JP5321530B2 - Three-phase voltage type PWM inverter control device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve a problem of a conventional three-phase voltage-type PWM inverter controller that phase current information for two phases may not be detected from a direct-current bus current during a one PWM period if the controller performs control under a condition that a modulation rate of an output voltage vector Vs is higher than 1 since the controller is supposed to perform control under a condition that the modulation rate of the output voltage vector Vs is 1 or lower. <P>SOLUTION: There is provided an inverter control unit including: output voltage vector calculation means for calculating an output voltage vector Vs based on a direct-current bus current, a direct-current bus voltage and an angle speed instruction value supplied from outside; and output time management means for generating an output voltage vector Vs' and an output voltage vector Vs'' based on the output voltage vector Vs and managing an output time per half of a PWM period of each of two basic vectors that are adjacent to the output voltage vector Vs' and are not zero such that each output time becomes a prescribed time TMIN or longer. <P>COPYRIGHT: (C)2012,JPO&amp;INPIT

Description

この発明は、インバータ主回路の直流母線に流れる直流電流に基づいてPWM(パルス幅変調)駆動信号を生成し、この駆動信号でインバータ主回路内の複数の半導体スイッチング素子を駆動することにより、直流母線から供給される直流電力を3相交流電力に変換する3相電圧型PWMインバータ制御装置に関するものである。   The present invention generates a PWM (Pulse Width Modulation) drive signal based on a DC current flowing in a DC bus of the inverter main circuit, and drives the plurality of semiconductor switching elements in the inverter main circuit with the drive signal, thereby The present invention relates to a three-phase voltage type PWM inverter control device that converts DC power supplied from a bus to three-phase AC power.

従来の3相電圧型PWMインバータ制御装置は、インバータ主回路の直流母線に流れる直流電流に基づき出力電圧ベクトルVsを生成し、このベクトルVsの2つのベクトル成分のうち少なくとも一方が所定時間TMIN未満である時には、ベクトルVsからベクトルVs’とベクトルVs’’を生成し、ベクトルVs’の2つのベクトル成分が前記所定時間TMINと少なくとも等しく、かつベクトルVs’とVs’’のベクトル平均が前記出力電圧ベクトルVsと等しくなるようにし、Vs’をPWM周期の前半周期に、Vs’’をPWM周期の後半周期に適用して、インバータ主回路の半導体スイッチング素子を駆動制御している(例えば、特許文献1参照)。   The conventional three-phase voltage type PWM inverter control device generates an output voltage vector Vs based on a direct current flowing in the direct current bus of the inverter main circuit, and at least one of the two vector components of the vector Vs is less than a predetermined time TMIN. At some point, a vector Vs ′ and a vector Vs ″ are generated from the vector Vs, two vector components of the vector Vs ′ are at least equal to the predetermined time TMIN, and a vector average of the vectors Vs ′ and Vs ″ is the output voltage. The semiconductor switching element of the inverter main circuit is driven and controlled by applying Vs ′ to the first half cycle of the PWM cycle and Vs ″ to the second half cycle of the PWM cycle so as to be equal to the vector Vs. 1).

また、他の従来の3相電圧型PWMインバータ制御装置として、インバータ主回路の直流母線に流れる直流電流に基づき3相電流を演算する相電流演算部と、電流指令値と相電流に基づいて3相の第1の電圧指令値を出力する電流制御部と、第1の電圧指令値に基づいてPWMパルスを出力するPWMパルス生成手段とを備え、PWMパルス生成手段は第1の電圧指令値の大きさ順に並べた相間の差が所定間隔値より小さい時には、1PWM周期毎に相間の差が小さい2つの相の第1の電圧指令値の少なくとも一方の値を、当該値と平均値を同一にしかつ前記周期の前半と後半とで異なる値とした第2の電圧指令値に補正する補正処理を行うようにしたものもある(例えば、特許文献2参照)。   In addition, as another conventional three-phase voltage type PWM inverter control device, a phase current calculation unit that calculates a three-phase current based on a DC current flowing in a DC bus of the inverter main circuit, and a 3 based on a current command value and a phase current. A current control unit that outputs a first voltage command value of the phase; and a PWM pulse generation unit that outputs a PWM pulse based on the first voltage command value. When the difference between the phases arranged in order of magnitude is smaller than the predetermined interval value, at least one of the first voltage command values of the two phases having a small difference between the phases is set to the same value as the average value for each PWM cycle. In some cases, correction processing is performed to correct the second voltage command value that is different between the first half and the second half of the cycle (see, for example, Patent Document 2).

特開平11−4594号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-4594 特許第3664040号公報Japanese Patent No. 3664040

特許文献1及び特許文献2に記載の3相電圧型PWMインバータ制御装置は、出力電圧ベクトルVsの変調率が小さい場合や出力電圧ベクトルVsが単一の基本電圧ベクトルの位相に近い場合においても、1PWM周期期間に直流母線に流れる直流電流から2相分の相電流情報を検出することが可能となるので、直流母線電流を検出するという安価な電流検出手段に基づいたインバータ駆動を可能としている。   In the three-phase voltage type PWM inverter control device described in Patent Document 1 and Patent Document 2, even when the modulation rate of the output voltage vector Vs is small or when the output voltage vector Vs is close to the phase of a single basic voltage vector, Since phase current information for two phases can be detected from the DC current flowing in the DC bus during one PWM period, inverter driving based on inexpensive current detection means for detecting the DC bus current is enabled.

しかしながら、従来の3相電圧型PWM制御装置は出力電圧ベクトルVsの変調率が1以下での制御を前提としている為、変調率が1より大きい状態で適用すると、1PWM周期中に直流母線電流から2相分の相電流情報を検出することができない状況が発生するという問題があった。この為、インバータ制御動作が不安定となり、最悪脱調してモータが停止してしまうという課題があった。   However, since the conventional three-phase voltage type PWM control device is premised on the control with the modulation factor of the output voltage vector Vs being 1 or less, when applied in a state where the modulation factor is larger than 1, the DC bus current is detected during one PWM cycle. There was a problem that a situation in which phase current information for two phases could not be detected occurred. For this reason, there has been a problem that the inverter control operation becomes unstable, causing the worst step out and the motor stopping.

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、本発明の第1の目的は出力電圧ベクトルVsの変調率が1より大きい場合でも1PWM周期中に直流母線電流から2相分の相電流情報を検出することができるようにすることである。これにより、直流母線電流を検出するという安価な電流検出手段により、出力電圧ベクトルVsの変調率が1より大きい場合でも安定したインバータ駆動が可能な3相電圧型インバータ制御装置を得ることができる。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and a first object of the present invention is to provide two phases from a DC bus current during one PWM period even when the modulation factor of the output voltage vector Vs is larger than one. It is to be able to detect minute phase current information. Thus, a three-phase voltage type inverter control device capable of stable inverter driving even when the modulation factor of the output voltage vector Vs is larger than 1 can be obtained by an inexpensive current detecting means for detecting the DC bus current.

また、第2の目的は出力電圧ベクトルVsの変調率が1より大きい場合でも1PWM周期中に直流母線電流から2相分の相電流情報を検出することができるようにすることで、直流母線電流を検出するという安価な電流検出手段により、誘起電圧定数の高い高効率な永久磁石型同期電動機を負荷としたインバータ駆動ができる3相電圧型PWMインバータ制御装置を得ることである。   Further, the second object is to enable detection of phase current information for two phases from the DC bus current during one PWM period even when the modulation factor of the output voltage vector Vs is larger than 1, so that the DC bus current can be detected. It is to obtain a three-phase voltage type PWM inverter control device capable of driving an inverter with a high-efficiency permanent magnet type synchronous motor having a high induced voltage constant as a load by an inexpensive current detecting means for detecting the current.

また、第3の目的は出力電圧ベクトルVsの変調率が1より大きい場合でも1PWM周期中に直流母線電流から2相分の相電流情報を検出することができるようにするとともに、インバータ制御装置のインバータ周波数とPWM駆動信号を生成するためのキャリア周波数との干渉などにより生じる相電流における電流脈動を抑制することができる3相電圧型PWMインバータ制御装置を得ることである。   The third object is to make it possible to detect phase current information for two phases from the DC bus current during one PWM period even when the modulation factor of the output voltage vector Vs is greater than 1, and To obtain a three-phase voltage type PWM inverter control device capable of suppressing current pulsation in a phase current caused by interference between an inverter frequency and a carrier frequency for generating a PWM drive signal.

本発明の3相電圧型PWMインバータ制御装置は、 直流母線から供給される直流電力を複数のスイッチング素子を用いて3相交流電力に変換するインバータ主回路と、 前記直流母線に流れる直流母線電流を検出する直流電流検出手段と、 前記直流母線の正側と負側間の直流母線電圧を検出する直流電圧検出回路と、 前記インバータ主回路のスイッチング素子を制御するPWM駆動信号を出力するインバータ制御部とを備え、 前記インバータ制御部は、 前記直流母線電流、前記直流母線電圧、及び外部から与えられる角速度指令値に基づいて出力電圧ベクトルVsを演算する出力電圧ベクトル演算手段と、 出力電圧ベクトルVs’及びVs’’の平均ベクトルが前記出力電圧ベクトルVsに等しく、かつ前記出力電圧ベクトルVs’に隣接する大きさが非零の2つの基本電圧ベクトルの1/2PWM周期当たりの出力時間の各々が所定時間TMIN以上となるように前記出力電圧ベクトルVs’及びVs’’とを演算する第1演算処理と、前記Vs’’ に隣接する大きさが非零の2つの基本電圧ベクトルの1/2PWM周期当たりの出力時間の和が1/2PWM周期より大きい場合は、前記2つの出力時間の内短い方の出力時間をさらに小さくし、かつ前記出力時間の和が1/2PWM周期となるようにVs’’の再演算を行う第2演算処理によって出力時間の管理を行う出力時間管理手段と、 前記再演算後の出力電圧ベクトルVs’及びVs’’に基づいてPWM駆動信号を生成するPWM駆動信号生成手段とを備え、 前記再演算後の出力電圧ベクトルVs’及びVs’’の平均ベクトルは、前記出力電圧ベクトルVsに必ずしも等しくないことを特徴とするものである。   The three-phase voltage type PWM inverter control device of the present invention includes an inverter main circuit that converts DC power supplied from a DC bus into three-phase AC power using a plurality of switching elements, and a DC bus current flowing through the DC bus. DC current detecting means for detecting, a DC voltage detecting circuit for detecting a DC bus voltage between the positive side and the negative side of the DC bus, and an inverter control unit for outputting a PWM drive signal for controlling a switching element of the inverter main circuit The inverter control unit comprises: an output voltage vector calculation means for calculating an output voltage vector Vs based on the DC bus current, the DC bus voltage, and an angular velocity command value given from the outside; and an output voltage vector Vs ′ And Vs ″ are equal to the output voltage vector Vs, and the output voltage vector Vs ′ A first calculation for calculating the output voltage vectors Vs ′ and Vs ″ so that each of the output times per 1/2 PWM period of two adjacent non-zero basic voltage vectors has a predetermined time TMIN or more. If the sum of the output times per 1/2 PWM period of the two basic voltage vectors with non-zero magnitude adjacent to the process and Vs '' is greater than 1/2 PWM period, the shorter of the two output times Output time management means for managing the output time by a second calculation process in which Vs ″ is recalculated so that the output time is further reduced and the sum of the output times becomes a ½ PWM cycle, PWM drive signal generating means for generating a PWM drive signal based on the recalculated output voltage vectors Vs ′ and Vs ″, and the recalculated output voltage vectors Vs ′ and Vs ′ Average vector of 'is characterized in that not necessarily equal to the output voltage vector Vs.

本発明の3相電圧型PWMインバータ制御装置は、直流母線電流を検出するという安価な電流検出手段を用いて、変調率が1より大きい場合でも安定したインバータ駆動を実現できるという効果を有する。   The three-phase voltage type PWM inverter control device of the present invention has an effect that stable inverter driving can be realized even when the modulation factor is larger than 1, using an inexpensive current detecting means for detecting a DC bus current.

また、本発明の3相電圧型PWMインバータ制御装置は、直流母線電流を検出するという安価な電流検出手段を用いて、誘起電圧定数の高い高効率な永久磁石型同期電動機を負荷としたインバータ駆動ができるという効果を有する。   Further, the three-phase voltage type PWM inverter control device of the present invention uses an inexpensive current detecting means for detecting a DC bus current, and uses an inverter driven with a high-efficiency permanent magnet type synchronous motor having a high induced voltage constant as a load. Has the effect of being able to.

また,本発明の3相電圧型PWMインバータ制御装置は、インバータ制御装置のインバータ周波数とPWM駆動信号を生成するためのキャリア周波数との干渉などにより生じる相電流における電流脈動を抑制したインバータ駆動ができるという効果を有する。   Further, the three-phase voltage type PWM inverter control device of the present invention can drive the inverter while suppressing current pulsation in the phase current caused by interference between the inverter frequency of the inverter control device and the carrier frequency for generating the PWM drive signal. It has the effect.

実施の形態1における3相電圧型PWMインバータ制御装置の構成図。FIG. 3 is a configuration diagram of a three-phase voltage type PWM inverter control device in the first embodiment. 出力電圧ベクトルVsのベクトル図(Vs:SCT_Vs=0、TMIN/2≦ti<TMIN、tk≧TMINの場合)。Vector diagram of output voltage vector Vs (when Vs: SCT_Vs = 0, TMIN / 2 ≦ ti <TMIN, tk ≧ TMIN). 基本電圧ベクトルと半導体スイッチング素子のスイッチング状態との対応関係を示した図。The figure which showed the correspondence of a basic voltage vector and the switching state of a semiconductor switching element. PWMインバータ制御のタイミング図(Vs:SCT_Vs=0,TMIN/2≦ti<TMIN,tk≧TMIN、VsをPWM周期の前半・後半に適用した場合)。Timing chart of PWM inverter control (when Vs: SCT_Vs = 0, TMIN / 2 ≦ ti <TMIN, tk ≧ TMIN, Vs is applied to the first half and the second half of the PWM cycle). 出力電圧ベクトル状態とPWM駆動信号と直流母線電流から得られる相電流との関係を示した図。The figure which showed the relationship between the phase voltage obtained from an output voltage vector state, a PWM drive signal, and a DC bus current. 出力電圧ベクトルVsのセクター保持情報(SCT_Vst)と2つの検出タイミングで検出される直流母線電流情報(Idc1_r,Idc2_r)から得られる相電流情報との関係関係を示した図。The figure which showed the relational relationship between the sector holding information (SCT_Vst) of the output voltage vector Vs, and the phase current information obtained from the DC bus current information (Idc1_r, Idc2_r) detected at two detection timings. 出力電圧ベクトルVs、Vs’、Vs’’のベクトル図(Vs:SCT_Vs=0、TMIN/2≦ti<TMIN、tk≧TMINの場合)。Vector diagram of output voltage vectors Vs, Vs ′, Vs ″ (when Vs: SCT_Vs = 0, TMIN / 2 ≦ ti <TMIN, tk ≧ TMIN). PWMインバータ制御のタイミング図(Vs:SCT_Vs=0、TMIN/2≦ti<TMIN、tk≧TMIN、Vs’をPWM周期の前半に適用し、Vs’’をPWM周期の後半に適用した場合)。Timing chart of PWM inverter control (when Vs: SCT_Vs = 0, TMIN / 2 ≦ ti <TMIN, tk ≧ TMIN, Vs ′ is applied to the first half of the PWM cycle, and Vs ″ is applied to the second half of the PWM cycle). 出力電圧ベクトルVs、Vs’、Vs’’のベクトル図(Vs:SCT_Vs=0,ti<TMIN/2,tk≧TMINの場合)。Vector diagram of output voltage vectors Vs, Vs ′, Vs ″ (when Vs: SCT_Vs = 0, ti <TMIN / 2, tk ≧ TMIN). PWMインバータ制御のタイミング図(Vs:SCT_Vs=0,ti<TMIN/2,tk≧TMIN、Vs’をPWM周期の前半に適用し、Vs’’をPWM周期の後半に適用した場合)。Timing chart of PWM inverter control (when Vs: SCT_Vs = 0, ti <TMIN / 2, tk ≧ TMIN, Vs ′ is applied to the first half of the PWM cycle, and Vs ″ is applied to the second half of the PWM cycle). 出力電圧ベクトルVs演算手段15の動作フロー図。The operation | movement flowchart of the output voltage vector Vs calculating means 15. FIG. 出力電圧ベクトルVs’、Vs’’演算手段16の動作フロー図。FIG. 6 is an operation flowchart of the output voltage vectors Vs ′ and Vs ″ calculating means 16. 出力電圧ベクトルVs、Vs’、Vs’’のセクター(SCT_Vs、SCT_Vs’、SCT_Vs’’)を各case対応で示した図。The figure which showed the sector (SCT_Vs, SCT_Vs ', SCT_Vs ") of output voltage vector Vs, Vs', Vs" corresponding to each case. 出力電圧ベクトルVs、Vs’、Vs’’の基本電圧ベクトル成分の1/2PWM周期当たりの出力時間(ti、tk、ti’、tk’、ti’’、tk’’)を各case対応で示した図。The output time (ti, tk, ti ′, tk ′, ti ″, tk ″) per ½ PWM period of the basic voltage vector component of the output voltage vectors Vs, Vs ′, Vs ″ is shown corresponding to each case. Figure. 出力電圧ベクトルVs’、Vs’’演算手段16の出力時間(ti’,tk’,ti’’,tk’’)演算部分(STEP30対応)の動作フロー図(case=1、ti≧TMIN、TMIN/2≦tk<TMINの場合)。Operation flow diagram (case = 1, ti ≧ TMIN, TMIN) of the output time (ti ′, tk ′, ti ″, tk ″) calculation portion (corresponding to STEP 30) of the output voltage vectors Vs ′, Vs ″ calculation means 16 / 2 ≦ tk <TMIN). 各相タイマ値演算手段17の動作フロー図。The operation | movement flowchart of each phase timer value calculating means 17 is shown. 出力電圧ベクトルVs’のセクター(SCT_Vs’)と各相前半タイマ値(Tu_f、Tv_f、Tw_f)の関係を示した図。The figure which showed the relationship between the sector (SCT_Vs ') of output voltage vector Vs', and each phase first half timer value (Tu_f, Tv_f, Tw_f). 出力電圧ベクトルVs’’のセクター(SCT_Vs’’)と各相後半タイマ値(Tu_r、Tv_r、Tw_r)の関係を示した図。The figure which showed the relationship between the sector (SCT_Vs '') of output voltage vector Vs ", and each phase latter half timer value (Tu_r, Tv_r, Tw_r). U相前半タイマ値とU相後半タイマ値の和(Tu_f+Tu_r)の電気角1周期分の波形(出力電圧ベクトルVsの変調率Vk=1.5の時)。Waveform corresponding to one electrical angle cycle of the sum of the U-phase first half timer value and the U-phase second half timer value (Tu_f + Tu_r) (when the modulation factor Vk of the output voltage vector Vs is 1.5). 端子間電圧Vunの電気角1周期分の波形(出力電圧ベクトルVsの変調率Vk=1.5の時)。Waveform of one cycle of electrical angle of terminal voltage Vun (when modulation factor Vk of output voltage vector Vs = 1.5). U相前半タイマ値とU相後半タイマ値の和(Tu_f+Tu_r)とV相前半タイマ値とV相後半タイマ値の和(Tv_f+Tv_r)との差の電気角1周期分の波形(出力電圧ベクトルVsの変調率Vk=1.5の時)。Waveform (output voltage vector Vs) of the electrical angle of one cycle of the difference between the sum of the U-phase first half timer value and the U-phase second half timer value (Tu_f + Tu_r) and the sum of the V-phase first half timer value and the V-phase second half timer value (Tv_f + Tv_r) When the modulation rate Vk = 1.5). 線間電圧Vuvの電気角1周期分の波形(出力電圧ベクトルVsの変調率Vk=1.5の時)。Waveform of one cycle of the electrical angle of the line voltage Vuv (when the modulation factor Vk of the output voltage vector Vs = 1.5). 実施の形態2における3相電圧型PWMインバータ制御装置の構成図。The block diagram of the three-phase voltage type PWM inverter control apparatus in Embodiment 2. FIG. 実施の形態2における電流脈動しているときのU相電流の波形。The waveform of the U-phase current when the current pulsates in the second embodiment. 実施の形態2における電流脈動を抑制したときのU相電流の波形。The waveform of the U-phase current when current pulsation in the second embodiment is suppressed.

