JP2011050198A - 永久磁石同期電動機の駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】永久磁石同期電動機に、正と負に交番する高調波電圧を印加する際、印加する電圧位相を120度ずつ順次切り替え、3つの位相に印加する。前記高周波電圧の印加により生じる脈動電流を、電力変換器の三相の出力電圧が、全て正または全て負となる状態から、少なくとも一相の出力電圧が変化してから所定の時間Δtだけ経過したタイミングで検出する。なお、電流の検出は、直流母線につけた直流抵抗、または、相電流センサを用いる。磁極位置推定手段は、前記電流検出値より得られた三相電流の正側の変化量と負側の変化量の差に基づき、前記永久磁石同期電動機の回転子磁極位置を算出する。
【選択図】 図1
Description
・θdc=0度,STS=1で発生したTRG信号によるIshのサンプル値を、U相正側電流Iu+とする。
・θdc=0度,STS=3で発生したTRG信号によるIshのサンプル値を、U相負側電流Iu−とする。
・θdc=120度,STS=1で発生したTRG信号によるIshのサンプル値を、V相正側電流Iv+とする。
・θdc=120度,STS=3で発生したTRG信号によるIshのサンプル値を、V相負側電流Iv−とする。
・θdc=240度、STS=1で発生したTRG信号によるIshのサンプル値を、W相正側電流Iw+とする。
・θdc=240度,STS=3で発生したTRG信号によるIshのサンプル値を、W相負側電流Iw−とする。
・θdc=θ,STS=2で発生したTRG信号によるIshのサンプル値を、U相正側電流Iu+とする。
・θdc=θ,STS=3で発生したTRG信号によるIshのサンプル値を、U相負側電流Iu−とする。
・θdc=θ+120度,STS=2で発生したTRG信号によるIshのサンプル値を、V相正側電流Iv+とする。
・θdc=θ+120度,STS=3で発生したTRG信号によるIshのサンプル値を、V相負側電流Iv−とする。
・θdc=θ+240度,STS=2で発生したTRG信号によるIshのサンプル値を、W相正側電流Iw+とする。
・θdc=θ+240度,STS=3で発生したTRG信号によるIshのサンプル値を、W相負側電流Iw−とする。
・θdc=θ,STS=1で発生したTRG信号によるIshのサンプル値を、U相正側電流Iu+とする。
・θdc=θ,STS=4で発生したTRG信号によるIshのサンプル値を、U相負側電流Iu−とする。
・θdc=θ+120度,STS=1で発生したTRG信号によるIshのサンプル値を、V相正側電流Iv+とする。
・θdc=θ+120度,STS=4で発生したTRG信号によるIshのサンプル値を、V相負側電流Iv−とする。
・θdc=θ+240度,STS=1で発生したTRG信号によるIshのサンプル値を、W相正側電流Iw+とする。
・θdc=θ+240度,STS=4で発生したTRG信号によるIshのサンプル値を、W相負側電流Iw−とする。
・θdc=0度,STS=1で発生したTRG信号によるU相電流Iuのサンプル値(●)を、U相正側電流Iu+とする。
・θdc=0度,STS=3で発生したTRG信号によるU相電流Iuのサンプル値(●)を、U相負側電流Iu−とする。
・θdc=120度,STS=1で発生したTRG信号によるV相電流Ivのサンプル値(●)を、V相正側電流Iv+とする。
・θdc=120度,STS=3で発生したTRG信号によるV相電流Ivのサンプル値(●)を、V相負側電流Iv−とする。
・θdc=240度,STS=1で発生したTRG信号によるU相電流Iu、および V相電流Ivのサンプル値(●)から算出されたW相電流を、W相正側電流Iw+とする。
・θdc=240度,STS=3で発生したTRG信号によるU相電流Iu、およびV相電流Ivのサンプル値(●)から算出されたW相電流を、W相負側電流Iw−とする。検出された三相の正,負電流値の処理については、第1の実施形態と同様である。具体的には、図25に示す三相電流値検出手段113′の内部において、電流検出値の平均化処理を行い、磁極位置推定手段114において、推定磁極位置θestを算出する。
