KR20090093759A - 모터 구동 장치 - Google Patents

모터 구동 장치

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KR20090093759A
KR20090093759A KR1020080080947A KR20080080947A KR20090093759A KR 20090093759 A KR20090093759 A KR 20090093759A KR 1020080080947 A KR1020080080947 A KR 1020080080947A KR 20080080947 A KR20080080947 A KR 20080080947A KR 20090093759 A KR20090093759 A KR 20090093759A
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KR1020080080947A
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겐지 다무라
아쯔시 오꾸야마
마사히로 다무라
야스오 노또하라
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히타치 어플라이언스 가부시키가이샤
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Abstract

모터 구동 장치에서, 교류 전원의 전압 상태에 따라서 승압 쵸퍼용 스위칭 소자의 통류율을 제어하고, 신뢰성을 확보하면서, 저렴한 구성으로, 회로 손실의 저감을 도모하는 것이다. 모터 구동 장치는 컨버터 회로와 제어 장치(6)를 구비한다. 컨버터 회로는, 정류 회로와, 승압 쵸퍼용 스위칭 소자에 의한 스위칭 동작 및 리액터에 의한 에너지 축적 효과를 이용하여 승압하는 승압 회로와, 평활 컨덴서를 구비한다. 제어 장치(6)는 승압 쵸퍼용 스위칭 소자의 통전율을 연산하여 제어하는 컨버터 제어 수단(6e)을 구비한다. 컨버터 제어 수단(6e)은, 전원 전류의 순시값(11a)과 비례 게인(11b)에 기초하여 제어하는 승압비 제어 수단(11)과, 직류 전압값(12c)과 목표 직류 전압(12d)의 편차가 소정의 값으로 되도록 비례 게인을 연산하는 비례 게인 연산 수단(12b)을 구비한다.

Description

모터 구동 장치{MOTOR DRIVE DEVICE}
본 발명은, 모터 구동 장치에 관한 것으로, 특히 컨버터 회로 및 이것을 제어하는 제어 장치를 구비하는 모터 구동 장치에 바람직한 것이다.
교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 정류 회로에서 전원 전류를 정류하고, 이 정류 회로에서 정류된 전원 전류의 고조파 전류 억제 및 역율 개선을 행하는 컨버터 회로를 구비한 모터 구동 장치가 다수 제안되어 있다.
대표적인 것으로서, 리액터 및 승압 쵸퍼용 스위칭 소자로 구성하는 승압 쵸퍼 회로에 의해 전원 전류의 고조파 억제 및 역율 개선을 행하는 모터 구동 장치가 있다. 이것에 관한 것으로서, 예를 들면, 일본 특허 공개 평성1-114372호 공보(특허 문헌 1), 일본 특허 제2796340호 공보(특허 문헌 2), 일본 특허 제2809463호 공보(특허 문헌 3)를 들 수 있다.
특허 문헌 1∼3의 모터 구동 장치에서는, 기준으로 되는 정현파 전류 명령 파형이나 전원 전압 위상을 검출하지 않고 전원 전류의 순시값과 비례 게인만을 이용하여 입력 전류 파형을 전원 전압에 동기한 정현파 파형으로 제어하는 것을 기본으로 하고 있다.
특허 문헌 1은, 교류 전원을 정류 회로에 의해 정류한 전원 전압의 전역에서 컨버터 회로 내의 승압 쵸퍼용 스위칭 소자의 동작을 행함으로써 고조파 억제 및 역율 개선을 행하는 제어 방식이며, 전원 전류에 따라서 승압 쵸퍼용 스위칭 소자의 통류율을 조정하고, 전원 전류의 피크 부근에 근접함에 따라서 승압 쵸퍼용 스위칭 소자의 통류율을 작게 하고 있다. 이 특허 문헌 1에서는, 전원 전류의 피크 부근에서는 승압 쵸퍼용 스위칭 소자의 통류에 의한 승압의 효과가 충분히 얻어지지 않게 된다.
따라서, 특허 문헌 2에서는, 전원 전류의 피크 부근에서의 승압 쵸퍼용 스위칭 소자의 통류를 정지시킴으로써, 스위칭 소자의 회로 손실을 저하하고, 고효율화를 도모하는 것이 가능한 제어로서 승압비를 일정하게 하는 제어 방식을 제안하고 있다.
