JP7296913B2 - pulse width modulation controller - Google Patents
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Description
本開示は、パルス幅変調を行うパルス幅変調制御装置に関する。 The present disclosure relates to a pulse width modulation controller that performs pulse width modulation.
近年、ブラシレス直流モータの駆動には、モータの可変速性の向上及び高効率化を目的として、パルス幅変調（Pulse Width Modulation,ＰＷＭ）でインバータを駆動するパルス幅変調制御装置が用いられることが多くなっている。 In recent years, brushless DC motors are driven by pulse width modulation controllers that drive inverters with pulse width modulation (PWM) for the purpose of improving the variable speed and efficiency of the motor. There are many.
パルス幅変調でインバータを駆動する場合、モータ巻線の中性点電位がゼロとはならないため、モータ内部の浮遊容量によって中性点電位が分圧され、モータのシャフトを支持するベアリングの外輪と内輪との間には、軸電圧と称される電位差が発生する。軸電圧が軸受内部の油膜の絶縁破壊電圧に達すると、油膜の絶縁破壊が発生し、ベアリング内部に電流が流れ、ベアリングが損傷する。この現象は電食と称されている。 When the inverter is driven by pulse width modulation, the neutral point potential of the motor windings does not become zero. A potential difference called shaft voltage is generated between the inner ring and the inner ring. When the shaft voltage reaches the dielectric breakdown voltage of the oil film inside the bearing, the dielectric breakdown of the oil film occurs, current flows inside the bearing, and the bearing is damaged. This phenomenon is called electrolytic corrosion.
電食が進行した場合、ベアリングの内輪、外輪及び転動体に波状の摩耗現象が発生して異常音が生じることがある。電食の進行は、モータに発生する不具合の主要因の一つになっている。 If electrolytic corrosion progresses, the inner ring, outer ring, and rolling element of the bearing may be wavy, causing abnormal noise. Progression of electrolytic corrosion is one of the main causes of malfunctions occurring in motors.
特許文献１には、回転速度を変化させる変速運転時に、搬送波とも称されるキャリア波の周波数を低減させることで、軸電圧の変動頻度を低減させて、ベアリングの電食の進行を抑制する技術が開示されている。
静音性が求められる換気送風機といった負荷を駆動するモータは、５００ｒｐｍ以下の低速回転で定常的に回される場合がある。特許文献１に開示されるパルス幅変調制御装置は、キャリア周波数を下げることによってキャリア周波数が人間の可聴域に入ると、モータ内部での磁石と電磁石との吸引及び反発によって発生する電磁加振力による騒音が生じるという問題があった。
A motor that drives a load such as a ventilation blower that requires quietness may be constantly rotated at a low speed of 500 rpm or less. In the pulse width modulation control device disclosed in
本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、電磁加振力による騒音が人間の可聴域に入らず、かつベアリングの電食の進行を抑制できるパルス幅変調制御装置を得ることを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above, and an object of the present disclosure is to obtain a pulse width modulation control device in which noise due to electromagnetic excitation force does not enter the human audible range and the progress of electrolytic corrosion of bearings can be suppressed. and
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係るパルス幅変調制御装置は、回転機の運転状態を示す状態値を取得する状態取得部と、三角波のキャリア波を生成する三角波生成部と、鋸波のキャリア波を生成する鋸波生成部と、速度指令を出力する速度指令部とを有する。本開示に係るパルス幅変調制御装置は、三角波のキャリア波と鋸波のキャリア波とを切り替える判断に用いる基準値を記憶する記憶部と、三角波のキャリア波又は鋸波のキャリア波と速度指令とを比較してゲートドライブ信号を生成する比較器と、三角波のキャリア波及び鋸波のキャリア波のいずれを比較器に入力するかを、状態値と基準値との比較結果に基づいて切り替えるキャリア切替部とを備えたパルス幅変調制御部と、ゲートドライブ信号によりスイッチング動作を行い、交流の駆動電力を回転機に供給するインバータとを有する。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a pulse width modulation control device according to the present disclosure includes a state acquisition unit that acquires a state value indicating the operating state of a rotating machine, and a triangular carrier wave that generates a triangular wave. It has a generator, a sawtooth wave generator for generating a carrier wave of a sawtooth wave, and a speed command unit for outputting a speed command. A pulse width modulation control apparatus according to the present disclosure includes a storage unit that stores a reference value used for determining switching between a triangular carrier wave and a sawtooth carrier wave, a triangular carrier wave or a sawtooth carrier wave, and a speed command. A comparator that compares and generates a gate drive signal, and a carrier switch that switches between a triangular carrier wave and a sawtooth carrier wave to be input to the comparator based on the comparison result between the state value and the reference value. and an inverter that performs a switching operation in response to a gate drive signal and supplies AC drive power to the rotating machine.
本開示によれば、電磁加振力による騒音が人間の可聴域に入らず、かつベアリングの電食の進行を抑制できるパルス幅変調制御装置を得られるという効果を奏する。 Advantageous Effects of Invention According to the present disclosure, it is possible to obtain a pulse width modulation control device in which noise caused by an electromagnetic excitation force does not fall within the human audible range and the progress of electrolytic corrosion of bearings can be suppressed.
以下に、実施の形態に係るパルス幅変調制御装置を図面に基づいて詳細に説明する。 A pulse width modulation control device according to an embodiment will be described in detail below with reference to the drawings.
