JP2010130752A - Phase current estimator for motor - Google Patents
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Abstract
【課題】相電流の推定精度を適切に向上させる。
【解決手段】電動機の相電流推定装置10は、インバータ13の変調率RTcと所定の変調率下限値RTLとの偏差(変調率偏差ΔRT)に応じて、DC−DCコンバータ12からインバータ13に印加される直流電圧(インバータ13の入力電圧Vdc)の大きさを指示する出力電圧指令Vdccを出力するDC−DCコンバータ出力電圧制御部を備える。所定の変調率下限値RTLは、インバータ13の直流側電流Idcを直流側電流センサによって適切に検出するための所望の長さのパルス幅(パルス幅変調におけるパルス幅)を確保することができるインバータ13の変調率の下限値である。
【選択図】図1
A phase current estimation accuracy is appropriately improved.
An electric motor phase current estimating apparatus 10 applies a DC-DC converter 12 to an inverter 13 in accordance with a deviation (modulation rate deviation ΔRT) between a modulation rate RTc of the inverter 13 and a predetermined modulation rate lower limit value RTL. A DC-DC converter output voltage control unit that outputs an output voltage command Vdcc instructing the magnitude of the DC voltage (the input voltage Vdc of the inverter 13). The predetermined modulation factor lower limit value RTL is an inverter that can ensure a pulse width of a desired length (pulse width in pulse width modulation) for appropriately detecting the DC side current Idc of the inverter 13 by the DC side current sensor. 13 is a lower limit value of the modulation rate.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、電動機の相電流推定装置に関する。 The present invention relates to a phase current estimation device for an electric motor.
従来、例えば指令電圧ベクトルを作成可能な60度位相が異なる2つの第1および第2基本電圧ベクトル成分を、1PWM周期(搬送波周期の1周期)をなす第1の期間内に出力すると共に、第1および第2基本電圧ベクトル成分に対しそれぞれ180度位相が異なる2つの第3および第4基本電圧ベクトル成分を、第1の期間に連続する1PWM周期をなす第2の期間内に出力することで、例えば変調度が小さい場合や出力電圧ベクトルの位相が単一の基本電圧ベクトルに近い位相となる状態において所望の長さのパルス幅を確保するインバータ装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
また、従来、例えば指令電圧ベクトルが小さい場合に、所定期間での平均値がゼロとなるパルス電圧を指令電圧ベクトルに重畳することで、指令電圧ベクトルを正側および負側に増大させて、センサレス制御での電動機の電圧方程式から回転子の位置角度および回転速度を演算する制御装置が知られている(例えば、特許文献2参照)。
Further, conventionally, when the command voltage vector is small, for example, the command voltage vector is increased to the positive side and the negative side by superimposing the pulse voltage with an average value of zero in a predetermined period on the command voltage vector, so that the sensorless A control device that calculates a rotor position angle and a rotational speed from a voltage equation of a motor in control is known (see, for example, Patent Document 2).
ところで、上記従来技術に係るインバータ装置においては、所望の長さのパルス幅を確保するために、指令電圧ベクトルを2つの第1および第2の期間の各PWM周期内のベクトルに分解したときに発生する高調波成分(つまり、分解により得られるベクトルと指令電圧ベクトルとの差)に起因して、騒音およびトルク脈動が増大し、電流制御の安定性が劣化してしまうという問題が生じる。
また、上記従来技術に係る制御装置においては、パルス電圧を指令電圧ベクトルに重畳することに起因して高調波成分が発生し、電流制御の安定性が劣化してしまうという問題が生じる。
しかも、上記従来技術に係るインバータ装置および制御装置においては、電動機の回転速度およびトルクが小さい場合にはインバータの変調率が低下し、例えばセンサレス制御時などにおいてインバータの直流側電流から相電流を推定する際に直流側電流を適切に検出するために要する所望の長さのパルス幅(つまりパルス幅変調におけるパルス幅)を確保することが困難になるという問題が生じる。そして、この変調率が小さい領域は、インバータの入力電圧が増大することに伴い、拡大してしまうという問題が生じる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、高調波成分の発生に起因する騒音およびトルク脈動の増大を抑制し、電流制御の所望の安定性を確保しつつ、相電流の推定精度を適切に向上させることが可能な電動機の相電流推定装置を提供することを目的とする。
By the way, in the inverter device according to the above prior art, when the command voltage vector is decomposed into the vectors in the PWM periods of the two first and second periods in order to secure a desired pulse width. Due to the generated harmonic components (that is, the difference between the vector obtained by the decomposition and the command voltage vector), there arises a problem that noise and torque pulsation increase and current control stability deteriorates.
