制御周期中におけるベクトルパターンの出力順序は「第2,第1,第1,第2」となっている。しかし、図9に示すPWMスイッチングパターンでは、通常のインバータの出力を1とした場合、図9内の第1スイッチングパターンがそれぞれ2つずつ位置するポイントを結んだ正六角形の内接円内が駆動範囲となる。これでは、電圧を通常インバータの√3倍までしか出力できない。 FIG. 9 corresponds to FIG. 8 of Patent Document 1, and the output order of the vector patterns in one control cycle is “second, first, first, second”. However, in the PWM switching pattern shown in FIG. 9, when the output of the normal inverter is 1, the inside of the inscribed circle of a regular hexagon connecting the points where two first switching patterns in FIG. 9 are located is driven. It becomes a range. With this, the voltage can only be output up to √3 times that of a normal inverter.

そこで、本実施形態では、空間電圧ベクトル変調部18において、制御周期中に12の第1ベクトルパターンを1つのみ発生させる。これらのパターンを空間ベクトルで表したものが図10である。図10では、図9に示す6つのセクタを更に2等分した12のセクタに分け、各セクタに応じて電気角30度毎に電圧ベクトルを切り替える。尚、図9及び図10に示す制御周期は、等しい長さである。 Therefore, in the present embodiment, the space voltage vector modulation unit 18 generates only one 12th first vector pattern during the control cycle. FIG. 10 shows these patterns represented by spatial vectors. In FIG. 10, the six sectors shown in FIG. 9 are further divided into 12 sectors, and the voltage vector is switched every 30 degrees of the electric angle according to each sector. The control cycles shown in FIGS. 9 and 10 have the same length.

例えば図10中に矢印で示すセクタ7に属するベクトルを出力するには、電圧ベクトルV42のみを選択する。電圧ベクトルのPWM波形は、
V42:インバータ1(U,V,W)=(オフ,オン,オン)
インバータ2(U,V,W)=(オン,オン,オフ)
である。これにより、図10に示す正六角形の外接円上の6点が駆動点となり、√3×2/√3=2となるので、出力電圧を通常のインバータの2倍にできる。そして、インバータ1,2のオン相数が一致するので零軸電圧V0が発生せず、零軸電流のキャリア成分のリップルも抑制できる。空間電圧ベクトル変調部18は、零軸電流抑制部に相当する。
For example, in order to output the vector belonging to the sector 7 indicated by the arrow in FIG. 10, only the voltage vector V42 is selected. The PWM waveform of the voltage vector is
V42: Inverter 1 (U, V, W) = (off, on, on)
Inverter 2 (U, V, W) = (on, on, off)
Is. As a result, the six points on the circumscribed circle of the regular hexagon shown in FIG. 10 become the driving points, and √3 × 2 / √3 = 2, so that the output voltage can be doubled that of a normal inverter. Since the on-phase numbers of the inverters 1 and 2 match, the zero-axis voltage V0 does not occur, and the ripple of the carrier component of the zero-axis current can be suppressed. The space voltage vector modulation unit 18 corresponds to a zero-axis current suppression unit.

図11では、電気角1周分の各電圧ベクトルに対応するモータ3相電圧波形を示している。インバータ1、2のスイッチングパターンにより得られるモータ相電圧波形は、120度の方形波電圧となり、従来の擬似正弦波電圧と比較して直流電圧を直接モータに印加して高出力化できる。加えてスイッチング回数が少ないため、FET3のスイッチング損失を低減できる。 FIG. 11 shows a motor three-phase voltage waveform corresponding to each voltage vector for one round of the electric angle. The motor phase voltage waveform obtained by the switching pattern of the inverters 1 and 2 becomes a square wave voltage of 120 degrees, and a DC voltage can be directly applied to the motor to increase the output as compared with the conventional pseudo sine wave voltage. In addition, since the number of switchings is small, the switching loss of the FET 3 can be reduced.

また、スイッチングパターンの一部を変更して簡略化することもでき、図12では、例えば、奇数セクタの電圧ベクトルを次の偶数セクタの電圧ベクトルに置き換えている。 Further, a part of the switching pattern can be changed for simplification. In FIG. 12, for example, the voltage vector of the odd-numbered sector is replaced with the voltage vector of the next even-numbered sector.

以上のように本実施形態によれば、3相巻線がそれぞれ独立であり、6つの出力端子Ua~Wbを備えるオープン巻線構造のモータMを、1次側インバータ1及び2次側インバータ2により駆動する構成において、制御装置11は、インバータ1,2それぞれの線間のデューティに基づきモータMの電流,回転速度を制御すると共に、空間電圧ベクトル変調部18を備える。 As described above, according to the present embodiment, the motor M having an open winding structure in which the three-phase windings are independent and has six output terminals Ua to Wb is the primary side inverter 1 and the secondary side inverter 2. In the configuration driven by the above, the control device 11 controls the current and the rotation speed of the motor M based on the duty between the lines of the inverters 1 and 2, and includes the space voltage vector modulation unit 18.

空間電圧ベクトル変調部18は、インバータ1,2のオンオフパターンの組合せである64の電圧ベクトルからなる空間電圧ベクトルについて、第2スイッチングパターンが2つ位置するポイントを中心とし、第1スイッチングパターンがそれぞれ2つずつ位置するポイントを頂点として分割される6領域をさらに2等分した12のセクタに分割し、各セクタに応じて用いる第1スイッチングパターンを、制御周期中に1パターンのみ選択する。 The space voltage vector modulation unit 18 has a space voltage vector consisting of 64 voltage vectors, which is a combination of on / off patterns of the inverters 1 and 2, centered on a point where two second switching patterns are located, and the first switching pattern is each. The 6 regions divided by the points located two by two as vertices are further divided into 12 sectors, and only one pattern is selected during the control cycle as the first switching pattern to be used according to each sector.

これにより、インバータ1,2のスイッチングに同期して流れるキャリア成分の零軸電流を抑制すると共に、モータMに対する出力電圧を、1台のインバータで通常の3相モータを駆動する構成に比較して2倍にすることができる。また、空間電圧ベクトル変調部18は、隣り合う2つのセクタについて、同一の第1スイッチングパターンを選択するので、制御をより簡単に行うことができる。加えて、本実施形態のオープン巻線モータ駆動装置を空気調和機30に適用することで、空調運転を高出力・高効率で行うことができる。 As a result, the zero-axis current of the carrier component flowing in synchronization with the switching of the inverters 1 and 2 is suppressed, and the output voltage to the motor M is compared with the configuration in which a normal three-phase motor is driven by one inverter. Can be doubled. Further, since the space voltage vector modulation unit 18 selects the same first switching pattern for two adjacent sectors, control can be performed more easily. In addition, by applying the open winding motor drive device of the present embodiment to the air conditioner 30, air conditioning operation can be performed with high output and high efficiency.