또한, 특허 문헌 3에서는, 교류 전원을 정류 회로에 의해 정류하고, 이 정류 회로에 의해 정류된 전원 전압을 평활 컨덴서에 의해 직류 전압으로 하는 전원 장치에서, 평활 컨덴서의 용량을 작게 했을 때에 발생하는 직류 전압 맥동의 성분을 컨버터 회로 내의 승압 쵸퍼용 스위칭 소자의 통류율을 직류 전압 맥동 성분에 따라서 보정함으로써 직류 전압의 맥동을 저감하는 것이 가능한 제어 방식을 제안하고 있다. 이 제어 방식을 이용함으로써, 평활 컨덴서의 용량 저감이 가능하게 되어 전원 장치의 회로의 저코스트화를 도모할 수 있다고 되어 있다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 평성1-114372호 공보
[특허 문헌 2] 일본 특허 제2796340호 공보
[특허 문헌 3] 일본 특허 제2809463호 공보
그러나, 전술한 특허 문헌 1∼3에서는, 공급되는 교류 전원의 전압이 어떠한 상태이어도, 목표로 되는 직류 전압으로 되도록 컨버터 회로 내의 승압 쵸퍼용 스위칭 소자의 통류율을 조정하게 된다. 따라서, 교류 전원의 전압이 높아지는 경우에는 통류율이 전체적으로 낮아져 소자에의 부담이 경감되기 때문에 문제는 없지만, 반대로, 교류 전원의 전압이 낮아지는 경우에는 승압 쵸퍼용 스위칭 소자의 통류율이 전체적으로 커지기 때문에, 승압 쵸퍼용 스위칭 소자의 온도 상승이나 전원 전류의 피크 전류가 높아지는 것에서의 소자의 고성능화가 필요하게 되어, 코스트면 및 회로 손실이 커지게 된다고 하는 문제가 있다.
또한, 특허 문헌 2에서는, 승압 쵸퍼용 스위칭 소자의 통류율은 공급되는 교류 전원의 전압 상태에 영향을 받지 않고 항상 일정한 승압비로 되지만, 교류 전원의 전압 상태에 의해 컨버터 회로에 의해 승압된 직류 전압값이 변화하게 된다고 하는 문제가 있다.
본 발명의 목적은, 교류 전원의 전압 상태에 따라서 승압 쵸퍼용 스위칭 소자의 통류율을 제어할 수 있고, 승압 쵸퍼용 스위칭 소자의 신뢰성을 확보하면서, 저렴한 구성으로, 회로 손실의 저감을 도모할 수 있는 모터 구동 장치를 제공하는 데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 컨버터 회로와, 상기 컨버터 회로를 제어하는 제어 장치를 구비하고, 상기 컨버터 회로는, 교류를 직류로 변환하는 정류 회로와, 승압 쵸퍼용 스위칭 소자에 의한 스위칭 동작 및 리액터에 의한 에너지 축적 효과를 이용하여 승압하는 승압 회로와, 이 승압된 직류 전압을 평활하는 평활 컨덴서를 구비하고, 상기 제어 장치는 상기 승압 쵸퍼용 스위칭 소자의 통전율을 연산하여 상기 승압 쵸퍼용 스위칭 소자를 제어하는 컨버터 제어 수단을 구비한 모터 구동 장치에서, 상기 컨버터 제어 수단은, 기준으로 되는 정현파 전류 명령 파형이나 전원 전압 위상을 검출하지 않고 전원 전류의 순시값과 비례 게인에 기초하여 입력 전류 파형을 전원 전압에 동기한 정현파 파형으로 제어하는 승압비 제어 수단과, 상기 컨버터 회로의 평활 컨덴서에 의해 평활된 직류 전압값과 목표 직류 전압의 편차가 소정의 값으로 되도록 상기 비례 게인을 연산하는 비례 게인 연산 수단을 구비한 구성으로 한 데 있다.
이러한 본 발명의 보다 바람직한 구체적인 구성예는 다음과 같다.
(1) 상기 컨버터 회로에서 승압되어 평활된 직류 전압에 기초하여 영구 자석 동기 모터의 회전수를 제어하는 인버터 회로를 구비한 것.
(2) 상기 (1)에 있어서, 상기 컨버터 제어 수단은 전원 전류값 혹은 모터 회전수에 따른 목표 직류 전압을 연산하여 상기 비례 게인 연산 수단에 출력하는 보정 제어 수단을 구비한 것.
(3) 상기 (2)에 있어서, 상기 보정 제어 수단은 전원 전류값 혹은 모터 회전수에 따른 목표 직류 전압으로 되도록 현재 직류 전압값과 목표 직류 전압값의 차분으로부터 상기 승압 쵸퍼용 스위칭 소자의 통류비를 연산하는 것.
(4) 상기 (3)에 있어서, 상기 보정 제어 수단은 상기 승압 쵸퍼용 스위칭 소자의 통류비에 대한 게인 유효 범위를 전원 전류값 혹은 모터 회전수에 따라서 연산하는 것.
(5) 상기 (3)에 있어서, 상기 보정 제어 수단은 승압 쵸퍼용 스위칭 소자의 통류율에 대한 변화율의 유효 범위를 전원 전류값 혹은 모터 회전수에 따라서 연산하는 것.
(6) 상기 (2)∼(5) 중 어느 하나에 있어서, 상기 목표 직류 전압을 전원 전류값 혹은 모터 회전수에 의해 구할 수 있는지를 외부 선택 기능이나 외부 기억 장치 등에 의해 선택하는 것이 가능하게 한 것.