Further, in the control device according to the above prior art, there arises a problem that harmonic components are generated due to superimposition of the pulse voltage on the command voltage vector, and the stability of the current control is deteriorated.
In addition, in the inverter device and the control device according to the above prior art, when the rotational speed and torque of the motor are small, the modulation rate of the inverter decreases, and the phase current is estimated from the DC side current of the inverter, for example, during sensorless control. In this case, there arises a problem that it is difficult to secure a pulse width having a desired length required for appropriately detecting the DC side current (that is, a pulse width in pulse width modulation). And the area | region where this modulation factor is small raises the problem that it will expand with the input voltage of an inverter increasing.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and suppresses an increase in noise and torque pulsation caused by the generation of harmonic components, while ensuring the desired stability of current control and appropriately increasing the estimation accuracy of the phase current. It is an object of the present invention to provide an electric motor phase current estimation device that can be improved to a high level.
上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明の第1態様に係る電動機の相電流推定装置は、パルス幅変調信号により3相交流の電動機(例えば、実施の形態でのモータ11)への通電を順次転流させるインバータ(例えば、実施の形態でのインバータ13)と、前記パルス幅変調信号を搬送波信号により生成するパルス幅変調信号生成手段(例えば、実施の形態でのPWM信号生成部25)と、前記インバータに直流電力を可変に供給する直流電力可変供給手段(例えば、実施の形態でのDC−DCコンバータ12)と、前記インバータの直流側電流を検出する直流側電流センサ(例えば、実施の形態での直流側電流センサ31)と、前記直流側電流センサにより検出された前記直流側電流に基づいて相電流を推定する相電流推定手段(例えば、実施の形態での相電流推定部23)と、前記インバータの変調率に応じて前記直流電力可変供給手段から前記インバータに印加される直流電圧の大きさを制御する印加電圧制御手段(例えば、実施の形態でのDC−DCコンバータ出力電圧制御部48)とを備える。
In order to solve the above-described problems and achieve the object, a phase current estimation apparatus for an electric motor according to a first aspect of the present invention uses a three-phase AC electric motor (for example, the
さらに、本発明の第2態様に係る電動機の相電流推定装置では、前記印加電圧制御手段は、前記相電流推定手段による前記相電流の推定が可能である変調率範囲を規定する所定下限変調率を前記インバータの変調率から減算して得た変調率偏差が減少することに伴い、前記直流電圧の大きさを減少傾向に変化させる。 Furthermore, in the motor phase current estimating apparatus according to the second aspect of the present invention, the applied voltage control means is a predetermined lower limit modulation rate that defines a modulation rate range in which the phase current can be estimated by the phase current estimating means. As the modulation factor deviation obtained by subtracting from the modulation factor of the inverter decreases, the magnitude of the DC voltage changes in a decreasing trend.
本発明の第1態様に係る電動機の相電流推定装置によれば、インバータの変調率に応じて直流電力可変供給手段からインバータに印加される直流電圧の大きさを制御することにより、インバータの直流側電流から相電流を推定する際に直流側電流を適切に検出するために要する所望の長さのパルス幅(つまりパルス幅変調におけるパルス幅)を確保することができる。これにより、高調波電圧の発生あるいは印加が必要とされる運転領域を低減し、例えば高調波電圧に起因して騒音およびトルク脈動が増大したり、電流制御の安定性が劣化してしまう運転領域を低減して、相電流の推定精度を適切に向上させることができる。 According to the phase current estimating apparatus for an electric motor according to the first aspect of the present invention, the DC voltage of the inverter is controlled by controlling the magnitude of the DC voltage applied to the inverter from the DC power variable supply means according to the modulation rate of the inverter. When estimating the phase current from the side current, it is possible to secure a pulse width having a desired length required for appropriately detecting the DC side current (that is, the pulse width in the pulse width modulation). As a result, the operation region where generation or application of harmonic voltage is required is reduced, for example, the operation region where noise and torque pulsation increase due to the harmonic voltage or the stability of current control deteriorates. The phase current estimation accuracy can be appropriately improved.
