JP5535285B2 - AC motor winding switching device and inverter device - Google Patents
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Description
本発明は、交流電動機の電機子巻線(以降、単に「巻線」と呼ぶ)を切換えることによって速度制御範囲を拡大する巻線切換装置および巻線切換機能を有するインバータ装置に関するものであり、車両駆動、工作械主軸駆動、クレーンの横行・走行、巻取り機など、広範囲の産業技術分野において適用されるものである。 The present invention relates to a winding switching device that expands a speed control range by switching an armature winding (hereinafter simply referred to as “winding”) of an AC motor, and an inverter device having a winding switching function. It is applied in a wide range of industrial technical fields, such as vehicle drive, machine spindle drive, traversing and traveling of cranes, and winders.
インバータ装置によって駆動される工作機械の主軸や車両の駆動装置において、低速領域で十分に大きいトルクを得ると共に、高速領域での高効率な運転を可能にするための手段として、巻線切換方法が採用されている。
図11に示すスター・デルタ巻線切換方法は、工作機械の主軸駆動等に広く実用されているものの一例である。図11において、622は交流電源、616から621は3相全波整流回路を構成するダイオード、615は平滑コンデンサ、614は交流電源622を直流電源に変換するコンバータ部である。端子TP,TNはコンバータ部614の直流出力端子であり、インバータ部601の入力となる。602は交流電動機、T1からT6は巻線切換に用いられる端子、603と604は電磁接触器等の開閉器である。
As a means for obtaining a sufficiently large torque in a low speed region and enabling high-efficiency operation in a high speed region in a spindle of a machine tool or a vehicle drive device driven by an inverter device, there is a winding switching method. It has been adopted.
The star / delta winding switching method shown in FIG. 11 is an example of a method widely used for driving a spindle of a machine tool. In FIG. 11, 622 is an AC power source, 616 to 621 are diodes constituting a three-phase full-wave rectifier circuit, 615 is a smoothing capacitor, and 614 is a converter unit that converts the AC power source 622 into a DC power source. Terminals TP and TN are DC output terminals of the converter unit 614 and are input to the inverter unit 601. 602 is an AC motor, T1 to T6 are terminals used for winding switching, and 603 and 604 are switches such as electromagnetic contactors.
開閉器604を開放して開閉器603を閉じるとスター(Y)結線となり、開閉器604を閉じて開閉器603を開放すればデルタ(Δ)結線となる。低速領域ではスター(Y)結線を選択し、十分に高い電圧を印加することで同一電流に対して大きいトルクを得ることができる。電動機のインピーダンスが周波数に比例して大きくなり、高速領域では電流が流れにくくなるため、インピーダンスの低いデルタ(Δ)結線を選択することで電流を流れやすくすることができる。また、同期電動機では、逆起電圧により高速時に電圧が飽和するため、トルクを発生させるために弱め磁束制御などを行うが、余分な電流が流れて効率が落ちるため、巻線切換により逆起電圧自体を減少させることで、高速でも高効率の運転を行うことが可能となる。
When the switch 604 is opened and the
巻線切換方式には、この他にも二組のスター巻線を直並列に切換える方法もある(例えば、特許文献1参照)。しかしこれらの方法は、いずれも機械的接点を持ったスイッチによって切換えることを前提としており、切換え時にインバータ装置からの電流遮断を余儀なくされるため、トルクが途切れてショックが発生するという問題点がある。
これに対し、半導体スイッチを利用した方法により、この遮断時間を短縮する方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
また、巻線切換によるショックを低減するため、電動車両において、加減速中では巻線切換を行わず、加減速をしていない場合にのみ巻線切換を行う方法が提案されている(例えば、特許文献3参照)。
また、巻線切換を行う電動機システムを2台並列に接続し、両者の巻線切換タイミングをずらすことによって2台の合計トルクの変動を抑える方法も提案されている(例えば、特許文献4参照)。
このように従来の巻線切換装置は、巻線切換時にインバータ装置からの電流を遮断あるいは電流を0近傍にした上で切換動作をするものである。
On the other hand, a method of shortening the cutoff time by a method using a semiconductor switch has been proposed (for example, see Patent Document 2).
Further, in order to reduce the shock due to winding switching, a method is proposed in which, in an electric vehicle, winding switching is not performed during acceleration / deceleration and winding switching is performed only when acceleration / deceleration is not performed (for example, (See Patent Document 3).
In addition, a method has been proposed in which two motor systems that perform winding switching are connected in parallel, and the variation in the total torque of the two motors is suppressed by shifting the winding switching timing between the two (for example, see Patent Document 4). .
Thus, the conventional winding switching device performs switching operation after cutting off the current from the inverter device or switching the current to near zero when switching the winding.
従来の3相交流電動機の巻線切換装置は、機械的接点を用いているため、接点を入り切りする機構動作のための時間が必要であり、また寿命を考慮して一旦電流を遮断した上で、いわゆる無電流開閉を行っており、これらの時間を総合すると、無視できない程度(通常、数十ミリ秒)の無駄時間が生じることになる。この無駄時間は、例えば工作機械主軸駆動装置においては、最終製品の品質に影響することになり、また、車両の駆動装置では乗り心地に影響を与える。更に接点寿命が有限であるため、メンテナンスの手間がかかる。
一方、電気式スイッチによる方式は、この無駄時間を短縮するのに有効であるが、巻線切換時に遮断あるいは電流を0とする必要があった。
また、自動車における加減速中の切換を禁止する方法では、ショックはなくなるものの、例えば高速まで連続して加速する場合には効率が悪くトルクも出なくなるという問題点がある。
2台のシステムを並列にして巻線切換時間をずらす方法では、システムが大きくなり、またコストがかかるという問題点がある。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、加減速中などの条件下でも巻線切換時のショックがなく、簡単な構成で実現できる3相交流電動機の巻線切換装置を提供することを目的とする。
Since the conventional winding switching device for a three-phase AC motor uses mechanical contacts, it takes time for the mechanism operation to turn the contacts on and off, and after interrupting the current once considering the life So-called no-current switching is performed, and when these times are combined, a dead time that cannot be ignored (usually several tens of milliseconds) is generated. This dead time affects the quality of the final product in, for example, a machine tool spindle drive device, and affects the ride quality in a vehicle drive device. Furthermore, since the contact life is finite, maintenance work is required.
On the other hand, the method using an electric switch is effective in reducing this dead time, but it is necessary to cut off or set the current to zero when switching the winding.
In addition, although the method of prohibiting switching during acceleration / deceleration in an automobile eliminates shock, there is a problem that, for example, when accelerating continuously to a high speed, efficiency is low and torque is not generated.
In the method of shifting the winding switching time by paralleling two systems, there is a problem that the system becomes large and costs increase.
The present invention has been made in view of such problems, and there is provided a winding switching device for a three-phase AC motor that can be realized with a simple configuration without shock at the time of winding switching even under conditions such as acceleration and deceleration. The purpose is to provide.
