[发明专利]逆变器控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及在整流单元的输出端子明显地连接由小容量的电容器构成的平滑单元、输出电压以交流电源频率的2倍频率大幅度脉动的逆变器控制装置，特别是涉及以任意的转速驱动无刷DC电动机等的电动机的逆变器控制装置。

背景技术

一般的驱动电动机的逆变器控制装置，对交流电源进行整流，利用平滑电容器使整流后的直流电力平滑，利用逆变器将平滑后的直流电力转换为任意的转速、电压的交流电力，将该交流电力向电动机供给。

在上述结构的情况下，由于平滑电容器是必需的，所以该平滑电容器成为现有的逆变器控制装置的大型化、成本上升的主要原因。但是，在不需要平滑电容器或大幅度使其小容量的情况下，已知整流后的直流电压产生与交流电源同步的脉动，对电动机带来转矩脉动增大或驱动效率降低等不良影响。

因此，在不需要该平滑电容器或大幅度地使其小容量化的情况下，为了减少由于直流电压的脉动对电动机造成的不良影响，提出了在达到无法得到相当于对电动机的电压指令值的逆变器输出电压的饱和状态时，将PWM信号的输出时刻提前，使逆变器输出电压的相位前进的方法（例如参照专利文献1）。

专利文献1的方法，在对逆变器施加的直流电压由于脉动而降低的情况下，通过减弱电动机的励磁磁通，限制电动机的施加电压（相当于所谓的弱磁场控制）。

但是，在专利文献1的方法中，为了减弱电动机的励磁磁通，必须流动电枢电流，因而可能会导致电枢电流增加或电动机的驱动效率降低等不良影响。

因此，提出了在不需要平滑电容器或大幅度地使其小容量化而构成的逆变器控制装置中，在限制电动机的施加电压时，通过进行电流控制使得电动机的总磁通量保持一定，弱磁场动作自然地进行，将电动机的电枢电流抑制在最小限度，减轻电动机的驱动效率的降低的方法（例如参照专利文献2）。

专利文献2的方法，通过对电动机的施加电压与由于电动机的线圈电阻引起的电压降低量（线圈电阻值×电流值）的电压差进行积分，运算电动机的总磁通（由定子侧产生的磁通与由转子侧产生的磁通的合成矢量）的量，基于磁通指令与总磁通运算值的磁通差，实施比例积分控制，以总磁通运算值为一定值（磁通指令）的方式，对应于电动机的施加电压的变化，控制作用于弱磁场动作的成分（正交二轴坐标系）的电流。

其中，在专利文献2中记载了，在高速旋转区域为了提高弱磁场控制的效果，通过随着电动机的旋转速度的上升使磁通指令降低，伴随于此保持一定的总磁通量也降低。

并且也记载了关于在专利文献2的逆变器控制装置中，由于来自电动机的再生能量，来自交流电源的输入电流出现不流动期间，输入电流的高次谐波成分增加的现象的对策。作为该对策，记载了在相当于交流电源电压的零交叉点的相位，通过降低作用于弱磁场动作的成分（正交二轴坐标系）的电流指令值，抑制交流电源电压的零交叉附近的再生动作方向的电流的方法；和在埋入磁铁磁场型的同步电动机（IPM电动机）中，使用减轻因磁场磁铁产生的感应电压的影响、提高磁阻转矩的比例的规格的电动机的方法。任一种方法都是通过降低再生能量，显示出抑制输入电流的高次谐波成分的效果。

此外，作为将电动机的电枢电流抑制到最小限度、减轻电动机的驱动效率的降低的另外的方法，在非专利文献1中提出了利用由电动机的施加电压的限制值求出的“弱磁场控制”的电流指令值、和在产生相同转矩的电流矢量中由电动机的电枢电流的振幅最小的电流相位求出的“最大转矩控制”的电流指令值的方法。在非专利文献1中提出了下述方法，比较由各个电流指令值求出的电动机的感应电压，选择感应电压更小的电流指令值（弱磁场控制或最大转矩控制的任一种）进行电流控制，从而实现电动机的稳定驱动、并且减轻电动机的驱动效率的降低。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平10-150795号公报

专利文献2：日本特许第4693904号公报

非专利文献

非专利文献1：西原达也、森本茂雄、真田雅之著《IPMSM速度控制系统中的无电解电容器化的影响》（《IPMSM速度制御系统における电解コンデンサレス化の影響》）平成21年电气学会全国大会、4-067、P.116～117（第4分册）

发明内容

发明要解决的课题