JP3329831B2 - 電力変換装置、交流モータ制御装置、及びそれらの制御方法 - Google Patents
電力変換装置、交流モータ制御装置、及びそれらの制御方法Info
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- H02M1/385—Means for preventing simultaneous conduction of switches with means for correcting output voltage deviations introduced by the dead time
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Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明はスイッチング素子を用いる電力変換器を用い
て交流モータを駆動する交流モータ制御装置に関する。
て交流モータを駆動する交流モータ制御装置に関する。
また、本発明はスイッチング素子を用いる電力変換器
を用いた全ての制御装置に適用可能で、例えば、PWMコ
ンバータなどの電力変換器などにも用いることもでき
る。
を用いた全ての制御装置に適用可能で、例えば、PWMコ
ンバータなどの電力変換器などにも用いることもでき
る。
背景技術 説明の都合上、以降は電力変換器の負荷としてモータ
を例に取り、説明する。
を例に取り、説明する。
スイッチング素子を用いて可変周波数の電源に電力変
換し、交流モータ１を速度制御する制御装置として第12
図に示す３相の電力変換器２が一般的である。第12図に
おいて、３は制御回路、CTは出力電流を検出する電流検
出器である。この電力変換器は出力相毎にスイッチング
素子の上下アームを直列に、いわゆる三相ブリッジに接
続し、排他的にスイッチングさせることを特徴としてい
る。スイッチング素子にはIGBTなどの半導体スイッチン
グ素子が使用されオン／オフの動作には遅れがあるた
め、各相の上下アームの一方のスイッチング素子のオフ
信号に対し他方のスイッチング信号のオン信号を遅らせ
るオンディレイ期間を付けてスイッチングさせないと、
上下アームのスイッチング素子がアーム短絡を起こし、
スイッチング素子が破壊する。このため、制御回路３に
はモータ電流などの制御演算器31から電圧指令ｖ＊をPW
Mパターン発生器32に出力し、スイッチング素子がオフ
する期間だけオン信号を遅らせるオンディレイ発生器34
が必要になる。
換し、交流モータ１を速度制御する制御装置として第12
図に示す３相の電力変換器２が一般的である。第12図に
おいて、３は制御回路、CTは出力電流を検出する電流検
出器である。この電力変換器は出力相毎にスイッチング
素子の上下アームを直列に、いわゆる三相ブリッジに接
続し、排他的にスイッチングさせることを特徴としてい
る。スイッチング素子にはIGBTなどの半導体スイッチン
グ素子が使用されオン／オフの動作には遅れがあるた
め、各相の上下アームの一方のスイッチング素子のオフ
信号に対し他方のスイッチング信号のオン信号を遅らせ
るオンディレイ期間を付けてスイッチングさせないと、
上下アームのスイッチング素子がアーム短絡を起こし、
スイッチング素子が破壊する。このため、制御回路３に
はモータ電流などの制御演算器31から電圧指令ｖ＊をPW
Mパターン発生器32に出力し、スイッチング素子がオフ
する期間だけオン信号を遅らせるオンディレイ発生器34
が必要になる。
このオンディレイはモータなどの制御装置から見る
と、出力電流の方向などに対して非線形なもので、第10
図に示すように出力電流（線電流iuの例を示している
が、iv,iwも同様）を歪ませ、制御特性を劣化させ、ト
ルクリプルなどの発生要因となる（第10図は、上段に出
力電流の基本波Y1と、第５次高調波Y5、第７次高調波Y7
に分けて描いてあり、中段は歪んだ出力電流iuを示し、
下段は後述のように電流をｄ−ｑ変換して直流表示した
idを示している）。このため、最近ではオンディレイ発
生器34に加え更に第12図のオンディレイ補償器33を設
け、このオンディレイによる影響を無くす手法が取られ
る。このオンディレイ補償器33は、PWMパターン発生器3
2から入力される信号のオン時間Tonに出力電流ｉ（iu,i
v,iw）の流れる方向（極性sgn（ｉ））を考慮したオン
ディレイ補償値Tdを加算し、次のようにオンディレイ分
を補償するものである。
と、出力電流の方向などに対して非線形なもので、第10
図に示すように出力電流（線電流iuの例を示している
が、iv,iwも同様）を歪ませ、制御特性を劣化させ、ト
ルクリプルなどの発生要因となる（第10図は、上段に出
力電流の基本波Y1と、第５次高調波Y5、第７次高調波Y7
に分けて描いてあり、中段は歪んだ出力電流iuを示し、
下段は後述のように電流をｄ−ｑ変換して直流表示した
idを示している）。このため、最近ではオンディレイ発
生器34に加え更に第12図のオンディレイ補償器33を設
け、このオンディレイによる影響を無くす手法が取られ
る。このオンディレイ補償器33は、PWMパターン発生器3
2から入力される信号のオン時間Tonに出力電流ｉ（iu,i
v,iw）の流れる方向（極性sgn（ｉ））を考慮したオン
ディレイ補償値Tdを加算し、次のようにオンディレイ分
を補償するものである。
T'on←Ton＋sgn（ｉ）・Td しかし、このオンディレイ補償値Tdは、スイッチング
