JP5673118B2 - Power converter - Google Patents
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Description
本発明は、モータを制御する電力変換装置に関するものである。 The present invention relates to a power conversion device that controls a motor.
従来より、圧縮機等のモータを制御する電力変換装置が広く知られている。 Conventionally, power converters that control motors such as compressors are widely known.
例えば特許文献１には、圧縮機の一回転中の負荷トルクの脈動に応じて、モータの出力トルクを変動させる電力変換装置が開示されている。即ち、例えば図１６に示すように、回転式の圧縮機では、ピストンが一回転する際、その回転角に応じて圧縮トルクが変動し、これに伴いモータの負荷トルクも脈動する。そこで、特許文献１の電力変換装置では、この負荷トルクの脈動に同期するように、モータの出力トルクを変動させている。これにより、モータの負荷トルクを低減して圧縮機の運転時における振動を抑制している。
For example,
一方、特許文献２には、出力電圧を平滑するコンデンサの容量が極めて小さい電力変換装置が開示されている。具体的に、この電力変換装置は、コンバータ回路と、該コンバータ回路に並列に接続される直流リンク部と、複数のスイッチング素子を有するインバータ回路とを備えている。コンバータ回路では、交流電源の電源電圧が全波整流されて直流リンク部へ出力される。直流リンク部には、静電容量が極めて小さいコンデンサが接続されている。具体的に、このコンデンサは通常の平滑コンデンサの１／１００程度の静電容量しか有していない。このため、直流リンク部からは、整流後の電圧が平滑化されずに脈動した直流電圧として出力される。インバータ回路は、この直流電圧を交流電力に変換し、この電力をモータに供給してモータを駆動する。特許文献２の電力変換装置は、このようにコンデンサを小容量することで、電力変換装置の小型化、低コスト化を図っている。 On the other hand, Patent Document 2 discloses a power conversion device having a very small capacitor for smoothing the output voltage. Specifically, this power conversion device includes a converter circuit, a DC link unit connected in parallel to the converter circuit, and an inverter circuit having a plurality of switching elements. In the converter circuit, the power supply voltage of the AC power supply is full-wave rectified and output to the DC link unit. A capacitor having a very small capacitance is connected to the DC link portion. Specifically, this capacitor has a capacitance of about 1/100 that of a normal smoothing capacitor. For this reason, the rectified voltage is output from the DC link unit as a pulsating DC voltage without being smoothed. The inverter circuit converts this DC voltage into AC power and supplies this power to the motor to drive the motor. In the power conversion device of Patent Document 2, the size of the power conversion device is reduced and the cost is reduced by reducing the capacity of the capacitor in this way.
更に、特許文献３では、特許文献２に開示のようなコンデンサの容量が小さい電力変換装置について、上記のようなトルク制御を行うものが開示されている。つまり、直流リンク部のコンデンサの静電容量が小さいと、インバータ回路への出力電圧も、脈動成分を有することになる。そこで、特許文献３では、モータの負荷トルクの脈動成分と、電源電圧の出力電圧の脈動成分を出力トルクに重畳させるようにして、モータの負荷トルクに応じて出力トルクを変動させ、圧縮機の振動を低減している。 Furthermore, Patent Literature 3 discloses a device that performs torque control as described above for a power converter having a small capacitor capacity as disclosed in Patent Literature 2. That is, when the capacitance of the capacitor of the DC link portion is small, the output voltage to the inverter circuit also has a pulsating component. Therefore, in Patent Document 3, the pulsation component of the load torque of the motor and the pulsation component of the output voltage of the power supply voltage are superimposed on the output torque, and the output torque is varied according to the load torque of the motor. Vibration is reduced.
ところで、特許文献３に開示のような電力変換装置において、出力トルクの変動幅が比較的大きくなると、この出力トルクがマイナス側（即ち、マイナストルク）にまで至ってしまう虞がある。このようにして、モータの出力トルクがマイナス側に至ると、モータが回生動作を行ってしまう。 By the way, in the power converter as disclosed in Patent Document 3, when the fluctuation range of the output torque becomes relatively large, the output torque may reach a minus side (that is, minus torque). In this way, when the output torque of the motor reaches the negative side, the motor performs a regenerative operation.
このような状況下において、例えば特許文献１のように、直流リンク部のコンデンサの容量が比較的大きいものであれば、モータが回生動作を行っても、この回生エネルギーをコンデンサによって十分に吸収できる。しかしながら、例えば特許文献２や３に開示のように、コンデンサの容量が極めて小さい電力変換装置では、モータの回生エネルギーをコンデンサによって十分に吸収できない。従って、直流リンク部で過電圧が生じてしまい、例えばインバータ回路のスイッチング素子の破壊等の不具合を招いてしまう虞がある。
Under such circumstances, for example, as disclosed in
特に、上記のようなトルク制御を行う電力変換装置では、負荷トルクのうち振動の主要因となる一次成分（基本波周波成分）を十分に低減しようとする場合、出力トルクの変動幅が大きくなり易い。その結果、モータの出力トルクがマイナス側に至り易くなるため、上記のようなモータの回生に起因する不具合を招き易くなる。 In particular, in a power converter that performs torque control as described above, when the primary component (fundamental frequency component) that is the main factor of vibration in the load torque is to be sufficiently reduced, the fluctuation range of the output torque increases. easy. As a result, the output torque of the motor is likely to reach the minus side, and it is likely to cause a problem due to the regeneration of the motor as described above.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、小容量のコンデンサを有する電力変換装置において、モータの回生動作に起因する過電圧を防止することである。 This invention is made | formed in view of this point, The objective is to prevent the overvoltage resulting from the regeneration operation | movement of a motor in the power converter device which has a small capacity | capacitance capacitor | condenser.
第１の発明は、電力変換装置を対象とし、交流電源（6）の電源電圧を整流するコンバータ回路（11）と、該コンバータ回路（11）の出力に並列に接続されたコンデンサ（16）を有し、脈動する直流電圧を出力する直流リンク部（15）と、該直流リンク部（15）の出力をスイッチングして交流に変換し、接続されたモータ（5）に供給するインバータ回路（20）と、上記モータ（5）の負荷トルクの平均値よりも大きな変動幅を有するトルク指令値に上記交流電源（6）の出力電圧の脈動成分を重畳させた指令値に応じて該モータ（5）の出力トルクを制御するトルク制御を行う制御部（40）とを備え、上記制御部（40）は、上記トルク制御時に、上記モータ（5）の出力トルクがマイナスとならないように、該モータ（5）の出力トルクを制限する制限部（60）を備えていることを特徴とする。 A first invention is directed to a power converter, and includes a converter circuit (11) for rectifying a power supply voltage of an AC power supply (6), and a capacitor (16) connected in parallel to the output of the converter circuit (11). A DC link part (15) for outputting a pulsating DC voltage, and an inverter circuit (20) for switching the output of the DC link part (15) to convert it to AC and supplying it to the connected motor (5) ) And a command value obtained by superimposing a pulsation component of the output voltage of the AC power source (6) on a torque command value having a fluctuation range larger than the average value of the load torque of the motor (5). And a control unit (40) for controlling the output torque of the motor (5), and the control unit (40) prevents the motor (5) from having a negative output torque during the torque control. (5) Limiting part that limits output torque Characterized in that it comprises 60).
第１の発明では、モータ（5）の出力トルクに交流電源（6）の出力電圧の脈動成分が重畳するように、モータ（5）の出力トルクが脈動する。このモータ（5）の出力トルクがマイナス側に至ると、モータ（5）が回生動作を行ってしまう可能性がある。そこで、本発明の制限部（60）は、モータ（5）の出力トルクがマイナスとならないように、該出力トルクを制限する。これにより、モータ（5）の回生動作を禁止できる。 In the first invention, the output torque of the motor (5) pulsates so that the pulsation component of the output voltage of the AC power supply (6) is superimposed on the output torque of the motor (5). When the output torque of the motor (5) reaches the negative side, the motor (5) may perform a regenerative operation. Therefore, the limiting unit (60) of the present invention limits the output torque so that the output torque of the motor (5) does not become negative. Thereby, the regenerative operation of the motor (5) can be prohibited.
第１の発明では、モータ（5）の負荷トルクに応じて該モータ（5）の出力トルクが変動する。これにより、モータ（5）の振動が抑制される。一方、このようにしてトルク制御を行うと、モータ（5）の出力トルクの変動幅が大きくなり、この出力トルクがマイナス側に至りやすい。そこで、本発明の制限部（60）は、トルク制御動作時において、モータ（5）の出力トルクがマイナス側に変動しないように、該出力トルクを制限する。これにより、トルク制御時において、モータ（5）の回生動作を禁止できる。 In the first invention, the output torque of the motor (5) varies according to the load torque of the motor (5). Thereby, the vibration of the motor (5) is suppressed. On the other hand, when torque control is performed in this way, the fluctuation range of the output torque of the motor (5) increases, and this output torque tends to reach the minus side. Therefore, the limiting unit (60) of the present invention limits the output torque so that the output torque of the motor (5) does not fluctuate to the negative side during the torque control operation. Thereby, the regenerative operation of the motor (5) can be prohibited during torque control.
第２の発明では、モータ（5）の負荷トルクの基本波周波数成分を効果的に抑えることができ、モータ（5）の振動の抑制効果が向上する。 In the second aspect of the invention, the fundamental frequency component of the load torque of the motors (5) can be effectively suppressed, thereby improving the effect of suppressing the vibration of the motor (5).
一方、このようにモータ（5）の出力トルクの変動幅が増大すると、この出力トルクがマイナス側に至り易い。しかしながら、制限部（60）は、トルク制御時において、モータ（5）の出力トルクがマイナス側に変動することを制限しているため、この出力トルクがマイナス側に至ってモータ（5）が回生動作を行ってしまうこともない。 On the other hand, when the fluctuation range of the output torque of the motor (5) increases in this way, the output torque tends to reach the minus side. However, the limiter (60) restricts the output torque of the motor (5) from fluctuating to the negative side during torque control, so that the output torque reaches the negative side and the motor (5) performs regenerative operation. It is not going to go.
第２の発明は、第１の発明において、上記制御部（40）は、上記モータ（5）の負荷トルクの平均値に該負荷トルクの基本波周波成分を示す指標を乗算した値を上記トルク指令値として求めることを特徴とする。In a second aspect based on the first aspect, the control unit (40) is configured to multiply the torque obtained by multiplying an average value of the load torque of the motor (5) by an index indicating a fundamental frequency component of the load torque. It is obtained as a command value.
第３の発明は、第１又は第２の発明において、上記制御部（40）は、トルク制御動作時に、上記交流電源（6）の電源電圧又は上記直流リンク部（15）の出力電圧に基づいて上記モータ（5）の出力トルクの変動幅を補正することを特徴とする。 According to a third invention, in the first or second invention, the control unit (40) is based on a power supply voltage of the AC power supply (6) or an output voltage of the DC link unit (15) during a torque control operation. Then, the fluctuation range of the output torque of the motor (5) is corrected.
