JP5447400B2 - Motor drive device, motor drive system - Google Patents
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本発明は、モータ駆動装置、モータ駆動システムに関する。 The present invention relates to a motor drive device and a motor drive system.
例えば、射出成形機、プレス等の金属加工機械、鋳造/鍛造加工機械等の多軸機械の各軸を駆動するモータには、駆動力の大容量化のために誘導機構成または同期機構成の多重巻線モータが用いられる。このような多重巻線モータを駆動する多重巻線モータ駆動装置の一例として、特許文献1が挙げられる。
For example, motors that drive each axis of metal processing machines such as injection molding machines, presses, and multi-axis machines such as casting / forging machines have induction machine configurations or synchronous machine configurations to increase the driving force. A multi-winding motor is used.
特許文献1には、誘導機構成または同期機構成の多重巻線モータさらにはタンデム運転する複数のモータの各巻線に複数のPWMインバータから駆動電流を並列的に供給して可変速駆動するシステムにおいて、マスターインバータはエンコーダから速度検出信号を取り込み、速度制御と電流制御およびPWM制御を行うと共に、これらの制御信号を全スレーブインバータに一括してシリアル送信し、スレーブインバータは受信したPWM同期基準信号に同期して発振周波数を制御するPLL制御回路を有して自分のPWM制御を行うと共に、このPWM制御に同期したタイミングで速度信号および電流制御信号に応じた速度制御および電流制御を行なう、ことが記載されている。
特許文献1に記載のような多重巻線モータ駆動装置においては、装置構成内のインバータの出力に含まれる高調波成分の減少と、インバータの大容量化を図る目的で、複数のインバータをリアクトル結合により多重接続して使用する。また、同様の目的で、インバータの各スイッチング素子を並列接続し、各インバータの出力電流の合計を、リアクトルを介して駆動する多重巻線モータの巻線に供給する。このような多重巻線モータ駆動装置では、特定のインバータに負荷を集中させないため、各インバータの出力電流の出力平衡性(バランス)を保つように電流制御をすることが望まれる。
In a multi-winding motor driving apparatus as described in
しかしながら、このような多重巻線モータ駆動装置では、例えば、モータ回生時または電源電圧変動等におけるインバータ直流母線電圧の上昇が発生した場合、インバータの電流制御系におけるループゲインが見かけ上、上がるためにこの電流制御系の発振による出力電流変動が発生し、所望の多重巻線モータの駆動ができないものであった。
そこで、本発明は、特定のインバータに負荷を集中させないため、各インバータの出力電流の出力平衡性(バランス)を保つように電流制御してモータ駆動力の大容量化を図ると共に、上記電流制御系の発振を抑制することができるモータ駆動装置、モータ駆動システムを提供することを目的とする。
However, in such a multi-winding motor driving apparatus, for example, when an increase in inverter DC bus voltage occurs during motor regeneration or power supply voltage fluctuation, the loop gain in the current control system of the inverter apparently increases. The output current fluctuates due to the oscillation of the current control system, and the desired multiple winding motor cannot be driven.
Therefore, the present invention does not concentrate the load on a specific inverter, so that current control is performed so as to maintain the output balance (balance) of the output current of each inverter so as to increase the capacity of the motor driving force. An object of the present invention is to provide a motor drive device and a motor drive system that can suppress system oscillation.
上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、入力される制御指令に応じたPWMパルス信号を生成する第1の制御部と、少なくとも複数のパワー半導体スイッチング素子で構成される電力変換部と、前記パワー半導体スイッチング素子をオンオフ駆動するゲート信号を生成する第2の制御部と、を個別に有すると共に、3相巻線組みを有するモータの各相巻線に対して各相出力を並列接続した複数のモータ駆動部と、交流電源の交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、前記コンバータ部が出力する前記直流電圧を検出する電圧検出器と、前記モータ駆動部が前記モータの各相巻線に供給する相電流を総じて、相毎に検出する第1の電流検出器と、前記モータ駆動部が個別に有するものであって、個々の前記相電流を相毎に検出する第2の電流検出器と、を備え、前記第2の制御部が、前記電圧検出器の電圧検出値、前記第1の電流検出器の電流検出値、及び前記第2の電流検出器の電流検出値に基づいて前記PWMパルス信号のパルス時間幅を増加、減少、同一のいずれか1つとする前記ゲート信号を生成するモータ駆動装置が適用される。
In order to solve the above-described problem, according to one aspect of the present invention, power configured by a first control unit that generates a PWM pulse signal according to an input control command and at least a plurality of power semiconductor switching elements. Each phase output for each phase winding of a motor having a conversion unit and a second control unit for generating a gate signal for driving on and off the power semiconductor switching element and having a three-phase winding set A plurality of motor drive units connected in parallel; a converter unit that converts an AC voltage of an AC power source into a DC voltage; a voltage detector that detects the DC voltage output from the converter unit; and the motor drive unit configured as the motor The first current detector that detects the phase current supplied to each phase winding of each of the phases and the motor drive unit individually, each phase current being provided for each phase Comprising a second current detector for output, and the second control unit, the voltage value detected by the voltage detector, the current detection value of the first current detector, and the second current detector A motor driving device that generates the gate signal that increases, decreases, or equals the pulse time width of the PWM pulse signal based on the detected current value is applied.
