JP2019004671A - 交流回転機の制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
トルク指令を設定するトルク指令設定部と、
前記トルク指令及び前記交流回転機の回転速度に基づいてトルク指令補正値を算出し、前記トルク指令補正値により前記トルク指令を補正した補正後のトルク指令を算出するトルク指令補正部と、
前記補正後のトルク指令に基づいて、前記インバータが有する複数のスイッチング素子をオンオフ制御するインバータ制御部と、を備え、
前記トルク指令補正部は、前記トルク指令及び前記回転速度をマップ軸とし、前記トルク指令補正値をマップ設定データとした補正値設定マップを参照して、現在の前記トルク指令及び前記回転速度に対応する前記トルク指令補正値を算出し、
前記補正値設定マップは、前記回転速度のそれぞれにおいて前記トルク指令のマップ軸の刻みが不等間隔に設定されたトルク軸不等間隔設定、及び前記回転速度のマップ軸の刻みが不等間隔に設定された回転軸不等間隔設定の一方又は双方が行われているものである。
実施の形態1に係る交流回転機2の制御装置1(以下、単に制御装置1と称す)について図面を参照して説明する。図1は、本実施の形態に係る制御装置1及び交流回転機2の概略構成図である。
図3のブロック図に示すように、インバータ制御部102は、後述するトルク指令補正部104から伝達された補正後のトルク指令Tmfに基づいて、インバータ10が有する複数のスイッチング素子をオンオフ制御する。本実施の形態では、インバータ制御部102は、ベクトル制御法を用いた電流フィードバック制御を行うように構成されている。インバータ制御部102は、補正後のトルク指令Tmfに基づいて、交流回転機2の巻線に流れる電流指令を算出し、実電流が電流指令に近づくように交流回転機2の巻線に印加する電圧指令を算出し、電圧指令に基づいて複数のスイッチング素子をPWM(Pulse Width Modulation)制御によりオンオフ制御する。そのために、インバータ制御部102は、dq軸電流指令算出部40、電流フィードバック制御部41、電圧座標変換部42、PWM信号生成部43、電流座標変換部44、回転速度検出部45、及び電源電圧検出部46を備えている。
トルク指令設定部103は、トルク指令Tmを設定する。本実施の形態では、外部の制御装置95から伝達されたトルク指令に基づいて、トルク指令Tmを設定するように構成されている。なお、トルク指令設定部103は、回転速度フィードバック制御によりトルク指令Tmを設定してもよいし、振動成分をトルク指令Tmに重畳してもよい。
図1に示すように、トルク指令補正部104は、トルク指令Tm及び交流回転機の回転速度ωに基づいてトルク指令補正値dTmを算出するトルク補正値算出部104aと、トルク指令補正値dTmによりトルク指令を補正した補正後のトルク指令Tmfを算出する補正後トルク算出部104bとを備えている。補正後トルク算出部104bは、トルク指令Tmにトルク指令補正値dTmを加算して、補正後のトルク指令Tmfを算出する(Tmf=Tm+dTm)。
図9に示すように、回転速度ω及びトルクが大きくなる領域では、交流回転機の巻線に印加される3相交流電圧の基本波周波数成分の振幅Vx1fが、インバータ10に供給される直流電源電圧Vdcより大きくなる過変調領域となる。過変調領域では、次式で示される、3相交流電圧の基本波周波数成分の振幅Vx1fを直流電源電圧Vdcで除算した電圧利用率MRが1より大きくなる。
MR=Vx1f/Vdc (1)
また、補正値設定マップは、最大トルク電流制御と電圧制限制御との切り替わりが生じる回転速度ωの範囲である制御切替り回転速度範囲では、制御切替り回転速度範囲よりも回転速度ωが低い低回転速度範囲よりも、回転速度ωのマップ軸の刻みが細かく設定されている。
本実施の形態では、図11に示すように、トルク補正値算出部104aは、最大トルク算出部104aaと、トルク補正値マッピング部104abと、を備えている。最大トルク算出部104aaは、図12に示すように、回転速度ω及び直流電源電圧Vdcと、交流回転機2が出力可能な最大トルクTmaxとの関係が予め設定された最大トルク設定マップを参照し、現在の回転速度ω及び直流電源電圧Vdcに対応する最大トルクTmaxを算出する。そして、トルク補正値算出部104aは、現在のトルク指令Tmを、現在の最大トルクTmaxで除算したトルク指令比Tmrを算出する。
次に、実施の形態2に係る制御装置1について説明する。上記の実施の形態1と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る交流回転機2及び制御装置1の基本的な構成及び処理は実施の形態1と同様であるが、直流電源電圧Vdcの変化に対応するために、複数の補正値設定マップが設けられている点が異なる。
dTm=(Vdc−VdcM)/(VdcH−VdcM)
×(dTm1−dTm2)+dTm2 (2)
Tmf=Tm+dTm (3)
次に、実施の形態3に係る制御装置1について説明する。上記の実施の形態1と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る交流回転機2及び制御装置1の基本的な構成及び処理は実施の形態1と同様であるが、キャリア周波数の変化に対応するために、複数の補正値設定マップが設けられている点が異なる。
次に、実施の形態4に係る制御装置1について説明する。上記の実施の形態1と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る交流回転機2及び制御装置1の基本的な構成及び処理は実施の形態1と同様であるが、複数のPWM制御の変調方式に対応するために、複数の補正値設定マップが設けられている点が異なる。
次に、実施の形態5に係る制御装置1について説明する。上記の実施の形態1と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る交流回転機2及び制御装置1の基本的な構成及び処理は実施の形態1と同様であるが、出力トルクのフィードバック制御、及び電圧利用率のフィードバック制御を行う点が異なる。
Φd=(Vq−R×Iqr2)/ω
Φq=−(Vd−R×Idr2)/ω (4)
Test=Pn×(Φd×Iqr2−Φq×Idr2)
dTest=Tmf−Test
dIdqest=Kpest×dTest+∫(Kiest×dTest)dt
Idr1=Idr0+dIdqest×cos(θtest) (5)
Iqr1=Iqr0+dIdqest×sin(θtest)
MR*=√(Vd2+Vq2)/Vdc×√2 (6)
dMR=MR0−MR*
dIdqmr=Kpmr×dMR+∫(Kimr×dMR)dt
Idr2=Idr1+dIdqmr×cos(θmr) (7)
Iqr2=Iqr1+dIdqmr×sin(θmr)
最後に、本発明のその他の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する各実施の形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施の形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
Claims (9)
- インバータを介して交流回転機を制御する交流回転機の制御装置であって、
トルク指令を設定するトルク指令設定部と、
前記トルク指令及び前記交流回転機の回転速度に基づいてトルク指令補正値を算出し、前記トルク指令補正値により前記トルク指令を補正した補正後のトルク指令を算出するトルク指令補正部と、
前記補正後のトルク指令に基づいて、前記インバータが有する複数のスイッチング素子をオンオフ制御するインバータ制御部と、を備え、
前記トルク指令補正部は、前記トルク指令及び前記回転速度をマップ軸とし、前記トルク指令補正値をマップ設定データとした補正値設定マップを参照して、現在の前記トルク指令及び前記回転速度に対応する前記トルク指令補正値を算出し、
前記補正値設定マップは、前記回転速度のそれぞれにおいて前記トルク指令のマップ軸の刻みが不等間隔に設定されたトルク軸不等間隔設定、及び前記回転速度のマップ軸の刻みが不等間隔に設定された回転軸不等間隔設定の一方又は双方が行われている交流回転機の制御装置。 - 前記補正値設定マップは、前記交流回転機の巻線に印加される交流電圧の基本波周波数成分の振幅が、インバータに供給される直流電源電圧より大きくなる過変調領域となる前記回転速度の範囲である過変調回転速度範囲では、前記過変調回転速度範囲よりも前記回転速度が低い低回転速度範囲よりも、前記回転速度のマップ軸の刻みが細かく設定された回転軸過変調細分化設定、及び前記回転速度のそれぞれにおいて、前記過変調領域となる前記トルク指令の範囲である過変調トルク指令範囲では、前記過変調トルク指令範囲よりも前記トルク指令が低い低トルク指令範囲よりも、前記トルク指令のマップ軸の刻みが細かく設定されたトルク軸過変調細分化設定の一方又は双方が行われている請求項1に記載の交流回転機の制御装置。
- 前記補正値設定マップは、前記回転速度のそれぞれの前記過変調トルク指令範囲において、前記トルク指令が大きくなるに従って、前記トルク指令のマップ軸の刻みが次第に細かく設定されている請求項2に記載の交流回転機の制御装置。
- 前記インバータ制御部は、同一電流に対して発生トルクを最大にする最大トルク電流制御と、交流回転機の巻線に発生する誘起電圧を電圧制限値に保つ電圧制限制御と、を前記回転速度及び前記トルク指令の動作点に応じて選択実行し、
前記補正値設定マップは、前記最大トルク電流制御と前記電圧制限制御との切り替わりが生じる前記回転速度の範囲である制御切替り回転速度範囲では、前記制御切替り回転速度範囲よりも回転速度が低い低回転速度範囲よりも、前記回転速度のマップ軸の刻みが細かく設定されている請求項1から3のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。 - 前記インバータ制御部は、前記回転速度及び直流電源電圧と、前記回転速度のそれぞれにおいて前記交流回転機が出力可能な最大トルクとの関係が予め設定された最大トルク設定マップを参照し、現在の前記回転速度及び前記直流電源電圧に対応する前記最大トルクを算出し、現在の前記トルク指令を現在の前記最大トルクで除算したトルク指令比を算出し、
前記トルク指令のマップ軸として前記トルク指令比をマップ軸とすると共に前記回転速度をマップ軸とし、前記トルク指令補正値をマップ設定データとした前記補正値設定マップを参照して、現在の前記トルク指令比及び前記回転速度に対応する前記トルク指令補正値を算出する請求項1から4のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。 - 前記補正値設定マップは、互いに異なる複数の直流電源電圧毎に複数設けられ、
前記トルク指令補正部は、前記インバータに供給されている現在の前記直流電源電圧に近い、2つの前記直流電源電圧の前記補正値設定マップを参照して、2つの前記トルク指令補正値を算出し、現在の前記直流電源電圧に基づいて、2つの前記トルク指令補正値を補間した値を、最終的な前記トルク指令補正値として算出する請求項1から5のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。 - 前記インバータ制御部は、前記複数のスイッチング素子をPWM制御によりオンオフ制御し、前記PWM制御に用いられるキャリア波のキャリア周波数を変更可能であり、
前記補正値設定マップは、互いに異なる複数の前記キャリア周波数毎に複数設けられ、
前記トルク指令補正部は、現在の前記キャリア周波数に対応する前記補正値設定マップを参照して、前記トルク指令補正値を算出する請求項1から6のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。 - 前記インバータ制御部は、複数の変調方式のPWM制御を実行可能であり、
前記補正値設定マップは、複数の前記変調方式毎に複数設けられ、
前記トルク指令補正部は、現在実行されている前記変調方式の前記補正値設定マップを参照して、前記トルク指令補正値を算出する請求項1から7のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。 - 前記インバータ制御部は、前記補正後のトルク指令に基づいて、前記交流回転機の巻線に流れる電流指令を算出し、実電流が前記電流指令に近づくように前記交流回転機の巻線に印加する電圧指令を算出し、前記電圧指令に基づいて前記複数のスイッチング素子をPWM制御によりオンオフ制御し、
前記インバータに供給される直流電源電圧に対する前記電圧指令の線間電圧の比率である電圧利用率を算出し、前記電圧利用率が目標電圧利用率に近づくように前記電流指令を補正し、
前記電流指令及び前記電圧指令に基づいて、前記交流回転機のトルクを推定し、トルクの推定値が前記補正後のトルク指令に近づくように前記電流指令を補正する請求項1から8のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
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