(第2実施形態)
以下、第1実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。先ず、基本周波数の3倍成分で流れる零軸電流の抑制について説明する。(4)式は,オープン巻線モータのdq0軸電圧と電流の関係式である。
(Second Embodiment)
Hereinafter, the same parts as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, the description thereof will be omitted, and different parts will be described. First, suppression of the zero-axis current flowing at a component three times the fundamental frequency will be described. Equation (4) is a relational expression between the dq0 axis voltage and the current of the open winding motor.

Figure 2022051152000005
Figure 2022051152000005

ここで,dq軸電流Id,Iqが流れると、(4)式に示す対角項の要素の影響により零軸電圧V0が発生することが分かる。これがdq軸から0軸への干渉であり、零軸電圧V0が発生した結果として零軸電流I0が流れてしまう。 Here, it can be seen that when the dq-axis currents Id and Iq flow, the zero-axis voltage V0 is generated due to the influence of the diagonal elements shown in Eq. (4). This is the interference from the dq axis to the 0 axis, and the zero axis current I0 flows as a result of the generation of the zero axis voltage V0.

図13に示す第2実施形態の制御装置42は、電流検出・座標変換部12に替わる電流検出・座標変換部43と、零軸電圧生成部44と、空間電圧ベクトル変調部18に替わる空間電圧ベクトル変調部45とを備えている。前述したように、電流検出・座標変換部43は、検出した各相電流Iu,Iv,Iwを、ベクトル制御に用いるd,q及び0の各軸座標の電流Id,Iq,I0に(1)式により変換する。 The control device 42 of the second embodiment shown in FIG. 13 has a current detection / coordinate conversion unit 43 that replaces the current detection / coordinate conversion unit 12, a zero-axis voltage generation unit 44, and a space voltage that replaces the space voltage vector modulation unit 18. It is provided with a vector modulation unit 45. As described above, the current detection / coordinate conversion unit 43 converts the detected phase currents Iu, Iv, and Iw into the currents Id, Iq, and I0 of the axis coordinates of d, q, and 0 used for vector control (1). Convert by expression.

図14は零軸電圧生成部44の詳細構成を示している。零軸電圧生成部44は、P制御部44A及び共振制御部44Bを備えている。P制御部44Aでは、零軸電流指令I0Refと検出電流I0との差分値に比例ゲインKp0を乗じる。共振制御部44Bは、相電流の基本波周波数ωの3倍である3ωの2乗値に対する追従性を向上させるように構成されている。前記差分値に共振ゲインKrを乗じ、減算器50により積分器46の積分結果との差をとり積分器47に入力する。 FIG. 14 shows the detailed configuration of the zero-axis voltage generation unit 44. The zero-axis voltage generation unit 44 includes a P control unit 44A and a resonance control unit 44B. In the P control unit 44A, the proportional gain K p0 is multiplied by the difference value between the zero-axis current command I 0 Ref and the detection current I 0. The resonance control unit 44B is configured to improve the followability to the square value of 3ω, which is three times the fundamental wave frequency ω of the phase current. The difference value is multiplied by the resonance gain Kr, the difference from the integration result of the integrator 46 is taken by the subtractor 50, and the difference is input to the integrator 47.

積分器47の積分結果は加算器48及び乗算器49に入力される。乗算器49では、周波数(3ω)との積がとられ、その結果が積分器46に入力される。加算器48では、前記差分値に比例ゲインKp0を乗じた結果が加算されて、零相電圧V0の(1/√2)倍値が出力される。 The integration result of the integrator 47 is input to the adder 48 and the multiplier 49. In the multiplier 49, the product with the frequency (3ω) 2 is taken, and the result is input to the integrator 46. In the adder 48, the result of multiplying the difference value by the proportional gain K p0 is added, and a (1 / √2) multiple value of the zero-phase voltage V0 is output.

しかし、第1実施形態で示した零軸電圧V0を発生させない空間電圧ベクトルパターンのみを用いると、(4)式について述べた、干渉により流れる零軸電流I0を抑制するための制御に必要な零軸電圧V0を生成できない。そこで、第2実施形態では、下記の第3ベクトルパターンを追加で用いる。第3ベクトルパターンは、第3スイッチングパターンに相当する。
<第3ベクトルパターン>
モータMの相間に作用する電圧を発生させ、且つ3相に等しく作用する零軸電圧が発生するパターン。
However, if only the space voltage vector pattern that does not generate the zero-axis voltage V0 shown in the first embodiment is used, the zero required for the control for suppressing the zero-axis current I0 flowing due to the interference described in the equation (4). The shaft voltage V0 cannot be generated. Therefore, in the second embodiment, the following third vector pattern is additionally used. The third vector pattern corresponds to the third switching pattern.
<Third vector pattern>
A pattern in which a voltage acting between the phases of the motor M is generated, and a zero-axis voltage acting equally on the three phases is generated.

そして、各セクタに応じて用いる第1ベクトルパターンを制御周期中に1パターンのみ出力する前又は後に、第3ベクトルパターンを挿入する。これにより、平均的に零軸電圧V0を制御する。 Then, the third vector pattern is inserted before or after outputting only one pattern of the first vector pattern used according to each sector during the control cycle. As a result, the zero-axis voltage V0 is controlled on average.

ここで、偶数セクタの場合の零軸電圧V0の制御方法を、図15及び図16を参照して説明する。例えば、セクタ6ではV31が第1ベクトルパターンとなる。そして、図15に示すように、セクタ6において零軸電流I0を減少させる際には、第3ベクトルパターンとして、第1ベクトルパターンV31から、1次側インバータ1を構成するFET3をオフするベクトルパターンであるV01を選択する。第1ベクトルパターンの後に第3ベクトルパターンを挿入する場合は、下記のようにスイッチングパターンが変化する。
一次側インバータ(UVW) (010)→(000)
二次側インバータ(UVW) (100)→(100)
つまり、第3ベクトルパターンV01は、インバータ2のFET3がオンする相数が、インバータ1よりも1つ多くなっている。これにより、零軸電流I0を減少させる。
Here, a method of controlling the zero-axis voltage V0 in the case of even-numbered sectors will be described with reference to FIGS. 15 and 16. For example, in sector 6, V31 is the first vector pattern. Then, as shown in FIG. 15, when the zero-axis current I0 is reduced in the sector 6, as the third vector pattern, a vector pattern that turns off the FET 3 constituting the primary side inverter 1 from the first vector pattern V31. V01 is selected. When the third vector pattern is inserted after the first vector pattern, the switching pattern changes as follows.
Primary side inverter (UVW) (010) → (000)
Secondary side inverter (UVW) (100) → (100)
That is, in the third vector pattern V01, the number of phases that the FET 3 of the inverter 2 is turned on is one more than that of the inverter 1. This reduces the zero-axis current I0.

