JP5996031B1 - Control device for rotating electrical machine - Google Patents

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Abstract

【課題】同期整流方式でオルタネータ発電制御を行う場合であっても、発電制御切り替え時のショックを低減しつつ、連続的に発電制御方式を切り替えることが可能となる回転電機の制御装置を得る。【解決手段】発電制御方式をオルタネータ発電制御に切り替える際に、非同期PWM信号生成部(251)による第1インバータ発電制御から、同期PWM信号生成部(252)による第2インバータ発電制御、同期整流発電制御部(253)によるオルタネータ発電制御に順次切り替えるように構成する。【選択図】図1Even when alternator power generation control is performed by a synchronous rectification method, a control device for a rotating electrical machine capable of continuously switching the power generation control method while reducing a shock at the time of power generation control switching is obtained. When switching a power generation control method to an alternator power generation control, a first inverter power generation control by an asynchronous PWM signal generation unit (251), a second inverter power generation control by a synchronous PWM signal generation unit (252), and a synchronous rectification power generation. The control unit (253) is configured to sequentially switch to alternator power generation control. [Selection] Figure 1

Description

本発明は、巻線組を有する回転電機を発電機として駆動する場合に回転数に応じて複数の発電方式の切り替え制御を実行する回転電機の制御装置に関するものである。   The present invention relates to a control device for a rotating electrical machine that performs switching control of a plurality of power generation methods in accordance with the rotational speed when a rotating electrical machine having a winding set is driven as a generator.
従来、発電機として駆動する回転電機の制御方法として、回転電機が回転することで発生する起電力によって発電を行うオルタネータ発電制御と、インバータから回転電機へ位相制御された電機子電流を流して起電力を昇圧チョッパ制御することで発電を行うインバータ発電制御とが知られている。   Conventionally, as a control method for a rotating electrical machine driven as a generator, an alternator power generation control that generates power by an electromotive force generated by the rotation of the rotating electrical machine, and an armature current that is phase-controlled from the inverter to the rotating electrical machine Inverter power generation control is known in which power generation is performed by boosting chopper control.
ここで、オルタネータ発電制御では、回転電機の起電力がインバータに印加している直流電圧よりも高くないと発電できないので、回転電機の回転数が高くならないと発電可能とならない。一方、インバータ発電制御では、インバータからモータに位相制御された電機子電流を流すことで起電力を昇圧チョッパ制御しているので、回転電機の回転数が低い場合でも発電可能となる。そこで、両方の発電制御方式を組み合わせて回転電機の発電制御を行う技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   Here, in the alternator power generation control, power cannot be generated unless the electromotive force of the rotating electrical machine is higher than the DC voltage applied to the inverter. Therefore, power cannot be generated unless the rotational speed of the rotating electrical machine is increased. On the other hand, in the inverter power generation control, since the electromotive force is boosted by the chopper control by flowing a phase-controlled armature current from the inverter to the motor, it is possible to generate power even when the rotational speed of the rotating electrical machine is low. Therefore, a technique for performing power generation control of a rotating electrical machine by combining both power generation control methods has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
具体的には、特許文献1に記載の従来技術では、回転電機の回転数が特定の切り替え回転数に達した場合に、インバータ発電制御からオルタネータ発電制御への発電制御切り替えが行われる。また、このような発電制御切り替えの際に生じるショックを低減させるために、切り替え回転数にヒステリシスを設けている。   Specifically, in the prior art described in Patent Document 1, when the rotational speed of the rotating electrical machine reaches a specific switching rotational speed, power generation control switching from inverter power generation control to alternator power generation control is performed. Moreover, in order to reduce the shock which arises at the time of such power generation control switching, a hysteresis is provided in the switching rotational speed.
特開2004−15847号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-15847
しかしながら、特許文献1に記載の従来技術では、インバータ発電制御からオルタネータ発電制御への発電制御切り替えの前後において、インバータのスイッチング素子のスイッチング制御の周期を考慮してない。したがって、同期整流方式でオルタネータ発電制御を行う場合、発電制御切り替え時のショックが発生する問題がある。   However, in the prior art described in Patent Document 1, the period of the switching control of the switching element of the inverter is not taken into consideration before and after the power generation control switching from the inverter power generation control to the alternator power generation control. Therefore, when alternator power generation control is performed by the synchronous rectification method, there is a problem that a shock occurs when power generation control is switched.
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、同期整流方式でオルタネータ発電制御を行う場合であっても、発電制御切り替え時のショックを低減しつつ、連続的に発電制御方式を切り替えることが可能となる回転電機の制御装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems. Even when alternator power generation control is performed by the synchronous rectification method, the power generation is continuously performed while reducing the shock at the time of power generation control switching. It is an object of the present invention to obtain a control device for a rotating electrical machine that can switch a control method.
本発明における回転電機の制御装置は、巻線組を有する回転電機を発電機として駆動する場合に回転電機の回転数に応じて複数の発電方式の切り替え制御を実行する回転電機の制御装置であって、高電位側および低電位側のそれぞれにスイッチング素子を有する複数の回路が並列に接続されたスイッチング素子部と、回転電機への制御指令に従って巻線組の各相への相電圧指令を生成し、生成した相電圧指令を出力する電圧指令生成部と、スイッチング制御信号を生成し、生成したスイッチング制御信号に従ってスイッチング素子部の各スイッチング素子をオンおよびオフにスイッチング制御するスイッチング信号生成部と、巻線組の各相に流れる相電流を検出する電流センサと、回転数を検出する回転センサと、を備え、スイッチング信号生成部は、キャリア周波数が設定キャリア周波数となるように非同期キャリア波を生成し、電圧指令生成部から入力された相電圧指令と、生成した非同期キャリア波との振幅比較を行うことによって非同期PWM信号をスイッチング制御信号として生成する第1インバータ発電制御を行う非同期PWM信号生成部と、相電圧指令と同期キャリア波との位相差が一定となり、かつ相電圧指令の電気角1周期に対してのパルス数を初期設定パルス数から1パルスまで減少方向に順次変化させながら同期キャリア波を生成し、相電圧指令と、生成した同期キャリア波との振幅比較を行うことによって同期PWM信号をスイッチング制御信号として生成する第2インバータ発電制御を行う同期PWM信号生成部と、電流センサによって検出された相電流の正負に従って同期整流信号をスイッチング制御信号として生成するオルタネータ発電制御を行う同期整流発電制御部と、を有し、回転センサによって検出された回転数が第1設定回転数よりも小さい場合、第1インバータ発電制御を行い、回転数が第1設定回転数に達したときに第1インバータ発電制御から第2インバータ発電制御に切り替えて第2インバータ発電制御を行い、回転数が第1設定回転数よりも大きい第2設定回転数に達したときに第2インバータ発電制御からオルタネータ発電制御にさらに切り替えオルタネータ発電制御を行うものである。   The rotating electrical machine control device according to the present invention is a rotating electrical machine control device that performs switching control of a plurality of power generation methods in accordance with the rotational speed of the rotating electrical machine when the rotating electrical machine having a winding set is driven as a generator. In addition, a switching element section in which a plurality of circuits having switching elements on each of the high potential side and the low potential side is connected in parallel, and a phase voltage command to each phase of the winding set is generated according to a control command to the rotating electrical machine A voltage command generation unit that outputs the generated phase voltage command, a switching signal generation unit that generates a switching control signal and performs switching control of each switching element of the switching element unit on and off according to the generated switching control signal, A switching signal comprising a current sensor for detecting a phase current flowing in each phase of the winding set and a rotation sensor for detecting the number of rotations. The generating unit generates an asynchronous carrier wave so that the carrier frequency becomes the set carrier frequency, and performs an amplitude comparison between the phase voltage command input from the voltage command generating unit and the generated asynchronous carrier wave. Asynchronous PWM signal generation unit that performs first inverter power generation control that generates a switching control signal, and a phase difference between a phase voltage command and a synchronous carrier wave is constant, and a pulse for one cycle of the electrical angle of the phase voltage command The synchronous PWM signal is generated as a switching control signal by generating a synchronous carrier wave while sequentially changing the number from the initial setting pulse number to 1 pulse in a decreasing direction and comparing the phase voltage command with the generated synchronous carrier wave. A synchronous PWM signal generator for performing the second inverter power generation control to be generated, and a phase current detected by the current sensor A synchronous rectification power generation control unit that performs alternator power generation control that generates a synchronous rectification signal as a switching control signal in accordance with the positive and negative of the first and second rotation speeds detected by the rotation sensor is smaller than the first set rotation speed, Inverter power generation control is performed, and when the rotational speed reaches the first set rotational speed, the second inverter power generation control is performed by switching from the first inverter power generation control to the second inverter power generation control. When the second set rotational speed is reached, the alternator power generation control is further switched from the second inverter power generation control to the alternator power generation control.