素子にオン信号を入力してから実際にオンするまでの時
間をｔon、オフ信号を入力して実際にオフするまでの時
間をｔoff、上下アームのスイッチング素子にPWMパター
ン発生器32から入力される信号が同時にオフしている時
間をオンディレイ時間Tdeadとすると Td＝Tdead＋ｔon−ｔoff ……（１） となる。これらTdead,ton,toffの時間はスイッチング素
子、制御回路構成部品等のハードウェアの個々の特性に
よりバラツくため、Tdもバラツキを生じる。従ってオン
ディレイ補償値Tdを特定の値にしてオンディレイ補償を
行っても、Tdがバラツいた分だけ補償することができな
い。
素子にオン信号を入力してから実際にオンするまでの時
間をｔon、オフ信号を入力して実際にオフするまでの時
間をｔoff、上下アームのスイッチング素子にPWMパター
ン発生器32から入力される信号が同時にオフしている時
間をオンディレイ時間Tdeadとすると Td＝Tdead＋ｔon−ｔoff ……（１） となる。これらTdead,ton,toffの時間はスイッチング素
子、制御回路構成部品等のハードウェアの個々の特性に
よりバラツくため、Tdもバラツキを生じる。従ってオン
ディレイ補償値Tdを特定の値にしてオンディレイ補償を
行っても、Tdがバラツいた分だけ補償することができな
い。
前述のようにハードウェアによりTdが電力変換器毎に
バラツくため、モータ制御装置として見ると電流が歪
み、上記のオンディレイ発生器34、オンディレイ補償器
33だけではまだ不十分で、トルクリプルを発生する。こ
れを少しでも防止するため、従来では（１）式の各項に
関するハードウェア（フォトカプラなど）に選定品を使
ったり、人手により電力変換器個別に調整が必要であっ
た。
バラツくため、モータ制御装置として見ると電流が歪
み、上記のオンディレイ発生器34、オンディレイ補償器
33だけではまだ不十分で、トルクリプルを発生する。こ
れを少しでも防止するため、従来では（１）式の各項に
関するハードウェア（フォトカプラなど）に選定品を使
ったり、人手により電力変換器個別に調整が必要であっ
た。
本発明の目的はオンディレイ補償値Tdを自動的に制御
装置が調整し、安価な制御装置を提供することにある。
また、第２の目的はこの自動調整により、制御装置のト
ルクリプルなどを抑え、高精度な制御装置を提供するこ
とにある。
装置が調整し、安価な制御装置を提供することにある。
また、第２の目的はこの自動調整により、制御装置のト
ルクリプルなどを抑え、高精度な制御装置を提供するこ
とにある。
発明の開示 第１、２の目的のため、電流、電圧などを入力して、
自動的にオンディレイ補償値Tdを調整するオンディレイ
補償値演算器35を設け、外部からのオンディレイ補償値
演算開始信号により、オンディレイ補償値演算を開始す
るようにした。
自動的にオンディレイ補償値Tdを調整するオンディレイ
補償値演算器35を設け、外部からのオンディレイ補償値
演算開始信号により、オンディレイ補償値演算を開始す
るようにした。
オンディレイ補償値演算器35により、電流、電圧を検
出し、オンディレイ補償による電流歪みなどの特徴量を
抽出し、これによりオンディレイ補償値を演算する。
出し、オンディレイ補償による電流歪みなどの特徴量を
抽出し、これによりオンディレイ補償値を演算する。
図面の簡単な説明 第１図は、本発明の第１の実施例の制御ブロック図で
ある。
ある。
第２図は、本発明の第１の実施例の制御フローチャー
トである。
トである。
第３図は、本発明の第１の実施例の動作原理を説明す
るための電流制御器とキャリヤ周波数の関係を示してい
る。
るための電流制御器とキャリヤ周波数の関係を示してい
る。
第４図は、本発明の第２の実施例の制御ブロック図で
ある。
ある。
第５図は、オンディレイ未補償時の電流波形である。
第６図は、本発明の第２の実施例の動作原理を説明す
るための高調波とオンディレイ補償値の関係を示してい
る。
るための高調波とオンディレイ補償値の関係を示してい
る。
第７図は、本発明の第２の実施例の制御フローチャー
トの一実施例である。
トの一実施例である。
第８図は、本発明の第２の実施例の制御フローチャー
トの他の実施例である。
トの他の実施例である。
第９図は、本発明の第３の実施例の制御ブロック図で
ある。
ある。
第10図は、オンディレイ未補償時の線電流波形の例で
ある。
ある。
第11図は、本発明の第３の実施例の制御フローチャー
トである。
トである。
第12図は、従来の制御装置の制御ブロック図である 発明を実施するための最良の形態 以下、本発明の第１の実施例を第１図により説明す
る。第１図は交流モータ１を電力変換器２により駆動
し、制御回路３で制御する装置の制御ブロック図を示し
たものである。制御回路３は速度制御、電流制御、出力
電圧と出力周波数の比率制御（以下V/f制御）、励磁成
分とトルク成分をベクトル分解して制御するいわゆるベ
クトル制御などを行う制御演算器31、電力変換器２のゲ
ート信号を作るためのPWMパターン発生器32、オンディ
レイ補償器33、オンディレイ発生器34、及び本発明によ
るオンディレイ補償値演算器35aなどから成っている。C
Tは出力電流を検出する電流検出器である。
る。第１図は交流モータ１を電力変換器２により駆動
し、制御回路３で制御する装置の制御ブロック図を示し
たものである。制御回路３は速度制御、電流制御、出力
電圧と出力周波数の比率制御（以下V/f制御）、励磁成
分とトルク成分をベクトル分解して制御するいわゆるベ
