JP4819970B2 - 電動機駆動用電力変換装置 - Google Patents
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Description
2 第二の電力変換部(インバータ)
3,4,5 電流検出器
6 電動機
7 回転検出器
8 電圧検出器
10 電流指令生成部
11 d軸基本電流指令生成部
14 加算器
15 q軸電流指令生成部
20 d軸電流制御部
21 q軸非干渉演算部
22 d軸非干渉演算部
23 q軸電流制御部
30 変調率演算部
40 制御位相角演算部
50 電圧指令/PWM信号生成部
55 電圧指令演算部
57 非同期多パルスキャリア信号生成部
58 同期3パルスキャリア生成部
59 選択スイッチ
60 パルスモード切替処理部
61〜63 比較器
64〜66 反転回路
69 インバータ角周波数演算部
70 掛算器
71 脈動抑制信号演算部
72 バンドパスフィルタ(BPF)
73 加算器
74 割算器
80 電流指令調整部
81 リミッタ
82 増幅器
84 引算器
85 変調率指令生成部
90 三相−dq軸座標変換部
95 基準位相角演算部
100 第二の制御部
150 電圧振幅指標演算部
200 第一の制御部
210 直流電圧指令生成部
211 電圧制御部
212 電流制御部
213 PWM信号生成部
214 電流検出器
220 第一の電力変換部(コンバータ)
230 交流電源
240 直流電圧指令テーブル
250 変調率指令テーブル
251 引算器
252 リミッタ
253 比例積分器
254 加算器
280 直流電圧制御部
300 電動機駆動用電力変換装置
図1は、本発明の実施の形態1における電動機駆動用電力変換装置の構成例を示す図である。なお、図1は、交流電動機として永久磁石同期電動機を制御する場合の構成を一例として示している。
ここで、PPは電動機6の極対数である。
ω=dθe/dt…(3)
この際、インバータ出力角周波数ωを2πで除算したインバータ出力周波数FINVも併せて算出される。
pde=(K3+K4/s)・(id*−id) …(5)
上式において、K1,K3は比例ゲイン、K2,K4は積分ゲインである。
なお、pqe,pdeは必要に応じて、制御に使用するか否か(つまりpqe,pdeの値をゼロとするか否か)を選択可能な制御系としてもよい。
vqFF=(R1+s・Lq)・iq*+ω・(Ld・id*+φa) …(7)
上式において、R1は電動機6の一次巻線抵抗(Ω)、Ldはd軸インダクタンス(H)、Lqはq軸インダクタンス(H)、φaは永久磁石磁束(Wb)、sは微分演算子である。
VMmax=(√6/π)・EFC…(9)
VM*=sqrt(vd*2+vq*2)…(10)
THV=tan−1(vd*/vq*)…(12)
Vv*=PMFM・sin(θ−(2・π/3))…(14)
Vw*=PMFM・sin(θ−(4・π/3))…(15)
ここで、LIM( )は、( )内の値の上下限をそれぞれ、上記した手法に従って制限する関数を表現している。
実施の形態1では、電動機駆動用電力変換装置に対する電流指令を調整するための電流指令調整量を好適に制御し、あるいはパルスモードの切り替えを好適に制御することにより、インバータ2の出力する電圧のパルス幅の調整を可能とし、インバータ2の出力電圧に含まれる電源2f成分を打ち消す制御を効果的に行うことができる構成について開示した。実施の形態2では、さらに、コンバータ220を制御するためのコンバータ電圧指令を好適に生成することで、電動機6に流す電流を効果的に小さくすることができる構成について開示する。
Claims (17)
- 交流電源に接続され、前記交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換する第一の電力変換部と、前記第一の電力変換部に接続され、直流電圧を交流電圧に変換して交流電動機へ出力する第二の電力変換部と、前記第一の電力変換部を制御する第一の制御部と、前記第二の電力変換部を制御する第二の制御部とを有してなる電動機駆動用電力変換装置において、
