(57)【要約】【課題】デットタイムによる電圧変動を、出力電流の極性を判別することなく補正して電圧変動が原因となる電流波形の歪を軽減させ、トルクリップルを低減させる。【解決手段】三角波比較器の入力から、回転子周波数と一次電流より交流モータの推定された入力電圧を引くことで電圧変動を求めて出力する等価電圧外乱推定器を具備し、等価外乱推定器の出力を電流制御器からの電圧指令に加算器により加算し三角波比較器の入力を生成することにより、トルクリップルを低減させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流モータに電力を供給する電力変換器と、前記交流モータの一次電流を検出する検出器（電流センサ）と、前記一次電流を指令値通りにする電圧指令を生成する電流制御器と、前記電圧指令を三角波比較して生成したスイッチング信号を前記電力変換器に出力する三角波比較器とからなる交流モータの制御装置において、
前記交流モータの回転子周波数を検出する手段から回転子周波数を検出し、前記三角波比較器の入力から、前記回転子周波数と前記一次電流より推定された前記交流モータの入力電圧を引くことでデットタイムによる前記交流モータの入力電圧変動を求めて出力する等価電圧外乱推定器と前記等価外乱推定器の出力を前記電圧指令に加算して前記三角波比較器の入力を生成する加算器を具備することを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記入力電圧変動の基本波成分の周期の１／Ｎ倍の時間毎に１からＮまでの整数を順次インクリメントして出力する位相選択器と、Ｎ個のフィルタ群と、前記フィルタ群の中から前記位相選択器の出力に応じて１つのフィルタを選択して入力及び出力信号を接続するフィルタ選択器とを具備し、前記入力信号として前記等価電圧外乱推定器の出力を用い、前記出力信号を前記等価電圧外乱推定器の出力の代わりに前記電圧指令に前記加算器により加算することを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＰＷＭインバータなどの電力変換器により交流モータを制御する制御装置に関するもので、電流の極性判別を行うことなく、電圧指令に等価電圧外乱推定器からの電圧を加えることにより、デットタイムによる電圧変動が引き起こす電流波形の歪みによって生じるトルクリップルを低減させるものである
【背景技術】
【０００２】
ＰＷＭインバータなどの電力変換器のパワーデバイスにはアーム間の短絡を防ぐために、デットタイムを挿入することは周知である。しかしそのデットタイムの影響により電圧が出力されない期間が生じ、出力電圧が指令電圧から変動する。この電圧変動により電流波形に歪が生じて、トルクにリップルが発生してしまう。
デットタイムによる電圧変動を補正するには、デットタイムによる電圧の誤差は出力電流極性に依存するため、正の出力電流では＋１、負の出力電流では−１を補正量に乗算したものをデットタイム期間中の電圧不足を補うように、指令電圧に不足分電圧であるデットタイム補正量を足し込む方法がとられている。
【０００３】
デットタイム補正量を電圧指令に足し込む一例を図４に示す。電流指令生成器１でモータトルクがトルク指令Ｔｒｅｆ、もしくはモータ速度が速度指令Ｎｒｅｆとなるような電流指令Ｉｒｅｆを生成する。電流制御器２は電流センサ３で検出されたモータの一次電流ｉが電流指令Ｉｒｅｆとなるような電圧指令Ｖｒｅｆを出力する。破線で示したデットタイム補正器４はデットタイム補正量記憶器１１と極性判別器１２と乗算器１３から構成されている。デットタイム補正量記憶器１１にはあらかじめ計測、演算したデットタイム補正量が記憶されており、記憶されているデットタイム補正量を出力する。極性判別器１２はモータの一次電流の極性を判別し、正の出力電流では＋１、負の出力電流では−１を出力する。乗算器１３で、デットタイム補正量記憶器１１の出力と極性判別器１２の出力との積を求め、デットタイム補正電圧ΔVｒｅｆを演算している。加算器９は電圧指令Ｖｒｅｆとデットタイム補正電圧ΔＶｒｅｆを加算し、最終電圧指令Ｖｆｉｌとして三角波比較器５に送る。