JP5652217B2 - Power converter - Google Patents

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Description

本発明は、入力された電力をスイッチングして所定の電力に変換する電力変換装置に関するものである。   The present invention relates to a power conversion device that converts input power to predetermined power by switching.

従来より、電力変換装置としてインバータ回路が知られている。インバータ回路は、スイッチング制御により、直流電力を可変周波数・可変電圧の交流電力に高効率変換する回路である。   Conventionally, an inverter circuit is known as a power converter. The inverter circuit is a circuit that performs high-efficiency conversion of DC power into AC power of variable frequency and variable voltage by switching control.

一般的に、インバータ回路は、ダイオード整流回路と平滑コンデンサとインバータとが接続されて構成されている。上記ダイオード整流回路は、複数のダイオードが接続されるブリッジ回路を有している。上記平滑コンデンサは、ダイオード整流回路の出力電圧リプルを除去するためのものである。上記インバータは、2つのスイッチング素子を直列に接続したものを3つ並列に接続して構成されている。   In general, an inverter circuit is configured by connecting a diode rectifier circuit, a smoothing capacitor, and an inverter. The diode rectifier circuit has a bridge circuit to which a plurality of diodes are connected. The smoothing capacitor is for removing the output voltage ripple of the diode rectifier circuit. The inverter is configured by connecting three switching elements connected in series to each other in parallel.

ところで、上記インバータ回路では、平滑コンデンサとして大容量である電解コンデンサが使用されている。この電解コンデンサは、インバータ回路の構成部材の中では、比較的大型の部材であると共に高価であるため、インバータ回路がコストアップすると共に大型化してしまうという問題があった。また、インバータ回路の耐用期間は、電解コンデンサの耐用期間が短いことに伴って短くなるという問題があった。 このような問題に対して、電解コンデンサを用いない電力変換装置が種々提案されいる。例として、従来より必要とされていた大容量の平滑コンデンサに代えて、小容量の平滑コンデンサを用いると共に負荷側(例えばモータ等)を制御することで、電源側の力率低下問題や高調波問題を解消する、いわゆるコンデンサレスインバータ回路が提案されている。コンデンサレスインバータ回路は、ダイオード整流回路の出力側に、従来の大容量の平滑コンデンサに代えて、例えば数十μF程度の小容量に構成される平滑コンデンサを設けている(例えば特許文献1、2や非特許文献1を参照)。これらの例では、電力変換装置には、負荷としてモータが接続されている。   By the way, in the inverter circuit, an electrolytic capacitor having a large capacity is used as a smoothing capacitor. Since this electrolytic capacitor is a relatively large member and expensive among the constituent members of the inverter circuit, there is a problem that the inverter circuit increases in cost and becomes large. Further, there is a problem that the useful life of the inverter circuit is shortened as the useful life of the electrolytic capacitor is short. Various power converters that do not use electrolytic capacitors have been proposed for such problems. As an example, instead of a large-capacity smoothing capacitor that has been conventionally required, a small-capacity smoothing capacitor is used and the load side (for example, a motor) is controlled. A so-called capacitor-less inverter circuit that solves the problem has been proposed. In the capacitorless inverter circuit, a smoothing capacitor having a small capacity of about several tens of μF, for example, is provided on the output side of the diode rectifier circuit instead of the conventional large capacity smoothing capacitor (for example, Patent Documents 1 and 2). And non-patent document 1). In these examples, a motor is connected to the power conversion device as a load.

特開2002−51589号公報JP 2002-51589 A 特開2005−130666号公報JP 2005-130666 A

芳賀、斎藤、高橋“単相ダイオード整流回路の電解コンデンサレス高力率インバータ制御法”、平成15年電気学会全国大会論文集4-069(平成15年3月)、P.99Haga, Saito, Takahashi, “Electrolytic Capacitor-less High Power Factor Inverter Control Method for Single-Phase Diode Rectifier Circuits”, 2003 IEEJ National Conference Proceedings 4-069 (March 2003), p. 99

しかしながら、前記文献の例では、直流リンク部のエネルギー蓄積要素(コンデンサ)が小さいので、力率が低い領域でモータを運転すると、モータに電力が向かう期間において直流リンク部の電圧が減少し、モータから電力が回生される期間において直流リンク部の電圧が上昇する。さらに、直流リンク部の電圧変動により入力リアクタと直流リンク部コンデンサの間に共振が発生し、直流リンク部の電圧変動が大きくなる。特に、同期引き込みによるモータ起動時には過電圧となる可能性がある。同期引き込みによるモータ起動では、予め定めた大きなモータ電流を用いるため、軽負荷においてはモータ駆動トルクに寄与しない電流が大半を占める。その為、モータ電流は力行と回生を繰り返し、直流リンク部に大きな電圧変動を発生させる。   However, in the example of the above document, since the energy storage element (capacitor) of the DC link part is small, when the motor is operated in a region where the power factor is low, the voltage of the DC link part decreases during the period in which power is directed to the motor. The voltage of the DC link unit rises during the period in which power is regenerated from. Furthermore, resonance occurs between the input reactor and the DC link capacitor due to the voltage fluctuation of the DC link unit, and the voltage fluctuation of the DC link unit increases. In particular, there is a possibility of overvoltage when the motor is started by synchronous pull-in. In starting the motor by synchronous pull-in, a large predetermined motor current is used, so that a current that does not contribute to the motor driving torque occupies most of the light load. For this reason, the motor current repeats power running and regeneration, causing a large voltage fluctuation in the DC link portion.

本発明は前記の問題に着目してなされたものであり、モータが接続される電力変換装置において、モータの起動時に、コンデンサ電圧の上昇を抑制することを目的としている。   The present invention has been made paying attention to the above-described problem, and an object of the present invention is to suppress an increase in capacitor voltage when the motor is started in a power converter to which the motor is connected.

前記の課題を解決するため、第1の発明は、
スイッチング素子(Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz)を備えて、交流電源(6)から供給された交流電力を所定の電圧及び周波数の交流電力に電力変換し、接続されたモータ(7)に供給する電力変換装置であって、
前記スイッチング素子(Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz)のスイッチングを制御する制御部(5)と、
前記スイッチングにより生じるリプルを平滑するコンデンサ(3a)とを備え、
前記制御部(5)は、前記モータ(7)の起動時に、起動時の最大運転周波数以上の周波数で且つ前記交流電源(6)の2倍以上の周波数であって該モータ(7)が駆動しない大きさの高周波電流を該モータ(7)に流して該モータ(7)の回転子(7a)の位置検出を行い、検出した位置に応じ、モータ電流(iu,iv,iw)の大きさを制御することを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the first invention
A switching element (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) is provided to convert AC power supplied from an AC power source (6) into AC power of a predetermined voltage and frequency, and to connect a motor (7 Power conversion device to supply to
A control unit (5) for controlling switching of the switching elements (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz);
A capacitor (3a) for smoothing the ripple generated by the switching,
When the motor (7) is started, the control unit (5) drives the motor (7) at a frequency that is equal to or higher than the maximum operating frequency at the time of startup and at least twice the frequency of the AC power source (6). The position of the rotor (7a) of the motor (7) is detected by flowing a high frequency current that does not flow into the motor (7), and the magnitude of the motor current (iu, iv, iw) according to the detected position It is characterized by controlling.

この構成では、モータ(7)の起動時には、該モータ(7)に高周波電流が流される。これにより、モータ(7)の突極性を利用して回転子(7a)の位置を演算することができる。   In this configuration, when the motor (7) is started, a high-frequency current is passed through the motor (7). Thereby, the position of the rotor (7a) can be calculated using the saliency of the motor (7).

