JP2004015856A - Ac motor driving device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ACモータ駆動装置に関し、特にPWMインバータのデッドタイム補償に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の電圧形インバータでは、上下スイッチング素子の同時導通による電流短絡事故を防止するためにデッドタイムを設けている。PWMインバータはスイッチング回数に伴って電流制御性能が高い反面、デッドタイムの影響を多く受けやすい。特に、低速と軽負荷の運転時における電流制御への影響は大きく、電流歪みとトルク脈動の一因ともなる。
こうしたインバータ装置のデッドタイム設定で生じる損失電圧を補償するには、先ず、デッドタイム設定による正確な損失電圧Vlossの把握が必要であり、式(1)で計算できる。又、この損失電圧はデッドタイム補償電圧Vcompとして扱える。
Vloss=Vcomp=td×fc×Vdc=(td/tc)×Vdc (1)
ここで、tdはデッドタイム(オンディレイ時間)、
fcはスイッチングキャリア周波数(=1/tc)、
tcはスイッチングキャリア周期時間、
Vdcは直流電圧
である。
【0003】
次に、従来のデッドタイム補償法について説明する。
図3は従来のデッドタイム補償法の全体ブロック図である。
2は従来技術に係るデッドタイム補償手段、11はACモータ、12は電流検出手段(電流センサ)、13は電流偏差演算手段、14は指令電圧演算手段、15はPWM電力変換装置、16は直流電圧、201は電流極性判断手段、202は補償電圧「式(1)」、203は電圧加算演算手段である。なお、ACモータの位置・速度検出用のエンコーダの図示は省略している。
図3のブロック図において、動作を説明する。
偏差電流演算手段13は、指令電流I*から現在サンプリング区間での検出電流Ifb[T1]を差し引いて偏差電流ΔIを計算し、指令電圧演算手段14では偏差電流ΔIに制御ゲインを掛け算して指令電圧V*[T1]の演算を行う。また、極性電流判断手段201では現在サンプリング区間での検出電流Ifb[T1]を用いて電流極性の判断を行った後、その電流極性値(+1又は−1の値)を補償電圧「式(1)」202に掛け算してデッドタイム補償電圧Vcomp[T1]の演算を行う。最後に、電圧加算演算手段203でデッドタイム補償電圧Vcomp[T1]を指令電圧V*[T1]に加えて最終指令電圧Vf*[T1]を計算し、PWM電力変換装置15に入力し、ACモータ11を駆動するようになっている。
【0004】
ここで、図4に従来のデッドタイム補償法の全体タイミングチャートを示す。
図4のタイミングチャートは、現在サンプリング区間(T1)の中で指令電圧V*[T1]とデッドタイム補償電圧Vcomp[T1]を求めた後、同一サンプリング区間で最終指令電圧Vf*[T1]も計算することを表している。これらを式で表現すると式(2)に成る。
Vf*[T1]=V*[T1]+Vcomp[T1] (2)
ここで、T1は現在サンプリング区間、V*[T1]は現在サンプリング区間での指令電圧、Vcomp[T1]は現在サンプリング区間でのデッドタイム補償電圧、Vf*[T1]は現在サンプリング区間での最終指令電圧である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術では、電流極性の判断用検出電流が最終指令電圧をPWM電力変換装置に入力するときの実電流と極性が同じで、かつ、遅れが無いと仮定し、検出電流極性の判断を行い、その結果に従ってデッドタイム補償電圧の計算を行っている。
しかしながら、実際にはデッドタイム補償電圧の計算用検出電流が最終指令電圧をPWM電力変換装置に入力するときの実電流に比べて、1サンプリング時間だけ遅れている。そして、検出電流極性の判断を誤って、デッドタイム補償が正しく行われず、更に、デッドタイム補償を行わなかった場合よりも速度リップル及び電流特性(電流ひずみ)に悪影響を与えるという問題があった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、電流極性を正しく判断し、速度リップル及び電流ひずみの最小化が出来るようにデッドタイム補償を実施できるACモータ駆動装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明に係るACモータ駆動装置は、ACモータへ流れる電流を検出する電流検出手段と、現在サンプリング区間での検出電流と指令電流の偏差から偏差電流を計算する偏差電流演算手段と、前記偏差電流から指令電圧の演算を行う指令電圧演算手段と、前記指令電圧の演算後、次期サンプリング区間での検出電流の情報が得られるまでデッドタイム補償電圧の演算を行わず待機し、次期サンプリング区間での検出電流の検出の完了判断を行う次期検出電流判断手段と前記次期サンプリング区間での検出電流から電流極性の判断を行う電流極性判断手段を含むと共に、前記デッドタイム補償電圧を出力するデッドタイム補償手段と、前記指令電圧演算手段から計算された指令電圧に前記デッドタイム補償電圧を加えて最終指令電圧を演算する電圧加算演算手段と、前記電圧加算演算手段により得られた最終指令電圧となる直流電圧から交流電圧への変換を行うPWM電力変換装置と、を備えたものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図1は本発明の実施例を示すデッドタイム補償法に関する全体ブロック図である。なお、本発明が従来技術と同じ構成要素についてはその説明を省略し、異なる点のみ説明する。
図1において、1は本発明に係るデッドタイム補償手段、101は電流極性判断手段、102は補償電圧「式(1)」、103は電圧加算演算手段、104は次期検出電流判断手段である。
本発明が従来技術と異なる点は以下のとおりである。
すなわち、指令電圧V*[T1]の演算後、次期サンプリング区間での検出電流Ifb[T2]の情報が得られるまでデッドタイム補償電圧の演算を行わず待機し、次期サンプリング区間での検出電流の検出の完了判断を行う次期検出電流判断手段104と次期サンプリング区間での検出電流Ifb[T2]から電流極性の判断を行う電流極性判断手段101を含むと共に、デッドタイム補償電圧Vcomp[T2]を出力するデッドタイム補償手段1を設けた点である。
【0008】
次に動作について説明する。
図1の全体ブロック図において、電流検出手段12はACモータ11へ流れる電流をサンプリング区間毎に検出し、偏差電流演算手段13は指令電流I*から現在サンプリング区間での検出電流Ifb[T1]を差し引いて偏差電流ΔIを計算し、指令電圧演算手段14は偏差電流ΔIに制御ゲインを掛け算して指令電圧V*[T1]の計算を行う。ここで、次期サンプリング区間で求めた検出電流Ifb[T2]を得るまでに、デッドタイム補償電圧Vcomp[T2]の演算を行わず待機するように次期サンプリング電流判断手段104で行う。その後、次期サンプリング区間での検出電流Ifb[T2]が得られて、その情報から電流極性判断手段101で電流極性の判断「検出電流が0超過である場合は+1、0未満の場合は−1を出力」を行い、その電流極性値(+1又は−1の値)を式(1)102に掛け算してデッドタイム補償電圧Vcomp[T2]の演算を行う。
最後に、加算演算装置103でデッドタイム補償電圧Vcomp[T2]を指令電圧V*[T1]に加えて最終指令電圧Vf*[T2]を計算し、PWM電力変換装置15に入力する。
【0009】
ここで、図2は本発明の実施例を示すデッドタイム補償法に関するフローチャートである。図2のタイミングチャートは、現在サンプリング区間(T1)で指令電圧V*[T1]を求めた後、次期サンプリング区間(T2)で求めた検出電流Ifb[T2]から電流極性を演算してデッドタイム補償電圧Vcomp[T2]を演算し、そのデッドタイム補償電圧Vcomp[T2]を指令電圧V*[T1]に加えて最終指令電圧Vf*[T2]を計算して、PWM電力変換装置へ入力することを表している。これらを式で表現すると式(3)に成る。
Vf*[T2]=V*[T1]+Vcomp[T2] (3)
ここで、T1は現在サンプリング区間、T2は次期サンプリング区間、V*[T1]は現在サンプリング区間での指令電圧、Vcomp[T2]は次期サンプリング区間でのデッドタイム補償電圧、Vf*[T2]は次期サンプリング区間での最終指令電圧である。
【0010】
したがって、本実施例に係るACモータ駆動装置は、指令電圧V*[T1]の演算後、次期サンプリング区間での検出電流Ifb[T2]の情報が得られるまでデッドタイム補償電圧の演算を行わず待機し、次期サンプリング区間での検出電流の検出の完了判断を行う次期検出電流判断手段104と次期サンプリング区間での検出電流Ifb[T2]から電流極性の判断を行う電流極性判断手段101を含むと共に、デッドタイム補償電圧Vcomp[T2]を出力するデッドタイム補償手段1を設けたので、サンプリング時間の遅れが無い検出電流から電流極性判断を行って正しい電流極性値を得ることでデッドタイムによる損失電圧を適切に補正できる。その結果、速度リップル及び電流ひずみを最小に抑えることができるACモータ駆動装置を提供することができる。
【0011】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、ACモータ駆動装置は、指令電圧の演算後、次期サンプリング区間での検出電流の情報が得られるまでデッドタイム補償電圧の演算を行わず待機し、次期サンプリング区間での検出電流の検出の完了判断を行う次期検出電流判断手段と次期サンプリング区間での検出電流から電流極性の判断を行う電流極性判断手段を含むと共に、デッドタイム補償電圧を出力するデッドタイム補償手段を設けたため、サンプリング時間の遅れが無い検出電流から電流極性判断を行って正しい電流極性値を得ることでデッドタイムによる損失電圧を適切に補正できる。その結果、速度リップル及び電流ひずみを最小に抑えることができるACモータ駆動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示すデッドタイム補償法に関する全体ブロック図である。
【図2】本発明の実施例を示すデッドタイム補償法に関するフローチャートである。
【図3】従来のデッドタイム補償法の全体ブロック図である。