クトル制御などを行う制御演算器31、電力変換器２のゲ
ート信号を作るためのPWMパターン発生器32、オンディ
レイ補償器33、オンディレイ発生器34、及び本発明によ
るオンディレイ補償値演算器35aなどから成っている。C
Tは出力電流を検出する電流検出器である。
制御演算器31はPWMパターン発生器32に電圧指令ｖ＊
を与え、PWMパターン発生器32は良く知られた三角波比
較PWMなどにより、電力変換器２のスイッチング素子（I
GBTなどの半導体スイッチング素子）のオン時間Tonを出
力する。これにより、直流電力Vdcは交流電力に変換さ
れて交流モータ１が回転駆動される。なお直流電源Vdc
は交流を整流して得られるようにしても良いことは勿論
である。
を与え、PWMパターン発生器32は良く知られた三角波比
較PWMなどにより、電力変換器２のスイッチング素子（I
GBTなどの半導体スイッチング素子）のオン時間Tonを出
力する。これにより、直流電力Vdcは交流電力に変換さ
れて交流モータ１が回転駆動される。なお直流電源Vdc
は交流を整流して得られるようにしても良いことは勿論
である。
第12図で前述したのと同様に、本実施例においても第
１図に示すように電力変換器２はＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各
スイッチング素子を上下アーム直列に接続し、排他的に
スイッチングさせる。また、オンディレイ発生器34はス
イッチング素子のアーム短絡を防ぐために備えられる。
更にオンディレイ補償器33が、電流の歪抑制のために設
けられる。
１図に示すように電力変換器２はＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各
スイッチング素子を上下アーム直列に接続し、排他的に
スイッチングさせる。また、オンディレイ発生器34はス
イッチング素子のアーム短絡を防ぐために備えられる。
更にオンディレイ補償器33が、電流の歪抑制のために設
けられる。
本実施例は、更にオンディレイ補償器33で補償できな
いオンディレイ補償値Tdのハードウェアによるバラツキ
を、オンディレイ補償値演算器35aにより、自動計測
し、ハードウェアによるバラツキを解消し、安価で高精
度な制御装置を提供するものである。
いオンディレイ補償値Tdのハードウェアによるバラツキ
を、オンディレイ補償値演算器35aにより、自動計測
し、ハードウェアによるバラツキを解消し、安価で高精
度な制御装置を提供するものである。
まず、本実施例のオンディレイ補償値演算器35aの動
作を説明し、その後にその原理について述べる。本実施
例のオンディレイ補償値演算器35aは制御装置の外部か
らオンディレイ補償値演算開始信号Stdが与えられると
第２図に示すようなフローチャートで動作を開始する
（STEP100〜STEP103）。交流モータ１を回転させないよ
うにするため、まず、オンディレイ補償値演算器35aは
ｕ−ｖ相間に直流電流を流すように制御演算器31内の電
流制御器311に直流電流指令Ｉ＊を出力し、PWMパターン
発生器32に電力変換器２のスイッチング素子のスイッチ
ング周波数を決めるキャリヤ周波数f1を出力する。電流
制御器311は例えば良く知られたPI（比例積分）制御器
のようなもので十分である（STEP100a）。
作を説明し、その後にその原理について述べる。本実施
例のオンディレイ補償値演算器35aは制御装置の外部か
らオンディレイ補償値演算開始信号Stdが与えられると
第２図に示すようなフローチャートで動作を開始する
（STEP100〜STEP103）。交流モータ１を回転させないよ
うにするため、まず、オンディレイ補償値演算器35aは
ｕ−ｖ相間に直流電流を流すように制御演算器31内の電
流制御器311に直流電流指令Ｉ＊を出力し、PWMパターン
発生器32に電力変換器２のスイッチング素子のスイッチ
ング周波数を決めるキャリヤ周波数f1を出力する。電流
制御器311は例えば良く知られたPI（比例積分）制御器
のようなもので十分である（STEP100a）。
次にオンディレイ補償値演算器35aはこの電流制御器3
11の電流制御出力ｖ＊が安定したのを見計らい、この電
流制御出力ｖ＊をｕ−ｖ相間の電圧指令v1 ＊ uvとする
（STEP100b）。同様に前述したキャリヤ周波数f1とは異
なった周波数f2、直流電流指令Ｉ＊で電流制御し（STEP
100c）、電流制御出力ｖ＊が安定したのを見計らい、こ
の電流制御出力ｖ＊をｕ−ｖ相間の電圧指令v2 ＊ uvとす
る（STEP100d）。
11の電流制御出力ｖ＊が安定したのを見計らい、この電
流制御出力ｖ＊をｕ−ｖ相間の電圧指令v1 ＊ uvとする
（STEP100b）。同様に前述したキャリヤ周波数f1とは異
なった周波数f2、直流電流指令Ｉ＊で電流制御し（STEP
100c）、電流制御出力ｖ＊が安定したのを見計らい、こ
の電流制御出力ｖ＊をｕ−ｖ相間の電圧指令v2 ＊ uvとす
る（STEP100d）。
このような一連の動作をｖ−ｗ相間（STEP101）、ｗ
−ｕ相間（STEP102）を繰返し、v1 ＊ uv、v2 ＊ uv、v1 ＊
vw、v2 ＊ vw、v1 ＊ wu、v2 ＊ wuを得る。そして、オンディ
レイ補償値演算を（２）式〜（４）式のように行う（ST
EP103）。
−ｕ相間（STEP102）を繰返し、v1 ＊ uv、v2 ＊ uv、v1 ＊
vw、v2 ＊ vw、v1 ＊ wu、v2 ＊ wuを得る。そして、オンディ
