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JP7745136B2 - Electric motor drive unit - Google Patents
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JP7745136B2 - Electric motor drive unit - Google Patents

Electric motor drive unit

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JP7745136B2 JP2022581175A JP2022581175A JP7745136B2 JP 7745136 B2 JP7745136 B2 JP 7745136B2 JP 2022581175 A JP2022581175 A JP 2022581175A JP 2022581175 A JP2022581175 A JP 2022581175A JP 7745136 B2 JP7745136 B2 JP 7745136B2
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Description

本開示は、電動機駆動装置に関する。 The present disclosure relates to an electric motor drive device.

特許文献1は、電動機駆動装置の小型化あるいは低コスト化を目的として、電動機駆動装置のコンデンサを小容量化する技術を開示する。 Patent document 1 discloses a technology for reducing the capacity of the capacitor in an electric motor drive device in order to reduce the size and cost of the device.

特許文献2は、コンデンサを小容量化した場合に、交流電源の力率を高く維持し、交流電源からの電力を有効的に電動機へ供給するための技術を開示する。具体的には、特許文献2は、交流電源からの交流電圧の半周期と同一周期、かつ、交流電源からの交流電力と同一波形の略正弦波状に電動機に流れる電流を制御する技術を開示する。 Patent Document 2 discloses technology for maintaining a high power factor of an AC power supply and effectively supplying power from the AC power supply to an electric motor when the capacitor capacity is reduced. Specifically, Patent Document 2 discloses technology for controlling the current flowing to the electric motor in a substantially sinusoidal waveform with the same period as the half cycle of the AC voltage from the AC power supply and the same waveform as the AC power from the AC power supply.

特開2002-51589号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-51589 特開2003-164179号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-164179

本開示は、構成する部品の定格電圧や定格電流、あるいは、電動機の減磁電流を満足するとともに、電動機のトルクや速度などの負荷範囲を拡大する電動機駆動装置を提供する。 This disclosure provides an electric motor drive device that satisfies the rated voltage and rated current of the components, or the demagnetization current of the motor, while expanding the load range of the motor's torque, speed, etc.

本開示における電動機駆動装置は、交流電圧検出手段と、整流回路と、コンデンサと、インバータと、電動機と、直流電圧検出手段と、電流検出手段と、制御部と、を備える。交流電圧検出手段は、交流電源からの交流電圧を検出する。整流回路は、交流電源からの交流電力を入力として直流電力に変換する。コンデンサは、整流回路の出力電圧が交流電源の2倍の周波数で脈動するように容量を設定され、整流回路の出力側に並列接続される。インバータは、コンデンサに印加された電圧を入力として所望の交流電圧に変換する。電動機は、インバータの出力側に設けられる。直流電圧検出手段は、コンデンサに印加された電圧を検出する。電流検出手段は、インバータの入力側に直列に接続された電動機に流れる電流を検出する。制御部は、電動機を所望の負荷で駆動するために必要な情報を、交流電圧検出手段、直流電圧検出手段、電流検出手段からインバータへ伝達する。制御部は、第一のモードと、第二のモードと、を有する。第一のモードは、電動機に流れる直流座標系における電流指令を、交流電源からの交流電力の半周期と同期した略正弦波状に制御しつつ、電流指令のピーク位相が交流電源からの交流電圧のピーク位相よりも遅れるように制御するモードである。第二のモードは、第一のモードの場合と同等のトルクを確保しつつ、交流電源からの交流電圧半周期の間に電動機へ流れる電流の最大値が、第一のモードの場合よりも小さくなるように制御するモードである。制御部は、直流電圧検出手段で検出した値が所定値以上の場合には、第一のモードで電動機に流れる電流を制御し、直流電圧検出手段で検出した値が所定値未満の場合には、第二のモードで電動機に流れる電流を制御する。 The electric motor drive device disclosed herein comprises an AC voltage detection means, a rectifier circuit, a capacitor, an inverter, an electric motor, a DC voltage detection means, a current detection means, and a control unit. The AC voltage detection means detects AC voltage from an AC power source. The rectifier circuit receives AC power from the AC power source and converts it into DC power. The capacitor has a capacitance set so that the output voltage of the rectifier circuit pulsates at twice the frequency of the AC power source and is connected in parallel to the output side of the rectifier circuit. The inverter receives a voltage applied to the capacitor and converts it into the desired AC voltage. The electric motor is provided on the output side of the inverter. The DC voltage detection means detects the voltage applied to the capacitor. The current detection means detects the current flowing through the electric motor, which is connected in series to the input side of the inverter. The control unit transmits information necessary to drive the electric motor with the desired load from the AC voltage detection means, DC voltage detection means, and current detection means to the inverter. The control unit has a first mode and a second mode. The first mode is a mode in which a current command in a DC coordinate system flowing through the motor is controlled to have a substantially sinusoidal waveform synchronized with a half cycle of AC power from the AC power supply, while controlling the current command so that the peak phase of the current command lags behind the peak phase of the AC voltage from the AC power supply. The second mode is a mode in which the maximum value of the current flowing through the motor during a half cycle of the AC voltage from the AC power supply is controlled to be smaller than in the first mode, while ensuring torque equivalent to that in the first mode. The control unit controls the current flowing through the motor in the first mode when the value detected by the DC voltage detection means is equal to or greater than a predetermined value, and controls the current flowing through the motor in the second mode when the value detected by the DC voltage detection means is less than the predetermined value.

