JP7328834B2 - コンバータ装置、制御方法及びプログラム - Google Patents
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Description
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
本開示の第1実施形態によるモータ駆動装置について説明する。
(モータ駆動装置の構成)
図1は、本開示の第1実施形態によるモータ駆動装置1の構成を示す図である。モータ駆動装置1は、交流電源4からの交流電力を直流電力に変換し、その直流電力を三相交流電力に変換して圧縮機モータ20に出力する装置である。モータ駆動装置1は、図1に示すように、コンバータ装置2と、インバータ装置3と、を備える。
整流回路5は、入力端子と、入力側の基準端子と、出力端子と、出力側の基準端子と、を備える。入力側の基準端子の電位は、入力端子における電位の基準となる電位である。出力側の基準端子の電位は、出力端子における電位の基準となる電位である。整流回路5は、交流電源4より入力された交流電力を直流電力に変換し、スイッチング回路10aと、スイッチング回路10bとに出力する。
ダイオード7aは、アノード端子と、カソード端子と、を備える。
スイッチング素子8aは、第1端子と、第2端子と、第3端子と、を備える。スイッチング素子8aは、第1端子が受ける信号に応じて、オン状態となる期間とオフ状態となる期間とが切り替わることにより、第2端子から第3端子に流れる電流を制御し、スイッチング回路10aに流れる電流の値を変化させる。スイッチング素子8aとしては、電界効果トランジスタ(FET:Field Effect Transistor)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等が挙げられる。スイッチング素子8aが例えばnMOSトランジスタである場合、スイッチング素子8aの第1端子はゲート端子であり、第2端子はソース端子であり、第3端子はドレイン端子である。
ダイオード7bは、アノード端子と、カソード端子と、を備える。
スイッチング素子8bは、スイッチング素子8aと同様に、第1端子と、第2端子と、第3端子と、を備える。スイッチング素子8bは、第1端子が受ける信号に応じて、オン状態となる期間とオフ状態となる期間とが切り替わることにより、第2端子から第3端子に流れる電流を制御し、スイッチング回路10bに流れる電流の値を変化させる。スイッチング素子8bとしては、電界効果トランジスタ、IGBT等が挙げられる。スイッチング素子8bが例えばnMOSトランジスタである場合、スイッチング素子8bの第1端子はゲート端子であり、第2端子はソース端子であり、第3端子はドレイン端子である。
電圧検出部30は、検出した入力電圧の情報をコンバータ制御部15に与える。
抵抗171、172、173、キャパシタ174、177のそれぞれは、第1端子と、第2端子と、を備える。ダイオード175は、アノード端子と、カソード端子と、を備える。フォトカプラ176は、第1端子と、第2端子と、第3端子と、第4端子と、を備える。
ただし、フォトカプラ176を用いてゼロクロス点を検出する場合、整流回路5に入力される交流電圧の振幅が変化すると単位時間当たりの電圧振幅の変化量が変化するため、ゼロクロス点の検出タイミングにばらつきが生じる。また、整流回路5に入力される交流電圧の振幅が変化すると、不飽和領域が変化する。そのため、ゼロクロス点の検出タイミングにばらつきが生じる。
ゼロクロス検出部17は、出力端子を介してゼロクロス信号をコンバータ制御部15に出力する。
