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JP2024158085A - Drive system and control method - Google Patents

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JP2024158085A
JP2024158085A JP2023072949A JP2023072949A JP2024158085A JP 2024158085 A JP2024158085 A JP 2024158085A JP 2023072949 A JP2023072949 A JP 2023072949A JP 2023072949 A JP2023072949 A JP 2023072949A JP 2024158085 A JP2024158085 A JP 2024158085A
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JP
Japan
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frequency
bus
control unit
current
power
Prior art date
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Pending
Application number
JP2023072949A
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Japanese (ja)
Inventor
健志 織田
Kenji Oda
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TMEIC Corp
Original Assignee
TMEIC Corp
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Publication date
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Abstract

To drive a motor so as to reduce a resonance current of an electric circuit.SOLUTION: A drive system includes a smoothing capacitor, an inverter, and a control unit. The smoothing capacitor is connected to a DC bus and smooths a voltage of a pole of the DC bus to which electric power is supplied. The inverter includes a switching element, converts DC power of the DC bus into AC power by switching of the switching element, and supplies the AC power to a motor via an AC bus. The control unit drives the switching element by using a pulse signal obtained by converting a control amount at a predetermined frequency among a plurality of frequencies that are different from each other. A first frequency of the plurality of frequencies different from each other is determined so as to avoid a resonance frequency of an electric circuit including the smoothing capacitor, the inverter, and the motor connected via the AC bus. The control unit uses the pulse signal obtained in a frequency corresponding to the first frequency.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、ドライブシステム及び制御方法に関する。 Embodiments of the present invention relate to a drive system and a control method.

ドライブシステムは、電動機をパルス駆動制御により駆動する。電動機を駆動するパルス駆動制御(例えばPWM制御)のキャリア周波数により回路に共振が発生して過剰な共振電流が流れることがある。このような電気回路の共振は、実際の電気回路内に配置された回路要素の位置、同回路要素の特性、その特性のばらつき等により生じることがある。例えば、互いに並列接続されている平滑コンデンサの間に共振電流が流れることがあった。その共振周波数も同回路要素の位置、同回路要素の特性のばらつき等の影響を受けることがある。電動機を駆動する際に、電気回路の共振電流を低減させることが望まれていた。 The drive system drives the electric motor using pulse drive control. The carrier frequency of the pulse drive control (e.g., PWM control) that drives the electric motor can cause resonance in the circuit, resulting in an excessive resonant current flowing. Such resonance in an electric circuit can be caused by the positions of circuit elements arranged in the actual electric circuit, the characteristics of the circuit elements, variations in the characteristics, etc. For example, a resonant current can flow between smoothing capacitors connected in parallel with each other. The resonant frequency can also be affected by the positions of the circuit elements, variations in the characteristics of the circuit elements, etc. It has been desirable to reduce the resonant current in the electric circuit when driving an electric motor.

特開2014-233178号公報JP 2014-233178 A

本発明の目的は、電気回路の共振電流を低減させるように電動機を駆動するドライブシステム及び制御方法を提供することである。 The object of the present invention is to provide a drive system and control method for driving an electric motor so as to reduce the resonant current in an electric circuit.

実施形態のドライブシステムは、平滑コンデンサと、インバータと、制御部とを備える。前記平滑コンデンサは、直流母線に接続され、電力が供給される直流母線の極の電圧を平滑化する。前記インバータは、スイッチング素子を含み、前記スイッチング素子のスイッチングにより前記直流母線の直流電力を交流電力に変換し、交流母線を介して前記交流電力を電動機に供給する。前記制御部は、互いに異なる複数の周波数のうちの所定の周期で制御量を変換して得られるパルス信号(PWM信号)を用いて前記スイッチング素子を駆動させる。前記互いに異なる複数の周波数のうちの第1の周波数が、前記平滑コンデンサと、前記インバータと、前記交流母線を介して接続される電動機とを含む電気回路の共振周波数を避けるように決定されている。前記制御部は、前記第1の周波数に対応する周期で得られる前記パルス信号を用いる。 The drive system of the embodiment includes a smoothing capacitor, an inverter, and a control unit. The smoothing capacitor is connected to a DC bus and smoothes the voltage of the pole of the DC bus to which power is supplied. The inverter includes a switching element, converts the DC power of the DC bus into AC power by switching the switching element, and supplies the AC power to the electric motor via the AC bus. The control unit drives the switching element using a pulse signal (PWM signal) obtained by converting a control amount at a predetermined period among a plurality of different frequencies. A first frequency among the plurality of different frequencies is determined so as to avoid a resonant frequency of an electric circuit including the smoothing capacitor, the inverter, and the electric motor connected via the AC bus. The control unit uses the pulse signal obtained at a period corresponding to the first frequency.

第1の実施形態のドライブシステムの構成図。FIG. 1 is a configuration diagram of a drive system according to a first embodiment. 第1の実施形態の界磁弱め制御部の構成図。FIG. 2 is a configuration diagram of a field weakening control unit according to the first embodiment. 第1の実施形態の界磁弱め制御の詳細について説明するための図。5A and 5B are diagrams for explaining details of the field weakening control according to the first embodiment. 第1の実施形態の一例の電気回路の共振特性を説明するための図。FIG. 4 is a diagram for explaining resonance characteristics of an example electric circuit according to the first embodiment. 第1の実施形態のキャリア周波数の切替制御を説明するための図。FIG. 4 is a diagram for explaining carrier frequency switching control according to the first embodiment. 第2の実施形態のキャリア周波数の切替制御を説明するための図。FIG. 11 is a diagram for explaining carrier frequency switching control according to the second embodiment. 第2の実施形態の変形例のキャリア周波数の切替制御を説明するための図。FIG. 13 is a diagram for explaining carrier frequency switching control in a modified example of the second embodiment. 第3の実施形態のキャリア周波数の切替制御を説明するための図。FIG. 13 is a diagram for explaining carrier frequency switching control according to the third embodiment. 第3の実施形態の変形例のキャリア周波数の切替制御を説明するための図。FIG. 13 is a diagram for explaining carrier frequency switching control in a modified example of the third embodiment.

以下、実施形態のドライブシステム及び制御方法を、図面を参照して説明する。以下の説明では、同一又は類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。 The drive system and control method of the embodiment will be described below with reference to the drawings. In the following description, components having the same or similar functions are denoted by the same reference numerals.

明細書で言う「接続」とは、物理的に接続される場合に限定されず、電気的に接続される場合も含む。明細書で言う「回転速度(rotational rate)」とは、電動機の回転子角速度(rotor angular velocity)に対応する物理量のことである。明細書で言う「回転速度基準(reference rotational rate)」とは、電動機の回転速度の制御目標値のことであり、回転子の角速度、回転子の回転数、又は回転子の回転数に対応する周波数などで表すことができる。以下の説明では、回転子の回転数で規定した回転速度基準を用いて、電動機の回転速度を制御する事例について説明する。例えば、電動機の回転速度及び回転速度基準の単位には、「rpm(Revolutions Per Minute)」などが使われる。 In the specification, "connection" is not limited to physical connection, but also includes electrical connection. In the specification, "rotational rate" refers to a physical quantity corresponding to the rotor angular velocity of the motor. In the specification, "reference rotational rate" refers to a control target value for the rotational speed of the motor, which can be expressed as the angular velocity of the rotor, the rotation speed of the rotor, or the frequency corresponding to the rotation speed of the rotor. In the following explanation, an example is described in which the rotational speed reference defined by the rotor rotation speed is used to control the rotational speed of the motor. For example, "rpm (Revolutions Per Minute)" is used as a unit of the rotational speed and the rotational speed reference of the motor.

(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態のドライブシステム1を示す構成図である。図1には、ドライブシステム1、電力変換装置2(インバータ)、電動機3、機械負荷4、及び交流電源PSが示される。
First Embodiment
Fig. 1 is a configuration diagram showing a drive system 1 of the first embodiment. Fig. 1 shows the drive system 1, a power conversion device 2 (inverter), an electric motor 3, a mechanical load 4, and an AC power supply PS.