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るパルス幅変調制御装置の構成を示す図である。実施の形態１に係るパルス幅変調制御装置１は、パルス幅変調制御部１１と、ゲートドライブ回路１２と、インバータ１３と、直流電源１４とを備える。パルス幅変調制御装置１は、回転機１５の不図示の巻線に電力を供給して回転機１５を駆動する。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a pulse width modulation control device according to
パルス幅変調制御部１１は、回転機１５の運転状態を示す状態値である回転速度を取得する回転速度取得部１１１と、三角波のキャリア波を生成する三角波生成部１１２と、鋸波のキャリア波を生成する鋸波生成部１１３と、鋸波のキャリア波及び三角波のキャリア波のいずれを比較器１１６に出力するかを回転速度取得部１１１が取得した状態値に基づいて切り替えるキャリア切替部１１４とを有する。また、パルス幅変調制御部１１は、速度指令を出力する速度指令部１１５と、キャリア波と速度指令とを比較してゲートドライブ信号を生成する比較器１１６と、鋸波のキャリア波と三角波のキャリア波とを切り替える判断に用いる基準値である切替回転速度Ｎ１を記憶する記憶部１２０とを有する。比較器１１６は、ゲートドライブ信号をゲートドライブ回路１２へ出力する。
The pulse width
ゲートドライブ回路１２は、パルス幅変調制御部１１とインバータ１３との電気的絶縁、及びインバータ１３へ供給するゲート電流の大きさを維持するといった、パルス幅変調制御部１１とインバータ１３との間のバッファの役割を担う。なお、回転機１５の定格出力が小さい場合には、ゲートドライブ回路１２を省略することも可能である。ゲートドライブ回路１２を省略した構成の場合には、比較器１１６の出力がパルス幅変調制御部１１からインバータ１３に直接入力される。すなわち、ゲートドライブ回路１２を省略する場合には、比較器１１６の出力がゲートドライブ信号となる。
The gate drive circuit 12 maintains electrical isolation between the pulse width
インバータ１３は、回転機１５が三相駆動である場合には、六つのパワー半導体のスイッチング素子により、三相各々に対応する上下アームを備えた回路構成とされる。パワー半導体のスイッチング素子には、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor，ＭＯＳＦＥＴ）又は絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor，ＩＧＢＴ）を適用できる。インバータ１３は、ゲートドライブ回路１２から入力されるゲートドライブ信号に基づき、六つのパワー半導体のスイッチング素子をオンオフし、直流電源１４から供給される直流電圧をチョッピングして三相交流で駆動電力を回転機１５へ出力する。なお、インバータ１３は、三相交流以外の交流で回転機１５に駆動電力を供給してもよい。
When the
図２は、実施の形態１に係るパルス幅変調制御装置の単位時間当たりのスイッチング回数及びキャリア周波数と回転機の回転速度との関係を示す図である。図２において、縦軸は、インバータ１３の単位時間当たりのスイッチング回数を示す。また、図２において、横軸は、回転機１５の回転速度を示す。キャリア切替部１１４は、回転機１５の回転速度が記憶部１２０に記憶されている切替回転速度Ｎ１以上であれば、三角波のキャリア波を比較器１１６へ出力する。また、キャリア切替部１１４は、回転機１５の回転速度が記憶部１２０に記憶されている切替回転速度Ｎ１未満であれば、鋸波のキャリア波を比較器１１６へ出力する。なお、三角波のキャリア波が比較器１１６へ出力される場合のスイッチング回数は、キャリア周波数の６倍であり、鋸波のキャリア波が比較器１１６へ出力される場合のスイッチング回数は、キャリア周波数の４倍である。このため、キャリア周波数が同じであれば、鋸波のキャリア波を用いた場合は、三角波のキャリア波を用いた場合と比較して、単位時間当たりのスイッチング回数が２／３倍となる。
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the number of times of switching per unit time and the carrier frequency of the pulse width modulation control device according to
図３及び図４は、実施の形態１に係るパルス幅変調制御装置のインバータのスイッチングに基づく中性点電位の変化を示す図である。図３は、三角波のキャリア波と、回転機１５の変調波及び中性点電位との関係を示している。図４は、鋸波のキャリア波と、回転機１５の変調波及び中性点電位との関係を示している。三角波のキャリア波では、三角波一つにつき中性点電位が６回変化している。一方、鋸波のキャリア波では、鋸波一つにつき中性点電圧が４回変化している。このため、鋸波のキャリア波を用いた場合は、単位時間当たりの中性点電位の変動回数が減少して、油膜の絶縁破壊が生じる回数が減り、電食の進行が抑制される。よって、同じキャリア周波数の場合は、三角波のキャリア波よりも鋸波のキャリア波の方が、単位時間あたりの中性点電位の変動回数が少なく、電食の進行を抑制するには有利となる。
3 and 4 are diagrams showing changes in neutral point potential based on switching of the inverter of the pulse width modulation control device according to the first embodiment. FIG. 3 shows the relationship between the triangular carrier wave, the modulated wave of the rotating
しかし、回転機１５の回転速度を精度良く制御するためには、単位時間当たりのスイッチング回数を一定数以上にする必要があるため、実際には三角波のキャリア波を用いる場合と鋸波のキャリア波を用いる場合とでキャリア周波数に対する要求が異なる。
However, in order to accurately control the rotation speed of the
鋸波のキャリア波を用いる場合は、単位時間あたりのスイッチング回数が三角波のキャリア波を用いる場合の２／３倍となるため、単位時間当たりのスイッチング回数が同じであるならば、鋸波のキャリア周波数は、三角波のキャリア周波数の１．５倍となる。したがって、回転機１５を高速回転させる際に鋸波のキャリア波を用いると、キャリア周波数が高くなってしまい、発熱量の増加、漏れ電流の増大及びパルス幅変調制御部１１での処理回数の増加に伴う他の制御の制約といった問題が発生しやすくなる。
When a sawtooth carrier wave is used, the number of switching times per unit time is 2/3 of that when a triangular carrier wave is used. The frequency is 1.5 times the carrier frequency of the triangular wave. Therefore, if a sawtooth carrier wave is used to rotate the
したがって、回転機１５を高速回転させる際には、三角波のキャリア波を用いることで、発熱量の増加、漏れ電流の増大及びパルス幅変調制御部１１での処理回数の増加に伴う他の制御の制約といった問題が発生することを避けることができる。
Therefore, when the
ところで、荷重をかけた状態でベアリングを回転させたときに内輪又は外輪と転動体との間のグリスの最小油膜厚さｈｃは、粘度の圧力係数をαとし、等価弾性係数をＥ’とし、大気圧下のグリスの粘度をη(ｋｇｆ・ｓｅｃ／ｍｍ２)とし、平均速度をｕ（ｍｍ／ｓｅｃ）とし、等価曲率半径をＲとし、単位幅当りの荷重をω（ｋｇｆ）とすると、下記式（１）に示すDowson-Higgisonの油膜計算式で表されることが知られている。 By the way, the minimum oil film thickness hc of the grease between the inner ring or outer ring and the rolling elements when the bearing is rotated with a load is given by α being the pressure coefficient of viscosity and E′ being the equivalent elastic modulus, Let η (kgf·sec/mm 2 ) be the viscosity of the grease under atmospheric pressure, u (mm/sec) be the average speed, R be the equivalent radius of curvature, and ω (kgf) be the load per unit width. It is known to be represented by the Dowson-Higgison oil film formula shown in the following formula (1).