本発明によれば、モータ駆動力の大容量化を図ると共に、上記電流制御系の発振を抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to increase the motor driving force and suppress the oscillation of the current control system.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。なお、同一の構成については同一の符号を付することにより、重複説明を適宜省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, about the same structure, the same code | symbol is attached | subjected and duplication description is abbreviate | omitted suitably.
先ず、モータ駆動システムの構成について説明する。図1は、本発明の一実施形態に係るモータ駆動システムの構成を示すブロック図である。
モータ駆動システムは、上位装置102、モータ駆動装置1、多重巻線モータ103,104,105,106、位置検出器107,108,109,110、機械結合部111、を備える。
First, the configuration of the motor drive system will be described. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a motor drive system according to an embodiment of the present invention.
The motor drive system includes a
位置検出器107,108,109,110は、例えば、エンコーダであって多重巻線モータ103,104,105,106毎に取付けられる。機械結合部111は、多重巻線モータ103,104,105,106の各出力軸を機械的に結合するものであって、例えば、プレス等の金属加工機械におけるプレス軸を構成する機械に相当する。
The
多重巻線モータ103,104,105,106は、3相巻線組みを複数組み有するものであり、図示では3相巻線組みを4組み有している。後述するモータ駆動装置1からの電力供給により、多重巻線モータ103,104,105,106が個々に発生するトルクを合計したトルクで、機械結合部111を駆動させる。
The
上位装置102は、例えばコントローラであり、多重巻線モータ103,104,105,106を位置、速度制御するための制御指令を、モータ駆動装置1に出力する。この制御指令は、例えばトルク指令であり、アナログ、通信等の形態で出力する。この場合、上位装置102内において位置、速度制御をするための演算が行なわれる。
The
モータ駆動装置1は、交流電源101を入力してインバータ直流母線電圧P,Nを出力するコンバータ2、多重巻線モータ103に駆動電力を供給する第1の駆動群3、多重巻線モータ104に駆動電力を供給する第2の駆動群4、多重巻線モータ105に駆動電力を供給する第3の駆動群5、多重巻線モータ106に駆動電力を供給する第4の駆動群6を有している。
The
第1,2,3,4の駆動群3,4,5,6は、コンバータ2の出力であるインバータ直流母線電圧P,Nを共通に入力する。第1,2,3,4の駆動群3,4,5,6は、多重巻線モータ103,104,105,106の各3相巻線組みに対して、それぞれ電力を供給する後述する制御ユニットを複数有している。
The first, second, third, and
このように、モータ駆動システムは、例えば、3相巻線組みを4組み有する多重巻線モータ103,104,105,106と、3相巻線組みの組み数と同数の制御ユニットを有する第1,2,3,4の駆動群3,4,5,6を有するモータ駆動装置1と、モータ駆動装置1に制御指令を出力する1台の上位装置102と、を備え、駆動力の大容量化を図っている。
As described above, the motor drive system includes, for example, a
次に、モータ駆動装置における駆動群の構成について説明する。図2は、本発明の一実施形態に係る駆動群の構成を示すブロック図である。
第1の駆動群3は、1台の主制御ユニット31、3台の第1の従制御ユニット32を有している。第2の駆動群4は、1台の第2の従制御ユニット33、3台の第1の従制御ユニット32を有している。第3の駆動群5は、1台の第2の従制御ユニット33、3台の第1の従制御ユニット32を有している。第4の駆動群6は、1台の第2の従制御ユニット33、3台の第1の従制御ユニット32を有している。上記した制御ユニットの各出力が、駆動対象である多重巻線モータ103,104,105,106の各3相巻線組みに接続されている。
Next, the structure of the drive group in the motor drive device will be described. FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a drive group according to an embodiment of the present invention.
