JP2006296197A - 電動機のパラメータ調整方法とその方法を利用した変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】誘導電動機Mの制御用変速機の電動機パラメータ調整方法を提供する。
【解決手段】本発明は、電動機の磁束、トルク電流のリファレンスと測定値の差ΔI_D及びΔI_Qを算出する工程、差異ΔI_D及びΔI_Qの積分項から回転子抵抗の修正値ΔR_R及び回転子インダクタンスの修正値ΔL_Rを計算する工程、ΔL_R及びΔR_Rに基づく電動機のモデルのパラメータ値調整工程、上記電動機のパラメータ調整値を用いて電動機Mに加える制御電圧U_D及びU_Qを発生する工程を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、誘導電動機の指令及び制御用周波数変換器型の電子変速機内の電動機のパラメータ調整方法に関する。本発明は、又、このような方法を実装した変速機にも関する。

周波数変換器型電子変速機は、誘導電動機、つまり三相非同期電動機といったブロンデル・パーク（Ｂｌｏｎｄｅｌ−Ｐａｒｋ）の特性を有する電動機の制御を担う。変速機は、固定周波数の交流配電網により給電され、電圧と周波数が速度指令や用途の必要性に応じて可変な交流電流電源を電動機に提供する。このため変速機は、磁束のベクトル制御を用い制御電子システムを操作することのできる処理装置を有する。

優れた電動機の性能を得るために、変速機の制御は、一連の物理的パラメータを使用した、信頼性の高い電動機の電気モデルに基づいたものでなければならない。従って、このモデルを構築するために電動機の特性を示す一定量のデータに関する知識が必要となる。

これらの電動機データのうちのいくつかは、制御対象の電動機の製造者により提供される。これらのデータは、基本データ、又は時にこれらのデータが通常電動機に固定された銘板に記載されていることから「プレートデータ」と呼ばれる。これらのデータは、又、電動機の取り扱い説明書に示されている場合もある。

しかしながら、電動機モデルの作成に必要なすべてのデータが電動機に付属して提供されているわけではなく、従って信頼性の高い電動機モデルを得るために、いくつかの不足したパラメータを、様々な実現可能な手法を用いて計算又は測定により推定する必要がある。これらの手法は、例えば、電動機の認証または自己学習の予備段階（preliminary phase)前工程を用いたり、あるいは推定対象のパラメータに対応する一連の推定値を変速機内にデータテーブルを用いて記憶したり、あるいは一定のパラメータを、経験式を用いて計算したりする。

しかしながら、特に電動機の温度により非常に変動する回転子抵抗Ｒ_Rなど、一定の電動機パラメータは、電動機の稼働にともない時とともに変化することもある。もし、ある一定時に、この回転子抵抗値の推定に誤りがあれば、変速機により電動機に供給される電流が、電動機の公称動作点において必要な量以上となることもありえる。同様に、電動機の回転子インダクタンスＬ_Rは、磁束の変化時（例えば弱め磁束領域における動作時）に変化することもある。また、電動機により与えられるトルクの精度は回転子インダクタンスの値の精度に依存する。

これにより、消費、過熱の問題を引き起こし、あるいは電流、速度及びトルクの振動を発生させ、変速機と電動機全体の性能が劣化することもある。従って、電動機の制御を最適化するよう、事前に推定したパラメータを稼働中に調整できることが好ましい。

このため、本発明は、電動機の速度の測定値が変速機（閉ループ動作）内で入手可能な場合、電流ループの積分項を用いて電動機の回転子インダクタンスＬ_R、及び回転子抵抗Ｒ_Rの値を実時間で修正し、それによって電動機のモデルのパラメータの値を調整することを可能にすることを目的とする。

このため、本発明は、誘導電動機の制御用変速機内の電動機のパラメータの調整方法を記述する。本方法は、電動機のトルク電流リファレンスと電動機のトルク電流測定値間の第１差異、及び、電動機の磁束電流のリファレンスと電動機の磁束電流の測定値間の第２差異を算出する工程と、上記第１差異の積分項、及び上記第２差異の積分項から、電動機の回転子抵抗の修正値、及び電動機の回転子インダクタンスの修正値を計算する工程と、回転子抵抗と回転子インダクタンスの上記修正値に基づく電動機のモデルのパラメータ値調整工程と、電動機のパラメータの上記調整値を用いて、電動機に加える制御電圧を発生させる工程と、を有する。

一つの特徴によれば、トルク電流のリファレンスは、電動機の速度のリファレンス、及び電動機の速度の測定値から得られる。

もう一つの特徴によれば、この方法は、電動機の速度の測定値が既定の閾値を超過した場合に変速機において実行される。

その他の特性や利点は、例として示し、添付図面に図示した実施の態様を参照した以下の詳細な説明から明らかになる。

図１は、本発明による誘導電動機の制御の構成を示すブロック図である。

図２は、図１に示す電流レギュレータユニット１５の詳細を示すブロック図である。

図１を参照すると、周波数変換器型の変速機は、磁束ベクトル制御を用いて、特に制御電子システム（図１に示されていない）の操作が可能な処理装置１０により、三相非同期電動機Ｍの指令及び制御を行う役割を担う。速度検出器は、変速機に電動機の実速度の帰還Ｗ_mを供給することを可能にする。