(7) 상기 (2)∼(5) 중 어느 하나에 있어서, 상기 목표 직류 전압, 상기 승압 쵸퍼용 스위칭 소자의 통류비, 상기 승압 쵸퍼용 스위칭 소자의 통류비에 대한 유효 범위, 상기 승압 쵸퍼용 스위칭 소자의 통류율에 대한 변화율의 유효 범위 중 어느 하나에서의 설정점을 외부 선택 기능 또는 외부 기억 장치에 의해 선택하는 것이 가능하게 한 것.
이러한 본 발명의 모터 구동 장치에 따르면, 교류 전원의 전압 상태에 따라서 승압 쵸퍼용 스위칭 소자의 통류율을 제어할 수 있고, 승압 쵸퍼용 스위칭 소자의 신뢰성을 확보하면서, 저렴한 구성으로, 회로 손실의 저감을 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 모터 구동 장치의 전체 구성도.
도 2는 도 1의 제어 장치의 컨버터 제어 수단의 제어 블록도.
도 3은 본 발명의 제2 실시 형태의 모터 구동 장치에서의 컨버터 제어 수단의 제어 블록도.
도 4는 도 3의 컨버터 제어 수단에서의 목표 직류 전압 연산기의 설정예를 도시하는 도면.
도 5는 도 3의 컨버터 제어 수단에서의 비례 게인의 유효 범위의 설정예를 도시하는 도면.
도 6은 도 3의 컨버터 제어 수단에서의 PWM 통전율 유효 범위 연산기의 설정예를 도시하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 교류 전원
2: 정류 회로
2a: 다이오드 브릿지
3: 컨버터 회로
3a: 리액터
3b: 승압 쵸퍼용 스위칭 소자
3c: 다이오드
3d: 평활 컨덴서
3e: 션트 저항
4: 인버터 회로
4a: IGBT
4b: 다이오드
4c: 션트 저항
5: 영구 자석 동기 모터
6: 제어 장치
6a: A/D 변환 수단
6b: PWM 출력 수단
6c: A/D 변환 수단
6d: PWM 출력 수단
6e: 컨버터 제어 수단
6f: 인버터 제어 수단
7: 증폭기
8: 드라이버
9: 증폭기
10: 드라이버
11: 승압비 제어 수단
11a: 전원 전류 순시값 연산기
11b: 비례 게인
11d: 상하한 리미터
12: 비례 게인 연산 수단
12a: 연산 게인
12b: 비례 게인 연산기
12c: 직류 전압
12d: 목표 직류 전압
12e: 상하한 리미터
13: 보정 제어 수단
13a: 목표 직류 전압 연산기
13b: Kp 게인 리미터 연산기
13c: PWM 통전율 리미터 연산기
13d: 전원 전류 평균값 연산기
13e: 모터 회전수
20: 모터 구동 장치
이하, 본 발명의 복수의 실시 형태의 모터 구동 장치에 대하여 도면을 이용하여 설명한다. 각 실시 형태의 도면에서의 동일 부호는 동일물 또는 상당물을 나타낸다.
<제1 실시 형태>
본 발명의 제1 실시 형태의 모터 구동 장치를 도 1 및 도 2를 이용하여 설명한다.
우선, 본 실시 형태의 모터 구동 장치(20)의 전체 구성에 관하여 도 1을 참조하면서 설명한다. 도 1은 본 실시 형태의 모터 구동 장치의 전체 구성도이다.
모터 구동 장치(20)는, 교류 전원(1)을 정류, 승압 및 평활하는 컨버터 회로(3)와, 이 컨버터 회로로부터 출력되는 직류 전압에 기초하여 영구 자석 동기 모터(5)의 회전수를 제어하는 인버터 회로(4)와, 이들 컨버터 회로(3) 및 인버터 회로(4)를 제어하는 제어 장치(6)를 주요 구성 요소로 하여 구성되어 있다.
컨버터 회로(3)는, 교류 전원(1)의 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 정류 회로(2)와, 전원 전압을 승압하기 위한 리액터(3a) 및 승압 쵸퍼용 스위칭 소자(3b)와, 승압 쵸퍼용 스위칭 소자(3b)의 출력 전압을 평활하기 위한 다이오드(3c) 및 평활 컨덴서(3d)와, 승압 쵸퍼용 스위칭 소자(3b)를 단락했을 때의 단락 전류를 순시로 검출하기 위한 션트 저항(3e)을 구비하여 구성되어 있다.
정류 회로(2)는, 다이오드 브릿지(2a)를 구비하여 구성되고, 교류 전원(1)의 출력측에 접속되어 있다. 이 정류 회로(2)는, 교류 전원(1)의 교류 전압을 직류 전압으로 정류한다.
