JP5109354B2 - Motor inverter device and control method thereof - Google Patents
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本発明は、3相交流モータを制御するインバータ装置とその制御方法に関する。 The present invention relates to an inverter device for controlling a three-phase AC motor and a control method thereof.
3相交流モータを駆動する場合の制御方法として6個のスイッチング素子のオン時間を制御するPWM(Pulse Width Modulation)制御がある。また、3相の内の2相のみオン、オフ制御し、残りの1相を上相のみオンまたは下相のみオンに固定する2相変調方式が一般に用いられている。PWM制御では、各相のオン期間が重なる場合があり、そのとき平滑用キャパシタに流れるリップル電流が大きくなるという問題があった。 As a control method for driving a three-phase AC motor, there is PWM (Pulse Width Modulation) control for controlling the on-time of six switching elements. Further, a two-phase modulation method is generally used in which only two of the three phases are controlled to be turned on and off, and the remaining one phase is fixed only on the upper phase or only on the lower phase. In PWM control, the ON periods of the respective phases may overlap, and there is a problem that the ripple current flowing through the smoothing capacitor becomes large at that time.
上記の問題を改善するために、我々は、2相変調方式において、オン、オフ制御する2相の基準三角波の位相を180度ずらすことで、リップル電流を減少させたインバータ装置を先に提案している(特許文献2参照)。 In order to improve the above problems, we previously proposed an inverter device in which the ripple current is reduced by shifting the phase of the two-phase reference triangular wave to be turned on and off by 180 degrees in the two-phase modulation method. (See Patent Document 2).
特許文献1には、モータ用インバータとジェネレータ用インバータを有するインバータ装置において、モータを駆動するための第1のパルス幅変調信号と、ジェネレータを駆動するための第2のパルス幅変調信号のオン・オフのタイミングを異ならせることが記載されている。
ところで、直流電源の出力電圧をインバータで直流/交流変換して複数の3相交流モータを駆動する場合、1台の3相交流モータを駆動する場合よりさらに平滑用キャパシタに流れるリップル電流が増加する。 By the way, when driving a plurality of three-phase AC motors by converting the output voltage of the DC power supply with a DC / AC converter using an inverter, the ripple current flowing through the smoothing capacitor further increases than when driving a single three-phase AC motor. .
また、インバータで駆動する複数の3相交流モータの回転数が異なると、それぞれのモータの電気角も異なるので、1台のモータと同じ制御方法ではリップル電流が増加することが考えられる。 Further, if the rotation speeds of the plurality of three-phase AC motors driven by the inverter are different, the electric angles of the respective motors are also different. Therefore, it is conceivable that the ripple current increases in the same control method as that for one motor.
本発明の課題は、直流電源に接続される平滑キャパシタのリップル電流を減らすことができるインバータ装置を提供することである。 The subject of this invention is providing the inverter apparatus which can reduce the ripple current of the smoothing capacitor connected to DC power supply.
本発明のモータインバータ装置は、1つの直流電源の出力電圧を平滑キャパシタで平滑して複数の3相交流電圧に変換し、前記各3相交流電圧がそれぞれモータを駆動させるモータインバータ装置において、各モータを2相変調制御する駆動信号を生成する制御手段と、前記各モータ毎に、前記駆動信号によりオン、オフ制御され3相交流電圧を供給するスイッチング素子群を有し、前記駆動信号のうち変調する2相はそれぞれ位相の異なるキャリア信号に基づいて生成される。 In the motor inverter device of the present invention, the output voltage of one DC power source is smoothed by a smoothing capacitor and converted into a plurality of three-phase AC voltages, and each of the three-phase AC voltages drives a motor, Control means for generating a drive signal for two-phase modulation control of the motor, and a switching element group for supplying a three-phase AC voltage that is on / off-controlled by the drive signal for each of the motors. Two phases to be modulated are generated based on carrier signals having different phases.
この発明によれば、複数のモータを位相の異なるキャリア信号に基づいて2相変調制御することで、モータインバータ装置の出力電流のピーク値を抑制し、平滑キャパシタに流れるリップル電流を減らすことができる。 According to the present invention, the peak value of the output current of the motor inverter device can be suppressed and the ripple current flowing through the smoothing capacitor can be reduced by performing two-phase modulation control on a plurality of motors based on carrier signals having different phases. .
上記の発明のモータインバータ装置において、前記制御手段は、前記位相の異なるキャリア信号を発生するキャリア信号発生手段と、前記各モータの指令値と前記キャリア信号に基づいて2相変調制御を行う前記駆動信号を生成する駆動信号生成手段とを有する。 In the motor inverter device of the above invention, the control means is a carrier signal generating means for generating carrier signals having different phases, and the driving for performing two-phase modulation control based on a command value of each motor and the carrier signal. Drive signal generating means for generating a signal.
このように構成することで、キャリア信号発生手段で発生する位相の異なるキャリア信号に基づいて2相変調制御を行うことでモータインバータ装置の出力電流のピーク値を抑え、平滑キャパシタに流れるリップル電流を減らすことができる。 With this configuration, the peak value of the output current of the motor inverter device is suppressed by performing two-phase modulation control based on carrier signals having different phases generated by the carrier signal generating means, and the ripple current flowing in the smoothing capacitor is reduced. Can be reduced.
