JP6905186B2 - Power converter and its control method - Google Patents
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Description
本発明は、モータに供給するd軸電流及びq軸電流を制御する電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device that controls a d-axis current and a q-axis current supplied to a motor.
モータに供給するd軸電流及びq軸電流を制御する電力変換装置が知られている。例えば特許文献1には、q軸の指令電流に応じて指令電圧を制御する多相回転機の制御装置が開示されている。 A power conversion device that controls a d-axis current and a q-axis current supplied to a motor is known. For example, Patent Document 1 discloses a control device for a multi-phase rotating machine that controls a command voltage according to a command current on the q-axis.
前記特許文献1に開示されている制御装置では、q軸の指令電流が増大するときに、指令電圧に応じて定まる演算上のインバータの出力電圧値を許容範囲内に収めるためのd軸の指令電流を閉ループ制御にて算出する。これにより、前記特許文献1に開示されている制御装置では、q軸の指令電流の増大直後にd軸電流の変化量を大きくすることができる。よって、要求トルクの増大時等のq軸電流の増大要求に対して、適切に対応することができる。 In the control device disclosed in Patent Document 1, when the q-axis command current increases, the d-axis command for keeping the arithmetic output voltage value of the inverter determined according to the command voltage within an allowable range. The current is calculated by closed loop control. As a result, in the control device disclosed in Patent Document 1, the amount of change in the d-axis current can be increased immediately after the q-axis command current is increased. Therefore, it is possible to appropriately respond to the demand for increasing the q-axis current such as when the required torque is increased.
ところで、上述の特許文献1に開示されている構成のように、d軸電流及びq軸電流を制御する制御装置(電力変換装置)では、出力電圧の最大値が決まっているため、q軸電圧の最大値も決まる。 By the way, as in the configuration disclosed in Patent Document 1 described above, in the control device (power conversion device) that controls the d-axis current and the q-axis current, the maximum value of the output voltage is determined, so that the q-axis voltage The maximum value of is also determined.
ここで、モータの抵抗が小さく、d軸電流Idを一定で制御していると仮定すると、モータの電圧方程式によって、d軸電圧Vd及びq軸電圧Vqは下式で表される。なお、wは回転速度であり、Lqはモータのq軸インダクタンスであり、Iqはモータに流れるq軸電流である。また、φはモータの誘起電圧定数であり、Ldはモータのd軸インダクタンスである。
Vd=−w・Lq・Iq (1)
Vq=w・(φ+Ld・Id)+Lq・dIq/dt (2)
Here, assuming that the resistance of the motor is small and the d-axis current Id is controlled to be constant, the d-axis voltage Vd and the q-axis voltage Vq are expressed by the following equations according to the voltage equation of the motor. Note that w is the rotation speed, Lq is the q-axis inductance of the motor, and Iq is the q-axis current flowing through the motor. Further, φ is the induced voltage constant of the motor, and Ld is the d-axis inductance of the motor.
Vd = -w ・ Lq ・ Iq (1)
Vq = w · (φ + Ld · Id) + Lq · dIq / dt (2)
また、制御装置の出力電圧の最大値Vmaxは、下式によって表される。
Vmax=√(Vd2+Vq2) (3)
Further, the maximum value Vmax of the output voltage of the control device is expressed by the following equation.
Vmax = √ (Vd 2 + Vq 2 ) (3)
(1)から(3)式に示すように、出力電圧の最大値Vmaxに応じて、q軸電圧Vqの最大値が決まる。また、(1)から(3)式によって、下式が得られる。
Lq・dIq/dt
=±√((Vmax2−(w・Lq・Iq)2)−w・(φ+Ld・Id)) (4)
As shown in the equations (1) to (3), the maximum value of the q-axis voltage Vq is determined according to the maximum value Vmax of the output voltage. Further, the following equations can be obtained by the equations (1) to (3).
Lq ・ dIq / dt
= ± √ ((Vmax 2- (w ・ Lq ・ Iq) 2 ) -w ・ (φ + Ld ・ Id)) (4)
(4)式によって、dIq/dt(q軸電流の時間変化)の上限値が決まるため、モータのトルク変化量の上限値も決まる。すなわち、dIq/dtの上限値は、回転速度wに応じて決まる。例えば、回転速度wが大きくなると、w・(φ+Ld・Id)が大きくなるため、dIq/dtを増加可能な余裕が減る。 Since the upper limit value of dIq / dt (time change of q-axis current) is determined by the equation (4), the upper limit value of the torque change amount of the motor is also determined. That is, the upper limit of dIq / dt is determined according to the rotation speed w. For example, as the rotation speed w increases, w · (φ + Ld · Id) increases, so that the margin for increasing dIq / dt decreases.