尚、零軸電圧V0が負の場合は、インバータ1のV相デューティに(5)式で算出したデューティVvの6倍値を加算する。ここで6倍値とするのは、後述の第3実施形態に示すように、非同期PWM駆動時より駆動方式を切り替える際に制御量を等しくするためである。非同期PWM駆動時は±1/3VDCの零軸電圧が3回印加される。同期PWM駆動時は、偶数セクタでは±1/3VDCの零軸電圧が1回印加される。デューティの2倍値を更に3倍するので、6倍となる。
ここで「デューティの2倍値」とは、PWM信号パルスの生成手法に関わるものである。非同期PWM駆動では、パルスをPWM周期の中間位相を基準として両側に伸縮させるようにパルスを発生させている。これに対して同期PWM駆動では、パルスをPWM周期の一方の端を基準として片側に伸縮させるようにパルスを発生させている。したがって、加減算するパルス幅値は後者が前者の2倍となる。
When the zero-axis voltage V0 is negative, a value 6 times the duty Vv calculated by the equation (5) is added to the V-phase duty of the inverter 1. The reason why the value is set to 6 times here is that, as shown in the third embodiment described later, the control amount is made equal when the drive method is switched from the time of asynchronous PWM drive. During asynchronous PWM drive, ± 1/3 VDC zero-axis voltage is applied three times. During synchronous PWM drive, a zero-axis voltage of ± 1/3 VDC is applied once in even-numbered sectors. Since the double value of the duty is further tripled, it becomes 6 times.
Here, the "double value of duty" is related to the method of generating the PWM signal pulse. In the asynchronous PWM drive, the pulse is generated so as to expand and contract both sides with respect to the intermediate phase of the PWM cycle. On the other hand, in the synchronous PWM drive, the pulse is generated so as to expand and contract to one side with respect to one end of the PWM cycle. Therefore, the pulse width value to be added or subtracted is twice that of the former.

Figure 2022051152000006
Figure 2022051152000006

また、図16に示すように、セクタ6において零軸電流I0を増加させる際には、第3ベクトルパターンとして、第2ベクトルパターンV31より、2次側インバータ2を構成するFET3をオフするベクトルパターンV30を選択する。第1ベクトルパターンの後に第3ベクトルパターンを挿入する場合は、下記のようにスイッチングパターンが変化する。
一次側インバータ(UVW) (010)→(010)
二次側インバータ(UVW) (100)→(000)
つまり、第3ベクトルパターンV30は、インバータ1のFET3がオンする相数が、インバータ2よりも1つ多くなっている。これにより、零軸電流I0を増加させる。 尚、零軸電圧V0が正の場合は、インバータ2のU相デューティに(5)式で算出したデューティVuの6倍値を減算する。
Further, as shown in FIG. 16, when the zero-axis current I0 is increased in the sector 6, as the third vector pattern, a vector pattern that turns off the FET 3 constituting the secondary side inverter 2 from the second vector pattern V31. Select V30. When the third vector pattern is inserted after the first vector pattern, the switching pattern changes as follows.
Primary side inverter (UVW) (010) → (010)
Secondary side inverter (UVW) (100) → (000)
That is, in the third vector pattern V30, the number of phases that the FET 3 of the inverter 1 is turned on is one more than that of the inverter 2. This increases the zero-axis current I0. When the zero-axis voltage V0 is positive, the value 6 times the duty Vu calculated by the equation (5) is subtracted from the U-phase duty of the inverter 2.

次に、奇数セクタの場合の零軸電圧V0の制御方法を、図17及び図18を参照して説明する。例えば、セクタ7においては、V42が第1ベクトルパターンとなる。図17に示すように、セクタ7において零軸電流I0を減少させる際には、第3ベクトルパターンとして、第1ベクトルパターンV42より、1次側インバータ1を構成するFET3をオフするベクトルパターンV02を選択する。第1ベクトルパターンの後に第3ベクトルパターンを挿入する場合は、下記のようにスイッチングパターンが変化する。
一次側インバータ(UVW) (011)→(000)
二次側インバータ(UVW) (110)→(110)
つまり、第3ベクトルパターンV02は、インバータ2のFET3がオンする相数が、インバータ1よりも2つ多くなっている。これにより、零軸電流I0を減少させる。そして、零軸電圧V0が負の場合は、インバータ1のV,W相デューティに(5)式で算出したデューティVv,Vwの6倍値を加算する。非同期PWM駆動時は±1/3VDCの零軸電圧が3回印加される。同期PWM駆動時、奇数セクタでは±2/3VDCの零軸電圧が1回印加される。後述するV0/2により、偶数セクタと大きさが揃うことになる。
Next, a method of controlling the zero-axis voltage V0 in the case of odd-numbered sectors will be described with reference to FIGS. 17 and 18. For example, in sector 7, V42 is the first vector pattern. As shown in FIG. 17, when the zero-axis current I0 is reduced in the sector 7, as the third vector pattern, a vector pattern V02 that turns off the FET 3 constituting the primary side inverter 1 is used from the first vector pattern V42. select. When the third vector pattern is inserted after the first vector pattern, the switching pattern changes as follows.
Primary side inverter (UVW) (011) → (000)
Secondary side inverter (UVW) (110) → (110)
That is, in the third vector pattern V02, the number of phases that the FET 3 of the inverter 2 is turned on is two more than that of the inverter 1. This reduces the zero-axis current I0. When the zero-axis voltage V0 is negative, 6 times the duty Vv and Vw calculated by the equation (5) are added to the V and W phase duty of the inverter 1. During asynchronous PWM drive, ± 1/3 VDC zero-axis voltage is applied three times. During synchronous PWM drive, a zero-axis voltage of ± 2/3 VDC is applied once in odd-numbered sectors. By V0 / 2, which will be described later, the size will be the same as that of even-numbered sectors.