The
第1の駆動群3における主制御ユニット31は、制御部A301、モータ位置演算部304を有している。第1の従制御ユニット32は、制御部C303を有している。第2の従制御ユニット33は、制御部B302、モータ位置演算部304を有している。
The
第1の駆動群3における主制御ユニット31は、上位駆動群間伝送路201を介して上位装置102と接続される。また、この主制御ユニット31は、駆動群間伝送路203を介して他の駆動群である第2,3,4の駆動群4,5,6における第2の従制御ユニット33と接続される。更に、この主制御ユニット31は、制御ユニット間伝送路202を介して自駆動群である第1の駆動群3における第1の従制御ユニット32に接続される。第2,3,4の駆動群4,5,6における第2の従制御ユニット33は、制御ユニット間伝送路202を介して自駆動群である第2,3,4の駆動群4,5,6における第1の従制御ユニット32に接続される。
The
モータ駆動装置1において、第1の駆動群3はモータ駆動装置1全体のマスタ駆動群として機能し、第2,3,4の駆動群4,5,6はモータ駆動装置1全体のスレーブ駆動群として機能する。また、第1の駆動群3において、主制御ユニット31は自駆動群内のマスタ制御ユニットとして機能し、第1の従制御ユニット32は自駆動群内のスレーブ制御ユニットとして機能する。また、第2,3,4の駆動群4,5,6において、第2の従制御ユニット33は自駆動群内のマスタ制御ユニットとして機能し、第1の従制御ユニット32は自駆動群内のスレーブ制御ユニットとして機能する。
In the
主制御ユニット31および第2の従制御ユニット33におけるモータ位置演算部304は、位置検出器107,108,109,110で検出された駆動対象である多重巻線モータの検出位置を検出位置伝送路204を介して入力し、モータ位置またはモータ速度を演算する。
The motor
主制御ユニット31における制御部A301は、上位駆動群間伝送路201を介して上位装置102からの制御指令を入力し、制御ユニット間伝送路202を介して自駆動群における第1の従制御ユニット32における制御部C303に対して、入力した制御指令もしくは生成した駆動指令と、演算したモータ位置またはモータ速度を出力する。
The control unit A301 in the
第2の従制御ユニット33における制御部B302は、駆動群間伝送路203を介して制御部A301からの入力された制御指令もしくは生成された駆動指令を入力し、制御ユニット間伝送路202を介して自駆動群における第1の従制御ユニット32における制御部C303に対して、入力された制御指令もしくは生成された駆動指令を出力する。
The control unit B302 in the second slave control unit 33 inputs the control command input from the control unit A301 or the generated drive command via the inter-drive
第1の従制御ユニット32における制御部C303は、制御ユニット間伝送路202を介して主制御ユニット31における制御部A301または第2の従制御ユニット33における制御部B302からの入力された制御指令もしくは生成された駆動指令と、演算されたモータ位置またはモータ速度を入力する。
The control unit C303 in the first slave control unit 32 receives a control command input from the control unit A301 in the
ここで、上位装置102が、例えば、その内部において位置、速度制御をするための演算を行ないトルク指令を出力する場合、主制御ユニット31における制御部A301が上位駆動群間伝送路201を介して入力する制御指令は、このトルク指令に相当する。また、第1の従制御ユニット32における制御部C303が制御ユニット間伝送路202を介して入力する制御指令、第2の従制御ユニット33における制御部B302が駆動群間伝送路203を介して入力する制御指令も、このトルク指令に相当する。
Here, for example, when the
すなわち、主制御ユニット31における制御部A301が、上位装置102から入力した制御指令であるトルク指令を、他駆動群の第2の従制御ユニット33における制御部B302および自駆動群の第1の従制御ユニット32における制御部C303に対してそのまま出力する。また、第2の従制御ユニット33における制御部B302が主制御ユニット31における制御部A301から入力した制御指令であるトルク指令を、自駆動群の第1の従制御ユニット32における制御部C303に対してそのまま出力する。
That is, the control unit A301 in the
この場合、各制御ユニット31,32,33において、入力されたトルク指令に応じて、駆動対象である多重巻線モータ103,104,105,106の各3相巻線組みに電力を供給する構成は同一である。例えば、トルク指令を電流指令に変換する構成、各出力電流を検出する構成、検出された電流を電流指令に追従するように電流制御してPWM信号を出力する構成、PWM信号に応じた電力を出力する構成等である。これらの構成は、本発明を形成する構成ではないため、図示した説明を省略する。
In this case, each
また、上位装置102が、例えば、位置指令を生成して出力する場合、主制御ユニット31における制御部A301が上位駆動群間伝送路201を介して入力する制御指令は、この位置指令に相当する。この場合、主制御ユニット31における制御部A301が、この位置指令に基づいて位置、速度制御をするための演算を行ないトルク指令を生成して駆動指令として出力する。第1の従制御ユニット32における制御部C303が制御ユニット間伝送路202を介して入力する駆動指令、第2の従制御ユニット33における制御部B302が駆動群間伝送路203を介する駆動指令は、主制御ユニット31における制御部A301が生成したトルク指令に相当する。
For example, when the
すなわち、主制御ユニット31における制御部A301が、上位装置102から入力した制御指令である位置指令に基づいて、駆動指令であるトルク指令を生成しこのトルク指令を、他駆動群の第2の従制御ユニット33における制御部B302および自駆動群の第1の従制御ユニット32における制御部C303に対して出力する。また、第2の従制御ユニット33における制御部B302が主制御ユニット31における制御部A301から入力した駆動指令であるトルク指令を、自駆動群の第1の従制御ユニット32における制御部C303に対してそのまま出力する。
That is, the control unit A301 in the
この場合、各制御ユニット31,32,33において、生成したおよび入力されたトルク指令に応じて、駆動対象である多重巻線モータ103,104,105,106の各3相巻線組みに電力を供給する構成は同一である。例えば、トルク指令を電流指令に変換する構成、各出力電流を検出する構成、検出された電流を電流指令に追従するように電流制御してPWM信号を出力する構成、PWM信号に応じた電力を出力する構成等である。これらの構成は、本発明を形成する構成ではないため、図示した説明を省略する。
In this case, in each
このように、モータ駆動装置1は、例えば、3相巻線組みを4組み有する多重巻線モータ103,104,105,106に対して、3相巻線組みの組み数と同数の制御ユニットを有する第1,2,3,4の駆動群3,4,5,6を備える。第1の駆動群3はモータ駆動装置1全体のマスタ駆動群として機能し、第2,3,4の駆動群4,5,6はモータ駆動装置1全体のスレーブ駆動群として機能し、また、第1の駆動群3において、主制御ユニット31は自駆動群内のマスタ制御ユニットとして機能し、第1の従制御ユニット32は自駆動群内のスレーブ制御ユニットとして機能し、更に、第2,3,4の駆動群4,5,6において、第2の従制御ユニット33は自駆動群内のマスタ制御ユニットとして機能し、第1の従制御ユニット32は自駆動群内のスレーブ制御ユニットとして機能するように構成しているため、同一トルク指令に応じた駆動力の大容量化を図っている。
Thus, for example, the
次に、駆動群における制御ユニットの構成について説明する。図3は、本発明の一実施形態に係る制御ユニットの構成を示すブロック図である。ここでは、第1の駆動群3における主制御ユニット31を例に挙げて説明する。
主制御ユニット31は、制御部A301、モータ位置演算部304、複数のモータ駆動部41、電流検出器51,52,53、電圧検出器54を備える。複数のモータ駆動部41は、インバータ直流母線電源P,Nに共通接続され、多重巻線モータ103の3相巻線に接続される3相それぞれの出力が互いに並列接続される。
Next, the configuration of the control unit in the drive group will be described. FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a control unit according to an embodiment of the present invention. Here, the
The
なお、第2,3,4の駆動群4,5,6における第2の従制御ユニット33は、この主制御ユニット31の構成に対して、制御部A301に代わって制御部B302を備え、モータ位置演算部304、電流検出器51,52,53、電圧検出器54を備えず、同一の複数のモータ駆動部41を備える。
また、第1,2,3,4の駆動群3、4,5,6における第1の従制御ユニット32は、この主制御ユニット31の構成に対して、制御部A301に代わって制御部C303を備え、モータ位置演算部304、電流検出器51,52,53、電圧検出器54を備えず、同一の複数のモータ駆動部41を備える。
The second slave control unit 33 in the second, third, and
The first slave control unit 32 in the first, second, third, and
モータ駆動部41は、PWM制御に用いるパワー半導体スイッチ素子411,412,413,414,415,416、データバス205を介して制御部A301と接続するインバータ制御部423、多重巻線モータ103の3相巻線に接続される3相各相に直列配置した電流検出器417,418,419およびリアクトル420,421,422を備える。
The motor drive unit 41 includes power
制御部A301は、電流検出器51,52,53で検出される制御ユニット相検出電流Iu,Iv,Iw、トルク指令Tref(上位装置102が、例えば、その内部において位置、速度制御をするための演算を行ないトルク指令Trefを出力する場合)、モータ位置演算部304で演算した駆動対象である多重巻線モータ103の検出位置Posに基づいて、トルク指令Trefに応じた制御ユニット相電流指令を演算すると共に、この制御ユニット相電流指令に制御ユニット相検出電流Iu,Iv,Iwが追従するように電流制御して、PWMパルス信号(PWM)を出力する。