ブリッジ回路18は、図1に示すように、入力端子と、第1出力端子と、第2出力端子と、第3出力端子と、基準端子と、を備える。基準端子の電位は、入力端子、第1出力端子、第2出力端子及び第3出力端子のそれぞれにおける電位の基準となる電位である。ブリッジ回路18は、スイッチング素子181、182、183、184、185、186を備える。ブリッジ回路18は、スイッチング素子181と182、スイッチング素子183と184、スイッチング素子185と186のそれぞれが対を成して構成される。スイッチング素子181~186のそれぞれは、第1端子と、第2端子と、第3端子と、を備える。スイッチング素子181~186のそれぞれは、第1端子が受ける信号に応じて、オン状態となる期間とオフ状態となる期間とが切り替わることにより、第2端子から第3端子に流れる電流を制御し、圧縮機モータ20を駆動する三相交流電力を生成し、生成した三相交流電力を圧縮機モータ20に出力する。スイッチング素子181、182、183、184、185、186としては、パワー電界効果トランジスタ、IGBT等が挙げられる。
リアクトル6aの第2端子は、ダイオード7aのアノード端子と、スイッチング素子8aの第2端子とに接続される。リアクトル6bの第2端子は、ダイオード7bのアノード端子と、スイッチング素子8bの第2端子とに接続される。
ダイオード7aのカソード端子は、ダイオード7bのカソード端子と、平滑コンデンサ12の第1端子と、インバータ装置3の入力端子(スイッチング素子181、183、185それぞれの第2端子)とに接続される。
スイッチング素子8aの第1端子は、コンバータ制御部15の第1出力端子に接続される。スイッチング素子8bの第1端子は、コンバータ制御部15の第2出力端子に接続される。
コンバータ制御部15の第1端子は、電圧検出部30の出力端子に接続される。コンバータ制御部15の第2端子は、ゼロクロス検出部17の出力端子に接続される。
スイッチング素子181の第1端子は、インバータ制御部19の第1出力端子に接続される。スイッチング素子182の第1端子は、インバータ制御部19の第2出力端子に接続される。スイッチング素子183の第1端子は、インバータ制御部19の第3出力端子に接続される。スイッチング素子184の第1端子は、インバータ制御部19の第4出力端子に接続される。スイッチング素子185の第1端子は、インバータ制御部19の第5出力端子に接続される。スイッチング素子186の第1端子は、インバータ制御部19の第6出力端子に接続される。
スイッチング素子181の第3端子は、スイッチング素子182の第2端子と、圧縮機モータ20の第1端子とに接続される。スイッチング素子183の第3端子は、スイッチング素子184の第2端子と、圧縮機モータ20の第2端子とに接続される。スイッチング素子185の第3端子は、スイッチング素子186の第2端子と、圧縮機モータ20の第1端子とに接続される。
直流電圧検出部は、ブリッジ回路18の入力直流電圧Vdcを検出する検出部である。
モータ電流検出部は、圧縮機モータ20に流れる各相電流iu、iv、iwを検出する検出部である。モータ電流検出部は、これらの検出値Vdc、iu、iv、iwをインバータ制御部19に入力する。なお、モータ電流検出部は、ブリッジ回路18と平滑コンデンサ12の間の負極側電力線に流れる電流を検出し、この検出信号から各相電流iu、iv、iwを取得するものであってもよい。
コンバータ制御部15は、図4に示すように、波形観測部21、制御信号生成部22、記憶部23を備える。
具体的には、制御信号生成部22は、図5(a)、(c)に示すように、所定の三角波を生成する。所定の三角波は、入力電圧波形から制御信号を生成する際の基準となる波形の信号である。そして、制御信号生成部22は、三角波と入力電圧波形とを比較し、その比較結果に基づいて、図5(b)、(d)に示すようなスイッチング素子8aを制御する第1スイッチング信号Sg1及びスイッチング素子8bを制御する第2スイッチング信号Sg2を生成する。