レイ補償値演算を（２）式〜（４）式のように行う（ST
EP103）。
ここで、Vdcは電力変換器２の直流電圧である。これ
らのTduv、Tdvw、Tdwuを各相のオンディレイ補償値とす
る。また、各相個別にすると処理が煩雑になることが予
想されるがその時は（５）式のように平均などの処理を
取り、３相一括のTduvwで補償しても良いことは明白で
ある。
らのTduv、Tdvw、Tdwuを各相のオンディレイ補償値とす
る。また、各相個別にすると処理が煩雑になることが予
想されるがその時は（５）式のように平均などの処理を
取り、３相一括のTduvwで補償しても良いことは明白で
ある。
次に動作原理について述べる。オンディレイ補償値Td
は（１）式に示したようにスイッチング素子のスイッチ
ング周波数には無関係であるが、スイッチング素子の動
作周期（キャリヤ周波数の逆数）が長くなれば、周期に
占める割合が少なくなりそのオンディレイ補償値Tdの影
響は小さくなり、電流波形歪みも小さくなる。逆にスイ
ッチング素子の動作周期が短くなれば、周期に占める割
合が大きくなりその影響も大きくなる。従って、この２
つの動作周期での電流制御出力ｖ＊の差がオンディレイ
補償値Tdとして利用できる。この関係を図示したのが第
３図である。
は（１）式に示したようにスイッチング素子のスイッチ
ング周波数には無関係であるが、スイッチング素子の動
作周期（キャリヤ周波数の逆数）が長くなれば、周期に
占める割合が少なくなりそのオンディレイ補償値Tdの影
響は小さくなり、電流波形歪みも小さくなる。逆にスイ
ッチング素子の動作周期が短くなれば、周期に占める割
合が大きくなりその影響も大きくなる。従って、この２
つの動作周期での電流制御出力ｖ＊の差がオンディレイ
補償値Tdとして利用できる。この関係を図示したのが第
３図である。
第３図は横軸にキャリヤ周波数fcを取り、縦軸に電流
制御出力ｖ＊を取っている。電流制御は直流の電流指令
を出力電流が直流となるように直流電流指令Ｉ＊として
いるため、キャリヤf2を低い周波数に選べば、交流モー
タ１の抵抗Ｒの電圧降下分RI＊のみがオンディレイの影
響としてでるような周波数電流制御出力ｖ＊を抽出でき
る。一方、キャリヤ周波数を次第に大きくし、f1とする
と、電流制御出力ｖ＊は電圧降下分RI＊とオンディレイ
の電圧降下分の和となる。従って、この差を取れば電圧
降下分RI＊は相殺し、オンディレイの電圧降下分の電圧
となる。これを（２）式〜（４）式のように周波数f1で
時間換算すればオンディレイ補償値Tdを求めることがで
きる。
制御出力ｖ＊を取っている。電流制御は直流の電流指令
を出力電流が直流となるように直流電流指令Ｉ＊として
いるため、キャリヤf2を低い周波数に選べば、交流モー
タ１の抵抗Ｒの電圧降下分RI＊のみがオンディレイの影
響としてでるような周波数電流制御出力ｖ＊を抽出でき
る。一方、キャリヤ周波数を次第に大きくし、f1とする
と、電流制御出力ｖ＊は電圧降下分RI＊とオンディレイ
の電圧降下分の和となる。従って、この差を取れば電圧
降下分RI＊は相殺し、オンディレイの電圧降下分の電圧
となる。これを（２）式〜（４）式のように周波数f1で
時間換算すればオンディレイ補償値Tdを求めることがで
きる。
従って、精度良くオンディレイ補償値Tdを求めるには
f2をオンディレイの影響の小さいキャリヤ周波数に選定
し、f1をオンディレイの影響の大きいキャリヤ周波数と
することが肝要になる。電力変換器２のスイッチング素
子がIGBTならf1を10kHz以上、f2を5kHz以下とし、バイ
ポーラトランジスタの場合はf1を2kHz以上、f2を1kHz以
下とすることが望ましい。また、本発明では直流電流で
オンディレイ補償値Tdを求めるため、交流でのオンディ
レイ補償値Tdとは若干ずれる可能性が有るが、このとき
は（２）式〜（４）式で求めたオンディレイ補償値Tdに
重み係数を掛ければ良いことは言うまでもない。
f2をオンディレイの影響の小さいキャリヤ周波数に選定
し、f1をオンディレイの影響の大きいキャリヤ周波数と
することが肝要になる。電力変換器２のスイッチング素
子がIGBTならf1を10kHz以上、f2を5kHz以下とし、バイ
ポーラトランジスタの場合はf1を2kHz以上、f2を1kHz以
下とすることが望ましい。また、本発明では直流電流で
オンディレイ補償値Tdを求めるため、交流でのオンディ
レイ補償値Tdとは若干ずれる可能性が有るが、このとき
は（２）式〜（４）式で求めたオンディレイ補償値Tdに
重み係数を掛ければ良いことは言うまでもない。
また、前記のように直流電流Ｉ＊としたが（２）式〜
（４）式に示したようにｔon、ｔoffがスイッチング素
子に流れる電流で異なった値となるため、直流電流指令
Ｉ＊を変化させ、前述のようなオンディレイ補償値演算
をすることでさらに高精度なオンディレイ補償値Tdを求
めることが可能である。
（４）式に示したようにｔon、ｔoffがスイッチング素
子に流れる電流で異なった値となるため、直流電流指令
Ｉ＊を変化させ、前述のようなオンディレイ補償値演算
をすることでさらに高精度なオンディレイ補償値Tdを求
めることが可能である。
次に本発明の第２の実施例について説明する。第１の
実施例と異なるところは第４図に示すように電流制御器
311に代わり、制御演算器31に交流電圧発生器312を設
け、オンディレイ補償値演算器35bに高調波を求めるた
めのフーリエ変換器（高速FFT）あるいはウォルッシュ
変換器などを設ける点であり、第１の実施例が直流でオ