上記の発明のモータインバータ装置において、前記各モータ毎について前記駆動信号のうち変調する2相に対応する前記キャリア信号は互いに180°位相が異なり、かつ、全キャリア信号の位相は均等に異なる。 In the motor inverter device of the above invention, the carrier signals corresponding to the two phases to be modulated among the drive signals for each motor are 180 ° out of phase with each other and the phases of all carrier signals are equally different.
このようにキャリア信号の位相を180°異ならせ、全キャリア信号の位相を均等に異ならせることで、スイッチング素子群のスイッチングタイミングを均等に異ならせ、モータインバータ装置の出力電流のピーク値を抑えることができる。 In this way, the carrier signal phase is changed by 180 °, and the phase of all the carrier signals is changed equally, so that the switching timing of the switching element group is changed equally, and the peak value of the output current of the motor inverter device is suppressed. Can do.
上記の発明のモータインバータ装置において、モータが2つである。
上記の発明のモータインバータ装置において、前記駆動信号生成手段は、前記各モータ間の前記指令値の関係に応じて、前記駆動信号に替えて各モータを2相変調制御する第2の駆動信号を生成し、前記各モータそれぞれについて前記第2の駆動信号のうち変調する2相は互いに位相の異なる2つのキャリア信号に基づいて生成され、前記2つのキャリア信号の位相は各モータ間で等しい。
In the motor inverter device of the above invention, there are two motors.
In the motor inverter device according to the above invention, the drive signal generation means generates a second drive signal for performing two-phase modulation control of each motor instead of the drive signal in accordance with the relationship of the command values between the motors. The two phases to be generated and modulated for each of the motors are generated based on two carrier signals having different phases, and the phases of the two carrier signals are equal between the motors.
この場合のキャリア信号は、例えば2モータの場合、一方のモータの第2の駆動信号のうち変調する2相は互いに位相が異なり、他方のモータの第2の駆動信号のうち変調する2相は互いに位相が異なるが、一方のモータの変調する2相のうちの一方と他方のモータの変調する2相のうち一方は位相が等しく、一方のモータの変調する2相のうちの他方と他方のモータの変調する2相のうち他方は位相が等しい。 In this case, for example, in the case of two motors, the two phases to be modulated among the second drive signals of one motor are different in phase, and the two phases to be modulated among the second drive signals of the other motor are Although the phases are different from each other, one of the two phases modulated by one motor and one of the two phases modulated by the other motor are equal in phase, and the other of the two phases modulated by one motor and the other The other of the two phases modulated by the motor has the same phase.
このように構成することで、各モータの指令値の関係に応じて、駆動信号の替わりに第2の駆動信号を生成し、その第2の駆動信号によりスイッチング素子群を制御することで、モータインバータ装置の出力電流のピーク値を抑制できる。 With this configuration, the second drive signal is generated instead of the drive signal according to the relationship between the command values of the motors, and the switching element group is controlled by the second drive signal. The peak value of the output current of the inverter device can be suppressed.
上記の発明のモータインバータ装置において、前記2つのキャリア信号は互いに180°位相が異なる。
このように180°位相差を有するキャリア信号を用いることでスイッチング素子群のスイッチングタイミングをずらし、モータインバータ装置の出力電流のピーク値を抑えることができる。
In the motor inverter device of the above invention, the two carrier signals are 180 ° out of phase with each other.
Thus, by using the carrier signal having a 180 ° phase difference, the switching timing of the switching element group can be shifted, and the peak value of the output current of the motor inverter device can be suppressed.
上記の発明のモータインバータ装置において、前記モータが2つであり、前記駆動信号生成手段は、一方のモータの1つ相の指令値が正の一定値で、他方のモータの1つの相の指令値が負の一定値のときに、前記第2の駆動信号を生成する。 In the motor inverter device according to the invention described above, the number of the motors is two, and the drive signal generation unit is configured such that a command value of one phase of one motor is a constant positive value and a command of one phase of the other motor. When the value is a negative constant value, the second drive signal is generated.
このように構成することで、一方のモータの指令値が正の一定値で、他方のモータの指令値が負の一定値のときには、第2の駆動信号によりスイッチング素子群を制御することでモータインバータ装置の出力電流のピーク値を抑えることができる。 With this configuration, when the command value of one motor is a positive constant value and the command value of the other motor is a negative constant value, the motor is controlled by controlling the switching element group with the second drive signal. The peak value of the output current of the inverter device can be suppressed.
本発明のモータインバータ装置の制御方法は、1つの直流電源の出力電圧を平滑キャパシタで平滑して複数の3相交流電圧に変換し、前記各3相交流電圧がそれぞれモータを駆動させるモータインバータ装置の制御方法において、各モータを2相変調制御する駆動信号を生成し、前記駆動信号をモータインバータ装置のスイッチング素子群の制御端子に供給し、前記駆動信号のうち変調する2相はそれぞれ位相の異なるキャリア信号に基づいて生成される。 The motor inverter device control method of the present invention smoothes the output voltage of one DC power source with a smoothing capacitor and converts it into a plurality of three-phase AC voltages, and each of the three-phase AC voltages drives a motor. In this control method, a drive signal for two-phase modulation control of each motor is generated, the drive signal is supplied to a control terminal of a switching element group of a motor inverter device, and two phases of the drive signal to be modulated are in phase. Generated based on different carrier signals.