交流電源PSは、商用電源系統や交流発電機などであり、例えば、3相交流電力を電力変換装置2に供給する。 The AC power source PS is a commercial power system or an AC generator, and supplies, for example, three-phase AC power to the power conversion device 2.

ドライブシステム1は、例えば、電力変換装置2と、電動機3とを備える。 The drive system 1 includes, for example, a power conversion device 2 and an electric motor 3.

電動機3は、例えば、誘導電動機などの可変速の回転電動機(M)である。電動機3は、電力変換装置2から3相交流電力が供給されると、回転駆動力を出力軸に出力し、その回転駆動力により出力軸に連結される機械負荷4を駆動する。電動機3は、電動機3の軸の回転速度を検出する回転速度センサ3Aを備えていてもよい。回転速度センサ3Aは、例えば、検出した電動機3の軸の回転速度ωrを出力する。 The electric motor 3 is, for example, a variable speed rotating motor (M) such as an induction motor. When three-phase AC power is supplied from the power conversion device 2, the electric motor 3 outputs a rotational driving force to an output shaft, and the rotational driving force drives a mechanical load 4 connected to the output shaft. The electric motor 3 may be equipped with a rotational speed sensor 3A that detects the rotational speed of the shaft of the electric motor 3. The rotational speed sensor 3A outputs, for example, the detected rotational speed ωr of the shaft of the electric motor 3.

電力変換装置2は、3相交流電力を生成し、生成した3相交流電力を、電動機3に供給する。
ところで、電力変換装置2内の直流母線に複数の平滑コンデンサが接続されている場合などに共振が生じて、その共振電流が平滑コンデンサに流れることがあった。共振電流は、加振源となるスイッチング素子50Sのスイッチング周波数(周期)、スイッチングにより変化する主電流の経時変化を示す波形の立上り時間や立下り時間、当該平滑コンデンサの容量、その平滑コンデンサが接続されている直流母線のインダクタンスなどに依存する。このため、その電気回路に固有の共振周波数が、電気回路の実装状況により決まる。類似の実装状況であれば、その共振周波数は互いに略等しくなる。その電気回路の共振周波数を、実験的又は解析的に予め定めるとよい。
The power conversion device 2 generates three-phase AC power and supplies the generated three-phase AC power to the electric motor 3 .
However, when multiple smoothing capacitors are connected to the DC bus in the power conversion device 2, resonance may occur and the resonant current may flow through the smoothing capacitor. The resonant current depends on the switching frequency (period) of the switching element 50S, which is the excitation source, the rise time and fall time of the waveform indicating the change over time of the main current that changes due to switching, the capacity of the smoothing capacitor, and the inductance of the DC bus to which the smoothing capacitor is connected. Therefore, the resonant frequency specific to the electric circuit is determined by the mounting condition of the electric circuit. If the mounting conditions are similar, the resonant frequencies are approximately equal to each other. It is preferable to determine the resonant frequency of the electric circuit in advance experimentally or analytically.

電力変換装置2は、順変換装置20(整流器)、平滑コンデンサ30、インバータ50、制御部60、電流検出器70、及び温度検出部80を備える。 The power conversion device 2 includes a forward converter 20 (rectifier), a smoothing capacitor 30, an inverter 50, a control unit 60, a current detector 70, and a temperature detector 80.

順変換装置20の交流側には、交流電源PSが接続され、順変換装置20の直流側には、平滑コンデンサ30とインバータ50とが直流母線を介して接続されている。順変換装置20は、交流電源PSから供給される交流電力を直流電力に変換して、平滑コンデンサ30によって直流電力の電圧(直流母線の極の電圧)を平滑化する。 The AC power source PS is connected to the AC side of the forward converter 20, and the smoothing capacitor 30 and the inverter 50 are connected to the DC side of the forward converter 20 via a DC bus. The forward converter 20 converts the AC power supplied from the AC power source PS into DC power, and the smoothing capacitor 30 smoothes the voltage of the DC power (the voltage of the poles of the DC bus).

インバータ50は、例えば、1又は複数のスイッチング素子50Sを含む電力変換装置の一例である。スイッチング素子50Sの種類は、IGBT、MOSFETなどに制限されることなく、他の種類のものでもよい。例えばインバータ50のスイッチング素子50Sは、制御部60によってPWM(Pulse Width Modulation)制御のパルスによりON/OFF制御される。インバータ50は、順変換装置20等から直流母線を介して供給される直流電力を、スイッチング素子50Sのスイッチングにより交流電力に変換する。インバータ50は、変換した3相交流電力を、インバータ50の出力に交流母線等を介して接続される電動機3に供給して、電動機を駆動させる。インバータ50が出力する3相交流電力の各相を、U相V相W相と呼ぶ。 The inverter 50 is an example of a power conversion device including, for example, one or more switching elements 50S. The type of the switching element 50S is not limited to IGBT, MOSFET, etc., and may be other types. For example, the switching element 50S of the inverter 50 is ON/OFF controlled by the control unit 60 using pulses of PWM (Pulse Width Modulation) control. The inverter 50 converts DC power supplied from the forward converter 20 or the like via a DC bus into AC power by switching the switching element 50S. The inverter 50 supplies the converted three-phase AC power to the electric motor 3 connected to the output of the inverter 50 via an AC bus or the like to drive the electric motor. The phases of the three-phase AC power output by the inverter 50 are called U-phase, V-phase, and W-phase.

電流検出器70は、例えば、インバータ50の出力と電動機3とを接続する交流母線のV相とW相に設けられ、電力変換装置2が電動機3の巻線に供給する負荷電流IvsとIwsとを検出する。
温度検出部80は、例えば、平滑コンデンサ30又は直流母線に設けられ、平滑コンデンサ30又は直流母線の温度を検出する。
The current detector 70 is provided, for example, on the V phase and W phase of an AC bus connecting the output of the inverter 50 and the motor 3, and detects the load currents Ivs and Iws supplied by the power conversion device 2 to the windings of the motor 3.
The temperature detection unit 80 is provided, for example, in the smoothing capacitor 30 or in the DC bus, and detects the temperature of the smoothing capacitor 30 or in the DC bus.

制御部60は、例えば、検出速度処理部61と、界磁弱め制御部62と、PWMキャリア生成部63と、速度制御部64と、検出電流処理部65と、座標変換部66と、電流制御部67と、逆座標変換部68と、PWMコントローラ69とを備える。 The control unit 60 includes, for example, a detection speed processing unit 61, a field weakening control unit 62, a PWM carrier generation unit 63, a speed control unit 64, a detection current processing unit 65, a coordinate conversion unit 66, a current control unit 67, an inverse coordinate conversion unit 68, and a PWM controller 69.

例えば、電動機3の回転速度を回転速度基準ω_refと規定する。本実施形態の回転速度基準ω_refは、上位コントローラなどからの要求トルク等に基づいて生成され、速度制御部64に供給される。回転速度基準ω_refの単位に「rpm」を用いる。 For example, the rotational speed of the electric motor 3 is defined as the rotational speed reference ω_ref. In this embodiment, the rotational speed reference ω_ref is generated based on the required torque from a higher-level controller or the like, and is supplied to the speed control unit 64. The unit of the rotational speed reference ω_ref is "rpm."

検出速度処理部61は、回転速度センサ3Aによって検出された電動機3の軸の回転速度ωrに基づいた回転速度ω_fbkと位相θ_fbkとを生成して出力する。回転速度ω_fbkは、電動機3の軸の回転速度を示し、その単位が「rpm」である。位相θ_fbkは、電動機3の軸の角度と電動機3の極数とに基づいて算出される電気角を示し、その単位が「ラジアン(rad)」である。 The detected speed processing unit 61 generates and outputs the rotation speed ω_fbk and phase θ_fbk based on the rotation speed ωr of the shaft of the electric motor 3 detected by the rotation speed sensor 3A. The rotation speed ω_fbk indicates the rotation speed of the shaft of the electric motor 3, and its unit is "rpm". The phase θ_fbk indicates the electrical angle calculated based on the angle of the shaft of the electric motor 3 and the number of poles of the electric motor 3, and its unit is "radian (rad)".

