JP2004088943A - 誘導機のセンサレス制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】誘導モータをセンサレス制御しようとする場合、相電圧などに駆動電圧とは別に注入信号を入れる方法があるが、注入信号を入れることによって誘導モータにトルクリプルが発生してしまうといった問題点があった。
【解決手段】本発明では、誘導モータ等に注入する信号として、二つの周波数成分の平均が駆動周波数に等しい二つの周波数成分を持つ信号を用い、注入信号のそれぞれの周波数成分の振幅と位相を適当に調整することにより、注入信号と駆動周波数の相互作用、および注入信号の二つの周波数成分同士の相互作用によって発生するトルクリプルを相殺させて、誘導モータに発生するトルクリプルを抑制する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導モータなどの誘導機において、相電圧波形と相電流波形から誘導機の回転速度などを推定して制御を行うセンサレス制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
誘導機は、構造的に堅牢などの利点を有しているが、誘導機に発生するトルクを制御してエネルギー効率良く駆動したり、正逆回転を切り替えて駆動するためには、誘導機の回転速度や回転子巻線の抵抗である２次抵抗の値を、相電圧波形と相電流波形から推定（セルフセンシング）して誘導機を制御（センサレス制御）する必要がある。これらの値を推定する方法として、誘導機に加える電圧に駆動周波数以外の周波数の信号を注入する方法がある。Ｋ．　Ｒａｊａｓｈｅｋａｒａ　ｅｔ　ａｌ．　Ｅｄ．　”Ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ＡＣ　Ｍｏｔｏｒ　Ｄｒｉｖｅｓ”，　ｐｐ．　２３０−２３５，　ＩＥＥＥ　Ｐｒｅｓｓ，　１９９６，　ＮＹ．
【０００３】
しかし、従来の技術においては、センサレス制御のための信号を相電圧に注入すると、誘導機が発生するトルクにリプルが発生してしまうといった問題点があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、トルクリプルの発生を抑えながら誘導機をセンサレス制御することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
誘導機の駆動周波数をｆｏ、センサレス制御のための注入信号の周波数をｆ１とすると、誘導機にはｆ１−ｆｏの周波数のトルクリプルやｆ１＋ｆｏの周波数のトルクリプルが発生する。これらのうちのどちらかの周波数のトルクリプルは、注入信号の位相の与え方を適当に調整することにより大きさをゼロとすることができるが、他方の周波数のトルクリプルは必ず存在してしまう。
【０００６】
そこで、注入信号として、二つの周波数成分を持つものにする。そしてそれら周波数をｆ１＝ｆｏ＋ｆｓ，ｆ２＝ｆｏ−ｆｓ（ただし、ｆｓ＞０）とすることにより、注入信号の二つの周波数成分と駆動周波数との差の周波数が等しくなり、注入信号の二つの周波数成分の振幅と位相を適当に与えることにより、それらがもたらすトルクリプルを相殺させることができる。注入信号の二つの周波数成分同士の相互作用によってトルクリプルが発生してしまうが、注入信号の大きさは駆動信号に比べて小さいので、そのトルクリプルは小さいものとなる。
【０００７】
また、ｆｓの値を２×ｆｏとすることにより、注入信号の二つの周波数と駆動周波数の差、および二つの駆動周波数の和の三つがともに２×ｆｓとなるので、注入信号の二つの周波数成分の振幅と位相を適当に与えることにより、トルクリプルを非常に小さく抑制することができる。
【０００８】
【実施例】
図１は、本発明の実施例である誘導機駆動システムのブロック図である。誘導機１は３相のかご型誘導モータである。
【０００９】
相電圧信号発生器２により、２相モータとしての相電圧の指令信号であるａ相電圧信号Ｖａおよびｂ相電圧信号Ｖｂを発生させる。その際、ａ相電圧信号Ｖａおよびｂ相電圧信号Ｖｂは、駆動信号源２１の出力信号と注入信号発生源２２，２３のそれぞれの出力信号の１次結合の形で生成する。
【００１０】
２相モータとしての相電圧の指令信号であるａ相電圧信号Ｖａおよびｂ相電圧信号Ｖｂは、２相／３相変換器５により、３相モータとしての相電圧に変換され、その信号はインバータ３に供給され、誘導機１の各相に相電圧が印可される。
【００１１】
誘導機１の３相のうちの２相に流れる電流は電流センサＣＴ１，ＣＴ２により検出され、変換器６により２相モータとしての相電流を示す信号であるａ相電流信号Ｉａおよびｂ相電流信号Ｉｂに変換される。推定器４は、ａ相電圧信号Ｖａ、ｂ相電圧信号Ｖｂ、ａ相電流信号Ｉａ、ｂ相電流信号Ｉｂを入力して、誘導機１の回転速度と回転子巻線抵抗である２次抵抗を推定し、回転速度推定出力９１、２次抵抗推定出力９２といった信号を出力する。
【００１２】
相電圧信号発生器２の動作は次のようである。駆動信号源２１における駆動周波数ｆｏと相電圧における周波数ｆｏの成分の振幅Ｖｏは決まっていると仮定する。そして、ａ相電圧信号Ｖａ、ｂ相電圧信号Ｖｂを次のように生成する。
【００１３】
【数１】

