JP5656695B2 - Electric motor drive device and air conditioner - Google Patents

Electric motor drive device and air conditioner Download PDF

Info

Publication number
JP5656695B2
JP5656695B2 JP2011049510A JP2011049510A JP5656695B2 JP 5656695 B2 JP5656695 B2 JP 5656695B2 JP 2011049510 A JP2011049510 A JP 2011049510A JP 2011049510 A JP2011049510 A JP 2011049510A JP 5656695 B2 JP5656695 B2 JP 5656695B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
loss
turn
switching
time
circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2011049510A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2012186957A (en
Inventor
圭一朗 志津
圭一朗 志津
齋藤 勝彦
勝彦 齋藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2011049510A priority Critical patent/JP5656695B2/en
Publication of JP2012186957A publication Critical patent/JP2012186957A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5656695B2 publication Critical patent/JP5656695B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、電動機駆動装置および空気調和装置に関する。   The present invention relates to an electric motor drive device and an air conditioner.

従来、例えば、直流電圧指令値に従って直流電圧を昇圧し平滑回路に出力するコンバータ回路と、平滑回路上の直流電力と電動機を駆動する交流電力との間で電力変換を行うインバータ回路を備え、電動機への出力要求に従って電動機のトルク指令値を設定し、そのトルク出力に必要な電圧の最小値を必要最小電圧として算出して、その必要最小電圧より高く出力上限電圧よりも低い範囲の中で複数の直流電圧指令値候補を設定し、それぞれの直流電圧指令値候補についてコンバータ回路、インバータ回路、電動機での電力損失を推定し、これらの電力損失の総和が最小となる直流電圧指令値候補を最適な電圧として直流電圧指令値に設定する技術が開示されている(特許文献1)。   Conventionally, for example, a converter circuit that boosts a DC voltage according to a DC voltage command value and outputs the boosted voltage to a smoothing circuit, and an inverter circuit that performs power conversion between DC power on the smoothing circuit and AC power that drives the motor, The torque command value of the motor is set according to the output request to the output, the minimum value of the voltage required for the torque output is calculated as the required minimum voltage, and multiple values within the range higher than the required minimum voltage and lower than the output upper limit voltage DC voltage command value candidates are estimated, the power loss in the converter circuit, inverter circuit, and motor is estimated for each DC voltage command value candidate, and the DC voltage command value candidate that minimizes the sum of these power losses is optimal A technique for setting a DC voltage command value as a correct voltage is disclosed (Patent Document 1).

また、例えば、電動機のトルクを0としたとき、電動機電流に相当するd軸電流は、電動機方程式から計算される基本波成分と、スイッチングのタイミングチャートから計算されるリップル成分とで構成され、基本波成分には電源電力指令値が関係し、リップル成分には電動機のインダクタンス値およびスイッチング周波数が関係するため、電動機の銅損をこれらの要素に基づく計算式から計算して、この銅損が最小値となるようにインバータ回路の出力電圧指令値を補正する技術が開示されている(特許文献2)。   For example, when the torque of the motor is 0, the d-axis current corresponding to the motor current is composed of a fundamental wave component calculated from the motor equation and a ripple component calculated from the switching timing chart. Since the power component command value is related to the wave component and the inductance value and switching frequency of the motor are related to the ripple component, the copper loss of the motor is calculated from the formula based on these factors, and this copper loss is minimized. A technique for correcting an output voltage command value of an inverter circuit so as to be a value is disclosed (Patent Document 2).

特開2007−325351号公報JP 2007-325351 A 特開2007−14185号公報JP 2007-14185 A

しかしながら、特許文献1に記載された技術では、コンバータ回路が出力する直流電圧の設定により電力損失の総和を最小化するようにしているが、コンバータ回路、インバータ回路個々の損失を他の要素で最小化することができないため、結果として電力損失の総和を最小化することができない、という問題点があった。また、特許文献2に記載された技術では、スイッチング周波数の調整により電動機の銅損を最小化することはできるが、電動機の電気的損失の他の要素である鉄損を最小化することができない、という問題点があった。   However, in the technique described in Patent Document 1, the total power loss is minimized by setting the DC voltage output from the converter circuit. However, the loss of each converter circuit and inverter circuit is minimized by other factors. As a result, there is a problem that the total power loss cannot be minimized. In the technique described in Patent Document 2, the copper loss of the electric motor can be minimized by adjusting the switching frequency, but the iron loss, which is another element of the electric loss of the electric motor, cannot be minimized. There was a problem that.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、インバータ回路および電動機に発生する各電力損失の合計値をより小さくすることができる電動機駆動装置を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of the above, Comprising: It aims at providing the electric motor drive device which can make the total value of each electric power loss which generate | occur | produces in an inverter circuit and an electric motor smaller.

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる電動機駆動装置は、交流電源から第1の交流電圧が供給され、前記第1の交流電圧を第2の交流電圧に変換して電動機に出力する電動機駆動装置であって、前記第1の交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ回路と、前記直流電圧を平滑する平滑回路と、半導体スイッチ素子およびダイオードが逆並列に接続された上下一対のアームを1つあるいは複数備えて構成され、前記直流電圧を前記第2の交流電圧に変換するインバータ回路と、前記半導体スイッチ素子を駆動する駆動回路と、前記電動機に流れる電動機電流を検出する電流検出回路と、前記電動機電流に基づいて、前記半導体スイッチ素子のターンオン時あるいはターンオフ時のスイッチングにより生じるスイッチング損失、前記半導体スイッチ素子および前記ダイオードの導通により生じる導通損失、前記電動機の鉄心で発生する鉄損、および前記電動機の一次巻線で発生する銅損を算出し、前記スイッチング損失、前記導通損失、前記鉄損、および前記銅損の合計損失を算出し、当該合計損失がより小さくなるように制御する電動機駆動制御部と、を備え、前記電動機駆動制御部は、前記半導体スイッチ素子のターンオン時間およびターンオフ時間のうちの少なくとも1つを制御するスイッチングスピード制御手段を備え、前記駆動回路は、前記電動機駆動制御部から出力される駆動パルス信号の立ち上がり時に前記半導体スイッチ素子に流れるゲート電流を制限する第1の回路要素と、前記駆動パルス信号の立ち下がり時に前記半導体スイッチ素子に流れるゲート電流を制限する第2の回路要素と、前記第1の回路要素に含まれる第1の抵抗要素を制御して、前記ターンオン時間を設定するターンオン時間設定回路と、前記第2の回路要素に含まれる第2の抵抗要素を制御して、前記ターンオフ時間を設定するターンオフ時間設定回路と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, an electric motor driving device according to the present invention is supplied with a first AC voltage from an AC power source, and converts the first AC voltage into a second AC voltage. An electric motor driving device that outputs to an electric motor, wherein a converter circuit that converts the first AC voltage into a DC voltage, a smoothing circuit that smoothes the DC voltage, and an upper and lower circuit in which a semiconductor switch element and a diode are connected in antiparallel One or more pairs of arms are provided, and an inverter circuit that converts the DC voltage into the second AC voltage, a drive circuit that drives the semiconductor switch element, and a motor current that flows through the motor are detected. Based on the current detection circuit and the motor current, the switching generated by switching when the semiconductor switch element is turned on or turned off. Loss, conduction loss caused by conduction of the semiconductor switch element and the diode, iron loss occurring in the iron core of the motor, and copper loss occurring in the primary winding of the motor, calculating the switching loss, the conduction loss, A motor drive control unit that calculates a total loss of the iron loss and the copper loss and controls the total loss to be smaller, and the motor drive control unit includes a turn-on time of the semiconductor switch element and Switching speed control means for controlling at least one of the turn-off times, and the drive circuit restricts a gate current flowing through the semiconductor switch element at a rising edge of a drive pulse signal output from the electric motor drive control unit. 1 circuit element and the semiconductor switch element at the fall of the drive pulse signal A second circuit element for limiting the gate current generated, a turn-on time setting circuit for setting the turn-on time by controlling a first resistance element included in the first circuit element, and the second circuit element to control the second resistive elements contained, and the turn-off time setting circuit which sets the turn-off time, characterized by Rukoto equipped with.

本発明によれば、インバータ回路および電動機に発生する各電力損失の合計値をより小さくすることができる、という効果を奏する。   According to the present invention, there is an effect that the total value of each power loss generated in the inverter circuit and the electric motor can be further reduced.

図1は、実施の形態1にかかる電動機駆動装置の一構成例を示す図である。FIG. 1 is a diagram of a configuration example of the electric motor drive device according to the first embodiment. 図2は、定常状態における半導体スイッチ素子およびダイオードに流れる電流と電圧との関係の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of the relationship between the current and voltage flowing through the semiconductor switch element and the diode in a steady state. 図3は、半導体スイッチ素子の状態と半導体スイッチ素子およびダイオードに電流が流れる期間とを示したタイミングチャートである。FIG. 3 is a timing chart showing the state of the semiconductor switch element and the period during which current flows through the semiconductor switch element and the diode. 図4は、スイッチングパルス変調度、電動機電流、および、コレクタ−エミッタ間飽和電圧の模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram of the switching pulse modulation factor, the motor current, and the collector-emitter saturation voltage. 図5は、駆動回路の内部構成の一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the internal configuration of the drive circuit. 図6は、半導体スイッチ素子のターンオン時およびターンオフ時の過渡状態におけるコレクタ電流およびコレクタ−エミッタ間電圧の変動の一例を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an example of fluctuations in the collector current and the collector-emitter voltage in a transient state when the semiconductor switch element is turned on and turned off. 図7は、実施の形態4にかかる電動機駆動装置の一構成例を示す図である。FIG. 7 is a diagram of a configuration example of the electric motor drive device according to the fourth embodiment. 図8は、半導体スイッチ素子のターンオン時の過渡状態におけるコレクタ電流およびコレクタ−エミッタ間電圧の変動、ならびに、ダイオードに流れる電流および両端電圧の変動の一例を示す模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram illustrating an example of fluctuations in the collector current and the collector-emitter voltage in a transient state when the semiconductor switch element is turned on, and fluctuations in the current flowing through the diode and the voltage across the both ends. 図9は、実施の形態5にかかる電動機駆動装置の一構成例を示す図である。FIG. 9 is a diagram of a configuration example of the electric motor drive device according to the fifth embodiment. 図10は、実施の形態6にかかる空気調和装置の一構成例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration example of an air-conditioning apparatus according to the sixth embodiment.

以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態にかかる電動機駆動装置について説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。   An electric motor drive device according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited by embodiment shown below.

実施の形態1.
図1は、実施の形態1にかかる電動機駆動装置の一構成例を示す図である。図1に示すように、実施の形態1にかかる電動機駆動装置1は、交流電源2および電動機3に接続され、交流電源2から第1の交流電圧が供給され、電動機3を駆動する第2の交流電圧に変換して電動機3に出力する。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram of a configuration example of the electric motor drive device according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the electric motor drive device 1 according to the first exemplary embodiment is connected to an AC power source 2 and an electric motor 3, and is supplied with a first AC voltage from the AC power source 2 to drive the electric motor 3. The AC voltage is converted and output to the motor 3.

電動機駆動装置1は、コンバータ回路4、平滑回路5、インバータ回路6、電流検出回路7、電動機駆動制御部10、および駆動回路20a,20bを備え構成される。   The electric motor drive device 1 includes a converter circuit 4, a smoothing circuit 5, an inverter circuit 6, a current detection circuit 7, an electric motor drive control unit 10, and drive circuits 20a and 20b.

コンバータ回路4は、電動機駆動制御部10からの直流電圧指令値に基づいて、交流電源2から供給される第1の交流電圧を直流電圧に変換する。平滑回路5は、コンバータ回路4の出力電圧を平滑する平滑用コンデンサ5aを備えている。   The converter circuit 4 converts the first AC voltage supplied from the AC power supply 2 into a DC voltage based on the DC voltage command value from the electric motor drive control unit 10. The smoothing circuit 5 includes a smoothing capacitor 5 a that smoothes the output voltage of the converter circuit 4.

インバータ回路6は、半導体スイッチ素子6a,6bおよびダイオード6c,6dを備え、これら半導体スイッチ素子6a,6bおよびダイオード6c,6dで上下一対のアームが構成され、平滑された直流電力を所望の交流電力に変換して電動機3に出力する。なお、インバータ回路6を構成するアームの数は、電動機3の構成によって変わる。例えば、電動機3が三相交流電動機であれば、インバータ回路6は、上限三対のアームと三相の出力を持つフルブリッジ型の回路となる。また、インバータ回路6は、電動機3を駆動するものであれば、どのような構成であってもよい。   The inverter circuit 6 includes semiconductor switch elements 6a and 6b and diodes 6c and 6d. The semiconductor switch elements 6a and 6b and the diodes 6c and 6d constitute a pair of upper and lower arms, and the smoothed DC power is converted into desired AC power. To be output to the electric motor 3. Note that the number of arms constituting the inverter circuit 6 varies depending on the configuration of the electric motor 3. For example, if the motor 3 is a three-phase AC motor, the inverter circuit 6 is a full-bridge circuit having an upper limit of three pairs of arms and a three-phase output. Further, the inverter circuit 6 may have any configuration as long as it drives the electric motor 3.

駆動回路20a,20bは、スイッチング時間制御部15を備え、電動機駆動制御部10からの駆動パルス信号、ターンオン時間指令値、およびターンオフ時間指令値に基づいて、インバータ回路6の半導体スイッチ素子6a,6bを駆動する。   The drive circuits 20a and 20b include a switching time control unit 15, and based on the drive pulse signal, the turn-on time command value, and the turn-off time command value from the electric motor drive control unit 10, the semiconductor switch elements 6a and 6b of the inverter circuit 6 are provided. Drive.

電流検出回路7は、電動機3に流れる電流を検出して電動機駆動制御部10に出力する。なお、電流検出回路7は、例えば、インバータ回路6が三相の出力を持つときは、三相全ての電流を検出するものであってもよいし、三相のうちの任意の二相の電流を検出して他の一相の電流を算出するものであってもよい。もしくは、電流検出回路7を平滑回路5とインバータ回路6との間に設け、平滑回路5とインバータ回路6との間に流れる電流を検出し、インバータ回路6の半導体スイッチ素子の状態に応じて各相の電流を算出するものであってもよい。また、電流検出回路7は、電動機3に流れる電流を検出するものであれば、どのような構成であってもよい。以下、電動機3に流れる電流を「電動機電流」という。   The current detection circuit 7 detects a current flowing through the electric motor 3 and outputs it to the electric motor drive control unit 10. For example, when the inverter circuit 6 has a three-phase output, the current detection circuit 7 may detect all three-phase currents, or any two-phase current out of the three phases. May be detected to calculate another one-phase current. Alternatively, the current detection circuit 7 is provided between the smoothing circuit 5 and the inverter circuit 6, and the current flowing between the smoothing circuit 5 and the inverter circuit 6 is detected, and each current is detected according to the state of the semiconductor switch element of the inverter circuit 6. A phase current may be calculated. The current detection circuit 7 may have any configuration as long as it detects the current flowing through the motor 3. Hereinafter, the current flowing through the motor 3 is referred to as “motor current”.

電動機駆動制御部10は、制御要素制御部11、直流電圧指令生成部12、スイッチング周波数指令生成部13、および駆動パルス信号生成部14を備えている。   The electric motor drive control unit 10 includes a control element control unit 11, a DC voltage command generation unit 12, a switching frequency command generation unit 13, and a drive pulse signal generation unit 14.

