JP6431788B2 - 電力変換装置およびその制御法 - Google Patents
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Description
め、ロバスト性は確保される。しかし、ベクトル制御の理想状態(q軸二次磁束=0)から
外れることになるので、例えば、回生運転時等の低速度域において、速度指令値に対する制御特性が劣化する問題があった。
そこで、本発明の目的は、低速度域においても、安定して高精度な速度制御特性を実現できる電力変換器を提供することにある。
或いは、誘導モータの速度推定値あるいは速度検出値を出力するステップと、少なくとも低速度域において、磁束軸成分であるd軸の電流により発生する磁束とトルク軸であるq軸の電流によりトルクを発生させて、前記速度推定値あるいは前記速度検出値が速度指令値に近づくようにq軸の電流指令値を指令値として出力するステップと、d軸の補正電圧値から算出したq軸の二次磁束推定値が零となるように補正値を演算する補正値演算ステップと、前記指令値及び前記補正値に基づいて制御する制御ステップと、を備えるように構成した。
或いは、誘導モータの速度推定値あるいは速度検出値を出力する速度検出演算部と、少なくとも低速度域において、磁束軸成分であるd軸の電流により発生する磁束とトルク軸であるq軸の電流によりトルクを発生させて、前記速度推定値あるいは前記速度検出値が速度指令値に近づくようにq軸の電流指令値を指令値として出力する指令演算部と、前記誘導モータのすべり周波数指令値を出力するすべり周波数演算部と、d軸の補正電圧値から算出したq軸の二次磁束推定値が零となるように周波数補正値を演算する周波数補正演算部と、前記指令値、前記周波数指令値及び前記周波数補正値、に基づいて制御する制御部と、を備えるように構成した。
或いは、誘導モータの速度推定値あるいは速度検出値を出力する速度検出演算部と、指令値を出力する指令演算部と、磁束軸成分であるd軸の補正電圧値を出力するd軸電流制御演算部とを有し、前記d軸の補正電圧値で補正されたd軸の電圧値に基づいて動作する電力変換装置において、前記指令演算部は、少なくとも低速度域において、前記速度推定値あるいは前記速度検出値が速度指令値に近づくようにトルク軸であるq軸の電流指令値を指令値として出力し、d軸の電流により発生する磁束とq軸の電流によりトルクを発生させるものであって、前記d軸の補正電圧値から算出したq軸の二次磁束推定値が零に近づく補正値を演算する補正値演算部を有し、前記指令値と前記補正値に基づいて制御するように構成した。
その一例として、誘導モータの速度推定値あるいは速度検出値を出力するステップと、前記誘導モータのすべり周波数指令値を出力するステップと、電流制御の補正電圧値から算出した二次磁束推定値が二次磁束指令値に一致あるいは近づくように周波数補正値を演算する周波数補正値演算ステップと、前記速度推定値あるいは前記速度検出値と、前記周波数指令値と、前記周波数補正値とに基づいて、電力変換装置の出力周波数値を制御する。
図1は、実施例に係る電力変換装置の構成図を示す。誘導モータ1は、磁束軸(d軸)成分の電流により発生する磁束と、磁束軸に直行するトルク軸(q軸) 成分の電流によりトルクを発生する。電力変換器2は、3相交流の電圧指令値Vu *、Vv *、Vw *に比例した電圧値を出力し、誘導モータ1の出力電圧値と回転周波数値を可変する。直流電源2aは、電力変換器2に直流電圧を供給する。
Iqc)からq軸の電圧補正値ΔVq *を出力する。加算部16は、d軸の電圧基準値Vdc *とd軸の電圧補正値ΔVd *との加算値である電圧指令値Vdc **を出力する。
KpASR:速度制御の比例ゲイン、KiASR:速度制御の積分ゲイン
ベクトル制御演算部13では、d軸およびq軸の電流指令値Id *、Iq *と誘導モータ1の電気定数(R1、Lσ、M、L2)とd軸の二次磁束指令値φ2d *および出力周波数値ω1 **を用いて、(数2)に示す電圧基準値Vdc *、Vqc *を演算する。