本発明によれば、発電制御方式をオルタネータ発電制御に切り替える際に、同期PWM信号生成部による第2インバータ発電制御から同期整流発電制御部によるオルタネータ発電制御に切り替えるように構成する。これにより、同期整流方式でオルタネータ発電制御を行う場合であっても、発電制御切り替え時のショックを低減しつつ、連続的に発電制御方式を切り替えることが可能となる回転電機の制御装置を得ることができる。   According to the present invention, when the power generation control method is switched to the alternator power generation control, the second inverter power generation control by the synchronous PWM signal generation unit is switched to the alternator power generation control by the synchronous rectification power generation control unit. As a result, even when alternator power generation control is performed by a synchronous rectification method, a control device for a rotating electrical machine that can continuously switch power generation control methods while reducing shock at the time of power generation control switching is obtained. Can do.
本発明の実施の形態1における回転電機制御システムを示す構成図である。It is a block diagram which shows the rotary electric machine control system in Embodiment 1 of this invention. 図1の非同期PWM信号生成部の動作を説明するための説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining an operation of an asynchronous PWM signal generation unit in FIG. 1. 図1の同期PWM信号生成部の動作を説明するための説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining an operation of a synchronous PWM signal generation unit in FIG. 1. 図1の同期PWM信号生成部の動作を説明するための説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining an operation of a synchronous PWM signal generation unit in FIG. 1. 図1の同期PWM信号生成部の動作を説明するための説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining an operation of a synchronous PWM signal generation unit in FIG. 1. 図1の同期整流発電制御部の動作を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating operation | movement of the synchronous rectification electric power generation control part of FIG. 図1のスイッチング信号生成部による発電制御方式の切り替え動作を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the switching operation | movement of the electric power generation control system by the switching signal generation part of FIG. 本発明の実施の形態2における第2設定回転数を設定する手法を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the method of setting the 2nd setting rotation speed in Embodiment 2 of this invention.
以下、本発明による回転電機の制御装置を、好適な実施の形態にしたがって図面を用いて説明する。なお、図面の説明においては、同一部分または相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。   Hereinafter, a control device for a rotating electrical machine according to the present invention will be described with reference to the drawings according to a preferred embodiment. In the description of the drawings, the same portions or corresponding portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1における回転電機制御システムを示す構成図である。図1において、回転電機制御システムは、回転電機1と、回転電機の制御装置2とを備える。なお、以下、回転電機の制御装置2を単に制御装置2と略す。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a configuration diagram showing a rotating electrical machine control system according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, the rotating electrical machine control system includes a rotating electrical machine 1 and a rotating electrical machine control device 2. Hereinafter, the control device 2 of the rotating electrical machine is simply referred to as the control device 2.
回転電機1は、電動機および発電機としての機能を有し、制御装置2の制御に従って電動機または発電機として駆動する。また、回転電機1は、巻線組11および回転センサ12を有する。   The rotating electrical machine 1 functions as an electric motor and a generator, and is driven as an electric motor or a generator according to the control of the control device 2. The rotating electrical machine 1 includes a winding set 11 and a rotation sensor 12.
巻線組11は、U相巻線、V相巻線およびW相巻線から構成された各相巻線を有する。なお、図1では、1組の巻線組11を図示しているが、回転電機1の巻線組11の組数に特に限定はなく、さらに、巻線組11の結線種類も特に限定はなく、任意の種類のものでよい。また、本実施の形態1では、磁石付同期電動機に本願発明を適用する場合を例示するが、磁石を使用せずに界磁コイル通電により起磁力を発生させる界磁巻線付同期電動機にも本願発明を適用することができる。   The winding set 11 has each phase winding composed of a U-phase winding, a V-phase winding, and a W-phase winding. In FIG. 1, one winding group 11 is illustrated, but the number of winding groups 11 of the rotating electrical machine 1 is not particularly limited, and the type of connection of the winding group 11 is not particularly limited. It may be of any kind. Moreover, in this Embodiment 1, although the case where this invention is applied to a synchronous motor with a magnet is illustrated, it is also applied to a synchronous motor with a field winding that generates a magnetomotive force by energizing a field coil without using a magnet. The present invention can be applied.
回転センサ12は、回転電機1の回転位相に相当する回転子位置と、回転電機1の回転数とを検出し、検出した回転子位置および回転数を制御装置2に出力する。なお、以下では、回転電機1の回転数を単に回転数と略す。また、回転センサ12としては、従来のセンサを用いることができ、センサの種類に特に限定はない。   The rotation sensor 12 detects the rotor position corresponding to the rotation phase of the rotating electrical machine 1 and the rotational speed of the rotating electrical machine 1, and outputs the detected rotor position and rotational speed to the control device 2. In the following, the rotational speed of the rotating electrical machine 1 is simply abbreviated as the rotational speed. As the rotation sensor 12, a conventional sensor can be used, and the type of sensor is not particularly limited.
制御装置2は、回転電機制御システムの全体の制御を実施するものであって、例えば、マイコンを用いて構成される。   The control device 2 performs overall control of the rotating electrical machine control system, and is configured using, for example, a microcomputer.
また、制御装置2は、スイッチング素子部21、電流センサ22、電流指令生成部23、電圧指令生成部24およびスイッチング信号生成部25を有する。   The control device 2 includes a switching element unit 21, a current sensor 22, a current command generation unit 23, a voltage command generation unit 24, and a switching signal generation unit 25.
直流電源3は、スイッチング素子部21に直流電圧を出力する。なお、直流電源3としては、例えば、バッテリを用いることができる。   The DC power supply 3 outputs a DC voltage to the switching element unit 21. For example, a battery can be used as the DC power source 3.
平滑コンデンサ4は、母線電流の変動を抑制して安定した直流電流を実現するために、直流電源3に対して並列に接続された状態で設けられる。   The smoothing capacitor 4 is provided in a state of being connected in parallel to the DC power source 3 in order to suppress fluctuations in the bus current and realize a stable DC current.
スイッチング素子部21は、高電位側および低電位側のそれぞれに半導体スイッチング素子を有する3つのハーフブリッジ回路が並列に接続されている。具体的には、スイッチング素子部21は、スイッチング素子Sup、SvpおよびSwpから構成された高電位側スイッチング素子と、スイッチング素子Sun、SvnおよびSwnから構成された低電位側スイッチング素子とを有する。   In the switching element unit 21, three half-bridge circuits having semiconductor switching elements on the high potential side and the low potential side are connected in parallel. Specifically, the switching element unit 21 includes a high potential side switching element composed of switching elements Sup, Svp and Swp and a low potential side switching element composed of switching elements Sun, Svn and Swn.
一対のスイッチング素子SupおよびSunを接続する接続点は、U相巻線の一端に接続されている。また、一対のスイッチング素子SvpおよびSvnを接続する接続点は、V相巻線の一端に接続されている。さらに、一対のスイッチング素子SwpおよびSwnの接続点は、W相巻線の一端に接続されている。   A connection point connecting the pair of switching elements Sup and Sun is connected to one end of the U-phase winding. A connection point connecting the pair of switching elements Svp and Svn is connected to one end of the V-phase winding. Furthermore, the connection point of the pair of switching elements Swp and Swn is connected to one end of the W-phase winding.