第３の発明のトルク制御動作では、交流電源（6）の電源電圧や、直流リンク部（15）の出力電圧（直流リンク電圧）に基づいて、モータ（5）の出力トルクの変動幅が補正される。これにより、例えば電源電圧が比較的高い条件下、あるいは電源電圧が比較的低い条件下において、モータ（5）の出力トルクの変動幅を制限できる。その結果、例えば電源電圧が比較的高い条件下において、トルク制御動作時の出力トルクの変動幅が過大となることに起因してリアクタとコンデンサ（16）との間での共振が起こることを回避でき、ひいては直流リンク部（15）の出力電圧が過大となることを回避できる。また、例えば電源電圧が比較的低い条件下において、出力トルクの変動幅が過大となることに起因して、トルク制御動作の制御性が悪化してしまうことを回避できる。 In the torque control operation of the third invention, the fluctuation range of the output torque of the motor (5) is corrected based on the power supply voltage of the AC power supply (6) and the output voltage (DC link voltage) of the DC link section (15). Is done. Thus, for example, the fluctuation range of the output torque of the motor (5) can be limited under a condition where the power supply voltage is relatively high or a condition where the power supply voltage is relatively low. As a result, for example, the resonance between the reactor and the capacitor (16) due to the excessive fluctuation range of the output torque during torque control operation under the condition where the power supply voltage is relatively high is avoided. As a result, the output voltage of the DC link section (15) can be prevented from becoming excessive. Further, for example, it is possible to avoid deterioration in controllability of the torque control operation due to an excessive fluctuation range of the output torque under a condition where the power supply voltage is relatively low.
第４の発明は、第１乃至第３のいずれか１つの発明において、上記制御部（40）は、上記トルク制御動作時に上記モータ（5）のピーク電流が所定の上限値を越えると、上記モータ（5）の出力トルクの変動幅を低減させることを特徴とする。 The fourth invention is the first to third any one invention, the control unit (40), the peak current of the motor (5) when the torque control operation exceeds a predetermined upper limit value, the The variation range of the output torque of the motor (5) is reduced.
第４の発明では、モータ（5）のピーク電流に応じて、モータ（5）の出力トルクが制限される。本発明の電力変換装置（即ち、コンデンサの容量が極めて小さい電力変換装置）でトルク制御動作を行うと、直流リンク部（15）の出力電圧の脈動成分と、モータ（5）の負荷トルクの脈動成分とが重畳するため、両者の脈動成分のそれぞれのピークが重なると、モータ（5）のピーク電流が極端に上昇してしまう。その結果、このピーク電流が、例えばスイッチング素子等の定格の最大許容電流値を上回り、スイッチング素子の破壊を招く虞がある。そこで、本発明では、モータ（5）のピーク電流が所定の上限値を越えると、モータ（5）の出力トルクの変動幅が低減される。その結果、モータ（5）のピーク電流の上昇が抑えられ、スイッチング素子等の保護が図られる。 In the fourth invention, the output torque of the motor (5) is limited according to the peak current of the motor (5). When the torque control operation is performed by the power converter of the present invention (that is, the power converter having a very small capacity of the capacitor), the pulsation component of the output voltage of the DC link unit (15) and the pulsation of the load torque of the motor (5) Since the components are superposed, if the peaks of the two pulsating components overlap, the peak current of the motor (5) will rise extremely. As a result, this peak current may exceed the rated maximum allowable current value of the switching element, for example, and the switching element may be destroyed. Therefore, in the present invention, when the peak current of the motor (5) exceeds a predetermined upper limit value, the fluctuation range of the output torque of the motor (5) is reduced. As a result, an increase in the peak current of the motor (5) is suppressed, and the switching elements and the like are protected.
第５の発明は、第４の発明において、上記制御部（40）が、所定の判定時間において上記モータ（5）の電流の最大値をピーク電流として保持するピークホールド部（55）を有し、上記ピークホールド部（55）で保持されたピーク電流が所定の上限値を越えると、上記モータ（5）の出力トルクを低減させることを特徴とする。 According to a fifth invention , in the fourth invention, the control unit (40) has a peak hold unit (55) for holding the maximum value of the current of the motor (5) as a peak current for a predetermined determination time. The output torque of the motor (5) is reduced when the peak current held by the peak hold unit (55) exceeds a predetermined upper limit value.
第５の発明では、ピークホールド部（55）がモータ（5）の電流の最大値をピーク電流として保持することで、モータ（5）のピーク電流を確実に導出することができる。この点について詳細に説明する。 In the fifth aspect , the peak hold unit (55) holds the maximum value of the current of the motor (5) as the peak current, so that the peak current of the motor (5) can be reliably derived. This point will be described in detail.
上述のように、モータ（5）の電流は、モータ（5）の負荷トルクのピークと、直流リンク部（15）の出力電圧のピークとが、一致した時に最も大きくなる。ところが、モータ（5）の負荷トルクの脈動の周期と、直流リンク部（15）の出力電圧の脈動の周期とは、必ずしも同じでないため、両者のピークが一致しないタイミングでモータ（5）の電流を検出しても、この電流値は比較的小さい値となってしまう。つまり、両者のピークが重畳するタイミングにおいて、モータ（5）の電流を検出しなければ、トルク制御動作時に生じうる、モータ（5）のピーク電流を確実に導出することができない。 As described above, the current of the motor (5) becomes the largest when the peak of the load torque of the motor (5) coincides with the peak of the output voltage of the DC link section (15). However, the pulsation cycle of the load torque of the motor (5) and the pulsation cycle of the output voltage of the DC link section (15) are not necessarily the same, so the current of the motor (5) is not synchronized with the peak of both. Even if this is detected, this current value becomes a relatively small value. That is, if the current of the motor (5) is not detected at the timing when the peaks of both are superimposed, the peak current of the motor (5) that can occur during the torque control operation cannot be reliably derived.
そこで、本発明では、ピークホールド部（55）がモータ（5）の電流の最大値を所定の判定期間毎に保持するようにしている。これにより、この判定期間において、モータ（5）の負荷トルクのピークと、直流リンク電圧の出力電圧のピークとが重畳するタイミングでピーク電流を導出し易くなる。トルク制御量調整部（54）は、このようにして導出したピーク電流が所定の上限値を越えると、モータ（5）の出力トルクの変動幅を低減させる制御を行う。 Therefore, in the present invention, the peak hold unit (55) holds the maximum value of the current of the motor (5) every predetermined determination period. Thereby, in this determination period, it becomes easy to derive the peak current at the timing when the peak of the load torque of the motor (5) and the peak of the output voltage of the DC link voltage overlap. The torque control amount adjusting unit (54) performs control to reduce the fluctuation range of the output torque of the motor (5) when the peak current derived in this way exceeds a predetermined upper limit value.
第６の発明は、第５の発明において、上記制御部（40）は、上記ピークホールド部（55）の判定期間中に、上記モータ（5）の負荷トルクの脈動成分のピークと上記直流リンク部（15）の出力電圧の脈動成分のピークとが重畳するように、上記モータ（5）の運転周波数を補正する速度指令調整部（72）を備えていることを特徴とする。 In a sixth aspect based on the fifth aspect , the control unit (40) is configured such that the peak of the pulsation component of the load torque of the motor (5) and the DC link during the determination period of the peak hold unit (55). A speed command adjusting unit (72) for correcting the operating frequency of the motor (5) is provided so that the peak of the pulsating component of the output voltage of the unit (15) is superimposed.
第６の発明では、ピークホールドの判定期間において、速度指令調整部（72）によって、モータ（5）の負荷トルクのピークと、直流リンク部（15）の出力電圧のピークとが重畳するように、モータ（5）の運転周波数が補正される。その結果、この判定期間において、両者のピークが重畳した時点でのモータ（5）のピーク電流を確実に導出することができる。 In the sixth invention, during the peak hold determination period, the speed command adjustment unit (72) superimposes the load torque peak of the motor (5) and the output voltage peak of the DC link unit (15). The operating frequency of the motor (5) is corrected. As a result, in this determination period, the peak current of the motor (5) at the time when both peaks are superimposed can be reliably derived.
第７の発明は、第６の発明において、上記制御部（40）は、上記交流電源（6）又は上記直流リンク部（15）の出力電圧の周波数と、上記モータ（5）の運転周波数とに基づいて、上記モータ（5）の負荷トルクのピークと上記直流リンク部（15）の出力電圧のピークとが重畳する周期を導出する周期導出部（71）を備え、上記速度指令調整部（72）は、上記周期導出部（71）で導出される周期が、上記ピークホールド部（55）の判定期間以下となるように、上記モータ（5）の運転周波数を補正することを特徴とする。 In a seventh aspect based on the sixth aspect , the control unit (40) is configured such that the frequency of the output voltage of the AC power source (6) or the DC link unit (15), the operating frequency of the motor (5), A period deriving unit (71) for deriving a period in which the peak of the load torque of the motor (5) and the peak of the output voltage of the DC link unit (15) are superimposed, and the speed command adjusting unit ( 72) corrects the operating frequency of the motor (5) so that the period derived by the period deriving unit (71) is equal to or shorter than the determination period of the peak hold unit (55). .
第７の発明では、周期導出部（71）によって、交流電源（6）や直流リンク部（15）の出力電圧の周波数と、モータ（5）の運転周波数とに基づいて、直流リンク部（15）の出力電圧のピークと、モータ（5）の負荷トルクのピークとが重畳する周期が導出される。速度指令調整部（72）は、このようにして導出された周期が、ピークホールド部（55）の判定期間以下となるように、モータ（5）の運転周波数を補正する。その結果、この判定期間において、直流リンク部（15）の出力電圧のピークとを必ず一度は一致せることができ、ピーク電流を確実に導出することができる。 In the seventh invention, the cycle deriving unit (71) uses the DC link unit (15) based on the frequency of the output voltage of the AC power source (6) and the DC link unit (15) and the operating frequency of the motor (5). ) And the peak of the load torque of the motor (5) are derived. The speed command adjustment unit (72) corrects the operating frequency of the motor (5) so that the cycle derived in this way is equal to or less than the determination period of the peak hold unit (55). As a result, during this determination period, the peak of the output voltage of the DC link section (15) can always be matched once, and the peak current can be reliably derived.
本発明によれば、モータ（5）の出力トルクがマイナスとならないように、制限部（60）がモータ（5）の出力トルクを制限している。これにより、モータ（5）の回生動作を確実に回避して過電圧を防止できる。その結果、直流リンク部（15）のコンデンサ（16）の容量が小さくても、モータ（5）の回生動作に起因するスイッチング素子等の破損を確実に防止できる。 According to the present invention, the limiter (60) limits the output torque of the motor (5) so that the output torque of the motor (5) does not become negative. Thereby, the regenerative operation of the motor (5) can be surely avoided to prevent overvoltage. As a result, even if the capacity of the capacitor (16) of the DC link portion (15) is small, it is possible to reliably prevent the switching elements and the like from being damaged due to the regenerative operation of the motor (5).
特に、第１の発明では、トルク制御動作を行うことで、モータ（5）の振動を防止できる。更に、第２の発明では、負荷トルクの一次成分を効果的に抑制してモータ（5）の振動を確実に防止できる。一方、第１の発明では、このようにして出力トルクの変動幅が大きくなっても、この出力トルクがマイナスに至るのを確実に防止でき、モータ（5）の回生動作を回避できる。 In particular, in the first invention, vibration of the motor (5) can be prevented by performing the torque control operation. Further, in the second aspect of the present invention can be reliably prevent vibration of the motor (5) to effectively suppress the primary component of the load torque. On the other hand, in the first invention, even if the fluctuation range of the output torque increases in this way, it is possible to reliably prevent the output torque from becoming negative, and the regenerative operation of the motor (5) can be avoided.