したがって、モータの回転速度が大きい状態で、トルク指令に応じてq軸電流の時間変化を大きくしたい場合でも、q軸電流の時間変化量に上述のような制限があるため、q軸電流の時間変化量を大きくすることができない。換言すると、モータの回転速度が大きい状態でトルク指令が急激に変化した場合には、q軸電流の波形に歪みが生じる可能性がある。そうすると、トルク指令の変化に対して、モータを応答性良く追従して駆動させることができない可能性がある。 Therefore, even if it is desired to increase the time change of the q-axis current in response to the torque command when the rotation speed of the motor is high, the time of the q-axis current is limited because the amount of time change of the q-axis current is limited as described above. The amount of change cannot be increased. In other words, if the torque command changes abruptly while the rotation speed of the motor is high, the waveform of the q-axis current may be distorted. Then, there is a possibility that the motor cannot be driven by following the change of the torque command with good responsiveness.
本発明の目的は、d軸電流及びq軸電流を制御する電力変換装置において、トルク指令の変化に対して応答性良くモータを駆動可能な構成を得ることにある。 An object of the present invention is to obtain a configuration in which a motor can be driven with good responsiveness to a change in a torque command in a power conversion device that controls a d-axis current and a q-axis current.
本発明の一実施形態に係る電力変換装置は、モータに供給するd軸電流及びq軸電流を制御する電力変換装置である。この電力変換装置は、入力されるq軸電流指令に応じて、前記モータに供給する前記d軸電流及び前記q軸電流を制御する電流制御部を備える。前記電流制御部は、入力されるq軸電流指令の時間変化が、前記モータに前記d軸電流が流れていないときの前記q軸電流の時間変化の上限よりも大きい場合に、前記モータに対して、前記d軸電流及び前記q軸電流の合成電流が前記モータの最大定格電流以下であり、且つ、下式を満たすような前記d軸電流を流す、電力変換装置(第1の構成)。
−2φ/Ld<Id<0
φ:モータの誘起電圧定数
Ld:モータのd軸インダクタンス
Id:d軸電流
The power conversion device according to the embodiment of the present invention is a power conversion device that controls the d-axis current and the q-axis current supplied to the motor. This power conversion device includes a current control unit that controls the d-axis current and the q-axis current supplied to the motor in response to an input q-axis current command. The current control unit refers to the motor when the time change of the input q-axis current command is larger than the upper limit of the time change of the q-axis current when the d-axis current is not flowing through the motor. A power conversion device (first configuration) in which the combined current of the d-axis current and the q-axis current is equal to or less than the maximum rated current of the motor and the d-axis current satisfies the following equation.
-2φ / Ld <Id <0
φ: Motor induced voltage constant Ld: Motor d-axis inductance Id: d-axis current
以上のように負のd軸電流を流すことにより、Vmaxから決まるq軸電圧において、q軸電流を変化させる余裕が大きくなる。これにより、モータが高速で回転している際に、入力されるトルク指令が急激に変化した場合でも、トルク指令に応じてモータにq軸電流を流すことができる。したがって、トルク指令の変化に対するモータの応答性を向上することができる。 By passing a negative d-axis current as described above, there is a large margin for changing the q-axis current at the q-axis voltage determined by Vmax. As a result, even if the input torque command changes abruptly when the motor is rotating at high speed, a q-axis current can be passed through the motor in response to the torque command. Therefore, the responsiveness of the motor to a change in the torque command can be improved.
前記第1の構成において、前記電流制御部は、前記d軸電流を、前記入力されるq軸電流指令の時間変化を用いて、下式から算出する(第2の構成)。
Lq・dIq/dt
=±√((Vmax2−(w・Lq・Iq)2)−w・(φ+Ld・Id))
In the first configuration, the current control unit calculates the d-axis current from the following equation using the time change of the input q-axis current command (second configuration).
Lq ・ dIq / dt
= ± √ ((Vmax 2- (w ・ Lq ・ Iq) 2 ) -w ・ (φ + Ld ・ Id))
これにより、第1の構成における作用効果が得られる最小のd軸電流を求めることができる。よって、電流消費量を抑制しつつ、モータの応答性を向上することができる。 Thereby, the minimum d-axis current that can obtain the action and effect in the first configuration can be obtained. Therefore, it is possible to improve the responsiveness of the motor while suppressing the current consumption.
