JP6921273B1 - Rotating machine control device - Google Patents

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Abstract

【課題】PWM制御される複数のインバータを並列に運転する場合に、ノイズの低減に着目してインバータごとにキャリア周波数の領域を限定すると、高めのキャリア周波数を使用する電動機はスイッチング損失が常に悪化し、低めのキャリア周波数を使用する電動機では電流リプルが常に悪化してしまうという問題があった。【解決手段】インバータの入出力状態とキャリア周波数との関係を1つのPWMパターンとし、前記入出力状態の領域に応じて2つ以上の前記PWMパターンが組合された組合せパターンを有し、前記インバータごとに異なる前記組合せパターンに従って前記PWMパターンを切り替えるPWMパターン決定部を備えたものである。【選択図】 図1When a plurality of PWM-controlled inverters are operated in parallel, if the carrier frequency region is limited for each inverter by paying attention to the reduction of noise, the switching loss of an electric motor using a higher carrier frequency always deteriorates. However, there is a problem that the current ripple always deteriorates in the motor using a low carrier frequency. SOLUTION: The relationship between an input / output state of an inverter and a carrier frequency is set as one PWM pattern, and the inverter has a combination pattern in which two or more of the PWM patterns are combined according to a region of the input / output state. It is provided with a PWM pattern determination unit that switches the PWM pattern according to the combination pattern that is different for each. [Selection diagram] Fig. 1

Description

本願は、回転機制御装置に関するものである。 The present application relates to a rotary machine control device.

複数のインバータを並列に動作させる場合、インバータの入出力状態とキャリア周波数の関係であるPWMパターンは複数のインバータに共通とすることが一般的である。しかし、複数のインバータで動作するキャリア周波数が一致するとインバータ素子のスイッチングによって発生するノイズが重なり、騒音が大きくなるという課題がある。 When a plurality of inverters are operated in parallel, the PWM pattern, which is the relationship between the input / output state of the inverters and the carrier frequency, is generally common to the plurality of inverters. However, when the carrier frequencies operating in a plurality of inverters match, the noise generated by the switching of the inverter elements overlaps, and there is a problem that the noise becomes large.

上記課題の対策として、例えば下記の特許文献1のような技術が知られている。特許文献1では複数のインバータ間で特定の周波数幅を持ったキャリア周波数が互いに重ならないように設定することにより、インバータ素子のスイッチングによって発生する騒音を低減することが示されている。 As a countermeasure against the above problem, for example, a technique such as the following Patent Document 1 is known. Patent Document 1 shows that noise generated by switching of inverter elements is reduced by setting carrier frequencies having a specific frequency width so as not to overlap each other among a plurality of inverters.

国際公開第2011/135687号International Publication No. 2011/135687

キャリア周波数が高くなればPWM制御によるスイッチング損失が増加し、キャリア周波数が低くなれば電流リプルが悪化して、制御が不安定になるというPWM制御による回転機制御装置の問題がある。安定したPWM制御を行うため、PWMパターンの設定にはスイッチング損失および電流リプルを考慮する必要があり、インバータの基本周波数または出力電流に応じてスイッチング損失と電流リプルが大きくならないように適切な設定をする必要がある。 If the carrier frequency is high, the switching loss due to PWM control increases, and if the carrier frequency is low, the current ripple deteriorates and the control becomes unstable, which is a problem of the rotary machine control device by PWM control. In order to perform stable PWM control, it is necessary to consider switching loss and current ripple when setting the PWM pattern, and make appropriate settings so that switching loss and current ripple do not increase according to the fundamental frequency or output current of the inverter. There is a need to.

しかしながら、特許文献1に記載の回転機制御装置では、ノイズの低減のみに着目しており、高めのキャリア周波数を使用する電動機はスイッチング損失が常に悪化し、低めのキャリア周波数を使用する電動機では電流リプルが常に悪化してしまうという問題があった。 However, in the rotary machine control device described in Patent Document 1, only the reduction of noise is focused on, the switching loss always deteriorates in the motor using a higher carrier frequency, and the current in the motor using a lower carrier frequency. There was a problem that the ripple always got worse.

本願は、このような課題を踏まえて、複数のインバータを並列に動作させる場合において、スイッチング損失の低減と電流リプルの低減を考慮した安定なPWM制御を行いながらもノイズ低減を図ることが可能な回転機制御装置を得ることを目的とする。 In view of these problems, the present application can reduce noise while performing stable PWM control in consideration of reduction of switching loss and reduction of current ripple when operating a plurality of inverters in parallel. The purpose is to obtain a rotating machine control device.

本願に係わる回転機制御装置は、PWM制御される複数のインバータを有する回転機制御装置であって、前記インバータの入出力状態とキャリア周波数との関係を1つのPWMパターンとし、前記入出力状態の領域に応じて2つ以上の前記PWMパターンが組合された組合せパターンを有し、前記インバータごとに異なる前記組合せパターンに従って前記PWMパターンを切り替えるPWMパターン決定部を備えたものである。 The rotary machine control device according to the present application is a rotary machine control device having a plurality of inverters that are PWM-controlled, and the relationship between the input / output state of the inverter and the carrier frequency is set as one PWM pattern, and the input / output state of the input / output state. It has a combination pattern in which two or more of the PWM patterns are combined according to a region, and is provided with a PWM pattern determination unit that switches the PWM pattern according to the combination pattern that is different for each inverter.

本願の回転機制御装置によれば、インバータごとに2つ以上のPWMパターンを設定できるので、入出力状態の領域に応じて適切なPWMパターンに切り替えることにより安定したPWM制御ができる。また、インバータごとにPWMパターンが組合された組合せパターンが異なるため、インバータ間のキャリア周波数の重なりによるノイズ低減を図ることができる。 According to the rotary machine control device of the present application, two or more PWM patterns can be set for each inverter, so that stable PWM control can be performed by switching to an appropriate PWM pattern according to the region of the input / output state. Further, since the combination pattern in which the PWM pattern is combined is different for each inverter, it is possible to reduce noise due to the overlap of carrier frequencies between the inverters.

