JP5662782B2 - インバータ発電装置 - Google Patents
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Description
図5は、ECU19より出力されるパルス信号と、コンバータ14の電気角推定部14aで推定される電気角、及び同期モータ13のU相誘起電圧の変化を示すタイミングチャートである。この例では、図5(a)に示すように、エンジン11が一定速度で回転しているとき、エンジン11の出力軸が1回転する毎に、ECU19より同一周期で6個の矩形波パルス信号(これを、「ECUパルス」という)が出力される。また、同期モータ13の回転子の極対数は6(極数は12)とされており、従って、図5(c)に示すように、同期モータ13の回転子が1回転する毎に6周期分のU相誘起電圧が出力される。つまり、図1に示すように前記エンジン11の出力軸と前記同期モータ13の回転軸とはカップリング12により結合され、エンジン11の出力軸と同期モータ13とは同期回転するので、ECUパルス6個分とU相誘起電圧6周期分、即ちECUパルス1個分とU相誘起電圧1周期分とが対応することになる。更に、図5(a)、(c)に示すように、同期モータ13のU相誘起電圧のゼロクロス点(マイナスからプラスに転じる際のゼロクロス点)とECUパルスの立ち上がりエッジの位相が一致している。これは、後述するように、図1に示したカップリング12で前記エンジン11の出力軸と前記同期モータ13の回転軸とを結合するときにECUパルスの立ち上がりエッジとU相誘起電圧のゼロクロス点が一致するように調整していることによるものである。
但し、Taはパルス間のカウント値である。従って、カウント値Tがインクリメントされる毎に、電気角Qの位相が(360/Ta)ずつ進むことになる。
次に、電気角の第2の演算例について説明する。図7は、第2の演算例に係り、ECU19より出力されるパルス信号と、電気角推定部14aで推定される電気角、及び同期モータ13のU相誘起電圧の変化を示すタイミングチャートである。この例では、図7(a)に示すように、エンジン11の出力軸が1回転する毎に、ECU19より同一周期で3個の矩形波パルス信号(ECUパルス)が出力される。また、同期モータ13の回転子の極対数は6(極数は12)とされており、従って、図7(c)に示すように、同期モータ13の回転子が1回転する毎に6周期分のU相誘起電圧が出力される。つまり、図1に示すように前記エンジン11の出力軸と前記同期モータ13の回転軸とはカップリング12により結合され、エンジン11の出力軸と同期モータ13とは同期回転するので、ECUパルス3個分とU相誘起電圧6周期分、即ちECUパルス1個分とU相誘起電圧2周期分とが対応することになる。更に、図7(a)、(c)に示すように、同期モータ13のU相誘起電圧のゼロクロス点(マイナスからプラスに転じる際のゼロクロス点)とECUパルスの立ち上がりエッジの位相が一致している。これは、電気角の第1の演算例と同様に、図1に示したカップリング12で前記エンジン11の出力軸と前記同期モータ13の回転軸とを結合するときにECUパルスの立ち上がりエッジとU相誘起電圧のゼロクロス点が一致するように調整していることによるものである。
次に、電気角の第3の演算例について説明する。この例では、ECUパルスの立ち上がりエッジとU相誘起電圧のゼロクロス点とを一致させるために、エンジン11の出力軸と同期モータ13の回転軸とを機械的に合わせるのではなく、両者の位相ずれ角度θを予め測定し、この位相ずれ角度θを考慮して電気角を生成する方式を採用する。
次に、電気角の第4の演算例について説明する。この演算例ではエンジン11の出力軸と同期モータ13の回転軸とを機械的な位置関係に関わらず、以下に示す演算手法によりECUパルスの立ち上がりエッジとU相誘起電圧のゼロクロス点との間の位相ずれ角度θを算出する。そして、この位相ずれ角度θに基づいて前述した第3の演算例と同様の方法で電気角を推定する。以下、詳細に説明する。
Vd=V・sinθ+R・Id−p・ω・Lq・Iq …(3)
但し、Rは抵抗値、Lqはq軸インダクタンス、Ldはd軸インダクタンス、pは極対数、ωは角速度である。
sinθ=−(R・Id−p・ω・Lq・Iq)/V …(5)
従って、(5)式を用いれば角度θ(これを「θs」とする)は、次の(6)式で示すことができる。