前記第1または第2の構成において、前記電流制御部は、前記d軸電流を、前記d軸電流及び前記q軸電流の合成電流が前記モータの最大定格電流以下であり、且つ、−φ/Ldに設定する(第3の構成)。 In the first or second configuration, the current control unit has the d-axis current, the combined current of the d-axis current and the q-axis current is equal to or less than the maximum rated current of the motor, and −φ / Set to Ld (third configuration).
これにより、q軸電流を変化させる余裕を最も大きくすることができる。したがって、モータの応答性をより向上することができる。 As a result, the margin for changing the q-axis current can be maximized. Therefore, the responsiveness of the motor can be further improved.
本発明の一実施形態に係る電力変換装置の制御方法は、モータに供給するd軸電流及びq軸電流を制御する電力変換装置の制御方法である。この制御方法は、入力されるq軸電流指令の時間変化が、前記モータにd軸電流が流れていないときの前記q軸電流の時間変化の上限よりも大きい場合に、前記モータの運転モードが高応答運転モードであると判定する運転モード判定工程と、前記運転モード判定工程で前記モータの運転モードが高応答運転モードであると判定された場合に、前記モータに対して、前記d軸電流及び前記q軸電流の合成電流が前記モータの最大定格電流以下であり、且つ、下式を満たすような前記d軸電流を流すd軸電流調整工程とを有する、電力変換装置の制御方法。
−2φ/Ld<Id<0
φ:モータの誘起電圧定数
Ld:モータのd軸インダクタンス
Id:d軸電流
The control method of the power conversion device according to the embodiment of the present invention is a control method of the power conversion device that controls the d-axis current and the q-axis current supplied to the motor. In this control method, when the time change of the input q-axis current command is larger than the upper limit of the time change of the q-axis current when the d-axis current is not flowing through the motor, the operation mode of the motor is set. When the operation mode determination step of determining the high response operation mode and the operation mode determination step of the operation mode determine that the operation mode of the motor is the high response operation mode, the d-axis current with respect to the motor. A method for controlling a power conversion device, which comprises a d-axis current adjusting step in which the combined current of the q-axis current is equal to or less than the maximum rated current of the motor and the d-axis current flows so as to satisfy the following equation.
-2φ / Ld <Id <0
φ: Motor induced voltage constant Ld: Motor d-axis inductance Id: d-axis current
本発明の一実施形態に係る電力変換装置によれば、入力されるq軸電流指令の時間変化が、モータにd軸電流が流れていないときのq軸電流の時間変化の上限よりも大きい場合に、前記モータに対して、前記q軸電流及び前記d軸電流の合成電流が最大定格電流以下であり、且つ、−2φ/Ld<Id<0を満たすようなd軸電流を流す。これにより、q軸電流を変化させる余裕が拡大するため、トルク指令の変化に対するモータの応答性を向上することができる。 According to the power conversion device according to the embodiment of the present invention, when the time change of the input q-axis current command is larger than the upper limit of the time change of the q-axis current when the d-axis current is not flowing through the motor. A d-axis current such that the combined current of the q-axis current and the d-axis current is equal to or less than the maximum rated current and satisfies -2φ / Ld <Id <0 is passed through the motor. As a result, the margin for changing the q-axis current is expanded, so that the responsiveness of the motor to a change in the torque command can be improved.
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中の同一または相当部分については同一の符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts in the drawings are designated by the same reference numerals and the description thereof will not be repeated.
