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公開番号2024170170
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-06
出願番号2023087187
出願日2023-05-26
発明の名称電力変換装置及び制御方法
出願人株式会社安川電機
代理人個人,個人,個人
主分類H02M 7/48 20070101AFI20241129BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】誘導電動機のセンサレス制御の安定性向上に有効な電力変換装置を提供する。
【解決手段】電力変換装置2は、誘導電動機に駆動電力を供給する電力変換回路10と、誘導電動機における一次電圧、一次電流、回転速度、及び二次磁束と、誘導電動機のモデルと、モデルに基づく推定電流と一次電流との差である電流誤差と、の関係における電流誤差のゲインを設定するゲイン設定部250と、上記関係と、ゲインとに基づいて、二次磁束と、推定電流とを算出する磁束オブザーバ210と、電流誤差の算出結果に基づいて、回転速度を推定する速度推定部230と、二次磁束の推定結果と、回転速度の推定結果とに基づいて電力変換回路10を制御する制御部116と、を備える、ゲイン設定部250は、回転速度の推定結果の安定条件を満たすゲインプロファイルを、磁束オブザーバ210の極の変化に応じて、安定条件を満たす範囲で変更する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
誘導電動機に駆動電力を供給する電力変換回路と、
前記誘導電動機における一次電圧、一次電流、回転速度、及び二次磁束と、前記誘導電動機のモデルと、前記モデルに基づく推定電流と前記一次電流との差である電流誤差と、の関係における前記電流誤差のゲインを設定するゲイン設定部と、
前記関係と、前記ゲインとに基づいて、前記二次磁束と、前記推定電流とを算出する磁束オブザーバと、
前記推定電流の算出結果に基づく前記電流誤差の算出結果に基づいて、前記回転速度を推定する速度推定部と、
前記二次磁束の推定結果と、前記回転速度の推定結果とに基づいて電力変換回路を制御する制御部と、
を備え、
前記ゲイン設定部は、前記回転速度の推定結果の安定条件を満たすように、前記ゲインと、前記モデルと、前記回転速度との関係を定めるゲインプロファイルを、前記磁束オブザーバの極の変化に応じて、前記安定条件を満たす範囲で変更するプロファイル変更部を有し、前記ゲインプロファイルに基づいて前記ゲインを算出する、電力変換装置。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記磁束オブザーバは前記極を含む複数の極を有し、
前記プロファイル変更部は、前記ゲインプロファイルを、前記回転速度がゼロである場合に前記複数の極が実軸上で互いに一致する第１ゲインプロファイルとする、
請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記プロファイル変更部は、前記第１ゲインプロファイルに基づく前記極の虚数成分の大きさが、前記回転速度の上昇により所定レベルを超えた場合に、前記回転速度の上昇に応じた前記極の虚数成分の大きさの上昇ペースを前記第１ゲインプロファイルに比較して緩やかにするように、前記ゲインプロファイルを前記第１ゲインプロファイルから第２ゲインプロファイルに変更する、
請求項２記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記プロファイル変更部は、前記回転速度が前記所定レベルに対応する速度レベルを超えた場合に前記ゲインプロファイルを前記第１ゲインプロファイルから前記第２ゲインプロファイルに変更する、
請求項３記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記プロファイル変更部は、前記回転速度が前記速度レベルを超えた後、前記回転速度の上昇に応じて、前記ゲインプロファイルを前記第１ゲインプロファイルから前記第２ゲインプロファイルに徐々に変更する、
請求項４記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記プロファイル変更部は、前記第２ゲインプロファイルに基づく前記極の虚数成分の大きさが、前記回転速度の上昇により所定の第２レベルを超えた場合に、前記ゲインを前記回転速度に関わらずゼロに維持するように、前記ゲインプロファイルを前記第２ゲインプロファイルから第３ゲインプロファイルに変更する、
請求項３記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記推定電流の算出結果と、前記推定電流の算出結果に基づく前記電流誤差の算出結果とに基づいて、前記誘導電動機の一次抵抗を推定する抵抗推定部を更に備え、
前記磁束オブザーバは、推定された前記一次抵抗を含む前記モデルに基づいて、前記二次磁束と前記推定電流とを算出する、
請求項１～６のいずれか一項記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記誘導電動機が回生状態である場合に、前記推定電流の算出結果と前記電流誤差の算出結果との位相差を補償する位相補償部を更に備え、
前記抵抗推定部は、前記位相差が補償された前記推定電流の算出結果と前記電流誤差の算出結果とに基づいて前記一次抵抗を推定する、