スイッチング素子部21の各スイッチング素子は、後述するスイッチング信号生成部25から入力されたスイッチング制御信号に従って、オンおよびオフにスイッチング制御される。このようにスイッチング素子部21の各スイッチング素子をスイッチング制御することで、回転電機1の制御が可能となる。   Each switching element of the switching element unit 21 is controlled to be turned on and off in accordance with a switching control signal input from a switching signal generation unit 25 described later. Thus, by controlling the switching of each switching element of the switching element unit 21, the rotating electrical machine 1 can be controlled.
電流センサ22は、回転電機1の各相に通電される電流を検出する。具体的には、電流センサ22は、U相巻線を流れる電流としてU相電流を検出し、V相電流を流れる電流としてV相電流を検出し、W相巻線を流れる電流としてW相電流を検出する。また、電流センサ22は、検出した各相電流を電圧指令生成部24およびスイッチング信号生成部25に出力する。   The current sensor 22 detects a current that is passed through each phase of the rotating electrical machine 1. Specifically, the current sensor 22 detects a U-phase current as a current flowing through the U-phase winding, detects a V-phase current as a current flowing through the V-phase current, and a W-phase current as current flowing through the W-phase winding. Is detected. Further, the current sensor 22 outputs the detected phase currents to the voltage command generation unit 24 and the switching signal generation unit 25.
電流指令生成部23は、回転電機1への制御指令として入力されたトルク指令を電流指令に変換し、変換後の電流指令を電圧指令生成部24に出力する。なお、回転電機1への制御指令として、電流指令を電圧指令生成部24に直接入力するようにしてもよい。   The current command generator 23 converts a torque command input as a control command to the rotating electrical machine 1 into a current command, and outputs the converted current command to the voltage command generator 24. Note that a current command may be directly input to the voltage command generation unit 24 as a control command to the rotating electrical machine 1.
電圧指令生成部24は、回転センサ12から入力された回転子位置と、電流センサ22から入力された各相電流と、電流指令生成部23から入力された電流指令とに従って、各相電圧指令を生成する。具体的には、電圧指令生成部24は、電流指令生成部23から入力された電流指令と、電流センサ22から入力された各相電流との偏差が0となるように比例積分制御によって各相電圧指令を演算する。このように、電圧指令生成部24は、電流フィードバック制御によって、各相電圧指令を演算することとなる。   The voltage command generator 24 outputs each phase voltage command according to the rotor position input from the rotation sensor 12, each phase current input from the current sensor 22, and the current command input from the current command generator 23. Generate. Specifically, the voltage command generation unit 24 controls each phase by proportional-integral control so that the deviation between the current command input from the current command generation unit 23 and each phase current input from the current sensor 22 becomes zero. Calculate the voltage command. As described above, the voltage command generator 24 calculates each phase voltage command by current feedback control.
スイッチング信号生成部25は、電圧指令生成部24から入力された各相電圧指令に従って、スイッチング素子部21の各スイッチング素子をオンおよびオフにスイッチング制御するためのスイッチング制御信号を生成する。また、スイッチング信号生成部25は、非同期PWM信号生成部251と、同期PWM信号生成部252と、同期整流発電制御部253とを有する。   The switching signal generation unit 25 generates a switching control signal for performing switching control of each switching element of the switching element unit 21 on and off in accordance with each phase voltage command input from the voltage command generation unit 24. The switching signal generation unit 25 includes an asynchronous PWM signal generation unit 251, a synchronous PWM signal generation unit 252, and a synchronous rectification power generation control unit 253.
非同期PWM信号生成部251は、回転電機1が電動機として駆動または発電機として駆動する場合に動作し、非同期PWM制御を行う。また、非同期PWM信号生成部251は、非同期PWM制御を行う場合、電圧指令生成部24から入力された各相電圧指令に従って、非同期PWM信号をスイッチング制御信号として生成し、生成したスイッチング制御信号をスイッチング素子部21に出力する。   The asynchronous PWM signal generation unit 251 operates when the rotating electrical machine 1 is driven as an electric motor or driven as a generator, and performs asynchronous PWM control. Further, when performing asynchronous PWM control, the asynchronous PWM signal generation unit 251 generates an asynchronous PWM signal as a switching control signal in accordance with each phase voltage command input from the voltage command generation unit 24, and switches the generated switching control signal. Output to the element unit 21.
同期PWM信号生成部252は、回転電機1が電動機として駆動または発電機として駆動する場合に動作し、同期PWM制御を行う。また、同期PWM信号生成部252は、同期PWM制御を行う場合、電圧指令生成部24から入力された各相電圧指令に従って、同期PWM信号をスイッチング制御信号として生成し、生成したスイッチング制御信号をスイッチング素子部21に出力する。   The synchronous PWM signal generation unit 252 operates when the rotating electrical machine 1 is driven as an electric motor or driven as a generator, and performs synchronous PWM control. Further, when performing synchronous PWM control, the synchronous PWM signal generator 252 generates a synchronous PWM signal as a switching control signal in accordance with each phase voltage command input from the voltage command generator 24, and switches the generated switching control signal Output to the element unit 21.
ここで、回転電機1が発電機として駆動する場合、回転数が低い領域では、回転電機1の起電力が小さいので、その起電力を整流するだけでは直流電源3に十分な発電電力を供給することができない。そこで、非同期PWM信号生成部251および同期PWM信号生成部252のそれぞれは、インバータ発電制御として、スイッチング素子部21の各スイッチング素子をオンおよびオフにスイッチング制御することで、回転電機1の起電力を昇圧した上で、直流電源3に発電電力を供給する。   Here, when the rotating electrical machine 1 is driven as a generator, the electromotive force of the rotating electrical machine 1 is small in a region where the rotational speed is low, so that sufficient generated power is supplied to the DC power source 3 only by rectifying the electromotive force. I can't. Therefore, each of the asynchronous PWM signal generation unit 251 and the synchronous PWM signal generation unit 252 performs switching control of each switching element of the switching element unit 21 on and off as inverter power generation control, thereby generating the electromotive force of the rotating electrical machine 1. After boosting the voltage, the generated power is supplied to the DC power source 3.
なお、以下では、非同期PWM信号生成部251が行うインバータ発電制御を第1インバータ発電制御と称し、同期PWM信号生成部252が行うインバータ発電制御を第2インバータ発電制御と称す。   Hereinafter, the inverter power generation control performed by the asynchronous PWM signal generation unit 251 is referred to as first inverter power generation control, and the inverter power generation control performed by the synchronous PWM signal generation unit 252 is referred to as second inverter power generation control.
非同期PWM信号生成部251は、第1インバータ発電制御として、電圧指令生成部24から入力された各相電圧指令に従って、非同期PWM信号をスイッチング制御信号として生成する。同期PWM信号生成部252は、第2インバータ発電制御として、電圧指令生成部24から入力された各相電圧指令に従って、同期PWM信号をスイッチング制御信号として生成する。   Asynchronous PWM signal generation unit 251 generates an asynchronous PWM signal as a switching control signal in accordance with each phase voltage command input from voltage command generation unit 24 as the first inverter power generation control. The synchronous PWM signal generation unit 252 generates a synchronous PWM signal as a switching control signal in accordance with each phase voltage command input from the voltage command generation unit 24 as the second inverter power generation control.
同期整流発電制御部253は、回転電機1が発電機として駆動する場合に動作し、オルタネータ発電制御を行う。   The synchronous rectification power generation control unit 253 operates when the rotating electrical machine 1 is driven as a generator, and performs alternator power generation control.
ここで、回転電機1が発電機として駆動する場合、回転数が高い領域では、回転電機1の起電力が大きいので、その起電力を昇圧する必要がない。そこで、同期整流発電制御部253は、オルタネータ発電制御として、同期整流方式で、回転電機1の起電力を整流することで、直流電源3に発電電力を供給する。   Here, when the rotating electrical machine 1 is driven as a generator, the electromotive force of the rotating electrical machine 1 is large in a region where the rotational speed is high, and therefore it is not necessary to boost the electromotive force. Therefore, the synchronous rectification power generation control unit 253 supplies the generated power to the DC power supply 3 by rectifying the electromotive force of the rotating electrical machine 1 by the synchronous rectification method as the alternator power generation control.