変速機の処理装置１０は、出力で電動機のトルク電流のリファレンスＩ_Qrefを送出するよう、電動機の速度リファレンスＷ_refと電動機の速度測定値Ｗ_m，を入力とする速度レギュレータユニット１１を有する。この電動機のトルク電流のリファレンスＩ_Qrefは、この値が電動機の速度の実測値Ｗ_mに基づくものであることから、精確に算出される。

次に、変速機の処理装置１０は、ユニット１１から送出された電動機のトルク電流リファレンスＩ_Qrefと電動機の磁束電流リファレンスＩ_Drefを入力とする電流レギュレータユニット１５を有する。ユニット１５は、又、電動機のトルクＩ_Qm、磁束電流の測定値Ｉ_Dm、、及び電動機の速度の測定値Ｗ_mも入力とする。値Ｉ_Qm、Ｉ_Dmは、電動機の電源導体上の電圧、電流検出器から送られる測定値を既知の方法で変換する（つまり、ｄ、ｑ座標における電動機の３つの位相の電圧の回転による変換）変換ユニット１２から送られてもよい。

電流レギュレータユニット１５は、それらを従来の方法で、電動機Ｍの様々な位相へ給電を行う制御電子システムへの電圧指令に変換する変換ユニット１３に対し、トルク制御電圧Ｕ_Q、磁束制御電圧Ｕ_Dを出力で供給する。

本発明によれば、電流レギュレータユニット１５は、電動機のトルク電流リファレンスＩ_Qrefと電動機のトルク電流測定値Ｉ_Qmとの間の第１差異ΔＩ_Qの積分項、及び、電動機の磁束電流のリファレンスＩ_Drefと電動機の磁束電流の測定値Ｉ_Dmとの間の第２差異ΔＩ_Dの積分項を算出する積分ユニット１６を有する。

電動機の平衡動作点において、漏れインダクタンスＬ_F、固定子抵抗Ｒ_Sの変動を考慮せずに、ベクトル型で示された次の公式が得られる。

ここでΔＬＲとΔＲ_Rは、それぞれ回転子インダクタンス、回転子抵抗の修正相対値を示し、又、ここで係数Ｋは、次のようなＴ_RとＷ_Gに依存した回転行列として示してもよい、ここで
Ｗ_Gは、Ｗ_Sが配電網の周波数で、Ｗ_mが電動機の速度の測定値である時、Ｗ_G＝Ｗ_S−Ｗ_mとして知られているすべり速度を示し、
Ｔ_Rは、電動機の時定数Ｔ_R＝Ｒ_R ／Ｌ_Rである。

こうして、次の公式が得られる。

従って、電動機の稼働が定常状態では、電流差ΔＩ_DとΔＩ_Qの積分項の計算により、回転子インダクタンス、及び回転子抵抗の実測値を用いて電動機のモデルを常時改善できるよう、電動機の回転子インダクタンス、及び回転子抵抗に適用する修正値ΔＬ_R、ΔＲ_Rを実時間で算出することが可能となる。

電流レギュレータユニット１５は、従って、電動機の回転子インダクタンスＬ_R及び回転子抵抗Ｒ_Rの修正値を得るためにΔＬ_RとΔＲ_R、及び、例えばＴ_RのようなＬ_RとＲ_Rに依存するその他の電動機のパラメータを計算するよう、ΔＩ_DとΔＩ_Qの積分項を入力とするパラメータアダプターユニット１８を有する。本発明により、ΔＩ_Dと ΔＩ_Qの積分項がゼロでない限り、パラメータＬ_R、Ｒ_Rは調整され、それにより、電動機のモデルのパラメータを継続的に改善することが可能となる。Ｌ_RとＲ_Rの的確な値に達した後、ΔＩ_DとΔＩ_Qの積分項はゼロへと収束していく。

新たな修正パラメータは、次に、磁束制御電圧のオフセット分Ｕ_Dstat、及びトルク制御電圧のオフセット分Ｕ_Qstatを次の公式を用いて計算する補正ユニット１

ここで、Φ_ｒefは電動機の基準磁束、あるいは公称磁束＝Ｕ_N／Ｗ_Nである。

補正ユニット１７から出力された電圧のオフセット分Ｕ_Dstat、Ｕ_Qstatは、次に、電流レギュレータユニット１５の出力で、電動機に加える磁束制御電圧Ｕ_D、トルク制御電圧Ｕ_Q指令を送出するために、積分ユニット１６の出力から送られるそれぞれΔＩ_D、ΔＩ_Qの比例、積分項に加算され、次の公式で示される。

