JP2008099472A - 交流電動機制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回生運転中であることを検出した場合に、交流電動機のｄ軸のずれの影響を小さくし、交流電動機を安定に運転ができる交流電動機制御装置を提供する。
【解決手段】電流検出部と、座標変換部（４）と、速度推定部（５）と、出力周波数生成部（６）と、非干渉電圧生成部（７）と、ｑ軸電流制御部（８）と、ｄ軸電流制御部（９）と、第２ｑ軸電圧指令生成部と、第２ｄ軸電圧指令生成部と、位相角生成部（１０）と、出力電圧生成部（１１）と、ＰＷＭ生成部（１２）と、電力変換部（１）と、を備える交流電動機制御装置において、回生運転中であることを検出した場合、第１ｄ軸電圧指令と第１ｑ軸電圧指令を０にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、速度センサレス制御を用いた交流電動機制御装置に関する。

従来の技術には特許文献１がある。特許文献１の誘導電動機のベクトル制御装置は、誘導電動機の検出速度に応じて、ＡＣＲのゲインを補正することにより、高速域では高ゲインに、低速域では一定ゲインに切り替えることにより、誘導電動機が定出力範囲を急減速しているような場合に、高速域では応答を早め、低速域ではハンチングを防止することで、ベクトル制御はずれを防止し、良好な制御を実現している。また、駆動／回生判別器の出力により、ＰＷＭ信号発生部に出力する一次電圧に一定のリミットを回生時に与え、同期はずれ状態で発生する過電流を防止し、故障を防止する制御装置が開示されている。
また、特許文献２の交流モータ制御装置では、電圧電流位相差生成部により交流モータの電圧指令値と１次電流からベクトル位相を生成し、第２の電圧指令回路に入力し、ベクトル位相とｄ軸、ｑ軸電流偏差を用いて第２のｄ軸、ｑ軸電圧指令値を生成する。この値により電圧指令値を補正することにより、電流制御系の安定性が向上し、この結果交流モータの制御において、回生時や弱め界磁制御時にも安定した電流制御を得ることができる装置が開示されている。
特開平８−１２６４００号公報 特開平９−１８２４９８号公報

