JP4935560B2 - 交流電動機駆動用電力変換装置の制御装置 - Google Patents
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Description
図4において、11はベクトル制御指令演算器、12d,12qはフィードフォワード電流制御器、13d,13qはPI(比例積分)調節器、14は2相/3相変換器、15は積分器、16はPWM発生器、17は電流検出器、18は3相/2相変換器、19は速度検出器、20はインバータ、30は3相誘導電動機である。
しかしながら、制御装置内で用いる電動機諸定数と実際の電動機諸定数との誤差や、インバータ20の出力電圧誤差等により、実際には、電流指令値通りに電流が流れない。そこで、電流指令値i1d *,i1q *と電流検出値i1d,i1qとの誤差をなくすように動作するPI調節器13d,13qを設け、これらの調節器出力v1dPI *,v1qPI *により前記v1dFF *,v1qFF *をそれぞれ補正することで電圧指令値v1d *,v1q *を生成している。
なお、前述したように、電流検出値i1d,i1qの検出動作や電圧指令値v1d *,v1q *に基づいてインバータ20を制御する動作については、説明を割愛する。
ここで、制御対象である電動機が3相交流電動機であり、この電動機に3相平衡電流を流せば理想的な磁束分布が得られるような構造である場合には、電動機に3相平衡電流を流す必要がある。換言すれば、3相電流が不平衡であると、電動機にトルクの脈動が発生し、電動機に接続されている機械負荷装置に悪影響を及ぼす。
ここで、上述したように電動機諸定数が各相で不平衡である場合、全相の電動機諸定数が平衡であるという前提のもとで電圧指令値を演算するだけでは、電動機の3相電流が不平衡となる。これに対し、図4のように電流指令値i1d *,i1q *と電流検出値i1d,i1qとの偏差に応じて電圧指令値v1dFF *,v1qFF *を補正することで、上述した電動機諸定数のばらつきに起因した電流不平衡を低減することが可能となる。
そこで本発明の解決課題は、交流電動機のトルクの脈動を抑制可能な低コストの制御装置を提供することにある。
前記電動機の全相の電動機諸定数の平均値と電流指令値とを用いて、各相の電圧指令値を演算する第1の手段と、
前記電動機の各相の電動機諸定数と前記平均値との差分、及び、前記電流指令値を用いて、各相の補正電圧を演算する第2の手段と、を備え、
第1の手段から出力される前記電圧指令値を、第2の手段から出力される前記補正電圧により相ごとにそれぞれ補正して前記電力変換装置に与えるものである。
前記第1の手段は、前記電力変換装置の出力周波数に同期して回転するd,q座標上で、前記平均値及びd,q軸電流指令値からd,q軸電圧指令値を演算し、これらのd,q軸電圧指令値を静止座標上の各相の電圧指令値に変換すると共に、
前記第2の手段は、前記d,q軸電流指令値から静止座標上に変換した各相の電流指令値と、前記電動機の各相の電動機諸定数と前記平均値との差分とを用いて、静止座標上の各相の補正電圧を演算するように構成され、
前記第2の手段から出力される静止座標上の各相の補正電圧を、前記第1の手段から出力される各相の電圧指令値にそれぞれ加算して電圧指令値を補正するものである。
前記第1の手段は、前記電力変換装置の出力周波数に同期して回転するd,q座標上で、前記平均値及びd,q軸電流指令値からd,q軸電圧指令値を演算し、これらのd,q軸電圧指令値を静止座標上の各相の電圧指令値に変換すると共に、
前記第2の手段は、前記d,q軸電流指令値と、前記電動機の各相の電動機諸定数と前記平均値との差分とを用いて、d,q座標上の各相の補正電圧を演算し、これらのd,q座標上の各相の補正電圧を静止座標上の各相の補正電圧に変換するように構成され、
前記第2の手段から出力される静止座標上の各相の補正電圧を、前記第1の手段から出力される各相の電圧指令値にそれぞれ加算して電圧指令値を補正するものである。