前記第二の制御部は、
少なくともトルク指令に基づいて前記交流電動機の電流指令を生成する電流指令生成部と、
前記電流指令に基づいて前記交流電動機へ印加すべき電圧振幅指標を演算する電圧振幅指標演算部と、
少なくとも前記電圧振幅指標に基づいて前記第二の電力変換部の出力電圧半周期中のパルス数を切り替えるパルスモード切替処理部と、
少なくとも前記電圧振幅指標と前記交流電動機の周波数とに基づいて前記電流指令を調整するための電流指令調整量を生成する電流指令調整部と、
前記直流電圧に基づいて脈動抑制信号を演算する脈動抑制信号演算部と、
を有し、
前記パルスモード切替処理部は、前記第二の電力変換部の出力電圧半周期中のパルス数が1である同期1パルスモードと、当該出力電圧半周期中のパルス数が1よりも大きい同期パルスモードとを選択可能に構成され、
前記電流指令調整部は、前記交流電動機の周波数が、交流電源周波数の2倍の周波数を中心とする所定の範囲に移行するときに、前記パルスモード切替処理部が選択するパルスモードが、前記同期パルスモードとなるように調整された電流指令調整量を生成し、
前記電流指令調整量により調整された前記電流指令と前記脈動抑制信号とを含む制御信号に基づいて前記第二の電力変換部へのPWM信号を生成して出力することを特徴とする電動機駆動用電力変換装置。 - 前記第二の制御部は、前記交流電動機の周波数が所定の範囲に存在する場合に、前記第二の電力変換部が出力する電圧を前記直流電圧に応じて出力可能な最大電圧未満の所定値に制御することを特徴とする請求項1に記載の電動機駆動用電力変換装置。
- 前記第二の制御部は、前記電流指令生成部と前記電流指令調整部とによって、前記トルク指令に前記交流電動機の出力するトルクを一致させる制御が行われる際、前記トルク指令に基づくトルク一定曲線上で且つ電圧制限曲線の内側の電流指令を選択することを特徴とする請求項2に記載の電動機駆動用電力変換装置。
- 前記電流指令調整部は、前記交流電動機の周波数に基づいて前記電圧振幅指標の最大値を示す電圧振幅目標指令を生成する電圧振幅目標指令生成部を有してなることを特徴とする請求項1に記載の電動機駆動用電力変換装置。
- 前記電流指令調整部は、前記電圧振幅目標指令と前記電圧振幅指標との偏差に基づいて前記電流指令調整量を生成することを特徴とする請求項4に記載の電動機駆動用電力変換装置。
- 前記電圧振幅目標指令生成部は、前記交流電動機の周波数が所定の範囲に存在する場合、前記第二の電力変換部の出力電圧を前記直流電圧に応じて出力可能な最大電圧未満の所定値にならしめる前記電圧振幅目標指令を生成することを特徴とする請求項4に記載の電動機駆動用電力変換装置。
- 前記電流指令生成部は、
前記トルク指令から前記交流電動機の磁束成分電流である第一のd軸電流指令を生成し、前記電流指令調整量により前記第一のd軸電流指令を調整して第二のd軸電流指令を生成し、前記トルク指令と前記第二のd軸電流指令とに基づいてトルク成分電流である第一のq軸電流指令を生成し、
前記電圧振幅指標演算部は、
前記第二のd軸電流指令と前記第一のq軸電流指令とに基づいて前記電圧振幅指標を演算する
ことを特徴とする請求項1に記載の電動機駆動用電力変換装置。 - 前記第二の制御部は、
前記第二の電力変換部のパルスモードを切り替えるパルスモード切替部と、
少なくとも前記交流電動機の周波数と非同期に前記PWM信号を生成する非同期パルスモードと、前記交流電動機の周波数と同期して前記PWM信号を生成する同期パルスモードとを含む複数のパルスモードのうちの一つを、前記パルスモード切替部の制御にて選択するパルスモード選択部と、
を有し、
前記交流電動機の周波数が前記交流電源の周波数の2倍の周波数を中心とする所定の範囲に存在する場合、前記パルスモードとして前記同期パルスモードを選択することを特徴とする請求項1に記載の電動機駆動用電力変換装置。 - 前記第二の制御部は、
