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公開番号2022175990
公報種別公開特許公報(A)
公開日2022-11-25
出願番号2021082831
出願日2021-05-14
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
代理人青稜弁理士法人
主分類H02P 21/18 20160101AFI20221117BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】
異なる周波数の範囲で、それぞれ異なる位相誤差推定の技術を使う場合において、トルクショックを防止することが可能な電力変換装置を提供することにある。
【解決手段】
モータの出力周波数と出力電圧と出力電流を可変にする信号をモータに出力する電力変換器と、電力変換器を制御する制御部を有し、制御部は、出力電圧および出力電流から第1の電力を演算し、出力電流、電気回路パラメータ、および周波数推定値から第2の電力を演算し、第1の電力が第2の電力に追従するように、第1の周波数領域において第1の位相誤差推定値を演算し、第1の周波数領域と異なる第2の周波数領域において第2の位相誤差推定値を演算し、第1の位相誤差推定値もしくは第2の位相誤差推定値が、位相誤差推定値の指令値に追従するように周波数推定値を制御する電力変換装置。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
モータの出力周波数と出力電圧と出力電流を可変にする信号を前記モータに出力する電力変換器と、
前記電力変換器を制御する制御部を有し、
前記制御部は、
前記出力電圧および前記出力電流から第1の電力を演算し、前記出力電流、電気回路パラメータ、および周波数推定値から第2の電力を演算し、前記第1の電力が前記第2の電力に追従するように、第1の周波数領域において第1の位相誤差推定値を演算し、
前記第1の周波数領域と異なる第2の周波数領域において第2の位相誤差推定値を演算し、
前記第1の位相誤差推定値もしくは、前記第2の位相誤差推定値が、位相誤差推定値の指令値に追従するように周波数推定値を制御する電力変換装置。
続きを表示(約 1,700 文字)【請求項2】
請求項1に記載の電力変換装置において、
前記第1の電力および前記第2の電力は、それぞれ第1の無効電力、第2の無効電力である電力変換装置。
【請求項3】
請求項2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、およびd軸の電流検出値、q軸の電流検出値に基づいて、前記第1の無効電力を演算し、
d軸の電流検出値あるいは電流指令値、q軸の電流検出値あるいは電流指令値、前記モータの前記電気回路パラメータ、および前記周波数推定値に基づいて、前記第2の無効電力を演算する電力変換装置。
【請求項4】
請求項2に記載の電力変換装置において、
前記制御部は、
三相交流の1相分の電圧振幅値と電流振幅値および電圧指令値と電流検出値の位相差の正弦信号に基づいて、前記第1の無効電力を演算し、
前記モータの前記電気回路パラメータ、d軸とq軸の電流検出値あるいは電流指令値、および周波数推定値に基づいて、前記第2の無効電力を演算する電力変換装置。
【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、
前記モータの前記出力電圧と前記出力電流から第1の有効電力を演算し、
前記モータの前記電気回路パラメータ、前記出力電流および、前記周波数推定値から第2の有効電力を演算し、
前記第1の有効電力が前記第2の有効電力に追従するように、前記第2の位相誤差推定値を演算する電力変換装置。
【請求項6】
請求項5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、およびd軸の電流検出値、q軸の電流検出値に基づいて、前記第1の有効電力を演算し、
前記モータの前記電気回路パラメータ、d軸の電流検出値あるいは電流指令値、q軸の電流検出値あるいは電流指令値、および前記周波数推定値から前記第2の有効電力を演算する電力変換装置。
【請求項7】
請求項5に記載の電力変換装置において、
前記制御部は、
三相交流の1相分の電圧振幅値と電流振幅値、および電圧指令値と電流検出値の位相差の余弦信号に基づいて、前記第1の有効電力を演算し、
前記モータの前記電気回路パラメータ、d軸とq軸の電流検出値あるいは電流指令値、および前記周波数推定値に基づいて、前記第2の有効電力を演算する電力変換装置。
【請求項8】
請求項1に記載の電力変換装置において、
前記制御部は、
前記第1の電力と前記第2の電力の偏差を、零とするように比例制御と積分制御により、前記第1の位相誤差推定値を演算する電力変換装置。
【請求項9】
請求項8に記載の電力変換装置において、
前記制御部は、
前記モータの回転速度が低速域であれば、第1の無効電力と第2の無効電力を演算し、
前記第1の無効電力と前記第2の無効電力の偏差を、零とするように比例制御と積分制御して前記第1の位相誤差推定値を演算し、
