JP5369630B2 - AC motor control device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、交流電動機の制御装置に関し、より特定的には、正弦波変調モードおよび過変調モードを有するパルス幅変調(PWM)制御が適用される交流電動機の制御に関する。 The present invention relates to an AC motor control apparatus, and more particularly to control of an AC motor to which pulse width modulation (PWM) control having a sine wave modulation mode and an overmodulation mode is applied.
直流電源を用いて交流電動機を駆動制御するために、インバータを用いた駆動方法が採用されている。インバータは、インバータ駆動回路によりスイッチング制御されており、たとえばPWM制御に従ってスイッチングされた電圧が交流電動機に印加される。 In order to drive and control an AC motor using a DC power source, a driving method using an inverter is employed. The inverter is switching-controlled by an inverter drive circuit. For example, a voltage switched according to PWM control is applied to the AC motor.
特に特開2008−11682号公報(特許文献1)には、交流電動機の制御モードとして、正弦波PWM制御に加えて過変調PWM制御を適用すること、および、これらのPWM制御において3次高調波を含むように印加電圧を制御することが記載されている。 In particular, Japanese Patent Laid-Open No. 2008-11682 (Patent Document 1) discloses that, as a control mode of an AC motor, overmodulation PWM control is applied in addition to sinusoidal PWM control, and third harmonics are used in these PWM control. It is described that the applied voltage is controlled to include.
同様に特開2007−259688号公報(特許文献2)、特開2007−244066号公報(特許文献3)、および、特開2007−116862号公報(特許文献4)にも、交流電動機をPWM制御する際に、正弦波指令に3次高調波を重畳する制御構成が記載されている。
特許文献1〜4に記載されるように電圧指令に3次高調波を重畳することによって、PWM制御の適用領域が拡大できることが知られている。しかしながら、重畳される高調波成分の振幅を適切なものとしなければ、却ってPWM制御、特に過変調モードにおけるPWM制御の安定性を損なうことが懸念される。
As described in
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、過変調モードのPWM制御による交流電圧指令に3次高調波を重畳する交流電動機制御において、制御安定性を確保することである。 The present invention has been made to solve such problems, and the object of the present invention is to control an AC motor that superimposes a third harmonic on an AC voltage command by PWM control in an overmodulation mode. It is to ensure control stability.
この発明による交流電動機の制御装置は、インバータによって印加電圧が制御される交流電動機の制御装置であって、電流検出器と、パルス幅変調制御部を備える。電流検出器と、インバータおよび交流電動機の間を流れる電流を検出する。パルス幅変調制御部は、交流電動機を動作指令に従って動作させるための交流電圧指令と搬送波との比較に基づくパルス幅変調制御によって、インバータの制御指令を発生する。パルス幅変調制御部は、正弦波変調制御部と、過変調制御部とを含む。正弦波変調制御部は、正弦波パルス幅変調方式に従って、電流検出器により検出されたモータ電流と、動作指令に対応する電流指令との偏差に応じて、制御指令を発生する。過変調制御部は、正弦波パルス幅変調方式よりも基本波成分の振幅が大きい印加電圧を出力するための過変調パルス幅変調方式に従って、モータ電流および電流指令の電流偏差に応じて制御指令を発生する。そして、過変調制御部は、第1の演算部と、振幅補正部と、第1の指令変換部と、第1の高調波重畳部と、第1の変調部とを有する。第1の演算部は、モータ電流および電流指令に基づいて電流偏差を求めるとともに、求めた電流偏差に応じて、交流電圧指令を示す制御値を演算する。振幅補正部は、演算された制御値に対して、交流電圧指令の振幅を拡大するための補正演算を行う。第1の指令変換部は、補正演算された制御値を正弦波電圧指令に変換する。第1の高調波重畳部は、第1の指令変換部によって変換された正弦波電圧指令に3n次高調波成分を重畳することによって交流電圧指令を生成する。第1の変調部は、生成された交流電圧指令と搬送波との比較に基づいて、制御指令を発生する。さらに、第1の高調波重畳部は、3n次高調波成分の振幅を、3n次高調波成分が重畳された交流電圧指令に3n次高調波成分に起因する変極点が生じない範囲内に制限する。 An AC motor control apparatus according to the present invention is an AC motor control apparatus in which an applied voltage is controlled by an inverter, and includes a current detector and a pulse width modulation control unit. A current flowing between the current detector, the inverter and the AC motor is detected. The pulse width modulation control unit generates an inverter control command by pulse width modulation control based on a comparison between an AC voltage command for operating the AC motor in accordance with the operation command and a carrier wave. The pulse width modulation control unit includes a sine wave modulation control unit and an overmodulation control unit. The sine wave modulation control unit generates a control command according to a deviation between the motor current detected by the current detector and the current command corresponding to the operation command in accordance with the sine wave pulse width modulation method. The overmodulation control unit outputs a control command according to the motor current and the current deviation of the current command according to the overmodulation pulse width modulation method for outputting an applied voltage having a larger amplitude of the fundamental wave component than the sine wave pulse width modulation method. Occur. The overmodulation control unit includes a first calculation unit, an amplitude correction unit, a first command conversion unit, a first harmonic superimposition unit, and a first modulation unit. The first calculation unit calculates a current deviation based on the motor current and the current command, and calculates a control value indicating the AC voltage command according to the calculated current deviation. The amplitude correction unit performs correction calculation for expanding the amplitude of the AC voltage command with respect to the calculated control value. The first command conversion unit converts the correction-calculated control value into a sine wave voltage command. The first harmonic superimposing unit generates an AC voltage command by superimposing a 3n-order harmonic component on the sine wave voltage command converted by the first command conversion unit. The first modulation unit generates a control command based on a comparison between the generated AC voltage command and a carrier wave. Further, the first harmonic superimposing unit limits the amplitude of the 3n-order harmonic component to a range where no inflection point due to the 3n-order harmonic component occurs in the AC voltage command in which the 3n-order harmonic component is superimposed. To do.
上記交流電動機の制御装置によれば、交流電圧指令の振幅が大きいためにインバータを構成するスイッチング素子のオンオフ回数が相対的に低減する過変調モードのPWM制御において、3次高調波の重畳によって交流電圧指令に新たな変極点が生じることを防止できる。この結果、電気角の半周期ずつ(0〜180度/180〜360度)にそれぞれ対応するモータ印加電圧の正/負電圧の間で、波形が非対称となることを防止できるので、PWM制御の安定性を高めることができる。 According to the AC motor control apparatus described above, in the overmodulation mode PWM control in which the number of on / off operations of the switching elements constituting the inverter is relatively reduced because the amplitude of the AC voltage command is large, the alternating current is generated by superimposing the third harmonic. It is possible to prevent a new inflection point from occurring in the voltage command. As a result, it is possible to prevent the waveform from becoming asymmetric between the positive / negative voltages of the motor applied voltage corresponding to each half cycle of the electrical angle (0 to 180 degrees / 180 to 360 degrees). Stability can be increased.
好ましくは、正弦波変調制御部は、第2の演算部と、第2の指令変換部と、第2の高調波重畳部と、第2の変調部とを有する。第2の演算部は、モータ電流および電流指令に基づいて電流偏差を求めるとともに、求めた電流偏差に応じて、交流電圧指令を示す制御値を演算する。第2の指令変換部は、第2の演算部によって演算された制御値を正弦波電圧指令に変換する。第2の高調波重畳部は、第2の指令変換部によって変換された正弦波電圧指令に3n次高調波成分を重畳することによって交流電圧指令を生成する。第2の変調部は、第2の高調波重畳部により生成された交流電圧指令と搬送波との比較に基づいて、制御指令を発生する。そして、同一振幅の正弦波電圧指令に対して、第2の高調波重畳部によって重畳される3n次高調波成分の振幅は、第1の高調波重畳部によって重畳される3n次高調波成分の振幅と同等である。 Preferably, the sine wave modulation control unit includes a second calculation unit, a second command conversion unit, a second harmonic superimposition unit, and a second modulation unit. The second calculation unit calculates a current deviation based on the motor current and the current command, and calculates a control value indicating the AC voltage command according to the calculated current deviation. The second command conversion unit converts the control value calculated by the second calculation unit into a sine wave voltage command. The second harmonic superimposing unit generates an AC voltage command by superimposing the 3n-order harmonic component on the sine wave voltage command converted by the second command conversion unit. The second modulator generates a control command based on a comparison between the AC voltage command generated by the second harmonic superimposing unit and the carrier wave. The amplitude of the 3n-order harmonic component superimposed by the second harmonic superimposing unit with respect to the sine wave voltage command having the same amplitude is the same as that of the 3n-order harmonic component superimposed by the first harmonic superimposing unit. It is equivalent to the amplitude.
このようにすると、正弦波変調モードと過変調モードとの間で、基本波成分に対する3次高調波成分の振幅割合を同様とできるので、正弦波変調モードと過変調モードとの間での切替時における制御安定性をさらに高めることができる。 In this way, the amplitude ratio of the third harmonic component to the fundamental wave component can be made the same between the sine wave modulation mode and the over modulation mode, so switching between the sine wave modulation mode and the over modulation mode is possible. Control stability at the time can be further enhanced.
また好ましくは、正弦波変調制御部は、第2の演算部と、第2の指令変換部と、第2の高調波重畳部と、第2の変調部とを有する。第2の演算部は、モータ電流および電流指令に基づいて電流偏差を求めるとともに、求めた電流偏差に応じて、交流電圧指令を示す制御値を演算する。第2の指令変換部は、第2の演算部によって演算された制御値を正弦波電圧指令に変換する。第2の高調波重畳部は、第2の指令変換部によって変換された正弦波電圧指令に3n次高調波成分を重畳することによって交流電圧指令を生成する。第2の変調部は、第2の高調波重畳部により生成された交流電圧指令と搬送波との比較に基づいて、制御指令を発生する。そして、同一振幅の正弦波電圧指令に対して、第2の高調波重畳部によって重畳される3n次高調波成分の振幅は、第1の高調波重畳部によって重畳される3n次高調波成分の振幅よりも大きい。 Preferably, the sine wave modulation control unit includes a second calculation unit, a second command conversion unit, a second harmonic superposition unit, and a second modulation unit. The second calculation unit calculates a current deviation based on the motor current and the current command, and calculates a control value indicating the AC voltage command according to the calculated current deviation. The second command conversion unit converts the control value calculated by the second calculation unit into a sine wave voltage command. The second harmonic superimposing unit generates an AC voltage command by superimposing the 3n-order harmonic component on the sine wave voltage command converted by the second command conversion unit. The second modulator generates a control command based on a comparison between the AC voltage command generated by the second harmonic superimposing unit and the carrier wave. The amplitude of the 3n-order harmonic component superimposed by the second harmonic superimposing unit with respect to the sine wave voltage command having the same amplitude is the same as that of the 3n-order harmonic component superimposed by the first harmonic superimposing unit. Greater than amplitude.
このようにすると、正弦波変調モードのPWM制御の適用領域を3次高調波の重畳によって拡大することができる一方で、正弦波変調モードによってカバーできない過変調モード適用時のPWM制御の制御安定性を高めるように、3次高調波成分の振幅を設定することができる。 In this way, the application range of the PWM control in the sine wave modulation mode can be expanded by the superposition of the third harmonic, while the control stability of the PWM control when the over modulation mode cannot be covered by the sine wave modulation mode. The amplitude of the third harmonic component can be set so as to increase
この発明によれば、過変調モードのPWM制御による交流電圧指令に3次高調波を重畳する交流電動機制御において、制御安定性を確保することができる。 According to the present invention, control stability can be ensured in AC motor control in which the third harmonic is superimposed on the AC voltage command by PWM control in the overmodulation mode.
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は原則的に繰返さないものとする。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following, the same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated in principle.
(電動機制御の全体構成)
図1は、本発明の実施の形態に従う交流電動機の制御装置が適用されるモータ駆動制御システムの全体構成図である。
(General configuration of motor control)
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a motor drive control system to which an AC motor control device according to an embodiment of the present invention is applied.
図1を参照して、モータ駆動制御システム100は、直流電圧発生部10♯と、平滑コンデンサC0と、インバータ14と、交流電動機M1と、制御装置30とを備える。
Referring to FIG. 1, motor
交流電動機M1は、たとえば、電動車両(ハイブリッド自動車、電気自動車や燃料電池車等の電気エネルギによって車両駆動力を発生する自動車をいうものとする)の駆動輪を駆動するためのトルクを発生するための駆動用電動機である。あるいは、この交流電動機M1は、エンジンにて駆動される発電機の機能を持つように構成されてもよく、電動機および発電機の機能を併せ持つように構成されてもよい。さらに、交流電動機M1は、エンジンに対して電動機として動作し、たとえば、エンジン始動を行ない得るようなものとしてハイブリッド自動車に組み込まれるようにしてもよい。すなわち、本実施の形態において、「交流電動機」は、交流駆動の電動機、発電機および電動発電機(モータジェネレータ)を含むものである。 For example, AC electric motor M1 generates torque for driving drive wheels of an electric vehicle (referred to as a vehicle that generates vehicle driving force by electric energy such as a hybrid vehicle, an electric vehicle, and a fuel cell vehicle). This is an electric motor for driving. Alternatively, AC electric motor M1 may be configured to have a function of a generator driven by an engine, or may be configured to have both functions of an electric motor and a generator. Further, AC electric motor M1 may operate as an electric motor for the engine, and may be incorporated in a hybrid vehicle as one that can start the engine, for example. That is, in the present embodiment, the “AC motor” includes an AC drive motor, a generator, and a motor generator (motor generator).