前記第1の手段は、電流指令値と電流検出値との偏差に応じて電圧指令値を補正する手段を有するものである。
前記第1の手段は、前記d,q軸電流指令値とd,q軸電流検出値との偏差をなくすように動作する調節手段を備え、この調節手段の出力により前記d,q軸電圧指令値を補正するものである。
また、請求項4,5に係る発明によれば、制御装置内で用いる電動機諸定数と実際の電動機諸定数との誤差や、電力変換装置の出力電圧誤差等の影響を補償することが可能になる。
まず、前述した数式1より、静止座標上での定常状態の電圧電流方程式は数式3によって表される。なお、以下の数式における添字U,V,Wは、3相の各相を示している。
vU=(R1+jω1・Lσ)iU+ω1・φ2dU
vV=(R1+jω1・Lσ)iV+ω1・φ2dV
vW=(R1+jω1・Lσ)iW+ω1・φ2dW
数式3におけるφ2dU,φ2dV,φ2dWは、3相誘導電動機30の3相各相の磁束成分であり、数式1におけるφ2dの各相成分に相当する。
vU *=(R1+jω1・Lσ)iU *+(ΔR1U+jω1・ΔLσU)iU *+ω1 *・φ2dU *
vV *=(R1+jω1・Lσ)iV *+(ΔR1V+jω1・ΔLσV)iV *+ω1 *・φ2dV *
vW *=(R1+jω1・Lσ)iW *+(ΔR1W+jω1・ΔLσW)iW *+ω1 *・φ2dW *
R1:U,V,W各相の真の1次巻数抵抗値R1U,R1V,R1Wの平均値、
ΔR1U,ΔR1V,ΔR1W:U,V,W各相の真の1次巻数抵抗値R1U,R1V,R1Wと上記平均値R1との差分、
Lσ:U,V,W各相の真の漏れインダクタンス値LσU,LσV,LσWの平均値、
ΔLσU,ΔLσV,ΔLσW:U,V,W各相の真の漏れインダクタンス値LσU,LσV,LσWと上記平均値Lσとの差分である。
[数5]
R1U=R1+ΔR1U
R1V=R1+ΔR1V
R1W=R1+ΔR1W
[数6]
R1=(R1U+R1V+R1W)/3
[数7]
LσU=Lσ+ΔLσU
LσV=Lσ+ΔLσV
LσW=Lσ+ΔLσW
[数8]
Lσ=(LσU+LσV+LσW)/3
しかし、定常状態のみを考慮して電圧指令を演算するのは不十分であるため、過渡状態も考慮する必要があるが、過渡状態及び電動機諸定数の各相のばらつきを考慮して電圧指令値を演算する場合には処理が複雑になる。
そして、電圧指令演算手段12による上記演算結果v1d *,v1q *を第1の2相/3相変換器51に送り、静止座標上の各相の電圧指令値vU *,vV *,vW *を演算する。
その後、上記の演算により得られた電圧指令値vU *,vV *,vW *及び補正電圧ΔvU *,ΔvV *,ΔvW *を、第1の2相/3相変換器51の出力側の加算器52により加算して最終的な電圧指令値vU **,vV **,vW **を得る。これらの電圧指令値vU **,vV **,vW **はPWM発生器16に送られる。
また、第3の2相/3相変換器42では、インダクタンス成分のばらつきの影響を補償するために、d,q軸電流指令値i1d *,i1q *から、静止座標上の電流指令値iU *,iV *,iW *に対して電気角で位相がπ/2進んだ電流指令値jiU *,jiV *,jiW *を生成している。
なお、補正電圧ΔvU *,ΔvV *,ΔvW *の演算手段は図1の構成に何ら限定されず、例えば、図2の第2実施形態に示すような構成であっても良い。
これらの演算結果を、第4〜第6の2相/3相変換器67〜69により静止座標上の値に変換すれば、第1実施形態と同様に補正電圧Δvu *,Δvv *,Δvw *を得ることができ、これらを加算器52にて電圧指令値vU *,vV *,vW *に加算して最終的な電圧指令値vU **,vV **,vW **を得ることができる。