・今回実施した初期位置推定結果の推定結果ばらつきθest_dispが、推定誤差の要求値よりも大きい場合、前記電圧振幅Vampを2倍に設定する。
・今回実施した初期位置推定結果の推定結果ばらつきθest_dispが、推定誤差の要求値以下の場合、前記電圧振幅Vampを電圧振幅最適値Vamp_optと設定し、前記Vampを0.9倍に設定する。
・前回実施した初期位置推定結果の推定結果ばらつきθest_dispが、推定誤差の要求値以下の場合で、かつ、今回実施した初期位置推定結果の推定結果ばらつきθest_dispが推定誤差の要求値よりも大きい場合、前記Vamp_optを電圧振幅の最適値とし、電圧振幅調整を終了する。
・上記以外の条件では、step2へ戻り、前述の手順を繰り返し行う。
・θdc=0度,STS=1で発生したTRG信号によるIshの1点目のサンプル値を、U相正側電流Iu1+とする。
・θdc=0度,STS=1で発生したTRG信号によるIshの2点目のサンプル値を、U相正側電流Iu2+とする。
・θdc=0度,STS=3で発生したTRG信号によるIshの1点目のサンプル値を、U相負側電流Iu1−とする。
・θdc=0度,STS=3で発生したTRG信号によるIshの2点目のサンプル値を、U相負側電流Iu2−とする。
・θdc=120度,STS=1で発生したTRG信号によるIshの1点目のサンプル値を、V相正側電流Iv1+とする。
・θdc=120度,STS=1で発生したTRG信号によるIshの2点目のサンプル値を、V相正側電流Iv2+とする。
・θdc=120度,STS=3で発生したTRG信号によるIshの1点目のサンプル値を、V相負側電流Iv1−とする。
・θdc=120度,STS=3で発生したTRG信号によるIshの2点目のサンプル値を、V相負側電流Iv2−とする。
・θdc=240度,STS=1で発生したTRG信号によるIshの1点目のサンプル値を、W相正側電流Iw1+とする。
・θdc=240度,STS=1で発生したTRG信号によるIshの2点目のサンプル値を、W相正側電流Iw2+とする。
・θdc=240度,STS=3で発生したTRG信号によるIshの1点目のサンプル値を、W相負側電流Iw1−とする。
・θdc=240度,STS=3で発生したTRG信号によるIshの2点目のサンプル値を、W相負側電流Iw2−とする。
・θdc=0度,STS=0で発生したTRG信号によるU相電流Iuのサンプル値を、U相正側電流Iu1+とする。
・θdc=0度,STS=1で発生したTRG信号によるU相電流Iuのサンプル値を、U相正側電流Iu2+とする。
・θdc=0度,STS=2で発生したTRG信号によるU相電流Iuのサンプル値を、U相正側電流Iu1−とする。
・θdc=0度,STS=3で発生したTRG信号によるU相電流Iuのサンプル値を、U相正側電流Iu2−とする。
・θdc=120度,STS=0で発生したTRG信号によるV相電流Ivのサンプル値を、V相正側電流Iv1+とする。
・θdc=120度,STS=1で発生したTRG信号によるV相電流Ivのサンプル値を、V相正側電流Iv2+とする。
・θdc=120度,STS=2で発生したTRG信号によるV相電流Ivのサンプル値を、V相正側電流Iv1−とする。
・θdc=120度,STS=3で発生したTRG信号によるV相電流Ivのサンプル値を、V相正側電流Iv2−とする。
・θdc=240度,STS=0で発生したTRG信号によるU相電流Iu、およびV相電流Ivのサンプル値(●)から算出された値を、W相正側電流Iw1+とする。
・θdc=240度,STS=1で発生したTRG信号によるU相電流Iu、およびV相電流Ivのサンプル値(●)から算出された値を、W相正側電流Iw2+とする。
・θdc=240度,STS=2で発生したTRG信号によるU相電流Iu、およびV相電流Ivのサンプル値(●)から算出された値を、W相正側電流Iw1−とする。