同期整流発電制御部253は、オルタネータ発電制御として、電流センサ22から入力される各相電流の正負に従って同期整流信号をスイッチング制御信号として生成する。   As an alternator power generation control, the synchronous rectification power generation control unit 253 generates a synchronous rectification signal as a switching control signal according to the positive / negative of each phase current input from the current sensor 22.
回転電機1を発電機として駆動させる場合、スイッチング信号生成部25は、発電制御方式を切り替えながら、スイッチング素子部21にスイッチング制御信号を出力することで、回転電機1を制御する。   When driving the rotating electrical machine 1 as a generator, the switching signal generating unit 25 controls the rotating electrical machine 1 by outputting a switching control signal to the switching element unit 21 while switching the power generation control method.
すなわち、回転電機1を発電機として駆動させる場合、はじめに非同期PWM信号生成部251による第1インバータ発電制御が行われる。続いて、同期PWM信号生成部252による第2インバータ発電制御に切り替わって第2インバータ発電制御が行われる。さらに、同期整流発電制御部253によるオルタネータ発電制御に切り替わってオルタネータ発電制御が行われる。このような発電制御方式の切り替えは、回転センサ12から入力された回転数に従って行われる。   That is, when driving the rotating electrical machine 1 as a generator, first, the first inverter power generation control by the asynchronous PWM signal generation unit 251 is performed. Subsequently, the second inverter power generation control is performed by switching to the second inverter power generation control by the synchronous PWM signal generation unit 252. Furthermore, the alternator power generation control is performed by switching to the alternator power generation control by the synchronous rectification power generation control unit 253. Such switching of the power generation control method is performed according to the rotation speed input from the rotation sensor 12.
次に、回転電機1を電動機として駆動または発電機として駆動させる場合の、非同期PWM信号生成部251および同期PWM信号生成部252のそれぞれによる制御について、図2〜図5を参照しながら説明する。   Next, control performed by each of the asynchronous PWM signal generation unit 251 and the synchronous PWM signal generation unit 252 when the rotating electrical machine 1 is driven as an electric motor or a generator will be described with reference to FIGS.
図2は、図1の非同期PWM信号生成部251の動作を説明するための説明図である。図3、図4および図5は、図1の同期PWM信号生成部252の動作を説明するための説明図である。   FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the operation of the asynchronous PWM signal generation unit 251 of FIG. 3, 4, and 5 are explanatory diagrams for explaining the operation of the synchronous PWM signal generation unit 252 of FIG. 1.
図2に示すように、非同期PWM信号生成部251は、電圧指令生成部24から入力された相電圧指令と、生成したキャリア波との振幅比較を行う。   As shown in FIG. 2, the asynchronous PWM signal generation unit 251 performs amplitude comparison between the phase voltage command input from the voltage command generation unit 24 and the generated carrier wave.
非同期PWM信号生成部251は、比較結果、すなわち相電圧指令とキャリア波との振幅の大小関係に従って、スイッチング素子部21の各スイッチング素子をオンおよびオフにスイッチング制御するためのスイッチング制御信号として、非同期PWM信号を生成する。   Asynchronous PWM signal generation unit 251 asynchronously outputs a switching control signal for switching on and off each switching element of switching element unit 21 according to the comparison result, that is, the amplitude relationship between the phase voltage command and the carrier wave. A PWM signal is generated.
図3〜図5に示すように、同期PWM信号生成部252も、非同期PWM信号生成部251と同様に、電圧指令生成部24から入力された相電圧指令と、生成したキャリア波との振幅比較を行うことで、スイッチング制御信号として、同期PWM信号を生成する。   As shown in FIGS. 3 to 5, the synchronous PWM signal generation unit 252 also compares the amplitude of the phase voltage command input from the voltage command generation unit 24 and the generated carrier wave, similarly to the asynchronous PWM signal generation unit 251. To generate a synchronous PWM signal as a switching control signal.
なお、以下では、非同期PWM信号生成部251によって生成されるキャリア波を非同期キャリア波と称し、同期PWM信号生成部252によって生成されるキャリア波を同期キャリア波と称す。   Hereinafter, the carrier wave generated by the asynchronous PWM signal generation unit 251 is referred to as an asynchronous carrier wave, and the carrier wave generated by the synchronous PWM signal generation unit 252 is referred to as a synchronous carrier wave.
続いて、非同期PWM信号生成部251による非同期キャリア波の生成と、同期PWM信号生成部252による同期キャリア波の生成とについて説明する。   Next, generation of an asynchronous carrier wave by the asynchronous PWM signal generation unit 251 and generation of a synchronous carrier wave by the synchronous PWM signal generation unit 252 will be described.
非同期PWM信号生成部251は、あらかじめ設定された設定キャリア周波数を有する三角波を非同期キャリア波として生成する。また、電圧指令生成部24から入力された相電圧指令と、非同期PWM信号生成部251によって生成された非同期キャリア波との位相差は、任意の値となる。   The asynchronous PWM signal generation unit 251 generates a triangular wave having a preset carrier frequency as an asynchronous carrier wave. The phase difference between the phase voltage command input from the voltage command generation unit 24 and the asynchronous carrier wave generated by the asynchronous PWM signal generation unit 251 is an arbitrary value.
一方、同期PWM信号生成部252は、電気角周波数に応じてキャリア周波数を変化させながら、電圧指令生成部24から入力された相電圧指令との位相差が一定となる同期キャリア波を生成する。   On the other hand, the synchronous PWM signal generation unit 252 generates a synchronous carrier wave having a constant phase difference from the phase voltage command input from the voltage command generation unit 24 while changing the carrier frequency in accordance with the electrical angular frequency.
ここで、同期PWM信号生成部252は、相電圧指令とPWMキャリア波との位相差が一定となるように同期キャリア波のキャリア周波数を変化させる。なお、相電圧指令と同期キャリア波との位相差が一定となる場合、同期キャリア波のキャリア周波数と、相電圧指令の電気角周波数との間に、以下の式(1)の関係が成立する。ただし、Nは、0以上の整数である。   Here, the synchronous PWM signal generation unit 252 changes the carrier frequency of the synchronous carrier wave so that the phase difference between the phase voltage command and the PWM carrier wave is constant. When the phase difference between the phase voltage command and the synchronous carrier wave is constant, the relationship of the following formula (1) is established between the carrier frequency of the synchronous carrier wave and the electrical angular frequency of the phase voltage command. . However, N is an integer greater than or equal to 0.
キャリア周波数=3×N×電気角周波数・・・(1)     Carrier frequency = 3 × N × electrical angular frequency (1)
すなわち、同期PWM信号生成部252は、式(1)を満たすように、キャリア周波数を変化させながら、同期キャリア波を生成することとなる。具体的には、図3に示すように、15パルスの同期キャリア波が生成されればキャリア周波数が電気角周波数の15倍となる。また、図4に示すように、3パルスの同期キャリア波が生成されればキャリア周波数が電気角周波数の3倍となる。さらに、図5に示すように、1パルスの同期キャリア波が生成されれば、キャリア周波数と電気角周波数とが一致する。   That is, the synchronous PWM signal generation unit 252 generates a synchronous carrier wave while changing the carrier frequency so as to satisfy Expression (1). Specifically, as shown in FIG. 3, if a 15-pulse synchronous carrier wave is generated, the carrier frequency becomes 15 times the electrical angular frequency. Further, as shown in FIG. 4, if a three-pulse synchronous carrier wave is generated, the carrier frequency becomes three times the electrical angular frequency. Further, as shown in FIG. 5, if a single pulse synchronous carrier wave is generated, the carrier frequency and the electrical angular frequency coincide.