さらに、本発明の第2態様に係る電動機の相電流推定装置によれば、インバータの変調率は入力電圧に反比例することから、直流電力可変供給手段からインバータに印加される直流電圧の大きさを減少傾向に変化させることで、インバータの変調率を増大させることができる。これにより、インバータの直流側電流から相電流を推定する際に直流側電流を適切に検出するために要する所望の長さのパルス幅(つまりパルス幅変調におけるパルス幅)を確保し、相電流の推定精度を適切に向上させることができる。 Furthermore, according to the phase current estimating apparatus for an electric motor according to the second aspect of the present invention, since the modulation factor of the inverter is inversely proportional to the input voltage, the magnitude of the DC voltage applied to the inverter from the DC power variable supply means is reduced. By changing to a decreasing tendency, the modulation rate of the inverter can be increased. As a result, when estimating the phase current from the DC side current of the inverter, the pulse width of a desired length required for properly detecting the DC side current (that is, the pulse width in the pulse width modulation) is secured, and the phase current The estimation accuracy can be improved appropriately.
以下、本発明の電動機の相電流推定装置の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
この実施形態による電動機の相電流推定装置10(以下、単に、相電流推定装置10と呼ぶ)は、例えば3相交流のブラシレスDCモータ11(以下、単に、モータ11と呼ぶ)に通電される各相電流を推定するものであって、このモータ11は、界磁に利用する永久磁石を有する回転子(図示略)と、この回転子を回転させる回転磁界を発生する固定子(図示略)とを備えて構成されている。
そして、相電流推定装置10は、例えば図1に示すように、DC−DCコンバータ12を直流電源とするインバータ13と、モータ制御装置14とを備えて構成されている。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of an electric motor phase current estimating apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
An electric motor phase current estimation device 10 (hereinafter simply referred to as a phase current estimation device 10) according to this embodiment is energized by, for example, a three-phase AC brushless DC motor 11 (hereinafter simply referred to as a motor 11). The
And the phase
この3相(例えば、U相、V相、W相の3相)交流のモータ11の駆動はモータ制御装置14から出力される制御指令を受けてインバータ13によりおこなわれる。
インバータ13は、スイッチング素子(例えば、MOSFET:Metal Oxide Semi-conductor Field Effect Transistor)を複数用いてブリッジ接続してなるブリッジ回路13aと平滑コンデンサCとを具備し、このブリッジ回路13aがパルス幅変調(PWM)された信号によって駆動される。
The three-phase (for example, U-phase, V-phase, and W-phase)
The
このブリッジ回路13aでは、例えば各相毎に対をなすハイ側およびロー側U相トランジスタUH,ULと、ハイ側およびロー側V相トランジスタVH,VLと、ハイ側およびロー側W相トランジスタWH,WLとがブリッジ接続されている。そして、各トランジスタUH,VH,WHはドレインがDC−DCコンバータ12の正極側端子に接続されてハイサイドアームを構成し、各トランジスタUL,VL,WLはソースがDC−DCコンバータ12の接地された負極側端子に接続されてローサイドアームを構成している。そして、各相毎に、ハイサイドアームの各トランジスタUH,VH,WHのソースはローサイドアームの各トランジスタUL,VL,WLのドレインに接続され、各トランジスタUH,UL,VH,VL,WH,WLのドレイン−ソース間には、ソースからドレインに向けて順方向となるようにして、各ダイオードDUH,DUL,DVH,DVL,DWH,DWLが接続されている。