実施の形態1.
実施の形態1における3相電圧型PWMインバータ制御装置について、図に基づいて構成及び動作を説明する。図1に3相電圧型PWMインバータ制御装置(以下、単にインバータ制御装置とも記す)の全体構成を示す。図1に示すインバータ制御装置は、交流電源1と、交流電源1から出力される交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路2と、コンバータ回路2が出力する直流電力を3相交流電力に変換するインバータ主回路3と、インバータ主回路3が出力する3相交流電力により駆動される3相モータ4と、コンバータ回路2とインバータ主回路3間の直流母線負側Nに流れる直流母線電流を検出する直流電流検出手段5と、コンバータ2の出力側である直流母線正側Pと負側N間の直流母線電圧を検出する直流電圧検出回路6と、直流電流検出手段5の出力と直流電圧検出回路6の出力と外部から与えられる角速度指令値ω1*に基づいて、インバータ主回路3を制御するためのPWM駆動信号を出力するインバータ制御部7とで構成される。
Embodiment 1.
The configuration and operation of the three-phase voltage type PWM inverter control device in the first embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an overall configuration of a three-phase voltage type PWM inverter control device (hereinafter also simply referred to as an inverter control device). The inverter control device shown in FIG. 1 converts an AC power source 1, a converter circuit 2 that converts AC power output from the AC power source 1 into DC power, and converts DC power output from the converter circuit 2 into three-phase AC power. The inverter main circuit 3, the three-phase motor 4 driven by the three-phase AC power output from the inverter main circuit 3, and the DC bus current flowing on the DC bus negative side N between the converter circuit 2 and the inverter main circuit 3 are detected. DC current detection means 5, DC voltage detection circuit 6 for detecting a DC bus voltage between DC bus positive side P and negative side N which is the output side of converter 2, output of DC current detection means 5 and DC voltage detection circuit 6 and an inverter control unit 7 that outputs a PWM drive signal for controlling the inverter main circuit 3 based on an angular velocity command value ω1 * given from the outside.

コンバータ回路2は、公知の技術である全波整流回路や倍電圧整流回路で構成される。なお、コンバータ回路2に直流電圧を昇圧することが可能な昇圧回路(例えば、特許第2763479号広報に記載)や直流電圧を昇降圧できるような回路構成を備えるようにしても良い。   The converter circuit 2 includes a full-wave rectifier circuit or a voltage doubler rectifier circuit, which are known techniques. The converter circuit 2 may be provided with a booster circuit capable of boosting a DC voltage (for example, described in Japanese Patent No. 2763479) and a circuit configuration capable of stepping up and down the DC voltage.

インバータ主回路3は、絶縁ゲート入力を持つ電力スイッチング素子SW1〜SW6、スイッチング素子に逆並列接続されたダイオードD1〜D6、及びスイッチング素子を駆動する駆動回路3a〜3fにより構成される。インバータ主回路3はIPM(Intelligent Power Module)で実現するようにしても良い。   The inverter main circuit 3 includes power switching elements SW1 to SW6 having insulated gate inputs, diodes D1 to D6 connected in reverse parallel to the switching elements, and drive circuits 3a to 3f for driving the switching elements. The inverter main circuit 3 may be realized by an IPM (Intelligent Power Module).

3相モータ4は、U相、V相およびW相からなる3相Y形結線の固定子4aと、永久磁石回転子4bから構成される。   The three-phase motor 4 includes a three-phase Y-shaped stator 4a composed of a U phase, a V phase, and a W phase, and a permanent magnet rotor 4b.

直流電流検出手段5は、直流母線負側Nに設けたシャント抵抗5aと、直流母線電流によりシャント抵抗5a間に生じる電圧降下を増幅する増幅器5bにより構成され、増幅後の信号はインバータ制御部7内のA/D変換回路8に出力される。増幅器5bは例えばオペアンプを用いて構成することができる。ここで、シャント抵抗5a間の電圧降下を増幅することで直流母線に流れる直流電流を検出する構成としているが、直流母線電流を検出可能な直流電流変換器(DCCT)を用いた構成としても実現することができる。   The DC current detecting means 5 is composed of a shunt resistor 5a provided on the DC bus negative side N and an amplifier 5b for amplifying a voltage drop generated between the shunt resistors 5a due to the DC bus current, and the amplified signal is an inverter control unit 7 Is output to the A / D conversion circuit 8. The amplifier 5b can be configured using, for example, an operational amplifier. Here, the configuration is such that the DC current flowing through the DC bus is detected by amplifying the voltage drop across the shunt resistor 5a, but the configuration using a DC current converter (DCCT) capable of detecting the DC bus current is also realized. can do.

直流電圧検出回路6は、コンバータ2の出力側である直流母線PN間の直流電圧を分圧してインバータ制御部7内のA/D変換回路9に出力する。   The DC voltage detection circuit 6 divides the DC voltage between the DC buses PN on the output side of the converter 2 and outputs the divided voltage to the A / D conversion circuit 9 in the inverter control unit 7.

インバータ制御部7は、直流電流検出手段5の出力と直流電圧検出回路6の出力と外部から別途与えられる角速度指令値ω1*に基づいて、インバータ主回路3の半導体スイッチング素子SW1〜SW6をオン・オフ制御するためのPWM駆動信号(UP,UN,VP,VN,WP,WN)を出力する。ここで、UP,VP,WPは、インバータ主回路3の上アーム側のPWM駆動信号であり、それぞれSW1,SW2,SW3の駆動信号となる。UN,VN,WNは、インバータ主回路3の下アーム側のPWM駆動信号であり、それぞれSW4,SW5,SW6の駆動信号となる。インバータ制御部7は、例えばマイクロプロセッサにより実現することができる。   The inverter control unit 7 turns on the semiconductor switching elements SW1 to SW6 of the inverter main circuit 3 based on the output of the DC current detection means 5, the output of the DC voltage detection circuit 6, and the angular velocity command value ω1 * given separately from the outside. PWM drive signals (UP, UN, VP, VN, WP, WN) for off control are output. Here, UP, VP, and WP are PWM drive signals on the upper arm side of the inverter main circuit 3, and are drive signals for SW1, SW2, and SW3, respectively. UN, VN, and WN are PWM drive signals on the lower arm side of the inverter main circuit 3, and are drive signals for SW4, SW5, and SW6, respectively. The inverter control unit 7 can be realized by a microprocessor, for example.

次にインバータ制御部7内部の構成と動作を説明する。A/D変換回路8は、後述する検出タイミング生成手段19が生成するトリガタイミング(Trg1,Trg2)で、増幅器5bから入力した値をディジタル値に変換する。乗算器10は、A/D変換回路8が出力した変換後のディジタル値に直流電流復元ゲイン(Idc_GAIN)を乗算することで、直流母線電流Idcを復元した値(Idc1_r,Idc2_r)を算出する。一方、A/D変換回路9は、後述する三角波状のキャリアの山タイミングで直流電圧検出回路6から入力した値をディジタル値に変換する。乗算器11は、A/D変換回路9が出力した変換後のディジタル値に直流電圧復元ゲイン(Vdc_GAIN)を乗算することで直流電圧Vdcを復元した値(Vdc_r)を算出する。   Next, the internal configuration and operation of the inverter control unit 7 will be described. The A / D conversion circuit 8 converts the value input from the amplifier 5b into a digital value at a trigger timing (Trg1, Trg2) generated by a detection timing generation means 19 described later. The multiplier 10 multiplies the converted digital value output from the A / D conversion circuit 8 by a DC current restoration gain (Idc_GAIN), thereby calculating values (Idc1_r, Idc2_r) obtained by restoring the DC bus current Idc. On the other hand, the A / D conversion circuit 9 converts a value input from the DC voltage detection circuit 6 into a digital value at a triangular wave carrier peak timing described later. The multiplier 11 calculates a value (Vdc_r) obtained by restoring the DC voltage Vdc by multiplying the converted digital value output from the A / D conversion circuit 9 by a DC voltage restoration gain (Vdc_GAIN).

直流電流/相電流変換手段12は、乗算器10の出力(Idc1_r,Idc2_r)と、後述するVsセクター保持手段20により保持された出力電圧ベクトルVsのセクター情報(SCT_Vst)に基づいて、1PWM周期毎に直流母線の直流電流情報を2相分の相電流情報に変換する。また、変換後の2相分の相電流情報を用いて残りの1相分の相電流情報を算出し、各相電流情報(Iu_r,Iv_r,Iw_r)を得る。ここで、Iu_rはU相電流Iuの復元値、Iv_rはV相電流Ivの復元値、Iw_rはW相電流Iwの復元値である。   The direct current / phase current conversion means 12 is based on the output of the multiplier 10 (Idc1_r, Idc2_r) and the sector information (SCT_Vst) of the output voltage vector Vs held by the Vs sector holding means 20 described later. The DC current information of the DC bus is converted into phase current information for two phases. Further, the phase current information for the remaining one phase is calculated using the phase current information for the two phases after conversion, and each phase current information (Iu_r, Iv_r, Iw_r) is obtained. Here, Iu_r is a restored value of the U-phase current Iu, Iv_r is a restored value of the V-phase current Iv, and Iw_r is a restored value of the W-phase current Iw.

電流座標変換手段13は、後述するγ−δ軸電圧指令値(Vγ,Vδ,θ)演算手段14の出力である位相θに基づいて、直流電流/相電流変換手段12が出力する各相電流情報(Iu_r,Iv_r,Iw_r)を回転子4b上に想定した回転座標系であるγ−δ軸に座標変換してγ軸電流Iγ,δ軸電流Iδを得る。   The current coordinate conversion unit 13 is configured to output each phase current output from the DC current / phase current conversion unit 12 based on a phase θ which is an output of a later-described γ-δ axis voltage command value (Vγ, Vδ, θ) calculation unit 14. The information (Iu_r, Iv_r, Iw_r) is coordinate-transformed to the γ-δ axis, which is the rotational coordinate system assumed on the rotor 4b, to obtain the γ-axis current Iγ and the δ-axis current Iδ.

γ−δ軸電圧指令値(Vγ,Vδ,θ)演算手段14は、電流座標変換手段13の出力であるγ軸電流Iγ、δ軸電流Iδ、及び外部から別途与えられる角速度指令値ω1*に基づいてγ軸電圧指令Vγ、δ軸電圧指令Vδ、位相θを演算する。ここで、位相θは固定子4aのU相(後述する基本電圧ベクトルV1に相当)からγ軸までの角度である。また、ここで用いる角速度、位相関連のデータはすべて電気角に換算したものを使用するものとする。なお、γ−δ軸電圧指令値(Vγ,Vδ,θ)演算手段14における具体的な演算方法は、公知技術(例えば、特許第3860031号広報に記載の方法)を流用して構成することができる。   The γ-δ-axis voltage command value (Vγ, Vδ, θ) calculation means 14 converts the output of the current coordinate conversion means 13 to the γ-axis current Iγ, the δ-axis current Iδ, and the angular velocity command value ω1 * given separately from the outside. Based on this, a γ-axis voltage command Vγ, a δ-axis voltage command Vδ, and a phase θ are calculated. Here, the phase θ is an angle from the U phase (corresponding to a basic voltage vector V1 described later) to the γ axis of the stator 4a. Also, the angular velocity and phase related data used here are all converted to electrical angles. Note that a specific calculation method in the γ-δ axis voltage command value (Vγ, Vδ, θ) calculation means 14 may be configured using a known technique (for example, a method described in Japanese Patent No. 3860031). it can.

出力電圧ベクトルVs演算手段15は、γ−δ軸電圧指令値(Vγ,Vδ,θ)演算手段14の出力であるγ軸電圧指令Vγ、δ軸電圧指令Vδ、位相θ、及び乗算器11の出力である直流電圧情報Vdc_rに基づいて、出力電圧ベクトルVsの変調率Vk及び位相θsを演算し、この変調率Vk及び位相θsから、出力電圧ベクトルVsのセクター(SCT_Vs)、及び出力電圧ベクトルVsに隣接する大きさが非零の2つの基本電圧ベクトルの1/2PWM周期当たりの出力時間ti,tkを演算する。   The output voltage vector Vs calculation means 15 is the output of the γ-δ axis voltage command value (Vγ, Vδ, θ) calculation means 14, the γ-axis voltage command Vγ, the δ-axis voltage command Vδ, the phase θ, and the multiplier 11. Based on the output DC voltage information Vdc_r, the modulation rate Vk and phase θs of the output voltage vector Vs are calculated, and the sector (SCT_Vs) of the output voltage vector Vs and the output voltage vector Vs are calculated from the modulation rate Vk and phase θs. The output times ti, tk per ½ PWM period of two basic voltage vectors having non-zero magnitudes adjacent to are calculated.

ここで、変調率Vkは式(1)を用いて算出する。また、出力電圧ベクトルVsの大きさ|Vs|、及び位相θsはそれぞれ式(2)、(3)で定義する。ここで、位相θsは固定子4aのU相(後述する基本電圧ベクトルV1に相当)から出力電圧ベクトルVsまでの角度である。   Here, the modulation factor Vk is calculated using the equation (1). Further, the magnitude | Vs | and the phase θs of the output voltage vector Vs are defined by equations (2) and (3), respectively. Here, the phase θs is an angle from the U phase of the stator 4a (corresponding to a basic voltage vector V1 described later) to the output voltage vector Vs.

Figure 0005321530
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但し、 However,

Figure 0005321530
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なお、出力電圧ベクトルVsに隣接する大きさが非零の2つの基本電圧ベクトルの1/2PWM周期当たりの出力時間ti,tkの具体的な算出方法については後述する。   A specific method for calculating the output times ti and tk per ½ PWM period of two non-zero magnitude basic vectors adjacent to the output voltage vector Vs will be described later.

γ−δ軸電圧指令値(Vγ,Vδ,θ)演算手段14と出力電圧ベクトルVs演算手段15により出力電圧ベクトル演算手段が構成され、直流母線電流、直流母線電圧、及び外部から与えられる角速度指令値に基づいた出力電圧ベクトルVsが演算される。   The γ-δ axis voltage command value (Vγ, Vδ, θ) calculating means 14 and the output voltage vector Vs calculating means 15 constitute an output voltage vector calculating means, and a DC bus current, a DC bus voltage, and an angular velocity command given from the outside. An output voltage vector Vs based on the value is calculated.

出力時間管理(出力電圧ベクトルVs’,Vs’’演算)手段16は、出力電圧ベクトルVs演算手段15の出力である出力時間ti,tkおよびVsのセクター(SCT_Vs)に基づいて、出力電圧ベクトルVs’とVs’’を生成する。ここで、出力電圧ベクトルVs’に隣接する大きさが非零の2つの基本電圧ベクトルの1/2PWM周期当たりの出力時間がいずれも所定時間TMIN以上となるように出力電圧ベクトルVs’とVs’’が生成される。   The output time management (output voltage vector Vs ′, Vs ″ calculation) means 16 outputs the output voltage vector Vs based on the output time ti, tk and the sector of the Vs (SCT_Vs) which is the output of the output voltage vector Vs calculation means 15. 'And Vs'' are generated. Here, the output voltage vectors Vs ′ and Vs ′ are set so that the output times per 1/2 PWM period of two basic voltage vectors of non-zero magnitude adjacent to the output voltage vector Vs ′ are equal to or longer than the predetermined time TMIN. 'Is generated.