また、図18に示すように、セクタ7において零軸電流I0を増加させる際には、第3ベクトルパターンとして、第2ベクトルパターンV42より、2次側インバータ2を構成するFET3をオフするベクトルパターンV40を選択する。第1ベクトルパターンの後に第3ベクトルパターンを挿入する場合は、下記のようにスイッチングパターンが変化する。
一次側インバータ(UVW) (011)→(011)
二次側インバータ(UVW) (110)→(000)
Further, as shown in FIG. 18, when the zero-axis current I0 is increased in the sector 7, as the third vector pattern, a vector pattern that turns off the FET 3 constituting the secondary side inverter 2 from the second vector pattern V42. Select V40. When the third vector pattern is inserted after the first vector pattern, the switching pattern changes as follows.
Primary side inverter (UVW) (011) → (011)
Secondary side inverter (UVW) (110) → (000)

この場合の第3ベクトルパターンV40は、インバータ1のFET3がオンする相数が、インバータ2よりも2つ多くなっている。これにより、零軸電流I0を増加させる。そして、零軸電圧V0が正の場合は、インバータ2のU,V相デューティに(5)式で算出したデューティVu,Vvの6倍値を減算する。 In the third vector pattern V40 in this case, the number of phases that the FET 3 of the inverter 1 is turned on is two more than that of the inverter 2. This increases the zero-axis current I0. When the zero-axis voltage V0 is positive, the U and V phase duty of the inverter 2 is subtracted from the 6 times value of the duty Vu and Vv calculated by the equation (5).

このように制御することで、零軸電圧V0_rippleは,連続的に正側,負側のみにしか発生しない。したがって、図6に示したように、V0_rippleが正,負に変動することに伴う零軸電流I0のリップルが発生せず、3倍周波数成分を抑制できる。尚、制御周期中において、第1ベクトルパターンの前に第3ベクトルパターンを挿入しても良い。 By controlling in this way, the zero-axis voltage V0_ripple is continuously generated only on the positive side and the negative side. Therefore, as shown in FIG. 6, the ripple of the zero-axis current I0 due to the positive and negative fluctuations of V0_ripple does not occur, and the triple frequency component can be suppressed. In the control cycle, the third vector pattern may be inserted before the first vector pattern.

図19は、上述した制御原理に基づく空間電圧ベクトル変調部45の内部構成を示しており、空間ベクトル演算部45A及び零軸電圧合成部45Bを備えている。空間ベクトル演算部45Aは、入力された電圧指令Vα,Vβの大きさに応じて12のうちどのセクタに属すかを決定し、セクタに応じて第1ベクトルパターンを選択する。例えばセクタ7であればV42である。 FIG. 19 shows the internal configuration of the space voltage vector modulation unit 45 based on the above-mentioned control principle, and includes the space vector calculation unit 45A and the zero-axis voltage synthesis unit 45B. The space vector calculation unit 45A determines which sector of the twelve belongs to according to the magnitude of the input voltage commands Vα and Vβ, and selects the first vector pattern according to the sector. For example, in the case of sector 7, it is V42.

選択された1つのベクトルパターンの電圧値及び零軸電圧V0は、直流電圧VDCと共に零軸電圧合成部45Bに入力される。零軸電圧合成部45Bでは、図15~図18で示したように、セクタ及び零軸電流I0の増減に応じて、第3ベクトルパターンを選択して挿入する。セクタ7の場合、第1ベクトルパターンはV42,零軸電流を減少させる場合に挿入する第3ベクトルパターンはV02,零軸電流を増加させる場合に挿入する第3ベクトルパターンはV40となる。 The voltage value of one selected vector pattern and the zero-axis voltage V0 are input to the zero-axis voltage synthesizer 45B together with the DC voltage VDC . As shown in FIGS. 15 to 18, the zero-axis voltage synthesizer 45B selects and inserts a third vector pattern according to the increase / decrease of the sector and the zero-axis current I0. In the case of sector 7, the first vector pattern is V42, the third vector pattern to be inserted when the zero axis current is decreased is V02, and the third vector pattern to be inserted when the zero axis current is increased is V40.

尚、図15~図18では、第3ベクトルパターンの電圧ベクトルを1箇所のみに挿入しているが、偶数セクタと奇数セクタでは発生する零軸電圧の大きさが2倍異なる。第3ベクトルパターンにより発生する零軸電圧は、零軸電圧生成部44より出力される零軸電圧指令V0に一致させる必要がある。したがって、零軸電圧指令V0に対する制御量をセクタ毎に揃えるため、例えば、奇数セクタでは第3ベクトルパターンの電圧ベクトルの大きさはV0/2にする。 In FIGS. 15 to 18, the voltage vector of the third vector pattern is inserted at only one place, but the magnitude of the zero-axis voltage generated in the even-numbered sector and the odd-numbered sector is twice as different. The zero-axis voltage generated by the third vector pattern needs to match the zero-axis voltage command V0 output from the zero-axis voltage generation unit 44. Therefore, in order to align the control amount for the zero-axis voltage command V0 for each sector, for example, in the odd sector, the size of the voltage vector of the third vector pattern is set to V0 / 2.

以上の演算によりインバータ1,2それぞれの3相電圧の大きさが得られるため、直流電圧VDCで除して各相のデューティDu1,Dv1,Dw1,Du2,Dv2,Dw2が決定されて出力される。 Since the magnitude of the three-phase voltage of each of the inverters 1 and 2 can be obtained by the above calculation, the duty Du1, Dv1, Dw1, Du2, Dv2, Dw2 of each phase is determined and output by dividing by the DC voltage VDC. To.

図20,図21は、それぞれ第1,第2実施形態の制御による零軸電流の抑制結果をシミュレーションした波形を示す。図21では図20に比較して、相電流の基本波周波数の3倍成分を抑圧できていることが分かる。 20 and 21 show waveforms simulating the results of suppressing the zero-axis current by controlling the first and second embodiments, respectively. In FIG. 21, it can be seen that the component three times the fundamental wave frequency of the phase current can be suppressed as compared with FIG.

以上のように第2実施形態によれば、空間電圧ベクトル変調部45は、各セクタに応じて用いる1ベクトルパターンを制御周期中に1パターンのみ出力する前又は後に、第3ベクトルパターンを挿入する。負極性の零軸電圧を発生させる際には第3ベクトルパターンとして、第1ベクトルパターンに基づきインバータ1を構成するFET3を全てオフするベクトルパターンを選択し、正極性の零軸電圧を発生させる際には第3ベクトルパターンとして、第1ベクトルパターンに基づきインバータ2を構成するFET3を全てオフするベクトルパターンを選択する。 As described above, according to the second embodiment, the space voltage vector modulation unit 45 inserts the third vector pattern before or after outputting only one pattern in the control cycle for the one vector pattern used according to each sector. .. When generating a negative zero-axis voltage, select a vector pattern that turns off all FETs 3 constituting the inverter 1 based on the first vector pattern as the third vector pattern, and generate a positive zero-axis voltage. As the third vector pattern, a vector pattern that turns off all the FETs 3 constituting the inverter 2 is selected based on the first vector pattern.