また、第2の発明は、
第1の発明の電力変換装置において、
入力交流を全波整流するコンバータ回路(2)を備え、
前記コンデンサ(3a)は、前記コンバータ回路(2)の出力間に並列接続されて直流リンク部(3)を構成し、脈動する直流電圧(vdc)を出力し、
前記スイッチング素子(Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz)は、インバータ回路(4)を構成して前記直流リンク部(3)の出力をスイッチングして交流に変換し、前記モータ(7)に供給することを特徴とする。
In addition, the second invention,
In the power converter of the first invention,
It has a converter circuit (2) that full-wave rectifies the input AC,
The capacitor (3a) is connected in parallel between the outputs of the converter circuit (2) to form a DC link unit (3), and outputs a pulsating DC voltage (vdc),
The switching element (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) constitutes an inverter circuit (4) to switch the output of the DC link part (3) and convert it into AC, and the motor (7) It is characterized by supplying to.

この構成では、直流リンク部に直流平滑用の電解コンデンサを持たない電力変換装置(いわゆるコンデンサレスインバータ回路)において、モータ(7)の突極性を利用して回転子(7a)の位置を演算することができる。   In this configuration, the position of the rotor (7a) is calculated using the saliency of the motor (7) in a power converter (a so-called capacitorless inverter circuit) that does not have an electrolytic capacitor for DC smoothing in the DC link. be able to.

また、第3の発明は、
第1又は第2の発明の電力変換装置において、
前記制御部(5)は、前記コンデンサ(3a)の電圧が過電圧とならないように前記モータ(7)のトルクを制限することを特徴とする。
In addition, the third invention,
In the power conversion device of the first or second invention,
The control unit (5) limits the torque of the motor (7) so that the voltage of the capacitor (3a) does not become an overvoltage.

この構成では、モータ駆動電流のみではなく、モータ駆動トルクに寄与しない高周波電流も考慮してモータ駆動トルクの制限を行う。   In this configuration, the motor driving torque is limited in consideration of not only the motor driving current but also a high frequency current that does not contribute to the motor driving torque.

また、第4の発明は、
第1から第3の発明のうちの何れか1つの電力変換装置において、
前記制御部(5)は、前記モータ(7)の速度指令(ω*)が所定閾値(th)を超えた後は、前記モータ(7)の誘起電圧を検知して前記回転子(7a)の位置検出を行うことを特徴とする。
In addition, the fourth invention is
In any one of the power converters according to the first to third aspects of the invention,
After the speed command (ω * ) of the motor (7) exceeds a predetermined threshold (th), the control unit (5) detects the induced voltage of the motor (7) to detect the rotor (7a) The position detection is performed.

この構成では、高周波電流による位置検出と、モータ(7)の誘起電圧による位置検出を使い分けることができる。   In this configuration, position detection by high-frequency current and position detection by induced voltage of the motor (7) can be used properly.

また、第5の発明は、
第4の発明の電力変換装置において、
前記制御部(5)は、誘起電圧による位置検出に切替わった後は、前記モータ(7)のトルクの制限値を増加させることを特徴とする。
In addition, the fifth invention,
In the power converter of the fourth invention,
The control unit (5) increases the torque limit value of the motor (7) after switching to position detection by induced voltage.

この構成では、高周波電流による位置検出を行うときに比べて、誘起電圧による位置検出を行うときのモータトルクの上限が増加する。   In this configuration, the upper limit of the motor torque when performing position detection using an induced voltage is increased compared to when performing position detection using a high-frequency current.

また、第6の発明は、
第3から第5の発明のうちの何れか1つの電力変換装置において、
前記制御部(5)は、高周波電流による位置検出を行いつつ前記モータ(7)を起動した際に、該モータ(7)のトルクが制限値に到達して一定期間が経過しても該モータ(7)が回転しない場合には、モータ電流(iu,iv,iw)の位相を電気角で180度変更することを特徴とする。
In addition, the sixth invention,
In any one of the power converters according to the third to fifth aspects of the invention,
When the motor (7) is started while performing position detection using a high-frequency current, the controller (5) is configured so that the motor (7) torque reaches a limit value and a certain period of time elapses. When (7) does not rotate, the phase of the motor current (iu, iv, iw) is changed by 180 degrees in electrical angle.

この構成では、モータ(7)が回転しない場合にモータ電流(iu,iv,iw)の位相が変更される。   In this configuration, the phase of the motor current (iu, iv, iw) is changed when the motor (7) does not rotate.

第1の発明によれば、モータ(7)の起動時に回転子(7a)の位置を検出することができるので、誘起電圧が発生していない起動時においても、力率が最も高い動作点でモータ(7)を駆動することが可能になる。その結果、モータが接続される電力変換装置において、モータの起動時にコンデンサ電圧の上昇を抑制することが可能になる。   According to the first invention, since the position of the rotor (7a) can be detected when the motor (7) is activated, even at the time of activation where no induced voltage is generated, the operating point with the highest power factor is obtained. It becomes possible to drive the motor (7). As a result, in the power conversion device to which the motor is connected, it is possible to suppress an increase in the capacitor voltage when the motor is started.

また、第2の発明によれば、直流リンク部(3)に直流平滑用の電解コンデンサを持たない電力変換装置において上記の効果を得ることができる。   Further, according to the second invention, the above-described effect can be obtained in the power conversion device in which the DC link portion (3) does not have the DC smoothing electrolytic capacitor.

また、第3の発明によれば、モータ駆動電流のみではなく、モータ駆動トルクに寄与しない高周波電流も考慮してモータ駆動トルクの制限を行う。その結果、モータ駆動電流と高周波電流を加算した電流により引き起こされるコンデンサ電圧の変動に対しても過電圧とならない起動が可能となる。   According to the third aspect of the invention, the motor driving torque is limited in consideration of not only the motor driving current but also a high frequency current that does not contribute to the motor driving torque. As a result, it is possible to start without overvoltage even when the capacitor voltage fluctuates due to the current obtained by adding the motor drive current and the high-frequency current.

また、第4の発明によれば、モータ(7)の速度が所定しきい値を越えた後は誘起電圧による回転子の位置検出を行う方法になるため、モータ駆動トルクに寄与しない高周波電流を流す必要がなくなる。その結果、電流をモータ駆動に有効に利用することができ、モータ運転範囲を拡大することが可能になる。   According to the fourth aspect of the invention, since the rotor position is detected by the induced voltage after the speed of the motor (7) exceeds a predetermined threshold, a high frequency current that does not contribute to the motor driving torque is generated. No need to flow. As a result, the current can be effectively used for driving the motor, and the motor operating range can be expanded.

また、第5の発明によれば、高周波電流による位置検出を行うときに比べて、誘起電圧による位置検出を行うときのモータトルクの上限を増加できるので、その結果、起動後のモータ運転範囲を拡大することが可能になる。   In addition, according to the fifth aspect of the invention, the upper limit of the motor torque when performing position detection by induced voltage can be increased compared to when performing position detection by high-frequency current. It becomes possible to expand.

また、第6の発明によれば、磁極の極性を間違っていた場合でも、モータ(7)を正しい方向に回転させることが可能になる。その結果、安定的にモータ(7)を起動することが可能になる。   Further, according to the sixth aspect, even when the polarity of the magnetic pole is wrong, the motor (7) can be rotated in the correct direction. As a result, it becomes possible to start the motor (7) stably.

図1は、本発明の実施形態に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a power converter according to an embodiment of the present invention. 図2は、本実施形態における制御部の構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the control unit in the present embodiment. 図3は、モータ起動時の速度指令パターンを示すタイミングチャートである。FIG. 3 is a timing chart showing a speed command pattern when the motor is started. 図4は、交流電源として三相交流を用いた場合の電力変換装置の構成例を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration example of the power conversion device when three-phase alternating current is used as the alternating current power source. 図5は、(A)がいわゆる単相マトリクスコンバータの構成例を示すブロック図であり、(B)が該単相マトリクスコンバータに用いるスイッチング素子の構成例である。5A is a block diagram illustrating a configuration example of a so-called single-phase matrix converter, and FIG. 5B is a configuration example of a switching element used in the single-phase matrix converter. 図6は、(A)がいわゆる三相マトリクスコンバータの構成例を示すブロック図であり、(B)が該三相マトリクスコンバータに用いるスイッチング素子の構成例である。6A is a block diagram illustrating a configuration example of a so-called three-phase matrix converter, and FIG. 6B is a configuration example of a switching element used in the three-phase matrix converter.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following embodiments are essentially preferable examples, and are not intended to limit the scope of the present invention, its application, or its use.

