JP6877512B2 - AC rotating machine control device - Google Patents

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Description

本願は、交流回転機の制御装置に関するものである。 The present application relates to a control device for an AC rotating machine.

特許文献1の電子制御装置は、Hブリッジ回路によって直流モータを駆動し、モータ電流を第1電流検出回路と第2電流検出回路とを用いて検出している。また、第1電流検出回路の信号と第2電流検出回路の信号とを相互比較することにより、異常判定をしている。 The electronic control device of Patent Document 1 drives a DC motor by an H-bridge circuit, and detects the motor current by using the first current detection circuit and the second current detection circuit. Further, the abnormality is determined by mutually comparing the signal of the first current detection circuit and the signal of the second current detection circuit.

特開2018−182798号公報JP-A-2018-182798

特許文献1では、Hブリッジ回路とモータとを接続する2つの接続経路のそれぞれに、電流検出回路を設けているため、モータ電流が流れている間は、2つの電流検出回路に常に電流が流れる。特許文献1のように、多くの場合、電流検出回路はシャント抵抗を用いるので、電流が流れている間はシャント抵抗が発熱する。よって、2つの電流検出回路を常時モータ電流が流れるので、Hブリッジ内の発熱が大きくなる。 In Patent Document 1, since a current detection circuit is provided in each of the two connection paths connecting the H-bridge circuit and the motor, current always flows through the two current detection circuits while the motor current is flowing. .. As in Patent Document 1, in many cases, the current detection circuit uses a shunt resistor, so that the shunt resistor generates heat while the current is flowing. Therefore, since the motor current always flows through the two current detection circuits, the heat generated in the H bridge becomes large.

そこで、交流電機子巻線及び界磁巻線を有する交流回転機において、界磁電流を検出する電流検出回路の異常を判定できると共に、電流検出回路の発熱を抑制することができる交流回転機の制御装置が望まれる。 Therefore, in an AC rotating machine having an AC armature winding and a field winding, it is possible to determine an abnormality in the current detection circuit that detects the field current, and it is possible to suppress heat generation in the current detection circuit. A control device is desired.

本願に係る交流回転機の制御装置は、交流電機子巻線及び界磁巻線を有する交流回転機を制御する交流回転機の制御装置であって、
スイッチング素子を有し、スイッチング素子のオンオフにより、直流電源から前記界磁巻線に電流を流す電源供給経路と、コンバータ内で電流を還流させて前記界磁巻線に還流電流を流す還流経路とが、切り替わるコンバータと、
前記直流電源と前記コンバータとの間の接続経路を流れる電流である母線電流を検出する母線電流検出回路と、
前記電源供給経路と前記還流経路との間で共通する経路を流れる電流を検出する共通経路電流検出回路と、
前記コンバータのスイッチング素子をオンオフして、前記電源供給経路と前記還流経路とを切り替えるコンバータスイッチング制御部と、
前記共通経路電流検出回路の出力信号に基づいて前記界磁巻線に流れる界磁電流を検出し、前記母線電流検出回路の出力信号に基づいて前記母線電流を検出し、検出した前記母線電流に基づいて前記界磁巻線に流れる電流の推定値である界磁電流推定値を算出する電流算出部と、
前記界磁電流と前記界磁電流推定値とを比較して、前記母線電流検出回路及び前記共通経路電流検出回路の一方又は双方の異常を判定する異常判定部と、
スイッチング素子を有し、前記直流電源と前記交流電機子巻線との間で電力変換を行うインバータと、
前記インバータのスイッチング素子をオンオフして、前記交流電機子巻線に電圧を印加するインバータスイッチング制御部と、を備え、
前記母線電流検出回路は、前記直流電源と前記コンバータとの間の接続経路と、前記直流電源と前記インバータとの間の接続経路と、の間で共通する経路を流れる電流を前記母線電流として検出し、
前記電流算出部は、前記直流電源と前記インバータとの間で電流が流れない零ベクトルの状態で、前記電源供給経路に切り替えられている場合に検出した前記母線電流に基づいて前記界磁電流推定値を算出するものである。

The control device for the AC rotor according to the present application is a control device for the AC rotor that controls the AC rotor having an AC armature winding and a field winding.
A power supply path that has a switching element and allows a current to flow from a DC power supply to the field winding by turning the switching element on and off, and a recirculation path that recirculates the current in the converter and allows a recirculation current to flow through the field winding. However, with the converter that switches,
A bus current detection circuit that detects a bus current, which is a current flowing through a connection path between the DC power supply and the converter, and a bus current detection circuit.
A common path current detection circuit that detects a current flowing through a common path between the power supply path and the return path, and a common path current detection circuit.
A converter switching control unit that switches the power supply path and the reflux path by turning on and off the switching element of the converter.
The field current flowing through the field winding is detected based on the output signal of the common path current detection circuit, the bus current is detected based on the output signal of the bus current detection circuit, and the detected bus current is used as the detected bus current. Based on this, a current calculation unit that calculates a field current estimated value, which is an estimated value of the current flowing through the field winding, and a current calculation unit.
An abnormality determination unit that compares the field current with the field current estimated value and determines an abnormality of one or both of the bus current detection circuit and the common path current detection circuit.
An inverter that has a switching element and performs power conversion between the DC power supply and the AC armature winding.
An inverter switching control unit that turns on and off the switching element of the inverter and applies a voltage to the AC armature winding is provided.
The bus current detection circuit detects a current flowing through a common path between the connection path between the DC power supply and the converter and the connection path between the DC power supply and the inverter as the bus current. And
The current calculation unit estimates the field current based on the bus current detected when the current is switched to the power supply path in a zero vector state in which no current flows between the DC power supply and the inverter. It calculates the value.

本願に係る交流回転機の制御装置によれば、電源供給経路及び還流経路の双方において界磁電流を検出できる共通経路電流検出回路により界磁電流を検出し、電源供給経路に切り替えられている場合にのみ、界磁電流を検出できる母線電流検出回路により界磁電流推定値を算出し、界磁電流と界磁電流推定値とを比較して、母線電流検出回路及び共通経路電流検出回路の一方又は双方の異常を判定することができる。また、母線電流検出回路は、電源供給経路に切り替えられている場合にのみ電流が流れ、還流経路に切り替えられている場合は電流が流れないので、母線電流検出回路の発熱を抑制することができる。 According to the control device of the AC rotating machine according to the present application, when the field current is detected by the common path current detection circuit capable of detecting the field current in both the power supply path and the recirculation path, and the field current is switched to the power supply path. Only in, the field current estimated value is calculated by the bus current detection circuit that can detect the field current, and the field current and the field current estimated value are compared, and one of the bus current detection circuit and the common path current detection circuit. Alternatively, both abnormalities can be determined. Further, in the bus current detection circuit, the current flows only when the power supply path is switched, and no current flows when the bus current detection circuit is switched to the reflux path, so that the heat generation of the bus current detection circuit can be suppressed. ..

実施の形態1に係る交流回転機及び交流回転機の制御装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the AC rotary machine and the control device of the AC rotary machine which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る制御器の概略ブロック図である。It is a schematic block diagram of the controller which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る制御器のハードウェア構成図である。It is a hardware block diagram of the controller which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るコンバータ制御の電圧ベクトルを説明する図である。It is a figure explaining the voltage vector of the converter control which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る電圧ベクトルVf0の電流経路を説明する図である。It is a figure explaining the current path of the voltage vector Vf0 which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る電圧ベクトルVf1の電流経路を説明する図である。It is a figure explaining the current path of the voltage vector Vf1 which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る電圧ベクトルVf2の電流経路を説明する図である。It is a figure explaining the current path of the voltage vector Vf2 which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る電圧ベクトルVf3の電流経路を説明する図である。It is a figure explaining the current path of the voltage vector Vf3 which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るコンバータの制御挙動を説明するタイムチャートである。It is a time chart explaining the control behavior of the converter which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る車両用の発電電動機とされた交流回転機の模式図である。It is a schematic diagram of the AC rotary machine which became the generator motor for the vehicle which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態2に係る交流回転機及び交流回転機の制御装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the AC rotary machine and the control device of the AC rotary machine which concerns on Embodiment 2. FIG. 実施の形態2に係るインバータ制御の電圧ベクトルを説明する図である。It is a figure explaining the voltage vector of the inverter control which concerns on Embodiment 2. FIG. 実施の形態2に係るインバータの制御挙動を説明するタイムチャートである。It is a time chart explaining the control behavior of the inverter which concerns on Embodiment 2. FIG. 実施の形態2に係るインバータの制御挙動を説明するタイムチャートである。It is a time chart explaining the control behavior of the inverter which concerns on Embodiment 2. FIG. 実施の形態3に係るコンバータの制御挙動を説明するタイムチャートである。It is a time chart explaining the control behavior of the converter which concerns on Embodiment 3. FIG.

1.実施の形態1
実施の形態1に係る交流回転機の制御装置11(以下、単に、制御装置11と称す)について図面を参照して説明する。図1は、本実施の形態に係る交流回転機1及び制御装置11の概略構成図である。
1. 1. Embodiment 1
The control device 11 (hereinafter, simply referred to as the control device 11) of the AC rotary machine according to the first embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an AC rotating machine 1 and a control device 11 according to the present embodiment.

1−1.交流回転機
交流回転機1は、ステータ18と、ステータ18の径方向内側に配置されたロータ14と、を備えている。交流回転機1は、界磁巻線型の同期回転機とされている。ステータ18に、交流電機子巻線12が巻装されている。ロータ14に界磁巻線4が巻装され、電磁石が設けられている。
1-1. AC rotating machine The AC rotating machine 1 includes a stator 18 and a rotor 14 arranged inside the stator 18 in the radial direction. The AC rotating machine 1 is a field winding type synchronous rotating machine. The AC armature winding 12 is wound around the stator 18. A field winding 4 is wound around the rotor 14, and an electromagnet is provided.

本実施の形態では、交流電機子巻線12は、U相、V相、及びW相の3相の交流電機子巻線Cu、Cv、Cwとされている。3相の交流電機子巻線Cu、Cv、Cwは、スター結線とされてもよいし、デルタ結線とされてもよい。 In the present embodiment, the AC armature winding 12 is a U-phase, V-phase, and W-phase three-phase AC armature winding Cu, Cv, and Cw. The three-phase AC armature windings Cu, Cv, and Cw may be star-connected or delta-connected.

ロータ14には、ロータ14の回転角度(回転角度)を検出する角度検出回路15が設けられている。角度検出回路15の出力信号は、制御器30に入力される。角度検出回路15には、各種のセンサが用いられる。 The rotor 14 is provided with an angle detection circuit 15 for detecting the rotation angle (rotation angle) of the rotor 14. The output signal of the angle detection circuit 15 is input to the controller 30. Various sensors are used in the angle detection circuit 15.

本実施の形態では、交流回転機1は、車両用の発電電動機とされている。交流回転機1のロータ14の回転軸は、連結機構を介して内燃機関54に連結される。また、交流回転機1の回転軸は、連結機構を介して車輪52に連結される。例えば、図10に示すように、交流回転機1の回転軸は、プーリ及びベルト機構53を介して、内燃機関54のクランク軸に連結されている。交流回転機1の回転軸は、内燃機関54及び変速装置55を介して車輪52に連結される。交流回転機1は、一方の方向にしか回転せず、他方の方向には回転しない。 In the present embodiment, the AC rotary machine 1 is a generator motor for a vehicle. The rotating shaft of the rotor 14 of the AC rotating machine 1 is connected to the internal combustion engine 54 via a connecting mechanism. Further, the rotating shaft of the AC rotating machine 1 is connected to the wheel 52 via a connecting mechanism. For example, as shown in FIG. 10, the rotating shaft of the AC rotating machine 1 is connected to the crankshaft of the internal combustion engine 54 via a pulley and a belt mechanism 53. The rotating shaft of the AC rotating machine 1 is connected to the wheels 52 via the internal combustion engine 54 and the transmission 55. The AC rotating machine 1 rotates only in one direction and does not rotate in the other direction.

1−2.直流電源2
直流電源2は、インバータ5及びコンバータ9に電源電圧Vdcを出力する。直流電源2として、バッテリー、DC−DCコンバータ、ダイオード整流器、PWM整流器等、直流電圧を出力する任意の機器が用いられる。直流電源2には、平滑コンデンサ3が並列接続されている。電源電圧Vdcを検出するための電圧検出回路17が備えられている。電圧検出回路17の出力信号は、制御器30に入力される。
1-2. DC power supply 2
The DC power supply 2 outputs a power supply voltage Vdc to the inverter 5 and the converter 9. As the DC power supply 2, any device that outputs a DC voltage, such as a battery, a DC-DC converter, a diode rectifier, and a PWM rectifier, is used. A smoothing capacitor 3 is connected in parallel to the DC power supply 2. A voltage detection circuit 17 for detecting the power supply voltage Vdc is provided. The output signal of the voltage detection circuit 17 is input to the controller 30.

1−3.インバータ5
インバータ5は、スイッチング素子を有し、直流電源2と交流電機子巻線12との間で電力変換を行う。インバータ5は、直流電源2の正極側に接続される正極側のスイッチング素子と、直流電源2の負極側に接続される負極側のスイッチング素子と、が直列接続された直列回路を、3相各相の交流電機子巻線に対応して3組設けている。各直列回路における2つのスイッチング素子の接続点が、対応する相の交流電機子巻線に接続される。
1-3. Inverter 5
The inverter 5 has a switching element and performs power conversion between the DC power supply 2 and the AC armature winding 12. The inverter 5 is a three-phase series circuit in which a switching element on the positive electrode side connected to the positive electrode side of the DC power supply 2 and a switching element on the negative electrode side connected to the negative electrode side of the DC power supply 2 are connected in series. Three sets are provided corresponding to the phase AC armature winding. The connection points of the two switching elements in each series circuit are connected to the corresponding phase AC armature windings.

具体的には、U相の直列回路では、U相の正極側のスイッチング素子SPuとU相の負極側のスイッチング素子SNuとが直列接続され、2つのスイッチング素子の接続点がU相の交流電機子巻線Cuに接続されている。V相の直列回路では、V相の正極側のスイッチング素子SPvとV相の負極側のスイッチング素子SNvとが直列接続され、2つのスイッチング素子の接続点がV相の交流電機子巻線Cvに接続されている。W相の直列回路では、Wの正極側のスイッチング素子SPwとW相の負極側のスイッチング素子SNwとが直列接続され、2つのスイッチング素子の接続点がW相の交流電機子巻線Cwに接続されている。 Specifically, in the U-phase series circuit, the switching element SPu on the positive electrode side of the U phase and the switching element SNu on the negative electrode side of the U phase are connected in series, and the connection points of the two switching elements are U-phase AC electric machines. It is connected to the child winding Cu. In the V-phase series circuit, the switching element SPv on the positive electrode side of the V phase and the switching element SNv on the negative electrode side of the V phase are connected in series, and the connection point of the two switching elements becomes the V-phase AC armature winding Cv. It is connected. In the W-phase series circuit, the switching element SPw on the positive electrode side of W and the switching element SNw on the negative electrode side of W phase are connected in series, and the connection point of the two switching elements is connected to the AC armature winding Cw of W phase. Has been done.

インバータ5のスイッチング素子には、ダイオードが逆並列接続されたIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、ダイオードが逆並列接続されたバイポーラトランジスタ、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)等が用いられる。各スイッチング素子のゲート端子は、ゲート駆動回路等を介して、制御器30に接続されている。よって、各スイッチング素子は、制御器30から出力されるスイッチング信号によりオン又はオフされる。 As the switching element of the inverter 5, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) in which diodes are connected in antiparallel, a bipolar transistor in which diodes are connected in antiparallel, a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), and the like are used. The gate terminal of each switching element is connected to the controller 30 via a gate drive circuit or the like. Therefore, each switching element is turned on or off by the switching signal output from the controller 30.

1−4.コンバータ9
コンバータ9は、スイッチング素子を有し、直流電源2と界磁巻線4との間で電力変換を行う。コンバータ9は、スイッチング素子のオンオフにより、直流電源2から界磁巻線に電流を流す電源供給経路20と、コンバータ9内で電流を還流させて界磁巻線4に還流電流を流す還流経路21とが、切り替わる。
1-4. Converter 9
The converter 9 has a switching element and performs power conversion between the DC power supply 2 and the field winding 4. The converter 9 has a power supply path 20 for passing a current from the DC power supply 2 to the field winding by turning the switching element on and off, and a recirculation path 21 for recirculating the current in the converter 9 and passing a recirculating current to the field winding 4. And switch.

本実施の形態では、コンバータ9は、直流電源2の正極側に接続される正極側のスイッチング素子と直流電源2の負極側に接続される負極側のスイッチング素子とが直列接続された直列回路を2組設けたHブリッジ回路とされている。第1組の直列回路28における正極側のスイッチング素子SP1と負極側のスイッチング素子SN1との接続点が、界磁巻線4の一端に接続され、第2組の直列回路29における正極側のスイッチング素子SP2と負極側のスイッチング素子SN2との接続点が、界磁巻線4の他端に接続される。 In the present embodiment, the converter 9 is a series circuit in which a switching element on the positive electrode side connected to the positive electrode side of the DC power supply 2 and a switching element on the negative electrode side connected to the negative electrode side of the DC power supply 2 are connected in series. It is said to be an H-bridge circuit provided with two sets. The connection point between the positive electrode side switching element SP1 and the negative electrode side switching element SN1 in the first set of series circuit 28 is connected to one end of the field winding 4, and the positive electrode side switching in the second set of series circuit 29 The connection point between the element SP2 and the switching element SN2 on the negative electrode side is connected to the other end of the field winding 4.

コンバータ9のスイッチング素子には、ダイオードが逆並列接続されたIGBT、ダイオードが逆並列接続されたバイポーラトランジスタ、MOSFET等が用いられる。各スイッチング素子のゲート端子は、ゲート駆動回路等を介して、制御器30に接続されている。よって、各スイッチング素子は、制御器30から出力されるスイッチング信号によりオン又はオフされる。 As the switching element of the converter 9, an IGBT in which diodes are connected in antiparallel, a bipolar transistor in which diodes are connected in antiparallel, a MOSFET, and the like are used. The gate terminal of each switching element is connected to the controller 30 via a gate drive circuit or the like. Therefore, each switching element is turned on or off by the switching signal output from the controller 30.

後述する図6に示すように、コンバータ9のスイッチング素子がオンオフされた場合に、コンバータ9は、電源供給経路20に切り替わる。一方、後述する図5又は図8に示すように、コンバータ9のスイッチング素子がオンオフされた場合に、コンバータ9は、還流経路21に切り替わる。なお、本実施の形態では、界磁巻線4を、第1組の直列回路28側から第2組の直列回路29側の第1方向のみに電流が流れることを前提に設計されている。 As shown in FIG. 6, which will be described later, when the switching element of the converter 9 is turned on and off, the converter 9 switches to the power supply path 20. On the other hand, as shown in FIG. 5 or FIG. 8 described later, when the switching element of the converter 9 is turned on and off, the converter 9 switches to the reflux path 21. In this embodiment, the field winding 4 is designed on the premise that a current flows only in the first direction from the series circuit 28 side of the first set to the series circuit 29 side of the second set.

1−5.電機子電流検出回路8
電機子電流検出回路8は、各相の交流電機子巻線Cu、Cv、Cwに流れる電流を検出する電流検出回路である。本実施の形態では、電機子電流検出回路8は、各相のスイッチング素子の直列回路と交流電機子巻線とをつなぐ電線上に備えられている。各相の電機子電流検出回路8の出力信号は、制御器30に入力される。電機子電流検出回路8は、ホール素子等の非接触式の電流センサとされている。なお、電機子電流検出回路8は、各相のスイッチング素子の直列回路に直列接続されたシャント抵抗であってもよい。
1-5. Armature current detection circuit 8
The armature current detection circuit 8 is a current detection circuit that detects the current flowing through the AC armature windings Cu, Cv, and Cw of each phase. In the present embodiment, the armature current detection circuit 8 is provided on the electric wire connecting the series circuit of the switching elements of each phase and the AC armature winding. The output signal of the armature current detection circuit 8 of each phase is input to the controller 30. The armature current detection circuit 8 is a non-contact current sensor such as a Hall element. The armature current detection circuit 8 may be a shunt resistor connected in series to a series circuit of switching elements of each phase.

1−6.母線電流検出回路6
母線電流検出回路6は、直流電源2とコンバータ9との間の接続経路を流れる電流である母線電流Idcを検出する電流検出回路である。本実施の形態では、母線電流検出回路6は、直流電源2とコンバータ9との間の接続経路であって、直流電源2とインバータ5との間の接続経路と共通していない部分を流れる電流である母線電流Idcを検出する。母線電流検出回路6は、コンバータ9と直流電源2の負極側とを接続する接続経路に設けられている。母線電流検出回路6は、コンバータ9と直流電源2の正極側とを接続する接続経路に設けられてもよい。
1-6. Bus current detection circuit 6
The bus current detection circuit 6 is a current detection circuit that detects the bus current Idc, which is the current flowing through the connection path between the DC power supply 2 and the converter 9. In the present embodiment, the bus current detection circuit 6 is a connection path between the DC power supply 2 and the converter 9, and is a current flowing through a portion that is not common to the connection path between the DC power supply 2 and the inverter 5. The bus current Idc is detected. The bus current detection circuit 6 is provided in a connection path connecting the converter 9 and the negative electrode side of the DC power supply 2. The bus current detection circuit 6 may be provided in a connection path connecting the converter 9 and the positive electrode side of the DC power supply 2.

母線電流検出回路6の出力信号は、制御器30に入力される。母線電流検出回路6にシャント抵抗を用いる場合は、発熱により断線すると、直流電源2からコンバータ9に電力を供給できなくなる。そのため、母線電流検出回路6は、ホール素子等の非接触の電流センサが用いられるとよい。非接触の電流センサに異常が生じても、電力供給系統への影響はない。なお、放熱性が確保されて発熱面に支障が無ければ、母線電流検出回路6にシャント抵抗が用いられてもよい。 The output signal of the bus current detection circuit 6 is input to the controller 30. When a shunt resistor is used for the bus current detection circuit 6, if the wire is broken due to heat generation, power cannot be supplied from the DC power supply 2 to the converter 9. Therefore, it is preferable that a non-contact current sensor such as a Hall element is used for the bus current detection circuit 6. Even if an abnormality occurs in the non-contact current sensor, there is no effect on the power supply system. A shunt resistor may be used in the bus current detection circuit 6 as long as the heat dissipation is ensured and the heat generating surface is not hindered.

1−7.共通経路電流検出回路7
共通経路電流検出回路7は、電源供給経路20と還流経路21との間で共通する経路を流れる電流を検出する電流検出回路である。本実施の形態では、後述するように、電源供給経路20は、図6に示す電圧ベクトルVf1の場合の経路になり、還流経路21は、図5に示す電圧ベクトルVf0の場合の経路になる。よって、共通経路電流検出回路7は、図6の電源供給経路20と図5の還流経路21との間で共通する経路部分に設けられている。本例では、共通経路電流検出回路7は、第2組の直列回路29の負極側のスイッチング素子SN2の負極側の接続線に設けられている。なお、共通経路電流検出回路7は、電源供給経路20と還流経路21との間で共通する経路部分であれば、いずれの部分に設けられてもよく、界磁巻線4と第1組の直列回路28とを接続する接続線、又は界磁巻線4と第2組の直列回路29の負極側のスイッチング素子SN2とを接続する接続線に設けられてもよい。
1-7. Common path current detection circuit 7
The common path current detection circuit 7 is a current detection circuit that detects a current flowing through a common path between the power supply path 20 and the return path 21. In the present embodiment, as will be described later, the power supply path 20 is the path in the case of the voltage vector Vf1 shown in FIG. 6, and the reflux path 21 is the path in the case of the voltage vector Vf0 shown in FIG. Therefore, the common path current detection circuit 7 is provided in a common path portion between the power supply path 20 of FIG. 6 and the reflux path 21 of FIG. In this example, the common path current detection circuit 7 is provided on the connection line on the negative electrode side of the switching element SN2 on the negative electrode side of the second set of series circuits 29. The common path current detection circuit 7 may be provided in any portion as long as it is a common path portion between the power supply path 20 and the return path 21, and the field winding 4 and the first set of the common path current detection circuit 7 may be provided. It may be provided on the connecting line connecting the series circuit 28 or the connecting line connecting the field winding 4 and the switching element SN2 on the negative side of the second set of the series circuit 29.

共通経路電流検出回路7の出力信号は、制御器30に入力される。共通経路電流検出回路7には、シャント抵抗又はホール素子等が用いられる。 The output signal of the common path current detection circuit 7 is input to the controller 30. A shunt resistor, a Hall element, or the like is used in the common path current detection circuit 7.

1−8.制御器30
制御器30は、インバータ5及びコンバータ9を介して、交流回転機1を制御する。制御器30は、図2に示すように、コンバータスイッチング制御部31、電流算出部32、異常判定部33、インバータスイッチング制御部34等の機能部を備えている。制御器30の各機能は、制御器30が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御器30は、図3に示すように、処理回路として、CPU(Central Processing Unit)等の演算処理装置90(コンピュータ)、演算処理装置90とデータのやり取りする記憶装置91、演算処理装置90に外部の信号を入力する入力回路92、演算処理装置90から外部に信号を出力する出力回路93、及び外部装置とデータ通信を行う通信回路94等を備えている。
1-8. Controller 30
The controller 30 controls the AC rotating machine 1 via the inverter 5 and the converter 9. As shown in FIG. 2, the controller 30 includes functional units such as a converter switching control unit 31, a current calculation unit 32, an abnormality determination unit 33, and an inverter switching control unit 34. Each function of the controller 30 is realized by a processing circuit provided in the controller 30. Specifically, as shown in FIG. 3, the controller 30 includes an arithmetic processing unit 90 (computer) such as a CPU (Central Processing Unit), a storage device 91 for exchanging data with the arithmetic processing unit 90, as a processing circuit. The arithmetic processing unit 90 includes an input circuit 92 for inputting an external signal, an output circuit 93 for outputting a signal from the arithmetic processing unit 90 to the outside, a communication circuit 94 for data communication with the external device, and the like.

演算処理装置90として、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、IC(Integrated Circuit)、DSP(Digital Signal Processor)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、各種の論理回路、及び各種の信号処理回路等が備えられてもよい。また、演算処理装置90として、同じ種類のもの又は異なる種類のものが複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。記憶装置91として、演算処理装置90からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたRAM(Random Access Memory)、及び演算処理装置90からデータを読み出し可能に構成されたROM(Read Only Memory)等が備えられている。入力回路92は、角度検出回路15、電圧検出回路17、電機子電流検出回路8、母線電流検出回路6、共通経路電流検出回路7等の各種のセンサ及びスイッチが接続され、これらセンサ及びスイッチの出力信号を演算処理装置90に入力するA/D変換器等を備えている。出力回路93は、インバータ5及びコンバータ9のスイッチング素子をオンオフ駆動するゲート駆動回路等の電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置90から制御信号を出力する駆動回路等を備えている。通信回路94は、車両統合制御装置27等の外部装置と通信を行う。 The arithmetic processing device 90 is provided with an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an IC (Integrated Circuit), a DSP (Digital Signal Processor), an FPGA (Field Programmable Gate Array), various logic circuits, various signal processing circuits, and the like. You may. Further, as the arithmetic processing unit 90, a plurality of the same type or different types may be provided, and each processing may be shared and executed. As the storage device 91, a RAM (Random Access Memory) configured to be able to read and write data from the arithmetic processing unit 90, a ROM (Read Only Memory) configured to be able to read data from the arithmetic processing unit 90, and the like are used. It is equipped. The input circuit 92 is connected to various sensors and switches such as an angle detection circuit 15, a voltage detection circuit 17, an armature current detection circuit 8, a bus current detection circuit 6, and a common path current detection circuit 7. It is provided with an A / D converter or the like that inputs an output signal to the arithmetic processing device 90. The output circuit 93 includes an electric load such as a gate drive circuit that drives the switching elements of the inverter 5 and the converter 9 on and off, and a drive circuit or the like that outputs a control signal from the arithmetic processing device 90 to these electric loads. The communication circuit 94 communicates with an external device such as the vehicle integrated control device 27.

そして、制御器30が備える各制御部31〜34等の各機能は、演算処理装置90が、ROM等の記憶装置91に記憶されたソフトウェア(プログラム)を実行し、記憶装置91、入力回路92、及び出力回路93等の制御器30の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、各制御部31〜34等が用いる判定値等の設定データは、ソフトウェア(プログラム)の一部として、ROM等の記憶装置91に記憶されている。以下、制御器30の各機能について詳細に説明する。 Then, in each function of the control units 31 to 34 and the like included in the controller 30, the arithmetic processing unit 90 executes software (program) stored in the storage device 91 such as ROM, and the storage device 91 and the input circuit 92. , And other hardware of the controller 30 such as the output circuit 93. The setting data such as the determination value used by each of the control units 31 to 34 and the like is stored in a storage device 91 such as a ROM as a part of the software (program). Hereinafter, each function of the controller 30 will be described in detail.

1−8−1.インバータスイッチング制御部34
インバータスイッチング制御部34は、インバータ5のスイッチング素子をオンオフすることにより、各相の交流電機子巻線Cu、Cv、Cwに電圧を印加する。インバータスイッチング制御部34は、各相の交流電機子巻線に印加する3相の電圧指令を算出する。インバータスイッチング制御部34は、公知のベクトル制御又はV/f制御を用いて、3相の電圧指令を算出する。
1-8-1. Inverter switching control unit 34
The inverter switching control unit 34 applies a voltage to the AC armature windings Cu, Cv, and Cw of each phase by turning on and off the switching element of the inverter 5. The inverter switching control unit 34 calculates a three-phase voltage command applied to the AC armature winding of each phase. The inverter switching control unit 34 calculates a three-phase voltage command using known vector control or V / f control.

インバータスイッチング制御部34は、角度検出回路15の出力信号に基づいて、ロータ14の回転角度及び回転角速度を検出する。インバータスイッチング制御部34は、電機子電流検出回路8の出力信号に基づいて、各相の交流電機子巻線に流れる3相の電機子電流を検出する。インバータスイッチング制御部34は、電圧検出回路17の出力信号に基づいて、電源電圧を検出する。 The inverter switching control unit 34 detects the rotation angle and the rotation angular velocity of the rotor 14 based on the output signal of the angle detection circuit 15. The inverter switching control unit 34 detects the three-phase armature current flowing through the AC armature winding of each phase based on the output signal of the armature current detection circuit 8. The inverter switching control unit 34 detects the power supply voltage based on the output signal of the voltage detection circuit 17.

ベクトル制御を用いる場合は、インバータスイッチング制御部34は、トルク指令、電機子電流の検出値、回転角度、回転角速度、及び電源電圧等に基づいて、3相の電圧指令を算出する。トルク指令は、車両統合制御装置27等から伝達されるように構成されてもよいし、制御器30内で算出されるように構成されてもよい。具体的には、インバータスイッチング制御部34は、トルク指令、回転角速度、及び電源電圧Vdc等に基づいて、dq軸電流指令を算出し、3相の電機子電流の検出値及び回転角度に基づいてdq軸電流検出値を算出し、dq軸電流指令及びdq軸電流検出値に基づいて、dq軸座標系上で電流フィードバック制御を行って、dq軸電圧指令を算出し、dq軸電圧指令及び回転角度に基づいて、3相の電圧指令を算出する。なお、インバータスイッチング制御部34は、電流検出値を用いず、dq軸電流指令に基づいて、交流回転機の諸元を用い、d軸電圧指令及びq軸電圧指令を変化させるフィードフォワード制御を実行してもよい。そして、インバータスイッチング制御部34は、回転角度に基づいて、dq軸電圧指令を、3相の電圧指令に座標変換する。インバータスイッチング制御部34は、3相の電圧指令に対して、空間ベクトル変調、2相変調等の線間電圧が変化しないような変調を加えてもよい。 When vector control is used, the inverter switching control unit 34 calculates a three-phase voltage command based on a torque command, an armature current detection value, a rotation angle, a rotation angular velocity, a power supply voltage, and the like. The torque command may be configured to be transmitted from the vehicle integrated control device 27 or the like, or may be configured to be calculated in the controller 30. Specifically, the inverter switching control unit 34 calculates the dq-axis current command based on the torque command, the rotation angle speed, the power supply voltage Vdc, and the like, and based on the detected value and the rotation angle of the three-phase armature current. Calculate the dq-axis current detection value, perform current feedback control on the dq-axis coordinate system based on the dq-axis current command and dq-axis current detection value, calculate the dq-axis voltage command, and calculate the dq-axis voltage command and rotation. The three-phase voltage command is calculated based on the angle. The inverter switching control unit 34 executes feedforward control for changing the d-axis voltage command and the q-axis voltage command by using the specifications of the AC rotating machine based on the dq-axis current command without using the current detection value. You may. Then, the inverter switching control unit 34 coordinates-converts the dq-axis voltage command into a three-phase voltage command based on the rotation angle. The inverter switching control unit 34 may apply modulation such as space vector modulation and two-phase modulation so that the line voltage does not change to the three-phase voltage command.

V/f制御を用いる場合は、インバータスイッチング制御部34は、車両統合制御装置27等から伝達された交流回転機の回転周波数指令fに基づいて、電圧指令の振幅Vを決定する。そして、インバータスイッチング制御部34は、電圧指令の振幅V、及び回転周波数指令fを積分した位相に基づいて、3相の電圧指令を算出する。 When V / f control is used, the inverter switching control unit 34 determines the amplitude V of the voltage command based on the rotation frequency command f of the AC rotating machine transmitted from the vehicle integrated control device 27 or the like. Then, the inverter switching control unit 34 calculates the three-phase voltage command based on the phase obtained by integrating the amplitude V of the voltage command and the rotation frequency command f.

インバータスイッチング制御部34は、3相の電圧指令に基づいて、PWM(Pulse Width Modulation)制御により複数のスイッチング素子をオンオフする。インバータスイッチング制御部34は、3相の電圧指令のそれぞれとキャリア波とを比較することにより、各相のスイッチング素子をオンオフするスイッチング信号を生成する。キャリア波は、電源電圧Vdcの振幅を有し、キャリア周波数で振動する三角波とされている。インバータスイッチング制御部34は、電圧指令がキャリア波を上回った場合は、スイッチング信号をオンし、電圧指令がキャリア波を下回った場合は、スイッチング信号をオフする。正極側のスイッチング素子には、スイッチング信号がそのまま伝達され、負極側のスイッチング素子には、スイッチング信号を反転させたスイッチング信号が伝達される。各スイッチング信号は、ゲート駆動回路を介して、インバータ5の各スイッチング素子のゲート端子に入力され、各スイッチング素子をオン又はオフさせる。 The inverter switching control unit 34 turns on and off a plurality of switching elements by PWM (Pulse Width Modulation) control based on a three-phase voltage command. The inverter switching control unit 34 generates a switching signal for turning on / off the switching element of each phase by comparing each of the three-phase voltage commands with the carrier wave. The carrier wave is a triangular wave having an amplitude of a power supply voltage Vdc and oscillating at a carrier frequency. The inverter switching control unit 34 turns on the switching signal when the voltage command exceeds the carrier wave, and turns off the switching signal when the voltage command falls below the carrier wave. The switching signal is transmitted to the switching element on the positive electrode side as it is, and the switching signal obtained by inverting the switching signal is transmitted to the switching element on the negative electrode side. Each switching signal is input to the gate terminal of each switching element of the inverter 5 via a gate drive circuit to turn each switching element on or off.

1−8−2.コンバータスイッチング制御部31
コンバータスイッチング制御部31は、コンバータ9のスイッチング素子をオンオフすることにより、界磁巻線4に電圧を印加する。コンバータスイッチング制御部31は、コンバータ9のスイッチング素子をオンオフして、電源供給経路20と還流経路21とを切り替える。
1-8-2. Converter switching control unit 31
The converter switching control unit 31 applies a voltage to the field winding 4 by turning on and off the switching element of the converter 9. The converter switching control unit 31 turns on / off the switching element of the converter 9 to switch between the power supply path 20 and the reflux path 21.

本実施の形態では、コンバータスイッチング制御部31は、界磁巻線4に印加する界磁巻線の電圧指令に基づいて、コンバータ9のスイッチング素子をオンオフする。コンバータスイッチング制御部31は、後述する電流算出部32により算出された界磁電流検出値If_detが界磁電流指令に近づくように、界磁巻線の電圧指令を変化させる電流フィードバック制御を行う。コンバータスイッチング制御部31は、トルク指令等に基づいて、界磁電流指令を算出する。トルク指令は、車両統合制御装置27等から伝達されるように構成されてもよいし、制御器30内で算出されるように構成されてもよい。 In the present embodiment, the converter switching control unit 31 turns on / off the switching element of the converter 9 based on the voltage command of the field winding applied to the field winding 4. The converter switching control unit 31 performs current feedback control that changes the voltage command of the field winding so that the field current detection value If_det calculated by the current calculation unit 32, which will be described later, approaches the field current command. The converter switching control unit 31 calculates the field current command based on the torque command or the like. The torque command may be configured to be transmitted from the vehicle integrated control device 27 or the like, or may be configured to be calculated in the controller 30.

Hブリッジ回路とされたコンバータ9の4つのスイッチング素子のオンオフパターンは、図4に示すように、4つある。図4において、「0」は、対応するスイッチング素子がオフであり、「1」は、対応するスイッチング素子がオンであることを示す。4つのオンオフパターンを、電圧ベクトルVf0、Vf1、Vf2、Vf3と称す。 As shown in FIG. 4, there are four on / off patterns of the four switching elements of the converter 9 as the H-bridge circuit. In FIG. 4, "0" indicates that the corresponding switching element is off, and "1" indicates that the corresponding switching element is on. The four on / off patterns are referred to as voltage vectors Vf0, Vf1, Vf2, and Vf3.

<電圧ベクトルVf0>
図4及び図5に示すように、電圧ベクトルVf0では、第1組の正極側のスイッチング素子SP1は「0」(オフ)にされ、第1組の負極側のスイッチング素子SN1は、「1」(オン)にされ、第2組の正極側のスイッチング素子SP2が「0」(オフ)にされ、第2組の負極側のスイッチング素子SN2が「1」(オン)にされる。電圧ベクトルVf0では、電源電圧Vdcが界磁巻線4に印加されず、コンバータ9内で電流が還流し、還流電流が界磁巻線4に流れる。また、直前に電圧ベクトルVf1が設定されている場合は、図5に示すように、界磁巻線4を第1方向に電流が流れる。一方、直前に電圧ベクトルVf2が設定されている場合は、図5とは反対向きに、界磁巻線4を第2方向に電流が流れる。電圧ベクトルVf0は、直流電源2とコンバータ9との間で電流が流れない零ベクトルである。
<Voltage vector Vf0>
As shown in FIGS. 4 and 5, in the voltage vector Vf0, the switching element SP1 on the positive electrode side of the first set is set to “0” (off), and the switching element SN1 on the negative electrode side of the first set is “1”. (On), the switching element SP2 on the positive electrode side of the second set is set to "0" (off), and the switching element SN2 on the negative electrode side of the second set is set to "1" (on). In the voltage vector Vf0, the power supply voltage Vdc is not applied to the field winding 4, the current recirculates in the converter 9, and the recirculated current flows through the field winding 4. When the voltage vector Vf1 is set immediately before, a current flows through the field winding 4 in the first direction as shown in FIG. On the other hand, when the voltage vector Vf2 is set immediately before, a current flows in the second direction of the field winding 4 in the direction opposite to that of FIG. The voltage vector Vf0 is a zero vector in which no current flows between the DC power supply 2 and the converter 9.

<電圧ベクトルVf1>
図4及び図6に示すように、電圧ベクトルVf1では、第1組の正極側のスイッチング素子SP1は「1」(オン)にされ、第1組の負極側のスイッチング素子SN1は、「0」(オフ)にされ、第2組の正極側のスイッチング素子SP2が「0」(オフ)にされ、第2組の負極側のスイッチング素子SN2が「1」(オン)にされる。電圧ベクトルVf1では、電源電圧Vdcが界磁巻線4に印加され、直流電源2から界磁巻線4に電流が流れる。また、界磁巻線4を、第1組の直列回路28側から第2組の直列回路29側への第1方向に電流が流れる。本実施の形態では、交流回転機1は、この第1方向のみに電流が流れることを前提に設計されており、後述する第2方向に電流が流れる電圧ベクトルVf2は用いられない。電圧ベクトルVf0は、直流電源2とコンバータ9との間で電流が流れる有効ベクトルである。
<Voltage vector Vf1>
As shown in FIGS. 4 and 6, in the voltage vector Vf1, the switching element SP1 on the positive electrode side of the first set is set to “1” (on), and the switching element SN1 on the negative electrode side of the first set is set to “0”. (Off), the switching element SP2 on the positive electrode side of the second set is set to "0" (off), and the switching element SN2 on the negative electrode side of the second set is set to "1" (on). In the voltage vector Vf1, the power supply voltage Vdc is applied to the field winding 4, and a current flows from the DC power supply 2 to the field winding 4. Further, a current flows through the field winding 4 in the first direction from the series circuit 28 side of the first set to the series circuit 29 side of the second set. In the present embodiment, the AC rotating machine 1 is designed on the premise that the current flows only in the first direction, and the voltage vector Vf2 in which the current flows in the second direction, which will be described later, is not used. The voltage vector Vf0 is an effective vector in which a current flows between the DC power supply 2 and the converter 9.

<電圧ベクトルVf2>
図4及び図7に示すように、電圧ベクトルVf2では、第1組の正極側のスイッチング素子SP1は「0」(オフ)にされ、第1組の負極側のスイッチング素子SN1は、「1」(オン)にされ、第2組の正極側のスイッチング素子SP2が「1」(オン)にされ、第2組の負極側のスイッチング素子SN2が「0」(オフ)にされる。電圧ベクトルVf2では、電源電圧Vdcが界磁巻線4に印加され、直流電源2から界磁巻線4に電流が流れる。また、界磁巻線4を、第2組の直列回路29側から第1組の直列回路28側への第2方向に電流が流れる。本実施の形態では、交流回転機1は、この第2方向には電流が流れないことを前提に設計されている。電圧ベクトルVf2も、直流電源2とコンバータ9との間で電流が流れる有効ベクトルであるが、本実施の形態では、用いられない。
<Voltage vector Vf2>
As shown in FIGS. 4 and 7, in the voltage vector Vf2, the switching element SP1 on the positive electrode side of the first set is set to “0” (off), and the switching element SN1 on the negative electrode side of the first set is “1”. (On), the switching element SP2 on the positive electrode side of the second set is set to "1" (on), and the switching element SN2 on the negative electrode side of the second set is set to "0" (off). In the voltage vector Vf2, the power supply voltage Vdc is applied to the field winding 4, and a current flows from the DC power supply 2 to the field winding 4. Further, a current flows through the field winding 4 in the second direction from the side of the series circuit 29 of the second set to the side of the series circuit 28 of the first set. In the present embodiment, the AC rotating machine 1 is designed on the premise that no current flows in the second direction. The voltage vector Vf2 is also an effective vector in which a current flows between the DC power supply 2 and the converter 9, but it is not used in the present embodiment.

<電圧ベクトルVf3>
図4及び図8に示すように、電圧ベクトルVf3では、第1組の正極側のスイッチング素子SP1は「1」(オン)にされ、第1組の負極側のスイッチング素子SN1は、「0」(オフ)にされ、第2組の正極側のスイッチング素子SP2が「1」(オン)にされ、第2組の負極側のスイッチング素子SN2が「0」(オフ)にされる。電圧ベクトルVf3では、電源電圧Vdcが界磁巻線4に印加されず、コンバータ9内で電流が還流し、還流電流が界磁巻線4に流れる。また、直前に電圧ベクトルVf1が設定されている場合は、図8に示すように、界磁巻線4を第1方向に電流が流れる。一方、直前に電圧ベクトルVf2が設定されている場合は、図8とは反対向きに、界磁巻線4を第2方向に電流が流れる。電圧ベクトルVf3は、直流電源2とコンバータ9との間で電流が流れない零ベクトルであるが、本実施の形態では、用いられない。
<Voltage vector Vf3>
As shown in FIGS. 4 and 8, in the voltage vector Vf3, the switching element SP1 on the positive electrode side of the first set is set to “1” (on), and the switching element SN1 on the negative electrode side of the first set is set to “0”. (Off), the switching element SP2 on the positive electrode side of the second set is set to "1" (on), and the switching element SN2 on the negative electrode side of the second set is set to "0" (off). In the voltage vector Vf3, the power supply voltage Vdc is not applied to the field winding 4, the current recirculates in the converter 9, and the recirculated current flows through the field winding 4. When the voltage vector Vf1 is set immediately before, a current flows through the field winding 4 in the first direction as shown in FIG. On the other hand, when the voltage vector Vf2 is set immediately before, a current flows in the second direction of the field winding 4 in the direction opposite to that of FIG. The voltage vector Vf3 is a zero vector in which no current flows between the DC power supply 2 and the converter 9, but it is not used in the present embodiment.

<PWM制御により電圧ベクトルの切り替え>
図9に示すように、コンバータスイッチング制御部31は、界磁巻線の電圧指令を電源電圧Vdcで除算した比率であるオンデューティ比のPWM信号を生成し、PWM信号に基づいて、コンバータ9のスイッチング素子をオンオフする。
<Switching voltage vector by PWM control>
As shown in FIG. 9, the converter switching control unit 31 generates a PWM signal having an on-duty ratio, which is a ratio obtained by dividing the voltage command of the field winding by the power supply voltage Vdc, and based on the PWM signal, the converter 9 generates a PWM signal. Turn the switching element on and off.

例えば、コンバータスイッチング制御部31は、界磁巻線の電圧指令と、PWM周期で0から電源電圧Vdcの間を振動するキャリア波(三角波)とを比較し、電圧指令がキャリア波を上回った場合は、PWM信号をオン(1)し、電圧指令がキャリア波を下回った場合は、PWM信号をオフ(0)する。或いは、コンバータスイッチング制御部31は、単純に、オンデューティ比のPWM信号を生成してもよい。 For example, the converter switching control unit 31 compares the voltage command of the field winding with the carrier wave (triangular wave) that vibrates between 0 and the power supply voltage Vdc in the PWM cycle, and when the voltage command exceeds the carrier wave. Turns on (1) the PWM signal, and turns off (0) the PWM signal when the voltage command falls below the carrier wave. Alternatively, the converter switching control unit 31 may simply generate a PWM signal having an on-duty ratio.

そして、コンバータスイッチング制御部31は、PWM信号がオン(1)の場合に、電源供給経路20になるようにコンバータ9のスイッチング素子をオンオフし、PWM信号がオフ(0)の場合に、還流経路21になるようにコンバータ9のスイッチング素子をオンオフする。本実施の形態では、コンバータスイッチング制御部31は、PWM信号がオン(1)の場合に、電圧ベクトルVf1のオンオフパターンでコンバータ9のスイッチング素子をオンオフし、PWM信号がオフ(0)の場合に、電圧ベクトルVf0のオンオフパターンでコンバータ9のスイッチング素子をオンオフする。 Then, the converter switching control unit 31 turns on / off the switching element of the converter 9 so as to become the power supply path 20 when the PWM signal is on (1), and returns the return path when the PWM signal is off (0). The switching element of the converter 9 is turned on and off so as to be 21. In the present embodiment, the converter switching control unit 31 turns on / off the switching element of the converter 9 in the on / off pattern of the voltage vector Vf1 when the PWM signal is on (1), and when the PWM signal is off (0). , The switching element of the converter 9 is turned on and off according to the on / off pattern of the voltage vector Vf0.

1−8−3.電流算出部32
図9に示すように、界磁巻線4を流れる界磁電流Ifは、電源供給経路20に切り替えられている場合は、単調増加し、還流経路21に切り替えられている場合は、単調減少する。母線電流検出回路6は、直流電源2とコンバータ9との間の接続経路を流れる母線電流Idcを検出するように構成されている。そのため、図9及び図6に示すように、電源供給経路20に切り替えられている場合は、界磁電流Ifは、母線電流検出回路6の配置箇所を流れるので、母線電流Idcにより界磁電流Ifを検出できる。一方、図9及び図5に示すように、還流経路21に切り替えられている場合は、界磁電流Ifは、母線電流検出回路6の配置箇所を流れないので、母線電流Idcはゼロになり、界磁電流Ifを検出できない。よって、母線電流検出回路6を用いる場合は、電源供給経路20と還流経路21との切り替えを考慮して、界磁電流Ifを検出する必要がある。
1-8-3. Current calculation unit 32
As shown in FIG. 9, the field current If flowing through the field winding 4 increases monotonically when it is switched to the power supply path 20, and decreases monotonically when it is switched to the return path 21. .. The bus current detection circuit 6 is configured to detect the bus current Idc flowing in the connection path between the DC power supply 2 and the converter 9. Therefore, as shown in FIGS. 9 and 6, when the power supply path 20 is switched, the field current If flows through the location where the bus current detection circuit 6 is arranged, so that the field current If is increased by the bus current Idc. Can be detected. On the other hand, as shown in FIGS. 9 and 5, when the return path 21 is switched, the field current If does not flow through the location where the bus current detection circuit 6 is arranged, so that the bus current Idc becomes zero. The field current If cannot be detected. Therefore, when the bus current detection circuit 6 is used, it is necessary to detect the field current If in consideration of switching between the power supply path 20 and the return path 21.

一方、共通経路電流検出回路7は、電源供給経路20と還流経路21との共通経路を流れる電流を検出し、図9、図5、及び図6に示すように、界磁巻線4を流れる界磁電流Ifを常時検出することができる。 On the other hand, the common path current detection circuit 7 detects the current flowing through the common path between the power supply path 20 and the return path 21, and flows through the field winding 4 as shown in FIGS. 9, 5, and 6. The field current If can be constantly detected.

電流算出部32は、共通経路電流検出回路7の出力信号に基づいて、界磁巻線4に流れる界磁電流If_det(以下、界磁電流検出値If_detと称す)を検出する。電流算出部32は、母線電流検出回路6の出力信号に基づいて母線電流Idc_det(以下、母線電流検出値Idc_detと称す)を検出する。電流算出部32は、母線電流検出値Idc_detに基づいて、界磁巻線4に流れる電流の推定値である界磁電流推定値If_estを算出する。 The current calculation unit 32 detects the field current If_det (hereinafter, referred to as the field current detection value If_det) flowing through the field winding 4 based on the output signal of the common path current detection circuit 7. The current calculation unit 32 detects the bus current Idc_det (hereinafter, referred to as the bus current detection value Idc_det) based on the output signal of the bus current detection circuit 6. The current calculation unit 32 calculates the field current estimated value If_est, which is an estimated value of the current flowing through the field winding 4, based on the bus current detected value Idc_det.

本実施の形態では、電流算出部32は、電源供給経路20に切り替えられている場合に検出した母線電流検出値である電源供給時の母線電流検出値Idc_det1に基づいて、界磁電流推定値If_estを算出する。 In the present embodiment, the current calculation unit 32 uses the field current estimated value If_est1 based on the bus current detection value Idc_det1 at the time of power supply, which is the bus current detection value detected when the power supply path 20 is switched. Is calculated.

この構成によれば、界磁電流Ifに等しくなる電源供給時の母線電流検出値Idc_det1に基づいて、界磁電流推定値If_estを精度よく算出することができる。 According to this configuration, the field current estimated value If_est can be calculated accurately based on the bus current detected value Idc_det1 at the time of power supply, which is equal to the field current If.

<母線電流検出回路6のオフセットの補償>
母線電流検出回路6の出力信号にはオフセットが生じる場合がある。オフセットが生じていない場合は、還流時の母線電流検出値Idc_det2はゼロになるが、オフセットが生じた場合は、還流時の母線電流検出値Idc_det2はオフセット分、ゼロからシフトする。
<Compensation for offset of bus current detection circuit 6>
An offset may occur in the output signal of the bus current detection circuit 6. When the offset does not occur, the bus current detection value Idc_det2 at the time of reflux becomes zero, but when the offset occurs, the bus current detection value Idc_det2 at the time of reflux shifts from zero by the offset.

そこで、電流算出部32は、電源供給時の母線電流検出値Idc_det1から、還流経路21に切り替えられている場合に検出した母線電流検出値Idc_detである還流時の母線電流検出値Idc_det2を減算して、オフセット調整後の電源供給時の母線電流検出値Idc_det1offを算出する。そして、電流算出部32は、オフセット調整後の電源供給時の母線電流検出値Idc_det1offに基づいて、界磁電流推定値If_estを算出してもよい。 Therefore, the current calculation unit 32 subtracts the bus current detection value Idc_det2 at the time of reflux, which is the bus current detection value Idc_det detected when the return path 21 is switched, from the bus current detection value Idc_det1 at the time of power supply. , Calculate the bus current detection value Idc_det1off at the time of power supply after offset adjustment. Then, the current calculation unit 32 may calculate the field current estimated value If_est based on the bus current detected value Idc_det1off at the time of power supply after the offset adjustment.

母線電流検出回路6のオフセットは、温度ドリフトにより生じる場合が多く、温度変化の時定数は大きいため、PWM周期に比べ、十分遅く変化する。よって、PWM周期毎に、還流時の母線電流検出値Idc_det2を検出する必要はない。 The offset of the bus current detection circuit 6 is often caused by temperature drift, and since the time constant of the temperature change is large, it changes sufficiently later than the PWM cycle. Therefore, it is not necessary to detect the bus current detection value Idc_det2 at the time of reflux for each PWM cycle.

そこで、電流算出部32は、還流時の母線電流検出値Idc_det2の検出頻度を、電源供給時の母線電流検出値Idc_det1の検出頻度よりも低くしてもよい。例えば、電流算出部32は、PWM周期毎に電源供給時の母線電流検出値Idc_det1を検出し、複数のPWM周期毎に還流時の母線電流検出値Idc_det2を検出してもよい。また、電流算出部32は、電源供給時の母線電流検出値Idc_det1から、過去の複数回で検出した還流時の母線電流検出値Idc_det2の平均値を減算して、オフセット調整後の電源供給時の母線電流検出値Idc_det1offを算出してもよい。 Therefore, the current calculation unit 32 may make the detection frequency of the bus current detection value Idc_det2 at the time of reflux lower than the detection frequency of the bus current detection value Idc_det1 at the time of power supply. For example, the current calculation unit 32 may detect the bus current detection value Idc_det1 at the time of power supply for each PWM cycle, and may detect the bus current detection value Idc_det2 at the time of reflux for each of a plurality of PWM cycles. Further, the current calculation unit 32 subtracts the average value of the bus current detection value Idc_det2 at the time of reflux detected in the past a plurality of times from the bus current detection value Idc_det1 at the time of power supply, and at the time of power supply after offset adjustment. The bus current detection value Idc_det1off may be calculated.

<検出タイミング>
図9に示すように、電流算出部32は、電源供給経路20に切り替えている期間の中央のタイミング(時刻t3)で、母線電流検出回路6により電源供給時の母線電流検出値Idc_det1を検出する。この構成によれば、電源供給経路20への切り替え期間において、単調増加している界磁電流Ifの中心値を検出することができ、また、PWM周期の界磁電流Ifの平均値を検出することができる。よって、界磁電流推定値If_estの精度を高めることができる。また、電源供給経路20に切り替えている期間を、電流を検出できる限界まで減少させることができる。
<Detection timing>
As shown in FIG. 9, the current calculation unit 32 detects the bus current detection value Idc_det1 at the time of power supply by the bus current detection circuit 6 at the central timing (time t3) of the period of switching to the power supply path 20. .. According to this configuration, the center value of the field current If that is monotonically increasing can be detected during the switching period to the power supply path 20, and the average value of the field current If in the PWM cycle is detected. be able to. Therefore, the accuracy of the field current estimated value If_est can be improved. Further, the period of switching to the power supply path 20 can be reduced to the limit where the current can be detected.

また、電流算出部32は、還流経路21に切り替えている期間の中央のタイミング(時刻t1、時刻t5)で、母線電流検出回路6により還流時の母線電流検出値Idc_det2を検出する。この構成によれば、スイッチング素子のオンオフによる電流への影響を受け難くなるので、界磁電流検出値If_detの精度を高めることができる。また、還流経路21に切り替えている期間を、電流を検出できる限界まで減少させることができる。 Further, the current calculation unit 32 detects the bus current detection value Idc_det2 at the time of reflux by the bus current detection circuit 6 at the central timing (time t1, time t5) of the period of switching to the reflux path 21. According to this configuration, it is less likely to be affected by the current due to the on / off of the switching element, so that the accuracy of the field current detection value If_det can be improved. In addition, the period of switching to the reflux path 21 can be reduced to the limit at which the current can be detected.

本実施の形態では、電流算出部32は、キャリア波の山及び谷のタイミングで電流を検出する。 In the present embodiment, the current calculation unit 32 detects the current at the timing of the peaks and valleys of the carrier wave.

共通経路電流検出回路7は、界磁電流Ifを常時検出できるので、電流算出部32は、任意のタイミングで界磁電流を検出できる。しかし、PWM周期内の検出回数を少なくするためには、電源供給経路20に切り替えている期間の中央のタイミング(時刻t3)及び還流経路21に切り替えている期間の中央のタイミング(時刻t1、時刻t5)の一方又は双方で、共通経路電流検出回路7により界磁電流検出値If_detを検出すればよい。電流算出部32は、PWM周期内で複数回、界磁電流検出値If_detを検出し、それらの平均値を最終的な界磁電流検出値If_detとして算出してもよい。 Since the common path current detection circuit 7 can always detect the field current If, the current calculation unit 32 can detect the field current at an arbitrary timing. However, in order to reduce the number of detections in the PWM cycle, the central timing of the period of switching to the power supply path 20 (time t3) and the central timing of the period of switching to the reflux path 21 (time t1, time). The field current detection value If_det may be detected by the common path current detection circuit 7 in one or both of t5). The current calculation unit 32 may detect the field current detection value If_det a plurality of times within the PWM cycle, and calculate the average value of them as the final field current detection value If_det.

1−8−4.異常判定部33
<電流供給時の異常判定>
異常判定部33は、界磁電流検出値If_detと界磁電流推定値If_estとを比較して、母線電流検出回路6及び共通経路電流検出回路7の一方又は双方の異常を判定する。
1-8-4. Abnormality determination unit 33
<Abnormality judgment when supplying current>
The abnormality determination unit 33 compares the field current detection value If_det with the field current estimation value If_est, and determines one or both of the bus current detection circuit 6 and the common path current detection circuit 7.

例えば、異常判定部33は、次式に示すように、界磁電流検出値If_detと界磁電流推定値If_estとの偏差の絶対値が、予め設定した判定値閾値THfよりも大きくなった場合に異常が発生した判定する。
|If_det−If_est|>THf ・・・(1)
For example, in the abnormality determination unit 33, as shown in the following equation, when the absolute value of the deviation between the field current detection value If_det and the field current estimation value If_est becomes larger than the preset determination value threshold value THF. Determine if an abnormality has occurred.
| If_det-If_est |> THF ... (1)

例えば、異常判定部33により電流検出回路の異常が判定された場合は、コンバータスイッチング制御部31は、界磁電流検出値If_detを用いた電流フィードバック制御を停止し、界磁電流指令及び界磁巻線の抵抗値に基づき、フィードフォワード的に界磁巻線の電圧指令を設定してもよい。或いは、異常判定部33は、他の異常判定方法により、母線電流検出回路6及び共通経路電流検出回路7の一方が正常であると判定されている場合は、母線電流検出回路6及び共通経路電流検出回路7の他方が異常であると判定してもよい。共通経路電流検出回路7が異常であり、母線電流検出回路6が正常であると判定された場合は、コンバータスイッチング制御部31は、界磁電流推定値If_estが界磁電流指令に近づくように、界磁巻線の電圧指令を変化させる電流フィードバック制御を行ってもよい。 For example, when the abnormality determination unit 33 determines that the current detection circuit is abnormal, the converter switching control unit 31 stops the current feedback control using the field current detection value If_det, and stops the field current command and the field winding. The voltage command of the field winding may be set in a feed-forward manner based on the resistance value of the wire. Alternatively, if the abnormality determination unit 33 determines that one of the bus current detection circuit 6 and the common path current detection circuit 7 is normal by another abnormality determination method, the bus current detection circuit 6 and the common path current It may be determined that the other side of the detection circuit 7 is abnormal. When the common path current detection circuit 7 is abnormal and the bus current detection circuit 6 is determined to be normal, the converter switching control unit 31 sets the field current estimated value If_est to approach the field current command. Current feedback control that changes the voltage command of the field winding may be performed.

<切り替え期間の設定>
スイッチング素子をオン又はオフしてから、スイッチング素子を流れる電流が安定するまでには応答遅れがある。スイッチング素子のオン期間又はオフ期間が短すぎると、スイッチング素子のオン又はオフ後、電流が安定した状態で電流を検出できず、電流の検出精度が悪化する。
<Setting of switching period>
There is a response delay between turning on or off the switching element and stabilizing the current flowing through the switching element. If the on-period or off-period of the switching element is too short, the current cannot be detected in a stable state after the switching element is turned on or off, and the current detection accuracy deteriorates.

電源供給経路20が、電流が安定するまでの電流安定期間以上継続する場合において、電源供給時の母線電流検出値Idc_det1を検出する。スイッチング素子のオン又はオフ後、電流が安定した状態で電流を検出でき、界磁電流推定値If_estの精度を高めることができるため、式(1)による異常判定を精度よく行える。なお、還流経路21が、電流が安定するまでの電流安定期間以上継続する場合において、電源供給時の母線電流検出値Idc_det2を検出することで、母線電流検出回路6の出力信号に含まれるオフセット誤差を精度よく得ることができる。 When the power supply path 20 continues for a current stabilization period or longer until the current stabilizes, the bus current detection value Idc_det1 at the time of power supply is detected. After the switching element is turned on or off, the current can be detected in a stable state, and the accuracy of the field current estimated value If_est can be improved. Therefore, the abnormality determination by the equation (1) can be performed accurately. When the return path 21 continues for a current stabilization period or longer until the current stabilizes, the offset error included in the output signal of the bus current detection circuit 6 is detected by detecting the bus current detection value Idc_det2 at the time of power supply. Can be obtained with high accuracy.

2.実施の形態2
次に、実施の形態2に係る交流回転機1及び制御装置11について説明する。上記の実施の形態1と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る交流回転機1及び制御装置11の基本的な構成は実施の形態1と同様であるが、母線電流検出回路6の配置位置が実施の形態1と異なる。図11は、本実施の形態に係る交流回転機1及び制御装置11の概略構成図である。
2. Embodiment 2
Next, the AC rotating machine 1 and the control device 11 according to the second embodiment will be described. The description of the same components as in the first embodiment will be omitted. The basic configuration of the AC rotating machine 1 and the control device 11 according to the present embodiment is the same as that of the first embodiment, but the arrangement position of the bus current detection circuit 6 is different from that of the first embodiment. FIG. 11 is a schematic configuration diagram of the AC rotating machine 1 and the control device 11 according to the present embodiment.

本実施の形態では、母線電流検出回路6は、直流電源2とコンバータ9との間の接続経路と、直流電源2とインバータ5との間の接続経路と、の間で共通する経路を流れる電流を母線電流として検出する。 In the present embodiment, the bus current detection circuit 6 is a current flowing through a common path between the connection path between the DC power supply 2 and the converter 9 and the connection path between the DC power supply 2 and the inverter 5. Is detected as the bus current.

そのため、母線電流検出回路6により検出される母線電流Idcは、直流電源2とコンバータ9との間を流れる電流であるコンバータ電流Icnと、直流電源2とインバータ5との間を流れる電流であるインバータ電流Iinとが、合わさった電流となる。そのため、界磁電流推定値を得るためには母線電流Idcからコンバータ電流Icnのみを抽出する必要がある。 Therefore, the bus current Idc detected by the bus current detection circuit 6 is the converter current Icn, which is the current flowing between the DC power supply 2 and the converter 9, and the inverter, which is the current flowing between the DC power supply 2 and the inverter 5. The current Iin and the combined current are obtained. Therefore, in order to obtain the field current estimated value, it is necessary to extract only the converter current Icn from the bus current Idc.

<インバータ電流がゼロになるインバータのオンオフパターン>
インバータ電流Iinが流れていないときは、母線電流Idcは、コンバータ電流Icnに等しくなる。そこで、インバータ電流Iinが零になる、インバータ5のスイッチング素子のオンオフパターンについて説明する。
<Inverter on / off pattern where the inverter current becomes zero>
When the inverter current Iin is not flowing, the bus current Idc becomes equal to the converter current Icn. Therefore, the on / off pattern of the switching element of the inverter 5 in which the inverter current Iin becomes zero will be described.

図12に示すように、インバータ5の6つのスイッチング素子のオンオフパターンは、8つある。図12において、「0」は、対応するスイッチング素子がオフであり、「1」は、対応するスイッチング素子がオンであることを示す。8つのオンオフパターンを、電圧ベクトルV0〜V7と称す。 As shown in FIG. 12, there are eight on / off patterns of the six switching elements of the inverter 5. In FIG. 12, "0" indicates that the corresponding switching element is off, and "1" indicates that the corresponding switching element is on. The eight on / off patterns are referred to as voltage vectors V0 to V7.

電圧ベクトルV0では、U相、V相、W相の負極側のスイッチング素子SNu、SNv、SNwが全てオンになり、U相、V相、W相の正極側のスイッチング素子SPu、SPv、SPwが全てオフになり、負極側の電線を介して、3相の交流電機子巻線Cu、Cv、Cwの端子が相互に接続される。この電圧ベクトルV0では、電流は、3相の交流電機子巻線とインバータの間で還流し、インバータ電流Iinはゼロになり、直流電源2とインバータ5との間で電流が流れない零ベクトルの状態になる。 In the voltage vector V0, the switching elements SNu, SNv, and SNw on the negative electrode side of the U phase, V phase, and W phase are all turned on, and the switching elements SPu, SPv, and SPw on the positive electrode side of the U phase, V phase, and W phase are turned on. All are turned off, and the terminals of the three-phase AC armature windings Cu, Cv, and Cw are connected to each other via the electric wire on the negative electrode side. In this voltage vector V0, the current circulates between the three-phase AC armature winding and the inverter, the inverter current Iin becomes zero, and no current flows between the DC power supply 2 and the inverter 5. Become in a state.

電圧ベクトルV7では、U相、V相、W相の正極側のスイッチング素子SPu、SPv、SPwが全てオンになり、U相、V相、W相の負極側のスイッチング素子SNu、SNv、SNwが全てオフになり、正極側の電線を介して、3相の交流電機子巻線Cu、Cv、Cwの端子が相互に接続される。この電圧ベクトルV7では、電流は、3相の交流電機子巻線とインバータの間で還流し、インバータ電流Iinはゼロになり、直流電源2とインバータ5との間で電流が流れない零ベクトルの状態になる。 In the voltage vector V7, the switching elements SPu, SPv, and SPw on the positive electrode side of the U phase, V phase, and W phase are all turned on, and the switching elements SNu, SNv, and SNw on the negative electrode side of the U phase, V phase, and W phase are turned on. All are turned off, and the terminals of the three-phase AC armature windings Cu, Cv, and Cw are connected to each other via the electric wire on the positive electrode side. In this voltage vector V7, the current circulates between the three-phase AC armature winding and the inverter, the inverter current Iin becomes zero, and no current flows between the DC power supply 2 and the inverter 5. Become in a state.

他の電圧ベクトルV1〜V6では、インバータ電流Iinは、U相、V相、W相の交流電機子巻線を流れる電機子電流Iu、Iv、Iwになる。これらの電圧ベクトルV1〜V6では、インバータ電流Iinはゼロにならず、直流電源2とインバータ5との間で電流が流れる有効ベクトルの状態になる。 In the other voltage vectors V1 to V6, the inverter currents Iin become armature currents Iu, Iv, and Iw flowing through the U-phase, V-phase, and W-phase AC armature windings. In these voltage vectors V1 to V6, the inverter current Iin does not become zero, and the current is in an effective vector state in which the current flows between the DC power supply 2 and the inverter 5.

実施の形態1で説明したように、インバータスイッチング制御部34は、3相の電圧指令Vu、Vw、Vwのそれぞれとキャリア波Caとを比較することにより、各相のスイッチング素子をオンオフするスイッチング信号を生成する。図13に、PWM周期Tcにおける、3相の電圧指令Vu、Vw、Vw、キャリア波Ca、各スイッチング素子のスイッチング信号を示す。この図に示すように、PWM周期Tcにおいて、電圧ベクトルV0からV8が切り替わる。時刻t1からt2、及び時刻t6からt7において、零ベクトルである電圧ベクトルV7になっている。よって、交流電機子巻線12に電圧を印加するPWM制御をしている状態でも、PWM周期において、インバータ電流Iinがゼロになる零ベクトルの期間が存在し、その零ベクトルの期間において、母線電流により、コンバータ電流Icnを検出できる。 As described in the first embodiment, the inverter switching control unit 34 compares each of the three-phase voltage commands Vu, Vw, and Vw with the carrier wave Ca to turn on and off the switching element of each phase. To generate. FIG. 13 shows the three-phase voltage commands Vu, Vw, Vw, the carrier wave Ca, and the switching signals of each switching element in the PWM period Tc. As shown in this figure, the voltage vector V0 is switched to V8 in the PWM cycle Tc. At times t1 to t2 and times t6 to t7, the voltage vector V7 is a zero vector. Therefore, even in the state of PWM control in which a voltage is applied to the AC armature winding 12, there is a zero vector period in which the inverter current Iin becomes zero in the PWM cycle, and the bus current in the zero vector period. Therefore, the converter current Icn can be detected.

<零ベクトル時における界磁電流推定値の算出>
そこで、電流算出部32は、直流電源2とインバータ5との間で電流が流れない零ベクトルの状態で、電源供給経路20に切り替えられている場合に検出した母線電流検出値Idc_detに基づいて界磁電流推定値If_estを算出する。
<Calculation of field current estimate at zero vector>
Therefore, the current calculation unit 32 is based on the bus current detection value Idc_det detected when the current is switched to the power supply path 20 in the state of a zero vector in which no current flows between the DC power supply 2 and the inverter 5. The magnetic current estimated value If_est is calculated.

電流算出部32は、インバータ5の零ベクトルの状態で、電源供給時の母線電流検出値Idc_det1及び還流時の母線電流検出値Idc_det2を検出する。そして、実施の形態1と同様に、電流算出部32は、電源供給時の母線電流検出値Idc_det1に基づいて界磁電流推定値If_estを算出する。また、電流算出部32は、電源供給時の母線電流検出値Idc_det1から還流時の母線電流検出値Idc_det2を減算して算出したオフセット調整後の電源供給時の母線電流検出値Idc_det1offに基づいて、界磁電流推定値If_estを算出してもよい。 The current calculation unit 32 detects the bus current detection value Idc_det1 at the time of power supply and the bus current detection value Idc_det2 at the time of reflux in the state of the zero vector of the inverter 5. Then, as in the first embodiment, the current calculation unit 32 calculates the field current estimated value If_est based on the bus current detection value Idc_det1 at the time of power supply. Further, the current calculation unit 32 draws a field based on the bus current detection value Idc_det1off at the time of power supply after offset adjustment calculated by subtracting the bus current detection value Idc_det2 at the time of recirculation from the bus current detection value Idc_det1 at the time of power supply. The magnetic current estimated value If_est may be calculated.

<有効ベクトル時における界磁電流推定値の算出>
一方、PWM制御の方法によっては、PWM周期に零ベクトルの期間が存在しない場合がある。図14に、零ベクトルが存在しない場合の例を示す。この例では、第1キャリア波Ca1が、U相の電圧指令Vu及びV相の電圧指令Vvと比較され、第1キャリア波Ca1とは逆相の第2キャリア波Ca2が、W相の電圧指令Vwと比較される。図14に示すように、PWM周期Tcにおいて、有効ベクトルである電圧ベクトルV1、V2、V6の期間は存在するが、零ベクトルである電圧ベクトルV0、V7は存在しない。
<Calculation of field current estimate at effective vector>
On the other hand, depending on the PWM control method, there may be no zero vector period in the PWM cycle. FIG. 14 shows an example in the case where the zero vector does not exist. In this example, the first carrier wave Ca1 is compared with the U-phase voltage command Vu and the V-phase voltage command Vv, and the second carrier wave Ca2, which is opposite to the first carrier wave Ca1, is the W-phase voltage command. Compared to Vw. As shown in FIG. 14, in the PWM period Tc, the periods of the voltage vectors V1, V2, and V6 which are effective vectors exist, but the voltage vectors V0 and V7 which are zero vectors do not exist.

その場合でも、図12に示すように、有効ベクトルである電圧ベクトルV1〜V6のそれぞれによって、インバータ電流Iinが、3相の電機子電流Iu、Iv、Iwのいずれかと等しくなる。例えば、電圧ベクトルV1では、インバータ電流Iinが、U相の電機子電流Iuと等しくなる。電圧ベクトルV2では、インバータ電流Iinが、W相の電機子電流Iwの符号反転値(−Iw)と等しくなる。このように、有効ベクトルであっても、有効ベクトルの種類に応じた特定の相の電機子電流によりインバータ電流Iinを算出し、母線電流Idcからインバータ電流Iinを減算することで、コンバータ電流Icnを抽出することができる。 Even in that case, as shown in FIG. 12, the inverter current Iin becomes equal to any of the three-phase armature currents Iu, Iv, and Iw depending on each of the voltage vectors V1 to V6 which are effective vectors. For example, in the voltage vector V1, the inverter current Iin becomes equal to the U-phase armature current Iu. In the voltage vector V2, the inverter current Iin becomes equal to the sign inversion value (−Iw) of the W-phase armature current Iw. In this way, even if it is an effective vector, the inverter current Iin is calculated from the armature current of a specific phase according to the type of the effective vector, and the inverter current Iin is subtracted from the bus current Idc to obtain the converter current Icn. Can be extracted.

そこで、電流算出部32は、電機子電流検出回路8の出力信号に基づいて電機子電流を検出し、同時期に検出した母線電流検出値Idc_det及び電機子電流検出値、及び電流検出時点のインバータ5のスイッチング素子のオンオフパターンに基づいて界磁電流推定値If_estを算出する。 Therefore, the current calculation unit 32 detects the armature current based on the output signal of the armature current detection circuit 8, and the bus current detection value Idc_det and the armature current detection value detected at the same time, and the armature at the time of current detection. The field current estimated value If_est is calculated based on the on / off pattern of the switching element of 5.

電流算出部32は、電流検出時点のインバータ5のスイッチング素子のオンオフパターン(電圧ベクトル)に基づいて決定した特定の相の電機子電流検出値に基づいて、直流電源2とインバータ5との間を流れる電流であるインバータ電流検出値Iin_detを算出する。この決定の際、電流算出部32は、図12に示すような、インバータ5のスイッチング素子のオンオフパターン(電圧ベクトル)と、インバータ電流Iinに等しくなる特定相の電機子電流の情報及び電流の符号反転の有無の情報とが予め設定されたデータテーブルを参照する。なお、インバータ5のスイッチング素子のオンオフパターン(電圧ベクトル)が、電圧ベクトルV0及びV7の零ベクトルである場合は、電流算出部32は、インバータ電流検出値Iin_detをゼロに設定すればよい。 The current calculation unit 32 switches between the DC power supply 2 and the inverter 5 based on the armature current detection value of a specific phase determined based on the on / off pattern (voltage vector) of the switching element of the inverter 5 at the time of current detection. The inverter current detection value Iin_det, which is the flowing current, is calculated. At the time of this determination, the current calculation unit 32 determines the on / off pattern (voltage vector) of the switching element of the inverter 5 and the information of the armature current of the specific phase equal to the inverter current Iin and the code of the current as shown in FIG. Information on the presence or absence of inversion refers to a preset data table. When the on / off pattern (voltage vector) of the switching element of the inverter 5 is a zero vector of the voltage vectors V0 and V7, the current calculation unit 32 may set the inverter current detection value Iin_det to zero.

なお、電機子電流の検出タイミングは、実施の形態1と同様の母線電流の検出タイミングに合わせられるとよい。 The armature current detection timing may be adjusted to the same bus current detection timing as in the first embodiment.

そして、電流算出部32は、特定の相の電機子電流検出値と同時期に検出した母線電流検出値Idc_detから、インバータ電流検出値Iin_detを減算して、コンバータ電流検出値Icn_detを算出し、コンバータ電流検出値Icn_detに基づいて、界磁電流推定値If_estを算出する。 Then, the current calculation unit 32 subtracts the inverter current detection value Iin_det from the bus current detection value Idc_det detected at the same time as the armature current detection value of the specific phase, calculates the converter current detection value Icn_det, and calculates the converter. The field current estimated value If_est is calculated based on the current detected value Icn_det.

また、実施の形態1と同様に、電流算出部32は、電源供給経路20に切り替えられている場合に検出した母線電流検出値Idc_det(電源供給時の母線電流検出値Idc_det1)からインバータ電流検出値Iin_detを減算して、電源供給時のコンバータ電流検出値Icn_det1を算出し、電源供給時のコンバータ電流検出値Icn_det1に基づいて界磁電流推定値If_estを算出する。また、電流算出部32は、還流経路21に切り替えられている場合に検出した母線電流検出値Idc_det(還流時の母線電流検出値Idc_det2)からインバータ電流検出値Iin_detを減算して、還流時のコンバータ電流検出値Icn_det2を算出し、電源供給時のコンバータ電流検出値Icn_det1から還流時のコンバータ電流検出値Icn_det2を減算して算出したオフセット調整後の電源供給時のコンバータ電流検出値Icn_det1offに基づいて、界磁電流推定値If_estを算出してもよい。 Further, as in the first embodiment, the current calculation unit 32 detects the inverter current from the bus current detection value Idc_det (bus current detection value Idc_det1 at the time of power supply) detected when the power supply path 20 is switched. Iin_det is subtracted to calculate the converter current detection value Icn_det1 at the time of power supply, and the field current estimated value If_est is calculated based on the converter current detection value Icn_det1 at the time of power supply. Further, the current calculation unit 32 subtracts the inverter current detection value Iin_det from the bus current detection value Idc_det (bus current detection value Idc_det2 at the time of recirculation) detected when the recirculation path 21 is switched, and the converter at the time of recirculation. The current detection value Icn_det2 is calculated, and the converter current detection value Icn_det1 at the time of power supply is calculated by subtracting the converter current detection value Icn_det2 at the time of recirculation from the converter current detection value Icn_det1 at the time of power supply. The magnetic current estimated value If_est may be calculated.

例えば、電流検出時に電圧ベクトルV6である場合は、電流算出部32は、図12のようなデータテーブルを参照し、特定相としてV相を決定し、次式に示すように、V相の電機子電流検出値Iv_detの符号反転値(−Iv_det)をインバータ電流検出値Iin_detに設定する。そして、電流算出部32は、次式に示すように、V相の電機子電流検出値Iv_detと同時期に検出した母線電流検出値Idc_detから、インバータ電流検出値Iin_detを減算して、コンバータ電流検出値Icn_detを算出する。母線電流検出値Idc_detの検出時点において、電源供給経路20に切り替えられている場合は、電源供給時のコンバータ電流検出値Icn_det1になり、還流経路21に切り替えられている場合は、還流時のコンバータ電流検出値Icn_det2になる。
Iin_det=−Iv_det
Icn_det=Idc_det−Iin_det ・・・(2)
For example, when the voltage vector is V6 at the time of current detection, the current calculation unit 32 refers to a data table as shown in FIG. 12, determines the V phase as a specific phase, and determines the V phase as a specific phase, and as shown in the following equation, the V phase electric machine. The code inversion value (-Iv_det) of the child current detection value Iv_det is set to the inverter current detection value Iin_det. Then, as shown in the following equation, the current calculation unit 32 subtracts the inverter current detection value Iin_det from the bus current detection value Idc_det detected at the same time as the V-phase armature current detection value Iv_det to detect the converter current. Calculate the value Icn_det. At the time of detection of the bus current detection value Idc_det, if the power supply path 20 is switched to, the converter current detection value Icn_det1 at the time of power supply is set. The detected value is Incn_det2.
Iin_det = -Iv_det
Icn_det = Idc_det-Iin_det ... (2)

<インバータ5の短絡異常判定>
インバータ5のスイッチング素子の短絡異常等により、インバータ5の同じ相の正極側及び負極側のスイッチング素子が同時にオンになると、直流電源2の正極側と負極側が短絡し、過大なインバータ電流Iinが流れる。本実施の形態では、母線電流検出回路6は、インバータ電流Iinを検出できるように配置されているので、インバータ5の短絡による過大なインバータ電流Iinを検出できる。特に、電機子電流検出回路8を交流電機子巻線とインバータの間に配置する場合には、母線に流れる大電流を直接検出することができないため、好適である。
<Judgment of short circuit abnormality of inverter 5>
When the positive electrode side and negative electrode side switching elements of the same phase of the inverter 5 are turned on at the same time due to a short circuit abnormality of the switching element of the inverter 5, the positive electrode side and the negative electrode side of the DC power supply 2 are short-circuited, and an excessive inverter current Iin flows. .. In the present embodiment, the bus current detection circuit 6 is arranged so as to detect the inverter current Iin, so that an excessive inverter current Iin due to a short circuit of the inverter 5 can be detected. In particular, when the armature current detection circuit 8 is arranged between the AC armature winding and the inverter, it is not possible to directly detect the large current flowing through the bus, which is preferable.

そこで、異常判定部33は、母線電流検出値Idc_detが、正常電流範囲を逸脱した場合に、インバータ5において短絡異常が生じた判定する。例えば、異常判定部33は、共通経路電流検出回路7により検出された界磁電流検出値If_detが正常範囲にあり、母線電流検出値Idc_detが、予め設定された短絡判定値より大きくなった場合に、インバータ5において短絡異常が生じた判定する。インバータ5において短絡異常が生じたと判定された場合は、インバータスイッチング制御部34は、通常のオンオフ制御を停止し、インバータ5の全てのスイッチング素子をオフにするなど短絡異常時のオンオフ制御を行う。 Therefore, the abnormality determination unit 33 determines that a short-circuit abnormality has occurred in the inverter 5 when the bus current detection value Idc_det deviates from the normal current range. For example, in the abnormality determination unit 33, when the field current detection value If_det detected by the common path current detection circuit 7 is in the normal range and the bus current detection value Idc_det becomes larger than the preset short-circuit determination value. , It is determined that a short circuit abnormality has occurred in the inverter 5. When it is determined that a short-circuit abnormality has occurred in the inverter 5, the inverter switching control unit 34 stops the normal on / off control and performs on / off control at the time of the short-circuit abnormality such as turning off all the switching elements of the inverter 5.

3.実施の形態3
次に、実施の形態3に係る交流回転機1及び制御装置11について説明する。上記の実施の形態1と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る交流回転機1及び制御装置11の基本的な構成は実施の形態1と同様であるが、電流の検出において、ローパスフィルタ処理を行う点が実施の形態1と異なる。
3. 3. Embodiment 3
Next, the AC rotating machine 1 and the control device 11 according to the third embodiment will be described. The description of the same components as in the first embodiment will be omitted. The basic configuration of the AC rotating machine 1 and the control device 11 according to the present embodiment is the same as that of the first embodiment, but is different from the first embodiment in that a low-pass filter process is performed in detecting the current.

<ローパスフィルタ処理後の界磁電流の検出>
本実施の形態では、電流算出部32は、界磁電流の検出においてローパスフィルタ処理を行い、界磁電流検出値If_detとして、ローパスフィルタ処理後の界磁電流検出値If_detfltを検出する。界磁電流の検出におけるローパスフィルタ処理のカットオフ周波数は、コンバータスイッチング制御部31におけるオンオフ周波数以下である。ここで、オンオフ周波数は、コンバータスイッチング制御部31のPWM周期の逆数である。
<Detection of field current after low-pass filter processing>
In the present embodiment, the current calculation unit 32 performs a low-pass filter process in detecting the field current, and detects the field current detection value If_detflt after the low-pass filter process as the field current detection value If_det. The cutoff frequency of the low-pass filter processing in the detection of the field current is equal to or lower than the on / off frequency of the converter switching control unit 31. Here, the on / off frequency is the reciprocal of the PWM cycle of the converter switching control unit 31.

界磁電流のローパスフィルタ処理は、共通経路電流検出回路7の出力信号をローパスフィルタ回路に通すことによって行われてもよいし、共通経路電流検出回路7の出力信号をA/D変換した値に対して、ソフトウェアによりローパスフィルタ処理を行うことによって行われてもよい。ソフトウェアにより行う場合は、PWM周期よりも十分短いサンプリング周期でA/D変換を行い、ローパスフィルタ処理を行う。 The low-pass filter processing of the field current may be performed by passing the output signal of the common path current detection circuit 7 through the low-pass filter circuit, or the output signal of the common path current detection circuit 7 may be converted to an A / D value. On the other hand, it may be performed by performing a low-pass filter processing by software. When it is performed by software, A / D conversion is performed in a sampling cycle sufficiently shorter than the PWM cycle, and low-pass filter processing is performed.

図15に示すように、フィルタ前の界磁電流Ifは、PWM周期が1msの場合には1kHzの倍数次成分が重畳した波形となる。このときカットオフ周波数100Hzのローパスフィルタに通すと約10%に振幅を減衰させることができ、カットオフ周波数10Hzのローパスフィルタに通すと約1%に振幅を減衰させることができる。よって、PWM周期のいずれのタイミングでも、ローパスフィルタ処理後の界磁電流検出値If_detfltは安定しているので、電流検出タイミングに関係なく、界磁電流検出値If_detを検出することができる。 As shown in FIG. 15, the field current If before the filter has a waveform in which a multiple order component of 1 kHz is superimposed when the PWM cycle is 1 ms. At this time, the amplitude can be attenuated to about 10% by passing it through a low-pass filter having a cutoff frequency of 100 Hz, and the amplitude can be attenuated to about 1% by passing it through a low-pass filter having a cutoff frequency of 10 Hz. Therefore, since the field current detection value If_detflt after the low-pass filter processing is stable at any timing of the PWM cycle, the field current detection value If_det can be detected regardless of the current detection timing.

<ローパスフィルタ処理後の母線電流の検出>
電流算出部32は、母線電流の検出においてローパスフィルタ処理を行い、母線電流検出値Idc_detとして、ローパスフィルタ処理後の母線電流検出値Idc_detfltを検出する。母線電流の検出におけるローパスフィルタ処理のカットオフ周波数は、コンバータスイッチング制御部31におけるオンオフ周波数以下である。ここで、オンオフ周波数は、コンバータスイッチング制御部31のPWM周期の逆数である。
<Detection of bus current after low-pass filter processing>
The current calculation unit 32 performs low-pass filter processing in detecting the bus current, and detects the bus current detection value Idc_detflt after the low-pass filter processing as the bus current detection value Idc_det. The cutoff frequency of the low-pass filter processing in the detection of the bus current is equal to or lower than the on / off frequency of the converter switching control unit 31. Here, the on / off frequency is the reciprocal of the PWM cycle of the converter switching control unit 31.

母線電流のローパスフィルタ処理は、母線電流検出回路6の出力信号をローパスフィルタ回路に通すことによって行われてもよいし、母線電流検出回路6の出力信号をA/D変換した値に対して、ソフトウェアによりローパスフィルタ処理を行うことによって行われてもよい。ソフトウェアにより行う場合は、PWM周期よりも十分短いサンプリング周期でA/D変換を行い、ローパスフィルタ処理を行う。 The low-pass filter processing of the bus current may be performed by passing the output signal of the bus current detection circuit 6 through the low-pass filter circuit, or the output signal of the bus current detection circuit 6 may be A / D converted. It may be performed by performing low-pass filtering by software. When it is performed by software, A / D conversion is performed in a sampling cycle sufficiently shorter than the PWM cycle, and low-pass filter processing is performed.

図15に示すように、ローパスフィルタ処理後の母線電流Idc_fltは、母線電流IdcをPWM周期で平均化したような値になる。母線電流Idcは、電源供給経路20に切り替えられている場合は、界磁電流Ifに一致しているが、還流経路21に切り替えられている場合は、ゼロになる。よって、ローパスフィルタ処理後の母線電流Idc_fltは、界磁電流Ifの平均値よりも低下し、PWM周期における界磁電流Ifの平均値If_aveに対するローパスフィルタ処理後の母線電流Idc_fltの比は、次式に示すように、電源供給経路20への切り替え期間と還流経路21への切り替え期間との合計期間に対する電源供給経路20への切り替え期間の比、すなわち、オンデューティ比Donに比例する。
Idc_flt=If_ave×Don ・・・(3)
As shown in FIG. 15, the bus current Idc_flt after the low-pass filter processing has a value obtained by averaging the bus current Idc in the PWM cycle. The bus current Idc matches the field current If when switched to the power supply path 20, but becomes zero when switched to the reflux path 21. Therefore, the bus current Idc_flt after the low-pass filter processing is lower than the average value of the field current If, and the ratio of the bus current Idc_flt after the low-pass filter processing to the average value If_ave of the field current If in the PWM cycle is as follows. As shown in the above, the ratio of the switching period to the power supply path 20 to the total period of the switching period to the power supply path 20 and the switching period to the return path 21, that is, is proportional to the on-duty ratio Don.
Idc_flt = If_ave × Don ... (3)

そこで、電流算出部32は、電源供給経路20への切り替え期間と還流経路21への切り替え期間との合計期間に対する電源供給経路20への切り替え期間の比であるオンデューティ比Donと、ローパスフィルタ処理後の母線電流検出値Idc_detfltとに基づいて、界磁電流推定値If_estを算出する。 Therefore, the current calculation unit 32 uses the on-duty ratio Don, which is the ratio of the switching period to the power supply path 20 to the total period of the switching period to the power supply path 20 and the switching period to the return path 21, and the low-pass filter processing. The field current estimated value If_est is calculated based on the later bus current detection value Idc_detflt.

例えば、電流算出部32は、次式に示すように、ローパスフィルタ処理後の母線電流検出値Idc_detfltをオンデューティ比Donで除算して、界磁電流推定値If_estを算出する。
If_est=Idc_detflt/Don ・・・(4)
For example, the current calculation unit 32 calculates the field current estimated value If_est by dividing the bus current detection value Idc_detflt after the low-pass filter processing by the on-duty ratio Don, as shown in the following equation.
If_est = Idc_detflt / Don ... (4)

図15に示すように、PWM周期のいずれのタイミングでも、ローパスフィルタ処理後の母線電流検出値Idc_detfltは安定しているので、電流検出タイミングに関係なく、ローパスフィルタ処理後の母線電流検出値Idc_detfltを検出することができ、界磁電流推定値If_estを算出することができる。 As shown in FIG. 15, since the bus current detection value Idc_detflt after the low-pass filter processing is stable at any timing of the PWM cycle, the bus current detection value Idc_detflt after the low-pass filter processing is set regardless of the current detection timing. It can be detected and the field current estimated value If_est can be calculated.

4.実施の形態4
次に、実施の形態3に係る交流回転機1及び制御装置11について説明する。上記の実施の形態1と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る交流回転機1及び制御装置11の基本的な構成は実施の形態1と同様であるが、母線電流検出回路6の配置位置が実施の形態2と同様にされている点が、実施の形態1と異なる。
4. Embodiment 4
Next, the AC rotating machine 1 and the control device 11 according to the third embodiment will be described. The description of the same components as in the first embodiment will be omitted. The basic configuration of the AC rotating machine 1 and the control device 11 according to the present embodiment is the same as that of the first embodiment, but the arrangement position of the bus current detection circuit 6 is the same as that of the second embodiment. However, it is different from the first embodiment.

実施の形態2と同様に、図11に示すように、母線電流検出回路6は、直流電源2とコンバータ9との間の接続経路と、直流電源2とインバータ5との間の接続経路と、の間で共通する経路を流れる電流を母線電流として検出する。 Similar to the second embodiment, as shown in FIG. 11, the bus current detection circuit 6 includes a connection path between the DC power supply 2 and the converter 9, a connection path between the DC power supply 2 and the inverter 5. The current flowing through the common path between the two is detected as the bus current.

実施の形態3と同様に、電流算出部32は、母線電流の検出においてローパスフィルタ処理を行い、母線電流検出値Idc_detとして、ローパスフィルタ処理後の母線電流検出値Idc_detfltを検出する。母線電流の検出におけるローパスフィルタ処理のカットオフ周波数は、コンバータスイッチング制御部31におけるオンオフ周波数以下であり、且つインバータスイッチング制御部34におけるオンオフ周波数以下である。ここで、コンバータスイッチング制御部31におけるオンオフ周波数は、コンバータスイッチング制御部31のPWM周期の逆数であり、インバータスイッチング制御部34におけるオンオフ周波数は、インバータスイッチング制御部34のPWM周期の逆数である。インバータスイッチング制御部34のPWM周期は、コンバータスイッチング制御部31におけるオンオフ周波数よりも短く設定されている。 Similar to the third embodiment, the current calculation unit 32 performs the low-pass filter processing in the detection of the bus current, and detects the bus current detection value Idc_detflt after the low-pass filter processing as the bus current detection value Idc_det. The cutoff frequency of the low-pass filter processing in the detection of the bus current is not less than the on / off frequency of the converter switching control unit 31 and not more than the on / off frequency of the inverter switching control unit 34. Here, the on / off frequency in the converter switching control unit 31 is the inverse of the PWM cycle of the converter switching control unit 31, and the on / off frequency in the inverter switching control unit 34 is the inverse of the PWM cycle of the inverter switching control unit 34. The PWM cycle of the inverter switching control unit 34 is set shorter than the on / off frequency of the converter switching control unit 31.

母線電流のローパスフィルタ処理は、母線電流検出回路6の出力信号をローパスフィルタ回路に通すことによって行われてもよいし、母線電流検出回路6の出力信号をA/D変換した値に対して、ソフトウェアによりローパスフィルタ処理を行うことによって行われてもよい。ソフトウェアにより行う場合は、PWM周期よりも十分短いサンプリング周期でA/D変換を行い、ローパスフィルタ処理を行う。 The low-pass filter processing of the bus current may be performed by passing the output signal of the bus current detection circuit 6 through the low-pass filter circuit, or the output signal of the bus current detection circuit 6 may be A / D converted. It may be performed by performing low-pass filtering by software. When it is performed by software, A / D conversion is performed in a sampling cycle sufficiently shorter than the PWM cycle, and low-pass filter processing is performed.

実施の形態2で説明したように、母線電流検出回路6により検出される母線電流は、直流電源2とコンバータ9との間を流れる電流であるコンバータ電流Icnと、直流電源2とインバータ5との間を流れる電流であるインバータ電流Iinとが、合わさった電流となる。そのため、母線電流からコンバータ電流Icnのみを抽出する必要がある。 As described in the second embodiment, the bus current detected by the bus current detection circuit 6 is the converter current Icn, which is the current flowing between the DC power supply 2 and the converter 9, and the DC power supply 2 and the inverter 5. The combined current is the inverter current Iin, which is the current flowing between them. Therefore, it is necessary to extract only the converter current Icn from the bus current.

PWM周期におけるインバータ電流の平均値Iin_aveは、次式に示すように、3相の電機子電流Iu、Iv、Iwのそれぞれに、対応する相の電圧指令Vu、Vw、Vwを電源電圧Vdcで除算した各相のオンデューティ比Du、Dv、Dwを乗算した値の和で表現できる。そのため、ローパスフィルタ処理後の母線電流検出値Idc_detfltから、インバータ電流の平均値Iin_aveを減算すれば、ローパスフィルタ処理後のコンバータ電流Icn_fltを算出することができる。
Iin_ave=Iu×Vu/Vdc+Iv×Vv/Vdc+Iw×Vw/Vdc
=(Iu×Vu+Iv×Vv+Iw×Vw)/Vdc
=Iu×Du+Iv×Dv+Iw×Dw
・・・(5)
The average value of the inverter current in the PWM cycle, Iin_ave, is obtained by dividing the voltage commands Vu, Vw, and Vw of the corresponding phases by the power supply voltage Vdc for each of the three-phase armature currents Iu, Iv, and Iw, as shown in the following equation. It can be expressed by the sum of the values obtained by multiplying the on-duty ratios Du, Dv, and Dw of each phase. Therefore, the converter current Icn_flt after the low-pass filter processing can be calculated by subtracting the average value Iin_ave of the inverter current from the bus current detection value Idc_detflt after the low-pass filter processing.
Iin_ave = Iu x Vu / Vdc + Iv x Vv / Vdc + Iw x Vw / Vdc
= (Iu x Vu + Iv x Vv + Iw x Vw) / Vdc
= Iu x Du + Iv x Dv + Iw x Dw
... (5)

そこで、電流算出部32は、電機子電流に基づいて、直流電源2とインバータ5との間を流れる電流であるインバータ電流の平均値Iin_aveを算出する。本実施の形態では、電流算出部32は、3相の電機子電流検出値Iu、Iv、Iwと3相の電圧指令Vu、Vw、Vwとの積に基づいて、インバータ電流の平均値Iin_aveを算出する。式(5)に示すように、電流算出部32は、3相の電機子電流検出値Iu、Iv、Iwのそれぞれと、対応する相の電圧指令Vu、Vw、Vwとを乗算した値を合計し、合計値を電源電圧Vdcで除算した値を、インバータ電流の平均値Iin_aveとして算出する。 Therefore, the current calculation unit 32 calculates the average value Iin_ave of the inverter current, which is the current flowing between the DC power supply 2 and the inverter 5, based on the armature current. In the present embodiment, the current calculation unit 32 calculates the average value Iin_ave of the inverter current based on the product of the three-phase armature current detection values Iu, Iv, Iw and the three-phase voltage commands Vu, Vw, Vw. calculate. As shown in the equation (5), the current calculation unit 32 totals the values obtained by multiplying each of the three-phase armature current detection values Iu, Iv, and Iw by the voltage commands Vu, Vw, and Vw of the corresponding phases. Then, the value obtained by dividing the total value by the power supply voltage Vdc is calculated as the average value Iin_ave of the inverter current.

電流算出部32は、ローパスフィルタ処理後の母線電流検出値Idc_detfltからインバータ電流の平均値Iin_aveを減算した減算値と、オンデューティ比Donと、に基づいて界磁電流推定値If_estを算出する。ここで、オンデューティ比Donは、電源供給経路20への切り替え期間と還流経路21への切り替え期間との合計期間に対する電源供給経路20への切り替え期間の比である。電流算出部32は、次式に示すように、ローパスフィルタ処理後の母線電流検出値Idc_detfltからインバータ電流の平均値Iin_aveを減算した減算値を、オンデューティ比Donで除算した値を、界磁電流推定値If_estとして算出する。
If_est=(Idc_detflt−Iin_ave)/Don
・・・(6)
The current calculation unit 32 calculates the field current estimated value If_est based on the subtraction value obtained by subtracting the average value Iin_ave of the inverter current from the bus current detection value Idc_detflt after the low-pass filter processing and the on-duty ratio Don. Here, the on-duty ratio Don is the ratio of the switching period to the power supply path 20 to the total period of the switching period to the power supply path 20 and the switching period to the reflux path 21. As shown in the following equation, the current calculation unit 32 divides the subtraction value obtained by subtracting the average value of the inverter current Iin_ave from the bus current detection value Idc_detflt after the low-pass filter processing by the on-duty ratio Don, and divides the field current. Calculated as the estimated value If_est.
If_est = (Idc_detflt-Iin_ave) / Don
... (6)

この減算値(Idc_detflt−Iin_ave)により、ローパスフィルタ後の母線電流Idc_fltからローパスフィルタ後のコンバータ電流Icn_fltのみを取り出すことができる。そして、実施の形態3の式(4)と同様に、ローパスフィルタ後のコンバータ電流Icn_fltをオンデューティ比Donで除算することにより、界磁電流推定値If_estを算出することができる。 By this subtraction value (Idc_detflt-Iin_ave), only the converter current Icn_flt after the low-pass filter can be extracted from the bus current Idc_flt after the low-pass filter. Then, similarly to the equation (4) of the third embodiment, the field current estimated value If_est can be calculated by dividing the converter current Icn_flt after the low-pass filter by the on-duty ratio Don.

PWM周期のいずれのタイミングでも、ローパスフィルタ処理後の母線電流検出値Idc_detfltは安定しているので、電流検出タイミングに関係なく、ローパスフィルタ後のコンバータ電流Icn_fltを検出することができ、界磁電流推定値If_estを算出することができる。 Since the bus current detection value Idc_detflt after the low-pass filter processing is stable at any timing of the PWM cycle, the converter current Icn_flt after the low-pass filter can be detected regardless of the current detection timing, and the field current can be estimated. The value If_est can be calculated.

〔その他の実施の形態〕
最後に、本願のその他の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する各実施の形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施の形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
[Other embodiments]
Finally, other embodiments of the present application will be described. The configurations of the respective embodiments described below are not limited to those applied independently, and can be applied in combination with the configurations of other embodiments as long as there is no contradiction.

(1)上記の各実施の形態では、交流回転機1は、3相の交流電機子巻線を備えている場合を例に説明した。しかし、交流回転機1は、3相以外の複数相の交流電機子巻線を備えてもよく、複数組の複数相の交流電機子巻線を備えてもよい。 (1) In each of the above embodiments, the case where the AC rotating machine 1 includes a three-phase AC armature winding has been described as an example. However, the AC rotating machine 1 may include a plurality of phases of AC armature windings other than the three-phase, or may include a plurality of sets of a plurality of sets of a plurality of phases of AC armature windings.

(2)上記の各実施の形態では、交流回転機1は、車両用の発電電動機である場合を例に説明した。しかし、交流回転機1は、車両用の発電電動機以外の各種の用途の交流回転機とされてもよい。 (2) In each of the above embodiments, the case where the AC rotary machine 1 is a generator motor for a vehicle has been described as an example. However, the AC rotary machine 1 may be an AC rotary machine for various purposes other than the generator motor for vehicles.

(3)上記の各実施の形態では、コンバータスイッチング制御部31は、還流経路21に切り替える零ベクトルとして、電圧ベクトルVf0を設定する場合を例に説明した。しかし、コンバータスイッチング制御部31は、還流経路21に切り替える零ベクトルとして、電圧ベクトルVf3を設定してもよく、或いは、電圧ベクトルVf0と電圧ベクトルVf3とを周期的に切り替えてもよい。この場合は、電圧ベクトルVf3において還流電流を検出できるように、共通経路電流検出回路7は、界磁巻線4と第1組の直列回路28とを接続する接続線、又は界磁巻線4と第2組の直列回路29の負極側のスイッチング素子SN2とを接続する接続線に設けられる。 (3) In each of the above embodiments, the case where the converter switching control unit 31 sets the voltage vector Vf0 as the zero vector for switching to the reflux path 21 has been described as an example. However, the converter switching control unit 31 may set the voltage vector Vf3 as the zero vector for switching to the return path 21, or may periodically switch between the voltage vector Vf0 and the voltage vector Vf3. In this case, the common path current detection circuit 7 is a connection line connecting the field winding 4 and the first set of series circuits 28, or the field winding 4 so that the return current can be detected in the voltage vector Vf3. It is provided on the connection line connecting the two sets of the series circuit 29 and the switching element SN2 on the negative side of the series circuit 29.

(4)上記の各実施の形態では、コンバータ9は、Hブリッジ回路である場合を例に説明した。しかし、コンバータスイッチング制御部31が、還流経路21に切り替える場合に、図5の電圧ベクトルVf0のみを設定する場合は、第2組の正極側のスイッチング素子SP2が常時オフになるので、第2組の正極側のスイッチング素子SP2の回路部分が設けられず、非接続であってもよく、或いは、逆並列ダイオードのみが設けられてもよい。また、この場合は、第2組の負極側のスイッチング素子SN2が常時オンになるので、第2組の負極側のスイッチング素子SN2の回路部分が接続線により構成されてもよい。第1組の負極側のスイッチング素子SN1は、還流経路21の場合にONすることで逆並列ダイオードに比べて抵抗を低減できるが、発熱量に余裕があれば第1組の負極側のスイッチング素子SN1の回路部分は逆並列ダイオードのみであってもよい。 (4) In each of the above embodiments, the case where the converter 9 is an H-bridge circuit has been described as an example. However, when the converter switching control unit 31 switches to the return path 21, when only the voltage vector Vf0 shown in FIG. 5 is set, the switching element SP2 on the positive electrode side of the second set is always turned off, so that the second set The circuit portion of the switching element SP2 on the positive electrode side of the above may not be provided and may be unconnected, or only an antiparallel diode may be provided. Further, in this case, since the switching element SN2 on the negative electrode side of the second set is always on, the circuit portion of the switching element SN2 on the negative electrode side of the second set may be configured by a connecting line. The resistance of the switching element SN1 on the negative electrode side of the first set can be reduced as compared with the antiparallel diode by turning it on in the case of the return path 21, but if there is a margin in the amount of heat generated, the switching element on the negative electrode side of the first set The circuit portion of the SN1 may be only an antiparallel diode.

一方、その他の実施の形態3で説明したように、コンバータスイッチング制御部31が、還流経路21に切り替える場合に、図8の電圧ベクトルVf3のみを設定する場合は、第1組の負極側のスイッチング素子SN1が常時オフになるので、第1組の負極側のスイッチング素子SN1の回路部分が設けられず、非接続であってもよく、或いは、逆並列ダイオードのみが設けられてもよい。また、この場合は、第1組の正極側のスイッチング素子SP1が常時オンになるので、第1組の正極側のスイッチング素子SP1の回路部分が接続線により構成されてもよい。第2組の正極側のスイッチング素子SP2は、還流経路21の場合にONすることで逆並列ダイオードに比べて抵抗を低減できるが、発熱量に余裕があれば第2組の正極側のスイッチング素子SP2の回路部分は逆並列ダイオードのみであってもよい。 On the other hand, as described in the other embodiment 3, when the converter switching control unit 31 switches to the recirculation path 21 and sets only the voltage vector Vf3 in FIG. 8, switching on the negative electrode side of the first set. Since the element SN1 is always off, the circuit portion of the switching element SN1 on the negative electrode side of the first set may not be provided and may be disconnected, or only the antiparallel diode may be provided. Further, in this case, since the switching element SP1 on the positive electrode side of the first set is always on, the circuit portion of the switching element SP1 on the positive electrode side of the first set may be configured by a connecting line. The resistance of the switching element SP2 on the positive electrode side of the second set can be reduced as compared with the antiparallel diode by turning it on in the case of the return path 21, but if there is a margin in the amount of heat generated, the switching element on the positive electrode side of the second set The circuit portion of SP2 may be only an antiparallel diode.

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。 Although the present application describes various exemplary embodiments and examples, the various features, embodiments, and functions described in one or more embodiments are applications of a particular embodiment. It is not limited to, but can be applied to embodiments alone or in various combinations. Therefore, innumerable variations not illustrated are envisioned within the scope of the techniques disclosed herein. For example, it is assumed that at least one component is modified, added or omitted, and further, at least one component is extracted and combined with the components of other embodiments.

1 交流回転機、2 直流電源、4 界磁巻線、5 インバータ、6 母線電流検出回路、7 共通経路電流検出回路、8 電機子電流検出回路、9 コンバータ、11 交流回転機の制御装置、12 交流電機子巻線、20 電源供給経路、21 還流経路、31 コンバータスイッチング制御部、32 電流算出部、33 異常判定部、34 インバータスイッチング制御部 1 AC rotating machine, 2 DC power supply, 4 field winding, 5 inverter, 6 bus current detection circuit, 7 common path current detection circuit, 8 armature current detection circuit, 9 converter, 11 AC rotation machine control device, 12 AC armature winding, 20 power supply path, 21 return path, 31 converter switching control unit, 32 current calculation unit, 33 abnormality determination unit, 34 inverter switching control unit

Claims (14)

交流電機子巻線及び界磁巻線を有する交流回転機を制御する交流回転機の制御装置であって、
スイッチング素子を有し、スイッチング素子のオンオフにより、直流電源から前記界磁巻線に電流を流す電源供給経路と、コンバータ内で電流を還流させて前記界磁巻線に還流電流を流す還流経路とが、切り替わるコンバータと、
前記直流電源と前記コンバータとの間の接続経路を流れる電流である母線電流を検出する母線電流検出回路と、
前記電源供給経路と前記還流経路との間で共通する経路を流れる電流を検出する共通経路電流検出回路と、
前記コンバータのスイッチング素子をオンオフして、前記電源供給経路と前記還流経路とを切り替えるコンバータスイッチング制御部と、
前記共通経路電流検出回路の出力信号に基づいて前記界磁巻線に流れる界磁電流を検出し、前記母線電流検出回路の出力信号に基づいて前記母線電流を検出し、検出した前記母線電流に基づいて前記界磁巻線に流れる電流の推定値である界磁電流推定値を算出する電流算出部と、
前記界磁電流と前記界磁電流推定値とを比較して、前記母線電流検出回路及び前記共通経路電流検出回路の一方又は双方の異常を判定する異常判定部と、
スイッチング素子を有し、前記直流電源と前記交流電機子巻線との間で電力変換を行うインバータと、
前記インバータのスイッチング素子をオンオフして、前記交流電機子巻線に電圧を印加するインバータスイッチング制御部と、を備え、
前記母線電流検出回路は、前記直流電源と前記コンバータとの間の接続経路と、前記直流電源と前記インバータとの間の接続経路と、の間で共通する経路を流れる電流を前記母線電流として検出し、
前記電流算出部は、前記直流電源と前記インバータとの間で電流が流れない零ベクトルの状態で、前記電源供給経路に切り替えられている場合に検出した前記母線電流に基づいて前記界磁電流推定値を算出する交流回転機の制御装置。
A control device for an AC rotating machine that controls an AC rotating machine having an AC armature winding and a field winding.
A power supply path that has a switching element and allows a current to flow from a DC power supply to the field winding by turning the switching element on and off, and a recirculation path that recirculates the current in the converter and allows a recirculation current to flow through the field winding. However, with the converter that switches,
A bus current detection circuit that detects a bus current, which is a current flowing through a connection path between the DC power supply and the converter, and a bus current detection circuit.
A common path current detection circuit that detects a current flowing through a common path between the power supply path and the return path, and a common path current detection circuit.
A converter switching control unit that switches the power supply path and the reflux path by turning on and off the switching element of the converter.
The field current flowing through the field winding is detected based on the output signal of the common path current detection circuit, the bus current is detected based on the output signal of the bus current detection circuit, and the detected bus current is used as the detected bus current. Based on this, a current calculation unit that calculates a field current estimated value, which is an estimated value of the current flowing through the field winding, and a current calculation unit.
An abnormality determination unit that compares the field current with the field current estimated value and determines an abnormality of one or both of the bus current detection circuit and the common path current detection circuit.
An inverter that has a switching element and performs power conversion between the DC power supply and the AC armature winding.
An inverter switching control unit that turns on and off the switching element of the inverter and applies a voltage to the AC armature winding is provided.
The bus current detection circuit detects a current flowing through a common path between the connection path between the DC power supply and the converter and the connection path between the DC power supply and the inverter as the bus current. And
The current calculation unit estimates the field current based on the bus current detected when the current is switched to the power supply path in a zero vector state in which no current flows between the DC power supply and the inverter. A control device for an AC rotating machine that calculates the value.
交流電機子巻線及び界磁巻線を有する交流回転機を制御する交流回転機の制御装置であって、
スイッチング素子を有し、スイッチング素子のオンオフにより、直流電源から前記界磁巻線に電流を流す電源供給経路と、コンバータ内で電流を還流させて前記界磁巻線に還流電流を流す還流経路とが、切り替わるコンバータと、
前記直流電源と前記コンバータとの間の接続経路を流れる電流である母線電流を検出する母線電流検出回路と、
前記電源供給経路と前記還流経路との間で共通する経路を流れる電流を検出する共通経路電流検出回路と、
前記コンバータのスイッチング素子をオンオフして、前記電源供給経路と前記還流経路とを切り替えるコンバータスイッチング制御部と、
前記共通経路電流検出回路の出力信号に基づいて前記界磁巻線に流れる界磁電流を検出し、前記母線電流検出回路の出力信号に基づいて前記母線電流を検出し、検出した前記母線電流に基づいて前記界磁巻線に流れる電流の推定値である界磁電流推定値を算出する電流算出部と、
前記界磁電流と前記界磁電流推定値とを比較して、前記母線電流検出回路及び前記共通経路電流検出回路の一方又は双方の異常を判定する異常判定部と、
スイッチング素子を有し、前記直流電源と前記交流電機子巻線との間で電力変換を行うインバータと、
前記インバータのスイッチング素子をオンオフして、前記交流電機子巻線に電圧を印加するインバータスイッチング制御部と、
前記交流電機子巻線に流れる電流である電機子電流を検出する電機子電流検出回路と、を備え、
前記母線電流検出回路は、前記直流電源と前記コンバータとの間の接続経路と、前記直流電源と前記インバータとの間の接続経路と、の間で共通する経路を流れる電流を前記母線電流として検出し、
前記電流算出部は、前記電機子電流検出回路の出力信号に基づいて前記電機子電流を検出し、同時期に検出した前記母線電流及び前記電機子電流、及び電流検出時点の前記インバータのスイッチング素子のオンオフパターンに基づいて前記界磁電流推定値を算出する交流回転機の制御装置。
A control device for an AC rotating machine that controls an AC rotating machine having an AC armature winding and a field winding.
A power supply path that has a switching element and allows a current to flow from a DC power supply to the field winding by turning the switching element on and off, and a recirculation path that recirculates the current in the converter and allows a recirculation current to flow through the field winding. However, with the converter that switches,
A bus current detection circuit that detects a bus current, which is a current flowing through a connection path between the DC power supply and the converter, and a bus current detection circuit.
A common path current detection circuit that detects a current flowing through a common path between the power supply path and the return path, and a common path current detection circuit.
A converter switching control unit that switches the power supply path and the reflux path by turning on and off the switching element of the converter.
The field current flowing through the field winding is detected based on the output signal of the common path current detection circuit, the bus current is detected based on the output signal of the bus current detection circuit, and the detected bus current is used as the detected bus current. Based on this, a current calculation unit that calculates a field current estimated value, which is an estimated value of the current flowing through the field winding, and a current calculation unit.
An abnormality determination unit that compares the field current with the field current estimated value and determines an abnormality of one or both of the bus current detection circuit and the common path current detection circuit.
An inverter that has a switching element and performs power conversion between the DC power supply and the AC armature winding.
An inverter switching control unit that turns on and off the switching element of the inverter and applies a voltage to the AC armature winding.
An armature current detection circuit for detecting an armature current, which is a current flowing through the AC armature winding , is provided.
The bus current detection circuit detects a current flowing through a common path between the connection path between the DC power supply and the converter and the connection path between the DC power supply and the inverter as the bus current. And
The current calculation unit detects the armature current based on the output signal of the armature current detection circuit, the bus current and the armature current detected at the same time, and the switching element of the inverter at the time of current detection. control device for the ac rotating machine you calculate the field current estimate based on the on-off pattern of.
交流電機子巻線及び界磁巻線を有する交流回転機を制御する交流回転機の制御装置であって、
スイッチング素子を有し、スイッチング素子のオンオフにより、直流電源から前記界磁巻線に電流を流す電源供給経路と、コンバータ内で電流を還流させて前記界磁巻線に還流電流を流す還流経路とが、切り替わるコンバータと、
前記直流電源と前記コンバータとの間の接続経路を流れる電流である母線電流を検出する母線電流検出回路と、
前記電源供給経路と前記還流経路との間で共通する経路を流れる電流を検出する共通経路電流検出回路と、
前記コンバータのスイッチング素子をオンオフして、前記電源供給経路と前記還流経路とを切り替えるコンバータスイッチング制御部と、
前記共通経路電流検出回路の出力信号に基づいて前記界磁巻線に流れる界磁電流を検出し、前記母線電流検出回路の出力信号に基づいて前記母線電流を検出し、検出した前記母線電流に基づいて前記界磁巻線に流れる電流の推定値である界磁電流推定値を算出する電流算出部と、
前記界磁電流と前記界磁電流推定値とを比較して、前記母線電流検出回路及び前記共通経路電流検出回路の一方又は双方の異常を判定する異常判定部と、
スイッチング素子を有し、前記直流電源と前記交流電機子巻線との間で電力変換を行うインバータと、
前記インバータのスイッチング素子をオンオフして、前記交流電機子巻線に電圧を印加するインバータスイッチング制御部と、
前記交流電機子巻線に流れる電流である電機子電流を検出する電機子電流検出回路と、を備え、
前記母線電流検出回路は、前記直流電源と前記コンバータとの間の接続経路と、前記直流電源と前記インバータとの間の接続経路と、の間で共通する経路を流れる電流を前記母線電流として検出し、
前記電流算出部は、前記電機子電流検出回路の出力信号に基づいて前記電機子電流を検出し、電流検出時点の前記インバータのスイッチング素子のオンオフパターンに基づいて決定した特定の相の前記電機子電流に基づいて、前記直流電源と前記インバータとの間を流れる電流であるインバータ電流を算出し、
前記電機子電流と同時期に検出した前記母線電流から、前記インバータ電流を減算して、前記直流電源と前記コンバータとの間を流れる電流であるコンバータ電流を算出し、前記コンバータ電流に基づいて前記界磁電流推定値を算出する交流回転機の制御装置。
A control device for an AC rotating machine that controls an AC rotating machine having an AC armature winding and a field winding.
A power supply path that has a switching element and allows a current to flow from a DC power supply to the field winding by turning the switching element on and off, and a recirculation path that recirculates the current in the converter and allows a recirculation current to flow through the field winding. However, with the converter that switches,
A bus current detection circuit that detects a bus current, which is a current flowing through a connection path between the DC power supply and the converter, and a bus current detection circuit.
A common path current detection circuit that detects a current flowing through a common path between the power supply path and the return path, and a common path current detection circuit.
A converter switching control unit that switches the power supply path and the reflux path by turning on and off the switching element of the converter.
The field current flowing through the field winding is detected based on the output signal of the common path current detection circuit, the bus current is detected based on the output signal of the bus current detection circuit, and the detected bus current is used as the detected bus current. Based on this, a current calculation unit that calculates a field current estimated value, which is an estimated value of the current flowing through the field winding, and a current calculation unit.
An abnormality determination unit that compares the field current with the field current estimated value and determines an abnormality of one or both of the bus current detection circuit and the common path current detection circuit.
An inverter that has a switching element and performs power conversion between the DC power supply and the AC armature winding.
An inverter switching control unit that turns on and off the switching element of the inverter and applies a voltage to the AC armature winding.
An armature current detection circuit for detecting an armature current, which is a current flowing through the AC armature winding , is provided.
The bus current detection circuit detects a current flowing through a common path between the connection path between the DC power supply and the converter and the connection path between the DC power supply and the inverter as the bus current. And
The current calculation unit detects the armature current based on the output signal of the armature current detection circuit, and determines the armature of a specific phase based on the on / off pattern of the switching element of the inverter at the time of current detection. Based on the current, the inverter current, which is the current flowing between the DC power supply and the inverter, is calculated.
The inverter current is subtracted from the bus current detected at the same time as the armature current to calculate the converter current, which is the current flowing between the DC power supply and the converter, and the converter current is calculated based on the converter current. control device that to calculate the field current estimate exchanges rotating machine.
前記電機子電流検出回路は、前記インバータと前記交流電機子巻線との間の接続経路を流れる電流を検出する請求項又はに記載の交流回転機の制御装置。 The control device for an AC rotor according to claim 2 or 3 , wherein the armature current detection circuit detects a current flowing through a connection path between the inverter and the AC armature winding. 前記異常判定部は、前記母線電流が、正常電流範囲を逸脱した場合に、前記インバータにおいて短絡異常が生じたと判定する請求項からのいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。 The control device for an AC rotor according to any one of claims 1 to 4 , wherein the abnormality determination unit determines that a short-circuit abnormality has occurred in the inverter when the bus current deviates from the normal current range. 交流電機子巻線及び界磁巻線を有する交流回転機を制御する交流回転機の制御装置であって、
スイッチング素子を有し、スイッチング素子のオンオフにより、直流電源から前記界磁巻線に電流を流す電源供給経路と、コンバータ内で電流を還流させて前記界磁巻線に還流電流を流す還流経路とが、切り替わるコンバータと、
前記直流電源と前記コンバータとの間の接続経路を流れる電流である母線電流を検出する母線電流検出回路と、
前記電源供給経路と前記還流経路との間で共通する経路を流れる電流を検出する共通経路電流検出回路と、
前記コンバータのスイッチング素子をオンオフして、前記電源供給経路と前記還流経路とを切り替えるコンバータスイッチング制御部と、
前記共通経路電流検出回路の出力信号に基づいて前記界磁巻線に流れる界磁電流を検出し、前記母線電流検出回路の出力信号に基づいて前記母線電流を検出し、検出した前記母線電流に基づいて前記界磁巻線に流れる電流の推定値である界磁電流推定値を算出する電流算出部と、
前記界磁電流と前記界磁電流推定値とを比較して、前記母線電流検出回路及び前記共通経路電流検出回路の一方又は双方の異常を判定する異常判定部と、
スイッチング素子を有し、前記直流電源と前記交流電機子巻線との間で電力変換を行うインバータと、
前記インバータのスイッチング素子をオンオフして、前記交流電機子巻線に電圧を印加するインバータスイッチング制御部と、
前記交流電機子巻線に流れる電流である電機子電流を検出する電機子電流検出回路と、を備え、
前記母線電流検出回路は、前記直流電源と前記コンバータとの間の接続経路と、前記直流電源と前記インバータとの間の接続経路と、の間で共通する経路を流れる電流を前記母線電流として検出し、
前記電流算出部は、前記母線電流の検出においてローパスフィルタ処理を行い、前記母線電流として、ローパスフィルタ処理後の母線電流を検出し、
前記母線電流の検出における前記ローパスフィルタ処理のカットオフ周波数は、前記コンバータスイッチング制御部におけるオンオフ周波数以下であり、且つ前記インバータスイッチング制御部におけるオンオフ周波数以下であり、
前記電流算出部は、前記電機子電流検出回路の出力信号に基づいて前記電機子電流を検出し、前記電機子電流に基づいて、前記直流電源と前記インバータとの間を流れる電流であるインバータ電流の平均値を算出し、
前記ローパスフィルタ処理後の母線電流から前記インバータ電流の平均値を減算した減算値と、前記電源供給経路への切り替え期間と前記還流経路への切り替え期間との合計期間に対する前記電源供給経路への切り替え期間の比であるオンデューティ比と、に基づいて前記界磁電流推定値を算出する交流回転機の制御装置。
A control device for an AC rotating machine that controls an AC rotating machine having an AC armature winding and a field winding.
A power supply path that has a switching element and allows a current to flow from a DC power supply to the field winding by turning the switching element on and off, and a recirculation path that recirculates the current in the converter to pass a recirculation current to the field winding. However, with the converter that switches,
A bus current detection circuit that detects a bus current, which is a current flowing through a connection path between the DC power supply and the converter, and a bus current detection circuit.
A common path current detection circuit that detects a current flowing through a common path between the power supply path and the return path, and a common path current detection circuit.
A converter switching control unit that switches the power supply path and the reflux path by turning on and off the switching element of the converter.
The field current flowing through the field winding is detected based on the output signal of the common path current detection circuit, the bus current is detected based on the output signal of the bus current detection circuit, and the detected bus current is used. Based on this, a current calculation unit that calculates a field current estimated value, which is an estimated value of the current flowing through the field winding, and a current calculation unit.
An abnormality determination unit that compares the field current with the field current estimated value and determines an abnormality of one or both of the bus current detection circuit and the common path current detection circuit.
An inverter that has a switching element and performs power conversion between the DC power supply and the AC armature winding.
An inverter switching control unit that turns on and off the switching element of the inverter and applies a voltage to the AC armature winding.
An armature current detection circuit for detecting an armature current, which is a current flowing through the AC armature winding , is provided.
The bus current detection circuit detects a current flowing through a common path between the connection path between the DC power supply and the converter and the connection path between the DC power supply and the inverter as the bus current. And
The current calculation unit performs low-pass filter processing in detecting the bus current, and detects the bus current after the low-pass filter processing as the bus current.
The cutoff frequency of the low-pass filter processing in the detection of the bus current is equal to or lower than the on / off frequency of the converter switching control unit and equal to or lower than the on / off frequency of the inverter switching control unit.
The current calculation unit detects the armature current based on the output signal of the armature current detection circuit, and based on the armature current, is an inverter current which is a current flowing between the DC power supply and the inverter. Calculate the average value of
Switching to the power supply path for the total period of the subtraction value obtained by subtracting the average value of the inverter current from the bus current after the low-pass filter processing and the switching period to the power supply path and the switching period to the return path. and on-duty ratio which is a ratio of the period, the control device of the ac rotating machine you calculate the field current estimate based on.
前記インバータスイッチング制御部は、前記交流電機子巻線に印加する電圧指令に基づいて、前記インバータのスイッチング素子をオンオフし、
前記電流算出部は、前記電機子電流と前記電圧指令との積に基づいて、前記インバータ電流の平均値を算出する請求項に記載の交流回転機の制御装置。
The inverter switching control unit turns on / off the switching element of the inverter based on the voltage command applied to the AC armature winding.
The control device for an AC rotary machine according to claim 6 , wherein the current calculation unit calculates an average value of the inverter current based on the product of the armature current and the voltage command.
前記電機子電流検出回路は、前記インバータと前記交流電機子巻線との間の接続経路を流れる電流を検出する請求項又はに記載の交流回転機の制御装置。 The control device for an AC rotor according to claim 6 or 7 , wherein the armature current detection circuit detects a current flowing through a connection path between the inverter and the AC armature winding. 前記電流算出部は、前記界磁電流の検出においてローパスフィルタ処理を行い、前記界磁電流として、ローパスフィルタ処理後の界磁電流を検出し、
前記界磁電流の検出における前記ローパスフィルタ処理のカットオフ周波数は、前記コンバータスイッチング制御部におけるオンオフ周波数以下である請求項に記載の交流回転機の制御装置。
The current calculation unit performs a low-pass filter process in detecting the field current, and detects the field current after the low-pass filter process as the field current.
The control device for an AC rotor according to claim 6 , wherein the cutoff frequency of the low-pass filter processing in the detection of the field current is equal to or lower than the on / off frequency in the converter switching control unit.
前記コンバータは、前記直流電源の正極側に接続される正極側のパワー半導体と前記直流電源の負極側に接続される負極側のパワー半導体とが直列接続された直列回路を2組設け、第1組の前記直列回路における前記正極側のパワー半導体と前記負極側のパワー半導体との接続点が、前記界磁巻線の一端に接続され、第2組の前記直列回路における前記正極側のパワー半導体と前記負極側のパワー半導体との接続点が、前記界磁巻線の他端に接続され、少なくとも第1組の前記直列回路における前記正極側のパワー半導体及び第2組の前記直列回路における前記負極側のパワー半導体は、スイッチング素子である請求項1からのいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。 The converter is provided with two sets of a series circuit in which a power semiconductor on the positive side connected to the positive side of the DC power supply and a power semiconductor on the negative side connected to the negative side of the DC power supply are connected in series. The connection point between the power semiconductor on the positive side and the power semiconductor on the negative side in the series circuit of the set is connected to one end of the field winding, and the power semiconductor on the positive side in the series circuit of the second set. The connection point between the power semiconductor and the power semiconductor on the negative side is connected to the other end of the field winding, and at least the power semiconductor on the positive side in the series circuit of the first set and the power semiconductor in the series circuit of the second set. The control device for an AC rotary machine according to any one of claims 1 to 9 , wherein the power semiconductor on the negative electrode side is a switching element. 前記第1組の前記直列回路における前記負極側のパワー半導体は、スイッチング素子であり、
前記コンバータスイッチング制御部は、
前記電源供給経路に切り替える場合は、第1組の前記直列回路における正極側のスイッチング素子をオンにし、負極側のスイッチング素子をオフにすると共に、第2組の前記直列回路における負極側のスイッチング素子をオンにし、
前記還流経路に切り替える場合は、第1組の前記直列回路における正極側のスイッチング素子をオフにし、負極側のスイッチング素子をオンにすると共に、第2組の前記直列回路における負極側のスイッチング素子をオンにする請求項1に記載の交流回転機の制御装置。
The power semiconductor on the negative electrode side in the first set of the series circuit is a switching element.
The converter switching control unit
When switching to the power supply path, the switching element on the positive electrode side in the series circuit of the first set is turned on, the switching element on the negative electrode side is turned off, and the switching element on the negative electrode side in the series circuit of the second set is turned on. Turn on and
When switching to the return path, the switching element on the positive electrode side in the series circuit of the first set is turned off, the switching element on the negative electrode side is turned on, and the switching element on the negative electrode side in the series circuit of the second set is turned on. controller for an AC rotary machine according to claim 1 0 to turn.
前記第2組の前記直列回路における正極側のパワー半導体は、スイッチング素子であって、
前記コンバータスイッチング制御部は、
前記電源供給経路に切り替える場合は、第1組の前記直列回路における正極側のスイッチング素子をオンにすると共に、第2組の前記直列回路における正極側のスイッチング素子をオフにし、負極側のスイッチング素子をオンにし、
前記還流経路に切り替える場合は、第1組の前記直列回路における正極側のスイッチング素子をオンにすると共に、第2組の前記直列回路における正極側のスイッチング素子をオンにし、負極側のスイッチング素子をオフにする請求項1に記載の交流回転機の制御装置。
The power semiconductor on the positive electrode side in the second set of the series circuit is a switching element.
The converter switching control unit
When switching to the power supply path, the switching element on the positive electrode side in the series circuit of the first set is turned on, the switching element on the positive electrode side in the series circuit of the second set is turned off, and the switching element on the negative electrode side is turned off. Turn on and
When switching to the return path, the switching element on the positive electrode side in the series circuit of the first set is turned on, the switching element on the positive electrode side in the series circuit of the second set is turned on, and the switching element on the negative electrode side is turned on. controller for an AC rotary machine according to claim 1 0 to turn off.
交流電機子巻線及び界磁巻線を有する交流回転機を制御する交流回転機の制御装置であって、 A control device for an AC rotating machine that controls an AC rotating machine having an AC armature winding and a field winding.
スイッチング素子を有し、スイッチング素子のオンオフにより、直流電源から前記界磁巻線に電流を流す電源供給経路と、コンバータ内で電流を還流させて前記界磁巻線に還流電流を流す還流経路とが、切り替わるコンバータと、 A power supply path that has a switching element and allows a current to flow from a DC power supply to the field winding by turning the switching element on and off, and a recirculation path that recirculates the current in the converter and allows a recirculation current to flow through the field winding. However, with the converter that switches,
前記直流電源と前記コンバータとの間の接続経路を流れる電流である母線電流を検出する母線電流検出回路と、 A bus current detection circuit that detects a bus current, which is a current flowing through a connection path between the DC power supply and the converter, and a bus current detection circuit.
前記電源供給経路と前記還流経路との間で共通する経路を流れる電流を検出する共通経路電流検出回路と、 A common path current detection circuit that detects a current flowing through a common path between the power supply path and the return path, and a common path current detection circuit.
前記コンバータのスイッチング素子をオンオフして、前記電源供給経路と前記還流経路とを切り替えるコンバータスイッチング制御部と、 A converter switching control unit that switches the power supply path and the reflux path by turning on and off the switching element of the converter.
前記共通経路電流検出回路の出力信号に基づいて前記界磁巻線に流れる界磁電流を検出し、前記母線電流検出回路の出力信号に基づいて前記母線電流を検出し、検出した前記母線電流に基づいて前記界磁巻線に流れる電流の推定値である界磁電流推定値を算出する電流算出部と、 The field current flowing through the field winding is detected based on the output signal of the common path current detection circuit, the bus current is detected based on the output signal of the bus current detection circuit, and the detected bus current is used as the detected bus current. Based on this, a current calculation unit that calculates a field current estimated value, which is an estimated value of the current flowing through the field winding, and a current calculation unit.
前記界磁電流と前記界磁電流推定値とを比較して、前記母線電流検出回路及び前記共通経路電流検出回路の一方又は双方の異常を判定する異常判定部と、を備え、 It is provided with an abnormality determination unit for comparing an abnormality of the field current with the estimated value of the field current and determining an abnormality of one or both of the bus current detection circuit and the common path current detection circuit.
前記コンバータは、前記直流電源の正極側に接続される正極側のパワー半導体と前記直流電源の負極側に接続される負極側のパワー半導体とが直列接続された第1組の直列回路と、前記直流電源の正極側に接続される正極側のパワー半導体と前記直流電源の負極側に接続される負極側のパワー半導体又は接続線とが直列接続された第2組の直列回路と、を備え、 The converter includes a first set of series circuits in which a power semiconductor on the positive electrode side connected to the positive electrode side of the DC power supply and a power semiconductor on the negative electrode side connected to the negative electrode side of the DC power supply are connected in series. A second set of series circuits in which a power semiconductor on the positive electrode side connected to the positive electrode side of the DC power supply and a power semiconductor on the negative electrode side connected to the negative electrode side of the DC power supply or a connection line are connected in series is provided.
前記第1組の直列回路における前記正極側のパワー半導体と前記負極側のパワー半導体との接続点が、前記界磁巻線の一端に接続され、前記第2組の直列回路における前記正極側のパワー半導体と前記負極側のパワー半導体又は前記接続線との接続点が、前記界磁巻線の他端に接続され、 The connection point between the power semiconductor on the positive electrode side and the power semiconductor on the negative electrode side in the first set of series circuits is connected to one end of the field winding, and the positive electrode side in the second set of series circuits A connection point between the power semiconductor and the power semiconductor on the negative electrode side or the connection line is connected to the other end of the field winding.
少なくとも、前記第1組の直列回路における前記正極側のパワー半導体及び前記第2組の直列回路における前記負極側のパワー半導体は、スイッチング素子であり、前記第2組の直列回路における前記正極側のパワー半導体は、ダイオードである交流回転機の制御装置。 At least, the power semiconductor on the positive electrode side in the first set of series circuits and the power semiconductor on the negative electrode side in the second set of series circuits are switching elements, and the power semiconductor on the positive electrode side in the second set of series circuits. A power semiconductor is a control device for an AC rotating machine that is a diode.
前記交流回転機は、車両用の発電電動機である請求項1から1のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。 Said AC rotary machine, a controller for an AC rotary machine according to any one of claims 1 1 3 a generator-motor for a vehicle.
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