本開示における電動機駆動装置は、構成する部品の定格電圧や定格電流、あるいは、電動機の減磁電流を満足するとともに、電動機のトルクや速度などの負荷範囲を拡大できる。 The electric motor drive device disclosed herein satisfies the rated voltage and rated current of the components, or the demagnetization current of the electric motor, while also being able to expand the load range of the electric motor, such as torque and speed.

実施の形態1における電動機駆動装置の構成を示す図FIG. 1 shows a configuration of an electric motor drive device according to a first embodiment. 実施の形態1における交流電圧と電流との関係を示す図FIG. 1 is a diagram showing the relationship between AC voltage and current in the first embodiment. 実施の形態1における交流電圧と進角値との関係を示す図FIG. 10 is a diagram showing the relationship between AC voltage and lead angle value in the first embodiment.

以下、図面を参照しながら実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、または、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。 The following describes embodiments in detail with reference to the drawings. However, more detailed explanations than necessary may be omitted. For example, detailed explanations of matters that are already well known or redundant explanations of substantially identical configurations may be omitted.

なお、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。 The accompanying drawings and the following description are provided to enable those skilled in the art to fully understand the present disclosure, and are not intended to limit the subject matter described in the claims.

(実施の形態1)
以下、図1~図3を用いて、本開示における電動機駆動装置の一例としての実施の形態1における電動機駆動装置10を説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, an electric motor drive device 10 according to a first embodiment will be described as an example of an electric motor drive device according to the present disclosure with reference to FIGS. 1 to 3. FIG.

[1-1.構成]
図1は、実施の形態1における電動機駆動装置10の構成を示す図である。図1に示すように、実施の形態1における電動機駆動装置10は、交流電圧検出手段6と、整流回路2と、コンデンサ3と、インバータ4と、電動機5と、直流電圧検出手段7と、電流検出手段8と、制御部9と、を備える。交流電圧検出手段6は、交流電源1からの交流電圧を検出する。整流回路2は、交流電源1からの交流電力を入力として直流電力に変換する。コンデンサ3は、整流回路2の出力電圧が交流電源1の2倍の周波数で脈動するように容量を設定され、整流回路2の出力側に並列接続される。インバータ4は、コンデンサ3に印加された電圧を入力として所望の交流電圧に変換する。電動機5は、インバータ4の出力側に設けられる。直流電圧検出手段7は、コンデンサ3に印加された電圧を検出する。電流検出手段8は、電動機5に流れる電流を検出する。
[1-1. Configuration]
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an electric motor drive device 10 according to a first embodiment. As shown in FIG. 1, the electric motor drive device 10 according to the first embodiment includes an AC voltage detection means 6, a rectifier circuit 2, a capacitor 3, an inverter 4, an electric motor 5, a DC voltage detection means 7, a current detection means 8, and a control unit 9. The AC voltage detection means 6 detects the AC voltage from an AC power source 1. The rectifier circuit 2 receives AC power from the AC power source 1 as input and converts it into DC power. The capacitor 3 has a capacitance set so that the output voltage of the rectifier circuit 2 pulsates at twice the frequency of the AC power source 1, and is connected in parallel to the output side of the rectifier circuit 2. The inverter 4 receives a voltage applied to the capacitor 3 as input and converts it into a desired AC voltage. The electric motor 5 is provided on the output side of the inverter 4. The DC voltage detection means 7 detects the voltage applied to the capacitor 3. The current detection means 8 detects the current flowing through the electric motor 5.

