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公開番号2025022650
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-14
出願番号2023133691
出願日2023-08-01
発明の名称三相交流電動機の駆動制御装置
出願人有限会社シー・アンド・エス国際研究所
代理人
主分類H02P 21/05 20060101AFI20250206BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】本発明は、三相交流電動機の駆動制御装置に関する。特に、基本的な駆動制御装置では抑制しきれない5次、7次、11次、13次の電流リプルに対し、この抑制が可能な三相交流電動機の駆動制御装置を提供する。
【解決手段】三相電流の基本波成分を電流指令値に従って制御する基本電流制御器に加え、広義の2自由度制御系構造形式で駆動制御装置内に配置され、三相電流に含有される特定次数の高調波成分を共振的に分離検出・分離抑制する外乱抑制器を、駆動制御装置に持たせることにより、課題を解決した。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
三相巻線を備える固定子を有する三相交流電動機のための駆動制御装置であって、
三相巻線に流れる三相電流を検出する手段と、
検出された三相電流の基本波成分を電流指令値に従って制御する基本電流制御手段と、
基本電流制御手段に対して広義の２自由度制御系構造形式で駆動制御装置内に配置され、検出された三相電流に含有される特定次数の高調波成分を共振的に分離検出し、分離抑制する外乱抑制手段と、
基本電流制御手段由来の電圧指令値と外乱抑制手段由来の電圧指令値とを加法的に合成して、総合電圧指令値を生成する総合電圧指令生成手段と、
三相交流電動機に対し、総合電圧指令値に従って三相電圧を発生し、三相交流電動機に印加する三相電圧印加手段と、
を備えることを特徴とする三相交流電動機のための駆動制御装置。
続きを表示（約 310 文字）【請求項２】
該外乱抑制手段を、正相の高調波成分と逆相の高調波成分の共振的な分離検出が可能な検出手段を用いて構成したことを特徴とする請求項１記載の三相交流電動機のための駆動制御装置。
【請求項３】
該外乱抑制手段を、ゲインつき逆Ｄ因子のみをまたは位相補償器とゲインつき逆Ｄ因子のみを用いて構成したことを特徴とする請求項１または請求項２記載の三相交流電動機のための駆動制御装置。
【請求項４】
該外乱抑制手段を、三相のｕｖｗ座標系の上で、あるいはαβ固定座標系、ｄｑ同期座標系に代表される二相座標系の上で、構成したことを特徴とする請求項１記載の三相交流電動機のための駆動制御装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、三相巻線を備えた固定子をもつ三相交流電動機の駆動制御装置に関する。特に、基本的な電流制御手段のみを備える駆動制御装置では抑制しきれない５次、７次、１１次、１３次の電流リプルに対し、この独立かつ選択的な抑制が可能な三相交流電動機の駆動制御装置を提供するものである。
続きを表示（約 2,100 文字）【０００２】
本発明が対象とする三相交流電動機は、三相巻線が施された固定子をもつ交流電動機を意味する。この種の三相交流電動機は、大きくは、誘導電動機、同期電動機、誘導電動機と同期電動機との回転子を組み合わせたハイブリッド回転子をもつ誘導同期電動機の３種に大別される（非特許文献１を参照）。また、同期電動機としては、永久磁石界磁回転子の永久磁石形同期電動機、巻線界磁回転子の巻線形同期電動機、永久磁石界磁と巻線界磁の両者を備えた回転子をもつハイブリッド界磁同期電動機（非特許文献１を参照）、さらには界磁を有しない回転子をもつ同期リラクタンス電動機等が存在する。これら三相交流電動機は、共通して、三相巻線が施された固定子を有し、これら三相交流電動機の相違は、回転子にある。
【背景技術】
【０００３】