速度制御部64は、回転速度基準ω_refと、検出速度処理部61から出力される回転速度ω_fbkとに基づいて、電流基準Idq_refを生成する。電流基準Idq_refは、直交するdq軸を有する回転子座標系の電流基準Id_refと電流基準Iq_refとをベクトル値で示したものである。例えば、速度制御部64は、補正回転速度基準ωcor_refと回転速度ω_fbkとの差が、d軸とq軸の成分ごとにそれぞれ0になるように、電流基準Idq_refを生成する。 The speed control unit 64 generates a current reference Idq_ref based on the rotation speed reference ω_ref and the rotation speed ω_fbk output from the detected speed processing unit 61. The current reference Idq_ref is a vector value representing the current reference Id_ref and the current reference Iq_ref in a rotor coordinate system having orthogonal d and q axes. For example, the speed control unit 64 generates the current reference Idq_ref so that the difference between the corrected rotation speed reference ωcor_ref and the rotation speed ω_fbk is zero for each of the d-axis and q-axis components.

検出電流処理部65は、電流検出器70によって検出された負荷電流に基づいた、電流値Iuvw_fbkと電流値I_fbkとを出力する。電流値Iuvw_fbkは、電動機3の相電流Iu_fbk、Iv_fbk、Iw_fbkを、U相V相W相に対応する3軸を有する3相座標空間のベクトル値で示したものである。電流値I_fbkは、電流値Iuvw_fbkの大きさを示すスカラー値である。 The detected current processing unit 65 outputs the current value Iuvw_fbk and the current value I_fbk based on the load current detected by the current detector 70. The current value Iuvw_fbk represents the phase currents Iu_fbk, Iv_fbk, and Iw_fbk of the motor 3 as vector values in a three-phase coordinate space having three axes corresponding to the U-phase, V-phase, and W-phase. The current value I_fbk is a scalar value indicating the magnitude of the current value Iuvw_fbk.

座標変換部66は、位相θ_fbkを用いて、3相座標系の電流値Iuvw_fbkを、dq軸を有する回転子座標系に変換して、電流値Idq_fbkを生成する。これをdq変換と呼ぶ。dq軸を有する回転子座標系は、例えば、静止座標系である固定子座標系のU相方向の軸とd軸が成す角が位相θ_fbkに等しくなる位置に回転している回転座標系である。 The coordinate conversion unit 66 converts the current value Iuvw_fbk in the three-phase coordinate system into a rotor coordinate system having dq axes using the phase θ_fbk to generate a current value Idq_fbk. This is called dq conversion. The rotor coordinate system having dq axes is, for example, a rotating coordinate system that has rotated to a position where the angle between the U-phase axis of the stator coordinate system, which is a stationary coordinate system, and the d axis is equal to the phase θ_fbk.

電流制御部67は、速度制御部64によって生成された電流基準Idq_refと、座標変換部66から出力される電流値Idq_fbkとに基づいて、電圧基準Vdq_refを生成する。例えば、電流制御部67は、電流基準Idq_refと電流値Idq_fbkの各軸の成分の差が0になるような電圧基準Vdq_refを生成する。
なお、実施形態の電流制御部67は、界磁弱め制御による補償量を電流基準Idq_refに対して施して、その結果を上記の電流制御に利用する。例えば、電流制御部67は、電流基準Idq_refのd軸成分に対して、界磁弱め制御部62によって生成された電流補償Id_compを加算してその結果(補償電流基準Idq_ref_comp)を電流制御の演算に利用するとよい。例えば、補償電流基準Id_ref_compは、負の値で、Iq_ref_compは、0であってよい。この場合、電流制御部67は、補償された電流基準Idq_ref_compと電流値Idq_fbkの各軸の成分の差が0になるような電圧基準Vdq_refを生成する。
The current control unit 67 generates a voltage reference Vdq_ref based on the current reference Idq_ref generated by the speed control unit 64 and the current value Idq_fbk output from the coordinate conversion unit 66. For example, the current control unit 67 generates a voltage reference Vdq_ref such that the difference between the current reference Idq_ref and the component of each axis of the current value Idq_fbk becomes zero.
In addition, the current control unit 67 of the embodiment applies the compensation amount by the field weakening control to the current reference Idq_ref and uses the result for the above current control. For example, the current control unit 67 may add the current compensation Id_comp generated by the field weakening control unit 62 to the d-axis component of the current reference Idq_ref and use the result (compensated current reference Idq_ref_comp) for the calculation of the current control. For example, the compensation current reference Id_ref_comp may be a negative value and Iq_ref_comp may be 0. In this case, the current control unit 67 generates a voltage reference Vdq_ref such that the difference between the compensated current reference Idq_ref_comp and each axis component of the current value Idq_fbk becomes 0.

逆座標変換部68は、電流制御部67が生成した電圧基準Vdq_refを、位相θ_fbkを用いて2相座標系から3相座標系に変換して、電圧基準Vuvw_refを生成する。換言すれば逆座標変換部68は、電圧基準Vdq_refに対して前述のdq変換の逆変換を行い、電圧基準Vuvw_refを生成する。この変換を、dq逆変換と呼ぶ。 The inverse coordinate transformation unit 68 transforms the voltage reference Vdq_ref generated by the current control unit 67 from a two-phase coordinate system to a three-phase coordinate system using the phase θ_fbk to generate the voltage reference Vuvw_ref. In other words, the inverse coordinate transformation unit 68 performs an inverse transformation of the above-mentioned dq transformation on the voltage reference Vdq_ref to generate the voltage reference Vuvw_ref. This transformation is called the inverse dq transformation.

このように構成された制御部60の界磁弱め制御部62は、検出速度処理部61によって生成された回転速度ω_fbkを用いて電動機3の界磁弱め制御のための補償量(電流補償Id_comp)を生成して、電流制御部67に対して出力する。
界磁弱め制御部62は、さらに回転速度ω_fbk等に基づいて、PWM制御のキャリア周波数制御のための切替信号SFSを生成して、PWMキャリア生成部63に対して出力する。
The field weakening control unit 62 of the control unit 60 configured in this manner generates a compensation amount (current compensation Id_comp) for field weakening control of the motor 3 using the rotational speed ω_fbk generated by the detected speed processing unit 61, and outputs the compensation amount to a current control unit 67.
The field weakening control unit 62 further generates a switching signal SFS for controlling the carrier frequency of the PWM control based on the rotation speed ω_fbk and the like, and outputs the signal to the PWM carrier generation unit 63 .

PWMキャリア生成部63は、PWM制御に利用するためのキャリア信号を生成して、PWMコントローラ69に出力する。その際に、PWMキャリア生成部63は、界磁弱め制御部62によって生成された切替信号SFSを受けて、その切替信号SFSの論理状態、信号レベル等に基づいてキャリア信号の周波数(周期)を決定する。 The PWM carrier generation unit 63 generates a carrier signal to be used for PWM control and outputs it to the PWM controller 69. At that time, the PWM carrier generation unit 63 receives the switching signal SFS generated by the field weakening control unit 62, and determines the frequency (period) of the carrier signal based on the logic state, signal level, etc. of the switching signal SFS.

PWMコントローラ69は、逆座標変換部68によって生成された電圧基準Vuvw_refを、PWMキャリア生成部63から供給される所定の周波数のキャリア信号の振幅値と比較して、U相V相W相ごとのPWM信号を生成する。PWMコントローラ69は、U相V相W相ごとのPWM信号をインバータ50に供給してスイッチング素子のスイッチングを制御する。例えば、6個のスイッチング素子をインバータ50が備える場合、PWMコントローラ69は、6個のスイッチング素子をスイッチングさせるための6つのゲート制御信号をインバータ50に供給する。 The PWM controller 69 compares the voltage reference Vuvw_ref generated by the inverse coordinate transformation unit 68 with the amplitude value of a carrier signal of a predetermined frequency supplied from the PWM carrier generation unit 63 to generate PWM signals for each of the U, V, and W phases. The PWM controller 69 supplies the PWM signals for each of the U, V, and W phases to the inverter 50 to control the switching of the switching elements. For example, if the inverter 50 has six switching elements, the PWM controller 69 supplies six gate control signals to the inverter 50 for switching the six switching elements.

