JP2006197658A - Electric vehicle controller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気車駆動用の電動機の速度を検出するための速度センサを有さないでベクトル制御を行う電気車制御装置に関する。 The present invention relates to an electric vehicle control device that performs vector control without a speed sensor for detecting the speed of an electric motor for driving an electric vehicle.
電気車駆動用の電動機の速度を検出するための速度センサを有さないでベクトル制御を行う電気車制御装置の場合、電動機を駆動するためのVVVFインバータ(可変電圧可変周波数インバータ)の周波数は、すべり周波数の指令値、電動機電圧指令値、電動機電流値から決まる。電動機の速度は、このVVVFインバータ周波数からすべり周波数の指令値を引いた値として計算される。 In the case of an electric vehicle control apparatus that performs vector control without having a speed sensor for detecting the speed of the electric motor for driving the electric car, the frequency of the VVVF inverter (variable voltage variable frequency inverter) for driving the electric motor is It is determined from the slip frequency command value, motor voltage command value, and motor current value. The speed of the electric motor is calculated as a value obtained by subtracting the command value of the slip frequency from the VVVF inverter frequency.
一方、電動機のブレーキトルクは機械ブレーキのブレーキ力と異なり、電動機を逆回転させる方向にトルクを出力する。従って、電動機が停止しても電動機にブレーキトルクを発生させ続けると電動機は逆転する。よって、電動機が停止したことを正確に検知して電動機のブレーキトルクをゼロに落とす必要がある。 On the other hand, the brake torque of the electric motor is different from the braking force of the mechanical brake, and the torque is output in the direction in which the electric motor rotates in the reverse direction. Therefore, if the motor continues to generate brake torque even if the motor stops, the motor reverses. Therefore, it is necessary to accurately detect that the motor has stopped and to reduce the brake torque of the motor to zero.
電動機の実速度を検出し、電動機の実速度に応じてトルク電流パターンを絞り込み、電動機の実速度がゼロとなるときにはトルク電流がゼロとなるように制御するようにしたものがある(例えば、特許文献1参照)。
しかし、特許文献1のものでは速度センサを有しているので、電動機の実速度を検出できるが、速度センサを有さない速度センサレスベクトル制御においては、電動機速度が読み込めない。電動機速度センサを有さないベクトル制御を行う場合には、電動機速度は、このVVVFインバータの周波数からすべり周波数の指令値を引いた値として計算されるいわば推定値である。この推定値は、インバータ出力電流センサや直流電圧センサの誤差によって実速度からずれることがあり、特に電動機の停止間際のような速度が低いところでは、インバータ出力電圧が小さいため速度推定値の誤差も出やすい特性がある。
However, since the thing of
電動機が停止したことを検知するのは、この電動機の推定速度に基づき行うため、電動機の停止間際で電動機速度推定値が実速度と一致して正確に推定できていれば電動機が逆転することはないが、電動機実速度がゼロで電動機速度推定値がゼロとなっていない状態であると、電動機推定速度がゼロとなるまでそのままブレーキトルク、すなわち電動機を逆転させる方向にトルクを出し続けてしまい電動機が逆転することとなる。 Since the motor stoppage is detected based on the estimated speed of the motor, if the estimated motor speed value is exactly the same as the actual speed just before the motor stops, the motor will reverse. However, if the actual motor speed is zero and the estimated motor speed is not zero, the brake torque, that is, the torque will continue to be output in the reverse direction until the estimated motor speed reaches zero. Will be reversed.
電動機推定速度と電動機実速度との誤差は概ね1Hz以下で抑えられるので、電動機推定速度がゼロとなれば、電動機の逆トルクはゼロに制御される。このため、電動機の逆回転は一時的で済むが、このような現象となると停止間際の乗り心地は大きく悪化してしまう。 Since the error between the estimated motor speed and the actual motor speed is suppressed to approximately 1 Hz or less, when the estimated motor speed becomes zero, the reverse torque of the motor is controlled to zero. For this reason, the reverse rotation of the electric motor is only required temporarily, but when such a phenomenon occurs, the ride comfort immediately before the stop is greatly deteriorated.