この発明の制御方法によれば、モータインバータ装置の出力電流のピーク値を抑制し、平滑キャパシタに流れるリップル電流を減らすことができる。
上記の発明のモータインバータ装置の制御方法において、前記各モータ間の指令値の関係に応じて、前記駆動信号に替えて各モータを2相変調制御する第2の駆動信号を生成し、前記各モータそれぞれについて前記第2の駆動信号のうち変調する2相は互いに位相の異なる2つのキャリア信号に基づいて生成され、前記2つのキャリア信号の位相は各モータ間で等しい。
According to the control method of the present invention, the peak value of the output current of the motor inverter device can be suppressed, and the ripple current flowing through the smoothing capacitor can be reduced.
In the control method of the motor inverter device of the above invention, a second drive signal for performing two-phase modulation control of each motor is generated instead of the drive signal in accordance with a relationship of command values between the motors, For each motor, two phases to be modulated among the second drive signals are generated based on two carrier signals having different phases, and the phases of the two carrier signals are the same between the motors.
このように構成することで、各モータの指令値の関係に応じて、駆動信号の替わりに第2の駆動信号を生成し、その第2の駆動信号によりスイッチング素子群を制御することで、モータインバータ装置の出力電流のピーク値を抑制できる。 With this configuration, the second drive signal is generated instead of the drive signal according to the relationship between the command values of the motors, and the switching element group is controlled by the second drive signal. The peak value of the output current of the inverter device can be suppressed.
本発明によれば、平滑キャパシタに流れるリップル電流を減らすことができる。 According to the present invention, the ripple current flowing through the smoothing capacitor can be reduced.
以下、本発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。図1は、実施の形態のインバータ装置の回路図である。なお、以下の説明で「オン」「オフ」とはインバータブリッジの各相のスイッチング素子について特に上アーム(または下アーム)のスイッチのことを示す。下アーム(または上アーム)のスイッチング素子は上アーム(または下アーム)が「オン」のときオフ、「オフ」のときオンというように、上アーム(または下アーム)のスイッチング素子に対して相補的に動作するものとする。 Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram of an inverter device according to an embodiment. In the following description, “ON” and “OFF” indicate a switch of an upper arm (or a lower arm) in particular for each phase switching element of the inverter bridge. The switching element of the lower arm (or upper arm) is complementary to the switching element of the upper arm (or lower arm), such as OFF when the upper arm (or lower arm) is “ON” and ON when it is “OFF”. Behave as if
このインバータ装置11は、2台の3相交流モータ12、13に駆動電圧を供給する2個のインバータブリッジ14a、14b(スイッチング素子群に対応する)と、インバータブリッジ14a、14bに駆動信号を供給する制御回路(制御手段に対応する)15とからなる。インバータ装置11には、直流電源Eの出力電圧を平滑キャパシタC1で平滑した電圧が入力している。なお、図1に点線で示すように、3相交流モータを3個以上使用し、3個以上のインバータブリッジを設けても良い。
This inverter device 11 supplies drive signals to two
インバータブリッジ14aは、直流電源Eの正電位側と負電位側との間に直列に接続されたMOSトランジスタTR1及びTR2と、TR3及びTR4と、TR5及びTR6とからなる。MOSトランジスタTR1及びTR2と、TR3及びTR4と、TR5及びTR6は互いに並列に接続されている。
The
MOSトランジスタTR1とTR2の接続点は3相交流モータ12のU相に接続され、MOSトランジスタTR3とTR4の接続点はV相に接続され、MOSトランジスタTR5とTR6の接続点はW相に接続されている。
The connection point between the MOS transistors TR1 and TR2 is connected to the U phase of the three-
インバータブリッジ14bも同様に、直流電源Eの正電位側と負電位側との間に直列に接続されたMOSトランジスタTR1’及びTR2’と、TR3’及びTR4’と、TR5’及びTR6’とからなる。
Similarly, the
MOSトランジスタTR1’とTR2’の接続点は3相交流モータ13のU相に接続され、MOSトランジスタTR3’とTR4’の接続点はV相に接続され、MOSトランジスタTR5’とTR6’の接続点はW相に接続されている。
The connection point between the MOS transistors TR1 ′ and TR2 ′ is connected to the U phase of the three-
インバータブリッジ14a、14bの各MOSトランジスタTR1〜TR6及びTR1’〜TR6’のゲートには制御回路15からそれぞれ駆動信号が与えられる。この駆動信号によりインバータブリッジ14a、14bのそれぞれのMOSトランジスタをオン、オフすることで直流電圧を2つの3相交流電圧に変換する。
A drive signal is supplied from the
制御回路15は、後述する4種類の三角波(キャリア信号)を生成する三角波発生器(キャリア信号発生手段に対応する)16と、三角波と各相の指令値に基づいてMOSトランジスタTR1〜TR6、TR1’〜TR6’のオン期間を決めるパルス幅制御信号(駆動信号)を生成するPWM制御部(駆動信号生成手段に対応する)17とを有する。