次に、出力時間管理(出力電圧ベクトルVs’,Vs’’演算)手段16は、出力電圧ベクトルVs’とVs’’それぞれの基本電圧ベクトル成分(ti’,tk’, ti’’,tk’’)、及び出力電圧ベクトルVs’とVs’’それぞれのセクター(SCT_Vs’,SCT_Vs’’)を演算し、出力する。ここで、出力電圧ベクトルVs’とVs’’の基本電圧ベクトル成分ti’,tk’, ti’’,tk’’は、1/2PWM周期当たりの基本電圧ベクトルの出力時間を表すものである。なお、出力電圧ベクトルVs’とVs’’のセクター及び出力電圧ベクトルVs’とVs’’の基本電圧ベクトル成分ti’,tk’, ti’’,tk’’の具体的な算出方法は後述する。 Next, the output time management (output voltage vector Vs ′, Vs ″ calculation) means 16 outputs the basic voltage vector components (ti ′, tk ′, ti ″, tk ′) of the output voltage vectors Vs ′ and Vs ″. ') And the output voltage vectors Vs ′ and Vs ″, respectively, sectors (SCT_Vs ′, SCT_Vs ″) are calculated and output. Here, the basic voltage vector components ti ', tk', ti ", tk" of the output voltage vectors Vs' and Vs "represent the output time of the basic voltage vector per 1/2 PWM period. A specific calculation method of the sectors of the output voltage vectors Vs ′ and Vs ″ and the basic voltage vector components ti ′, tk ′, ti ″, tk ″ of the output voltage vectors Vs ′ and Vs ″ will be described later. .

各相タイマ値演算手段17は、出力時間管理(出力電圧ベクトルVs’,Vs’’演算)手段16の出力である出力時間ti’,tk’, ti’’,tk’’および出力電圧ベクトルVs’,Vs’’のセクター(SCT_Vs’,SCT_Vs’’)に基づいて、各相タイマ値(Tu_f,Tu_r,Tv_f,Tv_r,Tw_f,Tw_r)を演算し、出力する。ここで、Tu_fはPWM周期前半のU相前半タイマ値、Tu_rはPWM周期後半のU相後半タイマ値、Tv_fはPWM周期前半のV相前半タイマ値、Tv_rはPWM周期後半のV相後半タイマ値、Tw_fはPWM周期前半のW相前半タイマ値、Tw_rはPWM周期後半のW相後半タイマ値を表す。また、出力電圧ベクトルVs’をPWM周期前半に、出力電圧ベクトルVs’’をPWM周期後半に適用するものとする。   Each phase timer value calculation means 17 outputs the output times ti ′, tk ′, ti ″, tk ″ and the output voltage vector Vs, which are outputs of the output time management (output voltage vectors Vs ′, Vs ″ calculation) means 16. The phase timer values (Tu_f, Tu_r, Tv_f, Tv_r, Tw_f, Tw_r) are calculated and output based on the sectors (SCT_Vs ′, SCT_Vs ″) of “, Vs”. Here, Tu_f is the U phase first half timer value in the first half of the PWM cycle, Tu_r is the U phase second half timer value in the second half of the PWM cycle, Tv_f is the V phase first half timer value in the first half of the PWM cycle, and Tv_r is the V phase second half timer value in the second half of the PWM cycle. , Tw_f represents the W-phase first half timer value in the first half of the PWM cycle, and Tw_r represents the W-phase second half timer value in the second half of the PWM cycle. The output voltage vector Vs ′ is applied to the first half of the PWM cycle, and the output voltage vector Vs ″ is applied to the second half of the PWM cycle.

なお、本実施の形態ではPWM駆動信号を生成する為に各相タイマ値を使用する。各相タイマ値によるPWM駆動信号の生成手法は公知技術(例えば、特許第3610897号広報を参照)を流用して実現できる。また、実際の制御としては各相タイマ値をカウンタクロックに対応した値に変換する処理が必要であるが、前記広報同様に説明の簡略化のため、各相タイマ値として、出力したい時間をそのまま使用することにする。   In this embodiment, each phase timer value is used to generate a PWM drive signal. A method for generating a PWM drive signal based on each phase timer value can be realized by diverting a known technique (for example, refer to Japanese Patent No. 3610897). In actual control, it is necessary to convert each phase timer value into a value corresponding to the counter clock. However, for the sake of simplification of explanation as in the case of the above-mentioned publicity, the time to be output is directly used as each phase timer value. I will use it.

PWM駆動信号生成手段18は、各相タイマ値演算手段17の出力である各相タイマ値(Tu_f,Tu_r,Tv_f,Tv_r,Tw_f,Tw_r)に基づいて、インバータ主回路3の半導体スイッチング素子SW1〜SW6をオン・オフ制御するためのPWM駆動信号(UP,UN,VP,VN,WP,WN)を出力する。   The PWM drive signal generation means 18 is based on each phase timer value (Tu_f, Tu_r, Tv_f, Tv_r, Tw_f, Tw_r) that is an output of each phase timer value calculation means 17, and the semiconductor switching elements SW1 to SW1 of the inverter main circuit 3. PWM drive signals (UP, UN, VP, VN, WP, WN) for ON / OFF control of SW6 are output.

検出タイミング生成手段19は、各相タイマ値演算手段17の出力である各相前半タイマ値(Tu_f,Tv_f,Tw_f)と、出力電圧ベクトルVs演算手段15の出力であるVsのセクター(SCT_Vs)に基づいて、A/D変換回路8におけるA/D変換におけるトリガタイミングを1PWM周期中に2つ(Trg1,Trg2)生成する。A/D変換回路8は、この2つのトリガタイミングに基づいて増幅器5bから入力した値をディジタル値に変換して1PWM周期中に直流母線に関する2つの直流電流情報(Idc1_r,Idc2_r)を得る。トリガタイミング(Trg1,Trg2)の具体的な生成方法については後述する。   The detection timing generation means 19 outputs each phase first half timer value (Tu_f, Tv_f, Tw_f) that is an output of each phase timer value calculation means 17 and a sector (SCT_Vs) of Vs that is an output of the output voltage vector Vs calculation means 15. Based on this, two trigger timings (Trg1, Trg2) in A / D conversion in the A / D conversion circuit 8 are generated in one PWM cycle. The A / D conversion circuit 8 converts the value input from the amplifier 5b into a digital value based on the two trigger timings, and obtains two DC current information (Idc1_r, Idc2_r) related to the DC bus during one PWM period. A specific method for generating the trigger timing (Trg1, Trg2) will be described later.

Vsセクター保持手段20は、出力電圧ベクトルVs演算手段15の出力であるVsのセクター(SCT_Vs)を保持する。そして、保持したセクター情報(SCT_Vst)は直流電流/相電流変換手段12が直流母線電流情報(Idc1_r,idc2_r)を相電流情報(Iu_r,Iv_r,Iw_r)に変換する際に用いる。   The Vs sector holding unit 20 holds the sector (SCT_Vs) of Vs that is the output of the output voltage vector Vs calculation unit 15. The stored sector information (SCT_Vst) is used when the DC current / phase current conversion means 12 converts the DC bus current information (Idc1_r, idc2_r) into phase current information (Iu_r, Iv_r, Iw_r).

次にインバータ制御部7内部の詳細動作を説明する。
最初に、出力電圧ベクトルVsとインバータ主回路3のスイッチング素子の制御との関係を説明する。図2は、出力電圧ベクトルVsのベクトル図である。図2において、V0〜V7は基本電圧ベクトルであり、インバータ主回路3のスイッチング素子SW1〜SW6のスイッチング状態に対応する。具体的には図3に示すように、基本電圧ベクトルV0〜V7とスイッチング素子SW1〜SW6のオン・オフ状態の8つの組み合わせとが1対1に対応する。
Next, the detailed operation inside the inverter control unit 7 will be described.
First, the relationship between the output voltage vector Vs and the control of the switching elements of the inverter main circuit 3 will be described. FIG. 2 is a vector diagram of the output voltage vector Vs. In FIG. 2, V0 to V7 are basic voltage vectors and correspond to the switching states of the switching elements SW1 to SW6 of the inverter main circuit 3. Specifically, as shown in FIG. 3, the basic voltage vectors V0 to V7 and the eight combinations of the on / off states of the switching elements SW1 to SW6 correspond to each other on a one-to-one basis.

例えば、基本電圧ベクトルV1は、SW1、SW5、SW6がON状態、SW2、SW3、SW4がOFF状態であるスイッチング素子の状態に対応する。上アーム側のスイッチがON状態のときを「1」、OFF状態のときを「0」と表記すると、基本電圧ベクトルは(SW1,SW2,SW3)と表すことができる。この表記を使えば、基本電圧ベクトルV1は(1,0,0)、基本電圧ベクトルV2は(1,1,0)と表すことができる。なお、基本電圧ベクトルの内、V0(0,0,0)とV7(1,1,1)は大きさ零のゼロベクトルである。これに対して、V1〜V6は大きさが非零の基本電圧ベクトルである。   For example, the basic voltage vector V1 corresponds to the state of the switching element in which SW1, SW5, and SW6 are in the ON state and SW2, SW3, and SW4 are in the OFF state. The basic voltage vector can be expressed as (SW1, SW2, SW3) when the switch on the upper arm side is expressed as “1” and when it is in the OFF state as “0”. Using this notation, the basic voltage vector V1 can be expressed as (1, 0, 0), and the basic voltage vector V2 can be expressed as (1, 1, 0). Of the basic voltage vectors, V0 (0, 0, 0) and V7 (1, 1, 1) are zero vectors of zero magnitude. On the other hand, V1 to V6 are non-zero basic voltage vectors.

出力電圧ベクトルVsはV1→V2→V3→V4→V5→V6→V1・・・の方向に回転するものとする。また、基本電圧ベクトルV1から出力電圧ベクトルVsまでの角度θsが、0°≦θs<60°の区間をセクター0、60°≦θs<120°の区間をセクター1、120°≦θs<180°の区間をセクター2、180°≦θs<240°の区間をセクター3、240°≦θs<300°の区間をセクター4、300°≦θs<360°の区間をセクター5とする。前述したVsのセクター(SCT_Vs)は、出力電圧ベクトルVsが存在する区間を示すものである。例えば、図2に例示した出力電圧ベクトルVsはセクター0の区間に存在するので、SCT_Vs=0となる。   The output voltage vector Vs is assumed to rotate in the direction of V1-> V2-> V3-> V4-> V5-> V6-> V1-. Further, the angle θs from the basic voltage vector V1 to the output voltage vector Vs is a sector 0 in a section where 0 ° ≦ θs <60 °, a sector 1 in a section where 60 ° ≦ θs <120 °, and 120 ° ≦ θs <180 °. , The sector of 180 ° ≦ θs <240 ° is the sector 3, the sector of 240 ° ≦ θs <300 ° is the sector 4, and the sector of 300 ° ≦ θs <360 ° is the sector 5. The aforementioned sector of Ss (SCT_Vs) indicates a section where the output voltage vector Vs exists. For example, since the output voltage vector Vs illustrated in FIG. 2 exists in the sector 0 section, SCT_Vs = 0.

図2において、tiは出力電圧ベクトルVsに隣接する大きさが非零の基本電圧ベクトル(図2のケースではV1、V2)の内、回転方向元の基本電圧ベクトル(図2ではV1)の1/2PWM周期当たりの出力時間であり、tkは回転方向先の基本電圧ベクトル(図2ではV2)の1/2PWM周期当たりの出力時間である。   In FIG. 2, ti is 1 of the basic voltage vector (V1 in FIG. 2) of the rotation direction among the non-zero basic voltage vectors (V1, V2 in the case of FIG. 2) adjacent to the output voltage vector Vs. / 2 is an output time per PWM cycle, and tk is an output time per 1/2 PWM cycle of the basic voltage vector (V2 in FIG. 2) ahead in the rotation direction.

また、TMINは直流母線電流を検出するのに必要な最小所定時間である。この所定時間TMINは、インバータ主回路3が上下短絡しないように設定しているデッドタイム、スイッチング素子SW1〜6の遅延時間、増幅器5bの遅延時間、A/D変換回路8のA/D変換時間、直流母線電流Idcのリンギング時間などを考慮して別途設定した値である。   TMIN is the minimum predetermined time necessary to detect the DC bus current. The predetermined time TMIN is a dead time set so that the inverter main circuit 3 is not short-circuited vertically, a delay time of the switching elements SW1 to SW6, a delay time of the amplifier 5b, and an A / D conversion time of the A / D conversion circuit 8. The value is set separately in consideration of the ringing time of the DC bus current Idc.

なお、図2は大きさが非零の基本電圧ベクトルV1〜V6のベクトル長を時間Tp/2(Tpは1PWM周期)として、出力時間ti、tk及び所定時間TMINを表したものであり、出力電圧ベクトルVsの基本電圧ベクトル成分ti、tkがTMIN/2≦ti<TMIN、tk≧TMINである場合について示している。   FIG. 2 shows the output times ti and tk and the predetermined time TMIN, where the vector length of the non-zero basic voltage vectors V1 to V6 is time Tp / 2 (Tp is 1 PWM cycle). The basic voltage vector components ti and tk of the voltage vector Vs are shown as TMIN / 2 ≦ ti <TMIN and tk ≧ TMIN.

図4は、出力電圧ベクトルVsが図2(SCT_Vs=0,TMIN/2≦ti<TMIN,tk≧TMIN)の状態にある場合に、PWM周期前半及び後半共に出力電圧ベクトルVsをPWM駆動に適用した時のタイミング図である。図4において、(a)は各相タイマ値(Tu_f,Tu_r,Tv_f,Tv_r,Tw_f,Tw_r)と各相タイマ値を三角波変調するための三角波キャリアの波形、(b)は各相タイマ値と三角波キャリアを比較することにより生成されるPWM駆動信号(UP,VP,WP,UN,VN,WN)の波形、(c)は直流電流検出手段5で検出された直流母線電流Idc、(d)は出力電圧ベクトルの状態、(e)は直流母線電流Idcから得られる相電流情報である。また、toは出力電圧ベクトルVsにおける1/2PWM周期当たりのゼロベクトルV0の出力時間,thは出力電圧ベクトルVsにおけるゼロベクトルV7の1/2PWM周期当たりの出力時間である。なお、図4ではtoとthの比がto:th=1:1である場合について記載している。   4 shows that when the output voltage vector Vs is in the state of FIG. 2 (SCT_Vs = 0, TMIN / 2 ≦ ti <TMIN, tk ≧ TMIN), the output voltage vector Vs is applied to the PWM drive in both the first half and the second half of the PWM cycle. FIG. 4, (a) shows each phase timer value (Tu_f, Tu_r, Tv_f, Tv_r, Tw_f, Tw_r) and a waveform of a triangular wave carrier for modulating each phase timer value, and (b) shows each phase timer value. Waveforms of PWM drive signals (UP, VP, WP, UN, VN, WN) generated by comparing triangular wave carriers, (c) is a DC bus current Idc detected by the DC current detection means 5, (d) Is the state of the output voltage vector, and (e) is phase current information obtained from the DC bus current Idc. Further, to is the output time of the zero vector V0 per 1/2 PWM period in the output voltage vector Vs, and th is the output time per 1/2 PWM period of the zero vector V7 in the output voltage vector Vs. FIG. 4 shows a case where the ratio of to to th is to: th = 1: 1.

図4において、PWM駆動信号(UP,VP,WP,UN,VN,WN)は、各相タイマ値(Tu_f,Tu_r,Tv_f,Tv_r,Tw_f,Tw_r)と振幅Tmaxの三角波キャリアとを比較することで得られる。但し、Tmaxはタイマ値のMAX値であり、1/2PWM周期(Tp/2)に相当する。   In FIG. 4, the PWM drive signals (UP, VP, WP, UN, VN, WN) compare each phase timer value (Tu_f, Tu_r, Tv_f, Tv_r, Tw_f, Tw_r) with a triangular wave carrier of amplitude Tmax. It is obtained by. However, Tmax is the MAX value of the timer value and corresponds to a 1/2 PWM cycle (Tp / 2).

PWM周期の前半においては、UP,VP,WPは、それぞれタイマ値Tu_f,Tv_f,Tw_fが三角波キャリア以下の時に「H」となり、三角波キャリアより大きいときに「L」となる。PWM周期の後半においては、UP,VP,WPは、それぞれタイマ値Tu_r,Tv_r,Tw_rが三角波キャリア以下の時に「H」となり、三角波キャリアより大きいときに「L」となる。UN,VN,WNは、それぞれUP,VP,WPを反転した信号となる。ここで,PWM駆動信号が「H」の時に対応するスイッチング素子は「ON」状態に駆動され、「L」の時に対応するスイッチング素子は「OFF」状態に駆動される。例えば、UPが「H」の時は対応するスイッチング素子であるSW1は「ON」状態となり、UPが「L」のときSW1は「OFF」状態となる。実際はインバータ主回路3のスイッチング素子の上下短絡を防ぐために数μsのデッドタイムを設ける必要があるが、ここでは説明の簡略化のため省略して図示している。   In the first half of the PWM cycle, UP, VP, and WP are “H” when the timer values Tu_f, Tv_f, and Tw_f are less than or equal to the triangular wave carrier, and are “L” when they are larger than the triangular wave carrier. In the latter half of the PWM cycle, UP, VP, and WP are “H” when the timer values Tu_r, Tv_r, and Tw_r are equal to or lower than the triangular wave carrier, and are “L” when they are larger than the triangular wave carrier. UN, VN, and WN are signals obtained by inverting UP, VP, and WP, respectively. Here, when the PWM drive signal is “H”, the corresponding switching element is driven to the “ON” state, and when the PWM drive signal is “L”, the corresponding switching element is driven to the “OFF” state. For example, when UP is “H”, the corresponding switching element SW1 is in the “ON” state, and when UP is “L”, SW1 is in the “OFF” state. Actually, it is necessary to provide a dead time of several μs in order to prevent the switching element of the inverter main circuit 3 from being vertically short-circuited, but is omitted here for the sake of simplicity.