また、(4)式を用いれば角度θ(これを「θc」とする)は、次の(7)式で示すことができる。
但し、角度θs、θcは共に±45[deg]以内とする。
領域bの場合: cosθ>0、sinθ>0、 |cosθ|≦|sinθ| θ=θc
領域cの場合: cosθ<0、sinθ>0、 |cosθ|<|sinθ| θ=θc
領域dの場合: cosθ<0、sinθ>0、 |cosθ|≧|sinθ| θ=θs
領域eの場合: cosθ<0、sinθ<0、 |cosθ|>|sinθ| θ=θs
領域fの場合: cosθ<0、sinθ<0、 |cosθ|≦|sinθ| θ=θc
領域gの場合: cosθ>0、sinθ<0、 |cosθ|<|sinθ| θ=θc
領域hの場合: cosθ>0、sinθ<0、 |cosθ|≧|sinθ| θ=θs
ここで、(6)、(7)式においてR、Lq、Ld、pの値は予め測定することができ、ωの値もエンジン11の同期パルスを測定することにより算出が可能である。従って、位相ずれの角度θを演算により求めることができる。更に、誘起電圧Vは誘起電圧定数Kvを用いて「V=Kv×ω」に置き換えることができ、且つ、この誘起電圧定数Kvは予め測定して求めることができるので、誘起電圧Vの値も予め取得することができる。
11 エンジン
12 カップリング
13 同期モータ
14 コンバータ
14a 電気角推定部
15 インバータ
16 LCフィルタ
17 遮断器
18 負荷
19 ECU
Claims (4)
- 原動機と、前記原動機の出力軸に回転軸が接続され、前記出力軸の回転により前記回転軸が回転して交流電力を出力する同期モータと、前記同期モータより出力された交流電力を直流に変換するコンバータと、前記コンバータから出力された直流電力を所定の交流電力に変換するインバータとを備えたインバータ発電装置において、
前記原動機には、出力軸が所定角度回転する毎に1パルス発信するタコセンサが取り付けられており、このタコセンサから発信・出力される回転パルス信号に基づいてエンジンの回転数を求め、この回転数と目標回転数とを比較して偏差が0になるよう最適な燃料の供給量を算出し、原動機の燃料供給装置に対して燃料制御信号を出力する制御手段であるECUを備えていて、
前記コンバータは、前記同期モータの電気角を推定する電気角推定手段と、推定した電気角に基づいて複数のスイッチング素子をそれぞれ作動させて前記同期モータより出力される交流電力を直流電力に変換すると共に、前記電気角によりフィードバック電流を生成して前記同期モータを制御するコンバータ回路とを有し、
前記インバータは、複数のスイッチング素子をそれぞれ作動させて前記コンバータ回路より出力される直流電力を所定の交流電力に変換するインバータ回路を有し、
前記電気角推定手段は、前記ECUと接続され、前記タコセンサから発信・出力される回転パルス信号に基づき前記ECUから出力されるECUパルス信号の立ち上がりエッジと、前記同期モータの任意の相の誘起電圧のゼロクロス点との位相ずれに基づいて、前記同期モータの電気角を推定することを特徴とするインバータ発電装置。
- 前記原動機の出力軸と前記同期モータの回転軸は、前記パルス信号の立ち上がりエッジの位相と、前記同期モータの任意の相の誘起電圧のゼロクロス点の位相が一致するように機械的に接続され、
前記電気角推定手段は、前記パルス信号の立ち上がりエッジを0[deg]とし、前記パルス信号の1周期の整数分の1の周期となる電気角を生成することを特徴とする請求項1に記載のインバータ発電装置。 - 前記電気角推定手段は、前記パルス信号の立ち上がりエッジと、前記同期モータの任意の相の誘起電圧のゼロクロス点の位相との間に位相ずれが存在する場合には、前記立ち上がりエッジに対応する電気角を前記位相ずれに応じたプリセット値に設定して、前記電気角を推定することを特徴とする請求項1に記載のインバータ発電装置。
- 前記電気角推定手段は、前記同期モータのq軸電圧、及びd軸電圧を共にゼロとしたときの、前記同期モータに流れる電流に基づいて、前記パルス信号の立ち上がりエッジと、前記電気角の0degとの間の位相ずれを求めることを特徴とする請求項3に記載のインバータ発電装置。
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