JP6138413B2 - モータ駆動装置 - Google Patents
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Description
また、発明者らは、力率角が直流母線を流れる電流に含まれる高調波成分に関係していることを新たな知見として取得し、力率角および前記直流母線に流れる直流電流のリップルの大きさとの関係に基づいて所定の位相角幅を設定することとした。
まず、本実施形態に係るモータ駆動装置について説明する前に、直流電源とインバータとを接続する直流母線に発生するリップルについて検討するために行ったシミュレーションについて説明する。
図2に、従来の1パルス制御に基づくゲート駆動信号のデューティ波形を示す。図2では、U相、V相の上アームのスイッチング素子に与えるゲート駆動信号のオンデューティ波形を示している。図示しないW相の上アームについては、V相のオンデューティ波形に対して位相が120°ずれた波形となる。また、下アームは、上アームの相補で動作させるため、上アームのオンデューティが下アームのオフデューティに相当する。
図3から直流電流Idc及びバス電流Ishが共振しているのがわかる。この共振状態を分析するため、高速フーリエ変換(Fast Fourier Transform)を行い、周波数分析を行った。
ここで、基本周波数fnの4次高調波成分は、ローパスフィルタ7の共振周波数9.589[kHz]と略一致しており、ローパスフィルタ7と共振することで特に大きなリップル成分が発生していることが分析により判明した。
図8(b)からわかるように、ある一定の位相幅を持たせて徐々にデューティを0[%]から100[%]に、または、100[%]から0[%]に変化させることにより、2相間のモータ電流を連続的に切り替えることができる。これにより、バス電流Ishの高調波成分を低減させることが可能となる。また、デューティを徐々に変化させる所定の位相幅の期間においては、例えば、キャリア周波数でスイッチングを行うことにより、高調波のエネルギーを分散させることが可能となり、この効果としても、高調波の低減を図ることが可能となる。
このように、図15〜図17により、重ね位相角θαを持たせることにより、直流電流Idcに含まれる高調波成分を低減させることができることが検証された。
また、図4では顕著に表れていたローパスフィルタ7(図1参照)に由来する基本波成分の4次高調波成分についても、図21及び図23では、他の周波数成分の信号レベルと同等程度になっていることがわかった。
まず、定常状態でのIPMモータの電圧方程式は以下の(2)式で与えられる。
最大負荷トルクτmax、最大回転速度ωm_maxで動作しているときの電圧vd_max、vq_max、電流id_max、iq_maxは上記(2)〜(4)式を連立して解くことで得ることができ、これらの電圧vd_max、vq_max、電流id_max、iq_maxから最大力率角φmaxは以下の(5)式により求めることができる。
(5)
図24は本実施形態に係るモータ駆動装置の概略構成を示したブロック図である。図24において、図1に示したモータ駆動装置と同一の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。図24に示すように、インバータ装置1は、N極の直流母線3bに流れるバス電流Ishを検出するための電流センサ6及びインバータ2の入力直流電圧Vdcを検出する電圧センサ9を備えている。
デューティ指令算出部12は、以下の(6)、(7)式により、電圧センサ9によって検出された入力直流電圧Vdcを用いて、ベクトル制御部11からの電圧指令vd *、vq *からd軸デューティdutyd及びq軸デューティdutyqをそれぞれ算出する。
dutyq=vq */(Vdc/21/2) (7)
ここで、重ね位相角θαは予め上記(2)式〜(5)式を用いて算出された最大力率角φmaxに設定されており、閾値Mxは、重ね位相角θα=最大力率角φmaxに設定して1パルス制御を行った場合の電圧利用率を予め得ておき、この値に設定されている。例えば、図19に示した例において、重ね位相角θαを10[deg]に設定した場合、電圧利用率は約1.10であり、よって、閾値Mxは、例えば、1.10に設定される。
2 インバータ
3 直流電源
3a P極の直流母線
3b N極の直流母線
4 コイル
5 平滑コンデンサ
7 ローパスフィルタ
8 IPMモータ
10 インバータ制御装置
11 ベクトル制御部
12 デューティ指令算出部
13 極座標変換部
14 デューティ算出部
15 ゲート駆動信号生成部
Claims (2)
- 直流電源から直流母線を介して入力される直流電力を三相交流電力に変換してモータに出力するインバータと、
電気角1周期の間に、各相に対応するスイッチング素子に対して正負1パルスの矩形波電圧をゲート駆動信号として印加する1パルス制御モードを有するインバータ制御手段と
を備え、
前記インバータ制御手段は、|duty|が所定の閾値以上の場合に、前記矩形波電圧の立ち上がり時および立下り時において、所定の位相角幅でデューティを徐々に増加または減少させる1パルス制御モードを実行し、
前記所定の位相角幅は、20[deg]以上に設定され、
前記|duty|は、以下の(1)式で表され、以下の(1)式において、duty d はd軸デューティ、duty q はq軸デューティであり、
- 前記所定の位相角幅は、力率条件及び前記重ね位相角幅を変化させたときの前記直流母線に流れる直流電流のリップルの大きさをシミュレーションし、前記シミュレーションの結果から決定される請求項1に記載のモータ駆動装置。
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