請求項７記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記誘導電動機のロータが回転を開始する前の期間において、前記ロータが回転を開始した後の期間に比較して、前記速度推定部による前記回転速度の推定に対する前記抵抗推定部による前記一次抵抗の推定の優先度を高くする優先度設定部を更に備える、
請求項７記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記優先度設定部は、前記抵抗推定部による前記一次抵抗の推定結果の時間変化が所定の収束レベルまで低下した場合に前記優先度を低下させる、
請求項９記載の電力変換装置。
（【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】
本開示は、電力変換装置及び制御方法に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、インバータによって駆動される誘導電動機の数式モデルに基づいて、電流推定値及び磁束推定値を演算する磁束オブザーバを有する制御装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特許第４２３８６５２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示は、誘導電動機のセンサレス制御の安定性向上に有効な電力変換装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一側面に係る電力変換装置は、誘導電動機に駆動電力を供給する電力変換回路と、誘導電動機における一次電圧、一次電流、回転速度、及び二次磁束と、誘導電動機のモデルと、モデルに基づく推定電流と一次電流との差である電流誤差と、の関係における電流誤差のゲインを設定するゲイン設定部と、関係と、ゲインとに基づいて、二次磁束と、推定電流とを算出する磁束オブザーバと、推定電流の算出結果に基づく電流誤差の算出結果に基づいて、回転速度を推定する速度推定部と、二次磁束の推定結果と、回転速度の推定結果とに基づいて電力変換回路を制御する制御部と、を備え、ゲイン設定部は、回転速度の推定結果の安定条件を満たすように、ゲインと、モデルと、回転速度との関係を定めるゲインプロファイルを、磁束オブザーバの極の変化に応じて、安定条件を満たす範囲で変更するプロファイル変更部を有し、ゲインプロファイルに基づいてゲインを算出する。
【０００６】
本開示の更に他の一側面に係る制御方法は、誘導電動機と、誘導電動機に駆動電力を供給する電力変換回路とを備えるシステムにおいて電力変換回路を制御する方法であって、誘導電動機における一次電圧、一次電流、回転速度、及び二次磁束と、誘導電動機のモデルと、モデルに基づく推定電流と一次電流との差である電流誤差と、の関係における電流誤差のゲインを設定することと、関係と、ゲインとに基づいて、二次磁束と、推定電流とを磁束オブザーバにより算出することと、推定電流の算出結果に基づいて、回転速度を推定することと、二次磁束の推定結果と、回転速度の推定結果とに基づいて電力変換回路を制御することと、を含み、ゲインを設定することは、回転速度の推定結果の安定条件を満たすように、ゲインと、モデルと、回転速度との関係を定めるゲインプロファイルを、磁束オブザーバの極の変化に応じて、安定条件を満たす範囲で変更することと、ゲインプロファイルに基づいてゲインを算出することと、を含む。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、誘導電動機のセンサレス制御の安定性向上に有効な電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
電力変換装置の構成を例示する模式図である。
一次周波数の時間変化を模式的に示すグラフである。
トルク補正部の構成を例示するブロック図である。
誘導電動機のロータの回転速度とトルクとの関係を表すグラフである。
制御回路の変形例を示すブロック図である。
制御回路の他の変形例を示すブロック図である。
センサレス推定システムの構成を例示するブロック図である。
磁束オブザーバの複数の極の位置を複素平面で表したグラフである。
制御回路の更に他の変形例を示すブロック図である。
制御回路の更に他の変形例を示すブロック図である。
制御回路の更に他の変形例を示すブロック図である。
制御回路のハードウェア構成を例示するブロック図である。
誘導電動機の制御手順を例示するフローチャートである。
推定二次磁束及び推定電流の算出手順を例示するフローチャートである。
誘導電動機の起動手順を例示するフローチャートである。
誘導電動機の脱調回避制御手順を例示するフローチャートである。
ゼロ周波数状態の回避モード選択手順を例示するフローチャートである。
第１モードにおけるトルク補正手順を例示するフローチャートである。
第２モードにおける磁束補正手順を例示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１０】
〔駆動システム〕
図１に示す駆動システム１は、電動機３の動力によって駆動対象物を駆動するシステムである。駆動システム１は、電動機３と、電力変換装置２とを備える。電動機３は、誘導電動機である。
（【００１１】以降は省略されています）

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