上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、相毎に複数の巻線を備えた交流電動機と、前記複数の巻線を切換える巻線切換手段と、前記交流電動機を駆動するインバータ装置とを備え、前記インバータ装置は、巻線切換指令信号を出力する巻線切換指令信号発生器と、複数内蔵した前記交流電動機の電動機定数を、前記巻線切換指令信号の出力に応じて切換える定数切換器と、前記定数切換器が前記交流電動機の電動機定数を切換えた後、前記巻線切換手段が前記巻線を切換える前までの間は、前記交流電動機に流れる電動機電流の検出値を、前記交流電動機の電動機定数の変化に応じて補正する電流検出値補正演算器と、を備える交流電動機の巻線切換装置が適用される。
さらに、前記インバータ装置は、前記交流電動機への電流指令値を前記交流電動機の磁束方向を基準としたdq座標系で、トルク指令及び前記電動機定数に基づきd軸、q軸電流指令値として算出する電流指令演算器と、前記交流電動機への出力電圧を前記d軸、q軸電流指令値が、前記電動機電流のdq座標変換値であるd軸、q軸電流検出値に一致するように算出する電流制御器と、を備える交流電動機の巻線切換装置が適用される。
さらに、前記電流検出値補正演算器は、前記巻線の切換前後の前記電動機定数と、前記交流電動機への電流指令値または前記電動機電流検出値の関数、あるいはテーブルとを用いて、前記電動機電流の検出値への補正値を算出する交流電動機の巻線切換装置が適用される。
さらに、前記電動機定数は、少なくとも電機子インダクタンスを含んでいる交流電動機の巻線切換装置が適用される。
さらに、前記インバータ装置は、キャリア信号に同期して前記出力電圧をPWM制御して前記交流電動機に出力するPWM制御器を備え、前記電流検出値補正演算器は、前記キャリア信号に同期して前記電動機電流の検出値への補正を行う交流電動機の巻線切換装置が適用される。
さらに、前記電流検出値補正演算器は、前記巻線の切換前後の前記電動機定数の比率に応じて前記電動機電流の検出値への補正を行う交流電動機の巻線切換装置が適用される。
また、本発明の他の観点によれば、相毎に複数の巻線を備えた交流電動機と、前記複数の巻線を切換える巻線切換手段と、前記交流電動機を駆動するインバータ装置とを備え、前記インバータ装置は、巻線切換指令信号を出力する巻線切換指令信号発生器と、複数内蔵した前記交流電動機の電動機定数を、前記巻線切換指令信号の出力に応じて切換える定数切換器と、前記定数切換器が前記交流電動機の電動機定数を切換えてから、前記巻線切換手段により前記巻線が切換わるまでの間は、前記交流電動機に流れる電動機電流の検出値を、前記交流電動機への電流指令値の巻線切換前後の変化に応じて補正する電流検出値補正演算器と、を備える交流電動機の巻線切換装置が適用される。
さらに、前記電流検出値補正演算器は、前記巻線の切換前後の前記電流指令値の比率に応じて前記電動機電流の検出値への補正を行う交流電動機の巻線切換装置が適用される。
In order to solve the above-described problem, according to one aspect of the present invention, an AC motor including a plurality of windings for each phase, a winding switching unit that switches the plurality of windings, and the AC motor are driven. An inverter device, wherein the inverter device outputs a winding switching command signal generator for outputting a winding switching command signal and a plurality of built-in AC motor constants according to the output of the winding switching command signal. The detected value of the motor current flowing through the AC motor until the winding switching unit switches the winding after the constant switching unit switches the motor constant of the AC motor. A winding switching device for an AC motor is applied, which includes a current detection value correction arithmetic unit that corrects according to a change in the motor constant of the AC motor.
Further, the inverter device calculates a current command value to the AC motor as a d-axis and q-axis current command value based on the torque command and the motor constant in a dq coordinate system based on the magnetic flux direction of the AC motor. The current command calculator and the output voltage to the AC motor are calculated so that the d-axis and q-axis current command values coincide with the d-axis and q-axis current detection values that are dq coordinate conversion values of the motor current. And an AC motor winding switching device including a current controller.
Further, the current detection value correction arithmetic unit uses the motor constant before and after switching of the windings, a current command value to the AC motor, a function of the motor current detection value, or a table, and uses the motor current. A winding switching device for an AC motor that calculates a correction value for the detected value is applied.
Further, a winding switching device for an AC motor including at least an armature inductance is applied to the motor constant.
Further, the inverter device includes a PWM controller that performs PWM control of the output voltage in synchronization with a carrier signal and outputs the PWM voltage to the AC motor, and the current detection value correction arithmetic unit is synchronized with the carrier signal. An AC motor winding switching device for correcting the motor current to the detected value is applied.
Further, the current detection value correction computing unit is a winding switching device for an AC motor that performs correction to the detected value of the motor current according to the ratio of the motor constant before and after switching of the winding.
According to another aspect of the present invention, there is provided an AC motor having a plurality of windings for each phase, a winding switching means for switching the plurality of windings, and an inverter device for driving the AC motor. The inverter device includes: a winding switching command signal generator that outputs a winding switching command signal; and a constant switching unit that switches a plurality of motor constants of the AC motor built in accordance with the output of the winding switching command signal. The detected value of the motor current flowing through the AC motor is supplied to the AC motor from the time when the constant switch switches the motor constant of the AC motor until the winding is switched by the winding switching means. A winding switching device for an AC motor is applied, which includes a current detection value correction calculator that corrects the current command value according to changes before and after the winding switching.
Further, the current detection value correction computing unit is applied with a winding switching device for an AC motor that performs correction to the detected value of the motor current in accordance with the ratio of the current command value before and after switching of the winding.
また、本発明の他の観点によれば、巻線切換手段により切換え可能な前記複数の巻線を相毎に備えた交流電動機に接続され、巻線切換指令信号を出力する巻線切換指令信号発生器と、複数内蔵した前記交流電動機の電動機定数を、前記巻線切換指令信号の出力に応じて切換える定数切換器と、前記定数切換器が前記交流電動機の電動機定数を切換えた後、前記巻線切換手段が前記巻線を切換える前までの間は、前記交流電動機に流れる電動機電流の検出値を、前記電動機定数の変化に応じて補正する電流検出値補正演算器と、を備える前記交流電動機を駆動するインバータ装置が適用される。
さらに、前記交流電動機への電流指令値を前記交流電動機の磁束方向を基準としたdq座標系で、トルク指令及び前記電動機定数に基づきd軸、q軸電流指令値として算出する電流指令演算器と、前記交流電動機への出力電圧を前記d軸、q軸電流指令値が、前記電動機電流のdq座標変換値であるd軸、q軸電流検出値に一致するように算出する電流制御器を備えるインバータ装置が適用される。
さらに、前記電流検出値補正演算器は、前記巻線の切換前後の前記電動機定数と、前記交流電動機への電流指令値または前記電動機電流検出値の関数、あるいはテーブルとを用いて、前記電動機電流の検出値への補正値を算出するインバータ装置が適用される。
さらに、前記電流検出値補正演算器は、前記巻線の切換前後の前記電動機定数の比率に応じて前記電動機電流の検出値への補正を行うインバータ装置が適用される。
また、本発明の他の観点によれば、巻線切換手段により切換え可能な前記複数の巻線を相毎に備えた交流電動機に接続され、巻線切換指令信号を出力する巻線切換指令信号発生器と、複数内蔵した前記交流電動機の電動機定数を、前記巻線切換指令信号の出力に応じて切換える定数切換器と、前記定数切換器が前記交流電動機の電動機定数を切換えてから、前記巻線切換手段により前記巻線が切換わるまでの間は、前記交流電動機に流れる電動機電流の検出値を、前記交流電動機への電流指令値の巻線切換前後の変化に応じて補正する電流検出値補正演算器と、を備える前記交流電動機を駆動するインバータ装置が適用される。
さらに、前記電流検出値補正演算器は、前記巻線の切換前後の前記電流指令値の比率に応じて前記電動機電流の検出値への補正を行うインバータ装置が適用される。
According to another aspect of the present invention, a winding switching command signal connected to an AC motor having the plurality of windings switchable by winding switching means for each phase and outputting a winding switching command signal. A generator, a constant switch for switching the motor constant of the plurality of built-in AC motors according to the output of the winding switching command signal, and after the constant switch switches the motor constant of the AC motor, the winding Until the line switching means switches the windings, the AC motor includes a detected current value correction arithmetic unit that corrects a detected value of the motor current flowing through the AC motor according to a change in the motor constant. An inverter device for driving is applied.