図4に示したケースでは、電圧ベクトル状態はV0,V1,V2,V7の4種類の状態をとる。電圧ベクトル状態がV1の時は、U相の上アーム側スイッチング素子SW1とV相、W相の下アーム側スイッチング素子SW5,SW6がON状態となる。この為、直流電流が直流母線正側PからSW1を介して三相モータ4のU相巻線を流れ、V相及びW相巻線を通り、下アーム側スイッチング素子SW5、SW6を介してシャント抵抗5aを流れ、直流母線負側Nに戻る。従って、三相モータ4に流れ込む電流方向を正とすると、電圧ベクトル状態がV1の時に検出される直流母線電流Idcは+Iu(+U相電流)となる。ここで、上述はONしているスイッチング素子に電流が流れる状態のときの説明をしているが、その他の電流が流れる状態(例えば、スイッチング素子に逆並列に接続されたダイオードD1〜D6に電流が流れるようなケース)においても電圧ベクトル状態がV1の時に検出される直流母線電流Idcは+Iu(+U相電流)となる。   In the case shown in FIG. 4, the voltage vector state has four types of states of V0, V1, V2, and V7. When the voltage vector state is V1, the U-phase upper arm side switching element SW1 and the V-phase and W-phase lower arm side switching elements SW5 and SW6 are turned on. Therefore, DC current flows from the DC bus positive side P through SW1 through the U-phase winding of the three-phase motor 4, passes through the V-phase and W-phase windings, and is shunted through the lower arm side switching elements SW5 and SW6. It flows through the resistor 5a and returns to the DC bus negative side N. Accordingly, when the direction of current flowing into the three-phase motor 4 is positive, the DC bus current Idc detected when the voltage vector state is V1 is + Iu (+ U phase current). Here, the above description is made when a current flows through a switching element that is turned on. However, other current flows (for example, current flows in diodes D1 to D6 connected in antiparallel to the switching element). In such a case, the DC bus current Idc detected when the voltage vector state is V1 is + Iu (+ U phase current).

次に、電圧ベクトル状態がV2の時の動作について説明する。電圧ベクトル状態がV2の時は、U相およびV相の上アーム側スイッチング素子SW1、SW2とW相の下アーム側スイッチング素子SW6がON状態となる。このときの直流電流が直流母線正側PからSW1,SW2を介して、三相モータ4のU相およびV相巻線を流れ、W相巻線を通り、下アーム側スイッチング素子SW6を介してシャント抵抗5aを流れ、直流母線負側Nに戻る。従って、三相モータ4に流れ込む電流方向を正とすると、電圧ベクトル状態がV2の時に検出される直流母線電流Idcは−Iw(−W相電流)となる。ここで,上述はONしているスイッチング素子に電流が流れる状態のときの説明をしているが、その他の電流が流れる状態においても電圧ベクトル状態がV2のときに検出される直流母線電流Idcは−Iw(−W相電流)となる。   Next, the operation when the voltage vector state is V2 will be described. When the voltage vector state is V2, the upper arm side switching elements SW1 and SW2 of the U phase and the V phase and the lower arm side switching element SW6 of the W phase are turned on. The DC current at this time flows from the DC bus positive side P through SW1 and SW2 through the U-phase and V-phase windings of the three-phase motor 4, passes through the W-phase winding, and passes through the lower arm side switching element SW6. It flows through the shunt resistor 5a and returns to the negative side N of the DC bus. Therefore, when the direction of current flowing into the three-phase motor 4 is positive, the DC bus current Idc detected when the voltage vector state is V2 is −Iw (−W phase current). Here, the above description is made when the current flows through the switching element that is turned on, but the DC bus current Idc that is detected when the voltage vector state is V2 even when other current flows is −Iw (−W phase current).

また、電圧ベクトル状態がV0の時は、下アーム側スイッチング素子SW4,SW5,SW6のみがON状態となる。また、電圧ベクトル状態がV7の時は、上アーム側スイッチング素子SW1,SW2,SW3のみがON状態となる。従って、電圧ベクトル状態がゼロベクトルV0,V7の時は、検出される直流母線電流Idcから得られる相電流情報は不定となる。図5は電圧ベクトル状態と直流母線電流Idcから得られる相電流情報との関係を纏めたものである。なお、図5には電圧ベクトル状態がV0,V1,V2,V7以外の時も含めて記載されている。   When the voltage vector state is V0, only the lower arm side switching elements SW4, SW5, SW6 are turned on. When the voltage vector state is V7, only the upper arm side switching elements SW1, SW2 and SW3 are turned on. Therefore, when the voltage vector state is zero vectors V0 and V7, the phase current information obtained from the detected DC bus current Idc is indefinite. FIG. 5 summarizes the relationship between the voltage vector state and the phase current information obtained from the DC bus current Idc. In FIG. 5, the voltage vector states are also included when the state is other than V0, V1, V2, and V7.

以上説明したように、出力電圧ベクトルVsがセクター0(SCT_Vs=0)にある場合は、電圧ベクトル状態がV1又はV2の時、直流母線電流Idcからそれぞれ+Iu(+U相電流)又は−Iw(−W相電流)を検出することができる。つまり、出力電圧ベクトルVsに隣接する大きさが非零の2つの基本電圧ベクトルの出力状態時に直流母線電流Idcから2相分の相電流情報を得ることができる。   As described above, when the output voltage vector Vs is in sector 0 (SCT_Vs = 0), when the voltage vector state is V1 or V2, from the DC bus current Idc, + Iu (+ U phase current) or −Iw (− W-phase current) can be detected. That is, phase current information for two phases can be obtained from the DC bus current Idc in the output state of two basic voltage vectors of non-zero magnitude adjacent to the output voltage vector Vs.

なお、2相分の相電流検出は、検出タイミング生成手段19により生成される2つのA/D変換トリガタイミング(Trg1,Trg2)を用いて、A/D変換回路8にて直流母線電流Idcのサンプリング及びA/D変換処理により行われる。   The phase current detection for two phases is performed by the A / D conversion circuit 8 using the two A / D conversion trigger timings (Trg1, Trg2) generated by the detection timing generation means 19. It is performed by sampling and A / D conversion processing.

検出タイミング生成手段19は、各相前半タイマ値の中で中間の大きさを持つタイマ値を基準にA/D変換回路8のA/D変換時間(Tad)分進んだタイミングを第1のA/D変換トリガタイミング(Trg1)として設定する。また、Trg1のタイミングから所定時間TMIN遅れたタイミングを第2のA/D変換トリガタイミング(Trg2)として設定する。   The detection timing generation unit 19 sets the timing advanced by the A / D conversion time (Tad) of the A / D conversion circuit 8 based on the timer value having an intermediate size among the first half timer values of the respective phases. Set as / D conversion trigger timing (Trg1). Further, a timing delayed by a predetermined time TMIN from the timing of Trg1 is set as the second A / D conversion trigger timing (Trg2).

ここで、各相前半タイマ値の中で中間の大きさを持つタイマ値はVsのセクター(SCT_Vs)により求めることができる。例えば、図4のようにSCT_Vs=0の場合は、各相前半タイマ値の中で中間の大きさを持つタイマ値はTv_fとなる。そして、Trg1のタイミングで検出された直流母線電流情報がIdc1_r、Trg2のタイミングで検出された直流母線電流情報がIdc2_rとなる。   Here, a timer value having an intermediate magnitude among the first half timer values of each phase can be obtained from the sector of Vs (SCT_Vs). For example, when SCT_Vs = 0 as shown in FIG. 4, the timer value having an intermediate size among the first half timer values of each phase is Tv_f. The DC bus current information detected at the timing of Trg1 is Idc1_r, and the DC bus current information detected at the timing of Trg2 is Idc2_r.

直流電流/相電流変換手段12は、Vsセクター保持手段20に保持された直流電流検出タイミング時のセクター情報(SCT_Vst)と、直流母線電流情報(Idc1_r,Idc2_r)から2相分の相電流情報を得る。図6に、Vsセクター保持手段20で保持した直流電流検出タイミング時のセクター情報(SCT_Vst)に基づいて直流母線電流情報(Idc1_r,Idc2_r)から得られる相電流情報を示す。例えば、SCT_Vst=0の場合は、Idc1_r=+Iu_r、Idc2_r=−Iw_rとなる。また、残りの1相分の相電流は「Iu+Iv+Iw=0」の関係より求めることができる。直流電流/相電流変換手段12は、このようにして得られたU,V,W相の相電流Iu_r,Iv_r,Iw_rを出力する。   The DC current / phase current conversion means 12 obtains the phase current information for two phases from the sector information (SCT_Vst) at the DC current detection timing held in the Vs sector holding means 20 and the DC bus current information (Idc1_r, Idc2_r). obtain. FIG. 6 shows the phase current information obtained from the DC bus current information (Idc1_r, Idc2_r) based on the sector information (SCT_Vst) at the DC current detection timing held by the Vs sector holding means 20. For example, when SCT_Vst = 0, Idc1_r = + Iu_r and Idc2_r = −Iw_r. Further, the phase current for the remaining one phase can be obtained from the relationship of “Iu + Iv + Iw = 0”. The direct current / phase current conversion means 12 outputs the U, V, and W phase currents Iu_r, Iv_r, and Iw_r thus obtained.

次に出力電圧ベクトルVs演算手段15の動作を図11の動作フロー図を用いて説明する。まず、前述の式(1)、(2)、(3)より出力電圧ベクトルVsの変調率Vk及び位相θsを演算する(STEP1)。位相θsより式(4)でVsのセクター(SCT_Vs)を演算する(STEP2)。   Next, the operation of the output voltage vector Vs calculation means 15 will be described with reference to the operation flowchart of FIG. First, the modulation factor Vk and the phase θs of the output voltage vector Vs are calculated from the above-described equations (1), (2), and (3) (STEP 1). From the phase θs, the sector of Vs (SCT_Vs) is calculated by equation (4) (STEP 2).

Figure 0005321530
Figure 0005321530

次に、出力電圧ベクトルVsの変調率Vk、位相θsおよびVsのセクター(SCT_Vs)に基づき、出力電圧ベクトルVsに隣接する大きさが非零の2つの基本電圧ベクトルの出力時間ti、tkを式(5)〜(7)により演算する(STEP3)。 Next, based on the modulation factor Vk of the output voltage vector Vs, the phase θs and the sector (SCT_Vs) of Vs, the output times ti and tk of two basic voltage vectors adjacent to the output voltage vector Vs and having a non-zero magnitude are expressed as follows. Calculation is performed according to (5) to (7) (STEP 3).

Figure 0005321530
Figure 0005321530

但し、 However,

Figure 0005321530
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次に、出力時間ti,tkの和が1/2PWM周期(Tp/2)より大きいか否かを判定し(STEP4)、出力時間ti,tkの和の方が大きいと判定した場合にはSTEP5〜7の処理により、出力時間ti,tkの再演算を行う。   Next, it is determined whether or not the sum of the output times ti and tk is greater than ½ PWM cycle (Tp / 2) (STEP 4). If it is determined that the sum of the output times ti and tk is greater, STEP 5 The output times ti and tk are recalculated by the processes of .about.7.

一方、STEP4で、出力時間ti,tkの和が1/2PWM周期(Tp/2)以下と判定した場合には出力時間ti,tkをそのまま確定して終了する。   On the other hand, if it is determined in STEP 4 that the sum of the output times ti and tk is equal to or less than ½ PWM period (Tp / 2), the output times ti and tk are determined as they are and the process ends.

出力時間ti,tkの再演算は、出力時間ti,tkの和と1/2PWM周期(Tp/2)との差分である時間tzを演算し、このtzの1/2をそれぞれti,tkから減算することにより、ti,tkを更新する(STEP5)。   In the recalculation of the output times ti and tk, a time tz that is a difference between the sum of the output times ti and tk and the 1/2 PWM period (Tp / 2) is calculated, and ½ of this tz is calculated from ti and tk, respectively. By subtracting, ti and tk are updated (STEP 5).

次に、STEP5の更新後の出力時間tiが0≦ti≦Tp/2でない場合には、tiにリミッタを掛ける。具体的には、ti<0の時はti=0とし、ti>Tp/2の時はti=Tp/2とする(STEP6)。同様に、STEP5の更新後の出力時間tkに対してもリミッタ処理を行う(STEP7)。   Next, when the output time ti after the update of STEP5 is not 0 ≦ ti ≦ Tp / 2, the limiter is multiplied by ti. Specifically, ti = 0 is set when ti <0, and ti = Tp / 2 is set when ti> Tp / 2 (STEP 6). Similarly, the limiter process is performed for the output time tk after the update of STEP 5 (STEP 7).

STEP5〜7の処理を行うことで、変調率Vkが1より大きい場合でも、出力時間ti,tkの和を1/2PWM周期(Tp/2)以下にすることができ、さらにモータ4に供給する線間電圧の基本周波数成分の位相を再演算前後で同じとすることができる。   By performing the processing of STEP 5 to 7, even when the modulation factor Vk is larger than 1, the sum of the output times ti and tk can be reduced to 1/2 PWM cycle (Tp / 2) or less, and further supplied to the motor 4. The phase of the fundamental frequency component of the line voltage can be made the same before and after recalculation.

次に、出力時間管理(出力電圧ベクトルVs’,Vs’’演算)手段16の詳細動作を説明する。最初に、出力時間管理手段16における出力電圧ベクトルVs’,Vs’’演算の必要性、及び基本的な演算原理を説明する。   Next, the detailed operation of the output time management (output voltage vector Vs ′, Vs ″ calculation) means 16 will be described. First, the necessity of the output voltage vector Vs ′, Vs ″ calculation in the output time management means 16 and the basic calculation principle will be described.

出力電圧ベクトルVsに隣接する大きさが非零の2つの基本電圧ベクトル成分の出力時間が所定時間TMIN未満の場合には直流母線電流を検出するのに必要な時間を確保できない為、その出力時間における直流母線電流を正確に検出できない。図2及び図4で説明したケースでは、TMIN/2≦ti<TMIN、tk≧TMINの為、出力時間tkにおける直流母線電流は検出できるが、出力時間tiにおける直流母線電流は正確に検出できない。その為、この場合は1PWM周期中に直流母線電流Idcから2相分の相電流情報を得ることができない。   When the output time of two basic voltage vector components having a non-zero magnitude adjacent to the output voltage vector Vs is less than the predetermined time TMIN, the time required for detecting the DC bus current cannot be secured. DC bus current at can not be detected accurately. In the case described with reference to FIGS. 2 and 4, since TMIN / 2 ≦ ti <TMIN and tk ≧ TMIN, the DC bus current at the output time tk can be detected, but the DC bus current at the output time ti cannot be detected accurately. Therefore, in this case, phase current information for two phases cannot be obtained from the DC bus current Idc during one PWM period.

このような場合には、図7のように出力電圧ベクトルVsを出力電圧ベクトルVs’、Vs’’に分離することにより、1PWM周期中に直流母線電流Idcから2相分の相電流情報が得られるようにすることができる。図7では、V1の1/2PWM周期当たりの出力時間をTMIN、V2の1/2PWM周期当たりの出力時間をtkとする出力電圧ベクトルVs’と、V1の1/2PWM周期当たりの出力時間を2×ti−TMIN、V2の1/2PWM周期当たりの出力時間をtkとする出力電圧ベクトルVs’’に分けている。図8は、出力電圧ベクトルVsが図7(図2)の状態において、PWM周期前半にVs’を、PWM周期の後半にVs’’を適用したときのタイミング図である。   In such a case, by separating the output voltage vector Vs into output voltage vectors Vs ′ and Vs ″ as shown in FIG. 7, phase current information for two phases is obtained from the DC bus current Idc during one PWM period. Can be made. In FIG. 7, an output voltage vector Vs ′ in which the output time per 1/2 PWM cycle of V1 is TMIN, the output time per 1/2 PWM cycle of V2 is tk, and the output time per 1/2 PWM cycle of V1 is 2 Xti-TMIN, V2 is divided into output voltage vector Vs '' where the output time per 1/2 PWM period is tk. FIG. 8 is a timing chart when Vs ′ is applied to the first half of the PWM cycle and Vs ″ is applied to the second half of the PWM cycle when the output voltage vector Vs is in the state of FIG. 7 (FIG. 2).

図8において、ti’は出力電圧ベクトルVs’に隣接する大きさが非零の2つの基本電圧ベクトル(図7ではV1、V2)の内、回転方向元の基本電圧ベクトル(図7ではV1)の1/2PWM周期当たりの出力時間、tk’は回転方向先の基本電圧ベクトル(図7ではV2)の1/2PWM周期当たりの出力時間、to’は出力電圧ベクトルVs’における1/2PWM周期当たりのゼロベクトルV0の出力時間、th’は出力電圧ベクトルVs’におけるゼロベクトルV7の1/2PWM周期当たりの出力時間である。   In FIG. 8, ti ′ is a basic voltage vector (V1 in FIG. 7) of the rotation direction among two non-zero basic voltage vectors (V1 and V2 in FIG. 7) adjacent to the output voltage vector Vs ′. Output time per 1/2 PWM period, tk ′ is the output time per 1/2 PWM period of the basic voltage vector ahead in the rotation direction (V2 in FIG. 7), and to ′ is per 1/2 PWM period in the output voltage vector Vs ′. The zero vector V0 output time, th ′ is the output time per 1/2 PWM period of the zero vector V7 in the output voltage vector Vs ′.

また、ti’’は出力電圧ベクトルVs’’に隣接する大きさが非零の2つの基本電圧ベクトル(図7ではV1、V2)の内、回転方向元の基本電圧ベクトル(図7ではV1)の1/2PWM周期当たりの出力時間、tk’’は回転方向先の基本電圧ベクトル(図7ではV2)の1/2PWM周期当たりの出力時間、to’’は出力電圧ベクトルVs’’における1/2PWM周期当たりのゼロベクトルV0の出力時間、th’’は出力電圧ベクトルVs’’におけるゼロベクトルV7の1/2PWM周期当たりの出力時間である。従って、ti’=TMIN、tk’=tk、ti’’=2×ti−TMIN、tk’’=tkとなる。なお、図8では、ゼロベクトル長の比率がto’:th’=1:1、to’’:th’’=1:1である場合を示している。   Also, ti '' is the basic voltage vector (V1 in FIG. 7) that is the original rotation direction among the two non-zero magnitude basic voltage vectors (V1 and V2 in FIG. 7) adjacent to the output voltage vector Vs ''. Output time per 1/2 PWM period, tk ″ is the output time per 1/2 PWM period of the basic voltage vector ahead of the rotation direction (V2 in FIG. 7), and to ″ is 1 / of the output voltage vector Vs ″. The output time of zero vector V0 per 2 PWM periods, th ″ is the output time per 1/2 PWM period of zero vector V7 in output voltage vector Vs ″. Therefore, ti ′ = TMIN, tk ′ = tk, ti ″ = 2 × ti−TMIN, tk ″ = tk. FIG. 8 shows a case where the ratio of the zero vector length is to ′: th ′ = 1: 1 and to ″: th ″ = 1: 1.

