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公開番号2021166427
公報種別公開特許公報(A)
公開日20211014
出願番号2020068401
出願日20200406
発明の名称電力変換装置
出願人株式会社日立産機システム
代理人青稜特許業務法人
主分類H02P 21/26 20160101AFI20210917BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】
トルク脈動が生じなくとも、高精度なq軸インダクタンスの推定を実現できる電力変換装置を提供することにある。
【解決手段】
スイッチング素子を有する電力変換器と、モータを駆動する電力変換器を制御する制御部を有し、制御部は、モータの回転位相値と回転位相推定値との偏差である位相誤差推定値を算出し、位相誤差推定値に反比例する成分が、定めておいた値に追従するようにq軸インダクタンス推定値を算出する電力変換装置である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
スイッチング素子を有する電力変換器と、
モータを駆動する前記電力変換器を制御する制御部を有し、
前記制御部は、
前記モータの回転位相値と回転位相推定値との偏差である位相誤差推定値を算出し、
前記位相誤差推定値に反比例する成分が、定めておいた値に追従するようにq軸インダクタンス推定値を算出する電力変換装置。
続きを表示(約 1,400 文字)【請求項2】
請求項1に記載の電力変換装置において、
前記制御部は、
周波数推定値から前記回転位相推定値を算出する位相推定演算部を有する電力変換装置。
【請求項3】
請求項1に記載の電力変換装置において、
前記制御部は、
前記電力変換器の周波数と電圧を制御するベクトル制御演算部を有する電力変換装置。
【請求項4】
請求項1に記載の電力変換装置において、
前記制御部は、
位相誤差を零とするように周波数推定値を制御する周波数推定演算部を有する電力変換装置。
【請求項5】
請求項1に記載の電力変換装置において、
前記制御部は、
周波数推定値と、d軸の電流検出値、前記モータの誘起電圧係数と、d軸インダクタンスおよび、前記q軸インダクタンス推定値から、前記定めておいた値を算出するq軸インダクタンス推定演算部を有する電力変換装置。
【請求項6】
請求項1に記載の電力変換装置において、
前記モータは、永久磁石モータもしくは同期リラクタンスモータである電力変換装置。
【請求項7】
請求項1に記載の電力変換装置において、
前記制御部は、
d軸の電圧指令値、q軸の電圧指令値、前記q軸インダクタンス推定値、周波数推定値、d軸の電流検出値、q軸の電流検出値、および前記モータの電気回路定数から、前記位相誤差推定値を算出する位相誤差推定演算部を有する電力変換装置。
【請求項8】
請求項1に記載の電力変換装置において、
前記位相誤差推定値に反比例する成分は、位相誤差推定の演算式の分母成分である電力変換装置。
【請求項9】
請求項5に記載の電力変換装置において、
前記q軸インダクタンス推定演算部は、
前記周波数推定値あるいはd軸の電流検出値に応じて比例制御と積分制御のゲインを変える電力変換装置。
【請求項10】
請求項1に記載の電力変換装置において、
前記制御部は、
q軸の電流検出値と前記q軸インダクタンス推定値との関係テーブルを作成しておき、
q軸の電流検出値と前記関係テーブルから前記q軸インダクタンス推定値を取得するq軸インダクタンステ−ブル参照部を有する電力変換装置。
【請求項11】
請求項1に記載の電力変換装置において、
前記制御部は、
q軸の電流検出値と前記q軸インダクタンス推定値との関係テーブルを作成した後に、
前記q軸インダクタンス推定値を算出することなく、前記関係テーブルから前記q軸インダクタンス推定値を取得する電力変換装置。
【請求項12】
請求項1に記載の電力変換装置において、
前記制御部は、
前記q軸インダクタンス推定値を算出するか、
q軸の電流検出値と前記q軸インダクタンス推定値との関係テーブルから前記q軸インダクタンス推定値を取得するかを選択するスイッチを有し、
前記スイッチを切り替える入力値は、メモリに設定され、
デジタル・オペレータ、パーソナル・コンピュータ、タブレットあるいは、スマートフォン機器を接続して、前記入力値を設定もしくは変更する電力変換装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、電力変換装置に関する。