리액터(3a)는 정류 회로(2)의 출력측에 접속되고, 승압 쵸퍼용 스위칭 소자(3b)는 리액터(3a)의 출력측에 접속되어 있다. 승압 쵸퍼용 스위칭 소자(3b)는, 교류 전원(1)을 정류 회로(2) 및 리액터(3a)를 통하여 단락한다. 정류 회로(2)에서 정류된 전원 전압은, 승압 쵸퍼용 스위칭 소자(3b)의 스위칭 동작과 리액터(3a)에 의한 에너지 축적 효과를 이용하여 승압된다. 승압 쵸퍼용 스위칭 소자(3b)와 리액터(3a)는 승압 회로를 구성한다. 승압 쵸퍼용 스위칭 소자(3b)의 통전율의 조정은 제어 장치(6)에 의해 행해진다. 또한, 리액터(3a)가 정류 회로(2)보다도 입력측에 접속되어 있어도 된다.
인버터 회로(4)는, 컨버터 회로(3)에서 승압되어 평활된 직류 전압에 기초하여 부하로 되는 영구 자석 동기 모터(5)의 회전수를 제어하기 위한, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor: 절연 게이트형 바이폴라 트랜지스터)(4a) 및 다이오드(4b)와, 이 IGBT(4a)의 통전시에 흐르는 직류 전류를 검출하는 션트 저항(4c)을 구비하여 구성되어 있다. 션트 저항(4c)은 IGBT(4a)에 직렬로 접속되어 있다. 또한, IGBT(4a)의 통전율의 조정은 제어 장치(6)에 의해 행해진다.
제어 장치(6)는 마이크로컴퓨터로 구성되어 있다. 이 제어 장치(6)는, 승압 쵸퍼용 스위칭 소자(3b)의 통전율을 제어하기 위한 A/D 변환 수단(6a), PWM(Pulse Wide Modulation: 펄스 폭 변조) 출력 수단(6b) 및 컨버터 제어 수단(6e)과, IGBT(4a)의 통전율을 제어하기 위한 A/D(Analog/Digital: 아날로그/디지털) 변환 수단(6c), PWM 출력 수단(6d) 및 인버터 제어 수단(6f)을 구비하여 구성되어 있다.
A/D 변환 수단(6a), PWM 출력 수단(6b) 및 컨버터 제어 수단(6e)에 의한 컨버터 회로(3)의 제어에 대하여 설명한다.
컨버터 회로(3)의 션트 저항(3e)에서 검출된 전원 전류의 순시값을 증폭기(7)에서 증폭하고, 이 증폭기에서 증폭된 전원 전류의 순시값을 A/D 변환 수단(6a)을 통하여 컨버터 제어 수단(6e)에 공급한다. 컨버터 제어 수단(6e)은, 이 컨버터 제어 수단(6e)에 공급된 전압값과, 전원 전압에 동기한 정현파 파형으로 입력 전류 파형을 제어하기 위한 비례 게인을 이용하여, 승압 쵸퍼용 스위칭 소자(3b)의 통류율을 연산한다. 컨버터 제어 수단(6e)에서 연산된 승압 쵸퍼용 스위칭 소자(3b)의 통류율을 PWM 출력 수단(6b)의 PWM 온 시간을 조정함으로써 통류율로 한다. PWM 출력 수단(6b)에 의해 출력된 PWM 온 시간을 드라이버(8)를 통하여 컨버터 회로(3) 내의 승압 쵸퍼용 스위칭 소자(3b)에 출력하고, 이 승압 쵸퍼용 스위칭 소자(3b)를 구동한다. 이에 의해 입력 전류 파형을 전원 전압에 동기한 정현파 파형으로 제어하는 것이 가능한 컨버터 제어가 실현 가능하게 된다.
다음으로, A/D 변환 수단(6c), PWM 출력 수단(6d) 및 인버터 제어 수단(6f)에 의한 인버터 회로(4)의 제어에 대하여 설명한다.
본 실시 형태의 모터 제어는 모터 전류 센서리스/위치 센서리스 벡터 제어를 행하고 있기 때문에, 인버터 회로(4)로부터 검출하는 것은 직류측에 설치한 션트 저항(4c)에 흐르는 직류 전류뿐이다. 구체적으로는, 션트 저항(4c)에서 검출된 직류 전류를 증폭기(9)에서 증폭하고, 이 증폭기에서 증폭된 직류 전류를 A/D 변환 수단(6c)을 통하여 인버터 제어 수단(6f)에 공급한다. 또한, 인버터 회로(4)의 IGBT(4a)에 공급하는 통류율을 PWM 출력 수단(6d)의 PWM 온 시간을 조정함으로써 통류율로 한다. PWM 출력 수단(6d)에 의해 출력된 PWM 온 시간을 드라이버(10)를 통하여 IGBT(4c)에 출력하고, 이 IGBT(4c)를 구동한다. 이에 의해, 영구 자석 동기 모터(5)를 회전수 제어하여 구동하는 것이 가능하게 된다.
여기에서, 컨버터 제어 수단(6e) 및 인버터 제어 수단(6f)은 제어 장치(6)에 내장되는 제어 수단이기 때문에 서로의 제어 정보의 교환이 가능하게 된다. 이 제어 정보의 교환에 의해, 제어 장치(6)에서의 전원 전류값의 평균값 혹은 모터 회전수에 따른 목표 직류 전압을 연산하는 것이 가능하게 된다.