(全体構成)
図1は、本発明の実施形態に係る電力変換装置1の概略構成を示す図である。この電力変換装置1は、入力信号、モータ2の回転角度及びモータ2の各相に流れる電流に基づいて、モータ2の駆動を制御する。具体的には、電力変換装置1は、入力信号、モータ2の回転角度及びモータ2の各相に流れる電流を用いてPWM信号を生成し、該PWM信号を用いてモータ2の駆動を制御する。前記入力信号には、d軸電流の入力信号(d軸電流指令)及びq軸電流の入力信号(q軸電流指令)が含まれる。
(overall structure)
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a power conversion device 1 according to an embodiment of the present invention. The power conversion device 1 controls the drive of the
なお、本実施形態では、モータ2は、U相、V相及びW相の3相のコイルを有する三相交流モータである。また、本実施形態では、モータ2は、マグネットがロータコアの外表面上に配置されたSPMモータ(Surface Permanent Magnet Motor)である。
In the present embodiment, the
電力変換装置1は、複数のスイッチング素子SW1〜SW6を有するインバータ回路11と、インバータ回路11のスイッチング素子SW1〜SW6に対してゲート信号を出力する制御部20(電流制御部)とを有する。
The power conversion device 1 includes an
インバータ回路11は、複数のスイッチング素子SW1〜SW6と、スイッチング素子SW1〜SW6にそれぞれ並列に接続されたダイオードとを有する。本実施形態では、インバータ回路11は、6個のスイッチング素子SW1〜SW6を有する。6個のスイッチング素子SW1〜SW6は、ブリッジ回路を構成する。6個のスイッチング素子SW1〜SW6は、それぞれ一部がモータ2のU相、V相及びW相のコイルに電気的に接続されている。
The
インバータ回路11とモータ2との間に流れる電流は、電流検出器3によって検出される。すなわち、電流検出器3は、インバータ回路11からモータ2の各相に流れる電流を検出する。電流検出器3で検出された各相の電流は、制御部20に入力される。
The current flowing between the
なお、図1において、符号2aは、モータ2の回転子の回転角度を角度信号として出力する回転角度検出部である。
In FIG. 1,
制御部20は、入力信号、モータ2の回転角度(角度信号)及びモータ2の各相に流れる電流(電流検出器3の出力、Iu、Iv、Iw)を用いて、インバータ回路11のスイッチング素子SW1〜SW6に対して出力するゲート信号を生成する。図2に示すように、制御部20は、モード判定部21と、Id信号生成部22と、PI演算部23,24と、2相3相変換部25と、PWM生成部26と、3相2相変換部27とを有する。
The
モード判定部21は、制御部20に入力されるq軸電流指令に基づいて、モータ2の運転モードを判定する。具体的には、モード判定部21は、q軸電流指令の時間当たりの変化量(q軸電流指令の微分値)が閾値よりも大きい場合には、高応答運転モードと判定し、それ以外の場合に、通常運転モードと判定する。前記閾値は、例えば、モータ2にd軸電流が流れていない場合のq軸電流の時間当たりの変化量の上限である。この変化量の上限は、例えば、q軸電流の波形の歪がモータ2の応答性に影響を与えないような変化量の上限である。
The
Id信号生成部22は、モード判定部21によって通常運転モードと判定された場合には、d軸電流Idをゼロにするd軸電流指令を生成する一方、モード判定部21によって高応答運転モードと判定された場合には、d軸電流が所定値になるようなd軸電流指令を生成する。Id信号生成部22の詳しい構成は後述する。
When the
PI演算部23は、制御部20に入力されるq軸電流指令と、後述の3相2相変換部27から出力されたq軸電流のフィードバック値(以下、Iqフィードバック信号という)との差を用いて、PI演算を行う。
The
PI演算部24は、制御部20に入力されるd軸電流指令と、後述の3相2相変換部27から出力されたd軸電流のフィードバック値(以下、Idフィードバック信号という)との差を用いて、PI演算を行う。
The
2相3相変換部25は、PI演算部23,24から出力されたq軸電流及びd軸電流の演算結果を、回転角度検出部2aから出力された角度信号を用いて、U相、V相及びW相の3相の信号に変換する。
The two-phase three-
PWM生成部26は、2相3相変換部25から出力された3相の信号を用いて、PWM制御を行うためのゲート信号を生成する。PWM生成部26で生成されたゲート信号は、インバータ回路11のスイッチング素子SW1〜SW6に入力される。スイッチング素子SW1〜SW6は、前記ゲート信号によって駆動制御される。
The
3相2相変換部27は、モータ2に流れる3相(U相、V相及びW相)の電流から、回転角度検出部2aから出力された角度信号を用いて、Iqフィードバック信号及びIdフィードバック信号を生成する。
The three-phase two-
(q軸電流の時間変化の制限)
次に、q軸電流の時間変化の制限について説明する。
(Limitation of time change of q-axis current)
Next, the limitation of the time change of the q-axis current will be described.
モータ2の電圧方程式は、モータ2の抵抗が十分小さく、d軸電流Idを一定で制御していると仮定すると、下式(1)、(2)によって表される。なお、Vdはd軸電圧であり、Vqはq軸電圧である。また、wは回転速度であり、Lqはモータ2のq軸インダクタンスであり、Iqはモータ2に流れるq軸電流である。さらに、φはモータ2の誘起電圧定数であり、Ldはモータ2のd軸インダクタンスである。
Vd=−w・Lq・Iq (1)
Vq=w・(φ+Ld・Id)+Lq・dIq/dt (2)
The voltage equation of the
Vd = -w ・ Lq ・ Iq (1)
Vq = w · (φ + Ld · Id) + Lq · dIq / dt (2)
また、制御装置の出力電圧の最大値Vmaxは、下式によって表される。
Vmax=√(Vd2+Vq2) (3)
Further, the maximum value Vmax of the output voltage of the control device is expressed by the following equation.
Vmax = √ (Vd 2 + Vq 2 ) (3)
上述の(1)から(3)式に示すように、出力電圧の最大値Vmaxに応じて、q軸電圧Vqの最大値が決まる。また、(1)から(3)式によって、下式が得られる。
Lq・dIq/dt
=±√((Vmax2−(w・Lq・Iq)2)−w・(φ+Ld・Id)) (4)
As shown in the above equations (1) to (3), the maximum value of the q-axis voltage Vq is determined according to the maximum value Vmax of the output voltage. Further, the following equations can be obtained by the equations (1) to (3).
Lq ・ dIq / dt
= ± √ ((Vmax 2- (w ・ Lq ・ Iq) 2 ) -w ・ (φ + Ld ・ Id)) (4)
(4)式によって、dIq/dt(q軸電流の時間変化)の上限値が決まるため、モータのトルク変化量の上限値も決まる。すなわち、dIq/dtの上限値は、回転速度wに応じて決まる。 Since the upper limit value of dIq / dt (time change of q-axis current) is determined by the equation (4), the upper limit value of the torque change amount of the motor is also determined. That is, the upper limit of dIq / dt is determined according to the rotation speed w.
図3に、(4)式を、Vd,Vqのベクトル図で示す。図3に示すように、出力電圧の最大値Vmaxによって決まるq軸電圧Vqの最大値に対して、w・(φ+Ld・Id)によって、q軸電圧Vqを増加可能な余裕(図3における細線矢印、Lq・dIq/dt)が決まる。すなわち、モータ2の回転速度wに応じて、dIq/dtを増加可能な余裕が決まる。また、dIq/dtを減少可能な余裕(図3における太線矢印と破線矢印との和、Lq・dIq/dt)も、同様に、モータ2の回転速度wに応じて決まる。
FIG. 3 shows the equation (4) as a vector diagram of Vd and Vq. As shown in FIG. 3, a margin that allows the q-axis voltage Vq to be increased by w · (φ + Ld · Id) with respect to the maximum value of the q-axis voltage Vq determined by the maximum value Vmax of the output voltage (thin arrow in FIG. 3). , Lq · dIq / dt) is determined. That is, the margin that can increase dIq / dt is determined according to the rotation speed w of the
例えば、回転速度wが大きくなると、w・(φ+Ld・Id)が大きくなるため、dIq/dtを増加可能な余裕が減る。一方、回転速度wが大きくなると、dIq/dtを減少可能な余裕が増える。 For example, as the rotation speed w increases, w · (φ + Ld · Id) increases, so that the margin for increasing dIq / dt decreases. On the other hand, as the rotation speed w increases, the margin for reducing dIq / dt increases.
d軸電流Idをゼロとし且つモータ2を高速で回転させた場合におけるq軸電流指令とモータ2に流れるq軸電流との関係を図4に示す。図4に示すように、q軸電流指令を増加させた場合、q軸電流が制限を受けるため、正弦波状のq軸電流指令に対して、モータ2に流れるq軸電流は歪んだ形状になる。よって、トルク指令に対して、モータ2の応答性はあまり高くない。
FIG. 4 shows the relationship between the q-axis current command and the q-axis current flowing through the
これに対し、本実施形態の電力変換装置1では、モータ2の高応答が要求される場合に、負のd軸電流Idを流す。具体的には、電力変換装置1のId信号生成部22は、モータ2の運転モードが高応答運転モード時に、d軸電流Idが以下の条件を満たすd軸電流指令を生成する。
√(Id2+Iq2)≦モータ2の最大定格電流
且つ、−2φ/Ld<Id<0
On the other hand, in the power conversion device 1 of the present embodiment, when a high response of the
√ (Id 2 + Iq 2 ) ≤ Maximum rated current of
すなわち、Id信号生成部22は、d軸電流Idとq軸電流Iqとの合成電流が、モータ2の最大定格電流以下であり、d軸電流Idが−2φ/Ld<Id<0となるようなd軸電流指令を生成する。
That is, in the Id
これにより、w・(φ+Ld・Id)を小さくすることができるため、dIq/dtを増加可能な余裕を大きくすることができる。 As a result, w · (φ + Ld · Id) can be reduced, so that the margin for increasing dIq / dt can be increased.
図5に、d軸電流指令をId=−φ/Ldとした場合のベクトル図を示す。この場合、w・(φ+Ld・Id)=0になるため、dIq/dtを増加可能な余裕を大きくすることができる。図6に、d軸電流指令をId=−φ/Ldとした場合におけるq軸電流指令とモータ2に流れるq軸電流との関係を示す。図6に示すように、q軸電流指令とモータ2に流れるq軸電流とはほぼ一致している。
FIG. 5 shows a vector diagram when the d-axis current command is Id = −φ / Ld. In this case, since w · (φ + Ld · Id) = 0, the margin for increasing dIq / dt can be increased. FIG. 6 shows the relationship between the q-axis current command and the q-axis current flowing through the
したがって、モータ2が高回転数で回転している際にトルク指令が急激に増大した場合でも、モータ2に流れるq軸電流の波形が歪むことを防止できる。よって、トルク指令に対するモータ2の応答性を向上できる。
Therefore, even if the torque command suddenly increases while the
本実施形態では、Id信号生成部22は、制御部20に入力されるq軸電流指令の時間変化に基づいて、上述の(4)式からIdを求めて、d軸電流指令を生成する。これにより、入力されたq軸電流指令の時間変化から得られる最小のIdを、d軸電流指令にすることができる。よって、トルク指令に対するモータ2の応答性を向上しつつ、電流消費量を最小限にすることができる。
In the present embodiment, the Id
(d軸電流の制御方法)
次に、上述の構成を有する電力変換装置1によるd軸電流の制御方法を、図7を用いて説明する。図7は、d軸電流の制御を示すフローである。
(D-axis current control method)
Next, a method of controlling the d-axis current by the power conversion device 1 having the above configuration will be described with reference to FIG. 7. FIG. 7 is a flow showing control of the d-axis current.
図7に示すフローがスタートすると、まず、ステップS1で、モード判定部21が、モータ2の運転モードが高応答運転モードかどうかを判定する。すなわち、ステップS1で、制御部20に入力されるq軸電流指令の時間当たりの変化量が閾値よりも大きいかどうかを判定する。
When the flow shown in FIG. 7 starts, first, in step S1, the
ステップS1において、モータ2の運転モードが高応答運転モードであると判定された場合(YESの場合)には、ステップS2に進んで、Id信号生成部22は、以下の条件を満たす所定値のd軸電流指令を生成する。
√(Id2+Iq2)≦モータ2の最大定格電流
且つ、−2φ/Ld<Id<0
If it is determined in step S1 that the operation mode of the
√ (Id 2 + Iq 2 ) ≤ Maximum rated current of
本実施形態では、Id信号生成部22は、例えば、制御部20に入力されるq軸電流指令の時間変化に基づいて、上述の(4)式からIdを求めて、d軸電流指令を生成する。これにより、入力されたq軸電流指令の時間変化から得られる最小のIdを、d軸電流指令にすることができる。
In the present embodiment, the Id
よって、w・(φ+Ld・Id)を小さくすることができるため、dIq/dtを増加可能な余裕を大きくすることができる。したがって、モータ2が高回転数で回転している際にトルク指令が急激に増大した場合でも、モータ2に流れるq軸電流の波形が歪むことを防止できる。しかも、上述のように、最小のIdをd軸電流指令に設定することにより、モータ2の電流消費量を最小限にすることができる。したがって、トルク指令に対するモータ2の応答性を向上しつつ、電流消費量を最小限にすることができる。
Therefore, since w · (φ + Ld · Id) can be reduced, the margin for increasing dIq / dt can be increased. Therefore, even if the torque command suddenly increases while the
ステップS2で前記所定値をd軸電流指令に設定した後、このフローを終了する(エンド)。 After setting the predetermined value in the d-axis current command in step S2, this flow ends (end).
一方、ステップS1において、モータ2の運転モードが通常運転モードであると判定された場合(NOの場合)には、ステップS3に進んで、Id信号生成部22は、d軸電流がゼロになるようにd軸電流指令を生成する。その後、このフローを終了する(エンド)。
On the other hand, if it is determined in step S1 that the operation mode of the
ここで、ステップS1が運転モード判定工程に、ステップS2がd軸電流調整工程に、それぞれ対応する。 Here, step S1 corresponds to the operation mode determination step, and step S2 corresponds to the d-axis current adjustment step.