ここでＫ_ＰとＫ_Iは、それぞれ電流レギュレータの比例利得、積分利得である。

好ましくは、パラメータの修正Ｌ_RとＲ_Rは、電動機の速度測定値（Ｗ_m）が、例えば５Ｈｚといった既定の閾値を超えた時のみ、本発明に記載された方法を用いて適用される。これは、この閾値を下回る場合、電動機の固定子抵抗Ｒ_Sが、その他のパラメータに対し大きくなり、相対エラーが記載の方法の正常な機能を妨げる可能性があるためである。

調整方法は、従って、
積分ユニット１６で実行される第１差異ΔＩ_Qの積分項、及び、第２差異ΔＩ_Dの積分項を算出する工程と、
第１差異ΔＩ_Qの積分項から、又、上記第２差異ΔＩ_Dの積分項から、修正値ΔＲ_R及び修正値ΔＬ_Rを計算する工程と、
修正値ΔＬＲ、ΔＲ_Rから電動機のモデルのパラメータ値Ｌ_R、Ｒ_Rを調整する工程と、を備え、これら２つの工程はアダプタユニット１８において実行され、レギュレータユニット１５の出力で、電動機のパラメータの調整値を用いて、電動機Ｍに加えるトルク制御電圧Ｕ_Q、及び磁束制御電圧Ｕ_Dを発生する工程と、を有し、
このＵ_D、Ｕ_Q発生工程は、補正ユニット１７においてオフセット分Ｕ_DstatとＵ_Qstatを計算する工程と、Ｕ_D、Ｕ_Qを送出するために、Ｕ_DstatとＵ_QstatをΔＩ_D、ΔＩ_Qの比例、積分項に加算する工程とを有する。

本発明の範囲を逸脱することなく、他の様態や細部改良の発想、均等手段の利用も考案可能であることはいうまでもない。

本発明による誘導電動機の制御の構成を示すブロック図である。 図１に示す電流レギュレータユニット１５の詳細を示すブロック図である。

符号の説明

１０ 変速機の処理装置
１１ 速度レギュレータユニット
１２ 変換ユニット
１３ 変換ユニット
１５ 電流レギュレータユニット
１６ 積分ユニット
１７ 補正ユニット
１８ パラメータアダプターユニット

Claims (6)

1. 誘導電動機（M）の制御用変速機における電動機のパラメータ調整方法において、この方法は、
   電動機のトルク電流リファレンス（I_Qref）と電動機のトルク電流測定値（I_Qm）との間の第１差異（ΔI_Q）及び、電動機の磁束電流のリファレンス（I_Dref）と電動機の磁束電流の測定値（I_Dm）との間の第２差異（ΔI_D）を算出する工程と、
   上記第１差異（ΔI_Q）の積分項及び上記第２差異（ΔI_D）の積分項から、電動機の回転子抵抗の修正値（ΔR_R）及び電動機の回転子インダクタンスの修正値（ΔL_R）を計算する工程と、
   回転子インダクタンスと回転子抵抗の上記修正値（ΔL_R、ΔR_R）に基づく電動機のモデルのパラメータ値の調整工程と、
   電動機のパラメータの上記調整値を用いて、電動機（M）に加える制御電圧（U_D、U_Q）を発生させる工程と、
   を有することを特徴とする方法。
2. トルク電流のリファレンス（I_Qref）が電動機の速度のリファレンス（W_ref）、及び電動機の速度の測定値（W_m）から得られることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. それが変速機において電動機の速度の測定値（W_m）が既定の閾値を超過した場合に実行されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 電動機（M）の制御電圧を供給する電流レギュレータユニット（15）を有する処理装置（10）を備えた誘導電動機（M）の制御用変速機において、この電流レギュレータユニット（15）は、
   電動機のトルク電流リファレンス（I_Qref）と電動機のトルク電流測定値（I_Qm）との間の第１差異（ΔI_Q）及び、電動機の磁束電流のリファレンス（I_Dref）と電動機の磁束電流の測定値（I_Dm）との間の第２差異（ΔI_D）を算出するための積分ユニット（16）と、
   上記第１差異（ΔI_Q）の積分項及び上記第２差異（ΔI_D）の積分項から、電動機の回転子抵抗の修正値（ΔR_R）及び電動機の回転子インダクタンスの修正値（ΔL_R）を計算し、回転子インダクタンスと回転子抵抗の上記修正値（ΔL_R、ΔR_R）に基づき電動機モデルのパラメータ値を調整するアダプタユニット（18）と、
   電動機（M）に加える制御電圧（U_D、U_Q）を発生させるために電動機のパラメータの上記調整値を用いる補正ユニット（17）と
   を有することを特徴とする変速機。
5. 処理装置（10）が電動機の速度のリファレンス（W_ref）、及び電動機の速度の測定値（W_m）からトルク電流のリファレンス（I_Qref）を算出する速度レギュレータユニット（11）を有することを特徴とする請求項４に記載の変速機。
6. 回転子抵抗の修正値（ΔR_R）及び回転子インダクタンスの修正値（ΔL_R）の計算が、電動機の速度の測定値（W_m）が既定の閾値を超過した場合にアダプタユニット（18）において実行されることを特徴とする請求項５に記載の変速機。

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