また、同期PWM信号生成部252によって生成されたスイッチング制御信号に従ってスイッチング制御されるスイッチング素子について考えると、同期キャリア波と相電圧指令との交点でスイッチングが発生する。したがって、図3〜図5から分かるように、同期キャリア波のパルス数が少なくなるほどスイッチング回数が減少することとなる。また、図5に示すように、パルス数が1パルスの場合、電気角1周期に対して2回だけスイッチング素子のオンおよびオフのスイッチングが行われることとなる。   Further, when considering a switching element that is switching-controlled according to the switching control signal generated by the synchronous PWM signal generation unit 252, switching occurs at the intersection of the synchronous carrier wave and the phase voltage command. Therefore, as can be seen from FIGS. 3 to 5, the number of times of switching decreases as the number of pulses of the synchronous carrier wave decreases. Further, as shown in FIG. 5, when the number of pulses is one, the switching element is switched on and off only twice for one electrical angle cycle.
続いて、同期整流発電制御部253の動作について、図6を参照しながら説明する。図6は、図1の同期整流発電制御部253の動作を説明するための説明図である。同期整流発電制御部253は、同期整流方式でオルタネータ発電制御を行うべく、電流センサ22から入力される各相電流の正負に従って同期整流信号をスイッチング制御信号として生成する。   Next, the operation of the synchronous rectification power generation control unit 253 will be described with reference to FIG. FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the operation of the synchronous rectification power generation control unit 253 of FIG. The synchronous rectification power generation control unit 253 generates a synchronous rectification signal as a switching control signal according to the positive / negative of each phase current input from the current sensor 22 in order to perform the alternator power generation control by the synchronous rectification method.
ここで、同期整流方式とは、回転電機1の各相に流れる電流の向きに従ってスイッチング素子をオンおよびオフにスイッチング制御することで、寄生ダイオードではなく、寄生ダイオードのオン抵抗に比べて抵抗の小さいスイッチング素子に電流が流れるようにする方式である。このような同期整流方式で発電制御が行われることで、発電効率を高くすることができ、さらに、スイッチング素子部21で発生する発電電力の損失を低減することができる。   Here, the synchronous rectification method is such that the switching element is switched on and off in accordance with the direction of the current flowing in each phase of the rotating electrical machine 1, so that the resistance is smaller than the on-resistance of the parasitic diode instead of the parasitic diode. In this method, a current flows through the switching element. By performing power generation control by such a synchronous rectification method, power generation efficiency can be increased, and loss of generated power generated in the switching element unit 21 can be reduced.
具体的には、同期整流発電制御部253は、図6に示すように、電流センサ22から入力された相電流の電流位相が0degおよび180dedのそれぞれの場合にスイッチングが発生するように発電制御する。すなわち、同期整流発電制御部253は、電流センサ22から入力される各相電流の正負に従って同期整流信号をスイッチング制御信号として生成する。   Specifically, the synchronous rectification power generation control unit 253 performs power generation control so that switching occurs when the phase of the phase current input from the current sensor 22 is 0 deg and 180 ded, as shown in FIG. . That is, the synchronous rectification power generation control unit 253 generates a synchronous rectification signal as a switching control signal according to the sign of each phase current input from the current sensor 22.
ここで、図5および図6から分かるように、オルタネータ発電制御では、第2インバータ発電制御で1パルスの同期キャリア波を用いたときと同じ周期で、スイッチング制御が行われる。   Here, as can be seen from FIGS. 5 and 6, in the alternator power generation control, switching control is performed in the same cycle as when one pulse of the synchronous carrier wave is used in the second inverter power generation control.
そこで、インバータ発電制御からオルタネータ発電制御に発電制御方式を切り替える場合には、第2インバータ発電制御からオルタネータ発電制御に切り替えるように構成することで、切り替え前後で同じ周期のスイッチング制御を実現することができる。したがって、従来と比べて、切り替え時のショックを低減しつつ、連続的に発電制御方式を切り替えることが可能となる。   Therefore, when switching the power generation control method from the inverter power generation control to the alternator power generation control, by switching from the second inverter power generation control to the alternator power generation control, switching control of the same cycle before and after the switching can be realized. it can. Therefore, it is possible to continuously switch the power generation control method while reducing the shock at the time of switching compared to the conventional case.
次に、スイッチング信号生成部25による発電制御方式の切り替え動作について、図7を参照しながらさらに説明する。図7は、図1のスイッチング信号生成部25による発電制御方式の切り替え動作を説明するための説明図である。なお、図7では、トルク指令が一定の負値、すなわち、−Tであり、回転数が時間の経過とともに上昇している場合を例示している。また、図7では、回転数が第1設定回転数N1に到達する時刻T2で、第1インバータ発電制御から第2インバータ発電制御に切り替わり、回転数が第2設定回転数N2に到達する時刻T3で第2インバータ発電制御からオルタネータ発電制御に切り替わるように設定した場合を例示している。第1設定回転数N1と、第1設定回転数N1よりも大きい第2設定回転数N2は、あらかじめ設定される。   Next, the switching operation of the power generation control method by the switching signal generation unit 25 will be further described with reference to FIG. FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining the switching operation of the power generation control method by the switching signal generation unit 25 of FIG. Note that FIG. 7 illustrates a case where the torque command is a constant negative value, that is, −T, and the rotational speed increases with time. In FIG. 7, at time T2 when the rotation speed reaches the first set rotation speed N1, the first inverter power generation control is switched to the second inverter power generation control, and at time T3 when the rotation speed reaches the second set rotation speed N2. The case where it is set to switch from the second inverter power generation control to the alternator power generation control is illustrated. The first set speed N1 and the second set speed N2 that is larger than the first set speed N1 are set in advance.
時刻T1からT2までの期間では、回転数が第1設定回転数N1よりも低い領域であるので、非同期PWM信号生成部251による第1インバータ発電制御が行われる。なお、第1設定回転数N1は、以下で説明する同期PWM方式を適用する利点を考慮しながらあらかじめ設定すればよい。   In the period from time T1 to T2, since the rotation speed is in a region lower than the first set rotation speed N1, the first inverter power generation control by the asynchronous PWM signal generation unit 251 is performed. The first set rotational speed N1 may be set in advance in consideration of the advantages of applying the synchronous PWM method described below.
ここで、回転数が低い領域では、相電圧指令の電気角1周期がキャリア波のキャリア周期と比べて非常に長くなる。したがって、同期PWM方式を適用する場合、パルス数が大幅に増加することとなるので、非同期PWM方式を適用する場合と同程度のスイッチング素子のオンおよびオフのスイッチング動作が発生する。したがって、回転数が低い場合には、同期PWM方式を適用する利点がなくなるといえる。   Here, in a region where the rotational speed is low, one electrical angle cycle of the phase voltage command is very long compared to the carrier cycle of the carrier wave. Therefore, when the synchronous PWM method is applied, the number of pulses is greatly increased, so that the switching operation of the switching element is similar to that when the asynchronous PWM method is applied. Therefore, it can be said that there is no advantage in applying the synchronous PWM method when the rotation speed is low.
そこで、回転数が低い場合には、非同期PWM信号生成部251による第1インバータ発電制御が行われるようにすることで、非同期PWM信号をスイッチング制御信号としてスイッチング素子部21に出力する。   Therefore, when the rotational speed is low, the asynchronous PWM signal generation unit 251 performs the first inverter power generation control, so that the asynchronous PWM signal is output to the switching element unit 21 as a switching control signal.
続いて、回転数が高くなるにつれて、相電圧指令の電気角1周期が短くなっていくので、同期PWM方式を適用する場合にパルス数を大きく増加させる必要がなくなる。そこで、回転数が第1設定回転数N1に達する時刻T2では、非同期PWM信号生成部251による第1インバータ発電制御から、同期PWM信号生成部252による第2インバータ発電制御に切り替える。また、時刻T2からT3までの期間では、同期PWM信号生成部252による第2インバータ発電制御が行われる。   Subsequently, as the number of rotations increases, one electrical angle cycle of the phase voltage command is shortened, so that it is not necessary to greatly increase the number of pulses when applying the synchronous PWM method. Therefore, at time T2 when the rotational speed reaches the first set rotational speed N1, the first inverter power generation control by the asynchronous PWM signal generation unit 251 is switched to the second inverter power generation control by the synchronous PWM signal generation unit 252. Further, in the period from time T2 to T3, the second inverter power generation control by the synchronous PWM signal generation unit 252 is performed.