The
この実施の形態では、3相の内の1つの相を一定期間オンまたはオフに固定し、残りの2相のMOSトランジスタのオン時間を可変制御する2相変調方式を採用している。上記のPWM制御部17からは、インバータブリッジ14a、14bの1つの相のスイッチング素子を一定期間オンまたはオフに固定する信号と、他の2つの相のスイッチング素子のオン幅を制御するパルス幅制御信号が出力される。
In this embodiment, a two-phase modulation method is employed in which one of the three phases is fixed on or off for a certain period and the on-time of the remaining two-phase MOS transistors is variably controlled. From the
次に、図2は3相交流モータ12,13を制御するための指令値とモータの電気角との関係を示す図である。
図2の縦軸は、指令値の大きさ(電圧値)を示し、横軸は電気角を示し3相交流モータ12の電気角0〜360度を基準に示している。図2において、太線は3相交流モータ12のU、V、W相の指令値を示し、太線の実線は、U相の指令値、点線はV相の指令値、一点鎖線はW相の指令値を示す。また、細線は別の3相交流モータ13のU、V、W相の指令値を示し、細線の実線はU相の指令値、細線の点線はV相の指令値、細線の一点鎖線はW相の指令値を示す。さらに、実線で示す3相交流モータ12の指令値が電気角で360度変化する間に、細線で示す3相交流モータ13の指令値はその半分の電気角である180度変化する状態を示している。つまりこの状態では、3相交流モータ12のロータが1回転する間に、3相交流モータ13のロータは1/2回転する。
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the command value for controlling the three-
The vertical axis in FIG. 2 indicates the magnitude (voltage value) of the command value, the horizontal axis indicates the electrical angle, and the electrical angle of the three-
次に、図3は、三角波発生器16で生成される4種類の三角波を示す図である。図3の縦軸は電圧値を示し、横軸は時間を示す。
図3において、太線で示す三角波aと太線の点線で示す三角波bは同じ周波数で一定の位相差(例えば、90度)を有する信号である。細線の実線で示す三角波cは、三角波aの反転信号であり、細線の点線で示す三角波dは、三角波bの反転信号である。三角波a〜dの周波数は、図2に示すU、V、W相の指令値の周波数より十分に高い周波数に設定されている。
Next, FIG. 3 is a diagram showing four types of triangular waves generated by the
In FIG. 3, a triangular wave a indicated by a thick line and a triangular wave b indicated by a thick dotted line are signals having the same frequency and a constant phase difference (for example, 90 degrees). A triangular wave c indicated by a thin solid line is an inverted signal of the triangular wave a, and a triangular wave d indicated by a dotted dotted line is an inverted signal of the triangular wave b. The frequencies of the triangular waves a to d are set to a frequency that is sufficiently higher than the frequencies of the U, V, and W phase command values shown in FIG.
PWM制御部17は、図2示す各相の指令値と図3に示す4種類の三角波a〜dの内の特定の三角波の振幅値を比較し、三角波の値が指令値以上のとき、例えば、MOSトランジスタをオンさせる駆動信号を出力し、三角波の値が指令値未満のとき、MOSトランジスタをオフさせる駆動信号を出力する。
The
従って、図2に示す指令値の大きさが変化する電気角の区間では、三角波が指令値以上の期間をオン幅とするパルス幅変調信号が生成される。なお、指令値が正の一定値(例えば、「1」)となる電気角の区間では、三角波が指令値未満となるように設定され、その区間はスイッチング素子をオフ状態にする駆動信号が生成される。 Therefore, in the section of the electrical angle where the magnitude of the command value shown in FIG. 2 changes, a pulse width modulation signal is generated in which the period during which the triangular wave is equal to or greater than the command value is on. It should be noted that in the section of the electrical angle where the command value is a positive constant value (for example, “1”), the triangular wave is set to be less than the command value, and a drive signal for turning off the switching element is generated in that section. Is done.
次に、本発明の第1の実施の形態のインバータ装置11の動作を図4のフローチャートを参照して説明する。この第1の実施の形態は、4種類(または2種類)の三角波a〜d用いて2台の3相交流モータ12、13の回転を制御する場合の例である。以下のフローチャートの説明では、3相交流モータ12を第1のモータ12、3相交流モータ13を第2のモータ13と呼ぶ。
Next, the operation of the inverter device 11 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. The first embodiment is an example in which the rotation of two three-
第1のモータ12のロータの位置を図示しない位置検出器により検出する(図4、S11)。次に、位置検出器で検出されるロータの位置から電気角と回転数を計算する(S12)。
The position of the rotor of the
次に、第1のモータ12の指令値から、算出された電気角において指令値が「1」または「−1」に固定されている相とそれ以外の相を判定する。指令値が固定値でない2つの相(変調する2相)の指令値と、図3に示す三角波aとその反転信号である三角波cの振幅値を比較し、三角波a、cが対応する相の指令値以上の期間を計算して、その期間オンとなるパルス幅制御信号(PWM値)を求める。また、指令値が「1」または「−1」に固定されている相についてオンまたはオフに固定するパルス幅制御信号(PWM値)を求める。(S13)。この処理により、インバータブリッジ14aのスイッチング素子を制御するための駆動信号が決定される。