・θdc=240度,STS=3で発生したTRG信号によるU相電流Iu、およびV相電流Ivのサンプル値(●)から算出された値を、W相正側電流Iw2−とする。
102 電力変換器
103 永久磁石同期電動機
104 指令電圧作成部
105 高周波パルス発生器
106 切替器
107 dq座標逆変換器
108 パルス幅変調(PWM)信号制御器
109 主回路部
110 直流電源部
111 直流抵抗
112 増幅器
113 第1の実施形態における三相電流値検出手段
113′ 第2の実施形態における三相電流値検出手段
113″ 第4の実施形態における三相電流値検出手段
113′′′ 第5の実施形態における三相電流値検出手段
114 磁極位置推定手段
114′ 第4の実施形態における磁極位置推定手段
115 相電流検出部
116 電圧振幅調整手段
Claims (20)
- 同期電動機と、三相電圧指令信号をキャリア信号によってパルス幅変調するPWM信号制御部と、パルス幅変調されたゲート信号により駆動される電力変換器と、を備えた同期電動機の駆動装置において、
前記同期電動機に高周波電圧を印加するための三相電圧指令信号を生成する指令電圧作成手段と、前記高周波電圧を印加した時に前記同期電動機に流れる電流を検出する電流検出手段と、電流検出結果に基づき前記同期電動機の磁極位置を推定する磁極位置推定手段を備え、
前記指令電圧作成手段は、任意の電圧振幅で、任意の位相θに正と負に交番する高調波電圧を印加する第一の印加電圧モードと、前記位相θから電気角で120度ずらした位相に同様の振幅の高周波電圧を印加する第二の印加電圧モードと、前記位相θから電気角で240度ずらした位相に同様の振幅の高周波電圧を印加する第三の印加電圧モードを順次切り替えて三相電圧指令信号を生成し、
前記電流検出手段は、前記第一,第二,第三の印加電圧モードでの高周波電圧の印加により生じる脈動電流の正側値と負側値を、前記各モードで1相ずつ検出し、正側のU相検出電流値,負側のU相検出電流値,正側のV相検出電流値,負側のV相検出値,正側のW相検出電流値,負側のW相検出電流値の情報を得て、
前記磁極位置推定手段は、前記正側の各相の検出電流値、及び、前記負側の各相の検出電流値を用いて、前記同期電動機の推定磁極位置を算出する
ことを特徴とする同期電動機の駆動装置。 - 請求項1において、
前記指令電圧作成手段は、前記同期電動機の三相固定子巻線の任意の相の巻線軸方向を基準位相とし、前記基準位相からの前記位相θ=0とすることを特徴とする同期電動機の駆動装置。 - 請求項1,2において、
前記指令電圧作成手段が生成する三相電圧指令信号は、前記PWM信号制御部のキャリア信号の2周期分を1単位とする印加電圧の最小パターンを1以上の回数繰り返すことを特徴とする同期電動機の駆動装置。 - 請求項3において、
前記最小パターンは、キャリア信号の半周期の間、三相電圧指令のうち少なくとも一相の電圧指令を正に保持し、かつ残りの相の電圧指令を負に保持し、
続くキャリア信号1周期の間は前記三相電圧指令の極性をすべて反転させ、
さらに続くキャリア信号の半周期の間は前記三相電圧指令の極性をすべて再び反転させることを特徴とする同期電動機の駆動装置。 - 請求項1から請求項4の1つの請求項において、
前記指令電圧作成手段は、前記ゲート信号の全相オフ状態を解除して高周波電圧を印加する前に、特別な三相電圧指令を出力し、前記電力変換器の下アームスイッチ素子をすべてオンさせる期間を設けることを特徴とする同期電動機の駆動装置。 - 請求項1から請求項4の1つの請求項において、
前記指令電圧作成手段は、印加電圧モードを順次切り替える際、三相電圧指令をすべてゼロに設定し、高周波電圧の印加を休止する期間を設けることを特徴とする同期電動機の駆動装置。 - 請求項1から請求項6の1つの請求項において、