ンディレイ補償値Tdを求めるところを交流で求めるとこ
ろが大きな違いである。
実施例と異なるところは第４図に示すように電流制御器
311に代わり、制御演算器31に交流電圧発生器312を設
け、オンディレイ補償値演算器35bに高調波を求めるた
めのフーリエ変換器（高速FFT）あるいはウォルッシュ
変換器などを設ける点であり、第１の実施例が直流でオ
ンディレイ補償値Tdを求めるところを交流で求めるとこ
ろが大きな違いである。
交流モータ１を回転させないため、２相の正弦波状の
交流励磁を行い、オンディレイ補償を外すと出力電流と
して第５図のY13のような電流が流れる。これはオンデ
ィレイにより、正弦波状の交流電圧を加えているにも関
わらず、０電流付近で電圧が落ち込むために、０クロス
付近で電流が歪むものである。この電流歪みを最小にす
るようにオンディレイ補償値Tdを変化させていけばオン
ディレイ補償値Tdを求めることができる。
交流励磁を行い、オンディレイ補償を外すと出力電流と
して第５図のY13のような電流が流れる。これはオンデ
ィレイにより、正弦波状の交流電圧を加えているにも関
わらず、０電流付近で電圧が落ち込むために、０クロス
付近で電流が歪むものである。この電流歪みを最小にす
るようにオンディレイ補償値Tdを変化させていけばオン
ディレイ補償値Tdを求めることができる。
オンディレイにより歪んだ電流波形（第５図のY13）
は第５図に示したように３次の高調波Y3を含んでいるた
め、これをオンディレイ補償値演算器35b内のフーリエ
変換器（高速FFT）あるいはウォルッシュ変換器で３次
の高調波出力A3を求め、最小二乗法などでA3を最小にす
るようにオンディレイ補償値Tdを求める。第６図はその
様子を描いたもので、横軸をオンディレイ補償値Tdと
し、縦軸に波高値A3を取っている。第５図の関係より、
A3が第６図のように極小点を持つのは明らかである。例
えば最初、Td＝０（Ａ点）から始め、徐々にTdを増やし
ていくと（Ａ点→Ｂ点→Ｃ点）、Ｄ点で逆にA3が大きく
なる。ここで、今度は少しTdを減らし、最終的にＥ点で
最適なオンディレイ補償値を求めることができる。これ
らの追い込みはまさに最小二乗法などの数値解析法で、
これらの手法を用いれば容易に実現できる。
は第５図に示したように３次の高調波Y3を含んでいるた
め、これをオンディレイ補償値演算器35b内のフーリエ
変換器（高速FFT）あるいはウォルッシュ変換器で３次
の高調波出力A3を求め、最小二乗法などでA3を最小にす
るようにオンディレイ補償値Tdを求める。第６図はその
様子を描いたもので、横軸をオンディレイ補償値Tdと
し、縦軸に波高値A3を取っている。第５図の関係より、
A3が第６図のように極小点を持つのは明らかである。例
えば最初、Td＝０（Ａ点）から始め、徐々にTdを増やし
ていくと（Ａ点→Ｂ点→Ｃ点）、Ｄ点で逆にA3が大きく
なる。ここで、今度は少しTdを減らし、最終的にＥ点で
最適なオンディレイ補償値を求めることができる。これ
らの追い込みはまさに最小二乗法などの数値解析法で、
これらの手法を用いれば容易に実現できる。
第２の実施例のフローチャートを第７図に示す（STEP
110〜STEP112）。前述の実施例と同様にまずｕ−ｖ間で
交流励磁を行う（STEP110a）。電流波形が安定した所で
前述したようにフーリエ変換器（高速FFT）あるいはウ
ォルシュ変換器などにより、A3uvを取り出し（STEP110
b）、オンディレイ補償値を最小二乗法などでA3uvを最
小にするオンディレイ補償値Tduvを求める（STEP110
c）。これと同様にｖ−ｗ相間、ｗ−ｕ相間について繰
り返し（STEP111、STEP112）、オンディレイ補償値Tdu
v、Tdvw、Tdwuを求める。
110〜STEP112）。前述の実施例と同様にまずｕ−ｖ間で
交流励磁を行う（STEP110a）。電流波形が安定した所で
前述したようにフーリエ変換器（高速FFT）あるいはウ
ォルシュ変換器などにより、A3uvを取り出し（STEP110
b）、オンディレイ補償値を最小二乗法などでA3uvを最
小にするオンディレイ補償値Tduvを求める（STEP110
c）。これと同様にｖ−ｗ相間、ｗ−ｕ相間について繰
り返し（STEP111、STEP112）、オンディレイ補償値Tdu
v、Tdvw、Tdwuを求める。
上記第２の実施例ではモータを回転しないように単相
交流励磁としたが、交流モータ１を回転しても良い場合
は、第８図に示すようなフローチャートでオンディレイ
補償値を求めることができる（STEP120〜STEP122）。こ
こで、前述と異なるのはV/f運転で交流モータ１を駆動
すること（STEP120）、この時の電流波形が第10図のよ
うに５、７次調波を含んだ波形となることである。この
ため、STEP120aでフーリエ変換器（高速FFT）あるいは
ウォルシュ変換器などにより、A5もしくはA7の少なくと
も一方を取り出し、これを最小最小二乗法などで追い込
むことである。他は同一なので説明は省略する。
交流励磁としたが、交流モータ１を回転しても良い場合
は、第８図に示すようなフローチャートでオンディレイ
補償値を求めることができる（STEP120〜STEP122）。こ
こで、前述と異なるのはV/f運転で交流モータ１を駆動
すること（STEP120）、この時の電流波形が第10図のよ
うに５、７次調波を含んだ波形となることである。この
ため、STEP120aでフーリエ変換器（高速FFT）あるいは
ウォルシュ変換器などにより、A5もしくはA7の少なくと