《発明の実施形態》
《構成》
図1は、本発明の実施形態に係る電力変換装置(1)の構成を示すブロック図である。同図に示すように電力変換装置(1)は、コンバータ回路(2)、直流リンク部(3)、インバータ回路(4)、及び制御部(5)を備え、単相の交流電源(6)から供給された交流の電力を所定の周波数の電力に変換して、モータ(7)に供給するようになっている。なお、本実施形態のモータ(7)は、突極性を有した三相交流モータであり、空気調和機の冷媒回路に設けられた圧縮機を駆動するためのものである。
<< Embodiment of the Invention >>
"Constitution"
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a power conversion device (1) according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the power converter (1) includes a converter circuit (2), a DC link unit (3), an inverter circuit (4), and a control unit (5), and a single-phase AC power source (6). The AC power supplied from is converted into power of a predetermined frequency and supplied to the motor (7). The motor (7) of the present embodiment is a three-phase AC motor having saliency, and is for driving a compressor provided in the refrigerant circuit of the air conditioner.

〈コンバータ回路(2)〉
コンバータ回路(2)は、交流電源(6)に接続され、交流電源(6)が出力した交流を直流に全波整流する。この例では、コンバータ回路(2)は、複数(本実施形態では4つ)のダイオード(D1〜D4)がブリッジ状に結線されたダイオードブリッジ回路である。これらのダイオード(D1〜D4)は、交流電源(6)の交流電圧を全波整流して、直流電圧に変換する。
<Converter circuit (2)>
The converter circuit (2) is connected to the AC power supply (6), and full-wave rectifies the AC output from the AC power supply (6) into DC. In this example, the converter circuit (2) is a diode bridge circuit in which a plurality (four in the present embodiment) of diodes (D1 to D4) are connected in a bridge shape. These diodes (D1 to D4) perform full-wave rectification on the AC voltage of the AC power supply (6) and convert it to a DC voltage.

〈直流リンク部(3)〉
直流リンク部(3)は、コンデンサ(3a)を備えている。コンデンサ(3a)は、コンバータ回路(2)の出力に並列接続され、該コンデンサ(3a)の両端に生じた直流電圧(直流リンク電圧(vdc))がインバータ回路(4)の入力ノードに接続されている。コンデンサ(3a)は、例えばフィルムコンデンサによって構成する。このコンデンサ(3a)は、インバータ回路(4)のスイッチング素子(後述)がスイッチング動作する際に、スイッチング周波数に対応して生じるリプル電圧(電圧変動)のみを平滑化可能な静電容量を有している。すなわち、コンデンサ(3a)は、コンバータ回路(2)によって整流された電圧(電源電圧に起因する電圧変動)を平滑化するような静電容量を有さない小容量のコンデンサである。そのため、直流リンク部(3)が出力する直流リンク電圧(vdc)は脈動し、通常の負荷状態における脈動では、最大電圧が最小電圧の2倍以上となる。この例では、交流電源(6)は単相交流電源なので、直流電圧(vdc)は、電源周波数(例えば50Hz)の2倍の周波数で脈動する。
<DC link (3)>
The DC link part (3) includes a capacitor (3a). The capacitor (3a) is connected in parallel to the output of the converter circuit (2), and the DC voltage (DC link voltage (vdc)) generated across the capacitor (3a) is connected to the input node of the inverter circuit (4). ing. The capacitor (3a) is constituted by a film capacitor, for example. This capacitor (3a) has a capacitance capable of smoothing only the ripple voltage (voltage fluctuation) generated corresponding to the switching frequency when the switching element (described later) of the inverter circuit (4) performs switching operation. ing. That is, the capacitor (3a) is a small-capacitance capacitor that does not have a capacitance that smoothes the voltage rectified by the converter circuit (2) (voltage fluctuation caused by the power supply voltage). Therefore, the DC link voltage (vdc) output from the DC link unit (3) pulsates, and the maximum voltage becomes twice or more the minimum voltage in the pulsation in the normal load state. In this example, since the AC power supply (6) is a single-phase AC power supply, the DC voltage (vdc) pulsates at a frequency twice the power supply frequency (for example, 50 Hz).

〈インバータ回路(4)〉
インバータ回路(4)は、入力ノードが直流リンク部(3)のコンデンサ(3a)に並列に接続され、直流リンク部(3)の出力をスイッチングして三相交流に変換し、接続されたモータ(7)に供給するようになっている。本実施形態のインバータ回路(4)は、複数のスイッチング素子がブリッジ結線されて構成されている。このインバータ回路(4)は、三相交流をモータ(7)に出力するので、6個のスイッチング素子(Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz)を備えている。詳しくは、インバータ回路(4)は、2つのスイッチング素子を互いに直列接続してなる3つのスイッチングレグを備え、各スイッチングレグにおいて上アームのスイッチング素子(Su,Sv,Sw)と下アームのスイッチング素子(Sx,Sy,Sz)との中点が、それぞれモータ(7)の各相のコイル(図示は省略)に接続されている。また、各スイッチング素子(Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz)には、還流ダイオード(Du,Dv,Dw,Dx,Dy,Dz)が逆並列に接続されている。そして、インバータ回路(4)は、これらのスイッチング素子(Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz)のオンオフ動作によって、直流リンク部(3)から入力された直流リンク電圧(vdc)をスイッチングして三相交流電圧に変換し、モータ(7)へ供給する。なお、このオンオフ動作の制御は、制御部(5)が行う。
<Inverter circuit (4)>
The inverter circuit (4) has an input node connected in parallel to the capacitor (3a) of the DC link section (3), and switches the output of the DC link section (3) to convert it to three-phase AC, and is connected to the motor (7) to supply. The inverter circuit (4) of the present embodiment is configured by a plurality of switching elements being bridge-connected. Since this inverter circuit (4) outputs three-phase alternating current to the motor (7), it has six switching elements (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz). Specifically, the inverter circuit (4) includes three switching legs formed by connecting two switching elements in series with each other, and in each switching leg, an upper arm switching element (Su, Sv, Sw) and a lower arm switching element. The midpoints of (Sx, Sy, Sz) are respectively connected to coils (not shown) of each phase of the motor (7). In addition, free-wheeling diodes (Du, Dv, Dw, Dx, Dy, Dz) are connected in antiparallel to each switching element (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz). The inverter circuit (4) switches the DC link voltage (vdc) input from the DC link unit (3) by the on / off operation of these switching elements (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz). Converted into a three-phase AC voltage and supplied to the motor (7). The control unit (5) controls the on / off operation.

〈制御部(5)〉
図2は、本実施形態における制御部(5)の構成を示すブロック図である。制御部(5)は、モータ(7)に流れるU,V,W各相の電流(モータ電流(iu,iv,iw))が、直流リンク電圧(vdc)の脈動に同期して脈動するように、インバータ回路(4)におけるスイッチング(オンオフ動作)を制御する。この例では、制御部(5)は、速度制御部(50)、電流指令生成部(51)、電流制御部(52)、PWM変調部(53)、高周波電圧指令生成部(54)、加算器(55)、位置検出部(56)、速度演算部(57)、電流検出部(58)、電圧検出部(59)、ローパスフィルタ(60)(図2等ではLPFと略記)、切替部(61)、及び回転座標変換部(62)を備えている。
<Control part (5)>
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of the control unit (5) in the present embodiment. The control unit (5) causes the currents of the U, V, and W phases (motor currents (iu, iv, iw)) flowing through the motor (7) to pulsate in synchronization with the pulsation of the DC link voltage (vdc). In addition, the switching (on / off operation) in the inverter circuit (4) is controlled. In this example, the control unit (5) includes a speed control unit (50), a current command generation unit (51), a current control unit (52), a PWM modulation unit (53), a high frequency voltage command generation unit (54), an addition (55), position detector (56), speed calculator (57), current detector (58), voltage detector (59), low-pass filter (60) (abbreviated as LPF in FIG. 2 etc.), switching unit (61) and a rotation coordinate conversion unit (62).

