JP4797371B2 - 電力変換装置の制御方法 - Google Patents
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Description
複数の直流電源に接続され、これら直流電源のそれぞれの出力電圧からパルスを生成・合成することで駆動電圧を生成し交流モータを駆動する電力変換装置の制御方法であって、
モータ電流と同位相のモータ電圧成分である有効電圧指令値を生成する有効電圧指令値生成ステップと、
それ以外のモータ電圧成分である無効電圧指令値を生成する無効電圧指令値生成ステップと、
前記有効電圧指令値と前記無効電圧指令値とを複数の直流電源に各々対応した各電圧指令値に配分する電圧配分ステップと、
前記各電圧指令値に基づいて、前記電力変換装置が各出力電圧パルスを生成するよう制御するステップと、
さらに、dq座標におけるdq軸電流指令値とdq軸電流から、dq軸電流を制御するdq軸電圧指令値を演算するステップを含み、
前記有効電圧指令値生成ステップが、
前記dq軸電流指令値と前記dq軸電圧指令値とから、前記有効電圧指令値を抽出し、
前記無効電圧指令値生成ステップが、
前記dq軸電流指令値と前記dq軸電圧指令値とから、前記無効電圧指令を抽出する、
ことを特徴とする。
さらに、前記モータ電流の位相を前記モータ電流の指令値の位相から求めるステップ、
を含むことを特徴とする。
前記無効電圧指令値生成ステップが、
前記モータ電圧指令値から前記有効電圧指令値を減算することで前記無効電圧指令値を求める、
ことを特徴とする。
複数の直流電源に接続され、これら直流電源のそれぞれの出力電圧からパルスを生成・合成することで駆動電圧を生成し交流モータを駆動する電力変換装置の制御方法であって、
モータ電流と同位相のモータ電圧成分である有効電圧指令値を生成する有効電圧指令値生成ステップと、
それ以外のモータ電圧成分である無効電圧指令値を生成する無効電圧指令値生成ステップと、
前記有効電圧指令値と前記無効電圧指令値とを複数の直流電源に各々対応した各電圧指令値に配分する電圧配分ステップと、
前記各電圧指令値に基づいて、前記電力変換装置が各出力電圧パルスを生成するよう制御するステップと、
を含み、
前記電圧配分ステップが、
前記複数の直流電源に各々対応した有効電力配分指令値を前記有効電圧指令値に乗じて配分後有効電圧指令を求めるステップと、
前記複数の直流電源に各々対応した無効電力配分指令値を前記無効電圧指令値に乗じて配分後無効電圧指令を求めるステップと、
前記複数の直流電源に各々対応した前記各電圧指令値を、前記配分後有効電圧指令値と前記配分後無効電圧指令値との和から、それぞれ求めるステップとを含む、
ことを特徴とする。
さらに、前記複数の直流電源に各々対応した前記各電圧指令値を前記直流電源の電圧値によって正規化した各変調率指令値を求めるとともに、この求めた各変調率指令値に、前記各電圧指令値の大きさに応じたオフセット量を加算もしくは減算して各補正変調率指令値を出力するステップ、
を含むことを特徴とする。
さらに、前記複数の直流電源の一つがコンデンサであって、前記無効電圧指令値をこのコンデンサに蓄積されている電力に対応した電圧指令値とするステップ、
を含むことを特徴とする。
上述したように本発明の解決手段を方法として説明してきたが、本発明はこれらに実質的に相当する装置、プログラム、プログラムを記録した記憶媒体としても実現され得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。
無効電圧指令をモータ電圧指令値から有効電圧指令値を減算して求めるため、演算を簡素化することが可能である。また、第5の発明によれば、dq座標において有効電圧指令と無効電圧指令を演算するため、dq座標におけるベクトル制御を行うモータ制御システムにおいては、その演算量は3相交流での演算量に比べて少なくてすむ。
β* = tan-1(-id/iq)
(ただし、iq=0の場合は β* =π/2)
なお、ベクトルの分解・合成によってdq軸の電圧成分を演算しているため、無効電圧成分については、次の式から演算することも可能である。
上の式を用いれば、v_r0を演算せずにvd_2*,vq_2*を求めることができるため、演算量を低減することが可能である(これは第4の発明に相当)。
rto_pa_a + rto_pa_b = 1
であり、この配分比の関係が満足される範囲で、分配目標値を変更できる(第6の発明に相当)。
vd1_a*=rto_pa_a・vd_1*
vq1_a*=rto_pa_a・vq_1*
vd1_b*=rto_pa_b・vd_1*
vq1_b*=rto_pa_b・vq_1*
ここで、
rto_pr_a + rto_pr_b = 1
vd2_a*=rto_pr_a・vd_2*
vq2_a*=rto_pr_a・vq_2*
vd2_b*=rto_pr_b・vd_2*