TACR:電流制御遅れ時定数
R1:一次抵抗値、Lσ:漏れインダクタンス値、M:相互インダクタンス値
L2:二次インダクタンス値
d軸の電流制御演算部14には、d軸の電流指令値Id *と電流検出値Idcが入力され、q軸の電流制御演算部15には、q軸の電流指令値Iq *と電流検出値Iqcが入力される。ここでは、(数3)に従い、電流指令値Id *、Iq *に、各成分の電流検出値Idc、Iqcが追従するように(比例+積分)演算を行い、d軸およびq軸の電圧補正値ΔVd *、ΔVq *を出力する。
KpdACR:d軸の電流制御の比例ゲイン、KidACR:d軸の電流制御の積分ゲイン
KpqACR:q軸の電流制御の比例ゲイン、KiqACR:q軸の電流制御の積分ゲイン
さらに、加算部16、17において、(数4)に示す電圧指令値Vdc **、Vqc **を演算し、電力変換器2の出力を制御する。
R2´:二次抵抗値の一次側換算値
Tobs:外乱オブザーバに設定する速度推定遅れ時定数
また、すべり周波数演算部6では、(数6)に従い、誘導モータ1のすべり周波数指令値ωs *を演算している。
T2:二次時定数値
更に加算部7では、速度推定値ωr ^とすべり周波数指令値ωs *を用いて、(数7)に示す出力周波数値ω1 *を演算する。
図9は、実施例に係る電力変換装置の構成図である。第1の実施例では、周波数補正演算部8内部のq軸の二次磁束指令値を固定値としたが、本実施例はq軸の二次磁束指令値を変化させる方式である。図において、1〜7、9〜18、2aは、図1のものと同一である。
図11は、実施例に係る電力変換器の構成図である。第1の実施例では、周波数補正演算部8の出力値より出力周波数値ω1 *を補正したが、本実施例は速度推定値ωr ^を補正する方式である。図において、1〜8、10〜18、2aは、図1のものと同一である。
図12は、実施例に係る電力変換器の構成図である。第1から第3の実施例では、周波数補正演算部8の補正演算部8dに設定するq軸の二次磁束指令値φ2q *を1つ設定していたが、本実施例では、q軸の二次磁束指令値を2つ設定する。図において、1〜7、9〜18、2aは図1のものと同一である。
図13は、実施例に係る電力変換器の構成図である。本実施例は、誘導モータ駆動システムに、本実施例を適用したものである。図において、構成要素の1〜18、2aは、図1のものと同一である。
KidACR1:d軸の電流制御の積分ゲイン、
KpqACR1:q軸の電流制御の比例ゲイン、
KiqACR1:q軸の電流制御の積分ゲイン、
Td:d軸の電気時定数(Ld/R)、Tq:q軸の電気時定数(Lq/R)
KpqACR2:電流制御の比例ゲイン、KiqACR2:電流制御の積分ゲイン
さらに、ここまでの第1から第5の実施例においては、速度推定演算部5において、(数5)に従い速度推定値を演算したが、図14に開示したように、誘導モータ1に速度検出用エンコーダ26を取りつけ、エンコーダ信号から速度検出値を演算する方式でも良い。
<第6の実施例>
図15は、実施例に係る電力変換器の構成図である。図15における構成要素の8の代替として8'または8''、9の代替として9'の要素で構成しても同様の効果が得られる。異なるのは、速度指令値ωr *ではなく出力周波数ω1r *が指令値として与えられている点である。出力周波数指令値ω1r *からすべり周波数指令値ωs *を減算部24で減算し、速度指令値ωr *を出力する。
より、誘導モータ1の速度推定値ωr ^の代替として速度検出値ωrdを演算する方式でも良
い。
<第7の実施例>
図16は、実施例に係る電力変換器の構成図である。図16における構成要素の8の代替と
して8'または8''、9の代替として9'の要素で構成しても同様の効果が得られる。異なるのは、速度指令値ωr *ではなく出力周波数ω1r *を指令値として与え、出力周波数指令値ω1
r *から出力周波数値ω1 *を減算部25で減算し、速度制御演算部の入力信号としている点で
ある。図14に開示したように、速度推定演算部5の代わりに速度検出演算部5'を設けるこ