このように、出力電圧ベクトルVsの代わりに、Vs’及びVs’’を用いれば、ti’=TMIN、tk’=tk≧TMINとなるので、出力時間ti’,tk’の期間に直流母線電流Idcを検出することが可能となる。これにより、1PWM周期中に直流母線電流Idcから2相分の相電流情報を得ることができるようになる。   As described above, if Vs ′ and Vs ″ are used instead of the output voltage vector Vs, ti ′ = TMIN and tk ′ = tk ≧ TMIN, so that the DC bus current is output during the output times ti ′ and tk ′. It becomes possible to detect Idc. Thus, phase current information for two phases can be obtained from the DC bus current Idc during one PWM period.

図7では、出力電圧ベクトルVs’及びVs’’が所属するセクターは、出力電圧ベクトルVsの所属するセクターと同一であるようなケースであった。次に、出力電圧ベクトルVs’又はVs’’が所属するセクターが、出力電圧ベクトルVsの所属するセクターと異なるケースについて説明する。   In FIG. 7, the sector to which the output voltage vectors Vs ′ and Vs ″ belong is the same as the sector to which the output voltage vector Vs belongs. Next, a case where the sector to which the output voltage vector Vs ′ or Vs ″ belongs is different from the sector to which the output voltage vector Vs belongs will be described.

図9は、図7の出力電圧ベクトルVsが更に回転して、ti<TMIN/2、tk≧TMINの状態にある場合のベクトル図である。この場合も、出力電圧ベクトルVsをPWM周期の前半・後半共に出力すると、1PWM周期中に直流母線電流Idcから2相分の相電流情報を得ることができない。そこで、図7と同様に出力電圧ベクトルVsを出力電圧ベクトルVs’、Vs’’に分離することにより、1PWM周期中に直流母線電流Idcから2相分の相電流情報を得られるようにすることができる。   FIG. 9 is a vector diagram when the output voltage vector Vs of FIG. 7 is further rotated and is in a state of ti <TMIN / 2 and tk ≧ TMIN. Also in this case, if the output voltage vector Vs is output in both the first half and the second half of the PWM cycle, phase current information for two phases cannot be obtained from the DC bus current Idc during one PWM cycle. Therefore, by separating the output voltage vector Vs into output voltage vectors Vs ′ and Vs ″ as in FIG. 7, phase current information for two phases can be obtained from the DC bus current Idc during one PWM period. Can do.

具体的には図9に示すように、V1の1/2PWM周期当たりの出力時間をTMIN、V2の1/2PWM周期当たりの出力時間をtkとする出力電圧ベクトルVs’と、V2の1/2PWM周期当たりの出力時間をtk−(TMIN−2×ti)、V3の1/2PWM周期当たりの出力時間をTMIN−2×tiとする出力電圧ベクトルVs’’に分ける。   Specifically, as shown in FIG. 9, an output voltage vector Vs ′ having an output time per 1/2 PWM period of V1 as TMIN, an output time per 1/2 PWM period of V2 as tk, and a 1/2 PWM of V2 The output time per period is divided into tk− (TMIN−2 × ti), and the output time per 1/2 PWM period of V3 is divided into output voltage vector Vs ″.

図10は、出力電圧ベクトルVsが図9の状態において、PWM周期前半にVs’を、PWM周期の後半にVs’’を適用したときのタイミング図である。図9では、出力電圧ベクトルVs’は図7同様にセクター0の区間(SCT_Vs’=0)にあるが、出力電圧ベクトルVs’’はセクター1の区間(SCT_Vs’’=1)にある為、ti’’は出力電圧ベクトルVs’’におけるV2の1/2PWM周期当たりの出力時間となり、tk’’は出力電圧ベクトルVs’’におけるV3の1/2PWM周期当たりの出力時間となる。従って、ti’=TMIN、tk’=tk、ti’’=tk−(TMIN−2×ti)、tk’’=TMIN−2×tiとなる。   FIG. 10 is a timing diagram when Vs ′ is applied in the first half of the PWM cycle and Vs ″ is applied in the second half of the PWM cycle in the state where the output voltage vector Vs is in the state of FIG. 9. In FIG. 9, the output voltage vector Vs ′ is in the sector 0 section (SCT_Vs ′ = 0) as in FIG. 7, but the output voltage vector Vs ″ is in the sector 1 section (SCT_Vs ″ = 1). ti ″ is an output time per 1/2 PWM cycle of V2 in the output voltage vector Vs ″, and tk ″ is an output time per 1/2 PWM cycle of V3 in the output voltage vector Vs ″. Accordingly, ti ′ = TMIN, tk ′ = tk, ti ″ = tk− (TMIN−2 × ti), and tk ″ = TMIN−2 × ti.

このように図10では図8のケースと同様に出力電圧ベクトルVsの代わりにVs’及びVs’’を用いるので、ti’=TMIN,tk’=tk≧TMINとなる。これにより、出力時間ti’,tk’の期間に直流母線電流Idcを検出できることが可能となり、1PWM周期中に直流母線電流Idcから2相分の相電流情報を得られることになる。   As described above, in FIG. 10, Vs ′ and Vs ″ are used instead of the output voltage vector Vs as in the case of FIG. 8, so that ti ′ = TMIN and tk ′ = tk ≧ TMIN. As a result, the DC bus current Idc can be detected during the output times ti ′ and tk ′, and phase current information for two phases can be obtained from the DC bus current Idc during one PWM period.

続いて出力時間管理(出力電圧ベクトルVs’,Vs’’演算)手段16の動作を図12の動作フロー図を用いて説明する。出力時間管理(出力電圧ベクトルVs’,Vs’’演算)手段16は、STEP8〜28で、出力電圧ベクトルVs演算手段15で演算した出力時間ti,tkと所定時間TMINにより11個のケース(case)に分類して演算処理を実行する。   Next, the operation of the output time management (output voltage vector Vs ′, Vs ″ calculation) means 16 will be described with reference to the operation flow chart of FIG. The output time management (output voltage vector Vs ′, Vs ″ calculation) means 16 has 11 cases (steps 8 to 28) based on the output time ti, tk calculated by the output voltage vector Vs calculation means 15 and the predetermined time TMIN. ) And execute arithmetic processing.

出力時間tiが所定時間TMIN以上かつ出力時間tkが所定時間TMIN以上である場合はcase=0(STEP10)とし、出力時間tiが所定時間TMIN以上かつ出力時間tkが所定時間TMIN未満TMIN/2以上である場合はcase=1(STEP12)とし、出力時間tiが所定時間TMIN以上かつ出力時間tkが所定時間TMIN/2未満である場合はcase=2(STEP13)とする。   When the output time ti is equal to or longer than the predetermined time TMIN and the output time tk is equal to or longer than the predetermined time TMIN, case = 0 is set (STEP 10). The output time ti is equal to or longer than the predetermined time TMIN and the output time tk is equal to or lower than the predetermined time TMIN / 2. If the output time ti is equal to or greater than the predetermined time TMIN and the output time tk is less than the predetermined time TMIN / 2, then case = 2 (STEP 13).

また、出力時間tiが所定時間TMIN未満TMIN/2以上かつ出力時間tkが所定時間TMIN以上である場合はcase=3(STEP16)とし、出力時間tiが所定時間TMIN未満TMIN/2以上かつ出力時間tkがTMIN未満TMIN/2以上である場合はcase=4(STEP19)とし、出力時間tiが所定時間TMIN未満TMIN/2以上かつ出力時間ti,tkの和がTMIN以上かつ出力時間tkが所定時間TMIN/2未満である場合はcase=5(STEP20)とし、出力時間tiが所定時間TMIN未満TMIN/2以上かつ出力時間ti,tkの和がTMIN未満である場合はcase=6(STEP21)とする。 When the output time ti is less than the predetermined time TMIN TMIN / 2 or more and the output time tk is the predetermined time TMIN or more, case = 3 (STEP 16), and the output time ti is less than the predetermined time TMIN / 2 and more than the output time TMIN / 2. When tk is less than TMIN and greater than or equal to TMIN / 2, case = 4 (STEP 19), the output time ti is less than the predetermined time TMIN less than TMIN / 2, the sum of the output times ti and tk is greater than or equal to TMIN, and the output time tk is the predetermined time. When it is less than TMIN / 2, case = 5 (STEP 20), and when the output time ti is less than TMIN / 2 for a predetermined time and the sum of the output times ti and tk is less than TMIN, case = 6 (STEP 21). To do.

また、出力時間tiが所定時間TMIN/2未満かつ出力時間tkが所定時間TMIN以上である場合はcase=7(STEP23)とし、出力時間tiが所定時間TMIN/2未満かつ出力時間tkが所定時間TMIN未満かつ出力時間ti,tkの和がTMIN以上である場合はcase=8(STEP25)とし、出力時間tiが所定時間TMIN/2未満かつ出力時間ti,tkの和がTMIN未満かつ出力時間tkが所定時間TMIN未満TMIN/2以上である場合はcase=9(STEP27)とし、出力時間tiが所定時間TMIN/2未満かつ出力時間tkが所定時間TMIN/2未満である場合はcase=10(STEP28)とする。 When the output time ti is less than the predetermined time TMIN / 2 and the output time tk is greater than or equal to the predetermined time TMIN, case = 7 (STEP 23) is set, and the output time ti is less than the predetermined time TMIN / 2 and the output time tk is the predetermined time. If the sum of the output times ti and tk is less than TMIN and the sum of the output times ti and tk is TMIN or more, case = 8 (STEP 25), the output time ti is less than the predetermined time TMIN / 2 and the sum of the output times ti and tk is less than TMIN and the output time tk. Is equal to or less than TMIN / 2 for a predetermined time TMIN / 2 (STEP 27), and when output time ti is less than the predetermined time TMIN / 2 and output time tk is less than the predetermined time TMIN / 2, case = 10 ( STEP 28).

次にSTEP29において、STEP8〜28で算出されたcaseにおける出力電圧ベクトルVs’,Vs’’のセクター(SCT_Vs’,SCT_Vs’’)を算出する。各caseにおける出力電圧ベクトルVs’,Vs’’のセクター(SCT_Vs’,SCT_Vs’’)は、出力電圧ベクトルVsのセクター(SCT_Vs)より図13の対応関係から求めることができる。例えば、SCT_Vs=0でcase=5の場合には、SCT_Vs’=0,SCT_Vs’’=5となる。なお、SCT_Vs’については全てのcaseにおいてSCT_Vs’=SCT_Vsが成り立つ。   Next, in STEP 29, the sectors (SCT_Vs ′, SCT_Vs ″) of the output voltage vectors Vs ′ and Vs ″ in the case calculated in STEPs 8 to 28 are calculated. The sectors (SCT_Vs ′, SCT_Vs ″) of the output voltage vectors Vs ′ and Vs ″ in each case can be obtained from the correspondence relationship of FIG. 13 from the sectors (SCT_Vs) of the output voltage vector Vs. For example, when SCT_Vs = 0 and case = 5, SCT_Vs ′ = 0 and SCT_Vs ″ = 5. For SCT_Vs ′, SCT_Vs ′ = SCT_Vs holds in all cases.

例として、前述したSTEP8〜28の処理を図7の状態の出力電圧ベクトルVsに適用するとcase=3と判定され、図9の出力電圧ベクトルVsに適用するとcase=7と判定される。 As an example, when the processes of STEPs 8 to 28 described above are applied to the output voltage vector Vs in the state of FIG. 7, it is determined that case = 3, and when applied to the output voltage vector Vs of FIG. 9, case = 7 is determined.

次にSTEP30において、出力電圧ベクトルVs’に隣接する大きさが非零の2つの基本電圧ベクトルの1/2PWM周期当たりの出力時間ti’,tk’およびVs’’ に隣接する大きさが非零の2つの基本電圧ベクトルの1/2PWM周期当たりの出力時間ti’’,tk’’を算出する。まず、算出処理の流れを説明する。   Next, in STEP 30, the magnitude adjacent to the output times ti ′, tk ′ and Vs ″ per ½ PWM period of two basic voltage vectors whose magnitude is adjacent to the output voltage vector Vs ′ is nonzero. The output times ti ″ and tk ″ per 1/2 PWM period of the two basic voltage vectors are calculated. First, the flow of calculation processing will be described.

最初に、出力時間ti,tkと、STEP8〜28で算出されたcase番号に基づいて、図14に示した関係から出力時間ti’,tk’,ti’’,tk’’を求める。例えば,case=5の場合,ti’=TMIN,tk’=TMIN,ti’’=TMIN−2×tk,tk’’=2×(ti+tk−TMIN)となる。   First, based on the output times ti, tk and the case numbers calculated in STEPs 8 to 28, the output times ti ', tk', ti ", tk" are obtained from the relationship shown in FIG. For example, when case = 5, ti ′ = TMIN, tk ′ = TMIN, ti ″ = TMIN−2 × tk, tk ″ = 2 × (ti + tk−TMIN).

ここで、case=1,2,3,7の時には、出力時間ti’,tk’の和及び出力時間ti’’,tk’’の和の一方もしくは両方が1/2PWM周期(Tp/2)より大きくなる状態が発生しうる。そこでこのような場合には、以下のようなti’,tk’,ti’’,tk’'の再演算を行う。   Here, when case = 1, 2, 3, and 7, one or both of the sum of the output times ti ′ and tk ′ and the sum of the output times ti ″ and tk ″ is 1/2 PWM period (Tp / 2). A larger condition may occur. Therefore, in such a case, recalculation of ti ′, tk ′, ti ″, tk ′ ′ is performed as follows.

まず、出力時間ti’,tk’の和が1/2PWM周期(Tp/2)より大きい場合は、出力時間ti’,tk’の和と1/2PWM周期(Tp/2)との差分を計算し、この差分を出力時間ti’,tk’の内の大きい方の出力時間から減算する。次に、前記差分を出力時間ti’’,tk’’の内の大きい方の出力時間に加算する。続いて出力時間ti’’,tk’’の和が1/2PWM周期(Tp/2)より大きい場合は、出力時間ti’’,tk’’の和と1/2PWM周期(Tp/2)との差分を計算し、この差分を出力時間ti’’,tk’’の内の小さい方の時間から減算する。   First, when the sum of output times ti ′ and tk ′ is greater than ½ PWM period (Tp / 2), the difference between the sum of output times ti ′ and tk ′ and ½ PWM period (Tp / 2) is calculated. The difference is subtracted from the larger output time of the output times ti ′ and tk ′. Next, the difference is added to the larger output time of the output times ti ″ and tk ″. Subsequently, when the sum of output times ti ″ and tk ″ is greater than ½ PWM period (Tp / 2), the sum of output times ti ″ and tk ″ and ½ PWM period (Tp / 2) Is subtracted from the smaller one of the output times ti ″ and tk ″.

なお、図14に従いti’,tk’,ti’’,tk’’を設定すると、case=1ではti’>tk’、ti’’>tk’’となり、case=2ではti’>tk’,ti’’<tk’’となり、case=3ではti’<tk’,ti’’<tk’’となり、case=7ではti’<tk’,ti’’>tk’’となるが、これらの大小関係はti’,tk’,ti’’,tk’’の再演算後も成立する関係である。   If ti ′, tk ′, ti ″, and tk ″ are set according to FIG. 14, ti ′> tk ′ and ti ″> tk ″ when case = 1, and ti ′> tk ′ when case = 2. , Ti '' <tk '', and in case = 3, ti '<tk', ti '' <tk '', and in case = 7, ti '<tk', ti ''> tk '' These magnitude relationships are relationships that hold even after recalculation of ti ′, tk ′, ti ″, and tk ″.

次に出力時間ti’,tk’,ti’’,tk’’の具体的な演算手順をcase=1の場合について図15の動作フロー図に基づいて説明する。   Next, a specific calculation procedure of the output times ti ′, tk ′, ti ″, tk ″ will be described based on the operation flow diagram of FIG. 15 in the case of case = 1.

まず、STEP31で図14に従いcase=1の時のti’,tk’,ti’’,tk’’を設定する。そして、出力時間ti’,tk’の和から1/2PWM周期(Tp/2)を減算してtov1を計算する。   First, in STEP 31, ti ′, tk ′, ti ″, tk ″ when case = 1 is set according to FIG. 14. Then, tov1 is calculated by subtracting ½ PWM period (Tp / 2) from the sum of output times ti ′ and tk ′.

STEP32で、このtov1が0より大きいか否かを判定し、tov1が0より大きい場合は、STEP33〜38の処理を行い出力時間ti’,tk’,ti’’,tk’’を再演算する。一方、tov1が0以下の時は、出力時間ti’,tk’,ti’’,tk’’の再演算はせずにそのまま終了する。   In STEP 32, it is determined whether or not tov1 is greater than 0. If tov1 is greater than 0, the processing of STEPs 33 to 38 is performed to recalculate the output times ti ′, tk ′, ti ″, tk ″. . On the other hand, when tov1 is 0 or less, the output times ti ′, tk ′, ti ″, and tk ″ are not recalculated, and the process ends as it is.

次に、出力時間ti’,tk’,ti’’,tk’’の再演算手順を説明する。まずSTEP33で出力時間ti’から時間tov1を減算して出力時間ti’を更新し、また出力時間ti’’に時間tov1を加算して出力時間ti’’を更新する。   Next, the recalculation procedure of the output times ti ′, tk ′, ti ″, tk ″ will be described. First, in STEP 33, the time tov1 is subtracted from the output time ti 'to update the output time ti', and the time tov1 is added to the output time ti '' to update the output time ti ''.

STEP34で、STEP33で得たti’’が0≦ti’’≦Tp/2の範囲となるようにリミッタを掛ける。   In STEP 34, the limiter is applied so that ti ″ obtained in STEP 33 is in the range of 0 ≦ ti ″ ≦ Tp / 2.

STEP35で、出力時間ti’’,tk’’の和から1/2PWM周期(Tp/2)を減算してtov2を算出する。   In STEP 35, tov2 is calculated by subtracting a 1/2 PWM period (Tp / 2) from the sum of the output times ti "and tk".