図4は従来の電気車制御装置のブロック構成図である。トルクパターン演算部11からの電動機12のトルクパターンは、速度センサレスベクトル制御演算部13に電動機トルク指令として入力される。速度センサレスベクトル制御演算部13はトルクパターンに基づいてインバータ周波数fiを演算し、PWMゲート演算部14を介してVVVFインバータ15に出力する。これにより、VVVFインバータ15は電動機12を駆動する。
FIG. 4 is a block diagram of a conventional electric vehicle control device. The torque pattern of the
図5は従来の電気車制御装置のブレーキ時の動作説明図である。ブレーキ時は電動機12のすべり周波数fsはマイナスとなるため、電動機速度vよりもインバータ周波数fiの方が小さくなる。電動機速度vが低下してくると、インバータ周波数fiはゼロに近づき電動機速度vがすべり周波数fsと同じ値まで低下した時点t1で、インバータ周波数fiはゼロとなる。そのままの状態を継続すると、インバータ周波数fiはマイナスに転じ、インバータ出力電圧の相順が入れ替わり、時点t2で電動機速度はゼロになる。
FIG. 5 is an explanatory diagram of the operation of the conventional electric vehicle control device during braking. Since the slip frequency fs of the
図6は電動機実速度vと電動機推定速度v0とがずれていた場合の従来の電気車制御装置のブレーキ時の動作説明図である。電動機実速度vと電動機推定速度v0とがずれていた場合、電動機実速度vが時点t2でゼロとなっていても推定速度v0がプラスの値であると、すべり周波数指令値を出し続ける。従って、電動機12の実すべり周波数fsも出し続けて電動機12を逆転させる方向にトルクを出し続ける。その結果、時点t3で電動機12は逆転を開始し、電動機速度推定値v0がゼロとなった時点t4でようやく、すべり周波数指令値をゼロとして、電動機12を逆転させるトルクが減少して電動機12は停止する。電動機実速度vと電動機推定速度v0とがずれていた場合には電動機が逆転するので、電気車の停止間際の乗り心地が悪くなる。
FIG. 6 is an explanatory diagram of the operation of the conventional electric vehicle control device during braking when the actual motor speed v is deviated from the estimated motor speed v0. When the actual motor speed v is deviated from the estimated motor speed v0, the slip frequency command value is continuously output if the estimated speed v0 is a positive value even if the actual motor speed v is zero at time t2. Accordingly, the actual slip frequency fs of the
本発明の目的は、速度センサレスベクトル制御で電動機を駆動する際にも電気車の停止間際に電動機の逆転を防止でき、乗り心地を向上できる電気車制御装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide an electric vehicle control device that can prevent reverse rotation of the electric motor just before stopping the electric vehicle even when the electric motor is driven by speed sensorless vector control, and can improve riding comfort.
本発明の電気車制御装置は、電気車駆動用の電動機の速度を検出するための速度センサを有さないで前記電動機をVVVFインバータによりベクトル制御する電気車制御装置において、前記電動機のトルクパターンを演算するトルクパターン演算部と、前記電気車のブレーキ時に前記トルクパターン演算部で演算されたブレーキトルクパターンに基づいてインバータ周波数を出力する速度センサレスベクトル制御演算部と、前記速度センサレスベクトル制御演算部からのインバータ周波数に制限を加え負の値のインバータ周波数を出力しないようにするブレーキ時インバータ周波数制限部と、前記インバータ周波数制限部を通したインバータ周波数に基づいてVVVFインバータにゲート信号を出力するPWMゲート演算部とを備えたことを特徴とする。 The electric vehicle control device of the present invention is an electric vehicle control device that performs vector control of the electric motor by a VVVF inverter without a speed sensor for detecting the speed of the electric motor for driving the electric vehicle. A torque pattern calculation unit that calculates, a speed sensorless vector control calculation unit that outputs an inverter frequency based on a brake torque pattern calculated by the torque pattern calculation unit during braking of the electric vehicle, and a speed sensorless vector control calculation unit A brake inverter frequency limiter that limits the inverter frequency of the inverter so as not to output a negative inverter frequency, and a PWM gate that outputs a gate signal to the VVVF inverter based on the inverter frequency passed through the inverter frequency limiter With a computing unit And butterflies.
本発明によれば、速度センサレスベクトル制御で電動機を駆動する際にも電気車の停止間際に電動機の逆転を防止でき、乗り心地を向上できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even when driving an electric motor by speed sensorless vector control, reverse rotation of an electric motor can be prevented just before the electric vehicle stops, and riding comfort can be improved.
以下、本発明の実施の形態を説明する。図1は本発明の第1の実施の形態に係わる電気車制御装置のブロック構成図である。この第1の実施の形態は、図4に示した従来例に対し、速度センサレスベクトル制御演算部13からのインバータ周波数fiに制限を加えるブレーキ時インバータ周波数制限部16を追加して設けたものである。図4と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is a block diagram of an electric vehicle control apparatus according to the first embodiment of the present invention. In the first embodiment, a brake-time inverter
トルクパターン演算部11で演算されたブレーキトルクパターンは電動機トルク指令値として速度センサレスベクトル制御演算部13へ入力される。速度センサレスベクトル制御演算部13はトルクパターンに基づいてインバータ周波数fiを演算し、ブレーキ時インバータ周波数制限部16に出力する。ブレーキ時インバータ周波数制限部16は、電気車のブレーキ時はインバータ周波数fiがゼロ以下とならないよう制限し、その制限を加えたインバータ周波数fi’をPWMゲート演算部14に出力する。PWMゲート演算部14では、インバータ周波数fi’に基づいてPWMゲート信号を作成しVVVFインバータ15を駆動する。これにより、電動機12は逆転することがなくなる。
The brake torque pattern calculated by the torque
図2は、本発明の第2の実施の形態に係わる電気車制御装置のブレーキ時の動作説明図である。ブレーキ時は電動機12のすべり周波数fsはマイナスとなるため、電動機速度vよりもインバータ周波数fiの方が小さくなる。電動機速度vが低下してくると、インバータ周波数fiはゼロに近づき電動機速度vがすべり周波数fsと同じ値まで低下した時点t1でインバータ周波数fiはゼロとなる。
FIG. 2 is an explanatory diagram of an operation during braking of the electric vehicle control device according to the second embodiment of the present invention. Since the slip frequency fs of the
インバータ周波数fiがゼロとなった時点t1で、ブレーキ時インバータ周波数制限部16は、PWMゲート演算部14に出力するインバータ周波数fi’がマイナスとならないようにプラスの値で制限するので、インバータ出力電圧の相順が入れ替わることを防止できる。インバータ出力電圧の相順が入れ替わらなければ、仮に電動機速度推定値v0が実速度からずれていたとしても電動機12が逆転することはなくなる。
At the time t1 when the inverter frequency fi becomes zero, the brake inverter
第1の実施の形態によれば、ブレーキ時停止間際でPWMゲート演算部14に出力するインバータ周波数fi’がマイナスとならないようにするので、インバータ出力電圧の相順が入れ替わることがない。従って、電動機1の逆転を防ぎ、電気車の停止間際での乗り心地を向上できる。
According to the first embodiment, since the inverter frequency fi 'output to the PWM
次に、本発明の第2の実施の形態を説明する。図3は本発明の第2の実施の形態に係わる電気車制御装置のブロック構成図である。この第2の実施の形態は、図1に示した第1の実施の形態に対し、ブレーキ時インバータ周波数制限部16に代えて、速度センサレスベクトル制御演算部13からのインバータ周波数fiがゼロとなったところでPWMゲート演算部14にゲートオフ指令s0を出力するインバータゲートオフ指令出力部17を設けたものである。図1と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a block diagram of an electric vehicle control apparatus according to the second embodiment of the present invention. This second embodiment is different from the first embodiment shown in FIG. 1 in that the inverter frequency fi from the speed sensorless vector
インバータゲートオフ指令出力部17は、速度センサレスベクトル制御演算部13からのインバータ周波数fiがゼロとなったことを検知してPWMゲート演算部14にゲートオフ指令s0を出力する。これにより、PWMゲート演算部14はVVVFインバータ15へのゲート信号をオフするので、電動機12は逆転することがない。
The inverter gate-off
すなわち、インバータ周波数fiがゼロとなったところでVVVFインバータ15のゲート信号がオフするため、インバータ周波数fiがマイナスとなってインバータ出力電圧の相順が逆転することはなく、電動機12も逆転することなく制御できる。
That is, since the gate signal of the
第2の実施の形態によれば、ブレーキ時停止間際でインバータ周波数fiがマイナスとならないようにするので、インバータ出力電圧の相順が入れ替わらない。従って、電動機12の逆転を防ぐことができ、電気車の停止間際で乗り心地を向上させることができる。
According to the second embodiment, since the inverter frequency fi is not negative just before stopping during braking, the phase sequence of the inverter output voltage does not change. Therefore, the reverse rotation of the
11…トルクパターン演算部、12…電動機、13…速度センサレスベクトル制御演算部、14…PWMゲート演算部、15…VVVFインバータ、16…ブレーキ時インバータ周波数制限部、17…インバータゲートオフ指令出力部
DESCRIPTION OF
Claims (2)
In an electric vehicle control device that performs vector control of the electric motor by a VVVF inverter without having a speed sensor for detecting the speed of the electric vehicle driving electric motor, a torque pattern calculating unit that calculates a torque pattern of the electric motor, A speed sensorless vector control calculation unit that outputs an inverter frequency based on the torque pattern calculated by the torque pattern calculation unit, and a PWM gate that outputs a gate signal to the VVVF inverter based on the inverter frequency from the speed sensorless vector control calculation unit An electric vehicle control comprising: a calculation unit; and an inverter gate off command output unit that outputs a gate off command to the PWM gate calculation unit when the inverter frequency from the speed sensorless vector control calculation unit becomes zero apparatus.
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JP2017038486A (en) * | 2015-08-11 | 2017-02-16 | 東洋電機製造株式会社 | Electric vehicle control device |
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JP2000312497A (en) * | 1999-04-23 | 2000-11-07 | Hitachi Ltd | Control method for alternating current motor |
JP2003259699A (en) * | 2002-03-06 | 2003-09-12 | Toshiba Corp | Power converter |
JP2003333899A (en) * | 2002-05-15 | 2003-11-21 | Fuji Electric Co Ltd | Method for controlling induction motor |
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