马达驱动系统技术方案

本发明专利技术涉及一种马达驱动系统，具备：开口绕组构造的马达，三相绕组分别独立，具备6个输出端子；交流直流转换电路，将交流电源的交流电压转换成直流；一次侧逆变器，与上述6个输出端子中的3个输出端子连接，被供给由交流直流转换电路转换后的直流电压；二次侧逆变器，与上述输出端子中的剩余的3个输出端子连接，正侧电源线或者负侧电源线中的一方与一次侧逆变器共通地连接；电容器，连接于二次侧逆变器的正侧电源线与负侧电源线之间；以及控制部，基于PWM控制中的一次侧以及二次侧逆变器各自的线间占空比，对向马达通电的电流及旋转速度进行控制，并且基于对于一次侧逆变器以及二次侧逆变器的全相共通的占空比，对电容器的充电电压进行控制。

【技术实现步骤摘要】
马达驱动系统
本专利技术的实施方式涉及驱动开口绕组构造的马达的系统。
技术介绍
例如，在驱动永久磁铁同步马达等交流马达时，需要使用逆变器将直流电源转换成三相交流电力。但是，随着马达大容量化而在逆变器中流动的电流也增加，因此，构成逆变器的功率器件产生发热等问题。对于该问题，在非专利文献1、专利文献1等中提出有如下系统：使三相马达的绕组不接线为星形而成为开放状态，并在三相绕组的两端分别连接逆变器而进行驱动。根据该系统，通过使用两台逆变器，由此能够对三相绕组的两端施加的电压能够扩展到2倍程度，因此，能够更高速地驱动马达。或者，通过增加绕组的匝数，由此能够以较少的电流驱动输出较高的扭矩的马达。开口绕组马达的驱动系统，根据其电路构成而大多采用图8至图10所示的三种形态。在图8所示的构成中，虽然需要设置2个相互绝缘的直流电源，但具有能够使逆变器的直流电压成为2倍，在原理上不流动向三相绕组共通地流动的零轴电流这样的优点。在图9所示的构成中，两台逆变器共有直流环电压。在该构成中，电源可以为一个，但存在经由彼此的逆变器的直流部流动零轴电流的问题。在图10所示的构成中，通过电容器构成一方的逆变器的电源，因此，电源仍可以为一个。但是，为了对上述电容器进行充电而需要进行无功功率的控制。非专利文献1：2002年5月，电气学会D部门论文志Vol.122，No.5，p430-438，“使用了开口绕组交流电动机与两台空间电压矢量调制逆变器的高效率低噪声电动机驱动方式”，川畑良尚、那须基志、川畑隆夫专利文献1：国际公开第WO2016125557号小册子在图8所示的构成中，存在用于生成2个被绝缘的直流电源的电路大型化的问题。此外，在图9所示的共有直流环的构成中，当为了提高电压利用率而进行由通常的三相逆变器进行的3次高次谐波的施加时，存在在三相中流动相同方向的电流、即零轴电流的问题。因此，电压利用率被限制为直流电压的86.6％。此外，在图10所示的构成中，在为了对二次侧的电容器进行充电而对无功功率进行控制时，存在在使一次侧-二次侧逆变器间的电压最大化的180度相位差电容器无法进行充电，有效的电压会降低的问题。
技术实现思路
因此，提供一种马达驱动系统，在驱动开口绕组构造马达时，能够不使电源电路大型化而提高效率。实施方式的马达驱动系统具备：开口绕组构造的马达，三相绕组分别独立，且具备6个输出端子；交流直流转换电路，将交流电源的交流电压转换成直流；一次侧逆变器，与上述马达的6个输出端子中的3个输出端子连接，被供给由上述交流直流转换电路转换后的直流电压；二次侧逆变器，与上述马达的输出端子中的剩余的3个输出端子连接，正侧电源线或者负侧电源线中的一方与上述一次侧逆变器共通地连接；电容器，连接于该二次侧逆变器的正侧电源线与负侧电源线之间；以及控制部，基于PWM控制中的上述一次侧逆变器以及上述二次侧逆变器各自的线间占空比，对向上述马达通电的电流以及旋转速度进行控制，并且，基于对于上述一次侧逆变器以及上述二次侧逆变器的全相共通的占空比，对上述电容器的充电电压进行控制。附图说明图1是表示第1实施方式中的马达驱动系统的电路构成的图。图2是表示开口绕组构造马达的共模电感的图。图3是表示2个逆变器进行同时开关的情况下的等价电路的图。图4是表示二次侧直流电压控制部的内部构成的功能框图。图5是表示对马达驱动系统的动作进行了模拟的各信号波形的图。图6是表示第2实施方式中的马达驱动系统的电路构成的图。图7是表示第3实施方式中的空调机的构成的图。图8是表示驱动开口绕组构造马达的构成的现有例的图(其一)。图9是表示驱动开口绕组构造马达的构成的现有例的图(其二)。图10是表示驱动开口绕组构造马达的构成的现有例的图(其三)。具体实施方式(第1实施方式)以下，参照图1至图5对第1实施方式进行说明。图1是表示本实施方式的马达驱动系统的电路构成的图。马达M可以假定为三相的永久磁铁同步马达、感应电机等，但在本实施方式中设为永久磁铁同步马达。马达M的三相绕组分别互不接线而两个端子成为开放状态。即，马达M具备6个绕组端子Ua、Va、Wa、Ub、Vb、Wb。