直流電圧発生部10♯は、直流電源Bと、システムリレーSR1,SR2と、平滑コンデンサC1と、コンバータ12とを含む。
DC
直流電源Bは、代表的には、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池や電気二重層キャパシタ等の蓄電装置により構成される。直流電源Bが出力する直流電圧Vbおよび入出力される直流電流Ibは、電圧センサ10および電流センサ11によってそれぞれ検知される。
The DC power supply B is typically constituted by a secondary battery such as nickel metal hydride or lithium ion, or a power storage device such as an electric double layer capacitor. The DC voltage Vb output from the DC power supply B and the input / output DC current Ib are detected by the
システムリレーSR1は、直流電源Bの正極端子および電力線6の間に接続され、システムリレーSR1は、直流電源Bの負極端子およびアース線5の間に接続される。システムリレーSR1,SR2は、制御装置30からの信号SEによりオン/オフされる。
System relay SR 1 is connected between the positive terminal of DC power supply B and
コンバータ12は、リアクトルL1と、電力用半導体スイッチング素子Q1,Q2と、ダイオードD1,D2とを含む。電力用半導体スイッチング素子Q1およびQ2は、電力線7およびアース線5の間に直列に接続される。電力用半導体スイッチング素子Q1およびQ2のオン・オフは、制御装置30からのスイッチング制御信号S1およびS2によって制御される。
この発明の実施の形態において、電力用半導体スイッチング素子(以下、単に「スイッチング素子」と称する)としては、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、
電力用MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタあるいは、電力用バイポーラ
トランジスタ等を用いることができる。スイッチング素子Q1,Q2に対しては、逆並列ダイオードD1,D2が配置されている。リアクトルL1は、スイッチング素子Q1およびQ2の接続ノードと電力線6の間に接続される。また、平滑コンデンサC0は、電力線7およびアース線5の間に接続される。
In the embodiment of the present invention, as a power semiconductor switching element (hereinafter, simply referred to as “switching element”), an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor),
A power MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor, a power bipolar transistor, or the like can be used. Anti-parallel diodes D1, D2 are arranged for switching elements Q1, Q2. Reactor L1 is connected between a connection node of switching elements Q1 and Q2 and
インバータ14は、電力線7およびアース線5の間に並列に設けられる、U相上下アーム15と、V相上下アーム16と、W相上下アーム17とから成る。各相上下アームは、電力線7およびアース線5の間に直列接続されたスイッチング素子から構成される。たとえば、U相上下アーム15は、スイッチング素子Q3,Q4から成り、V相上下アーム16は、スイッチング素子Q5,Q6から成り、W相上下アーム17は、スイッチング素子Q7,Q8から成る。また、スイッチング素子Q3〜Q8に対して、逆並列ダイオードD3〜D8がそれぞれ接続されている。スイッチング素子Q3〜Q8のオン・オフは、制御装置30からのスイッチング制御信号S3〜S8によって制御される。
代表的には、交流電動機M1は、3相の永久磁石型同期電動機であり、U,V,W相の3つのコイルの一端が中性点に共通接続されて構成される。さらに、各相コイルの他端は、各相上下アーム15〜17のスイッチング素子の中間点と接続されている。
Typically, AC motor M1 is a three-phase permanent magnet type synchronous motor, and is configured by commonly connecting one end of three coils of U, V, and W phases to a neutral point. Furthermore, the other end of each phase coil is connected to the midpoint of the switching elements of the upper and
コンバータ12は、昇圧動作時には、直流電源Bから供給された直流電圧Vbを昇圧した直流電圧VH(インバータ14への入力電圧に相当するこの直流電圧を、以下「システム電圧」とも称する)をインバータ14へ供給する。より具体的には、制御装置30からのスイッチング制御信号S1,S2に応答して、スイッチング素子Q1のオン期間およびスイッチング素子のQ2のオン期間(または、スイッチング素子Q1,Q2の両方がオフする期間)が交互に設けられ、昇圧比は、これらのオン期間の比に応じたものとなる。あるいは、スイッチング素子Q1およびQ2をオンおよびオフにそれぞれ固定すれば、VH=Vb(昇圧比=1.0)とすることもできる。
During the boosting operation, the
また、コンバータ12は、降圧動作時には、平滑コンデンサC0を介してインバータ14から供給された直流電圧VH(システム電圧)を降圧して直流電源Bを充電する。より具体的には、制御装置30からのスイッチング制御信号S1,S2に応答して、スイッチング素子Q1のみがオンする期間と、スイッチング素子Q1,Q2の両方がオフする期間(または、スイッチング素子のQ2のオン期間)とが交互に設けられ、降圧比は上記オン期間のデューティ比に応じたものとなる。
In the step-down operation,
平滑コンデンサC0は、コンバータ12からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ14へ供給する。電圧センサ13は、平滑コンデンサC0の両端の電圧、すなわち、システム電圧VHを検出し、その検出値を制御装置30へ出力する。
インバータ14は、交流電動機M1のトルク指令値が正(Trqcom>0)の場合には、平滑コンデンサC0から直流電圧が供給されると制御装置30からのスイッチング制御信号S3〜S8に応答した、スイッチング素子Q3〜Q8のスイッチング動作により直流電圧を交流電圧に変換して正のトルクを出力するように交流電動機M1を駆動する。また、インバータ14は、交流電動機M1のトルク指令値が零の場合(Trqcom=0)には、スイッチング制御信号S3〜S8に応答したスイッチング動作により、直流電圧を交流電圧に変換してトルクが零になるように交流電動機M1を駆動する。これにより、交流電動機M1は、トルク指令値Trqcomによって指定された零または正のトルクを発生するように駆動される。
When the torque command value of AC motor M1 is positive (Trqcom> 0),
さらに、モータ駆動制御システム100が搭載された電動車両の回生制動時には、交流電動機M1のトルク指令値Trqcomは負に設定される(Trqcom<0)。この場合には、インバータ14は、スイッチング制御信号S3〜S8に応答したスイッチング動作により、交流電動機M1が発電した交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧(システム電圧)を平滑コンデンサC0を介してコンバータ12へ供給する。なお、ここで言う回生制動とは、電動車両を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速(または加速の中止)させることを含む。
Further, during regenerative braking of an electric vehicle equipped with motor
電流センサ24は、交流電動機M1に流れるモータ電流MCRTを検出し、その検出したモータ電流を制御装置30へ出力する。なお、三相電流iu,iv,iwの瞬時値の和は零であるので、図1に示すように電流センサ24は2相分のモータ電流(たとえば、V相電流ivおよびW相電流iw)を検出するように配置すれば足りる。
回転角センサ(レゾルバ)25は、交流電動機M1のロータ回転角θを検出し、その検出した回転角θを制御装置30へ送出する。制御装置30では、回転角θに基づき交流電動機M1の回転数(回転速度)および角速度ω(rad/s)を算出できる。なお、回転角センサ25については、回転角θを制御装置30にてモータ電圧や電流から直接演算することによって、配置を省略してもよい。
The rotation angle sensor (resolver) 25 detects the rotor rotation angle θ of the AC
制御装置30は、電子制御ユニット(ECU)により構成され、予め記憶されたプログラムを図示しないCPUで実行することによるソフトウェア処理および/または専用の電子回路によるハードウェア処理により、モータ駆動制御システム100の動作を制御する。
The
代表的な機能として、制御装置30は、入力されたトルク指令値Trqcom、電圧センサ10によって検出された直流電圧Vb、電流センサ11によって検出された直流電流Ib、電圧センサ13によって検出されたシステム電圧VHおよび電流センサ24からのモータ電流iv,iw、回転角センサ25からの回転角θ等に基づいて、後述する制御方式により交流電動機M1がトルク指令値Trqcomに従ったトルクを出力するように、コンバータ12およびインバータ14の動作を制御する。すなわち、コンバータ12およびインバータ14を上記のように制御するためのスイッチング制御信号S1〜S8を生成して、コンバータ12およびインバータ14へ出力する。
As a representative function, the
コンバータ12の昇圧動作時には、制御装置30は、システム電圧VHをフィードバック制御し、システム電圧VHが電圧指令値に一致するようにスイッチング制御信号S1,S2を生成する。
During the boost operation of
また、制御装置30は、電動車両が回生制動モードに入ったことを示す信号RGEを外部ECUから受けると、交流電動機M1で発電された交流電圧を直流電圧に変換するようにスイッチング制御信号S3〜S8を生成してインバータ14へ出力する。これにより、インバータ14は、交流電動機M1で発電された交流電圧を直流電圧に変換してコンバータ12へ供給する。
In addition, when
さらに、制御装置30は、電動車両が回生制動モードに入ったことを示す信号RGEを外部ECUから受けると、インバータ14から供給された直流電圧を降圧するようにスイッチング制御信号S1,S2を生成し、コンバータ12へ出力する。これにより、交流電動機M1が発電した交流電圧は、直流電圧に変換され、降圧されて直流電源Bに供給される。
Further, when receiving a signal RGE indicating that the electric vehicle has entered the regenerative braking mode from the external ECU,
(制御モードの説明)
制御装置30による交流電動機M1の制御についてさらに詳細に説明する。
(Description of control mode)
The control of AC motor M1 by
図2は、本発明の実施の形態によるモータ駆動システムにおける交流電動機M1の制御モードを概略的に説明する図である。 FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a control mode of AC electric motor M1 in the motor drive system according to the embodiment of the present invention.
図2に示すように、本発明の実施の形態によるモータ駆動制御システム100では、交流電動機M1の制御、すなわち、インバータ14における電力変換について、3つの制御モードを切替えて使用する。
As shown in FIG. 2, in the motor
正弦波PWM制御は、一般的なPWM制御として用いられるものであり、各相上下アーム素子のオン・オフを、正弦波状の電圧指令と搬送波(代表的には三角波)との電圧比較に従って制御する。この結果、上アーム素子のオン期間に対応するハイレベル期間と、下アーム素子のオン期間に対応するローレベル期間との集合について、一定期間内でその基本波成分が正弦波となるようにデューティが制御される。周知のように、正弦波状の電圧指令の振幅が搬送波振幅以下の範囲に制限される正弦波PWM制御では、交流電動機M1への印加電圧(以下、単に「モータ印加電圧」とも称する)の基本波成分をインバータの直流リンク電圧の約0.61倍程度までしか高めることができない。以下、本明細書では、インバータ14の直流リンク電圧(すなわち、システム電圧VH)に対するモータ印加電圧(線間電圧)の基本波成分(実効値)の比を「変調率」と称することとする。
The sine wave PWM control is used as a general PWM control, and controls on / off of each phase upper and lower arm elements according to a voltage comparison between a sine wave voltage command and a carrier wave (typically a triangular wave). . As a result, for a set of a high level period corresponding to the on period of the upper arm element and a low level period corresponding to the on period of the lower arm element, the duty is set so that the fundamental wave component becomes a sine wave within a certain period. Is controlled. As is well known, in the sinusoidal PWM control in which the amplitude of the sinusoidal voltage command is limited to a range below the carrier wave amplitude, the fundamental wave of the applied voltage to the AC motor M1 (hereinafter also simply referred to as “motor applied voltage”). The component can only be increased to about 0.61 times the DC link voltage of the inverter. Hereinafter, in this specification, the ratio of the fundamental component (effective value) of the motor applied voltage (line voltage) to the DC link voltage (that is, the system voltage VH) of the
正弦波PWM制御では、正弦波の電圧指令の振幅が搬送波振幅以下の範囲であるため、交流電動機M1に印加される線間電圧が正弦波となる。また、搬送波振幅以下の範囲の正弦波成分に3n次高調波成分(n:自然数、代表的には、n=1の3次高調波)を重畳させて電圧指令を生成する制御方式が提案されている。この制御方式により、正弦波PWM制御を適用可能な変調率の上限値を0.61よりも高めることが可能となる。 In the sine wave PWM control, since the amplitude of the voltage command of the sine wave is in the range below the carrier wave amplitude, the line voltage applied to the AC motor M1 becomes a sine wave. In addition, a control method has been proposed in which a voltage command is generated by superimposing a 3n-order harmonic component (n: a natural number, typically n = 1 third-harmonic) on a sine wave component in a range below the carrier wave amplitude. ing. This control method makes it possible to increase the upper limit value of the modulation rate to which the sine wave PWM control can be applied, from 0.61.
なお、高調波を重畳することによって、正弦波PWM制御であっても電圧指令が搬送波振幅よりも高くなる期間が生じるが、各相に重畳された3n次高調波成分は線間では打ち消されるので、線間電圧は、正弦波を維持したものとなる。本実施の形態では、この制御方式も正弦波PWM制御に含めるものとする。 By superimposing harmonics, a period in which the voltage command is higher than the carrier wave amplitude occurs even in sine wave PWM control, but the 3n-order harmonic component superimposed on each phase is canceled between lines. The line voltage maintains a sine wave. In the present embodiment, this control method is also included in the sine wave PWM control.
一方、矩形波電圧制御では、上記一定期間内で、ハイレベル期間およびローレベル期間の比が1:1の矩形波1パルス分を交流電動機印加する。これにより、変調率は0.78まで高められる。 On the other hand, in the rectangular wave voltage control, an AC motor is applied for one pulse of a rectangular wave whose ratio between the high level period and the low level period is 1: 1 within the predetermined period. As a result, the modulation rate is increased to 0.78.