次に、図2を参照して界磁弱め制御部62について説明する。図2は、実施形態の界磁弱め制御部62の構成図である。 Next, the field weakening control unit 62 will be described with reference to FIG. 2. FIG. 2 is a configuration diagram of the field weakening control unit 62 in the embodiment.

界磁弱め制御部62は、例えば、記憶部621と、電流値取得部622と、回転速度取得部623と、温度検出値取得部624と、判定部625と、キャリア周波数制御部626とを備える。 The field weakening control unit 62 includes, for example, a memory unit 621, a current value acquisition unit 622, a rotation speed acquisition unit 623, a temperature detection value acquisition unit 624, a determination unit 625, and a carrier frequency control unit 626.

記憶部621は、例えば、電流値取得部622によって検出された負荷電流に基づいた電流値I_fbkのデータ、回転速度取得部623によって生成された回転速度ω_fbkのデータ、温度検出値取得部624によって生成された検出温度T_fbkのデータ、界磁弱め制御と電流補正処理のためのプログラム、判定用の閾値(変数)などのデータを格納する。記憶部621は、上記の検出結果に基づいた各データを、時系列データとして格納する。上記の各情報の詳細は後述する。 The storage unit 621 stores data such as, for example, data of a current value I_fbk based on a load current detected by a current value acquisition unit 622, data of a rotation speed ω_fbk generated by a rotation speed acquisition unit 623, data of a detected temperature T_fbk generated by a temperature detection value acquisition unit 624, programs for field weakening control and current correction processing, and threshold values (variables) for judgment. The storage unit 621 stores each piece of data based on the above detection results as time-series data. Details of each piece of information above will be described later.

電流値取得部622、回転速度取得部623、判定部625、キャリア周波数制御部626、及びフラグデータ生成制御部627のそれぞれは、例えば、CPU(Central Processing Unit)620などのハードウェアプロセッサがプログラム(ソフトウェア)を実行することにより実現される。また、これらの構成要素のうち一部又は全部は、LSI(Large Scale Integration)やASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、GPU(Graphics Processing Unit)などのハードウェア(回路部;circuitryを含む)によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。記憶部621は、例えば、HDD(Hard Disk Drive)、フラッシュメモリ、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)、ROM(Read Only Memory)、又はRAM(Random Access Memory)等により実現される。 Each of the current value acquisition unit 622, the rotation speed acquisition unit 623, the determination unit 625, the carrier frequency control unit 626, and the flag data generation control unit 627 is realized by, for example, a hardware processor such as a CPU (Central Processing Unit) 620 executing a program (software). In addition, some or all of these components may be realized by hardware (including circuitry) such as an LSI (Large Scale Integration), an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field-Programmable Gate Array), or a GPU (Graphics Processing Unit), or may be realized by a combination of software and hardware. The storage unit 621 is realized by, for example, a HDD (Hard Disk Drive), a flash memory, an EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), a ROM (Read Only Memory), or a RAM (Random Access Memory).

電流値取得部622は、検出電流処理部65から電流値I_fbkを取得し、取得した電流値I_fbkのデータを記憶部621に時系列データとして追加する。 The current value acquisition unit 622 acquires the current value I_fbk from the detected current processing unit 65, and adds the acquired data of the current value I_fbk to the memory unit 621 as time series data.

回転速度取得部623は、検出速度処理部61から回転速度ω_fbkを取得し、取得した回転速度ω_fbkのデータを記憶部621に時系列データとして追加する。
温度検出値取得部624は、温度検出部80から検出温度T_fbkを取得し、取得した検出温度T_fbkのデータを記憶部621に時系列データとして追加する。
The rotation speed acquisition unit 623 acquires the rotation speed ω_fbk from the detected speed processing unit 61, and adds the acquired data of the rotation speed ω_fbk to the storage unit 621 as time-series data.
The temperature detection value acquisition unit 624 acquires the detected temperature T_fbk from the temperature detection unit 80, and adds the acquired data of the detected temperature T_fbk to the storage unit 621 as time-series data.

判定部625は、回転速度取得部623によって取得された回転速度ω_fbkを、予め規定された閾値(回転速度閾値ωTH)に基づいて判定する。例えば、上記の回転速度閾値ωTHは、ベース速度に相当する大きさに設定されているとよい。ベース速度に相当する大きさとは、ベース速度を基準にして予め定められた速度範囲内にあることを言う。
なお、判定部625は、回転速度ω_fbkの他に、電流値I_fbkと検出温度T_fbkの何れかを組み合わせて判定してもよい。これについては後述する。
The determination unit 625 determines the rotation speed ω_fbk acquired by the rotation speed acquisition unit 623 based on a predetermined threshold (rotation speed threshold ωTH). For example, the rotation speed threshold ωTH may be set to a magnitude equivalent to a base speed. The magnitude equivalent to the base speed means that the rotation speed is within a predetermined speed range based on the base speed.
The determination unit 625 may make the determination based on a combination of the current value I_fbk and the detected temperature T_fbk in addition to the rotation speed ω_fbk, as will be described later.

キャリア周波数制御部626は、判定部625による判定の結果を、PWMコントローラ69に出力する。例えば、判定部625によって、回転速度ω_fbkが予め規定された閾値未満であることが検出されると、キャリア周波数制御部626は、これに応じてキャリア周波数を調整するための信号を生成する。 The carrier frequency control unit 626 outputs the result of the judgment made by the judgment unit 625 to the PWM controller 69. For example, when the judgment unit 625 detects that the rotation speed ω_fbk is less than a predetermined threshold value, the carrier frequency control unit 626 generates a signal for adjusting the carrier frequency accordingly.

このように構成された界磁弱め制御部62は、その制御によって、本来の界磁弱め制御を実施するとともに、キャリア周波数を調整するようにした。 The field weakening control unit 62 configured in this way performs the original field weakening control and adjusts the carrier frequency.

次に、図3から図5を参照して、実施形態の界磁弱め制御の詳細について説明する。図3は、第1の実施形態の界磁弱め制御の詳細について説明するための図である。 Next, the details of the field weakening control of the embodiment will be described with reference to Figures 3 to 5. Figure 3 is a diagram for explaining the details of the field weakening control of the first embodiment.

図3に示すグラフは、電動機3の回転速度ωに対する端子電圧Vと電流Iとの関係を示す。
電動機3の回転速度ωが、停止状態の0から、所謂ベース速度を過ぎて所謂トップ速度までの範囲の端子電圧Vと電流Iの関係の一例を示す。回転速度ωがベース速度以上の領域では、弱め界磁制御を実施する。回転速度ωが0からベース速度までの領域では、端子電圧Vを回転速度ωに対応させて単調に上昇させる。ベース速度を超えた範囲になる弱め界磁制御の領域(弱め界磁領域という。)では、端子電圧Vを一定にして、電動機3に流れる電流のうち主電流成分を低減させることで、電動機3の出力容量が一定になるように制御する。
The graph shown in FIG. 3 shows the relationship between the terminal voltage V and the current I with respect to the rotation speed ω of the motor 3.
An example of the relationship between the terminal voltage V and the current I when the rotation speed ω of the motor 3 is in the range from 0 when the motor is stopped to the so-called base speed and up to the so-called top speed is shown. In the region where the rotation speed ω is equal to or higher than the base speed, field-weakening control is implemented. In the region where the rotation speed ω is from 0 to the base speed, the terminal voltage V is monotonically increased in accordance with the rotation speed ω. In the region of field-weakening control (called the field-weakening region) that is above the base speed, the terminal voltage V is kept constant and the main current component of the current flowing through the motor 3 is reduced, thereby controlling the output capacity of the motor 3 to be constant.