다음으로, 도 2를 참조하면서, 컨버터 제어 수단(6e)에 관하여 구체적으로 설명한다. 도 2는 도 1의 제어 장치(6)의 컨버터 제어 수단(6e)의 제어 블록도이다.
컨버터 제어 수단(6e)은, 승압비 제어 수단(11)과, 비례 게인 연산 수단(12)을 구비하여 구성되어 있다.
승압비 제어 수단(11)은, 기준으로 되는 정현파 전류 명령이나 전원 위상을 검출하지 않고, 절대값인 입력 전류 순시값 ｜Is｜(1la)와 비례 게인 Kp(11b)의 곱을 이용하여 입력 전류 파형을 전원 전압에 동기한 정현파 파형으로 제어하는 기본 제어 방식과, 승압 쵸퍼용 스위칭 손실 저감을 위해 입력 전류의 피크 부근의 스위칭 동작을 정지시키는 승압 쵸퍼용 비 일정 제어 방식에 의해 제어하는 것이다.
기본 제어 방식에 대하여 설명한다. 승압 쵸퍼용 스위칭 소자(3b)의 통류율(PWM 온 시간의 비율) d를 수학식 1과 같이 부여하면, 입력 전류 순시값 is는 수학식 2로 표현된다.
1: 100 % 통류율, Kp: 전류 제어 게인, is: 입력 전류(순시값)
Vs: 전원 전압 실효값, Ed: 전류 전압, ω: 전기각 주파수
이 수학식 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 전원 전압 파형 등의 기준 파형이 없어도 입력 전류 순시값 is는 전원 전압 Vs에 동기한 정현파로 된다. 이것이 기본 제어 방식의 원리이다.
승압 쵸퍼용 비 일정 제어 방식에 대하여 설명한다. 수학식 2를 변형하면, 수학식 3으로 된다. 이 수학식 3은, 순시의 승압비를 나타내고 있다.
여기에서, 실효값 베이스에서 승압 쵸퍼용 비 a를 생각하면, 수학식 4로 된다. 이 수학식 4에서, KpㆍIs를 일정하게 제어하면, 직류 전압 Ed는 전원 전압 Vs의 a배로 제어할 수 있게 된다.
Is: 입력 전류(실효값)
이 수학식 4로부터 비례 게인 Kp를 구하면, 수학식 5로 된다.
이 수학식 5를 수학식 1에 적용시키면, 통류율 신호 d는 수학식 6으로 된다.
이 수학식 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 입력 전류 ｜is｜가 aㆍIs를 초과하면, 통류율 신호 d는 0 %로 되고, 승압 쵸퍼용 스위칭 동작이 정지한다. 이에 의해, 입력 전류는 전원 전압의 피크 부근(입력 전류가 aㆍIs를 초과하는 영역)에서 승압 쵸퍼용이 들어가지 않는 파형으로 되고, 승압 쵸퍼용 스위칭 손실의 저감이 도모된다. 이것이 승압 쵸퍼용 비 일정 제어 방식의 원리이다.
상기한 바와 같이 제어함으로써, 기준으로 되는 정현파 전류 명령 파형이나 전원 위상을 검출하지 않고, 입력 전류 순시값과 비례 게인만을 이용하여 입력 전류 파형을 전원 전압에 동기한 정현파 파형으로 제어할 수 있고, 입력 전류의 피크 값 부근의 스위칭 동작을 정지하는 것이 가능하다.
이상의 제어는, 도 2의 승압비 제어 수단(11) 내에 도시하는 블록도에서 행해진다. 이 블록도에서는, 통류율 신호 d의 연산에서, 수학식 1 및 수학식 5와 같이, 최대 통류율 100 %인 1(11c)로부터, 제어 장치(6)에 탑재되는 A/D 변환 수단에 의해 제어 장치 내부에 공급된 전원 전류의 순시값 ｜Is｜(11a)와 비례 게인 Kp(11b)의 곱을 차감하여 PWM 출력 수단(6b)의 PWM 온 시간으로 하고 있다. 이 PWM 온 시간을 통전율로 하여 PWM 출력 수단(6b)으로부터 출력하고, 드라이버(8)를 통하여 컨버터 회로(3) 내의 승압 쵸퍼용 스위칭 소자(3b)를 구동한다.
또한, 입력 전류 순시값 ｜Is｜(11a)와 비례 게인 Kp(11b)의 곱의 값을 PWM 출력 수단의 오프 시간의 비율로 생각하고, PWM 출력 기능의 설정을 하도록 하여도 된다. 이 경우에는, 최대 통류율 100 %인 1로부터 차감할 필요가 없어져, 연산이 간소화된다.