一次侧逆变器1以及二次侧逆变器2分别是将开关元件即N沟道MOSFET3进行三相桥接而构成的。在一次侧逆变器1的正侧电源线、负侧电源线上连接有直流电源4。直流电源4可以是将交流电源转换成直流而得到的。在二次侧逆变器1的正侧电源线、负侧电源线上连接有电容器5。而且，一次侧逆变器1的负侧电源线与二次侧逆变器2的负侧电源线被共通地连接。逆变器1的各相输出端子分别与马达M的绕组端子Ua、Va、Wa连接，逆变器2的各相输出端子分别与马达M的绕组端子Ub、Vb、Wb连接。位置传感器6是检测马达M的转子旋转位置、旋转速度的传感器，电流传感器7(U、V、W)是检测马达M的各相电流Iu、Iv、Iw的传感器。电压传感器8、9分别检测直流电源4的电压VDC1、电容器5的电压VDC2。从驱动马达的系统中的上位的控制装置向控制装置11赋予速度指令值ωRef，该控制装置11进行控制以使检测到的马达速度ω与速度指令值ωRef一致。控制装置11基于电流传感器7检测到的各相电流Iu、Iv、Iw、以及电压传感器8、9检测到的直流电压VDC1、VDC2，生成向构成逆变器1以及2的各FET3的栅极赋予的开关信号。电流检测坐标转换部12通过(1)式将各相电流Iu、Iv、Iw转换成用于矢量控制的d、q以及0的各轴坐标的电流Id、Iq、I0。【数式1】速度位置检测部13根据位置传感器6检测到的信号来检测马达速度ω以及转子旋转位置θ。旋转位置θ被输入至电流检测坐标转换部12以及dq0三相转换部17。此外，速度位置检测部13也可以构成为，根据马达M的电压、电流来推断速度以及位置。速度控制部14根据所输入的速度指令ωRef与速度ω，例如通过对二者之差进行PI运算，由此输出q轴电流指令IqRef。d轴电流指令生成部15根据直流电压VDC1与dq轴的电压振幅Vdq，例如同样地通过对二者之差进行PI运算，由此生成用于弱磁场控制的d轴电流指令值IdRef。电流控制部16根据所输入的d、q、0轴的电流指令IdRef、IqRef、I0Ref、以及检测到的电流Id、Iq、I0，输出d、q、0轴电压指令Vq、Vd、V0。dq0三相转换部17通过(2)式将各轴电压指令Vq、Vd、V0转换成2个逆变器1以及2的三相电压指令值Vu1、Vv1、Vw1、Vu2、Vv2、Vw2。【数式2】二次侧直流电压控制部18以使二次侧逆变器2的直流电压、即电容器5的电压VDC2追随所输入的直流电压指令值VDC2Ref的方式，对逆变器1以及逆变器2的三相电压指令值Vu1、Vv1、Vw1、Vu2、Vv2、Vw2进行调整，除以直流电压VDC2而如后述那样进行修正，作为各相的负载(デューティ：Duty)Du1’、Dv1’、Dw1’、Du2’、Dv2’、Dw2’输出。负载Du1’～Dw2’被输入至调制部19。调制部19根据所输入的负载Du1’～Dw2’，生成向构成逆变器1以及2的各FET3的栅极赋予的开关信号、PWM信号U1±、V1±、W1±、U2±、V2±、W2±并输出。接着，参照图2至图5对本实施方式的作用进行说明。为了使开口绕组本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种马达驱动系统，具备：开口绕组构造的马达，三相绕组分别独立，且具备6个输出端子；交流直流转换电路，将交流电源的交流电压转换成直流；一次侧逆变器，与上述马达的6个输出端子中的3个输出端子连接，被供给由上述交流直流转换电路转换后的直流电压；二次侧逆变器，与上述马达的输出端子中的剩余的3个输出端子连接，正侧电源线或者负侧电源线中的一方与上述一次侧逆变器共通地连接；电容器，连接于该二次侧逆变器的正侧电源线与负侧电源线之间；以及控制部，基于PWM控制中的上述一次侧逆变器以及上述二次侧逆变器各自的线间占空比，对向上述马达通电的电流以及旋转速度进行控制，并且，基于对于上述一次侧逆变器以及上述二次侧逆变器的全相共通的占空比，对上述电容器的充电电压进行控制。

【技术特征摘要】
2017.09.26 JP 2017-1847541.一种马达驱动系统，具备：开口绕组构造的马达，三相绕组分别独立，且具备6个输出端子；交流直流转换电路，将交流电源的交流电压转换成直流；一次侧逆变器，与上述马达的6个输出端子中的3个输出端子连接，被供给由上述交流直流转换电路转换后的直流电压；二次侧逆变器，与上述马达的输出端子中的剩余的3个输出端子连接，正侧电源线或者负侧电源线中的一方与上述一次侧逆变器共通地连接；电容器，连接于该二次侧逆变器的正侧电源线与负侧电...

【专利技术属性】
技术研发人员：前川佐理，石田圭一，金森正树，
申请(专利权)人：株式会社东芝，东芝开利株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP