JP2006280142A

JP2006280142A - 誘導電動機のロータ温度演算装置

Info

Publication number: JP2006280142A
Application number: JP2005098259A
Authority: JP
Inventors: Masaki Kono; 雅樹河野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2005-03-30
Publication date: 2006-10-12

Abstract

【課題】ロータ温度を容易に算出できる誘導電動機のロータ温度演算装置を提供する。
【解決手段】誘導電動機８の２次抵抗の温度変化によるすべり周波数補正値を算出する２次抵抗補正値演算手段１２と、誘導電動機８のベクトル制御を行うｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値とすべり周波数補正値とに基づいて誘導電動機の２次抵抗推定値を算出する２次抵抗推定演算手段１３と、基準温度θ_０°Ｃにおける２次抵抗の実測値を２次抵抗基準値ｒθ_０とし、２次抵抗推定値をＲ２Ｓとしたとき、ロータ温度Ｔ２Ｓを式（１）により算出するロータ温度演算手段とを備えたものである。
Ｔ２Ｓ＝｛Ｒ２Ｓ（２３５＋θ_０）／ｒθ_０｝−２３５・・・・（１）
【選択図】図１

Description

この発明は、可変電圧可変周波数（ＶＶＶＦ）インバータを介してベクトル制御される誘導電動機のロータ温度を算出するようにした誘導電動機のロータ温度演算装置に関するものである。

従来の誘導電動機のロータ温度演算装置においては、推定ロータ温度を補正後の２次抵抗値と、常温の２次抵抗値を基準に設定した基準２次抵抗値と、誘導電動機のロータ金属材料から決まるロータ温度係数とから算出している（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−２６２１０２号公報（第４頁、図１）

従来の誘導電動機のロータ温度演算装置では、補正後の２次抵抗値と基準２次抵抗値とロータ温度係数とに基づいてロータ温度を算出しているので、ロータ温度係数の設定が面倒であるという問題点があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ロータ温度を容易に算出できる誘導電動機のロータ温度演算装置を提供することを目的としたものである。

可変電圧可変周波数形インバータでベクトル制御される誘導電動機のロータ温度を算出するようにした誘導電動機のロータ温度演算装置において、誘導電動機のベクトル制御を行うｑ軸電流指令値とｑ軸電流フィードバック値とに基づいて誘導電動機の２次抵抗の温度変化によるすべり周波数補正値を算出する２次抵抗補正値演算手段と、誘導電動機のベクトル制御を行うｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値とすべり周波数補正値とに基づいて誘導電動機の２次抵抗推定値を算出する２次抵抗推定演算手段と、基準温度θ_０°Ｃにおける２次抵抗の実測値を２次抵抗基準値ｒθ_０とし、２次抵抗推定値をＲ２Ｓとしたとき、ロータ温度Ｔ２Ｓを式（１）により算出するロータ温度演算手段とを備えたものである。

この発明は、式（１）に示すようにロータ温度θ_０゜Ｃにおける２次抵抗基準値ｒθ_０に基づいて一般式を利用してロータ温度を容易に算出することができる。

実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１における誘導電動機のロータ温度演算装置を示す構成図、図２及び図３は図１の要部を示す構成図である。
図１及び図２において、架線１からパンタグラフ２で直流電力を集電し、直流リアクトル３及びフィルタコンデンサ４を介して可変電圧可変周波数形インバータ５に直流電力が供給される。なお、フィルタコンデンサ４は車輪６からレール７を介して接地される。インバータ５で所定の周波数及び電圧に変換された３相交流電力は車両駆動用誘導電動機８に供給される。誘導電動機８はベクトル制御手段９により制御されるインバータ５で駆動される。ベクトル制御は、電流、電圧、及び磁束をベクトル量として制御するもので、磁束軸に一致した軸をｄ軸とし、ｄ軸に直交する軸がトルク軸でｑ軸としたもので、ｄｑ軸回転座標系上でインバータ５の制御が行われる。