とにより、誘導モータ1の速度推定値ωr ^の代替として速度検出値ωrを演算する方式でも
良い。
以上のように、実施例における特徴となる構成として、誘導モータの速度推定値あるいは速度検出値を出力するステップと、前記誘導モータのすべり周波数指令値を出力するステップと、電流制御の補正電圧値から算出した二次磁束推定値が二次磁束指令値に一致あるいは近づくように周波数補正値を演算する周波数補正値演算ステップと、前記速度推定値あるいは前記速度検出値と、前記周波数指令値と、前記周波数補正値と、に基づいて、電力変換装置の出力周波数値を制御する制御ステップと、を備えることを特徴とする電力変換装置の制御法である(構成1)。
或いは、構成1に記載の電力変換装置の制御法であって、前記周波数補正値演算ステップでは、d軸電流制御の補正電圧値から算出したq軸の二次磁束推定値がq軸の二次磁束指令値に一致あるいは近づくように周波数補正値を演算することを特徴とする電力変換装置の制御法である(構成2)。
或いは、構成2に記載の電力変換装置の制御法であって、前記誘導モータのd軸(磁束成分)およびq軸(トルク成分)の電流検出値と、前記電力変換装置の出力周波数値と、前記誘導モータの電気定数とd軸およびq軸の電流指令値に基づいた電圧基準値と、前記d軸およびq軸の電流指令値に従い前記d軸およびq軸の電流検出値を制御する電流制御の補正電圧値と、前記電圧基準値と前記電流制御の補正電圧値から演算したd軸およびq軸の電圧指令値と、電力変換装置の出力周波数値を積分演算した位相推定値と、前記d軸およびq軸の電圧指令値から演算した3相交流の電圧指令値と、3相交流の電圧指令値と、に従い制御されるスイッチング素子から構成される電力変換器を備えることを特徴とする電力変換装置の制御法である(構成3)。
或いは、構成1乃至3のいずれかに記載の電力変換装置の制御法であって、前記制御ステップでは、前記周波数補正値により、前記すべり周波数指令値あるいは前記速度推定値のどちらか一方の補正を実行することを特徴とする電力変換装置の制御法である(構成4)。
或いは、構成1乃至4のいずれかに記載の電力変換装置の制御法であって、前記q軸の二次磁束推定値が、前記q軸の二次磁束指令値に一致あるいは近づくように演算した周波数補正値は、比例演算値と積分演算値で構成したことを特徴とする電力変換装置の制御法である(構成5)。
或いは、構成1乃至4のいずれかに記載の電力変換装置の制御法であって、前記q軸の二次磁束推定値が、前記q軸の二次磁束指令値に一致あるいは近づくように演算した周波数補正値は、比例演算と積分演算で構成した出力値を更に積分演算することで構成したことを特徴とする電力変換装置の制御法である(構成6)。
或いは、構成5または6に記載の電力変換装置の制御法であって、前記制御ステップでは、前記誘導モータの速度推定値あるいは速度検出値または速度指令値に基づいて、比例演算と積分演算で構成した制御ゲインを自動修正することを特徴とする電力変換装置の制御法である(構成7)。
或いは、構成1乃至4のいずれかに記載の電力変換装置の制御法であって、前記q軸の二次磁束指令値は、力行モード時の場合は、ゼロ、回生モード時の場合は、ゼロあるいはトルク指令値あるいはq軸の電流指令値と同極性に設定あるいは制御することを特徴とする電力変換装置の制御法である(構成8)。
或いは、構成7あるいは8に記載の電力変換装置の制御法であって、前記制御ゲインあるいは前記q軸の二次磁束指令値は、電力変換器を含む電力変換装置内に搭載されているマイクロ・コンピュータ内部メモリなどに設定し、デジタル・オペレータやパーソナル・コンピュータあるいはタブレット、スマートフォン機器を接続して、前記値を自由に設定・変更できることを特徴とする電力変換装置の制御法である(構成9)。
或いは、構成9に記載の電力変換装置の制御方法であって、前記q軸の二次磁束指令値は、少なくとも2つ以上が設定可能で、1つ目に設定した値で正しく運転ができなかった場合は、次の2つ目以降を自動的に設定することを特徴とする電力変換装置の制御法である(構成10)。
