JP6407175B2 - Power converter control device - Google Patents

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Description

この発明は、複数の半導体スイッチング素子を用いて直流電力と交流電力との間で電力変換する電力変換器の制御装置に関し、特に電力変換器の相電流を検出してPWM制御を行う電力変換器制御装置に関するものである。   The present invention relates to a power converter control device that converts power between DC power and AC power using a plurality of semiconductor switching elements, and more particularly to a power converter that detects a phase current of the power converter and performs PWM control. The present invention relates to a control device.

電力変換器においては、小型化が重要な課題であり、電力変換器の小型化に伴って制御装置の小型化が課題である。このため、電力変換器の相電流を検出するための電流検出部の構成を縮小することが考えられる。
複数の相を有する電力変換器の相電流を検出する従来の手法としては、各相に設けていた電流検出部を減らして、1個、あるいは2個の電流検出部で各相の電流を求める構成が提案されている。
In the power converter, downsizing is an important issue, and downsizing of the control device is a problem along with downsizing of the power converter. For this reason, it is conceivable to reduce the configuration of the current detection unit for detecting the phase current of the power converter.
As a conventional method for detecting the phase current of a power converter having a plurality of phases, the current detection unit provided in each phase is reduced, and the current of each phase is obtained by one or two current detection units. A configuration is proposed.

直流電源と電力変換器との間に接続され、瞬時電流を検出する1つの電流検出部と、1つの電流検出部により検出される瞬時電流を基に複数のスイッチング素子をON・OFF制御するためのPWM信号を生成するPWM信号発生器を備え、PWM制御の1キャリア周期中に少なくとも2回の瞬時電流を検出するようにした電力変換器がある(例えば、特許文献1参照)。   One current detection unit that is connected between a DC power source and a power converter and detects an instantaneous current and ON / OFF control of a plurality of switching elements based on the instantaneous current detected by one current detection unit There is a power converter that includes a PWM signal generator that generates a PWM signal and detects an instantaneous current at least twice during one carrier period of PWM control (see, for example, Patent Document 1).

また、直流電源のプラス側に接続される上アームスイッチング素子とマイナス側に接続される下アームスイッチング素子を3相備え、下アームスイッチング素子と直流電源のマイナス側との間に流れる電流を検出する電流検出部を3相のうち2相にそれぞれ設け、キャリア周期内における上アームスイッチング素子のON期間から3相全ての相において同一のON期間を削減することにより、電流検出部の設けられた相における2相分の相電流を検出する制御回路を備えた電力変換器がある(例えば、特許文献2参照)。   In addition, the upper arm switching element connected to the plus side of the DC power supply and the lower arm switching element connected to the minus side are provided in three phases, and a current flowing between the lower arm switching element and the minus side of the DC power supply is detected. By providing current detection units for two of the three phases, and reducing the same ON period in all three phases from the ON period of the upper arm switching element within the carrier cycle, the phase in which the current detection unit is provided There is a power converter provided with a control circuit that detects phase currents for two phases in (see, for example, Patent Document 2).

特開2002−095263号公報JP 2002-095263 A 特許第3750691号公報Japanese Patent No. 3750691

特許文献1に開示された装置では、一部の電圧ベクトルを時間的に大きくシフトするために、高調波が発生して、電動機の制御性能が低下するとともに、電流検出精度が悪化する。また、電流検出をキャリア周期の前半と後半で各々1回行うために、検出タイミングが時間的に離れているため検出誤差が増大するという問題がある。また、3相のスイッチングパルスのタイミングの時間差を利用して、電流を検出するため、3相電圧指令がゼロ近傍の低電圧時には、電流検出が困難になるという問題がある
また、特許文献2に開示の装置では、電力変換器の下アーム側に電流検出部を2個必要としており、装置のコストが増加するという問題点がある。
In the device disclosed in Patent Document 1, since some voltage vectors are shifted greatly in time, harmonics are generated, the control performance of the motor is lowered, and the current detection accuracy is deteriorated. In addition, since current detection is performed once in each of the first half and the second half of the carrier cycle, there is a problem that the detection error increases because the detection timing is separated in time. In addition, since current is detected using the time difference between the timings of the three-phase switching pulses, there is a problem that current detection becomes difficult when the three-phase voltage command is a low voltage near zero. The disclosed apparatus requires two current detection units on the lower arm side of the power converter, which increases the cost of the apparatus.

この発明は、前記のような問題点を解決するためになされたもので、電動機を駆動するために接続された電力変換器を制御する電力変換器制御装置において、安価な構成で電流を検出し、また電流を精度良く検出して安定に電動機を制御することが可能な電力変換器制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems. In a power converter control device that controls a power converter connected to drive an electric motor, the current is detected with an inexpensive configuration. Another object of the present invention is to provide a power converter control device capable of detecting a current with high accuracy and controlling a motor stably.

この発明に係る電力変換器制御装置は、ブリッジ接続された複数のスイッチング素子によって、3相以上の複数相の交流電流を出力する電力変換器を制御する電力変換器制御装置であって、前記3相以上の複数相のうち2つの相のスイッチング素子に流れる合計電流を検出する1つの電流検出部と、前記電流検出部により検出される電流を基に前記電力変換器を制御するPWM信号を発生するPWM制御部とを含む電力変換器制御部を備えるよう構成している。   The power converter control device according to the present invention is a power converter control device that controls a power converter that outputs AC current of a plurality of phases of three or more phases by a plurality of switching elements connected in a bridge. One current detection unit that detects the total current flowing through the switching elements of two phases of a plurality of phases equal to or higher than the phase, and a PWM signal that controls the power converter based on the current detected by the current detection unit A power converter control unit including a PWM control unit.

この発明に係る電力変換器制御装置は、3相以上の複数相のうち2つの相のスイッチング素子に流れる合計電流を1つの電流検出部によって検出しているため、安価な構成で精度良く電流を検出することができ、特に、3相の電圧指令が低いときでも安定に電流を検出することができる。その結果、安定に電流制御を行い、電力変換器に接続された電動機の制御を可能とする。   In the power converter control device according to the present invention, since the total current flowing through the switching elements of two phases among a plurality of phases of three or more phases is detected by one current detection unit, the current can be accurately supplied with an inexpensive configuration. In particular, even when the three-phase voltage command is low, the current can be detected stably. As a result, current control is stably performed, and the motor connected to the power converter can be controlled.

この発明の実施の形態1の電力変換器制御装置のシステム構成図である。It is a system configuration figure of the power converter control device of Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1の電力変換器制御装置の電圧ベクトルの図である。It is a figure of the voltage vector of the power converter control device of Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1の電力変換器制御装置のキャリア信号と電流検出のタイミングチャートの説明図である。It is explanatory drawing of the timing chart of the carrier signal and electric current detection of the power converter control device of Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1の電力変換器制御装置の3相電圧指令による電圧ベクトルと、検出可能な相電流の関係を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the relationship between the voltage vector by the three-phase voltage command of the power converter control device of Embodiment 1 of this invention, and the detectable phase current. この発明の実施の形態1の電力変換器制御装置のキャリア信号と第1の補正処理を行ったときの電流検出のタイミングチャート図である。It is a timing chart figure of electric current detection when the carrier signal of the power converter control device of Embodiment 1 of this invention and a 1st correction process are performed. この発明の実施の形態1の電力変換器制御装置のキャリア信号と第2の補正処理を行ったときの電流検出のタイミングチャート図である。It is a timing chart figure of an electric current detection when the carrier signal of the power converter control device of Embodiment 1 of this invention and a 2nd correction process are performed. この発明の実施の形態1の電力変換器制御装置のスイッチングパルス補正のフローチャートを示した図である。It is the figure which showed the flowchart of the switching pulse correction | amendment of the power converter control device of Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態2の電力変換器制御装置のキャリア信号と電流検出のタイミングチャートの説明図である。It is explanatory drawing of the timing chart of the carrier signal and electric current detection of the power converter control device of Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態3の電力変換器制御装置のシステム構成図である。It is a system block diagram of the power converter control device of Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態4の電力変換器制御装置のシステム構成図である。It is a system configuration | structure figure of the power converter control apparatus of Embodiment 4 of this invention. この発明の実施の形態をソフトウェアで実現するためのシステム構成図である。1 is a system configuration diagram for realizing an embodiment of the present invention by software. FIG. この発明の実施の形態をソフトウェアで実現するためのシステム構成図である。1 is a system configuration diagram for realizing an embodiment of the present invention by software. FIG.

実施の形態1
実施の形態1は、電動機を駆動するために、スイッチング素子をON・OFFして所定の周波数および電圧を出力する電力変換器を、PWM制御によって制御する電力変換器制御装置において、1個の電流検出部によって3相の電流を検出し、小型で安価な構成によって電流を検出することができ、また安定に電動機を駆動・制御することのできるよう構成した電力変換器制御装置に関するものである。
Embodiment 1
In the power converter control device that controls a power converter that outputs a predetermined frequency and voltage by turning on and off a switching element in order to drive an electric motor, the first embodiment uses one current. The present invention relates to a power converter control device configured to detect a three-phase current by a detection unit, to detect the current with a small and inexpensive configuration, and to drive and control an electric motor stably.

以下、この発明の実施の形態1について、電力変換器制御装置に係るシステム構成図である図1、3相電力変換器の電圧ベクトル図である図2、キャリア信号とスイッチングパルスと電流検出のタイミングの詳細を示す図3、3相電圧指令の条件と電流検出に用いる電圧ベクトルの関係を示す図4、キャリア信号とスイッチングパルスおよび第1の補正方法と電流検出のタイミングを示す図5、キャリア信号とスイッチングパルスおよび第2の
補正方法と電流検出のタイミングを示す図6、スイッチングパルスの補正のフローチャートを示す図7に基づいて説明を行う。
Hereinafter, with respect to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 1, which is a system configuration diagram relating to a power converter control device, FIG. 2, which is a voltage vector diagram of a three-phase power converter, carrier signal, switching pulse, and current detection timing 3 showing the details of FIG. 3, FIG. 4 showing the relationship between the conditions of the three-phase voltage command and the voltage vector used for current detection, FIG. 5 showing the carrier signal and switching pulse, the first correction method and the timing of current detection, and carrier signal The switching pulse, the second correction method and the current detection timing will be described with reference to FIG. 6, and the switching pulse correction flowchart will be described with reference to FIG.

図1は、電動機を駆動する電力変換器制御装置のシステム構成を示している。電力変換器制御部1は、電力変換器2のスイッチング素子を制御することにより、電動機3を駆動・制御する。電動機3は、永久磁石や界磁巻線により回転子磁束を発生する電動機であり、一般的には3相交流電動機が用いられる。この実施例では、例として永久磁石を用いた回転子を有する電動機を示している。   FIG. 1 shows a system configuration of a power converter control device that drives an electric motor. The power converter control unit 1 drives and controls the electric motor 3 by controlling the switching elements of the power converter 2. The electric motor 3 is an electric motor that generates a rotor magnetic flux by a permanent magnet or a field winding, and a three-phase AC electric motor is generally used. In this embodiment, an electric motor having a rotor using a permanent magnet is shown as an example.

電力変換器制御部1は、図示されていない外部からトルク指令と回転子の磁極位置を示す信号(電気角位置信号)θeが入力され、この指令値と磁極位置信号θeに基づいて電力変換器2を制御するスイッチングパルスを出力する。
電力変換器2は、電力変換器制御部1が出力するスイッチングパルスに基づいて直流電流源5の直流電力を交流電力に変換し、電動機3に交流電圧を印加して駆動する。電力変換器2には、U相とV相の下アームに流れる電流の合計値を検出する電流検出部4が備えられている。
The power converter control unit 1 receives a torque command and a signal (electrical angle position signal) θe indicating the magnetic pole position of the rotor from the outside not shown, and the power converter is based on the command value and the magnetic pole position signal θe. A switching pulse for controlling 2 is output.
The power converter 2 converts the DC power of the DC current source 5 into AC power based on the switching pulse output from the power converter control unit 1, and drives the motor 3 by applying AC voltage. The power converter 2 includes a current detection unit 4 that detects a total value of currents flowing through the lower arms of the U phase and the V phase.

電力変換器制御部1は、電流指令部6、電流制御部7、PWM制御部8、相電流演算部9、電流検出部10から構成される。
電流指令部6では、上位から与えられたトルク指令に基づき回転座標系であるd−q座標で表された電流指令に変換する。d軸電流指令id*およびq軸電流指令iq*が、電流制御部7に指令値として送られる。
電流制御部7では、電流指令部6から与えられたd−q座標系の電流指令id*、iq*、磁極位置信号θe、および相電流演算部9で求められた3相電流値iu、iv、iwに基づいて、3相電圧指令vu*、vv*,vw*を計算して、PWM制御部8に出力する。
The power converter control unit 1 includes a current command unit 6, a current control unit 7, a PWM control unit 8, a phase current calculation unit 9, and a current detection unit 10.
The current command unit 6 converts the current command to a current command represented by dq coordinates, which is a rotating coordinate system, based on a torque command given from the host. The d-axis current command id * and the q-axis current command iq * are sent to the current control unit 7 as command values.
In the current control unit 7, current commands id * and iq * of the dq coordinate system given from the current command unit 6, the magnetic pole position signal θe, and the three-phase current values iu and iv obtained by the phase current calculation unit 9. , Iw is calculated, and three-phase voltage commands vu *, vv *, vw * are calculated and output to the PWM control unit 8.

PWM制御部8では、電流制御部7からの3相電圧指令vu*、vv*,vw*と内部で発生した三角搬送波とのキャリア比較処理を行い、電力変換器2の各スイッチング素子を駆動するスイッチングパルスを生成する。このとき、出力する電圧ベクトルの種類とそのタイミングに応じて、電流検出部10の電流サンプリングタイミングを制御している。
なお、各スイッチングパルスのタイミング関係において、電流検出を行うための十分な時間がない場合には、一部のスイッチングパルスの出力タイミングを補正する。
The PWM control unit 8 performs carrier comparison processing between the three-phase voltage commands vu *, vv *, vw * from the current control unit 7 and the internally generated triangular carrier wave, and drives each switching element of the power converter 2. A switching pulse is generated. At this time, the current sampling timing of the current detection unit 10 is controlled according to the type and timing of the voltage vector to be output.
In addition, in the timing relationship of each switching pulse, when there is not sufficient time for performing current detection, the output timing of some switching pulses is corrected.

相電流演算部9では、電流検出部10で検出した2回の電流検出値を3相の電流値iu、iv、iwに復元する。PWM制御部8が出力している電圧ベクトルに従って、検出した2回の相電流の識別と残りのひとつの相電流を計算し、3相の電流値iu、iv、iwを出力する。
電流検出部10では、PWM制御部8の出力するスイッチングパルスのタイミングに従って、電力変換器2の電流検出部4を流れる電流値を、PWM制御の1キャリア周期内に2回検出し、3相電流iu、iv、iwのうちのいずれか2つの電流を出力する。
The phase current calculation unit 9 restores the two current detection values detected by the current detection unit 10 to three-phase current values iu, iv, and iw. According to the voltage vector output by the PWM control unit 8, the two detected phase currents and the remaining one phase current are calculated, and three-phase current values iu, iv, and iw are output.
In the current detection unit 10, the current value flowing through the current detection unit 4 of the power converter 2 is detected twice in one carrier cycle of the PWM control according to the timing of the switching pulse output from the PWM control unit 8, and the three-phase current is detected. Any two of iu, iv, and iw are output.

次に、この発明の実施の形態1に係る電力変換器制御装置の動作について、図1から図7に示した内容に基づいて説明する。
図1において、電力変換器制御部1では、上位から入力されるトルク指令と磁極位置信号θeから3相電圧指令vu*、vv*、vw*が計算される。電圧指令vu*、vv*、vw*の計算方法としては、電力変換器と電動機の間に流れる相電流値を用いて電流制御ループを構成し、相電流を電流指令値どおりに流れるよう制御することが一般的である。
Next, the operation of the power converter control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention will be described based on the contents shown in FIGS.
In FIG. 1, the power converter control unit 1 calculates three-phase voltage commands vu *, vv *, and vw * from a torque command and a magnetic pole position signal θe that are input from the host. As a calculation method of the voltage commands vu *, vv *, and vw *, a current control loop is configured using a phase current value flowing between the power converter and the electric motor, and control is performed so that the phase current flows according to the current command value. It is common.

誘導電動機や同期電動機の制御を考える場合、3相交流座標系でなく回転座標系であるd−q座標で行われるのが一般的である。3相交流座標系からd−q座標系へ変換を行う行列式は(1)式のように表される。

Figure 0006407175
(1)式において、idはd軸上で表された電流値であり、iqはq軸上で表された電流値である。(1)式より、id、iqを、(2)式として求めることができる。
Figure 0006407175
この(1)、(2)式において、磁極位置信号θは、回転子の界磁磁束の方向をd軸としたときの、d軸の磁極位置の方向を示している。 When considering the control of induction motors and synchronous motors, it is common to use d-q coordinates, which are rotating coordinate systems, instead of three-phase AC coordinate systems. A determinant for converting from the three-phase alternating current coordinate system to the dq coordinate system is expressed as equation (1).
Figure 0006407175
In the formula (1), id is a current value represented on the d-axis, and iq is a current value represented on the q-axis. From equation (1), id and iq can be obtained as equation (2).
Figure 0006407175
In the equations (1) and (2), the magnetic pole position signal θ indicates the direction of the magnetic pole position on the d axis when the direction of the field magnetic flux of the rotor is the d axis.

また、iw=−iu−ivとすれば、2つの相電流からd−q軸上の電流に変換可能である。
なお、座標変換の演算に用いるθは、電気角の磁極位置信号θeが用いられる。
電流指令部6から、直交2相座標系で表された電流指令id*、iq*が電流制御部7に入力されており、電流制御部7では、相電流演算部9で検出した相電流値iu、iv、iwを直交2相座標系で表された電流検出値id、iqに変換した後、電流偏差をPI制御器により指令値vd*、vq*を生成する。
さらに電圧指令vd*、vq*を磁極位置信号θeに従って座標変換することにより、3相電圧指令vu*、vv*、vw*に変換してPWM制御部8に出力する。
Further, if iw = −iu−iv, the two phase currents can be converted into a current on the dq axis.
It should be noted that the electrical angle magnetic pole position signal θe is used as θ used for the coordinate conversion calculation.
Current commands id * and iq * expressed in the orthogonal two-phase coordinate system are input from the current command unit 6 to the current control unit 7, and the current control unit 7 detects the phase current value detected by the phase current calculation unit 9. After iu, iv, and iw are converted into current detection values id and iq expressed in a quadrature two-phase coordinate system, command values vd * and vq * are generated from the current deviation by the PI controller.
Further, the voltage commands vd * and vq * are coordinate-converted according to the magnetic pole position signal θe, thereby converting the voltage commands vd * and vq * into three-phase voltage commands vu *, vv * and vw * and outputting them to the PWM control unit 8.

一般に2相d−q座標系からu−v−wの3相交流座標系への座標変換式は、次の(3)式として計算される。

Figure 0006407175
電流制御部7は、このようにして三相電圧指令vu*、vv*、vw*を出力する。 In general, the coordinate conversion formula from the two-phase dq coordinate system to the uvv three-phase AC coordinate system is calculated as the following formula (3).
Figure 0006407175
The current control unit 7 outputs the three-phase voltage commands vu *, vv *, vw * in this way.

このようにして求められた3相電圧指令vu*、vv*、vw*は、PWM制御により電力変換器のスイッチング素子を制御するスイッチングパルスに変換され、上下アームの短絡防止時間を付加した後、電力変換器のスイッチング素子を制御する。
電流検出部10は、PWM制御部8が出力する各スイッチングパルスのタイミングに合わせて電流検出部4に流れる電流をサンプリングして電流検出する。一般的に、電流検出部はシャント抵抗が用いられる。
The three-phase voltage commands vu *, vv *, vw * thus obtained are converted into switching pulses for controlling the switching elements of the power converter by PWM control, and after adding a short-circuit prevention time for the upper and lower arms, Control the switching elements of the power converter.
The current detection unit 10 samples the current flowing through the current detection unit 4 in accordance with the timing of each switching pulse output from the PWM control unit 8 and detects the current. Generally, a shunt resistor is used for the current detection unit.

図2は、3相の電力変換器における各相のON・OFFに対する電圧ベクトルを示した図である。U相の上アームであるP側のスイッチング素子、および∨相、W相の下アームであるN側のスイッチング素子のみONする電圧ベクトル(100)をV1と定義し、U相とV相のP側のスイッチング素子、およびW相のN側のスイッチング素子がONする電圧ベクトル(110)をV2、V相のP側のスイッチング素子、およびW相、U相のN側のスイッチング素子のみONする電圧ベクトル(010)をV3、V相とW相のP側のスイッチング素子、およびU相のN側のスイッチング素子がONする電圧ベクトル(011)をV4、W相のP側のスイッチング素子、およびU相、V相のN側のスイッチング素子のみONする電圧ベクトル(001)をV5、U相とW相のP側のスイッチング素子、およびV相のN側のスイッチング素子がONする電圧ベクトル(101)をV6とする。また、3相すべてのP側のスイッチング素子がONする電圧ベクトル(111)をV7、3相すべてのP側のスイッチング素子がOFFする電圧ベクトル(000)をV0とする。
なお、V0、V7は、直流電源から電流が流れないため、電圧ゼロベクトルと定義する。また、前記の各電圧ベクトルにおいて、同じ相の上下アームのいずれか一方がONされた場合、他方のアームはOFFされる関係にある。
FIG. 2 is a diagram showing voltage vectors for ON / OFF of each phase in the three-phase power converter. A voltage vector (100) that turns ON only the P-side switching element that is the upper arm of the U-phase and the N-side switching element that is the lower arm and the lower arm of the W-phase is defined as V1, and the U-phase and V-phase P Voltage that turns on the switching element on the N-side and the switching element on the N-side of the W-phase is V2, the voltage that turns on only the switching element on the P-side of the V-phase and the N-side switching element of the W-phase and the U-phase The vector (010) is V3, the V-phase and W-phase P-side switching elements, and the U-phase N-side switching element is ON. The voltage vector (011) is V4, the W-phase P-side switching elements, and U The voltage vector (001) for turning on only the N-side switching element of the V-phase and V-phase is V5, the U-side and W-phase P-side switching elements, and the V-phase N-side switching element are O Voltage vector (the 101) and V6. Further, a voltage vector (111) for turning on all the P-side switching elements for all three phases is set to V7, and a voltage vector (000) for turning off all the P-side switching elements for all three phases is set to V0.
V0 and V7 are defined as zero voltage vectors because no current flows from the DC power supply. In each of the voltage vectors, when either one of the upper and lower arms of the same phase is turned on, the other arm is turned off.

電力変換器2における電流検出部4には、U相とV相の下アームであるN側のスイッチング素子が共にOFFとなる電圧ベクトルV2とV7以外は、必ず電流が流れる。
電流検出部4では、電圧ベクトルV3とV4では、U相のN側のスイッチング素子のみONしているので、U相電流が検出できる。
A current always flows through the current detection unit 4 in the power converter 2 except for the voltage vectors V2 and V7 in which the N-side switching elements that are lower arms of the U phase and the V phase are both turned off.
In the current detection unit 4, only the switching element on the N side of the U phase is ON in the voltage vectors V3 and V4, so that the U phase current can be detected.

電圧ベクトルV1とV6では、V相のN側のみONしているので、V相電流が検出できる。電圧ベクトルV0とV5では、U相とV相の両方のN側のスイッチング素子がONしているので、3相電流の和がゼロになる条件により、W相電流が検出できる。
従って、V2とV7以外の電圧ベクトルのときの電流を検出することにより、電流検出部4に流れるU相とV相の2つの下アームの合計電流から3相の電流を復元することが可能である。
In the voltage vectors V1 and V6, only the N side of the V phase is ON, so that the V phase current can be detected. In the voltage vectors V0 and V5, since the switching elements on the N side for both the U phase and the V phase are ON, the W phase current can be detected under the condition that the sum of the three phase currents becomes zero.
Therefore, by detecting the current at a voltage vector other than V2 and V7, it is possible to restore the three-phase current from the total current of the two lower arms of the U-phase and V-phase flowing through the current detection unit 4. is there.

図3に、3相の電圧指令の各スイッチングパルスと電流検出タイミングを表すタイミングチャートを示す。この例は、vv*>vw*>vu*となる関係の一例であり、スイッチングパルスUN、VN、WNは、電力変換器のマイナス側に接続されたスイッチング素子群を制御する信号を表している。   FIG. 3 shows a timing chart showing each switching pulse of the three-phase voltage command and current detection timing. This example is an example of the relationship of vv *> vw *> vu *, and the switching pulses UN, VN, and WN represent signals that control the switching element group connected to the negative side of the power converter. .

PWM制御では、キャリア信号である三角搬送波と3相電圧指令vu*、vv*、vw*とが振幅比較されて、UP、UN、VP、VN、WP、WNの6個のスイッチングパルスに変換される。キャリア信号の谷から谷までをPWM制御の1キャリア周期と定義すると、キャリア信号の谷の時点においては、すべての相の電圧指令値がキャリア信号より大きく、電圧ベクトルV7の状態であり、すべての相のN側のスイッチング素子はOFF状態となる。このとき、いずれの相電流も検出することができない。   In PWM control, the triangular carrier wave, which is a carrier signal, and the three-phase voltage commands vu *, vv *, vw * are compared in amplitude and converted into six switching pulses of UP, UN, VP, VN, WP, and WN. The When the carrier signal valley to valley is defined as one carrier cycle of PWM control, the voltage command values of all phases are larger than the carrier signal at the time of the carrier signal valley, and the voltage vector V7 is in the state. The switching element on the N side of the phase is turned off. At this time, none of the phase currents can be detected.

電圧指令の最も小さい相のN側のスイッチングパルスがON状態のとき、電圧ベクトルV2、V4,V6のいずれかの状態になる。図3の例では、電圧ベクトルV4を発生している。1つの相のN側のスイッチング素子がON状態である区間t1においては、電圧ベクトルV2以外で、相電流を検出することができる。これらの電圧ベクトルのときの電流検出タイミングをs3とする。次に、二番目に大きい電圧指令の相のN側のスイッチング素子がON状態となると、電圧ベクトルV1、V3、V5のいずれかの状態になる。図3の例では、電圧ベクトルV3である。   When the switching pulse on the N side of the phase with the smallest voltage command is in the ON state, one of the voltage vectors V2, V4, and V6 is entered. In the example of FIG. 3, the voltage vector V4 is generated. In the section t1 in which the N-side switching element of one phase is in the ON state, the phase current can be detected other than the voltage vector V2. The current detection timing for these voltage vectors is s3. Next, when the N-side switching element of the second largest voltage command phase is turned on, the voltage vector V1, V3, or V5 is entered. In the example of FIG. 3, the voltage vector V3.

2つの相のN側のスイッチング素子がON状態である区間t2では、いずれの電圧ベクトルにおいても、相電流を検出することができる。これらの電圧ベクトルのときの電流検出タイミングをs4、またはs1とする。s4は、区間t2が始まってすぐに電流検出し、s3と近いタイミングで検出することができる。s1は、区間t2で最後に電流検出する。その後、もっとも大きい電圧指令の相のN側のスイッチングパルスがONとなると、すべての相のN側のスイッチング素子がON状態の電圧ベクトルV0の状態になる。この区間t3では、W相の電流を検出することができ、このとき電流検出するタイミングをs2とする。電圧ベクトルV0において電流を検出することにより、3相の電圧指令がゼロ付近の低いレベルのときでも電流検出しやすいという利点がある。   In the section t2 in which the N-side switching elements of the two phases are in the ON state, the phase current can be detected in any voltage vector. The current detection timing for these voltage vectors is s4 or s1. s4 can be detected at a timing close to s3 by detecting the current immediately after the interval t2 starts. In s1, the current is finally detected in the interval t2. Thereafter, when the switching pulse on the N side of the phase of the largest voltage command is turned ON, the switching elements on the N side of all phases are in the state of the voltage vector V0 in the ON state. In this section t3, a W-phase current can be detected, and the current detection timing at this time is s2. By detecting the current in the voltage vector V0, there is an advantage that it is easy to detect the current even when the three-phase voltage command is at a low level near zero.

3相電流を検出するには、PWM制御の1キャリア周期において、電流を少なくとも2回検出する必要がある。検出した電流値の誤差を少なくするためには、検出する2回のタイミングは時間的に近い方が望ましく、この発明の電流検出のタイミングでは、s3とs4、あるいはs1とs2の組み合わせで検出し、電圧指令に応じて切り替える。   In order to detect a three-phase current, it is necessary to detect the current at least twice in one carrier cycle of PWM control. In order to reduce the error of the detected current value, it is desirable that the two detection timings are close in time. In the current detection timing of the present invention, the detection is performed by s3 and s4 or a combination of s1 and s2. Switching according to the voltage command.

電圧ベクトルV0は、3相電圧指令の最大値が一定値以下であれば、必ず発生する。従って、常に、電圧ベクトルV0を用いて電流を検出するよう制御し、電圧ベクトルV0での検出が出来ない条件のときのみ、s3、s4のタイミングで電流検出するよう構成する。   The voltage vector V0 is always generated if the maximum value of the three-phase voltage command is not more than a certain value. Therefore, it is configured to always detect the current using the voltage vector V0, and to detect the current at the timing of s3 and s4 only under the condition that the detection with the voltage vector V0 is not possible.

図4は、3相電圧指令の大小関係と電圧ベクトル、そのとき検出可能な相電流の関係を示したものである。電圧指令の一定条件では、電圧ベクトルV0とV5が発生し、この場合、電圧ベクトルV0で検出するときと同じW相電流の検出となるため、s1、s2のタイミングで異なる2つの電流を検出することができない。従って、この場合、s3、s4のタイミングで電流検出する。なお、電圧ベクトルV2が発生した場合、s3、s4のタイミングで電流を検出することができない。その結果、式(4)に示す組合せで電流検出を行うことにより、全ての条件で異なる2つの相電流を検出することができる。

Figure 0006407175
FIG. 4 shows the relationship between the magnitude relation of the three-phase voltage command, the voltage vector, and the phase current that can be detected at that time. Under the constant condition of the voltage command, voltage vectors V0 and V5 are generated. In this case, since the same W-phase current is detected as when the voltage vector V0 is detected, two different currents are detected at the timings s1 and s2. I can't. Therefore, in this case, current detection is performed at timings s3 and s4. When the voltage vector V2 is generated, the current cannot be detected at the timings s3 and s4. As a result, it is possible to detect two different phase currents under all conditions by performing current detection with the combination shown in Expression (4).
Figure 0006407175

このように、電圧指令の大小関係によって、検出するタイミングを切り替えれば、すべての3相電流を検出することができる。
なお、条件4、6以外にも、電圧ベクトルV0での電流検出ができない場合がある。電圧指令の最大値が一定値以上になることにより、電圧ベクトルV0の出力時間である区間t3が短くなり、電圧ベクトルV0での電流検出ができない場合である。このようなケースでは、s3、s4のタイミングで2回電流検出を行う。
As described above, all the three-phase currents can be detected by switching the detection timing according to the magnitude relation of the voltage command.
In addition to the conditions 4 and 6, there is a case where current detection cannot be performed with the voltage vector V0. When the maximum value of the voltage command becomes equal to or greater than a certain value, the section t3 that is the output time of the voltage vector V0 is shortened, and current detection using the voltage vector V0 is not possible. In such a case, current detection is performed twice at timings s3 and s4.

電圧ベクトルに応じて電流を検出するとき、安定に精度良く電流検出を行うためには、一定の時間以上、継続して電圧ベクトルを出力する必要がある。しかし、3相のうちの2つの電圧指令値がほぼ一致した場合など、一部の電圧ベクトルの出力時間が、ほとんどゼロになるケースが存在する。その場合、スイッチングパルスの出力を時間シフトすることによって、電流検出区間を確保するよう構成している。   When detecting a current according to a voltage vector, in order to detect the current stably and accurately, it is necessary to continuously output the voltage vector for a certain time or more. However, there are cases where the output time of some voltage vectors becomes almost zero, such as when the voltage command values of two of the three phases almost coincide. In that case, the current detection interval is secured by shifting the output of the switching pulse with time.

図5に、スイッチングパルスの補正動作の詳細なタイミングチャートを示す。この図は、vv*>vw*>vu*のときの一例である。この例では、s1、s2のタイミングで電流検出を行う例であるが、区間t2の時間が十分でなく、最大電圧vu*のスイッチングパルスUNを時間ta遅らせることにより、電流検出のための区間t2‘を確保している。その補正処理のとき、1キャリア周期中で出力するスイッチングパルスのON状態の時間が、変わらないように制御する。その結果、スイッチングパルスを時間シフトしても、電力変換器が電動機に印加する電圧は変わらない。なお、時間シフトはP側とN側の両方のパルスに対して行う。
検出区間t1が十分な時間の長さがなく、スイッチングパルスの補正が必要となる場合がある。このとき、中間値の電圧指令のスイッチングパルスを補正する。
FIG. 5 shows a detailed timing chart of the switching pulse correction operation. This figure is an example when vv *> vw *> vu *. In this example, current detection is performed at the timings s1 and s2. However, the time period t2 is not sufficient, and the switching pulse UN of the maximum voltage vu * is delayed by time ta to thereby detect the current period t2. 'I have secured. In the correction process, control is performed so that the ON state time of the switching pulse output in one carrier cycle does not change. As a result, even if the switching pulse is shifted in time, the voltage applied by the power converter to the motor does not change. The time shift is performed on both the P-side and N-side pulses.
There are cases where the detection interval t1 is not long enough and correction of the switching pulse is required. At this time, the switching pulse of the intermediate voltage command is corrected.

図6は、vw*>vu*>vv*のときの電流検出のタイミングチャート図である。この場合、中間電圧vu*のスイッチングパルスUNの出力を時間シフトすることによって、電流検出区間t1‘が一定以上発生するよう制御する。図6の例では、スイッチングパルスUNを時間tb遅らせて、電流検出区間t1’を確保している。   FIG. 6 is a timing chart of current detection when vw *> vu *> vv *. In this case, the output of the switching pulse UN of the intermediate voltage vu * is time-shifted so that the current detection interval t1 ′ is generated more than a certain level. In the example of FIG. 6, the switching pulse UN is delayed by time tb to secure a current detection interval t1 '.

図7は、PWM制御部8で行われるスイッチングパルスの補正のフローチャートを示したものである。
3相電圧指令vu*、vv*、vw*が入力されると、スイッチングパルスに変換するためのキャリア比較処理を行い、並行して、電圧指令の大小関係が判定される。式(4)に示す条件1、2、3、5のときは、s1、s2のタイミングによる電流検出を行い、条件4、6のときは、s3、s4のタイミングによる電流検出を行う。条件1、2、3、5のときは、最大電圧Vmaxと中間電圧Vmedの差t2が、一定以上の時間がなければ、最大電圧Vmaxのスイッチングパルスを補正する。
FIG. 7 shows a flowchart of switching pulse correction performed by the PWM control unit 8.
When the three-phase voltage commands vu *, vv *, and vw * are input, carrier comparison processing for conversion into switching pulses is performed, and the magnitude relationship between the voltage commands is determined in parallel. When the conditions 1, 2, 3, and 5 shown in Expression (4) are satisfied, current detection is performed at the timings s1 and s2, and when conditions 4 and 6 are detected, current detection is performed at the timings s3 and s4. Under the conditions 1, 2, 3, and 5, if the difference t2 between the maximum voltage Vmax and the intermediate voltage Vmed does not have a certain time, the switching pulse of the maximum voltage Vmax is corrected.

まず、最大電圧Vmaxと中間電圧Vmedの差t2を求める。Adminは、電流検出に必要な最低時間であり、AD変換等に要する時間の合計時間である。ここで、最低電流検出時間Adminと区間t2との差taを計算する。区間taが負となる場合、区間t2が十分な長さでない状態であるので、最大電圧Vmaxのスイッチングパルスをta時間以上遅れるようシフトする。その結果、区間t2は、最低電流検出区間Admin以上となるよう補正される。補正された検出区間をt2‘とする。   First, a difference t2 between the maximum voltage Vmax and the intermediate voltage Vmed is obtained. Admin is the minimum time required for current detection, and is the total time required for AD conversion or the like. Here, the difference ta between the minimum current detection time Admin and the section t2 is calculated. When the interval ta is negative, the interval t2 is not sufficiently long, so the switching pulse of the maximum voltage Vmax is shifted so as to be delayed by ta time or more. As a result, the interval t2 is corrected to be equal to or greater than the minimum current detection interval Adminin. Let the corrected detection interval be t2 '.

条件4,6のときは、中間電圧Vmedと最小電圧Vminの差t1が、一定以上の時間がなければ、中間電圧Vmedのスイッチングパルスを補正する。まず、中間電圧Vmedと最小電圧Vminの差t1を求める、最低電流検出時間Adminと区間t1との差tbを計算する。区間tbが負となる場合、区間t1が十分な長さのない状態であるので、中間電圧Vmedのスイッチングパルスをtb時間以上遅れるようシフトする。その結果、区間t1は、最低電流検出区間Admin以上となるよう補正される。補正された検出区間はt1‘とする。   Under the conditions 4 and 6, if the difference t1 between the intermediate voltage Vmed and the minimum voltage Vmin does not have a predetermined time or more, the switching pulse of the intermediate voltage Vmed is corrected. First, the difference tb between the minimum current detection time Adminin and the section t1 is calculated to obtain the difference t1 between the intermediate voltage Vmed and the minimum voltage Vmin. When the interval tb is negative, the interval t1 is not sufficiently long, so the switching pulse of the intermediate voltage Vmed is shifted so as to be delayed by tb or more. As a result, the section t1 is corrected to be equal to or greater than the minimum current detection section Admin. The corrected detection interval is assumed to be t1 ′.

条件1、2、3、5、あるいは条件4、6のいずれかの補正のあと、スイッチングパルスに短絡防止時間Tdが付加されて電力変換器2に出力される。
この発明の実施の形態1では、3相交流電動機を例として説明を行ったが、この発明の対象となる電動機は、界磁巻線式同期電動機、永久磁石型同期電動機、誘導電動機等いずれの電動機でもよい。
After the correction of any one of the conditions 1, 2, 3, 5 or 4 and 6, the short-circuit prevention time Td is added to the switching pulse and output to the power converter 2.
In the first embodiment of the present invention, a three-phase AC motor has been described as an example. However, the motor that is the object of the present invention is any of a field winding type synchronous motor, a permanent magnet type synchronous motor, an induction motor, and the like. An electric motor may be used.

また、この発明における電流検出部4はシャント抵抗でなく、ホール素子を用いたものなど他の電流検出部でもよい。
また、この発明における電圧指令の計算には、位置センサによる磁極位置情報を用いて計算を行ったが、磁極位置情報を用いないV/f制御などを適用してもよい。この場合、検出した相電流値を、過電流防止など他の用途に用いることが可能である。
また、この発明における電力変換器において検出する電流は、U相とV相の組み合わせ以外の2相(U相およびW相、またはV相およびW相)でも同様に電流検出可能である。
In addition, the current detection unit 4 in the present invention is not a shunt resistor but may be another current detection unit such as one using a Hall element.
Further, in the calculation of the voltage command in the present invention, the calculation is performed using the magnetic pole position information by the position sensor, but V / f control without using the magnetic pole position information may be applied. In this case, the detected phase current value can be used for other purposes such as overcurrent prevention.
Further, the current detected in the power converter according to the present invention can be detected in the same manner in two phases (U phase and W phase, or V phase and W phase) other than the combination of the U phase and the V phase.

以上説明したように、実施の形態1に係る電力変換器制御装置は、直流電力を供給する直流電源と、ブリッジ接続されたスイッチング素子からなり前記直流電源に接続された電力変換器と、前記直流電源と前記電力変換器との間に接続され、複数の相に流れる電流のうちの2つの相の合計電流を検出する1つの電流検出部と、前記1つの電流検出部により検出される電流を基に電力変換器に与える電圧指令を演算し、前記電圧指令に基づき、前記複数のスイッチング素子をオン・オフ制御するためのPWM信号を発生するPWM信号制御部とから構成されるため、安価な構成で精度良く電流を検出することができ、安定に電動機を制御することを可能とする効果がある。   As described above, the power converter control device according to the first embodiment includes a DC power supply that supplies DC power, a power converter that includes a bridge-connected switching element, and that is connected to the DC power supply. One current detection unit that is connected between a power source and the power converter and detects a total current of two phases among the currents flowing in a plurality of phases, and a current detected by the one current detection unit Since it is composed of a PWM signal control unit that calculates a voltage command to be applied to the power converter based on the voltage command and generates a PWM signal for on / off control of the plurality of switching elements based on the voltage command, it is inexpensive. With the configuration, the current can be detected with high accuracy, and the electric motor can be controlled stably.

なお、図1では、電流検出部4が、電力変換器2の下アームのスイッチング素子のマイナス側に流れる電流を検出したが、上アームのスイッチング素子のプラス側に流れる電流を検出してもよい。その際、電圧ベクトルについては、図4の、V1はV4、V2はV5、V3はV6、V4はV1、V5はV2、V6はV3、V0はV7、V7はV0に置き換えれば良い。   In FIG. 1, the current detection unit 4 detects the current flowing on the negative side of the switching element of the lower arm of the power converter 2, but may detect the current flowing on the positive side of the switching element of the upper arm. . In this case, with respect to the voltage vector, V1 is V4, V2 is V5, V3 is V6, V4 is V1, V5 is V2, V6 is V3, V0 is V7, and V7 is V0 in FIG.

実施の形態2.
実施の形態2に係る電力変換器制御装置は、実施の形態1とは異なり、PWM制御の1周期の間に4回の電流を検出するよう構成としたものである。
以下、この発明の実施の形態2について、キャリア信号とスイッチングパルス、および電流検出タイミングの詳細を示す図8に基づいて説明する。
Embodiment 2. FIG.
Unlike the first embodiment, the power converter control device according to the second embodiment is configured to detect a current four times during one PWM control cycle.
The second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. 8 showing details of the carrier signal, the switching pulse, and the current detection timing.

図8においては、電動機を駆動する電力変換器制御装置における電流検出のタイミングを示している。PWM制御の1周期に4回の電流検出を行うよう構成し、PWM制御の1キャリア周期の前半に2回、後半に2回の電流検出を行う。PWM制御の1キャリア周期の後半の区間では、前半と同じ電圧ベクトルが発生しているので、前半の検出と同様、時間的に近い部分で2回検出することにより、前半の区間と同様の電流検出を行うことができる。   In FIG. 8, the timing of the electric current detection in the power converter control apparatus which drives an electric motor is shown. It is configured to perform current detection four times in one cycle of PWM control, and performs current detection twice in the first half of one carrier cycle of PWM control and twice in the second half. In the second half of one carrier cycle of PWM control, the same voltage vector is generated as in the first half, so that the same current as in the first half is obtained by detecting twice in a portion close in time as in the first half. Detection can be performed.

電圧ベクトルV0での電流検出が可能な場合、s1、s2のタイミングで2回検出した後、s5、s6のタイミングで2回電流検出を行い、計4回の電流検出を行う。このとき、s1で検出した電流とs6で検出した電流は同じ相の電流であり、2回の検出電流値の平均化処理を行うことにより、検出誤差を低減することができる。同様に、s2で検出した電流とs5で検出した電流は同じ相の電流であるため、2回の検出電流値の平均化処理を行うことにより、検出誤差を低減することができる。   When the current can be detected with the voltage vector V0, the current is detected twice at the timings s1 and s2, and then the current is detected twice at the timings s5 and s6, for a total of four times. At this time, the current detected in s1 and the current detected in s6 are currents in the same phase, and the detection error can be reduced by performing the averaging process of the detected current values twice. Similarly, since the current detected in s2 and the current detected in s5 are currents in the same phase, the detection error can be reduced by performing the averaging process of the detected current values twice.

電圧ベクトルV0での検出ができない場合等、s1、s2のタイミングで電流検出できないときは、s3、s4のタイミングで2回電流検出を行い、同様に、s7、s8でさらに2回の検出を行うことにより、s3、s4と同じ相の電流を2回検出することができる。従って、s3とs8、s4とs7の平均化処理を行うことにより、電流の検出精度を向上することができる。   When current cannot be detected at the timings s1 and s2, such as when the voltage vector V0 cannot be detected, current detection is performed twice at the timings s3 and s4. Similarly, detection is further performed twice at s7 and s8. Thus, the same phase current as s3 and s4 can be detected twice. Therefore, the current detection accuracy can be improved by performing the averaging process of s3 and s8 and s4 and s7.

なお、実施例1と同様に、電圧ベクトルの出力時間が不足して電流検出が困難なときには、スイッチングパルスを補正する必要がある。例えば、最大の電圧指令のスイッチングパルスを補正する場合、N側のスイッチングパルスの立上がりを遅らせて、区間t2を長くなるよう補正すると、逆に立下りタイミングは遅れ、区間t5は短くなり、電圧ベクトルの出力時間が減少し、電流検出を行う十分な時間がなくなる可能性がある。従って、スイッチングパルスの補正を行う場合は、PWM制御の1キャリア周期の後半での検出を省略するなどの対応を行う。   As in the first embodiment, when the voltage vector output time is insufficient and current detection is difficult, it is necessary to correct the switching pulse. For example, when correcting the switching pulse of the maximum voltage command, if the rise of the switching pulse on the N side is delayed and the interval t2 is lengthened, the falling timing is delayed, the interval t5 is shortened, and the voltage vector Output time may be reduced, and sufficient time for current detection may be lost. Therefore, when correcting the switching pulse, measures such as omitting detection in the latter half of one carrier cycle of PWM control are taken.

以上説明したように、実施の形態2に係る電力変換器制御装置は、PWM制御の周期に4回の電流を検出する構成としているため、実施例1と比較して、より精度良く電流検出を行うことができ、安定に電動機を制御することを可能とする効果がある。   As described above, since the power converter control device according to the second embodiment is configured to detect the current four times in the PWM control cycle, the current detection can be performed more accurately than in the first embodiment. This has the effect of enabling the motor to be stably controlled.

実施の形態3.
実施の形態3に係る電力変換器制御装置は、回転子に界磁巻線を有する電動機を制御する構成としたものである。以下、この発明の実施の形態3について、電力変換器制御装置に係るシステム構成図である図9に基づいて説明する。
図9において、図1と同一あるいは相当部分には、同一の符号を付している。図9は、実施の形態1と異なり、回転子の界磁巻線の電流を制御する界磁電流制御部を備えた電力変換器制御装置のシステム構成を示している。
Embodiment 3 FIG.
The power converter control device according to the third embodiment is configured to control an electric motor having a field winding in the rotor. Hereinafter, Embodiment 3 of the present invention will be described based on FIG. 9 which is a system configuration diagram relating to a power converter control device.
In FIG. 9, the same or corresponding parts as those in FIG. FIG. 9 shows a system configuration of a power converter control device including a field current control unit that controls the current of the rotor field winding, unlike the first embodiment.

図9において、界磁電流制御部12は、電動機11の界磁巻線に流れる電流を制御するものであり、界磁電流を調整することにより、トルクや誘起電圧を調整することが出来るよう構成されている。また、界磁電流を調整することにより、固定子側で発生する端子電圧を調整することが可能である。
この実施例では、3相電圧指令の最大電圧値が大きく、電圧ベクトルV0の検出区間が不足するような運転条件では、界磁電流を低く抑制することによって3相電圧指令が低くなるよう制御し、電圧ベクトルV0の電流検出区間が、最低電流検出区間Admin以上になるよう制御する。
In FIG. 9, the field current control unit 12 controls the current flowing in the field winding of the electric motor 11, and is configured so that the torque and the induced voltage can be adjusted by adjusting the field current. Has been. Further, the terminal voltage generated on the stator side can be adjusted by adjusting the field current.
In this embodiment, under the operating conditions where the maximum voltage value of the three-phase voltage command is large and the detection interval of the voltage vector V0 is insufficient, the three-phase voltage command is controlled to be low by suppressing the field current low. The current detection interval of the voltage vector V0 is controlled to be equal to or greater than the minimum current detection interval Admin.

界磁電流制御部12は、内部にある界磁電流検出部において検出した界磁電流をフィードバック制御する方法や、あるいは固定電圧を印加しておおよその電流値になるよう制御する方式など、いくつかの制御方法がある。
以上説明したように、実施の形態3に係る電力変換器制御装置は、界磁巻線を有する電動機を制御する構成としているため、実施例1と同様に、安価な構成で電流検出を行うことができ、また、スイッチングパルスの補正を行うことなく、電圧ベクトルV0での検出を行うことができるように構成しており、その結果、安定に電動機を制御することを可能とする効果がある。
The field current control unit 12 includes several methods such as a feedback control of the field current detected by the internal field current detection unit, or a method of applying a fixed voltage to obtain an approximate current value. There is a control method.
As described above, since the power converter control device according to the third embodiment is configured to control the electric motor having the field winding, the current detection is performed with an inexpensive configuration as in the first embodiment. In addition, the detection can be performed with the voltage vector V0 without correcting the switching pulse. As a result, there is an effect that the motor can be stably controlled.

実施の形態4.
実施の形態4に係る電力変換器制御装置は、巻線群を複数有する電動機14に接続される第1の電力変換器2と第2の電力変換器15を制御する構成としたものである。
以下、この発明の実施の形態4について、電力変換器制御装置に係るシステム構成図である図10に基づいて説明する。
Embodiment 4 FIG.
The power converter control device according to the fourth embodiment is configured to control the first power converter 2 and the second power converter 15 connected to the motor 14 having a plurality of winding groups.
Hereinafter, Embodiment 4 of this invention is demonstrated based on FIG. 10 which is a system block diagram which concerns on a power converter control apparatus.

図10において、図1と同一あるいは相当部分には、同一の符号を付している。図8は、実施の形態1と異なり、例として2つの巻線群を有する電動機14に対応する二重化した電力変換器制御装置のシステム構成を示している。   10, the same or corresponding parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. FIG. 8 shows a system configuration of a duplexed power converter control device corresponding to the motor 14 having two winding groups as an example, unlike the first embodiment.

図10において、巻線群を二重化された電動機14を駆動するため、第1の電力変換器2と第2の電力変換器15が電動機14に接続されている。第2の電力変換器15には、2つの相の下アームの合計電流を検出するための第2の電流検出部16が備えられている。   In FIG. 10, the first power converter 2 and the second power converter 15 are connected to the electric motor 14 in order to drive the electric motor 14 having a double winding group. The second power converter 15 includes a second current detection unit 16 for detecting the total current of the lower arms of the two phases.

電力変換器制御部13は、電流指令部17、電流制御部18、PWM制御部19、相電流演算部20、電流検出部21から構成される。それぞれ、2つの巻線群に対応した制御を行うことが可能なよう構成されている。第1電力変換器2と第2の電力変換器15の制御方法は同じである。   The power converter control unit 13 includes a current command unit 17, a current control unit 18, a PWM control unit 19, a phase current calculation unit 20, and a current detection unit 21. Each is configured to be able to perform control corresponding to two winding groups. The control method of the 1st power converter 2 and the 2nd power converter 15 is the same.

電流検出のタイミング制御は、第1の実施例と同様であり、2系統の電流検出処理が並行して行われる。タイミングや補正の計算は第1の実施例と同様である。
以上説明したように、実施の形態4に係る電力変換器制御装置は、巻線群が多重化された電動機を制御する構成としているため、実施例1と同様に安価に電流検出を行う、二重化された電動機も安定に精度良く制御することを可能とする効果がある。
The current detection timing control is the same as in the first embodiment, and two current detection processes are performed in parallel. Timing and correction calculations are the same as in the first embodiment.
As described above, since the power converter control device according to the fourth embodiment is configured to control the electric motor in which the winding groups are multiplexed, the current detection is performed at a low cost as in the first embodiment. This also has the effect of making it possible to stably and accurately control the motor.

図11は、以上のような実施例をマイコン等を使用してソフトウェアで制御するための構成である。
図11において、22は上位コントローラ、23はSRAMなどの記憶装置、24は電力変換器を制御するためのPWM制御を行うプロセッサ、25は1個の電流検出部を備えた電力変換器、26は電動機である。
FIG. 11 shows a configuration for controlling the above embodiment by software using a microcomputer or the like.
In FIG. 11, 22 is a host controller, 23 is a storage device such as SRAM, 24 is a processor that performs PWM control for controlling the power converter, 25 is a power converter having one current detection unit, and 26 is It is an electric motor.

上位コントローラ22は、プロセッサ24に指令値を与えて、プロセッサ24は、記憶装置23にデータを保持する等、データ処理して、電流制御やPWM制御を行い、スイッチングパルスを電力変換器25に出力する。電力変換器25では、2つの相に流れる下アームの電流の合計を検出して、プロセッサ24に出力している。プロセッサ24は、出力するスイッチングパルスのタイミング等に合わせて、相電流を計算する。
以上説明したように、電力変換器の制御をソフトウェアで処理することも可能であり、安価なコストで実現することも可能である。
The host controller 22 gives a command value to the processor 24, and the processor 24 performs data processing such as holding data in the storage device 23 to perform current control and PWM control, and outputs a switching pulse to the power converter 25. To do. The power converter 25 detects the sum of the lower arm currents flowing in the two phases and outputs it to the processor 24. The processor 24 calculates the phase current in accordance with the timing of the switching pulse to be output.
As described above, the control of the power converter can be processed by software, and can be realized at a low cost.

ここで、実施の形態1から4の電力変換器制御部1の構成要素である電流指令部6、電流制御部7、PWM制御部8、相電流演算部9、電流検出部10の各機能は、処理回路により実現される。処理回路は、図12に示す処理回路27のような専用のハードウェアであっても、図11に示すメモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサ24(CPU(Central Processing Unit)、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、DSPともいう)であってもよい。   Here, each function of the current command unit 6, the current control unit 7, the PWM control unit 8, the phase current calculation unit 9, and the current detection unit 10 which are components of the power converter control unit 1 of the first to fourth embodiments is as follows. This is realized by a processing circuit. Even if the processing circuit is dedicated hardware such as the processing circuit 27 shown in FIG. 12, a processor 24 (CPU (Central Processing Unit) that executes a program stored in the memory shown in FIG. 11, a central processing unit, A processing device, an arithmetic device, a microprocessor, a microcomputer, and a DSP).

処理回路が専用のハードウェアである場合、処理回路は、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ASIC、FPGA、またはこれらを組み合わせたものが該当する。電流指令部6、電流制御部7、PWM制御部8、相電流演算部9、電流検出部10の各機能それぞれを処理回路で実現してもよいし、各機能をまとめて処理回路で実現してもよい。   When the processing circuit is dedicated hardware, the processing circuit corresponds to a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a processor programmed in parallel, an ASIC, an FPGA, or a combination thereof. Each function of the current command unit 6, the current control unit 7, the PWM control unit 8, the phase current calculation unit 9, and the current detection unit 10 may be realized by a processing circuit, or each function may be realized by a processing circuit. May be.

また、図11に示すように、処理回路がプロセッサ24の場合、電流指令部6、電流制御部7、PWM制御部8、相電流演算部9、電流検出部10の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアやファームウェアはプログラムとして記述され、記憶装置23に格納される。処理回路は、記憶装置23に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各機能を実現する。   As shown in FIG. 11, when the processing circuit is a processor 24, the functions of the current command unit 6, the current control unit 7, the PWM control unit 8, the phase current calculation unit 9, and the current detection unit 10 are software, firmware Or a combination of software and firmware. Software and firmware are described as programs and stored in the storage device 23. The processing circuit implements each function by reading and executing the program stored in the storage device 23.