実施の形態1に係わる回転機制御装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the rotary machine control device which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係わるインバータ制御部の処理回路を説明する図である。It is a figure explaining the processing circuit of the inverter control part which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係わるインバータの基本波周波数によるPWMパターンの設定例を示す図である。It is a figure which shows the setting example of the PWM pattern by the fundamental wave frequency of the inverter which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係わるインバータの出力電流によるPWMパターンの設定例を示す図である。It is a figure which shows the setting example of the PWM pattern by the output current of the inverter which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係わるインバータの基本波周波数によるPWMパターンの設定例を示す図である。It is a figure which shows the setting example of the PWM pattern by the fundamental wave frequency of the inverter which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係わるインバータのランダムPWMを用いたPWMパターンの設定例を示す図である。It is a figure which shows the setting example of the PWM pattern using the random PWM of the inverter which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係わる複数のインバータ間のPWMパターンの設定例を示す図である。It is a figure which shows the setting example of the PWM pattern between a plurality of inverters which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係わるインバータのPWMパターンによる動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation by the PWM pattern of the inverter which concerns on Embodiment 1. 実施の形態1に係わるインバータのPWMパターンによる動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation by the PWM pattern of the inverter which concerns on Embodiment 1. 実施の形態1に係わる複数のインバータ間のPWMパターンの設定例を示す図である。It is a figure which shows the setting example of the PWM pattern between a plurality of inverters which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係わるインバータのPWMパターンによる動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation by the PWM pattern of the inverter which concerns on Embodiment 1. 実施の形態1に係わるインバータの基本波周波数によるPWMパターンの設定例を示す図である。It is a figure which shows the setting example of the PWM pattern by the fundamental wave frequency of the inverter which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係わる複数のインバータ間のPWMパターンの設定例を示す図である。It is a figure which shows the setting example of the PWM pattern between a plurality of inverters which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係わる複数のインバータ間のPWMパターンの設定例を示す図である。It is a figure which shows the setting example of the PWM pattern between a plurality of inverters which concerns on Embodiment 1. FIG.

実施の形態1.
実施の形態1に係わるインバータと回転機について図面を参照して説明する。図1は、本実施の形態に係わる複数のインバータを含む回転機制御装置と、それによって駆動される複数の回転機との構成図である。以下の実施の形態の説明では、インバータとそれによって駆動される回転機がそれぞれ2台であることを例にとり説明を行う。
Embodiment 1.
The inverter and the rotating machine according to the first embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a rotary machine control device including a plurality of inverters according to the present embodiment and a plurality of rotary machines driven by the rotary machine control device. In the following description of the embodiment, the case where the inverter and the rotating machine driven by the inverter are two units each will be described.

例えば、第一の回転機1aは、ステータに複数相(本例では、3相)の巻線を有し、ロータに永久磁石を有した永久磁石式同期回転機であり、第二の回転機1bは、ステータに複数相(本例では、3相)の巻線を有し、ロータに永久磁石を有した永久磁石式同期回転機である。 For example, the first rotating machine 1a is a permanent magnet type synchronous rotating machine having a plurality of phases (three phases in this example) windings on the stator and a permanent magnet on the rotor, and the second rotating machine. Reference numeral 1b is a permanent magnet type synchronous rotor having a stator having a plurality of phases (three phases in this example) windings and a rotor having a permanent magnet.

回転機制御装置100は、第一の回転機1aの駆動用に、第一のインバータ20aと、第一のインバータ20aを制御する第一のインバータ制御部30aとを有している。また、回転機制御装置100は、第二の回転機1b駆動用に、第二のインバータ20bと、第二のインバータ20bを制御する第二のインバータ制御部30bとを有している。 The rotary machine control device 100 includes a first inverter 20a and a first inverter control unit 30a for controlling the first inverter 20a for driving the first rotary machine 1a. Further, the rotary machine control device 100 has a second inverter 20b for driving the second rotary machine 1b, and a second inverter control unit 30b for controlling the second inverter 20b.

第一のインバータ20aは、直流電源の直流電力を交流電力に変換して、第一の回転機1aの複数相の巻線に供給する電力変換装置であり、複数のスイッチング素子を有している。第二のインバータ20bは、直流電源の直流電力を交流電力に変換して、第二の回転機1bの複数相の巻線に供給する電力変換装置であり、複数のスイッチング素子を有している。第一および第二のインバータ20a、20bのそれぞれは、各相の巻線に対応して、直流電源の正極側に接続される正極側のスイッチング素子と、直流電源の負極側に接続される負極側のスイッチング素子とが、直列に接続された直列回路を設けている。各直列回路のおける2つのスイッチング素子の接続点が、第一および第二の回転機1a、1bのそれぞれの対応する相の巻線に接続される。第一および第二のインバータ20a、20bのそれぞれは、各巻線に流れる出力電流を検出する電流センサを有している。検出された出力電流は、3相交流電流の実効値としてそれぞれ第一および第二のインバータ制御部30a、30bに入力される。 The first inverter 20a is a power conversion device that converts DC power of a DC power supply into AC power and supplies it to the windings of a plurality of phases of the first rotating machine 1a, and has a plurality of switching elements. .. The second inverter 20b is a power conversion device that converts the DC power of the DC power supply into AC power and supplies it to the multi-phase windings of the second rotating machine 1b, and has a plurality of switching elements. .. Each of the first and second inverters 20a and 20b corresponds to the winding of each phase, the switching element on the positive electrode side connected to the positive electrode side of the DC power supply, and the negative electrode connected to the negative electrode side of the DC power supply. A series circuit in which the switching element on the side is connected in series is provided. The connection points of the two switching elements in each series circuit are connected to the windings of the corresponding phases of the first and second rotating machines 1a and 1b. Each of the first and second inverters 20a and 20b has a current sensor that detects the output current flowing through each winding. The detected output current is input to the first and second inverter control units 30a and 30b as effective values of the three-phase alternating current, respectively.