過変調PWM制御は、電圧指令(正弦波成分)の振幅が搬送波振幅より大きい範囲で上記正弦波PWM制御と同様のPWM制御を行なうものである。特に、電圧指令を本来の正弦波波形から歪ませること(振幅補正)によって基本波成分を高めることができ、変調率を正弦波PWM制御モードでの最高変調率から0.78の範囲まで高めることができる。過変調PWM制御では、電圧指令(正弦波成分)の振幅が搬送波振幅より大きいため、交流電動機M1に印加される線間電圧は、正弦波ではなく歪んだ電圧となる。過変調PWM制御においても正弦波成分に3n次高調波成分を重畳することによって、正弦波PWM制御との間での切替時における電圧指令の変動が抑制される。 The overmodulation PWM control performs PWM control similar to the sine wave PWM control in a range where the amplitude of the voltage command (sine wave component) is larger than the carrier wave amplitude. In particular, the fundamental wave component can be increased by distorting the voltage command from the original sine wave waveform (amplitude correction), and the modulation rate is increased from the maximum modulation rate in the sine wave PWM control mode to a range of 0.78. Can do. In overmodulation PWM control, since the amplitude of the voltage command (sine wave component) is greater than the carrier wave amplitude, the line voltage applied to AC motor M1 is not a sine wave but a distorted voltage. Even in the overmodulation PWM control, by superimposing the 3n-order harmonic component on the sine wave component, the fluctuation of the voltage command at the time of switching to the sine wave PWM control is suppressed.
交流電動機M1では、回転数や出力トルクが増加すると誘起電圧が高くなるため、必要となる駆動電圧(モータ必要電圧)が高くなる。コンバータ12による昇圧電圧すなわち、システム電圧VHはこのモータ必要電圧よりも高く設定する必要がある。その一方で、コンバータ12による昇圧電圧すなわち、システム電圧VHには限界値(VH最大電圧)が存在する。
In the AC motor M1, the induced voltage increases as the rotational speed and output torque increase, so that the required drive voltage (motor required voltage) increases. The boosted voltage by the
したがって、交流電動機M1の動作状態に応じて、モータ電流のフィードバックによってモータ印加電圧(交流)の振幅および位相を制御する、正弦波PWM制御または過変調PWM制御によるPWM制御モード、および、矩形波電圧制御モードのいずれかが選択的に適用される。なお、矩形波電圧制御では、モータ印加電圧の振幅が固定されるため、トルク実績値とトルク指令値との偏差に基づく、矩形波電圧パルスの位相制御によってトルク制御が実行される。 Therefore, a PWM control mode by sine wave PWM control or overmodulation PWM control that controls the amplitude and phase of the motor applied voltage (AC) by feedback of the motor current according to the operating state of AC motor M1, and rectangular wave voltage One of the control modes is selectively applied. In the rectangular wave voltage control, since the amplitude of the motor applied voltage is fixed, the torque control is executed by the phase control of the rectangular wave voltage pulse based on the deviation between the actual torque value and the torque command value.
図3には、交流電動機M1の動作状態と上述の制御モードとの対応関係が示される。
図3を参照して、概略的には、低回転数域A1ではトルク変動を小さくするために正弦波PWM制御が用いられ、中回転数域A2では過変調PWM制御、高回転数域A3では、矩形波電圧制御が適用される。特に、過変調PWM制御および矩形波電圧制御の適用により、交流電動機M1の出力向上が実現される。このように、図2に示した制御モードのいずれを用いるかについては、基本的には、実現可能な変調率の範囲内で決定される。
FIG. 3 shows the correspondence between the operating state of AC electric motor M1 and the control mode described above.
Referring to FIG. 3, schematically, sinusoidal PWM control is used in order to reduce the torque fluctuation in the low rotational speed range A1, overmodulation PWM control in the intermediate rotational speed range A2, and in the high rotational speed range A3. Square wave voltage control is applied. In particular, application of overmodulation PWM control and rectangular wave voltage control can improve the output of AC electric motor M1. As described above, which one of the control modes shown in FIG. 2 is used is basically determined within the range of the realizable modulation rate.
(各制御モードの制御構成の説明)
図4は、本発明の実施の形態による交流電動機の制御装置による、基本的な制御構成である、正弦波PWM制御によるモータ制御構成を説明するブロック図である。図4を含めて、以下で説明されるブロック図に記載されたモータ制御のための各機能ブロックは、制御装置30による、ハードウェア的あるいはソフトウェア的な処理によって実現される。
(Description of control configuration in each control mode)
FIG. 4 is a block diagram illustrating a motor control configuration based on sinusoidal PWM control, which is a basic control configuration by the AC motor control apparatus according to the embodiment of the present invention. Each functional block for motor control described in the block diagrams described below including FIG. 4 is realized by hardware or software processing by the
図4を参照して、正弦波PWM制御部200は、正弦波PWM制御モードの選択時に、交流電動機M1がトルク指令値Trqcomに従ったトルクを出力するように、インバータ14のスイッチング制御信号S3〜S8を生成する。
Referring to FIG. 4, sine wave
正弦波PWM制御部200は、電流指令生成部210と、座標変換部220,250と、電圧指令生成部240と、PWM変調部260とを含む。
The sine wave
電流指令生成部210は、予め作成されたテーブル等に従って、交流電動機M1のトルク指令値Trqcomに応じた、d軸電流指令値Idcomおよびq軸電流指令値Iqcomを生成する。
Current
座標変換部220は、回転角センサ25によって検出される交流電動機M1の回転角θを用いた座標変換(3相→2相)により、電流センサ24によって検出されたv相電流ivおよびW相電流iwを基に、d軸電流Idおよびq軸電流Iqを算出する。
The coordinate
電圧指令生成部240には、d軸電流の指令値に対する偏差ΔId(ΔId=Idcom−Id)およびq軸電流の指令値に対する偏差ΔIq(ΔIq=Iqcom−Iq)が入力される。電圧指令生成部240は、d軸電流偏差ΔIdおよびq軸電流偏差ΔIqのそれぞれについて、所定ゲインによるPI(比例積分)演算を行なって制御偏差を求め、この制御偏差に応じたd軸電圧指令値Vd♯およびq軸電圧指令値Vq♯を生成する。
Deviation ΔId (ΔId = Idcom−Id) relative to the command value of the d-axis current and deviation ΔIq (ΔIq = Iqcom−Iq) relative to the command value of the q-axis current are input to the voltage
座標変換部250は、交流電動機M1の回転角θを用いた座標変換(2相→3相)によって、d軸電圧指令値Vd♯およびq軸電圧指令値Vq♯をU相、V相、W相の各相電圧指令Vu,Vv,Vwに変換する。
The coordinate
高調波重畳処理部255は、座標変換部250によって算出されたU相、V相、W相の各相電圧指令Vu,Vv,Vwに対して、3n次高調波成分を重畳する。
The harmonic
ここで、3n次高調波は、基本波周波数に対して、3・n倍(n:自然数)の周波数の高調波であれば、任意の周波数とすることができるが、代表的に3次高調波(n=1)と称することとする。すなわち,以下での3次高調波とは、第3n次高調波の意味と同等である。
Here, the 3n-order harmonic can be an arbitrary frequency as long as it is a harmonic having a
高調波重畳処理部255は、下記(1)式に従って、U相電圧指令Vu(Vu=Va・sinωt)に3次高調波成分を重畳した電圧指令Vu♯を生成する。(1)式中において、係数k1は、正弦波PWM制御時に重畳される3次高調波成分の振幅を、基本波成分の振幅に対する比率で規定するものである。
Harmonic
Vu♯=Vu+Va・k1・sin3ωt …(1)
そして、高調波重畳処理部255は、V相およびW相の電圧指令Vv,VwについてもU相と同様に3次高調波を重畳した電圧指令Vv♯,Vw♯を生成する。
Vu # = Vu + Va · k1 · sin3ωt (1)
Then, the harmonic
PWM変調部260は、図5に示すように、搬送波262と、交流電圧指令264との比較に基づき、インバータ14の各相の上下アーム素子のオン・オフを制御することによって、交流電動機M1の各相に疑似正弦波電圧を生成する。搬送波262は、所定周波数の三角波やのこぎり波によって構成される。交流電圧指令264は、図4に示した各相電圧指令Vu♯,Vv♯,Vw♯を包括的に示すものであり、図5では記載を省略しているが実際には3次高調波が重畳されている。
As shown in FIG. 5, the
なお、インバータ制御のためのPWM変調において、搬送波262の振幅は、インバータ14の入力直流電圧(システム電圧VH)に相当する。ただし、PWM変調する交流電圧指令264の振幅について、本来の各相電圧指令の振幅をシステム電圧VHで除算したものに変換すれば、PWM変調部260で用いる搬送波262の振幅を固定できる。
In the PWM modulation for inverter control, the amplitude of the
再び図4を参照して、インバータ14が、PWM制御部200によって生成されたスイッチング制御信号S3〜S8に従ってスイッチング制御されることにより、交流電動機M1に対してトルク指令値Trqcomに従ったトルクを出力するための交流電圧が印加される。
Referring to FIG. 4 again, the
図6には、過変調PWM制御によるモータ制御構成の一般的な例を説明するブロック図が示される。 FIG. 6 is a block diagram illustrating a general example of a motor control configuration based on overmodulation PWM control.
図6を参照して、過変調PWM制御部201は、図4に示した正弦波PWM制御部200の構成に加えて、電流フィルタ230および電圧振幅補正部270を含む。さらに、高調波重畳処理部255に代えて、高調波重畳処理部255♯が設けられる。
Referring to FIG. 6, overmodulation
電流フィルタ230は、座標変換部220によって算出されたd軸電流Idおよびq軸電流Iqを、時間軸方向に平滑化する処理を実行する。これにより、センサ検出値に基づく実電流Id,Iqがフィルタ処理された電流Idf、Iqfに変換される。
The
そして、過変調PWM制御部201では、電流偏差ΔId,ΔIqは、フィルタ処理された電流Idf,Iqfを用いて算出される。すなわち、ΔId=Idcom−Idf、ΔIq=Iqcom−Iqfとされる。
In the overmodulation
電圧振幅補正部270は、電圧指令生成部240によって算出された、本来のd軸電圧指令値Vd♯およびq軸電圧指令値Vq♯に対して、モータ印加電圧の振幅を拡大するための補正処理を実行する。
Voltage
過変調PWM制御の適用時には、電圧指令値Vd♯,Vq♯を2相−3相変換した各相電圧指令(基本波成分)の振幅が、インバータ入力電圧(システム電圧VH)よりも大きい状態となる。この状態は、図5に示した波形図において、交流電圧指令264の振幅が搬送波262の振幅よりも大きくなった状態に相当する。このようになると、インバータ14からは交流電動機M1に対してはシステム電圧VHを超えた電圧が印加できないため、本来の電圧指令値Vd♯,Vq♯に従った各相電圧指令信号に従ったPWM制御によっては、電圧指令値Vd♯,Vq♯に対応する本来の変調率が確保できなくなる。
When the overmodulation PWM control is applied, the amplitude of each phase voltage command (fundamental wave component) obtained by converting the voltage command values Vd # and Vq # into two-phase to three-phase is larger than the inverter input voltage (system voltage VH). Become. This state corresponds to a state in which the amplitude of the
このため、電圧指令値Vd♯,Vq♯による交流電圧指令に対して、電圧印加区間が増大するように電圧振幅を拡大(×m倍,m>1)する補正処理を行うことによって、電圧指令値Vd♯,Vq♯による本来の変調率が確保できるようになる。なお、電圧振幅補正部270におる電圧振幅の拡大比mは、この本来の変調率に基づいて理論的に導出できる。
Therefore, with respect to the AC voltage command based on the voltage command values Vd # and Vq #, the voltage command is corrected by expanding the voltage amplitude (× m times, m> 1) so that the voltage application interval is increased. The original modulation rate based on the values Vd # and Vq # can be secured. The voltage amplitude expansion ratio m in the voltage
座標変換部250は、電圧振幅補正部270による補正処理がなされた電圧指令を各相電圧指令Vu,Vv,Vwに変換する。
The coordinate
高調波重畳処理部255♯は、下記(2)式に従って、U相電圧指令Vu(Vu=Va・sinωt)に3次高調波成分を重畳した電圧指令Vu♯を生成する。(2)式中において、係数k2は、過変調PWM制御時に重畳される3次高調波成分の振幅を、基本波成分の振幅に対する比率で規定するものである。
Harmonic
Vu♯=Vu+Va・k2・sin3ωt …(2)
そして、高調波重畳処理部255♯は、V相およびW相の電圧指令Vv,VwについてもU相と同様に3次高調波を重畳した電圧指令Vv♯,Vw♯を生成する。
Vu # = Vu + Va · k2 · sin3ωt (2)
Then, harmonic
PWM変調部260は、高調波重畳処理部255♯により3次高調波が重畳された各相電圧指令Vu♯,Vv♯,Vw♯に従って、インバータ14のスイッチング制御信号S3〜S8を生成する。
ここで、高調波重畳処理部255♯における高調波成分の振幅比を示す係数k2は、以下に説明するように設定される。
Here, coefficient k2 indicating the amplitude ratio of the harmonic component in harmonic
図7には、正弦波PWM制御の適用領域を拡大する目的で、電圧指令に3次高調波成分を重畳したときの動作波形が示される。 FIG. 7 shows an operation waveform when a third harmonic component is superimposed on the voltage command for the purpose of expanding the application range of the sine wave PWM control.
この場合には、正弦波PWMの適用領域を拡大するために、交流電圧指令264の頂点部分の波形に凹凸、すなわち、基本波成分による変極点に加えて、3次高調波成分に起因する変極点がさらに生じるように、係数(振幅比)k1を比較的大きくする。これにより、変調率が0.61を超える領域についても、正弦波PWM制御の適用が可能となる。
In this case, in order to expand the application range of the sine wave PWM, the waveform at the apex portion of the
一方、図7に示されるような、3次高調波成分を重畳した正弦波PWM制御によっても、矩形波電圧制御が適用される変調率=0.78の領域まで正弦波PWM制御を適用することは困難である。したがって、両者の中間となる変調率領域では、過変調PWM制御が必要となる。 On the other hand, the sine wave PWM control is applied to the region where the modulation factor = 0.78 to which the rectangular wave voltage control is applied even by the sine wave PWM control in which the third harmonic component is superimposed as shown in FIG. It is difficult. Therefore, overmodulation PWM control is required in the modulation rate region that is between the two.
図8には、電圧指令に3次高調波成分を重畳した過変調PWM制御の比較例における動作波形が示される。 FIG. 8 shows an operation waveform in the comparative example of the overmodulation PWM control in which the third harmonic component is superimposed on the voltage command.
図8では、過変調PWM制御での3次高調波成分の振幅比k2を、図7における振幅比k1と同様とした場合の動作波形が示される。この結果、図7と同様に、交流電圧指令264の頂点部分の波形に凹凸(3次高調波成分に起因する変極点)が生じる。
FIG. 8 shows an operation waveform when the amplitude ratio k2 of the third harmonic component in the overmodulation PWM control is the same as the amplitude ratio k1 in FIG. As a result, as in FIG. 7, irregularities (inflection points due to the third harmonic component) occur in the waveform of the apex portion of the
このようにすると、搬送波262と交流電圧指令264との電圧比較において、電気角の半周期ずつ(0〜180度/180〜360度)の間で、交流電圧指令264の頂点部分におけるスイッチング回数が異なってくる現象が発生する可能性がある。たとえば、図8中に点線で囲んだように、正電圧の印加期間(電気角0〜180度)でスイッチング素子のオン・オフが発生しているのに対して、負電圧の印加期間(電気角180〜360度)では、上記と180度位相がずれた対応個所においてスイッチング素子がオン・オフされていない。これにより、モータ印加電圧が正/負電圧の間で非対称となってしまう。このような現象が発生すると、モータ電流に乱れが発生してしまう。
In this way, in the voltage comparison between the
したがって、本実施の形態によるモータ駆動システムでは、図9に示すように、過変調PWM制御の適用時において、高調波重畳処理部255♯による3次高調波成分の振幅比k2を、3次高調波が重畳された交流電圧指令264の頂点部分の波形に凹凸(3次高調波成分に起因する変極点)が生じない範囲に制限する。
Therefore, in the motor drive system according to the present embodiment, as shown in FIG. 9, when overmodulation PWM control is applied, amplitude ratio k2 of the third harmonic component by harmonic
このように振幅比k2を設定すると、搬送波262と交流電圧指令264との比較に基づくインバータ14のスイッチング素子のオン・オフによって制御されるモータ印加電圧について、電気1周期(電気角360度)内での、正/負電圧波形を対称にすることができるので、モータ電流の乱れを防止して、交流電動機を安定的に制御することが可能となる。
When the amplitude ratio k2 is set in this way, the motor applied voltage controlled by turning on / off the switching element of the
なお、本実施の形態によるモータ駆動システムでは、上記のように設定された過変調PWM制御における3次高調波成分の振幅比k2(高調波重畳処理部255♯)に対して、正弦波PWM制御における3次高調波成分の振幅比k1(高調波重畳処理部255)については、k1=k2と設定することが好ましい。このようにすると、上記の効果に加えて、正弦波変調モードと過変調モードとの間での切替時における制御安定性をさらに高めることができる。また、正弦波PWM制御の適用領域についても、3次高調波の非重畳時よりも拡大できる。
In the motor drive system according to the present embodiment, sinusoidal PWM control is performed with respect to amplitude ratio k2 (harmonic
あるいは、正弦波PWM制御における振幅比k1を、過変調PWM制御における振幅比k2よりも大きい値に設定してもよい。このようにすると、k1=k2の場合よりも正弦波PWM制御の適用領域を拡大できる一方で、過変調PWM制御の安定性を高めるように、3次高調波成分の振幅を設定することができる。 Alternatively, the amplitude ratio k1 in the sine wave PWM control may be set to a value larger than the amplitude ratio k2 in the overmodulation PWM control. In this way, the application range of the sine wave PWM control can be expanded as compared with the case of k1 = k2, while the amplitude of the third harmonic component can be set so as to improve the stability of the overmodulation PWM control. .
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
5 アース線、6,7 電力線、10,13 電圧センサ、10♯ 直流電圧発生部、11,24 電流センサ、12 コンバータ、14 インバータ、15 U相上下アーム、16 V相上下アーム、17 W相上下アーム、25 回転角センサ、30 制御装置(ECU)、100 モータ駆動制御システム、200 正弦波PWM制御部、201 過変調PWM制御部、210 電流指令生成部、220,250 座標変換部、230 電流フィルタ、240 電圧指令生成部、255,255# 高調波重畳処理部、260 PWM変調部、262 搬送波、264 交流電圧指令、270 電圧振幅補正部、B 直流電源、C0,C1 平滑コンデンサ、D1〜D8 逆並列ダイオード、Ib 直流電流、Id d軸電流、Idcom,Iqcom 電流指令値、Idf,Iqf 電流(フィルタ処理)、Iq q軸電流、iu,iv,iw 三相電流、k1,k2 係数(振幅比)、L1 リアクトル、M1 交流電動機、MCRT モータ電流、Q1〜Q8 電力用半導体スイッチング素子、SR1,SR2 システムリレー、Trqcom トルク指令値、Vb 直流電圧、Vd♯,Vq♯ 電圧指令値(d,q軸)、VH 直流電圧(システム電圧)、Vu♯,Vv♯,Vw♯ 電圧指令(3次高調波重畳後)、Vu,Vv,Vw 電圧指令(3次高調波重畳前)、ΔId,ΔIq 電流偏差、θ ロータ回転角、ω 角速度。 5 Ground wire, 6, 7 Power line, 10, 13 Voltage sensor, 10 # DC voltage generator, 11, 24 Current sensor, 12 Converter, 14 Inverter, 15 U phase upper and lower arm, 16 V phase upper and lower arm, 17 W phase upper and lower Arm, 25 rotation angle sensor, 30 control unit (ECU), 100 motor drive control system, 200 sine wave PWM control unit, 201 overmodulation PWM control unit, 210 current command generation unit, 220, 250 coordinate conversion unit, 230 current filter , 240 Voltage command generation unit, 255, 255 # harmonic superimposition processing unit, 260 PWM modulation unit, 262 carrier wave, 264 AC voltage command, 270 voltage amplitude correction unit, B DC power supply, C0, C1 smoothing capacitor, D1-D8 reverse Parallel diode, Ib DC current, Id d-axis current, Idcom, Iqcom Command value, Idf, Iqf current (filter processing), Iq q-axis current, iu, iv, iw three-phase current, k1, k2 coefficient (amplitude ratio), L1 reactor, M1 AC motor, MCRT motor current, Q1-Q8 power Semiconductor switching element, SR1, SR2 system relay, Trqcom torque command value, Vb DC voltage, Vd #, Vq # voltage command value (d, q axis), VH DC voltage (system voltage), Vu #, Vv #, Vw # Voltage command (after superimposing third harmonics), Vu, Vv, Vw Voltage command (before superimposing third harmonics), ΔId, ΔIq Current deviation, θ rotor rotation angle, ω angular velocity.