なお、この制御系の電気回路には、平滑コンデンサ30などの容量成分と、電動機3の巻線、直流母線、交流母線などのインダクタンス成分とが含まれている。
スイッチング素子50Sのスイッチング等により、この電気回路に共振が生じることがある。この場合に、電動機3を制御している状況で、この電気回路に共振が生じて、この共振による共振電流が加算された電流が流れる。
つまり、コンデンサに流れる電流(コンデンサ電流という。)は、本来の負荷電流に、共振電流分が重畳した大きさになる。
弱め界磁領域については、制御部60によって、弱め界磁制御によって主電流が制限される。これによって、弱め界磁領域の主電流が、弱め界磁制御の非適用領域の主電流よりも小さくなることが見込まれる。弱め界磁領域における主電流が制限されている分、領域内のコンデンサ電流も低減することが見込まれる。その一方で、共振電流は、スイッチング素子50Sのスイッチング周波数に応じて発生して、その大きさが電気回路の定数により決まるので、制御により設定する出力電流の大きさに応じて変化しない。
The electric circuit of this control system includes capacitance components such as the smoothing capacitor 30, and inductance components such as the windings of the motor 3, the DC bus, and the AC bus.
Resonance may occur in this electric circuit due to switching of the switching element 50S, etc. In this case, when the electric motor 3 is being controlled, resonance occurs in this electric circuit, and a current that is the sum of the resonant current due to this resonance flows.
In other words, the current flowing through the capacitor (called the capacitor current) has a magnitude equal to the original load current plus the resonant current.
In the weak-field region, the control unit 60 limits the main current by using the weak-field control. This is expected to make the main current in the weak-field region smaller than the main current in a region where the weak-field control is not applied. Since the main current in the weak-field region is limited, the capacitor current in the region is also expected to decrease. On the other hand, the resonant current is generated according to the switching frequency of the switching element 50S, and its magnitude is determined by the constants of the electric circuit, so it does not change according to the magnitude of the output current set by the control.

一般的に、電動機3の高速回転時の制御に応答性を高めるためには、PWM制御のキャリア周波数をより高くする方が望ましく、そのキャリア周波数を高めるとスイッチング素子50Sのスイッチング損失は大きくなる傾向にある。 In general, to improve the responsiveness of control during high-speed rotation of the motor 3, it is desirable to increase the carrier frequency of the PWM control, but increasing the carrier frequency tends to increase the switching loss of the switching element 50S.

弱め界磁制御が有効化される速さで電動機3を駆動する場合には、制御部60による弱め界磁制御によって電流が制限されて、スイッチング素子50Sのスイッチング損失が制限されることが見込まれる。これに対し、弱め界磁制御が有効にならない速さで電動機3を駆動すると、これによる電流の制限が見込めない。 When the motor 3 is driven at a speed at which the field-weakening control is activated, the current is limited by the field-weakening control performed by the control unit 60, and the switching loss of the switching element 50S is expected to be limited. In contrast, when the motor 3 is driven at a speed at which the field-weakening control is not activated, the current cannot be limited by this.

そこで、本実施形態では、以下の観点に着目して、このような事象に対処する。
低速回転時における電動機3の応答性に対する要求は、高速回転時(弱め界磁領域内)に比べて高くない。そのため、低速回転時であれば、キャリア周波数を比較的低めの周波数に抑えて設定しても、電動機3の応答性に関する支障は生じない。
Therefore, in this embodiment, such a phenomenon is dealt with by focusing on the following viewpoints.
The demand for responsiveness of the motor 3 during low speed rotation is not as high as during high speed rotation (in the field weakening region). Therefore, even if the carrier frequency is set to a relatively low frequency during low speed rotation, no problems arise with the responsiveness of the motor 3.

なお、弱め界磁領域外である場合の電流(電流値Idq_fbk)は、弱め界磁領域内の場合に比べて大きくなる。そこで、弱め界磁領域外である場合の電流(電流値Idq_fbk)を、以下に示す方法によって低くするとよい。 The current (current value Idq_fbk) when outside the field-weakening region is larger than when inside the field-weakening region. Therefore, it is recommended to lower the current (current value Idq_fbk) when outside the field-weakening region by using the method described below.

一例として示した、ドライブシステム1における電気回路が、図4に示すような共振特性を持っていたと仮定する。図4は、実施形態の一例の電気回路の共振特性を説明するための図。この図4に示すように、この電気回路は2つの共振点を持つ。各共振点に対応する周波数を共振周波数fr1、fr2と呼ぶ。共振周波数fr1は、共振周波数fr2よりも低い周波数である。 Assume that the electric circuit in the drive system 1 shown as an example has the resonance characteristics as shown in FIG. 4. FIG. 4 is a diagram for explaining the resonance characteristics of an electric circuit in one embodiment. As shown in FIG. 4, this electric circuit has two resonance points. The frequencies corresponding to the respective resonance points are called resonance frequencies fr1 and fr2. Resonance frequency fr1 is a lower frequency than resonance frequency fr2.

制御部60によるPWM制御のキャリア周波数として、キャリア周波数fc1を主たるキャリア周波数として利用すると仮定する。
この図に示すように、第1の共振点に係る共振周波数fr1とキャリア周波数fc1との関係は、互いの周波数が比較的近いと判断可能な範囲内である。
It is assumed that the carrier frequency fc1 is used as the main carrier frequency for PWM control by the control unit 60.
As shown in this figure, the relationship between the resonance frequency fr1 related to the first resonance point and the carrier frequency fc1 is within a range in which it can be determined that the two frequencies are relatively close to each other.

このように共振周波数fr1とキャリア周波数fc1とが上記の関係にある場合、キャリア周波数を低めの周波数のキャリア周波数fc2に設定しなおすことで、この電気回路のインピーダンスを高めて、電流を少なくするとよい。 When the resonant frequency fr1 and the carrier frequency fc1 have the above relationship, it is advisable to reset the carrier frequency to a lower frequency, fc2, to increase the impedance of this electrical circuit and reduce the current.

図5は、実施形態のキャリア周波数の切替制御を説明するための図である。
電動機3の回転速度ω_fbkを利用して説明する。
その回転速度ω_fbkを判定するための閾値を、回転速度閾値ω_thと定める。
図6Aに示すように、電動機3の制御に係る状態が以下の2つに分割される。
第1状態:回転速度ω_fbkがベース速度未満
第2状態:回転速度ω_fbkがベース速度以上
FIG. 5 is a diagram for explaining carrier frequency switching control according to the embodiment.
The following description will be given using the rotation speed ω_fbk of the electric motor 3.
A threshold value for determining the rotation speed ω_fbk is defined as a rotation speed threshold value ω_th.
As shown in FIG. 6A, the state relating to the control of the electric motor 3 is divided into the following two states.
First state: Rotation speed ω_fbk is less than the base speed. Second state: Rotation speed ω_fbk is equal to or greater than the base speed.

各状態に基づいて夫々に適したキャリア周波数を選択することで、電動機3に流れる電流の大きさを調整するとよい。この一例を図5に示す。 The magnitude of the current flowing through the motor 3 can be adjusted by selecting the appropriate carrier frequency for each state. An example of this is shown in Figure 5.

例えば、コンデンサに流れる電流を抑えることを目的にする場合には、第1状態のキャリア周波数をキャリア周波数fc3にして、第2状態のキャリア周波数をキャリア周波数fc1にするとよい。 For example, if the goal is to suppress the current flowing through the capacitor, the carrier frequency in the first state can be set to carrier frequency fc3, and the carrier frequency in the second state can be set to carrier frequency fc1.