スイッチング素子は、ダイオードが逆並列接続されたIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、ダイオードが逆並列接続されたバイポーラトランジスタ、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)等が用いられる。各スイッチング素子のゲート端子は、ゲート駆動回路等を介して、第一および第二のインバータ制御部30a、30bのそれぞれに設けられた第一および第二のPWM制御部31aおよび31bに接続されている。このようにして、各スイッチング素子は、第一および第二のインバータ制御部30a、30bのそれぞれに設けられた第一および第二のPWM制御部31aおよび31bによってオンまたはオフされる。 As the switching element, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) in which diodes are connected in antiparallel, a bipolar transistor in which diodes are connected in antiparallel, a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), or the like is used. The gate terminal of each switching element is connected to the first and second PWM control units 31a and 31b provided in the first and second inverter control units 30a and 30b, respectively, via a gate drive circuit or the like. There is. In this way, each switching element is turned on or off by the first and second PWM control units 31a and 31b provided in the first and second inverter control units 30a and 30b, respectively.

第一のインバータ制御部30aは第一のPWM制御部31aと、第一のPWMパターン決定部32aと、を有している。第一のPWM制御部31aは、第一のインバータ制御部30aに指令値として与えられた基本波周波数により、基本波周波数の正弦波の位相を120度ずつずらした3相交流に展開した交流電圧パターンを生成する。これらの交流電圧各相の交流電圧パターンと、PWMパターン決定部から指示されたキャリア周波数により生成したキャリア波(例えば、三角波)とを比較し、比較結果に基づいて、スイッチング信号を生成する。第一のPWM制御部31aのキャリア周波数は、第一のインバータ制御部30aにセンシング情報として入力された入出力状態33aに基づいて、第一のPWMパターン決定部32aにて決定される。詳細は後述する。 The first inverter control unit 30a has a first PWM control unit 31a and a first PWM pattern determination unit 32a. The first PWM control unit 31a is an AC voltage developed into a three-phase AC in which the phase of the sine wave of the fundamental wave frequency is shifted by 120 degrees according to the fundamental wave frequency given to the first inverter control unit 30a as a command value. Generate a pattern. The AC voltage pattern of each phase of these AC voltages is compared with the carrier wave (for example, triangular wave) generated by the carrier frequency instructed by the PWM pattern determination unit, and a switching signal is generated based on the comparison result. The carrier frequency of the first PWM control unit 31a is determined by the first PWM pattern determination unit 32a based on the input / output state 33a input as sensing information to the first inverter control unit 30a. Details will be described later.

第二のインバータ制御部30bは第二のPWM制御部31bと、第二のPWMパターン決定部32bと、を有している。第二のPWM制御部31bは、第二のインバータ制御部30bに指令値として与えられた基本波周波数により、基本波周波数の正弦波の位相を120度ずつずらした3相交流に展開した交流電圧パターンを生成する。これらの交流電圧各相の交流電圧パターンと、PWMパターン決定部から指示されたキャリア周波数により生成したキャリア波(例えば、三角波)とを比較し、比較結果に基づいて、スイッチング信号を生成する。第二のPWM制御部31bのキャリア周波数は、第二のインバータ制御部30bにセンシング情報として入力された入出力状態33bに基づいて、第二のPWMパターン決定部32bにて決定される。詳細は後述する。 The second inverter control unit 30b has a second PWM control unit 31b and a second PWM pattern determination unit 32b. The second PWM control unit 31b is an AC voltage developed into a three-phase AC in which the phase of the sine wave of the fundamental wave frequency is shifted by 120 degrees according to the fundamental wave frequency given to the second inverter control unit 30b as a command value. Generate a pattern. The AC voltage pattern of each phase of these AC voltages is compared with the carrier wave (for example, triangular wave) generated by the carrier frequency instructed by the PWM pattern determination unit, and a switching signal is generated based on the comparison result. The carrier frequency of the second PWM control unit 31b is determined by the second PWM pattern determination unit 32b based on the input / output state 33b input as sensing information to the second inverter control unit 30b. Details will be described later.

第一のインバータ制御部30aおよび第二のインバータ制御部30bは図2に示すようにプロセッサ201および記憶装置202を中核とする処理回路を備えており、各部の処理は、処理回路によって実現される。処理回路としてASIC(Application Specific integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、各種の論理回路、および各種の信号処理回路等が備えられてもよい。 As shown in FIG. 2, the first inverter control unit 30a and the second inverter control unit 30b include a processing circuit centered on the processor 201 and the storage device 202, and the processing of each unit is realized by the processing circuit. .. As the processing circuit, an ASIC (Application Specific integrated circuit), an FPGA (Field Programmable Gate Array), various logic circuits, various signal processing circuits, and the like may be provided.

第一のインバータ制御部30aは、第一のインバータ20aおよび第一の回転機1aを含めて様々な装置およびセンサから入出力状態33aに情報を集める。例えば、第一のインバータ制御部30aに与えられる指令値である基本波周波数33a1、また、第一のインバータ20aの出力電流33a2である。基本波周波数33a1は、第一の回転機1aの回転速度に比例する指令値であり、第一の回転機1aからセンシングした回転速度を代用してもよい。また、出力電流33a2は、上述した第一のインバータ20aの各相の出力電流の実効値として第一のインバータ制御部30aに入力されたものである。この電流値は第一のインバータ20aに供給される直流電源の電流値を代用してもよい。また、出力電流33a2はトルク成分の電流でもよいし、電流振幅でもよい。 The first inverter control unit 30a collects information in the input / output state 33a from various devices and sensors including the first inverter 20a and the first rotating machine 1a. For example, the fundamental wave frequency 33a1 which is a command value given to the first inverter control unit 30a, and the output current 33a2 of the first inverter 20a. The fundamental wave frequency 33a1 is a command value proportional to the rotation speed of the first rotating machine 1a, and the rotation speed sensed from the first rotating machine 1a may be substituted. Further, the output current 33a2 is input to the first inverter control unit 30a as an effective value of the output current of each phase of the first inverter 20a described above. This current value may substitute the current value of the DC power supply supplied to the first inverter 20a. Further, the output current 33a2 may be a torque component current or a current amplitude.