【００１４】
【数２】

【００１５】
ここでｔは時刻であり、α，β，φ，ψは注入信号の二つの周波数成分の振幅と位相を決めるパラメータである。
【００１６】
注入信号の大きさはある程度確保する必要があるので、トルクリプル低減のための実質的なパラメータの自由度は３となる。注入信号の二つの周波数成分と駆動周波数との相互作用により発生するトルクリプルを相殺するためには、それらの振幅を揃え位相を１８０度ずらせばよいので、必要とする自由度は２となり、その実現は可能である。
【００１７】
また、ｆｓ＝２×ｆｏとした場合には、注入信号の二つの周波数成分と駆動周波数との相互作用により発生するトルクリプルと、注入信号の二つの周波数成分の間の相互作用によるトルクリプルを総合したものを抑制する。このとき考慮すべきトルクリプルの周波数成分は、注入信号の二つの周波数成分の周波数と駆動周波数の差および注入信号の二つの周波数成分の周波数の和である２×ｆｏを周波数とする成分と、注入信号の二つの周波数成分の周波数の差である４×ｆｏを周波数とする成分である。このうち、４×ｆｏを周波数とする成分に関しては、φ−ψの値を調整することにより最小化をはかり、２×ｆｏを周波数とする成分に関しては残りの自由度２を用いてゼロ化を行う。
【００１８】
トルクリプルを最小化する注入信号のパラメータα，β，φ，ψの値は、誘導機１の動作条件や２次抵抗の値などによって変化する。したがって、広い動作範囲でトルクリプルを抑制するためには、動作条件や２次抵抗の値などによって注入信号のパラメータα，β，φ，ψの値を変化させると効果的である。
【００１９】
注入信号のパラメータα，β，φ，ψの調整に関しては、動作条件や種種の推定値をもとに調整してもよいが、誘導機１が発生するトルクリプルを実時間で検出し、そのトルクリプルを小さくするように注入信号のパラメータα，β，φ，ψを調整するようにしてもよい。その際、トルクリプルを検出する上で、各周波数成分の大きさを評価し、その結果をもとに注入信号のパラメータα，β，φ，ψを調整すると効率的である。
【００２０】
センサレス制御のための注入信号は、誘導機１の相電圧への注入に限るものではなく、誘導機１の相電流に注入してもよい。
【００２１】
誘導機１は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換するものであってもよいし、機械エネルギーを電気エネルギーに変換するものであってもよい。また、その両方の動作を適宜行うものであってもよい。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように、本発明を用いることにより、センサを用いず誘導機を制御するために誘導機の駆動信号に回転速度や回転子巻線の抵抗を推定するための注入信号を加えても、トルクリプルの発生を抑えることができるため、誘導機の回転数をなめらかに加減速したり、駆動とエネルギー回収をなめらかに切り替えて、エネルギー効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である誘導機駆動システムのブロック図
【符号の説明】
１・・・・・誘導機
２・・・・・相電圧信号発生器
２１・・・・駆動信号源
２２，２３・・・・注入信号発生源
３・・・・・インバータ
４・・・・・推定器
５・・・・・２相／３相変換器
６・・・・・変換器
９１・・・・回転速度推定出力
９２・・・・２次抵抗推定出力
ＣＴ１，ＣＴ２・・・・電流センサ
Ｉａ・・・・ａ相電流信号
Ｉｂ・・・・ｂ相電流信号
Ｖａ・・・・ａ相電圧信号
Ｖｂ・・・・ｂ相電圧信号

Claims (2)

1. 誘導機のセンサレス制御方法において、多相である誘導機の各相に任意の波形の印可電圧または任意の波形の供給電流を供する手段を持ち、前記印可電圧または前記供給電流は周波数をｆｏとする正弦波である駆動信号と任意波形の注入信号の和であり、前記注入信号は、ｆｓをある正の周波数として、周波数がｆｏ−ｆｓである信号と周波数がｆｏ＋ｆｓである信号の重ね合わせであることを特徴とする、誘導機のセンサレス制御方法。
2. 請求項１の誘導機のセンサレス制御方法において、ｆｓをｆｏの２倍とすることを特徴とする、誘導機のセンサレス制御方法。

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