JP2024047610A - Method for controlling inverter for driving motor - Google Patents

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巧 柿元
将也 榎本
勝 長谷川
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【課題】本発明は、過変調制御を実行するインバータの制御装置において、過変調領域の駆動に必要な三相分の電流を再現する。【解決手段】過変調制御を実行するモータ3駆動用のインバータ1において、インバータ1の直流電流部に設置した1シャント方式の電流検出回路4によって一相分のモータ電流を検出する。三相過変調駆動時は、過変調制御領域における他の二相分のモータ入力電流値をキルヒホッフの法則にしたがって推定することで三相過変調駆動を実現する。【選択図】 図1[Problem] The present invention reproduces the three-phase currents required for driving in the overmodulation region in an inverter control device that performs overmodulation control. [Solution] In an inverter 1 for driving a motor 3 that performs overmodulation control, a one-phase motor current is detected by a one-shunt type current detection circuit 4 installed in the DC current section of the inverter 1. During three-phase overmodulation drive, the motor input current values for the other two phases in the overmodulation control region are estimated according to Kirchhoff's law, thereby realizing three-phase overmodulation drive. [Selected Figure] Figure 1

Description

本発明は、過変調制御を実行するインバータの制御装置において、当該制御に必要な三相分の電流を再現するための技術に関する。 The present invention relates to a technology for reproducing the three-phase current required for overmodulation control in an inverter control device that performs overmodulation control.

従来から、モータを駆動させるインバータの制御方法として、ベクトル制御が知られている。ベクトル制御の実現には、回転子の位置を検出する位置センサや、モータの入力電流を検出する電流センサが必要となる。 Conventionally, vector control has been known as a method of controlling an inverter that drives a motor. To achieve vector control, a position sensor that detects the rotor position and a current sensor that detects the input current to the motor are required.

電流センサや位置センサの設置は、システムの高コスト化、大型化を招き、また、信頼性の低下を招くおそれがある。特に、圧縮機等のモータを駆動させるためのインバータは、低コスト化、省スペース化の要求から、位置センサや電流センサを廃した構成が用いられるようになっている。 The installation of current and position sensors increases the cost and size of the system, and may also reduce reliability. In particular, inverters for driving motors such as compressors are increasingly being designed without position and current sensors in order to reduce costs and space.

位置センサの代替には、モータに入力される電圧、電流から回転子位置を推定した情報を用いることが可能である(位置センサレス制御)。電流センサについては、その代替として、1シャント電流検出方式の採用が知られている(下記特許文献1参照)。 In place of the position sensor, it is possible to use information that estimates the rotor position from the voltage and current input to the motor (position sensorless control). As for the current sensor, the use of a one-shunt current detection method is known as an alternative (see Patent Document 1 below).

特開2010-288359号公報JP 2010-288359 A

前記圧縮機等は空調機に用いられることが代表的であるが、空調機においては、急速冷房時などに圧縮機を高回転で駆動する運転モードが存在し、圧縮機は回転数に応じて負荷が増加するため、圧縮機用のモータは高回転高負荷で駆動することになる。 The compressors are typically used in air conditioners, but in air conditioners, there is an operating mode in which the compressor is driven at high speed during rapid cooling, etc., and the load on the compressor increases according to the rotation speed, so the motor for the compressor is driven at high speed and high load.

モータを高回転高負荷で駆動するために弱め界磁制御が採択されるが、高速回転時の効率の低下を招きやすい。弱め界磁制御は最大回転数を高めるために、永久磁石の磁束を弱める電流を流して、逆起電圧を下げる。この弱め界磁による電流の銅損によって、高速回転時の効率が低下する。 Field-weakening control is used to drive motors at high speeds and high loads, but this can easily result in a decrease in efficiency at high speeds. In order to increase the maximum rotation speed, field-weakening control passes a current that weakens the magnetic flux of the permanent magnet, thereby lowering the back electromotive force. The copper loss caused by the current caused by this field-weakening reduces efficiency at high speeds.

そこで、モータ効率が低下する弱め界磁制御領域を減らすために、過変調制御を採用する方法が知られている。 Therefore, a method that employs overmodulation control is known to reduce the field weakening control region where motor efficiency decreases.

しかし、前述した1シャント電流検出方式を採用した場合、過変調時、位置センサレス制御の実現に三相分の電流値が必要であるが、三相過変調時において、検出できる電流は1相分のみである。 However, when using the one-shunt current detection method described above, three-phase current values are required to achieve position sensorless control during overmodulation, but during three-phase overmodulation, only one phase of current can be detected.

この点、前記特許文献1記載の制御装置は、三相過変調駆動時、平均化した直流母線電流、1相分の瞬時相電流、直流電圧を用いて三相分の電流をキルヒホッフの法則を適用して推定している。 In this regard, the control device described in Patent Document 1 estimates the three-phase current by applying Kirchhoff's law using the averaged DC bus current, the instantaneous phase current for one phase, and the DC voltage during three-phase overmodulation drive.