前記モータの回転速度が中高域であれば、第1の有効電力と第2の有効電力を演算し、前記第1の有効電力と前記第2の有効電力の偏差を零とするように比例制御と積分制御して、前記第2の位相誤差推定値を演算する電力変換装置。
【請求項10】
請求項8に記載の電力変換装置において、
前記制御部は、
前記モータの回転速度が低速域であれば、第1の無効電力と第2の無効電力を演算し、
前記第1の無効電力と前記第2の無効電力の偏差を零とするように比例制御と積分制御して前記第1の位相誤差推定値を演算し、
前記モータの回転速度が中高域であれば、拡張誘起電圧方式により前記第2の位相誤差推定値を演算する電力変換装置。
(【請求項11】以降は省略されています)

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 1,900 文字)【背景技術】
【0002】
位置センサレス制御の低速域において、安定かつ高精度な制御方法としては、特許文献1に記載のように、電力変換器への電圧指令値、電流検出値、磁石モータの電気回路パラメータおよび周波数推定値に基づいて、無効電力を演算し磁石モータの周波数を推定する技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2006-197712号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1に記載の技術は、2種類の無効電力(QとQhat)を演算し、その偏差ΔQをゼロにするようインバータの周波数推定値を演算する。周波数推定値が、磁石モータの巻線抵抗値の温度変化に低感度化できるため、高精度な制御特性を実現できる。
【0005】
ところで、周波数が高い場合(中高速)と、周波数が低い場合(低速)で、異なる技術で速度制御をする場合がある。そのような場合に、例えば、低速域では特許文献1の技術を使い2種類の無効電力を演算し、その偏差ΔQをゼロにするように第1のモータ周波数を推定する。一方、中高速域について、例えば別の技術として拡張誘起電圧により位相誤差(制御の位相と磁石モータの位相)を推定し、零に追従するようPI制御により第2のモータ周波数を推定する。低速域と中高速域とで、第1のモータ周波数と第2のモータ周波数とを切替えたとき、2つの周波数に差異があると電流変化によるトルクショック(トルクの変動)の発生が考えられる。
【0006】
また、磁石モータの巻線抵抗値の温度変化に低感度化にすることで抵抗値などの電気回路パラメータの調整が不要で安定かつ高精度な制御特性が求められる。
【0007】
本発明の目的は、モータの周波数が変わる際のトルクショックを防止できるとともに、電気回路パラメータの調整が不要で安定かつ高精度な制御特性の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】
本発明は、モータの出力周波数と出力電圧と出力電流を可変にする信号を前記モータに出力する電力変換器と、
前記電力変換器を制御する制御部を有し、
前記制御部は、
前記出力電圧および前記出力電流から第1の電力を演算し、前記出力電流、電気回路パラメータ、および周波数推定値から第2の電力を演算し、前記第1の電力が前記第2の電力に追従するように、第1の周波数領域において前記第1の位相誤差推定値を演算し、
前記第1の周波数領域と異なる第2の周波数領域において第2の位相誤差推定値を演算し、
前記第1の位相誤差推定値もしくは、前記第2の位相誤差推定値が、位相誤差推定値の指令値に追従するように周波数推定値を制御する電力変換装置である。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、モータの周波数が変わる際のトルクショックを防止できるとともに、電気回路パラメータの調整が不要で安定かつ高精度な制御特性を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
実施例1における電力変換装置などのシステム構成図。
高速域における拡張誘起電圧を用いた位相誤差の推定演算部の構成図。
実施例1における低速域における位相誤差の推定演算部の構成図。
実施例1における周波数および位相の推定演算部の構成図。
中高速域の拡張誘起電圧方式を低速域に用いた場合の制御特性を示す図。
実施例1における制御特性を示す図。
実施例1において低速域/中高速域の切替えをした場合の制御特性を示す図。
本発明の顕現性を確認するための構成図。
実施例2における電力変換装置などのシステム構成図。
実施例2における低速域の位相誤差推定演算部の構成図。
実施例3における電力変換装置などのシステム構成図。
実施例3における中高速域の位相誤差推定演算部の構成図。
実施例4における電力変換装置などのシステム構成図。
実施例4における中高速域における位相誤差の推定演算部の構成図。
実施例5における電力変換装置などのシステム構成図。
実施例6における電力変換装置などのシステム構成図。
【発明を実施するための形態】
(【0011】以降は省略されています)

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