第二のインバータ制御部30bは、第二のインバータ20bおよび第二の回転機1bを含めて様々な装置およびセンサから入出力状態33bに情報を集める。例えば、第二のインバータ制御部30bに与えられる指令値である基本波周波数33b1、また、第二のインバータ20bの出力電流33b2である。基本波周波数33b1は、第二の回転機1bの回転速度に比例する指令値であり、第二の回転機1bからセンシングした回転速度を代用してもよい。また、出力電流33b2は、上述した第二のインバータ20bの各相の出力電流の実効値として第二のインバータ制御部30bに入力されたものである。この電流値は第二のインバータ20bに供給される直流電源の電流値を代用してもよい。また、出力電流33b2はトルク成分の電流でもよいし、電流振幅でもよい。 The second inverter control unit 30b collects information in the input / output state 33b from various devices and sensors including the second inverter 20b and the second rotating machine 1b. For example, the fundamental wave frequency 33b1 which is a command value given to the second inverter control unit 30b, and the output current 33b2 of the second inverter 20b. The fundamental wave frequency 33b1 is a command value proportional to the rotation speed of the second rotating machine 1b, and the rotation speed sensed from the second rotating machine 1b may be substituted. Further, the output current 33b2 is input to the second inverter control unit 30b as an effective value of the output current of each phase of the second inverter 20b described above. This current value may substitute the current value of the DC power supply supplied to the second inverter 20b. Further, the output current 33b2 may be a torque component current or a current amplitude.

以下、図3から図6において、第一のインバータ20aに対応した第一のPWMパターン決定部32aと、第二のインバータ20bに対応した第二のPWMパターン決定部32bと、に設けられるそれぞれのPWMパターンについて説明する。第一および第二のPWMパターンのどちらでもそれぞれの入出力状態33a、33bに対する第一および第二のPWMパターン決定部32a、32bのそれぞれの動作および機能に違いはないので、以下の説明では、特に断りがある場合を除き、第一のPWMパターン決定部32aと、その入出力状態33aを例にして説明を行う。 Hereinafter, in FIGS. 3 to 6, the first PWM pattern determination unit 32a corresponding to the first inverter 20a and the second PWM pattern determination unit 32b corresponding to the second inverter 20b are provided, respectively. The PWM pattern will be described. Since there is no difference in the operation and function of the first and second PWM pattern determination units 32a and 32b for the input / output states 33a and 33b in either of the first and second PWM patterns, the following description will be made. Unless otherwise specified, the first PWM pattern determination unit 32a and its input / output state 33a will be described as an example.

図3はPWMパターンを2つ設定し、第一のインバータ20aの基本波周波数33a1によってPWMパターンを切り替える例を示す。この時のPWMパターンは非同期PWMと同期PWMの2つとなる。基本波周波数33a1が低い状態ではキャリア周波数を一定に保ち、キャリア周波数が閾値a以上になるとキャリア周波数を基本波周波数33a1の増加に比例させて高くしている。 FIG. 3 shows an example in which two PWM patterns are set and the PWM patterns are switched according to the fundamental wave frequency 33a1 of the first inverter 20a. At this time, there are two PWM patterns, asynchronous PWM and synchronous PWM. When the fundamental wave frequency 33a1 is low, the carrier frequency is kept constant, and when the carrier frequency becomes the threshold value a or more, the carrier frequency is increased in proportion to the increase of the fundamental wave frequency 33a1.

PWMパターンを決定するにはいくつかの制約条件が存在する。まず、キャリア周波数を高く設定した場合はキャリアの周期がとても細かくなるため、より連続波形に近い状態でPWM制御が可能となり制御の安定性が向上する。その反面、PWM制御による素子のスイッチング回数が多くなり、スイッチング損失が増加してしまうという懸念がある。逆にキャリア周波数を低く設定するとスイッチング損失は低減されるが、制御が不安定になるという懸念がある。このようにキャリア周波数の設定にはスイッチング損失と制御安定性のトレードオフの関係があり、適切に設定する必要がある。 There are some constraints in determining the PWM pattern. First, when the carrier frequency is set high, the carrier cycle becomes very fine, so that PWM control can be performed in a state closer to a continuous waveform, and the stability of control is improved. On the other hand, there is a concern that the number of times the element is switched by PWM control increases and the switching loss increases. On the contrary, if the carrier frequency is set low, the switching loss is reduced, but there is a concern that the control becomes unstable. As described above, there is a trade-off relationship between switching loss and control stability in setting the carrier frequency, and it is necessary to set it appropriately.

第一のインバータ20aの基本波周波数33a1が高くなるに連れて、安定した制御を実施するためにはキャリア周波数を高く設定する必要がある。そのための有効なPWMパターンとして同期PWMがある。第一のインバータ20aの基本波周波数33a1に同期してキャリア周波数を変化させることで1つのPWMパターンで基本波周波数が高い領域を制御することが可能となる。 As the fundamental wave frequency 33a1 of the first inverter 20a becomes higher, it is necessary to set the carrier frequency higher in order to carry out stable control. Synchronous PWM is an effective PWM pattern for that purpose. By changing the carrier frequency in synchronization with the fundamental wave frequency 33a1 of the first inverter 20a, it is possible to control a region where the fundamental wave frequency is high with one PWM pattern.

しかし、基本波周波数33a1が低い領域でも同期PWMを実施してしまうとキャリア周波数が低くなりすぎてしまい、制御破綻を引き起こす恐れがある。そのため、基本波周波数が低い領域ではキャリア周波数を一定に設定する非同期PWMを使用することで安定した制御を実施することが可能になる。基本波周波数の変化によって非同期PWMと同期PWMの2つのPWMパターンを組合せパターンとして設定した例が図3である。 However, if synchronous PWM is performed even in a region where the fundamental wave frequency 33a1 is low, the carrier frequency becomes too low, which may cause control failure. Therefore, in a region where the fundamental wave frequency is low, stable control can be performed by using asynchronous PWM that sets the carrier frequency constant. FIG. 3 shows an example in which two PWM patterns, asynchronous PWM and synchronous PWM, are set as a combination pattern according to a change in the fundamental wave frequency.