Next, from the command value of the
次に、上記の処理により生成した駆動信号(3相PWM信号)をインバータブリッジ14aのスイッチング素子の制御端子(TR1〜TR6のゲート)に出力する(S14)。
第2のモータ13についても同様の処理を実行する。第2のモータ13のロータの位置を図示しない位置検出器により検出する(S15)。検出した位置の電気角と回転数を計算する(S16)。
Next, the drive signal (three-phase PWM signal) generated by the above processing is output to the control terminals (gates of TR1 to TR6) of the switching element of the
The same process is executed for the
次に、第2のモータ13の3つの相の指令値から、算出された電気角において指令値が「1」または「−1」に固定されている相とそれ以外の相を判定する。指令値が固定値でない2つの相(変調する2相)の指令値と、三角波aに対して90度の位相差を有する三角波bとその反転信号である三角波dの振幅値を比較し、三角波b、dの振幅値が指令値以上の期間を計算して、その期間オンとなるパルス幅制御信号(PWM値)を生成する。また、指令値が「1」または「−1」に固定されている相についてオンまたはオフに固定するパルス幅制御信号(PWM値)を求める。(S17)。この処理により、インバータブリッジ14bのスイッチング素子を制御するための駆動信号が決定される。
Next, from the command values of the three phases of the
次に、上記の処理で生成した3相の駆動信号をインバータブリッジ14aのスイッチング素子の制御端子に出力する(S18)。
この結果、インバータブリッジ14aの変調する2相とインバータブリッジ14bの変調する2相はそれぞれ位相の異なるキャリア信号である三角波a,b,c,dに基づいて駆動信号が生成される。
Next, the three-phase drive signal generated by the above processing is output to the control terminal of the switching element of the
As a result, drive signals are generated based on the triangular waves a, b, c, and d which are carrier signals having different phases for the two phases modulated by the
また、第1のモータ12,第2のモータ13毎について駆動信号のうち変調する2相に対応するキャリア信号である三角波a,cおよび三角波b,dは互いに180°位相が異なり、かつ、全キャリア信号である三角波a,b,c,dの位相は均等に90°づつ異なる。
Further, for each of the
なお、三角波aと三角波bの位相差は90度に限らず、0〜180度の範囲の位相差を有する三角波を用いることができる。
ここで、インバータ装置11から2台の3相交流モータ12、13に駆動電流を供給する場合に、(1)1種類の三角波を用いてインバータブリッジ14aと14bのスイッチングタイミングを制御した場合、(2)180度の位相差を有する2種類の三角波(例えば三角波aと三角波c)を用いてインバータブリッジ14aのスイッチングタイミングを制御し、同じように、180度の位相差を有する2種類の三角波(例えば三角波aと三角波c)を用いてインバータブリッジ14bのスイッチングタイミングを制御した場合、(3)90度または180度の位相差を有する4種類の三角波のうちの2種類の三角波(例えば三角波aと三角波c)を用いてインバータブリッジ14aのスイッチングタイミングを制御し、4種類の三角波のうちの別の2種類の三角波(例えば三角波bと三角波d)を用いてインバータブリッジ14bのスイッチングタイミングを制御した場合に、平滑キャパシタC1に流れる電流のリップル率のシミュレーション結果を説明する。なお、リップル率は、平滑キャパシタC1に流れる平均電流に対するピーク値の比である。
The phase difference between the triangular wave a and the triangular wave b is not limited to 90 degrees, and a triangular wave having a phase difference in the range of 0 to 180 degrees can be used.
Here, when driving current is supplied from the inverter device 11 to the two three-
(1)の場合のリップル率は、約「0.775」となった。
(2)の場合のリップル率は約「0.481」となった。
(3)の場合のリップル率は約「0.401」となった。
The ripple rate in the case of (1) was about “0.775”.
The ripple rate in the case of (2) was about “0.481”.
The ripple rate in the case of (3) was about “0.401”.
以上の結果から、インバータブリッジ14a、14bで2台の3相交流モータ12、13を駆動する場合に、位相差を有する2種類の三角波、あるいは位相差を有する4種類の三角波を用いてインバータブリッジ14aとインバータブリッジ14bのスイッチングタイミングをずらすことで、平滑キャパシタC1に流れる電流のリップル率を改善できることが確認できた。
From the above results, when two three-
上述した第1の実施の形態によれば、位相差を有する4種類の三角波を用いてインバータブリッジ14aの2つの相のスイッチングタイミングをずらし、同時にインバータブリッジ14bの2つの相のスイッチングタイミングをずらすことで、平滑キャパシタC1のリップル電流を減らすことができる。特に、図3に示す三角波aとその三角波aの反転信号の三角波cを用いてインバータブリッジ14aのスイッチングタイミングを制御し、三角波aと90度の位相差を有する三角波bとその反転信号の三角波dを用いてインバータブリッジ14bのスイッチングタイミングを制御する場合には、インバータ装置11のスイッチングタイミングを90度間隔で均等にずらすことができる。
According to the first embodiment described above, the switching timings of the two phases of the
次に、図5は、第2の実施の形態のインバータ装置11の動作を示すフローチャートである。
この第2の実施の形態は、2相変調制御を行う場合に、一方の3相交流モータの1つの相が一定期間オンとなり、同時に他方の3相交流モータの1つの相が一定期間オフとなる場合などに、三角波を4種類から2種類に切り換えてパルス幅制御を行うものである。このようにパルス幅制御信号を生成するための三角波を4種類から2種類に切り換える制御を行った場合の平滑キャパシタC1のリップル率をシミュレーションにより計算したところ、平滑キャパシタC1に流れる電流のリップル率を改善できることが確認できた。
Next, FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the inverter device 11 according to the second embodiment.
