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公開番号2025078406
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-20
出願番号2023190952
出願日2023-11-08
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
代理人弁理士法人開知
主分類H02P 21/26 20160101AFI20250513BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】磁石モータの安定かつ高精度な制御を実現することができる電力変換装置を提供する。
【解決手段】電力変換装置20のプロセッサは、磁石モータ1の電圧(電圧指令値v_dc ^**、v_qc ^**)と電流(電流検出値i_dc、i_qc)から第1の電力(第1の無効電力Q_c)を演算する。プロセッサは、磁石モータ1の電気回路パラメータ(L_d ^*、L_q ^*、K_e ^*)と、磁石モータ1の電流の定常成分(電流検出値i_dc、i_qc)及び過渡成分dt/d(i_dc)、dt/d(i_qc)と、磁石モータ1の周波数推定値ω_dcとから第2の電力(第2の無効電力Q_c ^{^})を演算する。プロセッサは、第1の電力が第2の電力に追従するように、制御の位相θ_dcと磁石モータの磁束の位相(磁石の位相θ_d)との偏差(差分)を示す位相偏差(位相誤差Δθ)を推定する。プロセッサは、位相偏差の推定値から周波数推定値ω_dcを演算する。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
磁石モータの電圧と電流から第１の電力を演算し、
前記磁石モータの電気回路パラメータと、前記磁石モータの電流の定常成分及び過渡成分と、前記磁石モータの周波数推定値とから第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、制御の位相と前記磁石モータの磁束の位相との偏差を示す位相偏差を推定し、
前記位相偏差の推定値から前記周波数推定値を演算するプロセッサを備える電力変換装置。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記第１の電力と前記第２の電力は、無効電力である
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記第１の電力と前記第２の電力は、有効電力である
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項２に記載の電力変換装置であって、
前記プロセッサは、
前記磁石モータの磁束軸であるｄ軸と前記磁石モータのトルク軸であるｑ軸の異成分の電圧指令値と電流検出値の積の差から前記第１の電力を演算し、
前記電気回路パラメータと、前記ｄ軸及び前記ｑ軸の電流検出値又は電流指令値の定常成分及び過渡成分と、前記周波数推定値とから前記第２の電力を演算する
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項２に記載の電力変換装置であって、
前記プロセッサは、
三相交流の１相の電圧振幅値と、その相の電流振幅値と、その相の電圧指令値と電流検出値の位相差の正弦信号との積から前記第１の電力を演算し、
前記電気回路パラメータと、ｄ軸及びｑ軸の電流検出値又は電流指令値の定常成分及び過渡成分と、前記周波数推定値とから前記第２の電力を演算する
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項３に記載の電力変換装置であって、
前記プロセッサは、
前記磁石モータの磁束軸であるｄ軸と前記磁石モータのトルク軸であるｑ軸の同成分の電圧指令値と電流検出値の積の和から前記第１の電力を演算し、
前記電気回路パラメータと、前記ｄ軸及び前記ｑ軸の電流検出値又は電流指令値の定常成分及び過渡成分と、前記周波数推定値とから前記第２の電力を演算する
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項３に記載の電力変換装置であって、
前記プロセッサは、
三相交流の１相の電圧振幅値と、その相の電流振幅値と、その相の電圧指令値と電流検出値の位相差の余弦信号との積から前記第１の電力を演算し、
前記電気回路パラメータと、ｄ軸及びｑ軸の電流検出値又は電流指令値の定常成分及び過渡成分と、前記周波数推定値とから前記第２の電力を演算する
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記プロセッサは、
前記第１の電力と前記第２の電力の偏差を示す電力偏差を零とするように比例制御と積分制御を行うことにより前記位相偏差の推定値を演算する
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
請求項８に記載の電力変換装置であって、
前記プロセッサは、
周波数指令値が閾値未満である低速域において、無効電力の前記電力偏差を零とするように前記比例制御と前記積分制御を行うことにより前記位相偏差の推定値を演算し、
前記周波数指令値が前記閾値以上である中高速域において、有効電力の前記電力偏差を零とするように前記比例制御と前記積分制御を行うことにより前記位相偏差の推定値を演算する
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の電力変換装置であって、
前記プロセッサは、
周波数指令値が閾値未満である低速域において、無効電力の前記電力偏差を零とするように前記比例制御と前記積分制御を行うことにより前記位相偏差の推定値を演算し、
前記周波数指令値が前記閾値以上である中高速域において、拡張誘起電圧方式により前記位相偏差の推定値を演算する
ことを特徴とする電力変換装置。
（【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 1,800 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、特許第4402600号に記載のように、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の記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特許第4402600号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許第4402600号に記載の方法は、２種類の無効電力（QとQ
＾
）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。低速域は無効電力を利用し、ＰＩ（比例積分）制御により第１のモータ周波数を推定し、中高速域は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)を直接推定し、零に追従するようＰＩ制御により第２のモータ周波数を各々推定している。このため第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の発生が考えられる。
【０００５】
本発明の目的は、磁石モータの安定かつ高精度な制御を実現することが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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、磁石モータの電圧と電流から第１の電力を演算し、前記磁石モータの電気回路パラメータと、前記磁石モータの電流の定常成分及び過渡成分と、前記磁石モータの周波数推定値とから第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、制御の位相と前記磁石モータの磁束の位相との偏差を示す位相偏差を推定し、前記位相偏差の推定値から前記周波数推定値を演算するプロセッサを備える電力変換装置。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、磁石モータの安定かつ高精度な制御を実現することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
実施例に係る電力変換装置の構成図。
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。
実施例に係る低速域における位相誤差の推定演算部の構成図。
実施例に係る周波数と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。
本発明を低速域に用いた場合の制御特性。
本発明を低速域/中高速域の切替えに用いた場合の制御特性。
本発明の顕現性を確認するための構成図。
他の実施例に係る電力変換装置の構成図。
実施例に係る他の低速域における位相誤差の推定演算部の構成図。
他の実施例に係る電力変換装置の構成図。
実施例に係る他の高速域における位相誤差の推定演算部の構成図。
他の実施例に係る電力変換装置の構成図。
実施例に係る他の高速域における位相誤差の推定演算部の構成図。
実施例に係る他の電力変換装置の構成図。
実施例に係る他の電力変換装置の構成図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本実施例は、磁石モータの磁石位相を検出するエンコーダなどを省略する位置センサレス制御において、停止から例えば基底周波数の10％程度となる低速域でも、安定かつ高精度な制御特性を実現するものである。本実施例では、低速域において、２種類の無効電力の偏差から中高速域と同様に位相誤差を推定する。該位相誤差の推定値をその指令値に追従するようモータ周波数を推定することで、トルクショックを防止し、コントローラに設定する磁石モータの電気回路パラメータや制御ゲインの調整なしに、安定かつ高精度な制御特性を実現する。
【００１０】
なお、以下、図面を用いて本実施例を詳細に説明する。各図における共通の構成については同一の参照番号（符号）を付してある。また、以下に説明する各実施例は図示例に限定されるものではない。
（【００１１】以降は省略されています）

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