続きを表示(約 4,700 文字)【背景技術】
【0002】
電流値に依存する非線形特性の強い磁石モータを駆動すると、q軸インダクタンスの変化により制御位相に推定誤差が発生して磁石モータが脱調するときがある。永久磁石モータのq軸インダクタンスの推定方法は、特許文献1に記載されている。トルク変動が生じるように永久磁石モータを制御し、モータの電流値およびq軸インダクタンスの推定値に基づいてモータの磁極位置の推定値を求め、トルク変動によって生じた、磁極位置の推定値の変動に基づいて、q軸インダクタンスを推定する技術を特許文献1は開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2015−195715
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1の技術はトルク脈動を生じることが前提であり、インバータ回路の入力電圧変動に同期してトルク変動が生じる現象を利用している。
【0005】
しかしながら、インバータ回路におけるコンデンサ容量が大きな場合にはトルク変動は小さくなるので、特許文献1の技術では、q軸インダクタンスを推定することは困難である。また、入力電圧変動が小さな場合は、特許文献1の技術では、高精度にq軸インダクタンスを推定できなくなる。
【0006】
高精度にq軸インダクタンスを推定できないと、位相誤差が大きくなりモータの運転が不安定になるとともに、無駄なモータ電流が流れるため効率が悪くなるという課題が生じる。
【0007】
本発明の目的は、トルク脈動が生じなくとも、高精度なq軸インダクタンスの推定を実現できる電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の好ましい一例としては、スイッチング素子を有する電力変換器と、モータを駆動する前記電力変換器を制御する制御部を有し、
前記制御部は、
前記モータの回転位相値と回転位相推定値との偏差である位相誤差推定値を算出し、前記位相誤差推定値に反比例する成分が、定めておいた値に追従するようにq軸インダクタンス推定値を算出する電力変換装置である。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、高精度なq軸インダクタンスの推定を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【0010】
実施例1における電力変換装置と永久磁石モータの構成図を示す。
位相誤差推定算部のブロック図を示す。
q軸インダクタンス推定演算部のブロック図を示す。
比較例を用いた場合の制御特性を示す図。
実施例1を用いた場合の制御特性を示す図。
実施例1の変形例における、q軸インダクタンス推定演算部の構成を示す図。
実施例1における顕現性を確認するための構成を示す図。
実施例2における電力変換装置と永久磁石モータの構成を示す図。
実施例3における電力変換装置と同期シンクロナスモータの構成を示す図。
実施例4における電力変換装置と永久磁石モータの構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図面を用いて実施例を詳細に説明する。
【実施例】
【0012】
図1は、実施例1における電力変換装置と永久磁石モータの構成図である。永久磁石モータ1は、永久磁石の磁束によるトルク成分と電機子巻線のインダクタンスによるトルク成分を合成したモータトルクを出力する。
【0013】
電力変換器2は、スイッチング素子としての半導体素子を備える。電力変換器2は、3相交流の電圧指令値v
u
*
、v
v
*
、v
w
*
を入力し、3相交流の電圧指令値v
u
*
、v
v
*
、v
w
*
に比例した電圧を出力する。電力変換器2の出力に基づいて、永久磁石モータ1を駆動し、永久磁石モータ1の電圧と回転数を可変する。スイッチング素子としてIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を使うようにしてもよい。
【0014】
電流検出器3は、永久磁石モータ1の3相の交流電流i
u
、i
v
、i
w
を検出する。本実施例では、電流検出器3は、電力変換装置内に設けた例を示したが、電力変換装置の外部に設けてもよい。
【0015】
制御部は、以下に説明する座標変換部4、位相誤差推定演算部5、周波数推定演算部6、位相推定演算部7、q軸インダクタンス推定演算部8、速度制御演算部9、ベクトル制御演算部10、座標変換部11を備える。そして、制御部は、電力変換器2を制御する。
