[发明专利]逆变器的控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及对电动机进行变速驱动的逆变器的控制装置，特别涉及具有非同步PWM（Pulse Width Modulation；脉宽调制）模式和同步PWM模式作为驱动逆变器的栅极信号的生成模式、切换两个模式生成栅极信号的控制装置。

背景技术

众所周知，永磁铁同步电动机是通过对三相定子绕组施加三相交流电压而产生旋转磁场、并且利用该旋转磁场使设置有永磁铁的转子旋转的电动机。作为用于产生对该永磁铁同步电动机的三相定子绕组施加的三相交流电压的单元，一般使用逆变器。该逆变器是将输入直流电压通过利用开关元件进行开关而转换生成交流电压的装置。该逆变器的控制装置，对于该逆变器的开关元件施加PWM脉冲作为通/断（ON/OFF）控制用的栅极信号，通过控制该栅极信号的脉冲宽度来控制使逆变器输出的交流电压的频率和振幅。

作为逆变器的控制装置中的栅极信号的生成模式，具有非同步PWM模式。该非同步PWM模式是通过使用指示应从逆变器对电动机供给的交流电压波形的电压指令和相对于该电压指令非同步的规定频率的载波进行脉宽调制来生成PWM脉冲即栅极信号的模式。在该非同步PWM模式中，逆变器的控制装置通过控制流过电动机的定子绕组的电流来控制电动机的转矩。

在用逆变器驱动永磁铁同步电动机的情况下，电动机高速旋转时，在电动机的定子绕组中产生的感应电压变高，逆变器的输出电压对于感应电压的余量减少。该结果是，不能够从逆变器对电动机供给产生转矩的电流，电动机的转矩降低。

作为用于解决该问题的一个方法，有以下说明的弱磁控制。首先，流过电动机的定子绕组的电流，能够分解为沿着朝向转子的永磁铁的N极方向的d轴的成分即d轴电流i_d和沿着与该d轴正交的q轴的成分即q轴电流i_q。此处，q轴电流i_q是在电动机中参与产生电磁转矩的电流，d轴电流i_d是参与产生磁阻转矩的电流。弱磁控制通过使负的d轴电流i_d流过电动机的定子绕组而减少因转子的旋转在定子绕组中产生的感应电压，由此增加q轴电流i_q，增加电动机的转矩。

通过进行该弱磁控制，能够一定程度上解决电动机的转速较高的区域中的转矩不足的问题。但是，弱磁控制也存在极限，电动机的转速超过一定限度时，即使在非同步PWM模式中进行弱磁控制，也会发生在高速旋转区域中不能得到期望的电动机的问题。

于是，有进行将控制装置中的栅极信号的生成模式从非同步PWM模式切换为例如单脉冲同步PWM模式的控制的情况。此处，同步PWM模式是通过使用指示应从逆变器对电动机供给的交流电压波形的电压指令和相对于该电压指令同步的载波进行脉宽调制来生成PWM脉冲即栅极信号的模式。此外，单脉冲同步PWM模式是在电压指令的一个周期中生成一个PWM脉冲的模式。在切换为该单脉冲等同步PWM模式时，能够从逆变器对电动机供给较高的基波电压，因此能够解决高速旋转区域中的转矩不足的问题。

作为公开涉及这样从非同步PWM模式切换到同步PWM模式的技术的文献，有专利文献1。在该专利文献1中，公开了在切换非同步PWM模式（专利文献1中称为正弦波控制）和单脉冲同步PWM模式（专利文献1中称为矩形波控制）中减少转矩变动的发明。概要如下所述。

（1）求出用于产生电动机所需的转矩的正弦波的电压指令的相位和振幅以及矩形波的电压指令的相位。

（2）使电压指令的相位和振幅从正弦波向矩形波同时且连续地变化。此时，电压指令是梯形波状（参照专利文献1的图4）。

（3）将上述（2）的梯形波状的电压指令与载波进行比较，生成对于逆变器的栅极信号（PWM脉冲）。

此外，如图13（对应于专利文献1的图6）所示，在高转速、高转矩区域将栅极信号的生成模式切换为单脉冲同步PWM模式（专利文献1中为矩形波控制模式）。此处，在高转速区域（图13的（a））中电动机的反电动势较高，超过逆变器的直流中间电压，容易发生转矩降低。于是，在切换线以上的范围适用单脉冲同步PWM模式。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11-285288号公报

非专利文献

非专利文献1：“交流电动机可变速驱动的基础与应用”日本电气学会编，日本CORONA出版社

发明内容

发明要解决的课题