−速度制御部(50)−
速度制御部(50)は、モータ(7)の機械角の回転角周波数(ω)(後述)と、機械角の速度指令(ω*)との偏差を求めるとともに、求めた偏差に比例・積分演算(PI演算)を行って、モータ(7)が出力すべきトルクを指示するトルク指令値(T*)を電流指令生成部(51)に出力する。この際、速度制御部(50)は、前記直流リンク部(3)の直流電圧(vdc)が過電圧とならないように前記モータ(7)のトルクを制限する。
-Speed control unit (50)-
The speed control unit (50) calculates the deviation between the rotation angle frequency (ω) (described later) of the mechanical angle of the motor (7) and the speed command (ω * ) of the mechanical angle, and is proportional to the calculated deviation. A calculation (PI calculation) is performed, and a torque command value (T * ) indicating a torque to be output by the motor (7) is output to the current command generation unit (51). At this time, the speed control unit (50) limits the torque of the motor (7) so that the DC voltage (vdc) of the DC link unit (3) does not become an overvoltage.

−電流指令生成部(51)−
電流指令生成部(51)は、入力交流の位相角(θin)、入力電流(iin)、及びトルク指令値(T*)が入力され、これらから、d軸電流指令値(id*)とq軸電流指令値(iq*)を求めて、電流制御部(52)に出力するようになっている。なお、以下ではd軸電流指令値(id*)及びq軸電流指令値(iq*)の両者を総括して、単に電流指令値(i*)と呼ぶ。
-Current command generator (51)-
The current command generator (51) receives the input AC phase angle (θin), the input current (iin), and the torque command value (T * ). From these, the d-axis current command value (id * ) and q The shaft current command value (iq * ) is obtained and output to the current control unit (52). Hereinafter, both the d-axis current command value (id * ) and the q-axis current command value (iq * ) are collectively referred to as a current command value (i * ).

−電流検出部(58)、電圧検出部(59)、回転座標変換部(62)、ローパスフィルタ(60)−
電流検出部(58)は、インバータ回路(4)からモータ電流(iu,iv,iw)を検出し、該モータ電流(iu,iv,iw)を三相/二相変換して得たα軸電流(iα)とβ軸電流(iβ)とを出力するようになっている。なお、以下ではα軸電流(iα)とβ軸電流(iβ)を総称して固定座標電流(iαβ)と呼ぶ。
-Current detector (58), voltage detector (59), rotating coordinate converter (62), low-pass filter (60)-
The current detector (58) detects the motor current (iu, iv, iw) from the inverter circuit (4), and converts the motor current (iu, iv, iw) into three-phase / two-phase α axis A current (iα) and a β-axis current (iβ) are output. Hereinafter, the α-axis current (iα) and the β-axis current (iβ) are collectively referred to as a fixed coordinate current (iαβ).

また、回転座標変換部(62)は、位置検出部(56)が求めた電気角(θ)を用いて、固定座標電流(iαβ)を座標変換したd軸電流(id)とq軸電流(iq)とを出力するようになっている。q軸電流(iq)がモータ駆動トルクに対応した電流となる。なお、以下ではd軸電流(id)とq軸電流(iq)を総称してモータ回転座標電流(i)と呼ぶ。   Further, the rotating coordinate conversion unit (62) uses the electrical angle (θ) obtained by the position detection unit (56) to convert the d-axis current (id) and q-axis current (coordinate converted from the fixed coordinate current (iαβ)). iq) is output. The q-axis current (iq) is a current corresponding to the motor driving torque. Hereinafter, the d-axis current (id) and the q-axis current (iq) are collectively referred to as a motor rotation coordinate current (i).

また、電圧検出部(59)は、インバータ回路(4)の各相の出力電圧(Vu,Vv,Vw)を三相/二相変換して得たα軸電圧(vα)とβ軸電圧(vβ)とを出力するようになっている。以下ではα軸電圧(vα)とβ軸電圧(vβ)を総括して固定座標電圧(vαβ)と呼ぶ。   In addition, the voltage detector (59) is configured to convert the output voltage (Vu, Vv, Vw) of each phase of the inverter circuit (4) into three-phase / two-phase conversion, an α-axis voltage (vα) and a β-axis voltage ( vβ) is output. Hereinafter, the α-axis voltage (vα) and the β-axis voltage (vβ) are collectively referred to as a fixed coordinate voltage (vαβ).

また、ローパスフィルタ(60)は、回転座標変換部(62)が出力したモータ回転座標電流(i)から高周波成分を除去するフィルタである。   The low-pass filter (60) is a filter that removes a high-frequency component from the motor rotation coordinate current (i) output from the rotation coordinate conversion unit (62).

−電流制御部(52)−
電流制御部(52)は、d軸電流及びq軸電流(id,iq)の指令値(id*,iq*)と実電流値との偏差が小さくなるように、d軸電圧指令値(vd*)及びq軸電圧指令値(vq*)を生成して加算器(55)に出力する。本実施形態では、電流制御部(52)には、比例制御器、積分制御器、及び微分制御器の3つの制御器を設けてある。なお、以下ではd軸電圧指令値(vd*)及びq軸電圧指令値(vq*)の両者を総括して、単に電圧指令値(v*)と呼ぶ。
-Current controller (52)-
The current control unit (52) determines the d-axis voltage command value (vd) so that the deviation between the d-axis current and the q-axis current (id, iq) command values (id * , iq * ) and the actual current value becomes small. * ) And q-axis voltage command value (vq * ) are generated and output to the adder (55). In the present embodiment, the current controller (52) is provided with three controllers: a proportional controller, an integral controller, and a derivative controller. Hereinafter, both the d-axis voltage command value (vd * ) and the q-axis voltage command value (vq * ) are collectively referred to as a voltage command value (v * ).

電流制御部(52)は、切替部(61)を介して、電流検出部(58)及びローパスフィルタ(60)に接続されている。切替部(61)を切り換えることで、電流制御部(52)には、回転座標変換部(62)が出力したモータ回転座標電流(i)、及びローパスフィルタ(60)を通過したモータ回転座標電流(i)の何れか一方が選択的に入力される。   The current control unit (52) is connected to the current detection unit (58) and the low-pass filter (60) via the switching unit (61). By switching the switching unit (61), the current control unit (52) has the motor rotation coordinate current (i) output from the rotation coordinate conversion unit (62) and the motor rotation coordinate current passed through the low-pass filter (60). Any one of (i) is selectively input.

−高周波電圧指令生成部(54)、加算器(55)−
高周波電圧指令生成部(54)は、モータ(7)の起動時に、起動時の最大運転周波数以上の周波数で且つ該モータ(7)が駆動しない大きさの高周波電流が該モータ(7)に流れるように、前記電圧指令値(v*)を補正する高周波電圧指令値(vh*)を出力する。加算器(55)は、電圧指令値(v*)と高周波電圧指令値(vh*)を加算する。すなわち、電圧指令値(v*)を高周波電圧指令値(vh*)で補正しているのである。加算器(55)の加算結果(補正電圧指令値(v**))は、PWM変調部(53)に入力される。また、高周波電圧の周波数は、高周波電圧に起因して流れた電流成分のみを分離できるように、他の要因による電流変動の周波数を避けるように設定すれば良い。例えば、電源電圧を整流した電圧の脈動周波数以上としても良い。50Hz電源の場合、高周波電圧の周波数は100Hz以上に設定することになる。
-High frequency voltage command generator (54), adder (55)-
When the motor (7) is started, the high-frequency voltage command generation unit (54) flows a high-frequency current having a frequency that is equal to or higher than the maximum operating frequency at the time of startup and that the motor (7) does not drive to the motor (7). as outputs high-frequency voltage command value (vh *) for correcting the voltage command value (v *). The adder (55) adds the voltage command value (v * ) and the high frequency voltage command value (vh * ). That is, the voltage command value (v * ) is corrected with the high frequency voltage command value (vh * ). The addition result (corrected voltage command value (v ** )) of the adder (55) is input to the PWM modulator (53). Further, the frequency of the high-frequency voltage may be set so as to avoid the frequency of current fluctuation due to other factors so that only the current component flowing due to the high-frequency voltage can be separated. For example, the power supply voltage may be higher than the pulsation frequency of the rectified voltage. In the case of a 50 Hz power supply, the frequency of the high frequency voltage is set to 100 Hz or more.