しかしながら、特許文献１の誘導電動機のベクトル制御装置や特許文献２の交流モータ制御装置では、速度検出部または位置検出器を搭載しているため、誘導電動機の実速度に対して、ベクトル制御を構成するものである。速度センサレスの制御装置において、回生負荷が印加され、交流電動機が乱調するという現象が発生した場合、速度推定値と実速度が異なるため、特許文献１の誘導電動機のベクトル制御装置や特許文献２の交流モータ制御装置を適用しても、交流電動機の磁束軸とｄ軸が一致しなくなるため、乱調現象を抑制できないだけでなく、共振現象が発生し、交流電動機を安定に制御できない場合がある。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、回生運転中であることを検出した場合に、交流電動機のｄ軸のずれの影響を小さくし、交流電動機を安定に運転ができる交流電動機制御装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、交流電動機の電流を検出する電流検出部と、前記電流をｑ軸電流とｄ軸電流に変換する座標変換部と、前記ｄ軸電流と前記ｑ軸電流から推定速度を生成、または前記ｄ軸電流と前記ｑ軸電流と出力電圧の振幅と前記出力電圧の位相から推定速度を生成する速度推定部と、周波数指令と前記推定速度と前記ｑ軸電流から出力周波数を生成する出力周波数生成部と、前記出力周波数と前記ｄ軸電流と前記ｑ軸電流から誘起電圧指令と第１ｄ軸電圧と第１ｑ軸電圧を生成する非干渉電圧生成部と、ｄ軸電流指令とｄ軸電流から補正ｄ軸電圧を生成するｄ軸電流制御部と、ｑ軸電流指令と前記ｑ軸電流から補正ｑ軸電圧を生成するｑ軸電流制御部と、前記誘起電圧指令と前記第１ｑ軸電圧指令と前記補正ｑ軸電圧を加算して第２ｑ軸電圧指令を生成する第２ｑ軸電圧指令生成部と、前記第１ｄ軸電圧と前記補正ｄ軸電圧を加算して第２ｄ軸電圧指令を生成する第２ｄ軸電圧指令生成部と、前記出力周波数を積分して位相角を生成する位相角生成部と、前記第２ｄ軸電圧指令と前記第２ｑ軸電圧指令と前期位相角から出力電圧の振幅と位相を生成する出力電圧生成部と、前記出力電圧指令からＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ生成部と、ＰＷＭ信号を増幅して前記交流電動機を駆動する電力変換部と、を備える交流電動機制御装置において、回生運転中であることを検出した場合、第１ｄ軸電圧指令と第１ｑ軸電圧指令を０にすることを特徴とする交流電動機制御装置。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の交流電動機制御装置において、回生運転中検出時に第１ｄ軸電圧指令と第１ｑ軸電圧指令を０にすると同時に、前記ｄ軸電流制御部およびｑ軸電流制御部のゲインを電動運転中よりも小さくすることを特徴とするものである。
請求項３記載の発明は、請求項１記載の交流電動機制御装置において、回生運転中検出時に第１ｄ軸電圧指令と第１ｑ軸電圧指令を０にすると同時に、前記ｄ軸電流制御部およびｑ軸電流制御部のリミット値を電動運転中よりも小さくすることを特徴とするものである。
請求項４記載の発明は、請求項１記載の交流電動機制御装置において、回生運転中検出時に第１励磁電圧指令と第１ｑ軸電圧指令を０にすると同時に、前記ｄ軸電流制御部およびｑ軸電流制御部のリミット値を０にすることを特徴とするものである。
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４記載の交流電動機制御装置において、前記ｑ軸電流の極性により回転運転中を検出することを特徴とする。
請求項６記載の発明は、請求項１乃至４記載の交流電動機制御装置において、前記ｑ軸電流指令の極性により回転運転中を検出することを特徴とする。
請求項７記載の発明は、請求項１乃至４記載の交流電動機制御装置において、出力電力を生成する出力電力生成部を備え、出力電力の極性により回生運転中を検出することを特徴とするものである。
請求項８記載の発明は、請求項１乃至４記載の交流電動機制御装電において、電力変換部の直流母線電圧が所定値よりも上昇したことにより回生運転中を検出することを特徴とする。