第３の発明では、トルク制御動作時において、電源電圧の上昇、あるいは低下に伴って生じる不具合を、出力トルクの変動幅を制御することによって未然に回避できる。 In the third aspect of the present invention, a problem caused by the increase or decrease of the power supply voltage during the torque control operation can be avoided by controlling the fluctuation range of the output torque.
第４の発明では、モータ（5）のピーク電流が所定値を越えると、モータ（5）の出力トルクの変動幅を低減させている。このため、モータ（5）の電流値が過剰となってスイッチング素子等が破損してしまうことを未然に回避できる。 In the fourth invention, when the peak current of the motor (5) exceeds a predetermined value, the fluctuation range of the output torque of the motor (5) is reduced. For this reason, it can avoid beforehand that the electric current value of a motor (5) becomes excessive and a switching element etc. are damaged.
特に、第５の発明では、モータ（5）の電流値を所定の判定期間において保持する、ピークホールドを行うようにしているため、負荷トルクのピークと直流リンク電圧のピークとが重畳するタイミングでのピーク電流を導出することができる。 In particular, in the fifth aspect of the invention, since the peak hold is performed to hold the current value of the motor (5) in a predetermined determination period, the peak of the load torque and the peak of the DC link voltage are overlapped. The peak current can be derived.
更に、第６や第７の発明では、判定期間内において、負荷トルクのピークと直流リンク電圧のピークとが一致するようにモータ（5）の運転周波数を調整している。この運転周波数は、一般的には電源周波数に基づいて決定しているため、例えば交流電源（6）の電源周波数が所望の周波数（例えば50Hz又は60Hz）に対してばらついた場合にも、所望とする周期でビートを発生させることができる。また、例えばマイコンクロックがばらついた場合にも、所望とする周期でビートを発生させることができる。その結果、この判定期間内において、負荷トルクのピークと直流リンク電圧のピークとが一致するタイミングでのピーク電流を確実に導出することができる。 Furthermore, in the sixth and seventh inventions, the operating frequency of the motor (5) is adjusted so that the peak of the load torque and the peak of the DC link voltage coincide within the determination period. Since this operation frequency is generally determined based on the power supply frequency, for example, even when the power supply frequency of the AC power supply (6) varies with respect to a desired frequency (for example, 50 Hz or 60 Hz), Beats can be generated with a period of For example, even when the microcomputer clock varies, beats can be generated at a desired cycle. As a result, it is possible to reliably derive the peak current at the timing when the peak of the load torque and the peak of the DC link voltage coincide within this determination period.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiments described below are essentially preferable examples, and are not intended to limit the scope of the present invention, its application, or its use.
《発明に係る実施形態》
本発明に係る電力変換装置（10）は、例えば空気調和装置の冷媒回路に接続される圧縮機の三相交流式のモータ（5）に接続される。圧縮機は、例えば１つのシリンダを有するロータリー式の圧縮機で構成される。つまり、この圧縮機では、駆動軸が１回転する際に、圧縮トルク（即ち、モータ（5）の負荷トルク）が脈動する。また、モータ（5）は、例えば４極６スロットの集中巻きのＤＣブラシレス式のモータである。後述するように、電力変換装置（10）では、このモータ（5）の負荷トルクを低減してモータ（5）の振動を抑制するトルク制御動作を実行可能に構成されている。
<< Embodiment of Invention >>
The power converter (10) according to the present invention is connected to a three-phase AC motor (5) of a compressor connected to a refrigerant circuit of an air conditioner, for example. The compressor is composed of a rotary compressor having one cylinder, for example. That is, in this compressor, when the drive shaft makes one rotation, the compression torque (that is, the load torque of the motor (5)) pulsates. The motor (5) is, for example, a 4-pole 6-slot concentrated winding DC brushless motor. As will be described later, the power conversion device (10) is configured to be able to execute a torque control operation that reduces the load torque of the motor (5) and suppresses the vibration of the motor (5).
〈電力変換装置の全体構成〉
図１に示すように、電力変換装置（10）は、コンバータ回路（11）、直流リンク部（15）、インバータ回路（20）、及び制御部（40）を有している。電力変換装置（10）は、単相の交流電源（6）から供給された交流の電力を所定の周波数の電力に変換して、モータ（5）に供給する。
<Overall configuration of power converter>
As shown in FIG. 1, the power conversion device (10) includes a converter circuit (11), a DC link unit (15), an inverter circuit (20), and a control unit (40). The power conversion device (10) converts AC power supplied from the single-phase AC power supply (6) into power of a predetermined frequency and supplies it to the motor (5).
コンバータ回路（11）は、交流電源（6）に接続されている。コンバータ回路（11）は、複数（本実施形態では４つ）のダイオード（D1〜D4）がブリッジ状に結線された、いわゆるダイオードブリッジ回路である。コンバータ回路（11）は、交流電源（6）が出力した交流を直流に全波整流する全波整流回路である。 The converter circuit (11) is connected to the AC power source (6). The converter circuit (11) is a so-called diode bridge circuit in which a plurality (four in this embodiment) of diodes (D1 to D4) are connected in a bridge shape. The converter circuit (11) is a full-wave rectification circuit that full-wave rectifies the alternating current output from the alternating-current power supply (6) into direct current.
直流リンク部（15）は、コンバータ回路（11）の出力側に並列に接続されている。コンバータ回路（11）と直流リンク部（15）との間には、リアクタ（12）が接続されている。直流リンク部（15）は、コンデンサ（16）を有している。コンデンサ（16）の両端に生じた直流電圧（直流リンク電圧Ｖdc）は、インバータ回路（20）の入力ノードに接続されている。 The DC link unit (15) is connected in parallel to the output side of the converter circuit (11). A reactor (12) is connected between the converter circuit (11) and the DC link unit (15). The DC link part (15) has a capacitor (16). The DC voltage (DC link voltage Vdc) generated at both ends of the capacitor (16) is connected to the input node of the inverter circuit (20).
コンデンサ（16）は、例えばフィルムコンデンサによって構成されている。コンデンサ（16）は、その静電容量が比較的小さい容量（例えば数十μＦ）に設定されている。具体的に、コンデンサ（16）は、インバータ回路（20）のスイッチング素子（Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz）が動作する際、このスイッチング動作の周波数に対応して生じるリプル電圧（電圧変動）を平滑化可能な静電容量を有している。一方、コンデンサ（16）は、コンバータ回路（11）によって整流された電圧（電源電圧に起因する電圧変動）を平滑化できない静電容量を有している。従って、直流リンク部（15）は、コンバータ回路（11）の出力を受けて、コンデンサ（16）の両端から交流電源（6）の電源電圧Ｖinの２倍の周波数の脈動を有する直流リンク電圧Ｖdcを出力する。直流リンク部（15）が出力する直流リンク電圧Ｖdcは、その最大値がその最小値の２倍以上となるような大きな脈動を有している。 The capacitor (16) is constituted by, for example, a film capacitor. The capacitor (16) is set to have a relatively small capacitance (for example, several tens of μF). Specifically, the capacitor (16) has a ripple voltage (voltage) generated corresponding to the frequency of the switching operation when the switching element (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) of the inverter circuit (20) operates. (Capacitance) can be smoothed. On the other hand, the capacitor (16) has a capacitance that cannot smooth the voltage rectified by the converter circuit (11) (voltage fluctuation caused by the power supply voltage). Therefore, the DC link unit (15) receives the output of the converter circuit (11), and the DC link voltage Vdc having a pulsation having a frequency twice the power supply voltage Vin of the AC power supply (6) from both ends of the capacitor (16). Is output. The DC link voltage Vdc output from the DC link unit (15) has a large pulsation such that the maximum value is twice or more the minimum value.
インバータ回路（20）は、変換部を構成しており、入力ノードが直流リンク部（15）のコンデンサ（16）に並列に接続され、直流リンク部（15）の出力をスイッチングして三相交流に変換し、接続されたモータ（5）に供給する。本実施形態のインバータ回路（20）は、複数のスイッチング素子がブリッジ結線されて構成されている。このインバータ回路（20）は、三相交流をモータ（5）に出力するので、６個のスイッチング素子（Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz）を備えている。詳しくは、インバータ回路（20）は、２つのスイッチング素子を互いに直列に接続してなる３つのスイッチングレグを備え、各スイッチングレグにおいて上アームのスイッチング素子（Su,Sv,Sw）と下アームのスイッチング素子（Sx,Sy,Sz）との中点が、それぞれモータ（5）の各相のコイル（図示は省略）に接続されている。また、各スイッチング素子（Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz）には、還流ダイオード（Du,Dv,Dw,Dx,Dy,Dz）が逆並列に接続されている。インバータ回路（20）は、これらのスイッチング素子（Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz）のオンオフ動作によって、直流リンク部（15）から入力された直流リンク電圧（vdc）をスイッチングして三相交流電圧に変換し、モータ（5）へ供給する。 The inverter circuit (20) constitutes a conversion unit, the input node is connected in parallel to the capacitor (16) of the DC link unit (15), and the output of the DC link unit (15) is switched to provide a three-phase AC And supply to the connected motor (5). The inverter circuit (20) of the present embodiment is configured by a plurality of switching elements being bridge-connected. Since this inverter circuit (20) outputs three-phase alternating current to the motor (5), it has six switching elements (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz). Specifically, the inverter circuit (20) includes three switching legs in which two switching elements are connected in series with each other. In each switching leg, the switching elements of the upper arm (Su, Sv, Sw) and the lower arm are switched. The midpoints of the elements (Sx, Sy, Sz) are respectively connected to coils (not shown) of each phase of the motor (5). In addition, free-wheeling diodes (Du, Dv, Dw, Dx, Dy, Dz) are connected in antiparallel to each switching element (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz). The inverter circuit (20) switches the DC link voltage (vdc) input from the DC link unit (15) by turning on and off these switching elements (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz). Convert to phase AC voltage and supply to motor (5).
電力変換装置（10）は、各種の検出部を備えている。具体的に、電力変換装置（10）は、交流電源（6）の電源電圧（Vin）を検出する電源電圧検出部（25）と、交流電源（6）の電源電圧の電源位相（θin）を検出する電源位相検出部（26）と、交流電源（6）の電源電圧の周波数（fin）を検出する電源周波数検出部（27）とを有している。また、電力変換装置（10）は、コンバータ回路（11）の入力電流（Iin）を検出する入力電流検出部（28）と、直流リンク部（15）の直流リンク電圧（Vdc）を検出するＤＣリンク電圧検出部（29）とを有している。更に、電力変換装置（10）は、モータ（5）を流れる電流（Idq）（詳細には、モータ（5）の各相を流れる電流）を検出するモータ電流検出部（30）と、モータ（5）の位相（θm）を検出するモータ位相検出部（31）と、モータ（5）の実回転速度（ωm）を検出するモータ回転数検出部（32）とを有している。 The power conversion device (10) includes various detection units. Specifically, the power converter (10) includes a power supply voltage detector (25) that detects a power supply voltage (Vin) of the AC power supply (6) and a power supply phase (θin) of the power supply voltage of the AC power supply (6). The power supply phase detection unit (26) for detecting and the power supply frequency detection unit (27) for detecting the frequency (fin) of the power supply voltage of the AC power supply (6) are included. The power converter (10) includes an input current detector (28) that detects the input current (Iin) of the converter circuit (11) and a DC that detects the DC link voltage (Vdc) of the DC link unit (15). And a link voltage detector (29). Further, the power conversion device (10) includes a motor current detection unit (30) that detects a current (Idq) flowing through the motor (5) (specifically, a current flowing through each phase of the motor (5)), a motor ( The motor phase detector (31) that detects the phase (θm) of 5) and the motor rotation speed detector (32) that detects the actual rotational speed (ωm) of the motor (5) are provided.