−PWM変調部(53)−
PWM変調部(53)は、直流リンク電圧(vdc)、補正電圧指令値(v**)、及び電気角(θ)が入力されており、これらの値に基づいて、各スイッチング素子(Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz)のオンオフ動作を制御するゲート信号(G)を生成する。具体的には、PWM変調部(53)は、直流リンク電圧(vdc)、補正電圧指令値(v**)、電気角(θ)の値等から、各相の上アーム側のスイッチング素子(Su,Sv,Sw)のオン時間τjを求める。そして、PWM変調部(53)は、キャリア周期(Tc)毎に、求めたオン時間τjに応じ、各相のスイッチング素子(Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz)をオンオフ動作させるゲート信号(G)をインバータ回路(4)に出力する。
-PWM modulation section (53)-
The PWM modulation unit (53) receives a DC link voltage (vdc), a correction voltage command value (v ** ), and an electrical angle (θ). Based on these values, each switching element (Su, A gate signal (G) for controlling the on / off operation of Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) is generated. Specifically, the PWM modulation unit (53) determines the switching element (upper arm side) of each phase from the DC link voltage (vdc), the correction voltage command value (v ** ), the electrical angle (θ) value, and the like. The on-time τj of (Su, Sv, Sw) is obtained. Then, the PWM modulation section (53) turns on / off the switching elements (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) of each phase according to the obtained on-time τj for each carrier cycle (Tc). (G) is output to the inverter circuit (4).

−位置検出部(56)、速度演算部(57)−
位置検出部(56)には、電流検出部(58)が出力した固定座標電流(iαβ)、及び電圧検出部(59)が出力した固定座標電圧(vαβ)が入力され、これらの値を用いて、回転子(7a)の位置を検知するようになっている。この例では、位置検出部(56)は、2つの方法で回転子(7a)の位置を検知できるようになっている。1つ目の検出方法(以下、説明の便宜のため誘起電圧法とよぶ)は、モータ(7)の誘起電圧を検知して回転子(7a)の位置を検出する方法である。もうひとつの方法(以下、説明の便宜のため高周波注入法とよぶ)は、モータ(7)の起動時及び低速時に、起動時の最大運転周波数以上の周波数で且つ該モータ(7)が駆動しない大きさの高周波電流を該モータ(7)に流して該モータ(7)の回転子(7a)の位置検出する方法である。この方法では、前記高周波電流を流した際の固定座標電流(iαβ)、固定座標電圧(vαβ)を用いて、界磁極位置(電気角(θ))を求める方法である。詳しくは、特開2005−160287に示されているように、モータ電流の高周波成分とモータ電圧の高周波成分およびモータ(7)の突極性を利用して回転子(7a)の位置を演算する。なお、高周波注入法による起動時にモータが逆回転した場合、及びモータ電流が制限値に到達し一定期間経過した場合は検出位置を電気角で約180度変更する。これにより、磁極の極性を間違えていた場合においても、正しい方向に回転子を回転させる電流を出力する。
-Position detector (56), Speed calculator (57)-
The position detection unit (56) receives the fixed coordinate current (iαβ) output from the current detection unit (58) and the fixed coordinate voltage (vαβ) output from the voltage detection unit (59), and uses these values. Thus, the position of the rotor (7a) is detected. In this example, the position detector (56) can detect the position of the rotor (7a) by two methods. The first detection method (hereinafter referred to as an induced voltage method for convenience of explanation) is a method of detecting the induced voltage of the motor (7) and detecting the position of the rotor (7a). Another method (hereinafter referred to as a high-frequency injection method for convenience of explanation) is that the motor (7) is not driven at a frequency higher than the maximum operating frequency at the time of startup when the motor (7) is started and at a low speed. This is a method of detecting the position of the rotor (7a) of the motor (7) by passing a high-frequency current of a magnitude to the motor (7). In this method, the field pole position (electrical angle (θ)) is obtained using a fixed coordinate current (iαβ) and a fixed coordinate voltage (vαβ) when the high-frequency current is passed. Specifically, as disclosed in JP-A-2005-160287, the position of the rotor (7a) is calculated using the high-frequency component of the motor current, the high-frequency component of the motor voltage, and the saliency of the motor (7). Note that the detection position is changed by an electrical angle of about 180 degrees when the motor rotates in reverse at the start-up by the high-frequency injection method and when the motor current reaches the limit value and a certain period of time elapses. As a result, even when the polarity of the magnetic pole is wrong, a current for rotating the rotor in the correct direction is output.

制御部(5)では、モータ(7)の速度指令(ω*)に応じて、位置検出に用いる方法を選択するようになっている。本実施形態では、起動時からモータ(7)の速度指令(ω*)が所定閾値(th)以下の場合は、前記高周波注入法で位置検出を行い、モータ(7)の速度指令(ω*)が所定閾値(th)を超えた後は、前記誘起電圧法で位置検出を行う。位置検出部(56)が求めた電気角(θ)は、PWM変調部(53)及び位置検出部(56)に入力されている。なお、閾値(th)は、例えばモータ(7)の仕様(特性)などに応じて適宜決定すればよい。 The control unit (5) selects a method used for position detection according to the speed command (ω * ) of the motor (7). In the present embodiment, when the speed command (ω * ) of the motor (7) is equal to or less than a predetermined threshold (th) from the start, position detection is performed by the high frequency injection method, and the speed command (ω * ) of the motor (7) is detected . ) Exceeds a predetermined threshold value (th), position detection is performed by the induced voltage method. The electrical angle (θ) obtained by the position detector (56) is input to the PWM modulator (53) and the position detector (56). Note that the threshold value (th) may be appropriately determined according to, for example, the specifications (characteristics) of the motor (7).

なお、誘起電圧法に切替えた後は、再びモータ速度が所定閾値を下回った場合であっても誘起電圧法による位置検出を行う。これにより、位置検出方法により設定されるモータトルクの制限値は、誘起電圧法に対するものとなる。トルクの制限値は、高周波注入法よりも誘起電圧法の方が大きくできるため、起動後の所定閾値以下の速度における最大トルクの減少、つまりモータ運転エリアの減少を防止する。   Note that after switching to the induced voltage method, position detection by the induced voltage method is performed even when the motor speed falls below a predetermined threshold again. Thereby, the limit value of the motor torque set by the position detection method is for the induced voltage method. The torque limit value can be made larger in the induced voltage method than in the high frequency injection method, and therefore, a reduction in the maximum torque at a speed equal to or lower than a predetermined threshold after startup, that is, a reduction in the motor operation area is prevented.

速度演算部(57)は、電気角(θ)を微分して、回転子(7a)の回転角周波数(ω)を求める。この回転角周波数(ω)は、速度制御部(50)に入力されている。   The speed calculator (57) differentiates the electrical angle (θ) to determine the rotational angular frequency (ω) of the rotor (7a). The rotational angular frequency (ω) is input to the speed control unit (50).

〈電力変換装置(1)の動作〉
図3は、モータ(7)起動時の速度指令パターンを示すタイミングチャートである。この例では、モータ(7)の起動及び加速が3ステップで行われる。
<Operation of power converter (1)>
FIG. 3 is a timing chart showing a speed command pattern when the motor (7) is started. In this example, the motor (7) is started and accelerated in three steps.