ここで、第1インバータ発電制御から第2インバータ発電制御に切り替える場合において、同期キャリア波のパルス数が少ない状態で第2インバータ発電制御に切り替わるとき、切り替え前後のキャリア周波数が急変し電流脈動が大きくなってしまう。このような電流脈動を抑制するために、第2インバータ発電制御に切り替わるときの同期キャリア波のパルス数が多くなるように設定する。   Here, when switching from the first inverter power generation control to the second inverter power generation control, when switching to the second inverter power generation control in a state where the number of pulses of the synchronous carrier wave is small, the carrier frequency before and after the switching changes suddenly and the current pulsation increases. turn into. In order to suppress such current pulsation, the number of pulses of the synchronous carrier wave when switching to the second inverter power generation control is set to be large.
また、第2インバータ発電制御からオルタネータ発電制御に切り替わる場合において、前述したように、切り替え前後で同じ周期のスイッチング制御を実現するために、同期キャリア波のパルス数を1パルスとなるように設定する。   Further, when switching from the second inverter power generation control to the alternator power generation control, as described above, in order to realize the switching control of the same period before and after switching, the number of pulses of the synchronous carrier wave is set to 1 pulse. .
そこで、同期PWM信号生成部252が生成する同期キャリア波のパルス数について、回転数が第1設定回転数N1に到達した場合に15パルスとなり、回転数に従って、15パルスから、9パルス、3パルスと順次変化させ、回転数が第2設定回転数N2に到達した場合に1パルスとなるように変化パターンを設定する。   Therefore, the number of pulses of the synchronous carrier wave generated by the synchronous PWM signal generation unit 252 is 15 pulses when the rotational speed reaches the first set rotational speed N1, and from 15 pulses to 9 pulses, 3 pulses according to the rotational speed. And the change pattern is set so as to be 1 pulse when the rotational speed reaches the second set rotational speed N2.
なお、ここでは、回転数が第1設定回転数N1に到達した場合の同期キャリア波のパルス数として、初期設定パルス数が15パルスとなるように設定する場合を例示したが、初期設定パルス数の数値は一例に過ぎず、適宜、数値を変えることができる。また、同期キャリア波のパルス数が1パルスとなるまで、回転数に従って、同期キャリア波のパルス数を15パルスから9パルス、3パルスに順次変化させる変化パターンを例示しているが、このような変化パターンは、一例に過ぎない。すなわち、回転数が第2設定回転数N2に到達した場合に同期キャリア波のパルス数が1パルスとなるような変化パターンであれば、変化パターンを適宜変更することができる。   Here, the case where the initial setting pulse number is set to 15 pulses is exemplified as the pulse number of the synchronous carrier wave when the rotation speed reaches the first setting rotation speed N1, but the initial setting pulse number is exemplified. The numerical value is merely an example, and the numerical value can be changed as appropriate. In addition, a change pattern is illustrated in which the number of pulses of the synchronous carrier wave is sequentially changed from 15 pulses to 9 pulses and 3 pulses according to the number of rotations until the number of pulses of the synchronous carrier wave becomes one pulse. The change pattern is only an example. That is, the change pattern can be appropriately changed as long as the change pattern is such that the number of pulses of the synchronous carrier wave becomes 1 pulse when the rotation speed reaches the second set rotation speed N2.
続いて、回転数がさらに高くなるにつれて、回転電機1の起電力が大きくなる。そこで、回転数が第2設定回転数N2に達する時刻T3では、同期PWM信号生成部252による第2インバータ発電制御から同期整流発電制御部253によるオルタネータ発電制御に切り替える。また、時刻T3以降では、同期整流発電制御部253によるオルタネータ発電制御が行われる。   Subsequently, as the rotational speed is further increased, the electromotive force of the rotating electrical machine 1 is increased. Therefore, at time T3 when the rotation speed reaches the second set rotation speed N2, the second inverter power generation control by the synchronous PWM signal generation unit 252 is switched to the alternator power generation control by the synchronous rectification power generation control unit 253. Further, after time T3, alternator power generation control by the synchronous rectification power generation control unit 253 is performed.
このように、回転電機1を発電機として駆動させる場合、回転電機1の回転数に従って、第1インバータ発電制御から、第2インバータ発電制御、オルタネータ発電制御に順次切り替えられる。   As described above, when the rotating electrical machine 1 is driven as a generator, the first inverter power generation control, the second inverter power generation control, and the alternator power generation control are sequentially switched according to the rotational speed of the rotating electrical machine 1.
なお、本実施の形態1では、回転数が第1設定回転数N1に到達すれば第1インバータ発電制御から第2インバータ発電制御への切り替えが行われ、回転数が第2設定回転数N2に到達すれば第2インバータ発電制御からオルタネータ発電制御への切り替えが行われる場合を例示した。しかしながら、第1設定回転数N1および第2設定回転数N2の少なくとも一方にヒステリシスを設けてもよい。これにより、ヒステリシスが設けられた設定回転数付近で切り替えが頻発に生じることを抑制することができ、その結果、切り替えによるショックの抑制を実現することが可能となる。   In the first embodiment, when the rotation speed reaches the first set rotation speed N1, switching from the first inverter power generation control to the second inverter power generation control is performed, and the rotation speed is changed to the second set rotation speed N2. The case where the switching from the second inverter power generation control to the alternator power generation control is performed if it arrives is illustrated. However, hysteresis may be provided in at least one of the first set speed N1 and the second set speed N2. Thereby, it is possible to suppress frequent switching in the vicinity of the set rotational speed at which hysteresis is provided, and as a result, it is possible to realize suppression of shock due to switching.
また、本実施の形態1では、同期PWM信号生成部252が生成する同期キャリア波のパルス数について、回転数に従って順次変化させる場合を例示したが、電流指令生成部23によって生成される電流指令に従って順次変化させるようにしてもよい。この場合、同期PWM信号生成部252には、電流指令生成部23によって生成される電流指令が入力される。また、同期PWM信号生成部252が生成する同期キャリア波のパルス数について、電流指令生成部23に入力されるトルク指令に従って順次変化させるようにしてもよい。この場合、同期PWM信号生成部252には、トルク指令が入力される。   In the first embodiment, the number of pulses of the synchronous carrier wave generated by the synchronous PWM signal generation unit 252 is exemplified in accordance with the number of rotations. However, according to the current command generated by the current command generation unit 23 You may make it change sequentially. In this case, the current command generated by the current command generator 23 is input to the synchronous PWM signal generator 252. Further, the number of pulses of the synchronous carrier wave generated by the synchronous PWM signal generation unit 252 may be sequentially changed according to the torque command input to the current command generation unit 23. In this case, a torque command is input to the synchronous PWM signal generation unit 252.
また、本実施の形態1では、回転数が第2設定回転数N2に到達すれば第2インバータ発電制御からオルタネータ発電制御への切り替えが行われる場合を例示した。しかしながら、回転数が第2設定回転数N2に到達し、かつ電圧指令生成部24によって生成される相電圧指令が0となるタイミングで、第2インバータ発電制御からオルタネータ発電制御への切り替えが行われるようにしてもよい。これにより、切り替えによるショックをより低減させることが可能となる。   In the first embodiment, the case where the switching from the second inverter power generation control to the alternator power generation control is performed when the rotation speed reaches the second set rotation speed N2 is illustrated. However, switching from the second inverter power generation control to the alternator power generation control is performed at a timing when the rotation speed reaches the second set rotation speed N2 and the phase voltage command generated by the voltage command generation unit 24 becomes zero. You may do it. Thereby, it becomes possible to further reduce the shock caused by switching.