ｈｃ＝２．６５・α０．５４・Ｅ’０．０３・η０．７・ｕ０．７・Ｒ０．４３・ω－０．１３ ・・・（１） hc=2.65·α 0.54 ·E′ 0.03 ·η 0.7 ·u 0.7 ·R 0.43 ·ω −0.13 (1)
上記式（１）より、平均速度ｕが低速であるほど最小油膜厚さｈｃは小さくなることが分かる。ベアリングの絶縁破壊電圧ｖｂｄは、最小油膜厚さｈｃに比例するため、平均速度ｕが低いほど絶縁破壊電圧ｖｂｄも低くなる。したがって、回転機１５の回転速度が低速であると、油膜が薄くなって絶縁破壊が生じやすくなる。一方、高速運転時には、最小油膜厚さｈｃが厚いことにより絶縁破壊電圧ｖｂｄが高くなるため、単位時間あたりのスイッチング回数が多くとも、絶縁破壊による放電が起きにくい。したがって、高速回転時に三角波のキャリア波を用いても、絶縁破壊は生じにくい。すなわち、高速回転時に三角波のキャリア波を用いても、電食は進行しにくい。
From the above formula (1), it can be seen that the lower the average speed u, the smaller the minimum oil film thickness hc. Since the dielectric breakdown voltage vbd of the bearing is proportional to the minimum oil film thickness hc, the lower the average speed u, the lower the dielectric breakdown voltage vbd. Therefore, if the rotation speed of the rotating
また、例えば、極数が１０極の回転機１５を回転速度６００ｒｐｍで運転すると、電気角１周期の時間はおよそ２００００μｓｅｃとなる。１周期の中で精度よく制御を行うための単位時間あたりのスイッチング回数の目安を５００回と仮定すると、鋸波のキャリア波では一波あたり４回スイッチングが行われるため、単位時間中のキャリア波数は１２５個となる。したがって、２００００μｓｅｃの間に１２５個のキャリア波が出力されることから、６．２５ｋＨｚ以上のキャリア周波数で鋸波のキャリア波が出力されれば、１周期中に５００回以上のスイッチングを行える。
Further, for example, when the rotating
同様に、三角波のキャリア波では、一波あたり６回スイッチングが行われるため、単位時間中のキャリア波数は８３個となる。したがって、２００００μｓｅｃの間に８３個のキャリア波が出力されることから、４．１５ｋＨｚ以上のキャリア周波数で三角波のキャリア波が出力されれば、１周期中に５００回以上のスイッチングを行える。 Similarly, in a triangular carrier wave, since switching is performed six times per wave, the number of carrier waves per unit time is 83. Therefore, since 83 carrier waves are output during 20000 μsec, if a triangular carrier wave is output at a carrier frequency of 4.15 kHz or higher, switching can be performed 500 times or more in one cycle.