以上より、モータ2の高応答が要求される場合に、負のd軸電流Idを流すことで、dIq/dtを増加可能な余裕を大きくすることができる。これにより、モータ2が高回転数で回転している際にトルク指令が急激に増大した場合でも、モータ2に流れるq軸電流の波形が歪むことを防止できる。しかも、モータ2の高応答が要求される場合のみに負のd軸電流Idを流すことにより、無駄なd軸電流が常時流れることを防止できる。よって、電流消費量を抑制しつつ、トルク指令に対するモータ2の応答性を向上できる。
From the above, when a high response of the
本実施形態では、電力変換装置1のId信号生成部22は、モータ2の運転モードが高応答運転モード時に、d軸電流Idが以下の条件を満たすとともに、制御部20に入力されるq軸電流指令の時間変化に基づいて、上述の(4)式から得られるIdを求める。そして、Id信号生成部22は、求めたIdからd軸電流指令を生成する。
√(Id2+Iq2)≦モータ2の最大定格電流
且つ、−2φ/Ld<Id<0
In the present embodiment, the Id
√ (Id 2 + Iq 2 ) ≤ Maximum rated current of
これにより、トルク指令に対するモータ2の応答性を向上しつつ、電流消費量を最小限にすることができる。
As a result, the current consumption can be minimized while improving the responsiveness of the
(その他の実施形態)
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。
(Other embodiments)
Although the embodiments of the present invention have been described above, the above-described embodiments are merely examples for carrying out the present invention. Therefore, the embodiment is not limited to the above-described embodiment, and the above-described embodiment can be appropriately modified and implemented within a range that does not deviate from the gist thereof.
前記実施形態では、Id信号生成部22は、制御部20に入力されるq軸電流指令の時間変化に基づいて、上述の(4)式から得られるIdを求め、このIdからd軸電流指令を生成する。しかしながら、Id信号生成部22は、Id=−φ/Ldとなるd軸電流指令を生成してもよい。
In the above embodiment, the Id
この場合には、図5に示すように、w・(φ+Ld・Id)を最も小さくすることができるため、dIq/dtを増加可能な余裕及びdIq/dtを減少可能な余裕を、バランス良く大きくすることができる。よって、モータ2が高回転数で回転している際にトルク指令が急激に増大した場合でも、モータ2に流れるq軸電流の波形が歪むことをより確実に防止できる。したがって、トルク指令に対するモータ2の応答性をより向上できる。
In this case, as shown in FIG. 5, since w · (φ + Ld · Id) can be minimized, the margin for increasing dIq / dt and the margin for decreasing dIq / dt can be increased in a well-balanced manner. can do. Therefore, even if the torque command suddenly increases while the
なお、Id信号生成部22は、√(Id2+Iq2)≦モータ2の最大定格電流で、且つ、−2φ/Ld<Id<0を満たす範囲内のIdであれば、消費電流を考慮して、Idを適宜選択してもよい。
The Id
前記実施形態では、モータ2が高応答運転モードの際に流すd軸電流Idの範囲は、−2φ/Ld<Id<0である。しかしながら、Idは、0から−φ/Ldの範囲であってもよい。また、Idは、−2φ/Ld<Id<−φ/Ldの範囲であってもよい。
In the above embodiment, the range of the d-axis current Id that the
前記実施形態では、モータ2は、マグネットがロータコアの外表面上に配置されたSPMモータである。しかしながら、モータ2は、マグネットがロータコアの内部に配置されたIPMモータ(Interior Parmanent Magnet Motor)であってもよい。モータ2がIPMモータの場合には、モータ2の通常運転モード時でも、モータ2にd軸電流が流れる。よって、モータ2が高応答運転モードの場合には、通常運転モード時に流れるd軸電流よりも負側のd軸電流がモータ2に流れるように、d軸電流を制御すればよい。これにより、前記実施形態と同様、dIq/dtを増加可能な余裕を大きくすることができるため、トルク指令に対するモータ2の応答性を向上できる。
In the embodiment, the
前記実施形態では、3相交流モータ2を駆動させる電力変換装置1の構成について説明したが、この限りではなく、3相以外の複数相の交流モータを駆動させる電力変換装置に適用してもよい。
In the above embodiment, the configuration of the power conversion device 1 for driving the three-
本発明は、モータに供給するd軸電流及びq軸電流を制御する電力変換装置に利用可能である。 The present invention can be used in a power conversion device that controls a d-axis current and a q-axis current supplied to a motor.