In the second embodiment, when two-phase modulation control is performed, one phase of one three-phase AC motor is turned on for a certain period, and at the same time, one phase of the other three-phase AC motor is turned off for a certain period. In such a case, the pulse width control is performed by switching the triangular wave from four types to two types. Thus, when the ripple rate of the smoothing capacitor C1 when the control for switching the triangular wave for generating the pulse width control signal from four types to two types is performed by simulation, the ripple rate of the current flowing through the smoothing capacitor C1 is calculated. It was confirmed that it could be improved.
最初に、一方の3相交流モータの1つの相の指令値が正の特定値に固定され、他方の3相交流モータの1つの相の指令値が負の特定値に固定される場合について、図2を参照して説明する。 First, when the command value of one phase of one three-phase AC motor is fixed to a positive specific value and the command value of one phase of the other three-phase AC motor is fixed to a negative specific value, This will be described with reference to FIG.
3相交流モータ12のW相の指令値は、図2に太線の一点鎖線で示すように電気角が120度から160度の区間で負の値「−1」に固定されている。このとき、他の3相交流モータ13のU相の指令値は、図2に細線の実線示すように正の値「1」に固定されている。
The command value of the W phase of the three-
従って、この区間では3相交流モータ12の指令値が負の値「−1」に、別の3相交流モータ13の指令値が正の値「1」に固定されている。
以下、図5のフローチャートの説明では、図4のフローチャートと同じ処理には同じステップ番号をつけてそれらの説明を省略する。
Therefore, in this section, the command value of the three-
Hereinafter, in the description of the flowchart of FIG. 5, the same processes as those in the flowchart of FIG.
図5のステップS21において、第1のモータ12の各相の指令値を参照して3相の出力値を決定する。
また、ステップS22において、第2のモータ13の各相の指令値を参照して3相の出力値を決定する。
In step S21 of FIG. 5, the output values of the three phases are determined with reference to the command values of the respective phases of the
In step S22, the output values of the three phases are determined with reference to the command values of the respective phases of the
次に、ステップS23において、2台の3相交流モータ12,13の任意の相に対する出力値が正の値、または負の値に同時に固定されているか否かを判定する。すなわち、第1のモータ12と第2のモータ13との間の指令値に応じて判断する。一方の3相交流モータの出力値が一定期間正の特定の値に固定され、同時に他方の3相交流モータの出力値が負の特定の値に固定されているときには、4種類の三角波の中から2種類の基準三角波を選択する。すなわち第1の実施の形態の比較例である(2)のように、3相交流モータ12,13ともに同じ2種類の三角波で制御するように選択する。それ以外のときは、第1の実施の形態の(3)と同じように、4種類の三角波のうち2種類が3相交流モータ12の制御に用いるように選択し、残りの2種類が3相交流モータ13の制御に用いるように選択する。
Next, in step S23, it is determined whether or not the output values for any phase of the two three-
次に、ステップS24、ステップS25において、選択した基準三角波を用いて2個のインバータブリッジ14a、14bのパルス幅制御信号(PWM値)を計算する。ここで、3相交流モータ12,13ともに同じ2種類の三角波で制御するようにされた場合に計算されるのが第2の駆動信号に相当する。
Next, in step S24 and step S25, the pulse width control signals (PWM values) of the two
ここで、第2の実施の形態の制御方法でインバータ装置11を制御した場合の平滑キャパシタC1のリップル率のシミュレーション結果について説明する。
シミュレーションの結果、4種類の三角波を用いてスイッチングタイミングの制御を行った場合(第1の実施の形態)の平滑キャパシタC1のリップル率は約「0.401」であった。
Here, the simulation result of the ripple rate of the smoothing capacitor C1 when the inverter device 11 is controlled by the control method of the second embodiment will be described.
As a result of the simulation, the ripple rate of the smoothing capacitor C1 when the switching timing was controlled using four types of triangular waves (first embodiment) was about “0.401”.