第1ステップ(図3における期間P1が対応)では、停止状態における回転子(7a)の位置を求める。このとき、位置検出部(56)は、前記高周波注入法で位置検出を行う。具体的には、モータ(7)が停止状態のときに、前記高周波電流のみがモータ(7)に流れるように、補正電圧指令値(v**)を生成する。また、高周波電圧指令生成部(54)は、モータ(7)が回転することのない周波数と振幅である高周波電圧指令値(vh*)を生成する。例えば、電源周波数50Hz、キャリア周波数5900Hzにおいて、高周波電圧指令は周波数560Hz、振幅40Vの交流信号を用いる。電流検出部(58)、電圧検出部(59)は、それらの高周波電圧指令値(vh*)に応じてインバータ回路(4)が出力した、モータ電流(iu,iv,iw)と出力電圧(Vu,Vv,Vw)より固定座標電流(iαβ)と固定座標電圧(vαβ)を求める。位置検出部(56)は、固定座標電流(iαβ)の高周波成分と固定座標電圧(vαβ)の高周波成分から、回転子(7a)の位置を演算する。これにより、停止状態における回転子(7a)の位置(界磁極位置(θ))が検出される。さらに、検出した磁極のNS極性判別を行うことで、回転開始時における回転子(7a)の逆転を防止する。PWM変調部(53)は、界磁極位置(θ)に応じ、力率が最も高い動作点でモータ(7)が駆動するように、ゲート信号(G)を生成する。これにより、インバータ回路(4)が電力をモータ(7)に供給し、モータ(7)の回転子(7a)が回転する。 In the first step (corresponding to the period P1 in FIG. 3), the position of the rotor (7a) in the stopped state is obtained. At this time, the position detection unit (56) performs position detection by the high frequency injection method. Specifically, the correction voltage command value (v ** ) is generated so that only the high-frequency current flows to the motor (7) when the motor (7) is in a stopped state. The high frequency voltage command generation unit (54) generates a high frequency voltage command value (vh * ) that is a frequency and amplitude at which the motor (7) does not rotate. For example, at a power supply frequency of 50 Hz and a carrier frequency of 5900 Hz, the high frequency voltage command uses an AC signal having a frequency of 560 Hz and an amplitude of 40V. The current detection unit (58) and the voltage detection unit (59) are connected to the motor current (iu, iv, iw) and output voltage (i.e., output from the inverter circuit (4) according to the high-frequency voltage command value (vh * )). A fixed coordinate current (iαβ) and a fixed coordinate voltage (vαβ) are obtained from Vu, Vv, Vw). The position detection unit (56) calculates the position of the rotor (7a) from the high frequency component of the fixed coordinate current (iαβ) and the high frequency component of the fixed coordinate voltage (vαβ). Thereby, the position (field pole position (θ)) of the rotor (7a) in the stopped state is detected. Further, the NS polarity of the detected magnetic pole is determined, thereby preventing the rotor (7a) from reversing at the start of rotation. The PWM modulator (53) generates the gate signal (G) so that the motor (7) is driven at the operating point with the highest power factor in accordance with the field pole position (θ). Thereby, an inverter circuit (4) supplies electric power to a motor (7), and the rotor (7a) of a motor (7) rotates.

第2ステップ(図3の期間P2が対応)では、制御部(5)はモータ(7)を徐々に加速させる。具体的には、速度制御部(50)が速度(ω)と速度指令(ω*)との偏差が小さくなるように、トルク指令値(T*)を生成する。このトルク指令値(T*)を受けて、電流指令生成部(51)は、目標のトルクに対応した電流指令値(i*)を生成する。電流制御部(52)は、モータ回転座標電流(i)と電流指令値(i*)との偏差が小さくなるように電圧指令値(v*)を生成する。 In the second step (corresponding to the period P2 in FIG. 3), the control unit (5) gradually accelerates the motor (7). Specifically, the speed control unit (50) generates the torque command value (T * ) so that the deviation between the speed (ω) and the speed command (ω * ) becomes small. In response to this torque command value (T * ), the current command generator (51) generates a current command value (i * ) corresponding to the target torque. The current control unit (52) generates the voltage command value (v * ) so that the deviation between the motor rotation coordinate current (i) and the current command value (i * ) is small.

一方、高周波電圧指令生成部(54)は、所定の高周波電流を生成するための高周波電圧指令値(vh*)を生成する。電圧指令値(v*)と高周波電圧指令値(vh*)とは加算器(55)によって加算され、補正電圧指令値(v**)としてPWM変調部(53)に出力される。PWM変調部(53)は、補正電圧指令値(v**)に応じたゲート信号(G)を生成する。 On the other hand, the high frequency voltage command generator (54) generates a high frequency voltage command value (vh * ) for generating a predetermined high frequency current. The voltage command value (v * ) and the high frequency voltage command value (vh * ) are added by the adder (55), and are output to the PWM modulator (53) as a corrected voltage command value (v ** ). The PWM modulator (53) generates a gate signal (G) according to the correction voltage command value (v ** ).

ここで、先のNS極性判別を間違えていた場合、モータ(7)の回転子(7a)は逆方向に回転を始める。回転子(7a)が逆転状態であるか否かは、位置検出を行っていれば認識可能である。よって、逆転時には検出している磁極位置を電気角で約180度変更する。これにより、モータ(7)には回転子(7a)を正転方向に回そうとする電流が出力され、モータ(7)が正転方向に動き始める。また、圧縮機のように逆回転時のトルクが大きい負荷においては、モータ電流(iu,iv,iw)がモータトルクの制限に対応した値に達しても回転子(7a)が動かない場合がある。このような場合は、モータ電流(iu,iv,iw)が制限値に到達して一定期間経過した後、検出した位置を電気角で約180度変更する。位置を変更することで、モータ電流(iu,iv,iw)の位相が約180度変更される。よって、モータ(7)には回転子(7a)を正転方向に回そうとする電流が出力され、モータ(7)が動き始める。   Here, if the NS polarity determination is incorrect, the rotor (7a) of the motor (7) starts rotating in the reverse direction. Whether or not the rotor (7a) is in the reverse rotation state can be recognized if position detection is performed. Therefore, the magnetic pole position detected at the time of reverse rotation is changed by about 180 degrees in electrical angle. As a result, a current for turning the rotor (7a) in the forward direction is output to the motor (7), and the motor (7) starts to move in the forward direction. In addition, in a load with a large torque during reverse rotation such as a compressor, the rotor (7a) may not move even if the motor current (iu, iv, iw) reaches a value corresponding to the motor torque limit. is there. In such a case, after the motor current (iu, iv, iw) reaches the limit value and a certain period of time elapses, the detected position is changed by an electrical angle of about 180 degrees. By changing the position, the phase of the motor current (iu, iv, iw) is changed by about 180 degrees. Therefore, a current for rotating the rotor (7a) in the forward rotation direction is output to the motor (7), and the motor (7) starts to move.

前記モータトルクの制限は、起動時に直流リンク部(3)の直流電圧(vdc)が過電圧とならないように設定するのもである。さらに、モータトルクの制限は、電源電圧(Vin)と高周波電圧振幅に応じて設定するのが好ましい。例えば、電源電圧(Vin)が大きいほど、高周波電圧振幅つまり高周波電流振幅が大きいほど過電圧となり易いことから、このような場合は、モータトルクの制限値をより小さく設定すればよい。なお、q軸電流(iq)がモータ駆動トルクに対応した電流であることから、モータ(7)のトルク指令値(T*)またはq軸電流指令値(iq*)の何れを制限してもモータトルクの制限が行える。また、高周波電流を含めて電流の波高値が位置検出可能な範囲(例えば、モータ(7)の磁気飽和により位置検出が不可能となるまでの範囲)となるように設定するのが好ましい。 The limit of the motor torque is set so that the DC voltage (vdc) of the DC link section (3) does not become an overvoltage during startup. Furthermore, it is preferable to set the limit of the motor torque according to the power supply voltage (Vin) and the high frequency voltage amplitude. For example, since the higher the power supply voltage (Vin), the higher the high-frequency voltage amplitude, that is, the higher the high-frequency current amplitude, the overvoltage is more likely to occur. In such a case, the motor torque limit value may be set smaller. Since the q-axis current (iq) is a current corresponding to the motor drive torque, no matter which of the torque command value (T * ) or the q-axis current command value (iq * ) of the motor (7) is limited. Motor torque can be limited. Moreover, it is preferable to set so that the peak value of the current including the high-frequency current is within a range in which position detection is possible (for example, a range until position detection becomes impossible due to magnetic saturation of the motor (7)).