In this
インバータ13は、例えばモータ11の駆動時等においてモータ制御装置14から出力されて各トランジスタUH,VH,WH,UL,VL,WLのゲートに入力されるスイッチング指令であるゲート信号(つまり、PWM信号)に基づき、各相毎に対をなす各トランジスタのオン(導通)/オフ(遮断)状態を切り替えることによって、DC−DCコンバータ12から供給される直流電力を3相交流電力に変換し、3相のステータ巻線への通電を順次転流させることで、各相のステータ巻線に交流のU相電流IuおよびV相電流IvおよびW相電流Iwを通電する。
The
モータ制御装置14は、後述するように、回転直交座標をなすγ−δ座標上で電流のフィードバック制御(ベクトル制御)を行うものであり、指令γ軸電流Iγc及び指令δ軸電流Iδcを演算し、指令γ軸電流Iγc及び指令δ軸電流Iδcに基づいて各相電圧指令Vu,Vv,Vwを算出し、各相電圧指令Vu,Vv,Vwに応じてインバータ13に対するゲート信号であるPWM信号を出力する。そして、実際にインバータ13からモータ11に供給される各相電流Iu,Iv,Iwをγ−δ座標上に変換して得たγ軸電流Iγ及びδ軸電流Iδと、指令γ軸電流Iγc及び指令δ軸電流Iδcとの各偏差がゼロとなるように制御をおこなう。
As will be described later, the
モータ制御装置14は、例えば電流センサI/F(インターフェース)21と、過電流保護装置22と、相電流推定部23と、制御装置24と、PWM信号生成部25とを備えて構成されている。
電流センサI/F(インターフェース)21は、インバータ13のブリッジ回路13aとDC−DCコンバータ12の負極側端子との間において、インバータ13のブリッジ回路13aの直流側電流Idcを検出する直流側電流センサ31に接続され、直流側電流センサ31から出力される検出信号を過電流保護装置22および相電流推定部23に出力する。
なお、直流側電流センサ31はインバータ13のブリッジ回路13aとDC−DCコンバータ12の正極側端子との間に配置されてもよい。
また、モータ11の回転子の回転角(つまり、所定の基準回転位置からの回転子の磁極の回転角度であって、モータ11の回転軸の回転位置)を検出する角度センサ32から出力される検出信号は制御装置24に入力されている。
なお、角度センサ32は省略されて、代わりに、回転子の磁極位置を推定する装置を備えてもよい。
The
The current sensor I / F (interface) 21 is a DC-side current sensor that detects a DC-side current Idc of the
The
Further, it is output from the
Note that the
過電流保護装置22は、直流側電流センサ31により検出される直流側電流Idcに応じて所定の過電流保護の動作をおこなう。
相電流推定部23は、PWM信号生成部25から出力されるゲート信号(つまり、PWM信号)に応じた検出タイミングで直流側電流センサ31により検出される直流側電流Idcに基づき、実際にインバータ13からモータ11に供給される各相電流Iu,Iv,Iwを推定する。なお、この相電流推定部23の動作の詳細は後述する。
The
The phase
制御装置24は、角度センサ32から出力されるモータ11の回転角(所定の基準回転位置からの回転子の磁極の回転角度)θeに基づくことで実際のモータ11が有する回転直交座標のd−q軸と同等となる回転直交座標のγ−δ軸において、このγ−δ座標上で電流のフィードバック制御(ベクトル制御)をおこなう。
制御装置24は、指令γ軸電流Iγc及び指令δ軸電流Iδcを生成し、指令γ軸電流Iγc及び指令δ軸電流Iδcに基づいて各相電圧指令Vu,Vv,Vwを算出し、PWM信号生成部25に出力する。
また、制御装置24は、相電流推定部23から出力される各相電流Iu,Iv,Iwをγδ座標上に変換して得たγ軸電流Iγ及びδ軸電流Iδと、指令γ軸電流Iγc及び指令δ軸電流Iδcとの各偏差がゼロとなるように電流のフィードバック制御(ベクトル制御)をおこなう。
なお、この制御装置24の動作の詳細は後述する。
The
The
Further, the
Details of the operation of the
PWM信号生成部25は、正弦波状の電流を3相のステータ巻線に通電するために、各相電圧指令Vu,Vv,Vwと、三角波などのキャリア信号とを比較して、インバータ13の各トランジスタUH,VH,WH,UL,VL,WLをオン/オフ駆動させるゲート信号(つまり、PWM信号)を生成する。そして、インバータ13において3相の各相毎に対をなす各トランジスタのオン(導通)/オフ(遮断)状態を切り替えることによって、DC−DCコンバータ12から供給される直流電力を3相交流電力に変換し、3相のモータ11の各ステータ巻線への通電を順次転流させることで、各ステータ巻線に交流のU相電流IuおよびV相電流IvおよびW相電流Iwを通電する。
The PWM
PWM信号生成部25からインバータ13に入力されるゲート信号は、各相毎に対をなす各トランジスタUH,ULおよびVH,VLおよびWH,WLのオン/オフ状態の組み合わせに応じて、例えば下記表1および図2(A)〜(H)に示すように、8通りの各スイッチング状態S1〜S8(つまり、60度ずつ位相が異なる基本電圧ベクトルV0〜V7の状態)に応じたPWM(パルス幅変調)信号となる。なお、下記表1においては、ハイ側(High)およびロー側(Low)の各トランジスタのうちオン状態となるトランジスタを示しており、図2(A)〜(H)においてはオン状態となるトランジスタが網掛け表示されている。