また、制御部9は、電動機5を所望の負荷で駆動するために必要な情報を、交流電圧検出手段6と直流電圧検出手段7と電流検出手段8とからインバータ4へ伝達する。 In addition, the control unit 9 transmits the information necessary to drive the electric motor 5 at the desired load from the AC voltage detection means 6, the DC voltage detection means 7, and the current detection means 8 to the inverter 4.

なお、電動機駆動装置10は、コンデンサ3への充放電電流のピークを低減するために、交流電源1と整流回路2との間に直列にリアクタを設けてもよい。また、交流電圧検出手段6は、ゼロクロス検出回路のように、交流電圧の位相を検出するものであればよく、必ずしも絶対値情報を必要とはしない。 In addition, the electric motor drive device 10 may have a reactor connected in series between the AC power source 1 and the rectifier circuit 2 to reduce the peaks of the charging and discharging current to the capacitor 3. Furthermore, the AC voltage detection means 6 need only be capable of detecting the phase of the AC voltage, such as a zero-cross detection circuit, and does not necessarily require absolute value information.

また、制御部9は、ゼロクロス検出部9aと、交流電源位相・周期計測部9bと、速度制御部9cと、dq軸電流指令生成部9dと、進角制御部9eと、電流制御部9fと、三相二相変換部9gと、二相三相変換部9hと、PWM(pulse width modulation)信号生成部9mと、磁極位置・速度推定部9jと、電流指令切替部9kと、から構成される。なお、制御部9は、プロセッサ及びメモリを有するコンピュータシステムを有している。そして、プロセッサがメモリに格納されているプログラムを実行することにより、コンピュータシステムが制御部9として機能する。プロセッサが実行するプログラムは、ここではコンピュータシステムのメモリに予め記録されているとしたが、メモリカード等の非一時的な記録媒体に記録されて提供されてもよいし、インターネット等の電気通信回線を通じて提供されてもよい。The control unit 9 is also composed of a zero-cross detection unit 9a, an AC power supply phase/period measurement unit 9b, a speed control unit 9c, a dq-axis current command generation unit 9d, an advance angle control unit 9e, a current control unit 9f, a three-phase/two-phase conversion unit 9g, a two-phase/three-phase conversion unit 9h, a PWM (pulse width modulation) signal generation unit 9m, a magnetic pole position/speed estimation unit 9j, and a current command switching unit 9k. The control unit 9 includes a computer system having a processor and memory. The computer system functions as the control unit 9 when the processor executes a program stored in the memory. While the program executed by the processor is pre-recorded in the computer system's memory here, it may also be provided by recording it on a non-transitory recording medium such as a memory card, or via a telecommunications line such as the Internet.