人間の可聴域は、５ｋＨｚ以下の音に対する感度が良いことが一般的に知られている。したがって、三角波のキャリア波を用いて回転機１５を６００ｒｐｍ程度の低速で回転させる場合、１周期中に５００回以上のスイッチングを行える下限である４．１５ｋＨｚに近い周波数をキャリア周波数に設定すると、キャリア波による音が可聴音になってしまう。キャリア波による音は、電食によるベアリング損傷音とは異なり、電磁加振力によって発生する音であるが、回転機１５を用いた製品の使用者にとってはベアリング損傷音と同様に騒音とみなされる。
It is generally known that the human audible range is highly sensitive to sounds below 5 kHz. Therefore, when the rotating
一方、鋸波のキャリア波を用いて回転機１５を６００ｒｐｍ程度の低速で回転させる場合には、１周期中に５００回以上のスイッチングを行える下限である６．２５ｋＨｚに近い周波数をキャリア周波数に設定しても、感度のよい可聴域から外れるため、キャリア波による音は人間には聞こえない。
On the other hand, when the
実施の形態１に係るパルス幅変調制御装置１は、予め設定された切替回転速度Ｎ１以上の回転速度で回転機１５を回転させる場合には三角波のキャリア波を用い、切替回転速度Ｎ１未満の回転速度で回転機１５を回転させる場合には、鋸波のキャリア波を用いるため、電磁加振力による騒音が人間の可聴域に入らず、かつベアリングの電食の進行を抑制できる。
The pulse width
図５は、実施の形態１の第１の変形例に係るパルス幅変調制御装置の構成を示す図である。実施の形態１の第１の変形例に係るパルス幅変調制御装置１は、回転速度取得部１１１の代わりに印加電圧取得部４１１を備えている点と、記憶部１２０に切替基準電圧が記憶されている点で、実施の形態１に係るパルス幅変調制御装置１と相違する。実施の形態１の第１の変形例において、回転機１５の運転状態を示す状態値は、印加電圧の大きさを示す値である。印加電圧取得部４１１は、インバータ１３から回転機１５に供給される印加電圧を取得する。印加電圧取得部４１１は、実際にインバータ１３から出力されている電圧値をセンサによって検出することによって印加電圧を取得してもよいし、速度指令部１１５から出力される速度指令値から印加電圧を取得してもよい。回転機１５に供給される印加電圧は、回転機１５の巻線に印加される電圧の実効値によって表されてもよいし、インバータ１３のオンオフ時間の比率であるデューティ値によって表されてもよい。キャリア切替部１１４は、印加電圧が切替基準電圧以上であれば、三角波のキャリア波を比較器１１６へ出力し、印加電圧が切替基準電圧未満であれば、鋸波のキャリア波を比較器１１６へ出力する。この他は、実施の形態１に係るパルス幅変調制御装置１と同様である。
5 is a diagram showing a configuration of a pulse width modulation control device according to a first modification of the first embodiment; FIG. The pulse width
実施の形態１の第１の変形例に係るパルス幅変調制御装置１は、三角波のキャリア波を用いるか鋸波のキャリア波を用いるかを、印加電圧が切替基準電圧以上であるか否かに基づいて切り替えるため、回転機１５の回転速度よりも負荷の大きさが絶縁破壊の発生頻度に影響する場合でも、電食の進行を抑制できる。また、回転機１５の回転速度を検出しない非フィードバック制御を行う場合でも、電食の進行を抑制できる。なお、実施の形態１の第１の変形例において、印加電圧取得部４１１を、駆動電力を取得する駆動電力取得部に置き換え、駆動電力の大きさに基づいて三角波と鋸波とを切り替えるようにしても同様の効果が得られる。
The pulse width
図６は、実施の形態１の第２の変形例に係るパルス幅変調制御装置の単位時間当たりのスイッチング回数と回転機の回転速度との関係を示す図である。図６において、縦軸は、インバータ１３の単位時間当たりのスイッチング回数を示し、横軸は、回転機１５の回転速度を示す。実施の形態１の第２の変形例に係るパルス幅変調制御装置１は、回転機１５の回転速度が増加する速度変化の場合、すなわち印加電圧の増大時には、回転機１５の回転速度が切替回転速度Ｎ１＋１０％以上になったら鋸波のキャリア波から三角波のキャリア波に切り替える。回転機１５の回転速度が減少する速度変化の場合、すなわち印加電圧の低下時には、回転機１５の回転速度が切替回転速度Ｎ１－１０％未満となったら、三角波のキャリア波から鋸波のキャリア波に切り替える。三角波のキャリア波と鋸波のキャリア波とを切り替える回転速度を加速時と減速時とで異ならせることで、切替回転速度Ｎ１を跨ぐ回転速度の変動が多く発生する状況において、キャリア波の波形が頻繁に変化することに起因する誤動作を防止することができる。また、パルス幅変調制御部１１による制御処理を安定させることができる。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the number of times of switching per unit time and the rotation speed of the rotating machine in the pulse width modulation control device according to the second modification of the first embodiment. In FIG. 6 , the vertical axis indicates the number of switching times of the inverter 13 per unit time, and the horizontal axis indicates the rotation speed of the
実施の形態１の第３の変形例に係るパルス幅変調制御装置１は、パルス幅変調制御装置１の製造日といった基準時刻の情報が記憶部１２０に記憶されている。経年変化により、グリスの物性が変化して最小油膜厚さｈｃが小さくなると、絶縁破壊が生じやすくなり、電食が進行する。実施の形態１の第３の変形例に係るパルス幅変調制御装置１のキャリア切替部１１４は、基準時から一定時間が経過すると、切替回転速度Ｎ１を１０％増大させる。このため、基準時から一定時間が経過すると、鋸波のキャリア波で回転機１５を回転させる速度範囲が広くなり、スイッチング回数を低減して絶縁破壊による放電回数を減らすことができる。なお、一定時間が経過するごとに切替回転速度Ｎ１を増大させる処理を繰り返し行ってもよい。
In the pulse width
図７は、実施の形態１の第４の変形例に係るパルス幅変調制御装置の構成を示す図である。実施の形態１の第４の変形例に係るパルス幅変調制御装置１は、回転機１５の周囲温度を検出する温度センサ１９を備える点で、実施の形態１に係るパルス幅変調制御装置１と相違する。
7 is a diagram showing a configuration of a pulse width modulation control apparatus according to a fourth modification of the first embodiment; FIG. The pulse width
回転機１５の周囲温度が上昇すると、ベアリング内部のグリスの粘度が低下する。グリスの粘度が低下すると、上記式（１）により、最小油膜厚さｈｃが小さくなるため、絶縁破壊が生じやすくなり、電食が進行する。実施の形態１の第４の変形例に係るパルス幅変調制御装置１は、回転機１５の周囲温度が基準温度よりも上昇した場合には、切替回転速度Ｎ１よりも高い回転速度において三角波のキャリア波と鋸波のキャリア波とを切り替える。これにより、回転機１５の周囲温度が基準温度よりも高い場合には、鋸波のキャリア波で回転機１５を回転させる速度範囲が広くなり、スイッチング回数を低減して絶縁破壊による放電回数を減らすことができる。
As the ambient temperature of the rotating
実施の形態２．
図８は、実施の形態２に係るパルス幅変調制御装置の構成を示す図である。実施の形態２に係るパルス幅変調制御装置１は、パルス幅変調制御部１１がキャリア調整部１１７を備える点で実施の形態１に係るパルス幅変調制御装置１と相違する。キャリア調整部１１７は、回転速度取得部１１１が取得した状態値に基づいて鋸波のキャリア波及び三角波のキャリア波の周波数を切り替える。実施の形態２に係るパルス幅変調制御装置１は、キャリア波の波形だけでなく、キャリア周波数を回転機１５の回転速度に合わせて変化させる。
Embodiment 2.