The control unit A301 is a control unit phase detection current Iu, Iv, Iw detected by the
また、制御部A301は、電圧検出器54で検出されるインバータ直流母線電源P,Nのインバータ直流母線電圧Vpnを入力し、データバス205を介して各モータ駆動部41に出力する。更に、制御部A301は、PWMパルス信号(PWM)および制御ユニット相検出電流Iu,Iv,Iwを、自身が有するモータ駆動部41の台数Nで除した分配制御ユニット相検出電流Iu/N,Iv/N,Iw/Nを、データバス205を介して各モータ駆動部41に出力する。なお、インバータ直流母線電圧Vpnは、直接、各モータ駆動部41に入力されてもよい。
Further, the control unit A301 inputs the inverter DC bus voltage Vpn of the inverter DC bus power supplies P and N detected by the
モータ駆動部41におけるインバータ制御部423は、複数のモータ駆動部41の各相の出力電流の出力並行性(バランス)を保つように、後述する本発明の一実施形態に係る電流制御をするための演算を行なう。すなわち、データバス205を介して入力されるPWMパルス信号(PWM)、分配制御ユニット相検出電流Iu/N,Iv/N,Iw/N、電流検出器417,418,419で検出されるインバータ相検出電流Iu1,Iv1,Iw1、インバータ直流母線電圧Vpnに基づいて、パワー半導体スイッチ素子411,412,413,414,415,416をPWM制御するためのゲート信号206(PWM1)を生成して出力する。なお、インバータ直流母線電源P,Nに共通接続され、多重巻線モータ103の3相巻線に接続される3相それぞれの出力が互いに並列接続される、複数のモータ駆動部41は、全て同一の構成を有してその作用効果は同一である。
The
多重巻線モータ103の3相巻線に接続される3相各相に直列配置したリアクトル420,421,422は、PWM制御されたパワー半導体スイッチ素子411,412,413,414,415,416の出力に含まれる高調波成分を減少させるように機能する。
図4は、本発明の一実施形態に係るゲート信号の生成処理を説明する図である。
図において、上段は制御部A301が各モータ駆動部41に対して出力するPWMパルス信号(PWM)のうちの1つを示す。すなわち、このPWMパルス信号(PWM)のうちの1つは、パワー半導体スイッチ素子411,412,413,414,415,416のうちの1つのパワー半導体スイッチ素子をオンオフするゲート信号の基となる信号に相当する。中段はこのPWMパルス信号(PWM)のうちの1つに基づくΔt>0の場合、下段はこのPWMパルス信号(PWM)のうちの1つに基づくΔt<0の場合、のゲート信号206(PWM1)のうちの1つを示す。なお、Δtについては後述する。
縦軸は、PWMパルス信号(PWM)およびゲート信号206(PWM1)のオンオフレベル軸、横軸は時間軸である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a gate signal generation process according to an embodiment of the present invention.
In the drawing, the upper part shows one of PWM pulse signals (PWM) output from the control unit A301 to each motor drive unit 41. That is, one of the PWM pulse signals (PWM) is a signal that is a basis of a gate signal for turning on / off one of the power
The vertical axis is the on / off level axis of the PWM pulse signal (PWM) and the gate signal 206 (PWM1), and the horizontal axis is the time axis.
ここで、図4におけるΔt、Δt>0、Δt<0の意味合いについて説明する。
インバータ制御部423は、自身のパワー半導体スイッチ素子411,412,413,414,415,416をPWM制御(オンオフ制御)するために、制御部A301が出力するPWMパルス信号(PWM)に基づいて、パワー半導体スイッチ素子をオンオフするゲート信号206(PWM1)を生成して出力する。ここで、前述の図1〜3で説明記載したように、本発明の一実施形態に係るモータ駆動システムが同一トルク指令に応じた駆動力の大容量化を図るように構成している場合、各モータ駆動部41の同相の出力電流の出力並行性(バランス)を保つように、各モータ駆動部41におけるインバータ制御部423は、個々に電流制御しなければならない。
Here, the meaning of Δt, Δt> 0, and Δt <0 in FIG. 4 will be described.