第一,第二,第三それぞれの印加電圧モードで少なくとも1点以上検出した電流値を、各モードの検出点ごとに平均化処理する平均化処理手段を備え、正側の各相,各検出点ごとの検出電流平均値、及び、前記負側の各相,各検出点ごとの検出電流平均値を用いて、前記同期電動機の推定磁極位置を算出することを特徴とする同期電動機の駆動装置。 - 請求項7において、
前記検出電流平均値は、
第一,第二,第三の印加電圧モードで高周波電圧の印加が始まってから、所定の時間が経過した後の電流検出値を用いて計算されることを特徴とする同期電動機の制御装置。 - 請求項1から請求項8の1つの請求項において、前記電流検出手段は、前記電力変換器の直流母線電流を検出することを特徴とする同期電動機の駆動装置。
- 請求項9において、
前記電流検出手段は、前記電力変換器の三相の出力電圧が、全て正または全て負となる状態から、少なくとも一相の出力電圧が変化した時点より所定の時間Δtだけ経過したタイミングで直流母線電流を検出することを特徴とする同期電動機の駆動装置。 - 請求項9において、
前記電流検出手段は、前記電力変換器の三相の出力電圧が、全て正または全て負となる状態から、少なくとも一相の出力電圧が変化した時点より所定の時間Δtだけ経過したタイミングと、前記電力変換器の三相の出力電圧が、全て正または全て負となる状態から、少なくとも一相の出力電圧が変化した時点より所定の時間Kt×Δtだけ経過したタイミング(ただし、Ktは1以下の正の固定値とする)で直流母線電流を検出することを特徴とする同期電動機の駆動装置。 - 請求項9において、
前記電流検出手段は、前記電力変換器の三相の出力電圧が、全て正(最大値)又は全て負(最小値)となる状態へ遷移するタイミングに近接して直流母線電流を検出することを特徴とする同期電動機の駆動装置。 - 請求項9において、
前記電流検出手段は、前記電力変換器の三相の出力電圧が、全て正(最大値)又は全て負(最小値)となる状態から、少なくとも一相の出力電圧が変化するタイミングと、全て正(最大値)又は全て負(最小値)となる状態へ遷移するタイミングに近接して直流母線電流を検出することを特徴とする同期電動機の駆動装置。 - 請求項1から請求項8の1つの請求項において、
前記電流検出手段は、少なくとも2相以上の相電流を検出することを特徴とする同期電動機の駆動装置。 - 請求項14において、
前記電流検出手段は、前記PWM信号制御部のキャリア信号の山、または谷のタイミングで相電流を検出することを特徴とする同期電動機の駆動装置。 - 請求項14において、
前記電流検出手段は、前記PWM信号制御部のキャリア信号の山と谷のタイミングで相電流を検出することを特徴とする同期電動機の駆動装置。 - 請求項1から請求項16の1つの請求項において、
前記磁極位置推定手段は、正側の電流検出値と負側の電流検出値の偏差量を相ごとに求め、得られた三相分の前記偏差量を直交2軸に座標変換し、前記直交2軸量から逆正接を用いて前記同期電動機の推定磁極位置を算出することを特徴とする同期電動機の駆動装置。 - 請求項1から請求項16の1つの請求項において、
前記磁極位置推定手段は、前記電流検出値から正側の電流変化量、および負側の電流変化量を相ごとに求め、前記正側の電流変化量と前記負側の電流変化量の偏差量を相ごとに求め、得られた三相分の前記偏差量を直交2軸に座標変換し、前記直交2軸量から逆正接を用いて前記同期電動機の推定磁極位置を算出することを特徴とする同期電動機の駆動装置。 - 請求項1から請求項18の1つの請求項において、
前記同期電動機の磁極位置推定結果に基づいて所定の評価値を算出する評価手段と、前記同期電動機に与える高周波電圧の振幅を可変する手段を備え、
前記評価値に基づいて、前記高周波電圧の振幅を増減して自動的に調整することを特徴とする同期電動機の駆動装置。 - 請求項19において、前記評価値は、
初期位置推定を2以上の回数行い、前記回数分の磁極位置推定結果から最大値と最小値を算出したときの、前記最大値と前記最小値の偏差量とすることを特徴とする同期電動機の駆動装置。
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