電流指令切替部9kは、直流電圧検出手段7における検出値に基づいて、第一のモードと第二のモードとの間で切替可能に構成されている。速度制御部9cのPI(Proportional―Integral)演算結果と交流電源位相・周期計測部9bとからの情報に基づいて、各モードでは、以下のような直流座標軸(以下、dq軸と称す)における電流指令が生成される。即ち、第一のモードでは、交流電源1の半周期と同期した周期、かつ、交流電源1の半周期間におけるPI演算結果の面積と等価、さらに、交流電源1の半周期間において直流座標軸における電流指令のピーク位相が、交流電圧のピーク位相よりも遅れた略正弦波状の電流指令が生成される。第二のモードでは、PI演算結果がdq軸の電流指令とされる。The current command switching unit 9k is configured to be switchable between a first mode and a second mode based on the detection value of the DC voltage detection means 7. In each mode, the following current command is generated on the DC coordinate axes (hereinafter referred to as the dq axes) based on the PI (Proportional-Integral) calculation results of the speed control unit 9c and information from the AC power supply phase/period measurement unit 9b. That is, in the first mode, a roughly sinusoidal current command is generated, whose period is synchronized with the half-period of the AC power supply 1, whose area is equivalent to the PI calculation results over a half-period of the AC power supply 1, and whose peak phase on the DC coordinate axes lags behind the peak phase of the AC voltage over a half-period of the AC power supply 1. In the second mode, the PI calculation results are used as current commands on the dq axes.

ここで、「略正弦波」とは「正弦波」及び「正弦波に近い波形」を含む。便宜上、交流電源1の半周期と同期した周期を有する略正弦波のことを、交流電源1からの交流電力と同一波形の略正弦波という。 Here, "approximately sine wave" includes "sine wave" and "waveform close to a sine wave." For convenience, an approximately sine wave having a cycle synchronized with the half cycle of AC power source 1 is referred to as an approximately sine wave having the same waveform as the AC power from AC power source 1.

[1-2.動作]
以上のように構成された電動機駆動装置10について、以下、その動作、作用について説明する。
[1-2. Operation]
The operation and function of the electric motor drive device 10 configured as above will now be described.

まず、交流電源位相・周期計測部9bは、交流電源1からの交流電圧がゼロとなるタイミングを計測するゼロクロス検出部9aからの情報をもとに、交流電源1の位相及び周期を計測する。 First, the AC power supply phase/period measurement unit 9b measures the phase and period of the AC power supply 1 based on information from the zero-cross detection unit 9a, which measures the timing when the AC voltage from the AC power supply 1 becomes zero.

磁極位置・速度推定部9jは、電動機5の回転子磁極位置及び回転速度を推定する。これらは、電動機5の各相(U相、V相、W相)に流れ、電流検出手段8で検出される電流と、PWM信号生成部9mから電動機5の各相に印加されるPWM信号と、直流電圧検出手段7において検出される直流電圧検出値と、から推定される。 The magnetic pole position/speed estimation unit 9j estimates the rotor magnetic pole position and rotational speed of the electric motor 5. These are estimated from the currents flowing through each phase (U phase, V phase, W phase) of the electric motor 5 and detected by the current detection means 8, the PWM signals applied to each phase of the electric motor 5 from the PWM signal generation unit 9m, and the DC voltage detection value detected by the DC voltage detection means 7.

速度制御部9cは、電動機5の回転子を駆動したい指示速度と、磁極位置・速度推定部9jで推定した電動機5の回転子の速度との差分をPI演算する。 The speed control unit 9c performs a PI calculation to determine the difference between the command speed at which the rotor of the electric motor 5 is desired to be driven and the speed of the rotor of the electric motor 5 estimated by the magnetic pole position/speed estimation unit 9j.

加えて、電流指令切替部9kは、直流電圧検出手段7における検出値が、所定値以上の場合には第一のモードとし、所定値未満の場合には第二のモードとする。これにより、直流電圧検出手段7における検出値が所定値以上の場合には、第一のモードでdq軸の電流指令が出力され、直流電圧検出手段7における検出値が所定値未満の場合には、第二のモードでdq軸の電流指令が出力される。 In addition, the current command switching unit 9k switches to the first mode when the detected value of the DC voltage detection means 7 is equal to or greater than a predetermined value, and switches to the second mode when it is less than the predetermined value. As a result, when the detected value of the DC voltage detection means 7 is equal to or greater than the predetermined value, d- and q-axis current commands are output in the first mode, and when the detected value of the DC voltage detection means 7 is less than the predetermined value, d- and q-axis current commands are output in the second mode.