【0016】
制御部は、マイコン(マイクロコンピュータ)やDSP(Digital Signal Processor)などの半導体集積回路(演算制御手段)によって構成される。制御部は、いずれかまたは全部をASIC(Application Specific Integrated Circuit)やFPGA(Field Programmable Gate Array)などのハードウェアで構成することができる。
【0017】
次に、電力変換器2を制御する制御部の各構成要素について、説明する。
【0018】
座標変換部4は、前記3相の交流電流i
u
、i
v
、i
w
の交流電流検出値i
uc
、i
vc
、i
wc
と電力変換器2の回転位相推定値θ
dc
からd軸の電流検出値i
dc
、およびq軸の電流検出値i
qc
を出力する。
【0019】
位相誤差推定演算部5は、d軸の電圧指令値v
dc
**
、およびq軸の電圧指令値v
qc
**
、推定したq軸インダクタンス値L
q
**
、周波数推定値ω
r
^
、d軸の電流検出値i
dc
、q軸の電流検出値i
qc
、および永久磁石モータ1の電気回路定数に基づいて、電力変換器2の回転位相推定値θ
dc
と実際の回転位相値θ
d
との偏差である位相誤差Δθの推定演算を実行する。本実施例では拡張誘起電圧に基づく位相誤差推定をするため後述する(数5)に従って位相誤差を推定し、位相誤差推定値Δθ
c
を出力する。
【0020】
周波数推定演算部6は、位相誤差の指令値である「0」(零)と位相誤差の推定値Δθ
c
との偏差から周波数推定値ω
r
^
を出力する。周波数推定演算部6は、位相誤差を零とするように周波数推定値をω
r
^
を制御する。
【0021】
位相推定演算部7は、周波数推定値ω
r
^
を積分して、座標変換部4および座標変換部11に回転位相推定値θ
dc
を出力する。
【0022】
q軸インダクタンス推定演算部8は、位相誤差推定演算部5が算出する(数5)の分母成分Vと周波数推定値ω
r
^
およびd軸の電流検出値i
dc
から、q軸インダクタンス推定値L
q
**
を算出し、位相誤差推定演算部5およびベクトル制御演算部10に出力する。ここでは拡張誘起電圧に基づく位相誤差推定演算の分母成分Vを使う場合で説明しているが、位相誤差推定値Δθ
c
に反比例する成分であれば分母成分Vに限らない。
【0023】
速度制御演算部9は、周波数指令値ω
r
*
と周波数推定値ω
r
^
との偏差から、q軸の電流指令値i
q
*
を出力する。
【0024】
ベクトル制御演算部10は、永久磁石モータ1の電気回路定数とd軸の電流指令値i
d
*
およびq軸の電流指令値i
q
*
、d軸の電流検出値i
dc
およびq軸の電流検出値i
qc
、周波数推定値ω
r
^
、q軸インダクタンス推定値L
q
**
に基づいて、d軸の電圧指令値v
dc
**
およびq軸の電圧指令値v
qc
**
を出力し、電力変換器2の周波数と電圧を制御する。
【0025】
座標変換部11は、d軸の電圧指令値v
dc
**
およびq軸の電圧指令値v
qc
**
と回転位相推定値θ
dc
から3相交流の電圧指令値v
u
*
、v
v
*
、v
w
*
を出力する。
【0026】
直流電源20は、電力変換器2に直流電圧および直流電流を供給する。
【0027】
最初に、q軸インダクタンス推定演算部8を用いた場合の位置センサレスベクトル制御方式の基本動作について説明する。
【0028】
速度制御演算部9は、周波数指令値ω
r
*
に周波数推定値ω
r
^
が追従するように、比例制御と積分制御により(数1)に従いトルク電流指令であるq軸の電流指令値i
q
*
を演算する。
【0029】
ここで、K
sp
は速度制御の比例ゲイン、K
si
は速度制御の積分ゲインである。
【0030】
ベクトル制御演算部10は、第1に、永久磁石モータ1の電気回路定数である抵抗の設定値R
*
とd軸インダクタンスの設定値L
d
*
とq軸のインダクタンスの推定値L
q
**
と誘起電圧係数の設定値K
e
*
、d軸の電流指令値i
d
*
とq軸の電流指令値i
q
*
、および周波数推定値ω
r
^
を用いて、(数2)に従いd軸の電圧基準値v
dc
*
およびq軸の電圧基準値v
qc
*
を出力する。
(【0031】以降は省略されています)

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