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a pulse width modulation control device according to Embodiment 2. FIG. The pulse width
図９は、実施の形態２に係るパルス幅変調制御装置のキャリア波の周波数と回転機の回転速度との関係を示す図である。図９中の実線の縦軸は、単位時間当たりのスイッチング回数を示し、図９中の破線の縦軸は、キャリア周波数を示す。回転機１５の回転速度が切替回転速度Ｎ１以上では、キャリア切替部１１４は、三角波のキャリア波を比較器１１６へ出力する。さらに、キャリア調整部１１７は、切替回転速度Ｎ１以上の速度領域において、回転速度がＮ１の時のキャリア周波数ｆｃｍｉｎから回転速度の増大に伴ってキャリア周波数をｆｃｍａｘまで徐々に増大させる。一方、回転機１５の回転速度が切替回転速度Ｎ１未満では、キャリア切替部１１４は、鋸波のキャリア波を比較器１１６へ出力する。さらに、キャリア調整部１１７は、切替回転速度Ｎ１未満の速度領域において、回転速度がＮ１の時のキャリア周波数ｆｃｍａｘから回転速度の低下に伴ってキャリア周波数をｆｃｍｉｎまで徐々に減少させる。
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the frequency of the carrier wave and the rotation speed of the rotating machine in the pulse width modulation control device according to the second embodiment. The vertical axis of the solid line in FIG. 9 indicates the number of times of switching per unit time, and the vertical axis of the broken line in FIG. 9 indicates the carrier frequency. When the rotation speed of rotating
なお、キャリア周波数の変化は、回転速度に対して線形でなくてもよい。図１０は、実施の形態２の第１の変形例に係るパルス幅変調制御装置のキャリア波の周波数と回転機の回転速度との関係を示す図である。キャリア調整部１１７は、切替回転速度Ｎ１以上の速度領域において、回転速度がＮ１の時のキャリア周波数ｆｃｍｉｎから回転速度の増大に伴ってキャリア周波数をｆｃｍａｘまで徐々に増大させる。このとき、回転速度が高いほど、速度変化に対するキャリア周波数の変動量が大きくなっている。また、キャリア調整部１１７は、切替回転速度Ｎ１未満の速度領域において、回転速度がＮ１の時のキャリア周波数ｆｃｍａｘから回転速度の減少に伴ってキャリア周波数をｆｃｍｉｎまで徐々に減少させる。このとき、回転速度が高いほど、速度変化に対するキャリア周波数の変動量が大きくなっている。 Note that the change in carrier frequency does not have to be linear with respect to the rotational speed. FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the frequency of the carrier wave and the rotation speed of the rotating machine in the pulse width modulation control device according to the first modification of the second embodiment. The carrier adjustment unit 117 gradually increases the carrier frequency from the carrier frequency fcmin when the rotation speed is N1 to fcmax as the rotation speed increases in a speed range equal to or higher than the switching rotation speed N1. At this time, the higher the rotational speed, the greater the carrier frequency variation with respect to the speed change. Further, in a speed region below the switching rotation speed N1, the carrier adjustment unit 117 gradually decreases the carrier frequency from fcmax when the rotation speed is N1 to fcmin as the rotation speed decreases. At this time, the higher the rotational speed, the greater the carrier frequency variation with respect to the speed change.
図１１は、実施の形態２の第２の変形例に係るパルス幅変調制御装置のキャリア波の周波数と回転機の回転速度との関係を示す図である。キャリア調整部１１７は、切替回転速度Ｎ１以上の速度領域において、回転速度がＮ１の時のキャリア周波数ｆｃｍｉｎから回転速度の増大に伴ってキャリア周波数をｆｃｍａｘまで段階的に増大させる。キャリア調整部１１７は、切替回転速度Ｎ１未満の速度領域において、回転速度がＮ１の時のキャリア周波数ｆｃｍａｘから回転速度の減少に伴ってキャリア周波数をｆｃｍｉｎまで段階的に減少させる。 FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the frequency of the carrier wave and the rotation speed of the rotating machine in the pulse width modulation control device according to the second modification of the second embodiment. The carrier adjustment unit 117 increases the carrier frequency stepwise from the carrier frequency fcmin when the rotational speed is N1 to fcmax as the rotational speed increases in a speed region equal to or higher than the switching rotational speed N1. The carrier adjustment unit 117 gradually decreases the carrier frequency from the carrier frequency fcmax when the rotation speed is N1 to fcmin as the rotation speed decreases in the speed region below the switching rotation speed N1.