制御要素制御部11は、外部からの運転指令と、電流検出回路7から入力された電動機電流に基づいて算出したインバータ回路6および電動機3の損失量とに基づいて、コンバータ回路4が出力する出力電圧値、半導体スイッチ素子6a,6bを駆動する駆動パルス信号のスイッチング周波数、駆動パルス信号の1周期における半導体スイッチ素子6a,6bのオン期間の比率を示すスイッチングパルス変調度、スイッチングパルス変調度の周波数、半導体スイッチ素子6a,6bのターンオンおよびターンオフに要する時間であるターンオン時間およびターンオフ時間を含む各制御要素を制御し、それぞれ、出力電圧値情報、スイッチング周波数情報、スイッチングパルス変調度とその周波数とを含むスイッチングパルス変調度情報、ターンオン時間情報、およびターンオフ時間情報として出力する。なお、制御要素制御部11は、出力電圧値を制御する際には、コンバータ回路出力電圧制御手段として機能し、スイッチング周波数を制御する際には、スイッチング周波数制御手段として機能し、スイッチングパルス変調度およびスイッチングパルス変調度の周波数を制御する際には、スイッチングパルス変調度制御手段として機能し、ターンオン時間およびターンオフ時間を制御する際には、スイッチングスピード制御手段として機能する。   The control element control unit 11 outputs the output from the converter circuit 4 based on the operation command from the outside and the loss amounts of the inverter circuit 6 and the motor 3 calculated based on the motor current input from the current detection circuit 7. Voltage value, switching frequency of drive pulse signal for driving semiconductor switch elements 6a and 6b, switching pulse modulation factor indicating ratio of ON period of semiconductor switch elements 6a and 6b in one cycle of drive pulse signal, frequency of switching pulse modulation factor The control elements including the turn-on time and the turn-off time, which are times required for turning on and turning off the semiconductor switch elements 6a and 6b, are controlled, and the output voltage value information, the switching frequency information, the switching pulse modulation factor and the frequency are respectively controlled. Including switching pulse modulation degree information, tar On-time information, and outputs it as the turn-off time information. The control element control unit 11 functions as a converter circuit output voltage control unit when controlling the output voltage value, and functions as a switching frequency control unit when controlling the switching frequency. When controlling the frequency of the switching pulse modulation degree, it functions as switching pulse modulation degree control means, and when controlling the turn-on time and turn-off time, it functions as switching speed control means.

直流電圧指令生成部12は、制御要素制御部11から出力された出力電圧値情報に基づいて、直流電圧指令値を生成してコンバータ回路4に出力する。   The DC voltage command generation unit 12 generates a DC voltage command value based on the output voltage value information output from the control element control unit 11 and outputs it to the converter circuit 4.

スイッチング周波数指令生成部13は、制御要素制御部11から出力されたスイッチング周波数情報に基づいて、スイッチング周波数指令値を生成して駆動パルス信号生成部14に出力する。   The switching frequency command generation unit 13 generates a switching frequency command value based on the switching frequency information output from the control element control unit 11 and outputs the switching frequency command value to the drive pulse signal generation unit 14.

駆動パルス信号生成部14は、制御要素制御部11から出力されたスイッチングパルス変調度情報およびスイッチング周波数指令生成部13から出力されたスイッチング周波数指令値に基づいて、駆動パルス指令値を生成すると共に、制御要素制御部11から出力されたターンオン時間情報およびターンオフ時間情報に基づいて、ターンオン時間指令値およびターンオフ時間指令値を生成して、駆動パルス指令値およびターンオフ時間指令値を駆動回路20a,20bに出力する。   The drive pulse signal generation unit 14 generates a drive pulse command value based on the switching pulse modulation degree information output from the control element control unit 11 and the switching frequency command value output from the switching frequency command generation unit 13, and Based on the turn-on time information and the turn-off time information output from the control element control unit 11, a turn-on time command value and a turn-off time command value are generated, and the drive pulse command value and the turn-off time command value are sent to the drive circuits 20a and 20b. Output.

つぎに、実施の形態1にかかる電動機駆動装置1の動作について説明する。上述したように、制御要素制御部11は、外部からの運転指令と、電流検出回路7から入力された電動機電流に基づいて算出したインバータ回路6および電動機3の損失量とに基づいて、コンバータ回路4が出力する出力電圧値、半導体スイッチ素子6a,6bを駆動する駆動パルス信号のスイッチング周波数、駆動パルス信号の1周期における半導体スイッチ素子6a,6bのオン期間の比率を示すスイッチングパルス変調度、半導体スイッチ素子6a,6bのターンオンおよびターンオフに要する時間であるターンオン時間およびターンオフ時間を制御する。つまり、本実施の形態では、制御要素制御部11は、インバータ回路6および電動機3の各損失量を合計した合計損失が小さくなるように、出力電圧値、スイッチング周波数、スイッチングパルス変調度、ターンオン時間およびターンオフ時間を含む各制御要素を制御する。   Next, the operation of the electric motor drive device 1 according to the first embodiment will be described. As described above, the control element control unit 11 converts the converter circuit based on the operation command from the outside and the loss amounts of the inverter circuit 6 and the motor 3 calculated based on the motor current input from the current detection circuit 7. 4 outputs an output voltage value, a switching frequency of a driving pulse signal for driving the semiconductor switching elements 6a and 6b, a switching pulse modulation factor indicating a ratio of an ON period of the semiconductor switching elements 6a and 6b in one cycle of the driving pulse signal, a semiconductor The turn-on time and the turn-off time, which are times required for turning on and turning off the switch elements 6a and 6b, are controlled. In other words, in the present embodiment, the control element control unit 11 outputs the output voltage value, the switching frequency, the switching pulse modulation factor, the turn-on time so that the total loss obtained by adding up the loss amounts of the inverter circuit 6 and the electric motor 3 is reduced. And control each control element including turn-off time.

制御要素制御部11は、電流検出回路7から入力された電動機電流に基づいて、インバータ回路6の半導体スイッチ素子6a,6bおよびダイオード6c,6dに発生する導通損失、スイッチング損失、電動機3の巻線に発生する銅損、電動機3に発生する鉄損を計算し、それらの合計損失を求める。   Based on the motor current input from the current detection circuit 7, the control element control unit 11 conducts conduction loss, switching loss, and winding of the motor 3 generated in the semiconductor switch elements 6 a and 6 b and the diodes 6 c and 6 d of the inverter circuit 6. The copper loss occurring in the motor and the iron loss occurring in the motor 3 are calculated, and the total loss is obtained.

まず、導通損失の計算手法について説明する。本実施の形態では、半導体スイッチ素子6a,6bおよびダイオード6c,6dの導通により生じる1秒あたりの損失量を導通損失とする。図2は、定常状態における半導体スイッチ素子およびダイオードに流れる電流と電圧との関係の一例を示す図である。図2(a)は、半導体スイッチ素子のコレクタ電流Icとコレクタ−エミッタ間飽和電圧Vce(sat)との関係を示すIc−Vce(sat)特性の一例を示し、図2(b)は、ダイオードの順方向電流Ifと順方向電圧Vfとの関係を示すIf−Vf特性の一例を示している。半導体スイッチ素子6a,6bにオン信号を与えコレクタ電流Icが流れると、Icの電流値に応じたコレクタ−エミッタ間飽和電圧Vce(sat)が発生する。半導体スイッチ素子6a,6bにはIcとVce(sat)の積が導通損失として発生する。同様に、ダイオード6c,6dに順方向電流Ifが流れると、Ifの電流値に応じた順方向電圧Vfがアノード−カソード間に発生することから、ダイオード6c,6dにはIfとVfの積が導通損失として発生する。   First, the conduction loss calculation method will be described. In the present embodiment, the loss per second caused by the conduction of the semiconductor switch elements 6a and 6b and the diodes 6c and 6d is defined as the conduction loss. FIG. 2 is a diagram showing an example of the relationship between the current and voltage flowing through the semiconductor switch element and the diode in a steady state. FIG. 2A shows an example of Ic-Vce (sat) characteristics indicating the relationship between the collector current Ic of the semiconductor switch element and the collector-emitter saturation voltage Vce (sat), and FIG. 2 shows an example of an If-Vf characteristic indicating the relationship between the forward current If and the forward voltage Vf. When an on signal is applied to the semiconductor switch elements 6a and 6b and a collector current Ic flows, a collector-emitter saturation voltage Vce (sat) corresponding to the current value of Ic is generated. In the semiconductor switch elements 6a and 6b, a product of Ic and Vce (sat) is generated as a conduction loss. Similarly, when a forward current If flows through the diodes 6c and 6d, a forward voltage Vf corresponding to the current value of If is generated between the anode and the cathode, so that the product of If and Vf is present in the diodes 6c and 6d. Occurs as conduction loss.

半導体スイッチ素子6a,6b、ダイオード6c,6dに、それぞれ時間Tだけ電流が流れたとき、半導体スイッチ素子6a,6bに発生する損失量Ecs、ダイオード6c,6dに発生する損失量Ecdはそれぞれ下記(1),(2)式で表すことができる。   When current flows through the semiconductor switch elements 6a and 6b and the diodes 6c and 6d for the time T, the loss amount Ecs generated in the semiconductor switch elements 6a and 6b and the loss amount Ecd generated in the diodes 6c and 6d are respectively ( It can be expressed by the formulas 1) and (2).

Ecs=Ic×Vce(sat)×T …(1)   Ecs = Ic × Vce (sat) × T (1)

Ecd=If×Vf×T …(2)   Ecd = If × Vf × T (2)

図3は、半導体スイッチ素子の状態と半導体スイッチ素子およびダイオードに電流が流れる期間とを示したタイミングチャートである。図3(a)は、電動機電流Iaが正である場合のタイミングチャートを示し、図3(b)は、電動機電流Iaが負である場合のタイミングチャートを示し、それぞれ駆動パルス信号の1周期にわたり示している。ここで、電動機電流Iaが正(Ia>0)とは、電動機3に流れる電流の方向がインバータ回路6から電動機3への向きであるときとし、電動機電流Iaが負(Ia<0)とは、電動機3に流れる電流の方向が電動機3からインバータ回路6への向きであるときとする。なお、この電動機電流Iaの符号については、以降の説明においても同様とする。また、以降の説明では、駆動パルス信号の1周期に相当する時間を、「スイッチング周期Tc」という。   FIG. 3 is a timing chart showing the state of the semiconductor switch element and the period during which current flows through the semiconductor switch element and the diode. FIG. 3 (a) shows a timing chart when the motor current Ia is positive, and FIG. 3 (b) shows a timing chart when the motor current Ia is negative, each over one cycle of the drive pulse signal. Show. Here, the motor current Ia is positive (Ia> 0) when the direction of the current flowing through the motor 3 is the direction from the inverter circuit 6 to the motor 3, and the motor current Ia is negative (Ia <0). Suppose that the direction of the current flowing through the motor 3 is the direction from the motor 3 to the inverter circuit 6. Note that the reference numeral of the motor current Ia is the same in the following description. In the following description, a time corresponding to one cycle of the drive pulse signal is referred to as “switching cycle Tc”.

通常、インバータ回路6の制御では、スイッチング周期Tcの間に、半導体スイッチ素子6aがオンとなる期間と、半導体スイッチ素子6bがオンとなる期間とを設ける。このとき、半導体スイッチ素子6a,6bの一方がオンとなり、両方が同時にオンとなる期間を設けることはない。ここで、あるスイッチング周期Tcにおける半導体スイッチ素子6aのオン期間の比率、つまり、図3(a)に示す例において、あるスイッチング周期Tcにおけるスイッチングパルス変調度Daを「Duty」とすると、半導体スイッチ素子6aのオン期間Tca、および、半導体スイッチ素子6bのオン期間Tcbは、それぞれ下記(3),(4)式で表すことができる。   Normally, in the control of the inverter circuit 6, a period during which the semiconductor switch element 6a is turned on and a period during which the semiconductor switch element 6b is turned on are provided during the switching cycle Tc. At this time, there is no period in which one of the semiconductor switch elements 6a and 6b is turned on and both are turned on simultaneously. Here, when the ratio of the ON period of the semiconductor switching element 6a in a certain switching period Tc, that is, in the example shown in FIG. 3A, the switching pulse modulation degree Da in a certain switching period Tc is “Duty”, the semiconductor switching element The ON period Tca of 6a and the ON period Tcb of the semiconductor switch element 6b can be expressed by the following equations (3) and (4), respectively.

Tca=Tc×Duty …(3)   Tca = Tc × Duty (3)

Tcb=Tc×(1−Duty) …(4)   Tcb = Tc × (1-Duty) (4)

Iaが正値(Ia>0)のとき(図3(a)参照)、半導体スイッチ素子6aのオン期間では、半導体スイッチ素子6aが導通して電流が流れ、半導体スイッチ素子6bのオン期間では、ダイオード6dが導通して電流が流れる。よって、インバータ回路6でスイッチング周期Tcにわたって発生する損失量Ecc(Ia>0)は、下記(5)式で表すことができる。   When Ia is a positive value (Ia> 0) (see FIG. 3A), in the on period of the semiconductor switch element 6a, the semiconductor switch element 6a conducts and current flows, and in the on period of the semiconductor switch element 6b, The diode 6d conducts and current flows. Therefore, the loss amount Ecc (Ia> 0) generated in the inverter circuit 6 over the switching cycle Tc can be expressed by the following equation (5).

Ecc(Ia>0)=Ic×Vce(sat)×Tca+If×Vf×Tcb
=Ic×Vce(sat)×Tc×Duty
+If×Vf×Tc×(1−Duty) …(5)
Ecc (Ia> 0) = Ic × Vce (sat) × Tca + If × Vf × Tcb
= Ic x Vce (sat) x Tc x Duty
+ If × Vf × Tc × (1-Duty) (5)

Iaが負値(Ia<0)のとき(図3(b)参照)、半導体スイッチ素子6aのオン期間では、ダイオード6cが導通して電流が流れ、半導体スイッチ素子6bのオン期間では、半導体スイッチ素子6bが導通して電流が流れる。よって、インバータ回路6でスイッチング周期Tcにわたって発生する損失量Ecc(Ia<0)は、下記(6)式で表すことができる。   When Ia is a negative value (Ia <0) (see FIG. 3B), the diode 6c conducts in the on period of the semiconductor switch element 6a and current flows, and in the on period of the semiconductor switch element 6b, the semiconductor switch Element 6b conducts and current flows. Therefore, the loss amount Ecc (Ia <0) generated in the inverter circuit 6 over the switching cycle Tc can be expressed by the following equation (6).

Ecc(Ia<0)=Ic×Vce(sat)×Tcb+If×Vf×Tca
=Ic×Vce(sat)×Tc×(1−Duty)
+If×Vf×Tc×Duty …(6)
Ecc (Ia <0) = Ic * Vce (sat) * Tcb + If * Vf * Tca
= Ic * Vce (sat) * Tc * (1-Duty)
+ If × Vf × Tc × Duty (6)

ここで、Vce(sat)は、図2(a)に示すIc−Vce(sat)特性に基づいて、Icにより決まる。また、Vfは、図2(b)に示すIf−Vf特性に基づいて、Ifにより決まる。IcおよびIfは、いずれも電動機電流Iaの瞬時値であるので、制御要素制御部11があらかじめ図2に示したIc−Vce(sat)特性およびIf−Vf特性をテーブル等によって保持しておくことにより、IaよりVce(sat)およびVfを求めることができる。つまり、制御要素制御部11は、自身が制御するスイッチングパルス変調度Daと、電流検出回路7から入力された電動機電流Iaと、あらかじめ保持したIc−Vce(sat)特性およびIf−Vf特性により、スイッチング周期Tc毎の損失量を求めることができる。   Here, Vce (sat) is determined by Ic based on the Ic-Vce (sat) characteristic shown in FIG. Vf is determined by If based on the If-Vf characteristic shown in FIG. Since Ic and If are both instantaneous values of the motor current Ia, the control element control unit 11 holds the Ic-Vce (sat) characteristic and If-Vf characteristic shown in FIG. Thus, Vce (sat) and Vf can be obtained from Ia. That is, the control element control unit 11 uses the switching pulse modulation degree Da controlled by itself, the motor current Ia input from the current detection circuit 7, and the Ic-Vce (sat) characteristic and If-Vf characteristic held in advance. The amount of loss for each switching period Tc can be obtained.

したがって、このスイッチング周期Tc毎の損失量を逐一計算し、スイッチング周期Tcに対して十分に長い任意の期間にわたって加算してその期間で除することにより、半導体スイッチ素子6a,6bおよびダイオード6c,6dの導通により生じる1秒あたりの平均的な発生損失量、すなわちインバータ回路6で発生する導通損失を得ることができる。   Therefore, the loss amount for each switching period Tc is calculated one by one, added over an arbitrary period sufficiently long with respect to the switching period Tc, and then divided by that period, so that the semiconductor switch elements 6a and 6b and the diodes 6c and 6d are obtained. It is possible to obtain an average generated loss amount per second caused by the conduction, that is, a conduction loss generated in the inverter circuit 6.