詳述すると、前記制御装置は、電流再現部と、PWM発生器と、dq逆変換器、電圧指令演算部、速度指令発生部、位置センサレス制御部を有しており、電流再現部は、直流母線電流検出器により検出された直流母線電流I0,直流電圧検出器により検出された直流電圧(Ed),PWM信号情報,印加電圧指令値(Vd*,Vq*),インバータ推定回転位相θdcを用いて、回転(dq)座標軸上での電動機電流(Id,Iq)を再現電流(Idc,Iqc)として再現する。 In more detail, the control device has a current reproduction unit, a PWM generator, a dq inverse converter, a voltage command calculation unit, a speed command generation unit, and a position sensorless control unit, and the current reproduction unit reproduces the motor current (Id, Iq) on the rotation (dq) coordinate axis as a reproduced current (Idc, Iqc) using the DC bus current I0 detected by the DC bus current detector, the DC voltage (Ed) detected by the DC voltage detector, PWM signal information, applied voltage command values (Vd*, Vq*), and the inverter estimated rotation phase θdc.

PWM発生器は、交流印加電圧指令(Vu*,Vv*,Vw*)よりPWM信号を発生し、dq逆変換器は、印加電圧指令値(Vd*,Vq*)を基に交流印加電圧指令(Vu*,Vv*,Vw*)へ変換する。電圧指令演算部は、再現電流(Idc,Iqc)と速度指令値ω1*を用いて電動機への印加電圧指令値(Vd*,Vq*)を算出し、速度指令発生部は、電圧指令演算部9へ速度指令値ω1*を出力する。 The PWM generator generates a PWM signal from the AC applied voltage commands (Vu*, Vv*, Vw*), and the dq inverse converter converts the applied voltage command values (Vd*, Vq*) into AC applied voltage commands (Vu*, Vv*, Vw*). The voltage command calculation unit calculates the applied voltage command values (Vd*, Vq*) to the motor using the reproduced currents (Idc, Iqc) and the speed command value ω1*, and the speed command generation unit outputs the speed command value ω1* to the voltage command calculation unit 9.

位置センサレス制御部は、再現電流(Idc,Iqc)と印加電圧指令値(Vd*,Vq*)を用いて、電動機回転位相θdを推定し、電流再現部は、AD変換部,フィルタ処理部,電流相判別部,電流再現演算部を有し、AD変換部は、直流母線電流I0と直流電圧EdとをAD変換して、それぞれI0-SとEd-Sとする。 The position sensorless control unit estimates the motor rotation phase θd using the reproduced current (Idc, Iqc) and the applied voltage command value (Vd*, Vq*). The current reproduction unit has an AD conversion unit, a filter processing unit, a current phase discrimination unit, and a current reproduction calculation unit. The AD conversion unit converts the DC bus current I0 and DC voltage Ed into I0-S and Ed-S, respectively.

フィルタ処理部は、AD変換された直流母線電流I0-Sをフィルタ処理して平均直流母線電流I0-FL-Sを出力し、電流相判別部は、AD変換された直流母線電流I0-SをPWM信号情報を用いて、電動機のどの相電流かを判別する。 The filter processing unit filters the AD converted DC bus current I0-S to output the average DC bus current I0-FL-S, and the current phase determination unit uses the PWM signal information to determine which phase current of the motor the AD converted DC bus current I0-S belongs to.

電流再現演算部は、相判別された直流母線電流I0-S-W(W相だと判別された場合)と平均直流母線電流I0-FL-Sと、AD変換された直流電圧Ed-Sと、PWM信号情報、印加電圧指令値(Vd*,Vq*)、インバータ推定回転位相θdcを用いて、回転(dq)座標軸上での電動機電流(Id,Iq)を再現電流(Idc,Iqc)としている。 The current reproduction calculation unit uses the phase-identified DC bus current I0-S-W (if it is identified as W phase), the average DC bus current I0-FL-S, the AD-converted DC voltage Ed-S, the PWM signal information, the applied voltage command value (Vd*, Vq*), and the inverter estimated rotation phase θdc to obtain the motor current (Id, Iq) on the rotation (dq) coordinate axis as the reproduced current (Idc, Iqc).

本発明は、上記特許文献1記載の技術同様、1シャント電流検出方式を採用しつつ、過変調制御の三相過変調時において、より簡単な方法によって三相分の電流(モータ入力電流)を再現することのできるインバータ制御方法を開示するものである。 The present invention discloses an inverter control method that employs a single-shunt current detection method similar to the technology described in Patent Document 1, but that can reproduce three-phase currents (motor input currents) in a simpler manner during three-phase overmodulation in overmodulation control.

請求項1記載のインバータの制御方法は、過変調制御を実行するモータ駆動用インバータの制御装置において、インバータの直流電流部に設置した1シャント方式の電流検出回路によって一相分のモータ電流を検出し、三相過変調駆動時において、他の二相分のモータ入力電流値をキルヒホッフの法則にしたがって推定することに特徴を有する。 The inverter control method described in claim 1 is characterized in that in a control device for a motor drive inverter that performs overmodulation control, the motor current for one phase is detected by a one-shunt type current detection circuit installed in the DC current section of the inverter, and during three-phase overmodulation drive, the motor input current value for the other two phases is estimated according to Kirchhoff's law.

