JP7292152B2 - 多相電動機駆動装置 - Google Patents
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なお、以下の説明では、可変速の多相電動機駆動装置を単に多相電動機駆動装置と呼ぶ。また、同一又は類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。そして、それらの構成の重複する説明は省略する場合がある。なお、電気的に接続されることを、単に「接続される」ということがある。以下の説明に示す「単相パルス幅変調」とは、単相交流を出力するパルス幅変調(Pulse Width Modulation)のことであり、単にPWMと呼ぶことがある。「搬送波」とは、キャリア比較PWM方式による制御(PWM制御)に用いられる三角波又は鋸歯状波のことである。「搬送波周波数」とは、特定の搬送波における三角波又は鋸歯状波の繰り返し周期の逆数のことである。「基本波」とは、特定の搬送波の信号成分の中で、周波数が最も低い成分をいう。また、「高調波成分」とは、基本波の周波数に対する高調波成分であって、特に指定がなければ電流、電圧、電力の中の何れかに含まれる奇数の1又は複数の次数の高調波成分のことである。なお、「同じ波形」の場合には、波形が略等しい場合も含む。
図1は、実施形態の多相電動機駆動装置1の構成図である。
多相電動機駆動装置1は、直流電源2と、多相電動機(M)3と、制御装置10とを備える。
速度位相制御回路160は、例えば、減算器161と、速度制御回路162と、位相制御回路163と、速度検出回路164とを備える。減算器161は、速度指令による速度指令値と、後述する速度検出回路164によって検出された速度検出値ωとの速度偏差を算出する。速度制御回路162は、減算器161によって算出された速度偏差が零になるような電流指令波高値を生成し、生成した電流指令波高値を各単相インバータ10iに出力する。速度検出回路164は、回転角度検出器170によって検出された角度検出値(機械角)を微分して速度検出値ωを生成する。位相制御回路163は、回転角度検出器170によって検出された角度検出値(機械角)に基づいて位相角θ(電気角)を生成して、位相角θを各単相インバータ10iに出力する。
電流制御回路121は、例えば、正弦値生成器1211(Sin)と、乗算器1212と、減算器1213と、電流制御回路本体1214と、PWM制御回路1215(第1PWMユニット、図中の表記はPWM。)と、位相比較器1216(第1位相比較器)と、キャリア生成回路1217(第1キャリア生成ユニット)と、キャリア位相補正回路1218(第1位相補正ユニット)と、位相補正決定部1218c(第1位相決定部)とを備える。
位相比較器1226は、第2搬送波をキャリア生成回路1227から受けて、キャリア同期信号CSS2の位相と、第2搬送波の位相とを比較して、その位相差に応じた値PD2を出力する。
なお、各波形図の上段側に、ある相のキャリア信号と3相のPWM制御の入力信号とを重ねて示し、その下段側にPWM制御で生成された各相のゲートパルスを含むゲート信号を示す。
変調率が0に近い値の場合には、各相のゲートパルスが出力される時間帯が重なる期間が長くなる。変調率が0になると各相のゲートパルスの出力が重なり、各相のスイッチがそれぞれオンになる。
ところで、各相のゲートパルスが発生する時間帯が揃っていると、各相のスイッチがそれぞれオンになっているタイミングが一致するために、主回路と対地との間の電位が変動することがある。なお、説明を簡略化するため変調率は0とする。例えば、単相インバータ101の出力をU相とV相と呼ぶ。
主回路N-E(アース)間電位変動を例にとると、図8に示すようにN側素子がオンのときには、フレームEの電位(アース電位)とN電位とが略同電位になり、N-E間電位差は0になる。
また、図7に示すようにP側素子がオンのときはアース電位とP電位とが略同電位になるため、N-E間電位差は直流電圧と等しくなる。
例えば、多相電動機3の巻線の数(相数)を2つにした事例を示し、この事例の動作をシミュレーションにより検証する。この場合の主回路は、図1に示したように直流電源2に対して単相インバータ101と102が接続されて形成され、その台数が2台の場合になる。単相インバータ101と102の出力には、図7に示した多相電動機3側の浮遊容量SC31、SC32を模擬したコンデンサの一端を接続して、コンデンサの他端をフレームに接続する。単相インバータ101の出力と単相インバータ102の出力は、浮遊容量SC31、SC32を模擬したコンデンサを介して互いに結合される。
図11と図12は、実施形態の多相電動機3の隣り合う相に対応する単相インバータのキャリア信号の位相を等間隔にずらした事例を説明するための図である。
実施形態の第1の変形例について説明する。前述の図16に示す関数では、速度検出値ωが第1閾値以上第2閾値以下の範囲にある場合には、速度検出値ωの増加に伴い解の値が単調に減少する関数を例示した。これに代えて、本変形例では、速度検出値ωの切替にヒステリシスを持たせるように、上記の関数を設定する。
上記の実施形態の第2の変形例について説明する。本変形例では、多相電動機3の速度検出値ω(回転速度)に代えて、多相電動機3の速度検出値ω以外の検出値に基づいて位相差を調整する事例について説明する。
・接地極に流れる電流値(アース電流の大きさ)
・接地極に対するフレームEの電位(直流成分)の大きさ
・接地極に対するフレームEの電位変動分の大きさ
・半導体素子又は半導体素子のヒートシンクの温度
・出力電流に基づいて算定された損失の算定値
・フィードバック制御の帰還信号に基づいて算定されたPWM制御の電圧基準の大きさ(ピーク値)
上記の説明の多相電動機3の相数は、実施形態に示した相数に制限されることなく、任意に設定してよい。
Claims (5)
- 少なくとも第1巻線と第2巻線とが含まれる複数の巻線を備え、各巻線相互間は電気的に絶縁され、かつ磁気的に結合される多相電動機と、
前記第1巻線に接続される第1単相インバータを含み、第1基準搬送波を用いてパルス幅変調された第1PWM(Pulse Width Modulation)信号に基づいて前記第1巻線に交流電力を供給する第1主回路と、
前記第2巻線に接続される第2単相インバータを含み、第2基準搬送波を用いてパルス幅変調された第2PWM(Pulse Width Modulation)信号に基づいて前記第2巻線に交流電力を供給する第2主回路と、
前記第1主回路に対応付けて設けられ、前記多相電動機の速度に基づいて基準位相に対する位相が決定された前記第1PWM信号を前記第1主回路に供給する第1制御部と、
前記第2主回路に対応付けて設けられ、前記多相電動機の速度に基づいて前記基準位相に対する位相が決定された前記第2PWM信号を前記第2主回路に供給する第2制御部と、
前記基準位相が所定の位相に規定される第1同期信号を前記第1制御部と前記第2制御部とに供給する同期信号生成回路と
を備え、
前記第1基準搬送波と前記第2基準搬送波とが互いに同期しない位相差になるように、
前記第1制御部は、
前記第1同期信号に同期して、かつ前記第1同期信号の位相に対して第1所定量の位相差がある第1基準搬送波を生成し、前記生成した第1基準搬送波を用いて前記多相電動機の第1相の基準信号を変調することによって得られた前記第1PWM信号を前記第1主回路に供給し、
前記第2制御部は、
前記第1同期信号に同期して、かつ前記第1同期信号の位相に対して第2所定量の位相差がある第2基準搬送波を生成し、前記生成した第2基準搬送波を用いて前記多相電動機の第2相の基準信号を変調することによって得られた前記第2PWM信号を前記第2主回路に供給し、
前記第1制御部は、
前記多相電動機の速度検出値に基づいて前記第1基準搬送波の位相を決定する第1位相決定部
を備え、
前記第2制御部は、
前記多相電動機の速度検出値に基づいて前記第2基準搬送波の位相を決定する第2位相決定部
を備え、
前記第1制御部は、
前記供給された第1同期信号の位相と前記第1基準搬送波の位相とが揃うように、前記第1基準搬送波を生成する第1キャリア生成ユニットと、
前記決定された第1基準搬送波の位相に基づいて前記第1基準搬送波の位相を調整して、前記第1基準搬送波を生成する第1位相補正ユニットと、
前記第1基準搬送波を用いて、前記多相電動機の第1相の基準信号を変調する第1PWMユニットと
を備える多相電動機駆動装置。 - 前記第1位相補正ユニットは、
前記第2基準搬送波の第1の位相から第2の位相に変化させる際に、前記第1基準搬送波の位相を変化させない、
請求項1に記載の多相電動機駆動装置。 - 少なくとも第1巻線と第2巻線とが含まれる複数の巻線を備え、各巻線相互間は電気的に絶縁され、かつ磁気的に結合される多相電動機と、
前記第1巻線に接続される第1単相インバータを含み、第1基準搬送波を用いてパルス幅変調された第1PWM(Pulse Width Modulation)信号に基づいて前記第1巻線に交流電力を供給する第1主回路と、
前記第2巻線に接続される第2単相インバータを含み、第2基準搬送波を用いてパルス幅変調された第2PWM(Pulse Width Modulation)信号に基づいて前記第2巻線に交流電力を供給する第2主回路と、
前記第1主回路に対応付けて設けられ、前記多相電動機の速度に基づいて基準位相に対する位相が決定された前記第1PWM信号を前記第1主回路に供給する第1制御部と、
前記第2主回路に対応付けて設けられ、前記多相電動機の速度に基づいて前記基準位相に対する位相が決定された前記第2PWM信号を前記第2主回路に供給する第2制御部と、
前記基準位相が所定の位相に規定される第1同期信号を前記第1制御部と前記第2制御部とに供給する同期信号生成回路と
を備え、
前記第1基準搬送波と前記第2基準搬送波とが互いに同期しない位相差になるように、
前記第1制御部は、
前記第1同期信号に同期して、かつ前記第1同期信号の位相に対して第1所定量の位相差がある第1基準搬送波を生成し、前記生成した第1基準搬送波を用いて前記多相電動機の第1相の基準信号を変調することによって得られた前記第1PWM信号を前記第1主回路に供給し、
前記第2制御部は、
前記第1同期信号に同期して、かつ前記第1同期信号の位相に対して第2所定量の位相差がある第2基準搬送波を生成し、前記生成した第2基準搬送波を用いて前記多相電動機の第2相の基準信号を変調することによって得られた前記第2PWM信号を前記第2主回路に供給し、
前記第1制御部は、
前記多相電動機の速度検出値に基づいて前記第1基準搬送波の位相を決定する第1位相決定部
を備え、
前記第2制御部は、
前記多相電動機の速度検出値に基づいて前記第2基準搬送波の位相を決定する第2位相決定部と、
前記供給された第1同期信号の位相と前記第2基準搬送波の位相とが揃うように、前記第2基準搬送波を生成する第2キャリア生成ユニットと、
前記第2基準搬送波を生成する第2位相補正ユニットと、
前記第2基準搬送波を用いて、前記多相電動機の第2相の基準信号を変調する第2PWMユニットと
を備える多相電動機駆動装置。 - 前記第2位相補正ユニットは、
前記第2基準搬送波の第1の位相から第2の位相に変化させる際の位相の変化率が予め定められた所定の範囲に収まるように前記第2基準搬送波の位相を調整する、
請求項3に記載の多相電動機駆動装置。 - 前記第2位相補正ユニットは、
前記第2基準搬送波の第1の位相と第2の位相とに基づいて、前記第2基準搬送波の第1の位相から第2の位相に変化させる、
請求項3に記載の多相電動機駆動装置。
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JP2018085837A (ja) | 2016-11-23 | 2018-05-31 | 日本リライアンス株式会社 | 2巻線モータを制御する制御装置 |
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