JP2006136053A - 電動機の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体電力変換装置2から電動機3に供給される電流検出値が電流指令値に一致するように電力変換装置2を制御する制御装置において、電動機3の電流検出値を電動機3の磁束に平行な成分と直交した成分とに分離する座標変換手段13と、座標変換手段13の出力と電力変換装置3の出力電圧位相角とに基づいて前記電流検出値のオフセット成分を演算するオフセット演算手段15と、前記オフセット成分を用いて前記電流検出値を補正する電流検出値補正手段17とを備え、この補正手段17により補正した電流検出値を座標変換手段13に入力する。
【選択図】図1
Description
オフセット成分が重畳した電動機電流iは、複素ベクトルを用いると数式1によって表される。
図8は、この特許文献1に開示された従来技術に基づいて電流オフセット補正を行う場合の交流電動機の制御ブロック図を示している。図8において、1は三相交流電源、2は任意の大きさ及び周波数の交流電圧を出力する三相電圧形インバータ等の交流電力変換装置、3は三相交流電動機、4は速度検出器である。
電動機の電流検出手段の一つとしてホールCTがある。ホールCTは磁束を用いて電流を検出するため、入力と出力との関係は非線形になる。従って、図10に示すごとく理想特性(図中の実線)とはならず、実際の特性(図中の破線)のように入力と出力との関係が入力の値に応じて変化する。
特許文献1の従来技術では、ホールCTの入力がゼロ(電動機停止)のときにホールCTの出力からオフセット電流を検出し、このオフセット電流を用いて電動機電流を補正するので、オフセット補正を行った後の電流の検出特性は図10の一点鎖線で示す特性となる。
前記電流検出値を前記電動機の磁束に平行な成分と直交した成分とに分離する座標変換手段と、
この座標変換手段の出力と電力変換装置の出力電圧位相角とに基づいて前記電流検出値のオフセット成分を演算するオフセット演算手段と、
この演算手段により演算されたオフセット成分を用いて前記電流検出値を補正する電流検出値補正手段と、を備え、
この電流検出値補正手段により補正した電流検出値を前記座標変換手段に入力するものである。
前記電流検出値を前記電動機の磁束に平行な成分と直交した成分とに分離する座標変換手段と、
この座標変換手段の出力が前記電流指令値に一致するように電力変換装置の出力電圧指令値を生成する電流制御手段と、
この電流制御手段の出力と電力変換装置の出力電圧位相角とに基づいて前記出力電圧指令値のオフセット成分を演算するオフセット演算手段と、
この演算手段により演算されたオフセット成分を用いて前記出力電圧指令値を補正する出力電圧指令補正手段と、を備えたものである。
電力変換装置の出力周波数で脈動する電動機の速度リプルまたはトルクリプルを抑制するように、オフセット演算手段によるオフセット成分の演算を実行させるものである。
総じて本発明によれば、交流電動機の速度リプルやトルクリプルが発生しない高性能かつ低コストの制御装置を提供することができる。
まず、図1は請求項1に相当する本発明の第1実施形態を示す制御ブロック図であり、図8と同一の構成要素には同一の参照符号を付して説明を省略し、以下では異なる部分を中心に説明する。
回転座標上でみると基本波成分は直流量となり、それ以外の成分は交流成分となる。従って、オフセット量は回転座標上で見ると交流量として現れる。
(β−γ)/√3=(2β+α)/√3=(−α−2γ)/√3=A
とおくと、α,β,γは数式20によって表すことができる。
すなわち、数式22により、補正した電流検出値Iucmp,Ivcmp,Iwcmpを求める。
復調用正弦波発生手段152では、出力電圧の位相角θから変調用のsinθ,cosθを演算する。以後は、このsinθ,cosθとハイパスフィルタ151d,151qから出力される交流成分idrip,iqripとを用いて、数式20に従ってオフセット量α,β,γを演算する。
なお、数式13及び図2において、id,iqから直流成分を除去するフィルタとしてハイパスフィルタを用いているが、id,iqに含まれるオフセット量の周波数成分のみを抜き出すバンドパスフィルタを用いてもよい。
電力変換装置2の出力電流検出値にオフセット成分が存在すると、数式4に示したように、有効電力Pは電力変換装置出力周波数の1倍で脈動する。有効電力Pの脈動は速度リプルとなって現れるため、速度検出値における前記出力周波数の1倍の成分が増加する。つまり、速度検出値に含まれる電力変換装置出力周波数の1倍の成分が増加するということは、オフセット電流が増加したことと等価となる。
