JP6503277B2 - Controller and AC motor drive - Google Patents
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Description
本発明は、電気的に分離した複数相の巻線を有する交流電動機を制御する制御器および交流電動機駆動装置に関する。 The present invention relates to a controller that controls an AC motor having electrically separated multi-phase windings, and an AC motor drive device.
電動機に供給する電力の大容量化などを目的として、電気的に分離した複数相の巻線を有する交流電動機(以下、オープン巻線交流電動機と称する)の複数相の巻線の一端と他端とにそれぞれインバータを接続して、オープン巻線交流電動機を駆動する技術が特許文献1に開示されている。
One end and the other end of the multi-phase winding of an AC motor (hereinafter referred to as an open winding alternating current motor) having an electrically separated multi-phase winding for the purpose of increasing the capacity of electric power supplied to the
図6は、オープン巻線交流電動機の複数相の巻線の一端と他端とにそれぞれ接続された第1のインバータおよび第2のインバータ(不図示)を制御する制御器60の構成例を示す図である。ここで、第1のインバータおよび第2のインバータはそれぞれ、例えば、複数のスイッチング素子を備え、複数のスイッチング素子の制御により直流電力を交流電力に変換する多相電圧型PWM(Pulse Width Modulation)インバータである。
FIG. 6 shows a configuration example of a
図6に示す制御器60は、零相電流検出部61と、減算器62と、零相電流調整部63と、加算器64と、PWM信号生成部65とを備える。
The
零相電流検出部61は、オープン巻線交流電動機のU相に流れるU相電流iu、V相に流れるV相電流iv、W相に流れるW相電流iwの総和から零相電流i0を検出し、検出結果を減算器62に出力する。
The zero-phase
減算器62は、零相電流指令i0 *から零相電流検出部61により検出された零相電流i0を減算して偏差(i0 *−i0)を求め、零相電流調整部63に出力する。
零相電流調整部63は、減算器62から出力された偏差(i0 *−i0)が0となるようなオープン巻線交流電動機への出力電圧を指示する零相電圧指令v0 *を生成し、加算器64に出力する。
Zero-phase
加算器64は、零相電流調整部63から出力された零相電圧指令v0 *とオープン巻線交流電動機に所望のトルクを発生させるための各相の電圧を指示する電圧指令v*とを加算して、インバータ出力電圧指令vINV *を生成し、PWM信号生成部65に出力する。
The
PWM信号生成部65は、第1のインバータおよび第2のインバータからオープン巻線交流電動機に印加される電圧がインバータ出力電圧指令vINV *に一致するように、第1のインバータおよび第2のインバータそれぞれのスイッチング素子を制御するPWM信号PWM1およびPWM信号PWM2を生成する。そして、PWM信号生成部65は、生成したPWM信号PWM1を第1のインバータに出力し、生成したPWM信号PWM2を第2のインバータに出力する。 The PWM signal generation unit 65 causes the first inverter and the second inverter to make the voltage applied from the first inverter and the second inverter to the open winding AC motor coincide with the inverter output voltage command v INV *. The PWM signal PWM 1 and the PWM signal PWM 2 that control the respective switching elements are generated. Then, the PWM signal generating unit 65 outputs the generated PWM signal PWM 1 to the first inverter, and outputs the generated PWM signal PWM 2 in a second inverter.
特許文献1においては、オープン巻線交流電動機として誘導電動機を用いることが前提となっている。ここで、オープン巻線交流電動機として永久磁石同期電動機を用いた場合に、特許文献1に開示されている技術においては、零相電流の抑制が困難であるという問題がある。以下では、この問題が生じる原因について説明する。
In
オープン巻線交流電動機として永久磁石同期電動機を用いた場合、特に、スター結線の永久磁石同期電動機のロータ構造をそのまま用いてオープン巻線交流電動機を構成した場合、オープン巻線交流電動機を駆動すると、誘起電圧の零相成分として3n次の高調波成分が表れやすい。この高調波成分は、図6に示す零相電流調整部63にとっての外乱電圧に相当する。
When a permanent magnet synchronous motor is used as the open winding AC motor, in particular, when the open winding AC motor is configured using the rotor structure of a star-connected permanent magnet synchronous motor as it is, when the open winding AC motor is driven, A 3n-order harmonic component tends to appear as a zero-phase component of the induced voltage. This harmonic component corresponds to the disturbance voltage for zero-phase
通常、零相電流調整部63は、一般的な比例積分制御により、偏差(i0 *−i0)が0となるような零相電圧指令v0 *を生成する。ここで、比例積分制御では、高周波領域では高い制御性能(ゲイン)が得られないという特性がある。そのため、高周波領域に現れる3n次の高調波成分による外乱電圧を、特許文献1に開示されている技術では補償することができず、零相電流を零相電流指令i0 *どおりに制御できない。外乱電圧によって3n次の高調波成分を含む零相電流が流れると、零相電流による損失が発生し、オープン巻線交流電動機の駆動時の損失増加につながり、効率が低下する。この外乱電圧は、電動機の回転数に比例して周波数が上昇し大きさも大きくなるので、特に高速駆動するオープン巻線の永久磁石同期電動機では上述した問題が顕著となる。
In general, the zero-phase
また、零相電流はトルクに直接は影響を与えないが、オープン巻線交流電動機のトルク制御に用いるトルク電流や磁束電流と零相電流とには干渉関係があり、ロータ構造によっては零相電流のリップルによってトルク電流や磁束電流にリップルが生じ、トルクリップルが大きくなる要因となる。 Also, although the zero-phase current does not directly affect the torque, there is an interference relationship between the torque current and the flux current used for torque control of the open-winding AC motor and the zero-phase current, and depending on the rotor structure, the zero-phase current Ripples in the torque current and the magnetic flux current cause the torque ripple to increase.