請求項1記載のインバータの制御方法によれば、極力簡単な方法によって、三相分のモータ入力電流値の推定が可能となる。また、システム構成が単純なため、汎用性が高く、システムコストを低減でき、ロバスト性や応答性の向上が図れる利点を有する。 According to the inverter control method described in claim 1, it is possible to estimate the motor input current values for three phases in the simplest possible manner. In addition, since the system configuration is simple, it has the advantages of being highly versatile, reducing system costs, and improving robustness and responsiveness.

本発明に係るモータ駆動装置を示す回路構成図である。1 is a circuit diagram showing a motor drive device according to the present invention; 前記モータの等価回路図である。FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the motor. 前記モータ駆動装置による各制御方法の採否による運転領域の変動を示すイメージ図である。5 is an image diagram showing a change in an operating region depending on whether or not each control method is adopted by the motor drive device. FIG. 前記モータ駆動装置による通常変調領域(線形領域)におけるインバータ主回路を構成する上アームのスイッチング動作図である。5 is a diagram showing a switching operation of an upper arm constituting an inverter main circuit in a normal modulation region (linear region) by the motor drive device. FIG. (a)は、図4に示す(1)領域における上下アームに流れる電流を描画した簡略的な回路図であり、(b)は図4に示す(2)領域における上下アームに流れる電流を描画した簡略的な回路図である。5A is a simplified circuit diagram illustrating the currents flowing through the upper and lower arms in the (1) region shown in FIG. 4 , and FIG. 5B is a simplified circuit diagram illustrating the currents flowing through the upper and lower arms in the (2) region shown in FIG. 4 . (a)は、前記モータ駆動装置による一相(U相)過変調時におけるインバータ主回路を構成する上アームのスイッチング動作図であり、(b)は一相(W相)過変調時におけるインバータ主回路を構成する上アームのスイッチング動作図である。1A is a diagram showing the switching operation of an upper arm constituting an inverter main circuit during one-phase (U-phase) overmodulation by the motor drive device, and FIG. 1B is a diagram showing the switching operation of an upper arm constituting an inverter main circuit during one-phase (W-phase) overmodulation. (a)は、図6(a)に示す(1)領域における上下アームに流れる電流を描画した簡略的な回路図であり、(b)は同図(b)に示す(2)領域における上下アームに流れる電流を描画した簡略的な回路図である。6(a) is a simplified circuit diagram illustrating the currents flowing through the upper and lower arms in the (1) region shown in FIG. 6(a), and (b) is a simplified circuit diagram illustrating the currents flowing through the upper and lower arms in the (2) region shown in FIG. 6(b). (a)は、図6(b)に示す(1)領域における上下アームに流れる電流を描画した簡略的な回路図であり、(b)は同図(b)に示す(2)領域における上下アームに流れる電流を描画した簡略的な回路図である。6A is a simplified circuit diagram illustrating the currents flowing through the upper and lower arms in the (1) region shown in FIG. 6B, and FIG. 6B is a simplified circuit diagram illustrating the currents flowing through the upper and lower arms in the (2) region shown in FIG. 6B. 前記モータ駆動装置による二相過変調時におけるインバータ主回路を構成する上アームのスイッチング動作図である。5 is a switching operation diagram of an upper arm constituting an inverter main circuit during two-phase overmodulation by the motor drive device. FIG. (a)は、図9に示す(1)領域における上下アームに流れる電流を描画した簡略的な回路図であり、(b)は(2)領域における上下アームに流れる電流を描画した簡略的な回路図である。10A is a simplified circuit diagram illustrating the currents flowing through the upper and lower arms in the (1) region shown in FIG. 9 , and FIG. 10B is a simplified circuit diagram illustrating the currents flowing through the upper and lower arms in the (2) region. 前記モータ駆動装置による三相過変調時におけるインバータ主回路を構成する上アームのスイッチング動作図である。5 is a switching operation diagram of an upper arm constituting an inverter main circuit during three-phase overmodulation by the motor drive device. FIG. 図11に示す三相過変調時における上下アームに流れる電流を描画した簡略的な回路図である。FIG. 12 is a simplified circuit diagram illustrating currents flowing through upper and lower arms during three-phase overmodulation shown in FIG. 11 .

以下、本発明の実施例を説明する。なお、以下に説明する各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。すなわち、本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。 Below, examples of the present invention are described. Note that the embodiments described below are intended to facilitate understanding of the present invention and are not intended to limit the present invention. In other words, the present invention may be modified or improved without departing from the spirit of the invention, and of course, the present invention includes equivalents.

図1は、本発明に係るモータ駆動装置Aを示している。モータ駆動装置Aは、インバータ1とインバータ制御装置2から概略構成されている。インバータ1はIGBTとダイオードから構成された上アームと下アームからなるインバータ主回路1aと、インバータ制御装置2からのPWM信号に基づいて、インバータ主回路1aの上アームと下アームのゲート信号を発生する図示しないゲート・ドライバから構成されている。 Figure 1 shows a motor drive device A according to the present invention. The motor drive device A is generally composed of an inverter 1 and an inverter control device 2. The inverter 1 is composed of an inverter main circuit 1a consisting of upper and lower arms made up of IGBTs and diodes, and a gate driver (not shown) that generates gate signals for the upper and lower arms of the inverter main circuit 1a based on a PWM signal from the inverter control device 2.