また、上記した導通損失の計算では、スイッチング周期Tc毎の損失量を逐一計算して1秒あたりの損失量を求めて導通損失としたが、任意の期間にわたる損失量を概算して導通損失を求めてもよい。以下の説明では、電動機電流Iaもしくはスイッチングパルス変調度Daの1周期Taにおいて半導体スイッチ素子6a,6bおよびダイオード6c,6dの導通により生じる損失量を求め、電動機電流Iaもしくはスイッチングパルス変調度Daの周波数faを乗じて導通損失を求める手法について説明する。   In the above calculation of the conduction loss, the loss amount for each switching period Tc is calculated one by one and the loss amount per second is obtained as the conduction loss. However, the conduction loss is estimated by estimating the loss amount over an arbitrary period. You may ask for it. In the following description, the amount of loss caused by conduction of the semiconductor switch elements 6a and 6b and the diodes 6c and 6d in one cycle Ta of the motor current Ia or the switching pulse modulation degree Da is obtained, and the frequency of the motor current Ia or the switching pulse modulation degree Da is obtained. A method of obtaining the conduction loss by multiplying fa will be described.

図4は、スイッチングパルス変調度、電動機電流、および、コレクタ−エミッタ間飽和電圧の模式図である。図4において、実線で示す線は電動機電流Iaを示し、破線で示す線はコレクタ−エミッタ間飽和電圧Vce(sat)を示し、一点鎖線で示す線は正弦波近似したスイッチングパルス変調度Daを示している。スイッチングパルス変調度Daは、(3)〜(6)式のDutyと同等であり、そのピーク値もしくは実効値を模擬的に表すものである。なお、図4では、ダイオード6c,6dの順方向電圧Vfは示していないが、コレクタ−エミッタ間飽和電圧Vceと概ね同等の傾向を示す。   FIG. 4 is a schematic diagram of the switching pulse modulation factor, the motor current, and the collector-emitter saturation voltage. In FIG. 4, the solid line indicates the motor current Ia, the broken line indicates the collector-emitter saturation voltage Vce (sat), and the alternate long and short dash line indicates the switching pulse modulation degree Da approximated by a sine wave. ing. The switching pulse modulation degree Da is equivalent to the duty in the equations (3) to (6) and represents the peak value or effective value in a simulated manner. In FIG. 4, the forward voltage Vf of the diodes 6c and 6d is not shown, but shows a tendency substantially equal to the collector-emitter saturation voltage Vce.

電動機電流Iaの瞬時値が、例えば、正弦波の関数として表現可能であれば、電動機電流Iaの瞬時値、そのときの半導体スイッチ素子6a,6bのコレクタ−エミッタ間飽和電圧Vce(sat)の瞬時値およびダイオード6c,6dの順方向電圧Vfの瞬時値は、それぞれ時間tの関数もしくはテーブルとして表現できる。また、スイッチングパルス変調度Daは、電動機3の特性により電動機電流Iaと一定の位相差を持つ交流値であるので、電動機電流Iaの瞬時値の位相差による関数として表現することにより簡略化できる。   If the instantaneous value of the motor current Ia can be expressed as a function of a sine wave, for example, the instantaneous value of the motor current Ia and the instantaneous collector-emitter saturation voltage Vce (sat) of the semiconductor switch elements 6a and 6b at that time The value and the instantaneous value of the forward voltage Vf of the diodes 6c and 6d can be expressed as a function or table of time t, respectively. Further, since the switching pulse modulation degree Da is an AC value having a certain phase difference from the motor current Ia due to the characteristics of the motor 3, it can be simplified by expressing it as a function by the phase difference of the instantaneous value of the motor current Ia.

したがって、IA(t)を時刻tにおける電動機電流Iaの瞬時値、DA(t)を時刻tにおけるスイッチングパルス変調度Daの瞬時値、Vce(IA(t))を瞬時値IA(t)における半導体スイッチ素子6a,6bのコレクタ−エミッタ間飽和電圧Vce(sat)の瞬時値、Vf(IA(t))を瞬時値IA(t)におけるダイオード6c,6dの順方向電圧Vfの瞬時値とすると、電動機電流Iaの1周期に対し、Iaが正である半周期において、半導体スイッチ素子6a,6bおよびダイオード6c,6dの導通により生じる損失量は、下記の(7)式で表すことができ、Iaが負である半周期において、半導体スイッチ素子6a,6bおよびダイオード6c,6dの導通により生じる損失量は、下記の(8)式で表すことができる。   Therefore, IA (t) is the instantaneous value of the motor current Ia at time t, DA (t) is the instantaneous value of the switching pulse modulation degree Da at time t, and Vce (IA (t)) is the semiconductor at the instantaneous value IA (t). When the instantaneous value of the collector-emitter saturation voltage Vce (sat) of the switch elements 6a and 6b and Vf (IA (t)) are the instantaneous values of the forward voltages Vf of the diodes 6c and 6d at the instantaneous value IA (t), The amount of loss caused by the conduction of the semiconductor switch elements 6a and 6b and the diodes 6c and 6d in a half cycle in which Ia is positive with respect to one period of the motor current Ia can be expressed by the following equation (7): In the half cycle when is negative, the loss caused by conduction of the semiconductor switch elements 6a and 6b and the diodes 6c and 6d can be expressed by the following equation (8). Kill.

Figure 0005656695
Figure 0005656695

Figure 0005656695
Figure 0005656695

(7)式および(8)式は、電動機電流Iaを基準として各半周期の損失量を計算する数式であるので、(7)式と(8)式とを合算することにより、電動機電流Iaの1周期分の損失量を得ることができる。また、スイッチングパルス変調度Daと電動機電流Iaとが一定の位相差を持つため、(7)式と(8)式との合算値をスイッチングパルス変調度Daの1周期Ta分の損失量として差し支えはない。また、電動機電流Iaが正である半周期における波形と、電動機電流Iaが負である半周期における波形とが対称である場合には、(7)式の計算結果と(8)式の計算結果とが同一となるため、いずれか一方の計算結果を2倍して電動機電流Iaもしくはスイッチングパルス変調度Daの1周期Ta分の損失量としても差し支えはない。つまり、制御要素制御部11は、自身が制御するスイッチングパルス変調度Daおよびスイッチングパルス変調度Daの周期Taと、電流検出回路7から入力された電動機電流Iaと、あらかじめ保持したIc−Vce(sat)特性およびIf−Vf特性により、スイッチングパルス変調度Daの1周期Ta分の損失量を求めることができる。   Since the equations (7) and (8) are equations for calculating the amount of loss in each half cycle based on the motor current Ia, the motor current Ia is calculated by adding the equations (7) and (8). The amount of loss for one cycle can be obtained. Further, since the switching pulse modulation degree Da and the motor current Ia have a certain phase difference, the sum of the expressions (7) and (8) may be used as the loss amount for one cycle Ta of the switching pulse modulation degree Da. There is no. When the waveform in the half cycle in which the motor current Ia is positive and the waveform in the half cycle in which the motor current Ia is negative are symmetric, the calculation result of the equation (7) and the calculation result of the equation (8) Therefore, the loss amount corresponding to one cycle Ta of the motor current Ia or the switching pulse modulation degree Da can be obtained by doubling one of the calculation results. That is, the control element control unit 11 controls the switching pulse modulation degree Da and the period Ta of the switching pulse modulation degree Da that it controls, the motor current Ia input from the current detection circuit 7, and Ic−Vce (sat previously held. ) Characteristics and If-Vf characteristics, the loss amount for one period Ta of the switching pulse modulation degree Da can be obtained.

したがって、上記した(7),(8)式によりスイッチングパルス変調度Daの1周期Ta分の損失量を得た場合には、その損失量にスイッチングパルス変調度Daの周波数faを乗じることにより、半導体スイッチ素子6a,6bおよびダイオード6c,6dの導通により生じる1秒あたりの発生損失量、すなわちインバータ回路6で発生する導通損失を得ることができる。また、電動機電流Iaの位相は、電動機3に与える第2の交流電圧の位相と等しいため、(7)式と(8)式との合算値は、電動機3に与える第2の交流電圧の1周期にわたる損失量と等しい。したがって、この第2の交流電圧の1周期にわたる損失量の平均値を求め、求めた平均値を第2の交流電圧の周波数、つまり、第2の交流電圧と一定の位相差を持つスイッチングパルス変調度Daの周波数faを乗じて、インバータ回路6で発生する導通損失を得ることも可能である。   Therefore, when the loss amount for one period Ta of the switching pulse modulation degree Da is obtained by the above-described equations (7) and (8), the loss amount is multiplied by the frequency fa of the switching pulse modulation degree Da, The amount of loss generated per second caused by the conduction of the semiconductor switch elements 6a and 6b and the diodes 6c and 6d, that is, the conduction loss generated in the inverter circuit 6 can be obtained. Further, since the phase of the motor current Ia is equal to the phase of the second AC voltage applied to the motor 3, the sum of the formulas (7) and (8) is 1 of the second AC voltage applied to the motor 3. Equal to the amount of loss over the period. Therefore, the average value of the loss amount over one cycle of the second AC voltage is obtained, and the obtained average value is used as the frequency of the second AC voltage, that is, switching pulse modulation having a constant phase difference from the second AC voltage. It is also possible to obtain the conduction loss generated in the inverter circuit 6 by multiplying the frequency fa of the degree Da.

この導通損失については、スイッチングパルス変調度Daを制御することにより変動させることができる。つまり、上記した(5),(6)式あるいは(7),(8)式より、スイッチングパルス変調度Daをより小さくすれば、導通損失をより低減させることができる。   This conduction loss can be varied by controlling the switching pulse modulation degree Da. That is, the conduction loss can be further reduced if the switching pulse modulation degree Da is further reduced from the above-described equations (5), (6) or (7), (8).

なお、上記の説明により得られる導通損失は、電動機3が図1に示す単相交流電動機であり、インバータ回路6が上下一対のアームで構成されている場合の導通損失である。電動機3が三相交流電動機である場合には、インバータ回路6は、三対のアームと三相の出力を持つフルブリッジ型の回路となるので、その出力相毎に計算した導通損失を合計してインバータ回路6全体の導通損失を計算するか、あるいは、出力相毎に発生する導通損失が全てのアームで均一であると見做して、上下一対のアームの導通損失に相数を乗じてインバータ回路6全体の導通損失を計算すればよい。   The conduction loss obtained by the above description is a conduction loss when the motor 3 is the single-phase AC motor shown in FIG. 1 and the inverter circuit 6 is composed of a pair of upper and lower arms. When the motor 3 is a three-phase AC motor, the inverter circuit 6 is a full-bridge type circuit having three pairs of arms and three-phase outputs. Therefore, the conduction loss calculated for each output phase is totaled. Calculating the conduction loss of the entire inverter circuit 6 or assuming that the conduction loss generated for each output phase is uniform in all arms and multiplying the conduction loss of the upper and lower pair of arms by the number of phases. What is necessary is just to calculate the conduction loss of the whole inverter circuit 6.

つぎに、スイッチング損失の計算手法について説明する。本実施の形態では、半導体スイッチ素子6a,6bのターンオン時およびターンオフ時のスイッチングにより生じる1秒あたりの損失量をスイッチング損失とする。図5は、駆動回路の内部構成の一例を示す図である。なお、駆動回路20a,20bの内部構成は同一であるので、図5に示す例では、駆動回路20aの内部構成を示している。   Next, a switching loss calculation method will be described. In the present embodiment, the amount of loss per second caused by switching at the time of turn-on and turn-off of the semiconductor switch elements 6a and 6b is defined as a switching loss. FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the internal configuration of the drive circuit. Since the internal configurations of the drive circuits 20a and 20b are the same, the example shown in FIG. 5 shows the internal configuration of the drive circuit 20a.

図5に示すように、駆動回路20aは、ターンオン時間設定回路21およびターンオフ時間設定回路22を含むスイッチング時間設定部15を備えている。駆動回路20aは、半導体スイッチ素子6aが例えば絶縁ゲート型バイポーラトランジスタである場合、ターンオン時のスイッチングでは、半導体スイッチ素子6aのゲート端子にゲート−エミッタ間電圧Vgeを印加してゲート電流Igを流し始めることによりコレクタ電流Icが流れ始め、ターンオフ時のスイッチングでは、ゲート−エミッタ間電圧Vgeをオフとしてゲート電流Igを流し終えることによりコレクタ電流Icが停止する。図5に示すように、半導体スイッチ素子6aは、ゲート端子とコレクタ端子との間に寄生容量CGを有しているため、ゲート電流Igを急峻に流し始めるもしくは急峻に流し終えようとすると、ゲート電流Igの高周波成分がゲート端子−コレクタ端子間の寄生インダクタンスを通過して寄生容量CGに蓄積される電荷がゲート電流Igに引き込まれて寄生容量CGの両端電圧が振動し、コレクタ−エミッタ間に過大なサージ電圧や振動電圧を発生させる虞がある。   As shown in FIG. 5, the drive circuit 20 a includes a switching time setting unit 15 including a turn-on time setting circuit 21 and a turn-off time setting circuit 22. When the semiconductor switch element 6a is, for example, an insulated gate bipolar transistor, the drive circuit 20a applies the gate-emitter voltage Vge to the gate terminal of the semiconductor switch element 6a and starts to flow the gate current Ig when switching at turn-on. Thus, the collector current Ic starts to flow, and in the switching at the turn-off, the collector current Ic is stopped by turning off the gate-emitter voltage Vge and finishing the flow of the gate current Ig. As shown in FIG. 5, since the semiconductor switch element 6a has a parasitic capacitance CG between the gate terminal and the collector terminal, if the gate current Ig starts to flow sharply or finishes flowing sharply, The high-frequency component of the current Ig passes through the parasitic inductance between the gate terminal and the collector terminal, the charge accumulated in the parasitic capacitance CG is drawn into the gate current Ig, the voltage across the parasitic capacitance CG vibrates, and the collector-emitter There is a risk of generating an excessive surge voltage or vibration voltage.

一般に、このようなゲート電流Igの急峻な変動を制限するため、ゲート端子に直列に電流制限用の回路要素を設けている。本実施の形態では、図5に示すように、ターンオン時におけるゲート電流Igの変動量を制限する回路要素23aと、ターンオフ時におけるゲート電流Igの変動量を制限する回路要素23bとが並列に接続され構成される。また、回路要素23a,23bは、それぞれ抵抗要素を含む構成とし、ゲート電流の流し始めと流し終わりをそれぞれ区別して制限することから、抵抗要素に加えて、例えばダイオード等の整流要素を含んでいる。   Generally, in order to limit such a steep fluctuation of the gate current Ig, a current limiting circuit element is provided in series with the gate terminal. In the present embodiment, as shown in FIG. 5, a circuit element 23a for limiting the amount of fluctuation of the gate current Ig at turn-on and a circuit element 23b for limiting the amount of fluctuation of the gate current Ig at turn-off are connected in parallel. Configured. The circuit elements 23a and 23b are each configured to include a resistance element, and each of the circuit elements 23a and 23b includes a rectifying element such as a diode in addition to the resistance element because the start and end of the flow of the gate current are distinguished and limited. .

図6は、半導体スイッチ素子のターンオン時およびターンオフ時の過渡状態におけるコレクタ電流およびコレクタ−エミッタ間電圧の変動の一例を示す模式図である。図6(a)は、ターンオン時におけるコレクタ電流Icおよびコレクタ−エミッタ間電圧VCEの変動を示し、図6(b)は、ターンオフ時におけるコレクタ電流Icおよびコレクタ−エミッタ間電圧VCEの変動を示している。   FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an example of fluctuations in the collector current and the collector-emitter voltage in a transient state when the semiconductor switch element is turned on and turned off. FIG. 6A shows the fluctuation of the collector current Ic and the collector-emitter voltage VCE at the turn-on time, and FIG. 6B shows the fluctuation of the collector current Ic and the collector-emitter voltage VCE at the turn-off time. Yes.

図6に示すように、ゲート電流Igの変動量に制限を設けることにより、コレクタ電流Icの流れ始めで0から一定の電流値に変化するまでに要する時間、つまり、半導体スイッチ素子6a,6bのターンオンに要する時間であるターンオン時間Tonと、Icの流れ終わりで一定の電流値から0に変化するまでに要する時間、つまり、半導体スイッチ素子6a,6bのターンオフに要する時間であるターンオフ時間Toffとがそれぞれ設けられる。また、半導体スイッチ素子6aがオフ状態であるときのコレクタ−エミッタ間電圧VCEは、コンバータ回路4が出力する出力電圧値VDCと同値となる。   As shown in FIG. 6, by limiting the amount of fluctuation of the gate current Ig, the time required to change from 0 to a constant current value at the beginning of the collector current Ic, that is, the semiconductor switch elements 6a and 6b A turn-on time Ton, which is a time required for turn-on, and a time required to change from a constant current value to 0 at the end of the flow of Ic, that is, a turn-off time Toff, which is a time required for turning off the semiconductor switch elements 6a and 6b. Each is provided. Further, the collector-emitter voltage VCE when the semiconductor switch element 6a is in the OFF state is the same value as the output voltage value VDC output from the converter circuit 4.