以上、本実施の形態1によれば、キャリア周波数が設定キャリア周波数となるように非同期キャリア波を生成し、電圧指令生成部から入力された相電圧指令と、生成した非同期キャリア波との振幅比較を行うことによって非同期PWM信号をスイッチング制御信号として生成する第1インバータ発電制御を行う非同期PWM信号生成部と、相電圧指令と同期キャリア波との位相差が一定となり、かつ相電圧指令の電気角1周期に対してのパルス数を初期設定パルス数から1パルスまで減少方向に順次変化させながら同期キャリア波を生成し、相電圧指令と、生成した同期キャリア波との振幅比較を行うことによって同期PWM信号をスイッチング制御信号として生成する第2インバータ発電制御を行う同期PWM信号生成部と、電流センサによって検出された相電流の正負に従って同期整流信号をスイッチング制御信号として生成するオルタネータ発電制御を行う同期整流発電制御部と、を有するように構成した。   As described above, according to the first embodiment, the asynchronous carrier wave is generated so that the carrier frequency becomes the set carrier frequency, and the amplitude comparison between the phase voltage command input from the voltage command generation unit and the generated asynchronous carrier wave is performed. Asynchronous PWM signal generation unit that performs first inverter power generation control that generates an asynchronous PWM signal as a switching control signal, and the phase difference between the phase voltage command and the synchronous carrier wave is constant, and the electrical angle of the phase voltage command Synchronized by generating a synchronized carrier wave while sequentially changing the number of pulses per cycle from the initial number of pulses to 1 pulse in a decreasing direction, and comparing the amplitude of the phase voltage command with the generated synchronized carrier wave A synchronous PWM signal generator for performing second inverter power generation control for generating a PWM signal as a switching control signal, and a current sensor A synchronous rectification power generation control unit for an alternator power generation control that generates a switching control signal synchronous rectification signal according polarity of the detected phase current I is configured to have a.
また、回転センサによって検出された回転数が第1設定回転数よりも小さい場合、第1インバータ発電制御が行われ、回転数が第1設定回転数に達したときに第1インバータ発電制御から第2インバータ発電制御に切り替えられて第2インバータ発電制御が行われ、回転数が第1設定回転数よりも大きい第2設定回転数に達したときに第2インバータ発電制御からオルタネータ発電制御にさらに切り替えられてオルタネータ発電制御が行われる。   In addition, when the rotation speed detected by the rotation sensor is smaller than the first set rotation speed, the first inverter power generation control is performed, and when the rotation speed reaches the first set rotation speed, the first inverter power generation control When switched to 2-inverter power generation control, second inverter power generation control is performed, and when the rotational speed reaches a second set rotational speed greater than the first set rotational speed, the second inverter power generation control is further switched to alternator power generation control. Then, alternator power generation control is performed.
これにより、同期整流方式でオルタネータ発電制御を行う場合であっても、発電制御切り替え時のショックを低減しつつ連続的に発電制御方式を切り替えることが可能となる。   As a result, even when alternator power generation control is performed by the synchronous rectification method, it is possible to continuously switch the power generation control method while reducing a shock at the time of power generation control switching.
実施の形態2.
本発明の実施の形態2では、第2インバータ発電制御からオルタネータ発電制御に切り替わる第2設定回転数N2のより最適な設定手法について、図8を参照しながら説明する。図8は、本発明の実施の形態2における第2設定回転数N2を設定する手法を説明するための説明図である。なお、本実施の形態2では、先の実施の形態1と同様の点の説明を省略し、先の実施の形態1と異なる点を中心に説明する。
Embodiment 2. FIG.
In the second embodiment of the present invention, a more optimal setting method of the second set rotational speed N2 for switching from the second inverter power generation control to the alternator power generation control will be described with reference to FIG. FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining a method of setting the second set rotational speed N2 in the second embodiment of the present invention. In the second embodiment, the description of the same points as in the first embodiment will be omitted, and the description will focus on the points different from the first embodiment.
図8では、回転電機1の回転数に対して、オルタネータ発電制御によって発電可能な発電トルクの変化特性と、回転電機の1の回転数に対して第2インバータ発電制御によって発電可能な発電トルクの変化特性とを併せて図示している。図8で図示する発電トルク特性は、回転電機1の種類に応じてあらかじめ分かるものであるので、このような発電トルク特性を参照して第2設定回転数N2を設定する。   In FIG. 8, the change characteristic of the power generation torque that can be generated by the alternator power generation control with respect to the rotation speed of the rotating electrical machine 1 and the power generation torque that can be generated by the second inverter power generation control with respect to the rotation speed of 1 of the rotating electrical machine. The change characteristics are also illustrated. Since the power generation torque characteristic shown in FIG. 8 is known in advance according to the type of the rotating electrical machine 1, the second set rotational speed N2 is set with reference to such a power generation torque characteristic.
図8に示すように、オルタネータ発電制御によって発電可能な発電トルクについて、回転電機1の起電力がスイッチング素子部21に印加された直流電圧よりも高くならないと、発電可能とならないので、回転数が低い領域では、発電トルクが0Nmとなる。また、回転数が高くなると、回転数が回転数Nbとなるまでの領域では発電トルクが大きくなる一方、発電電流に限界があるので、回転数が回転数Nbよりも高い領域では、発電トルクが小さくなる。   As shown in FIG. 8, regarding the power generation torque that can be generated by the alternator power generation control, power generation is not possible unless the electromotive force of the rotating electrical machine 1 is higher than the DC voltage applied to the switching element unit 21, so that the rotational speed is In the low region, the power generation torque is 0 Nm. In addition, when the rotational speed increases, the power generation torque increases in the region until the rotational speed reaches the rotational speed Nb. On the other hand, since the generated current is limited, the power generation torque is increased in the region where the rotational speed is higher than the rotational speed Nb. Get smaller.
続いて、第2インバータ発電制御によって発電可能な発電トルクについて、回転数が低いほど発電トルクが大きく、回転数が高くなるにつれて発電電流の制約で発電トルクが小さくなる。また、回転数が高くなるにつれて、PWM信号に従ったスイッチング素子のオンおよびオフのスイッチングの影響で、オルタネータ発電制御と比べてスイッチング素子部21での損失が増加する。したがって、回転数が回転数Naよりも高い領域では、オルタネータ発電制御と比べて、発電トルクが小さくなる。そのため、図8に示すように、オルタネータ発電制御によって発電可能な発電トルクの特性線と、第2インバータ発電制御によって発電可能な発電トルクの特性線との交点Pが存在することとなる。   Subsequently, with respect to the power generation torque that can be generated by the second inverter power generation control, the power generation torque increases as the rotational speed decreases, and the power generation torque decreases as the rotational speed increases due to the power generation current restriction. Further, as the rotational speed increases, the loss in the switching element unit 21 increases as compared with the alternator power generation control due to the influence of switching on and off of the switching element according to the PWM signal. Therefore, in a region where the rotational speed is higher than the rotational speed Na, the power generation torque is smaller than in the alternator power generation control. Therefore, as shown in FIG. 8, there is an intersection P between the characteristic line of the power generation torque that can be generated by the alternator power generation control and the characteristic line of the power generation torque that can be generated by the second inverter power generation control.
そこで、交点Pに対応する回転数Naを第2設定回転数N2とすることで、回転数が回転数Naに到達すれば第2インバータ発電制御からオルタネータ発電制御に切り替わることとなる。この場合、第2インバータ発電制御によって発電可能な発電トルクの範囲と、オルタネータ発電制御によって発電可能な発電トルクの範囲とが一致するので、切り替えによって発生する発電トルクの変動を抑制することができる。   Therefore, by setting the rotation speed Na corresponding to the intersection point P to the second set rotation speed N2, when the rotation speed reaches the rotation speed Na, the second inverter power generation control is switched to the alternator power generation control. In this case, since the range of the power generation torque that can be generated by the second inverter power generation control and the range of the power generation torque that can be generated by the alternator power generation control coincide with each other, fluctuations in the power generation torque generated by switching can be suppressed.