A current command calculator that calculates a current command value to the AC motor as a d-axis and q-axis current command value based on a torque command and the motor constant in a dq coordinate system based on a magnetic flux direction of the AC motor; A current controller that calculates the output voltage to the AC motor so that the d-axis and q-axis current command values coincide with the d-axis and q-axis current detection values that are dq coordinate conversion values of the motor current. An inverter device is applied.
Further, the current detection value correction arithmetic unit uses the motor constant before and after switching of the windings, a current command value to the AC motor, a function of the motor current detection value, or a table, and uses the motor current. An inverter device that calculates a correction value for the detected value is applied.
Further, the current detection value correction calculator is an inverter device that corrects the detected value of the motor current according to the ratio of the motor constant before and after switching of the winding.
According to another aspect of the present invention, a winding switching command signal connected to an AC motor having the plurality of windings switchable by winding switching means for each phase and outputting a winding switching command signal. A generator, a constant switch for switching a motor constant of the plurality of built-in AC motors according to the output of the winding switching command signal, and the constant switcher switches the motor constant of the AC motor, Until the winding is switched by the line switching means, the detected current value for the motor current flowing in the AC motor is corrected according to the change before and after the winding switching of the current command value to the AC motor. The inverter apparatus which drives the said AC motor provided with a correction | amendment calculator is applied.
Further, the current detection value correction calculator is an inverter device that corrects the motor current to a detection value in accordance with a ratio of the current command value before and after switching of the winding.
本発明によると、巻線切換前後における交流電動機発生トルクの不連続性、電機子電流のオーバーシュートや応答遅れあるいは不整合状態などを補償し、最大トルク/電流制御から定出力制御の移行、あるいは定出力制御から最大トルク/電流制御への移行等を円滑に行うことができるので、トルク変動のショックを大幅に低減することが可能となる。その結果、工作機械主軸駆動制御における加工精度の向上や、車両駆動装置での乗心地の改善などの効果が得られる。 According to the present invention, compensation for AC motor generated torque discontinuity before and after winding switching, armature current overshoot, response delay or inconsistency, etc., transition from maximum torque / current control to constant output control, or Since the transition from the constant output control to the maximum torque / current control can be performed smoothly, the torque fluctuation shock can be greatly reduced. As a result, effects such as improved machining accuracy in machine tool spindle drive control and improved ride comfort in the vehicle drive device can be obtained.
以下、本発明の実施の形態について図1〜図10を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は、本発明の3相交流電動機の巻線切換装置の全体ブロック図である。同図において、15はインバータ装置、20は3相交流電動機、21は位置検出器、30は巻線切換器である。
次に、インバータ装置15の構成について説明する。1はトルク指令を生成するトルク指令発生器である。2は電流指令演算器であり、速度,効率あるいは電圧などに応じて、トルク指令と定出力制御器12から出力されるd軸電流指令補正値と電動機定数をもとにd軸電流指令およびq軸電流指令を生成する。3はd軸電流指令Id_refとq軸電流指令Iq_refに追従して3相交流電動機20に電流を流すように電圧指令を生成する電流制御器である。4は、電流制御器3で生成された電圧指令に従って3相交流電動機20に可変周波数の可変電圧を供給するPWM制御器である。5は電流検出器で、3相交流電動機20の巻線に流れる電流を検出する。6は電流検出器5で検出した電流を制御演算に使用する信号に変換するためのA/D変換器である。7はテーブルもしくは近似式を用いてd軸電流指令補正値を演算するd軸電流指令補正値演算器である。8は位置検出器21により検出した位置を微分して速度を得るための速度検出器である。9は3相交流電動機20の速度やトルク指令に応じて巻線切換タイミングを決定し、巻線切換器30に与える巻線切換指令信号を発生する巻線切換指令信号発生器である。10は巻線切換指令信号に従い、電流指令演算器2および電流制御器3で用いる電動機定数や制御パラメータを切り換える定数切換器である。11はコンバータ部出力のPN間電圧を検出するPN間電圧検出器である。12は定出力制御器であり、インバータ出力電圧が設定した任意の最大電圧を越える場合に、インバータ出力電圧と設定した任意の最大電圧の差に基づいて、PI制御演算またはI制御演算してd軸電流指令補正値を求め、d軸電流指令を補正することで出力電圧を制限し、インバータ装置15からの出力電圧を一定に保つ制御を行う。
FIG. 1 is an overall block diagram of a winding switching device for a three-phase AC motor according to the present invention. In the figure, 15 is an inverter device, 20 is a three-phase AC motor, 21 is a position detector, and 30 is a winding switch.
Next, the configuration of the
3相交流電動機20は、巻線の各相の両端および中間点を引き出す接続端子(A1〜A6,B1〜B3)を有しており、2通りの巻線接続方法を選択できる構成となっている。位置検出器21は3相交流電動機20の回転子位置を検出する。通常エンコーダやレゾルバが使用される。
巻線切換器30は2つの巻線切換手段を持っており、3相交流電動機20の巻線の終端と中間点に接続され、終端あるいは中間点を短絡することにより、2通りの巻線特性を切り換える構成となっている。終端を短絡した場合は巻線インピーダンスが大きくなるため低速で大トルクを得ることができ、中間点を短絡することで、インピーダンスを小さくして高速でのトルク発生が可能となる。
なお、実施例1では、巻線切換器30とインバータ装置15をそれぞれ別置きとしたが、両者を一体化して巻線切換機能を内蔵したインバータ装置としてもよく、この場合、インバータ装置としての汎用性を損なうが、設置面積や配線工数などを考慮した場合、全体的なメリットが得られる。
The three-phase AC motor 20 has connection terminals (A1 to A6, B1 to B3) for drawing out both ends and intermediate points of each phase of the winding, and can be selected from two winding connection methods. Yes. The
The winding
In the first embodiment, the winding
ここで、巻線切換によって変化する定数について、同期電動機の場合を例にとり説明する。同期電動機は、回転子の磁束に同期したdq座標系で電圧電流方程式を求めると以下のように表わすことができる。 Here, constants that change due to winding switching will be described taking the case of a synchronous motor as an example. The synchronous motor can be expressed as follows when the voltage-current equation is obtained in the dq coordinate system synchronized with the magnetic flux of the rotor.
式(1)からdq軸干渉分および誘起電圧分を補償する電圧フィードフォワードを、
ここで、積分時定数と比例ゲインは一般的に電動機定数を元に決定される。例えば、積分時定数TId,TIqを電動機の電気的時定数、
Here, the integration time constant and the proportional gain are generally determined based on the motor constant. For example, the integration time constants T Id and T Iq are the electric time constants of the motor,
また、トルクは以下の式のようになる。
Further, the torque is expressed by the following equation.