インバータ1は、インバータ制御装置2からのPWM信号に基づいて上アームと下アームをオン/オフし、直流電源から供給される直流電圧VDCを三相の交流電圧に変換して圧縮機用モータ3に供給する。 The inverter 1 turns the upper and lower arms on and off based on the PWM signal from the inverter control device 2, converts the DC voltage VDC supplied from the DC power source into a three-phase AC voltage, and supplies it to the compressor motor 3.

図1に示す4は、インバータ1の直流部に流れる電流iDCを直流シャント抵抗を用いて検出し、インバータ制御装置2に出力する1シャント方式の電流検出回路(以下、1シャント抵抗という)であり、インバータ制御装置2は、1シャント抵抗4によって検出した電流iDCに基づき、圧縮機用モータ3をベクトル制御方式を用いて駆動する。なお、モータ3としては、永久磁石同期モータや誘導モータが想定される。 In FIG. 1, 4 denotes a one-shunt type current detection circuit (hereinafter referred to as one-shunt resistor) that detects the current iDC flowing in the DC part of the inverter 1 using a DC shunt resistor and outputs it to the inverter control device 2. The inverter control device 2 drives the compressor motor 3 using a vector control method based on the current iDC detected by the one-shunt resistor 4. Note that the motor 3 is assumed to be a permanent magnet synchronous motor or an induction motor.

図1に示す圧縮機用モータ3の等価回路を図2に示す。図2に示すiU, iV, iwは、図1に示すインバータ制御装置2で生成したゲート信号を基に、インバータ1がモータ3内部の各相のRL回路にパルス電圧を出力することによって、RL回路のフィルタ特性によって流れる基本波を主成分とする電流を示している。また、図2に示すRは相抵抗であり、Lは相インダクタンス、eu,ev,ewは相誘起電圧を示している。 Figure 2 shows the equivalent circuit of the compressor motor 3 shown in Figure 1. iU, iV, and iw shown in Figure 2 indicate currents mainly composed of fundamental waves that flow due to the filter characteristics of the RL circuits when the inverter 1 outputs a pulse voltage to the RL circuits of each phase inside the motor 3 based on the gate signal generated by the inverter control device 2 shown in Figure 1. Also, R in Figure 2 indicates phase resistance, L indicates phase inductance, and eu, ev, and ew indicate phase induced voltages.

なお、図1に示すモータ駆動装置Aは、ベクトル制御に必要な位置センサや電流検出センサを有さず、圧縮機用モータ3に入力される電圧と電流等からモータ3の回転子位置を推定する。また、電流検出センサに変えて前述した1シャント抵抗4を用いることで、製品コストを抑制している。 The motor drive device A shown in FIG. 1 does not have a position sensor or a current detection sensor required for vector control, and estimates the rotor position of the motor 3 from the voltage and current input to the compressor motor 3. In addition, the use of the one-shunt resistor 4 described above instead of the current detection sensor reduces product costs.

前記モータ駆動装置Aのインバータ制御装置2は、図3に示すように、過変調制御を採用している。過変調制御を採用することによって、高トルクによる運転可能範囲(モータ3の回転速度)を拡大できる。また、図1に示す電源電圧(PN間電圧)VDCに対するインバータ2の出力電圧の比(電圧利用率)を向上させることが可能となる。 The inverter control device 2 of the motor drive device A employs overmodulation control, as shown in FIG. 3. By employing overmodulation control, the operable range (rotation speed of the motor 3) with high torque can be expanded. In addition, it is possible to improve the ratio (voltage utilization rate) of the output voltage of the inverter 2 to the power supply voltage (PN voltage) VDC shown in FIG. 1.

図4は図1に示すモータ駆動装置Aによる通常変調制御の領域(通常変調領域または線形領域という)におけるインバータ主回路1aを構成する上アームのスイッチング動作図である。通常変調制御では、各相の相電圧指令値vu*,vv*,vw*が三角波(キャリア波)の振幅以内に設定されている。 Figure 4 is a switching operation diagram of the upper arm constituting the inverter main circuit 1a in the region of normal modulation control (normal modulation region or linear region) by the motor drive device A shown in Figure 1. In normal modulation control, the phase voltage command values vu*, vv*, and vw* of each phase are set within the amplitude of the triangular wave (carrier wave).

この場合、インバータ主回路1aを構成する上アームは、各相の相電圧指令値vu*,vv*,vw*がキャリア波を上回っているときにONし、それ以外ではOFFする。 In this case, the upper arm that constitutes the inverter main circuit 1a is ON when the phase voltage command values vu*, vv*, and vw* of each phase exceed the carrier wave, and is OFF otherwise.

図5(a)に、図4に示す(1)領域における上下アームに流れる電流を描画した簡略的な回路図を示す。図5(a)に示すように、(1)領域においては、U相とV相の上アームがONし、W相の上アームはOFFしている。これに伴い、U相とV相の下アームはOFFし、W相の下アームはONする。 Figure 5 (a) shows a simplified circuit diagram depicting the currents flowing through the upper and lower arms in region (1) shown in Figure 4. As shown in Figure 5 (a), in region (1), the upper arms of U-phase and V-phase are ON, and the upper arm of W-phase is OFF. Accordingly, the lower arms of U-phase and V-phase are OFF, and the lower arm of W-phase is ON.

