JPH04265695A - Controller for pwm inverter - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To control the temperature of a power element appropriately by controlling the hysteresis width when the temperature of the power element exceeds a predetermined level in a current control type PWM inverter wherein switching frequency increases if the hysteresis width for turning the current ON/OFF is short and the temperature of the power element increases although the noise is low. CONSTITUTION:Output from a temperature detector 6 is fed to a CPU 8 where an appropriate hysteresis width 11 is determined and fed, together with a current error I, to a hysteresis comparator 10 which then produces switching signals PH, PL for realizing the hysteresis width H.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【０００１】0001

【産業上の利用分野】本発明は交流電動機の可変速運転
に用いられるＰＷＭインバータの制御装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control device for a PWM inverter used for variable speed operation of an AC motor.

【０００２】0002

【従来の技術】インバータが出力するモータ電流を検出
し、この検出値と電流指令値をヒステリシスコンパレー
タで比較し、このヒステリシスコンパレータの出力によ
りスイッチング素子を動作させるＰＷＭインバータの制
御方式（以下、電流制御方式と略す）の従来例について
以下述べる。以下の電流制御方式の説明では、三相の内
一相分だけについて説明し、他の二相分については等価
であるので省略する。[Prior Art] A PWM inverter control method (hereinafter referred to as current control) that detects a motor current output by an inverter, compares this detected value with a current command value using a hysteresis comparator, and operates switching elements based on the output of this hysteresis comparator. A conventional example of this method (abbreviated as "method") will be described below. In the following explanation of the current control method, only one of the three phases will be explained, and the other two phases will be omitted because they are equivalent.

【０００３】図３は、三相交流電動機１とＰＷＭインバ
ータ２の接続図である。交流電動機１に流れるモータ電
流Ｉは電流検出器３を介して検出される。電流制御方式
では、図４に示すように、このモータ電流の検出値ＩＳ
と電流指令値ＩＲをヒステリシスコンパレータ４で比較
する。ここで、指令値と検出値の電流誤差ΔＩを以下の
ように定義する。FIG. 3 is a connection diagram of a three-phase AC motor 1 and a PWM inverter 2. A motor current I flowing through the AC motor 1 is detected via a current detector 3. In the current control method, as shown in FIG.
A hysteresis comparator 4 compares the current command value IR with the current command value IR. Here, the current error ΔI between the command value and the detected value is defined as follows.

【０００４】0004

【数１】[Math 1]

【０００５】この電流誤差ΔＩがヒステリシス幅の上限
値Ｈ以上になれば、ヒステリシスコンパレータ４は出力
信号ＶＯをオフ信号に切り換え、下限値−Ｈ以下になれ
ば出力信号ＶＯをオン信号に切り換える。図３に示すイ
ンバータのパワー素子ＳＨについては、この出力信号Ｖ
Ｏをそのままスイッチング信号ＰＨとして用い、パワー
素子ＳＬについては、反転器５により反転したものをス
イッチング信号ＰＬとして用いる。このときの電流指令
値ＩＲとモータ電流Ｉの関係を示したのが図５であり、
電流の正の向きは交流電動機に流れ込む方向としている
。電流誤差ΔＩがヒステリシス幅の上限値Ｈ以上になっ
て、先に示したように図３のパワー素子ＳＨがオフ、Ｓ
Ｌオンになれば、モータ電流Ｉの正方向とは逆向きの電
圧が交流電動機に印加され、モータ電流Ｉは減少を始め
る。やがて、モータ電流Ｉが電流指令値ＩＲ以下となり
、電流誤差ΔＩがヒステリシス幅の下限値−Ｈ以下にな
ったとき、図３のパワー素子ＳＨがオン、ＳＬがオフに
なり、モータ電流Ｉの正方向と同じ向きの電圧が交流電
動機に印加され、モータ電流Ｉは増加を始める。以上の
過程を繰り返し、モータ電流Ｉはヒステリシス幅内でぎ
ざぎざを描きながら電流指令ＩＲに追従する。When this current error ΔI exceeds the upper limit H of the hysteresis width, the hysteresis comparator 4 switches the output signal VO to an OFF signal, and when it becomes below the lower limit -H, switches the output signal VO to an ON signal. Regarding the power element SH of the inverter shown in FIG. 3, this output signal V
0 is used as is as the switching signal PH, and for the power element SL, the signal inverted by the inverter 5 is used as the switching signal PL. Figure 5 shows the relationship between the current command value IR and the motor current I at this time.
The positive direction of current is the direction in which it flows into the AC motor. When the current error ΔI exceeds the upper limit value H of the hysteresis width, the power element SH in FIG.
When L is turned on, a voltage in the opposite direction to the positive direction of the motor current I is applied to the AC motor, and the motor current I begins to decrease. Eventually, when the motor current I becomes less than the current command value IR and the current error ΔI becomes less than the lower limit value of the hysteresis width -H, the power element SH in FIG. A voltage in the same direction is applied to the AC motor, and the motor current I begins to increase. By repeating the above process, the motor current I follows the current command IR in a jagged manner within the hysteresis width.