【図4】従来のデッドタイム補償法の全体タイミングチャートを示したものである。
【符号の説明】
1 デッドタイム補償手段(本発明)
2 デッドタイム補償手段(従来技術)
11 ACモータ
12 電流検出手段(電流センサ)
13 電流偏差演算手段
14 指令電圧演算手段
15 PWM電力変換装置
16 直流電圧
101、201 電流極性判断手段
102、202 補償電圧「式1」
103、203 電圧加算演算手段
104 次期検出電流判断手段
* 指令を表す添字
I* 指令電流
Vdc インバータの平滑直流電圧
V* 指令電圧
Vf* 最終指令電圧
Ifb 検出電流
ΔI 偏差電流
T1 現在サンプリング周期
T21 次期サンプリング周期
Vloss損失電圧
Vcomp補償電圧
Vcompデッドタイム補償電圧
PorM 電流極性の値(−1 又は +1)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an AC motor driving device, and more particularly, to dead time compensation of a PWM inverter.
[0002]
[Prior art]
In the conventional voltage type inverter, a dead time is provided to prevent a current short circuit accident due to simultaneous conduction of the upper and lower switching elements. Although the PWM inverter has high current control performance with the number of times of switching, it is easily affected by the dead time. In particular, the influence on the current control during low-speed and light-load operation is large, which also contributes to current distortion and torque pulsation.
In order to compensate for the loss voltage caused by the dead time setting of such an inverter device, first, it is necessary to accurately grasp the loss voltage V loss by the dead time setting, and it can be calculated by equation (1). Also, this loss voltage can be handled as a dead time compensation voltage Vcomp .
V loss = V comp = td × fc × Vdc = (td / tc) × Vdc (1)
Here, td is a dead time (on delay time),
fc is the switching carrier frequency (= 1 / tc),
tc is a switching carrier cycle time,
Vdc is a DC voltage.
[0003]
Next, a conventional dead time compensation method will be described.
FIG. 3 is an overall block diagram of a conventional dead time compensation method.
2 is a dead time compensating means according to the prior art, 11 is an AC motor, 12 is a current detecting means (current sensor), 13 is a current deviation calculating means, 14 is a command voltage calculating means, 15 is a PWM power converter, and 16 is DC Voltage, 201 is current polarity judging means, 202 is compensation voltage "Equation (1)", and 203 is voltage addition calculating means. The illustration of the encoder for detecting the position and speed of the AC motor is omitted.
The operation will be described with reference to the block diagram of FIG.
