JPWO2012157039A1 - 同期電動機の駆動システム - Google Patents
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Abstract
Description
V(0,0,0)→V(0,0,1)→V(1,0,1)→V(1,1,1)→V(1,0,1)→V(0,0,1)→V(0,0,0)
を一つの周期として繰り返している。この零ベクトルの間で使用される電圧ベクトルは、三相電圧指令Vu*,Vv*,Vw*の大小関係が変わらない期間は、同じものが用いられる。
図1は、本発明の第1の実施の形態に関わるモータ駆動システムの構成を表すブロック図である。
Vn0 = { Lv / (Lu//Lw + Lv) − (2/3) }×VDC………(1)
また、図3(b)に示す電圧ベクトルV(0,0,1)の印加時は、
Vn0 = { (Lu//Lv) / (Lu//Lv + Lw) − (1/3) }×VDC………(2)
となる。ここで、Lu//Lv等の表記は、インダクタンスLuとLvの並列回路の総合インダクタンス値を表しており、具体的には、(Lu・Lv)/(Lu+Lv)等である。
PVvがオフ→PVuがオフ→PVwがオフ→PVwがオン→PVuがオン→PVvがオン
のように、オフした順番と逆の順番でオンしいている。これに対して、パルスシフトを行った波形では、
PVvがオフ→PVuがオフ→PVwがオフ→PVvがオン→PVuがオン→PVwがオン
のように、オフした順番にオンしていくという特徴がある。パルスシフトによって、このようなパルス列を作成することで、電圧ベクトルの数を4種類に増やすことができる。
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。
次に、本発明の第3の実施の形態について、図7を用いて説明する。
次に、本発明の第4の実施の形態について、図8〜10を用いて説明する。
次に、本発明の第5の実施の形態について、図11〜15を用いて説明する。
Lv = L0 - Kf・|Φv|
Lw = L0 - Kf・|Φw|………………(3)
上式において、L0:非飽和時のインダクタンス、Φu,Φv,Φw:各相の磁束量、Kf:係数、である。式(3)のように、インダクタンスを表現することで、磁束量に応じたインダクタンス変化を表現できる。また、各相の磁束量は、下記のように表すことができる。
Φv = Φm・cos(θd−2π/3)+ Φi・cos(θi−2π/3)
Φw = Φm・cos(θd+2π/3)+ Φi・cos(θi+2π/3)………(4)
上式において、Φm:永久磁石磁束、θd:d軸位相、Φi:電流によって生じる磁束、θi:電流位相、である。式(4)を式(3)に代入し、式(1),(2)のように各電圧ベクトルにおける中性点電位の変化を計算すると、図13のようになる。尚、簡略化のため、式(4)におけるΦiは零とおいて計算した。
Xa = (2/3)・{ Xu −(1/2)・Xv−(1/2)・Xw }
Xb = (2/3)・{ (√(3)/2)・Xv −(√(3)/2)・Xw } ……………(5)
で表すことができる。
Xu = VnA、Xv = −VnB、Xw = VnC ……………(6)
として、式(5)に代入し、XaならびにXbを導出する。その結果より、
θdc = (1/2) arctan ( Xb / Xa ) ……………(7)
として、θdの演算値θdcを求めればよい。尚、式(7)中における“arctan”は、アークタンジェントの意味である。
Xv = −VnB、 Xw = VnC
Xu = −( Xv + Xw ) = VnB −VnC ……………(8)
として求めればよい。図15は、式(8)ならびに式(7)を用いて位相角θdcを演算した結果である。ほぼ正確に、回転子位置θdを演算できていることが判る。しかしながら、やや曲線的な変化となっているが、前もって、データテーブルを用意していけば、これらを補正することは可能である。
Xv = ( −VnB + VnE ) / 2
Xw = ( VnC − VnF ) / 2
Xu = −( Xv + Xw ) ……………(9)
として、求めればよい。上式にて、XvならびにXwは平均値を求めていることになる。実際の検出データは、中性点電位をある一瞬のタイミングの値として1点でサンプリングしているため、検出誤差の影響を受けやすい。それに対して、このように異なる電圧ベクトルで検出した値の平均値を採ることで、検出誤差の影響を排除することができる。平均化によって、中性点電位の検出誤差を低減することができるため、検出精度の向上が期待できる。
次に、本発明の第6の実施の形態について、図16〜17を用いて説明する。
次に、本発明の第7の実施の形態について、図18〜20を用いて説明する。
(第8の実施の形態)
次に、本発明の第8の実施の形態について、図21を用いて説明する。
次に、本発明の第9の実施の形態について説明する。
次に、本発明の第10の実施の形態について説明する。
次に、本発明の第11の実施の形態について説明する。
最後に、本発明の第12の実施の形態について説明する。
Claims (17)
- 連続した正弦波状の交流電流を出力するインバータと,前記インバータに接続された三相同期電動機と,前記三相同期電動機の中性点電位に基づいて回転子位置情報を検出し、前記インバータに対してパルス幅変調信号を出力して前記インバータを制御する制御器を有する同期電動機の駆動システムにおいて,