図4は入出力状態33aとして第一のインバータ20aの出力電流33a2に応じて切り替えるPWMパターンの2つの組合せパターンを示す例である。この時のPWMパターンは非同期PWMのキャリア周波数の違いで2つとしている。出力電流33a2に応じてPWMパターンを切り替えるようにすることで、出力電流33a2の大きい状態ではキャリア周波数を高く設定でき、より安定したPWM制御を実施することが可能となる。 FIG. 4 is an example showing two combination patterns of PWM patterns that are switched according to the output current 33a2 of the first inverter 20a as the input / output state 33a. At this time, there are two PWM patterns due to the difference in carrier frequency of asynchronous PWM. By switching the PWM pattern according to the output current 33a2, the carrier frequency can be set high in a state where the output current 33a2 is large, and more stable PWM control can be performed.

本願実施例では、第一のPWMパターン決定部32aと第二のPWMパターン決定部32bとで、異なるPWMパターンの組合せパターンを持たせ、第一および第二のインバータ間でキャリア周波数の重なる状況を減らしている。制御対象である第一および第二の回転機1a、1bのそれぞれの特性に合わせて、第一および第二のPWMパターン決定部32a、32bのそれぞれで、適合する組合せパターンをどれか一つ選定してPWM制御を実施する。そのため、PWMパターンの組合せとして種々の組合せパターンを想定しており、それらの組合せパターンについて説明する。 In the embodiment of the present application, the first PWM pattern determination unit 32a and the second PWM pattern determination unit 32b are provided with different PWM pattern combination patterns, and the carrier frequencies overlap between the first and second inverters. I'm reducing it. Each of the first and second PWM pattern determination units 32a and 32b selects one of the suitable combination patterns according to the characteristics of the first and second rotating machines 1a and 1b to be controlled. Then, PWM control is performed. Therefore, various combination patterns are assumed as combinations of PWM patterns, and the combination patterns thereof will be described.

非同期PWMのキャリア周波数を異なる値に設定することも異なるPWMパターンである。同期PWMのパルス数を異なるパルス数に設定することもPWMパターンの異なる組合せパターンと言える。図5は図3とは異なるPWMパターンの組合せパターンの例であり、図3の場合に比べて非同期PWMのキャリア周波数が低く、同期PWM領域での基本波周波数33a1に対するキャリア周波数増加の勾配が大きい例である。また、図3とは、非同期PWMから同期PWMのPWMパターンを切り替える基本波周波数33a1の値を閾値aと閾値bとで異ならせている。 Setting the carrier frequency of asynchronous PWM to a different value is also a different PWM pattern. Setting the number of pulses of synchronous PWM to a different number of pulses can also be said to be a combination pattern of different PWM patterns. FIG. 5 is an example of a combination pattern of PWM patterns different from that of FIG. 3, and the carrier frequency of asynchronous PWM is lower than that of FIG. 3, and the gradient of the carrier frequency increase with respect to the fundamental wave frequency 33a1 in the synchronous PWM region is large. This is an example. Further, in FIG. 3, the value of the fundamental wave frequency 33a1 for switching the PWM pattern from asynchronous PWM to synchronous PWM is different between the threshold value a and the threshold value b.

インバータ20aが同じキャリア周波数で動作し続けるとインバータ単独でも特定の周波数のノイズが発生してしまうため、ノイズ低減手法として特定の周波数範囲内でキャリア周波数をランダムに変化させる技術が知られている。設定するPWMパターンとしてキャリア周波数をある特定の周波数範囲でランダムに変動させるランダムPWMを使用してもよい。基本波周波数33a1の変化応じてランダムPWMと非ランダムPWMのPWMパターンを組合せパターンとして切り替える例を図6に示す。 If the inverter 20a continues to operate at the same carrier frequency, noise of a specific frequency will be generated even with the inverter alone. Therefore, a technique of randomly changing the carrier frequency within a specific frequency range is known as a noise reduction method. Random PWM that randomly changes the carrier frequency in a specific frequency range may be used as the PWM pattern to be set. FIG. 6 shows an example of switching between random PWM and non-random PWM PWM patterns as a combination pattern according to a change in the fundamental wave frequency 33a1.

第一および第二のインバータ20a、20bと第一および第二の回転機1a、1bはそれぞれペアになるように設定されており、回転機固有の特性に起因するパラメータによって適切なキャリア周波数の設定も変わってくる。そのため、第一および第二の回転機1a、1bのそれぞれに合わせて適切なキャリア周波数を設定しようとする場合に、PWMパターンも異なる設定とした方が、共通のPWMパターンとして設定するよりも効率よく制御することが可能となる。そのため、複数のインバータで設定するPWMパターンが全てで一致することがないように、PWMパターンの組合せパターンを変えて異なる設定としている。 The first and second inverters 20a and 20b and the first and second rotors 1a and 1b are set to be paired, respectively, and an appropriate carrier frequency is set according to the parameters due to the characteristics unique to the rotor. Will also change. Therefore, when trying to set an appropriate carrier frequency for each of the first and second rotating machines 1a and 1b, it is more efficient to set different PWM patterns than to set them as a common PWM pattern. It becomes possible to control well. Therefore, the combination patterns of the PWM patterns are changed to have different settings so that the PWM patterns set by the plurality of inverters do not match at all.