Claims (3)
前記インバータおよび前記交流電動機の間を流れる電流を検出する電流検出器と、
前記交流電動機を動作指令に従って動作させるための交流電圧指令と搬送波との比較に基づくパルス幅変調制御によって、前記インバータの制御指令を発生するパルス幅変調制御部を備え、
前記パルス幅変調制御部は、
正弦波パルス幅変調方式に従って、前記電流検出器により検出されたモータ電流と、前記動作指令に対応する電流指令との偏差に応じて、前記制御指令を発生する正弦波変調制御部と、
前記正弦波パルス幅変調方式よりも基本波成分の振幅が大きい印加電圧を出力するための過変調パルス幅変調方式に従って、前記モータ電流および前記電流指令の電流偏差に応じて前記制御指令を発生する過変調制御部とを含み、
前記過変調制御部は、
前記モータ電流および前記電流指令に基づいて前記電流偏差を求めるとともに、求めた前記電流偏差に応じて、前記交流電圧指令を示す制御値を演算する第1の演算部と、
演算された前記制御値に対して、前記交流電圧指令の振幅を拡大するための補正演算を行う振幅補正部と、
前記補正演算された前記制御値を正弦波電圧指令に変換する第1の指令変換部と、
前記第1の指令変換部によって変換された前記正弦波電圧指令に3n次高調波成分(n:自然数)を重畳することによって前記交流電圧指令を生成する第1の高調波重畳部と、
生成された前記交流電圧指令と前記搬送波との比較に基づいて、前記制御指令を発生する第1の変調部とを有し、
前記第1の高調波重畳部は、前記3n次高調波成分の振幅を、前記3n次高調波成分が重畳された前記交流電圧指令に前記3n次高調波成分に起因する変極点が生じない範囲内に制限する、交流電動機の制御装置。 An AC motor control device in which an applied voltage is controlled by an inverter,
A current detector for detecting a current flowing between the inverter and the AC motor;
A pulse width modulation control unit that generates a control command for the inverter by pulse width modulation control based on a comparison between an AC voltage command and a carrier wave for operating the AC motor according to an operation command;
The pulse width modulation control unit
A sine wave modulation control unit that generates the control command according to a deviation between the motor current detected by the current detector and a current command corresponding to the operation command according to a sine wave pulse width modulation method,
The control command is generated according to the motor current and the current deviation of the current command according to an overmodulation pulse width modulation method for outputting an applied voltage having a larger amplitude of the fundamental wave component than the sine wave pulse width modulation method. Including an overmodulation control unit,
The overmodulation control unit
A first arithmetic unit that calculates the current deviation based on the motor current and the current command, and calculates a control value indicating the AC voltage command according to the obtained current deviation;
An amplitude correction unit that performs a correction calculation for expanding the amplitude of the AC voltage command with respect to the calculated control value;
A first command conversion unit that converts the control value that has been subjected to the correction calculation into a sine wave voltage command;
A first harmonic superimposing unit that generates the AC voltage command by superimposing a 3n-order harmonic component (n: natural number) on the sine wave voltage command converted by the first command conversion unit;
A first modulation unit that generates the control command based on a comparison between the generated AC voltage command and the carrier wave;
The first harmonic superimposing unit is configured such that an inflection point due to the 3n-order harmonic component does not occur in the AC voltage command in which the 3n-order harmonic component is superimposed on the amplitude of the 3n-order harmonic component. A control device for an AC motor that is restricted within.
前記モータ電流および前記電流指令に基づいて前記電流偏差を求めるとともに、求めた前記電流偏差に応じて、前記交流電圧指令を示す制御値を演算する第2の演算部と、
前記第2の演算部によって演算された前記制御値を正弦波電圧指令に変換する第2の指令変換部と、
前記第2の指令変換部によって変換された前記正弦波電圧指令に3n次高調波成分を重畳することによって前記交流電圧指令を生成する第2の高調波重畳部と、
前記第2の高調波重畳部により生成された前記交流電圧指令と前記搬送波との比較に基づいて、前記制御指令を発生する第2の変調部とを有し、
同一振幅の前記正弦波電圧指令に対して、前記第2の高調波重畳部によって重畳される前記3n次高調波成分の振幅は、前記第1の高調波重畳部によって重畳される前記3n次高調波成分の振幅と同等である、請求項1記載の交流電動機の制御装置。 The sine wave modulation controller is
A second arithmetic unit that calculates the current deviation based on the motor current and the current command, and calculates a control value indicating the AC voltage command according to the calculated current deviation;
A second command conversion unit that converts the control value calculated by the second calculation unit into a sine wave voltage command;
A second harmonic superimposing unit that generates the AC voltage command by superimposing a 3n-order harmonic component on the sine wave voltage command converted by the second command conversion unit;
A second modulation unit that generates the control command based on a comparison between the AC voltage command generated by the second harmonic superimposing unit and the carrier wave;
For the sine wave voltage command having the same amplitude, the amplitude of the 3n-order harmonic component superimposed by the second harmonic superimposing unit is the 3n-order harmonic superimposed by the first harmonic superimposing unit. The control device for an AC motor according to claim 1, wherein the control device is equivalent to an amplitude of a wave component.
前記モータ電流および前記電流指令に基づいて前記電流偏差を求めるとともに、求めた前記電流偏差に応じて、前記交流電圧指令を示す制御値を演算する第2の演算部と、
前記第2の演算部によって演算された前記制御値を正弦波電圧指令に変換する第2の指令変換部と、
前記第2の指令変換部によって変換された前記正弦波電圧指令に3n次高調波成分を重畳することによって前記交流電圧指令を生成する第2の高調波重畳部と、
前記第2の高調波重畳部により生成された前記交流電圧指令と前記搬送波との比較に基づいて、前記制御指令を発生する第2の変調部とを有し、
同一振幅の前記正弦波電圧指令に対して、前記第2の高調波重畳部によって重畳される前記3n次高調波成分の振幅は、前記第1の高調波重畳部によって重畳される前記3n次高調波成分の振幅よりも大きい、請求項1記載の交流電動機の制御装置。 The sine wave modulation controller is
A second arithmetic unit that calculates the current deviation based on the motor current and the current command, and calculates a control value indicating the AC voltage command according to the calculated current deviation;
A second command conversion unit that converts the control value calculated by the second calculation unit into a sine wave voltage command;
A second harmonic superimposing unit that generates the AC voltage command by superimposing a 3n-order harmonic component on the sine wave voltage command converted by the second command conversion unit;
A second modulation unit that generates the control command based on a comparison between the AC voltage command generated by the second harmonic superimposing unit and the carrier wave;
For the sine wave voltage command having the same amplitude, the amplitude of the 3n-order harmonic component superimposed by the second harmonic superimposing unit is the 3n-order harmonic superimposed by the first harmonic superimposing unit. 2. The control device for an AC motor according to claim 1, wherein the control device is larger than the amplitude of the wave component.
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