電流指令演算器2は式(4)や高効率位相、および定出力制御などによりdq軸電流指令を求める。
ここで、図1の3相交流電動機20の巻線の中間点(B1〜B3)を各巻線の切換点であるとすると、高速モード時の各電動機定数は以下のようになる。
電機子巻線抵抗:Rh=R/2
d軸,q軸の電機子巻線インダクタンス:Ldh = Ld/4、Lqh=Lq/4
電機子鎖交磁束:Φh=Φ/2
したがって、これらを用いて演算される値、つまり式(2)の演算用の係数、式(3)の制御定数、および式(4)から求められる電流指令演算のために使用される係数のそれぞれをデータ(巻線1用定数、巻線2用定数)として定数切換器10で持っておき、巻線切換信号によってそれらの巻線定数を切換えるようにする。
Here, assuming that the intermediate points (B1 to B3) of the windings of the three-phase AC motor 20 in FIG. 1 are the switching points of the windings, the motor constants in the high speed mode are as follows.
Armature winding resistance: R h = R / 2
d-axis and q-axis armature winding inductances: L dh = L d / 4, L qh = L q / 4
Armature interlinkage magnetic flux: Φ h = Φ / 2
Therefore, the values calculated using these, that is, the coefficients for the calculation of Expression (2), the control constants of Expression (3), and the coefficients used for the current command calculation obtained from Expression (4), respectively. Is stored as data (constant for winding 1 and constant for winding 2) by the
次に、巻線切換器30の動作について説明する。図2に巻線切換器30の構成の一例を示す。図2の例は、基本的構成において特許第3948009号公報に示されている図1と同じであるが、巻線切換器30の巻線切換手段1と巻線切換手段2にそれぞれコンデンサ(C1,C2)と抵抗(R1,R2)を個別に設置していることが異なる。これにより、巻線切換時に余るエネルギーをより効果的に吸収することができる。短絡のための半導体スイッチ(SW1,SW2)は1つのみを用いているが、容量が大きい場合にはダイオードブリッジの下段側ダイオードと並列に各相毎に半導体スイッチを設けるようにしてもよい。
以下、図2を基に巻線切換動作について説明する。SW1をOFF、SW2をONとした場合、3相交流電動機20の終端が短絡されるため、巻線のインピーダンスは最大となる。これを低速モードと呼ぶ。この低速モードでは大トルクを得やすいが、回転数が高速になるに従いトルクの発生が困難になってくる。3相交流電動機20の回転速度が高くなるにつれて逆起電圧が高くなり、そのためトルク発生に必要な電圧が得にくくなる。SW1をON、SW2をOFFするとインピーダンスを減少させることができる。これを高速モードと呼ぶ。こうすると逆起電圧が減少するためトルクを得やすくすることができる。
Next, the operation of the winding
Hereinafter, the winding switching operation will be described with reference to FIG. When SW1 is OFF and SW2 is ON, the terminal of the three-phase AC motor 20 is short-circuited, so that the winding impedance becomes maximum. This is called a low speed mode. In this low speed mode, it is easy to obtain a large torque, but it becomes difficult to generate torque as the rotational speed increases. As the rotational speed of the three-phase AC motor 20 increases, the back electromotive voltage increases, and therefore, it is difficult to obtain a voltage necessary for torque generation. Impedance can be reduced by turning SW1 ON and SW2 OFF. This is called a high speed mode. As a result, the back electromotive force is reduced, and the torque can be easily obtained.
このように、低速時はSW1をOFF、SW2をON(低速モード)、高速時はSW1をON、SW2をOFF(高速モード)とすることにより、低速運転時の高トルクと、高速運転時のトルク発生の両立が可能となる。
加速中に電流が流れている状態で低速モードから高速モードへ移行する際、SW1とSW2の間に挟まれた巻線のエネルギーはスイッチを切換えると同時に、SW2と並列に接続されたコンデンサC2へ移動する。インバータ側の巻線は、その後、高速モードの制御に従って適切なトルクが得られるように制御される。ただし、巻線インピーダンスが小さくなるので、一時的な電流増加となる場合がある。切換えた瞬間に一時的に電流増加があるが、その後はトルク指令発生器1からのトルク指令に従ってトルクが制御され、大きなショックとはならない。
また、高速モードから低速モードへ移行する場合は、巻線のエネルギーはSW1と並列に接続されたコンデンサC1と、終端側巻線へ移動する。この場合は、巻線インピーダンスが大きくなるので、一時的な電流低下となる場合があるが、低速モードの制御に従って適切なトルクが得られるように制御される。
In this way, SW1 is turned off, SW2 is turned on at low speed (low speed mode), SW1 is turned on at high speed, and SW2 is turned off (high speed mode). It is possible to achieve both torque generation.
When shifting from the low-speed mode to the high-speed mode with current flowing during acceleration, the energy of the winding sandwiched between SW1 and SW2 switches the switch and at the same time to the capacitor C2 connected in parallel with SW2. Moving. Thereafter, the winding on the inverter side is controlled so as to obtain an appropriate torque according to the control in the high speed mode. However, since the winding impedance becomes small, there may be a temporary increase in current. At the moment of switching, there is a temporary increase in current, but thereafter the torque is controlled according to the torque command from the
Further, when shifting from the high speed mode to the low speed mode, the energy of the winding moves to the capacitor C1 connected in parallel with SW1 and the terminating side winding. In this case, since the winding impedance becomes large, the current may be temporarily reduced. However, control is performed so that an appropriate torque is obtained according to the control in the low speed mode.
3相交流電動機20を駆動し、3相交流電動機20の速度やトルク指令に応じて巻線を低速モードから高速モードに切り換える場合、トルク指令発生器1において、トルク指令T_refを生成し、電流指令演算器2に与える。この場合、トルク指令は外部などから入力したトルク指令でも、速度制御器からの出力であるトルク指令でもよい。
電流指令演算器2は、最大トルク/電流制御を行う場合、すなわち、電動機の電流振幅を同一の値とした時に、最大のトルクを発生することができる電流位相を高効率位相βと定義すると、式(5)にてd軸電流指令を生成する。なお、βは主磁束(d軸)方向と直交する方向を0とした電流ベクトルの位相、言い換えれば、q軸方向を基準とした電流位相を意味する。
When the three-phase AC motor 20 is driven and the winding is switched from the low speed mode to the high speed mode according to the speed or torque command of the three-phase AC motor 20, the
When the current
定出力制御器12から出力されるd軸電流指令補正値が0ではない場合、式(5)から算出されたd軸電流指令Id_refにd軸電流指令補正値を加算したものをd軸電流指令値とし、新たに算出されたd軸電流指令値を用いて式(6)あるいは式(7)にてq軸電流指令値を算出する。
電流指令演算器2で算出されたd軸電流指令Id_refとq軸電流指令Iq_refは電流制御器3に入力される。電流制御器3では、電流検出器5で検出した電流をA/D変換器6で取り込み、3相電流をd軸およびq軸電流に変換してフィードバック電流を生成し、d軸電流指令Id_refとq軸電流指令Iq_refとの偏差量をPI制御等によって演算し電圧指令Vd,Vqを求める。このd軸およびq軸の電圧指令をさらに3相交流電動機20に印加する3相電圧に変換するため、U相,V相,W相の電圧指令Vu_ref,Vv_ref,Vw_refが生成される。このとき、位置検出器21より検出された電動機の位相θを用いる。
電流制御器3で生成された電圧指令Vu_ref,Vv_ref,Vw_refは、PWM制御器4に入力され、3相交流電動機20にPWM電圧が印加され、3相交流電動機20はトルク指令T_refに従って駆動される。
When the d-axis current command correction value output from the
The d-axis current command I d _ref and the q-axis current command I q _ref calculated by the
The voltage commands Vu_ref, Vv_ref, Vw_ref generated by the
巻線切換を速度基準(以下、巻線切換速度と呼ぶ)で行う場合、巻線切換指令信号発生器9において、巻線切換速度と速度検出器8で検出される3相交流電動機20の速度を比較し、巻線切換速度以上のとき高速モードに巻線を切り換える信号を発生する。高速モードに巻線を切り換える信号は、巻線切換器30に与えられ、SW2をOFF、SW1をONし、インピーダンスを減少させた高速モードで3相交流電動機20を駆動する。このとき、定数切換器10にて高速モード用電動機定数を電流指令演算器2および電流制御器3に設定し制御を行う。
この巻線切換器30で巻線が切り換えられる前に、d軸電流指令補正値演算器7では、テーブルもしくは近似式と、トルク指令T_ref、3相交流電動機20の速度、PN間電圧検出器11にて検出したPN間電圧を用いて、d軸電流指令補正値Idを算出する。
近似式は以下の式(8)あるいは式(9)を用いる。
When the winding is switched on the basis of the speed (hereinafter referred to as winding switching speed), the winding switching command signal generator 9 detects the winding switching speed and the speed of the three-phase AC motor 20 detected by the speed detector 8. And a signal for switching the winding to the high speed mode is generated when the winding switching speed is exceeded. A signal for switching the winding to the high speed mode is given to the winding
Before the winding is switched by the winding
As an approximate expression, the following expression (8) or expression (9) is used.