或いは、誘導モータの速度推定値あるいは速度検出値を出力する速度検出演算部と、
前記誘導モータのすべり周波数指令値を出力するすべり周波数演算部と、電流制御の補正電圧値から算出した二次磁束推定値が二次磁束指令値に一致あるいは近づくように周波数補正値を演算する周波数補正演算部と、前記速度推定値あるいは前記速度検出値と、前記周波数指令値と、前記周波数補正値と、に基づいて、電力変換装置の出力周波数値を制御する制御部と、を備えることを特徴とする電力変換装置である(構成11)。
或いは、構成11に記載の電力変換装置であって、前記周波数補正演算部は、d軸電流制御の補正電圧値から算出したq軸の二次磁束推定値がq軸の二次磁束指令値に一致あるいは近づくように周波数補正値を演算することを特徴とする電力変換装置の制御法である(構成12)。
或いは、構成12に記載の電力変換装置であって、前記誘導モータのd軸(磁束成分)およびq軸(トルク成分)の電流検出値と、前記電力変換装置の出力周波数値と、前記誘導モータの電気定数とd軸およびq軸の電流指令値に基づいた電圧基準値と、前記d軸およびq軸の電流指令値に従い前記d軸およびq軸の電流検出値を制御する電流制御の補正電圧値と、 前記電圧基準値と前記電流制御の補正電圧値から演算したd軸およびq軸の電圧指令値と、
電力変換装置の出力周波数値を積分演算した位相推定値と、前記d軸およびq軸の電圧指令値から演算した3相交流の電圧指令値と、3相交流の電圧指令値と、に従い制御されるスイッチング素子から構成される電力変換器を備えることを特徴とする電力変換装置である(構成13)。
5…速度推定演算部、6…すべり周波数演算部、7…加算部、8、8´、8´´…周波数補正演算部、9、24…減算部、10…位相推定演算部、11…d軸電流指令設定部、12…速度制御演算部、13…ベクトル制御演算部、14…d軸電流制御演算部、15…q軸電流制御演算部、16、17、25…加算部、18…座標変換部、20…電力変換装置、20a…電力変換装置の中身、22…パーソナル・コンピュータ、23…タブレット、24…減算部、25…減算部、26…速度検出用エンコーダ、Id *…d軸電流指令値、Iq *…q軸電流指令値、ωr…誘導モータ1の速度、ωr ^…速度推定値、ωr ^^…新しい速度推定値、ωrd…速度検出値、ωs…誘導モータ1のすべり、ωs *…すべり周波数指令値、ω1r *…出力周波数指令値、ω1r…出力周波数値、ω1 *…誘導モータ1の出力周波数値、ω1 **…新しい出力周波数値、Δω…出力周波数値の補正量、θdc…位相推定値、ωr *…速度指令値、Vdc *…d軸の電圧指令の基準値、Vqc *…q軸の電圧指令の基準値、Vdc **、Vdc ***、Vdc ****、Vdc *****…d軸の電圧指令値、Vqc **、Vqc ***、Vqc ****、Vqc *****…q軸の電圧指令値
Claims (9)
- 誘導モータの速度推定値あるいは速度検出値を出力するステップと、
少なくとも低速度域において、磁束軸成分であるd軸の電流により発生する磁束とトルク軸であるq軸の電流によりトルクを発生させて、前記速度推定値あるいは前記速度検出値が速度指令値に近づくようにq軸の電流指令値を指令値として出力するステップと、
前記誘導モータのすべり周波数指令値を出力するステップと、
d軸の補正電圧値から算出したq軸の二次磁束推定値が零となるように周波数補正値を演算する周波数補正値演算ステップと、
前記指令値、前記周波数指令値及び前記周波数補正値、に基づいて制御する制御ステップと、を備えることを特徴とする電力変換装置の制御法。 - 請求項1に記載の電力変換装置の制御法であって、
前記誘導モータのd軸(磁束成分)およびq軸(トルク成分)の電流検出値と、
前記電力変換装置の出力周波数値と、
前記誘導モータの電気定数とd軸およびq軸の電流指令値に基づいた電圧基準値と、
前記d軸およびq軸の電流指令値に従い前記d軸およびq軸の電流検出値を制御する電流制御の補正電圧値と、