すなわち、電流指令部6、電流制御部7、PWM制御部8、相電流演算部9、電流検出部10の各ステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するための記憶装置23を備える。また、これらのプログラムは、電流指令部6、電流制御部7、PWM制御部8、相電流演算部9、電流検出部10の手順や方法をコンピュータに実行させるものであるとも言える。また、記憶装置23とは、例えば、ROM、EPROM、EEPROM等の不揮発性または揮発性の半導体メモリや、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、DVD等が該当する。   That is, the storage device 23 for storing a program in which each step of the current command unit 6, the current control unit 7, the PWM control unit 8, the phase current calculation unit 9, and the current detection unit 10 is executed as a result is provided. Prepare. Further, it can be said that these programs cause the computer to execute the procedures and methods of the current command unit 6, the current control unit 7, the PWM control unit 8, the phase current calculation unit 9, and the current detection unit 10. The storage device 23 corresponds to, for example, a nonvolatile or volatile semiconductor memory such as ROM, EPROM, or EEPROM, a flexible disk, an optical disk, a compact disk, a DVD, or the like.

また、電流指令部6、電流制御部7、PWM制御部8、相電流演算部9、電流検出部10の各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現してもよい。例えば、電流検出部10については、専用のハードウェアとしての処理回路でその機能を実現し、電流指令部6、電流制御部7、PWM制御部8、相電流演算部9については処理回路が記憶装置23に格納されたプログラムを読み出して実行することによってその機能を実現することが可能である。   In addition, some of the functions of the current command unit 6, the current control unit 7, the PWM control unit 8, the phase current calculation unit 9, and the current detection unit 10 are realized by dedicated hardware, and a part is implemented by software or firmware. It may be realized. For example, the function of the current detection unit 10 is realized by a processing circuit as dedicated hardware, and the processing circuit stores the current command unit 6, the current control unit 7, the PWM control unit 8, and the phase current calculation unit 9. The function can be realized by reading and executing the program stored in the device 23.

このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、前述の各機能を実現することができる。   As described above, the processing circuit can realize the above-described functions by hardware, software, firmware, or a combination thereof.

この発明は、その発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素を適宜、変更または省略することが可能である。   In the present invention, any component of the embodiment can be appropriately changed or omitted within the scope of the invention.

1、13 電力変換器制御部、2、15、25 電力変換器、
3、11、14、26 電動機、
4、16 電流検出部、5 直流電源、6、17 電流指令部、
7、18 電流制御部、8、19 PWM制御部、
9、20 相電流演算部、10、21 電流検出部
22 上位コントローラ、23 記憶装置、24 プロセッサ、
27 処理回路
1,13 Power converter control unit, 2, 15, 25 Power converter,
3, 11, 14, 26 Electric motor,
4, 16 Current detection unit, 5 DC power supply, 6, 17 Current command unit,
7, 18 Current control unit, 8, 19 PWM control unit,
9, 20 phase current calculation unit, 10, 21 current detection unit 22, host controller, 23 storage device, 24 processor,
27 Processing circuit

Claims (7)

ブリッジ接続された複数のスイッチング素子によって、3相以上の複数相の交流電流を出力する電力変換器を制御する電力変換器制御装置であって、前記3相以上の複数相のうち2つの相のスイッチング素子に流れる合計電流を検出する1つの電流検出部と、前記電流検出部により検出される電流を基に前記電力変換器を制御するPWM信号を発生するPWM制御部とを含む電力変換器制御部を備えたことを特徴とする電力変換器制御装置。   A power converter control device that controls a power converter that outputs AC current of three or more phases by a plurality of bridge-connected switching elements, wherein two of the three or more phases Power converter control including one current detection unit that detects a total current flowing through the switching element, and a PWM control unit that generates a PWM signal for controlling the power converter based on the current detected by the current detection unit A power converter control device comprising a unit. 前記電力変換器制御部が、前記電流検出部により検出される電流を基に前記電力変換器に与える電圧指令を計算する電流制御部を備え、前記電流制御部からの前記電圧指令に基づいて、前記PWM制御部が前記PWM信号を出力し、前記電流検出部が前記PWM信号を生成するキャリア信号の1周期中に少なくとも2回の電流を検出するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の電力変換器制御装置。   The power converter control unit includes a current control unit that calculates a voltage command to be given to the power converter based on the current detected by the current detection unit, based on the voltage command from the current control unit, 2. The method according to claim 1, wherein the PWM control unit outputs the PWM signal, and the current detection unit detects a current at least twice during one cycle of a carrier signal for generating the PWM signal. The power converter control device described. 前記電流検出部は、前記電力変換器において、複数の相のうち特定の相が通電している電圧ベクトルと、マイナス側、あるいはプラス側のすべての相のスイッチング素子が通電している電圧ゼロベクトルのタイミングで電流を検出することを特徴とする請求項2に記載の電力変換器制御装置。   In the power converter, the current detection unit includes a voltage vector in which a specific phase among a plurality of phases is energized, and a voltage zero vector in which switching elements of all phases on the minus side or the plus side are energized. The power converter control device according to claim 2, wherein the current is detected at the timing. 前記電流検出部は、前記PWM信号を生成するキャリア信号の1周期中に、前記電圧ゼロベクトルと他の電圧ベクトルとのタイミングで少なくとも2回電流の検出を行い、あるいは前記電圧ゼロベクトルでない複数の電圧ベクトルのタイミングで少なくとも2回電流の検出を行い、前記電圧ベクトルの条件に応じていずれかの電流の検出を切り替えて行うよう制御することを特徴とする請求項3に記載の電力変換器制御装置。   The current detection unit detects a current at least twice at a timing of the voltage zero vector and another voltage vector in one cycle of a carrier signal for generating the PWM signal, or a plurality of non-voltage zero vectors 4. The power converter control according to claim 3, wherein the current is detected at least twice at the timing of the voltage vector, and control is performed so as to switch detection of one of the currents according to the condition of the voltage vector. 5. apparatus. 前記電流検出部は、前記PWM信号を生成するキャリア信号の1周期中の前半に2回の電流検出を行い、さらに後半で2回の電流検出を行い、前記PWM信号を生成するキャリア信号の1周期中に少なくとも4回電流を検出するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の電力変換器制御装置。   The current detection unit performs current detection twice in the first half of one cycle of the carrier signal that generates the PWM signal, and further performs current detection twice in the second half to generate 1 of the carrier signal that generates the PWM signal. The power converter control device according to claim 1, wherein the current is detected at least four times during the period. 前記PWM制御部は、回転子に界磁巻線を有する電動機に接続されている前記電力変換器を制御して、前記電動機の界磁電流を調整することにより、前記電流検出部が、マイナス側、あるいはプラス側のすべての相のスイッチング素子が通電している前記電圧ゼロベクトルの区間で電流検出できるように制御するようにしたことを特徴とする請求項3に記載の電力変換器制御装置。   The PWM control unit controls the power converter connected to an electric motor having a field winding on a rotor and adjusts the field current of the electric motor so that the current detection unit is on the negative side. 4. The power converter control device according to claim 3, wherein control is performed so that current can be detected in a section of the voltage zero vector in which switching elements of all phases on the plus side are energized. 5. 前記電力変換器が、複数の相を有する固定子巻線を多重化された電動機に接続され、前記電動機の各々の巻線群に対応して第1の電力変換器と第2の電力変換器を備え、前記電力変換器制御部が、前記電流検出部により検出される電流を基に前記第1の電力変換器と前記第2の電力変換器に与える電圧指令を計算する電流制御部を備え、前記電流制御部からの前記電動機の各々の巻線群に対応した前記電圧指令に基づいて、前記PWM制御部が前記電動機の各々の巻線群に対応した前記複数のスイッチング素子をオン・オフ制御するための前記PWM信号を出力し、前記電流検出部が、前記PWM制御部の出力する前記PWM信号に基づいて電流を検出することを特徴とする請求項1に記載の電力変換器制御装置。
The power converter is connected to a motor in which stator windings having a plurality of phases are multiplexed, and a first power converter and a second power converter corresponding to each winding group of the motor. The power converter control unit includes a current control unit that calculates a voltage command to be given to the first power converter and the second power converter based on a current detected by the current detection unit. Based on the voltage command corresponding to each winding group of the motor from the current control unit, the PWM control unit turns on / off the plurality of switching elements corresponding to each winding group of the motor. The power converter control device according to claim 1, wherein the PWM signal for control is output, and the current detection unit detects a current based on the PWM signal output from the PWM control unit. .
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