これにより、相電流の基本波周波数の3倍成分で流れる低周波の零軸電流と、インバータ1,2のスイッチングに同期して流れるキャリア成分の零軸電流との双方を抑制でき、インバータ1及び2並びにモータMの低電流化・低損失化を実現できる。 As a result, both the low-frequency zero-axis current that flows at a component three times the fundamental wave frequency of the phase current and the zero-axis current of the carrier component that flows in synchronization with the switching of the inverters 1 and 2 can be suppressed, and the inverter 1 and 2. It is possible to realize low current and low loss of the motor M.

(第3実施形態)
第3実施形態は、駆動方式の切り替え制御に関するものである。第1及び第2実施形態は、特にモータMが高速で運転される領域において変調率を0.866より大に設定し、出力電圧を増大させる際に有効である。そこで、モータMが低速で運転される領域では異なる駆動方式,例えば特許文献1と同様の駆動方式を採用する。以下では、高速運転領域で採用する第1実施形態の駆動方式を「同期パルス制御」と称し、低速運転領域で採用する駆動方式を「通常パルス制御」と称する。
(Third Embodiment)
The third embodiment relates to the switching control of the drive system. The first and second embodiments are effective in setting the modulation factor to be larger than 0.866 and increasing the output voltage, particularly in the region where the motor M is operated at high speed. Therefore, in a region where the motor M is operated at a low speed, a different drive method, for example, a drive method similar to that in Patent Document 1, is adopted. Hereinafter, the drive system of the first embodiment adopted in the high-speed operation region is referred to as "synchronous pulse control", and the drive system adopted in the low-speed operation region is referred to as "normal pulse control".

図22は、通常パルス制御を実行する際の制御装置51の構成を示す。第2実施形態の構成をベースとして、d軸電流指令生成部52,電流制御部16に替わるdq軸電流制御部53,空間電圧ベクトル変調部45に替わる空間電圧ベクトル変調部54を備えている。d軸電流指令生成部52は、弱め界磁制御のためのd軸電流指令値を、直流電圧VDCとdq軸の電圧振幅Vdqとから、両者の差をPI演算することで生成して出力する。 FIG. 22 shows the configuration of the control device 51 when executing normal pulse control. Based on the configuration of the second embodiment, it includes a d-axis current command generation unit 52, a dq-axis current control unit 53 that replaces the current control unit 16, and a space voltage vector modulation unit 54 that replaces the space voltage vector modulation unit 45. The d-axis current command generation unit 52 generates and outputs a d-axis current command value for field weakening control from the DC voltage VDC and the voltage amplitude V dq of the dq axis by performing PI calculation on the difference between the two. ..

図23は、dq軸電流制御部53の詳細構成を示す。dq軸電流制御部53は、PI制御部55d及び55qと非干渉項演算部56とを備えている。PI制御部55dは、d軸電流指令値IdRefとd軸電流Idとの差分から、PI制御演算によりd軸電圧Vd_PIを演算する。PI制御部55qは同様に、q軸電流指令値IqRefとq軸電流Iqとの差分から、PI制御演算によりq軸電圧Vq_PIを演算する。 FIG. 23 shows a detailed configuration of the dq-axis current control unit 53. The dq-axis current control unit 53 includes PI control units 55d and 55q and a non-interference term calculation unit 56. The PI control unit 55d calculates the d-axis voltage V d_PI by the PI control calculation from the difference between the d-axis current command value I dRef and the d-axis current Id. Similarly, the PI control unit 55q calculates the q-axis voltage V q_PI by the PI control calculation from the difference between the q-axis current command value I qRef and the q-axis current Iq.

非干渉項演算部56は、dq軸の干渉を防止するため、図中に示す式で非干渉項Vd_FF,Vq_FFを求め、加算器58d,58qにより、d軸電圧Vd_PI,q軸電圧Vq_PIにそれぞれ加算する。そして、加算器58d,58qの加算結果が、最終的なd軸電圧指令値Vd、q軸電圧指令値Vqとなる。 The non-interference term calculation unit 56 obtains the non-interference terms V d_FF and V q_FF by the formula shown in the figure in order to prevent the interference of the dq axis, and the d-axis voltage V d_PI and the q-axis voltage are obtained by the adders 58d and 58q. Add to V q_PI respectively. Then, the addition result of the adders 58d and 58q becomes the final d-axis voltage command value Vd and the q-axis voltage command value Vq.

このように、通常パルス制御と同期パルス制御とで用いる電流制御部の構成を切り分ける理由を述べる。通常パルス制御は、電流制御でd軸電圧Vd,q軸電圧Vqを直接生成する一般的なベクトル制御であり、弱め界磁制御と速度制御との結果から得られる電流指令値に電流を追従させる。これにより、電流位相の進み制御とモータの出力トルク制御との応答性が良好なモータ制御を実現する。すなわち、制御性を重視した電流制御を適用する。 In this way, the reason for separating the configuration of the current control unit used in the normal pulse control and the synchronous pulse control will be described. The normal pulse control is a general vector control in which the d-axis voltage Vd and the q-axis voltage Vq are directly generated by the current control, and the current is made to follow the current command value obtained from the results of the field weakening control and the speed control. This realizes motor control with good responsiveness between current phase lead control and motor output torque control. That is, current control that emphasizes controllability is applied.

一方、同期パルス制御はモータの高出力領域で使用するため、通常パルス制御に比較して、出力電圧を直流電圧の最大までにして電流位相を更に進める必要がある。つまり出力を重視した制御である。この場合は、電圧振幅と電圧位相からd,q軸電圧Vd,Vqを演算して出力電圧を指令する方が、モータを制御し易くなる。変調率が1.0であれば電圧振幅は最大値を入力することになり、電圧位相のみ制御してq軸電流を制御し、その結果速度を制御する。その結果として弱め界磁制御が行われる。 On the other hand, since the synchronous pulse control is used in the high output region of the motor, it is necessary to further advance the current phase by setting the output voltage to the maximum of the DC voltage as compared with the normal pulse control. In other words, it is a control that emphasizes output. In this case, it is easier to control the motor by calculating the d, q-axis voltage Vd, Vq from the voltage amplitude and the voltage phase and instructing the output voltage. If the modulation factor is 1.0, the maximum value of the voltage amplitude is input, and only the voltage phase is controlled to control the q-axis current, and as a result, the speed is controlled. As a result, field weakening control is performed.