これに対して、一方の3相交流モータの1つの相の指令値が「1」で、かつ他方の3相交流モータの1つの指令値が「−1」の区間において、図3の三角波aを用いてインバータブリッジ14aのスイッチングタイミングを制御し、三角波aと180度の位相差を有する三角波cを用いてインバータブリッジ14bのスイッチングタイミングを制御した場合の平滑キャパシタC1のリップル率は約「0.367」であった。
On the other hand, in the section where the command value of one phase of one three-phase AC motor is “1” and one command value of the other three-phase AC motor is “−1”, the triangular wave a in FIG. Is used to control the switching timing of the
以上の結果から、位相の異なる4種類の三角波と2種類の三角波を切り換えてインバータブリッジ14aとインバータブリッジ14bのスイッチングタイミングを制御することで平滑キャパシタC1のリップル率を改善することができることが確認できた。
From the above results, it can be confirmed that the ripple rate of the smoothing capacitor C1 can be improved by controlling the switching timing of the
上述した第2の実施の形態は、2台の3相交流モータ12,13の電気角からそれぞれのモータの指令値(あるいは3相出力値)を求め、2台の3相交流モータの指令値(または出力値)に基づいて位相差を有する4種類の三角波を制御に用いるか、それとも位相差を有する2種類の三角波を制御に用いるかを切り換えている。これにより、インバータ装置11の出力電流のピーク値を減らし、平滑キャパシタC1に流れる電流のリップル率を低減できる。
In the second embodiment described above, the command value (or three-phase output value) of each motor is obtained from the electrical angle of the two three-
この第2の実施の形態においては、一方の3相交流モータの1つの相の出力値が正の特定の値に固定され、かつ他方の3相交流モータの1つの相の出力値が負の特定の値に固定されている期間は、180度の位相差を有する2種類の三角波a、cを用いてインバータブリッジ14aとインバータブリッジ14bのスイッチングタイミングを制御している。これにより、インバータブリッジ14aのスイッチングタイミングと、インバータブリッジ14bのスイッチングタイミングをずらすことができ、インバータ装置11の出力電流のピーク値を抑えることができる。インバータ装置11の出力電流のピーク値を抑えることで平滑キャパシタC1に流れる電流のリップル率を改善できる。
In the second embodiment, the output value of one phase of one three-phase AC motor is fixed to a specific value that is positive, and the output value of one phase of the other three-phase AC motor is negative. During a period fixed to a specific value, the switching timing of the
次に、図6は、2台の3相交流モータの電気角を変化させたときに、従来の制御方法と第1及び第2の実施の形態の制御方法でインバータ装置11を制御した場合のリップル率のシミュレーション結果を示す図である。 Next, FIG. 6 shows a case where the inverter device 11 is controlled by the conventional control method and the control methods of the first and second embodiments when the electrical angles of the two three-phase AC motors are changed. It is a figure which shows the simulation result of a ripple rate.
図6の縦軸はリップル率を示し、横軸は、2台の3相交流モータの電気角の差を表している。白の菱形の点を結んだグラフ(三角波1種類)は、1種類の三角波を用いてインバータブリッジ14aと14bのスイッチングタイミングを制御した場合(第1の実施の形態の(1))のリップル率を示している。 The vertical axis in FIG. 6 represents the ripple rate, and the horizontal axis represents the difference in electrical angle between the two three-phase AC motors. The graph connecting white diamond points (one type of triangular wave) shows the ripple rate when the switching timing of the inverter bridges 14a and 14b is controlled using one type of triangular wave ((1) of the first embodiment). Is shown.
黒の四角の点を結んだグラフ(三角波2種類)は、180度の位相差を有する2種類の三角波を用いてインバータブリッジ14a、インバータブリッジ14bのそれぞれのスイッチングタイミングをずらした場合(第1の実施の形態(2))のリップル率のシミュレーション結果を示している。
The graphs connecting the black square points (two types of triangular waves) are obtained when the switching timings of the
また、黒の三角の点を結んだグラフ(三角波4種類)は、180度の位相差を有する2種類の三角波を用いてインバータブリッジ14aの2つの相のスイッチングタイミングをずらし、上記の三角波と位相差を有し、かつ互いに180度の位相差を有する2種類の三角波を用いてインバータブリッジ14bの2つの相のスイッチングタイミングをずらした場合(第1の実施の形態(3))のリップル率のシミュレーション結果を示す。
Further, a graph connecting black triangular points (four types of triangular waves) uses two types of triangular waves having a phase difference of 180 degrees to shift the switching timing of the two phases of the
さらに、×印の点を結んだグラフ(三角波4+2種類)は、4種類の三角波と2種類の三角波を切り換えてインバータブリッジ14aと14bのスイッチングタイミングをずらした場合(第2の実施の形態)のリップル率のシミュレーション結果を示している。 Further, a graph (points of 4 + 2 triangle waves) connecting the points marked with x is a case where the switching timings of the inverter bridges 14a and 14b are shifted by switching between the four kinds of triangle waves and the two kinds of triangle waves (second embodiment). ) Ripple rate simulation results.
図6に黒の三角の点で示すように、90度、180度の位相差を有する4種類の三角波(図3参照)を用いてインバータブリッジ14aとインバータブリッジ14bのスイッチングタイミングをずらした場合のリップル率は、2台の3相交流モータの電気角の差が0度〜360度の範囲で約「0.4」以下であり、2種類の三角波を用いる場合よりリップル率の平均値が改善されている。
When the switching timing of the
さらに、図6に×印の点で示すように、4種類の三角波と2種類の三角波を切り換えてインバータブリッジ14aとインバータブリッジ14bのスイッチングタイミングをずらした場合のリップル率は約「0.35」以下となっており、2台の3相交流モータの電気角の差が0度〜360度の範囲で、4種類の三角波を用いる場合よりリップル率の平均値が改善されている。
Furthermore, as shown by the point of x in FIG. 6, the ripple rate when the switching timing of the
以上のように第1の実施の形態の制御方法、あるいは第2の実施の形態の制御方法によりインバータブリッジ14aのスイッチングタイミングとインバータブリッジ14bのスイッチングタイミングをずらすことで平滑キャパシタC1に流れる電流のリップル率を改善することができる。
As described above, the ripple of the current flowing in the smoothing capacitor C1 by shifting the switching timing of the
本発明は上述した実施の形態に限らず、例えば、以下のように構成しても良い。
○実施の形態は、2台の3相交流モータを制御する場合について説明したが、2台に限らず、3台以上任意の台数のモータ制御に本発明は適用できる。
○実施の形態の制御部15の三角波発生器16及びPWM制御部17の機能は、CPUにより実現しても良い。
○駆動信号を生成するためのキャリア信号は、三角波に限らず、のこぎり波等の他の信号を用いても良い。
○実施の形態は、制御部15が2種類または4種類の三角波を計算する場合について説明したが、モータの各相の指令値と三角波を比較して得られるパルス幅を予め計算してメモリ等に記憶しておき、メモリに記憶されているパルス幅のデータに基づいて制御部(CPU)15が駆動信号を算出するようにしても良い。
○インバータ装置のスイッチング素子は、MOSトランジスタに限らず、バイポーラトランジスタ、IGBT等でも良い。
The present invention is not limited to the embodiment described above, and may be configured as follows, for example.