これにより、インバータ主回路1aとモータ3間の電流は、図5(a)に示す矢印の方向に流れる、と考えられる。この結果、モータ3のW相に流れる電流(-iw)をシャント抵抗4で検出することが可能となる。 As a result, it is believed that the current between the inverter main circuit 1a and the motor 3 flows in the direction of the arrow shown in Figure 5 (a). As a result, it becomes possible to detect the current (-iw) flowing through the W phase of the motor 3 using the shunt resistor 4.

図5(b)は、図4に示す(2)領域における上下アームに流れる電流を描画した簡略的な回路図である。この領域においては、U相の上アームのみONし、V相とW相の上アームはOFFする。これに伴い、U相の下アームはOFFし、V相とW相の下アームはONする。 Figure 5 (b) is a simplified circuit diagram depicting the currents flowing through the upper and lower arms in region (2) shown in Figure 4. In this region, only the upper arm of U-phase is ON, and the upper arms of V-phase and W-phase are OFF. Accordingly, the lower arm of U-phase is OFF, and the lower arms of V-phase and W-phase are ON.

すると、インバータ主回路1aとモータ3間に流れる電流は、図5(b)に示す矢印の方向に流れる、と考えられ、モータ3のU相に流れる電流(iu)をシャント抵抗4で検出することができる。 Then, the current flowing between the inverter main circuit 1a and the motor 3 is considered to flow in the direction of the arrow shown in Figure 5 (b), and the current (iu) flowing through the U phase of the motor 3 can be detected by the shunt resistor 4.

このようにして、線形領域ではキャリア波一周期で二相分の電流(図4,5の場合は、iu, -iw)を検出することができ、残りの一相分の電流は、検出した二相分の電流から算出することができるので、三相分の電流の取得が可能となる。三相分の電流の取得により、通常過変調制御による位置センサレスベクトル制御が実現できる。 In this way, in the linear region, two phases of current (iu, -iw in the case of Figures 4 and 5) can be detected in one cycle of the carrier wave, and the remaining phase of current can be calculated from the detected two phases of current, making it possible to obtain three phases of current. By obtaining three phases of current, position sensorless vector control using normal overmodulation control can be realized.

図6は図1に示すモータ駆動装置Aによる一相過変調制御の領域(一相過変調領域という)におけるインバータ主回路1aを構成する上アームのスイッチング動作図である。一相過変調制御では、相電圧指令値のうち1つの相電圧指令値のみが三角波(キャリア波)の振幅の頂点を超えて設定されている。図6(a)では、最大相であるU相の相電圧指令値vu*がキャリア波の振幅の頂点を超えて設定されており、同図(b)では、最小相であるW相の相電圧指令値vw*がキャリア波の振幅の頂点を超えて設定されている。 Figure 6 is a switching operation diagram of the upper arm constituting the inverter main circuit 1a in the region of one-phase overmodulation control (referred to as the one-phase overmodulation region) by the motor drive device A shown in Figure 1. In one-phase overmodulation control, only one of the phase voltage command values is set to exceed the peak of the amplitude of the triangular wave (carrier wave). In Figure 6 (a), the phase voltage command value vu* of the maximum phase, U-phase, is set to exceed the peak of the amplitude of the carrier wave, and in Figure 6 (b), the phase voltage command value vw* of the minimum phase, W-phase, is set to exceed the peak of the amplitude of the carrier wave.

この場合も、図4の場合と同様に、インバータ主回路1aを構成する上アームは、図6(a),(b)に示すように、各相の相電圧指令値vu*,vv*,vw*がキャリア波を上回っているときにONし、それ以外ではOFFする。 In this case, as in the case of FIG. 4, the upper arm constituting the inverter main circuit 1a is ON when the phase voltage command values vu*, vv*, and vw* of each phase exceed the carrier wave, as shown in FIG. 6(a) and (b), and is OFF otherwise.

図6(a)に示すように、U相の相電圧指令値vu*がキャリア波の振幅の頂点を超えて設定されている場合、図6(a)に示す(1)領域では、図7(a)に示すようにU相とV相の上アームがONし、W相の上アームはOFFする。これに伴い、U相とV相の下アームがOFFし、W相の下アームがONする。 As shown in FIG. 6(a), when the phase voltage command value vu* of the U phase is set to exceed the peak of the amplitude of the carrier wave, in the (1) region shown in FIG. 6(a), the upper arms of the U and V phases are ON, and the upper arm of the W phase is OFF, as shown in FIG. 7(a). Accordingly, the lower arms of the U and V phases are OFF, and the lower arm of the W phase is ON.

すると、インバータ主回路1aとモータ3間に流れる電流は、図7(a)に示す矢印の方向に流れる、と考えられ、モータ3のW相に流れる電流(-iw)をシャント抵抗4にて検出することが可能となる。 Then, the current flowing between the inverter main circuit 1a and the motor 3 is considered to flow in the direction of the arrow shown in Figure 7 (a), and the current (-iw) flowing through the W phase of the motor 3 can be detected by the shunt resistor 4.