請求項１記載の発明によると、回生負荷印加時に交流電動機が乱調した場合でも第１ｄ軸電圧指令と第１ｑ軸電圧指令を０にすることで、乱調による軸ズレに起因する振動を抑制することができる交流電動機制御装置を提供できる。
また、請求項２記載の発明によると、回生負荷印加時に交流電動機が乱調した場合でも前記非干渉電圧生成部が生成する第１ｄ軸電圧指令と第１ｑ軸電圧指令を０にすることと前記ｄ軸電流制御部及び前記ｑ軸電流制御部のゲインを電動運転中よりも小さくすることにより、乱調による軸ズレに起因する振動を抑制することができる交流電動機制御装置を提供できる。
また、請求項３記載の発明によると、回生負荷印加時に交流電動機が乱調した場合でも前記非干渉電圧生成部が出力する第１ｄ軸電圧指令と第１ｑ軸電圧指令を０にすることと前記ｄ軸電流制御部及び前記ｑ軸電流制御部のリミット値を電動運転中よりも小さくすることにより、乱調による軸ズレに起因する振動を抑制することができる交流電動機制御装置を提供できる。
また、請求項４記載の発明によると、回生負荷印加時に交流電動機が乱調した場合でも前記非干渉電圧生成部が出力する第１ｄ軸電圧指令と第１ｑ軸電圧指令を０にすることと前記ｄ軸電流制御回路及び前記ｑ軸電流制御回路のリミット値を０にすることにより、乱調による軸ズレに起因する振動を抑制することができる交流電動機制御装置を適用できる。
また、請求項５記載の発明によると、回生運転中を検出する手段は前記ｑ軸電流の極性により判断することで、回生負荷印加時に交流電動機が乱調した場合でも前記非干渉電圧生成部が出力する第１ｄ軸電圧指令と第１ｑ軸電圧指令を０にすることにより、乱調による軸ズレに起因する振動を抑制することができる交流電動機制御装置を提供できる。
また、請求項６記載の発明によると、回生運転中を検出する手段はｑ軸電流指令の極性により判断することで、回生負荷印加時に交流電動機が乱調した場合でも前記非干渉電圧生成部が出力する第１ｄ軸電圧指令と第１ｑ軸電圧指令を０にすることにより、乱調による軸ズレに起因する振動を抑制することができる交流電動機制御装置を提供できる。
また、請求項７記載の発明によると、回生運転中を検出する手段は電力生成結果の極性により判断することで、回生負荷印加時に交流電動機が乱調した場合でも前記非干渉電圧生成部が出力する第１ｄ軸電圧指令と第１ｑ軸電圧指令を０にすることにより、乱調による軸ズレに起因する振動を抑制することができる交流電動機制御装置を提供できる。
また、請求項８記載の発明はによると、回生運転中を検出する手段は電力変換器の直流母線電圧が所定値よりも上昇したことにより判断することで、回生負荷印加時に交流電動機が乱調した場合でも前記非干渉電圧生成部が出力する第１ｄ軸電圧指令と第１ｑ軸電圧指令を０にすることにより、乱調による軸ズレに起因する振動を抑制することができる交流電動機制御装置を提供できる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は本発明の交流電動機制御装置の第１実施例の構成を示すブロック図である。図１において、本実施形態における電動機の制御装置は、電力変換部１、交流電動機２、電流検出部３、ｄ−ｑ変換部４、速度推定部５、出力周波数生成部６、非干渉電圧生成部７、ｑ軸電流制御回路８、ｄ軸電流制御回路９、位相角生成部１０、出力電圧生成部１１、ＰＷＭ生成部１２を備えている。電力変換部１は、交流電動機２に電力を供給する。電流検出部３は前記交流電動機２に流れる電流を検出する。ｄ−ｑ変換部４は前記交流電動機の電流をｄ軸電流とｑ軸電流に変換する。速度推定部５は前記ｄ軸電流と前記ｑ軸電流とから前記交流電動機の速度を推定する。出力周波数生成部６は与えられた出力周波数指令と速度推定値と前記ｑ軸電流から出力周波数を生成する。非干渉電圧生成部７は前記出力周波数と前記ｄ軸電流と前記ｑ軸電流から誘起電圧指令と第１ｄ軸電圧指令と第１ｑ軸電圧指令を生成する。ｑ軸電流制御部８は与えられたｑ軸電流指令と前記ｑ軸電流が一致するようにｑ軸補正電圧を生成する。ｄ軸電流制御部９は与えられたｄ軸電流指令と前記ｄ軸電流が一致するようにｄ軸補正電圧を生成する。通常制御時においてはスイッチＳ１、スイッチＳ２はそれぞれａ側にあるため、非干渉電圧生成部７が生成した前記誘起電圧指令と前記第１ｑ軸電圧指令と前記ｑ軸補正電圧が第２ｑ軸電圧指令として加算される。同様に前記第１ｄ軸電圧指令と前記ｄ軸補正電圧が第２ｄ軸電圧指令として加算される。位相角生成部１０は前記出力周波数を積分することにより位相角を生成する。出力電圧生成部１１は前記第２ｄ軸電圧指令と前記第２ｑ軸電圧指令と前記位相角から出力電圧の振幅と位相を生成する。ＰＷＭ生成部１２は、前記出力電圧の振幅と位相から前記電力変換器のスイッチングを決定する。
回生負荷が印加されると前記交流電動機２に乱調現象が発生する場合があり、速度推定誤差に伴う軸ズレにより非干渉電圧生成部７が出力する第１ｄ軸電圧指令と第１ｑ軸電圧指令に振動成分が重畳される。このため交流電動機２に共振するような電圧指令が与えられてしまうという問題がある。
本発明では前記ｑ軸電流検出の極性が負になった場合に、前記交流電動機２が回生負荷運転していると判断し、スイッチＳ１、スイッチＳ２をそれぞれｂ側に切替えることにより、第１ｄ軸電圧指令値と第１ｑ軸電圧指令値を０にして制御することで、前記交流電動機２を安定にすることができる。
本発明の電力変換部は、交流電動機を駆動するための制御装置であれば良いので、インバータやマトリクスコンバータ等に適用できる。

図２は本発明の交流電動機制御装置の第２実施例の構成を示すブロック図である。第１実施例では速度推定部が、ｄ軸電流とｑ軸電流を用いるのに対して、第２実施例ではｄ軸電流とｑ軸電流と出力電圧の振幅と出力電圧の位相を用いる点が異なる。

図３は第３実施例のｑ軸電流制御部の構成を示すブロック図でリミット１５を追加している。図３で８は電流制御部、１３は比例制御器、１４は積分制御器、１５はリミットである。ｑ軸電流の極性が負になった場合、交流電動機２が回生負荷運転していると判断し、スイッチＳ１、スイッチＳ２をそれぞれｂ側に切替え、第１ｄ軸電圧指令と第１ｑ軸電圧指令を０にする。しかし、ｑ軸電流制御部８やｄ軸電流制御部９が速度推定誤差に伴う軸ズレにより、ｑ軸補正電圧値とｄ軸補正電圧が出力される。このため交流電動機２に共振するような電圧指令が与えられてしまうという問題がある。
本発明ではｑ軸電流の極性が負になった場合に、交流電動機２が回生負荷運転していると判断し、スイッチＳ１、スイッチＳ２をそれぞれｂ側に切替えると同時に、比例制御器１３に設定されるゲインを通常制御時よりも小さくすることにより、第１ｄ軸電圧指令と第１ｑ軸電圧指令を０にし、且つｑ軸補正電圧とｄ軸補正電圧を小さくして制御するで、交流電動機２を安定にすることができる。

第４実施例は第３実施例と同じ構成で、ｑ軸電流の極性が負になった場合に、交流電動機２が回生負荷運転していると判断し、スイッチＳ１、スイッチＳ２をそれぞれｂ側に切替えると同時に、リミット１５に設定されるリミット値を通常制御時よりも小さくすることにより、第１ｄ軸電圧指令と第１ｑ軸電圧指令を０にし、且つｑ軸補正電圧値とｄ軸補正電圧値を小さくして制御することで、前記交流電動機２を安定にすることができる。

第５実施例は第３実施例と同じ構成で、ｑ軸電流の極性が負になった場合に、交流電動機２が回生負荷運転していると判断し、スイッチＳ１、スイッチＳ２をそれぞれｂ側に切替えると同時に、リミット１５に設定されるリミット値を０にすることにより、第１ｄ軸電圧指令と第１ｑ軸電圧指令を０にし、且つ前記ｑ軸補正電圧とｄ軸補正電圧を小さくして制御することで、交流電動機２を安定にすることができる。

第６実施例は、第１実施例および第２実施例の回生検出方法を別法にしたことである。図示しないが周波数指令通りに速度推定値を制御するためのｑ軸電流指令の極性が負になった場合に、交流電動機２が回生負荷運転していると判断し、スイッチＳ１、スイッチＳ２をそれぞれｂ側に切替えることにより、第１ｄ軸電圧指令と第１ｑ軸電圧指令を０にして制御することで、交流電動機２を安定にすることができる。第３〜第５実施例における回生検出方法にも同様に適用できる。

第７実施例は第６実施例に対して回生検出方法を別法にしたことである。図示しないが電圧指令と電流から生成した電力の極性が負になった場合に、交流電動機２が回生負荷運転していると判断し、スイッチＳ１、スイッチＳ２をそれぞれｂ側に切替えることにより、第１ｄ軸電圧指令と第１ｑ軸電圧指令を０にして制御することで、交流電動機２を安定にすることができる。電力の計算は電圧と電流からだけでなく、ｑ軸電流指令またはｑ軸電流と速度を基準に計算しても良い。第３〜５実施例における回生検出方法にも同様に適用できる。

第８実施例は第７実施例に対して回生検出方法を別法にしたことである。図示しないが電力変換器内部にある直流母線電圧が所定値以上となった場合に、交流電動機２が回生負荷運転していると判断し、スイッチＳ１、スイッチＳ２をそれぞれｂ側に切替えることにより、第１ｄ軸電圧指令と第１ｑ軸電圧指令を０にして制御することで、交流電動機２を安定にすることができる。第３〜第５実施例における回生検出方法にも同様に適用できる。