三角波比較器５は直流電圧Ｖｄｃを入力して最終電圧指令Ｖｆｉｌを三角波比較したスイッチング信号を電力変換器６に送り、電力変換器６はスイッチング信号を基に直流電圧Ｖｄｃを交流電圧に変換してモータ７を駆動させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−９３９８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら出力電流の極性を判別する際に、出力電流が微小であったり、電磁ノイズにより電流リップルが生じたりすることで極性を正確に判別することができない場合があると、より電圧変動を起こす方向に電圧を加えることになり、電圧変動による電流波形の歪によりトルクリップルを増大させる可能性がある。また特許文献１においてはデットタイム補正量をあらかじめ計測、演算して、デットタイム補正量を求めておかなければならない問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上述したような点に鑑みなされたものであって、交流モータに電力を供給する電力変換器と、前記交流モータの一次電流を検出する検出器（電流センサ）と、前記一次電流を指令値通りにする電圧指令を生成する電流制御器と、前記電圧指令を三角波比較して生成したスイッチング信号を前記電力変換器に出力する三角波比較器とからなる交流モータの制御装置において、前記交流モータの回転子周波数を検出する手段から回転子周波数を検出し、前記三角波比較器の入力から前記回転子周波数と前記一次電流より推定された前記交流モータの入力電圧を引くことでデットタイムによる前記交流モータの入力電圧変動を求めて出力する等価電圧外乱推定器と前記等価外乱推定器の出力を前記電圧指令に加算して前記三角波比較器の入力を生成する加算器を具備することを特徴とする。
また前記入力電圧変動の基本波成分の周期の１／Ｎ倍の時間毎に１からＮまでの整数を順次インクリメントして出力する位相選択器と、Ｎ個のフィルタ群と、前記フィルタ群の中から前記位相選択器の出力に応じて１つのフィルタを選択して入力及び出力信号を接続するフィルタ選択器とを具備し、前記入力信号として前記等価電圧外乱推定器の出力を用い、前記出力信号を前記等価電圧外乱推定器の出力の代わりに前記電圧指令に前記加算器により加算することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により判別間違いを起こす可能性がある電流極性判別を用いることなく、デットタイムによる電圧変動を補正することができ、電流波形の歪みによって生じるトルクリップルを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の請求項１の実施例の制御ブロック図である。
【図２】本発明を説明するために制御対象を置き換えた実施例の制御ブロック図である。
【図３】本発明の請求項２の実施例の制御ブッロク図である。
【図４】従来例１の制御ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１、図２、図３に本発明の実施例を示し、この図に基づいて本発明を詳細に説明する。なお、上記した従来技術と同一部分には、同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。
【実施例１】
【００１０】
本発明の考え方を説明するために図１の破線で示した制御対象２０を１つのシステムに置き換える。前述した通り制御対象２０に最終電圧指令Ｖｆｉｌが入力され、制御対象２０内の各装置によってモータ７が駆動されて、モータ一次電流ｉが流れる。制御対象２０を、最終電圧指令Ｖｆｉｌを入力するとモータ一次電流ｉが出力されるシステムと考え、デットタイムによる電圧変動を電圧外乱ｄとし、モータ７をモータの関数と置き換えると、図１の制御対象２０は図２の制御対象２０と等価になる。図２の制御対象２０内の電流出力関数２１は入力がモータ入力電圧で、モータ一次電流ｉが出力されるモータの関数である。
【００１１】