三相交流電動機は、その固定子同一性に起因して、同一の三相インバータで駆動可能である。これらモータの駆動の中核は電流制御にあり、これにはベクトル制御が広く利用されている。ベクトル制御は、検出した三相電流を、回転子磁束等に同期したｄｑ同期座標系上で電流制御することを基本とする。電流制御の目的は、ｄｑ同期座標系上の二相電流に変換された固定子電流を同指令値に、固定電流に混入した外乱の影響を排除して誤差なく、追従させることにある。本目的のために利用される電流制御器の基本は、ＰＩ制御器である。
【０００４】
固定子電流に混入する外乱は、一時的のものと持続的なものとに分類される。影響排除が特に求められるのは、後者である。後者の代表が、インバータを介してモータに供給される電力の基本波周波数の整数倍周波数をもつ高調波外乱である。主たる高調波外乱は、インバータを含む駆動システム個々に依存するが、概して、インバータの非線形性等に遠因する５次逆相、７次正相、１１次逆相、１３次正相外乱のいくつかであることが多い。なお、ｄｑ同期座標系上では、これら高調波外乱は、各々、６次逆相、６次正相、１２次逆相、１２次正相外乱となる。
【０００５】
高調波外乱の排除に関しては、基本電流制御器としてのＰＩ制御器は無力であり、ｄｑ同期座標系上の基本電流制御器に対し種々の改良が試みられている。既報の主たる改良法は、簡単なＰＩ制御器を、高級な電流制御器で置換する置換電流制御法（特許文献１、非特許文献１～４を参照）と、基本電流制御器（ＰＩ制御器）に高調波外乱専用の高調波電流制御器（ＰＩ制御器）を多重的に併用する多重ＰＩ電流制御法（非特許文献５、６参照）とに大別される。
【０００６】
置換電流制御法に利用される代表的な置換電流制御器としては、高調波外乱の周波数に応じて制御器係数を変更する高次電流制御器（特許文献１、非特許文献２を参照）、ＡＤＲＣ（ＡｃｔｉｖｅＤｉｓｔｕｒｂａｎｃｅＲｅｊｅｃｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）（非特許文献３参照）、ＡＤＲＣに可変係数２次制御器を並列配置した複合制御器（非特許文献４参照）などが知られている。
【０００７】
置換制御器は複雑であり、同制御器には元来のＰＩ制御器の面影はない。また、同制御器による場合には、基本波周波数の向上に応じ、速応性、安定性に代表される制御性能の劣化が起こることが知られている。図１２に、置換制御器の１つであるＡＤＲＣを図示した。図より明らかなように、ＡＤＲＣはＰＩ制御器に比較できないほど複雑化している。
【０００８】
多重ＰＩ電流制御法は、固定子電流の基本波成分に対応したＰＩ制御器、５次、７次、１１次、１３次の高調波外乱に各々対応したＰＩ制御器を並列的に多重配置するものである。多重ＰＩ電流制御法としては、次数に応じたＰＩ制御器の前後にベクトル回転器を同伴する吉本法（非特許文献（５）参照）と、ベクトル回転器同伴ＰＩ制御器を新中発明のＰＩ形Ｄ因子制御器に置換した張法（非特許文献（６）参照）とが知られている。参考までに、吉本法、張法による多重ＰＩ制御系の中核部を、各々図１３、図１４に示した。
【０００９】
多重ＰＩ電流制御法では、基本波成分用のＰＩ制御器とこれと同等に多重配置された高調波外乱用のＰＩ制御器とを含むすべてのＰＩ制御器が、互いに対等な関係で、単一の固定子巻線を対象に電流フィードバックループを構成する。必然的に全ＰＩ制御器が、構造上対等に、固定子電流制御の安定性に影響を及ぼすことになる。ひいては、個々のＰＩ制御器は独立に設計することはできず、全制御器を総合的に設計する必要がある。しかし残念ながら、このための制御器設計法の確立は大変困難なようであり、上記関連文献以降は、多重ＰＩ電流制御法の実用的展開はなされていないようである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
新中新二：「同期電動機の駆動制御装置」、公開特許公報、特開２０１２－１００５１０（２０１０－１０－３１）
【非特許文献】
（【００１１】以降は省略されています）

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