図7では第一および第二のインバータ20a、20bのそれぞれの基本波周波数33a1、33b1に対するキャリア周波数の設定例を示している。それぞれのPWMパターン決定部32a、と32bには非同期PWMと同期PWMの2パターンを有し、PWMパターンが切り替わるタイミングが2つのインバータで異なるように設定されている。図8Aで図7の第一のインバータ20aのPWMパターンを決定する第一のPWMパターン決定部32aの動作フローを示す。ステップS11では第一のインバータ20aの基本波周波数33a1が閾値aより小さいか判断してステップS12で非同期PWMとなるPWMパターンaを選択し、インバータの基本波周波数が閾値a以上であればステップS13で同期PWMとなるPWMパターンbを選択する。同様に、図8Bで図7の第二のインバータ20bのPWMパターンを決定する第二のPWMパターン決定部32bの動作フローを示す。ステップS21でインバータ20bの基本波周波数33b1が閾値bより小さいか判断してステップS22ので非同期PWMとなるPWMパターンbを選択し、インバータ20bの基本波周波数33b1が閾値b以上であればステップS23で同期PWMとなるPWMパターンbを選択する。 FIG. 7 shows an example of setting the carrier frequency for the fundamental wave frequencies 33a1 and 33b1 of the first and second inverters 20a and 20b, respectively. Each of the PWM pattern determination units 32a and 32b has two patterns, asynchronous PWM and synchronous PWM, and the timing at which the PWM patterns are switched is set to be different between the two inverters. FIG. 8A shows an operation flow of the first PWM pattern determining unit 32a that determines the PWM pattern of the first inverter 20a of FIG. 7. In step S11, it is determined whether the fundamental wave frequency 33a1 of the first inverter 20a is smaller than the threshold value a, and in step S12, the PWM pattern a to be asynchronous PWM is selected. If the fundamental wave frequency of the inverter is equal to or higher than the threshold value a, step S13. Select the PWM pattern b to be the synchronous PWM with. Similarly, FIG. 8B shows an operation flow of the second PWM pattern determination unit 32b that determines the PWM pattern of the second inverter 20b of FIG. 7. In step S21, it is determined whether the fundamental wave frequency 33b1 of the inverter 20b is smaller than the threshold value b, and in step S22, the PWM pattern b to be asynchronous PWM is selected. Select the PWM pattern b to be the synchronous PWM.

組合されるPWMパターンの数はインバータごとに2つ以上であればいくつあっても良く、図9に第一のインバータ20aと第二のインバータ20bのそれぞれに4つのPWMパターンがある場合を示す。図では基本波周波数33a1および33b1に応じてPWMパターンが切り替えられる組合せパターンの例を示している。 The number of combined PWM patterns may be any number as long as it is two or more for each inverter, and FIG. 9 shows a case where each of the first inverter 20a and the second inverter 20b has four PWM patterns. The figure shows an example of a combination pattern in which the PWM pattern is switched according to the fundamental wave frequencies 33a1 and 33b1.

図10は第一のインバータ20aを例にとった第一のPWMパターン決定部32aの動作を説明する動作フローであり、PWMパターンを決定する入出力状態33aとして出力電流33a2と基本波周波数33a1の2種類のパラメータを組合せることによってPWMパターンaからdの4つを切り替える場合の例を示す。まず、ステップS31で出力電流33a2が閾値aより大きいかどうかを判定する。判定結果として閾値aより小さい場合は、ステップS32でさらに基本波周波数33a1を閾値bと比較した結果によってステップS33でPWMパターンaにステップS34でPWMパターンbにPWMパターンを切り替える。また、ステップS31で出力電流33a2が閾値a以上である場合は、ステップS35でさらに基本波周波数33a1を閾値cと比較した結果によってステップS36でPWMパターンcにステップS37でPWMパターンdにPWMパターンを切り替える。 FIG. 10 is an operation flow for explaining the operation of the first PWM pattern determination unit 32a using the first inverter 20a as an example, and shows the output current 33a2 and the fundamental wave frequency 33a1 as the input / output states 33a for determining the PWM pattern. An example of switching between four PWM patterns a to d by combining two types of parameters is shown. First, in step S31, it is determined whether or not the output current 33a2 is larger than the threshold value a. If the determination result is smaller than the threshold value a, the PWM pattern is switched to the PWM pattern a in step S33 and to the PWM pattern b in step S34 according to the result of further comparing the fundamental wave frequency 33a1 with the threshold value b in step S32. When the output current 33a2 is equal to or higher than the threshold value a in step S31, the PWM pattern is added to the PWM pattern c in step S36 and the PWM pattern d in step S37 according to the result of comparing the fundamental wave frequency 33a1 with the threshold value c in step S35. Switch.

以上のように図10の制御では出力電流33a2と基本波周波数33a1の両方の変化に応じてPWMパターンを細かく設定でき、より第一のインバータ20aと第一の回転機1aの状態に応じた適切なPWMパターンの設定が可能となる。 As described above, in the control of FIG. 10, the PWM pattern can be finely set according to the change of both the output current 33a2 and the fundamental wave frequency 33a1, and it is more appropriate according to the state of the first inverter 20a and the first rotating machine 1a. PWM pattern can be set.

図11は、第一および第二のインバータ20a、20bの双方で異なるPWMパターンの設定とすることにより第二のインバータ20bのみが使用し、第一のインバータ20aが使用しないキャリア周波数領域を作り出すことが可能となることを示している。PWMパターンが重なるとスイッチングノイズが増大してしまう懸念があるが、ノイズ低減を図りたい特定のキャリア周波数の領域に対して複数のインバータのPWMパターンが重ならないように組合せパターンを設定することができる。そうすることでノイズ低減を図りたいキャリア周波数の領域でノイズの増大を防ぐことが可能となる。 In FIG. 11, by setting different PWM patterns for both the first and second inverters 20a and 20b, a carrier frequency region that is used only by the second inverter 20b and not used by the first inverter 20a is created. Shows that is possible. There is a concern that switching noise will increase if the PWM patterns overlap, but the combination pattern can be set so that the PWM patterns of multiple inverters do not overlap for a specific carrier frequency region for which noise reduction is desired. .. By doing so, it becomes possible to prevent the increase of noise in the region of the carrier frequency for which noise reduction is desired.

以上に示したように実施の形態1の回転機制御装置100は、第一および第二のインバータ20a、20bのそれぞれに対して、それぞれの入出力状態33a、33bに応じて変化するキャリア周波数の関係を1つのPWMパターンとし、それぞれの入出力状態33a、33bの領域に応じて2つ以上のPWMパターンの組合せパターンを設け、第一および第二のインバータ20a、20bごとに組合された前記PWMパターンが異なるように設定され、それぞれの入出力状態33a、33bに応じてPWMパターンを切り替える第一および第二のPWMパターン決定部32a、32bを備えたものである。 As described above, the rotary machine control device 100 of the first embodiment has a carrier frequency that changes according to the input / output states 33a and 33b of the first and second inverters 20a and 20b, respectively. The relationship is set as one PWM pattern, a combination pattern of two or more PWM patterns is provided according to the regions of the respective input / output states 33a and 33b, and the PWM combined for each of the first and second inverters 20a and 20b. The patterns are set to be different, and the first and second PWM pattern determination units 32a and 32b for switching the PWM pattern according to the respective input / output states 33a and 33b are provided.