1 電力変換装置
2 モータ
2a 回転角度検出部
3 電流検出器
11 インバータ回路
20 制御部(電流制御部)
21 モード判定部
22 Id信号生成部
23、24 PI演算部
25 2相3相変換部
26 PWM生成部
27 3相2相変換部
SW1〜SW6 スイッチング素子
1
21
Claims (4)
入力されるq軸電流指令に応じて、前記モータに供給する前記d軸電流及び前記q軸電流を制御する電流制御部を備え、
前記電流制御部は、入力されるq軸電流指令の時間変化が、前記モータに前記d軸電流が流れていないときの前記q軸電流の時間変化の上限よりも大きい場合に、前記モータに対して、前記d軸電流及び前記q軸電流の合成電流が前記モータの最大定格電流以下であり、且つ、下式を満たすような前記d軸電流を流す、電力変換装置。
−2φ/Ld<Id<0
φ:モータの誘起電圧定数
Ld:モータのd軸インダクタンス
Id:d軸電流 A power conversion device that controls the d-axis current and q-axis current supplied to the motor.
A current control unit that controls the d-axis current and the q-axis current supplied to the motor in response to an input q-axis current command is provided.
The current control unit refers to the motor when the time change of the input q-axis current command is larger than the upper limit of the time change of the q-axis current when the d-axis current is not flowing through the motor. A power conversion device for passing the d-axis current such that the combined current of the d-axis current and the q-axis current is equal to or less than the maximum rated current of the motor and satisfies the following equation.
-2φ / Ld <Id <0
φ: Motor induced voltage constant Ld: Motor d-axis inductance Id: d-axis current
前記電流制御部は、前記d軸電流を、前記入力されるq軸電流指令の時間変化を用いて、下式から算出する、電力変換装置。
Lq・dIq/dt
=±√((Vmax2−(w・Lq・Iq)2)−w・(φ+Ld・Id))
Lq:モータのq軸インダクタンス
Iq:q軸電流
Vmax:電力変換装置の出力電圧の最大値
w:モータの回転速度 In the power conversion device according to claim 1,
The current control unit is a power conversion device that calculates the d-axis current from the following equation using the time change of the input q-axis current command.
Lq ・ dIq / dt
= ± √ ((Vmax 2- (w ・ Lq ・ Iq) 2 ) -w ・ (φ + Ld ・ Id))
Lq: Motor q-axis inductance
Iq: q-axis current
Vmax: Maximum value of output voltage of power converter
w: Motor rotation speed
前記電流制御部は、前記モータに対して、前記d軸電流及び前記q軸電流の合成電流が前記モータの最大定格電流以下であり、且つ、−φ/Ldである前記d軸電流を流す、電力変換装置。 In the power conversion device according to claim 1 or 2.
The current control unit sends the d-axis current having a combined current of the d-axis current and the q-axis current equal to or less than the maximum rated current of the motor and −φ / Ld to the motor. Power converter.
入力されるq軸電流指令の時間変化が、前記モータに前記d軸電流が流れていないときの前記q軸電流の時間変化の上限よりも大きい場合に、前記モータの運転モードが高応答運転モードであると判定する運転モード判定工程と、
前記運転モード判定工程で前記モータの運転モードが高応答運転モードであると判定された場合に、前記モータに対して、前記d軸電流及び前記q軸電流の合成電流が前記モータの最大定格電流以下であり、且つ、下式を満たすような前記d軸電流を流すd軸電流調整工程とを有する、電力変換装置の制御方法。
−2φ/Ld<Id<0
φ:モータの誘起電圧定数
Ld:モータのd軸インダクタンス
Id:d軸電流 It is a control method of a power conversion device that controls the d-axis current and the q-axis current supplied to the motor.
When the time change of the input q-axis current command is larger than the upper limit of the time change of the q-axis current when the d-axis current is not flowing through the motor, the operation mode of the motor is the high response operation mode. The operation mode determination process for determining that
When the operation mode of the motor is determined to be the high response operation mode in the operation mode determination step, the combined current of the d-axis current and the q-axis current is the maximum rated current of the motor with respect to the motor. A control method for a power conversion device, which comprises the following and a d-axis current adjusting step for passing the d-axis current so as to satisfy the following equation.
-2φ / Ld <Id <0
φ: Motor induced voltage constant Ld: Motor d-axis inductance Id: d-axis current
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