【０００６】[0006]

【発明が解決しようとする課題】電流制御方式では、電
流ぎざぎざの平均スイッチング周波数は、負荷が同じで
あれば、ヒステリシス幅が大きくなるほど低くなる。こ
の様子を図６に示す。ヒステリシス幅を小さくして平均
スイッチング周波数を高くすれば、電流の歪率・位相遅
れは小さくなり、電磁騒音も可聴帯域外にして電動機騒
音を低減することも可能であるが、パワー素子の発熱は
増加する。このようなトレードオフの関係の中でヒステ
リシス幅を決定するわけであるが、パワー素子を破壊し
ないためには、パワー素子の温度を許容範囲内で使用す
ることが第１の条件となる。しかし、パワー素子の温度
と発熱量、平均スイッチング周波数、ヒステリシス幅の
関係を定量的に示すことは、負荷や放熱、環境等の条件
が一定でなければ困難であり、ヒステリシス幅を定量的
に決定するのも困難である。In the current control method, the average switching frequency of the current jag becomes lower as the hysteresis width becomes larger, provided the load is the same. This situation is shown in FIG. If the hysteresis width is reduced and the average switching frequency is increased, the current distortion rate and phase delay will be reduced, and it is also possible to move electromagnetic noise out of the audible band and reduce motor noise, but the heat generation of the power element To increase. The hysteresis width is determined based on such a trade-off relationship, and the first condition for not destroying the power device is to use the power device at a temperature within an allowable range. However, it is difficult to quantitatively demonstrate the relationship between power element temperature, heat generation, average switching frequency, and hysteresis width unless conditions such as load, heat dissipation, and environment are constant, and the hysteresis width is quantitatively determined. It is also difficult to do so.

【０００７】さらに上記の従来の構成では、ヒステリシ
ス幅Ｈが一定であるので最初にその値に決めてしまうと
、負荷や環境の変化に対応できずパワー素子が熱破壊す
る可能性がある。Furthermore, in the above-mentioned conventional configuration, the hysteresis width H is constant, so if that value is initially determined, the power element may not be able to cope with changes in load or environment and may be thermally destroyed.

【０００８】本発明は、上記従来の問題点を解決するも
ので、パワー素子の温度が設定値以上になったとき、ヒ
ステリシス幅を制御してパワー素子の温度を制限するＰ
ＷＭインバータの制御装置を提供することを目的とする
。[0008] The present invention solves the above-mentioned conventional problems. When the temperature of the power element exceeds a set value, the hysteresis width is controlled to limit the temperature of the power element.
An object of the present invention is to provide a control device for a WM inverter.

【０００９】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明のＰＷＭインバータの制御装置は、パワー素子
の温度を検出し、その温度が設定値以上になったとき、
モータ電流のヒステリシス幅を制御する手段を備えてい
る。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the PWM inverter control device of the present invention detects the temperature of a power element, and when the temperature exceeds a set value,
A means for controlling the hysteresis width of the motor current is provided.