The deviation current calculation means 13 calculates the deviation current ΔI by subtracting the detection current Ifb [T1] in the current sampling section from the command current I *, and the command voltage calculation means 14 multiplies the deviation current ΔI by the control gain to obtain the command current. Calculation of voltage V * [T1] is performed. Further, the polarity current determining means 201 determines the current polarity using the detection current Ifb [T1] in the current sampling section, and then determines the current polarity value (a value of +1 or −1) as a compensation voltage “expression (1) ) 202 to calculate the dead time compensation voltage V comp [T1]. Lastly, the dead time compensation voltage Vcomp [T1] is added to the command voltage V * [T1] by the voltage addition calculating
[0004]
Here, FIG. 4 shows an overall timing chart of the conventional dead time compensation method.
The timing chart of FIG. 4 shows that the command voltage V * [T1] and the dead time compensation voltage V comp [T1] are obtained in the current sampling period (T1), and then the final command voltage Vf * [T1] in the same sampling period. Also means to calculate. When these are expressed by equations, equation (2) is obtained.
Vf * [T1] = V * [T1] + V comp [T1] (2)
Here, T1 is the current sampling interval, V * [T1] is the command voltage in the current sampling interval, V comp [T1] is the dead time compensation voltage in the current sampling interval, and Vf * [T1] is the current sampling interval. This is the final command voltage.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the prior art, the detection current for determination of the current polarity is assumed to have the same polarity as the actual current when the final command voltage is input to the PWM power converter, and that there is no delay, and the detection current polarity is determined. The dead time compensation voltage is calculated according to the result.
However, actually, the detection current for calculating the dead time compensation voltage is delayed by one sampling time as compared with the actual current when the final command voltage is input to the PWM power converter. In addition, there is a problem that the dead time compensation is not correctly performed by erroneously determining the detection current polarity, and that the speed ripple and the current characteristics (current distortion) are more adversely affected than when the dead time compensation is not performed.
The present invention has been made to solve the above problems, and provides an AC motor driving device capable of correctly determining a current polarity and performing dead time compensation so as to minimize speed ripple and current distortion. With the goal.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, an AC motor driving device according to the present invention includes a current detection unit that detects a current flowing to an AC motor, and a deviation current that calculates a deviation current from a deviation between a detected current and a command current in a current sampling period. A calculating means, a command voltage calculating means for calculating a command voltage from the deviation current, and a standby after calculating the command voltage without calculating the dead time compensation voltage until information on a detected current in a next sampling section is obtained. And a next detection current judging means for judging completion of detection of the detection current in the next sampling section, and a current polarity judgment means for judging current polarity from the detection current in the next sampling section. And a dead time compensating means for outputting the dead time compensating voltage to the command voltage calculated by the command voltage calculating means. A voltage addition calculation unit for calculating a final command voltage, is obtained and a PWM power converter for converting from a DC voltage as a final command voltage obtained to the AC voltage by the voltage addition operation means.
[0007]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an overall block diagram relating to a dead time compensation method showing an embodiment of the present invention. The description of the same components as those of the prior art will be omitted, and only different points will be described.
In FIG. 1,
The differences between the present invention and the prior art are as follows.
That is, after the calculation of the command voltage V * [T1], the operation waits without performing the calculation of the dead time compensation voltage until the information of the detection current Ifb [T2] in the next sampling section is obtained. A next detection current judging means 104 for judging the completion of the detection and a current polarity judging means 101 for judging the current polarity from the detection current Ifb [T2] in the next sampling section are included. The dead time compensation voltage Vcomp [T2] is also determined. The point is that dead time compensating means 1 for outputting is provided.
[0008]
Next, the operation will be described.
In the overall block diagram of FIG. 1, a
Finally, the
[0009]
FIG. 2 is a flowchart showing a dead time compensation method according to an embodiment of the present invention. The timing chart of FIG. 2 shows that after the command voltage V * [T1] is obtained in the current sampling section (T1), the current polarity is calculated from the detected current Ifb [T2] obtained in the next sampling section (T2), and the dead time is calculated. Compute the compensation voltage V comp [T2], add the dead time compensation voltage V comp [T2] to the command voltage V * [T1], calculate the final command voltage Vf * [T2], and send it to the PWM power converter. Indicates that the input is required. When these are expressed by equations, equation (3) is obtained.