具体的には、制御信号生成部22は、例えば、図6(a)に示す交流電源4の基本波に3次高調波歪みが重畳された入力電圧波形について、図6(b)に示すように絶対値をとり、その絶対値を基準波形(三角波)と比較し、基準波形が入力電圧波形よりも大きい場合にHighレベルのスイッチング信号を生成し、基準波形が入力電圧波形以下の場合にLowレベルのスイッチング信号を生成する。制御信号生成部22は、このように入力電流歪みの原因となる入力電圧の歪みが含まれている入力電圧波形を用いて第1スイッチング信号Sg1及び第2スイッチング信号Sg2を生成している。そのため、第1スイッチング信号Sg1及び第2スイッチング信号Sg2には、入力電流歪みについての情報が反映されている。制御信号生成部22は、第1スイッチング信号Sg1でスイッチング素子8aを制御し、第2スイッチング信号Sg2でスイッチング素子8bを制御することにより、入力電流における歪みを打ち消すことができる。
なお、ここで示した入力電圧波形の例は、交流電源4の基本波に3次高調波歪みが重畳された場合を示したが、実際には、5次高調波、7次高調波、9次高調波などの高調波歪みが複雑に重畳され時々刻々と変化する。なお、図5に示した交流電源4の基本波に3次高調波歪みが重畳された波形は、3次高調波歪み成分が多い極端な例であり、一般的には、基本波に対する3次高調波歪み成分の割合はこの例よりも少ない。したがって、入力電圧波形は、図5に示す波形に比べて基本波のみの場合に近い波形となる。
記憶部23は、コンバータ制御部15が行う処理に必要な種々の情報を記憶する。
次に、本開示の第1実施形態によるモータ駆動装置1の処理について説明する。
ここでは、図7に示すコンバータ装置2の処理フローについて説明する。
なお、図7に示すコンバータ装置2の処理は、入力電流が流れているときに行う処理である。
制御信号生成部22は、生成した第1スイッチング信号Sg1をスイッチング素子8aに出力する。また、制御信号生成部22は、生成した第2スイッチング素子Sg2をスイッチング素子8bに出力する。
スイッチング素子8aは、第1スイッチング信号Sg1に応じてオン状態またはオフ状態となる。また、スイッチング素子8bは、第2スイッチング信号Sg2に応じてオン状態またはオフ状態となる。
以上、本開示の第1実施形態によるモータ駆動装置1について説明した。
本開示の第1実施形態によるモータ駆動装置1において、制御信号生成部22(制御部)は、交流電源4から整流回路に供給される入力電圧波形と、基準波形となる三角波とを比較する。制御信号生成部22は、その比較結果に基づいて、第1スイッチング信号及び第2スイッチング信号を生成する。
入力電流歪みは、入力電圧波形の歪みが原因となって生じる。そのため、制御信号生成部22は、入力電圧波形を用いることで、入力電流歪みについての情報が反映された第1スイッチング信号及び第2スイッチング信号を、入力電圧波形と基準波形となる三角波との比較結果に応じて直ちに生成することができる。モータ駆動装置1は、第1スイッチング信号及び第2スイッチング信号を用いて、スイッチング素子を制御することにより、電源電圧の歪みによって生じる入力電流の歪みを低減することができる。
次に、本開示の第2実施形態によるモータ駆動装置について説明する。
(モータ駆動装置の構成)
本開示の第2実施形態によるモータ駆動装置1は、図1に示した本開示の第1実施形態によるモータ駆動装置1と同様に、コンバータ装置2と、インバータ装置3と、を備える。
インバータ装置3は、ブリッジ回路18と、インバータ制御部19と、を備える。
ただし、本開示の第2実施形態によるモータ駆動装置1が備える電圧検出部30は、本開示の第1実施形態によるモータ駆動装置1が備える電圧検出部30と異なる。
ダイオード321、322、323のそれぞれは、アノード端子と、カソード端子と、を備える。抵抗324、325、326、キャパシタ327のそれぞれは、第1端子と、第2端子と、を備える。
以上、本開示の第2実施形態によるモータ駆動装置1について説明した。
本開示の第2実施形態によるモータ駆動装置1において、制御信号生成部22(制御部)は、交流電源4から整流回路に供給される入力電圧波形と、基準波形となる三角波とを比較する。制御信号生成部22は、その比較結果に基づいて、第1スイッチング信号及び第2スイッチング信号を生成する。
