JP2006174681A - 同期電動機のベクトル制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ベクトル回転器5a,5bを利用して電動機の固定子電流をフィードバック電流制御すると共に、制御座標位相を、位相生成器8で速度指令と電流比偏差を利用して生成した。これに加えて、指令生成器9で、安定性、効率性、位相推定性を同時に考慮した最適な電流指令を生成する。
【選択図】図4
Description
(1)松田尚孝、他:「永久磁石形同期電動機の制御装置」、特開2000−236694(2000−8)
(2)大沢博、他:「永久磁石同期電動機の制御装置」、特開2003−70293(2003−3)
(3)岩路善尚、他:「同期電動機の駆動制御装置」、特開2004−48886(2004−2)
2)特に、ゼロ速を含む微速域では、主要な負荷である摩擦の特性が速度に応じて大きく変化し、適切なv/f曲線の作成は、試行錯誤を要する。3)負荷に応じたv/f曲線が正しく作成できない場合には起動不能に陥る、あるいは過電流で電動機、インバータを損傷することがある。4)適切なv/f曲線の作成は煩雑であり、また負荷が変動するたびにこの煩雑な作成作業を繰りかえさなくてはならない。5)v/f一定制御は、原理的に、回転子位相の推定機能を有しない。以上のようなv/f一定制御の特性により、高速域用センサレスベクトル制御方法との周波数ハイブリッド化のための低速域用駆動制御方法としてv/f一定制御を活用することは甚だ困難であり、あえてこれを活用する場合には、上記文献(3)に見られるように煩雑な工夫が必要であった。
1)センサレスベクトル制御方法は簡単であり、所要の演算負担は軽い。
2)センサレスベクトル制御方法は、精度の高い電動機パラメータを必要とせず、汎用性が高い。
3)センサレスベクトル制御方法は、負荷特性に関する詳細な事前知識を必要としない。
4)センサレスベクトル制御方法は、定格負荷の約50%以下の負荷であれば、ゼロ速から起動できる。
5)センサレスベクトル制御方法は、2)、3)項の特性にも拘わらず、駆動初期より過電流防止を達成できる。
6)センサレスベクトル制御方法は、2)、3)項の特性にも拘わらず、定常状態では、安定性と効率とを同時に考慮した最適な電流レベルで、電動機を駆動することができる。
7)センサレスベクトル制御方法は、回転子位相を、少なくとも定常状態では、周波数ハイブリッド化に必要な十分な精度で推定することができる。
動では、固定子電流のq軸成分とd軸成分との比は、固定子電流の有効電流と無効電流の比と概ね等しくなる(後述の実施形態例で本事実を実験的にも実証する、後掲の図11参照)。
示する制御座標系を各々意味している。また、θdαはα軸を基準にしたd軸の位相を、θidは上述のようにd軸を基準にした電流位相を、各々意味している。θRはα軸を基準に
適切に行われ、電流指令通りの電流応答が得られている場合には、θcは、制御座標系上で表現された電流指令の位相を実質意味するので、以降では、これを指令値位相と呼ぶ。
令を各々意味する。頭符*は、機械角速度指令のように、関連信号の指令値を意味する。なお、εi電流比偏差を意味するが、この詳細は後述する。
電流制御器7へ送られる。電流制御器7は、制御座標系上の2相電流が、各相の電流指令値に追随すべく制御座標系上の2相電圧指令値を生成しベクトル回転器5bへ送る。5bでは、制御座標系上の2相電圧指令値をαβ固定座標系の2相電圧指令値に変換し、2/3相変換器4bへ送る。4bでは、2相信号を3相電圧指令値に変換し、電力変換器2への指令値として出力する。電力変換器2は、指令値に応じた電力を発生し、同期電動機1へ印加しこれを駆動する。このときの制御座標系上の電流指令値は2x1のベクトル信号として記述され得る2相信号である。本電流指令は、指令生成器9で自動生成されている。また、ベクトル回転器で利用される制御座標位相は、位相生成器8で生成されている。
合には、電流位相の正接値と、有効電流と無効電流による電流比とは概ね等しい。従って、電流位相の低下は電流比の低下を引き起こし、やがて電流比偏差が負に転じる。電流偏差が負に転じると、電流ノルムの低減等、上記と逆の現象が誘発さる。こうした振動的ではあるが自動調整を行いながら、電流比偏差がゼロまたは平均的にゼロに収斂する。
度を想定するならば、次式が一応の設計の目安となる。
電流比 K1v=1.0
ローパスフィルタ帯域 ωc=0.5
積分ゲイン K2=1.0
リミッタ上下限 Imax=3.2(rating),Imin=0.5
指令値位相 θc=tan−1K1v=π/4
デッドバンド bd=30(electrical)
また、時間軸は0.2(s/div)である。電流比偏差の増減に応じた速度偏差の上昇下降が、また電流比偏差と速度偏差の振動周期は同一であることが観察される。図9は、同一条件での逆回転時(平均−40(rad/s))の応答である。信号の意味は、図8と同一である。この場合も、電流比偏差の増減に応じた速度偏差の上昇・下降(負方向)、及び同一の振動周期が観察される。両図より、電流比偏差と速度偏差とは強い相関を有していることが確認される。
2 電力変換器
3 電流検出器
4a 3/2相変換器
4b 2/3相変換器
5a ベクトル回転器
5b ベクトル回転器
6 余弦正弦信号発生器
7 電流制御器
8 位相生成器
9 指令生成器
9.1 ローパスフィルタ
9.2 積分器
9.3 ベクトルゲイン
Claims (4)
- 同期電動機のベクトル制御方法であって、
2x1ベクトル信号を回転させるためのベクトル回転器またはベクトル回転器を内蔵した相変換器を少なくとも利用して、ベクトル信号である電流指令に追従するように固定子電流をフィードバック制御する工程と、ベクトル回転器またはベクトル回転器を内蔵した相変換器に利用する位相を決定する工程とを有し、該位相の決定工程において、電気角速度指令の積分値あるいはこれと等価な信号を該位相の少なくとも主要な一部として使用して、該位相を決定することを特徴とする同期電動機のベクトル制御方法。 - 該位相の決定工程において、電気角速度指令の積分値あるいはこれと等価な信号と共に、フィードバック制御された固定子電流の有効電流と無効電流による応答電流比、あるいはこの推定値、あるいはこれらと等価な物理量比を位相補正源信号として使用して、該位相を決定することを特徴とする請求項1記載の同期電動機のベクトル制御方法。
- 該フィードバック制御工程において、フィードバック制御された固定子電流の有効電流と無効電流による応答電流比、あるいはこの推定値、あるいはこれらと等価な物理量比が、指定した電流比になるように、ベクトル信号である該電流指令のノルムを調整するようにしたことを特徴とする請求項1記載の同期電動機のベクトル制御方法。
- 該電流指令を2x1のベクトル信号として表現した場合、その第1成分と第2成分の比が、フィードバック制御された固定子電流の有効電流と無効電流による応答電流比、あるいはこの推定値、あるいは指定した電流比と等しくなるように該電流指令を定めるようにしたことを特徴とする請求項1及び請求項3記載の同期電動機のベクトル制御方法。
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