JP2005348528A - 電動機制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 制御システム50による誘導電動機30の制御系では、すべり周波数形ベクトル制御を基本として、燃料電池システム10の出力電圧VFCに対する二次の位相進み補償を行う。即ち、位相進み補償器59が出力電圧VFCに対して二次の位相進み補償演算を行ってq軸電流補正指令Iqdmp *を生成し、生成したq軸電流補正指令Iqdmp *が電流指令演算部51によって演算されたq軸電流指令Iq0 *に加算される。そして、電流制御器53が、電流指令演算部51により演算されたd軸電流指令Id *と補正されたq軸電流指令Iq *とに基づいて電圧指令Vd *、Vq *を演算し、PWM制御回路54が、生成された電圧指令Vd *、Vq *に従ってインバータ20をPWM制御している。
【選択図】図3
Description
電気車を駆動する電動機(例えば、図1の誘導電動機30)と、
燃料電池(例えば、図1の燃料電池システム10)と、
前記燃料電池の直流出力を交流に変換して前記電動機に出力するインバータ(例えば、図1のインバータ20)と、
所与の指令信号(例えば、実施形態のq軸電流指令Iq *)に従って前記インバータを制御する制御装置(例えば、図1の制御システム50)と、
を備えた電動機制御装置において、
前記制御装置は、前記所与の指令信号に前記燃料電池出力に基づく所定の進み補償を施す進み補償手段(例えば、図3の位相進み補償器59)を有し、この進み補償手段により補償された信号に従って前記インバータを制御する、
ことを特徴とする電動機制御装置である。
電動機と、
燃料電池と、
所与の出力指令信号に従って前記燃料電池の直流出力を交流へ変換して前記電動機へ出力するインバータと、
前記出力指令信号を生成して前記インバータを制御する制御装置と、
を備えた電動機制御装置において、
前記制御装置は、前記出力指令信号に前記燃料電池出力に基づく所定の進み補償を施す進み補償手段を有する、
ことを特徴とする電動機制御装置である。
前記電動機への流入電力を検出する電力検出手段を更に備え、
前記進み補償手段は、前記電力検出手段により検出された電力が大きい程前記進み補償を施す程度を大きくさせるゲイン変更手段を有する、
こととしても良い。
前記電動機の回転速度を検出する速度検出手段を更に備え、
前記進み補償手段は、前記速度検出手段により検出された回転速度が大きい程前記進み補償を施す程度を大きくさせるゲイン変更手段を有する、
こととしても良い。
電動機と、
燃料電池と、
前記燃料電池の直流出力を交流に変換して前記電動機に出力するインバータと、
前記インバータを制御する制御装置と、
を備えた電動機制御装置において、
前記燃料電池出力に所定の振動現象が発生しているか否かを検出する振動検出手段を更に備え、
前記制御装置は、前記振動検出手段により振動現象の発生が検出された場合に、前記電動機への出力電力を低減させるように前記インバータを制御する出力電力低減制御手段を有する、
ことを特徴とする電動機制御装置である。
電動機と、
燃料電池と、
前記燃料電池の直流出力を交流に変換して前記電動機に出力するインバータと、
前記インバータを制御する制御装置と、
を備えた電動機制御装置において、
前記インバータ出力に所定の振動現象が発生しているか否かを検出する振動検出手段を更に備え、
前記制御装置は、前記振動検出手段により振動現象の発生が検出された場合に、前記電動機への出力電力を低減させるように前記インバータを制御する出力電力低減制御手段を有する、
ことを特徴とする電動機制御装置である。
前記燃料電池の周囲温度を計測する温度計測手段を更に備え、
前記振動検出手段は、前記温度計測手段により計測された温度が所定閾値以下又は所定閾値未満であった場合に前記振動現象が発生していると推定する推定手段を有する、
こととしても良い。
前記電動機への流入電力を検出する電力検出手段を更に備え、
前記出力電力低減制御手段は、前記電力検出手段により検出された電力が大きい程出力電力の低減量を大きくさせる低減量制御手段を有する、
こととしても良い。
前記電動機の回転速度を検出する速度検出手段を更に備え、
前記出力電力低減制御手段は、前記速度検出手段により検出された回転速度が大きい程出力電力の低減量を大きくさせる低減量制御手段を有する、
こととしても良い。
前記電動機は電気車を駆動する電動機であり、当該電気車の電動機を制御することとしても良い。