も一方を取り出し、これを最小最小二乗法などで追い込
むことである。他は同一なので説明は省略する。
以上、第２の実施例では各相ごとにオンディレイ補償
Tdを求めることができるので平均をとったり、重み係数
を掛けるなどの手法は第１の実施例に示すように同様に
行えることは言うまでもない。また、交流モータ１を励
磁する周波数や電圧値で電流などが異なるため、さらに
精密にオンディレイ補償Tdを求めるときは、第１の実施
例に示したように個別にパラメータ（電圧、周波数）を
振り、求めれば良いことは明らかである。
Tdを求めることができるので平均をとったり、重み係数
を掛けるなどの手法は第１の実施例に示すように同様に
行えることは言うまでもない。また、交流モータ１を励
磁する周波数や電圧値で電流などが異なるため、さらに
精密にオンディレイ補償Tdを求めるときは、第１の実施
例に示したように個別にパラメータ（電圧、周波数）を
振り、求めれば良いことは明らかである。
第３の実施例は前述した第２の実施例の２番目の方法
のようにモータを回転させても良い場合の方法で、実際
に交流モータ１を回転させるため、さらに正確なオンデ
ィレイ補償Tdを求めることができる。第２の実施例との
構成上での違いは第９図に示したようにオンディレイ補
償値演算器35c内にフーリエ変換器（高速FFT）あるいは
ウォルシュ変換器などが不要となり、逆に制御演算器31
内にｄ−ｑ変換器314が必要になる。ここで、ｄ−ｑ変
換器314とは信号V/f（オンディレイ補償値演算器35cか
ら交流電圧発生器313への出力信号）により発生する交
流電圧発生器313の周波数で回転する直行座標系に変換
する変換器のことである。交流モータ１、特に誘導モー
タがベクトル制御される場合に必要で、通常はこの制御
演算器31内に用意されている。このｄ−ｑ変換器314に
より、３相の線電流を座標変換すればｄ−ｑ軸上の電流
id、iqを求めることができる。変換式は例えば（６）式
のようになる。
のようにモータを回転させても良い場合の方法で、実際
に交流モータ１を回転させるため、さらに正確なオンデ
ィレイ補償Tdを求めることができる。第２の実施例との
構成上での違いは第９図に示したようにオンディレイ補
償値演算器35c内にフーリエ変換器（高速FFT）あるいは
ウォルシュ変換器などが不要となり、逆に制御演算器31
内にｄ−ｑ変換器314が必要になる。ここで、ｄ−ｑ変
換器314とは信号V/f（オンディレイ補償値演算器35cか
ら交流電圧発生器313への出力信号）により発生する交
流電圧発生器313の周波数で回転する直行座標系に変換
する変換器のことである。交流モータ１、特に誘導モー
タがベクトル制御される場合に必要で、通常はこの制御
演算器31内に用意されている。このｄ−ｑ変換器314に
より、３相の線電流を座標変換すればｄ−ｑ軸上の電流
id、iqを求めることができる。変換式は例えば（６）式
のようになる。
この場合のように３相でV/f駆動され、オンディレイ
補償を行わないと第10図の線電流iuに示すような波形と
なる。これは単相時には第５図に示したように３次の高
調波が３相で位相が120゜づつずれた波形となり、６次
の高調波となるが３相結線のため６次が発生できないの
で、その分の高調波が５、７次に表れ図のような歪んだ
波形（Y157）となる。このような５、７次調波の混じっ
た電流波形をｄ−ｑ変換すると例えば、第10図のidのよ
うに６次の脈動をする直流電流となる。従って、この６
次の成分を最小にするようなオンディレイ補償値を求め
れば良い。
補償を行わないと第10図の線電流iuに示すような波形と
なる。これは単相時には第５図に示したように３次の高
調波が３相で位相が120゜づつずれた波形となり、６次
の高調波となるが３相結線のため６次が発生できないの
で、その分の高調波が５、７次に表れ図のような歪んだ
波形（Y157）となる。このような５、７次調波の混じっ
た電流波形をｄ−ｑ変換すると例えば、第10図のidのよ
うに６次の脈動をする直流電流となる。従って、この６
次の成分を最小にするようなオンディレイ補償値を求め
れば良い。
ここで、第２の実施例のようにオンディレイ補償値演
算器35c内にフーリエ変換器（高速FFT）あるいはウォル
シュ変換器などを用いて、オンディレイ補償値を求めら
れることは明らかである。しかし、このようなフーリエ
変換器（高速FFT）あるいはウォルシュ変換器などを用
いずともオンディレイ補償値を求められることを以下に
示す。
算器35c内にフーリエ変換器（高速FFT）あるいはウォル
シュ変換器などを用いて、オンディレイ補償値を求めら
れることは明らかである。しかし、このようなフーリエ
変換器（高速FFT）あるいはウォルシュ変換器などを用
いずともオンディレイ補償値を求められることを以下に
示す。
前述したようにidの脈動を小さくすれば良く、例えば
（７）式のように最小、最大値からΔidを求めたり、
（８）式もしくは（９）式のように平均値を取り、最
小、最大値の差を取り出せばフーリエ変換器（高速FF
T）あるいはウォルシュ変換器など複雑な処理は不要と
なり、これらを第11図に示すフローチャートのように最
小にするようにオンディレイ補償値を求めれば良い。以
上述べた、第３の実施例のフローチャートを第11図に示
す（STEP130〜STEP132）。
（７）式のように最小、最大値からΔidを求めたり、
（８）式もしくは（９）式のように平均値を取り、最
小、最大値の差を取り出せばフーリエ変換器（高速FF
T）あるいはウォルシュ変換器など複雑な処理は不要と