前記一定期間については、起動に要する時間として問題とならない範囲に選定する。モータ電流(iu,iv,iw)がモータトルクの制限に対応した値に収束した直後、つまり、一定期間を0としてもよい。   About the said fixed period, it selects in the range which does not become a problem as time required for starting. Immediately after the motor current (iu, iv, iw) converges to a value corresponding to the limit of the motor torque, that is, a certain period may be set to zero.

インバータ回路(4)は、補正電圧指令値(v**)に応じた交流電力をモータ(7)に出力する。このときインバータ回路(4)が出力するモータ電流(iu,iv,iw)及び出力電圧(Vu,Vv,Vw)の波形は、電圧指令値(v*)に対応した波形に、高周波電圧指令値(vh*)対応した波形が重畳された波形になる。モータ電流(iu,iv,iw)及び出力電圧(Vu,Vv,Vw)では、電圧指令値(v*)に関する周波数帯域と、高周波電圧指令値(vh*)に関する周波数帯域とが大きく離れている。それゆえ、電圧指令値(v*)に関する成分と、高周波電圧指令値(vh*)に関する成分とを、モータ電流(iu,iv,iw)や出力電圧(Vu,Vv,Vw)から分離できる。位置検出部(56)は、前記高周波注入法で位置検出を行う場合には、高周波電圧指令値(vh*)に関する成分を用いる。 The inverter circuit (4) outputs AC power corresponding to the corrected voltage command value (v ** ) to the motor (7). At this time, the motor current (iu, iv, iw) and output voltage (Vu, Vv, Vw) output from the inverter circuit (4) have a waveform corresponding to the voltage command value (v * ), and a high frequency voltage command value. (Vh * ) The corresponding waveform is superimposed. In motor current (iu, iv, iw) and output voltage (Vu, Vv, Vw), the frequency band related to the voltage command value (v * ) and the frequency band related to the high-frequency voltage command value (vh * ) are greatly separated. . Therefore, the component related to the voltage command value (v * ) and the component related to the high frequency voltage command value (vh * ) can be separated from the motor current (iu, iv, iw) and the output voltage (Vu, Vv, Vw). A position detection part (56) uses the component regarding a high frequency voltage command value (vh * ), when performing position detection by the said high frequency injection method.

電流制御部(52)にとって、高周波成分はモータ(7)を駆動する上で外乱となる。そのため、高周波電圧を注入している期間は、モータ回転座標電流(i)をLPF(60)(ローパスフィルタ)に通し、高周波成分を除去したモータ回転座標電流(i)を用いる。   For the current control unit (52), the high frequency component becomes a disturbance in driving the motor (7). Therefore, during the period when the high-frequency voltage is injected, the motor rotation coordinate current (i) from which the motor rotation coordinate current (i) is passed through the LPF (60) (low-pass filter) and the high-frequency component is removed is used.

第3ステップ(図3の期間P3が対応)では、位置検出方法の切替を行う。速度指令(ω*)が閾値(th)以上になると、位置検出部(56)は、誘起電圧法による位置検出を行う。 In the third step (corresponding to the period P3 in FIG. 3), the position detection method is switched. When the speed command (ω * ) is equal to or greater than the threshold value (th), the position detection unit (56) performs position detection by the induced voltage method.

速度指令(ω*)の閾値は、誘起電圧法による位置検出が安定して行える速度以上に選定する。さらに、電圧指令値(v*)と高周波電圧指令値(vh*)を加算した結果(補正電圧指令値(v**))が出力可能な速度以下に選定する。 The threshold value of the speed command (ω * ) is selected to be higher than the speed at which position detection by the induced voltage method can be stably performed. Furthermore, the voltage command value (v * ) and the high frequency voltage command value (vh * ) are added and selected so that the result (corrected voltage command value (v ** )) can be output or less.

位置検出法の切替は一定回転数のもとで行い、切替途中におけるモータ運転用の位置は、高周波注入法により得られた位置から誘起電圧法により得られた位置へ時間と共に徐々に移行していく値とする。高周波注入法により得られた位置と誘起電圧法により得られた位置に対して、(切換残存時間/切換時間)と(切換経過時間/切換時間)を重みとして用いた加重平均としてもよい。   Switching of the position detection method is performed at a constant rotational speed, and the position for motor operation in the middle of switching gradually shifts with time from the position obtained by the high frequency injection method to the position obtained by the induced voltage method. Value A weighted average using (switching remaining time / switching time) and (switching elapsed time / switching time) as weights may be used for the position obtained by the high frequency injection method and the position obtained by the induced voltage method.

切替後は、高周波電圧指令生成部(54)は、0Vの高周波電圧を示す高周波電圧指令値(vh*)を出力する。これにより、モータ電流(iu,iv,iw)や出力電圧(vu,vv,iw)には、高周波電流成分は含まれなくなる。そこで、位置検出部(56)は、モータ(7)の誘起電圧を用いて、回転子(7a)の位置を検出する。PWM変調部(53)は、回転子(7a)の位置に応じて、力率の高い動作点でモータ(7)が駆動するようにゲート信号(G)を生成する。さらに、モータ回転座標電流(i)をLPF(60)に通さないようにすることで、モータ駆動の制御性を向上させる。 After the switching, the high frequency voltage command generation unit (54) outputs a high frequency voltage command value (vh * ) indicating a high frequency voltage of 0V. As a result, the motor current (iu, iv, iw) and the output voltage (vu, vv, iw) do not contain a high-frequency current component. Therefore, the position detector (56) detects the position of the rotor (7a) using the induced voltage of the motor (7). The PWM modulator (53) generates a gate signal (G) so that the motor (7) is driven at an operating point with a high power factor according to the position of the rotor (7a). Further, the motor drive controllability is improved by preventing the motor rotation coordinate current (i) from passing through the LPF (60).

〈本実施形態における効果〉
以上のように、本実施形態によれば、停止状態には前記高周波注入法で位置検出を行うようにしたので、誘起電圧が発生していない起動時においても力率の改善が可能になる。その結果、モータが接続される電力変換装置において、モータの起動時に直流リンク部の電圧上昇(すなわちコンデンサ電圧)を抑制することが可能になる。
<Effect in this embodiment>
As described above, according to the present embodiment, since the position detection is performed by the high-frequency injection method in the stopped state, the power factor can be improved even at the start-up when no induced voltage is generated. As a result, in the power conversion device to which the motor is connected, it is possible to suppress a voltage increase (that is, a capacitor voltage) at the DC link unit when the motor is started.

《その他の実施形態》
〈1〉なお、電力変換装置(1)は、三相交流を入力するように構成することも可能である。図4は、交流電源として三相の交流電源(6)を用いた場合の電力変換装置(1)の構成例を示すブロック図である。同図に示すように、コンバータ回路(2)は、6つのダイオード(D1〜D6)がブリッジ状に結線されたダイオードブリッジ回路である。これらのダイオード(D1〜D6)は、三相の交流電源(6)の交流電圧を全波整流して、直流電圧に変換する。このコンバータ回路(2)の構成では、直流リンク部(3)の電圧脈動の周波数が電源周波数の6倍になる。
<< Other Embodiments >>
<1> The power conversion device (1) can also be configured to input a three-phase alternating current. FIG. 4 is a block diagram showing a configuration example of the power conversion device (1) when a three-phase AC power source (6) is used as the AC power source. As shown in the figure, the converter circuit (2) is a diode bridge circuit in which six diodes (D1 to D6) are connected in a bridge shape. These diodes (D1 to D6) perform full-wave rectification on the AC voltage of the three-phase AC power supply (6) and convert it to a DC voltage. In the configuration of the converter circuit (2), the frequency of the voltage pulsation of the DC link unit (3) is six times the power supply frequency.

〈2〉また、本発明は、いわゆるマトリクスコンバータにも適用できる。   <2> The present invention can also be applied to so-called matrix converters.