STEP36で、時間tov2が0より大きいか否かを判定し、0より大きいと判定した場合は、出力時間tk’’から時間tov2を減算して出力時間tk’’を更新する(STEP37)。STEP37の演算により、2つの出力時間ti’’,tk’’の内短い方の成分であるtk’’の出力時間をさらに短くして、2つの出力時間の和が1/2PWM周期となるようにVs’’を再演算したことになる。   In STEP 36, it is determined whether or not the time tov2 is greater than 0. If it is determined that the time tov2 is greater than 0, the output time tk ″ is updated by subtracting the time tov2 from the output time tk ″ (STEP 37). The calculation of STEP 37 further shortens the output time of tk ″, which is the shorter of the two output times ti ″ and tk ″, so that the sum of the two output times becomes a 1/2 PWM cycle. Vs ″ is recalculated.

次に、STEP37で演算したtk’’が0≦tk’’≦Tp/2の範囲となるようにリミッタを掛ける(STEP38)。   Next, a limiter is applied so that tk ″ calculated in STEP 37 is in a range of 0 ≦ tk ″ ≦ Tp / 2 (STEP 38).

一方、STEP36で時間tov2が0以下であると判定した場合は、出力時間tk’’の再演算は行わずにそのまま終了する。   On the other hand, if it is determined in STEP 36 that the time tov2 is 0 or less, the output time tk ″ is not recalculated, and the processing is terminated as it is.

以上説明したti’,tk’,ti’’,tk’’の再演算処理において、tk’は変更されずtk’=TMINである。また、ti’はti’=Tp/2−TMINとなる。従って、TMIN≦Tp/4であれば、ti’≧TMINとなる。ここで、インバータのPWM制御において、TMIN≦Tp/4という条件は現実的に達成可能な制約条件である。従って、前述のti’,tk’,ti’’,tk’’の再演算処理を行うことにより、1PWM周期中に直流母線電流Idcから2相分の相電流情報を検出できるPWM駆動信号を出力することが可能となる。   In the re-calculation processing of ti ′, tk ′, ti ″, tk ″ described above, tk ′ is not changed and tk ′ = TMIN. Also, ti ′ is ti ′ = Tp / 2−TMIN. Therefore, if TMIN ≦ Tp / 4, ti ′ ≧ TMIN. Here, in the PWM control of the inverter, the condition TMIN ≦ Tp / 4 is a practically achievable constraint condition. Therefore, by performing the recalculation processing of ti ′, tk ′, ti ″, tk ″, a PWM drive signal that can detect phase current information for two phases from the DC bus current Idc during one PWM period is output. It becomes possible to do.

また、ti’,tk’,ti’’,tk’’の再演算処理によって、再演算後の出力電圧ベクトルVs’とVs’’の平均ベクトルは出力電圧ベクトルVsに等しくならないケースが出てくる。これは、1PWM周期中に直流母線電流Idcから2相分の相電流情報を検出できるPWM駆動信号を出力することを優先したことを意味する。   In addition, due to the recalculation process of ti ′, tk ′, ti ″, tk ″, the average vector of the output voltage vectors Vs ′ and Vs ″ after the recalculation may not be equal to the output voltage vector Vs. . This means that priority is given to outputting a PWM drive signal capable of detecting phase current information for two phases from the DC bus current Idc during one PWM period.

以上、case=1の場合について説明したが、case=2,3,7の時も同様に出力時間ti’,tk’,ti’’,tk’’を再演算する。これらの再演算処理により、case=2,3,7の場合でも1PWM周期中に直流母線電流Idcから2相分の相電流情報を検出できるPWM駆動信号を出力することが可能となる。   The case where case = 1 has been described above, but the output times ti ′, tk ′, ti ″, and tk ″ are recalculated in the same manner when cases = 2, 3, and 7. With these recalculation processes, even in the case of cases = 2, 3, and 7, it is possible to output a PWM drive signal that can detect phase current information for two phases from the DC bus current Idc during one PWM period.

次に、各相タイマ値演算手段17の動作について図16の動作フロー図を用いて説明する。まず、STEP39において、出力時間管理(出力電圧ベクトルVs’,Vs’’演算)手段16で演算した出力時間ti’,tk’,ti’’,tk’’を用いて出力電圧ベクトルVs’におけるゼロベクトルV0の1/2PWM周期当たりの出力時間to’と出力電圧ベクトルVs’’におけるゼロベクトルV0の1/2PWM周期当たりの出力時間to’’を式(8)(9)で算出する。 Next, the operation of each phase timer value calculation means 17 will be described with reference to the operation flowchart of FIG. First, in STEP 39, zeros in the output voltage vector Vs ′ using the output times ti ′, tk ′, ti ″, tk ″ calculated by the output time management (output voltage vector Vs ′, Vs ″ calculation) means 16. The output time to ′ per 1/2 PWM cycle of the vector V0 and the output time to ″ per 1/2 PWM cycle of the zero vector V0 in the output voltage vector Vs ″ are calculated by the equations (8) and (9).

Figure 0005321530
Figure 0005321530

但し、Kv0’は出力電圧ベクトルVs’における1/2PWM周期当たりのゼロベクトルの総出力時間(to’+th’)に対するゼロベクトルV0の出力時間to’の割合であり、Kv0’’は出力電圧ベクトルVs’’における1/2PWM周期当たりのゼロベクトルの総出力時間(to”+th”)に対するゼロベクトルV0の出力時間to”の割合である。例えば、to’:th’=1:1で出力する場合は、Kv0’=0.5に設定する。   However, Kv0 ′ is the ratio of the output time to ′ of the zero vector V0 to the total output time (to ′ + th ′) of the zero vector per 1/2 PWM period in the output voltage vector Vs ′, and Kv0 ″ is the output voltage vector. This is the ratio of the output time to ″ of the zero vector V0 to the total output time (to ″ + th ″) of the zero vector per ½ PWM period in Vs ″. For example, output is performed at to ′: th ′ = 1: 1. In this case, Kv0 ′ = 0.5 is set.

次に、STEP40で出力電圧ベクトルVs’のセクター(SCT_Vs’)と出力時間ti’,tk’,to’に基づいて、図17から各相前半タイマ値(Tu_f,Tv_f,Tw_f)を演算する。同様に、出力電圧ベクトルVs’’のセクター(SCT_Vs’’)と出力時間ti’’,tk’’,to’’に基づいて、図18から各相後半タイマ値(Tu_r,Tv_r,Tw_r)を演算する。   Next, in STEP 40, based on the sector (SCT_Vs') of the output voltage vector Vs' and the output times ti ', tk', to ', the first half timer values (Tu_f, Tv_f, Tw_f) are calculated from FIG. Similarly, based on the sector (SCT_Vs ″) of the output voltage vector Vs ″ and the output times ti ″, tk ″, and to ″, the latter half phase timer values (Tu_r, Tv_r, Tw_r) are obtained from FIG. Calculate.

例えばSCT_Vs=0でcase=3の場合、SCT_Vs’=0,SCT_Vs’’=0であるので(図13参照)、Tu_f=to’,Tv_f=Tu_f+ti’,Tw_f=Tv_f+tk’,Tu_r=to’’,Tv_r=Tu_r+ti’’,Tw_r=Tv_r+tk’’となる。   For example, when SCT_Vs = 0 and case = 3, since SCT_Vs ′ = 0 and SCT_Vs ″ = 0 (see FIG. 13), Tu_f = to ′, Tv_f = Tu_f + ti ′, Tw_f = Tv_f + tk ′, Tu_r = to ″ , Tv_r = Tu_r + ti ″, Tw_r = Tv_r + tk ″.

PWM駆動信号生成手段18は、各相タイマ値演算手段17が生成した各相タイマ値(Tu_f,Tu_r,Tv_f,Tv_r,Tw_f,Tw_r)と三角波変調するためのキャリアとを比較することで、図8に示すようにPWM駆動信号(UP,UN,VP,VN,WP,WN)の生成を行う。   The PWM drive signal generation means 18 compares each phase timer value (Tu_f, Tu_r, Tv_f, Tv_r, Tw_f, Tw_r) generated by each phase timer value calculation means 17 with the carrier for performing the triangular wave modulation. As shown in FIG. 8, PWM drive signals (UP, UN, VP, VN, WP, WN) are generated.

図19〜22は、変調率Vk=1.5である場合の各相タイマ値、3相モータ4の端子間電圧を出力電圧ベクトルVsの位相に対して示したものである。   19 to 22 show each phase timer value when the modulation rate Vk is 1.5, and the voltage between terminals of the three-phase motor 4 with respect to the phase of the output voltage vector Vs.

図19はU相タイマ値Tu_f、Tu_rの和の波形、図20は3相モータ4のU相と母線負側Nとの端子間電圧Vunの波形、図21はU相タイマ値Tu_f,Tu_rの和とV相タイマ値Tv_f,Tv_rの和との差の波形、図22は3相モータ4のU相とV相との線間電圧Vuvの波形である。   FIG. 19 shows the waveform of the sum of the U-phase timer values Tu_f and Tu_r, FIG. 20 shows the waveform of the terminal-to-terminal voltage Vun between the U-phase and the bus negative side N of the three-phase motor 4, and FIG. 21 shows the U-phase timer values Tu_f and Tu_r. The waveform of the difference between the sum and the sum of the V-phase timer values Tv_f and Tv_r, FIG. 22 is the waveform of the line voltage Vuv between the U-phase and the V-phase of the three-phase motor 4.

図19〜22において、横軸は出力電圧ベクトルVsの位相θsであり、それぞれの図は電気角1周期分の波形を示している。また、各図の(a)は出力電圧ベクトルVsのまま(case0)のときの波形であり、各図の(b)は本実施の形態を適用した場合の波形である。但し、実際は端子間電圧Vun、線間電圧Vuvにはキャリアが重畳された波形となる。なお、ここでは1/2PWM周期当たりのゼロベクトルの比がV0:V7=1:1の場合について示している。しかし、図21、22の波形についてはゼロベクトルの比に係わらず同じ波形となる。   19 to 22, the horizontal axis represents the phase θs of the output voltage vector Vs, and each figure shows a waveform for one electrical angle cycle. Further, (a) in each figure is a waveform when the output voltage vector Vs remains (case 0), and (b) in each figure is a waveform when the present embodiment is applied. However, in actuality, the waveform is such that carriers are superimposed on the inter-terminal voltage Vun and the line voltage Vuv. Here, the case where the ratio of zero vectors per 1/2 PWM cycle is V0: V7 = 1: 1 is shown. However, the waveforms in FIGS. 21 and 22 are the same regardless of the zero vector ratio.

図19の波形は、U相下アーム駆動信号UNの1PMW周期当たりの「H」の出力時間の波形でもある。U相上アーム駆動信号UPの1PMW周期当たりの「H」の出力時間の波形は、図19の波形を「Tp/2」を中心に反転した波形となる。また、図21の波形は、U相下アーム駆動信号UNとV相下アーム駆動信号VNの1PMW周期当たりの「H」の出力時間の差の波形でもある。U相上アーム駆動信号UPとV相上アーム駆動信号VPの1PMW周期当たりの「H」の出力時間の差の波形は、図21の波形を「0」を中心に反転した波形となる。   The waveform of FIG. 19 is also a waveform of the output time of “H” per 1 PMW period of the U-phase lower arm drive signal UN. The waveform of the output time of “H” per 1 PMW cycle of the U-phase upper arm drive signal UP is a waveform obtained by inverting the waveform of FIG. 19 around “Tp / 2”. The waveform of FIG. 21 is also a waveform of a difference in output time of “H” per 1 PMW period between the U-phase lower arm drive signal UN and the V-phase lower arm drive signal VN. The waveform of the difference in output time of “H” per 1 PMW period between the U-phase upper arm drive signal UP and the V-phase upper arm drive signal VP is a waveform obtained by inverting the waveform of FIG. 21 around “0”.

図19〜22で(a)と(b)の波形を比較すると分かるように、変調率が1より大きい場合でも、本実施の形態による出力時間管理手段の制御を行うことにより、各種波形の変形を極力抑制して、PWM駆動信号(UP,UN,VP,VN,WP,WN)の生成を行うことが可能となる。   As can be seen by comparing the waveforms of (a) and (b) in FIGS. 19 to 22, even when the modulation rate is greater than 1, various waveforms can be deformed by controlling the output time management means according to the present embodiment. Can be generated as much as possible to generate PWM drive signals (UP, UN, VP, VN, WP, WN).

また、図22(a),(b)に示すように変調率が1より大きくなると、線間電圧の波形としては正弦波状態を確保できなくなるが、変調率を1で制限するときより、大きな出力電圧を出力することができる。   Also, as shown in FIGS. 22A and 22B, when the modulation rate becomes larger than 1, a sine wave state cannot be secured as the waveform of the line voltage, but it is larger than when the modulation rate is limited to 1. Output voltage can be output.

本実施の形態では、1/2PWM周期当たりのゼロベクトルの比をV0:V7=1:1にする場合について説明したが、この比を任意の値に設定するようにしても良い。また、出力電圧ベクトルVs’をPWM周期の前半期間に適用し、出力電圧ベクトルVs’’をPWM周期の後半期間に適用する場合について説明したが、出力電圧ベクトルVs’をPWM周期の後半期間に適用し、出力電圧ベクトルVs’’をPWM周期の前半期間に適用するようにしてもよい。なお、本発明の趣旨から逸脱せずに各構成要素を変形して具現化することや、同等な機能を有する代替手段で構成要素を置換することも可能であることは言うまでもない。   In the present embodiment, the case where the ratio of zero vectors per 1/2 PWM cycle is set to V0: V7 = 1: 1 has been described, but this ratio may be set to an arbitrary value. Further, although the case where the output voltage vector Vs ′ is applied to the first half period of the PWM cycle and the output voltage vector Vs ″ is applied to the second half period of the PWM cycle has been described, the output voltage vector Vs ′ is applied to the second half period of the PWM cycle. The output voltage vector Vs ″ may be applied to the first half period of the PWM cycle. Needless to say, the constituent elements can be modified and embodied without departing from the gist of the present invention, and the constituent elements can be replaced by alternative means having equivalent functions.

以上説明したように、実施の形態1では、図11で説明した制御処理により、出力電圧ベクトルVsに隣接する大きさが非零の2つの基本電圧ベクトルの1/2PWM周期当たりの出力時間の和が1/2PWM周期より大きい場合、1/2PWM周期との差分である時間の1/2を前記出力時間の各々から減算した値をそれぞれの出力時間として再演算するようにしたので、前記2つの出力時間の和が1/2PWM周期以内となると共に、モータに供給する線間電圧の基本周波数成分の位相を再演算前後で同じとすることができる。つまり、変調率が1より大きいことで線間電圧の波形としては正弦波状態を確保することはできないが、線間電圧の基本周波数成分の位相には影響を与えないようにすることができるので制御性への影響を最小限に抑えることができる。   As described above, in the first embodiment, the sum of the output times per 1/2 PWM period of two non-zero magnitude adjacent to the output voltage vector Vs by the control process described in FIG. Since the value obtained by subtracting ½ of the time, which is the difference from the ½ PWM cycle, from each of the output times is recalculated as the respective output times. The sum of the output times is within ½ PWM period, and the phase of the fundamental frequency component of the line voltage supplied to the motor can be made the same before and after recalculation. In other words, since the modulation factor is larger than 1, a sine wave state cannot be secured as the waveform of the line voltage, but the phase of the fundamental frequency component of the line voltage can be prevented from being affected. The influence on controllability can be minimized.

また、図12で説明したように、出力電圧ベクトルVs’、Vs’’を演算するに際しては、出力電圧ベクトルVsに隣接する大きさが非零の2つの基本電圧ベクトルの1/2PWM周期当たりの出力時間及び所定時間TMINに基づいて11通りのケースに分けて演算するようにしたので、よりきめ細かい演算が可能となり、出力電圧ベクトルVsで制御したときの特性に近いPWM駆動信号を出力することができる。つまり、出力電圧ベクトルVsでは発生しない基本電圧ベクトル成分を出力することなどにより生じる相電流波形の歪を抑制することができる。また、それに伴い発生する騒音なども抑制することができる。   Further, as described with reference to FIG. 12, when calculating the output voltage vectors Vs ′ and Vs ″, two basic voltage vectors of non-zero magnitude adjacent to the output voltage vector Vs per ½ PWM period. Since the calculation is divided into 11 cases based on the output time and the predetermined time TMIN, finer calculation is possible, and a PWM drive signal close to the characteristics when controlled by the output voltage vector Vs can be output. it can. That is, it is possible to suppress distortion of the phase current waveform caused by outputting a basic voltage vector component that does not occur in the output voltage vector Vs. In addition, noise and the like generated along with it can be suppressed.

また、図12〜15で説明したように、出力電圧ベクトルVs’に隣接する大きさが非零の2つの基本電圧ベクトルの1/2PWM周期当たりの出力時間の各々が所定時間TMIN以上となるように出力電圧ベクトルVs’,Vs’’の出力時間管理を行う出力時間管理手段を設けたので、1PWM周期中に直流母線電流から2相分の相電流情報を検出可能なPWM駆動信号を出力することができる。これにより、直流母線電流を検出するという安価な電流検出手段を用いることで、変調率が1より大きい状態においても安定したインバータ駆動制御が可能となる。   Further, as described with reference to FIGS. 12 to 15, each of the output times per 1/2 PWM period of two basic voltage vectors of non-zero magnitude adjacent to the output voltage vector Vs ′ is equal to or longer than the predetermined time TMIN. Is provided with output time management means for managing the output time of the output voltage vectors Vs ′ and Vs ″, so that a PWM drive signal capable of detecting phase current information for two phases from the DC bus current is output during one PWM period. be able to. As a result, by using an inexpensive current detecting means for detecting the DC bus current, stable inverter drive control is possible even in a state where the modulation factor is greater than 1.

また、出力電圧ベクトルVsの変調率が1より大きい状態でも1PWM周期中に直流母線電流から2相分の相電流情報を検出することができるようにすることで、直流母線電流を検出するという安価な電流検出手段を用いて、誘起電圧定数の高い高効率な永久磁石型同期電動機をインバータ制御装置の負荷として使用することが可能となる。   Further, even when the modulation factor of the output voltage vector Vs is larger than 1, the phase current information for two phases can be detected from the DC bus current during one PWM period, thereby reducing the DC bus current. It is possible to use a high-efficiency permanent magnet type synchronous motor with a high induced voltage constant as a load of the inverter control device by using a simple current detection means.