制御部（40）は、インバータ回路（20）のスイッチング（オンオフ動作）を制御するゲート信号（G）をインバータ回路（20）に出力するものである。本実施形態の制御部（40）は、電源電圧の脈動成分を重畳させるとともに、該モータ（5）の負荷トルク変動に応じてモータ（5）の出力トルクを変動させるトルク制御動作を行うように構成されている。 The control unit (40) outputs a gate signal (G) for controlling switching (on / off operation) of the inverter circuit (20) to the inverter circuit (20). The control unit (40) of the present embodiment superimposes the pulsating component of the power supply voltage, and performs a torque control operation that varies the output torque of the motor (5) in accordance with the load torque variation of the motor (5). It is configured.
〈制御部の詳細構成〉
図２に示すように、制御部（40）は、速度制御部（41）、トルク制御部（50）、トルク制御重畳部（42）、トルク指令変調部（43）、２次調波印加部（44）、入力電流指令生成部（45）、増幅器（46）、リミッタ（60）、電流制御部（47）、及びＰＷＭ演算部（48）を備えている。
<Detailed configuration of control unit>
As shown in FIG. 2, the control unit (40) includes a speed control unit (41), a torque control unit (50), a torque control superposition unit (42), a torque command modulation unit (43), and a secondary harmonic application unit. (44), an input current command generation unit (45), an amplifier (46), a limiter (60), a current control unit (47), and a PWM calculation unit (48).
速度制御部（41）には、減算器（34）において、モータ回転速度の速度指令（ω*）からモータ（5）の実回転速度（ωm）とが減算された後の偏差が入力される。速度制御部（41）は、実回転速度（ωm）と速度指令（ω*）との偏差を比例・積分演算（ＰＩ演算）することで、モータ（5）の負荷トルクの平均（平均トルク）を算出する。この平均トルクは、所定の周期で脈動する負荷トルクの平均値である。速度制御部（41）は、この平均トルクを指令値（平均トルク指令値（Tave*））として、トルク制御重畳部（42）へ出力する。 The deviation after the actual rotational speed (ωm) of the motor (5) is subtracted from the speed command (ω *) of the motor rotational speed in the subtractor (34) is input to the speed controller (41). . The speed controller (41) calculates the average (average torque) of the load torque of the motor (5) by performing proportional / integral calculation (PI calculation) on the deviation between the actual rotation speed (ωm) and the speed command (ω *). Is calculated. This average torque is an average value of load torque pulsating at a predetermined cycle. The speed control unit (41) outputs the average torque as a command value (average torque command value (Tave *)) to the torque control superimposing unit (42).
トルク制御重畳部（42）では、平均トルク指令値（Tave*）と、詳しくは後述するトルク制御部（50）から出力された指令値とが乗算される。これにより、トルク制御重畳部（42）では、モータ（5）の負荷トルクの脈動成分が重畳したトルク指令値（T*）が生成される。トルク制御重畳部（42）で生成された指令値は、トルク指令変調部（43）に入力される。 In the torque control superimposing unit (42), the average torque command value (Tave *) is multiplied by the command value output from the torque control unit (50) described in detail later. As a result, the torque control superimposing unit (42) generates a torque command value (T *) in which the pulsation component of the load torque of the motor (5) is superimposed. The command value generated by the torque control superimposing unit (42) is input to the torque command modulating unit (43).
トルク指令変調部（43）は、交流電源（6）の位相角（電源位相（θin））を入力として正弦値sinθinを生成し、これに応じた変調係数ｒをトルク指令値（T*）に乗算して２次調波印加部（44）に出力する。２次調波印加部（44）は、モータ（5）での出力電力を正弦波状にするように、トルク指令変調部（43）の出力値に電源周波数の２倍の周波数成分を印加する。上記の変調係数ｒは、例えば｜sin（θin)|やsin2(θin)となる。なお、モータ（5）での出力電力を正弦波に近づけるために、電源周波数（50Hzまたは60Hz）に応じて変調係数ｒを変更してもよい。また、モータ（5）の出力電力が正弦波状になるように、位相（θin）を所定量Δだけずらした正弦値sin（θin＋Δ）に応じて変調係数ｒを決定してもよい。これにより、電源周波数の２倍の周波数成分を印加するのとほぼ同様の効果を得ることができる。 The torque command modulation unit (43) generates a sine value sinθin by using the phase angle (power supply phase (θin)) of the AC power supply (6) as an input, and sets the modulation coefficient r corresponding to this to the torque command value (T *). Multiply and output to the secondary harmonic application unit (44). The secondary harmonic application unit (44) applies a frequency component twice the power supply frequency to the output value of the torque command modulation unit (43) so that the output power from the motor (5) is sinusoidal. The modulation coefficient r is, for example, | sin (θin) | or sin 2 (θin). Note that the modulation coefficient r may be changed according to the power supply frequency (50 Hz or 60 Hz) in order to make the output power of the motor (5) close to a sine wave. Alternatively, the modulation coefficient r may be determined according to a sine value sin (θin + Δ) obtained by shifting the phase (θin) by a predetermined amount Δ so that the output power of the motor (5) becomes a sine wave. As a result, it is possible to obtain substantially the same effect as when a frequency component twice the power supply frequency is applied.
一方、入力電流指令生成部（45）は、入力電流（Iin）をフーリエ変換して基本波周波数成分を抽出し、これにsin（θin）を乗算して入力電流の指令値（Iin*）を生成する。この指令値（Iin*）は、減算器（35）において、入力電流の絶対値（|Ｉin|）が減算された後、増幅器（46）へ出力される。増幅器（46）では、減算後の出力値に所定のゲインが乗算される。 On the other hand, the input current command generation unit (45) extracts the fundamental frequency component by Fourier transforming the input current (Iin), and multiplies it by sin (θin) to obtain the input current command value (Iin *). Generate. This command value (Iin *) is output to the amplifier (46) after the absolute value (| Iin |) of the input current is subtracted in the subtractor (35). In the amplifier (46), the output value after the subtraction is multiplied by a predetermined gain.
２次調波印加部（44）からの出力値と、増幅器（46）からの出力値とは、加算器（36）において加算される。加算後の指令値は、詳細は後述するリミッタ（60）で処理された後、減算器（37）に入力される。減算器（37）では、リミッタ（60）側から出力された指令値から、実際のモータ電流（Idq）が減算され、この値が電流制御部（47）へ出力される。電流制御部（47）は、この電流指令値に基づいて電圧指令値（Vdq*）を生成し、この電圧指令値（Vdq*）をＰＷＭ演算部（48）へ出力する。 The output value from the secondary harmonic application unit (44) and the output value from the amplifier (46) are added in the adder (36). The command value after the addition is processed by a limiter (60) described later in detail, and then input to the subtracter (37). In the subtractor (37), the actual motor current (Idq) is subtracted from the command value output from the limiter (60) side, and this value is output to the current control unit (47). The current control unit (47) generates a voltage command value (Vdq *) based on the current command value, and outputs the voltage command value (Vdq *) to the PWM calculation unit (48).
ＰＷＭ演算部（48）は、電圧指令値（Vdq*）に基づいて、各スイッチング素子（Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz）のオンオフ動作を制御するゲート信号（G）を生成する。これにより、各スイッチング素子（Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz）は、所定のデューティーでオンオフ動作を行う。 The PWM calculation unit (48) generates a gate signal (G) for controlling the on / off operation of each switching element (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) based on the voltage command value (Vdq *). Thereby, each switching element (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) performs an on / off operation at a predetermined duty.
〈トルク制御部の基本構成〉
トルク制御部（50）は、モータ（5）の負荷トルク等に基づいて、上述したトルク指令の制御量を決定／出力するためのものである。図３に示すように、トルク制御部（50）は、１次成分抽出器（52）、増幅器（53）、トルク制御量調整部（54）、及びピークホールド部（55）を備えている。
<Basic configuration of torque control unit>
The torque control unit (50) is for determining / outputting the control amount of the torque command described above based on the load torque of the motor (5) and the like. As shown in FIG. 3, the torque control unit (50) includes a primary component extractor (52), an amplifier (53), a torque control amount adjustment unit (54), and a peak hold unit (55).
１次成分抽出器（52）は、モータ（5）の負荷トルクの脈動成分のうち、モータ（5）の振動に最も影響を与える一次成分（基本波周波数成分）を、フーリエ変換によって抽出する。増幅器（53）は、１次成分抽出器（52）で抽出された一次成分に所定のゲインを乗算し、トルク制御量調整部（54）へ出力する。 The primary component extractor (52) extracts a primary component (fundamental frequency component) that most affects the vibration of the motor (5) from the pulsating component of the load torque of the motor (5) by Fourier transform. The amplifier (53) multiplies the primary component extracted by the primary component extractor (52) by a predetermined gain, and outputs the result to the torque control amount adjustment unit (54).
トルク制御量調整部（54）では、上述した平均トルク指令値（Tave*）に乗算される指令値を最終的なトルク制御量として上記トルク制御重畳部（42）へ出力する。このため、トルク制御重畳部（42）からは、平均トルク指令値（Tave*）よりも大きな変動幅のトルク指令値（T*）が出力される。なお、乗算後のトルク指令値（T*）の変動幅が、平均トルク指令値（Tave*）と同じである場合に、モータ（5）の出力トルクの変動幅が負荷トルクの平均値（平均トルク）に相当する大きさとなり、この際の平均トルクに対する出力トルクの変動幅の割合をトルク制御量＝１００％とする。本実施形態では、モータ（5）の振動の主成分となる一次成分が平均トルクよりも大きいため、通常、十分に振動を抑制するようにトルク制御を行うと、トルク制御量が１００％以上となる。つまり、本実施形態では、トルク制御動作時において、モータ（5）の出力トルクが、モータ（5）の負荷トルクの平均値よりも大きな変動幅を含む波形となるように調整される。 The torque control amount adjusting unit (54) outputs the command value multiplied by the above-described average torque command value (Tave *) to the torque control superimposing unit (42) as a final torque control amount. For this reason, a torque command value (T *) having a larger fluctuation range than the average torque command value (Tave *) is output from the torque control superimposing unit (42). When the fluctuation range of the torque command value (T *) after multiplication is the same as the average torque command value (Tave *), the fluctuation range of the output torque of the motor (5) is the average value of the load torque (average Torque), and the ratio of the fluctuation range of the output torque to the average torque at this time is defined as torque control amount = 100%. In the present embodiment, since the primary component that is the main component of the vibration of the motor (5) is larger than the average torque, normally, when torque control is performed to sufficiently suppress vibration, the torque control amount is 100% or more. Become. That is, in the present embodiment, during the torque control operation, the output torque of the motor (5) is adjusted so as to have a waveform including a fluctuation range larger than the average value of the load torque of the motor (5).