次に、第3実施形態の作用について図24から図29を参照して説明する。図24に示すように、例えば上位の制御装置より入力される、通常パルス制御から同期パルス制御への切り替えを指示する信号がONになると(S1;YES)、同期パルス制御における電流制御部16が停止中であることを確認してから(S2;YES)、現時点での通常パルス制御における電圧振幅Vdq,電圧位相θを演算する(S3,S4)。電圧振幅Vdqは、d軸電圧Vd,q軸電圧Vqの2乗和の平方根であり、電圧位相θは、Atan(Vd/Vq)である。 Next, the operation of the third embodiment will be described with reference to FIGS. 24 to 29. As shown in FIG. 24, for example, when the signal instructing the switching from the normal pulse control to the synchronous pulse control, which is input from the upper control device, is turned ON (S1; YES), the current control unit 16 in the synchronous pulse control is turned on. After confirming that the system is stopped (S2; YES), the voltage amplitude V dq and the voltage phase θ in the current normal pulse control are calculated (S3, S4). The voltage amplitude V dq is the square root of the sum of squares of the d-axis voltage Vd and the q-axis voltage Vq, and the voltage phase θ is Atan (Vd / Vq).

ここで、通常パルス制御から同期パルス制御への切り替えは、例えば変調率0.866を閾値として設定しておき、モータMの運転状態に伴い変調率を0.866より大に設定する必要が生じた際に、上記の切り替え指示信号をONにする。 Here, in order to switch from normal pulse control to synchronous pulse control, for example, it is necessary to set a modulation factor of 0.866 as a threshold value and set the modulation factor to a value larger than 0.866 according to the operating state of the motor M. At that time, the above switching instruction signal is turned ON.

続いて、同期パルス制御を開始する際の電圧振幅,電圧位相の初期値Vamp,θvを設定する(S5)。電圧振幅の初期値Vampは電圧振幅Vdqに設定し、電圧位相の初期値θvは、電流制御部16のPI制御部22が出力するθV_PIの積分項を、上記の電圧位相θから非干渉項θV_FFを減算した値とする。尚,非干渉項θV_FFは切り替え時に演算を開始する。その結果、電圧位相θvの初期値は、切り替え前の電圧Vd,Vqから算出した電圧位相θとなる。これにより,電流制御部の切り替え前後で電圧Vd,Vqの大きさを一致させることができる。 Subsequently, the initial values Vamp and θv of the voltage amplitude and the voltage phase at the time of starting the synchronous pulse control are set (S5). The initial value Vamp of the voltage amplitude is set to the voltage amplitude V dq , and the initial value θv of the voltage phase does not set the integral term of θ V_PI output by the PI control unit 22 of the current control unit 16 from the above voltage phase θ. It is the value obtained by subtracting the interference term θ V_FF . The non-interference term θ V_FF starts the calculation at the time of switching. As a result, the initial value of the voltage phase θv becomes the voltage phase θ calculated from the voltages Vd and Vq before switching. As a result, the magnitudes of the voltages Vd and Vq can be matched before and after the switching of the current control unit.

次に、同期パルス制御に用いる電流制御部16の動作を開始させ(S6)、dq軸電流制御部53の動作を、図26に示すように、PI制御部55のみ停止させる(S7)。図26は、ステップS5~S7の処理を概念的に示している。非干渉項演算部56は、後述する逆方向への切り替え時に演算結果を使用するため継続して動作させる。それから、電圧振幅が、初期値のVdqから(VDC×2/√3),つまり直流電圧VDCの2倍値の相電圧換算値以上となったか否かを判断する(S8,図27参照)。 Next, the operation of the current control unit 16 used for the synchronous pulse control is started (S6), and the operation of the dq-axis current control unit 53 is stopped only by the PI control unit 55 as shown in FIG. 26 (S7). FIG. 26 conceptually shows the processing of steps S5 to S7. The non-interference term calculation unit 56 is continuously operated because the calculation result is used when switching in the reverse direction, which will be described later. Then, it is determined whether or not the voltage amplitude is equal to or greater than the initial value V dq ( VDC × 2 / √3), that is, the phase voltage conversion value which is twice the DC voltage VDC (S8, FIG. 27). reference).

ampが(VDC×2/√3)に達していなければ(S8;NO)、電圧振幅を増加させる(S11)。Vampが(VDC×2/√3)に達すると(S8;YES→S9)、第1実施形態のように空間電圧ベクトルを用いて同期パルス制御を行う(S10,図28参照)。すなわち、空間電圧ベクトル変調部54から、空間電圧ベクトル変調部18に切り替える。 If V amp does not reach ( VDC × 2 / √3) (S8; NO), the voltage amplitude is increased (S11). When V amp reaches ( VDC × 2 / √3) (S8; YES → S9), synchronous pulse control is performed using a space voltage vector as in the first embodiment (see S10 and FIG. 28). That is, the space voltage vector modulation unit 54 is switched to the space voltage vector modulation unit 18.

図25は、図24とは逆に、同期パルス制御から通常パルス制御への切り替え処理を示している。同期パルス制御から通常パルス制御への切り替えを指示する信号がONになると(S21;YES)、空間電圧ベクトル変調部18から、空間電圧ベクトル変調部54に切り替える(S22;YES→S23)。そして、電圧振幅の目標値を演算する(S24)。目標値Vdqは、通常パルス制御における非干渉項演算部56で計算されたVd_FFとVq_FFとの2乗和の平方根とする。 FIG. 25 shows the switching process from the synchronous pulse control to the normal pulse control, contrary to FIG. 24. When the signal instructing the switching from the synchronous pulse control to the normal pulse control is turned ON (S21; YES), the space voltage vector modulation unit 18 is switched to the space voltage vector modulation unit 54 (S22; YES → S23). Then, the target value of the voltage amplitude is calculated (S24). The target value V dq is the square root of the sum of squares of V d_FF and V q_FF calculated by the non-interference term calculation unit 56 in normal pulse control.

それから、出力電圧Vampを、最大値(VDC×2/√3)から目標値Vdqまで緩やかに減少させる(S25,S30)。出力電圧Vampが目標値Vdqに達すると(S25;YES→S26)、dq軸電流制御部53の動作を開始させ(S28)電流制御部16の動作を停止させるが(S29)、それに先立ちd軸電圧Vd,q軸電圧Vq及びd軸電流指令Idrefの初期値を設定する(S27)。上述のように、非干渉項が目標値,初期値として入力されるので、PI制御部55の積分項の初期値は0とする。また、同期パルス制御時のd軸電流はd軸電流指令Idrefとして上書きされるので、通常パルス制御に切り替える際に、弱め界磁制御部の積分項の初期値として用いる。 Then, the output voltage Vamp is gradually reduced from the maximum value ( VDC × 2 / √3) to the target value V dq (S25, S30). When the output voltage V amp reaches the target value V dq (S25; YES → S26), the operation of the dq axis current control unit 53 is started (S28) and the operation of the current control unit 16 is stopped (S29), but prior to that. The initial values of the d-axis voltage Vd, the q-axis voltage Vq , and the d-axis current command I default are set (S27). As described above, since the non-interference term is input as the target value and the initial value, the initial value of the integral term of the PI control unit 55 is set to 0. Further, since the d-axis current at the time of synchronous pulse control is overwritten as the d-axis current command I default , it is used as the initial value of the integral term of the field weakening control unit when switching to the normal pulse control.