Vf * [T2] = V * [T1] + Vcomp [T2] (3)
Here, T1 is the current sampling interval, T2 is the next sampling interval, V * [T1] is the command voltage in the current sampling interval, V comp [T2] is the dead time compensation voltage in the next sampling interval, and Vf * [T2]. Is the final command voltage in the next sampling section.
[0010]
Therefore, the AC motor driving apparatus according to the present embodiment does not calculate the dead time compensation voltage until the information of the detection current Ifb [T2] in the next sampling section is obtained after the calculation of the command voltage V * [T1]. It includes a next detection current judging means 104 which waits and judges completion of detection of the detection current in the next sampling section, and a current polarity judgment means 101 which judges current polarity from the detection current Ifb [T2] in the next sampling section. The dead
[0011]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, after the calculation of the command voltage, the AC motor driving apparatus waits without performing the calculation of the dead time compensation voltage until the information of the detection current in the next sampling section is obtained. Dead time compensation for determining the completion of detection of the detected current in the section and current polarity determining means for determining the current polarity from the detected current in the next sampling section and outputting a dead time compensation voltage Since the means is provided, it is possible to appropriately correct the loss voltage due to the dead time by determining the current polarity from the detected current having no delay in the sampling time and obtaining the correct current polarity value. As a result, it is possible to provide an AC motor driving device capable of minimizing the speed ripple and the current distortion.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall block diagram relating to a dead time compensation method showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart illustrating a dead time compensation method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an overall block diagram of a conventional dead time compensation method.
FIG. 4 is an overall timing chart of a conventional dead time compensation method.
[Explanation of symbols]
1 Dead time compensation means (the present invention)
2 Dead time compensation means (prior art)
11
13 Current deviation calculating means 14 Command voltage calculating means 15
103, 203 Voltage addition calculation means 104 Next detection current determination means * Subscript I * representing command Command current Vdc Smooth DC voltage V of inverter Command voltage Vf * Final command voltage Ifb Detection current ΔI Deviation current T1 Current sampling cycle T21 Next sampling Period V loss Loss voltage V comp Compensation voltage V comp Dead time compensation voltage PorM Current polarity value (-1 or +1)
Claims (1)
現在サンプリング区間での検出電流と指令電流の偏差から偏差電流を計算する偏差電流演算手段と、
前記偏差電流から指令電圧の演算を行う指令電圧演算手段と、
前記指令電圧の演算後、次期サンプリング区間での検出電流の情報が得られるまでデッドタイム補償電圧の演算を行わず待機し、次期サンプリング区間での検出電流の検出の完了判断を行う次期検出電流判断手段と前記次期サンプリング区間での検出電流から電流極性の判断を行う電流極性判断手段を含むと共に、前記デッドタイム補償電圧を出力するデッドタイム補償手段と、
前記指令電圧演算手段から計算された指令電圧に前記デッドタイム補償電圧を加えて最終指令電圧を演算する電圧加算演算手段と、
前記電圧加算演算手段により得られた最終指令電圧となる直流電圧から交流電圧への変換を行うPWM電力変換装置と、を備えたことを特徴とするACモータ駆動装置。Current detection means for detecting a current flowing to the AC motor;
Deviation current calculation means for calculating a deviation current from a deviation between the detected current and the command current in the current sampling section;
Command voltage calculating means for calculating a command voltage from the deviation current;
After calculating the command voltage, stand by without performing the calculation of the dead time compensation voltage until information of the detected current in the next sampling section is obtained, and determine the completion of detection of the detected current in the next sampling section. Means and a current polarity determining means for determining the current polarity from the detected current in the next sampling interval, and a dead time compensating means for outputting the dead time compensating voltage,
Voltage addition calculating means for calculating the final command voltage by adding the dead time compensation voltage to the command voltage calculated from the command voltage calculating means,
An AC motor driving device, comprising: a PWM power conversion device that converts a DC voltage, which is a final command voltage obtained by the voltage addition calculating means, into an AC voltage.
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