前記電圧基準値と前記電流制御の補正電圧値から演算したd軸およびq軸の電圧指令値と、
電力変換装置の出力周波数値を積分演算した位相推定値と、
前記d軸およびq軸の電圧指令値から演算した3相交流の電圧指令値と、
3相交流の電圧指令値と、
に従い制御されるスイッチング素子から構成される電力変換器を備えることを特徴とする電力変換装置の制御法。 - 請求項1乃至2のいずれかに記載の電力変換装置の制御法であって、
前記周波数補正値は、比例演算値と積分演算値で構成したことを特徴とする電力変換装置の制御法。 - 請求項1乃至2のいずれかに記載の電力変換装置の制御法であって、
前記周波数補正値は、比例演算と積分演算で構成した出力値を更に積分演算することで構成したことを特徴とする電力変換装置の制御法。 - 請求項3または4に記載の電力変換装置の制御法であって、
前記制御ステップでは、前記誘導モータの速度推定値あるいは速度検出値または速度指令値に基づいて、比例演算と積分演算で構成した制御ゲインを自動修正することを特徴とする電力変換装置の制御法。 - 誘導モータの速度推定値あるいは速度検出値を出力するステップと、
少なくとも低速度域において、磁束軸成分であるd軸の電流により発生する磁束とトルク軸であるq軸の電流によりトルクを発生させて、前記速度推定値あるいは前記速度検出値が速度指令値に近づくようにq軸の電流指令値を指令値として出力するステップと、
d軸の補正電圧値から算出したq軸の二次磁束推定値が零となるように補正値を演算する補正値演算ステップと、
前記指令値及び前記補正値に基づいて制御する制御ステップと、を備えることを特徴とする電力変換装置の制御法。 - 誘導モータの速度推定値あるいは速度検出値を出力する速度検出演算部と、
少なくとも低速度域において、磁束軸成分であるd軸の電流により発生する磁束とトルク軸であるq軸の電流によりトルクを発生させて、前記速度推定値あるいは前記速度検出値が速度指令値に近づくようにq軸の電流指令値を指令値として出力する指令演算部と、
前記誘導モータのすべり周波数指令値を出力するすべり周波数演算部と、
d軸の補正電圧値から算出した二次磁束推定値が零となるように周波数補正値を演算する周波数補正演算部と、
前記速度指令値、前記周波数指令値及び前記周波数補正値、に基づいて制御する制御部と、
を備えることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項7に記載の電力変換装置であって、
前記誘導モータのd軸(磁束成分)およびq軸(トルク成分)の電流検出値と、
前記電力変換装置の出力周波数値と、
前記誘導モータの電気定数とd軸およびq軸の電流指令値に基づいた電圧基準値と、
前記d軸およびq軸の電流指令値に従い前記d軸およびq軸の電流検出値を制御する電流制御の補正電圧値と、
前記電圧基準値と前記電流制御の補正電圧値から演算したd軸およびq軸の電圧指令値と、
電力変換装置の出力周波数値を積分演算した位相推定値と、
前記d軸およびq軸の電圧指令値から演算した3相交流の電圧指令値と、
3相交流の電圧指令値と、
に従い制御されるスイッチング素子から構成される電力変換器を備えることを特徴とする電力変換装置。 - 誘導モータの速度推定値あるいは速度検出値を出力する速度検出演算部と、指令値を出力する指令演算部と、磁束軸成分であるd軸の補正電圧値を出力するd軸電流制御演算部とを有し、前記d軸の補正電圧値で補正されたd軸の電圧値に基づいて動作する電力変換装置において、
前記指令演算部は、少なくとも低速度域において、前記速度推定値あるいは前記速度検出値が速度指令値に近づくようにトルク軸であるq軸の電流指令値を指令値として出力し、d軸の電流により発生する磁束とq軸の電流によりトルクを発生させるものであって、
前記d軸の補正電圧値から算出したq軸の二次磁束推定値が零に近づく補正値を演算する補正値演算部を有し、
前記指令値と前記補正値に基づいて制御することを特徴とする電力変換装置。
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