図29は、通常パルス制御→同期パルス制御→通常パルス制御のように移行させた場合のシミュレーション結果を示す。6極モータでPWM制御キャリア周波数は5kHz,回転数80rps,出力トルクは3N・m,出力電圧Vampの変化率0.7V/msである。制御の切り替えに際してモータの回転数は1rps未満であり、殆ど変動することなくスムーズに切り替えができている。 FIG. 29 shows a simulation result in the case of transitioning from normal pulse control → synchronous pulse control → normal pulse control. With a 6-pole motor, the PWM control carrier frequency is 5 kHz, the rotation speed is 80 rps, the output torque is 3 N · m, and the rate of change of the output voltage Vamp is 0.7 V / ms. When switching the control, the rotation speed of the motor is less than 1 rps, and the switching can be performed smoothly with almost no fluctuation.

尚、第3実施形態の駆動方式の切り替えでは、制御装置11,42,51でそれぞれ使用する機能ブロックを入れ替えているが、実際にこれらの制御装置を構成する際にはマイクロコンピュータやDSP(Digital Signal Processor)のソフトウェアを用いたり、FPGA(Field Programmable Gate Array)等を用いることができる。したがって、機能ブロックの入れ替えは、リアルタイム制御でも柔軟に行うことが可能である。 In the switching of the drive method of the third embodiment, the functional blocks used in the control devices 11, 42, and 51 are exchanged, but when actually configuring these control devices, a microcomputer or a DSP (Digital) is used. The software of Signal Processor) can be used, or FPGA (Field Programmable Gate Array) or the like can be used. Therefore, the replacement of functional blocks can be flexibly performed even with real-time control.

以上のように第3実施形態によれば、インバータ1及び2を駆動する信号の変調率が閾値に達するまでは、制御周期中に第2スイッチングパターンの出力に続いて第1スイッチングパターンを2回出力し、その後第2スイッチングパターンを再度出力する通常パルス制御を行う。そして、変調率が閾値に達すると同期パルス制御に切り替える。これにより、モータMの運転状態に適した駆動方式を選択的に用いることができる。また、駆動方式を切り替える際に、制御に用いるパラメータの初期値を適切に設定することで、モータMの回転速度に変動が生じることを抑制し、切り替えをスムーズに行うことができる。 As described above, according to the third embodiment, until the modulation factor of the signals driving the inverters 1 and 2 reaches the threshold value, the first switching pattern is repeated twice following the output of the second switching pattern during the control cycle. Normal pulse control is performed to output and then output the second switching pattern again. Then, when the modulation factor reaches the threshold value, the control is switched to the synchronous pulse control. This makes it possible to selectively use a drive method suitable for the operating state of the motor M. Further, by appropriately setting the initial values of the parameters used for control when switching the drive method, it is possible to suppress fluctuations in the rotation speed of the motor M and perform the switching smoothly.

(その他の実施形態)
電流センサ7は、シャント抵抗でもCTでも良い。
交流電源は単相であっても良い。
スイッチング素子はMOSFETに限ることなく、その他IGBT,パワートランジスタ、SiC,GaN等のワイドバンドギャップ半導体等を使用しても良い。
空気調和機に限ることなく、その他の製品等に適用しても良い。
(Other embodiments)
The current sensor 7 may be a shunt resistor or CT.
The AC power supply may be single-phase.
The switching element is not limited to the MOSFET, and other wide bandgap semiconductors such as IGBTs, power transistors, SiC, and GaN may be used.
Not limited to air conditioners, it may be applied to other products and the like.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態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。これら新規な実施形態は、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、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、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。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and variations thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.

図面中、Mはオープン構造巻線モータ、1は1次側インバータ1,2は2次側インバータ、11は制御装置、18は空間電圧ベクトル変調部、30は空気調和機を示す。 In the drawings, M is an open structure winding motor, 1 is a primary side inverter 1, 2 is a secondary side inverter, 11 is a control device, 18 is a space voltage vector modulator, and 30 is an air conditioner.

実施形態のオープン巻線モータ駆動装置は、3相巻線がそれぞれ独立であり、6つの端子を備えるオープン巻線構造のモータが備える6つの端子のうち3つの端子に接続される1次側インバータと、
前記モータの端子の残り3つの端子に接続される2次側インバータと、
PWM制御における前記1次側及び2次側インバータそれぞれの線間デューティ比に基づいて、前記モータに通電する電流及び回転速度を制御する制御部と、
前記モータに通電される電流を検出する電流検出器とを備え、
前記制御部は、前記1次側,2次側インバータそれぞれの線間のデューティに基づきモータの電流,回転速度を制御すると共に、前記1次側,2次側インバータの間において3相を同方向に流れる零軸電流を抑制する零軸電流抑制部を有し、
前記零軸電流抑制部は、前記1次側及び2次側インバータのオンオフパターンの組合せである64の電圧ベクトルからなる空間電圧ベクトルについて、
零軸電圧を発生させず且つ前記モータの相間に作用する電圧を発生させない第2スイッチングパターンが2つずつ位置するポイントを中心とし、モータの3相に等しく作用する零軸電圧を発生させず且つ前記モータに印加する電圧を発生させる第1スイッチングパターンがそれぞれ2つずつ位置するポイントを頂点として分割される6領域をさらに2等分した12のセクタに分割し、各セクタに応じて用いる第1スイッチングパターンを制御周期中に1パターンのみ選択する。
また、実施形態の冷凍サイクル装置は、3相巻線がそれぞれ独立であり、6つの巻線端子を備えるオープン巻線構造のモータと、
実施形態のオープン巻線モータ駆動装置とを備える。
In the open winding motor drive device of the embodiment, the three-phase windings are independent of each other, and are connected to three of the six terminals of the motor having an open winding structure having six terminals . Primary side inverter to be
A secondary inverter connected to the remaining three terminals of the motor,
A control unit that controls the current and rotation speed that energize the motor based on the line-to-line duty ratio of each of the primary and secondary inverters in PWM control.
It is equipped with a current detector that detects the current energized in the motor.
The control unit controls the current and rotation speed of the motor based on the duty between the lines of the primary side and secondary side inverters, and has three phases in the same direction between the primary side and secondary side inverters. It has a zero-axis current suppression unit that suppresses the zero-axis current flowing through the inverter.
The zero-axis current suppression unit has a space voltage vector composed of 64 voltage vectors, which is a combination of on / off patterns of the primary side and secondary side inverters.
Centering on the point where two second switching patterns that do not generate a zero-axis voltage and do not generate a voltage that acts between the phases of the motor are located, and do not generate a zero-axis voltage that acts equally on the three phases of the motor. The first switching pattern that generates the voltage applied to the motor is divided into 12 sectors, which are further divided into 12 sectors, with the 6 regions divided by the points where two of them are located as the vertices, and used according to each sector. Only one switching pattern is selected during the control cycle.
Further, in the refrigeration cycle apparatus of the embodiment, a motor having an open winding structure in which three-phase windings are independent and has six winding terminals, and a motor having an open winding structure,
The open winding motor drive device of the embodiment is provided.