前記第二の電力変換部のパルスモードを切り替えるパルスモード切替部と、
少なくとも前記交流電動機の周波数と非同期に前記PWM信号を生成する非同期パルスモードと、前記交流電動機の周波数と同期して生成される電圧半周期のパルス数が3である前記PWM信号を生成する同期3パルスモードとを含む複数のパルスモードのうちの一つを、前記パルスモード切替部の制御にて選択するパルスモード選択部と、
を有し、
前記交流電動機の周波数が前記交流電源の周波数の2倍の周波数を中心とする所定の範囲に存在する場合に、前記パルスモードとして前記同期3パルスモードを選択することを特徴とする請求項1に記載の電動機駆動用電力変換装置。 - 前記パルスモード選択部は、少なくとも前記脈動抑制信号を含まない前記電圧振幅指標に基づいて前記パルスモードを選択することを特徴とする請求項8または9に記載の電動機駆動用電力変換装置。
- 交流電源に接続され、前記交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換する第一の電力変換部と、前記第一の電力変換部に接続され、直流電圧を交流電圧に変換して交流電動機へ出力する第二の電力変換部と、前記第一の電力変換部を制御する第一の制御部と、前記第二の電力変換部を制御する第二の制御部とを有してなる電動機駆動用電力変換装置において、
前記第二の制御部は、
少なくともトルク指令に基づいて前記交流電動機の電流指令を生成する電流指令生成部と、
前記電流指令に基づいて前記交流電動機へ印加すべき電圧振幅指標を演算する電圧振幅指標演算部と、
少なくとも前記電圧振幅指標に基づいて前記第二の電力変換部の出力電圧半周期中のパルス数を切り替えるパルスモード切替処理部と、
前記直流電圧に基づいて脈動抑制信号を演算する脈動抑制信号演算部と、
を有してなり、
前記第一の制御部は、
前記直流電圧の目標値である直流電圧指令を生成する直流電圧指令生成部と、
前記直流電圧と前記直流電圧指令とが一致するように制御信号を生成する電圧制御部と、
を有してなり、
前記パルスモード切替処理部は、前記第二の電力変換部の出力電圧半周期中のパルス数が1である同期1パルスモードと、当該出力電圧半周期中のパルス数が1よりも大きい同期パルスモードとを選択可能に構成され、
前記交流電動機の周波数が前記交流電源の周波数の2倍の周波数を中心とする所定の範囲に存在する場合における前記直流電圧指令は、前記交流電動機の周波数が当該所定の範囲に存在しない場合よりも大きくなるように生成され、
前記電流指令と前記脈動抑制信号とを含む制御信号に基づいて前記第二の電力変換部へのPWM信号を生成して出力する
ことを特徴とする電動機駆動用電力変換装置。 - 前記直流電圧指令生成部は、前記交流電動機の周波数に基づいて前記直流電圧指令を生成すること
を特徴とする請求項11に記載の電動機駆動用電力変換装置。 - 前記直流電圧指令生成部は、前記電圧振幅指標に基づいて前記直流電圧指令を生成すること
を特徴とする請求項11に記載の電動機駆動用電力変換装置。 - 前記直流電圧指令生成部は、前記交流電動機の周波数と前記電圧振幅指標とに基づいて前記直流電圧指令を生成することを特徴とする請求項11に記載の電動機駆動用電力変換装置。
- 前記直流電圧指令生成部は、前記交流電動機の周波数に基づいて前記電圧振幅指標の最大値を示す目標値を生成し、前記電圧振幅指標の最大値を示す目標値と前記電圧振幅指標とに基づいて前記直流電圧指令を生成することを特徴とする請求項11に記載の電動機駆動用電力変換装置。
- 前記所定の範囲は、前記交流電源の周波数の2倍の周波数を中心とする範囲であることを特徴とする請求項2または6に記載の電動機駆動用電力変換装置。
- 前記所定値は、前記第二の電力変換部の出力電圧が前記直流電圧下で出力可能な最大電圧の90%以上100%未満の値であることを特徴とする請求項2または6に記載の電動機駆動用電力変換装置。
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