図３に示すピークホールド部（55）は、モータ（5）を流れる電流（Idq）の最大値を所定の判定期間において保持してピーク電流を導出するピーク電流導出部を構成している。トルク制御量調整部（54）は、このピーク電流が所定の上限値を越えると、トルク制御量を低減するように出力指令値を調整する。また、トルク制御量調整部（54）は、ＤＣリンク電圧検出部（29）で検出された直流リンク電圧（Vdc）に基づいて、トルク制御量の出力指令値を制限する。 The peak hold unit (55) shown in FIG. 3 constitutes a peak current deriving unit for deriving the peak current while holding the maximum value of the current (Idq) flowing through the motor (5) in a predetermined determination period. When the peak current exceeds a predetermined upper limit value, the torque control amount adjustment unit (54) adjusts the output command value so as to reduce the torque control amount. The torque control amount adjusting unit (54) limits the output command value of the torque control amount based on the DC link voltage (Vdc) detected by the DC link voltage detecting unit (29).
〈トルク制御動作の基本動作について〉
トルク制御動作について、より具体的に説明する。上述した電流制御部（47）の入力指令値には、モータ（5）の負荷トルクを抑制する出力トルクを発生させるためのトルク指令値が重畳される。これにより、トルク制御動作時には、例えば図４に示すようにして、モータ（5）の出力トルクが制御される。なお、図４は、交流電源（6）の電源周波数ｆin＝５０Ｈｚ，モータ（5）の回転速度＝30rps、トルク制御量＝１００％の条件下における、モータ（5）の負荷トルク、直流リンク部（15）から出力される直流リンク電圧（Ｖdc）、及びモータ（5）の出力トルクの経時変化を表したものである。
<Basic torque control operation>
The torque control operation will be described more specifically. A torque command value for generating an output torque for suppressing the load torque of the motor (5) is superimposed on the input command value of the current control unit (47). Thus, during the torque control operation, the output torque of the motor (5) is controlled, for example, as shown in FIG. 4 shows the load torque of the motor (5) and the DC link section under the conditions of the power supply frequency fin = 50 Hz of the AC power supply (6), the rotational speed of the motor (5) = 30 rps, and the torque control amount = 100%. It shows the changes over time in the DC link voltage (Vdc) output from (15) and the output torque of the motor (5).
本実施形態の電力変換装置（10）では、直流リンク電圧（Vdc）が周期（Tdc）で脈動するとともに、モータ（5）の負荷トルクも周期（Tc）で脈動する。このため、出力トルクは、交流電源（6）の電源電圧の脈動と、負荷トルクの脈動とが重畳するように制御される。従って、例えば直流リンク電圧（Vdc）のピークと、負荷トルクのピークとが比較的近くなるタイミングでは、出力トルクも比較的大きくなる。これにより、負荷トルクと同期するようにモータ（5）の出力トルクが制御されるため、モータ（5）の速度変動が抑制されてモータ（5）の振動が低減される。特に、本実施形態では、振動の主要因となる負荷トルクの基本波周波数成分を抑制するようにモータ（5）の出力トルクが制御されるため、モータ（5）の振動を効果的に抑制することができる。 In the power converter (10) of the present embodiment, the DC link voltage (Vdc) pulsates with a period (Tdc), and the load torque of the motor (5) also pulsates with a period (Tc). For this reason, the output torque is controlled so that the pulsation of the power supply voltage of the AC power supply (6) and the pulsation of the load torque are superimposed. Therefore, for example, at the timing when the peak of the DC link voltage (Vdc) and the peak of the load torque are relatively close, the output torque is also relatively large. Thereby, since the output torque of the motor (5) is controlled so as to be synchronized with the load torque, the speed fluctuation of the motor (5) is suppressed and the vibration of the motor (5) is reduced. In particular, in the present embodiment, the output torque of the motor (5) is controlled so as to suppress the fundamental frequency component of the load torque, which is the main cause of vibration, and thus the vibration of the motor (5) is effectively suppressed. be able to.
〈リミッタについて〉
上記のようなトルク制御動作においては、モータ（5）の振動の一次成分を抑制するためにトルク制御量が１００％以上となる。このため、このトルク制御では、モータ（5）の出力トルクの変動幅（振幅）が大きく成り易い。従って、このようにして出力トルクの振幅が大きくなり、出力トルクがマイナス側に至ると、モータ（5）が回生動作を行ってしまう可能性がある。
<About the limiter>
In the torque control operation as described above, the torque control amount becomes 100% or more in order to suppress the primary component of the vibration of the motor (5). For this reason, in this torque control, the fluctuation range (amplitude) of the output torque of the motor (5) tends to be large. Therefore, when the amplitude of the output torque increases in this way and the output torque reaches the minus side, the motor (5) may perform a regenerative operation.
具体的に、例えば図５に示す例は、交流電源（6）の電源周波数ｆin＝50Hz，モータ（5）の回転速度＝30rps、トルク制御量＝１５０％の条件下における、モータ（5）の負荷トルク、直流リンク部（15）から出力される直流リンク電圧（Vdc）、及びモータ（5）の出力トルクの経時変化を表したものである。この例では、トルク制御量の増大に起因して出力トルクの変動幅が大きくなり、これに伴い出力トルクが０を下回ってマイナス側まで変動している。その結果、図５の破線で囲んだ領域では、モータ（5）が回生動作を行ってしまう。 Specifically, for example, the example shown in FIG. 5 shows that the motor (5) has a power supply frequency fin = 50 Hz, a rotational speed of the motor (5) = 30 rps, and a torque control amount = 150%. It shows changes over time in load torque, DC link voltage (Vdc) output from the DC link unit (15), and output torque of the motor (5). In this example, the fluctuation range of the output torque is increased due to the increase of the torque control amount, and accordingly, the output torque is less than 0 and fluctuates to the minus side. As a result, in the region surrounded by the broken line in FIG. 5, the motor (5) performs a regenerative operation.
一方、本実施形態の電力変換装置（10）は、直流リンク部（15）のコンデンサ（16）の静電容量が極めて低く設定されている。このため、このようにモータ（5）が回生動作を行うと、この回生エネルギーをコンデンサ（16）が十分に吸収することができず、直流リンク部（15）が過電圧となり、スイッチング素子（Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz）等の破壊を招く虞がある。そこで、本実施形態では、図２に示すように、制御部（40）にリミッタ（60）を設けることで、出力トルクがマイナストルクに至るのを制限している。つまり、リミッタ（60）は、入力された指令値に対して、モータ（5）の出力トルクがマイナスに至らないように、マイナス側の出力トルクを制限する指令値を生成する。これにより、例えば図６に示すように、従来であればマイナス側に変動していた出力トルク（図６の二点鎖線で示す出力トルク）が、マイナスよりも高い値（例えば出力トルク＝０）の状態に維持される。その結果、モータ（5）の回生動作を確実に防止して、スイッチング素子（Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz）等の保護が図られる。一方、このリミッタ（60）の制御においては、プラス側の出力トルクに対しては何ら制限が加えられない。このため、トルク制御動作では、モータ（5）の出力トルクを十分に得ることができ、モータ（5）の振動を効果的に抑えることができる。 On the other hand, in the power converter (10) of the present embodiment, the capacitance of the capacitor (16) of the DC link unit (15) is set to be extremely low. For this reason, when the motor (5) performs the regenerative operation in this way, the regenerative energy cannot be sufficiently absorbed by the capacitor (16), the DC link portion (15) becomes overvoltage, and the switching element (Su, (Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) etc. may be destroyed. Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, a limiter (60) is provided in the control unit (40) to limit the output torque from reaching minus torque. That is, the limiter (60) generates a command value that limits the output torque on the negative side so that the output torque of the motor (5) does not reach a negative value with respect to the input command value. As a result, as shown in FIG. 6, for example, the output torque (output torque indicated by the two-dot chain line in FIG. 6) that has fluctuated negatively in the prior art is higher than the negative value (eg, output torque = 0). Is maintained. As a result, the regenerative operation of the motor (5) is surely prevented, and the switching elements (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) and the like are protected. On the other hand, in the control of the limiter (60), no limitation is imposed on the output torque on the plus side. For this reason, in the torque control operation, the output torque of the motor (5) can be sufficiently obtained, and the vibration of the motor (5) can be effectively suppressed.
なお、本実施形態では、リミッタ（60）を電流制御部（47）の入力側の直前に設けることで、出力トルクがマイナス側に至るのを確実に防止するようにしている。しかしながら、このリミッタ（60）は、電流制御部（47）の入力側であれば他の箇所に設けるようにしてもよい。具体的には、このリミッタ（60）をトルク制御部（50）のトルク制御量調整部（54）の出力側に設けることもできる。 In the present embodiment, the limiter (60) is provided immediately before the input side of the current control unit (47), thereby reliably preventing the output torque from reaching the negative side. However, the limiter (60) may be provided at another location on the input side of the current control unit (47). Specifically, the limiter (60) may be provided on the output side of the torque control amount adjusting unit (54) of the torque control unit (50).
〈トルク制御動作時のモータ電流の抑制について〉
上述したトルク制御動作時には、モータ（5）の出力トルクの増大に起因して、モータ（5）の電流（Idq）が高くなる。具体的には、例えば図７に示すように、モータ（5）の負荷トルクのピーク（図７の２点鎖線で示すピーク（Pl））と、直流リンク電圧（Vdc）のピーク（図７の白抜きの点で示すピーク（Pdc））とが重畳すると、これに伴いモータ（5）の出力トルクが極めて大きくなる。よって、これらの両者のピーク（Pl,Pdc）が一致した場合に、モータ（5）の電流が急上昇する。このようにして、モータ（5）の電流が急峻に上昇すると、スイッチング素子（Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz）の電流値が定格の最大許容電流値を越えてスイッチング素子（Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz）の破壊を招いたり、モータ（5）の磁石の減磁を招いたりする。また、このような対策としてデバイスの電流容量を大きくすると、電力変換装置（10）のコストアップを招く。
<Suppression of motor current during torque control operation>
During the torque control operation described above, the current (Idq) of the motor (5) increases due to the increase in the output torque of the motor (5). Specifically, as shown in FIG. 7, for example, the peak of the load torque of the motor (5) (the peak (Pl) indicated by the two-dot chain line in FIG. 7) and the peak of the DC link voltage (Vdc) (in FIG. 7). When the peak (Pdc) indicated by a white dot is superimposed, the output torque of the motor (5) becomes extremely large. Therefore, when these two peaks (Pl, Pdc) coincide, the current of the motor (5) rises rapidly. In this way, when the current of the motor (5) rises sharply, the current value of the switching element (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) exceeds the rated maximum allowable current value and the switching element (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) may be destroyed, or the magnet of the motor (5) may be demagnetized. Further, if the current capacity of the device is increased as such a measure, the cost of the power conversion device (10) is increased.