Claims (5)

3相巻線がそれぞれ独立であり、6つの出力端子を備えるオープン巻線構造のモータが備える6つの出力端子のうち3つの出力端子に接続される1次側インバータと、
前記モータの出力端子の残り3つの出力端子に接続される2次側インバータと、
PWM制御における前記1次側及び2次側インバータそれぞれの線間デューティ比に基づいて、前記モータに通電する電流及び回転速度を制御する制御部と、
前記モータに通電される電流を検出する電流検出器とを備え、
前記制御部は、前記1次側,2次側インバータそれぞれの線間のデューティに基づきモータの電流,回転速度を制御すると共に、前記1次側,2次側インバータの間において3相を同方向に流れる零軸電流を抑制する零軸電流抑制部を有し、
前記零軸電流抑制部は、前記1次側及び2次側インバータのオンオフパターンの組合せである64の電圧ベクトルからなる空間電圧ベクトルについて、
零軸電圧を発生させず且つ前記モータの相間に作用する電圧を発生させない第2スイッチングパターンが2つずつ位置するポイントを中心とし、モータの3相に等しく作用する零軸電圧を発生させず且つ前記モータに印加する電圧を発生させる第1スイッチングパターンがそれぞれ2つずつ位置するポイントを頂点として分割される6領域をさらに2等分した12のセクタに分割し、各セクタに応じて用いる第1スイッチングパターンを、制御周期中に1パターンのみ選択するオープン巻線モータ駆動装置。
A primary inverter connected to three of the six output terminals of a motor with an open winding structure, each of which has three independent windings and has six output terminals.
A secondary inverter connected to the remaining three output terminals of the motor,
A control unit that controls the current and rotation speed that energize the motor based on the line-to-line duty ratio of each of the primary and secondary inverters in PWM control.
It is equipped with a current detector that detects the current energized in the motor.
The control unit controls the current and rotation speed of the motor based on the duty between the lines of the primary side and secondary side inverters, and has three phases in the same direction between the primary side and secondary side inverters. It has a zero-axis current suppression unit that suppresses the zero-axis current flowing through the inverter.
The zero-axis current suppression unit has a space voltage vector composed of 64 voltage vectors, which is a combination of on / off patterns of the primary side and secondary side inverters.
Centering on the point where two second switching patterns that do not generate a zero-axis voltage and do not generate a voltage that acts between the phases of the motor are located, and do not generate a zero-axis voltage that acts equally on the three phases of the motor. The first switching pattern that generates the voltage applied to the motor is divided into 12 sectors, which are further divided into 12 sectors, with the 6 regions divided by the points where two points are located as the vertices, and the first is used according to each sector. An open winding motor drive that selects only one switching pattern during the control cycle.
前記零軸電流抑制部は、隣り合う2つのセクタについて、同一の第1スイッチングパターンを選択する請求項1記載のオープン巻線モータ駆動装置。 The open winding motor drive device according to claim 1, wherein the zero-axis current suppression unit selects the same first switching pattern for two adjacent sectors. 前記零軸電流抑制部は、各セクタに応じて用いる前記第1スイッチングパターンを制御周期中に1パターンのみ出力する前又は後に、零軸電圧を発生させ、且つ前記モータの相間に作用する電圧を発生させる第3スイッチングパターンを挿入し、
負極性の零軸電圧を発生させる際には、前記第3スイッチングパターンとして、前記第1スイッチングパターンに基づき、前記1次側インバータを構成するスイッチング素子を全てオフするスイッチングパターンのみを選択し、
正極性の零軸電圧を発生させる際には、前記第3スイッチングパターンとして、前記第1スイッチングパターンに基づき、前記2次側インバータを構成するスイッチング素子を全てオフするスイッチングパターンのみを選択する請求項1又は2記載のオープン巻線モータ駆動装置。
The zero-axis current suppression unit generates a zero-axis voltage before or after outputting only one pattern during the control cycle of the first switching pattern used according to each sector, and generates a voltage acting between the phases of the motor. Insert the third switching pattern to generate,
When generating a negative axis zero-axis voltage, as the third switching pattern, only a switching pattern that turns off all the switching elements constituting the primary side inverter is selected based on the first switching pattern.
A claim that when generating a positive zero-axis voltage, as the third switching pattern, only a switching pattern that turns off all the switching elements constituting the secondary inverter based on the first switching pattern is selected. The open winding motor drive device according to 1 or 2.
前記各セクタに応じて用いる第1スイッチングパターンを、制御周期中に1パターンのみ選択する制御を同期パルス制御とすると、
前記零軸電流抑制部は、前記インバータを駆動する信号の変調率が閾値に達するまでは、前記制御周期中に、前記第2スイッチングパターンの出力に続いて前記第1スイッチングパターンを2回出力し、その後前記第2スイッチングパターンを再度出力する通常パルス制御を行い、
前記変調率が閾値に達すると、前記同期パルス制御に切り替える請求項3記載のオープン巻線モータ駆動装置。
Assuming that the control for selecting only one pattern during the control cycle as the first switching pattern used according to each sector is the synchronous pulse control.
The zero-axis current suppression unit outputs the first switching pattern twice following the output of the second switching pattern during the control cycle until the modulation factor of the signal driving the inverter reaches the threshold value. After that, normal pulse control for outputting the second switching pattern again is performed.
The open winding motor drive device according to claim 3, wherein when the modulation factor reaches a threshold value, the control is switched to the synchronous pulse control.
3相巻線がそれぞれ独立であり、6つの巻線端子を備えるオープン巻線構造のモータと、
請求項1から4の何れか一項に記載のオープン巻線モータ駆動装置とを備える冷凍サイクル装置。
A motor with an open winding structure in which each of the three-phase windings is independent and has six winding terminals.
A refrigeration cycle device including the open winding motor drive device according to any one of claims 1 to 4.
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