【００１０】0010

【作用】この構成によって、パワー素子が設定以上の温
度になったとき、温度が温度指令値と一致するように電
流のヒステリシス幅を制御するため、パワー素子を熱破
壊することなくＰＷＭインバータを運転できる。[Operation] With this configuration, when the power element reaches a temperature higher than the set value, the current hysteresis width is controlled so that the temperature matches the temperature command value, so the PWM inverter operates without thermally destroying the power element. can.

【００１１】[0011]

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
しながら説明する。図１において、６は温度検出器、７
はＡＤ変換器、８はＣＰＵ、９はＤＡ変換器、１０はヒ
ステリシスコンパレータ、１１はＤＡ変換器、１２は減
算器、１３は反転器である。図１において、パワー素子
に温度検出器６を取り付けＡＤ変換器７を介して温度検
出値ＴＳをＣＰＵ８へ入力する。ＣＰＵ８内で、温度検
出値ＴＳが設定温度ＴＯ以上であるか判断し、設定温度
ＴＯ以上の場合はヒステリシス幅Ｈを以下の式によって
計算する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In FIG. 1, 6 is a temperature sensor, 7
is an AD converter, 8 is a CPU, 9 is a DA converter, 10 is a hysteresis comparator, 11 is a DA converter, 12 is a subtracter, and 13 is an inverter. In FIG. 1, a temperature detector 6 is attached to the power element and a detected temperature value TS is inputted to the CPU 8 via an AD converter 7. The CPU 8 determines whether the detected temperature value TS is equal to or higher than the set temperature TO, and if it is equal to or higher than the set temperature TO, the hysteresis width H is calculated using the following formula.

【００１２】0012

【数２】[Math 2]

【００１３】ただし、 ΔＴ：温度誤差 ＴＲ：温度指令値 ＨＯ：ヒステリシス幅初期値 ＫＰ，ＫＩ：定数 ε：正の定数 なお、温度指令値ＴＲは設定温度ＴＯと等しい場合もあ
る。However, ΔT: Temperature error TR: Temperature command value HO: Hysteresis width initial value KP, KI: Constant ε: Positive constant Note that the temperature command value TR may be equal to the set temperature TO.

【００１４】（数２）で求められるヒステリシス幅Ｈを
ＤＡ変換器９を介してヒステリシスコンパレータ１０に
入力する。一方電流指令値ＩＲは、ＤＡ変換器１１によ
りアナログ信号に変換し、モータ電流の検出値ＩＳと共
に減算器１２に入力する。減算器１２では、（数１）の
演算を行い、電流誤差ΔＩを出力する。この電流誤差Δ
Ｉをヒステリシス幅Ｈ、基準電圧零のヒステリシスコン
パレータ１０に入力する。このヒステリシスコンパレー
タ１０は、電流誤差ΔＩがヒステリシス幅の上限値Ｈ以
上になったときは出力ＶＯをオフ信号、下限値−Ｈ以下
になったときは出力ＶＯをオン信号に切り換える。図３
のパワー素子ＳＨについては、このコンパレータ１０の
出力をそのままスイッチング信号ＰＨとして用い、パワ
ー素子ＳＬについては、反転器１３で出力ＶＯを反転し
たものをスイッチング信号ＰＬとして用いる。重い負荷
状況のインバータにおいて以上の方法で、温度制御を行
った場合のパワー素子の温度上昇の様子を図２の実線に
示す。破線は温度制御を行わない場合の温度上昇である
。温度制御によってパワー素子の過度の温度上昇は防止
され温度指令値ＴＲと一致する温度になる。The hysteresis width H determined by equation (2) is input to the hysteresis comparator 10 via the DA converter 9. On the other hand, the current command value IR is converted into an analog signal by the DA converter 11, and is input to the subtracter 12 together with the motor current detection value IS. The subtracter 12 performs the calculation (Equation 1) and outputs the current error ΔI. This current error Δ
I is input to a hysteresis comparator 10 with a hysteresis width H and a reference voltage of zero. The hysteresis comparator 10 switches the output VO to an OFF signal when the current error ΔI exceeds the upper limit value H of the hysteresis width, and switches the output VO to an ON signal when the current error ΔI becomes lower than the lower limit value −H. Figure 3
For the power element SH, the output of the comparator 10 is used as is as the switching signal PH, and for the power element SL, the output VO inverted by the inverter 13 is used as the switching signal PL. The solid line in FIG. 2 shows how the temperature of the power element increases when the temperature is controlled using the above method in an inverter under heavy load. The broken line shows the temperature rise when no temperature control is performed. The temperature control prevents excessive temperature rise of the power element and brings the temperature to match the temperature command value TR.