このような不具合の対策としては、モータ（5）の電流値を適宜検出し、この電流が所定の上限値を越えないように、トルク制御量調整部（54）のトルク制御量を制限することが考えられる。しかしながら、本実施形態では、上記のように直流リンク電圧（Vdc）が所定の周波数で脈動するため、直流リンク電圧（Vdc）のピーク（Pdc）と、負荷トルクのピーク（Pl）とが、必ずしも一致しない（例えば図４等を参照）。このため、両者のピーク（Pdc,Pl）がずれたタイミングでモータ（5）の電流を検出しても、この電流値は比較的低い値となり、所望とするピーク電流を検出できない。 As a countermeasure against such a problem, the current value of the motor (5) is appropriately detected, and the torque control amount of the torque control amount adjustment unit (54) is limited so that the current does not exceed a predetermined upper limit value. Can be considered. However, in this embodiment, since the DC link voltage (Vdc) pulsates at a predetermined frequency as described above, the peak (Pdc) of the DC link voltage (Vdc) and the peak (Pl) of the load torque are not necessarily They do not match (see, for example, FIG. 4). For this reason, even if the current of the motor (5) is detected at the timing when the peaks (Pdc, Pl) of both are shifted, the current value becomes a relatively low value, and the desired peak current cannot be detected.
そこで、本実施形態の制御部（40）には、モータ（5）のピーク電流を確実に検出できるように、上述したピークホールド部（55）が設けられている。 Therefore, the above-described peak hold unit (55) is provided in the control unit (40) of the present embodiment so that the peak current of the motor (5) can be reliably detected.
ピークホールド部（55）は、予め設定された所定の判定期間（Td）毎に、モータ電流検出部（30）で検出されたモータ電流（厳密には、モータ（5）の相電流の制御周期毎のピーク値）の最大値を保持するように構成されている。この点について図８を参照しながらより具体的に説明する。 The peak hold unit (55) controls the motor current detected by the motor current detection unit (30) (strictly speaking, the control period of the phase current of the motor (5)) for each predetermined determination period (Td). The maximum value of each peak value) is held. This point will be described more specifically with reference to FIG.
ピークホールド部（55）には、モータ電流が適宜入力される。ピークホールド部（55）は、所定の判定期間（Td）毎に、モータ電流の最大値（即ち、ピーク電流（Ip））を導出する。本実施形態では、前回の判定期間で導出されたピーク電流（Ip）が、その次回の判定期間（Td）においても保持される。このようにして、所定の判定期間（Td）においてピーク電流（Ip）を保持することで、負荷トルクのピーク（Pl）と直流リンク電圧（Vdc）のピーク（Pdc）とが重畳するタイミングでのモータ（5）の電流を検出し易くなる。なお、判定期間（Td）としては、両者のピーク（Pl,Pdc）が重畳するタイミングを十分に検出できる時間（例えば１秒）が設定される。 A motor current is appropriately input to the peak hold unit (55). The peak hold unit (55) derives the maximum value of the motor current (that is, the peak current (Ip)) for each predetermined determination period (Td). In the present embodiment, the peak current (Ip) derived in the previous determination period is also retained in the next determination period (Td). In this way, by maintaining the peak current (Ip) in the predetermined determination period (Td), the load torque peak (Pl) and the DC link voltage (Vdc) peak (Pdc) are superimposed at the timing. It becomes easy to detect the current of the motor (5). The determination period (Td) is set to a time (for example, 1 second) that can sufficiently detect the timing at which both peaks (Pl, Pdc) overlap.
また、図８に示すように、１つの判定期間（Td）内においては、これまでのピーク電流（Ip）よりも検出されたモータ電流が大きくなると、ピーク電流（Ip）が更新される。つまり、１つの判定期間（Td）内においては、モータ電流の最大値を適宜トレースするようにしてピーク電流（Ip）が更新される。これにより、判定期間（Td）内で平均トルクが急上昇するような場合でも、速やかに電流ピークを検出することができる。 Further, as shown in FIG. 8, within one determination period (Td), when the detected motor current becomes larger than the peak current (Ip) so far, the peak current (Ip) is updated. That is, in one determination period (Td), the peak current (Ip) is updated so as to trace the maximum value of the motor current as appropriate. Thereby, even when the average torque suddenly increases within the determination period (Td), the current peak can be detected quickly.
ピークホールド部（55）で検出されたピーク電流（Ip）は、トルク制御量調整部（54）へ出力される。トルク制御量調整部（54）は、このピーク電流（Ip）が所定の上限値を越えると、トルク制御量を制限し、モータ（5）の出力トルクを低減させる。その結果、トルク制御動作において、モータ電流が過大となることが防止されるため、上述した不具合を未然に回避できる。なお、ピーク電流（Ip）の上限値は、例えばスイッチング素子（Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz）の定格の最大許容電流値よりも低い所定値に設定されている。 The peak current (Ip) detected by the peak hold unit (55) is output to the torque control amount adjusting unit (54). When the peak current (Ip) exceeds a predetermined upper limit value, the torque control amount adjustment unit (54) limits the torque control amount and reduces the output torque of the motor (5). As a result, in the torque control operation, it is possible to prevent the motor current from becoming excessive, so that the above-described problems can be avoided in advance. The upper limit value of the peak current (Ip) is set to a predetermined value lower than the rated maximum allowable current value of the switching element (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz), for example.
〈トルク制御動作時の速度指令補正〉
上述のように、ピークホールド部（55）によって判定期間（Td）毎にモータ電流のピーク電流（Ip）を保持したとしても、この判定期間（Td）をあまりにも長くすると、トルク制御量の制御性が悪化してしまうことがある。具体的には、例えば判定期間（Td）内においてピーク電流（Ip）が保持された後、この判定期間（Td）中に平均トルクが下がった場合、実際にはトルク制御量をもう少し大きくすることができるのに、上記のようにトルク制御量が制限されてしまい、トルク制御性能の悪化を招く。
<Speed command correction during torque control operation>
As described above, even if the peak current (Ip) of the motor current is held for each determination period (Td) by the peak hold unit (55), if this determination period (Td) is too long, the torque control amount is controlled. Sexuality may deteriorate. Specifically, for example, when the peak torque (Ip) is maintained within the determination period (Td) and then the average torque decreases during this determination period (Td), the torque control amount is actually increased slightly. However, the torque control amount is limited as described above, and the torque control performance is deteriorated.
この点について、図９を参照しながら詳細に説明する。図９は、直流リンク電圧（Vdc）の波形と、モータ（5）の負荷トルクの波形の一例を示したものである。この例では、時点ｔ１において、直流リンク電圧（Vdc）のピーク（Pdc）と、モータ（5）の負荷トルクのピーク（Pl）とが重畳している。一方、この例では、直流リンク電圧の周波数（ｆdc）と、負荷トルクの周波数（即ち、モータ（5）の運転周波数fc）の整数ｎ倍とが僅かにずれている。このため、図９において、両者のピーク（Pl,Pdc）が一致した後には、直流リンク電圧（Vdc）のピーク（Pdc）と、負荷トルクのピーク（Pl）とが少しずつずれていき、両者のピークのずれの間隔（図９で示すΔT）も徐々に大きくなっていく。このような条件下では、両者のピーク（Pl,Pdc）がなかなか一致しないため、長時間に亘ってピーク電流（Ip）を正確に検出できなくなる。一方、このような条件下でピーク電流（Ip）を確実に検出できるように、判定期間（Td）を長めに設定すると、上述の如くトルク制御性能が悪化してしまう。 This point will be described in detail with reference to FIG. FIG. 9 shows an example of the waveform of the DC link voltage (Vdc) and the waveform of the load torque of the motor (5). In this example, the peak (Pdc) of the DC link voltage (Vdc) and the peak (Pl) of the load torque of the motor (5) are superimposed at time t1. On the other hand, in this example, the frequency (fdc) of the DC link voltage and the integer n times the frequency of the load torque (that is, the operating frequency fc of the motor (5)) are slightly shifted. For this reason, in FIG. 9, after both peaks (Pl, Pdc) coincide, the peak (Pdc) of the DC link voltage (Vdc) and the peak (Pl) of the load torque are gradually shifted. The peak deviation interval (ΔT shown in FIG. 9) gradually increases. Under such conditions, the peaks (Pl, Pdc) of the two do not readily coincide with each other, and the peak current (Ip) cannot be accurately detected over a long period of time. On the other hand, if the determination period (Td) is set to be long so that the peak current (Ip) can be reliably detected under such conditions, the torque control performance deteriorates as described above.
そこで、本実施形態の制御部（40）には、このような条件下においてもピーク電流（Ip）を確実に検出するための速度指令補正部（70）が設けられている（図１０を参照）。速度指令補正部（70）は、ビート周期演算部（71）と速度指令調整部（72）とを備えている。ビート周期演算部（71）は、トルク制御動作時において、直流リンク電圧（Vdc）のピーク（Pdc）と、負荷トルクのピーク（Pl）とが重畳するタイミングの周期（以下、これをビート周期（Tb）という）を導出する周期導出部を構成している。速度指令調整部（72）は、ビート周期演算部（71）で導出したビート周期（Tb）に基づいて、モータ（5）の速度指令（ω*）を補正し、モータ（5）の運転周波数（fc）を調整するものである。 Therefore, the control unit (40) of the present embodiment is provided with a speed command correction unit (70) for reliably detecting the peak current (Ip) even under such conditions (see FIG. 10). ). The speed command correction unit (70) includes a beat cycle calculation unit (71) and a speed command adjustment unit (72). In the torque control operation, the beat cycle calculation unit (71) is a cycle of timing at which the peak (Pdc) of the DC link voltage (Vdc) and the peak (Pl) of the load torque overlap (hereinafter, this is referred to as the beat cycle ( A period deriving section for deriving Tb)) is formed. The speed command adjustment unit (72) corrects the speed command (ω *) of the motor (5) based on the beat cycle (Tb) derived by the beat cycle calculation unit (71), and the operating frequency of the motor (5) (Fc) is adjusted.
具体的に、例えばトルク制御動作において、図１１に模式的に示すように、直流リンク電圧（Vdc）のピーク（Pdc）と負荷トルクのピーク（Pl）とが判定期間（Td）中に一致せず、ビート周期（Tb）がピークホールド部（55）の判定期間（Td)よりもかなり大きくなっているとする。このような条件下では、上記のピークホールドを行ってもピーク電流（Ip）を確実に検出できない。 Specifically, for example, in the torque control operation, as schematically shown in FIG. 11, the peak (Pdc) of the DC link voltage (Vdc) and the peak (Pl) of the load torque are matched during the determination period (Td). It is assumed that the beat cycle (Tb) is considerably longer than the determination period (Td) of the peak hold unit (55). Under such conditions, the peak current (Ip) cannot be reliably detected even if the above-described peak hold is performed.
そこで、速度指令補正部（70）は、図１２に示すような制御を行う。ステップＳ１では、ビート周期演算部（71）が直流リンク電圧（Vdc）の脈動の周波数（fdc）を導出する。直流リンク電圧（Vdc）の脈動の周波数（fdc）は、例えば電源周波数検出部（27）で検出された交流電源（6）の電源電圧の脈動の周波数（fin）を２倍すること（fdc＝fin×２）により算出される。 Therefore, the speed command correction unit (70) performs control as shown in FIG. In step S1, the beat period calculation unit (71) derives the pulsation frequency (fdc) of the DC link voltage (Vdc). The pulsation frequency (fdc) of the DC link voltage (Vdc) is, for example, doubling the pulsation frequency (fin) of the power supply voltage of the AC power supply (6) detected by the power supply frequency detector (27) (fdc = fin × 2).