In the embodiment, the case where two three-phase AC motors are controlled has been described.
The functions of the
The carrier signal for generating the drive signal is not limited to the triangular wave, and other signals such as a sawtooth wave may be used.
In the embodiment, the case where the
The switching element of the inverter device is not limited to a MOS transistor but may be a bipolar transistor, IGBT, or the like.
E 直流電源
C1 平滑キャパシタ
TR1〜TR6 MOSトランジスタ
TR1’〜TR6’ MOSトランジスタ
11 インバータ装置
12,13 3相交流モータ
14a、14b インバータブリッジ
15 制御部
16 三角波発生器
17 PWM制御部
E DC power supply C1 Smoothing capacitors TR1 to TR6 MOS transistors TR1 ′ to TR6 ′ MOS transistors 11
Claims (4)
位相の異なるキャリア信号を生成するキャリア信号発生手段と、前記2つのモータの指令値と前記キャリア信号に基づいて前記2つのモータを2相変調制御する駆動信号を生成するともに、一方のモータの1つの相の指令値が正の一定値で、他方のモータの1つの相の指令値が負の一定値のときに、前記2つのモータを2相変調制御する第2の駆動信号を前記駆動信号に替えて生成する駆動信号生成手段とを有する制御手段と、
前記各モータ毎に、前記駆動信号又は前記第2の駆動信号によりオン、オフ制御され3相交流電圧を供給するスイッチング素子群と、
を有し、
前記駆動信号のうち変調する2相はそれぞれ位相の異なるキャリア信号に基づいて生成され、
前記第2の駆動信号のうち、前記2つのモータそれぞれについて変調する2相は互いに位相の異なる2つのキャリア信号に基づいて生成され、かつ、該2つのキャリア信号の位相は前記2つのモータ間で等しい、
ことを特徴とするモータインバータ装置。 In the motor inverter device in which the output voltage of one DC power supply is smoothed by a smoothing capacitor and converted into a plurality of three-phase AC voltages, and each of the three-phase AC voltages drives two motors.
Carrier signal generating means for generating carrier signals having different phases, and a drive signal for performing two-phase modulation control of the two motors based on the command values of the two motors and the carrier signals, and 1 of one motor When the command value of one phase is a positive constant value and the command value of one phase of the other motor is a negative constant value, a second drive signal for two-phase modulation control of the two motors is the drive signal. Control means having drive signal generation means for generating instead of;
For each motor, a switching element group that is on / off controlled by the drive signal or the second drive signal and supplies a three-phase AC voltage;
Have
Two phases to be modulated among the drive signals are generated based on carrier signals having different phases ,
Of the second drive signal, two phases to be modulated for each of the two motors are generated based on two carrier signals having different phases, and the phase of the two carrier signals is between the two motors. equal,
The motor inverter apparatus characterized by the above-mentioned.
位相の異なるキャリア信号を生成し、
前記2つのモータの指令値と前記キャリア信号に基づいて前記2つのモータを2相変調制御する駆動信号を生成し、
一方のモータの1つの相の指令値が正の一定値で、他方のモータの1つの相の指令値が負の一定値のときに、前記2つのモータを2相変調制御する第2の駆動信号を前記駆動信号に替えて生成し、
前記駆動信号のうち変調する2相はそれぞれ位相の異なるキャリア信号に基づいて生成され、
前記第2の駆動信号のうち、前記2つのモータそれぞれについて変調する2相は互いに位相の異なる2つのキャリア信号に基づいて生成され、かつ、該2つのキャリア信号の位相は前記2つのモータ間で等しく、
前記駆動信号又は前記第2の駆動信号をモータインバータ装置のスイッチング素子群の制御端子に供給する
モータインバータ装置の制御方法。
In the control method of the motor inverter device in which the output voltage of one DC power supply is smoothed by a smoothing capacitor and converted into a plurality of three-phase AC voltages, and each of the three-phase AC voltages drives two motors.
Generate carrier signals with different phases,
Generating a drive signal for two-phase modulation control of the two motors based on the command values of the two motors and the carrier signal ;
Second drive for two-phase modulation control of the two motors when the command value of one phase of one motor is a positive constant value and the command value of one phase of the other motor is a negative constant value Generating a signal instead of the drive signal,
Two phases to be modulated among the drive signals are generated based on carrier signals having different phases,
Of the second drive signal, two phases to be modulated for each of the two motors are generated based on two carrier signals having different phases, and the phase of the two carrier signals is between the two motors. equally,
A control method for a motor inverter device, wherein the drive signal or the second drive signal is supplied to a control terminal of a switching element group of the motor inverter device.
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