回転速度の変動に対してキャリア周波数を線形に変化させると、キャリア調整部１１７の計算負荷が高くなる。実施の形態２の第２の変形例に係るパルス幅変調制御装置１は、回転速度の変動に対してキャリア周波数を線形に変化させるための計算が不要であるため、キャリア調整部１１７の計算負荷を低減できる。また、マイクロコントローラを用いないハードウェア構成でもパルス幅変調制御部１１を構成することが可能となる。
If the carrier frequency is changed linearly with respect to the fluctuation of the rotation speed, the calculation load of the carrier adjusting section 117 will be increased. Since the pulse width
電食という現象は未だ理論的に未解明の部分もあり、回転機１５の構造又は回転機１５が接続される負荷によっては、非線形に変化させた方が電食を抑制する効果が大きい可能性もある。実施の形態２の第１の変形例及び第２の変形例は、単位時間あたりのスイッチング回数と電食の関係が何らかの理由で線形では無い場合に有効である。また、実施の形態２の第２の変形例に係るパルス幅変調制御装置１は、回転速度の変動に対して、キャリア周波数を線形に変化させることが困難な場合、または線形に変化させる必要が無い場合に有効である。
The phenomenon of electrolytic corrosion is still partially unexplained theoretically, and depending on the structure of the rotating
実施の形態２に係るパルス幅変調制御装置１は、三角波のキャリア波及び鋸波のキャリア波のそれぞれの周波数を、回転機１５の回転速度の増減に合わせて増減させるため、回転機１５の回転速度範囲が広く、キャリア周波数を一定にしたままでは効果的な電食抑制効果が得られない場合でも、電食抑制効果が得られる。
Since the pulse width
上記の実施の形態１及び実施の形態２に係るパルス幅変調制御装置１のパルス幅変調制御部１１の機能は、処理回路により実現される。処理回路は、専用のハードウェアであっても、記憶装置に格納されるプログラムを実行する処理装置であってもよい。パルス幅変調制御部１１には、マイクロコントローラを適用可能であるが、これに限定されない。
The function of the pulse width
処理回路が専用のハードウェアである場合、処理回路は、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、特定用途向け集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ、又はこれらを組み合わせたものが該当する。図１２は、実施の形態１又は実施の形態２に係るパルス幅変調制御装置のパルス幅変調制御部の機能をハードウェアで実現した構成を示す図である。処理回路３９には、パルス幅変調制御部１１の機能を実現する論理回路３９ａが組み込まれている。
If the processing circuit is dedicated hardware, it may be a single circuit, multiple circuits, a programmed processor, a parallel programmed processor, an application specific integrated circuit, a field programmable gate array, or any combination thereof. is applicable. FIG. 12 is a diagram showing a configuration in which the functions of the pulse width modulation control section of the pulse width modulation control device according to
処理回路３９が処理装置の場合、パルス幅変調制御部１１の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。
When the
図１３は、実施の形態１又は実施の形態２に係るパルス幅変調制御装置のパルス幅変調制御部をソフトウェアで実現した構成を示す図である。処理回路３９は、プログラム３９ｂを実行するプロセッサ３９１と、プロセッサ３９１がワークエリアに用いるランダムアクセスメモリ３９２と、プログラム３９ｂを記憶する記憶装置３９３を有する。記憶装置３９３に記憶されているプログラム３９ｂをプロセッサ３９１がランダムアクセスメモリ３９２上に展開し、実行することにより、パルス幅変調制御部１１の機能が実現される。ソフトウェア又はファームウェアはプログラム言語で記述され、記憶装置３９３に格納される。プロセッサ３９１は、中央処理装置を例示できるがこれに限定はされない。記憶装置３９３は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、又はＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）といった半導体メモリを適用できる。半導体メモリは、不揮発性メモリでもよいし揮発性メモリでもよい。また記憶装置３９３は、半導体メモリ以外にも、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク又はＤＶＤ（Digital Versatile Disc）を適用できる。なお、プロセッサ３９１は、演算結果といったデータを記憶装置３９３に出力して記憶させてもよいし、ランダムアクセスメモリ３９２を介して不図示の補助記憶装置に当該データを記憶させてもよい。
FIG. 13 is a diagram showing a configuration in which the pulse width modulation control unit of the pulse width modulation control device according to the first or second embodiment is realized by software. The
処理回路３９は、記憶装置３９３に記憶されたプログラム３９ｂを読み出して実行することにより、パルス幅変調制御部１１の機能を実現する。プログラム３９ｂは、パルス幅変調制御部１１の機能を実現する手順及び方法をコンピュータに実行させるものであるとも言える。
The
なお、処理回路３９は、パルス幅変調制御部１１の機能の一部を専用のハードウェアで実現し、パルス幅変調制御部１１の機能の一部をソフトウェア又はファームウェアで実現するようにしてもよい。
The
このように、処理回路３９は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。
Thus, the
以上の実施の形態に示した構成は、内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。 The configuration shown in the above embodiment shows an example of the contents, and it is possible to combine it with another known technique, and part of the configuration is omitted or changed without departing from the scope. is also possible.