前記インバータのパルス幅変調動作として,各相のスイッチ状態が,すべて負,あるいはすべて正となる零ベクトル状態からスイッチ動作を行い,元の零ベクトル状態となるまでのキャリア周期中に,各相のスイッチ動作のタイミングをずらすことによって,前記零ベクトル以外のスイッチ状態を3または4種類作成し,これら3または4種類のスイッチ状態のうち少なくとも2種類のスイッチ状態における前記中性点電位をサンプリングし,
前記制御器は,前記サンプリング値に基づき,前記三相同期電動機の回転子位置を推定することを特徴とする同期電動機の駆動システム。 - 請求項1において,前記キャリア周期内の各相のスイッチ動作が,第1の前記零ベクトル状態から,1相ずつ順に正のスイッチ状態に推移して,第2の前記零ベクトル状態に移行し,その後,正のスイッチ状態に移行した相から順番に負のスイッチ状態に移行することによって,前記キャリア周期内に4種類のスイッチ状態を作成し,再び元の前記第1の零ベクトルに移行することを特徴とする同期電動機の駆動システム。
- 請求項1において,前記インバータのパルス幅変調動作として,三相のうちのいずれか一相が常に正,あるいは常に負の状態を維持する期間を設け,この期間に残りの二相によってパルス幅変調を行い、これら2相のスイッチ動作のタイミングをずらすことによって,前記零ベクトル以外のスイッチ状態を3種類作成し,これら3種類のスイッチ状態のうち少なくとも2種類のスイッチ状態における前記中性点電位をサンプリングすることを特徴とする同期電動機の駆動システム。
- 請求項1〜3のいずれかにおいて,前記キャリア周期内のスイッチ状態として,前記零ベクトル以外の3または4種類のスイッチ状態のうち,少なくとも2種類のスイッチ状態の期間に対して最小制限値を設け,該最小制限値を,前記中性点電位の変化時における初期変動が実質的に収束する期間以上に設定することを特徴とする同期電動機の駆動システム。
- 請求項1〜4のいずれかにおいて,前記パルス幅変調の方式は,前記三相同期電動機へ印加する三相電圧指令を演算し,これらの三相電圧指令に基づいてパルス幅変調動作を行うものであり,該パルス幅変調を行う際,前記三相電圧指令に電圧補償を加えて,前記各相のスイッチ動作のタイミングをずらすことを特徴とする同期電動機の駆動システム。
- 請求項1〜5のいずれかにおいて,前記中性点電位の少なくとも2種類以上のサンプリング値を三相交流信号として扱うことによって、前記回転子位置を推定することを特徴とする同期電動機の駆動システム。
- 請求項1〜6のいずれかにおいて,前記インバータの直流母線電流を検出する手段を備え,該直流母線電流のサンプリングを,前記中性点電位をサンプリングするタイミングと同様に,前記零ベクトル以外のスイッチ状態においてサンプリングし,前記中性点電位のサンプリングと,前記直流母線電流のサンプリングを,前記キャリアの一周期毎もしくは数周期毎に交互に実行し,前記回転子位置の推定とともに,前記直流母線電流を検出し,前記同期電動機の制御を行うことを特徴とする同期電動機の駆動システム。
- 前記同期電動機の停止状態を含む低速域において、請求項1〜7のいずれかによる前記中性点電位のサンプリングに基づく回転子位置を推定し,前記同期電動機の中高速領域では,前記同期電動機の誘導起電圧に基づき回転子位置を推定することを特徴とする同期電動機の駆動システム。
- 請求項1〜8のいずれかにおいて,前記同期電動機と,前記インバータと,前記制御器を一体化し,前記インバータと前記制御器の電源線および前記制御器への信号線を外部に引き出したことを特徴とする同期電動機の駆動システム。
- 請求項1〜9のいずれかに記載の同期電動機の負荷として,水ポンプまたは油圧ポンプを備えたことを特徴とする同期電動機を用いたポンプ駆動システム。
- 請求項1〜9のいずれかに記載の同期電動機の負荷として,圧縮機を備えたことを特徴とする同期電動機を用いた圧縮機駆動システム。
- 請求項1〜9のいずれかに記載の同期電動機によって,物体を移動させ,該物体の位置を制御することを特徴とする位置決めシステム。
- 連続した正弦波状の交流電流を出力するインバータと、前記インバータに接続された三相同期電動機と、前記三相同期電動機の中性点電位に基づいて回転子位置情報を検出し、前記インバータに対してパルス幅変調信号を出力して前記インバータを制御する制御器を有する同期電動機の駆動システムにおいて、
前記インバータのパルス幅変調動作として、各相のスイッチ状態を正から負および負から正にスイッチングするタイミングが、各相間で所定時間幅以内に近づかないように、1または2相の出力電圧パルスを時間的にシフトさせることを特徴とする同期電動機の駆動システム。 - 請求項13において、各相の出力電圧パルス幅を変更することなく各相の出力電圧パルスを時間的にシフトさせることを特徴とする同期電動機の駆動システム。
- 請求項13または14において、3相のうち2相の出力電圧パルスを時間的にシフトさせることを特徴とする同期電動機の駆動システム。
- 請求項13または14において、3相のうち1相の出力電圧パルスを時間的にシフトさせることを特徴とする同期電動機の駆動システム。
- 請求項13〜16のいずれかにおいて、三角波キャリアと三相電圧指令の比較によりPWMパルスを発生させるPWMパルス発生部を備え、前記三相電圧指令に、前記三角波キャリアの半周期毎に逆方向にバイアスをかけることにより、出力電圧パルスをシフトさせることを特徴とする同期電動機の駆動システム。
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