なお、d軸電流指令補正値Idが正の値の場合は、電動機の主磁束を増磁する方向に作用する電流を意味し、負の値の場合は減磁する方向に作用する電流であることを意味する。
図3は定出力制御器12の詳細ブロック図を示したものである。電流制御器3より得られる電圧指令Vd,Vqを振幅演算器44によって式(12)に示す演算を行い、減算器40への電圧フィードバック信号とし、制限電圧指令との偏差量をPI制御器41にてPI
In the case d axis current instruction correction value I d is a positive value means a current that acts to Zo磁the main magnetic flux of the motor, a current that acts to demagnetization in case of negative value It means that there is.
FIG. 3 shows a detailed block diagram of the
図4は、(a)最大トルク/電流制御の場合と(b)定出力制御の場合の電流ベクトルの様子を示したものである。(b)の定出力制御時は、最大トルク/電流制御の場合に生成されるd軸電流指令に対して、さらに負のd軸電流が加算されて流れる。そのため、電流Iは定出力制御の方が大きくなる。ただし、電動機の端子電圧は図5に示す電圧ベクトルのように、定出力制御時の方が小さくなる(V→V′となる)。
図6は低速モード、高速モードにおける制御の切換領域を表わしたものである。図6で示すように、低速モードから高速モードへの切換時は定出力制御から最大トルク/電流制御となり、高速モードから低速モードへの切換時は最大トルク/電流制御から定出力制御となる。
FIG. 4 shows the state of the current vector in the case of (a) maximum torque / current control and (b) constant output control. In the constant output control of (b), a negative d-axis current is further added to the d-axis current command generated in the case of the maximum torque / current control and flows. Therefore, the current I is larger in the constant output control. However, the terminal voltage of the motor becomes smaller during constant output control (V → V ′) as in the voltage vector shown in FIG.
FIG. 6 shows control switching areas in the low speed mode and the high speed mode. As shown in FIG. 6, when switching from the low speed mode to the high speed mode, the constant output control changes to the maximum torque / current control, and when switching from the high speed mode to the low speed mode, the maximum torque / current control changes to the constant output control.
本発明が従来技術と異なる部分は、定出力制御器12によって算出されるd軸電流指令補正値を、予め巻線切換前にd軸電流指令補正値演算器7で算出し、この算出値を巻線切換のタイミングで定出力制御器12の積分器に設定してやることで、積分演算の遅れを補償することである。この操作によって、巻線切換時の定出力制御への移行あるいは最大トルク/電流制御への移行を速やかに動作させることができ、図4に示す高効率位相βもしくは定出力制御位相β′にてモータを駆動することができ、トルクのショックを大幅に小さくすることができることである。
The difference between the present invention and the prior art is that the d-axis current command correction value calculated by the
図7は、本発明の実施例2における3相交流電動機の巻線切換装置の全体ブロック図である。図1との相違点は電圧FF(フィードフォワード)演算器13が追加されたことである。以下、図7に基づいて説明する。
3相交流電動機20を駆動し、3相交流電動機20の速度やトルク指令に応じて巻線を切り換え、巻線切換は巻線切換速度で行う場合、巻線切換指令信号発生器9において、巻線切換速度と速度検出器8で検出される3相交流電動機20の速度を比較し、巻線切換指令信号を生成する。巻線切換指令信号は、巻線切換器30に与えられ、SW1およびSW2をON、OFFすることにより低速モードから高速モードあるいは高速モードから低速モードに切り換え3相交流電動機20を駆動する。このとき、定数切換器10にて低速モードあるいは高速モードの電動機定数を電流指令演算器2および電流制御器3に設定し制御を行う。
この巻線切換器30で巻線が切り換えられる前に、d軸電流指令補正値演算器7で、テーブルもしくは近似式を用いて、d軸電流指令補正値Idを算出する。算出されたd軸電流指令補正値Idは、巻線が切り換えられるときに、定出力制御器12の積分器に設定され、積分演算の遅れを補償する。ただし、d軸電流指令補正値Idが正の値となった場合、定出力制御器12の積分器には0を設定する。
また、電圧FF(フィードフォワード)演算器13において、d軸電流指令補正値Idで補正されたd軸電流指令Id_ref、q軸電流指令Iq_ref、3相交流電動機の速度ω、電動機定数Ld,Lqを用いて、下記の式より電圧フィードフォワードVd_FF、Vq_FFを算出する。
FIG. 7 is an overall block diagram of a winding switching device for a three-phase AC motor in
When the three-phase AC motor 20 is driven and the windings are switched according to the speed and torque command of the three-phase AC motor 20, and the winding switching is performed at the winding switching speed, the winding switching command signal generator 9 The line switching speed and the speed of the three-phase AC motor 20 detected by the speed detector 8 are compared, and a winding switching command signal is generated. The winding switching command signal is given to the winding
Before the winding is switched by the winding
Further, in the voltage FF (feed forward)
電圧フィードフォワードによって3相交流電動機20に印加される電圧が巻線切換直後に補償されるため、電流応答を上げることができ、3相交流電動機20のトルクのショックを大幅に減らすことができる。
Since the voltage applied to the three-phase AC motor 20 by voltage feedforward is compensated immediately after switching the windings, the current response can be increased and the torque shock of the three-phase AC motor 20 can be greatly reduced.
d軸電流補正値演算器7で、d軸電流指令補正値Idを算出するために使用する、PN間電圧変動を考慮したテーブルの作成方法について説明する。
はじめに、PN間電圧を一定の値に固定し、巻線切換速度で低速モードの運転を行う。このときの定出力制御器12から出力されるd軸電流指令補正値を測定する。ここで、トルク指令は電動機に負荷機等を用いて負荷を加えながら、0から最大トルクまで変更し、トルク指令に対するd軸電流指令補正値の測定を行う。次に高速モードに変更し、同じ手順で定出力制御器12から出力されるd軸電流指令補正値を測定する。
上記手順を3相交流電動機20を駆動する電圧範囲で、PN間電圧を変更しながら行うことで、PN間電圧変動を考慮した巻線切換時の定出力制御器12から出力されるd軸電流指令補正値を測定する。
以上のようにして測定したデータをもとにして、トルク指令およびPN間電圧を入力するとd軸電流指令補正値を出力するテーブルを作成することができる。
A description will be given of a method of creating a table that takes into account the voltage fluctuation between PNs, which is used to calculate the d-axis current command correction value I d by the d-axis current correction value calculator 7.