また、図6(a)に示す(2)領域では、図7(b)に示すようにU相の上アームのみONし、V相とW相の上アームはOFFする。これに伴い、U相の下アームがOFFし、V相とW相の下アームがONする。 In the (2) region shown in FIG. 6(a), only the upper arm of the U phase is turned ON, and the upper arms of the V phase and W phase are turned OFF, as shown in FIG. 7(b). Accordingly, the lower arm of the U phase is turned OFF, and the lower arms of the V phase and W phase are turned ON.

すると、インバータ主回路1aとモータ3間に流れる電流は、図7(b)に示す矢印の方向に流れる、と考えられ、モータ3のU相に流れる電流(iu)をシャント抵抗4にて検出することが可能となる。 Then, the current flowing between the inverter main circuit 1a and the motor 3 is considered to flow in the direction of the arrow shown in Figure 7 (b), and the current (iu) flowing through the U phase of the motor 3 can be detected by the shunt resistor 4.

図6(b)に示すように、W相の相電圧指令値vw*がキャリア波の振幅の頂点を超えて設定されている場合、図6(b)に示す(1)領域では、図8(a)に示すようにU相とV相の上アームがONし、W相の上アームはOFFする。これに伴い、U相とV相の下アームがOFFし、W相の下アームがONする。 As shown in FIG. 6(b), when the phase voltage command value vw* of the W phase is set to exceed the peak of the amplitude of the carrier wave, in the (1) region shown in FIG. 6(b), the upper arms of the U and V phases are turned ON, and the upper arm of the W phase is turned OFF, as shown in FIG. 8(a). Accordingly, the lower arms of the U and V phases are turned OFF, and the lower arm of the W phase is turned ON.

すると、インバータ主回路1aとモータ3間に流れる電流は、図8(a)に示す矢印の方向に流れる、と考えられ、モータ3のW相に流れる電流(-iw)をシャント抵抗4にて検出することができる。 Then, the current flowing between the inverter main circuit 1a and the motor 3 is considered to flow in the direction of the arrow shown in Figure 8 (a), and the current (-iw) flowing through the W phase of the motor 3 can be detected by the shunt resistor 4.

また、図6(b)に示す(2)領域では、図8(b)に示すようにU相の上アームのみONし、V相とW相の上アームはOFFする。これに伴い、U相の下アームがOFFし、V相とW相の下アームがONする。 In the (2) region shown in FIG. 6(b), only the upper arm of the U phase is ON, and the upper arms of the V phase and W phase are OFF, as shown in FIG. 8(b). Accordingly, the lower arm of the U phase is OFF, and the lower arms of the V phase and W phase are ON.

これにより、インバータ主回路1aとモータ3間に流れる電流は、図8(b)に示す矢印の方向に流れる、と考えられ、モータ3のU相に流れる電流(iu)をシャント抵抗4にて検出することが可能となる。 As a result, the current flowing between the inverter main circuit 1a and the motor 3 is considered to flow in the direction of the arrow shown in Figure 8 (b), and the current (iu) flowing through the U phase of the motor 3 can be detected by the shunt resistor 4.

このようにして、一相過変調領域ではキャリア波一周期で二相分の電流(図6~図8の場合は、iu, -iw)を検出することができ、残りの一相分の電流は、検出した二相分の電流から算出することができるので、三相分の電流の取得が可能となる。したがって、一相過変調制御においても位置センサレスベクトル制御を実現することができる。 In this way, in the single-phase overmodulation region, two-phase currents (iu, -iw in the case of Figures 6 to 8) can be detected in one cycle of the carrier wave, and the remaining one-phase current can be calculated from the detected two-phase currents, making it possible to obtain three-phase currents. Therefore, position sensorless vector control can be achieved even in single-phase overmodulation control.

図9は図1に示すモータ駆動装置Aによる二相過変調制御の領域(二相過変調領域という)におけるインバータ主回路1aを構成する上アームのスイッチング動作図である。二相過変調制御では、相電圧指令値のうち2つの相電圧指令値が三角波(キャリア波)の振幅の頂点を超えて設定される。図9では、最大相であるU相の相電圧指令値vu*と最小相であるW相の相電圧指令値vw*がキャリア波の振幅の頂点を超えて設定されている。 Figure 9 is a switching operation diagram of the upper arm constituting the inverter main circuit 1a in the region of two-phase overmodulation control (referred to as the two-phase overmodulation region) by the motor drive device A shown in Figure 1. In two-phase overmodulation control, two of the phase voltage command values are set to exceed the peak of the amplitude of the triangular wave (carrier wave). In Figure 9, the phase voltage command value vu* of the maximum phase, U-phase, and the phase voltage command value vw* of the minimum phase, W-phase, are set to exceed the peak of the amplitude of the carrier wave.

図9の場合も、インバータ主回路1aを構成する上アームは、各相の相電圧指令値vu*,vv*,vw*がキャリア波を上回っているときにONし、それ以外ではOFFする。 In the case of FIG. 9, the upper arm that constitutes the inverter main circuit 1a is ON when the phase voltage command values vu*, vv*, and vw* of each phase exceed the carrier wave, and is OFF otherwise.