このように構成することにより、第一および第二のインバータ20a、20bごとに2つ以上のPWMパターンが設定でき、入出力状態の領域に応じてスイッチング損失の低減と電流リプルの低減を考慮したPWMパターンを設定することにより、安定したPWM制御ができる。また、第一および第二のインバータ20a、20bごとに組合された組合せパターンが異なるため、第一のインバータ20aと第二のインバータ20bとの間でのキャリア周波数の重なりによるノイズ低減を図ることができる。 With this configuration, two or more PWM patterns can be set for each of the first and second inverters 20a and 20b, and reduction of switching loss and reduction of current ripple are taken into consideration according to the region of the input / output state. By setting the PWM pattern, stable PWM control can be performed. Further, since the combination pattern combined for each of the first and second inverters 20a and 20b is different, it is possible to reduce noise due to the overlap of carrier frequencies between the first inverter 20a and the second inverter 20b. can.

また、PWMパターンは、第一および第二のインバータ20a、20bのそれぞれの間で、特定のキャリア周波数の領域が重ならないように設定することが可能であり、ノイズ低減を図りたいキャリア周波数の領域でノイズの増大を防ぐことが可能となる。 Further, the PWM pattern can be set so that the specific carrier frequency regions do not overlap between the first and second inverters 20a and 20b, respectively, and the carrier frequency region for which noise reduction is desired can be achieved. It is possible to prevent the increase of noise.

実施の形態2.
実施の形態2では、図1に示す複数の第一および第二のインバータ20a、20bを含む回転機制御装置100と、それによって駆動される第一および第二の回転機1a、1bと、が搭載されたシステム全体(例えば、搭載された車全体)のノイズ低減を考慮したPWMパターンの設定について説明する。
Embodiment 2.
In the second embodiment, the rotary machine control device 100 including the plurality of first and second inverters 20a and 20b shown in FIG. 1 and the first and second rotary machines 1a and 1b driven by the rotary machine control device 100 are provided. The setting of the PWM pattern in consideration of noise reduction of the entire mounted system (for example, the entire mounted vehicle) will be described.

PWMパターンを設定する際に、第一および第二のインバータ20a、20bごとにノイズを回避する周波数領域をそれぞれ設定している。ノイズを回避するキャリア周波数の領域は図1の構成が搭載されたシステム全体として、ノイズが増長し易い周波数領域などから決定してもよい。もし、システム全体としてノイズを回避すべき周波数領域で第一のインバータ20aと第二のインバータ20bとが同じキャリア周波数のPWMパターンで動作してしまうとPWMのスイッチングノイズが重なり、システム全体としてのノイズがより増長する懸念がある。そのため、回避するキャリア周波数の領域が重ならないように第一および第二のインバータ20a、20bのそれぞれにPWMパターンの組合せパターンを設定することで、システム全体としてのノイズの増長を防ぐことができる。 When setting the PWM pattern, the frequency domain for avoiding noise is set for each of the first and second inverters 20a and 20b, respectively. The carrier frequency region for avoiding noise may be determined from the frequency region in which noise is likely to increase for the entire system equipped with the configuration of FIG. 1. If the first inverter 20a and the second inverter 20b operate in the same carrier frequency PWM pattern in the frequency domain where noise should be avoided in the entire system, PWM switching noise overlaps and the system as a whole noise. There is a concern that it will grow more. Therefore, by setting a combination pattern of PWM patterns for each of the first and second inverters 20a and 20b so that the regions of the carrier frequencies to be avoided do not overlap, it is possible to prevent the noise increase of the entire system.

図12ではシステム全体としてノイズを回避するキャリア周波数の領域を第一のインバータ20aと第二のインバータ20bの両方で回避している。可能であれば回避すべきキャリア周波数の領域を全てのインバータで回避することでそのキャリア周波数の領域でのノイズの増長を防ぐことができる。 In FIG. 12, the carrier frequency region in which noise is avoided in the entire system is avoided by both the first inverter 20a and the second inverter 20b. By avoiding the carrier frequency region to be avoided by all inverters if possible, it is possible to prevent the increase of noise in the carrier frequency region.

しかしながら、第一のインバータ20aおよび第二のインバータ20bの入出力状態に応じて適切に設定したPWMパターンと、システム全体でノイズを回避すべきキャリア周波数の領域とがそれぞれ重なった場合は、全てのインバータで同じキャリア周波数の領域を回避しようとすると、効率よく動作できなくなる懸念がある。 However, if the PWM pattern appropriately set according to the input / output state of the first inverter 20a and the second inverter 20b overlaps with the carrier frequency region in which noise should be avoided in the entire system, all of them overlap. If an inverter tries to avoid the same carrier frequency region, there is a concern that it will not operate efficiently.

図13では図12と比較して、ノイズを回避する周波数領域を第二のインバータ20bのみが回避する場合のPWMパターンの設定例を示している。システム全体としてノイズを回避する周波数領域に対して、回避するインバータを1つだけに設定することで効率よく動作させることが可能であり、かつ、ノイズの低減も図ることができる。 FIG. 13 shows an example of setting a PWM pattern when only the second inverter 20b avoids the frequency domain for avoiding noise as compared with FIG. 12. By setting only one inverter to avoid noise in the frequency domain for avoiding noise as a whole system, it is possible to operate efficiently and to reduce noise.

システム全体としてのノイズを回避するインバータは、複数あるインバータのうち1つだけとしても良いし、全てのインバータで回避しても良い。回避するインバータの数を1つずつ増やしていき、求めるノイズの大きさまでノイズ低減が達成されれば、残りのインバータは回避するキャリア周波数の領域を気にせずに効率の良いPWMパターンの組合せパターンを設定することで、目標とするノイズ低減効果もあり効率良く動作させることが可能となるので望ましい。 The inverter that avoids the noise of the entire system may be only one of a plurality of inverters, or may be avoided by all the inverters. If the number of inverters to be avoided is increased one by one and noise reduction is achieved to the desired noise magnitude, the remaining inverters will be able to create an efficient PWM pattern combination pattern without worrying about the carrier frequency region to be avoided. By setting it, it is desirable because it has a target noise reduction effect and enables efficient operation.