速度検出値から電力変換装置出力周波数の1倍周波数成分をバンドパスフィルタ221により抽出し、抽出した周波数成分を絶対値演算手段222及びローパスフィルタ223に順次入力して平均値を演算する。比較器231は、演算した平均値が閾値を超過した場合にオフセット更新許可信号を出力する。
この実施形態では、電力変換装置2の出力電圧指令値に含まれるオフセット成分を演算し、演算したオフセット成分により出力電圧指令値を補正するものである。
電力変換装置2の出力電流検出値にオフセット成分が存在すると、数式12、数式13に示したようにid,iqにリプル成分idrip,iqripが含まれる。いま、id *,iq *を一定とすると、電流制御手段31は、idrip,iqripに応じた出力電圧指令値vd *,vq *を出力する。すなわち、vd *,vq *にリプル成分vdrip,vqripが含まれることになり、その結果、電動機3への供給電圧にオフセット成分が重畳され、トルクリプルが発生する。
第1実施形態と同様にして、vd *,vq *に含まれるリプル成分vdrip,vqripを抽出すると、これらのリプル成分vdrip,vqripは数式23によって表せる。
以上により、本実施形態では、電動機3への供給電圧に含まれるオフセット成分に起因したトルクリプルを抑制することができる。
この実施形態では、第2実施形態と同様に速度検出値から電力変換装置出力周波数の1倍周波数成分を抽出し、抽出された速度リプルが閾値を超過した場合にオフセット補正を実行する。
本実施形態においても、d軸電流指令値iq *やトルク指令値τ*からオフセット電流を更新しても良く、また、速度のリプル分を抽出するためにFFT等の高調波解析手段を用いてもよい。
2:電力変換装置
3:交流電動機
4:速度検出器
11:速度制御手段
12:電流制御手段
13:座標変換手段
14:出力位相角指令演算手段
15:オフセット演算手段
16:零相電流除去手段
17:電流検出値補正手段
20:駆動信号発生手段
21:電流検出器
22:1倍周波数成分検出手段
23:オフセット更新許可信号生成手段
31:電流制御手段
32:座標変換手段
33:オフセット演算手段
34:出力電圧指令補正手段
Claims (4)
- 半導体スイッチング素子をオンオフさせて任意の大きさ及び周波数の交流電圧を出力する半導体電力変換装置により交流電動機を駆動する制御装置であって、前記電力変換装置から前記電動機に供給される電流検出値が電流指令値に一致するように前記電力変換装置を制御する制御装置において、
前記電流検出値を前記電動機の磁束に平行な成分と直交した成分とに分離する座標変換手段と、
この座標変換手段の出力と電力変換装置の出力電圧位相角とに基づいて前記電流検出値のオフセット成分を演算するオフセット演算手段と、
この演算手段により演算されたオフセット成分を用いて前記電流検出値を補正する電流検出値補正手段と、を備え、
この電流検出値補正手段により補正した電流検出値を前記座標変換手段に入力することを特徴とする電動機の制御装置。 - 半導体スイッチング素子をオンオフさせて任意の大きさ及び周波数の交流電圧を出力する半導体電力変換装置により交流電動機を駆動する制御装置であって、前記電力変換装置から前記電動機に供給される電流検出値が電流指令値に一致するように前記電力変換装置を制御する制御装置において、
前記電流検出値を前記電動機の磁束に平行な成分と直交した成分とに分離する座標変換手段と、
この座標変換手段の出力が前記電流指令値に一致するように電力変換装置の出力電圧指令値を生成する電流制御手段と、
この電流制御手段の出力と電力変換装置の出力電圧位相角とに基づいて前記出力電圧指令値のオフセット成分を演算するオフセット演算手段と、
この演算手段により演算されたオフセット成分を用いて前記出力電圧指令値を補正する出力電圧指令補正手段と、
を備えたことを特徴とする電動機の制御装置。 - 請求項1または2に記載した電動機の制御装置において、
前記電力変換装置の出力周波数で脈動する前記電動機の速度リプルまたはトルクリプルを抑制するように、前記オフセット演算手段によるオフセット成分の演算を実行させることを特徴とする電動機の制御装置。 - 請求項3に記載した電動機の制御装置において、
前記電動機の速度検出値に基づいて前記速度リプルを検出することを特徴とする電動機の制御装置。
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