上述のように、燃料電池で駆動される鉄道車両(電車)等の電動機制御系では、燃料電池温度が低下すると、燃料電池出力(電圧/電流/電力)に電気的な振動現象が発生し、これによって電動機制御系全体に電気的な振動が生じることが判明した。これは、燃料電池温度が低下した際に生じる現象であることから、燃料電池の特性に起因するものと推定される。つまり、燃料電池の出力電流が出力電圧に比べて遅れる、即ち出力電流から出力電圧までの伝達関数が遅れ要素をもつことで生じる現象であると推測される。そこで、本実施形態では、電動機制御系に二次の位相進み補償(いわゆる、ダンピング補償)を付加することで制御系全体に生じる振動現象を抑制する。
図1は、本実施形態における鉄道車両を駆動する主回路システムの概略構成を示すブロック図である。主回路システムは燃料電池を動力源としてVVVFインバータ装置で誘導電動機を駆動するものであり、主に、燃料電池システム10と、インバータ20と、誘導電動機30と、制御システム50と、を備えて構成される。
加算器52aは、電流指令演算部51から入力されたq軸電流指令Iq0 *に、位相進み補償器59から入力されたq軸電流補正指令Iqdmp *を加算して補正し、q軸電流指令Iq *として出力する。
加算器52bは、すべり周波数演算部56から入力されたすべり周波数ωsと、F/V変換器55から入力されたロータ周波数ωrとを加算し、一次周波数(インバータ周波数)ω1として出力する。
積分器57は、加算器52bから入力された一次周波数ω1を時間積分し、誘導電動機30の回転子角度θ1として出力する。
続いて、上述した主回路システムを用いた1つの試験結果を開示し、燃料電池システム10の温度低下によって電動機制御系に生じる電気的な振動現象の抑制として、位相進み補償器59による二次の位相進み補償が有効であることを説明する。
以上のように、本実施形態の制御システム50による電動機制御系では、位相進み補償器59により、燃料電池システム10の出力電圧VFCに二次の位相進み補償を施してq軸電流補正指令Iqdmp *を生成し、生成したq軸電流補正指令Iqdmp *を、電流指令演算部51によって演算されたq軸電流指令Iq0 *に加算して補正している。そして、電流指令演算部51により演算されたd軸電流指令Id *と、補正したq軸電流指令Iq *とに基づいて電圧指令Vd *、Vq *を生成し、生成した電圧指令Vd *、Vq *に従ってインバータ20をPWM制御している。従って、燃料電池の温度低下によって電動機制御系に発生する振動現象は、燃料電池の出力電圧が出力電流に比べて遅れる、即ち燃料電池の出力電圧から出力電流までが遅れ系となることに起因すると推定されるが、燃料電池システム10の出力電圧VFCに対して二次の位相進み補償を行うことで、この電動機制御系に発生する振動現象を抑制することが可能となる。
尚、本発明の適用は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述した実施形態では、燃料電池システム10の出力電圧VFCを検出し、これを位相進み補償器59に入力してq軸電流補正指令Iqdmp *を演算することとしたが、検出値を、出力電圧VFCに代えて、(a)燃料電池システム10の出力電流IFC(若しくは、フィルタコンデンサCFに流れる電流)、(b)燃料電池システム10の出力電力PFC、(c)インバータ20の出力電圧(若しくは、誘導電動機30への入力電圧)、(d)インバータ20の出力電流(若しくは、誘導電動機30への入力電流)、(e)インバータ20の出力電力(若しくは、誘導電動機30への入力電力)、の何れかを検出(或いは演算)し、これを位相進み補償器59に入力してq軸電流補正指令Iqdmp *を演算することとしても良い。尚この場合には、勿論、比例ゲインKや時定数T等を適切に設定する必要がある。また、(a)燃料電池システム10の出力電流IFCは、燃料電池システム10の出力電圧VFCを微分することで算出しても良い。
また、上述した実施形態では、位相進み補償器59によって演算されたq軸電流補正指令Iqdmp *をq軸電流指令Iq *に加算して補正することとしたが、補正対象を、q軸電流指令Iq *に代えて、(a)q軸電圧指令Vq *、(b)1次周波数ω1若しくは回転子角度θ1、の何れかに加算して補正することとしても良い。尚この場合にも、比例ゲインKや時定数T等を適切に設定する必要がある。
また、位相進み補償器59から出力される補正値Iqdmp *に、誘導電動機30の消費電力又は回転速度に応じたゲインを乗じることでその値を調整し、高速・大出力時にのみ補償が有効となるようにしても良い。具体的には、例えば消費電力又は回転速度が所定の閾値未満なら「0〜1」のゲインを乗じ、閾値以上であるならば、消費電力又は回転速度が大きくなる程、より大きなゲインを乗じる。
また、上述した実施形態では、検出値(燃料電池システム10の出力電圧VFC)を位相進み補償器59に入力して二次の位相進み演算を行うことでq軸電流補正指令Iqdmp *を演算し、これを操作対象(q軸電流指令Iq *)に加算して補正することとしたが、これを次のようにしても良い。即ち、(1)電動機制御系に振動現象が発生したか否かを検出し、(2)発生したならば振動を抑制する制御を行う、こととする。