なお、ベクトル制御手段９には電流検出器１０ａ、１０ｂ、１０ｃで検出された３相の各相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ及び速度センサ１１で検出された誘導電動機８の周波数が入力される。ベクトル制御手段９からは、インバータ５のベクトル制御のために使用されているｄ軸電流指令値Ｉｄｒ、ｑ軸電流値Ｉｑｒ、及びトルク分電流フィードバック値Ｉｑｆが出力される。そして、ｑ軸電流Ｉｑｒとトルク分電流フィードバック値Ｉｑｆが２次抵抗補正値演算手段１２に入力される。２抵抗補正演算手段１２では誘導電動機８の２次抵抗の温度変化によるすべり周波数補正値ｄＩｑが算出される。ｄ軸電流指令値Ｉｄｒ、ｑ軸電流Ｉｑｒ、及びすべり周波数補正値ｄＩｑが入力された２次抵抗推定演算手段１３により２次抵抗推定値Ｒ２Ｓが算出される。さらに、２次抵抗推定値Ｒ２Ｓが入力されたロータ温度演算手段１４によりロータ温度Ｔ２Ｓが算出される。
このように構成された誘導電動機のロータ温度演算装置においては、ベクトル制御手段９では各相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ、予め設定された磁束指令値Ｆ２Ｒ、運転パターン又は運転士のノッチ指令等のトルク指令値Ｔｍｒを入力として、式（２）（３）によりそれぞれｄ軸電流指令値Ｉｄｒ及びｑ軸電流Ｉｑｒが演算される。式（２）（３）において、Ｍは相互インダクタンス、Ｌ２は２次インダクタンス、Ｐは誘導電動機５の極対数である。

また、ベクトル制御手段９ではｄ軸電流指令値Ｉｄｒ、ｑ軸電流指令値Ｉｑｒ、及び各相電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを入力として、式（４）（５）によりｄ軸電圧指令値Ｖｄｒ及びｑ軸電圧指令値Ｖｑｒを演算する。式（４）（５）において、Ｒ１は誘導電動機８の１次抵抗値、Ｌ１は誘導電動機８の１次インダクタンス、σは漏れインダクタンス｛１−（Ｍ×Ｍ）／（Ｌ１／Ｌ２）｝、ω１はインバータ出力周波数、Ｋｐは電流制御比例ゲイン、Ｋｉは電流制御積分ゲイン、ｓはラプラス演算子、Ｉｄｆはｄ軸（磁束分）電流フィードバック値である。

さらに、ベクトル制御手段９ではｄ軸電流指令値Ｉｄｒ、ｑ軸電流指令値Ｉｑｒに基づいてすべり周波数ωｓを式（６）により演算する。式（６）において、Ｒ２は誘導電動機８の２次抵抗値である。

演算された滑り周波数ωｓは、速度センサ１１で検出された誘導電動機８のロータ回転周波数が加算されてインバータ５の出力周波数（インバータ周波数）ωｉとなる。
２次抵抗補正値演算手段１２では、式（７）に示すようにｑ軸電流指令値Ｉｑｒからｑ軸電流フィードバック値Ｉｑｆを減算器１５で減算し、その差を積分器１６に入力して２次抵抗の温度変化を含むすべり周波数補正値ｄＩｑを出力する。なお、積分器１６は想定値（設定値）以上の出力にならないように式（８）の制限を設ける。即ち、運転条件によって決められたすべり周波数以上にならないように設定する。式（８）ではすべり周波数が定格値の２倍以上にならないように式（８）が設定されている。

２次抵抗推定演算手段１３では、掛け算器１７でｄ軸電流指令値Ｉｄｒに２πを掛け、さらに掛け算器１８で２次インダクタンスＬ２を掛ける。一方、掛け算器１９では２次抵抗推定演算手段１３から出力されて前回値保持器２０に保持されている２次抵抗推定値Ｒ２Ｓ（Ｚ）とｑ軸電流指令値Ｉｑｒとを掛け算する。そして、割り算器２１で式（９）によりすべり周波数基準値ＦＳＰを演算する。続いて、２次抵抗補正値演算手段１２から入力されたすべり周波数補正値ｄＩｑとすべり周波数基準値ＦＳＰとを式（１０）に示すように加算機２２で加算して補正後のすべり周波数ＦＳを得る。