次いで、ステップＳ２において、ビート周期演算部（71）は、直流リンク電圧（Vdc）の脈動の周波数（fdc）と、モータ（5）の運転周波数（fc）の整数倍（ｎ倍）とが最も近くなる整数ｎを算出する。例えば交流電源（6）の電源電圧の周波数（fin）が50.1Hzであり、直流リンク電圧（Vdc）の脈動の周波数（fdc）が100.2Hzであり、運転周波数（fc）が25Hzであったとすると、この整数ｎは４となる。 Next, in step S2, the beat cycle calculation unit (71) has the highest frequency (fdc) of the pulsation of the DC link voltage (Vdc) and the integer multiple (n times) of the operating frequency (fc) of the motor (5). Calculate a near integer n. For example, assuming that the frequency (fin) of the power supply voltage of the AC power supply (6) is 50.1 Hz, the pulsation frequency (fdc) of the DC link voltage (Vdc) is 100.2 Hz, and the operating frequency (fc) is 25 Hz. This integer n is 4.
次いで、ステップＳ３において、ビート周期演算部（71）は、以下の（１）式により、ビートが発生する周波数（ビート周波数（fb））を算出する。 Next, in step S3, the beat cycle calculation unit (71) calculates the frequency (beat frequency (fb)) at which the beat occurs according to the following equation (1).
fb＝fdc−（fc×ｎ）・・・・（１）式
次いで、ステップＳ４において、ビート周期演算部（71）は、算出したビート周波数（fb）の逆数を求めてビート周期（Tb）を算出する。算出された直流リンク電圧の周波数（fdc）が100.2Hzであり、モータ（5）の運転周波数（fc）が25Hzであり、整数ｎは４であったとすると、ビート周波数（fb）は、上記（１）式により100.2Hz−25Hz×４＝0.2Hzとなり、ビート周期（Tb）は5secとなる。
fb = fdc− (fc × n) (1) Next, in step S4, the beat cycle calculation unit (71) obtains the reciprocal of the calculated beat frequency (fb) and calculates the beat cycle (Tb). calculate. Assuming that the calculated DC link voltage frequency (fdc) is 100.2 Hz, the motor (5) operating frequency (fc) is 25 Hz, and the integer n is 4, the beat frequency (fb) is 1) According to the equation, 100.2Hz-25Hz × 4 = 0.2Hz and the beat cycle (Tb) is 5sec.
ステップＳ５では、速度指令調整部（72）が、算出されたビート周期（Tb）と、ピークホールド部（55）に設定された判定期間（Td）とを比較する。例えばビート周期（Tb）＝５sec、判定期間（Td）＝1secであり、ビート周期（Tb）が判定期間（Td）よりも大きい場合、各判定期間（Td）毎に、直流リンク電圧（Vdc）のピーク（Pdc）と負荷トルクのピーク（Pl）とのピーク電流（Ip）とが一致した時点でのモータ電流をピーク電流（Ip）として確実に検出できない。そこで、ステップＳ５では、Tb＞Tdである場合に、ステップＳ６に移行してモータ（5）の運転周波数（fc）を調整するように、速度指令（ω*）を補正する。 In step S5, the speed command adjustment unit (72) compares the calculated beat cycle (Tb) with the determination period (Td) set in the peak hold unit (55). For example, when the beat cycle (Tb) = 5 sec and the determination period (Td) = 1 sec and the beat period (Tb) is larger than the determination period (Td), the DC link voltage (Vdc) for each determination period (Td) The motor current at the time when the peak current (Ip) of the peak (Pdc) and the peak (Pl) of the load torque coincide with each other cannot be reliably detected as the peak current (Ip). Therefore, in step S5, when Tb> Td, the speed command (ω *) is corrected so as to shift to step S6 and adjust the operating frequency (fc) of the motor (5).
具体的に、ステップＳ６では、速度指令調整部（72）が、ビート周期（Tb）を判定期間（Td）と同じとするための運転周波数（fc*）を以下の（２）式により算出する。 Specifically, in step S6, the speed command adjustment unit (72) calculates an operation frequency (fc *) for making the beat cycle (Tb) the same as the determination period (Td) by the following equation (2). .
fc*＝（fdc−（1／Td））／ｎ・・・・（２）式
例えば直流リンク電圧（Vdc）の脈動の周波数（fdc）が100.2Hzであり、判定期間（Td）が１secであり、整数ｎが４であったとすると、ビート周期（Tb）と判定期間（Td）とを同じとするための運転周波数（fc*）は、上記（２）式により（100.2Hz-1.0Hz）／４＝24.8Hzとなる。そこで、速度指令調整部（72）は、現在の運転周波数（fc、例えば25Hz）を算出後の運転周波数（fc*、例えば24.8Hz）に補正するように、入力された速度指令（ω*）を補正する。これにより、その後の運転では、ビート周期（Tb）と判定期間（Td）とが同じ周期となるため、例えば図１３に示すように、各判定期間（Td）毎に、直流リンク電圧（Vdc）のピーク（Pdc）と負荷トルクのピーク（Pl）とを必ず一度は重畳させてピーク電流（Ip）を導出することができる。
fc * = (fdc- (1 / Td)) / n (2) Formula For example, the pulsation frequency (fdc) of the DC link voltage (Vdc) is 100.2 Hz, and the judgment period (Td) is 1 sec. If the integer n is 4, the operating frequency (fc *) for making the beat period (Tb) and the determination period (Td) the same is calculated by the above equation (2) (100.2Hz-1.0Hz) /4=24.8Hz. Therefore, the speed command adjustment unit (72) inputs the speed command (ω *) so as to correct the current operation frequency (fc, for example, 25 Hz) to the calculated operation frequency (fc *, for example, 24.8 Hz). Correct. As a result, in the subsequent operation, the beat cycle (Tb) and the determination period (Td) are the same period. For example, as shown in FIG. 13, the DC link voltage (Vdc) is determined for each determination period (Td). The peak current (Ip) can be derived by always superimposing the peak (Pdc) and the load torque peak (Pl) once.
なお、本実施形態の速度指令調整部（72）は、ビート周期（Tb）が判定期間（Td）よりも大きい場合に、ビート周期（Tb）と判定期間（Td）とが同じとなるようにモータ（5）の運転周波数（fc）を補正している。しかしながら、速度指令調整部（72）は、ビート周期（Tb）が判定期間（Td）よりも大きい場合に、ビート周期（Tb）を判定期間（Td）よりも小さくするように運転周波数（fc）を補正するようにしてもよい。即ち、判定期間（Td）において、直流リンク電圧（Vdc）のピーク（Pdc）と負荷トルクのピーク（Pl）とが、最低でも１度は重畳するようにすればよい。 Note that the speed command adjustment unit (72) of the present embodiment ensures that the beat period (Tb) and the determination period (Td) are the same when the beat period (Tb) is greater than the determination period (Td). The operating frequency (fc) of the motor (5) is corrected. However, when the beat cycle (Tb) is larger than the determination period (Td), the speed command adjustment unit (72) operates the operating frequency (fc) so that the beat cycle (Tb) is smaller than the determination period (Td). May be corrected. That is, in the determination period (Td), the peak (Pdc) of the DC link voltage (Vdc) and the peak (Pl) of the load torque may be overlapped at least once.
〈直流リンク電圧に基づくトルク制御量の補正〉
トルク制御動作時において、交流電源（6）の電源電圧（Vin）が比較的高い条件、あるいは低い条件下において、出力トルクが過剰になると、不具合を招く虞がある。具体的に、電源電圧（Vin）が比較的高く、これに伴い直流リンク電圧（Vdc）も比較的高い条件下において、トルク制御量が比較的大きい場合、リアクタ（12）とコンデンサ（16）との共振が大きくなり、直流リンク電圧（Vdc）が過剰に高くなってしまうことがある（例えば図１４を参照）。また、電源電圧（Vin）が比較的低く、これに伴い直流リンク電圧（Vdc）も比較的低い条件下において、トルク制御量が比較的大きい場合にも、所望の出力トルクを得ようとするためにＰＷＭ演算部（48）のパルス信号のデューティーが全体的に高くなってしまう。その結果、電流制御の追従性が遅くなりトルク制御動作の制御性が悪化してしまう虞がある。
<Correction of torque control amount based on DC link voltage>
During the torque control operation, if the output torque becomes excessive under a condition where the power supply voltage (Vin) of the AC power supply (6) is relatively high or low, there is a risk of inconvenience. Specifically, if the power supply voltage (Vin) is relatively high and the DC link voltage (Vdc) is relatively high, and the torque control amount is relatively large, the reactor (12) and the capacitor (16) And the DC link voltage (Vdc) may become excessively high (see, for example, FIG. 14). Also, in order to obtain the desired output torque even when the torque control amount is relatively large under the condition that the power supply voltage (Vin) is relatively low and the DC link voltage (Vdc) is also relatively low. In addition, the duty of the pulse signal of the PWM calculation unit (48) becomes high as a whole. As a result, there is a possibility that the followability of the current control is delayed and the controllability of the torque control operation is deteriorated.
そこで、本実施形態では、直流リンク電圧（Vdc）の電源半周期中のピークに基づいてトルク制御量調整部（54）が、トルク制御量を補正するようにしている。具体的に、例えば直流リンク電圧（Vdc）の電源半周期中のピークが所定の上限値を越える場合、トルク制御量調整部（54）は、直流インク部（15）が過電圧とならない程度に、トルク制御量を低減させる。これにより、トルク制御量調整部（54）では、トルク制御量の指令値が所定値（直流リンク電圧Vdcが過電圧とならないような指令値）に制限される。その結果、上述のようなリアクタ（12）−コンデンサ（16）間での共振が抑制され、図１４に示すような直流リンク電圧（Vdc）の上昇が抑制される。 Therefore, in the present embodiment, the torque control amount adjustment unit (54) corrects the torque control amount based on the peak of the DC link voltage (Vdc) during the half cycle of the power source. Specifically, for example, when the peak of the DC link voltage (Vdc) in the half cycle of the power source exceeds a predetermined upper limit value, the torque control amount adjusting unit (54) is set so that the DC ink unit (15) does not become an overvoltage. Reduce torque control amount. Thereby, in the torque control amount adjusting unit (54), the command value of the torque control amount is limited to a predetermined value (a command value that prevents the DC link voltage Vdc from becoming an overvoltage). As a result, resonance between the reactor (12) and the capacitor (16) as described above is suppressed, and an increase in the DC link voltage (Vdc) as shown in FIG. 14 is suppressed.
また、例えば直流リンク電圧（Vdc）の電源半周期中のピークが所定の下限値を下回る場合にも、トルク制御量調整部（54）は、トルク制御量を低減させる。これにより、トルク制御量調整部（54）では、トルク制御量の指令値が所定値まで制限される。その結果、ＰＷＭ演算部（48）のパルス信号のデューティーが高くなり過ぎるのを抑制でき、これによりトルク制御動作の制御性の悪化を回避できる。 Further, for example, even when the peak of the DC link voltage (Vdc) in the half cycle of the power source falls below a predetermined lower limit value, the torque control amount adjustment unit (54) reduces the torque control amount. Thereby, in the torque control amount adjusting unit (54), the command value of the torque control amount is limited to a predetermined value. As a result, it is possible to suppress the pulse signal duty of the PWM calculation unit (48) from becoming too high, thereby avoiding deterioration in controllability of the torque control operation.