ターンオン時間設定回路21は、駆動パルス信号生成部14から出力されたターンオン時間指令値に基づいて、回路要素23aに含まれる抵抗要素を変動させることにより、駆動パルス信号の立ち上がり時間が調整され、ターンオン時間Tonが設定される。また、ターンオフ時間設定回路22は、駆動パルス信号生成部14から出力されたターンオフ時間指令値に基づいて、回路要素23bに含まれる抵抗要素を変動させることにより、駆動パルス信号の立ち下がり時間が調整され、ターンオフ時間Toffが設定される。   The turn-on time setting circuit 21 adjusts the rise time of the drive pulse signal by changing the resistance element included in the circuit element 23 a based on the turn-on time command value output from the drive pulse signal generation unit 14. Time Ton is set. The turn-off time setting circuit 22 adjusts the fall time of the drive pulse signal by changing the resistance element included in the circuit element 23b based on the turn-off time command value output from the drive pulse signal generation unit 14. The turn-off time Toff is set.

図6に示すように、ターンオン時間Tonとなる期間(以下、「ターンオン期間」という)およびターンオフ時間Toffとなる期間(以下、「ターンオフ期間」という)におけるコレクタ電流Icおよびコレクタ−エミッタ間電圧VCEの変動は、概ね直線的に近似できる。これらのターンオン期間およびターンオフ期間の過渡状態では、コレクタ電流Icおよびコレクタ−エミッタ間電圧VCEが共にゼロではないため、半導体スイッチ素子6a,6bには、コレクタ電流Icとコレクタ−エミッタ間電圧VCEとによる電力損失が発生する。ここで、ターンオン期間における損失量をEon、ターンオフ期間における損失量をEoffとすると、1回のターンオン動作により発生する損失量Eonは、下記の(9)式で表すことができ、1回のターンオフ動作により発生する損失量Eoffは、下記の(10)式で表すことができる。   As shown in FIG. 6, the collector current Ic and the collector-emitter voltage VCE during the turn-on time Ton (hereinafter referred to as “turn-on period”) and the turn-off time Toff (hereinafter referred to as “turn-off period”). The fluctuation can be approximated approximately linearly. In the transient state of these turn-on periods and turn-off periods, the collector current Ic and the collector-emitter voltage VCE are not zero, so that the semiconductor switch elements 6a and 6b are affected by the collector current Ic and the collector-emitter voltage VCE. Power loss occurs. Here, assuming that the loss amount in the turn-on period is Eon and the loss amount in the turn-off period is Eoff, the loss amount Eon generated by one turn-on operation can be expressed by the following equation (9). The loss amount Eoff generated by the operation can be expressed by the following equation (10).

Figure 0005656695
Figure 0005656695

Figure 0005656695
Figure 0005656695

ここで、コレクタ電流Icは、電動機電流Iaの瞬時値であり、出力電圧値VDCは、直流電圧指令生成部12が出力する直流電圧指令値に基づいて、コンバータ回路4が出力する出力電圧値である。つまり、制御要素制御部11は、自身が制御する出力電圧値VDC、ターンオン時間Tonおよびターンオフ時間Toffと、電流検出回路7から入力された電動機電流Iaとにより、損失量Eon,Eoffを求めることができる。   Here, the collector current Ic is an instantaneous value of the motor current Ia, and the output voltage value VDC is an output voltage value output from the converter circuit 4 based on a DC voltage command value output from the DC voltage command generator 12. is there. That is, the control element control unit 11 obtains the loss amounts Eon and Eoff from the output voltage value VDC controlled by itself, the turn-on time Ton and the turn-off time Toff, and the motor current Ia input from the current detection circuit 7. it can.

図3に示すように、スイッチング周期Tcの期間において、電動機電流Iaが正値(Ia>0)である場合には、半導体スイッチ素子6aにおいてターンオンおよびターンオフがそれぞれ1回ずつ発生し、電動機電流Iaが負値(Ia<0)である場合には、半導体スイッチ素子6bにおいてターンオンおよびターンオフがそれぞれ1回ずつ発生する。したがって、1秒間では、スイッチング周期Tcの回数、すなわちスイッチング周波数fc回のEonとEoffとがそれぞれ発生する。一般に、電動機3を安定して制御するためには、スイッチング周波数fcは、スイッチングパルス変調度Daの周波数faに対して十分に大きい周波数とする必要がある。このように、スイッチング周波数fcがスイッチングパルス変調度の周波数faに対して十分に大きい周波数である場合には、半導体スイッチ素子6a,6bのターンオン時およびターンオフ時のスイッチングにより生じる1秒あたりの発生損失量は、スイッチング周波数fcにほぼ比例する。   As shown in FIG. 3, when the motor current Ia is a positive value (Ia> 0) in the period of the switching period Tc, the semiconductor switch element 6a is turned on and off once, and the motor current Ia Is a negative value (Ia <0), turn-on and turn-off occur once each in the semiconductor switch element 6b. Therefore, in 1 second, the number of times of the switching period Tc, that is, Eon and Eoff of the switching frequency fc are generated. Generally, in order to control the electric motor 3 stably, the switching frequency fc needs to be a frequency sufficiently higher than the frequency fa of the switching pulse modulation degree Da. As described above, when the switching frequency fc is sufficiently higher than the frequency fa of the switching pulse modulation degree, the generated loss per second caused by switching when the semiconductor switch elements 6a and 6b are turned on and turned off. The quantity is approximately proportional to the switching frequency fc.

したがって、上記した(9),(10)式により得たスイッチング周期Tc毎の損失量を逐一計算し、スイッチング周期Tcに対して十分に長い任意の期間にわたって加算してその期間で除することにより、半導体スイッチ素子6a,6bのターンオン時およびターンオフ時のスイッチングにより生じる1秒あたりの平均的な発生損失量、すなわちインバータ回路6で発生するスイッチング損失を得ることができる。   Therefore, the loss amount for each switching period Tc obtained by the above equations (9) and (10) is calculated one by one, added over an arbitrary period sufficiently long with respect to the switching period Tc, and divided by that period. Thus, it is possible to obtain an average generated loss amount per second generated by switching at the turn-on time and turn-off time of the semiconductor switch elements 6a and 6b, that is, a switching loss generated in the inverter circuit 6.

あるいは、スイッチング損失は、スイッチング周波数fcに比例するため、スイッチング周期Tcの1周期分の損失量にスイッチング周波数fcを乗じることにより、スイッチング損失を得ることも可能である。   Alternatively, since the switching loss is proportional to the switching frequency fc, the switching loss can be obtained by multiplying the amount of loss for one cycle of the switching cycle Tc by the switching frequency fc.

このスイッチング損失は、出力電圧値VDC、スイッチング周波数fc、ターンオン時間Ton、およびターンオフ時間Toffを制御することにより変動させることができる。つまり、上記した(9),(10)式より、出力電圧値VDCをより低く、ターンオン時間Tonおよびターンオフ時間Toffをより短くすれば、スイッチング損失をより低減させることができる。あるいは、スイッチング損失は、スイッチング周波数fcに比例するため、スイッチング周波数fcをより小さくしても、スイッチング損失をより低減させることができる。   This switching loss can be varied by controlling the output voltage value VDC, the switching frequency fc, the turn-on time Ton, and the turn-off time Toff. That is, if the output voltage value VDC is lower and the turn-on time Ton and the turn-off time Toff are further shortened from the equations (9) and (10), switching loss can be further reduced. Alternatively, since the switching loss is proportional to the switching frequency fc, the switching loss can be further reduced even if the switching frequency fc is made smaller.

なお、上記の説明により得られるスイッチング損失は、電動機3が図1に示す単相交流電動機であり、インバータ回路6が上下一対のアームで構成されている場合のスイッチング損失である。電動機3が三相交流電動機である場合には、インバータ回路6は、三対のアームと三相の出力を持つフルブリッジ型の回路となるので、その出力相毎に計算したスイッチング損失を合計してインバータ回路6全体のスイッチング損失を計算するか、あるいは、出力相毎に発生するスイッチング損失が全てのアームで均一であると見做して、上下一対のアームのスイッチング損失に相数を乗じてインバータ回路6全体のスイッチング損失を計算すればよい。   The switching loss obtained by the above description is a switching loss when the motor 3 is the single-phase AC motor shown in FIG. 1 and the inverter circuit 6 is composed of a pair of upper and lower arms. When the motor 3 is a three-phase AC motor, the inverter circuit 6 is a full-bridge circuit having three pairs of arms and three-phase outputs, so the switching loss calculated for each output phase is totaled. The switching loss of the entire inverter circuit 6 is calculated, or the switching loss generated for each output phase is assumed to be uniform in all arms, and the switching loss of the upper and lower pair of arms is multiplied by the number of phases. What is necessary is just to calculate the switching loss of the whole inverter circuit 6.

つぎに、電動機3の銅損の計算手法について説明する。電動機3の一次巻線で発生する銅損Waは、電動機電流Iaの実効値Iaeと一次巻線の抵抗値Raとにより、下記の(11)式で表すことができる。   Next, a method for calculating the copper loss of the electric motor 3 will be described. The copper loss Wa generated in the primary winding of the electric motor 3 can be expressed by the following equation (11) from the effective value Iae of the electric motor current Ia and the resistance value Ra of the primary winding.

Wa=Iae×Ra …(11) Wa = Iae 2 × Ra (11)

電動機電流Iaの実効値Iaeは、電流検出回路7から入力された電動機電流Iaより求めることができる。また、電動機3の一次巻線の抵抗値Raは、電動機3固有の定数であり、制御要素制御部11があらかじめ保持しておく。つまり、制御要素制御部11は、電流検出回路7から入力された電動機電流Iaと、あらかじめ保持した電動機3の一次巻線の抵抗値Raにより、電動機3の一次巻線で発生する銅損Waを求めることができる。   The effective value Iae of the motor current Ia can be obtained from the motor current Ia input from the current detection circuit 7. The resistance value Ra of the primary winding of the electric motor 3 is a constant unique to the electric motor 3 and is previously held by the control element control unit 11. That is, the control element control unit 11 calculates the copper loss Wa generated in the primary winding of the motor 3 from the motor current Ia input from the current detection circuit 7 and the resistance value Ra of the primary winding of the motor 3 held in advance. Can be sought.

つぎに、電動機3の鉄損の計算手法について説明する。電動機3の鉄心で発生する鉄損は、鉄心をとりまくコイル導線に交流電流を流して磁化したときに、鉄心にエネルギーとして発生して熱になり失われる損失であり、ヒステリシス損と渦電流損とがある。   Next, a method for calculating the iron loss of the electric motor 3 will be described. The iron loss that occurs in the iron core of the motor 3 is a loss that is generated as energy in the iron core and lost when it is magnetized by flowing an alternating current through the coil wire surrounding the iron core. There is.

ヒステリシス損とは、コイル導線の交流電流に起因して発生する交番磁界により、磁界と磁束が変動するときに描く磁化曲線がヒステリシス曲線を描き、そのヒステリシス曲線に囲まれた面積、つまり、磁界と磁束密度との積が鉄心にエネルギーとして発生して熱になり失われる損失である。交番磁界は、電動機電流Iaによる基本波成分のほかに、インバータ回路6の半導体スイッチ素子6a,6bのスイッチング動作により発生するリップル電流のスイッチング周波数成分も作用する。   Hysteresis loss is a magnetization curve drawn when the magnetic field and magnetic flux fluctuate due to the alternating magnetic field generated due to the alternating current of the coil conductor, and the area surrounded by the hysteresis curve, that is, the magnetic field and The product of the magnetic flux density is a loss that is generated as energy in the iron core and lost as heat. In addition to the fundamental wave component due to the motor current Ia, the alternating magnetic field also acts as a switching frequency component of a ripple current generated by the switching operation of the semiconductor switch elements 6a and 6b of the inverter circuit 6.

このヒステリシス損は、ヒステリシス曲線に囲まれる面積の1秒あたりの累計である。ヒステリシス曲線を描く1秒あたりの回数は、電流の周波数に等しいため、電動機電流Iaの基本波成分によるヒステリシス損は、スイッチングパルス変調度Daの周波数faに比例し、リップル電流のスイッチング周波数成分によるヒステリシス損は、スイッチング周波数fcに比例する。ただし、リップル電流のスイッチング周波数成分については、そのリップル電流の波高値がスイッチング周波数に反比例し、磁界および磁束の変化量は、共にリップル電流の波高値に比例するため、1回分のヒステリシス曲線が囲む面積は、スイッチング周波数fcの2乗に反比例する。   This hysteresis loss is the cumulative total per second of the area surrounded by the hysteresis curve. Since the number of times per second for drawing the hysteresis curve is equal to the frequency of the current, the hysteresis loss due to the fundamental wave component of the motor current Ia is proportional to the frequency fa of the switching pulse modulation degree Da, and the hysteresis due to the switching frequency component of the ripple current The loss is proportional to the switching frequency fc. However, for the switching frequency component of the ripple current, the peak value of the ripple current is inversely proportional to the switching frequency, and the amount of change in the magnetic field and magnetic flux is both proportional to the peak value of the ripple current. The area is inversely proportional to the square of the switching frequency fc.

したがって、ヒステリシス損Whは、スイッチングパルス変調度Daの周波数fa、スイッチング周波数fc、電動機3固有の定数である最大磁束密度Bm、および鉄心材料の特性により決まる係数kh,khcにより、下記の(12)式で表すことができる。   Therefore, the hysteresis loss Wh is represented by the following (12) by the frequency fa of the switching pulse modulation degree Da, the switching frequency fc, the maximum magnetic flux density Bm that is a constant specific to the electric motor 3, and the coefficients kh and khc determined by the characteristics of the iron core material. It can be expressed by a formula.

Wh=(kh×fa+khc×fc/fc)×Bm
=(kh×fa+khc/fc)×Bm …(12)
Wh = (kh × fa + khc × fc / fc 2 ) × Bm 2
= (Kh × fa + khc / fc) × Bm 2 (12)

渦電流損とは、鉄心に磁束が通りそれが交流電流によって変化したときにその磁束を囲むように鉄心に流れる電流を渦電流と呼び、その渦電流によって鉄心に発生するジュール熱損失のことをいう。鉄心に流れる渦電流の1秒あたりの回数は、スイッチングパルス変調度Daの周波数faに等しいため、渦電流の1秒あたりの累計回数は、スイッチングパルス変調度Daの周波数faに比例し、渦電流損は、スイッチングパルス変調度Daの周波数faの2乗に比例する。   Eddy current loss refers to the Joule heat loss that occurs in the iron core due to the eddy current, and the current that flows through the iron core to surround the magnetic flux when the magnetic flux passes through the iron core and changes due to alternating current. Say. Since the number of eddy currents flowing in the iron core per second is equal to the frequency fa of the switching pulse modulation degree Da, the cumulative number of eddy currents per second is proportional to the frequency fa of the switching pulse modulation degree Da. The loss is proportional to the square of the frequency fa of the switching pulse modulation degree Da.

したがって、渦電流損Weは、スイッチングパルス変調度Daの周波数fa、電動機3固有の定数である最大磁束密度Bm、および鉄心の板厚により決まる係数keにより、下記の(13)式で表すことができる。   Therefore, the eddy current loss We can be expressed by the following equation (13) by the frequency fa of the switching pulse modulation degree Da, the maximum magnetic flux density Bm that is a constant specific to the electric motor 3, and the coefficient ke determined by the thickness of the iron core. it can.

We=ke×fa×Bm …(13) We = ke × fa 2 × Bm 2 (13)

スイッチングパルス変調度Daの周波数faは、制御要素制御部11自身が制御するスイッチングパルス変調度の周波数であり、スイッチング周波数fcも制御要素制御部11自身が制御するパラメータの1つである。また、各係数kh,khc,keおよび最大磁束密度Bmは、いずれも電動機3固有の定数であり、制御要素制御部11があらかじめ保持しておく。つまり、制御要素制御部11は、自身が制御するスイッチングパルス変調度Daの周波数faおよびスイッチング周波数fcと、あらかじめ保持した各係数kh,khc,keおよび最大磁束密度Bmとにより、電動機3の鉄心で発生するヒステリシス損Whおよび渦電流損Weを求めることができる。   The frequency fa of the switching pulse modulation degree Da is a frequency of the switching pulse modulation degree controlled by the control element control unit 11 itself, and the switching frequency fc is one of the parameters controlled by the control element control unit 11 itself. The coefficients kh, khc, ke and the maximum magnetic flux density Bm are constants specific to the electric motor 3, and are previously held by the control element control unit 11. That is, the control element control unit 11 uses the frequency fa and the switching frequency fc of the switching pulse modulation degree Da controlled by itself and the coefficients kh, khc, ke, and the maximum magnetic flux density Bm stored in advance in the iron core of the motor 3. The generated hysteresis loss Wh and eddy current loss We can be obtained.

この鉄損は、スイッチング周波数fcおよびスイッチングパルス変調度Daの周波数faを制御することにより変動させることができる。つまり、上記した(12)式より、スイッチング周波数fcをより大きくすれば、鉄損に含まれるヒステリシス損Whをより低減させることができ、上記した(12),(13)式より、スイッチングパルス変調度Daの周波数faをより小さくすれば、鉄損に含まれるヒステリシス損Whおよび渦電流損Weの両方をより低減させることができる。   This iron loss can be changed by controlling the switching frequency fc and the frequency fa of the switching pulse modulation degree Da. In other words, the hysteresis loss Wh included in the iron loss can be further reduced by increasing the switching frequency fc from the above equation (12), and the switching pulse modulation from the above equations (12) and (13). If the frequency fa of the degree Da is made smaller, both the hysteresis loss Wh and the eddy current loss We included in the iron loss can be further reduced.

上述したように、スイッチングパルス変調度Daを小さくすれば、導通損失をより低減させることができ、出力電圧値VDCをより低く、スイッチング周波数fcをより小さく、ターンオン時間Tonおよびターンオフ時間Toffをより短くすれば、スイッチング損失をより低減させることができ、スイッチング周波数fcをより大きくすれば、鉄損に含まれるヒステリシス損をより低減させることができ、スイッチングパルス変調度Daの周波数faをより小さくすれば、鉄損に含まれるヒステリシス損Whおよび渦電流損Weの両方をより低減させることができるが、これらの各制御要素を個々に制御すると、電動機電流Iaが増大し、銅損を含む個々の損失量あるいはこれらの損失量の合計が増大することもある。したがって、制御要素制御部11は、外部からの運転指令の沿った電動機3の運転が可能な範囲で、上述した各計算式によって計算した導通損失、スイッチング損失、銅損、および鉄損の合計損失がより小さくなるように、各制御要素を制御する。なお、スイッチング損失を制御する場合に、出力電圧値VDC、ターンオン時間Ton、ターンオフ時間Toff、およびスイッチング周波数fcを全て制御する必要はなく、これらの中から1つまたは複数の制御要素を選択して制御してもよい。   As described above, if the switching pulse modulation degree Da is made smaller, the conduction loss can be further reduced, the output voltage value VDC is made lower, the switching frequency fc is made smaller, and the turn-on time Ton and the turn-off time Toff are made shorter. Thus, the switching loss can be further reduced. If the switching frequency fc is further increased, the hysteresis loss included in the iron loss can be further reduced, and if the frequency fa of the switching pulse modulation degree Da is further decreased. Both the hysteresis loss Wh and the eddy current loss We included in the iron loss can be further reduced. However, when each of these control elements is controlled individually, the motor current Ia increases and the individual loss including the copper loss increases. The amount or the sum of these losses may increase. Therefore, the control element control unit 11 is a total loss of the conduction loss, the switching loss, the copper loss, and the iron loss calculated by the above-described calculation formulas within a range in which the operation of the electric motor 3 in accordance with the operation command from the outside is possible. Each control element is controlled so that becomes smaller. When switching loss is controlled, it is not necessary to control all of output voltage value VDC, turn-on time Ton, turn-off time Toff, and switching frequency fc, and one or more control elements are selected from these. You may control.

なお、制御要素制御部11は、外部からの運転指令の沿った電動機3の運転が可能な範囲で、各制御要素を制御する必要があるため、各制御要素の制御範囲には下限値が存在する。例えば、出力電圧値VDCは、スイッチングパルス変調度Daの制御要素との兼ね合いにより下限値が決まり、ターンオン時間Tonおよびターンオフ時間Toffは、半導体スイッチ素子6a,6bの特性やスイッチング周波数fcの制御要素との兼ね合いにより下限値が決まり、スイッチング周波数fcは、電動機3の制御特性により下限値が決まる。したがって、これら各制御要素の制御範囲の下限値も考慮して、それぞれの制御要素を制御する必要がある。   The control element control unit 11 needs to control each control element within a range in which the electric motor 3 can be operated in accordance with an operation command from the outside. Therefore, there is a lower limit value in the control range of each control element. To do. For example, the lower limit value of the output voltage value VDC is determined in consideration of the control element of the switching pulse modulation degree Da, and the turn-on time Ton and the turn-off time Toff are the characteristics of the semiconductor switch elements 6a and 6b and the control element of the switching frequency fc. The lower limit value is determined based on the balance between the two, and the lower limit value of the switching frequency fc is determined by the control characteristics of the electric motor 3. Therefore, it is necessary to control each control element in consideration of the lower limit value of the control range of each control element.

以上説明したように、実施の形態1の電動機駆動装置によれば、インバータ回路の半導体スイッチ素子およびダイオードの導通により生じる導通損失、インバータ回路の半導体スイッチ素子のターンオン時およびターンオフ時のスイッチングにより生じるスイッチング損失、電動機の一次巻線で発生する銅損、および電動機の鉄心で発生する鉄損を計算し、その合計損失がより小さくなるように、コンバータ回路の出力電圧値、インバータ回路のスイッチングパルス変調度、スイッチングパルス変調度の周波数、スイッチング周波数、ターンオン時間、およびターンオフ時間を制御するようにしたので、インバータ回路および電動機に発生する各電力損失の合計値をより小さくすることができる。   As described above, according to the motor drive device of the first embodiment, the conduction loss caused by the conduction of the semiconductor switch element and the diode of the inverter circuit, the switching caused by the switching at the turn-on and turn-off of the semiconductor switch element of the inverter circuit Calculate the loss, the copper loss that occurs in the primary winding of the motor, and the iron loss that occurs in the iron core of the motor, and the output voltage value of the converter circuit and the switching pulse modulation degree of the inverter circuit so that the total loss becomes smaller Since the frequency of the switching pulse modulation, the switching frequency, the turn-on time, and the turn-off time are controlled, the total value of each power loss generated in the inverter circuit and the electric motor can be further reduced.

なお、上述した実施の形態1では、スイッチング時間設定部に含まれるターンオン時間設定回路およびターンオフ時間設定回路は、駆動回路の一部として構成したが、駆動パルス信号生成部の一部として構成することも可能である。この場合は、駆動パルス信号生成部は、制御要素制御部から出力されたスイッチングパルス変調度情報およびスイッチング周波数指令生成部から出力されたスイッチング周波数指令値に基づいて、駆動パルス指令値を生成すると共に、制御要素制御部から出力されたターンオン時間情報およびターンオフ時間情報に基づいて、ターンオン時間指令値およびターンオフ時間指令値を生成して、スイッチング時間設定部において駆動パルス信号の立ち上がり時間および立ち下がり時間を調整して、駆動回路に出力すればよい。   In Embodiment 1 described above, the turn-on time setting circuit and the turn-off time setting circuit included in the switching time setting unit are configured as part of the drive circuit, but are configured as part of the drive pulse signal generation unit. Is also possible. In this case, the drive pulse signal generation unit generates the drive pulse command value based on the switching pulse modulation degree information output from the control element control unit and the switching frequency command value output from the switching frequency command generation unit. The turn-on time command value and the turn-off time command value are generated based on the turn-on time information and the turn-off time information output from the control element control unit, and the rise time and fall time of the drive pulse signal are set in the switching time setting unit. It may be adjusted and output to the drive circuit.

実施の形態2.
実施の形態2にかかる電動機駆動装置の構成は、実施の形態1において説明した図1に示す構成と同一であるので、各構成部の詳細な説明は省略する。
Embodiment 2. FIG.
Since the configuration of the electric motor drive device according to the second embodiment is the same as the configuration shown in FIG. 1 described in the first embodiment, detailed description of each component will be omitted.

実施の形態1では、インバータ回路6の半導体スイッチ素子6a,6bおよびダイオード6c,6dの導通により生じる導通損失、インバータ回路6の半導体スイッチ素子6a,6bのターンオン時およびターンオフ時のスイッチングにより生じるスイッチング損失、電動機3の一次巻線で発生する銅損、および電動機3の鉄心で発生する鉄損を計算し、その合計損失がより小さくなるように、コンバータ回路4の出力電圧値VDC、インバータ回路6のスイッチングパルス変調度Da、スイッチングパルス変調度Daの周波数fa、スイッチング周波数fc、ターンオン時間Ton、およびターンオフ時間Toffの各制御要素を制御するようにしたが、例えば、電動機3の鉄損に含まれるヒステリシス損を低減させるためにスイッチング周波数fcを上げると、インバータ回路6のスイッチング損失は増大し、その結果としてインバータ回路6の温度が上昇し、過熱状態となる。   In the first embodiment, conduction loss caused by conduction of semiconductor switching elements 6a and 6b and diodes 6c and 6d of inverter circuit 6, switching loss caused by switching of semiconductor switching elements 6a and 6b of inverter circuit 6 at turn-on and turn-off. The copper loss generated in the primary winding of the motor 3 and the iron loss generated in the iron core of the motor 3 are calculated, and the output voltage value VDC of the converter circuit 4 and the inverter circuit 6 The control elements of the switching pulse modulation degree Da, the frequency fa of the switching pulse modulation degree Da, the switching frequency fc, the turn-on time Ton, and the turn-off time Toff are controlled. For example, hysteresis included in the iron loss of the motor 3 Switching to reduce losses Increasing the wave number fc, switching loss of the inverter circuit 6 increases, resulting temperature of the inverter circuit 6 rises as becomes overheated.

また、実施の形態1において説明したように、各制御要素にはそれぞれ下限値が存在するため、インバータ回路6のスイッチング損失にも下限値が存在する。これらの制御要素を全て下限値としたとしても、電動機3の制御特性によっては、電動機電流Iaが増大し、導通損失とスイッチング損失の合計が逆に増大する場合もある。   Further, as described in the first embodiment, since each control element has a lower limit value, a lower limit value also exists in the switching loss of the inverter circuit 6. Even if all these control elements are set to the lower limit values, depending on the control characteristics of the motor 3, the motor current Ia may increase, and the sum of the conduction loss and the switching loss may increase.

したがって、実施の形態2では、実施の形態1の制御に加えて、あらかじめインバータ回路6の上限温度を設定し、インバータ回路6の温度がその上限温度を超えた場合に、導通損失とスイッチング損失との合計がより小さくなるように、各制御要素を制御する。   Therefore, in the second embodiment, in addition to the control of the first embodiment, when the upper limit temperature of the inverter circuit 6 is set in advance and the temperature of the inverter circuit 6 exceeds the upper limit temperature, the conduction loss and the switching loss are Each control element is controlled so that the sum of the values becomes smaller.

以上説明したように、実施の形態2の電動機駆動装置によれば、実施の形態1の制御に加えて、インバータ回路の温度があらかじめ設定した上限温度を超えた場合に、導通損失とスイッチング損失の合計がより小さくなるように、コンバータ回路の出力電圧値、インバータ回路のスイッチングパルス変調度、スイッチング周波数、ターンオン時間、およびターンオフ時間を制御するようにしたので、インバータ回路の温度上昇を抑制し、インバータ回路が過熱状態となるのを防止することができる。   As described above, according to the motor drive device of the second embodiment, in addition to the control of the first embodiment, when the inverter circuit temperature exceeds the preset upper limit temperature, the conduction loss and the switching loss are reduced. Since the output voltage value of the converter circuit, the switching pulse modulation degree of the inverter circuit, the switching frequency, the turn-on time, and the turn-off time are controlled so that the total becomes smaller, the temperature rise of the inverter circuit is suppressed, and the inverter It is possible to prevent the circuit from being overheated.

実施の形態3.
実施の形態3にかかる電動機駆動装置の構成は、実施の形態1において説明した図1に示す構成と同一であるので、各構成部の詳細な説明は省略する。
Embodiment 3 FIG.
Since the configuration of the electric motor drive device according to the third embodiment is the same as the configuration shown in FIG. 1 described in the first embodiment, detailed description of each component will be omitted.

実施の形態1では、インバータ回路の半導体スイッチ素子6a,6bおよびダイオード6c,6dの導通により生じる導通損失、インバータ回路の半導体スイッチ素子6a,6bのターンオン時およびターンオフ時のスイッチングにより生じるスイッチング損失、電動機3の一次巻線で発生する銅損、および電動機3の鉄心で発生する鉄損を計算し、その合計損失がより小さくなるように、コンバータ回路4の出力電圧値VDC、インバータ回路6のスイッチングパルス変調度Da、スイッチングパルス変調度Daの周波数fa、スイッチング周波数fc、ターンオン時間Ton、およびターンオフ時間Toffの各制御要素を制御するようにしたが、複数の制御要素を制御するために、制御要素の組み合わせ数が著しく増大し、合計損失をより小さくするために要する計算量が増大し、制御要素の制御を完了するまでの時間も長くなる。その結果として、制御要素の制御を完了するまでに発生する通算の損失量が増加する。   In the first embodiment, conduction loss caused by conduction of semiconductor switch elements 6a and 6b and diodes 6c and 6d of the inverter circuit, switching loss caused by switching at turn-on and turn-off of semiconductor switch elements 6a and 6b of the inverter circuit, electric motor 3 is calculated, and the output voltage value VDC of the converter circuit 4 and the switching pulse of the inverter circuit 6 are calculated so that the total loss becomes smaller. The control element of the modulation factor Da, the frequency fa of the switching pulse modulation factor Da, the switching frequency fc, the turn-on time Ton, and the turn-off time Toff is controlled. In order to control a plurality of control elements, The number of combinations increases significantly, reducing the total loss Ri calculation amount increases required in order to reduce, even a long time to complete the control of the control element. As a result, the total amount of loss that occurs until the control of the control element is completed increases.

そこで、実施の形態3では、実施の形態1において説明した各計算手法により、導通損失、スイッチング損失、銅損および鉄損を計算し、その中でより損失量の大きいものを抽出して、その損失量が小さくなるように、各制御要素を制御する。   Therefore, in the third embodiment, the conduction loss, the switching loss, the copper loss, and the iron loss are calculated by the calculation methods described in the first embodiment, and the one with the larger loss amount is extracted, Each control element is controlled so as to reduce the loss amount.

例えば、導通損失の合計損失に占める比率が高い場合には、スイッチングパルス変調度Daを制御する。また、例えば、スイッチング損失の合計損失に占める比率が高い場合には、出力電圧値VDC、スイッチング周波数fc、ターンオン時間Ton、およびターンオフ時間Toffを制御する。また、例えば、鉄損の合計損失に占める比率が高い場合は、スイッチングパルス変調度Daの周波数faおよびスイッチング周波数fcを制御する。また、銅損は、電動機電流Iaによってほぼ一意的に決まるため、銅損の合計損失に占める比率が高い場合には、その次に合計損失に占める比率が高い損失を変動させる制御要素を制御する。   For example, when the ratio of the conduction loss to the total loss is high, the switching pulse modulation degree Da is controlled. For example, when the ratio of the switching loss to the total loss is high, the output voltage value VDC, the switching frequency fc, the turn-on time Ton, and the turn-off time Toff are controlled. For example, when the ratio of the iron loss to the total loss is high, the frequency fa and the switching frequency fc of the switching pulse modulation degree Da are controlled. Further, since the copper loss is almost uniquely determined by the motor current Ia, when the ratio of the copper loss to the total loss is high, the control element that controls the loss having the next highest ratio to the total loss is controlled. .

損失量の大きい損失は、その損失を変動させる制御要素を制御することによって得られる損失低減効果が大きい。したがって、合計損失の低減効果を十分に得ることができる。   A loss with a large loss amount has a large loss reduction effect obtained by controlling a control element that fluctuates the loss. Therefore, the effect of reducing the total loss can be sufficiently obtained.

以上説明したように、実施の形態3の電動機駆動装置によれば、実施の形態1において説明した各計算手法により、導通損失、スイッチング損失、銅損および鉄損を計算し、その中でより損失量の大きいものを抽出して、その損失を変動させる制御要素を制御するようにしたので、制御要素の制御を完了するまでの時間を短縮することができる。また、合計損失に占める比率の高い損失は、その損失を変動させる制御要素を制御することによって得られる損失低減効果が大きいため、合計損失の低減効果を十分に得ることができ、制御要素の制御を完了するまでに発生する通算の損失量を低減させることができる。   As described above, according to the motor drive device of the third embodiment, the conduction loss, the switching loss, the copper loss, and the iron loss are calculated by each calculation method described in the first embodiment, and the loss is further increased. Since a large amount is extracted and the control element that fluctuates the loss is controlled, the time until the control of the control element is completed can be shortened. In addition, since a loss that is a high proportion of the total loss has a large loss reduction effect obtained by controlling the control element that fluctuates the loss, the reduction effect of the total loss can be sufficiently obtained. It is possible to reduce the total amount of loss that occurs until the process is completed.

なお、上述した実施の形態3では、銅損以外で損失量の大きい損失を抽出し、その損失を変動させる制御要素を制御するようにしたが、このとき抽出する損失は、銅損以外で最も損失量の大きい損失のみ抽出してもよいし、上位2つの損失を抽出してもよい。例えば、上位2つの損失が導通損失と鉄損である場合には、制御する制御要素は、スイッチングパルス変調度Da、スイッチングパルス変調度Daの周波数faおよびスイッチング周波数fcに限られるため、全ての制御要素を制御する場合と比較して、制御要素の制御を完了するまでの時間の短縮、および制御要素の制御を完了するまでに発生する通算の損失量の低減効果が期待できる。   In the third embodiment described above, a loss having a large loss amount other than the copper loss is extracted, and the control element that fluctuates the loss is controlled. However, the loss extracted at this time is the largest other than the copper loss. Only the loss with a large loss amount may be extracted, or the top two losses may be extracted. For example, when the top two losses are conduction loss and iron loss, the control elements to be controlled are limited to the switching pulse modulation degree Da, the frequency fa of the switching pulse modulation degree Da, and the switching frequency fc. Compared with the case of controlling the elements, it is possible to expect a shortening time until the control of the control element is completed and a reduction effect of the total loss generated until the control of the control element is completed.

実施の形態4.
図7は、実施の形態4にかかる電動機駆動装置の一構成例を示す図である。なお、実施の形態1乃至3と同一または同等の構成部には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 7 is a diagram of a configuration example of the electric motor drive device according to the fourth embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component which is the same as that of Embodiment 1 thru | or 3, or equivalent, and the detailed description is abbreviate | omitted.

図7に示すように、実施の形態4にかかる電動機駆動装置1では、インバータ回路61を構成するダイオードとして、図1に示す実施の形態1にかかる電動機駆動装置1のインバータ回路6のダイオード6c,6dを、ワイドバンドギャップ半導体で構成されたダイオード、例えば、炭化ケイ素(Silicon Carbide:SiC)で構成されたショットキーバリアダイオード6cw,6dwに置き換えている。   As shown in FIG. 7, in the electric motor drive device 1 according to the fourth embodiment, the diode 6c of the inverter circuit 6 of the electric motor drive device 1 according to the first embodiment shown in FIG. 6d is replaced with a diode made of a wide band gap semiconductor, for example, Schottky barrier diodes 6cw and 6dw made of silicon carbide (SiC).

例えば、図1に示した実施の形態1乃至3にかかる電動機駆動装置1において、インバータ回路6のダイオード6cに電流が流れているときに半導体スイッチ素子6bを急峻にターンオンすると、もしくは、ダイオード6dに電流が流れているときに半導体スイッチ素子6aを急峻にターンオンすると、ダイオード6c,6dに流れていた電流が半導体スイッチ素子6a,6bに転流する際に、逆回復損失量Errが発生する。   For example, in the electric motor drive device 1 according to the first to third embodiments shown in FIG. 1, when the semiconductor switch element 6b is suddenly turned on when a current flows through the diode 6c of the inverter circuit 6, or the diode 6d If the semiconductor switch element 6a is suddenly turned on while a current is flowing, a reverse recovery loss amount Err is generated when the current flowing through the diodes 6c and 6d is commutated to the semiconductor switch elements 6a and 6b.

実施の形態1では、半導体スイッチ素子6a,6bをターンオンする際に、インバータ回路6で発生するターンオン時の損失量Eonをより低減させるには、実施の形態1において説明した(9)式より、駆動パルス信号生成部14が出力するターンオン時間Tonを短くすることが望ましいとしていたが、一般に、ダイオードに流れる電流の時間変化率dI/dtが増大すると、ダイオードの逆回復電流のピーク値が大きくなり、逆回復損失量Errも増大する。つまり、ターンオン時間Tonが短くなると、逆回復損失量Errが発生してスイッチング損失に加算されるため、損失低減効果を十分に得ることができなくなる。このため、ターンオン時間Tonの制御範囲は、ダイオードの逆回復時間に制限される。また、ターンオン時間Tonを短くしすぎると、逆回復電流のピーク値が過大となるため好ましくない。   In the first embodiment, when the semiconductor switch elements 6a and 6b are turned on, in order to further reduce the turn-on loss Eon generated in the inverter circuit 6, from the equation (9) described in the first embodiment, Although it is desirable to shorten the turn-on time Ton output from the drive pulse signal generation unit 14, generally, when the time change rate dI / dt of the current flowing through the diode increases, the peak value of the reverse recovery current of the diode increases. The reverse recovery loss amount Err also increases. That is, when the turn-on time Ton is shortened, the reverse recovery loss amount Err is generated and added to the switching loss, so that the loss reduction effect cannot be sufficiently obtained. For this reason, the control range of the turn-on time Ton is limited to the reverse recovery time of the diode. Further, if the turn-on time Ton is too short, the peak value of the reverse recovery current becomes excessive, which is not preferable.

実施の形態4では、逆回復損失量Errをより小さくするため、インバータ回路61を構成するダイオード6cw,6dwとして、逆回復時間が短いワイドバンドギャップ(WBG)型の半導体(例えば、SiC)で構成されたショットキーバリアダイオードを配置する。逆回復時間が短くなることにより、ターンオン時間Tonをより短くすることができ、スイッチング損失をより低減することができる。また、相対的に逆回復損失量Errが小さくなり、スイッチング損失に与える影響をより小さくすることができる。   In the fourth embodiment, in order to further reduce the reverse recovery loss amount Err, the diodes 6cw and 6dw constituting the inverter circuit 61 are configured by wide band gap (WBG) type semiconductors (for example, SiC) having a short reverse recovery time. The arranged Schottky barrier diode is arranged. By reducing the reverse recovery time, the turn-on time Ton can be further shortened, and the switching loss can be further reduced. Further, the reverse recovery loss amount Err becomes relatively small, and the influence on the switching loss can be further reduced.

WBG半導体とは、一般に産業向けおよび家庭電器向けの電気機器のインバータ回路およびコンバータ回路の半導体として広く適用されているシリコン(Si)系半導体と比較して、大きなエネルギーバンド幅を持つ半導体の総称であり、パワー半導体に用いられるものとしては、窒化ガリウム(GaN)系材料や炭化ケイ素(SiC)、またはダイヤモンド等がある。WBG半導体は、Si系半導体と比較して、逆回復電荷の蓄積が極めて少ないという特性があるため、WBG半導体により構成されたダイオードを用いた場合は、半導体スイッチ素子のターンオンの際のダイオードの逆回復動作による逆回復電流や振動電流の発生も極めて小さく、これに伴う逆回復損失量Errも極めて小さい。   WBG semiconductor is a general term for semiconductors with a large energy bandwidth compared to silicon (Si) semiconductors that are widely used as semiconductors for inverter circuits and converter circuits in electrical equipment for industrial and home appliances. There are gallium nitride (GaN) -based materials, silicon carbide (SiC), diamond, and the like as power semiconductors. A WBG semiconductor has a characteristic that the accumulation of reverse recovery charge is extremely small compared to a Si-based semiconductor. Therefore, when a diode composed of a WBG semiconductor is used, the reverse of the diode when the semiconductor switch element is turned on. The occurrence of reverse recovery current and vibration current due to the recovery operation is extremely small, and the reverse recovery loss amount Err associated therewith is also extremely small.

図8は、半導体スイッチ素子のターンオン時の過渡状態におけるコレクタ電流およびコレクタ−エミッタ間電圧の変動、ならびに、ダイオードに流れる電流および両端電圧の変動の一例を示す模式図である。図8に示す例では、ダイオードの逆回復動作も考慮に入れて模式的に示している。実施の形態1において説明した図5に示すターンオン時間設定回路21が回路要素23aを変動させることによりターンオン時間Tonが変化すると、コレクタ電流Icおよびダイオードに流れる電流Ifの時間変化率、すなわちdI/dtも変化する。   FIG. 8 is a schematic diagram illustrating an example of fluctuations in the collector current and the collector-emitter voltage in a transient state when the semiconductor switch element is turned on, and fluctuations in the current flowing through the diode and the voltage across the both ends. In the example shown in FIG. 8, the reverse recovery operation of the diode is schematically taken into consideration. When the turn-on time Ton is changed by the circuit element 23a being changed by the turn-on time setting circuit 21 shown in FIG. 5 described in the first embodiment, the time change rate of the collector current Ic and the current If flowing through the diode, that is, dI / dt Also changes.

一般に、半導体スイッチ素子のターンオン時間Tonを短くしてコレクタ電流Icおよびダイオードに流れる電流Ifの時間変化率dI/dtを大きくすると、ダイオードに流れる逆回復電流のピーク値も大きくなることが明らかにされている。その結果、ダイオードの逆回復損失量Errも増大するだけでなく、ターンオン時間Tonをさらに短くすると、逆回復電流のピーク値が過大となって多大なエネルギーがダイオード6dに与えられるため好ましくない。   In general, when the turn-on time Ton of the semiconductor switch element is shortened and the time change rate dI / dt of the collector current Ic and the current If flowing through the diode is increased, the peak value of the reverse recovery current flowing through the diode is also increased. ing. As a result, not only the reverse recovery loss amount Err of the diode increases, but further shortening the turn-on time Ton is not preferable because the peak value of the reverse recovery current becomes excessive and a large amount of energy is given to the diode 6d.

本実施の形態では、インバータ回路61のダイオード6cw,6dwをWBG半導体で構成したことにより、ダイオード6cw,6dwで発生する逆回復損失量Errそのものを小さくしたことに加えて、ダイオード6cw,6dwの逆回復電荷の蓄積が極めて小さいため、ターンオン時間Tonを短くしてダイオードに流れる電流Ifの時間変化率dI/dtを大きくしたとしても、逆回復損失量Errが顕著に増大することはなく、また逆回復電流のピーク値が過大になることもない。このため、ターンオン時間Tonの制御範囲を、ターンオン時間Tonがより小さくなる方向へ拡大することができ、半導体スイッチ素子6a,6bのターンオン時の損失量Eonをより小さくすることができるほか、逆回復損失量Errも顕著には増大しないため、逆回復損失量Errを含むスイッチング損失を低減する効果は大きい。   In the present embodiment, the diodes 6cw and 6dw of the inverter circuit 61 are made of WBG semiconductor, so that the reverse recovery loss amount Err itself generated in the diodes 6cw and 6dw is reduced, and the reverse of the diodes 6cw and 6dw. Since the recovery charge accumulation is extremely small, even if the turn-on time Ton is shortened and the time change rate dI / dt of the current If flowing through the diode is increased, the reverse recovery loss Err does not increase remarkably. The peak value of the recovery current does not become excessive. For this reason, the control range of the turn-on time Ton can be expanded in the direction in which the turn-on time Ton becomes smaller, the loss amount Eon at the turn-on time of the semiconductor switch elements 6a and 6b can be made smaller, and reverse recovery is possible. Since the loss amount Err also does not increase significantly, the effect of reducing the switching loss including the reverse recovery loss amount Err is great.

なお、インバータ回路61を構成するダイオード6cw,6dwを、逆回復時間が短いファストリカバリ型のダイオードとしてもよいが、本実施の形態で説明したWBG半導体で構成するのがより好ましい。   The diodes 6cw and 6dw constituting the inverter circuit 61 may be fast recovery type diodes having a short reverse recovery time, but are more preferably constituted by the WBG semiconductor described in the present embodiment.

以上説明したように、実施の形態4の電動機駆動装置によれば、インバータ回路のダイオードをワイドバンドギャップ半導体で構成するようにしたので、ダイオードで発生する逆回復損失量が小さくなることに加え、半導体スイッチ素子のターンオン時間の制御範囲を拡大することができる。その結果として、ターンオン時間を短くしてターンオン時の損失量を小さくすることができ、さらには、逆回復損失量も増大しないため、インバータ回路で発生するスイッチング損失の低減効果をより大きくすることができる。   As described above, according to the motor drive device of the fourth embodiment, since the diode of the inverter circuit is configured by the wide band gap semiconductor, in addition to the amount of reverse recovery loss generated by the diode being reduced, The control range of the turn-on time of the semiconductor switch element can be expanded. As a result, the turn-on time can be shortened to reduce the loss amount at turn-on, and further, the reverse recovery loss amount does not increase, so that the effect of reducing the switching loss generated in the inverter circuit can be further increased. it can.

実施の形態5.
図9は、実施の形態5にかかる電動機駆動装置の一構成例を示す図である。なお、実施の形態1乃至4と同一または同等の構成部には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
Embodiment 5 FIG.
FIG. 9 is a diagram of a configuration example of the electric motor drive device according to the fifth embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component which is the same as that of Embodiment 1 thru | or 4, or equivalent, and the detailed description is abbreviate | omitted.

図9に示すように、実施の形態5にかかる電動機駆動装置1では、インバータ回路62を構成する半導体スイッチ素子として、図1に示す実施の形態1にかかる電動機駆動装置1のインバータ回路6の半導体スイッチ素子6a,6bを、実施の形態4において説明したWBG半導体で構成された半導体スイッチ素子(例えば、炭化ケイ素(SiC)で構成された金属酸化半導体電界効果トランジスタ)6aw,6bwに置き換えている。   As shown in FIG. 9, in the electric motor drive device 1 according to the fifth embodiment, the semiconductor switch element constituting the inverter circuit 62 is a semiconductor of the inverter circuit 6 of the electric motor drive device 1 according to the first embodiment shown in FIG. 1. The switch elements 6a and 6b are replaced with semiconductor switch elements (for example, metal oxide semiconductor field effect transistors configured with silicon carbide (SiC)) 6aw and 6bw configured with the WBG semiconductor described in the fourth embodiment.

実施の形態4では、インバータ回路61のダイオード6cw,6dwで発生する逆回復損失量Errを小さくしたことに加えて、ターンオン時間Tonの制御範囲を、ターンオン時間Tonがより小さくなる方向へ拡大することにより、ターンオン時の損失量Eonも小さくしたが、実施の形態5では、インバータ回路62で発生する損失量をさらに小さくするため、インバータ回路62を構成する半導体スイッチ素子として、WBG半導体で構成された半導体スイッチ素子6aw,6bwを配置する。   In the fourth embodiment, in addition to reducing the reverse recovery loss amount Err generated in the diodes 6cw and 6dw of the inverter circuit 61, the control range of the turn-on time Ton is expanded in a direction in which the turn-on time Ton becomes smaller. Accordingly, the loss amount Eon at turn-on is also reduced, but in the fifth embodiment, in order to further reduce the loss amount generated in the inverter circuit 62, the semiconductor switch element that constitutes the inverter circuit 62 is configured by a WBG semiconductor. Semiconductor switch elements 6aw and 6bw are arranged.