入力電流歪みは、入力電圧波形の歪みが原因となって生じる。そのため、制御信号生成部22は、入力電圧波形を用いることで、入力電流歪みについての情報が反映された第1スイッチング信号及び第2スイッチング信号を、入力電圧波形と基準波形となる三角波との比較結果に応じて直ちに生成することができる。モータ駆動装置1は、第1スイッチング信号及び第2スイッチング信号を用いて、スイッチング素子を制御することにより、電源電圧の歪みによって生じる入力電流の歪みを低減することができる。
また、波形観測部21が入力電圧波形について、FFT(Fast Fourier Transform)演算などを行い、周波数成分ごとに分解した入力電圧信号を歪み補正以外の処理に有効利用するものであってもよい。
例えば、遅延補正部210は、ステップS3の処理によって波形観測部21が特定したゼロクロス点を示す情報と受ける。また、ステップS4の処理の代わりに、遅延補正部210は、電圧検出部30から入力電圧を受ける。遅延補正部210は、ゼロクロス点を基準に受けた入力電圧波形を電圧検出部30による遅延時間の分だけ補正する(すなわち、入力電圧波形と時間との対応関係において、遅延時間の分だけ時間を早くする)。波形観測部21は、遅延補正部210が補正した入力電圧波形を制御信号生成部22に出力する。そして、ステップS5以降の処理を行えばよい。
図10は、少なくとも1つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
コンピュータ50は、図10に示すように、CPU60、メインメモリ70、ストレージ80、インターフェース90を備える。
例えば、上述のコンバータ制御部15、インバータ制御部19、その他の制御装置のそれぞれは、コンピュータ50に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でストレージ80に記憶されている。CPU60は、プログラムをストレージ80から読み出してメインメモリ70に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、CPU60は、プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域をメインメモリ70に確保する。
本開示の各実施形態に記載のコンバータ装置2は、例えば以下のように把握される。
入力電流歪みは、入力電圧波形の歪みが原因となって生じる。そのため、電圧検出部30が検出した電圧波形が交流電源4から整流回路5に供給される入力電圧波形である場合、制御信号生成部22は、入力電圧波形を用いることで、入力電流歪みについての情報が反映された第1スイッチング信号及び第2スイッチング信号を、入力電圧波形と基準波形となる三角波との比較結果に応じて直ちに生成することができる。コンバータ装置2は、第1スイッチング信号及び第2スイッチング信号を用いて、スイッチング素子(8a、8b)を制御することにより、電源電圧(交流電源4)の歪みによって生じる入力電流の歪みを低減することができる。
入力電流歪みは、入力電圧波形の歪みが原因となって生じる。そのため、電圧検出部30が検出した電圧波形が交流電源4から整流回路5に供給される入力電圧波形である場合、制御信号生成部22は、入力電圧波形を用いることで、入力電流歪みについての情報が反映された第1スイッチング信号及び第2スイッチング信号を、入力電圧波形と基準波形となる三角波との比較結果に応じて直ちに生成することができる。コンバータ装置2は、第1スイッチング信号及び第2スイッチング信号を用いて、スイッチング素子(8a、8b)を制御することにより、電源電圧(交流電源4)の歪みによって生じる入力電流の歪みを低減することができる。
入力電流歪みは、入力電圧波形の歪みが原因となって生じる。そのため、電圧検出部30が検出した電圧波形が交流電源4から整流回路5に供給される入力電圧波形である場合、制御信号生成部22は、入力電圧波形を用いることで、入力電流歪みについての情報が反映された第1スイッチング信号及び第2スイッチング信号を、入力電圧波形と基準波形となる三角波との比較結果に応じて直ちに生成することができる。コンバータ装置2は、第1スイッチング信号及び第2スイッチング信号を用いて、スイッチング素子(8a、8b)を制御することにより、電源電圧(交流電源4)の歪みによって生じる入力電流の歪みを低減することができる。