図2は、交流電圧と電流との関係を示す図である。図2に示すように、第一のモードでは、直流電圧の絶対値が大きくなる交流電源1からの交流電圧のピーク位相近傍におけるdq軸の電流指令が低減されることで、瞬間的な負荷が低減されている。 Figure 2 shows the relationship between AC voltage and current. As shown in Figure 2, in the first mode, the dq axis current command is reduced near the peak phase of the AC voltage from AC power source 1, where the absolute value of the DC voltage is large, thereby reducing the instantaneous load.

これにより、交流電源1の系統インダクタンス(主に、インピーダンス)が大きい場合でも、インピーダンスの端子電圧及び整流回路2の入力電圧変動が抑制できる。並びに、第二のモードでは、dq軸の電流指令を略正弦波で制御する場合よりも、交流電源半周期間の電流ピークが抑制できる。This allows for suppression of fluctuations in the impedance terminal voltage and the input voltage of the rectifier circuit 2, even when the system inductance (mainly the impedance) of the AC power supply 1 is large. Furthermore, in the second mode, the current peak over a half cycle of the AC power supply can be suppressed more effectively than when the dq axis current commands are controlled with approximately sinusoidal waves.

なお、電動機5から交流電源1あるいは整流回路2側あるいはコンデンサ3へ電力が供給される回生状態では、電流指令通りに電動機5のトルクが制御できないため、前述した面積計算から省いてもよい。 In addition, in the regenerative state where power is supplied from the electric motor 5 to the AC power source 1, the rectifier circuit 2, or the capacitor 3, the torque of the electric motor 5 cannot be controlled according to the current command, so this may be omitted from the area calculation described above.

なお、電流検出手段8における検出値により、電動機5から交流電源1あるいは整流回路2あるいはコンデンサ3に電流が流れている場合に、回生状態との判定がなされる。 In addition, based on the detection value of the current detection means 8, if current is flowing from the electric motor 5 to the AC power supply 1, the rectifier circuit 2, or the capacitor 3, it is determined that the regenerative state is in effect.

また、三相二相変換部9gからの情報により、q軸検出電流が負である場合にも、回生状態との判定がなされる。 In addition, based on information from the three-phase to two-phase conversion unit 9g, a regenerative state is determined when the q-axis detected current is negative.

さらに、回生状態では、電動機5から交流電源1、あるいは、整流回路2に電力が供給されるため、電動機5の回転子の回転速度は指示速度よりも低下、あるいは、コンデンサ3の直流電圧が交流電源1からの交流電圧よりも高くなる。 Furthermore, in the regenerative state, power is supplied from the electric motor 5 to the AC power source 1 or the rectifier circuit 2, so that the rotation speed of the rotor of the electric motor 5 becomes lower than the command speed, or the DC voltage of the capacitor 3 becomes higher than the AC voltage from the AC power source 1.

このことから、磁極位置・速度推定部9jからの電動機5の推定速度が指示速度に対して予め設定した所定速度よりも低下した場合、回生状態との判定がなされてもよい。あるいは、直流電圧検出手段7においての直流電圧の検出値の変化が予め設定した所定量よりも大きく増加した場合にも、回生状態との判定がなされてもよい。 For this reason, a determination may be made that the motor is in a regenerative state if the estimated speed of the motor 5 from the magnetic pole position/speed estimation unit 9j drops below a predetermined speed relative to the command speed. Alternatively, a determination may be made that the motor is in a regenerative state if the change in the detected DC voltage value in the DC voltage detection means 7 increases by a greater amount than a predetermined amount.

進角制御部9eは、予め電動機5の速度やトルクなどに応じた進角値を登録したテーブルを保持する。 The advance angle control unit 9e maintains a table in which advance angle values corresponding to the speed, torque, etc. of the electric motor 5 are pre-registered.

図3は、交流電圧と進角値との関係を示す図である。 Figure 3 shows the relationship between AC voltage and lead angle value.

交流電源1からの電力を有効的に電動機5へ供給するには、電力が電動機5からインバータ4あるいは交流電源1に回生しやすい交流電源1がゼロとなる位相近傍において、回生が生じる位相が短くなるように進角が設定される方が望ましい。また、交流電圧がピークとなる位相近傍では、トルクを出力するのに要する電流が最小となるように進角が設定される方が望ましい。 To effectively supply power from AC power supply 1 to electric motor 5, it is desirable to set the lead angle so that the phase in which regeneration occurs is short near the phase where AC power supply 1 is zero, when power is likely to be regenerated from electric motor 5 to inverter 4 or AC power supply 1. Furthermore, it is desirable to set the lead angle so that the current required to output torque is minimized near the phase where AC voltage peaks.

そのため、図3に示すように電源半周期内で進角値が変更されてもよい。 Therefore, the lead angle value may be changed within half a power supply cycle as shown in Figure 3.

dq軸電流指令生成部9dは、進角制御部9e、電流指令切替部9k、速度制御部9c及び交流電源位相・周期計測部9bからの情報に基づいて、d軸及びq軸の電流指令を生成する。 The dq-axis current command generation unit 9d generates d-axis and q-axis current commands based on information from the advance angle control unit 9e, current command switching unit 9k, speed control unit 9c and AC power supply phase/period measurement unit 9b.

電流制御部9fは、dq軸電流指令生成部9dで生成されたd軸及びq軸の電流指令値と、電流検出手段8で検出された電動機5の各相に流れる電流を三相二相変換部9gで変換したd軸及びq軸の電流検出値との差分をPI演算し、d軸及びq軸の電圧指令を生成する。 The current control unit 9f performs a PI calculation on the difference between the d-axis and q-axis current command values generated by the dq-axis current command generation unit 9d and the d-axis and q-axis current detection values obtained by converting the currents flowing through each phase of the electric motor 5 detected by the current detection means 8 using a three-phase to two-phase conversion unit 9g, and generates d-axis and q-axis voltage commands.

二相三相変換部9hは、電流制御部9fからのd軸及びq軸の電圧指令値と、磁極位置・速度推定部9jからの推定磁極位置との情報に基づいて、電動機5の各相(U、V、W相)の電圧指令を生成する。 The two-phase to three-phase conversion unit 9h generates voltage commands for each phase (U, V, W phase) of the motor 5 based on the d-axis and q-axis voltage command values from the current control unit 9f and the estimated magnetic pole position information from the magnetic pole position/speed estimation unit 9j.

PWM信号生成部9mは、二相三相変換部9hからの電動機5の各相の電圧指令と、直流電圧検出手段7における検出値とから、電動機5の各相のPWM信号を生成する。 The PWM signal generating unit 9m generates a PWM signal for each phase of the motor 5 from the voltage command for each phase of the motor 5 from the two-phase to three-phase conversion unit 9h and the detected value in the DC voltage detecting means 7.

インバータ4の各スイッチング素子は、PWM信号生成部9mからのPWM信号に従いスイッチングを行うことで、電動機5を所望の速度及びトルクで駆動できる。 Each switching element of the inverter 4 switches in accordance with the PWM signal from the PWM signal generating unit 9m, thereby driving the electric motor 5 at the desired speed and torque.

[1-3.効果等]
以上のように、本実施の形態において、電動機駆動装置10は、交流電圧検出手段6と、整流回路2と、コンデンサ3と、インバータ4と、電動機5と、直流電圧検出手段7と、電流検出手段8と、制御部9と、を備える。交流電圧検出手段6は、交流電源1からの交流電圧を検出する。整流回路2は、交流電源1からの交流電力を入力として直流電力に変換する。コンデンサ3は、整流回路2の出力電圧が交流電源1の2倍の周波数で脈動するように容量を設定され、整流回路2の出力側に並列接続される。インバータ4は、コンデンサ3に印加された電圧を入力として所望の交流電圧に変換する。電動機5は、インバータ4の出力側に設けられる。直流電圧検出手段7は、コンデンサ3に印加された電圧を検出する。電流検出手段8は、インバータ4の入力側に直列に接続された電動機5に流れる電流を検出する。制御部9は、電動機5を所望の負荷で駆動するために必要な情報を、交流電圧検出手段6、直流電圧検出手段7、電流検出手段8からインバータ4へ伝達する。制御部9は、第一のモードと、第二のモードと、を有する。第一のモードは、電動機5に流れる直流座標系における電流指令を、交流電源1からの交流電力の半周期と同期した略正弦波状に制御しつつ、電流指令のピーク位相が交流電源1からの交流電圧のピーク位相よりも遅れるように制御するモードである。第二のモードは、第一のモードの場合と同等のトルクを確保しつつ、交流電源1からの交流電圧半周期の間に電動機5へ流れる電流の最大値が、第一のモードの場合よりも小さくなるように制御するモードである。
[1-3. Effects, etc.]
As described above, in this embodiment, the electric motor drive device 10 includes an AC voltage detection means 6, a rectifier circuit 2, a capacitor 3, an inverter 4, an electric motor 5, a DC voltage detection means 7, a current detection means 8, and a control unit 9. The AC voltage detection means 6 detects the AC voltage from the AC power source 1. The rectifier circuit 2 receives AC power from the AC power source 1 and converts it into DC power. The capacitor 3 has a capacitance set so that the output voltage of the rectifier circuit 2 pulsates at twice the frequency of the AC power source 1, and is connected in parallel to the output side of the rectifier circuit 2. The inverter 4 receives a voltage applied to the capacitor 3 and converts it into a desired AC voltage. The electric motor 5 is provided on the output side of the inverter 4. The DC voltage detection means 7 detects the voltage applied to the capacitor 3. The current detection means 8 detects the current flowing through the electric motor 5, which is connected in series to the input side of the inverter 4. The control unit 9 transmits information required to drive the electric motor 5 at a desired load from the AC voltage detection means 6, the DC voltage detection means 7, and the current detection means 8 to the inverter 4. The control unit 9 has a first mode and a second mode. The first mode is a mode in which a current command in a DC coordinate system flowing through the electric motor 5 is controlled to have a substantially sinusoidal waveform synchronized with a half cycle of the AC power from the AC power supply 1, while controlling the current command so that the peak phase of the current command lags behind the peak phase of the AC voltage from the AC power supply 1. The second mode is a mode in which, while ensuring torque equivalent to that in the first mode, the maximum value of the current flowing through the electric motor 5 during a half cycle of the AC voltage from the AC power supply 1 is controlled to be smaller than that in the first mode.

制御部9は、直流電圧検出手段7で検出した値が所定値以上の場合には、第一のモードで電動機5に流れる電流を制御し、直流電圧検出手段7で検出した値が所定値未満の場合には、第二のモードで電動機5に流れる電流を制御する。 The control unit 9 controls the current flowing to the electric motor 5 in a first mode when the value detected by the DC voltage detection means 7 is greater than or equal to a predetermined value, and controls the current flowing to the electric motor 5 in a second mode when the value detected by the DC voltage detection means 7 is less than the predetermined value.

これにより、コンデンサ3を小容量化した電動機駆動装置10は、電動機駆動装置10を構成する部品の定格電圧や定格電流、あるいは、電動機5の減磁電流を満足するとともに、電動機5のトルクや速度などの負荷範囲を従来よりも拡大することができる。 As a result, the electric motor drive device 10 with a reduced capacity capacitor 3 satisfies the rated voltage and rated current of the components that make up the electric motor drive device 10, or the demagnetization current of the electric motor 5, and can expand the load range of the electric motor 5, such as torque and speed, more than before.

本開示は、構成する部品の定格電圧や定格電流、あるいは、電動機の減磁電流を満足するとともに、電動機のトルクや速度などの負荷範囲を拡大できる電動機駆動装置を提供できる。このため、例えば、空気調和機や冷蔵庫や掃除機、あるいは洗濯機等の電動機を駆動する用途に適用できる。 This disclosure provides an electric motor drive device that satisfies the rated voltage and rated current of the components, or the demagnetization current of the motor, while also expanding the load range of the motor's torque, speed, etc. Therefore, it can be used to drive electric motors in, for example, air conditioners, refrigerators, vacuum cleaners, washing machines, etc.