なり、これらを第11図に示すフローチャートのように最
小にするようにオンディレイ補償値を求めれば良い。以
上述べた、第３の実施例のフローチャートを第11図に示
す（STEP130〜STEP132）。
ただし、ｉdmax:idの最大値、ｉdmin:idの最小値とす
る。
る。
また、説明の都合上idを用いたがiqを使っても同様で行
え、第２の実施例で述べたような平均をとったり、重み
係数を掛けるなどの手法は第１の実施例に示すように同
様に行えることは言うまでもない。また、交流モータ１
を励磁する周波数や電圧値で電流などが異なるため、さ
らに精密にオンディレイ補償Tdを求めるときは、第１の
実施例に示したように個別にパラメータ（電圧、周波
数）を振り、求めれば良いことは明らかである。
え、第２の実施例で述べたような平均をとったり、重み
係数を掛けるなどの手法は第１の実施例に示すように同
様に行えることは言うまでもない。また、交流モータ１
を励磁する周波数や電圧値で電流などが異なるため、さ
らに精密にオンディレイ補償Tdを求めるときは、第１の
実施例に示したように個別にパラメータ（電圧、周波
数）を振り、求めれば良いことは明らかである。
以上述べた実施例においては、オンディレイ補償値を
自動的に演算するが、その際、電力変換器などの故障で
オンディレイ補償値演算値が異常な値になる場合があ
る。その時には（１）式の値をtyp.値としてリミッタを
付けてやることにより、異常な動作を防止する機構を付
ければ良いことは明らかであり、逆にこの状態を利用し
て故障判断できる。
自動的に演算するが、その際、電力変換器などの故障で
オンディレイ補償値演算値が異常な値になる場合があ
る。その時には（１）式の値をtyp.値としてリミッタを
付けてやることにより、異常な動作を防止する機構を付
ければ良いことは明らかであり、逆にこの状態を利用し
て故障判断できる。
またオンディレイ補償値演算開始信号Stdは制御回路
３の外部からスイッチなどを設けて任意のタイミングで
与えることができる。この場合は例えば製品出荷に際し
て行うとか据え付け後のメンテナンス時に必要に応じて
行うことできる。あるいは電源投入時に行うようにした
い場合は、電源投入に合わせてこのStd信号を自動的に
発生するようにしておけばよい。この場合は制御回路３
の内部でStd信号を発生することもできる。また以上述
べた実施例はオンディレイ補償値演算器35に全て共存で
き、制御回路３の外部からどの手法でオンディレイ補償
値を求めるか選択できるようにすると、その用途は広が
り、交流モータの負荷状態によらずオンディレイ補償値
を求めることができるようになる。さらに本発明で述べ
たオンディレイ補償値演算器はPWMコンバータや他の電
力変換器にも用いることができるのは言うまでもない。
３の外部からスイッチなどを設けて任意のタイミングで
与えることができる。この場合は例えば製品出荷に際し
て行うとか据え付け後のメンテナンス時に必要に応じて
行うことできる。あるいは電源投入時に行うようにした
い場合は、電源投入に合わせてこのStd信号を自動的に
発生するようにしておけばよい。この場合は制御回路３
の内部でStd信号を発生することもできる。また以上述
べた実施例はオンディレイ補償値演算器35に全て共存で
き、制御回路３の外部からどの手法でオンディレイ補償
値を求めるか選択できるようにすると、その用途は広が
り、交流モータの負荷状態によらずオンディレイ補償値
を求めることができるようになる。さらに本発明で述べ
たオンディレイ補償値演算器はPWMコンバータや他の電
力変換器にも用いることができるのは言うまでもない。
産業上の利用可能性 本発明によれば電力変換器個体のバラツキによるオン
ディレイ補償値のずれを自動調整するので、オンディレ
イ補償値のずれによるトルクリプルを防止でき、高精度
な制御装置を実現できる。また、自動調整により、ハー
ドウェアのバラツキの許容範囲が増えるため、安価な制
御装置を実現できる効果もある。
ディレイ補償値のずれを自動調整するので、オンディレ
イ補償値のずれによるトルクリプルを防止でき、高精度
な制御装置を実現できる。また、自動調整により、ハー
ドウェアのバラツキの許容範囲が増えるため、安価な制
御装置を実現できる効果もある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉浦 正樹 千葉県船橋市習志野台５丁目38番25号 審査官 川端 修 (56)参考文献 特開 平３−143287（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−126335（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−56176（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−261974（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−23765（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02M 7/537 H02M 7/5387 H02P 7/63
Claims (4)
- 【請求項１】交流モータと、前記交流モータに供給する
交流電力をスイッチング素子により発生する電力変換器
と、前記スイッチング素子のオンディレイを補償するオ
ンディレイ補償器を備えた交流モータ制御装置におい