入力電流歪みは、入力電圧波形の歪みが原因となって生じる。そのため、電圧検出部30が検出した電圧波形が交流電源4から整流回路5に供給される入力電圧波形である場合、制御信号生成部22は、入力電圧波形を用いることで、入力電流歪みについての情報が反映された第1スイッチング信号及び第2スイッチング信号を、入力電圧波形と基準波形となる三角波との比較結果に応じて直ちに生成することができる。コンバータ装置2は、第1スイッチング信号及び第2スイッチング信号を用いて、スイッチング素子(8a、8b)を制御することにより、電源電圧(交流電源4)の歪みによって生じる入力電流の歪みを低減することができる。
入力電流歪みは、入力電圧波形の歪みが原因となって生じる。そのため、電圧検出部30が検出した電圧波形が交流電源4から整流回路5に供給される入力電圧波形である場合、制御信号生成部22は、入力電圧波形を用いることで、入力電流歪みについての情報が反映された第1スイッチング信号及び第2スイッチング信号を、入力電圧波形と基準波形となる三角波との比較結果に応じて直ちに生成することができる。コンバータ装置2は、第1スイッチング信号及び第2スイッチング信号を用いて、スイッチング素子(8a、8b)を制御することにより、電源電圧(交流電源4)の歪みによって生じる入力電流の歪みを低減することができる。
入力電流歪みは、入力電圧波形の歪みが原因となって生じる。そのため、電圧検出部30が検出した電圧波形が交流電源4から整流回路5に供給される入力電圧波形である場合、制御信号生成部22は、入力電圧波形を用いることで、入力電流歪みについての情報が反映された第1スイッチング信号及び第2スイッチング信号を、入力電圧波形と基準波形となる三角波との比較結果に応じて直ちに生成することができる。コンバータ装置2は、第1スイッチング信号及び第2スイッチング信号を用いて、スイッチング素子(8a、8b)を制御することにより、電源電圧(交流電源4)の歪みによって生じる入力電流の歪みを低減することができる。
2・・・コンバータ装置
3・・・インバータ装置
4・・・交流電源
5・・・整流回路
6a、6b・・・リアクトル
7a、7b、175、312、313、321、322、323・・・ダイオード
8a、8b・・・スイッチング素子
10a、10b・・・スイッチング回路
12・・・平滑コンデンサ
15・・・コンバータ制御部
17・・・ゼロクロス検出部
21・・・波形観測部
22・・・制御信号生成部
23・・・記憶部
30・・・電圧検出部
50・・・コンピュータ
60・・・CPU
70・・・メインメモリ
80・・・ストレージ
90・・・インターフェース
171、172、173、301、302、303、304、305、306、307、308、309、310、311、324、325、326・・・抵抗
174、177、315、327・・・キャパシタ
176・・・フォトカプラ
314・・・差動アンプ
Lp・・・正極母線
Claims (4)
- スイッチング素子と、
交流電源が出力する電圧に基づく電圧波形を検出する電圧検出部であって、第1抵抗と、第2抵抗と、第3抵抗と、第4抵抗と、第5抵抗と、第6抵抗と、第7抵抗と、第8抵抗と、第9抵抗と、差動アンプと、キャパシタとを備え、前記第1抵抗の第1端子が前記交流電源の一端に接続され、前記第1抵抗の第2端子が前記第3抵抗の第1端子と、前記第4抵抗の第1端子とに接続され、前記第2抵抗の第1端子が前記交流電源の他端に接続され、前記第2抵抗の第2端子が前記第3抵抗の第2端子と、前記第5抵抗の第1端子とに接続され、前記第4抵抗の第2端子が前記第6抵抗の第1端子と、前記差動アンプの正転入力端子とに接続され、前記第5抵抗の第2端子が前記第7抵抗の第1端子と、前記差動アンプの反転入力端子とに接続され、前記第6抵抗の第2端子がバイアスを設定するための電圧源に接続され、前記第7抵抗の第2端子が前記第8抵抗の第1端子と、前記第9抵抗の第1端子と、前記差動アンプの出力端子とに接続され、前記第8抵抗の第2端子がグラウンドに接続され、前記第9抵抗の第2端子がキャパシタの第1端子に接続され、前記キャパシタの第2端子が前記グラウンドに接続される電圧検出部と、