WBG半導体で構成された半導体スイッチ素子6aw,6bwは、Si系半導体等のナローバンドギャップ型半導体で構成された半導体スイッチ素子と比較して、電荷蓄積が極めて少ないため、ターンオン時間Tonおよびターンオフ時間Toffの制御範囲を、ターンオン時間Tonおよびターンオフ時間Toffをより短くする方向へ拡大することができる。したがって、実施の形態1において説明した(9)式および(10)式より、半導体スイッチ素子6aw,6bwのターンオン時の損失量Eonおよびターンオフ時の損失量Eoffを共に小さくすることができる。   Since the semiconductor switch elements 6aw and 6bw made of the WBG semiconductor have much less charge accumulation than the semiconductor switch elements made of a narrow band gap semiconductor such as a Si-based semiconductor, the turn-on time Ton and the turn-off time Toff The control range can be expanded in the direction of shortening the turn-on time Ton and the turn-off time Toff. Therefore, from the equations (9) and (10) described in the first embodiment, it is possible to reduce both the loss amount Eon at the turn-on time and the loss amount Eoff at the turn-off time of the semiconductor switch elements 6aw and 6bw.

また、ターンオン時間Tonおよびターンオフ時間Toffを短くしてターンオン時の損失量Eonおよびターンオフ時の損失量Eoffを小さくすることにより、半導体スイッチ素子6aw,6bwのスイッチング周波数fcをより大きくしても、スイッチング周波数fcに比例するスイッチング損失が顕著に大きくなることはない。一方、スイッチング周波数fcをより大きくすることにより、実施の形態1において説明した(12)式より、電動機3の鉄損に含まれるヒステリシス損をより低減させることができる。   Further, by reducing the turn-on time Ton and the turn-off time Toff to reduce the turn-on loss Eon and the turn-off loss Eoff, even if the switching frequency fc of the semiconductor switch elements 6aw and 6bw is increased, switching is performed. The switching loss proportional to the frequency fc does not increase significantly. On the other hand, by increasing the switching frequency fc, the hysteresis loss included in the iron loss of the electric motor 3 can be further reduced from the equation (12) described in the first embodiment.

さらに、実施の形態1において図3を参照して説明したように、通常、インバータ回路6の制御では、上側アームの半導体スイッチ素子6aのターンオンと下側アームの半導体スイッチ素子6bのターンオフとを同時に行い、半導体スイッチ素子6aのターンオフと半導体スイッチ素子6bのターンオンとを同時に行うが、ターンオン時間Tonおよびターンオフ時間Toffを設けた場合には、一方の半導体スイッチ素子のターンオンと他方の半導体スイッチ素子のターンオフとを同時に行うと、双方の半導体スイッチ素子が同時にオンとなる期間が生じて平滑回路5の両端電圧が短絡し、双方の半導体スイッチ素子に過大な電流が流れる。この半導体スイッチのターンオンおよびターンオフに伴う過大な電流を防ぐため、通常はターンオフ期間とターンオン期間との間にデッドタイムTdを設けて、双方の半導体スイッチ素子が同時にオンとなる期間が生じないようにする。   Furthermore, as described with reference to FIG. 3 in the first embodiment, normally, in the control of the inverter circuit 6, the turn-on of the semiconductor switch element 6a of the upper arm and the turn-off of the semiconductor switch element 6b of the lower arm are simultaneously performed. The semiconductor switch element 6a is turned off and the semiconductor switch element 6b is turned on at the same time. When the turn-on time Ton and the turn-off time Toff are provided, the turn-on of one semiconductor switch element and the turn-off of the other semiconductor switch element are performed. If both are simultaneously performed, a period in which both semiconductor switch elements are simultaneously turned on occurs, the voltage across the smoothing circuit 5 is short-circuited, and an excessive current flows through both semiconductor switch elements. In order to prevent an excessive current accompanying the turn-on and turn-off of the semiconductor switch, a dead time Td is usually provided between the turn-off period and the turn-on period so that a period in which both semiconductor switch elements are simultaneously turned on does not occur. To do.

このデッドタイムTdを設けたことにより、スイッチング周期Tcにおける半導体スイッチ素子のオン期間の実質的な比率は、電動機電流Iaの向き(Ia>0あるいはIa<0)に応じて、デッドタイムTd分だけ変動するため、インバータ回路が電動機に出力する電圧に誤差が生じる。また、スイッチング動作により発生するリップル電流がTd分だけずれるため、電動機の鉄損に含まれるヒステリシス損の増大にもつながる。なお、デッドタイムTdを設けることによるインバータ回路の出力電圧のデッドタイムTd分の誤差の補正については、さまざまな手法が開示されているが、リップル電流のデッドタイムTd分のずれの補正については、有効な手法が開示されていない。   By providing this dead time Td, the substantial ratio of the ON period of the semiconductor switch element in the switching cycle Tc is the dead time Td corresponding to the direction of the motor current Ia (Ia> 0 or Ia <0). Due to the fluctuation, an error occurs in the voltage output from the inverter circuit to the electric motor. In addition, since the ripple current generated by the switching operation is shifted by Td, the hysteresis loss included in the iron loss of the motor is also increased. Various methods have been disclosed for correcting an error corresponding to the dead time Td of the output voltage of the inverter circuit by providing the dead time Td. However, for correcting a deviation of the ripple current due to the dead time Td, An effective method is not disclosed.

本実施の形態では、インバータ回路62をWBG半導体で構成された半導体スイッチ素子6aw,6bwで構成してターンオン時間Tonおよびターンオフ時間Toffを短くすることにより、半導体スイッチ素子6aw,6bwのデッドタイムTdをより小さくすることができる。その結果、リップル電流に発生するデッドタイムTd分のずれも小さくなり、デッドタイムTdに起因するヒステリシス損の増大を抑制することができる。   In the present embodiment, the inverter circuit 62 is composed of semiconductor switch elements 6aw and 6bw made of WBG semiconductor, and the turn-on time Ton and the turn-off time Toff are shortened, thereby reducing the dead time Td of the semiconductor switch elements 6aw and 6bw. It can be made smaller. As a result, the deviation of the dead time Td generated in the ripple current is reduced, and an increase in hysteresis loss due to the dead time Td can be suppressed.

以上説明したように、実施の形態5の電動機駆動装置によれば、インバータ回路の半導体スイッチ素子をワイドバンドギャップ半導体で構成するようにしたので、半導体スイッチ素子のターンオン時間およびターンオフ時間の制御範囲を、ターンオン時間およびターンオフ時間をより短くする方向へ拡大することができる。その結果、半導体スイッチ素子のターンオン時およびターンオフ時の損失量を共に小さくすることができ、インバータ回路で発生するスイッチング損失の低減効果をより大きくすることができる。   As described above, according to the motor drive device of the fifth embodiment, the semiconductor switch element of the inverter circuit is configured with a wide band gap semiconductor, so that the control range of the turn-on time and the turn-off time of the semiconductor switch element is The turn-on time and the turn-off time can be expanded in a shorter direction. As a result, it is possible to reduce both the amount of loss when the semiconductor switch element is turned on and when it is turned off, and the effect of reducing the switching loss generated in the inverter circuit can be further increased.

また、スイッチング周波数を大きくすることができるので、電動機の鉄損に含まれるヒステリシス損の低減にも寄与する。   Further, since the switching frequency can be increased, it contributes to the reduction of hysteresis loss included in the iron loss of the electric motor.

さらに、ターンオン時間およびターンオフ時間をより短くすることができるので、半導体素子のターンオフ期間とターンオン期間との間に設けるデッドタイムを小さくすることができ、デッドタイムに起因するヒステリシス損の増大を抑制することができる。   Furthermore, since the turn-on time and the turn-off time can be further shortened, the dead time provided between the turn-off period and the turn-on period of the semiconductor element can be reduced, and an increase in hysteresis loss due to the dead time is suppressed. be able to.

実施の形態6.
実施の形態6では、実施の形態1乃至5の電動機駆動装置を空気調和装置に適用する例について説明する。図10は、実施の形態6にかかる空気調和装置の一構成例を示す図である。なお、電動機駆動装置1の内部構成については、実施の形態1乃至5において説明した構成と同一であるので、ここでは説明を省略する。
Embodiment 6 FIG.
In the sixth embodiment, an example in which the electric motor drive device of the first to fifth embodiments is applied to an air conditioner will be described. FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration example of an air-conditioning apparatus according to the sixth embodiment. Note that the internal configuration of the electric motor drive device 1 is the same as the configuration described in the first to fifth embodiments, and thus the description thereof is omitted here.

図10に示すように、実施の形態6にかかる空気調和装置30は、室外機31と、室内機32とを備え、室外機31と室内機32との間は、相互間で熱交換を行う熱交換媒体を循環させるための熱交換媒体配管33および34により接続されている。室外機31は、電動機駆動装置1と、圧縮機である電動機3とを備え、外部の交流電源2から交流電力が供給される。   As shown in FIG. 10, the air conditioner 30 according to the sixth embodiment includes an outdoor unit 31 and an indoor unit 32, and performs heat exchange between the outdoor unit 31 and the indoor unit 32. The heat exchange medium pipes 33 and 34 for circulating the heat exchange medium are connected. The outdoor unit 31 includes an electric motor driving device 1 and an electric motor 3 that is a compressor, and AC power is supplied from an external AC power source 2.

一般に、空気調和装置では、電動機の周波数や機械出力は一定ではなく、室外機周囲の空気温度、室内機周囲の空気温度、空気調和装置の運転モードの設定、あるいは室内機が調和すべき空気温度の設定値により異なる。   In general, in an air conditioner, the frequency and mechanical output of the electric motor are not constant, the air temperature around the outdoor unit, the air temperature around the indoor unit, the setting of the operation mode of the air conditioner, or the air temperature that the indoor unit should harmonize with Varies depending on the set value.

つまり、外部からの運転指令に基づく電動機の周波数もしくは出力トルクの指令値の制御、室外機および室内機の空気温度の変化、あるいは熱交換媒体の温度や圧力の変化等の運転条件の変化により、電動機電流が変動し、インバータ回路の半導体スイッチ素子およびダイオードに発生する導通損失、スイッチング損失、電動機の一次巻線に発生する銅損、電動機の鉄心に発生する鉄損も変動する。   That is, by controlling the command value of the frequency or output torque of the motor based on the operation command from the outside, the change of the air temperature of the outdoor unit and the indoor unit, or the change of the operation condition such as the temperature and pressure of the heat exchange medium The motor current fluctuates, and the conduction loss and switching loss generated in the semiconductor switch elements and diodes of the inverter circuit, the copper loss generated in the primary winding of the motor, and the iron loss generated in the iron core of the motor also fluctuated.

したがって、実施の形態6にかかる空気調和装置30では、実施の形態1乃至5の電動機駆動装置1を適用することにより、空気調和装置30の運転条件が変化した場合でも、電力損失が適切に低減されるようにしている。   Therefore, in the air conditioner 30 according to the sixth embodiment, by applying the electric motor drive device 1 according to the first to fifth embodiments, even when the operation condition of the air conditioner 30 is changed, the power loss is appropriately reduced. To be.

例えば、空気調和装置30に実施の形態1にかかる電動機駆動装置1を適用した場合には、制御要素制御部11は、外部からの運転指令に基づく電動機3の周波数もしくは出力トルクの指令値の制御、室外機31および室内機32の空気温度の変化、あるいは熱交換媒体の温度や圧力の変化により、電動機電流Iaが変動した場合に、電流検出回路7が検出した電動機電流Iaに基づいて、実施の形態1において説明した各計算手法により、インバータ回路6の半導体スイッチ素子6a,6bおよびダイオード6c,6dの導通により生じる導通損失、インバータ回路6の半導体スイッチ素子6a,6bのターンオン時およびターンオフ時のスイッチングにより生じるスイッチング損失、電動機3の一次巻線で発生する銅損、および電動機3の鉄心で発生する鉄損を計算し、その合計損失がより小さくなるように、コンバータ回路6の出力電圧値VDC、インバータ回路6のスイッチングパルス変調度Da、スイッチングパルス変調度Daの周波数fa、スイッチング周波数fc、ターンオン時間Ton、およびターンオフ時間Toffを制御することにより、インバータ回路および電動機に発生する各電力損失の合計値をより小さくする。   For example, when the motor drive device 1 according to the first embodiment is applied to the air conditioner 30, the control element control unit 11 controls the command value of the frequency of the motor 3 or the output torque based on the operation command from the outside. Based on the motor current Ia detected by the current detection circuit 7 when the motor current Ia fluctuates due to a change in the air temperature of the outdoor unit 31 and the indoor unit 32 or a change in the temperature or pressure of the heat exchange medium. According to the calculation methods described in the first embodiment, the conduction loss caused by the conduction of the semiconductor switch elements 6a and 6b and the diodes 6c and 6d of the inverter circuit 6, the turn-on time and the turn-off time of the semiconductor switch elements 6a and 6b of the inverter circuit 6 Switching loss caused by switching, copper loss generated in the primary winding of the motor 3, and motor 3 The iron loss generated in the iron core is calculated, and the output voltage value VDC of the converter circuit 6, the switching pulse modulation degree Da of the inverter circuit 6, the frequency fa of the switching pulse modulation degree Da, the switching frequency so that the total loss becomes smaller. By controlling fc, turn-on time Ton, and turn-off time Toff, the total value of each power loss generated in the inverter circuit and the electric motor is further reduced.

また、例えば、空気調和装置30に実施の形態2にかかる電動機駆動装置1を適用した場合には、制御要素制御部11は、実施の形態1の制御に加えて、インバータ回路6の温度があらかじめ設定した上限温度を超えた場合に、導通損失とスイッチング損失の合計がより小さくなるように、コンバータ回路6の出力電圧値VDC、インバータ回路6のスイッチングパルス変調度Da、スイッチング周波数fc、ターンオン時間Ton、およびターンオフ時間Toffを制御することにより、インバータ回路6の温度上昇を抑制し、インバータ回路6が過熱状態となるのを防止する。   For example, when the electric motor drive device 1 according to the second embodiment is applied to the air conditioner 30, the control element control unit 11 sets the temperature of the inverter circuit 6 in advance in addition to the control of the first embodiment. When the set upper limit temperature is exceeded, the output voltage value VDC of the converter circuit 6, the switching pulse modulation degree Da, the switching frequency fc, the turn-on time Ton of the inverter circuit 6 so that the sum of the conduction loss and the switching loss becomes smaller. By controlling the turn-off time Toff, the temperature rise of the inverter circuit 6 is suppressed and the inverter circuit 6 is prevented from being overheated.

また、例えば、空気調和装置30に実施の形態3にかかる電動機駆動装置1を適用した場合には、制御要素制御部11は、実施の形態1において説明した各計算手法により、導通損失、スイッチング損失、銅損および鉄損を計算し、損失量の大きい損失を抽出して、その損失を変動させる制御要素を制御することにより、制御要素の制御を完了するまでの時間を短縮すると共に、制御要素の制御を完了するまでに発生する通算の損失量を低減させる。   For example, when the motor drive device 1 according to the third embodiment is applied to the air conditioner 30, the control element control unit 11 performs conduction loss and switching loss by the calculation methods described in the first embodiment. By calculating the copper loss and iron loss, extracting the loss with a large amount of loss and controlling the control element that fluctuates the loss, the time to complete control of the control element is shortened and the control element The total amount of loss that occurs until the control is completed is reduced.

また、例えば、空気調和装置30に実施の形態4にかかる電動機駆動装置1を適用した場合には、インバータ回路61のダイオード6cw,6dwをWBG半導体で構成することにより、ダイオード6cw,6dwで発生する逆回復損失量Errを小さくすると共に、半導体スイッチ素子6a,6bのターンオン時間Tonを短くしてターンオン時の損失量を小さくし、インバータ回路61で発生するスイッチング損失の低減効果をより大きくする。   For example, when the motor drive device 1 according to the fourth embodiment is applied to the air conditioner 30, the diodes 6cw and 6dw of the inverter circuit 61 are formed of WBG semiconductors, so that the diodes 6cw and 6dw are generated. The reverse recovery loss amount Err is reduced and the turn-on time Ton of the semiconductor switch elements 6a and 6b is shortened to reduce the loss amount at the turn-on time, thereby further increasing the effect of reducing the switching loss generated in the inverter circuit 61.

また、例えば、空気調和装置30に実施の形態5にかかる電動機駆動装置1を適用した場合には、インバータ回路62の半導体スイッチ素子6aw,6bwをWBGの半導体で構成することにより、半導体スイッチ素子6aw,6bwのターンオン時間およびターンオフ時間をより短くして、ターンオン時およびターンオフ時の損失量を共に小さくし、インバータ回路62で発生するスイッチング損失の低減効果をより大きくする。また、半導体素子6aw,6bwのターンオフ期間とターンオン期間との間に設けるデッドタイムTdを小さくし、デッドタイムに起因するヒステリシス損の増大を抑制する。   For example, when the motor drive device 1 according to the fifth embodiment is applied to the air conditioner 30, the semiconductor switch elements 6 aw and 6 bw of the inverter circuit 62 are configured by WBG semiconductors, thereby providing the semiconductor switch element 6 aw. , 6 bw turn-on time and turn-off time are shortened to reduce both the loss amount at the turn-on time and the turn-off time, and the effect of reducing the switching loss generated in the inverter circuit 62 is further increased. In addition, the dead time Td provided between the turn-off period and the turn-on period of the semiconductor elements 6aw and 6bw is reduced to suppress an increase in hysteresis loss due to the dead time.