비례 게인 연산 수단(12)은, 컨버터 회로(3)의 평활 컨덴서(3d)에 의해 평활된 직류 전압값(12c)과 목표 직류 전압(12d)의 편차 ΔEd를 연산하고, 이 편차 ΔEd가 소정의 값(예를 들면, 0)으로 되도록, 비례 게인 연산기(12b)에서 연산 게인(12a)에 기초하여 비례 게인 Kp를 연산한다. 교류 전원이 낮아진 경우, 컨버터 회로(3) 내의 평활 컨덴서(3d)에 의해 평활된 직류 전압값(12c)과 목표 직류 전압값(12d)의 편차 ΔEd가 마이너스측으로 커지고, 목표 직류 전압값보다도 직류 전압값(12c)이 낮아진다. 이 편차 ΔEd가 0으로 되도록 비례 게인 연산기(12b)에서 연산 게인(12a)을 이용하여 연산하여 비례 게인 Kp를 작게 한다. 반대로 교류 전원이 높아진 경우, 컨버터 회로(3) 내의 평활 컨덴서(3d)에 의해 평활된 직류 전압값(12c)과 목표 직류 전압값(12d)의 편차 ΔEd가 플러스측으로 커지고, 목표 직류 전압값보다도 직류 전압값(12c)이 높아진다. 이 편차 ΔEd가 0으로 되도록 비례 게인 연산기(12b)에서 연산 게인(12a)을 이용하여 연산하여 비례 게인 Kp를 크게 한다. 비례 게인 연산기(12b)에서의 연산 게인(12a)이란 편차 ΔEd로부터 비례 게인 Kp를 연산할 때의 연산 계수이며, 연산 게인(12a)을 크게 하면 편차 ΔEd에 대한 비례 게인 Kp가 커져 승압률이 높아진다. 반대로, 작게 하면 편차 ΔEd에 대한 비례 게인 Kp가 작아져 승압률이 작아진다. 이에 의해, 수학식 1로부터 명확한 바와 같이, 유통률 d를 직류 전압값(12c)과 목표 직류 전압값(12d)의 편차 ΔEd에 따라서 조정하는 것이 가능하여 최적의 통류율 d로 제어할 수 있고, 승압 쵸퍼용 스위칭 소자의 신뢰성을 확보하면서, 저렴한 구성으로, 회로 손실의 저감을 도모할 수 있다.
또한, 비례 게인 연산기(12b)에서의 연산 방식에 대해서는, 비례, 적분 혹은 비례 적분 중 어느 하나의 방법이어도 된다.
<제2 실시 형태>
다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태의 모터 구동 장치에 대하여 도 3 내지 도 6을 이용하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 제2 실시 형태의 모터 구동 장치에서의 컨버터 제어 수단(6e)의 제어 블록도, 도 4는 도 3의 컨버터 제어 수단에서의 목표 직류 전압 연산기의 설정예를 도시하는 도면, 도 5는 도 3의 컨버터 제어 수단에서의 비례 게인의 유효 범위의 설정예를 도시하는 도면, 도 6은 도 3의 컨버터 제어 수단에서의 PWM 통전율 유효 범위 연산기의 설정예를 도시하는 도면이다. 이 제2 실시 형태는, 다음에 설명하는 점에서 제1 실시 형태와 상위한 것이며, 그 밖의 점에 대해서는 제1 실시 형태와 기본적으로는 동일하므로, 중복되는 설명을 생략한다.
이 제2 실시 형태에서는, 보정 제어 수단(13)을 새롭게 구비함과 함께, 승압비 제어 수단(11)에 상하 리미터(11d), 비례 게인 연산 수단(12)에 상하 리미터(1le)를 각각 구비하고 있다.
보정 제어 수단(13)은, 전원 전류 평균값 연산기(13d)에 의해 연산된 전원 전류 평균값 혹은 모터 회전수(13e)에 기초하여, 비례 게인 연산 수단(12) 내의 목표 직류 전압(12d)을 연산하는 목표 직류 전압 연산기(13a)와, 비례 게인 연산 수단(12) 내의 비례 게인 Kp(11b)의 보정 유효 범위를 연산하는 비례 게인 리미터 연산기(13b)와, 승압비 제어 수단(11) 내의 입력 전류의 순시값 ｜Is｜(11a)와 비례 게인 Kp(11b)의 곱의 값을 PWM 출력의 오프 시간으로 한 통전율 보정 범위를 연산하는 PWM 통류율 리미터 연산기(13c)를 구비하고 있다.
목표 직류 전압 연산기(13a)는, 전원 전류 평균값 연산기(13d)에 의해 연산된 전원 전류의 평균값 혹은 모터 회전수에 대응하는 목표 직류 전압값(12d)을 연산하는 것이다. 즉, 목표 직류 전압 연산기(13a)는, 도 4에 도시하는 바와 같이 설정된 목표 직류 전압에 기초하여, 전원 전류 평균값 연산기(13d)에 의해 연산된 전원 평균 전류값 혹은 모터 회전수가 커지면, 그에 따라서 목표 직류 전압값(12d)이 높아지도록 연산한다. 도 4에 설정된 목표 직류 전압값은, 복수점(P1, P2, P3, P4)에서의 컨버터 회로(2)의 회로 효율 및 영구 자석 동기 모터(5)의 효율 등을 고려하여 종합적으로 가장 효율이 좋은 목표 직류 전압값을 실험이나 해석 등에 의해 구하고, 이것에 기초하여 설정된다. 또한, 이 설정되는 복수점의 목표 직류 전압값(12d)의 사이를 선간 보간함으로써 매끄러운 특성으로 하는 것이 바람직하다.