例えば、図5は、(A)がいわゆる単相マトリクスコンバータの構成例を示すブロック図であり、(B)が該単相マトリクスコンバータに用いるスイッチング素子(S1,S2,…,S6)の構成例である。この電力変換装置(1)(単相マトリクスコンバータ)は、単相交流電圧をスイッチングすることで、異なる周波数と電圧をモータ(7)に印加する。この例では、三相の交流電源(6)と接続された6個のスイッチング素子(S1,S2,…,S6)で単相交流をスイッチングしてモータ(7)に三相交流を供給する。それぞれのスイッチング素子(S1,S2,…,S6)は、図5(B)のように構成された双方向スイッチを採用することができる。   For example, FIG. 5A is a block diagram illustrating a configuration example of a so-called single-phase matrix converter, and FIG. 5B illustrates a configuration example of switching elements (S1, S2,..., S6) used in the single-phase matrix converter. It is. This power converter (1) (single phase matrix converter) applies different frequencies and voltages to the motor (7) by switching the single phase AC voltage. In this example, a single-phase AC is switched by six switching elements (S1, S2,..., S6) connected to a three-phase AC power source (6) to supply a three-phase AC to the motor (7). Each switching element (S1, S2,..., S6) can employ a bidirectional switch configured as shown in FIG.

コンデンサ(3a)の容量は、キャリアリプルを除去できる程度の小容量である。この電力変換装置(1)では、モータ電力の力行と回生によりコンデンサ(3a)の電圧が変動すると、入力リアクタ(L)とコンデンサ(3a)の間で共振が発生する。   The capacity of the capacitor (3a) is small enough to remove carrier ripple. In this power converter (1), when the voltage of the capacitor (3a) fluctuates due to powering and regeneration of motor power, resonance occurs between the input reactor (L) and the capacitor (3a).

また、図6は、(A)がいわゆる三相マトリクスコンバータの構成例を示すブロック図であり、(B)が該三相マトリクスコンバータに用いるスイッチング素子(S1,S2,…,S9)の構成例である。この電力変換装置(1)(三相マトリクスコンバータ)は、三相交流電圧をスイッチングすることで、異なる周波数と電圧をモータ(7)に印加する。この例では、三相の交流電源(6)と接続された9個のスイッチング素子(S1,S2,…,S9)で三相交流をスイッチングしてモータ(7)に三相交流を供給する。   6A is a block diagram showing a configuration example of a so-called three-phase matrix converter, and FIG. 6B shows a configuration example of switching elements (S1, S2,..., S9) used in the three-phase matrix converter. It is. This power converter (1) (three-phase matrix converter) applies different frequencies and voltages to the motor (7) by switching the three-phase AC voltage. In this example, nine switching elements (S1, S2,..., S9) connected to a three-phase AC power source (6) are switched to supply a three-phase AC to the motor (7).

コンデンサ(3a)の容量は、キャリアリプルを除去できる程度の小容量である。この電力変換装置(1)では、モータ電力の力行と回生によりコンデンサ(3a)の電圧が変動すると、入力リアクタ(L)とコンデンサ(3a)の間で共振が発生する。   The capacity of the capacitor (3a) is small enough to remove carrier ripple. In this power converter (1), when the voltage of the capacitor (3a) fluctuates due to powering and regeneration of motor power, resonance occurs between the input reactor (L) and the capacitor (3a).

これらのマトリクスコンバータにおいても、モータ(7)の起動時にコンデンサ(3a)の電圧上昇を抑制することが可能になる。   Also in these matrix converters, it is possible to suppress the voltage rise of the capacitor (3a) when the motor (7) is started.

本発明は、入力された電力をスイッチングして所定の電力に変換する電力変換装置として有用である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful as a power conversion device that converts input power to predetermined power by switching.

1 電力変換装置
2 コンバータ回路
3a コンデンサ
4 インバータ回路
5 制御部
7 モータ
7a 回転子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power converter 2 Converter circuit 3a Capacitor 4 Inverter circuit 5 Control part 7 Motor 7a Rotor

Claims (6)

スイッチング素子(Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz)を備えて、交流電源(6)から供給された交流電力を所定の電圧及び周波数の交流電力に電力変換し、接続されたモータ(7)に供給する電力変換装置であって、
前記スイッチング素子(Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz)のスイッチングを制御する制御部(5)と、
前記スイッチングにより生じるリプルを平滑するコンデンサ(3a)とを備え、
前記制御部(5)は、前記モータ(7)の起動時に、起動時の最大運転周波数以上の周波数で且つ前記交流電源(6)の2倍以上の周波数であって該モータ(7)が駆動しない大きさの高周波電流を該モータ(7)に流して該モータ(7)の回転子(7a)の位置検出を行い、検出した位置に応じ、モータ電流(iu,iv,iw)の大きさを制御することを特徴とする電力変換装置。
A switching element (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) is provided to convert AC power supplied from an AC power source (6) into AC power of a predetermined voltage and frequency, and to connect a motor (7 Power conversion device to supply to
A control unit (5) for controlling switching of the switching elements (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz);
A capacitor (3a) for smoothing the ripple generated by the switching,
When the motor (7) is started, the control unit (5) drives the motor (7) at a frequency that is equal to or higher than the maximum operating frequency at the time of startup and at least twice the frequency of the AC power source (6). The position of the rotor (7a) of the motor (7) is detected by flowing a high frequency current that does not flow into the motor (7), and the magnitude of the motor current (iu, iv, iw) according to the detected position The power converter device characterized by controlling.
請求項1の電力変換装置において、
入力交流を全波整流するコンバータ回路(2)を備え、
前記コンデンサ(3a)は、前記コンバータ回路(2)の出力間に並列接続されて直流リンク部(3)を構成し、脈動する直流電圧(vdc)を出力し、
前記スイッチング素子(Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz)は、インバータ回路(4)を構成して前記直流リンク部(3)の出力をスイッチングして交流に変換し、前記モータ(7)に供給することを特徴とする電力変換装置。
In the power converter device of Claim 1,
It has a converter circuit (2) that full-wave rectifies the input AC,
The capacitor (3a) is connected in parallel between the outputs of the converter circuit (2) to form a DC link unit (3), and outputs a pulsating DC voltage (vdc),
The switching element (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) constitutes an inverter circuit (4) to switch the output of the DC link part (3) and convert it into AC, and the motor (7) The power converter characterized by supplying to.
請求項1又は請求項2の電力変換装置において、
前記制御部(5)は、前記コンデンサ(3a)の電圧が過電圧とならないように前記モータ(7)のトルクを制限することを特徴とする電力変換装置。
In the power converter of Claim 1 or Claim 2,
The control unit (5) limits the torque of the motor (7) so that the voltage of the capacitor (3a) does not become an overvoltage.
請求項1から請求項3のうちの何れか1つの電力変換装置において、
前記制御部(5)は、前記モータ(7)の速度指令(ω*)が所定閾値(th)を超えた後は、前記モータ(7)の誘起電圧を検知して前記回転子(7a)の位置検出を行うことを特徴とする電力変換装置。
In any one power converter device in any one of Claims 1-3,
After the speed command (ω * ) of the motor (7) exceeds a predetermined threshold (th), the control unit (5) detects the induced voltage of the motor (7) to detect the rotor (7a) The power converter characterized by performing position detection.
請求項4の電力変換装置において、
前記制御部(5)は、誘起電圧による位置検出に切替わった後は、前記モータ(7)のトルクの制限値を増加させることを特徴とする電力変換装置。
In the power converter of Claim 4,
The control unit (5) increases a torque limit value of the motor (7) after switching to position detection by an induced voltage.
請求項3から請求項5のうちの何れか1つの電力変換装置において、
前記制御部(5)は、高周波電流による位置検出を行いつつ前記モータ(7)を起動した際に、該モータ(7)のトルクが制限値に到達して一定期間が経過しても該モータ(7)が回転しない場合には、モータ電流(iu,iv,iw)の位相を電気角で180度変更することを特徴とする電力変換装置。
In any one power converter device in Claim 3-5,
When the motor (7) is started while performing position detection using a high-frequency current, the controller (5) is configured so that the motor (7) torque reaches a limit value and a certain period of time elapses. When (7) does not rotate, the phase of the motor current (iu, iv, iw) is changed by 180 degrees in terms of electrical angle.
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