そして、インバータ13のブリッジ回路13aの直流側には各スイッチング状態S1〜S8に応じて断続的に各相電流Iu,Iv,Iwが発生し、直流側電流センサ31により検出される直流側電流Idcは、各相電流Iu,Iv,Iwの何れかひとつ、あるいは、各相電流Iu,Iv,Iwの何れかひとつの符号が反転したもの、あるいは、ゼロとなる。
The gate signal input from the PWM
Then, phase currents Iu, Iv, Iw are intermittently generated on the DC side of the
相電流推定部23は、例えば、三角波などのキャリア信号の1周期の期間において、上述した各スイッチング状態S2〜S7(つまり、60度ずつ位相が異なる基本電圧ベクトルV1〜V6の状態)のうちの所定の2組の状態において直流側電流センサ31により検出される直流側電流Idcから3相の相電流のうち2相の相電流を取得する。そして、これらの2相の相電流に基づき、3相の相電流のうち他の1相の相電流を推定する。そして、直流側電流センサ31により検出される直流側電流Idcから推定して得た3相の相電流の各推定値を制御装置24に出力する。
The phase
例えば図3に示すように、三角波のキャリア信号を用いた3相変調時においては、三角波のキャリア(搬送波)信号の谷側の頂点(キャリア頂点)に対して対称な電圧パターンでのキャリア信号の1周期Tsの期間において、2相分の各相電流の検出値を2回取得することができる。
つまり、相電流推定部23は、キャリア頂点に対して対称な2回の基本電圧ベクトルV1の状態において、キャリア頂点に対して対称な時刻tu1,tu2(つまり、谷側のキャリア頂点の時刻tpに対して、同一の時間間隔T1を有する時刻)で直流側電流センサ31により検出される直流側電流Idcから、第1U相電流Iu1および第2U相電流Iu2を取得し、さらに、キャリア頂点に対して対称な2回の基本電圧ベクトルV3の状態において、キャリア頂点に対して対称な時刻tw1,tw2(つまり、谷側のキャリア頂点の時刻tpに対して、同一の時間間隔T2を有する時刻)で直流側電流センサ31により検出される直流側電流Idcから、第1W相電流Iw1および第2W相電流Iw2を取得する。
For example, as shown in FIG. 3, in the case of three-phase modulation using a triangular carrier signal, the carrier signal with a voltage pattern symmetrical to the peak (carrier vertex) on the valley side of the triangular carrier signal is obtained. In the period of one cycle Ts, the detected value of each phase current for two phases can be acquired twice.
In other words, the phase
そして、相電流推定部23は、各相毎に、各相電流Iu1,Iu2およびIw1,Iw2に基づき平均値を算出し、各平均値を谷側のキャリア頂点の時刻tpでの電流値とする。
そして、相電流推定部23は、同一タイミングでの各相電流の電流値の総和はゼロであることを用いて、2相の相電流(例えば、U相電流およびW相電流)の電流値(つまり、谷側のキャリア頂点の時刻tpでの電流値)から、他の1相の相電流(例えば、V相電流)の電流値を算出する。
なお、相電流推定部23は、各相電流Iu1,Iu2およびIw1,Iw2に基づき平均値を算出して、2相の相電流から他の1相の相電流を推定するとしたが、これに限定されず、他の推定方法によって各相電流を推定してもよい。
Then, the phase
Then, the phase
The phase
制御装置24は、例えば図4に示すように、速度制御部41と、指令電流生成部42と、電流制御部43と、γδ−3相変換部44と、3相−γδ変換部45と、回転速度演算部46と、指令電圧−変調率変換部47と、DC−DCコンバータ出力電圧制御部48とを備えて構成されている。
For example, as illustrated in FIG. 4, the
速度制御部41は、外部から入力される回転速度指令値ωrcと、回転速度演算部46から出力される回転速度ωrとの偏差がゼロとなるようにしてクローズループ制御をおこない、トルク指令Tcを演算する。そして、トルク指令Tcを出力する。
なお、制御装置24は、この速度制御部41の代わりにトルク制御部を備え、トルク制御を実行してもよい。
The
The
指令電流生成部42は、速度制御部41から出力されるトルク指令Tcに基づき指令δ軸電流Iδcを演算する。そして、指令δ軸電流Iδcに基づき、指令γ軸電流Iγcを演算し、指令δ軸電流Iδcおよび指令γ軸電流Iγcを出力する。
The command
電流制御部45は、指令電流生成部42から出力される指令γ軸電流Iγcと3相−γδ変換部45から出力されるγ軸電流Iγとの偏差ΔIγを算出し、指令電流生成部42から出力される指令δ軸電流Iδcと3相−γδ変換部45から出力されるδ軸電流Iδとの偏差ΔIδを算出する。そして、例えばPI(比例・積分)動作などにより、偏差ΔIγを制御増幅してγ軸電圧指令値Vγを算出し、偏差ΔIδを制御増幅してδ軸電圧指令値Vδを算出する。そして、γ軸電圧指令値Vγおよびδ軸電圧指令値Vδを出力する。