First, the PN voltage is fixed to a constant value, and the low speed mode operation is performed at the winding switching speed. The d-axis current command correction value output from the
The d-axis current output from the
Based on the data measured as described above, a table that outputs a d-axis current command correction value when a torque command and a PN voltage are input can be created.
次に、PN間電圧変動を考慮しないd軸電流指令補正値Id算出テーブルの作成方法について説明する。
はじめに、PN間電圧を一定の値に固定し、巻線切換速度で低速モードの運転を行う。このときの定出力制御器12から出力されるd軸電流指令補正値を測定する。ここで、トルク指令は電動機に負荷機等を用いて負荷を加えながら、0から最大トルクまで変更し、トルク指令に対するd軸電流指令補正値の測定を行う。次に高速モードに変更し、同じ手順で定出力制御器12から出力されるd軸電流指令補正値を測定する。
以上のようにして測定したデータをもとにして、トルク指令を入力するとd軸電流指令補正値を出力するテーブルを作成することができる。
Next, a method for creating a d-axis current command correction value I d calculation table that does not take into account voltage fluctuations between PNs will be described.
First, the PN voltage is fixed to a constant value, and the low speed mode operation is performed at the winding switching speed. The d-axis current command correction value output from the
Based on the data measured as described above, a table that outputs a d-axis current command correction value when a torque command is input can be created.
図8は、本発明の実施例4における3相交流電動機の巻線切換装置の全体ブロック図である。図1や図7と同一符号で示す部分は同一の回路ブロックまたは機能ブロックを意味するので説明を省略する。また、実施例4に係わる発明を説明するための便宜上、元の回路ブロックまたは機能ブロックを細分化した部分については、元の符号に添え字(a,b)を付けて区別した。また、実施例4の説明において、関連性の少ない回路ブロックまたは機能ブロックは記載を省いている。例えば、図1に示す定出力制御器12やd軸電流指令補正値演算器7などは、実施例4の中での説明では直接関与しないため記載を省略している。以下、図8に基づいて追加変更点を述べる。
3aはd軸電流指令Id_refとq軸電流指令Iq_refに追従して3相交流電動機20に電流を流すように電圧指令を生成する電流制御器である。3bはスイッチング素子におけるデッドタイムやオン電圧、コンバータ部のDC電圧の変動などを補正し、電流制御器3aからの電圧指令通りの電圧が出力されるように各相電圧を演算して、PWM制御器4aに出力する電圧指令を補正演算する電圧指令設定器である。4aは電圧指令設定器3bにて補正演算された電圧指令に従って3相交流電動機20に可変周波数の可変電圧を供給するPWM制御器であり、半導体スイッチング素子等から構成されている。4bはキャリア信号を発生するキャリア信号発生器である。9aは巻線切換指令信号発生器であり、3相交流電動機20の速度やトルク指令に応じて巻線切換タイミングを決定し、定数切換器10および巻線切換信号出力器9bに与える巻線切換指令信号を発生する。9bは巻線切換信号出力部であり、巻線切換器30のスイッチング素子の駆動信号を出力する。
また、45は電流検出器5で検出した3相交流電動機20のU相,V相電流を、A/D変換器6を介して入力し、α相、β相なる90度位相差の2相の電流検出信号に変換する3相2相変換器であり、46は3相2相変換器45で演算したα相,β相電流検出信号からd軸電流検出信号、q軸電流検出信号に変換するd−q変換器である。また、14はd−q変換器46で演算したd軸電流検出信号、q軸電流検出信号を、巻線切換に伴って生じる電動機定数、例えばインダクタンスや誘起電圧定数等の変化の比率に応じて補正する電流検出値補正演算器である。
FIG. 8 is an overall block diagram of a winding switching device for a three-phase AC motor in Embodiment 4 of the present invention. Portions denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1 and FIG. 7 mean the same circuit blocks or functional blocks, and thus description thereof is omitted. For the sake of convenience for explaining the invention according to the fourth embodiment, the original circuit block or the functional block is subdivided by adding a subscript (a, b) to the original code. In the description of the fourth embodiment, circuit blocks or functional blocks that are less relevant are omitted. For example, the
Reference numeral 3a denotes a current controller that generates a voltage command so that a current flows through the three-phase AC motor 20 following the d-axis current command I d _ref and the q-axis current command I q _ref. 3b corrects the dead time and on-voltage in the switching element, fluctuations in the DC voltage of the converter, etc., calculates each phase voltage so that a voltage in accordance with the voltage command from the current controller 3a is output, and performs PWM control. This is a voltage command setter that corrects the voltage command output to the device 4a. 4a is a PWM controller that supplies a variable voltage with a variable frequency to the three-phase AC motor 20 in accordance with the voltage command corrected and calculated by the
Reference numeral 45 denotes the U-phase and V-phase currents of the three-phase AC motor 20 detected by the current detector 5, which are input via the A /
次に、実施例4における巻線切換時の動作について説明する。図9は巻線切換時のタイムチャートを示したものである。キャリア信号発生器4bにより三角波のキャリア信号101が出力され、このキャリア信号101と電圧指令設定器3bから出力される各相の電圧指令信号105aとを比較し、PWM制御器4aの半導体スイッチング素子の駆動信号を得る。キャリア信号発生器4bは、キャリア信号101と同時にキャリア同期信号102を出力する。図9ではキャリア信号101の谷側の頂点でキャリア同期信号102を出力する例を示している。このキャリア同期信号102を基準として電流検出処理103が開始される。電流検出処理103が完了した後に電流制御処理104が開始され、トルク指令に従った電流となるように電圧指令を求める。電流制御処理104により求められた電圧指令は、演算後のキャリア同期信号102のタイミングで出力される。つまり、電圧指令設定105の設定タイミングは電流を検出してから電圧を払い出すまでに、キャリア同期信号102の1周期分を要する。
Next, the operation at the time of switching the winding in the fourth embodiment will be described. FIG. 9 shows a time chart at the time of winding switching. The carrier signal generator 4b outputs a triangular
ここで巻線切換指令信号発生器9aから巻線切換指令信号106が図9に示す106aのタイミングで発生した場合、実際の巻線切換動作は、巻線切換指令信号106aが出力されてから2度目のキャリア同期信号102の102cのタイミングで行われる。すなわち、巻線切換信号出力108が108aのタイミングで出力され、巻線切換器30のスイッチング素子を駆動し巻線切換を行う。
また、この巻線切換指令信号106aに従って電流制御演算に使用する電動機定数切換処理107が107aのタイミングで実行される。電動機定数切換処理107が完了した後に実行される電流制御処理104は、巻線切換後の定数および電流指令で実行される。しかし、この時の電流検出器5で検出された電流検出値は巻線切換前の値である。そのためキャリア同期信号102の102bのタイミングにおいては、電流指令が巻線切換後の値で指令され、電流フィードバック信号となる電流検出値は巻線切換前の値となるため両者に不整合を生ずる。
そこで、電流検出値補正演算器14により、巻線切換に伴って生じる電動機定数の変化の比率、具体的には、低速モードおよび高速モードにおける巻線インダクタンスの変化の比率に応じて次式に示すような電流検出値の補正を行う。
Here, when the winding switching command signal 106 is generated from the winding switching
Further, the motor constant switching process 107 used for the current control calculation is executed at the
Therefore, the current detection
式(14)〜(17)において、Id_fbはd軸電流検出値、Iq_fbはq軸電流検出値、Id_fbc(L→H)は低速モードから高速モードへの切換時のd軸電流検出値の補正値、Iq_fbc(L→H)は低速モードから高速モードへの切換時のq軸電流検出値の補正値、Id_fbc(H→L)は高速モードから低速モードへの切換時のd軸電流検出値の補正値、Iq_fbc(H→L)は高速モードから低速モードへの切換時のq軸電流検出値の補正値を示す。LdL,LqLは低速モードにおけるd軸およびq軸の巻線インダクタンス、LdH,LqHは高速モードにおけるd軸およびq軸の巻線インダクタンスである。
上記のような電流検出値の補正処理を行うことで、電流検出値は等価的に巻線切換後の値となり、電流制御器3aにおける電流指令値と電流検出値の偏差が小さくなるため、補正なしの場合と比較して、電流偏差のPI制御器からの出力電圧すなわち電圧指令が小さくなる。
さらに、巻線切換信号出力108が実行される108aのタイミングで行われている電流制御処理104に使用されている電流検出値は、巻線切換前の値であるので、上述と同様に、電流検出値補正演算器14により、巻線切換に伴って生じる巻線インダクタンスの変化の比率に応じて補正することで、電流検出値も等価的に巻線切換後の値となり、電流指令値と電流検出値の偏差が小さくなり、補正なしに比べて、電流制御器3aのPI制御器からの出力電圧が小さくなる。上記処理を行うことで、通電中の滑らかな巻線切換が可能となる。
In Expressions (14) to (17), I d_fb is the d-axis current detection value, I q_fb is the q-axis current detection value, and I d_fbc (L → H) is the d-axis current detection when switching from the low speed mode to the high speed mode. Correction value, I q_fbc (L → H) is the correction value of q-axis current detection value when switching from low speed mode to high speed mode, and I d_fbc (H → L) is the value when switching from high speed mode to low speed mode The correction value of the d-axis current detection value, I q — fbc (H → L) , indicates the correction value of the q-axis current detection value when switching from the high speed mode to the low speed mode. L dL and L qL are the d-axis and q-axis winding inductances in the low-speed mode, and L dH and L qH are the d-axis and q-axis winding inductances in the high-speed mode.
By performing the correction processing of the current detection value as described above, the current detection value becomes equivalent to the value after the coil switching, and the deviation between the current command value and the current detection value in the current controller 3a becomes small. The output voltage from the PI controller of the current deviation, that is, the voltage command is smaller than that in the case of none.
Furthermore, since the current detection value used in the current control processing 104 performed at the
本発明が従来技術と異なる部分は、巻線切換に伴って生じる電動機定数である巻線インダクタンスの変化の比率に応じて電流検出値を補正することで、電流指令と電流検出値の偏差が小さくなるので、巻線切換直後に電流制御器3aのPI制御器から出力される電圧が小さくなる。すなわち、巻線切換に伴う電流指令と電流検出値の不整合状態が緩和されるので、電流リップルが低減し3相交流電動機20の発生トルクのショックを大幅に減らすことができる。 The difference between the present invention and the prior art is that the deviation between the current command and the current detection value is reduced by correcting the current detection value in accordance with the ratio of the change in the winding inductance, which is the motor constant generated when the winding is switched. Therefore, the voltage output from the PI controller of the current controller 3a immediately after the winding switching is reduced. That is, since the mismatch state between the current command and the current detection value associated with the winding switching is alleviated, the current ripple is reduced and the shock of the torque generated by the three-phase AC motor 20 can be greatly reduced.
図9のタイムチャートに示したように、電動機定数切換処理107が実行された後の2度目のキャリア同期信号102発生のタイミング102cで巻線切換信号出力108を108aのタイミングで実行し、巻線切換器30のスイッチング素子を駆動して巻線を切換える。このとき、定数切換器10にて電動機定数を電流指令演算器2および電流制御器3aに設定し制御を行う。
電動機定数を切換えた場合、上述の実施例4で説明した通り、電流制御器3aで行われる処理では電流指令が巻線切換後の値となり、電流検出値が巻線切換前の値となる期間が2度存在する。そこで、電流検出値補正演算器14により、巻線切換に伴って生じる巻線インダクタンスの変化の比率に応じて電流検出値を補正した。しかし、巻線インダクタンスやその他の電動機定数も含めて、それらの特性は電流の大きさや温度によって変化する。
As shown in the time chart of FIG. 9, the winding switching signal output 108 is executed at the
When the motor constant is switched, as described in the above-described fourth embodiment, in the process performed by the current controller 3a, a period in which the current command becomes the value after the coil switching and the detected current value becomes the value before the coil switching. Exists twice. Therefore, the current detection value is corrected by the current detection
図10は、一例として、d軸およびq軸の巻線インダクタンスの電流依存性を示したものである。従って、これらの電動機定数の電流および温度依存性を考慮し、例えば、巻線インダクタンスを電流指令によって補正すれば、さらに精度良く電流検出値を補正することができる。この場合の巻線インダクタンスの補正は、電流指令の1次関数もしくは2次関数による近似式を用いるか、または電流指令に対するテーブルを準備してもよい。図8の電流指令演算器2と電流検出補正演算器14を結ぶ点線は電流指令によって巻線インダクタンスを補正し、その補正された巻線インダクタンスを用いて上述の式(14)〜(17)を実行し電流検出値を補正するように構成したものである。
なお、実際の電流検出値によって巻線インダクタンスの補正を行うことも当然可能であり、上述の電流指令による補正と同様に実施できる。
FIG. 10 shows, as an example, the current dependence of the d-axis and q-axis winding inductances. Therefore, in consideration of the current and temperature dependence of these motor constants, for example, if the winding inductance is corrected by the current command, the current detection value can be corrected more accurately. In this case, the winding inductance may be corrected using an approximate expression based on a linear function or a quadratic function of the current command, or a table for the current command may be prepared. A dotted line connecting the
Note that it is naturally possible to correct the winding inductance based on the actual detected current value, and the correction can be performed in the same manner as the correction based on the current command described above.
実施例4および5では、巻線インダクタンスによって電流検出値を補正する方法を示したが、実施例6は巻線切換前後の電流指令によって補正を行うものである。巻線切換前後のd軸およびq軸の電流指令を、低速モードの場合は、IdL_ref,IqL_refとし、高速モードの場合をIdH_ref,IqH_refとしたとき、電流検出値の補正を下式によって算出する。 In the fourth and fifth embodiments, the method of correcting the detected current value by the winding inductance is shown. However, the sixth embodiment corrects the current command before and after switching the winding. When the d-axis and q-axis current commands before and after winding switching are I dL _ref, I qL _ref in the low speed mode, and I dH _ref, I qH _ref in the high speed mode, the current detection value The correction is calculated by the following formula.
上記の補正処理により、電流検出値は等価的に巻線切換後の値となり、電流制御器3aにおける電流指令値と電流検出値の偏差が小さくなる。従って、補正なしの場合と比較して、電流偏差のPI制御器からの出力電圧すなわち電圧指令が小さくなるので、通電中の滑らかな切換が可能となる。 By the above correction process, the detected current value is equivalently a value after switching the winding, and the deviation between the current command value and the detected current value in the current controller 3a is reduced. Therefore, the output voltage from the PI controller of the current deviation, that is, the voltage command becomes smaller than in the case of no correction, so that smooth switching during energization is possible.
1 トルク指令発生器
2 電流指令演算器
3,3a 電流制御器
3b 電圧指令設定器
4,4a PWM制御器
4b キャリア信号発生器
5 電流検出器
6 電流検出用A/D変換器
7 d軸電流指令補正値演算器
8 速度検出器
9,9a 巻線切換指令信号発生器
9b 巻線切換信号出力器
10 定数切換器
11 PN間電圧検出器
12 定出力制御器
13 電圧FF演算器
14 電流検出値補正演算器
15 インバータ装置
20 3相交流電動機
21 位置検出器
30 巻線切換器
40 減算器
41 PI制御器
42 Id指令リミット
43 一次遅れフィルタ
44 振幅演算器
45 3相2相変換器
46 d−q変換器
601 インバータ部
602 交流電動機
603、604 開閉器
614 コンバータ部
615 平滑コンデンサ
616〜621 ダイオード
622 電源
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記インバータ装置は、巻線切換指令信号を出力する巻線切換指令信号発生器と、
複数内蔵した前記交流電動機の電動機定数を、前記巻線切換指令信号の出力に応じて切換える定数切換器と、
前記定数切換器が前記交流電動機の電動機定数を切換えてから、前記巻線切換手段により前記巻線が切換わるまでの間は、前記交流電動機に流れる電動機電流の検出値を、前記電動機定数の変化に応じて補正する電流検出値補正演算器と、を備えることを特徴とする交流電動機の巻線切換装置。 AC motor having a plurality of windings for each phase, winding switching means for switching the plurality of windings, and an inverter device for driving the AC motor,
The inverter device includes a winding switching command signal generator that outputs a winding switching command signal;
A constant switching unit that switches a plurality of motor constants of the built-in AC motor according to the output of the winding switching command signal;
The detected value of the motor current flowing in the AC motor is changed from the constant of the constant motor until the winding is switched by the winding switching means after the motor constant of the AC motor is switched. A winding switching device for an AC motor, comprising:
前記インバータ装置は、巻線切換指令信号を出力する巻線切換指令信号発生器と、The inverter device includes a winding switching command signal generator that outputs a winding switching command signal;
複数内蔵した前記交流電動機の電動機定数を、前記巻線切換指令信号の出力に応じて切換える定数切換器と、A constant switching unit that switches a plurality of motor constants of the built-in AC motor according to the output of the winding switching command signal;
前記定数切換器が前記交流電動機の電動機定数を切換えてから、前記巻線切換手段により前記巻線が切換わるまでの間は、前記交流電動機に流れる電動機電流の検出値を、前記交流電動機への電流指令値の巻線切換前後の変化に応じて補正する電流検出値補正演算器と、を備えることを特徴とする交流電動機の巻線切換装置。The detected value of the motor current flowing through the AC motor is supplied to the AC motor from when the constant switch switches the motor constant of the AC motor until the winding is switched by the winding switching means. A winding switching device for an AC motor, comprising: a current detection value correction calculator that corrects the current command value according to a change before and after the winding switching.
前記交流電動機への出力電圧を前記d軸、q軸電流指令値が、前記電動機電流のdq座標変換値であるd軸、q軸電流検出値に一致するように算出する電流制御器と、を備えることを特徴とする請求項1に記載の交流電動機の巻線切換装置。 The inverter device further calculates a current command value to the AC motor as a d-axis and q-axis current command value based on a torque command and the motor constant in a dq coordinate system based on a magnetic flux direction of the AC motor. A current command calculator,
A current controller that calculates an output voltage to the AC motor so that the d-axis and q-axis current command values match a d-axis and q-axis current detection value that is a dq coordinate conversion value of the motor current; The winding switching device for an AC motor according to claim 1, comprising:
前記電流検出値補正演算器は、前記キャリア信号に同期して前記電動機電流の検出値への補正を行うようにすることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の交流電動機の巻線切換装置。 The inverter device further includes a PWM controller that PWM-controls the output voltage in synchronization with a carrier signal and outputs the PWM voltage to the AC motor,
The current detection value correction arithmetic unit includes an AC motor according to any one of claims 1-3, characterized in that in synchronization with the carrier signal to perform the correction to the detected value of the motor current Winding switching device.
巻線切換指令信号を出力する巻線切換指令信号発生器と、
複数内蔵した前記交流電動機の電動機定数を、前記巻線切換指令信号の出力に応じて切換える定数切換器と、
前記定数切換器が前記交流電動機の電動機定数を切換えてから、前記巻線切換手段により前記巻線が切換わるまでの間は、前記交流電動機に流れる電動機電流の検出値を、前記電動機定数の変化に応じて補正する電流検出値補正演算器と、を備え、
前記交流電動機を駆動することを特徴とするインバータ装置。 It is connected to an AC motor equipped with a plurality of windings that can be switched by winding switching means for each phase,
A winding switching command signal generator for outputting a winding switching command signal;
A constant switching unit that switches a plurality of motor constants of the built-in AC motor according to the output of the winding switching command signal;
The detected value of the motor current flowing in the AC motor is changed from the constant of the constant motor until the winding is switched by the winding switching means after the motor constant of the AC motor is switched. And a current detection value correction calculator that corrects according to
An inverter device for driving the AC motor.
巻線切換指令信号を出力する巻線切換指令信号発生器と、A winding switching command signal generator for outputting a winding switching command signal;
複数内蔵した前記交流電動機の電動機定数を、前記巻線切換指令信号の出力に応じて切換える定数切換器と、A constant switching unit that switches a plurality of motor constants of the built-in AC motor according to the output of the winding switching command signal;
前記定数切換器が前記交流電動機の電動機定数を切換えてから、前記巻線切換手段により前記巻線が切換わるまでの間は、前記交流電動機に流れる電動機電流の検出値を、前記交流電動機への電流指令値の巻線切換前後の変化に応じて補正する電流検出値補正演算器と、を備え、The detected value of the motor current flowing through the AC motor is supplied to the AC motor from when the constant switch switches the motor constant of the AC motor until the winding is switched by the winding switching means. A current detection value correction calculator that corrects according to the change of the current command value before and after the winding switching,
前記交流電動機を駆動することを特徴とするインバータ装置。An inverter device for driving the AC motor.
前記交流電動機への出力電圧を前記d軸、q軸電流指令値が、前記電動機電流のdq座標変換値であるd軸、q軸電流検出値に一致するように算出する電流制御器を備えることを特徴とする請求項9に記載のインバータ装置。 A current command calculator that calculates a current command value to the AC motor as a d-axis and q-axis current command value based on a torque command and the motor constant in a dq coordinate system based on the magnetic flux direction of the AC motor;
A current controller that calculates an output voltage to the AC motor so that the d-axis and q-axis current command values match a d-axis and q-axis current detection value that is a dq coordinate conversion value of the motor current; The inverter device according to claim 9 .
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