以上説明したように、実施の形態6にかかる空気調和装置によれば、実施の形態1〜5の電動機駆動装置を適用することにより、外部からの運転指令に基づく電動機の周波数もしくは出力トルクの指令値の制御、室外機および室内機の周囲の空気温度の変化、あるいは熱交換媒体の温度や圧力の変化等の運転条件の変化により、電動機電流が変動した場合でも、上述した実施の形態1〜5の効果を得ることができ、電力損失を適切に低減することができる。   As described above, according to the air conditioner of the sixth embodiment, by applying the motor driving device of the first to fifth embodiments, the motor frequency or the output torque command based on the operation command from the outside. Even if the motor current fluctuates due to control of values, changes in the air temperature around the outdoor unit and the indoor unit, or changes in operating conditions such as changes in the temperature and pressure of the heat exchange medium, the above-described first to first embodiments 5 can be obtained, and the power loss can be appropriately reduced.

なお、実施の形態4あるいは実施の形態5において説明したWBG半導体で構成されたダイオードや半導体スイッチ素子を用いることによる効果は、各実施の形態において記載した効果にとどまらない。   It should be noted that the effect obtained by using the diode or the semiconductor switch element formed of the WBG semiconductor described in the fourth embodiment or the fifth embodiment is not limited to the effect described in each embodiment.

例えば、WBG半導体によって構成されたダイオードや半導体スイッチ素子は、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、ダイオードや半導体スイッチ素子の小型化が可能であり、これら小型化されたダイオードや半導体スイッチ素子を用いることにより、これらの素子を組み込んだインバータ回路の小型化が可能となる。   For example, a diode or a semiconductor switch element made of a WBG semiconductor has a high voltage resistance and a high allowable current density, so that the diode and the semiconductor switch element can be miniaturized. By using elements, it is possible to reduce the size of an inverter circuit incorporating these elements.

また、WBG半導体によって構成されたダイオードや半導体スイッチ素子は、耐熱性も高いため、実施の形態2において説明したインバータ回路の上限温度をより高い温度に設定することも可能となる。   In addition, since the diode and the semiconductor switching element made of the WBG semiconductor have high heat resistance, the upper limit temperature of the inverter circuit described in Embodiment 2 can be set to a higher temperature.

なお、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは言うまでもない。   Note that the configuration shown in the above embodiment is an example of the configuration of the present invention, and can be combined with another known technique, and a part thereof is omitted without departing from the gist of the present invention. Needless to say, it is possible to change the configuration.

1 電動機駆動装置
2 交流電源
3 電動機
4 コンバータ回路
5 平滑回路
5a 平滑用コンデンサ
6,61,62 インバータ回路
6a,6b 半導体スイッチ素子
6aw,6bw ワイドバンドギャップ半導体で構成された半導体スイッチ素子
6c,6d ダイオード
6cw,6dw ワイドバンドギャップ半導体で構成されたダイオード
7 電流検出回路
10 電動機駆動制御部
11 制御要素制御部
12 直流電圧指令生成部
13 スイッチング周波数指令生成部
14 駆動パルス信号生成部
15 スイッチング時間設定部
20a,20b 駆動回路
21 ターンオン時間設定回路
22 ターンオフ時間設定回路
23a,23b 回路要素
30 空気調和装置
31 室外機
32 室内機
33,34 熱交換媒体配管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Motor drive device 2 AC power supply 3 Electric motor 4 Converter circuit 5 Smoothing circuit 5a Smoothing capacitor 6, 61, 62 Inverter circuit 6a, 6b Semiconductor switch element 6aw, 6bw Semiconductor switch element 6c, 6d diode comprised by wide band gap semiconductor 6 cw, 6 dw Diodes configured with wide band gap semiconductors 7 Current detection circuit 10 Motor drive control unit 11 Control element control unit 12 DC voltage command generation unit 13 Switching frequency command generation unit 14 Drive pulse signal generation unit 15 Switching time setting unit 20a , 20b Drive circuit 21 Turn-on time setting circuit 22 Turn-off time setting circuit 23a, 23b Circuit element 30 Air conditioner 31 Outdoor unit 32 Indoor unit 33, 34 Heat exchange medium piping

Claims (11)

交流電源から第1の交流電圧が供給され、前記第1の交流電圧を第2の交流電圧に変換して電動機に出力する電動機駆動装置であって、
前記第1の交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ回路と、
前記直流電圧を平滑する平滑回路と、
半導体スイッチ素子およびダイオードが逆並列に接続された上下一対のアームを1つあるいは複数備えて構成され、前記直流電圧を前記第2の交流電圧に変換するインバータ回路と、
前記半導体スイッチ素子を駆動する駆動回路と、
前記電動機に流れる電動機電流を検出する電流検出回路と、
前記電動機電流に基づいて、前記半導体スイッチ素子のターンオン時あるいはターンオフ時のスイッチングにより生じるスイッチング損失、前記半導体スイッチ素子および前記ダイオードの導通により生じる導通損失、前記電動機の鉄心で発生する鉄損、および前記電動機の一次巻線で発生する銅損を算出し、前記スイッチング損失、前記導通損失、前記鉄損、および前記銅損の合計損失を算出し、当該合計損失がより小さくなるように制御する電動機駆動制御部と、
を備え、
前記電動機駆動制御部は、前記半導体スイッチ素子のターンオン時間およびターンオフ時間のうちの少なくとも1つを制御するスイッチングスピード制御手段を備え
前記駆動回路は、
前記電動機駆動制御部から出力される駆動パルス信号の立ち上がり時に前記半導体スイッチ素子に流れるゲート電流を制限する第1の回路要素と、
前記駆動パルス信号の立ち下がり時に前記半導体スイッチ素子に流れるゲート電流を制限する第2の回路要素と、
前記第1の回路要素に含まれる第1の抵抗要素を制御して、前記ターンオン時間を設定するターンオン時間設定回路と、
前記第2の回路要素に含まれる第2の抵抗要素を制御して、前記ターンオフ時間を設定するターンオフ時間設定回路と、
を備えることを特徴とする電動機駆動装置。
A first AC voltage is supplied from an AC power source, the first AC voltage is converted into a second AC voltage, and the motor drive device outputs the electric voltage to the motor;
A converter circuit for converting the first AC voltage into a DC voltage;
A smoothing circuit for smoothing the DC voltage;
An inverter circuit configured to include one or a plurality of upper and lower arms to which a semiconductor switch element and a diode are connected in anti-parallel, and that converts the DC voltage into the second AC voltage;
A drive circuit for driving the semiconductor switch element;
A current detection circuit for detecting a motor current flowing in the motor;
Based on the motor current, switching loss caused by switching of the semiconductor switch element at turn-on or turn-off, conduction loss caused by conduction of the semiconductor switch element and the diode, iron loss generated in the iron core of the motor, and A motor drive that calculates a copper loss occurring in the primary winding of the motor, calculates a total loss of the switching loss, the conduction loss, the iron loss, and the copper loss, and controls the total loss to be smaller A control unit;
With
The electric motor drive control unit includes switching speed control means for controlling at least one of a turn-on time and a turn-off time of the semiconductor switch element ,
The drive circuit is
A first circuit element that limits a gate current that flows to the semiconductor switch element at the time of a rise of a drive pulse signal output from the electric motor drive control unit;
A second circuit element for limiting a gate current flowing in the semiconductor switch element at the fall of the drive pulse signal;
A turn-on time setting circuit for setting the turn-on time by controlling a first resistance element included in the first circuit element;
A turn-off time setting circuit for setting the turn-off time by controlling a second resistance element included in the second circuit element;
Electric motor drive device according to claim Rukoto equipped with.
前記第1の回路要素は、  The first circuit element is:
前記第1の抵抗要素と直列に、前記駆動パルス信号のターンオン時に前記半導体スイッチ素子に流れるゲート電流に対して順方向に接続された第1の整流要素を含み構成され、  A first rectifying element connected in a forward direction with respect to a gate current flowing through the semiconductor switch element when the drive pulse signal is turned on in series with the first resistance element;
前記第2の回路要素は、  The second circuit element is:
前記第2の抵抗要素と直列に、前記駆動パルス信号のターンオフ時に前記半導体スイッチ素子に流れるゲート電流に対して順方向に接続された第2の整流要素を含み構成され、  A second rectifying element connected in a forward direction with respect to a gate current flowing through the semiconductor switch element when the drive pulse signal is turned off in series with the second resistance element;
前記ターンオン時間設定回路は、  The turn-on time setting circuit includes:
前記電動機駆動制御部から出力されるターンオン時間指令値に基づき、前記第1の抵抗要素を変動させることにより、前記駆動パルス信号の立ち上がり時間を調整して前記ターンオン時間を設定し、  Based on the turn-on time command value output from the electric motor drive control unit, by changing the first resistance element, the rise time of the drive pulse signal is adjusted to set the turn-on time,
前記ターンオフ時間設定回路は、  The turn-off time setting circuit includes:
前記電動機駆動制御部から出力されるターンオフ時間指令値に基づき、前記第2の抵抗要素を変動させることにより、前記駆動パルス信号の立ち下がり時間を調整して前記ターンオフ時間を設定する  Based on the turn-off time command value output from the motor drive control unit, the turn-off time is set by adjusting the fall time of the drive pulse signal by changing the second resistance element.
ことを特徴とする請求項1に記載の電動機駆動装置。  The electric motor drive device according to claim 1.
前記電動機駆動制御部は、前記半導体スイッチ素子のスイッチング周波数を制御するスイッチング周波数制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項1または2に記載の電動機駆動装置。 Said motor drive control unit, the motor driving apparatus according to claim 1 or 2, further comprising a switching frequency control means for controlling the switching frequency of the semiconductor switching element. 前記電動機駆動制御部は、前記コンバータ回路の出力電圧値を制御するコンバータ回路出力電圧制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の電動機駆動装置。 Said motor drive control unit, the electric motor drive device according to any one of claims 1 to 3, further comprising a converter circuit output voltage control means for controlling an output voltage value of said converter circuit. 前記電動機駆動制御部は、前記半導体スイッチ素子のスイッチングパルス変調度を制御するスイッチングパルス変調度制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の電動機駆動装置。 It said motor drive control unit, the electric motor drive device according to claim 1, further comprising a switching pulse modulation degree control means for controlling the switching pulse modulation to any one of 4 of the semiconductor switching element. 前記電動機駆動制御部は、前記第2の交流電圧の1周期にわたる平均値を算出して、前記導通損失を算出することを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の電動機駆動装置。 Said motor drive control unit, the calculated average value over one period of the second AC voltage, motor drive according to any one of claims 1 to 5, characterized in that for calculating the conduction loss apparatus. 前記電動機駆動制御部は、前記インバータ回路の温度があらかじめ設定された前記インバータ回路の上限温度を超えた場合に、前記導通損失と前記スイッチング損失との合計損失を算出し、当該合計損失がより小さくなるように制御することを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の電動機駆動装置。 When the temperature of the inverter circuit exceeds a preset upper limit temperature of the inverter circuit, the motor drive control unit calculates a total loss of the conduction loss and the switching loss, and the total loss is smaller. It controls so that it may become. The electric motor drive device as described in any one of Claim 1 to 6 characterized by the above-mentioned. 前記ダイオードは、ワイドバンドギャップ半導体によって形成されたことを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の電動機駆動装置。 The diode, motor driving device according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it is formed by a wide band gap semiconductor. 前記半導体スイッチ素子は、ワイドバンドギャップ半導体によって形成されたことを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の電動機駆動装置。 It said semiconductor switching element, motor driving device according to any one of claims 1 8, characterized in that it is formed by a wide band gap semiconductor. 前記ワイドバンドギャップ半導体は、窒化ガリウム系材料、炭化ケイ素、あるいはダイヤモンドであることを特徴とする請求項8または9に記載の電動機駆動装置。   10. The electric motor driving device according to claim 8, wherein the wide band gap semiconductor is a gallium nitride-based material, silicon carbide, or diamond. 請求項1から10のいずれか一項に記載の電動機駆動装置を備えることを特徴とする空気調和装置。 An air conditioner comprising the electric motor drive device according to any one of claims 1 to 10.
JP2011049510A 2011-03-07 2011-03-07 Electric motor drive device and air conditioner Expired - Fee Related JP5656695B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011049510A JP5656695B2 (en) 2011-03-07 2011-03-07 Electric motor drive device and air conditioner

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011049510A JP5656695B2 (en) 2011-03-07 2011-03-07 Electric motor drive device and air conditioner

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012186957A JP2012186957A (en) 2012-09-27
JP5656695B2 true JP5656695B2 (en) 2015-01-21

Family

ID=47016507

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011049510A Expired - Fee Related JP5656695B2 (en) 2011-03-07 2011-03-07 Electric motor drive device and air conditioner

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5656695B2 (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9318991B2 (en) * 2013-04-11 2016-04-19 The Boeing Company Electric motor frequency modulation system
WO2017022084A1 (en) * 2015-08-04 2017-02-09 三菱電機株式会社 Inverter control device and air-conditioner
JP2018014822A (en) * 2016-07-20 2018-01-25 株式会社リコー Image forming apparatus, power supply method, and program
CN110915119B (en) 2017-08-04 2023-02-24 三菱电机株式会社 Power conversion device, motor drive device, and air conditioner
JP7165598B2 (en) * 2019-02-22 2022-11-04 日立Astemo株式会社 brake device
JP2021027652A (en) * 2019-08-01 2021-02-22 株式会社豊田自動織機 Control device of electric motor

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001112243A (en) * 1999-10-08 2001-04-20 Daiwa Industries Ltd Highly efficient switching circuit
JP3971979B2 (en) * 2002-09-13 2007-09-05 日立アプライアンス株式会社 Air conditioner
JP2006320134A (en) * 2005-05-13 2006-11-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd Motor drive circuit and electric washing machine therewith
JP4191715B2 (en) * 2005-10-03 2008-12-03 三菱電機株式会社 In-vehicle motor controller
JP2009213313A (en) * 2008-03-06 2009-09-17 Panasonic Corp Method and device for controlling switching element and device for driving motor
JP2010220303A (en) * 2009-03-13 2010-09-30 Daikin Ind Ltd Power conversion apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
JP2012186957A (en) 2012-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5656695B2 (en) Electric motor drive device and air conditioner
JP4652983B2 (en) Induction heating device
JP6067105B2 (en) Power conversion apparatus, motor drive apparatus including the same, blower including the same, compressor, air conditioner including them, refrigerator, and refrigerator
JP6132793B2 (en) Inverter device for motor drive
JP6330350B2 (en) Power supply device and control method of power supply device
WO2014049779A1 (en) Power conversion device
JP6369737B1 (en) Insulated DC / DC converter, control device therefor, and DC / AC converter
JPWO2016157307A1 (en) Converter device
JP2010246204A (en) Dc power supply device and refrigerator with the same
JP5326605B2 (en) Power converter
JP6366543B2 (en) DC / DC converter
JP6008930B2 (en) Power converter
JPWO2015052743A1 (en) Power converter
WO2019026712A1 (en) Driving device, control method, and program
JP5976953B2 (en) Bridge leg
Nguyen et al. Comparison of power losses in single-phase to three-phase AC/DC/AC PWM converters
JP6277462B2 (en) Power conversion apparatus and method for heat treatment
JP4313331B2 (en) Induction heating device
JP6168809B2 (en) Switching power supply circuit
US10517148B2 (en) Induction heat cooking apparatus and method for driving the same
US10432105B2 (en) Power frequency current converter and method for controlling the same
JP2008243546A (en) Induction heating device
JP2022060601A (en) Power conversion device and heat pump system with the same
KR102486589B1 (en) Power conversion device and power conversion method for heat treatment
JP6513564B2 (en) Inverter device capable of resonance avoidance

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20130523

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140318

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20140319

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140515

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20141028

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20141125

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5656695

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees