JP7067380B2 - インバータ装置 - Google Patents
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Description
本発明の目的は、負荷が変動した場合に追従性に優れたインバータ装置を提供することにある。
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図1に示すように、インバータ装置10は、インバータ回路20とインバータ制御装置30を備えている。インバータ制御装置30は、ドライブ回路31と制御部32とを備えている。
図2において、パルス生成アルゴリズムとして、入力は電気角θ、d,q軸電圧指令値Vd*,Vq*であり、出力は各相上下アーム用スイッチング素子のパルスパターンである。
次に、図5(a),(b)及び図6(a),(b)を用いてパルス幅が変わる一例についてのシミュレーション結果を示す。
図5(a)及び図6(a)において、u相の電圧指令値Vu**、±のモジュレーション電圧Mを示す。図5(b)及び図6(b)において、u相上アーム用のスイッチング素子Q1のパルスパターン及びu相下アーム用のスイッチング素子Q2のパルスパターンを示す。
図5(a)に示すように負荷一定の場合は電圧指令値Vu**がほぼ正弦波となり、モジュレーション電圧Mも一定値となる。これにより、図5(b)に示すようにスイッチング素子Q1のパルス幅W1およびスイッチング素子Q2のパルス幅W2がほぼ一定となる。
制御周期毎にモジュレーション電圧Mを計算し、その時々に電圧指令実効値に応じた電圧を出力するようパルス幅を制御している。つまり、回転数やトルクの変動に合わせてパルス幅を制御する。この場合、図6(b)においてP1,P2で示すごとく必ずしも電流1周期に1パルスとは限らない。
モータから出力するトルクと負荷のトルクとの差が回転に寄与するトルクであり、モータから出力するトルクと負荷のトルクとの差が大きくなると回転速度が大きくなる。ゆえに、本実施形態では、制御周期毎に制御ループを回しモジュレーション電圧Mを計算しているので、負荷が低下したことによるトルク過剰で回転数増加を検知し回転数を下げようと電圧指令値を低く出力する。その結果、パルスがオフになる(オフ期間が短くなる、若しくは、0となる)こともあり得る。さらに、今度は電圧を減らしすぎると回転数が低下し、それを検知し回転数を上げようと電圧指令値を高く出力する。その結果、再びパルスがオンになることもあり得る。つまり、必ずしも電流1周期に1パルスとはならず、回転数やトルクの変動に対応できる。
矩形波駆動では各アームのスイッチング素子はスイッチングを電気角2π中に1回しか行わない。つまり、矩形波駆動では、スイッチング回数を減らせるので、スイッチング損失を低減できるとともにインバータ装置が出力できる最大電圧を出力することができる。その反面、出力したい電圧を制御することが困難である。つまり、単なる矩形波駆動では、フィードバック制御が困難であり、使用領域が限定される。
このようにデッドタイムで調整する場合には左右対称のパルスパターンとなり負荷が変動した場合に追従性が劣る。
(1)インバータ装置10の構成として、正負の母線間においてu,v,wの相毎の上下のアームを構成するスイッチング素子Q1~Q6を有し、スイッチング素子Q1~Q6のスイッチング動作に伴い直流電圧を交流電圧に変換してモータに供給するインバータ回路20を備える。信号生成手段としてのd,q/u,v,w変換部50、スケーリング部51を備え、信号生成手段(d,q/u,v,w変換部50、スケーリング部51)は、角度情報としての電気角θとd,q軸電圧指令値Vd*,Vq*に基づいてu,v,w相の電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*に対応する波形(正弦波)の信号を生成する。d,q軸電圧指令値Vd*,Vq*をモータの線間電圧実効値Vline-rmsに変換する第1変換手段としての線間電圧実効値計算部53を備える。線間電圧実効値計算部53において変換した線間電圧実効値Vline-rmsをモジュレーション電圧Mに制御周期毎に変換する第2変換手段としてのモジュレーション電圧変換部55を備える。信号生成手段としてのd,q/u,v,w変換部50、スケーリング部51において生成したu,v,w相の電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*に対応する波形(正弦波)の信号とモジュレーション電圧変換部55において変換したモジュレーション電圧Mとを制御周期で比較する比較手段としてのコンパレータ52を備える。比較手段としてのコンパレータ52は、インバータ回路20における上アーム用スイッチング素子Q1,Q3,Q5のパルスパターン及び下アーム用スイッチング素子Q2,Q4,Q6のパルスパターンを出力する。
次に、第2の実施形態を、第1の実施形態との相違点を中心に説明する。
図2に代わり本実施形態では図7に示す構成としている。
次に、第3の実施形態を、第2の実施形態との相違点を中心に説明する。
図7に代わり本実施形態では図10に示す構成としている。
次に、第4の実施形態を、第2の実施形態との相違点を中心に説明する。
図7に代わり本実施形態では図11に示す構成としている。
ただし、Vdcは、図1のバッテリBの電圧(直流電圧)であり、図1において仮想線で示すごとく電圧センサ100でバッテリBの電圧(直流電圧)Vdcを検出してd,q/u,v,w変換回路39に電圧検出結果が送られるようになっている。
図12に示すように、0~πでのデューティ100%とすると(M=0のときには上限が0になるので)実効値は次の式(3)のようになる。
M=0を考える。
図13(a)に示すように、u相電圧はオンまたはオフに張り付く。v相電圧、w相電圧はu相電圧の位相差±120°であり、相電圧実効値Vphase-rmsは直流電圧Vdcの半分(Vdc/2)である。
線間電圧実効値Vline-rmsは、Vdc・√(2/3)であり、これに変換係数の1/{√(3)}を乗算することにより、Vline-rms=√(2)/3・Vdcで求められる。
コンパレータ71は、入力された三角波と±Mの値を比較する。そして、コンパレータ71は、u相の上アーム用のスイッチング素子Q1のパルスパターンを三角波と+Mとの値の比較で算出する。また、コンパレータ71は、u相の下アーム用のスイッチング素子Q2のパルスパターンを三角波と-Mとの値の比較で算出する。同様に、コンパレータ71は、入力された三角波と±Mの値を比較して、v相の上アーム用のスイッチング素子Q3のパルスパターンを三角波と+Mとの値の比較で算出し、v相の下アーム用のスイッチング素子Q4のパルスパターンを三角波と-Mとの値の比較で算出する。また、コンパレータ71は、入力された三角波と±Mの値を比較して、w相の上アーム用のスイッチング素子Q5のパルスパターンを三角波と+Mとの値の比較で算出し、w相の下アーム用のスイッチング素子Q6のパルスパターンを三角波と-Mとの値の比較で算出する。このように、v,w相については三角波の位相がu相三角波位相と比べて±2/3π遅れているので各相三角波と±Mとの比較を行う。
次に、第5の実施形態を、第3の実施形態及び第4の実施形態との相違点を中心に説明する。
図2のモジュレーション電圧変換部55においては図3に示すマップを用いており、図3の特性線L1は、事前に算出されたデータであり、このデータはマップデータ、テーブルデータ、近似式等であった。
モジュレーション電圧演算部91bは、次の式(5)により、相電圧実効値Vphase-rmsからモジュレーション電圧Mを演算する。
ただし、Vdcは、図1のバッテリBの電圧(直流電圧)であり、電圧センサ100でバッテリBの電圧(直流電圧)を検出してd,q/u,v,w変換回路39に電圧検出結果が送られるようになっている。
図15に示すように、実効値は、0~π/2ではπ/2-sin-1(M)であり、0~πではπ-2sin-1(M)なので、次の式(6)のようになる。
○ 第4及び第5の実施形態における直流電圧Vdcは測定値であったが、定数で与えてもよい。つまり、バッテリBの定格電圧(仕様電圧値)を用いてもよい。
Claims (4)
- 正負の母線間においてu,v,wの相毎の上下のアームを構成するスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子のスイッチング動作に伴い直流電圧を交流電圧に変換してモータに供給するインバータ回路と、
角度情報とd,q軸電圧指令値に基づいて信号を生成する信号生成手段と、
d,q軸電圧指令値をモータの線間電圧実効値に変換する第1変換手段と、
前記第1変換手段において変換した線間電圧実効値をモジュレーション電圧に制御周期毎に変換する第2変換手段と、
前記信号生成手段において生成した信号と前記第2変換手段において変換したモジュレーション電圧とを制御周期で比較して前記インバータ回路における上アーム用スイッチング素子のパルスパターン及び下アーム用スイッチング素子のパルスパターンを出力する比較手段と、を備え、
前記信号生成手段は、角度情報に基づいてd,q軸電圧指令値をu,v,w相の電圧指令値に変換する手段と、u,v,w相の電圧指令値を線間電圧実効値のピーク値で-1~+1にスケーリングする手段と、を有し、
前記第2変換手段は、±の0~1のモジュレーション電圧に変換し、
前記比較手段は、線間電圧実効値のピーク値で-1~+1にスケーリングしたu,v,w相の電圧指令値と、±の0~1のモジュレーション電圧とを比較して、スケーリングしたu,v,w相の電圧指令値と+の0~1のモジュレーション電圧の大小の比較結果を上アーム用スイッチング素子のパルスパターンとして出力するとともに、スケーリングしたu,v,w相の電圧指令値と-の0~1のモジュレーション電圧の大小の比較結果を下アーム用スイッチング素子のパルスパターンとして出力することを特徴とするインバータ装置。 - 正負の母線間においてu,v,wの相毎の上下のアームを構成するスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子のスイッチング動作に伴い直流電圧を交流電圧に変換してモータに供給するインバータ回路と、
角度情報とd,q軸電圧指令値に基づいて信号を生成する信号生成手段と、
d,q軸電圧指令値をモータの線間電圧実効値に変換する第1変換手段と、
前記第1変換手段において変換した線間電圧実効値をモジュレーション電圧に制御周期毎に変換する第2変換手段と、
前記信号生成手段において生成した信号と前記第2変換手段において変換したモジュレーション電圧とを制御周期で比較して前記インバータ回路における上アーム用スイッチング素子のパルスパターン及び下アーム用スイッチング素子のパルスパターンを出力する比較手段と、を備え、
前記信号生成手段は、角度情報とd,q軸電圧指令値から振幅が1のu,v,w相の三角波を生成し、
前記第2変換手段は、±の0~1のモジュレーション電圧に変換し、
前記比較手段は、前記生成した三角波と±の0~1のモジュレーション電圧とを比較して、生成した三角波と+の0~1のモジュレーション電圧の大小の比較結果を上アーム用スイッチング素子のパルスパターンとして出力するとともに、生成した三角波と-の0~1のモジュレーション電圧の大小の比較結果を下アーム用スイッチング素子のパルスパターンとして出力することを特徴とするインバータ装置。 - 正負の母線間においてu,v,wの相毎の上下のアームを構成するスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子のスイッチング動作に伴い直流電圧を交流電圧に変換してモータに供給するインバータ回路と、
角度情報とd,q軸電圧指令値に基づいて信号を生成する信号生成手段と、
d,q軸電圧指令値をモータの線間電圧実効値に変換する第1変換手段と、
前記第1変換手段において変換した線間電圧実効値をモジュレーション電圧に制御周期毎に変換する第2変換手段と、
前記信号生成手段において生成した信号と前記第2変換手段において変換したモジュレーション電圧とを制御周期で比較して前記インバータ回路における上アーム用スイッチング素子のパルスパターン及び下アーム用スイッチング素子のパルスパターンを出力する比較手段と、を備え、
前記信号生成手段は、角度情報とd,q軸電圧指令値から振幅が1のu,v,w相の正弦波を生成し、
前記第2変換手段は、±の0~1のモジュレーション電圧に変換し、
前記比較手段は、前記生成した正弦波と±の0~1のモジュレーション電圧とを比較して、生成した正弦波と+の0~1のモジュレーション電圧の大小の比較結果を上アーム用スイッチング素子のパルスパターンとして出力するとともに、生成した正弦波と-の0~1のモジュレーション電圧の大小の比較結果を下アーム用スイッチング素子のパルスパターンとして出力することを特徴とするインバータ装置。 - 前記第2変換手段は、
線間電圧実効値から相電圧実効値に変換する線間電圧実効値/相電圧実効値変換部と、
前記線間電圧実効値/相電圧実効値変換部による相電圧実効値と前記直流電圧とから数式により前記モジュレーション電圧を演算するモジュレーション電圧演算部と、を有することを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載のインバータ装置。
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