て、前記スイッチング素子をオンディレイの影響の多い
第１のスイッチング周波数とオンディレイの影響の少な
い第２のスイッチング周波数の少なくとも２つのスイッ
チング周波数で一定の直流電流を流すように制御する手
段と、少なくとも上記２つの周波数での電圧制御出力の
差に基づき前記オンディレイ補償値を求める手段を有す
るオンディレイ補償値演算手段を備えたことを特徴とし
た交流モータ制御装置。 - 【請求項２】前記スイッチング素子はIGBTであり、前記
第１のスイッチング周波数を10kHz以上、前記第２のス
イッチング周波数を5kHz以下とした前記請求項１記載の
交流モータ制御装置。 - 【請求項３】前記スイッチング素子はバイポーラトラン
ジスタであり、前記第１のスイッチング周波数を2kHz以
上、前記第２のスイッチング周波数を1kHz以下とした前
記請求項１記載の交流モータ制御装置。 - 【請求項４】前記オンディレイ補償値の演算機能の開始
を指示できるようにした前記請求項１乃至請求項３に記
載のいずれかの交流モータ制御装置。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/JP1997/000909 WO1998042067A1 (fr) | 1997-03-19 | 1997-03-19 | Convertisseur electrique, unite de commande de moteur a courant alternatif et leur procede de commande |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP3329831B2 true JP3329831B2 (ja) | 2002-09-30 |
Family
ID=14180263
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP54032298A Expired - Lifetime JP3329831B2 (ja) | 1997-03-19 | 1997-03-19 | 電力変換装置、交流モータ制御装置、及びそれらの制御方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3329831B2 (ja) |
| WO (1) | WO1998042067A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101076216B1 (ko) | 2011-09-07 | 2011-10-26 | (주)스페이스원 | Ｉｇｂｔ 회로를 이용한 정밀 가공 제어 장치 및 그 제어 방법 |
| US10910984B2 (en) | 2015-05-20 | 2021-02-02 | Mitsubishi Electric Corporation | Power conversion device and vehicle drive system to which same is applied |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4529113B2 (ja) | 2003-08-18 | 2010-08-25 | 株式会社安川電機 | 電圧形インバータ及びその制御方法 |
| JP2010228701A (ja) * | 2009-03-30 | 2010-10-14 | Jtekt Corp | デッドタイム設定方法、モータ制御装置および電動パワーステアリング装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03143287A (ja) * | 1989-10-27 | 1991-06-18 | Hitachi Ltd | 電圧形インバータの制御方法 |
| JP3536114B2 (ja) * | 1994-10-20 | 2004-06-07 | 株式会社日立製作所 | 電力変換器の制御方法および電力変換装置 |
-
1997
- 1997-03-19 JP JP54032298A patent/JP3329831B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1997-03-19 WO PCT/JP1997/000909 patent/WO1998042067A1/ja active Application Filing
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101076216B1 (ko) | 2011-09-07 | 2011-10-26 | (주)스페이스원 | Ｉｇｂｔ 회로를 이용한 정밀 가공 제어 장치 및 그 제어 방법 |
| US10910984B2 (en) | 2015-05-20 | 2021-02-02 | Mitsubishi Electric Corporation | Power conversion device and vehicle drive system to which same is applied |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO1998042067A1 (fr) | 1998-09-24 |
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