次に、補正後のすべり周波数ＦＳを一次遅れ器２３に通して式（１１）に示すように出力ＦＳＲを得る。一次遅れ器２３を通すことにより、電流に含まれるインバータ５のスイッチングによるリプル成分を取り除く。さらに、２次抵抗Ｒ２の変化は誘導電動機８の２次側の時定数Ｌ２／Ｒ２により速く変化することはないので、一次遅れ器２３の時定数Ｔ＝Ｌ２／ｒ２５に設定することにより想定外の変化を抑制することができる。なお、ｒ２５は２５℃における誘導電動機８の２次抵抗値である。

次に式（１２）に示すように、一次遅れ器２３の出力ＦＳＲに掛け算器２４で２π×Ｌ２を掛ける。続いて、掛け算器２４の出力に掛け算器２５でｑ軸電流指令値Ｉｑｒを掛ける。さらに、式（１２）に示すように掛け算器２５の出力を割り算器２６においてｄ軸電流指令値Ｉｄｒで割ることにより２次抵抗推定値Ｒ２Ｓが得られる。

ロータ温度演算手段１４では、誘導電動機８の実測データから決まる２５℃の２次抵抗値ｒ２５及び２次抵抗推定値Ｒ２Ｓを使用して、式（１３）によりロータ温度Ｔ２Ｓを算出する。

即ち、ロータ温度演算手段１４において、割り算器２７で２次抵抗推定値Ｒ２Ｓを２５℃の２次抵抗値ｒ２５で割り算する。割り算器２７の出力値Ｒ２Ｓ／ｒ２５に２５℃の２次抵抗値ｒ２５から決まる係数（２３５＋２５）を掛け算器２８で掛け算する。さらに、減算器２９で掛け算器２８の出力から２３５を減算することによりロータ温度Ｔ２Ｓを演算する。
なお、式（１３）は式（１４）に示す温度ｔと抵抗値ｒとの一般式から得られる。即ち、温度θ℃における抵抗値をＲθ、基準温度θ_０゜Ｃにおける抵抗値をｒθ_０としたとき、温度と抵抗の関係を示す一般式は式（１４）の通りである。

式（１４）において、θをＴ２Ｓ、θ_０を２５、及びｒθ_０をｒ２５と置き換えることにより式（１３）が得られる。
以上のように、ロータ温度Ｔ２Ｓをロータ温度演算手段１４で式（１）により算出することにより、一般式を利用してロータ温度を容易に算出することができる。

この発明を実施するための実施の形態１における誘導電動機のロータ温度演算装置を示す構成図である。図１の要部を示す構成図である。図１の要部を示す構成図である。

符号の説明

５インバータ、８誘導電動機、１２２次抵抗補正値演算手段、
１３２次抵抗推定演算手段、１４ロータ温度演算手段。

Claims

可変電圧可変周波数形インバータでベクトル制御される誘導電動機のロータ温度を算出するようにした誘導電動機のロータ温度演算装置において、上記誘導電動機のベクトル制御を行うｑ軸電流指令値とｑ軸電流フィードバック値とに基づいて上記誘導電動機の２次抵抗の温度変化によるすべり周波数補正値を算出する２次抵抗補正値演算手段と、上記誘導電動機のベクトル制御を行うｄ軸電流指令値と上記ｑ軸電流指令値と上記すべり周波数補正値とに基づいて上記誘導電動機の２次抵抗推定値を算出する２次抵抗推定演算手段と、基準温度θ_０°Ｃにおける２次抵抗の実測値を２次抵抗基準値ｒθ_０とし、上記２次抵抗推定値をＲ２Ｓとしたとき、上記ロータ温度Ｔ２Ｓを式（１）により算出するロータ温度演算手段とを備えたことを特徴とする誘導電動機のロータ温度演算装置。
Ｔ２Ｓ＝｛Ｒ２Ｓ（２３５＋θ_０）／ｒθ_０｝−２３５・・・・（１）