The
γδ−3相変換部44は、角度センサ32から出力されるモータ11の回転角θeにより、γ−δ座標上でのγ軸電圧指令値Vγおよびδ軸電圧指令値Vδを、静止座標である3相交流座標上での電圧指令値であるU相電圧指令VuおよびV相電圧指令VvおよびW相電圧指令Vwに変換する。
3相−γδ変換部45は、角度センサ32から出力されるモータ11の回転角θeにより、相電流推定部23から出力される各相電流Iu,Iv,Iwの推定値を、γ−δ座標上でのγ軸電流Iγ及びδ軸電流Iδに変換する。
The γδ-3
The three-phase-
回転速度演算部46は、角度センサ32から出力されるモータ11の回転角θeに応じて回転速度ωrを算出し、回転速度ωrを出力する。
The rotation
指令電圧−変調率変換部47は、γδ−3相変換部44から出力される各相電圧指令Vu,Vv,Vwと、インバータ13の入力電圧Vdc(つまり、DC−DCコンバータ12からインバータ13に印加される直流電圧)とに基づき、インバータ13の変調率RTcを算出し、変調率RTcを出力する。
なお、指令電圧−変調率変換部47は、電流制御部43から出力されるγ軸電圧指令値Vγおよびδ軸電圧指令値Vδと、インバータ13の入力電圧Vdcとに基づき、インバータ13の変調率RTcを算出してもよい。
The command voltage-modulation
The command voltage-
DC−DCコンバータ出力電圧制御部48は、例えば図5に示すように、変調率偏差演算部51と、出力電圧指令生成部52とを備えている。
変調率偏差演算部51は、指令電圧−変調率変換部47から出力される変調率RTcから、所定の変調率下限値RTLを減算して得た値を、変調率偏差ΔRTとして出力する。
なお、所定の変調率下限値RTLは、インバータ13の直流側電流Idcを直流側電流センサ31によって適切に検出するための所望の長さのパルス幅(つまりパルス幅変調におけるパルス幅)を確保することができるインバータ13の変調率の下限値である。
The DC-DC converter
The modulation factor
The predetermined modulation factor lower limit value RTL ensures a pulse width having a desired length for appropriately detecting the DC-side current Idc of the
出力電圧指令生成部52は、変調率偏差演算部51から出力される変調率偏差ΔRTに基づき、予め設定された所定マップに対するマップ検索などにより、DC−DCコンバータ12の出力電圧に対する指令値(出力電圧指令Vdcc)を演算する。そして、出力電圧指令Vdccを出力する。
この所定マップでは、例えば変調率偏差ΔRTの変化に対して出力電圧指令Vdccはヒステリシスを有しつつステップ状に変化し、例えば変調率偏差ΔRTが所定値まで増大する場合には、出力電圧指令Vdccは所定の下限値とされ、かつ、変調率偏差ΔRTが所定値を超えて増大する場合には、出力電圧指令Vdccは所定の上限値とされ、かつ、変調率偏差ΔRTがゼロまで減少する場合には、出力電圧指令Vdccは所定の上限値とされ、かつ、変調率偏差ΔRTがゼロ未満に減少する場合には、出力電圧指令Vdccは所定の下限値とされている。
Based on the modulation factor deviation ΔRT output from the modulation factor
In this predetermined map, for example, the output voltage command Vdcc changes stepwise with hysteresis with respect to a change in the modulation factor deviation ΔRT. For example, when the modulation factor deviation ΔRT increases to a predetermined value, the output voltage command Vdcc Is set to a predetermined lower limit value, and when the modulation factor deviation ΔRT increases beyond the predetermined value, the output voltage command Vdcc is set to a predetermined upper limit value, and the modulation factor deviation ΔRT decreases to zero. The output voltage command Vdcc is set to a predetermined upper limit value, and when the modulation factor deviation ΔRT decreases to less than zero, the output voltage command Vdcc is set to a predetermined lower limit value.
上述したように、本実施形態による電動機の相電流推定装置10によれば、インバータ13の変調率RTcに応じてDC−DCコンバータ12からインバータ13に印加される直流電圧(つまりインバータ13の入力電圧Vdc)の大きさを制御する。つまり、インバータ13の変調率RTcは入力電圧Vdcに反比例することから、インバータ13の入力電圧Vdcの大きさを減少傾向に変化させることで、インバータ13の変調率RTcを増大させることができる。したがって、変調率偏差ΔRTが減少することに伴い、入力電圧Vdcの大きさを減少傾向に変化させることで、インバータ13の変調率RTcが所定の変調率下限値RTL未満に低下してしまうことを防止することができる。
これにより、インバータ13の直流側電流Idcから相電流を推定する際に直流側電流Idcを適切に検出するために要する所望の長さのパルス幅(つまりパルス幅変調におけるパルス幅)を確保することができる。そして、例えばモータ11の回転速度が小さい場合などであっても、高調波電圧の発生あるいは印加が必要とされる運転領域を低減し、例えば高調波電圧に起因して騒音およびトルク脈動が増大したり、電流制御の安定性が劣化してしまう運転領域を低減して、相電流の推定精度を適切に向上させることができる。
As described above, according to the motor phase
As a result, a pulse width of a desired length required for appropriately detecting the DC side current Idc when estimating the phase current from the DC side current Idc of the inverter 13 (that is, a pulse width in pulse width modulation) is ensured. Can do. For example, even when the rotational speed of the
なお、上述した実施の形態において、相電流推定部23は、三角波のキャリア信号を用いた3相変調時に対して、キャリア信号の1周期Tsの期間において2相分の各相電流の検出値から各相毎に平均値を算出し、各平均値を谷側のキャリア頂点の時刻Ts/2での電流値とするとしたが、これに限定されず、例えば2相変調時に対しても、キャリア信号の1周期Tsの期間において2相分の各相電流の検出値から各相毎に平均値を算出し、各平均値を谷側のキャリア頂点の時刻Ts/2での電流値としてもよい。なお、相電流推定部23は、2相分の各相電流の検出値から各相毎に平均値を算出して、2相の相電流から他の1相の相電流を推定するとしたが、これに限定されず、他の推定方法によって各相電流を推定してもよい。
In the above-described embodiment, the phase
なお、上述した実施の形態において、DC−DCコンバータ出力電圧制御部48の出力電圧指令生成部52は、変調率偏差ΔRTの変化に対してステップ状に変化する出力電圧指令Vdccを出力するとしたが、これに限定されず、例えば図6に示すように、変調率偏差ΔRTの変化に対して滑らかに変化する出力電圧指令Vdccを出力してもよい。この場合、出力電圧指令生成部52は、例えば変調率偏差ΔRTがゼロから所定値まで増大することに伴い、出力電圧指令Vdccが所定の下限値から所定の上限値まで増大傾向に変化し、かつ、変調率偏差ΔRTがゼロ未満では出力電圧指令Vdccが所定の下限値とされ、かつ、変調率偏差ΔRTが所定値以上では出力電圧指令Vdccが所定の上限値とされる所定マップにより、出力電圧指令Vdccを演算する。
In the above-described embodiment, the output voltage
なお、上述した実施の形態において、DC−DCコンバータ出力電圧制御部48は出力電圧指令生成部52を備えるとしたが、これに限定されず、例えば図7に示すように、出力電圧指令生成部52の代わりにPI制御部53と、リミット処理部54とを備えてもよい。この場合、PI制御部53は、例えばPI(比例・積分)制御をおこない、変調率偏差ΔRTを制御増幅して得た出力電圧指令Vdcc*を出力する。これにより、インバータ13の変調率RTcが所定の変調率下限値RTLよりも大きくなるほど、出力電圧指令Vdcc*が大きくなる。
リミット処理部54は、例えば出力電圧指令Vdcc*と出力電圧指令Vdccとの対応関係を示す所定マップに対するマップ検索などにより出力電圧指令Vdccを演算し、出力電圧指令Vdccを出力する。
なお、出力電圧指令Vdcc*と出力電圧指令Vdccとの対応関係を示す所定マップでは、例えば図7に示すように、出力電圧指令Vdcc*がゼロから第1所定値までの範囲に対して出力電圧指令Vdccが一定の所定の下限値となるように、かつ、出力電圧指令Vdcc*が第1所定値から第2所定値(>第1所定値)まで増大することに伴い、出力電圧指令Vdccが所定の下限値から上限値まで増大傾向に変化するように、かつ、出力電圧指令Vdcc*が第2所定値よりも大きい範囲に対して出力電圧指令Vdccが一定の所定の上限値となるように設定されている。
また、この場合、PI制御部53を省略し、PI(比例・積分)制御以外の他の方法によって出力電圧指令Vdccを演算してもよい。
In the above-described embodiment, the DC-DC converter output
The