つまり、図9に示すように、U相の相電圧指令値vu*は常にキャリア波の最大値を超え、W相の相電圧指令値vw*はキャリア波の最小値を下回るので、U相の上アームは常時ONとなり、W相の上アームは常時OFFとなる。 In other words, as shown in Figure 9, the phase voltage command value vu* of the U phase always exceeds the maximum value of the carrier wave, and the phase voltage command value vw* of the W phase always falls below the minimum value of the carrier wave, so the upper arm of the U phase is always ON and the upper arm of the W phase is always OFF.

そして、図9に示す(1)領域では、図10(a)に示すようにU相とV相の上アームがONし、W相の上アームはOFFする。これに伴い、U相とV相の下アームがOFFし、W相の下アームがONする。 In the (1) region shown in FIG. 9, the upper arms of the U and V phases are ON, and the upper arm of the W phase is OFF, as shown in FIG. 10(a). Accordingly, the lower arms of the U and V phases are OFF, and the lower arm of the W phase is ON.

これにより、インバータ主回路1aとモータ3間に流れる電流は、図10(a)に示す矢印の方向に流れる、と考えられ、モータ3のW相に流れる電流(-iw)をシャント抵抗4で検出することが可能となる。 As a result, the current flowing between the inverter main circuit 1a and the motor 3 is considered to flow in the direction of the arrow shown in Figure 10 (a), and the current (-iw) flowing through the W phase of the motor 3 can be detected by the shunt resistor 4.

また、図9に示す(2)領域では、図10(b)に示すようにU相の上アームのみONし、V相とW相の上アームはOFFする。これに伴い、U相の下アームがOFFし、V相とW相の下アームがONする。 In addition, in region (2) shown in FIG. 9, only the upper arm of U-phase is ON, and the upper arms of V-phase and W-phase are OFF, as shown in FIG. 10(b). Accordingly, the lower arm of U-phase is OFF, and the lower arms of V-phase and W-phase are ON.

この結果、インバータ主回路1aとモータ3間に流れる電流は、図10(b)に示す矢印の方向に流れる、と考えられ、モータ3のU相に流れる電流(iu)をシャント抵抗4にて検出することが可能となる。 As a result, the current flowing between the inverter main circuit 1a and the motor 3 is considered to flow in the direction of the arrow shown in Figure 10 (b), and the current (iu) flowing through the U phase of the motor 3 can be detected by the shunt resistor 4.

このようにして、二相過変調領域ではキャリア波一周期で二相分の電流(図9,10の場合は、iu, -iw)を検出することができ、残りの一相分の電流は、検出した二相分の電流から算出することができるので、三相分の電流の取得が可能となる。したがって、二相過変調制御においても位置センサレスベクトル制御を実現することができる。 In this way, in the two-phase overmodulation region, two phases of current (iu, -iw in the case of Figures 9 and 10) can be detected in one cycle of the carrier wave, and the remaining one phase of current can be calculated from the detected two phases of current, making it possible to obtain three phases of current. Therefore, position sensorless vector control can be achieved even in two-phase overmodulation control.

図11は図1に示すモータ駆動装置Aによる三相過変調制御の領域(三相過変調領域という)におけるインバータ主回路1aを構成する上アームのスイッチング動作図である。三相過変調制御では、相電圧指令値vu*,vv*,vw*のすべてが三角波(キャリア波)の振幅の頂点を超えて設定される。 Figure 11 is a switching operation diagram of the upper arm constituting the inverter main circuit 1a in the region of three-phase overmodulation control (referred to as the three-phase overmodulation region) by the motor drive device A shown in Figure 1. In three-phase overmodulation control, all of the phase voltage command values vu*, vv*, and vw* are set to exceed the peak of the amplitude of the triangular wave (carrier wave).

図11の場合も、インバータ主回路1aを構成する上アームは、各相の相電圧指令値vu*,vv*,vw*がキャリア波を上回っているときにONし、それ以外ではOFFする。 In the case of FIG. 11, the upper arm that constitutes the inverter main circuit 1a is ON when the phase voltage command values vu*, vv*, and vw* of each phase exceed the carrier wave, and is OFF otherwise.

つまり、図11に示すように、U相の相電圧指令値vu*は常にキャリア波の最大値を上回るため、U相の上アームは常時ONとなり、V相とW相の相電圧指令値vv*,vw*は常にキャリア波の最小値を下回るため、V相とW相の上アームは常時OFFとなる。 In other words, as shown in FIG. 11, the phase voltage command value vu* of the U phase always exceeds the maximum value of the carrier wave, so the upper arm of the U phase is always ON, and the phase voltage command values vv*, vw* of the V and W phases always fall below the minimum value of the carrier wave, so the upper arms of the V and W phases are always OFF.

つまり、図11に示す全領域において、U相の上アームは図12に示すようにONし、V相とW相の上アームはOFFする。これに伴い、U相の下アームはOFFし、V相とW相の下アームがONする。 In other words, in the entire region shown in FIG. 11, the upper arm of the U phase is ON as shown in FIG. 12, and the upper arms of the V phase and W phase are OFF. Accordingly, the lower arm of the U phase is OFF, and the lower arms of the V phase and W phase are ON.