vq2_b*=rto_pr_b・vq_2*
であり、求められた電圧から、電源10a側の電圧指令値としてvd_a*,vq_a*と電源10b側の電圧指令値としてvd_b*,vq_b*を以下の式を用いて演算する。これは、図11における42fの加算器を表している。
vd_a*= vd1_a* +vd2_a*
vq_a*= vq1_a* +vq2_a*
vd_b*= vd1_b* +vd2_b*
vq_b*= vq1_b* +vq2_b*
42fと42gは、得られたdq軸電圧指令値を3相電圧指令に変換するdq/3相電圧変換手段であり、vu_a*、vv_a*、vw_a*、vu_b*、vv_b*、vw_b*を出力する。以下、電源10aから生成する電圧の指令を電源10a分電圧指令、電源10bから生成する電圧の指令を電源10b分電圧指令と記す。
変調率演算手段45は、図5に示す演算2を行う。U相の電源10a分電圧指令vu_a*、電源10b分電圧指令vu_b*をそれぞれの直流電圧の半分の値で正規化することで電源10a分瞬時変調率指令mu_a*、電源10b分瞬時変調率指令mu_b*を求める。
mu_a*=vu_a*/(Vdc_a/2)
mu_b*=vu_b*/(Vdc_b/2)
変調率補正手段46は、図5に示す演算3を行う。この演算では、まず、vd_a*,vq_a*,vd_b*,vq_b*から、a・bそれぞれの電圧ベクトルの大きさ|V_a|,|V_b|を求める。
電源電圧Vdc_a、Vdc_bと、求められた|V_a|,|V_b|を用いて、次の式に基づいて電源10a分瞬時変調率指令mu_a*、電源10b分瞬時変調率指令mu*_bの補正を行う。
このように、電源10a分瞬時変調率指令mu_a*、電源10b分瞬時変調率指令mu*_bに分配電力目標値の大きさに応じた値を乗じるとともにオフセット値を減算することで、分配電力目標値の大きさが大きい電源から生成する電圧を大きくできるようにしている。なお、ここでは減算式にて説明したが、最初に固定値を減算した上で補正値を加算する方法を用いても同様の効果となる。つまり加算もしくは減算を行うことで任意の電力分配比を達成できる。
図6において、電源10a用キャリアは、電源10aの電圧Vdc_aから電圧パルスを出力するために、各スイッチを駆動するPWMパルスを生成するための三角波キャリアであり、同様に、電源10b用キャリアとして三角波を設ける。これら二つの三角波キャリアは、上限+1、下限―1の値をとり、180度の位相差を持つ。ここでは、U相の各スイッチを駆動する信号を、図7をもとに次のようにおく。
A:電源10aから出力端子の方向へ導通するスイッチの駆動信号
B:出力端子から負極の方向へ導通するスイッチの駆動信号
C:出力端子から電源10aの方向へ導通するスイッチの駆動信号
D:電源10bから出力端子の方向へ導通するスイッチの駆動信号
E:出力端子から電源10bの方向へ導通するスイッチの駆動信号
デッドタイムを付加した駆動信号生成を行うため、mu_a_c*からデッドタイム分オフセットしたmu_a_c_up*,mu_a_c_down*を次のように求める。
mu_a_c_up* = mu_a_c* + Hd
mu_a_c_down* = mu_a_c* − Hd
ここで、Hdは三角波の振幅(底辺から頂点まで)Htrと周期Ttr、デッドタイムTdから次のように求める。
Hd = 2Td・Htr/Ttr
キャリアとmu_a_c*,mu_a_c_up*,mu_a_c_down*の比較を行って、AとEのスイッチの駆動信号を次のルールに従って求める。
mu_a_c_down* ≧ 電源10a用キャリア ならば A = ON
mu_a_c* ≦ 電源10a用キャリア ならば A = OFF
mu_a_c*≧電源10a用キャリア ならば E = OFF
mu_a_c_up* ≦電源10a用キャリア ならば E = ON
このように、駆動信号を生成することで、AとEの間にはTdのデッドタイムを設けることができ、正極間の短絡を防止することができる。
mu_b_c_up* = mu_b_c* + Hd
mu_b_c_down* = mu_b_c* − Hd
DとCのスイッチの駆動信号を次のルールに従って求める。
mu_b_c_down* ≧ 電源10b用キャリア ならば D = ON
mu_b_c* ≦ 電源10b用キャリア ならば D = OFF
mu_b_c*≧電源10b用キャリア ならば C = OFF
mu_b_c_up* ≦電源10b用キャリア ならば C = ON
このようにして、DとCの間にもTdのデッドタイムを設けることができ、正極間の短絡を防止することができる。
B=E・C
EはAとの間にデッドタイムが付加した駆動信号であり、CはDとの間にデッドタイムが付加した駆動信号である。このため、BをEとCのANDから生成することで、BとA、BとEにもデッドタイムを生成することができる。デッドタイムが付加されたパルス生成の例を図10に示す。