【００１５】[0015]

【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明は、
電流制御方式を用いたＰＷＭインバータの制御装置にお
いて、パワー素子の温度を検出し、その温度が設定値以
上になったとき、パワー素子の温度が温度指令値と一致
するようにヒステリシス幅を制御することにより、最適
なヒステリシス幅でパワー素子を熱破壊することなくＰ
ＷＭインバータを運転できる優れたＰＷＭインバータの
制御装置が実現できるものである。[Effects of the Invention] As is clear from the above explanation, the present invention has the following advantages:
In a PWM inverter control device using a current control method, the temperature of the power element is detected, and when the temperature exceeds a set value, the hysteresis width is controlled so that the temperature of the power element matches the temperature command value. By doing so, P
An excellent PWM inverter control device capable of operating a WM inverter can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図１】本発明の一実施例におけるＰＷＭインバータの
制御装置のブロック図FIG. 1 is a block diagram of a control device for a PWM inverter in an embodiment of the present invention.

【図２】本発明の制御装置のパワー素子の温度上昇を示
す図FIG. 2 is a diagram showing the temperature rise of the power element of the control device of the present invention.

【図３】三相交流電動機とＰＷＭインバータとの接続図
[Figure 3] Connection diagram between three-phase AC motor and PWM inverter

【図４】従来の電流制御を行うヒステリシスコンパレー
タの図[Figure 4] Diagram of a hysteresis comparator that performs conventional current control

【図５】電流指令値とインバータの出力電流との関係を
示す図[Figure 5] Diagram showing the relationship between current command value and inverter output current

【図６】ヒステリシス幅によってスイッチング周波数が
変化するのを説明する図[Figure 6] Diagram explaining how the switching frequency changes depending on the hysteresis width

【符号の説明】[Explanation of symbols]

６　　　　　　温度検出器 １０　　　　ヒステリシスコンパレータ１２　　　　減
算器 １３　　　　反転器 ＩＲ　　　　電流指令値 ＩＳ　　　　電流値（モータ電流検出値）Ｈ（Ｄ，Ａ）
　　　　許容ヒステリシス幅（デジタル、アナログ） Δ１　　　　電流誤差　　ΔＩ＝ＩＳ−ＩＲＰＨ，ＰＬ
　　　　パワー素子開閉信号ＴＲ　　　　温度指令値 ＴＯ　　　　設定温度6 Temperature detector 10 Hysteresis comparator 12 Subtractor 13 Inverter IR Current command value IS Current value (motor current detection value) H (D, A)
Allowable hysteresis width (digital, analog) Δ1 Current error ΔI=IS-IRPH,PL
Power element opening/closing signal TR Temperature command value TO Set temperature

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】　　インバータが出力するモータ電流を検
出し、この検出値と電流指令値とをヒステリシスコンパ
レータで比較し、このヒステリシスコンパレータの出力
によりパワー素子をスイッチリング動作させるＰＷＭイ
ンバータの制御装置において、パワー素子の温度を検出
し、その温度が所定の設定値以上になったとき、パワー
素子の温度が別途定められている温度指令値に一致する
ようにヒステリシスコンパレータのヒステリシス幅を制
御することを特徴とするＰＷＭインバータの制御装置。1. A PWM inverter control device that detects a motor current output by an inverter, compares this detected value with a current command value by a hysteresis comparator, and operates a power element in a switching manner based on the output of the hysteresis comparator. The temperature of the power element is detected, and when the temperature exceeds a predetermined set value, the hysteresis width of the hysteresis comparator is controlled so that the temperature of the power element matches a separately determined temperature command value. A control device for a PWM inverter.