以上、本実施の形態2によれば、第2インバータ発電制御によって発電可能な発電トルクと、オルタネータ発電制御によって発電可能な発電トルクとが一致するときの、回転電機の回転数を、第2インバータ発電制御からオルタネータ発電制御に切り替わる第2設定回転数N2とする。これにより、第2インバータ発電制御からオルタネータ発電制御への切り替えによって発生する発電トルクの変動を抑制することができる。   As described above, according to the second embodiment, when the power generation torque that can be generated by the second inverter power generation control and the power generation torque that can be generated by the alternator power generation control coincide with each other, The second set rotational speed N2 is switched from the power generation control to the alternator power generation control. Thereby, the fluctuation | variation of the electric power generation torque which generate | occur | produces by switching from 2nd inverter electric power generation control to alternator electric power generation control can be suppressed.
1 回転電機、2 回転電機の制御装置、3 直流電源、4 平滑コンデンサ、11 巻線組、12 回転センサ、21 スイッチング素子部、22 電流センサ、23 電流指令生成部、24 電圧指令生成部、25 スイッチング信号生成部、251 非同期PWM信号生成部、252 同期PWM信号生成部、253 同期整流発電制御部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotating electrical machine 2 Rotating electrical machine control device 3 DC power supply 4 Smoothing capacitor 11 Winding set 12 Rotation sensor 21 Switching element unit 22 Current sensor 23 Current command generator 24 Voltage command generator 25 Switching signal generation unit, 251 asynchronous PWM signal generation unit, 252 synchronous PWM signal generation unit, 253 synchronous rectification power generation control unit.

Claims (5)

  1. 巻線組を有する回転電機を発電機として駆動する場合に前記回転電機の回転数に応じて複数の発電方式の切り替え制御を実行する回転電機の制御装置であって、
    高電位側および低電位側のそれぞれにスイッチング素子を有する複数の回路が並列に接続されたスイッチング素子部と、
    前記回転電機への制御指令に従って前記巻線組の各相への相電圧指令を生成し、生成した前記相電圧指令を出力する電圧指令生成部と、
    スイッチング制御信号を生成し、生成した前記スイッチング制御信号に従って前記スイッチング素子部の各スイッチング素子をオンおよびオフにスイッチング制御するスイッチング信号生成部と、
    前記巻線組の各相に流れる相電流を検出する電流センサと、
    前記回転数を検出する回転センサと、
    を備え、
    前記スイッチング信号生成部は、
    キャリア周波数が設定キャリア周波数となるように非同期キャリア波を生成し、前記電圧指令生成部から入力された前記相電圧指令と、生成した前記非同期キャリア波との振幅比較を行うことによって非同期PWM信号を前記スイッチング制御信号として生成する第1インバータ発電制御を行う非同期PWM信号生成部と、
    前記相電圧指令と同期キャリア波との位相差が一定となり、かつ前記相電圧指令の電気角1周期に対してのパルス数を初期設定パルス数から1パルスまで減少方向に順次変化させながら同期キャリア波を生成し、前記相電圧指令と、生成した前記同期キャリア波との振幅比較を行うことによって同期PWM信号を前記スイッチング制御信号として生成する第2インバータ発電制御を行う同期PWM信号生成部と、
    前記電流センサによって検出された前記相電流の正負に従って同期整流信号を前記スイッチング制御信号として生成するオルタネータ発電制御を行う同期整流発電制御部と、
    を有し、
    前記回転センサによって検出された前記回転数が第1設定回転数よりも小さい場合、前記第1インバータ発電制御を行い、前記回転数が前記第1設定回転数に達したときに前記第1インバータ発電制御から前記第2インバータ発電制御に切り替えて前記第2インバータ発電制御を行い、前記回転数が前記第1設定回転数よりも大きい第2設定回転数に達したときに前記第2インバータ発電制御から前記オルタネータ発電制御にさらに切り替え前記オルタネータ発電制御を行う
    回転電機の制御装置。
    A control device for a rotating electrical machine that performs switching control of a plurality of power generation methods according to the number of rotations of the rotating electrical machine when the rotating electrical machine having a winding set is driven as a generator,
    A switching element portion in which a plurality of circuits each having a switching element on each of a high potential side and a low potential side are connected in parallel;
    A voltage command generation unit that generates a phase voltage command to each phase of the winding set according to a control command to the rotating electrical machine, and outputs the generated phase voltage command;
    A switching signal generation unit that generates a switching control signal and performs switching control of each switching element of the switching element unit on and off according to the generated switching control signal;
    A current sensor for detecting a phase current flowing in each phase of the winding set;
    A rotation sensor for detecting the number of rotations;
    With
    The switching signal generator is
    An asynchronous carrier wave is generated so that the carrier frequency becomes a set carrier frequency, and an asynchronous PWM signal is generated by comparing the amplitude of the phase voltage command input from the voltage command generation unit and the generated asynchronous carrier wave. An asynchronous PWM signal generation unit for performing first inverter power generation control generated as the switching control signal;
    The phase difference between the phase voltage command and the synchronous carrier wave is constant, and the synchronous carrier is sequentially changed in the decreasing direction from the initial number of pulses to one pulse in the phase voltage command with respect to one electrical angle cycle. A synchronous PWM signal generation unit that performs a second inverter power generation control that generates a wave and generates a synchronous PWM signal as the switching control signal by performing an amplitude comparison between the phase voltage command and the generated synchronous carrier wave;
    A synchronous rectification power generation control unit that performs alternator power generation control that generates a synchronous rectification signal as the switching control signal in accordance with the polarity of the phase current detected by the current sensor;
    Have
    When the rotation speed detected by the rotation sensor is smaller than the first set rotation speed, the first inverter power generation control is performed, and when the rotation speed reaches the first set rotation speed, the first inverter power generation is performed. The control is switched from the control to the second inverter power generation control to perform the second inverter power generation control, and when the rotation speed reaches a second set rotation speed larger than the first set rotation speed, the second inverter power generation control A control device for a rotating electrical machine that further switches to the alternator power generation control and performs the alternator power generation control.
  2. 前記同期PWM信号生成部は、
    前記回転数または前記制御指令に応じて、前記相電圧指令の電気角1周期に対してのパルス数を初期設定パルス数から1パルスまで減少方向に順次変化させ、
    前記制御指令は、電流指令またはトルク指令である
    請求項1に記載の回転電機の制御装置。
    The synchronous PWM signal generator is
    In response to the rotation speed or the control command, the number of pulses for one electrical angle cycle of the phase voltage command is sequentially changed in a decreasing direction from the initial setting pulse number to one pulse,
    The control device for a rotating electrical machine according to claim 1, wherein the control command is a current command or a torque command.
  3. 前記回転数が前記第2設定回転数に達し、かつ前記相電圧指令がゼロとなるときに前記第2インバータ発電制御から前記オルタネータ発電制御にさらに切り替えられる
    請求項1または2に記載の回転電機の制御装置。
    3. The rotating electrical machine according to claim 1, wherein when the rotational speed reaches the second set rotational speed and the phase voltage command becomes zero, the second inverter power generation control is further switched to the alternator power generation control. Control device.
  4. 前記第2インバータ発電制御によって発電可能な発電トルクと、前記オルタネータ発電制御によって発電可能な発電トルクとが一致するときの、前記回転電機の回転数を、前記第2設定回転数とする
    請求項1から3のいずれか1項に記載の回転電機の制御装置。
    The rotation speed of the rotating electrical machine when the power generation torque that can be generated by the second inverter power generation control and the power generation torque that can be generated by the alternator power generation control coincide with each other is set as the second set rotation speed. 4. The control device for a rotating electrical machine according to any one of items 1 to 3.
  5. 前記第1設定回転数および前記第2設定回転数の少なくとも一方にヒステリシスを設ける
    請求項1から4のいずれか1項に記載の回転電機の制御装置。
    The control device for a rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 4, wherein a hysteresis is provided in at least one of the first set rotation speed and the second set rotation speed.
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