Based on the PWM pulse signal (PWM) output from the control unit A301, the
制御部A301が各インバータ制御部423に出力する分配制御ユニット相検出電流Iu/N,Iv/N,Iw/Nが、各モータ駆動部41が出力すべき、出力並行性(バランス)が保たれるための各インバータ制御部423に対する分配電流指令に相当する。また、制御部A301が各インバータ制御部423に出力するPWMパルス信号(PWM)が、各インバータ制御部423が自身のパワー半導体スイッチ素子411,412,413,414,415,416に出力すべき、出力並行性(バランス)が保たれるための各インバータ制御部423に対する分配PWMパルス信号指令に相当する。
The distribution control unit phase detection currents Iu / N, Iv / N, and Iw / N output from the control unit A301 to each
すなわち、各インバータ制御部423は、出力並行性(バランス)が保たれるように、分配電流指令およびインバータ相検出電流Iu1,Iv1,Iw1に基づいて、分配PWMパルス信号指令のパルス幅に対してΔtを加算もしくは減算して、ゲート信号206(PWM1)を生成する。なお、PWM制御において、PWMパルス信号のパルス幅を増減することは、出力電流の振幅を増減させるように働く。
That is, each
各インバータ制御部423は、入力された分配電流指令と、自身の電流検出器417,418,419で検出されるインバータ相検出電流Iu1,Iv1,Iw1とを比較し、分配電流指令に対して自身の出力電流が大きいか小さいかを判断する。この判断結果が小さい場合(Δt>0)、自身の出力電流を増やすように、分配PWMパルス信号指令のパルス幅に対してΔtを加算したゲート信号206(PWM1)を生成する。一方、の判断結果が大きい場合(Δt<0)、自身の出力電流を減らすように、分配PWMパルス信号指令のパルス幅に対してΔtを減算したゲート信号206(PWM1)を生成する。なお、この判断結果が一致(Δt=0)する場合、分配PWMパルス信号指令をゲート信号206(PWM1)とする。
Each
次に、本発明の一実施形態に係る電流制御である、モータ駆動部41におけるインバータ制御部423の電流制御について説明する。
インバータ制御部423は、分配電流指令に相当する分配制御ユニット相検出電流Iu/N,Iv/N,Iw/Nから、自身の電流検出器417,418,419で検出されるインバータ相検出電流Iu1,Iv1,Iw1を減算した値に、比例定数KIを乗算してΔt(U相:Δtu、V相:Δtv、W相:Δtw)を算出する。また、PWMパルス信号(PWM)にこの算出したΔtを加算もしくは減算して、ゲート信号206(PWM1)を生成する。
Next, current control of the
The
Δtu = KI × (Iu/N − Iu1)
Δtv = KI × (Iv/N − Iv1)
Δtw = KI × (Iu/N − Iw1)
Δtu = KI × (Iu / N−Iu1)
Δtv = KI × (Iv / N−Iv1)
Δtw = KI × (Iu / N−Iw1)
しかしながら、前述したように、同一トルク指令に応じた駆動力の大容量化を図るように構成したモータ駆動装置では、例えば、モータ回生時または電源電圧変動等におけるインバータ直流母線電圧の上昇が発生した場合、インバータ制御部423の電流制御系におけるループゲインが見かけ上、上がるためにこの電流制御系の発振による出力電流変動が発生し、所望の多重巻線モータの駆動ができないものであった。
However, as described above, in the motor driving device configured to increase the capacity of the driving force according to the same torque command, for example, an increase in the inverter DC bus voltage occurs during motor regeneration or power supply voltage fluctuation. In this case, since the loop gain in the current control system of the
したがって、本発明の一実施形態に係るインバータ制御部423は、インバータ直流母線電圧Vpnを考慮して、Δt(U相:Δtu、V相:Δtv、W相:Δtw)を算出するようにしてゲート信号206(PWM1)を生成し、電流制御系の発振を抑制する。
Therefore, the
インバータ制御部423は、分配電流指令に相当する分配制御ユニット相検出電流Iu/N,Iv/N,Iw/Nから、自身の電流検出器417,418,419で検出されるインバータ相検出電流Iu1,Iv1,Iw1を減算した値に、比例定数KIを乗算する。更に、この乗算結果に、直流母線電圧係数Kpnをインバータ直流母線電圧Vpnで除した値を乗算してΔt(U相:Δtu、V相:Δtv、W相:Δtw)を算出する。また、PWMパルス信号(PWM)にこの算出したΔtを加算もしくは減算して、ゲート信号206(PWM1)を生成する。
The
Δtu = KI × (Kpn/Vpn) × (Iu/N − Iu1)
Δtv = KI × (Kpn/Vpn) × (Iv/N − Iv1)
Δtw = KI × (Kpn/Vpn) × (Iu/N − Iw1)
Δtu = KI × (Kpn / Vpn) × (Iu / N−Iu1)
Δtv = KI × (Kpn / Vpn) × (Iv / N−Iv1)
Δtw = KI × (Kpn / Vpn) × (Iu / N−Iw1)
インバータ制御部423は、Δt(U相:Δtu、V相:Δtv、W相:Δtw)>0の場合(分配電流指令に対して自身の出力電流が小さい場合)、自身の出力電流を増やすように、分配PWMパルス信号指令のパルス幅に対してΔt(U相:Δtu、V相:Δtv、W相:Δtw)を加算したゲート信号206(PWM1)を生成する。一方、Δt(U相:Δtu、V相:Δtv、W相:Δtw)<0の場合(分配電流指令に対して自身の出力電流が大きい場合)、自身の出力電流を減らすように、分配PWMパルス信号指令のパルス幅に対してΔt(U相:Δtu、V相:Δtv、W相:Δtw)を減算したゲート信号206(PWM1)を生成する。なお、Δt(U相:Δtu、V相:Δtv、W相:Δtw)=0の場合(分配電流指令に対して自身の出力電流が等しい場合)、分配PWMパルス信号指令をゲート信号206(PWM1)とする。
直流母線電圧係数Kpnは、コンバータ2が出力する直流母線電圧P,Nの平均電圧値であって、交流電源101の形態(例えば、単相100V、3相200V等)、コンバータ2の形態(例えば、ダイオードブリッジ(半波整流、全波整流)、PWMコンバータ等)によって決定される、予め設定された値(例えば、交流電源101が3相200V、コンバータ2がダイオードブリッジ(全波整流)である場合、交流電源101の電圧変動を考慮して、直流母線電圧係数Kpnは約300V)である。
比例定数KIは、例えば、リアクトル420,421,422のインダクタンス値L、電流制御系におけるPWM制御に用いるキャリア周期T、電流制御系の応答周波数fcの予め設定された値から決定されるものであって、KI=πfcTL/Kpnである。
The DC bus voltage coefficient Kpn is an average voltage value of the DC bus voltages P and N output from the
The proportionality constant KI is determined from, for example, preset values of the inductance value L of the
このように、同一トルク指令に応じた駆動力の大容量化を図るように構成したモータ駆動装置1は、例えば、モータ回生時または電源電圧変動等におけるインバータ直流母線電圧の上昇が発生した場合(インバータの電流制御系におけるループゲインが見かけ上、上がる場合)、インバータ制御部423は、インバータ直流母線電圧Vpnを考慮して、Δt(U相:Δtu、V相:Δtv、W相:Δtw)を算出するようにしてゲート信号206(PWM1)を生成し、自身のパワー半導体スイッチ素子411,412,413,414,415,416をPWM制御するため、出力電流の出力並行性(バランス)を保つと共に、電流制御系の発振を抑制することができる。また、出力電流変動を抑制することができるため、所望の多重巻線モータの駆動をすることができる。
Thus, the
以上、本発明の一実施形態について説明した。ただし、いわゆる当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、上記実施形態から適宜変更が可能であり、また、上記実施形態と変更例による手法を適宜組み合わせて利用することも可能である。すなわち、このような変更等が施された技術であっても、本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでもない。 The embodiment of the present invention has been described above. However, a so-called person skilled in the art can appropriately modify the above embodiment without departing from the gist of the present invention, and can appropriately combine the above embodiment and the method according to the modified example. It is. That is, it is needless to say that even a technique with such a change is included in the technical scope of the present invention.
例えば、本発明の一実施形態では、多重巻線モータ103,104,105,106は、3相巻線組みを複数組み有するものであり、図示では3相巻線組みを4組み有している場合を説明したが、3相巻線組みを1つ有する場合であってもよい。この場合、第1,2,3,4の駆動群3,4,5,6は、駆動対象である多重巻線モータの1つの3相巻線組みに接続される、1台の制御ユニットを有すればよい。
また、例えば、本発明の一実施形態では、主制御ユニット31が、複数のモータ駆動部41を有する場合を説明したが、2台以上のモータ駆動部41を有すればよい。
For example, in one embodiment of the present invention, the
Further, for example, in the embodiment of the present invention, the case where the
1 モータ駆動装置
2 コンバータ部
3 第1の駆動群
4 第2の駆動群
5 第3の駆動群
6 第4の駆動群
31 主制御ユニット
32 第1の従制御ユニット
33 第2の従制御ユニット
41 モータ駆動部
51,52,53 電流検出器
54 電圧検出器
101 交流電源
102 上位装置
103,104,105,106 多重巻線モータ
107,108,109,110 位置検出器
111 機械結合部
201 上位駆動群間伝送路
202 制御ユニット間伝送路
203 駆動群間伝送路
204 検出位置伝送路
205 データバス
206 ゲート信号
301 制御部A
302 制御部B
303 制御部C
304 モータ位置演算部
411,412,413,414,415,416 パワー半導体スイッチ素子
417,418,419 電流検出器
420,421,422 リアクトル
423 インバータ制御部
DESCRIPTION OF
302 Control unit B
303 Control part C
304 Motor
Claims (8)
少なくとも複数のパワー半導体スイッチング素子で構成される電力変換部と、前記パワー半導体スイッチング素子をオンオフ駆動するゲート信号を生成する第2の制御部と、を個別に有すると共に、3相巻線組みを有するモータの各相巻線に対して各相出力を並列接続した複数のモータ駆動部と、
交流電源の交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、
前記コンバータ部が出力する前記直流電圧を検出する電圧検出器と、
前記モータ駆動部が前記モータの各相巻線に供給する相電流を総じて、相毎に検出する第1の電流検出器と、
前記モータ駆動部が個別に有するものであって、個々の前記相電流を相毎に検出する第2の電流検出器と、を備え、
前記第2の制御部が、前記電圧検出器の電圧検出値、前記第1の電流検出器の電流検出値、及び前記第2の電流検出器の電流検出値に基づいて前記PWMパルス信号のパルス時間幅を増加、減少、同一のいずれか1つとする前記ゲート信号を生成することを特徴とするモータ駆動装置。 A first control unit that generates a PWM pulse signal according to an input control command;
A power conversion unit composed of at least a plurality of power semiconductor switching elements and a second control unit for generating a gate signal for driving the power semiconductor switching elements on and off are individually provided, and a three-phase winding set is included. A plurality of motor drive units in which each phase output is connected in parallel to each phase winding of the motor;
A converter for converting the AC voltage of the AC power source into a DC voltage;
A voltage detector for detecting the DC voltage output by the converter unit;
A first current detector that detects, for each phase, the phase current supplied to each phase winding of the motor by the motor drive unit;
The motor driving unit individually, and a second current detector for detecting each phase current for each phase , and
The second control unit detects a pulse of the PWM pulse signal based on a voltage detection value of the voltage detector , a current detection value of the first current detector, and a current detection value of the second current detector. A motor drive device that generates the gate signal to increase, decrease, or have the same time width.
前記第2の制御部が、前記分配電流指令および前記第2の電流検出器の電流検出値、並びに前記電圧検出器の電圧検出値に基づいて前記パルス時間幅を決定した前記ゲート信号を生成することを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動装置。 The first control unit, based on the current detection value of the control command and the first current detector, and generates the PWM pulse signal, the current detection value of said first current detector motor The value divided by the number of drive units is output as a distributed current command for the motor drive unit,
The second control unit generates the gate signal in which the pulse time width is determined based on the distribution current command, the current detection value of the second current detector, and the voltage detection value of the voltage detector. The motor driving apparatus according to claim 1.
前記分配電流指令より前記第2の電流検出器の電流検出値の方が大きい場合、前記パルス時間幅に対して時間を減少した前記ゲート信号を生成し、
前記分配電流指令と前記第2の電流検出器の電流検出値が一致する場合、前記パルス時間幅と同一の前記ゲート信号を生成することを特徴とする請求項4に記載のモータ駆動装置。 When the second control unit has a smaller current detection value of the second current detector than the distribution current command, the second control unit generates the gate signal whose time is increased with respect to the pulse time width,
When the current detection value of the second current detector is larger than the distribution current command, the gate signal is generated by reducing the time with respect to the pulse time width,
5. The motor drive device according to claim 4, wherein when the distribution current command and a current detection value of the second current detector coincide with each other, the gate signal having the same pulse time width is generated.
前記制御指令を出力する上位装置と、
前記モータを個々に駆動する複数の前記モータ駆動装置と、を備えたことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1つに記載のモータ駆動システム。 A plurality of the motors mechanically coupled to the rotating shaft;
A host device that outputs the control command;
The motor driving system according to claim 1, further comprising a plurality of the motor driving devices that individually drive the motors.
前記多重巻線モータのうちの1組の3相巻線組みに電力を供給する前記モータ制御装置を複数台備え、
前記モータ制御装置のうちの1台をマスタ、その他の前記モータ制御装置をスレーブとして構成することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1つに記載のモータ駆動システム。 The motor is a multi-winding motor having a plurality of 3-phase winding sets,
A plurality of the motor control devices for supplying power to a set of three-phase windings of the multi-winding motor;
6. The motor drive system according to claim 1, wherein one of the motor control devices is configured as a master and the other motor control devices are configured as slaves.
回転軸を機械結合した複数の前記多重巻線モータと、
前記制御指令を出力する上位装置と、
前記多重巻線モータを個々に駆動するものであって、前記多重巻線モータのうちの1組の3相巻線組みに電力を供給する前記モータ制御装置を複数台有し、前記モータ制御装置のうちの1台をマスタ、その他の前記モータ制御装置をスレーブとした構成と、を備えたことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1つに記載のモータ駆動システム。
The motor is a multi-winding motor having a plurality of 3-phase winding sets,
A plurality of the multi-winding motors mechanically coupled to the rotating shaft;
A host device that outputs the control command;
The multi-winding motor is individually driven, and includes a plurality of the motor control devices that supply power to a set of three-phase windings of the multi-winding motor, and the motor control device 6. The motor drive system according to claim 1, further comprising: one of the two as a master and the other motor control device as a slave.
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