図２の等価電圧外乱推定器３０は電流出力関数２１の逆関数である電圧出力関数３１と加減算器３２で構成されている。電圧出力関数３１はモータ一次電流ｉと回転子周波数ωｍが入力されることによりモータ入力電圧が求められるモータの関数である。モータ７のパラメータは既知であるとする。回転子周波数ωｍは例えば図１のように速度検出器８を取り付ければ求められるが、推定で求めることもできる。加減算器３２で最終電圧指令Ｖｆｉｌから電圧出力関数３１の出力を減算することで、等価電圧外乱推定器３０は図１の制御対象２０で生じるデットタイムによる電圧外乱dを推定して出力する。電圧出力関数３１の出力値であるモータ入力電圧はモータ一次電流ｉと回転子周波数ωｍにより求めることが可能である。
【００１２】
請求項１においては図１の等価電圧外乱推定器３０の出力を等価電圧外乱推定値ΔＶｒｅｆとして電圧指令Ｖｒｅｆと加算器９で加算し、補正した最終電圧指令Ｖｆｉｌとして三角波比較器５に入力される。
【００１３】
請求項２においては請求項１での等価電圧外乱推定器３０の出力にフィルタを通し、そのフィルタの出力を等価電圧外乱推定値ΔＶｒｅｆとしている。以下、前記フィルタの説明を図３により行う。
【００１４】
位相選択器４０は等価電圧外乱の変動分の基本波成分の周期の１／Ｎ倍の時間毎に1からNまでの整数を鋸波状にインクリメントして出力する。電圧外乱をデットタイムによる電圧変動とすると、変動分基本波周期は電気角周波数となる。位相選択器４０の出力は１、２、…、N−１、N、１、２、…と変化して、１からNまでの時間は電気角周波数の周期と一致する。フィルタ選択器４１はフィルタ群４２の中のN個のフィルタの中から位相選択器４０の出力に応じて１つのフィルタを選択し、選択されたフィルタの入力に等価電圧外乱推定器３０の出力を接続してフィルタ動作させ、選択されたフィルタの出力を等価電圧外乱推定値ΔＶｒｅｆとして出力する。選択されなかったフィルタ群４２のフィルタは出力値を保ったまま動作が停止している。等価電圧外乱推定値ΔＶｒｅｆは電圧指令Ｖｒｅｆと加算器９で加算され、補正した最終電圧指令Ｖｆｉｌとして三角波比較器５に入力される。
【００１５】
請求項１、請求項２ともデットタイムによる電圧変動を電圧外乱とし、それを等価電圧外乱推定値ΔＶｒｅｆにより補正することで電圧変動を抑え、電流波形の歪によって生じるトルクリップルを低減させている。
【００１６】
請求項１においては等価電圧外乱推定器３０の中にフィルタを用いていないため、ノイズにより電圧外乱の推定に大きな誤差が生じる可能性がある。だからと言ってノイズを十分に除去できるフィルタを入れると、ゲインの低下や位相の遅れが生じてしまう。この点について、請求項２においては位相によりフィルタを選択することで、各フィルタの入力はいつでも同じような値となり、基本波の周波数で変化しないことになる。そうするとノイズを十分に除去できる長い時定数とすることができ、基本波成分においては位相遅れやゲイン低下などは発生しないことになる。これにより電圧変動補正を遅れることなく行うことが可能となり、かつノイズの混入を抑制できるため安定に動作を行える。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
電流極性判別のために精度の良い電流センサを必要とせずにデットタイムによる電圧変動を補正することができ、電流波形の歪を抑えてトルクリップルを低減させることができるため、産業上の利用の可能性は大いにある。
【符号の説明】
【００１８】
１    電流指令生成器
２    電流制御器
３    電流センサ
４    デットタイム補正器
５    三角波比較器
６    電力変換器
７    モータ
８    速度検出器
９    加算器
１１  デットタイム補正量記憶器
１２  極性判別器
１３  乗算器
２０  制御対象
２１  電流出力関数
３０  等価電圧外乱推定器
３１  電圧出力関数
３２  加減算器
４０  位相選択器
４１  フィルタ選択器
４２  フィルタ群
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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