本発明によって、電源10a分とb分の電力配分を有効電力と無効電力に分けて制御することが可能になる。有効電力の配分目標値rto_pa_a=1とし、無効電力の配分目標値rto_pr_a=0とすると、モータを駆動する有効電力は電源10aからのみ供給され、無効電力は、電源10bが接続された極を経て各相を循環することとなり、電源10bの平均電力を考えると、放電しないことになる。このため、電源10bは小容量の電源、もしくは図14に示したように平滑コンデンサ13のみの構成で十分になる(第8の発明に相当)。
12,13 平滑コンデンサ
14 電源10aの正極母線
15 共通負極母線
16 電源10bの正極母線
20 モータ
101a/101b,102a/102b,103a/103b 半導体スイッチ
104a/104b,105a/105b,106a/106b 半導体スイッチ
107a,108a,109a 半導体スイッチ
107b,108b,109b ダイオード
30 電力変換器
30U U相のスイッチ群
30V V相のスイッチ群
30W W相のスイッチ群
40 制御装置
41 トルク制御手段
42 電流制御手段
43 dq/3相電圧変換手段
44 電圧分配手段
45 変調率演算手段
46 変調率補正手段
47,47a PWMパルス生成手段
48 3相/dq電圧変換手段
202 電源
201 三相変圧器
203 コンデンサ(電源として機能する)
204 コンデンサ
205,206 インバータ
Claims (6)
- 複数の直流電源に接続され、これら直流電源のそれぞれの出力電圧からパルスを生成・合成することで駆動電圧を生成し交流モータを駆動する電力変換装置の制御方法であって、
モータ電流と同位相のモータ電圧成分である有効電圧指令値を生成する有効電圧指令値生成ステップと、
それ以外のモータ電圧成分である無効電圧指令値を生成する無効電圧指令値生成ステップと、
前記有効電圧指令値と前記無効電圧指令値とを複数の直流電源に各々対応した各電圧指令値に配分する電圧配分ステップと、
前記各電圧指令値に基づいて、前記電力変換装置が各出力電圧パルスを生成するよう制御するステップと、
さらに、dq座標におけるdq軸電流指令値とdq軸電流から、dq軸電流を制御するdq軸電圧指令値を演算するステップを含み、
前記有効電圧指令値生成ステップが、
前記dq軸電流指令値と前記dq軸電圧指令値とから、前記有効電圧指令値を抽出し、
前記無効電圧指令値生成ステップが、
前記dq軸電流指令値と前記dq軸電圧指令値とから、前記無効電圧指令を抽出する、
ことを特徴とする電力変換装置の制御方法。 - 請求項1に記載の電力変換装置の制御方法において、
さらに、前記モータ電流の位相を前記モータ電流の指令値の位相から求めるステップ、
を含むことを特徴とする電力変換装置の制御方法。 - 請求項1に記載の電力変換装置の制御方法において、
前記無効電圧指令値生成ステップが、
前記モータ電圧指令値から前記有効電圧指令値を減算することで前記無効電圧指令値を求める、
ことを特徴とする電力変換装置の制御方法。 - 複数の直流電源に接続され、これら直流電源のそれぞれの出力電圧からパルスを生成・合成することで駆動電圧を生成し交流モータを駆動する電力変換装置の制御方法であって、
モータ電流と同位相のモータ電圧成分である有効電圧指令値を生成する有効電圧指令値生成ステップと、
それ以外のモータ電圧成分である無効電圧指令値を生成する無効電圧指令値生成ステップと、
前記有効電圧指令値と前記無効電圧指令値とを複数の直流電源に各々対応した各電圧指令値に配分する電圧配分ステップと、
前記電圧配分ステップが、
前記複数の直流電源に各々対応した有効電力配分指令値を前記有効電圧指令値に乗じて配分後有効電圧指令を求めるステップと、
前記複数の直流電源に各々対応した無効電力配分指令値を前記無効電圧指令値に乗じて配分後無効電圧指令を求めるステップと、
前記複数の直流電源に各々対応した前記各電圧指令値を、前記配分後有効電圧指令値と前記配分後無効電圧指令値との和から、それぞれ求めるステップとを含む、
ことを特徴とする電力変換装置の制御方法。 - 請求項4に記載の電力変換装置の制御方法において、
さらに、前記複数の直流電源に各々対応した前記各電圧指令値を前記直流電源の電圧値によって正規化した各変調率指令値を求めるとともに、この求めた各変調率指令値に、前記各電圧指令値の大きさに応じたオフセット量を加算もしくは減算して各補正変調率指令値を出力するステップ、
を含むことを特徴とする電力変換装置の制御方法。 - 請求項1〜5のいずれか1項に記載の電力変換装置の制御方法において、
さらに、前記複数の直流電源の一つがコンデンサであって、前記無効電圧指令値をこのコンデンサに蓄積されている電力に対応した電圧指令値とするステップ、
を含むことを特徴とする電力変換装置の制御方法。
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