更に、上述した実施形態では、本発明を電車に適用した場合を説明したが、その他の電気車、例えば電気自動車についても同様に適用可能であるのは勿論である。電気車とは、電車や電気自動車等の電気力(主に、電動機の回転力)によって走行する車両のことである。また、本発明は、電気車に限らず、電動機を動力源とする機械装置、例えば工作機械や製造設備、リフト類、ファン・ポンプ等にも同様に適用可能である。
20 インバータ(INV)
30 誘導電動機(IM)
40 パルスジェネレータ(PG)
50 制御システム
51 電流指令演算部
52 加算器
53 電流制御器(ACR)
54 PWM制御回路
55 F/V変換器
56 すべり周波数演算部
57 積分器
58 座標変換器
59 位相進み補償器
VFC 燃料電池システムの出力電圧
IFC 燃料電池システムの出力電流
Claims (10)
- 電動機と、
燃料電池と、
前記燃料電池の直流出力を交流に変換して前記電動機に出力するインバータと、
所与の指令信号に従って前記インバータを制御する制御装置と、
を備えた電動機制御装置において、
前記制御装置は、前記所与の指令信号に前記燃料電池出力に基づく所定の進み補償を施す進み補償手段を有し、この進み補償手段により補償された信号に従って前記インバータを制御する、
ことを特徴とする電動機制御装置。 - 電動機と、
燃料電池と、
所与の出力指令信号に従って前記燃料電池の直流出力を交流へ変換して前記電動機へ出力するインバータと、
前記出力指令信号を生成して前記インバータを制御する制御装置と、
を備えた電動機制御装置において、
前記制御装置は、前記出力指令信号に前記燃料電池出力に基づく所定の進み補償を施す進み補償手段を有する、
ことを特徴とする電動機制御装置。 - 請求項1又は2に記載の電動機制御装置であって、
前記電動機への流入電力を検出する電力検出手段を更に備え、
前記進み補償手段は、前記電力検出手段により検出された電力が大きい程前記進み補償を施す程度を大きくさせるゲイン変更手段を有する、
ことを特徴とする電動機制御装置。 - 請求項1又は2に記載の電動機制御装置であって、
前記電動機の回転速度を検出する速度検出手段を更に備え、
前記進み補償手段は、前記速度検出手段により検出された回転速度が大きい程前記進み補償を施す程度を大きくさせるゲイン変更手段を有する、
ことを特徴とする電動機制御装置。 - 電動機と、
燃料電池と、
前記燃料電池の直流出力を交流に変換して前記電動機に出力するインバータと、
前記インバータを制御する制御装置と、
を備えた電動機制御装置において、
前記燃料電池出力に所定の振動現象が発生しているか否かを検出する振動検出手段を更に備え、
前記制御装置は、前記振動検出手段により振動現象の発生が検出された場合に、前記電動機への出力電力を低減させるように前記インバータを制御する出力電力低減制御手段を有する、
ことを特徴とする電動機制御装置。 - 電動機と、
燃料電池と、
前記燃料電池の直流出力を交流に変換して前記電動機に出力するインバータと、
前記インバータを制御する制御装置と、
を備えた電動機制御装置において、
前記インバータ出力に所定の振動現象が発生しているか否かを検出する振動検出手段を更に備え、
前記制御装置は、前記振動検出手段により振動現象の発生が検出された場合に、前記電動機への出力電力を低減させるように前記インバータを制御する出力電力低減制御手段を有する、
ことを特徴とする電動機制御装置。 - 請求項5又は6に記載の電動機制御装置であって、
前記燃料電池の周囲温度を計測する温度計測手段を更に備え、
前記振動検出手段は、前記温度計測手段により計測された温度が所定閾値以下又は所定閾値未満であった場合に前記振動現象が発生していると推定する推定手段を有する、
ことを特徴とする電動機制御装置。 - 請求項5〜7の何れか一項に記載の電動機制御装置であって、
前記電動機への流入電力を検出する電力検出手段を更に備え、
前記出力電力低減制御手段は、前記電力検出手段により検出された電力が大きい程出力電力の低減量を大きくさせる低減量制御手段を有する、
ことを特徴とする電動機制御装置。 - 請求項5〜7の何れか一項に記載の電動機制御装置であって、
前記電動機の回転速度を検出する速度検出手段を更に備え、
前記出力電力低減制御手段は、前記速度検出手段により検出された回転速度が大きい程出力電力の低減量を大きくさせる低減量制御手段を有する、
ことを特徴とする電動機制御装置。 - 請求項1〜9の何れか一項に記載の電動機制御装置であって、
前記電動機は電気車を駆動する電動機であり、当該電気車の電動機を制御することを特徴とする電動機制御装置。
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