また、図15のSTEP36〜38で説明したように、出力電圧ベクトルVs’’ に隣接する大きさが非零の2つの基本電圧ベクトルの1/2PWM周期当たりの出力時間の和が1/2PWM周期より大きい場合には、2つの出力時間の内短い方の成分の出力時間をさらに短くして、2つの出力時間の和が1/2PWM周期となるようにVs’’を再演算するようにしたので、変調率が1より大きい場合でも出力電圧ベクトルVsに隣接する大きさが非零の2つの基本電圧ベクトル成分以外の基本電圧ベクトル成分の発生を抑制している。   Further, as described in STEPs 36 to 38 in FIG. 15, the sum of output times per 1/2 PWM period of two basic voltage vectors of non-zero magnitude adjacent to the output voltage vector Vs '' is 1/2 PWM period. If larger, the output time of the shorter one of the two output times is further shortened, and Vs '' is recalculated so that the sum of the two output times becomes 1/2 PWM period. Therefore, even when the modulation rate is larger than 1, the generation of basic voltage vector components other than the two basic voltage vector components having a non-zero magnitude adjacent to the output voltage vector Vs is suppressed.

また、出力電圧ベクトルVs’ における2つのゼロベクトルの比率および出力電圧ベクトルVs’’における2つのゼロベクトルの比率をそれぞれ任意に設定できるようにしたので、例えばランダムにゼロベクトルの比率を可変することで、PWM駆動信号を生成するためのキャリア周波数を一定にしたままでも騒音低減を図ることができる。   Further, since the ratio of the two zero vectors in the output voltage vector Vs ′ and the ratio of the two zero vectors in the output voltage vector Vs ″ can be arbitrarily set, for example, the ratio of the zero vectors can be varied at random. Thus, noise can be reduced even when the carrier frequency for generating the PWM drive signal is kept constant.

また、図12で説明したcase=6,9,10以外となる領域では、出力電圧ベクトルVsに近いゼロベクトル以外の3つの基本電圧ベクトルとゼロベクトルの組合せにより生成したPWM駆動信号で、1PWM周期中に直流母線電流から2相分の相電流情報を検出できることが可能であるので、30°≦θs<90°の区間ではKv0’=Kv0’’=1,90°≦θs<150°の区間ではKv0’=Kv0’’=0というように,60°毎にゼロベクトルの比率を可変することで二相変調制御とすることができ、インバータ主回路のスイッチング損失の低減を図ることも可能となる。   In the region other than case = 6, 9, and 10 described in FIG. 12, a PWM drive signal generated by a combination of three basic voltage vectors other than the zero vector close to the output voltage vector Vs and the zero vector is 1 PWM cycle. Since it is possible to detect the phase current information for two phases from the DC bus current, the section of Kv0 ′ = Kv0 ″ = 1, 90 ° ≦ θs <150 ° in the section of 30 ° ≦ θs <90 °. Then, two-phase modulation control can be performed by varying the zero vector ratio every 60 °, such as Kv0 ′ = Kv0 ″ = 0, and the switching loss of the inverter main circuit can be reduced. Become.

また、所定時間TMINを直流母線電流を検出するのに必要な最小時間とすることで、より出力電圧ベクトルVsで制御したときの特性に近いPWM駆動信号を出力することができる。つまり、出力電圧ベクトルVsでは発生しない基本電圧ベクトル成分を出力することなどにより生じる相電流波形の歪を抑制することができる。また、それに伴い発生する騒音なども抑制することができる。   Further, by setting the predetermined time TMIN as the minimum time necessary for detecting the DC bus current, a PWM drive signal closer to the characteristics when controlled by the output voltage vector Vs can be output. That is, it is possible to suppress distortion of the phase current waveform caused by outputting a basic voltage vector component that does not occur in the output voltage vector Vs. In addition, noise and the like generated along with it can be suppressed.

また、前記出力電圧ベクトルVs’をPWM周期の前半期間もしくは後半期間に適用し、前記出力電圧ベクトルVs’’を前記出力電圧ベクトルVs’とは異なるPWM半周期に適用するようにしたので、出力電圧ベクトルVs’の出力期間である1/2PWM周期中に直流母線電流から2相分の相電流情報を検出できる。その為、残りの1相の相電流情報も精度よく求めることが可能となり、インバータ駆動の制御性を向上することができる。   Further, the output voltage vector Vs ′ is applied to the first half period or the second half period of the PWM cycle, and the output voltage vector Vs ″ is applied to a PWM half cycle different from the output voltage vector Vs ′. Phase current information for two phases can be detected from the DC bus current during the ½ PWM period that is the output period of the voltage vector Vs ′. For this reason, the remaining phase current information of one phase can be obtained with high accuracy, and the controllability of the inverter drive can be improved.

さらに、前記直流母線電流から2相分の相電流情報を得る間隔を所定時間TMINとするようにしたので、残りの1相分の相電流情報をより精度よく求めることが可能となり、インバータ駆動の制御性をより向上することができる。   Further, since the interval for obtaining the phase current information for two phases from the DC bus current is set to the predetermined time TMIN, the phase current information for the remaining one phase can be obtained more accurately, and the inverter drive Controllability can be further improved.

また、インバータ主回路を構成する半導体素子としてワイドギャップ半導体素子を使用することでインバータ主回路のデッドタイム時間、スイッチング時間などの時間の短縮化が可能となる。これにより、直流母線電流を検出するのに必要な最小時間を縮小することができ、出力電圧ベクトルVsで制御したときの特性により近いPWM駆動信号を出力することが可能となる。つまり、出力電圧ベクトルVsでは発生しない基本電圧ベクトル成分を出力することなどにより生じる相電流波形の歪を抑制することができる。また、それに伴い発生する騒音なども抑制することができる。なお、ワイドギャップ半導体素子としては、例えば、炭化珪素(SiC)、窒化ガリウム(GaN)系材料又はダイヤモンドがある。   Further, by using a wide gap semiconductor element as a semiconductor element constituting the inverter main circuit, it is possible to shorten the time such as dead time time and switching time of the inverter main circuit. As a result, the minimum time required to detect the DC bus current can be reduced, and a PWM drive signal closer to the characteristics when controlled by the output voltage vector Vs can be output. That is, it is possible to suppress distortion of the phase current waveform caused by outputting a basic voltage vector component that does not occur in the output voltage vector Vs. In addition, noise and the like generated along with it can be suppressed. Examples of the wide gap semiconductor element include silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN) -based material, and diamond.

また、永久磁石電動機を搭載した圧縮機に本実施の形態のインバータ制御装置を接続することで、安価で騒音発生の少ない圧縮機駆動装置が得られる。また、本実施の形態のインバータ制御装置を搭載した空気調和器についても同様の効果が得られる。   Further, by connecting the inverter control device of the present embodiment to a compressor equipped with a permanent magnet electric motor, a compressor drive device that is inexpensive and generates less noise can be obtained. Moreover, the same effect is acquired also about the air conditioner carrying the inverter control apparatus of this Embodiment.

実施の形態2.
実施の形態1では、出力電圧ベクトルVsの変調率が1より大きい場合でも1PWM周期中に直流母線電流Idcから2相分の相電流情報を検出できるようにしたものであった。実施の形態2では、さらにインバータ制御装置のインバータ周波数とPWM駆動信号を生成するためのキャリア周波数との干渉により相電流に生じる電流脈動を抑制することができる3相電圧型PWMインバータ制御装置について説明する。
Embodiment 2.
In the first embodiment, even when the modulation factor of the output voltage vector Vs is larger than 1, phase current information for two phases can be detected from the DC bus current Idc during one PWM cycle. In the second embodiment, a three-phase voltage type PWM inverter control device that can further suppress current pulsation generated in a phase current due to interference between the inverter frequency of the inverter control device and the carrier frequency for generating the PWM drive signal will be described. To do.

実施の形態2におけるインバータ制御装置の構成を図23に示す。実施の形態2では脈動抑制補償器21、加算器22を設け、γ−δ軸電圧指令値(Vγ,Vδ,θ)演算手段14'が外部から与えられる角速度指令値ω1*の代わりに加算器22からの出力に基づいて演算するようにしたものである。その他の構成は実施の形態1と同じであるので、実施の形態1と同一構成部分については同一の符号を付して説明は省略する。   FIG. 23 shows the configuration of the inverter control apparatus according to the second embodiment. In the second embodiment, a pulsation suppression compensator 21 and an adder 22 are provided, and a γ-δ axis voltage command value (Vγ, Vδ, θ) calculation means 14 ′ is an adder instead of an angular velocity command value ω1 * given from the outside. The calculation is based on the output from 22. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

本実施の形態におけるインバータ制御装置の動作について図23を用いて説明する。
脈動抑制補償器21は、電流座標変換手段13が出力するδ軸電流Iδに発生する電流脈動成分を抽出して、その電流脈動成分に比例した値を角速度補償量ωdとして出力する。加算器22は、外部から与えられる角速度指令値ω1*と角速度補償量ωdを加算し、γ−δ軸電圧指令値(Vγ,Vδ,θ)演算手段14'に出力する。ここで、脈動抑制補償器21は公知の技術であるバンドパスフィルタを用いた構成(例えば、特開2009−44873号広報に記載)で実現することができる。なお、前記広報では脈動抑制補償器の入力として回転座標系であるdq座標軸における電流値を用いているが、本実施の形態のように回転座標系であるγδ座標軸における電流値を用いても同様に電流脈動成分を検出できる。
The operation of the inverter control device in the present embodiment will be described with reference to FIG.
The pulsation suppression compensator 21 extracts a current pulsation component generated in the δ-axis current Iδ output from the current coordinate conversion means 13, and outputs a value proportional to the current pulsation component as an angular velocity compensation amount ωd. The adder 22 adds the angular velocity command value ω1 * and the angular velocity compensation amount ωd given from the outside, and outputs the result to the γ-δ axis voltage command value (Vγ, Vδ, θ) computing means 14 ′. Here, the pulsation suppression compensator 21 can be realized by a configuration using a bandpass filter which is a known technique (for example, described in the public relations of JP 2009-44873 A). In the above-mentioned public relations, the current value in the dq coordinate axis that is the rotating coordinate system is used as the input of the pulsation suppression compensator. However, the current value in the γδ coordinate axis that is the rotating coordinate system is used as in the present embodiment. The current pulsation component can be detected.

一例として、3相モータ4の極数が6極で、インバータ周波数が342Hz、キャリア周波数が4500Hzおける角速度補償量ωd=0(脈動抑制補償器21がない場合に相当)の場合のU相電流波形を図24に示す。図24では約18.5ms周期つまり54HzにてU相電流が脈動している。これはインバータ周波数の13次高調波である4446Hzと前記インバータのキャリア周波数4500Hzとの干渉により、その差分の54Hzつまり約18.5ms周期にて相電流が脈動しているものである。   As an example, the U-phase current waveform when the number of poles of the three-phase motor 4 is 6, the inverter frequency is 342 Hz, and the angular velocity compensation amount ωd = 0 (corresponding to the case without the pulsation suppression compensator 21). Is shown in FIG. In FIG. 24, the U-phase current pulsates at a period of about 18.5 ms, that is, 54 Hz. This is because the phase current pulsates at a difference of 54 Hz, that is, a period of about 18.5 ms, due to interference between 4446 Hz which is the 13th harmonic of the inverter frequency and the carrier frequency of 4500 Hz of the inverter.

そこで、本実施の形態のように脈動抑制補償器21にてこの電流脈動成分を抽出できるようにバンドパスフィルタを構成し、その電流脈動成分に比例した値を角速度補償量ωdとして脈動抑制補償を行った場合のU相電流波形を図25に示す。図25から分かるように、この脈動抑制補償を行うことにより、約18.5ms周期にて発生していた相電流脈動を軽減することができる。 Therefore, as in this embodiment, a bandpass filter is configured so that the current pulsation component can be extracted by the pulsation suppression compensator 21, and a value proportional to the current pulsation component is set as an angular velocity compensation amount ωd to perform pulsation suppression compensation. FIG. 25 shows the U-phase current waveform when it is performed. As can be seen from FIG. 25, by performing this pulsation suppression compensation, it is possible to reduce the phase current pulsation that occurred at a period of about 18.5 ms.

なお、脈動抑制補償器21より電流脈動成分を正確に抽出する為には、1PWM周期中に直流母線電流Idcから2相分の相電流情報を検出することが前提である。この為に、実施の形態1で説明した演算制御により、出力電圧ベクトルVsの変調率Vkが1より大きい場合でも1PWM周期中に直流母線電流Idcから2相分の相電流情報を検出できるようにすることが必要である。   In order to accurately extract the current pulsation component from the pulsation suppression compensator 21, it is premised that phase current information for two phases is detected from the DC bus current Idc during one PWM period. For this reason, the calculation control described in the first embodiment enables detection of phase current information for two phases from the DC bus current Idc during one PWM period even when the modulation factor Vk of the output voltage vector Vs is larger than 1. It is necessary to.

以上説明したように、実施の形態2では、電流座標変換手段13が出力するδ軸電流Iδに発生する電流脈動成分を抽出して、その電流脈動成分に比例した値を角速度補償量ωdとして出力する脈動抑制補償器21と、外部から与えられる角速度指令値ω1*と角速度補償量ωdを加算する加算器22とを備えることにより、出力電圧ベクトルVsの変調率が1より大きい場合でもインバータ制御装置のインバータ周波数とPWM駆動信号を生成するためのキャリア周波数との干渉などにより相電流に生じる電流脈動を抑制することができる。そして、相電流脈動を抑制することで相電流ピーク値を抑制することができるので、過電流保護回路(図示なし)による動作停止を防ぐことができる。   As described above, in the second embodiment, the current pulsation component generated in the δ-axis current Iδ output from the current coordinate conversion means 13 is extracted, and a value proportional to the current pulsation component is output as the angular velocity compensation amount ωd. The pulsation suppression compensator 21 that performs the above operation and the adder 22 that adds the angular velocity command value ω1 * and the angular velocity compensation amount ωd given from the outside can be used to control the inverter controller even when the modulation factor of the output voltage vector Vs is greater than 1. Current pulsation generated in the phase current due to interference between the inverter frequency and the carrier frequency for generating the PWM drive signal can be suppressed. Since the phase current peak value can be suppressed by suppressing the phase current pulsation, it is possible to prevent the operation from being stopped by an overcurrent protection circuit (not shown).

なお、本実施の形態では、インバータ周波数とPWM駆動信号を生成するためのキャリア周波数との干渉により相電流に生じる電流脈動を抑制する場合について説明したが、インバータ周波数と交流電源1の周波数との干渉により生じる電流脈動についても、その電流脈動成分を抽出できるように脈動抑制補償器21内のバンドパスフィルタを構成することで、電流脈動の抑制が可能である。また、インバータ周波数とキャリア周波数との干渉により生じる電流脈動とインバータ周波数と交流電源の周波数との干渉により生じる電流脈動を同時に抑制することも可能であることは言うまでもない。   In the present embodiment, the case where current pulsation generated in the phase current due to the interference between the inverter frequency and the carrier frequency for generating the PWM drive signal is suppressed has been described. Concerning the current pulsation caused by the interference, the current pulsation can be suppressed by configuring the bandpass filter in the pulsation suppression compensator 21 so that the current pulsation component can be extracted. Needless to say, it is also possible to simultaneously suppress the current pulsation caused by the interference between the inverter frequency and the carrier frequency and the current pulsation caused by the interference between the inverter frequency and the AC power supply frequency.

本実施の形態における制御手段を空気調和器などの電気機器に適用することにより、機器の運転範囲を拡大することができ、最大性能をアップすることが可能となる。また、相電流脈動による騒音の発生も防ぐことが可能となるので、機器の低騒音化の効果もある。   By applying the control means in the present embodiment to an electric device such as an air conditioner, the operating range of the device can be expanded and the maximum performance can be improved. In addition, since it is possible to prevent the generation of noise due to phase current pulsation, there is also an effect of reducing the noise of the equipment.