1 交流電源
2 整流回路
3 コンデンサ
4 インバータ
5 電動機
6 交流電圧検出手段
7 直流電圧検出手段
8 電流検出手段
9 制御部
9a ゼロクロス検出部
9b 交流電源位相・周期計測部
9c 速度制御部
9d dq軸電流指令生成部
9e 進角制御部
9f 電流制御部
9g 三相二相変換部
9h 二相三相変換部
9j 磁極位置・速度推定部
9k 電流指令切替部
9m PWM信号生成部
10 電動機駆動装置
REFERENCE SIGNS LIST 1 AC power supply 2 Rectifier circuit 3 Capacitor 4 Inverter 5 Electric motor 6 AC voltage detection means 7 DC voltage detection means 8 Current detection means 9 Control unit 9a Zero cross detection unit 9b AC power supply phase/period measurement unit 9c Speed control unit 9d DQ axis current command generation unit 9e Lead angle control unit 9f Current control unit 9g Three-phase to two-phase conversion unit 9h Two-phase to three-phase conversion unit 9j Magnetic pole position/speed estimation unit 9k Current command switching unit 9m PWM signal generation unit 10 Electric motor drive device

Claims (1)

交流電源からの交流電圧を検出する交流電圧検出手段と、
前記交流電源からの交流電力を入力として直流電力に変換する整流回路と、
前記整流回路の出力電圧が前記交流電源の2倍の周波数で脈動するように容量を設定され、前記整流回路の出力側に並列接続されたコンデンサと、
前記コンデンサに印加された電圧を入力として所望の交流電圧に変換するインバータと、
前記インバータの出力側に設けられた電動機と、
前記コンデンサに印加された電圧を検出する直流電圧検出手段と、
前記インバータの入力側に直列に接続された前記電動機に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電動機を所望の負荷で駆動するために必要な情報を、前記交流電圧検出手段、前記直流電圧検出手段、前記電流検出手段から前記インバータへ伝達する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記電動機に流れる直流座標系における電流指令を、前記交流電源からの前記交流電力の半周期と同期した略正弦波状に制御しつつ、前記電流指令のピーク位相が前記交流電源からの交流電圧のピーク位相よりも遅れるように制御する第一のモードと、
前記第一のモードの場合と同等のトルクを確保しつつ、前記交流電源からの交流電圧半周期の間に前記電動機へ流れる電流の最大値が、前記第一のモードの場合よりも小さくなるように制御する第二のモードと、を有し、
前記直流電圧検出手段で検出した値が所定値以上の場合には、前記第一のモードで前記電動機に流れる電流を制御し、前記直流電圧検出手段で検出した値が前記所定値未満の場合には、前記第二のモードで前記電動機に流れる電流を制御する
電動機駆動装置。
AC voltage detection means for detecting an AC voltage from an AC power supply;
a rectifier circuit that receives AC power from the AC power source and converts it into DC power;
a capacitor connected in parallel to the output side of the rectifier circuit, the capacitor having a capacitance set so that the output voltage of the rectifier circuit pulsates at twice the frequency of the AC power supply;
an inverter that converts the voltage applied to the capacitor into a desired AC voltage;
an electric motor provided on the output side of the inverter;
DC voltage detection means for detecting the voltage applied to the capacitor;
a current detection means for detecting a current flowing through the electric motor connected in series to the input side of the inverter;
a control unit that transmits information required to drive the electric motor with a desired load from the AC voltage detection means, the DC voltage detection means, and the current detection means to the inverter,
The control unit
a first mode in which a current command in a DC coordinate system flowing through the electric motor is controlled to have a substantially sinusoidal waveform synchronized with a half cycle of the AC power from the AC power supply, and the peak phase of the current command is controlled to lag behind the peak phase of the AC voltage from the AC power supply;
a second mode in which a maximum value of a current flowing to the electric motor during a half cycle of an AC voltage from the AC power supply is controlled to be smaller than that in the first mode while ensuring a torque equivalent to that in the first mode,
An electric motor drive device that controls the current flowing to the electric motor in the first mode when the value detected by the DC voltage detection means is equal to or greater than a predetermined value, and controls the current flowing to the electric motor in the second mode when the value detected by the DC voltage detection means is less than the predetermined value.
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