１ パルス幅変調制御装置、１１ パルス幅変調制御部、１２ ゲートドライブ回路、１３ インバータ、１４ 直流電源、１５ 回転機、１９ 温度センサ、３９ 処理回路、３９ａ 論理回路、３９ｂ プログラム、１１１ 回転速度取得部、１１２ 三角波生成部、１１３ 鋸波生成部、１１４ キャリア切替部、１１５ 速度指令部、１１６ 比較器、１１７ キャリア調整部、１２０ 記憶部、３９１ プロセッサ、３９２ ランダムアクセスメモリ、３９３ 記憶装置、４１１ 印加電圧取得部。
1 Pulse Width
Claims (6)
三角波のキャリア波を生成する三角波生成部と、
鋸波のキャリア波を生成する鋸波生成部と、
速度指令を出力する速度指令部と、
前記三角波のキャリア波と前記鋸波のキャリア波とを切り替える判断に用いる基準値を記憶する記憶部と、
前記三角波のキャリア波又は前記鋸波のキャリア波と前記速度指令とを比較してゲートドライブ信号を生成する比較器と、
前記三角波のキャリア波及び前記鋸波のキャリア波のいずれを前記比較器に入力するかを、前記状態値と前記基準値との比較結果に基づいて切り替えるキャリア切替部とを備えたパルス幅変調制御部と、
前記ゲートドライブ信号によりスイッチング動作を行い、交流の駆動電力を前記回転機に供給するインバータとを有し、
前記状態値及び前記基準値は、前記回転機の回転速度を示す値であり、
前記キャリア切替部は、前記状態値が前記基準値以上であれば、前記三角波のキャリア波を前記比較器に入力し、前記状態値が前記基準値未満であれば、前記鋸波のキャリア波を前記比較器に入力し、
前記回転機の回転速度が速くなるほど前記回転機の回転速度の変化量に対する周波数の変化量が大きくなるように、前記三角波のキャリア波及び前記鋸波のキャリア波のそれぞれの周波数を、前記回転機の回転速度の増減に合わせて連続的に変化させて増減させることを特徴とするパルス幅変調制御装置。 a state acquisition unit that acquires a state value indicating the operating state of the rotating machine;
a triangular wave generator that generates a triangular carrier wave;
a sawtooth wave generator for generating a sawtooth carrier wave;
a speed command unit that outputs a speed command;
a storage unit that stores a reference value used for determining switching between the triangular carrier wave and the sawtooth carrier wave;
a comparator that compares the triangular carrier wave or the sawtooth carrier wave with the speed command to generate a gate drive signal;
pulse width modulation control, comprising a carrier switching unit that switches which of the triangular carrier wave and the sawtooth carrier wave to be input to the comparator based on the result of comparison between the state value and the reference value. Department and
an inverter that performs a switching operation according to the gate drive signal and supplies AC drive power to the rotating machine ;
The state value and the reference value are values indicating the rotation speed of the rotating machine,
The carrier switching unit inputs the triangular carrier wave to the comparator if the state value is equal to or greater than the reference value, and inputs the sawtooth carrier wave if the state value is less than the reference value. input to the comparator;
The frequency of each of the triangular carrier wave and the sawtooth carrier wave is adjusted to the rotating machine so that the higher the rotational speed of the rotating machine, the greater the amount of change in frequency with respect to the amount of change in the rotational speed of the rotating machine. A pulse width modulation control device characterized by continuously changing and increasing or decreasing according to the increase or decrease of the rotational speed of the .
三角波のキャリア波を生成する三角波生成部と、 a triangular wave generator that generates a triangular carrier wave;
鋸波のキャリア波を生成する鋸波生成部と、 a sawtooth wave generator for generating a sawtooth carrier wave;
速度指令を出力する速度指令部と、 a speed command unit that outputs a speed command;
前記三角波のキャリア波と前記鋸波のキャリア波とを切り替える判断に用いる基準値を記憶する記憶部と、 a storage unit that stores a reference value used for determining switching between the triangular carrier wave and the sawtooth carrier wave;
前記三角波のキャリア波又は前記鋸波のキャリア波と前記速度指令とを比較してゲートドライブ信号を生成する比較器と、 a comparator that compares the triangular carrier wave or the sawtooth carrier wave with the speed command to generate a gate drive signal;
前記三角波のキャリア波及び前記鋸波のキャリア波のいずれを前記比較器に入力するかを、前記状態値と前記基準値との比較結果に基づいて切り替えるキャリア切替部とを備えたパルス幅変調制御部と、 pulse width modulation control, comprising a carrier switching unit that switches which of the triangular carrier wave and the sawtooth carrier wave to be input to the comparator based on the result of comparison between the state value and the reference value. Department and
前記ゲートドライブ信号によりスイッチング動作を行い、交流の駆動電力を前記回転機に供給するインバータとを有し、 an inverter that performs a switching operation according to the gate drive signal and supplies AC drive power to the rotating machine;
前記状態値及び前記基準値は、前記回転機の回転速度を示す値であり、 The state value and the reference value are values indicating the rotation speed of the rotating machine,
前記キャリア切替部は、前記回転機の減速時には、前記状態値が前記基準値よりも一定量低い回転速度未満となったら前記比較器に入力するキャリア波を前記三角波のキャリア波から前記鋸波のキャリア波に変更し、前記回転機の加速時には、前記状態値が前記基準値よりも一定量高い回転速度以上になったら前記比較器に入力するキャリア波を前記鋸波のキャリア波から前記三角波のキャリア波に変更し、 During deceleration of the rotating machine, the carrier switching unit changes the carrier wave to be input to the comparator from the triangular carrier wave to the sawtooth wave when the state value becomes less than the rotational speed lower than the reference value by a predetermined amount. When the rotating machine is accelerated, the carrier wave to be input to the comparator is changed from the sawtooth wave carrier wave to the triangular wave when the state value exceeds the rotational speed higher than the reference value by a certain amount. change to carrier wave,
前記回転機の回転速度が速くなるほど前記回転機の回転速度の変化量に対する周波数の変化量が大きくなるように、前記三角波のキャリア波及び前記鋸波のキャリア波のそれぞれの周波数を、前記回転機の回転速度の増減に合わせて連続的に変化させて増減させることを特徴とするパルス幅変調制御装置。 The frequency of each of the triangular carrier wave and the sawtooth carrier wave is adjusted to the rotating machine so that the higher the rotational speed of the rotating machine, the greater the amount of change in frequency with respect to the amount of change in the rotational speed of the rotating machine. A pulse width modulation control device characterized by continuously changing and increasing or decreasing according to the increase or decrease of the rotational speed of the.