本実施の形態によれば、実施の形態1で設定したインバータの入出力状態に合わせたPWMパターンに加え、図1の構成が搭載されたシステム全体を想定して発生するノイズの低減も考慮したPWMパターンの組合せパターンが設定可能となる。また、システム全体を高効率かつ低ノイズで動作させることが可能となる。 According to the present embodiment, in addition to the PWM pattern according to the input / output state of the inverter set in the first embodiment, the reduction of noise generated assuming the entire system equipped with the configuration of FIG. 1 is also considered. A combination pattern of PWM patterns can be set. In addition, the entire system can be operated with high efficiency and low noise.

実施の形態1および実施の形態2では、図1に示すように第一のインバータ20aおよび第二のインバータ20b、第一の回転機1aおよび第二の回転機1bの各2台のシステム構成の場合の回転機制御装置100について説明したが、インバータおよび回転機の数は3台以上の複数台であってもよく、それらの場合であっても、同様な効果が得られる。 In the first embodiment and the second embodiment, as shown in FIG. 1, the system configuration of each of the first inverter 20a and the second inverter 20b, the first rotating machine 1a, and the second rotating machine 1b is configured. Although the rotary machine control device 100 in the case has been described, the number of inverters and rotary machines may be a plurality of three or more, and even in these cases, the same effect can be obtained.

本願は、様々な例示的な実施の形態および実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、および機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組合せで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組合せる場合が含まれるものとする。 Although the present application describes various exemplary embodiments and examples, the various features, embodiments, and functions described in one or more embodiments are applications of a particular embodiment. It is not limited to, but can be applied to embodiments alone or in various combinations. Therefore, innumerable variations not illustrated are envisioned within the scope of the techniques disclosed herein. For example, it is assumed that at least one component is modified, added or omitted, and further, at least one component is extracted and combined with the components of other embodiments. ..

1a 第一の回転機、1b 第二の回転機、20a 第一のインバータ、20b 第二のインバータ、30a 第一のインバータ制御部、30b 第二のインバータ制御部、31a 第一のPWM制御部、31b 第二のPWM制御部、32a 第一のPWMパターン決定部、32b 第二のPWMパターン決定部、33a,33b 入出力状態、33a1,33b1 基本波周波数、33a2、33b2 出力電流、100 回転機制御装置、201 プロセッサ、202 記憶装置 1a 1st rotary machine, 1b 2nd rotary machine, 20a 1st inverter, 20b 2nd inverter, 30a 1st inverter control unit, 30b 2nd inverter control unit, 31a 1st PWM control unit, 31b 2nd PWM control unit, 32a 1st PWM pattern determination unit, 32b 2nd PWM pattern determination unit, 33a, 33b input / output state, 33a1, 33b1 fundamental wave frequency, 33a2, 33b2 output current, 100 inverter control Device, 201 processor, 202 storage device

Claims (8)

PWM制御される複数のインバータを有する回転機制御装置であって、
前記インバータの入出力状態とキャリア周波数との関係を1つのPWMパターンとし、
前記入出力状態の領域に応じて2つ以上の前記PWMパターンが組合された組合せパターンを有し、
前記インバータごとに異なる前記組合せパターンに従って前記PWMパターンを切り替えるPWMパターン決定部を備えたことを特徴とする回転機制御装置。
It is a rotary machine control device having a plurality of inverters controlled by PWM.
The relationship between the input / output state of the inverter and the carrier frequency is set as one PWM pattern.
It has a combination pattern in which two or more of the PWM patterns are combined according to the region of the input / output state.
A rotary machine control device including a PWM pattern determining unit that switches the PWM pattern according to the combination pattern that is different for each inverter.
前記組合せパターンは、複数の前記インバータの間で特定のキャリア周波数の領域が重ならないことを特徴とする請求項1記載の回転機制御装置。 The rotary machine control device according to claim 1, wherein the combination pattern does not overlap the regions of a specific carrier frequency among the plurality of inverters. 前記入出力状態は、前記インバータの基本波周波数であることを特徴とする請求項1または請求項2記載の回転機制御装置。 The rotary machine control device according to claim 1 or 2, wherein the input / output state is the fundamental wave frequency of the inverter. 前記入出力状態は、前記インバータの出力電流であることを特徴とする請求項1または請求項2記載の回転機制御装置。 The rotary machine control device according to claim 1 or 2, wherein the input / output state is the output current of the inverter. 前記組合せパターンとして組合される前記PWMパターンは、同期PWMと非同期PWMであることを特徴とする請求項1または請求項2記載の回転機制御装置。 The rotary machine control device according to claim 1 or 2, wherein the PWM pattern combined as the combination pattern is synchronous PWM and asynchronous PWM. 前記組合せパターンとして組合される前記PWMパターンは、ランダムPWMと非ランダムPWMであることを特徴とする請求項1または請求項2記載の回転機制御装置。 The rotary machine control device according to claim 1 or 2, wherein the PWM pattern combined as the combination pattern is a random PWM and a non-random PWM. 前記PWMパターンが組合された前記組合せパターンは、ノイズを回避するキャリア周波数の領域が複数の前記インバータに共通に設定されていることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の回転機制御装置。 The combination pattern in which the PWM patterns are combined according to any one of claims 1 to 6, wherein a region of a carrier frequency for avoiding noise is commonly set in the plurality of inverters. The rotating machine control device described. 前記PWMパターンが組合された前記組合せパターンは、前記インバータごとにノイズを回避するキャリア周波数の領域が設定されていることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の回転機制御装置。 The rotation according to any one of claims 1 to 6, wherein a carrier frequency region for avoiding noise is set for each of the inverters in the combination pattern in which the PWM patterns are combined. Machine control device.
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