上記のとおり、本実施形態のドライブシステム1の平滑コンデンサ30は、直流母線に接続され、電力が供給される直流母線の極の電圧を平滑化する。インバータ50は、スイッチング素子50Sを含み、スイッチング素子50Sのスイッチングにより直流母線の直流電力を交流電力に変換して、交流母線を介して交流電力を電動機3に供給する。制御部60は、互いに異なる複数の周波数のうちの所定の周期で制御量を変換して得られるパルス信号を用いてスイッチング素子50Sを駆動させる。互いに異なる複数の周波数のうちの第1の周波数が、平滑コンデンサ30と、インバータ50と、交流母線を介して接続される電動機3とを含む電気回路の共振周波数を避けるように決定されている。制御部60は、第1の周波数に対応する周期で得られるパルス信号を用いる。これにより、電気回路の共振電流を低減させるように電動機3を駆動することができる。 As described above, the smoothing capacitor 30 of the drive system 1 of this embodiment is connected to the DC bus and smoothes the voltage of the pole of the DC bus to which power is supplied. The inverter 50 includes a switching element 50S, converts the DC power of the DC bus into AC power by switching the switching element 50S, and supplies the AC power to the electric motor 3 via the AC bus. The control unit 60 drives the switching element 50S using a pulse signal obtained by converting a control amount at a predetermined period among a plurality of different frequencies. A first frequency among the plurality of different frequencies is determined so as to avoid a resonant frequency of an electric circuit including the smoothing capacitor 30, the inverter 50, and the electric motor 3 connected via the AC bus. The control unit 60 uses a pulse signal obtained at a period corresponding to the first frequency. This makes it possible to drive the electric motor 3 so as to reduce the resonant current of the electric circuit.

なお、制御部60は、電動機3に対する弱め界磁制御の適否を分ける基準速度よりも低速で電動機3が駆動されている場合に、互いに異なる複数の周波数のうち共振周波数との差がより小さな第2の周波数に代えて共振周波数との差がより大きな前記第1の周波数をスイッチング素子50Sの駆動に用いるとよい。 When the motor 3 is driven at a speed slower than the reference speed that determines whether or not field-weakening control is appropriate for the motor 3, the control unit 60 may use the first frequency, which has a larger difference from the resonant frequency, to drive the switching element 50S, instead of the second frequency, which has a smaller difference from the resonant frequency, among the multiple different frequencies.

また、制御部60は、基準速度よりも低速で前記電動機が駆動されている場合に、第2の周波数よりも低い周波数になる第1の周波数をスイッチング素子50Sの駆動に用いるとよい。 In addition, when the electric motor is driven at a speed slower than the reference speed, the control unit 60 may use a first frequency, which is lower than the second frequency, to drive the switching element 50S.

(第1の実施形態の変形例)
第1の実施形態の変形例について説明する。
第1の実施形態に示した事例は、回転速度ω_fbkがベース速度未満の場合に、キャリア周波数を下げて、電気回路の共振周波数fr1から遠ざける方法を例示した。本変形例では、回転速度ω_fbkがベース速度以上の場合に、キャリア周波数を上げて電気回路の共振周波数から遠ざける方法について説明する。
(Modification of the first embodiment)
A modification of the first embodiment will be described.
The example shown in the first embodiment illustrates a method of lowering the carrier frequency to move it away from the resonant frequency fr1 of the electric circuit when the rotation speed ω_fbk is less than the base speed. In this modification, a method of raising the carrier frequency to move it away from the resonant frequency of the electric circuit when the rotation speed ω_fbk is equal to or greater than the base speed will be described.

上記のように、ベース速度以上で実施する界磁弱め制御の効果によって、電動機3に流れる電流を抑制しても、キャリア周波数が共振点に比較的近いとコンデンサ電流が過剰になることがある。このような場合には、ベース速度以上の場合のキャリア周波数をキャリア周波数fc2まで上げるとよい。
このようにキャリア周波数を調整することで、電動機3の回転速度ωの全範囲に渡って、キャリア周波数が共振周波数の帯域から外れて、平滑コンデンサ30に流れる共振電流を減少させることができる。
As described above, even if the current flowing through the motor 3 is suppressed by the effect of the field weakening control performed at speeds above the base speed, the capacitor current may become excessive if the carrier frequency is relatively close to the resonance point. In such a case, it is advisable to increase the carrier frequency at speeds above the base speed to carrier frequency fc2.
By adjusting the carrier frequency in this manner, the carrier frequency falls outside the resonant frequency band over the entire range of the rotation speed ω of the motor 3, and the resonant current flowing through the smoothing capacitor 30 can be reduced.

なお、トップ速度では、界磁弱め制御により主電流が低減される分コンデンサ電流に裕度ができるため、特に支障が生じなければキャリア周波数fc1で運転してもよい。仮にキャリア周波数fc2まで移動させればコンデンサ電流を抑制することができる。 At top speed, the main current is reduced by the field weakening control, which allows for some margin in the capacitor current, so it is OK to operate at carrier frequency fc1 if no particular problems arise. If the carrier frequency is shifted up to fc2, the capacitor current can be suppressed.

(第2の実施形態)
図6Aを参照して、第2の実施形態について説明する。
第1の実施形態では、電動機3の回転速度に基づいてキャリア周波数を調整する事例について説明した。本実施形態では、さらに電動機3に流れる電流の検出値を用いて、キャリア周波数を調整する事例について説明する。
Second Embodiment
A second embodiment will be described with reference to FIG. 6A.
In the first embodiment, a case has been described in which the carrier frequency is adjusted based on the rotation speed of the electric motor 3. In the present embodiment, a case will be described in which the carrier frequency is adjusted further using a detection value of a current flowing through the electric motor 3.

図6Aは、実施形態のキャリア周波数の切替制御を説明するための図である。
電動機3に流れる電流の検出値である電流値I_fbkを利用して説明する。
その電流の大きさを判定するための閾値を、電流閾値I_thと定める。
図6Aに示すように、電動機3の制御に係る状態が以下の4つに分割される。
第1状態:電流値I_fbkが電流閾値I_th未満、かつ回転速度ω_fbkがベース速度未満
第2状態:電流値I_fbkが電流閾値I_th以上、かつ回転速度ω_fbkがベース速度未満
第3状態:電流値I_fbkが電流閾値I_th未満、かつ回転速度ω_fbkがベース速度以上
第4状態:電流値I_fbkが電流閾値I_th以上、かつ回転速度ω_fbkがベース速度以上
FIG. 6A is a diagram for explaining carrier frequency switching control according to the embodiment.
The explanation will be given using the current value I_fbk which is the detected value of the current flowing through the electric motor 3.
The threshold value for determining the magnitude of the current is defined as the current threshold value I_th.
As shown in FIG. 6A, the state relating to the control of the electric motor 3 is divided into the following four states.
First state: the current value I_fbk is less than the current threshold I_th, and the rotation speed ω_fbk is less than the base speed. Second state: the current value I_fbk is equal to or greater than the current threshold I_th, and the rotation speed ω_fbk is less than the base speed. Third state: the current value I_fbk is less than the current threshold I_th, and the rotation speed ω_fbk is equal to or greater than the base speed. Fourth state: the current value I_fbk is equal to or greater than the current threshold I_th, and the rotation speed ω_fbk is equal to or greater than the base speed.

各状態に基づいて夫々に適したキャリア周波数を選択することで、電動機3に流れる電流の大きさを調整するとよい。この一例を図6Aに示す。 The magnitude of the current flowing through the motor 3 can be adjusted by selecting the appropriate carrier frequency for each state. An example of this is shown in Figure 6A.

例えば、コンデンサに流れる電流を抑えることを目的にする場合には、第1状態のキャリア周波数をキャリア周波数fc2にして、第2状態、第3状態及び第4状態のキャリア周波数をキャリア周波数fc1にするとよい。 For example, if the goal is to suppress the current flowing through the capacitor, the carrier frequency in the first state can be set to carrier frequency fc2, and the carrier frequencies in the second, third, and fourth states can be set to carrier frequency fc1.

このようにPWM制御のキャリア周波数を調整することで、電気回路の共振時の電流が過度に大きくなることを抑制することができる。 By adjusting the carrier frequency of the PWM control in this way, it is possible to prevent the current from becoming excessively large when the electric circuit resonates.