前記電圧検出部が検出した前記電圧波形と、基準となる基準電圧波形とを比較し、比較結果に基づいて前記スイッチング素子を制御する制御信号を生成する制御信号生成部と、
を備えるコンバータ装置。 - 前記電圧検出部は、
前記交流電源が出力する前記電圧の整流後の半波の電圧波形を検出し、
前記制御信号生成部は、
前記電圧検出部が前記整流後の電圧波形を検出する期間に比較した前記比較結果に基づいて前記制御信号を生成し、生成した前記制御信号を前記整流後の電圧波形を検出する期間に続く前記整流後の電圧波形が0となる期間に前記スイッチング素子に出力する、
請求項1に記載のコンバータ装置。 - スイッチング素子と、第1抵抗と、第2抵抗と、第3抵抗と、第4抵抗と、第5抵抗と、第6抵抗と、第7抵抗と、第8抵抗と、第9抵抗と、差動アンプと、キャパシタとを備え、前記第1抵抗の第1端子が交流電源の一端に接続され、前記第1抵抗の第2端子が前記第3抵抗の第1端子と、前記第4抵抗の第1端子とに接続され、前記第2抵抗の第1端子が前記交流電源の他端に接続され、前記第2抵抗の第2端子が前記第3抵抗の第2端子と、前記第5抵抗の第1端子とに接続され、前記第4抵抗の第2端子が前記第6抵抗の第1端子と、前記差動アンプの正転入力端子とに接続され、前記第5抵抗の第2端子が前記第7抵抗の第1端子と、前記差動アンプの反転入力端子とに接続され、前記第6抵抗の第2端子がバイアスを設定するための電圧源に接続され、前記第7抵抗の第2端子が前記第8抵抗の第1端子と、前記第9抵抗の第1端子と、前記差動アンプの出力端子とに接続され、前記第8抵抗の第2端子がグラウンドに接続され、前記第9抵抗の第2端子がキャパシタの第1端子に接続され、前記キャパシタの第2端子が前記グラウンドに接続される電圧検出部とを備えるコンバータ装置による制御方法であって、
前記交流電源が出力する電圧に基づく電圧波形を検出することと、
検出した前記電圧波形と、基準となる基準電圧波形とを比較することと、
比較結果に基づいて前記スイッチング素子を制御する制御信号を生成することと、
を含むコンバータ装置による制御方法。 - スイッチング素子と、第1抵抗と、第2抵抗と、第3抵抗と、第4抵抗と、第5抵抗と、第6抵抗と、第7抵抗と、第8抵抗と、第9抵抗と、差動アンプと、キャパシタとを備え、前記第1抵抗の第1端子が交流電源の一端に接続され、前記第1抵抗の第2端子が前記第3抵抗の第1端子と、前記第4抵抗の第1端子とに接続され、前記第2抵抗の第1端子が前記交流電源の他端に接続され、前記第2抵抗の第2端子が前記第3抵抗の第2端子と、前記第5抵抗の第1端子とに接続され、前記第4抵抗の第2端子が前記第6抵抗の第1端子と、前記差動アンプの正転入力端子とに接続され、前記第5抵抗の第2端子が前記第7抵抗の第1端子と、前記差動アンプの反転入力端子とに接続され、前記第6抵抗の第2端子がバイアスを設定するための電圧源に接続され、前記第7抵抗の第2端子が前記第8抵抗の第1端子と、前記第9抵抗の第1端子と、前記差動アンプの出力端子とに接続され、前記第8抵抗の第2端子がグラウンドに接続され、前記第9抵抗の第2端子がキャパシタの第1端子に接続され、前記キャパシタの第2端子が前記グラウンドに接続される電圧検出部とを備えるコンバータ装置のコンピュータに、
前記交流電源が出力する電圧に基づく電圧波形を検出することと、
検出した前記電圧波形と、基準となる基準電圧波形とを比較することと、
比較結果に基づいて前記スイッチング素子を制御する制御信号を生成することと、
を実行させるプログラム。
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