本発明の交流電動機制御装置の第１実施例の構成を示すブロック図 本発明の交流電動機制御装置の第２実施例の構成を示すブロック図 本発明のｑ軸電流制御部の構成を示すブロック図

符号の説明

電力変換部 １
交流電動機 ２
電流検出部 ３
ｄ−ｑ変換部 ４
速度推定部 ５、５’
出力周波数生成部 ６
非干渉電圧生成部 ７
ｑ軸電流制御部 ８
ｄ軸電流制御部 ９
位相角生成部 １０
出力電圧生成部 １１
ＰＷＭ生成部 １２
比例制御器 １３
積分制御器 １４
リミット １５
スイッチ Ｓ１、Ｓ２

Claims (8)

1. 交流電動機の電流を検出する電流検出部と、前記電流をｑ軸電流とｄ軸電流に変換する座標変換部と、前記ｄ軸電流と前記ｑ軸電流から推定速度を生成するか又は前記ｄ軸電流と前記ｑ軸電流と出力電圧の振幅と前記出力電圧の位相から推定速度を生成する速度推定部と、周波数指令と前記推定速度と前記ｑ軸電流から出力周波数を生成する出力周波数生成部と、前記出力周波数と前記ｄ軸電流と前記ｑ軸電流から誘起電圧指令と第１ｄ軸電圧と第１ｑ軸電圧を生成する非干渉電圧生成部と、ｄ軸電流指令とｄ軸電流から補正ｄ軸電圧を生成するｄ軸電流制御部と、ｑ軸電流指令と前記ｑ軸電流から補正ｑ軸電圧を生成するｑ軸電流制御部と、前記誘起電圧指令と前記第１ｑ軸電圧指令と前記補正ｑ軸電圧を加算して第２ｑ軸電圧指令を生成する第２ｑ軸電圧指令生成部と、前記第１ｄ軸電圧と前記補正ｄ軸電圧を加算して第２ｄ軸電圧指令を生成する第２ｄ軸電圧指令生成部と、前記出力周波数を積分して位相角を生成する位相角生成部と、前記第２ｄ軸電圧指令と前記第２ｑ軸電圧指令と前期位相角から出力電圧の振幅と位相を生成する出力電圧生成部と、前記出力電圧指令からＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ生成部と、ＰＷＭ信号を増幅して前記交流電動機を駆動する電力変換部と、を備える交流電動機制御装置において、
   回生運転中であることを検出した場合、第１ｄ軸電圧指令と第１ｑ軸電圧指令を０にすることを特徴とする交流電動機制御装置。
2. 回生運転中検出時に第１ｄ軸電圧指令と第１ｑ軸電圧指令を０にすると同時に、前記ｄ軸電流制御部およびｑ軸電流制御部のゲインを電動運転中よりも小さくすることを特徴とする請求項１記載の交流電動機制御装置。
3. 回生運転中検出時に第１ｄ軸電圧指令と第１ｑ軸電圧指令を０にすると同時に、前記ｄ軸電流制御部およびｑ軸電流制御部のリミット値を電動運転中よりも小さくすることを特徴とする請求項１記載の交流電動機制御装置。
4. 回生運転中検出時に第１ｄ軸電圧指令と第１ｑ軸電圧指令を０にすると同時に、前記ｄ軸電流制御部およびｑ軸電流制御部のリミット値を０にすることを特徴とする請求項１記載の交流電動機制御装置。
5. 前記ｑ軸電流の極性により回転運転中を検出することを特徴とする請求項１乃至４記載の交流電動機制御装置。
6. 前記ｑ軸電流指令の極性により回転運転中を検出することを特徴とする請求項１乃至４記載の交流電動機制御装置。
7. 出力電力を生成する出力電力生成部を備え、出力電力の極性により回生運転中を検出することを特徴とする請求項１乃至４に記載の交流電動機制御装置。
8. 電力変換部の直流母線電圧が所定値よりも上昇したことにより回生運転中を検出することを特徴とする請求項１乃至４記載の交流電動機制御装置。

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