三角波のキャリア波を生成する三角波生成部と、 a triangular wave generator that generates a triangular carrier wave;
鋸波のキャリア波を生成する鋸波生成部と、 a sawtooth wave generator for generating a sawtooth carrier wave;
速度指令を出力する速度指令部と、 a speed command unit that outputs a speed command;
前記三角波のキャリア波と前記鋸波のキャリア波とを切り替える判断に用いる基準値を記憶する記憶部と、 a storage unit that stores a reference value used for determining switching between the triangular carrier wave and the sawtooth carrier wave;
前記三角波のキャリア波又は前記鋸波のキャリア波と前記速度指令とを比較してゲートドライブ信号を生成する比較器と、 a comparator that compares the triangular carrier wave or the sawtooth carrier wave with the speed command to generate a gate drive signal;
前記三角波のキャリア波及び前記鋸波のキャリア波のいずれを前記比較器に入力するかを、前記状態値と前記基準値との比較結果に基づいて切り替えるキャリア切替部とを備えたパルス幅変調制御部と、 pulse width modulation control, comprising a carrier switching unit that switches which of the triangular carrier wave and the sawtooth carrier wave to be input to the comparator based on the result of comparison between the state value and the reference value. Department and
前記ゲートドライブ信号によりスイッチング動作を行い、交流の駆動電力を前記回転機に供給するインバータとを有し、 an inverter that performs a switching operation according to the gate drive signal and supplies AC drive power to the rotating machine;
前記状態値及び前記基準値は、前記回転機に供給する印加電圧の大きさを示す値であり、 The state value and the reference value are values indicating the magnitude of the applied voltage supplied to the rotating machine,
前記キャリア切替部は、前記状態値が前記基準値以上であれば、前記三角波のキャリア波を前記比較器に入力し、前記状態値が前記基準値未満であれば、前記鋸波のキャリア波を前記比較器に入力し、 The carrier switching unit inputs the triangular carrier wave to the comparator if the state value is equal to or greater than the reference value, and inputs the sawtooth carrier wave if the state value is less than the reference value. input to the comparator;
前記印加電圧が高くなるほど前記印加電圧の変化量に対する周波数の変化量が大きくなるように、前記三角波のキャリア波及び前記鋸波のキャリア波のそれぞれの周波数を、前記印加電圧の増減に合わせて連続的に変化させて増減させることを特徴とするパルス幅変調制御装置。 The frequency of each of the triangular carrier wave and the sawtooth carrier wave is set continuously according to the increase and decrease of the applied voltage so that the frequency change amount with respect to the change amount of the applied voltage increases as the applied voltage increases. A pulse width modulation control device characterized by dynamically changing and increasing or decreasing the pulse width modulation.
三角波のキャリア波を生成する三角波生成部と、 a triangular wave generator that generates a triangular carrier wave;
鋸波のキャリア波を生成する鋸波生成部と、 a sawtooth wave generator for generating a sawtooth carrier wave;
速度指令を出力する速度指令部と、 a speed command unit that outputs a speed command;
前記三角波のキャリア波と前記鋸波のキャリア波とを切り替える判断に用いる基準値を記憶する記憶部と、 a storage unit that stores a reference value used for determining switching between the triangular carrier wave and the sawtooth carrier wave;
前記三角波のキャリア波又は前記鋸波のキャリア波と前記速度指令とを比較してゲートドライブ信号を生成する比較器と、 a comparator that compares the triangular carrier wave or the sawtooth carrier wave with the speed command to generate a gate drive signal;
前記三角波のキャリア波及び前記鋸波のキャリア波のいずれを前記比較器に入力するかを、前記状態値と前記基準値との比較結果に基づいて切り替えるキャリア切替部とを備えたパルス幅変調制御部と、 pulse width modulation control, comprising a carrier switching unit that switches which of the triangular carrier wave and the sawtooth carrier wave to be input to the comparator based on the result of comparison between the state value and the reference value. Department and
前記ゲートドライブ信号によりスイッチング動作を行い、交流の駆動電力を前記回転機に供給するインバータとを有し、 an inverter that performs a switching operation according to the gate drive signal and supplies AC drive power to the rotating machine;
前記状態値及び前記基準値は、前記回転機に供給する印加電圧の大きさを示す値であり、 The state value and the reference value are values indicating the magnitude of the applied voltage supplied to the rotating machine,
前記キャリア切替部は、前記印加電圧の低下時には、前記状態値が前記基準値よりも一定量低い電圧未満となったら前記比較器に入力するキャリア波を前記三角波のキャリア波から前記鋸波のキャリア波に変更し、前記印加電圧の増大時には、前記状態値が前記基準値よりも一定量高い電圧以上になったら前記比較器に入力するキャリア波を前記鋸波のキャリア波から前記三角波のキャリア波に変更し、 When the applied voltage is lowered, the carrier switching section switches the carrier wave input to the comparator from the triangular carrier wave to the sawtooth carrier wave when the state value becomes less than a voltage lower than the reference value by a predetermined amount. When the applied voltage is increased, the carrier wave input to the comparator is changed from the sawtooth carrier wave to the triangular carrier wave when the state value becomes a voltage higher than the reference value by a certain amount or more. change to
前記印加電圧が高くなるほど前記印加電圧の変化量に対する周波数の変化量が大きくなるように、前記三角波のキャリア波及び前記鋸波のキャリア波のそれぞれの周波数を、前記印加電圧の増減に合わせて連続的に変化させて増減させることを特徴とするパルス幅変調制御装置。 The frequency of each of the triangular carrier wave and the sawtooth carrier wave is set continuously according to the increase and decrease of the applied voltage so that the frequency change amount with respect to the change amount of the applied voltage increases as the applied voltage increases. A pulse width modulation control device characterized by dynamically changing and increasing or decreasing the pulse width modulation.
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