なお、本実施形態のトルク制御量調整部（54）は、ＤＣリンク電圧検出部（29）で検出された直流リンク電圧（Vdc）に基づいて、トルク制御量を制限している。しかしながら、例えば交流電源（6）の電源電圧（Vin）に基づいて、上記と同様にしてトルク制御量を制限するようにしてもよい。 Note that the torque control amount adjustment unit (54) of the present embodiment limits the torque control amount based on the DC link voltage (Vdc) detected by the DC link voltage detection unit (29). However, for example, based on the power supply voltage (Vin) of the AC power supply (6), the torque control amount may be limited in the same manner as described above.
−実施形態の効果−
上記実施形態によれば、トルク制御動作時に、モータ（5）の出力トルクがマイナス側に至らないようにリミッタ（60）が出力トルクを制限している（図６を参照）。このため、モータ（5）の回生動作を確実に防止でき、スイッチング素子（Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz）等を確実に保護できる。
-Effect of the embodiment-
According to the above embodiment, the limiter (60) limits the output torque so that the output torque of the motor (5) does not reach the negative side during the torque control operation (see FIG. 6). For this reason, the regenerative operation of the motor (5) can be reliably prevented, and the switching elements (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) and the like can be reliably protected.
また、本実施形態では、トルク制御動作時において、モータ（5）の電流の最大値をピークホールド部（55）によって保持し、ピーク電流（Ip）を導出するようにしている（図８）を参照。このため、出力トルクのピークと、直流リンク電圧（Vdc）のピークとが重畳する時のモータ電流値をピーク電流（Ip）として導出し易くなる。そして、このピーク電流（Ip）が所定値を越えると、出力トルクの変動幅を小さくすることで、スイッチング素子（Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz）等を確実に保護できる。 Further, in the present embodiment, during the torque control operation, the maximum value of the current of the motor (5) is held by the peak hold unit (55), and the peak current (Ip) is derived (FIG. 8). reference. For this reason, it becomes easy to derive the motor current value when the peak of the output torque and the peak of the DC link voltage (Vdc) overlap as the peak current (Ip). When the peak current (Ip) exceeds a predetermined value, the switching element (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) and the like can be reliably protected by reducing the fluctuation range of the output torque.
更に、ピークホールド部（55）の判定期間（Td）において、直流リンク電圧（Vdc）のピーク（Pdc）と負荷トルクのピーク（Pl）とがなかなか一致しないような条件下においては、ビート周期（Tb）と判定期間（Td）とを同じとするように、モータ（5）の運転周波数を調整している。このため、例えば図１３に示すように、判定期間（Td）毎に両者のピーク（Pdc,Pl）を確実に重畳させてピーク電流（Ip）を導出できる。 Furthermore, in the determination period (Td) of the peak hold unit (55), the beat cycle (Pdc) and the peak of the load torque (Pl) do not easily coincide with the beat cycle (Pd) The operating frequency of the motor (5) is adjusted so that the Tb) and the determination period (Td) are the same. For this reason, for example, as shown in FIG. 13, the peak current (Ip) can be derived by reliably superimposing the peaks (Pdc, Pl) of the two for each determination period (Td).
また、上記実施形態では、直流リンク電圧（Vdc）の電源半周期中のピークが所定の上限値を越える場合には、出力トルクの制御量を所定値まで制限している。これにより、リアクタ（12）とコンデンサ（16）との間での共振に起因する直流リンク電圧（Vdc）の上昇を未然に防止できる。また、直流リンク電圧（Vdc）の電源半周期中のピークが所定の下限値を下回る場合にも、出力トルクの制御量を所定値まで制限している。これにより、ＰＷＭ演算部（48）でのデューティーが増大することに起因して、トルク制御動作の制御性が悪化してしまうことを防止できる。 In the above embodiment, when the peak of the DC link voltage (Vdc) in the half cycle of the power source exceeds a predetermined upper limit value, the control amount of the output torque is limited to the predetermined value. Thereby, it is possible to prevent the DC link voltage (Vdc) from increasing due to resonance between the reactor (12) and the capacitor (16). Further, even when the peak of the DC link voltage (Vdc) during the half cycle of the power source falls below a predetermined lower limit value, the control amount of the output torque is limited to a predetermined value. Thereby, it is possible to prevent the controllability of the torque control operation from deteriorating due to the increase in the duty in the PWM calculation unit (48) .
〈その他の実施形態〉
上記実施形態では、電源として単相の交流電源（6）を用いているが、この限りでなく、図１５に示す例のように、三相の交流電源を用いることもできる。図１５に示すコンバータ回路（11）は、６つのダイオード（D1〜D6）がブリッジ状に結線されたダイオードブリッジ回路である。この構成においても、本発明に係る制御部（40）を採用することができる。
<Other embodiments>
In the above embodiment, the single-phase AC power source (6) is used as the power source. The converter circuit (11) shown in FIG. 15 is a diode bridge circuit in which six diodes (D1 to D6) are connected in a bridge shape. Also in this configuration, the control unit (40) according to the present invention can be employed.
以上説明したように、本発明は、モータを制御する電力変換装置について有用である。 As described above, the present invention is useful for a power conversion device that controls a motor.
5 モータ
6 交流電源
10 電力変換装置
11 コンバータ回路
15 直流リンク部
16 コンデンサ
20 インバータ回路
21 コンデンサ
40 制御部
54 トルク制御量調整部
55 ピークホールド部
60 リミッタ（制限部）
71 ビート周期演算部（周期導出部）
72 速度指令調整部
5 Motor
6 AC power supply
10 Power converter
11 Converter circuit
15 DC link section
16 capacitors
20 Inverter circuit
21 capacitor
40 Control unit
54 Torque control amount adjustment section
55 Peak hold section
60 Limiter (Limiting part)
71 Beat cycle calculator (cycle derivation unit)
72 Speed command adjuster
Claims (7)
上記コンバータ回路（11）の出力に並列に接続されたコンデンサ（16）を有し、脈動する直流電圧を出力する直流リンク部（15）と、
上記直流リンク部（15）の出力をスイッチングして交流に変換し、接続されたモータ（5）に供給するインバータ回路（20）と、
上記モータ（5）の負荷トルクの平均値よりも大きな変動幅を有するトルク指令値に上記交流電源（6）の出力電圧の脈動成分を重畳させた指令値に応じて該モータ（5）の出力トルクを制御するトルク制御を行う制御部（40）とを備え、
上記制御部（40）は、上記トルク制御時に、上記モータ（5）の出力トルクがマイナスとならないように、該モータ（5）の出力トルクを制限する制限部（60）を備えていることを特徴とする電力変換装置。 A converter circuit (11) for rectifying the power supply voltage of the AC power supply (6);
A DC link unit (15) having a capacitor (16) connected in parallel to the output of the converter circuit (11) and outputting a pulsating DC voltage;
An inverter circuit (20) for switching the output of the DC link section (15) to convert to AC and supplying the connected motor (5);
The output of the motor (5) according to the command value obtained by superimposing the pulsation component of the output voltage of the AC power supply (6) on the torque command value having a fluctuation range larger than the average value of the load torque of the motor (5) A control unit (40) for performing torque control for controlling torque,
The control unit (40) includes a limiting unit (60) that limits the output torque of the motor (5) so that the output torque of the motor (5) does not become negative during the torque control. A power conversion device.
上記制御部（40）は、上記モータ（5）の負荷トルクの平均値に該負荷トルクの基本波周波成分を示す指標を乗算した値を上記トルク指令値として求めることを特徴とする電力変換装置。The control unit (40) obtains, as the torque command value, a value obtained by multiplying an average value of load torque of the motor (5) by an index indicating a fundamental frequency component of the load torque. .
上記制御部（40）は、トルク制御動作時に、上記交流電源（6）の電源電圧又は上記直流リンク部（15）の出力電圧に基づいて上記モータ（5）の出力トルクの変動幅を補正することを特徴とする電力変換装置。 In claim 1 or 2 ,
The control unit (40) corrects the fluctuation range of the output torque of the motor (5) based on the power supply voltage of the AC power supply (6) or the output voltage of the DC link unit (15) during the torque control operation. The power converter characterized by the above-mentioned.
上記制御部（40）は、上記トルク制御動作時に上記モータ（5）のピーク電流が所定の上限値を越えると、上記モータ（5）の出力トルクの変動幅を低減させることを特徴とする電力変換装置。 In any one of Claims 1 thru | or 3 ,
The control unit (40) reduces the fluctuation range of the output torque of the motor (5) when the peak current of the motor (5) exceeds a predetermined upper limit during the torque control operation. Conversion device.
上記制御部（40）は、所定の判定時間において上記モータ（5）の電流の最大値をピーク電流として保持するピークホールド部（55）を有し、上記ピークホールド部（55）で保持されたピーク電流が所定の上限値を越えると、上記モータ（5）の出力トルクの変動幅を低減させることを特徴とする電力変換装置。 In claim 4 ,
The control unit (40) has a peak hold unit (55) that holds the maximum value of the current of the motor (5) as a peak current at a predetermined determination time, and is held by the peak hold unit (55). A power converter characterized by reducing the fluctuation range of the output torque of the motor (5) when the peak current exceeds a predetermined upper limit value.
上記制御部（40）は、上記ピークホールド部（55）の判定期間中に、上記モータ（5）の負荷トルクの脈動成分のピークと上記直流リンク部（15）の出力電圧の脈動成分のピークとが重畳するように、上記モータ（5）の運転周波数を補正する速度指令調整部（72）を備えていることを特徴とする電力変換装置。 In claim 5 ,
During the determination period of the peak hold unit (55), the control unit (40) generates a peak of the pulsating component of the load torque of the motor (5) and a peak of the pulsating component of the output voltage of the DC link unit (15). And a speed command adjustment unit (72) that corrects the operating frequency of the motor (5) so as to overlap with each other.
上記制御部（40）は、上記交流電源（6）又は上記直流リンク部（15）の出力電圧の周波数と、上記モータ（5）の運転周波数とに基づいて、上記モータ（5）の負荷トルクのピークと上記直流リンク部（15）の出力電圧のピークとが重畳する周期を導出する周期導出部（71）を備え、
上記速度指令調整部（72）は、上記周期導出部（71）で導出される周期が、上記ピークホールド部（55）の判定期間以下となるように、上記モータ（5）の運転周波数を補正することを特徴とする電力変換装置。 In claim 6 ,
The control unit (40) is configured to load torque of the motor (5) based on the frequency of the output voltage of the AC power source (6) or the DC link unit (15) and the operating frequency of the motor (5). A period deriving unit (71) for deriving a period in which the peak of the DC link unit (15) and the peak of the output voltage of the DC link unit (15) are superimposed,
The speed command adjustment unit (72) corrects the operating frequency of the motor (5) so that the cycle derived by the cycle deriving unit (71) is equal to or less than the determination period of the peak hold unit (55). The power converter characterized by doing.
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