비례 게인 리미터 연산기(13b)는, 전원 전류 평균값 연산기(13d)에 의해 연산된 전원 평균 전류값 혹은 모터 회전수에 대응하는 비례 게인 Kp(11b)의 유효 범위인 상한 리미터 및 하한 리미터의 게인 유효 범위를 연산하는 것이다. 즉, 비례 게인 리미터 연산기(13b)는, 도 5에 도시하는 바와 같이 설정된 게인 유효 범위에 기초하여, 전원 전류 평균값 연산기(13d)에 의해 연산된 전원 평균 전류값 혹은 모터 회전수가 커지면, 그에 따라서 상한 리미터 및 하한 리미터가 높아짐과 함께, 게인 유효 범위가 커지도록 연산한다. 도 5에 설정된 게인 유효 범위는, 복수점(P1, P2, P3, P4)에서의 컨버터 회로(2)의 회로 효율 및 영구 자석 동기 모터(5)의 효율 등을 고려하여 종합적으로 가장 효율이 좋은 게인 유효 범위를 실험이나 해석 등에 의해 구하고, 이것에 기초하여 설정된다. 또한, 이 설정되는 복수점의 게인 유효 범위의 사이를 선간 보간함으로써 매끄러운 특성으로 하는 것이 보다 바람직하다.
교류 전원의 전압이 낮아진 경우, 컨버터 회로(3) 내의 평활 컨덴서(3d)에 의해 평활된 직류 전압값(12c)과 목표 직류 전압값(12d)의 편차 ΔEd가 커지고, 이 편차 ΔEd가 0으로 되도록 비례 게인 연산기(12b)에서 연산된 비례 게인 Kp가 커지지만, 상하한 리미터(12e)에서 게인 유효 범위 내의 상한측에서 비례 게인 Kp(11b)가 제한된다. 이에 의해, 컨버터 회로(3) 내의 승압 쵸퍼용 스위칭 소자(3b)의 온도 상승이나 전원 전류의 피크 전류가 지나치게 높아지는 것을 억제하는 것이 가능하게 된다. 반대로, 교류 전원이 높아진 경우에 있어서도, 상하한 리미터(12e)에서 게인 유효 범위 내의 하한측에서 비례 게인 Kp(11b)가 제한됨으로써, 컨버터 회로(3) 내의 승압 쵸퍼용 스위칭 소자(3b)의 동작이 불안정해지는 경우가 없어진다.
승압 쵸퍼용 비 일정 제어(11) 내의 승압 쵸퍼용 스위칭 소자(3b)의 통전율의 보정 유효 범위를 연산하는 PWM 통전율 리미터 연산기(13c)는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 전원 전류 평균값 연산기(13d)에 의해 연산된 전원 평균 전류값 혹은 모터 회전수에 대응하는 PWM 통전율의 유효 범위인 상한 리미터 및 하한 리미터의 보정 유효 범위를 연산한다. 바꾸어 말하면, PWM 통전율 리미터 연산기(13c)는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 전원 전류 평균값 연산기(13d)에 의해 연산된 전원 평균 전류값 혹은 모터 회전수가 커지면, 그에 따라서 보정 유효 범위가 작아지도록 연산한다. 도 6의 보정 유효 범위의 특성은, 복수점(P1, P2, P3, P4)에서의 컨버터 회로(2)의 회로 효율 및 영구 자석 동기 모터(5)의 효율 등을 고려하여 종합적으로 가장 효율이 좋은 게인 유효 범위를 실험이나 해석 등에 의해 구하고, 이것에 기초하여 설정된다. 또한, 이 설정되는 복수점의 게인 유효 범위의 사이를 선간 보간함으로써 매끄러운 특성으로 하는 것이 바람직하다.
이러한 구성으로 함으로써, 전원 전류 순시값이 외래의 노이즈 등의 영향을 받은 본래의 정확한 전류 정보가 아니라 잘못된 정보에 기초하여 승압 쵸퍼용 스위칭 소자(3b)를 통전한 경우에도, 승압 쵸퍼용 스위칭 소자(3b)의 통류율의 변화율을 제한할 수 있어 외래 노이즈의 영향을 경감하는 것이 가능하게 된다.
도 3에 도시한 보정 제어 수단(13)에서의 전원 전류 평균값(13d) 혹은 모터 회전수(13e)를 선택하는 선택기(13f)나 보정 제어(13) 내의 목표 직류 전압 연산기(13a), 비례 게인 리미터 연산기(13b), PWM 통전율 리미터 연산기(13c)에서 임의로 설정하는 상수에 대해서는, 영구 자석 동기 모터의 성능, 평활 컨덴서의 정전 용량, 승압 쵸퍼용 스위칭 소자 등 회로 구성 부품의 성능에 의해 조정이 필요하기 때문에 외부 기억 장치 등에 의해 상수를 설정 가능하게 하는 기능을 갖는 것이 한층 더 바람직하다.