In the predetermined map showing the correspondence between the output voltage command Vdcc * and the output voltage command Vdcc, for example, as shown in FIG. 7, the output voltage command Vdcc * is output voltage with respect to a range from zero to the first predetermined value. As the output voltage command Vdcc * increases from the first predetermined value to the second predetermined value (> first predetermined value) so that the command Vdcc becomes a certain predetermined lower limit value, the output voltage command Vdcc becomes The output voltage command Vdcc becomes a constant predetermined upper limit value so that the output voltage command Vdcc * changes in an increasing trend from the predetermined lower limit value to the upper limit value and the output voltage command Vdcc * is larger than the second predetermined value. Is set.
In this case, the
なお、上述した実施の形態においては、インバータ13の直流電源をDC−DCコンバータ12としたが、これに限定されず、インバータ13の入力電圧Vdcを変更可能な他の電源、例えばAC−DCコンバータなどであってもよい。
In the above-described embodiment, the DC power source of the
10 電動機の相電流推定装置
11 モータ
13 インバータ
23 相電流推定部(相電流推定手段)
24 制御装置(制御手段)
25 PWM信号生成部(パルス幅変調信号生成手段)
31 直流側電流センサ
48 DC−DCコンバータ出力電圧制御部(印加電圧制御手段)
DESCRIPTION OF
24 Control device (control means)
25 PWM signal generator (pulse width modulation signal generator)
31 DC-side
Claims (2)
前記インバータの直流側電流を検出する直流側電流センサと、前記直流側電流センサにより検出された前記直流側電流に基づいて相電流を推定する相電流推定手段と、
前記インバータの変調率に応じて前記直流電力可変供給手段から前記インバータに印加される直流電圧の大きさを制御する印加電圧制御手段とを備えることを特徴とする電動機の相電流推定装置。 An inverter that sequentially commutates energization of a three-phase AC motor using a pulse width modulation signal, pulse width modulation signal generation means that generates the pulse width modulation signal using a carrier wave signal, and variably supplies DC power to the inverter DC power variable supply means;
A DC current sensor for detecting a DC current of the inverter; a phase current estimating means for estimating a phase current based on the DC current detected by the DC current sensor;
An apparatus for estimating a phase current of an electric motor, comprising: applied voltage control means for controlling the magnitude of a DC voltage applied to the inverter from the DC power variable supply means in accordance with a modulation rate of the inverter.
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JP2008300928A JP2010130752A (en) | 2008-11-26 | 2008-11-26 | Phase current estimator for motor |
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JP2012034571A (en) * | 2010-08-02 | 2012-02-16 | Alstom Transport Sa | Power train for transportation vehicle, specifically rail vehicle, and method for controlling power train |
KR101171914B1 (en) * | 2010-11-30 | 2012-08-07 | 현대자동차주식회사 | Motor temperature estimation method for green car and apparatus thereof |
AU2016381744B2 (en) * | 2015-12-28 | 2018-11-01 | Daikin Industries, Ltd. | Power converter control device |
-
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