1 交流電源、2 コンバータ回路、3 インバータ主回路、4 3相モータ、5 直流電流検出手段、6 直流電流検出手段、7 インバータ制御部、8 A/D変換回路、9 A/D変換回路、10 乗算器、11 乗算器、12 直流電流/相電流変換手段、13 電流座標変換手段、14 γ−δ軸電圧指令値(Vγ,Vδ,θ)演算手段、15 出力電圧ベクトルVs演算手段、16 出力時間管理(出力電圧ベクトルVs’,Vs’’演算)手段、17 各相タイマ値演算手段、18 PWM駆動信号生成手段、19 検出タイミング生成手段、20 Vsセクター保持手段、21 脈動抑制補償器、22 加算器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 AC power source, 2 Converter circuit, 3 Inverter main circuit, 4 3-phase motor, 5 DC current detection means, 6 DC current detection means, 7 Inverter control part, 8 A / D conversion circuit, 9 A / D conversion circuit, 10 Multiplier, 11 Multiplier, 12 DC current / phase current conversion means, 13 Current coordinate conversion means, 14 γ-δ axis voltage command value (Vγ, Vδ, θ) calculation means, 15 Output voltage vector Vs calculation means, 16 outputs Time management (output voltage vector Vs ′, Vs ″ calculation) means, 17 each phase timer value calculation means, 18 PWM drive signal generation means, 19 detection timing generation means, 20 Vs sector holding means, 21 pulsation suppression compensator, 22 Adder

Claims (18)

直流母線から供給される直流電力を複数のスイッチング素子を用いて3相交流電力に変換するインバータ主回路と、
前記直流母線に流れる直流母線電流を検出する直流電流検出手段と、
前記直流母線の正側と負側間の直流母線電圧を検出する直流電圧検出回路と、
前記インバータ主回路のスイッチング素子を制御するPWM駆動信号を出力するインバータ制御部とを備え、
前記インバータ制御部は、
前記直流母線電流、前記直流母線電圧、及び外部から与えられる角速度指令値に基づいて出力電圧ベクトルVsを演算する出力電圧ベクトル演算手段と、
出力電圧ベクトルVs’及びVs’’の平均ベクトルが前記出力電圧ベクトルVsに等しく、かつ前記出力電圧ベクトルVs’に隣接する大きさが非零の2つの基本電圧ベクトルの1/2PWM周期当たりの出力時間の各々が所定時間TMIN以上となるように前記出力電圧ベクトルVs’及びVs’’とを演算する第1演算処理と、前記Vs’’ に隣接する大きさが非零の2つの基本電圧ベクトルの1/2PWM周期当たりの出力時間の和が1/2PWM周期より大きい場合は、前記2つの出力時間の内短い方の出力時間をさらに小さくし、かつ前記出力時間の和が1/2PWM周期となるようにVs’’の再演算を行う第2演算処理によって出力時間の管理を行う出力時間管理手段と、
前記再演算後の出力電圧ベクトルVs’及びVs’’に基づいてPWM駆動信号を生成するPWM駆動信号生成手段とを備え、
前記再演算後の出力電圧ベクトルVs’及びVs’’の平均ベクトルは、前記出力電圧ベクトルVsに必ずしも等しくないことを特徴とする3相電圧型PWMインバータ制御装置。
An inverter main circuit for converting DC power supplied from the DC bus into three-phase AC power using a plurality of switching elements;
DC current detecting means for detecting a DC bus current flowing in the DC bus;
A DC voltage detection circuit for detecting a DC bus voltage between the positive side and the negative side of the DC bus;
An inverter control unit that outputs a PWM drive signal for controlling the switching element of the inverter main circuit,
The inverter control unit
Output voltage vector computing means for computing an output voltage vector Vs based on the DC bus current, the DC bus voltage, and an angular velocity command value given from the outside;
Output per ½ PWM period of two basic voltage vectors whose average vectors of the output voltage vectors Vs ′ and Vs ″ are equal to the output voltage vector Vs and whose magnitude is adjacent to the output voltage vector Vs ′. A first calculation process for calculating the output voltage vectors Vs ′ and Vs ″ such that each of the times is equal to or greater than a predetermined time TMIN; and two basic voltage vectors having non-zero magnitude adjacent to the Vs ″ If the sum of output times per 1/2 PWM period is greater than 1/2 PWM period, the shorter output time of the two output times is further reduced, and the sum of the output times is 1/2 PWM period. An output time management means for managing the output time by the second calculation process for recalculating Vs ″ so that
PWM drive signal generation means for generating a PWM drive signal based on the recalculated output voltage vectors Vs ′ and Vs ″,
The three-phase voltage type PWM inverter control device, wherein an average vector of the output voltage vectors Vs ′ and Vs ″ after the recalculation is not necessarily equal to the output voltage vector Vs.
前記出力電圧ベクトル演算手段は、
前記直流母線電流、前記直流母線電圧、及び外部から与えられる角速度指令値に基づいてγ軸電圧指令Vγ、δ軸電圧指令Vδ、位相θを演算するγ−δ軸電圧指令値演算手段と、
前記γ軸電圧指令Vγ、δ軸電圧指令Vδ、位相θ、及び前記直流母線電圧に基づいて
出力電圧ベクトルVsを演算する出力電圧ベクトルVs演算手段とを有し、
前記出力電圧ベクトルVs演算手段は、出力電圧ベクトルVsに隣接する大きさが非零の2つの基本電圧ベクトルの1/2PWM周期当たりの出力時間の和が1/2PWM周期より大きい場合、前記出力時間の和と1/2PWM周期との差分時間を演算し、この差分時間の1/2を前記出力時間のそれぞれから減算することにより前記出力時間を再演算して、前記出力電圧ベクトルVsを更新することを特徴とする請求項1記載の3相電圧型PWMインバータ制御装置。
The output voltage vector calculation means includes
Γ-δ-axis voltage command value calculating means for calculating a γ-axis voltage command Vγ, a δ-axis voltage command Vδ, and a phase θ based on the DC bus current, the DC bus voltage, and an angular velocity command value given from the outside;
Output voltage vector Vs calculating means for calculating an output voltage vector Vs based on the γ-axis voltage command Vγ, δ-axis voltage command Vδ, phase θ, and the DC bus voltage;
The output voltage vector Vs calculation means is configured to output the output time when a sum of output times per 1/2 PWM period of two basic voltage vectors having a non-zero magnitude adjacent to the output voltage vector Vs is greater than 1/2 PWM period. The output time is recalculated by subtracting ½ of the difference time from each of the output times, and the output voltage vector Vs is updated. The three-phase voltage type PWM inverter control device according to claim 1.
前記出力時間管理手段は、前記出力電圧ベクトルVsに隣接する大きさが非零の2つの基本電圧ベクトルの1/2PWM周期当たりの出力時間及び前記所定時間TMINに基づいて、複数のケースに分けて前記出力時間の管理を行うことを特徴とする請求項1又は2記載の3相電圧型PWMインバータ制御装置。   The output time management means is divided into a plurality of cases based on the output time per 1/2 PWM period of two basic voltage vectors of non-zero magnitude adjacent to the output voltage vector Vs and the predetermined time TMIN. The three-phase voltage type PWM inverter control device according to claim 1 or 2, wherein the output time is managed. 前記PWM駆動信号生成手段は、
前記出力電圧ベクトルVs’をPWM周期の前半期間もしくは後半期間に適用し、
前記出力電圧ベクトルVs’’を前記出力電圧ベクトルVs’とは異なるPWM半周期に適用することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の3相電圧型PWMインバータ制御装置
The PWM drive signal generation means includes
Applying the output voltage vector Vs ′ to the first half period or the second half period of the PWM cycle,
The three-phase voltage type PWM inverter control device according to any one of claims 1 to 3, wherein the output voltage vector Vs''is applied to a PWM half cycle different from the output voltage vector Vs'.
前記出力電圧ベクトルVs’における2つのゼロベクトルの比率、及び前記出力電圧ベクトルVs’’における2つのゼロベクトルの比率をそれぞれ任意に設定できることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の3相電圧型PWMインバータ制御装置。   5. The ratio of two zero vectors in the output voltage vector Vs ′ and the ratio of two zero vectors in the output voltage vector Vs ″ can be arbitrarily set, respectively. 6. Three-phase voltage type PWM inverter control device. 前記所定時間TMINは、前記直流電流を検出するのに必要な最小時間であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の3相電圧型PWMインバータ制御装置。   6. The three-phase voltage type PWM inverter control device according to claim 1, wherein the predetermined time TMIN is a minimum time required for detecting the direct current. 前記直流電流から2相分の相電流情報を得る間隔を所定時間TMINとすることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の3相電圧型PWMインバータ制御装置。   The three-phase voltage type PWM inverter control device according to any one of claims 1 to 6, wherein an interval for obtaining phase current information for two phases from the DC current is a predetermined time TMIN. 前記インバータ制御部は、前記インバータ制御装置のインバータ周波数と前記PWM駆動信号を生成するためのキャリア周波数との干渉により相電流に生じる電流脈動成分に基づいた角速度補償量を算出する脈動抑制補償手段と、前記角速度指令値に前記角速度補償量を加算する加算手段とを備え、
前記相電流に生じる電流脈動成分を抑制することを特徴とする請求項1記載の3相電圧型PWMインバータ制御装置。
The inverter control unit includes a pulsation suppression compensation unit that calculates an angular velocity compensation amount based on a current pulsation component generated in a phase current due to an interference between an inverter frequency of the inverter control device and a carrier frequency for generating the PWM drive signal. Adding means for adding the angular velocity compensation amount to the angular velocity command value,
The three-phase voltage type PWM inverter control device according to claim 1, wherein a current pulsation component generated in the phase current is suppressed.
交流電源から出力される交流電力を前記直流電力に変換するコンバータ回路を備え、
前記インバータ制御部は、インバータ制御装置のインバータ周波数と前記PWM駆動信号を生成するためのキャリア周波数との干渉により相電流に生じる電流脈動成分、及び前記インバータ周波数と前記交流電源の周波数との干渉により相電流に生じる電流脈動成分の少なくとも一方の電流脈動成分に基づいた角速度補償量を算出する脈動抑制補償手段と、前記角速度指令値に前記角速度補償量を加算する加算手段とを備え、
前記相電流に生じる電流脈動成分を抑制することを特徴とする請求項1記載の3相電圧型PWMインバータ制御装置。
A converter circuit that converts AC power output from an AC power source into the DC power,
The inverter control unit includes a current pulsation component generated in a phase current due to interference between an inverter frequency of the inverter control device and a carrier frequency for generating the PWM drive signal, and interference between the inverter frequency and the frequency of the AC power supply. Pulsation suppression compensation means for calculating an angular velocity compensation amount based on at least one current pulsation component of the current pulsation component generated in the phase current, and addition means for adding the angular velocity compensation amount to the angular velocity command value,
The three-phase voltage type PWM inverter control device according to claim 1, wherein a current pulsation component generated in the phase current is suppressed.
前記インバータ制御部は、前記直流電流検出手段が検出した直流母線電流を前記インバータ主回路が出力する各相電流に変換する直流電流/相電流変換手段と、前記各相電流を回転座標系における電流値に変換する電流座標変換手段とを備え、
前記脈動抑制補償手段は前記回転座標系における電流値から電流脈動成分を抽出し、該電流脈動成分に比例した値を前記角速度補償量として出力することを特徴とする請求項8〜9のいずれかに記載の3相電圧型PWMインバータ制御装置。
The inverter control unit includes DC current / phase current conversion means for converting the DC bus current detected by the DC current detection means into each phase current output from the inverter main circuit, and the current in the rotating coordinate system. Current coordinate conversion means for converting to a value,
10. The pulsation suppression compensation means extracts a current pulsation component from a current value in the rotating coordinate system, and outputs a value proportional to the current pulsation component as the angular velocity compensation amount. The three-phase voltage type PWM inverter control device described in 1.
前記スイッチング素子はワイドギャップ半導体素子によって形成されていることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の3相電圧型PWMインバータ制御装置。   11. The three-phase voltage type PWM inverter control device according to claim 1, wherein the switching element is formed of a wide gap semiconductor element. 前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素(SiC)、窒化ガリウム(GaN)系材料又はダイヤモンドであることを特徴とする請求項11記載の3相電圧型PWMインバータ制御装置。   12. The three-phase voltage type PWM inverter control device according to claim 11, wherein the wide band gap semiconductor is silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN) based material, or diamond. 前記インバータ主回路から出力される三相交流電力によって駆動される永久磁石電動機を搭載した圧縮機と、請求項1〜12のいずれかに記載の3相電圧型PWMインバータ制御装置とを備えたことを特徴とする圧縮機駆動装置。   A compressor equipped with a permanent magnet motor driven by three-phase AC power output from the inverter main circuit, and the three-phase voltage type PWM inverter control device according to claim 1. A compressor driving device characterized by the above. 請求項13に記載の圧縮機駆動装置により冷媒を循環させることを特徴とする空気調和機。   A refrigerant is circulated by the compressor driving device according to claim 13. 直流母線から供給される直流電力を複数のスイッチング素子を用いて3相交流電力に変換するインバータ主回路と、
前記直流母線に流れる直流母線電流を検出する直流電流検出手段と、
前記直流母線の正側と負側間の直流母線電圧を検出する直流電圧検出回路と、
前記インバータ主回路のスイッチング素子を制御するPWM駆動信号を出力するインバータ制御部とを備えた3相電圧型PWMインバータ装置の制御方法であって、
前記直流母線電流、前記直流母線電圧、及び外部から与えられる角速度指令値に基づいて出力電圧ベクトルVsを演算する出力電圧ベクトル演算ステップと、
出力電圧ベクトルVs’及びVs’’の平均ベクトルが前記出力電圧ベクトルVsに等しく、かつ前記出力電圧ベクトルVs’に隣接する大きさが非零の2つの基本電圧ベクトルの1/2PWM周期当たりの出力時間の各々が所定時間TMIN以上となるように前記出力電圧ベクトルVs’及びVs’’とを演算する第1演算処理と、前記Vs’’ に隣接する大きさが非零の2つの基本電圧ベクトルの1/2PWM周期当たりの出力時間の和が1/2PWM周期より大きい場合は、前記2つの出力時間の内短い方の出力時間をさらに小さくし、かつ前記出力時間の和が1/2PWM周期となるようにVs’’の再演算を行う第2演算処理によって出力時間の管理を行う出力時間管理ステップと、
前記再演算後の出力電圧ベクトルVs’及びVs’’に基づいてPWM駆動信号を生成するPWM駆動信号生成ステップとを備え、
前記再演算後の出力電圧ベクトルVs’及びVs’’の平均ベクトルは、前記出力電圧ベクトルVsに必ずしも等しくないことを特徴とする3相電圧型PWMインバータ制御装置の制御方法。
An inverter main circuit for converting DC power supplied from the DC bus into three-phase AC power using a plurality of switching elements;
DC current detecting means for detecting a DC bus current flowing in the DC bus;
A DC voltage detection circuit for detecting a DC bus voltage between the positive side and the negative side of the DC bus;
A control method of a three-phase voltage type PWM inverter device comprising an inverter control unit for outputting a PWM drive signal for controlling a switching element of the inverter main circuit,
An output voltage vector calculation step of calculating an output voltage vector Vs based on the DC bus current, the DC bus voltage, and an angular velocity command value given from the outside;
Output per ½ PWM period of two basic voltage vectors whose average vectors of the output voltage vectors Vs ′ and Vs ″ are equal to the output voltage vector Vs and whose magnitude is adjacent to the output voltage vector Vs ′. A first calculation process for calculating the output voltage vectors Vs ′ and Vs ″ such that each of the times is equal to or greater than a predetermined time TMIN; and two basic voltage vectors having non-zero magnitude adjacent to the Vs ″ If the sum of output times per 1/2 PWM period is greater than 1/2 PWM period, the shorter output time of the two output times is further reduced, and the sum of the output times is 1/2 PWM period. An output time management step for managing the output time by the second calculation process for recalculating Vs ″ so that
A PWM drive signal generating step for generating a PWM drive signal based on the output voltage vectors Vs ′ and Vs ″ after the recalculation,
The control method of the three-phase voltage type PWM inverter control device, wherein an average vector of the output voltage vectors Vs ′ and Vs ″ after the recalculation is not necessarily equal to the output voltage vector Vs.
前記インバータ制御装置のインバータ周波数と前記PWM駆動信号を生成するためのキャリア周波数との干渉により相電流に生じる電流脈動成分に基づいた角速度補償量を算出する脈動抑制補償ステップと、前記角速度指令値に前記角速度補償量を加算する加算ステップとを備え、
前記相電流に生じる電流脈動成分を抑制することを特徴とする請求項15記載の3相電圧型PWMインバータ制御装置の制御方法。
A pulsation suppression compensation step for calculating an angular velocity compensation amount based on a current pulsation component generated in a phase current due to interference between the inverter frequency of the inverter control device and the carrier frequency for generating the PWM drive signal; and the angular velocity command value An addition step of adding the angular velocity compensation amount,
16. The method of controlling a three-phase voltage type PWM inverter control device according to claim 15, wherein a current pulsation component generated in the phase current is suppressed.
交流電源から出力される交流電力を前記直流電力に変換するコンバータ回路と、
直流母線から供給される直流電力を複数のスイッチング素子を用いて3相交流電力に変換するインバータ主回路と、
前記直流母線に流れる直流母線電流を検出する直流電流検出手段と、
前記直流母線の正側と負側間の直流母線電圧を検出する直流電圧検出回路と、
前記インバータ主回路のスイッチング素子を制御するPWM駆動信号を出力するインバータ制御部とを備えた3相電圧型PWMインバータ装置の制御方法であって、
インバータ制御装置のインバータ周波数と前記PWM駆動信号を生成するためのキャリア周波数との干渉により相電流に生じる電流脈動成分、及び前記インバータ周波数と前記交流電源の周波数との干渉により相電流に生じる電流脈動成分の少なくとも一方の電流脈動成分に基づいた角速度補償量を算出する脈動抑制補償ステップと、前記角速度指令値に前記角速度補償量を加算する加算ステップとを備え、
前記相電流に生じる電流脈動成分を抑制することを特徴とする請求項15記載の3相電圧型PWMインバータ制御装置の制御方法。
A converter circuit for converting AC power output from an AC power source into the DC power;
An inverter main circuit for converting DC power supplied from the DC bus into three-phase AC power using a plurality of switching elements;
DC current detecting means for detecting a DC bus current flowing in the DC bus;
A DC voltage detection circuit for detecting a DC bus voltage between the positive side and the negative side of the DC bus;
A control method of a three-phase voltage type PWM inverter device comprising an inverter control unit for outputting a PWM drive signal for controlling a switching element of the inverter main circuit,
Current pulsation component generated in the phase current due to interference between the inverter frequency of the inverter control device and the carrier frequency for generating the PWM drive signal, and current pulsation generated in the phase current due to interference between the inverter frequency and the frequency of the AC power supply A pulsation suppression compensation step of calculating an angular velocity compensation amount based on at least one current pulsation component of the component, and an addition step of adding the angular velocity compensation amount to the angular velocity command value,
16. The method of controlling a three-phase voltage type PWM inverter control device according to claim 15, wherein a current pulsation component generated in the phase current is suppressed.
前記直流電流検出ステップが検出した直流母線電流を前記インバータ主回路が出力する各相電流に変換する直流電流/相電流変換ステップと、前記各相電流を回転座標系における電流値に変換する電流座標変換ステップとを備え、
前記脈動抑制補償ステップは前記回転座標系における電流値から電流脈動成分を抽出し、該電流脈動成分に比例した値を前記角速度補償量として出力することを特徴とする請求項16〜17のいずれかに記載の3相電圧型PWMインバータ制御装置の制御方法。
DC current / phase current conversion step for converting the DC bus current detected by the DC current detection step into each phase current output by the inverter main circuit, and current coordinates for converting each phase current into a current value in a rotating coordinate system A conversion step,
18. The pulsation suppression compensation step extracts a current pulsation component from a current value in the rotating coordinate system, and outputs a value proportional to the current pulsation component as the angular velocity compensation amount. A control method of the three-phase voltage type PWM inverter control device described in 1.
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