(第2の実施形態の変形例)
第2の実施形態の変形例について説明する。
第2の実施形態において、回転速度ω_fbkがベース速度以上の場合には、電流値I_fbkの大きさによらず、キャリア周波数fc1を利用する場合を例示した。本変形例では、回転速度ω_fbkがベース速度以上の場合に、電流値I_fbkの大きさによって、キャリア周波数を調整する事例について説明する。
(Modification of the second embodiment)
A modification of the second embodiment will be described.
In the second embodiment, a case has been described in which the carrier frequency fc1 is used regardless of the magnitude of the current value I_fbk when the rotation speed ω_fbk is equal to or higher than the base speed. In this modified example, a case will be described in which the carrier frequency is adjusted depending on the magnitude of the current value I_fbk when the rotation speed ω_fbk is equal to or higher than the base speed.

図6Bは、実施形態の変形例のキャリア周波数の切替制御を説明するための図である。
例えば、同様に平滑コンデンサ30に流れる電流を抑えることを目的にする場合には、第4状態のキャリア周波数をキャリア周波数fc3にする。なお、第1状態及び第3状態のキャリア周波数をキャリア周波数fc1にして、第2状態のキャリア周波数をキャリア周波数fc3にすることは、前述したとおりである。
FIG. 6B is a diagram for explaining carrier frequency switching control in the modified example of the embodiment.
For example, similarly, when the objective is to suppress the current flowing through the smoothing capacitor 30, the carrier frequency in the fourth state is set to carrier frequency fc3. As described above, the carrier frequencies in the first and third states are set to carrier frequency fc1, and the carrier frequency in the second state is set to carrier frequency fc3.

このように、回転速度ω_fbkがベース速度以上の場合に、電流値I_fbkの大きさによって、キャリア周波数を決定することにより、電動機3の回転速度の全領域に渡って、電流値I_fbkの大きさを用いた制御が可能になる。 In this way, when the rotation speed ω_fbk is equal to or greater than the base speed, the carrier frequency is determined based on the magnitude of the current value I_fbk, making it possible to control the entire range of the rotation speed of the motor 3 using the magnitude of the current value I_fbk.

(第3の実施形態)
図7Aを参照して、第3の実施形態について説明する。
第1の実施形態では、電動機3の回転速度に基づいてキャリア周波数を調整する事例について説明した。第2の実施形態では、さらに電動機3に流れる電流の検出値を用いて、キャリア周波数を調整する事例について説明した。本実施形態では、第1の実施形態の条件に、さらに温度の検出値を用いて、キャリア周波数を調整する事例について説明する。
Third Embodiment
A third embodiment will be described with reference to FIG. 7A.
In the first embodiment, a case has been described in which the carrier frequency is adjusted based on the rotation speed of the electric motor 3. In the second embodiment, a case has been described in which the carrier frequency is adjusted further using a detected value of the current flowing through the electric motor 3. In the present embodiment, a case will be described in which the carrier frequency is adjusted further using a detected value of temperature in addition to the conditions in the first embodiment.

図7Aは、実施形態のキャリア周波数の切替制御を説明するための図である。
温度の検出値である検出温度T_fbkを利用して説明する。ここで例示する温度は、例えば平滑コンデンサ30又は直流母線の温度のことである。
その温度の高さを判定するための閾値を、温度閾値T_thと定める。
図7Aに示すように、電動機3の制御に係る状態が以下の4つに分割される。
第1状態:検出温度T_fbkが温度閾値T_th未満、かつ回転速度ω_fbkがベース速度未満
第2状態:検出温度T_fbkが温度閾値T_th以上、かつ回転速度ω_fbkがベース速度未満
第3状態:検出温度T_fbkが温度閾値T_th未満、かつ回転速度ω_fbkがベース速度以上
第4状態:検出温度T_fbkが温度閾値T_th以上、かつ回転速度ω_fbkがベース速度以上
FIG. 7A is a diagram for explaining carrier frequency switching control according to the embodiment.
The following description will be given using a detected temperature T_fbk, which is a detected value of the temperature. The temperature exemplified here is, for example, the temperature of the smoothing capacitor 30 or the DC bus.
The threshold value for determining the level of the temperature is defined as the temperature threshold value T_th.
As shown in FIG. 7A, the state relating to the control of the electric motor 3 is divided into the following four states.
First state: the detected temperature T_fbk is less than the temperature threshold T_th, and the rotation speed ω_fbk is less than the base speed. Second state: the detected temperature T_fbk is equal to or greater than the temperature threshold T_th, and the rotation speed ω_fbk is less than the base speed. Third state: the detected temperature T_fbk is less than the temperature threshold T_th, and the rotation speed ω_fbk is equal to or greater than the base speed. Fourth state: the detected temperature T_fbk is equal to or greater than the temperature threshold T_th, and the rotation speed ω_fbk is equal to or greater than the base speed.

各状態に基づいて夫々に適したキャリア周波数を選択することで、電動機3に流れる電流の大きさを調整するとよい。この一例を図7Aに示す。 The magnitude of the current flowing through the motor 3 can be adjusted by selecting the appropriate carrier frequency for each state. An example of this is shown in Figure 7A.

例えば、コンデンサに流れる電流を抑えることを目的にする場合には、第1状態のキャリア周波数をキャリア周波数fc2にして、第2状態、第3状態及び第4状態のキャリア周波数をキャリア周波数fc1にするとよい。 For example, if the goal is to suppress the current flowing through the capacitor, the carrier frequency in the first state can be set to carrier frequency fc2, and the carrier frequencies in the second, third, and fourth states can be set to carrier frequency fc1.

このようにPWM制御のキャリア周波数を調整することで、電気回路の共振時の電流が過度に大きくなることを抑制することができる。 By adjusting the carrier frequency of the PWM control in this way, it is possible to prevent the current from becoming excessively large when the electric circuit resonates.

(第3の実施形態の変形例)
第3の実施形態の変形例について説明する。
第3の実施形態において、回転速度ω_fbkがベース速度以上の場合には、温度の検出値を用いて、キャリア周波数を調整する事例を例示した。本変形例では、回転速度ω_fbkがベース速度以上の場合に、検出温度T_fbkの高さによって、キャリア周波数を調整する事例について説明する。
(Modification of the third embodiment)
A modification of the third embodiment will now be described.
In the third embodiment, a case was exemplified in which the carrier frequency was adjusted using a detected temperature value when the rotation speed ω_fbk was equal to or higher than the base speed. In this modified example, a case will be described in which the carrier frequency is adjusted depending on the level of the detected temperature T_fbk when the rotation speed ω_fbk is equal to or higher than the base speed.

図7Bは、実施形態のキャリア周波数の切替制御を説明するための図である。
例えば、同様に平滑コンデンサ30に流れる電流を抑えることを目的にする場合には、第4状態のキャリア周波数をキャリア周波数fc3にする。なお、第1状態及び第3状態のキャリア周波数をキャリア周波数fc1にして、第2状態のキャリア周波数をキャリア周波数fc3にすることは、前述したとおりである。
FIG. 7B is a diagram for explaining carrier frequency switching control according to the embodiment.
For example, similarly, when the objective is to suppress the current flowing through the smoothing capacitor 30, the carrier frequency in the fourth state is set to carrier frequency fc3. As described above, the carrier frequencies in the first and third states are set to carrier frequency fc1, and the carrier frequency in the second state is set to carrier frequency fc3.

このように、回転速度ω_fbkがベース速度以上の場合に、検出温度T_fbkの高さによって、キャリア周波数を決定することにより、電動機3の回転速度の全領域に渡って、検出温度T_fbkの高さを用いた制御が可能になる。 In this way, when the rotation speed ω_fbk is equal to or higher than the base speed, the carrier frequency is determined based on the magnitude of the detected temperature T_fbk, making it possible to control using the magnitude of the detected temperature T_fbk over the entire range of the rotation speed of the electric motor 3.