これにより、インバータ主回路1aとモータ3間に流れる電流は、図12に示す矢印の方向に流れる、と考えられ、モータ3のU相に流れる電流(iu)をシャント抵抗4で検出することが可能となる。 As a result, the current flowing between the inverter main circuit 1a and the motor 3 is considered to flow in the direction of the arrow shown in Figure 12, and the current (iu) flowing through the U phase of the motor 3 can be detected by the shunt resistor 4.

そして、三相過変調制御時は、この一相の電流値から残り二相の電流値を算出する必要がある。この算出方法が本発明の要旨であり、図2に示すモータ3の等価回路上でV-W相間の閉回路の電流差分値Δiについて解くことになる。まず、キルヒホッフの第2法則よりV-W相間の電圧は、下記[数1]に示す関係にある。 During three-phase overmodulation control, it is necessary to calculate the current values of the remaining two phases from the current value of this one phase. This calculation method is the gist of the present invention, and involves solving for the current difference value Δi of the closed circuit between the V- and W-phases on the equivalent circuit of the motor 3 shown in Figure 2. First, according to Kirchhoff's second law, the voltage between the V- and W-phases has the relationship shown in the following [Equation 1].

また、V-W相間の誘起電圧eは下記[数2]に示す関係にある。 The induced voltage e between the V-W phases is related as shown in the following equation (2).

そして、前周期のV-W相間の電流差分値Δiは下記[数3]に示す関係にある。
The current difference value Δi between the VW phases in the previous period has the relationship shown in the following [Equation 3].

よって、V-W相間の電流差分値Δiは下記[数3]にて推定できる。 Therefore, the current difference value Δi between the V-W phases can be estimated using the following [Equation 3].

下記[数5]のキルヒホッフの第1法則によって、W相の電流iWを下記[数6]によって求めることが可能となる。 Using Kirchhoff's first law in the following equation (5), it is possible to calculate the W-phase current iW using the following equation (6).

以上のようにして、三相過変調領域ではキャリア波一周期で一相分の電流(図11,12の場合は、iu)を検出することができ、残りの二相分の電流は、検出した一相分の電流から算出することができるので、三相分の電流の取得が可能となる。したがって、三相過変調制御においても位置センサレスベクトル制御を実現することができる。 In this way, in the three-phase overmodulation region, the current for one phase (iu in the case of Figures 11 and 12) can be detected in one cycle of the carrier wave, and the current for the remaining two phases can be calculated from the current for the detected one phase, making it possible to obtain the current for three phases. Therefore, position sensorless vector control can be achieved even in three-phase overmodulation control.

以上説明したように、本発明のインバータの制御方法によれば、過変調制御の採用によって、電源電圧(PN間電圧)に対するインバータの出力電圧の比(電圧利用率)を向上させることができるとともに、モータの高速域運転範囲を向上させることができる。 As described above, the inverter control method of the present invention employs overmodulation control to improve the ratio (voltage utilization rate) of the inverter output voltage to the power supply voltage (PN voltage), and to improve the high-speed operating range of the motor.

また、一相~三相過変調時のいずれにおいても、三相分のモータ入力電流を再現することができ、位置センサレスベクトル制御が実現できる。 In addition, the motor input current for three phases can be reproduced regardless of whether one-phase or three-phase overmodulation is occurring, enabling position sensorless vector control to be achieved.

しかも、直流電圧、電流検出部にフィルタを用いておらず、フィルタ配線が不要になるなど、直流電流値の再現を単純な構成で実現でき、省コスト性、汎用性を高めることができる。さらに、前記フィルタを設けないため、電流遅れを発生せず、高応答性を実現できる。 In addition, no filters are used in the DC voltage and current detection sections, and filter wiring is not required, making it possible to reproduce DC current values with a simple configuration, thereby reducing costs and increasing versatility. Furthermore, because no filters are used, no current delay occurs, and high responsiveness can be achieved.

また、インバータ制御装置の各入力情報に外乱の影響を受けないので、ロバスト性を高めることができる。 In addition, each input information of the inverter control device is not affected by external disturbances, which improves robustness.

本発明は、過変調制御を適用するあらゆる制御装置に利用可能である。 The present invention can be used in any control device that applies overmodulation control.

1 インバータ
1a インバータ主回路
2 インバータ制御装置
3 モータ
4 1シャント抵抗
A モータ駆動装置
REFERENCE SIGNS LIST 1 inverter 1a inverter main circuit 2 inverter control device 3 motor 4 1 shunt resistor A motor drive device

Claims (1)

過変調制御を実行するモータ駆動用のインバータにおいて、当該インバータの直流電流部に設置した1シャント方式の電流検出回路によって一相分のモータ電流を検出し、三相過変調駆動時は、当該過変調制御領域における他の二相分のモータ入力電流値をキルヒホッフの法則にしたがって推定することで三相過変調駆動を実現することを特徴とするモータ駆動用インバータの制御方法。 A control method for a motor drive inverter that performs overmodulation control, in which the motor current for one phase is detected by a one-shunt type current detection circuit installed in the DC current section of the inverter, and during three-phase overmodulation drive, the motor input current values for the other two phases in the overmodulation control region are estimated according to Kirchhoff's law to achieve three-phase overmodulation drive.
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