전술한 실시 형태에 따르면, 컨버터 회로 내의 승압 쵸퍼용 스위칭 소자의 통류율 연산에 이용하고 있는 전원 전류값의 평균값 혹은 모터 회전수에 의해 승압 쵸퍼 회로 효율이나 인버터 회로 효율 및 모터 효율을 고려한 가장 고효율의 직류 전압값을 연산하는 것이 가능하게 된다.
교류 전원이 낮아져 승압 쵸퍼용 스위칭 소자의 통류율이 커졌을 때의 승압 쵸퍼용 스위칭 소자의 온도 상승이나 전원 전류의 피크 전류가 높아지는 상태에서도, 현재 직류 전압값과 목표 직류 전압값의 편차를 연산하고, 연산된 편차에 기초하여 승압 쵸퍼용 스위칭 소자의 통류율을 연산할 때의 승압비의 유효 범위를 제한하는 것이 가능해져, 승압 쵸퍼용 스위칭 소자의 온도 상승이나 전원 전류의 피크 전류를 억제하는 것이 가능하게 된다.
또한, 컨버터 제어의 기본 방식인 정현파 전류 명령 파형이나 전원 전압 위상을 검출하지 않고 전원 전류의 순시값과 비례 게인만을 이용하여 입력 전류 파형을 전원 전압에 동기한 정현파 파형으로 하는 제어에서의, 상기 전원 전류의 순시값이 외래 노이즈 등의 영향을 받아, 정확한 정보가 아니라 잘못된 정보에 기초하여 상기 컨버터 제어 수단에 승압 쵸퍼용 스위칭 소자의 통류율을 연산하게 된 경우에 있어서도, 승압 쵸퍼용 스위칭 소자의 통류율의 변화율을 제한하는 연산기를 설치함으로써 외래 노이즈의 영향을 경감하는 것이 가능하게 된다.

Claims (8)

  1. 컨버터 회로와, 상기 컨버터 회로를 제어하는 제어 장치를 구비하고,
    상기 컨버터 회로는, 교류를 직류로 변환하는 정류 회로와, 승압 쵸퍼용 스위칭 소자에 의한 스위칭 동작 및 리액터에 의한 에너지 축적 효과를 이용하여 승압하는 승압 회로와, 이 승압된 직류 전압을 평활하는 평활 컨덴서를 구비하고,
    상기 제어 장치는 상기 승압 쵸퍼용 스위칭 소자의 통전율을 연산하여 상기 승압 쵸퍼용 스위칭 소자를 제어하는 컨버터 제어 수단을 구비한 모터 구동 장치로서,
    상기 컨버터 제어 수단은, 기준으로 되는 정현파 전류 명령 파형이나 전원 전압 위상을 검출하지 않고 전원 전류의 순시값과 비례 게인에 기초하여 입력 전류 파형을 전원 전압에 동기한 정현파 파형으로 제어하는 승압비 제어 수단과, 상기 컨버터 회로의 평활 컨덴서에 의해 평활된 직류 전압값과 목표 직류 전압의 편차가 소정의 값으로 되도록 상기 비례 게인을 연산하는 비례 게인 연산 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨버터 회로에서 승압되어 평활된 직류 전압에 기초하여 영구 자석 동기 모터의 회전수를 제어하는 인버터 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 컨버터 제어 수단은 전원 전류값 혹은 모터 회전수에 따른 목표 직류 전압을 연산하여 상기 비례 게인 연산 수단에 출력하는 보정 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 보정 제어 수단은 전원 전류값 혹은 모터 회전수에 따른 목표 직류 전압으로 되도록 현재 직류 전압값과 목표 직류 전압값의 차분으로부터 상기 승압 쵸퍼용 스위칭 소자의 통류비를 연산하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 보정 제어 수단은 상기 승압 쵸퍼용 스위칭 소자의 통류비에 대한 게인 유효 범위를 전원 전류값 혹은 모터 회전수에 따라서 연산하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 보정 제어 수단은 승압 쵸퍼용 스위칭 소자의 통류율에 대한 변화율의 유효 범위를 전원 전류값 혹은 모터 회전수에 따라서 연산하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 목표 직류 전압을 전원 전류값 혹은 모터 회전수에 의해 구하는 것이 가능한지를 외부 선택 기능이나 외부 기억 장치 등에 의해 선택하는 것이 가능하게 한 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  8. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 목표 직류 전압, 상기 승압 쵸퍼용 스위칭 소자의 통류비, 상기 승압 쵸퍼용 스위칭 소자의 통류비에 대한 유효 범위, 상기 승압 쵸퍼용 스위칭 소자의 통류율에 대한 변화율의 유효 범위 중 어느 하나에서의 설정점을 외부 선택 기능 또는 외부 기억 장치에 의해 선택하는 것이 가능하게 한 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
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