以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、ドライブシステムは、平滑コンデンサと、インバータと、制御部とを備える。前記平滑コンデンサは、電力が供給される直流母線の極の電圧を平滑化する。前記インバータは、スイッチング素子を含み、前記スイッチング素子のスイッチングにより前記直流母線の直流電力を交流電力に変換し、交流母線を介して前記交流電力を電動機に供給する。前記制御部は、互いに異なる複数の周波数のうちの所定の周期で制御量を変換して得られるパルス信号を用いて前記スイッチング素子を駆動させる。前記互いに異なる複数の周波数のうちの第1の周波数が、前記平滑コンデンサと、前記インバータと、前記交流母線を介して接続される電動機とを含む電気回路の共振周波数を避けるように決定されている。前記制御部は、前記第1の周波数に対応する周期で得られる前記パルス信号を用いる。これにより、電気回路の共振電流を低減させるように電動機3を駆動することができる。 According to at least one embodiment described above, the drive system includes a smoothing capacitor, an inverter, and a control unit. The smoothing capacitor smoothes the voltage of the pole of the DC bus to which power is supplied. The inverter includes a switching element, converts the DC power of the DC bus into AC power by switching the switching element, and supplies the AC power to the electric motor via the AC bus. The control unit drives the switching element using a pulse signal obtained by converting a control amount at a predetermined period among a plurality of different frequencies. A first frequency among the plurality of different frequencies is determined so as to avoid a resonant frequency of an electric circuit including the smoothing capacitor, the inverter, and the electric motor connected via the AC bus. The control unit uses the pulse signal obtained at a period corresponding to the first frequency. This makes it possible to drive the electric motor 3 so as to reduce the resonant current of the electric circuit.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications are within the scope of the invention and its equivalents as set forth in the claims, as well as the scope and gist of the invention.

1…ドライブシステム
2…電力変換装置
3…電動機
30…平滑コンデンサ
50…インバータ
60…制御部
61…検出速度処理部
62…界磁弱め制御部
63…PWMキャリア生成部
64…速度制御部
65…検出電流処理部
67…電流制御部
68…逆座標変換部
69…PWMコントローラ
70…電流検出器
80…温度検出部
621…記憶部
622…電流値取得部
623…回転速度取得部
624…温度検出値取得部
625…判定部
626…キャリア周波数制御部
1...Drive system 2...Power conversion device 3...Electric motor 30...Smoothing capacitor 50...Inverter 60...Control unit 61...Detected speed processing unit 62...Field weakening control unit 63...PWM carrier generation unit 64...Speed control unit 65...Detected current processing unit 67...Current control unit 68...Inverse coordinate transformation unit 69...PWM controller 70...Current detector 80...Temperature detection unit 621...Memory unit 622...Current value acquisition unit 623...Rotational speed acquisition unit 624...Temperature detection value acquisition unit 625...Determination unit 626...Carrier frequency control unit

Claims (6)

直流母線に接続される平滑コンデンサであって、電力が供給される直流母線の極の電圧を平滑化する平滑コンデンサと、
スイッチング素子を含み、前記スイッチング素子のスイッチングにより前記直流母線の直流電力を交流電力に変換し、交流母線を介して前記交流電力を電動機に供給するインバータと、
互いに異なる複数の周波数のうちの所定の周期で制御量を変換して得られるパルス信号を用いて前記スイッチング素子を駆動させる制御部と、
を備え、
前記互いに異なる複数の周波数のうちの第1の周波数が、前記平滑コンデンサと、前記インバータと、前記交流母線を介して接続される電動機とを含む電気回路の共振周波数を避けるように決定されていて、
前記制御部は、
前記第1の周波数に対応する周期で得られる前記パルス信号を用いる、
ドライブシステム。
a smoothing capacitor connected to the DC bus for smoothing a voltage of a pole of the DC bus to which power is supplied;
an inverter including a switching element, which converts DC power of the DC bus into AC power by switching the switching element, and supplies the AC power to an electric motor via the AC bus;
a control unit that drives the switching element using a pulse signal obtained by converting a control amount at a predetermined cycle among a plurality of frequencies different from each other;
Equipped with
a first frequency of the plurality of different frequencies is determined so as to avoid a resonance frequency of an electric circuit including the smoothing capacitor, the inverter, and an electric motor connected via the AC bus;
The control unit is
using the pulse signal obtained at a period corresponding to the first frequency;
Drive system.
前記制御部は、
前記電動機に対する弱め界磁制御の適否を分ける基準速度よりも低速で前記電動機が駆動されている場合に、前記互いに異なる複数の周波数のうち前記共振周波数との差がより小さな第2の周波数に代えて前記共振周波数との差がより大きな前記第1の周波数を前記スイッチング素子の駆動に用いる
請求項1に記載のドライブシステム。
The control unit is
2. The drive system according to claim 1, wherein when the motor is driven at a speed slower than a reference speed that determines whether or not field-weakening control is appropriate for the motor, the first frequency, which has a larger difference from the resonant frequency, is used to drive the switching element instead of a second frequency, which has a smaller difference from the resonant frequency, among the plurality of different frequencies.
前記制御部は、
前記基準速度よりも低速で前記電動機が駆動されている場合に、前記第2の周波数よりも低い周波数になる前記第1の周波数を前記スイッチング素子の駆動に用いる
請求項2に記載のドライブシステム。
The control unit is
The drive system according to claim 2 , wherein when the electric motor is driven at a speed slower than the reference speed, the first frequency, which is lower than the second frequency, is used to drive the switching element.
前記制御部は、
前記電動機に流れる電流の大きさと、前記平滑コンデンサの温度と、前記直流母線の温度との何れかと、前記電動機の回転速度とを用いて、前記第1の周波数と前記第2の周波数とを切り替える、
請求項2に記載のドライブシステム。
The control unit is
switching between the first frequency and the second frequency using a magnitude of a current flowing through the motor, a temperature of the smoothing capacitor, or a temperature of the DC bus, and a rotation speed of the motor;
3. The drive system according to claim 2.
前記制御部は、
前記電動機に流れる電流の大きさと前記電動機の回転速度との組み合わせと、
前記平滑コンデンサの温度と前記電動機の回転速度との組み合わせと、
前記直流母線の温度と前記電動機の回転速度との組み合わせと
のうちの何れかの組み合わせた判定処理の結果を用いて、前記第1の周波数と前記第2の周波数とを切り替える、
請求項2に記載のドライブシステム。
The control unit is
A combination of the magnitude of the current flowing through the electric motor and the rotation speed of the electric motor;
A combination of the temperature of the smoothing capacitor and the rotation speed of the motor;
a combination of the temperature of the DC bus and the rotation speed of the motor.
3. The drive system according to claim 2.
直流母線に接続される平滑コンデンサであって、電力が供給される直流母線の極の電圧を平滑化する平滑コンデンサと、
スイッチング素子を含み、前記スイッチング素子のスイッチングにより前記直流母線の直流電力を交流電力に変換し、交流母線を介して前記交流電力を電動機に供給するインバータと、
互いに異なる複数の周波数のうちの所定の周期で制御量を変換して得られるパルス信号を用いて前記スイッチング素子を駆動させる制御部とを備えるドライブシステムの制御方法であって、
前記互いに異なる複数の周波数のうちの第1の周波数が、前記平滑コンデンサと、前記インバータと、前記交流母線を介して接続される電動機とを含む電気回路の共振周波数を避けるように決定されていて、
前記第1の周波数に対応する周期で得られる前記パルス信号を用いる過程
を含む制御方法。
a smoothing capacitor connected to the DC bus for smoothing a voltage of a pole of the DC bus to which power is supplied;
an inverter including a switching element, which converts DC power of the DC bus into AC power by switching the switching element, and supplies the AC power to an electric motor via the AC bus;
a control unit that drives the switching element using a pulse signal obtained by converting a control amount at a predetermined cycle among a plurality of frequencies different from each other,
a first frequency of the plurality of different frequencies is determined so as to avoid a resonance frequency of an electric circuit including the smoothing capacitor, the inverter, and an electric motor connected via the AC bus;
using the pulse signal obtained at a period corresponding to the first frequency.
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