本発明の目的は、上述した課題を解決し、零相電流の低減を図ることができる制御器および交流電動機駆動装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a controller and an AC motor drive device capable of solving the above-mentioned problems and reducing the zero-phase current.
上記課題を解決するため、本発明に係る制御器は、互いに電気的に分離した複数相の巻線を有する永久磁石同期電動機の前記複数相の巻線の一端および他端にそれぞれ接続された第1のインバータおよび第2のインバータの出力電圧を制御する印加電圧指令を生成する制御器であって、前記永久磁石同期電動機に流れる零相電流を検出する零相電流検出部と、前記印加電圧指令の零相成分である零相電圧指令と前記零相電流検出部により検出された零相電流とに基づき前記永久磁石同期電動機により生じる零相電圧を推定する零相電圧推定部と、前記零相電流検出部により検出された零相電流と零相電流指令との偏差が零になるように前記第1のインバータおよび前記第2のインバータの出力電圧を制御する調整零相電圧指令を生成する零相電流調整部と、前記零相電圧推定部により推定された零相電圧と、前記零相電流調整部により生成された前記調整零相電圧指令とを加算して前記零相電圧指令を生成する第1の加算器と、前記第1の加算器により生成された前記零相電圧指令が多相の電圧指令に変換された第1の電圧指令と、前記永久磁石同期電動機に所定のトルクを発生させるための多相の電圧指令である第2の電圧指令とを加算して前記印加電圧指令を生成する加算器と、を備える。 In order to solve the above-mentioned subject, the controller concerning the present invention is connected to one end and the other end of the winding of the above-mentioned plurality of phases of the permanent magnet synchronous motor which has the winding of a plurality of phases electrically separated mutually, respectively. A controller generating an applied voltage command for controlling an output voltage of the first inverter and the second inverter, the zero-phase current detection unit detecting a zero-phase current flowing through the permanent magnet synchronous motor; and the applied voltage command A zero-phase voltage estimation unit for estimating a zero-phase voltage generated by the permanent magnet synchronous motor based on a zero-phase voltage command which is a zero-phase component of the first phase and a zero-phase current detected by the zero phase current detection section; Zero that generates an adjusted zero-phase voltage command that controls the output voltage of the first inverter and the second inverter such that the deviation between the zero-phase current and the zero-phase current command detected by the current detection unit becomes zero. phase A flow adjustment unit, a zero-phase voltage estimated by the zero-phase voltage estimation unit, and the adjusted zero-phase voltage command generated by the zero-phase current adjustment unit to generate the zero-phase voltage command And a first voltage command obtained by converting the zero-phase voltage command generated by the first adder into a multi-phase voltage command, and generating a predetermined torque in the permanent magnet synchronous motor. And an adder for adding the second voltage command which is a multiphase voltage command for generating the applied voltage command.
また、本発明に係る制御器において、前記零相電圧推定部は、零相電圧を入力とし、零相電流を出力とする前記永久磁石同期電動機を零相で表現した零相モデルの逆モデルである零相逆モデルに基づき、前記零相電流検出部により検出された零相電流に対応する推定零相電圧を演算する零相逆モデル部と、前記印加電圧指令の零相成分である零相電圧指令と前記零相逆モデル部により演算された推定零相電圧との偏差を演算する第1の減算器と、複数の低域通過フィルタと、前記複数の低域通過フィルタの中から、前記永久磁石同期電動機の電気角に応じていずれかの低域通過フィルタを選択し、前記第1の減算器により演算された偏差を前記選択した低域通過フィルタに入力させる選択部と、前記複数の低域通過フィルタそれぞれの出力の平均値を記憶する記憶部と、前記選択部により選択された低域通過フィルタの出力から、前記記憶部に記憶されている平均値を減算して、前記零相電圧として出力する第2の減算器と、を備えることが望ましい。 In the controller according to the present invention, the zero-phase voltage estimation unit is an inverse model of a zero-phase model representing the permanent magnet synchronous motor, which has a zero-phase voltage as an input and a zero-phase current as an output, represented by zero phase. A zero-phase inverse model unit that calculates an estimated zero-phase voltage corresponding to the zero-phase current detected by the zero-phase current detection unit based on a certain zero-phase inverse model, and a zero phase that is a zero-phase component of the applied voltage command The first subtractor for calculating the deviation between the voltage command and the estimated zero-phase voltage calculated by the zero-phase inverse model unit, the plurality of low pass filters, and the plurality of low pass filters A selection unit for selecting any one of the low pass filters according to the electrical angle of the permanent magnet synchronous motor and inputting the deviation calculated by the first subtracter to the selected low pass filter; Low pass filter for each output A second subtraction that subtracts the average value stored in the storage unit from the storage unit that stores the average value and the output of the low-pass filter selected by the selection unit, and outputs the result as the zero-phase voltage It is desirable to provide the
また、本発明に係る制御器において、前記選択部は、位相の1周期を前記複数の低域通過フィルタの数で分割し、前記分割した位相の各領域に前記複数の低域通過フィルタのいずれかを割り当て、前記永久磁石同期電動機の電気角に前記零相電流を発生させる抑制対象高調波の次数を乗算して前記抑制対象高調波の位相を演算し、該演算した抑制対象高調波の位相が含まれる領域に割り当てられた低域通過フィルタを選択することが望ましい。 Further, in the controller according to the present invention, the selection unit divides one cycle of the phase by the number of the plurality of low pass filters, and any one of the plurality of low pass filters in each region of the divided phases. And the phase of the suppression target harmonic is calculated by multiplying the electrical angle of the permanent magnet synchronous motor by the order of the suppression target harmonic generating the zero phase current, and calculating the phase of the suppression target harmonic It is desirable to select the low pass filter assigned to the region that contains
また、本発明に係る制御器において、前記永久磁石同期電動機の動作周波数が所定値以下の場合には、一定の周波数のキャリア信号を生成し、前記永久磁石同期電動機の動作周波数が前記所定値より大きくなると、前記永久磁石同期電動機の動作周波数に比例する周波数のキャリア信号を生成するキャリア信号生成部をさらに備え、前記キャリア信号の周波数に応じた動作周波数で動作することが望ましい。 Further, in the controller according to the present invention, when the operating frequency of the permanent magnet synchronous motor is equal to or less than a predetermined value, a carrier signal having a constant frequency is generated, and the operating frequency of the permanent magnet synchronous motor is higher than the predetermined value. It is desirable to further include a carrier signal generation unit that generates a carrier signal of a frequency that is proportional to the operating frequency of the permanent magnet synchronous motor when it becomes larger, and operates at an operating frequency according to the frequency of the carrier signal.
また、上記課題を解決するため、本発明に係る交流電動機駆動装置は、互いに電気的に分離した複数相の巻線を有する永久磁石同期電動機の前記複数相の巻線の一端および他端それぞれに接続された第1のインバータおよび第2のインバータと、上述したいずれかの制御器と、を備える。 Further, in order to solve the above problems, an AC motor drive device according to the present invention is provided for each of one end and the other end of the multi-phase winding of a permanent magnet synchronous motor having multi-phase windings electrically separated from each other. A first inverter and a second inverter connected to each other, and any of the controllers described above.
本発明に係る制御器および交流電動機駆動装置によれば、零相電流の低減を図ることができる。 According to the controller and the AC motor drive device of the present invention, it is possible to reduce the zero phase current.
以下、本発明の実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
図1は、本発明の一実施形態に係る交流電動機駆動装置10の構成を示す図である。本実施形態に係る交流電動機駆動装置10は、電気的に分離した(中性点が分離された)複数相の巻線を有するオープン巻線交流電動機1に、直流電源2から供給された直流電力を交流電力に変換して供給することで、オープン巻線交流電動機1を駆動するものである。本実施形態においては、オープン巻線交流電動機1は、永久磁石同期電動機であるとする。
FIG. 1 is a view showing the configuration of an AC
図1に示す交流電動機駆動装置10は、インバータ11−1,11−2(第1のインバータ、第2のインバータ)と、電流検出器12と、制御器13とを備える。
An AC
インバータ11−1,11−2は、直流電源2に並列に接続されており、例えば、三相電圧型PWMインバータである。直流電源2としては、バッテリのような2次電源や、交流電源をブリッジダイオードなどで整流したものを用いることができる。 The inverters 11-1 and 11-2 are connected in parallel to the DC power supply 2, and are, for example, three-phase voltage type PWM inverters. As the DC power supply 2, a secondary power supply such as a battery, or one obtained by rectifying an AC power supply with a bridge diode or the like can be used.
インバータ11−1は、出力端子がオープン巻線交流電動機1の巻線の一端に接続され、直流電源2からの直流電圧を交流電圧(U相電圧U1、V相電圧V1、W相電圧W1)に変換して、オープン巻線交流電動機1に印加する。
The output terminal of the inverter 11-1 is connected to one end of the winding of the open winding
具体的には、インバータ11−1は、直流電源2の出力を平滑化するための平滑コンデンサC1と、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などのスイッチング素子S11〜S16とを備える。直流電源2の正極と負極との間に、スイッチング素子S11とスイッチング素子S12とが直列に接続され、スイッチング素子S13とスイッチング素子S14とが直列に接続され、スイッチング素子S15とスイッチング素子S16とが直列に接続されている。そして、スイッチング素子S11とスイッチング素子S12との接続点の電圧、スイッチング素子S13とスイッチング素子S14との接続点の電圧、スイッチング素子S15とスイッチング素子S16との接続点の電圧がそれぞれ、U相電圧U1、V相電圧V1、W相電圧W1として、オープン巻線交流電動機1に印加される。スイッチング素子S11〜S16のオン、オフを制御することで、所望の出力電圧を得ることができる。
Specifically, inverter 11-1 includes smoothing capacitor C1 for smoothing the output of DC power supply 2, and switching elements S11 to S16 such as IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). Switching element S11 and switching element S12 are connected in series between the positive electrode and the negative electrode of DC power supply 2, switching element S13 and switching element S14 are connected in series, and switching element S15 and switching element S16 are in series It is connected to the. The voltage at the connection point between switching element S11 and switching element S12, the voltage at the connection point between switching element S13 and switching element S14, and the voltage at the connection point between switching element S15 and switching element S16 are U-phase voltage U1. The V-phase voltage V1 and the W-phase voltage W1 are applied to the open winding
インバータ11−2は、出力端子がオープン巻線交流電動機1の巻線の他端に接続され、直流電源2からの直流電圧を交流電圧(U相電圧U2、V相電圧V2、W相電圧W2)に変換して、オープン巻線交流電動機1に印加する。
The output terminal of the inverter 11-2 is connected to the other end of the winding of the open
具体的には、インバータ11−2は、直流電源2の出力を平滑化するための平滑コンデンサC2と、IGBTなどのスイッチング素子S21〜S26とを備える。直流電源2の正極と負極との間に、スイッチング素子S21とスイッチング素子S22とが直列に接続され、スイッチング素子S23とスイッチング素子S24とが直列に接続され、スイッチング素子S25とスイッチング素子S26とが直列に接続されている。そして、スイッチング素子S21とスイッチング素子S22との接続点の電圧、スイッチング素子S23とスイッチング素子S24との接続点の電圧、スイッチング素子S25とスイッチング素子S26との接続点の電圧がそれぞれ、U相電圧U2、V相電圧V2、W相電圧W2として、オープン巻線交流電動機1に印加される。スイッチング素子S21〜S26のオン、オフを制御することで、所望の出力電圧を得ることができる。
Specifically, inverter 11-2 includes a smoothing capacitor C2 for smoothing the output of DC power supply 2, and switching elements S21 to S26 such as IGBT. Switching element S21 and switching element S22 are connected in series between the positive electrode and the negative electrode of DC power supply 2, switching element S23 and switching element S24 are connected in series, and switching element S25 and switching element S26 are in series It is connected to the. The voltage at the connection point between switching element S21 and switching element S22, the voltage at the connection point between switching element S23 and switching element S24, and the voltage at the connection point between switching element S25 and switching element S26 are U phase voltage U2 respectively. The V-phase voltage V2 and the W-phase voltage W2 are applied to the open winding
電流検出器12は、オープン巻線交流電動機1のU相に流れるU相電流iu、V相に流れるV相電流iv、W相に流れるW相電流iwを検出し、検出結果を制御器13に出力する。
The
制御器13は、電流検出器12により検出されたU相電流iu、V相電流iv、W相電流iwなどに基づき、インバータ11−1のスイッチング素子S11〜S16を制御するPWM信号PWM1とインバータ11−2のスイッチング素子S21〜S26を制御するPWM信号PWM2とを生成する。そして、制御器13は、生成したPWM信号PWM1をインバータ11−1に出力し、生成したPWM信号PWM2をインバータ11−2に出力する。
The
次に、制御器13の構成について図2を参照して説明する。
Next, the configuration of the
図2に示す制御器13は、零相電流検出部21と、減算器22と、零相電流調整部23と、加算器24,27と、零相電圧推定部25と、零相三相変換部26と、乗算器28,29と、キャリア信号生成部30と、PWM信号生成部31−1,31−2とを備える。加算器24は第1の加算器であり、加算器27は第2の加算器である。
The
零相電流検出部21は、電流検出器12の検出結果(U相電流iu、V相電流iv、W相電流iw)が入力され、その検出結果に基づき零相電流i0を検出する。具体的には、零相電流検出部21は、U相電流iu、V相電流ivおよびW相電流iwから、式1によって零相電流i0を検出する。零相電流検出部21は、検出した零相電流i0を減算器22と零相電圧推定部25とに出力する。
減算器22は、零相電流指令i0 *から零相電流検出部21により検出された零相電流i0を減算して零相電流偏差i0err(=i0 *−i0)を求め、零相電流調整部23に出力する。
零相電流調整部23は、減算器22から出力された零相電流偏差i0errが0となるように(零相電流i0が零相電流指令i0 *に近づくように)、零相電流偏差i0errをフィードバック制御(例えば、比例積分増幅)してフィードバック制御による零相電圧指令v0pi *(調整零相電圧指令)を生成する。零相電流調整部23は、生成した零相電圧指令v0pi *を加算器24に出力する。
The zero-phase
加算器24は、零相電流調整部23から出力された零相電圧指令v0pi *と、後述する零相電圧推定部25から出力された零相電流i0の交流成分i0ripを発生させている零相電圧v0rip *とを加算して、零相電圧指令v0 *を生成し、零相電圧推定部25と零相三相変換部26に出力する。
The
零相電圧推定部25は、零相電流検出部21から出力された零相電流i0、加算器24から出力された零相電圧指令v0 *などに基づき、オープン巻線交流電動機1により生じる零相電圧(零相電流i0の交流成分i0ripを発生させている零相電圧v0rip)を推定し、加算器24に出力する。なお、上述したように、オープン巻線交流電動機1により生じる零相電圧は、誘起電圧の零相成分として表れる3n次の高調波成分に起因するものであるため、零相電圧v0ripは、オープン巻線交流電動機1の電気角に応じて変化する。
The zero-phase
零相三相変換部26は、式2より加算器24から出力された零相電圧指令v0 *からU相電圧vu0とV相電圧vu0とW相電圧vu0の配列構造を持つ三相電圧指令Vuvw *を生成し、加算器27に出力する。
加算器27は、零相三相変換部26から出力された三相電圧指令Vuvw *と、オープン巻線交流電動機1に所望のトルクを発生させるためのU相電圧指令とV相電圧指令とW相電圧指令の配列構造を持つ三相電圧指令v*を加算して、インバータ出力電圧指令vm *(印加電圧指令)を生成し、乗算器28に出力する。このように、インバータ出力電圧指令vm *(印加電圧指令)は、加算器24により生成された零相電圧指令v0 *が、零相三相変換部26により多相(三相)の電圧指令(第1の電圧指令)に変換された三相電圧指令Vuvw *と、三相電圧指令v*(第2の電圧指令)とを加算することで生成される。したがって、加算器24が生成する零相電圧指令v0 *は、インバータ出力電圧指令vm *の零相成分に相当する。
The adder 27 generates a three-phase voltage command V uvw * output from the zero-phase three-
乗算器28は、加算器27から出力されたインバータ出力電圧指令vm *に1/2を乗算し、乗算器29に出力するとともに、インバータ11−1に対するインバータ出力電圧指令vm1 *としてPWM信号生成部31−1に出力する。
The
乗算器29は、乗算器28の出力に対して−1を乗算して、インバータ11−2に対するインバータ出力電圧指令vm2 *としてPWM信号生成部31−2に出力する。インバータ出力電圧指令vm2 *は、インバータ出力電圧指令vm *に−1/2を乗算したものである。
The
キャリア信号生成部30は、オープン巻線交流電動機1の電気角Feが入力され、入力された電気角Feに応じた周波数のキャリア信号を生成し、PWM信号生成部31−1,31−2に出力する。
Carrier
PWM信号生成部31−1は、乗算器28から出力されたインバータ出力電圧指令vm1 *と、キャリア信号生成部30から出力されたキャリア信号とに基づき、PWM信号PWM1を生成し、インバータ11−1に出力する。
The PWM signal generation unit 31-1 generates the PWM signal PWM 1 based on the inverter output voltage command v m1 * output from the
PWM信号生成部31−2は、乗算器29から出力されたインバータ出力電圧指令vm2 *と、キャリア信号生成部30から出力されたキャリア信号とに基づき、PWM信号PWM2を生成し、インバータ11−2に出力する。
The PWM signal generation unit 31-2 generates the PWM signal PWM 2 based on the inverter output voltage command v m2 * output from the
次に、零相電圧推定部25の構成について図3を参照して説明する。
Next, the configuration of zero-phase
図3に示す零相電圧推定部25は、零相逆モデル部32と、減算器33(第1の減算器)と、切替器34a,34bと、複数(Nf個)の低域通過フィルタ(LPF:Low Pass Filter)からなるフィルタ群35と、記憶部36と、減算器37(第2の減算器)と、比例器38と、切替信号生成器39とを備える。比例器38および切替信号生成器39は、選択部40を構成する。
The zero-phase
零相逆モデル部32は、零相電圧を入力とし、零相電流を出力とするオープン巻線交流電動機1を零相で表現した零相モデルの逆モデル(零相モデルの伝達関数の逆数となる関数を有するモデル)である零相逆モデルを保持している。ここで、零相逆モデルは、オープン巻線交流電動機1の電気角θe(=Fe)に依存しないモデルである。零相逆モデル部32は、図2に示す零相電流検出部21から零相電流i0が入力され、保持している零相逆モデルに基づき、入力された零相電流i0に対応する零相電圧の推定値v0p(推定零相電圧)を演算し、減算器33に出力する。
The zero-phase
減算器33は、図2に示す加算器24から出力された零相電圧指令v0 *から零相逆モデル部32から出力された零相電圧の推定値v0pを減算して外乱零相電圧v0dを演算する。上述したように、零相逆モデル部32が保持する零相逆モデルは、オープン巻線交流電動機1の電気角θeに依存しないモデルで表わされている。そのため、零相電圧指令v0 *から零相電圧の推定値v0pを減算することで、オープン巻線交流電動機1の電気角θeによって変化する零相電圧が外乱零相電圧v0dとして得られる。
切替器34aは、後述する切替信号生成器39から出力される切替信号に応じて、フィルタ群35に含まれる複数の低域通過フィルタ(LPF1、LPF2、・・・、LPFNf)のうち、いずれかの低域通過フィルタと減算器33とを接続する。切替器34aを介して減算器33と低域通過フィルタとが接続されることで、減算器33から出力された外乱零相電圧v0dが接続された低域通過フィルタに入力される。
The
切替器34bは、後述する切替信号生成器39から出力される切替信号に応じて、フィルタ群35に含まれる複数の低域通過フィルタ(LPF1、LPF2、・・・、LPFNf)のうち、いずれかの低域通過フィルタと減算器37とを接続する。切替器34bを介して低域通過フィルタと減算器37とが接続されることで、低域通過フィルタの出力が減算器37に入力される。
The
フィルタ群35に含まれる低域通過フィルタはそれぞれ、切替器34aを介して減算器33と接続されると、減算器33から入力された外乱零相電圧v0dの高周波成分を除去し、外乱零相電圧v0dを平均化して、切替器34bを介して減算器37に出力する。なお、フィルタ群35を構成する低域通過フィルタはそれぞれ、所定の演算を行うことでフィルタ処理を行うデジタルフィルタであり、切替器34a,34bと接続されていない場合は、切替器34a,34bとの接続時に演算で用いたデータを保持しておく。
The low-pass filters included in the
記憶部36は、フィルタ群35に含まれる各低域通過フィルタの出力の平均値を演算して記憶し、記憶している平均値を減算器37に出力する。各低域通過フィルタの出力の平均値は、零相電圧の直流成分に相当する。
The
減算器37は、フィルタ群35に含まれる低域通過フィルタの出力から記憶部36から出力された平均値を減算し、零相電圧V0rip *として図2に示す加算器24に出力する。上述したように、記憶部36に記憶されている平均値は、零相電圧の直流成分に相当する。したがって、低域通過フィルタの出力からその平均値を減算することで、零相電圧の交流成分(零相電圧v0rip)を推定することができる。
The
なお、零相電流調整部23によるフィードバック制御(例えば、比例積分制御)では、低周波領域では高い制御性能が得られるが、高周波領域では高い制御性能が得られない。したがって、零相電流調整部23によるフィードバック制御により、零相電圧の直流成分(低周波成分)は補償することができる。そのため、零相電圧推定部25は、零相電圧の交流成分(零相電圧v0rip)を推定し、加算器24に出力する。そして、加算器24により、零相電圧指令v0pi *と零相電圧v0rip *を加算して零相電圧指令v0 *を生成することで、零相電圧の交流成分を補償し、零相電流の発生を抑制することができる。
In feedback control (for example, proportional integral control) by the zero-phase
比例器38は、オープン巻線交流電動機1の電気角θeが入力され、入力された電気角θeに零相電圧を発生させている抑制対象の高調波(抑制対象高調波)の次数を乗算して、抑制対象高調波の位相θhを演算し、切替信号生成器39に出力する。
The
切替信号生成器39は、位相θhの1周期をフィルタ群35に含まれる低域通過フィルタの数Nfで分割し、分割した抑制対象高調波の位相の各領域にフィルタ群35に含まれる低域通過フィルタのいずれかを割り当てる。例えば、抑制対象高調波の次数を3次とし、低域通過フィルタの数Nfを4とすると、切替信号生成器39は、0°≦θh<90°の領域には低域通過フィルタLPF1を割り当て、90°≦θh<180°の領域には低域通過フィルタLPF2を割り当て、180°≦θh<270°の領域には低域通過フィルタLPF3を割り当て、270°≦θh<360°の領域には低域通過フィルタLPF4を割り当てる。
The
そして、切替信号生成器39は、比例器38から出力された抑制対象高調波の位相θhが含まれる領域に割り当てられた低域通過フィルタを選択する。したがって、位相の1周期において、フィルタ群35に含まれる各低域通過フィルタが少なくとも1回は選択される。切替信号生成器39は、選択した低域通過フィルタと切替器34a、34bとが接続されるような切替信号を切替器34a、34bに出力する。
Then, the
上述したように、比例器38および切替信号生成器39は、選択部40を構成する。したがって、選択部40は、フィルタ群35に含まれる複数の低域通過フィルタの中から、オープン巻線交流電動機1の電気角θeに応じていずれかの低域通過フィルタを選択し、減算器33により演算された外乱零相電圧v0dを選択した低域通過フィルタに入力させる。ここで、選択部40は、位相の1周期において、フィルタ群35に含まれる各低域通過フィルタが少なくとも1回は選択されるようにする。
As described above, the
位相の1周期の間に選択されない低域通過フィルタがあると、フィルタ群35に含まれる各低域通過フィルタの重みがアンバランスとなり、零相電圧推定部25の出力がひずんでしまい、十分に零相電流を抑制することができない。本実施形態のように、抑制対象高調波の位相の1周期において、フィルタ群35に含まれる各低域通過フィルタが少なくとも1回は選択されるようにすることで、零相電流の抑制を図ることができる。
If there is a low pass filter that is not selected during one phase of the phase, the weight of each low pass filter included in the
図4は、図3に示すフィルタ群35からの出力の一例を示す図である。図4においては、抑制対象高調波41の位相の1周期が4つの領域(領域1〜領域4)に分割され、領域1〜領域4にそれぞれ、低域通過フィルタLPF1〜LPF4が割り当てられているものとする。
FIG. 4 is a diagram showing an example of an output from the
抑制対象高調波の位相θhが領域1に含まれる場合には、低域通過フィルタLPF1が選択される。低域通過フィルタLPF1は、外乱零相電圧v0dの高周波成分を除去し、外乱零相電圧v0dを平均化した信号42を出力する。同様に、抑制対象高調波の位相θhが領域2に含まれる場合には、低域通過フィルタLPF2が選択され、抑制対象高調波の位相θhが領域3に含まれる場合には、低域通過フィルタLPF3が選択され、抑制対象高調波の位相θhが領域4に含まれる場合には、低域通過フィルタLPF4が選択される。そして、選択された低域通過フィルタそれぞれにより、外乱零相電圧v0dの高周波成分が除去され、外乱零相電圧v0dを平均化した信号が出力される。その結果、図4に示すように、フィルタ群35(フィルタ群35に含まれる各低域通過フィルタ)の出力は、抑制対象高調波の位相θh(オープン巻線交流電動機1の電気角θe)に応じた離散的な値となる。
When the phase θ h of the harmonic to be suppressed is included in the
上述したように、オープン巻線交流電動機1により生じる零相電圧は、オープン巻線交流電動機1の電気角θeに応じて変化する。本実施形態においては、複数の低域通過フィルタを設け、オープン巻線交流電動機1の電気角θeに応じて、外乱零相電圧v0dを異なる低域通過フィルタを通過させて零相電圧v0ripを推定しているため、各電気角θeに応じて発生している零相電圧v0ripを高い精度で推定することができる。その結果、零相電流の抑制を図ることができる。
As described above, the zero-phase voltage generated by the open winding
なお、オープン巻線交流電動機1が高速動作する場合、零相電流を高精度に抑制するためには、制御器13の動作周波数を上げる必要がある。しかしながら、制御器13の動作周波数と同期してキャリア周波数(キャリア信号の周波数)を上げると、インバータのスイッチング損が増加する。そこで、本実施形態においては、オープン巻線交流電動機1への入力周波数が所定値F以下である場合には、キャリア信号生成部30は、キャリア周波数Fcを一定(例えば、6kHz)とし、制御器13は、動作周波数Fsをキャリア周波数Fcの2倍とする。
When the open winding
一方、オープン巻線交流電動機1への入力周波数が所定値Fより大きい場合には、キャリア信号生成部30は、オープン巻線交流電動機1の動作周波数(オープン巻線交流電動機1への入力周波数)に応じて、キャリア周波数を上げる。具体的には、フィルタ群35に含まれる低域通過フィルタの数をNfとし、抑制対象高調波の次数をNhとし、オープン巻線交流電動機1の電気角の周波数をFeとすると、キャリア信号生成部30は、キャリア周波数FcをNf×Nh×Fe/2とし、制御器13は、動作周波数Fsをキャリア周波数Fcの2倍(Nf×Nh×Fe)とする。
On the other hand, when the input frequency to open winding
したがって、図5に示すように、オープン巻線交流電動機1への入力周波数が所定値F以下の領域では、制御器13は、一定の動作周波数Fsで動作し(非同期運転領域)、オープン巻線交流電動機1への入力周波数が所定値Fより大きい領域では、オープン巻線交流電動機1の動作周波数に同期して変化する動作周波数Fsで動作する(同期運転領域)。こうすることで、オープン巻線交流電動機1の低速動作時には、インバータ11−1,11−2のスイッチング損の増加を抑制し、オープン巻線交流電動機1の高速動作には、零相電流を高精度に抑制することができる。
Accordingly, as shown in FIG. 5, in the area input frequency is lower than a predetermined value F to open winding
なお、本発明は、インバータ11−1,11−2の零相電圧が任意に制御可能な運転範囲で適用するのが望ましい。つまり、直流電源2の電圧よりもインバータ11−1,11−2のインバータ出力電圧指令vm1 *、vm2 *が大きくなるような過変調運転領域では、零相電流を制御するための零相電圧の余裕がなくなるだけでなく、インバータ11−1,11−2の出力電圧波形がひずむことで出力電圧に意図しない零相電圧成分が含まれてしまい、零相電流が増大してしまう。このような零相電流の増大への対策としては、インバータ11−1およびインバータ11−2の入力側または出力側に、零相インダクタンスを挿入することで、零相電流を抑制することができる。 In the present invention, it is desirable that the present invention is applied in an operation range where the zero-phase voltage of the inverters 11-1 and 11-2 can be arbitrarily controlled. That is, in the overmodulation operation region where the inverter output voltage commands v m1 * and v m2 * of the inverters 11-1 and 11-2 become larger than the voltage of the DC power supply 2, the zero phase for controlling the zero phase current Not only the margin of the voltage is lost, but the output voltage waveform of the inverters 11-1 and 11-2 is distorted, so that an unintended zero-phase voltage component is included in the output voltage, and the zero-phase current is increased. As measures against such an increase in zero-phase current, zero-phase current can be suppressed by inserting a zero-phase inductance on the input side or the output side of the inverter 11-1 and the inverter 11-2.
本発明を図面および実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形または修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形または修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各ブロックなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数のブロックを1つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。 Although the present invention has been described based on the drawings and embodiments, it should be noted that those skilled in the art can easily make various changes or modifications based on the present disclosure. Therefore, it should be noted that these variations or modifications are included in the scope of the present invention. For example, functions included in each block can be rearranged so as not to be logically inconsistent, and a plurality of blocks can be combined into one or divided.
1 オープン巻線交流電動機
2 直流電源
10 交流電動機駆動装置
11−1,11−2 インバータ
12 電流検出器
13 制御器
21 零相電流検出部
22 減算器
23 零相電流調整部
24,27 加算器
25 零相電圧推定部
26 零相三相変換部
28,29 乗算器
30 キャリア信号生成部
31−1,31−2 PWM信号生成部
32 零相逆モデル部
33,37 減算器
34a,34b 切替器
35 フィルタ群
36 記憶部
38 比例器
39 切替信号生成器
40 選択部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記永久磁石同期電動機に流れる零相電流を検出する零相電流検出部と、
前記印加電圧指令の零相成分である零相電圧指令と前記零相電流検出部により検出された零相電流とに基づき前記永久磁石同期電動機により生じる零相電圧を推定する零相電圧推定部と、
前記零相電流検出部により検出された零相電流と零相電流指令との偏差が零になるように前記第1のインバータおよび前記第2のインバータの出力電圧を制御する調整零相電圧指令を生成する零相電流調整部と、
前記零相電圧推定部により推定された零相電圧と、前記零相電流調整部により生成された前記調整零相電圧指令とを加算して前記零相電圧指令を生成する第1の加算器と、
前記第1の加算器により生成された前記零相電圧指令が多相の電圧指令に変換された第1の電圧指令と、前記永久磁石同期電動機に所定のトルクを発生させるための多相の電圧指令である第2の電圧指令とを加算して前記印加電圧指令を生成する第2の加算器と、
を備えることを特徴とする制御器。 Application controlling an output voltage of a first inverter and a second inverter respectively connected to one end and the other end of the multi-phase winding of the permanent magnet synchronous motor having the multi-phase winding electrically separated from each other A controller that generates a voltage command,
A zero-phase current detection unit that detects a zero-phase current flowing in the permanent magnet synchronous motor;
A zero-phase voltage estimation unit for estimating a zero-phase voltage generated by the permanent magnet synchronous motor based on a zero-phase voltage command which is a zero-phase component of the applied voltage command and a zero-phase current detected by the zero-phase current detector; ,
The adjusted zero-phase voltage command for controlling the output voltage of the first inverter and the second inverter such that the deviation between the zero-phase current and the zero-phase current command detected by the zero-phase current detection unit becomes zero A zero-phase current adjustment unit to generate
A first adder that generates the zero-phase voltage command by adding the zero-phase voltage estimated by the zero-phase voltage estimation unit and the adjusted zero-phase voltage command generated by the zero-phase current adjustment unit; ,
A first voltage command in which the zero-phase voltage command generated by the first adder is converted into a multi-phase voltage command, and a multi-phase voltage for causing the permanent magnet synchronous motor to generate a predetermined torque A second adder that adds the second voltage command that is the command to generate the applied voltage command;
A controller comprising:
前記零相電圧推定部は、
零相電圧を入力とし、零相電流を出力とする前記永久磁石同期電動機を零相で表現した零相モデルの逆モデルである零相逆モデルに基づき、前記零相電流検出部により検出された零相電流に対応する推定零相電圧を演算する零相逆モデル部と、
前記印加電圧指令の零相成分である零相電圧指令と前記零相逆モデル部により演算された推定零相電圧との偏差を演算する第1の減算器と、
複数の低域通過フィルタと、
前記複数の低域通過フィルタの中から、前記永久磁石同期電動機の電気角に応じていずれかの低域通過フィルタを選択し、前記第1の減算器により演算された偏差を前記選択した低域通過フィルタに入力させる選択部と、
前記複数の低域通過フィルタそれぞれの出力の平均値を記憶する記憶部と、
前記選択部により選択された低域通過フィルタの出力から、前記記憶部に記憶されている平均値を減算して、前記零相電圧として出力する第2の減算器と、
を備えることを特徴とする制御器。 In the controller according to claim 1,
The zero-phase voltage estimation unit
A zero-phase current detection unit is detected based on a zero-phase inverse model that is an inverse model of a zero-phase model in which the zero-phase voltage is input and the zero-phase current is output using a zero-phase inverse motor. A zero phase inverse model unit that calculates an estimated zero phase voltage corresponding to the zero phase current;
A first subtractor that calculates a deviation between a zero-phase voltage command that is a zero-phase component of the applied voltage command and an estimated zero-phase voltage calculated by the zero-phase inverse model unit;
With multiple low pass filters,
One of the low pass filters is selected from the plurality of low pass filters according to the electrical angle of the permanent magnet synchronous motor, and the low pass selected by the first subtractor is the deviation calculated by the first subtractor. A selection unit to be input to the pass filter,
A storage unit that stores an average value of outputs of each of the plurality of low pass filters;
A second subtractor that subtracts the average value stored in the storage unit from the output of the low-pass filter selected by the selection unit, and outputs the result as the zero-phase voltage;
A controller comprising:
前記選択部は、位相の1周期を前記複数の低域通過フィルタの数で分割し、前記分割した位相の各領域に前記複数の低域通過フィルタのいずれかを割り当て、前記永久磁石同期電動機の電気角に前記零相電流を発生させる抑制対象高調波の次数を乗算して前記抑制対象高調波の位相を演算し、該演算した抑制対象高調波の位相が含まれる領域に割り当てられた低域通過フィルタを選択することを特徴とする制御器。 In the controller according to claim 2,
The selection unit divides one cycle of the phase by the number of the plurality of low pass filters, assigns any one of the plurality of low pass filters to each area of the divided phase, and the permanent magnet synchronous motor A low frequency band assigned to a region including the phase of the suppression target harmonic calculated by calculating the phase of the suppression target harmonic by multiplying the electrical angle by the order of the suppression target harmonic generating the zero phase current A controller characterized by selecting a pass filter.
前記永久磁石同期電動機の動作周波数が所定値以下の場合には、一定の周波数のキャリア信号を生成し、前記永久磁石同期電動機の動作周波数が前記所定値より大きくなると、前記永久磁石同期電動機の動作周波数に比例する周波数のキャリア信号を生成するキャリア信号生成部をさらに備え、
前記キャリア信号の周波数に応じた動作周波数で動作することを特徴とする制御器。 The controller according to any one of claims 1 to 3.
When the operating frequency of the permanent magnet synchronous motor is less than a predetermined value, a carrier signal of a fixed frequency is generated, and when the operating frequency of the permanent magnet synchronous motor becomes larger than the predetermined value, the operation of the permanent magnet synchronous motor And a carrier signal generator for generating a carrier signal of a frequency proportional to the frequency,
A controller operating at an operating frequency according to the frequency of the carrier signal.
請求項1から4のいずれか一項に記載の制御器と、を備えることを特徴とする交流電動機駆動装置。 A first inverter and a second inverter connected to one end and the other end of the multi-phase winding of the permanent magnet synchronous motor having the multi-phase winding electrically separated from each other;
An AC motor drive apparatus comprising: the controller according to any one of claims 1 to 4.
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