この実施形態は、d,q座標上の電圧指令値v1d *,v1q *を演算する電圧指令演算手段70が、図4に示したフィードフォワード電流制御器12d,12q及びPI調節器13d,13qからなる部分と同様に構成されている。つまり、電流指令値i1d *,i1q *と電流検出値i1d,i1qとの誤差を補正するPI調節器13d,13qの出力v1dPI *,v1qPI *と、演算ブロック12d,12qの出力v1dFF *,v1qFF *とをそれぞれ加算することにより、電圧指令値v1d *,v1q *が生成される。
なお、図3では、図1に対してPI調節器13d,13qを付加した構成となっているが、図2の構成にPI調節器13d,13qを付加した場合にも同様な効果を得ることができる。
12,70:電圧指令演算手段
12d,12q:演算ブロック(フィードフォワード電流制御器)
13d,13q:PI(比例積分)調節器
15:積分器
16:PWM発生器
17:電流検出器
18:3相/2相変換器
19:速度検出器
20:インバータ
30:3相誘導電動機
40,60:補正電圧演算手段
41,42,51,67〜69:2相/3相変換器
43,52:加算器
44:乗算器
61〜66:演算ブロック
Claims (5)
- 交流電動機を駆動するための電力変換装置の制御装置において、
前記電動機の全相の電動機諸定数の平均値と電流指令値とを用いて、各相の電圧指令値を演算する第1の手段と、
前記電動機の各相の電動機諸定数と前記平均値との差分、及び、前記電流指令値を用いて、各相の補正電圧を演算する第2の手段と、
を備え、
第1の手段から出力される前記電圧指令値を、第2の手段から出力される前記補正電圧により相ごとにそれぞれ補正して前記電力変換装置に与えることを特徴とする交流電動機駆動用電力変換装置の制御装置。 - 請求項1に記載した交流電動機駆動用電力変換装置の制御装置において、
前記第1の手段は、前記電力変換装置の出力周波数に同期して回転するd,q座標上で、前記平均値及びd,q軸電流指令値からd,q軸電圧指令値を演算し、これらのd,q軸電圧指令値を静止座標上の各相の電圧指令値に変換すると共に、
前記第2の手段は、前記d,q軸電流指令値から静止座標上に変換した各相の電流指令値と、前記電動機の各相の電動機諸定数と前記平均値との差分とを用いて、静止座標上の各相の補正電圧を演算するように構成され、
前記第2の手段から出力される静止座標上の各相の補正電圧を、前記第1の手段から出力される各相の電圧指令値にそれぞれ加算して電圧指令値を補正することを特徴とする交流電動機駆動用電力変換装置の制御装置。 - 請求項1に記載した交流電動機駆動用電力変換装置の制御装置において、
前記第1の手段は、前記電力変換装置の出力周波数に同期して回転するd,q座標上で、前記平均値及びd,q軸電流指令値からd,q軸電圧指令値を演算し、これらのd,q軸電圧指令値を静止座標上の各相の電圧指令値に変換すると共に、
前記第2の手段は、前記d,q軸電流指令値と、前記電動機の各相の電動機諸定数と前記平均値との差分とを用いて、d,q座標上の各相の補正電圧を演算し、これらのd,q座標上の各相の補正電圧を静止座標上の各相の補正電圧に変換するように構成され、
前記第2の手段から出力される静止座標上の各相の補正電圧を、前記第1の手段から出力される各相の電圧指令値にそれぞれ加算して電圧指令値を補正することを特徴とする交流電動機駆動用電力変換装置の制御装置。 - 請求項1〜3の何れか1項に記載した交流電動機駆動用電力変換装置の制御装置において、
前記第1の手段は、
電流指令値と電流検出値との偏差に応じて電圧指令値を補正する手段を有することを特徴とする交流電動機駆動用電力変換装置の制御装置。 - 請求項2または3に記載した交流電動機駆動用電力変換装置の制御装置において、
前記第1の手段は、
前記d,q軸電流指令値とd,q軸電流検出値との偏差をなくすように動作する調節手段を備え、この調節手段の出力により前記d,q軸電圧指令値を補正することを特徴とする交流電動機駆動用電力変換装置の制御装置。
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