JP2012222959A - 同期機制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 同期機1の運転条件に応じて、磁束指令生成器5から出力される磁束指令と磁束演算器6から出力される推定電機子鎖交磁束とを切り換えて電機子鎖交磁束を出力するとともに、第2の電圧指令生成器32の出力の有効無効を切り換える信号を出力する磁束設定器8と、磁束指令と推定電機子鎖交磁束との差分に基づいて磁化電流指令を生成する磁化電流指令生成器9とを備えている。
【選択図】図1
Description
これは、位置検出器を用いることなく同期機の駆動を可能とするものである。(例えば特許文献3、4)
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、電流フィードバック制御を行える運転条件では、トルクと磁束とを独立して操作できるような電流制御系を構成し、運転目的に応じた好適な磁束指令に追従するように磁束制御を行うとともに、高速駆動時のような同期機の電気角周波数(回転速度)に対する電力変換手段のキャリア周波数の比が小さいといったような、電流フィードバック制御が困難となる運転条件でも、電機子鎖交磁束に基づいたトルク指令生成とトルク指令への追従性の向上を図ることが可能な同期機制御装置を提供することを目的としている。
図1は、本発明の実施の形態1における、同期機1と同期機制御装置とを含めた同期機制御システムを示すものである。
以下、本発明の実施の形態1における、同期機1を駆動する同期機制御装置の構成および、構成要素の機能について説明する。
り返し行い収束させる必要があり、演算処理が困難となる。
勿論、電流フィードバック制御の有効無効を判定する機能を磁束設定器8ではなく電圧指令生成器3に内包しても良い。
前記の通り、電流フィードバック制御が困難な運転条件では、電流フィードバック制御を無効として電圧フィードフォワード制御のみを行うようにするために、まず、後述の運転条件に基づいて電流フィードバック制御の有効無効を運転条件判定部80にて判定し、該判定結果を電流制御有効無効切換フラグFLとして出力する。また、併せて、該制御の有効無効の判定結果に基づいて、他の制御構成の演算において同期機1の電機子鎖交磁束Φsとして使用する値として、磁束指令生成器5から出力される磁束指令Φ*と磁束演算器6から出力される(推定)電機子鎖交磁束絶対値|Φ|とを切り換えて出力する。
図6に示すように、運転条件判定部80に同期機1の回転速度(電気角周波数)ωを入力する。同期機1の回転速度ωが上昇するに従い、電力変換手段4が同期機1に印加する三相電圧Vu、Vv、Vwの周波数も上昇するため、同期機の電流を所望の電流指令に追従させて良好な電流フィードバック制御を行うためには、電力変換手段4のキャリア周波数を大きくし、電力変換手段4のスイッチング素子のスイッチング回数を多くして、細やかな電流制御を行う必要がある。
ただし、電力変換手段4のキャリア周波数の上限は、電力変換手段4のスイッチング素子の特性等に依存することから、スイッチング素子の特性等を勘案した上で設定するキャリア周波数範囲内で、電流フィードバック制御が安定に動作する速度範囲を予め求めておき、同期機1の回転速度ωが前記速度範囲を超えた場合に電流フィードバック制御を無効とする判定を行う。
その際、座標変換等に用いる同期機1の回転子位置θの値は、保持した回転速度を積分することで、仮の回転子位置を生成し、仮の回転子位置に基づいて座標変換等を行えば良い。
このようにすれば、電流フィードバック制御を無効から有効に切り換えた際に、該切り換えの影響を受けることなく運転継続できる効果が得られる。
図7は、本発明の実施の形態2における、同期機1と同期機制御装置とを含めた同期機制御システムを示すものである。
以下、実施の形態1と異なる部分(位置検出器11、速度演算器12、磁束演算器6a)を中心に説明し、同一部分については、適宜説明を省略する。
また、図7において、前記磁束演算器6aの代わりに以下に示す磁束演算器6bを用いても良い。
また、固定子巻線抵抗Rは、同期機1の温度によって変化するので、同期機1の温度を検出して固定子巻線抵抗Rの値を補正する構成にしても良い。
例えば、三相電圧指令Vu*、Vv*、Vw*より三相電流iu,iv,iwによる固定子巻線抵抗Rでの電圧降下分を減じた値を極座標変換して、その絶対値を回転速度(電気角周波数)ωで除した値を(推定)電機子鎖交磁束絶対値|Φ|、その位相から90°を減じた(ω>0の場合)あるいは90°を加えた(ω<0の場合)ものを電機子鎖交磁束位相∠Φとすればよく、この方法は計算がより簡便となる。
これらの問題を解決する方法として、電流型磁束演算器61と電圧型磁束演算器62とを併用して、回転速度が小さい領域では電流型磁束演算器61を主に使用し、回転速度ωが上昇すると電圧型磁束演算器62を主に使用するように、磁束演算器を切り換える、あるいは回転速度ωを参照した重み付けを行いながら前記2種類の磁束演算器の出力を平均化するなどの方法を用いても良い。
また、電流検出手段7の異常を示す電流検出手段異常信号を後述する磁束設定器8aへ入力する構成にしている。
電圧型磁束演算器62を有する磁束演算器6bに磁束推定以外の磁束演算器を使用していた場合は、使用する磁束演算器を、電圧型磁束演算器62を有する磁束演算器6bに切り換えるような構成にすれば良い。
さらに、電圧指令生成器3の第2の電圧指令生成器32の出力を無効とする電流制御有効無効切換フラグFLを磁束設定器8から出力する。
2 トルク電流指令生成器、
3 電圧指令生成器、
4 電力変換手段、
5 磁束指令生成器、
6、6a、6b 磁束演算器、
7 電流検出手段、
8、8a 磁束設定器、
9 磁化電流指令生成器、
10a〜d 座標変換器、
11 位置検出器、
12 速度演算器、
20 適応オブザーバ、
21 同期機モデル、
22 偏差増幅器、
23 ゲイン設定器、
24 速度推定器、
25 積分器、
26 電機子鎖交磁束換算器、
31 第1の電圧指令生成器、
32 第2の電圧指令生成器、
33 PI制御器、
34a〜c スイッチ、
51a〜g 加減算器、
61 電流型磁束演算器、
62 電圧形磁束演算器、
80、80a 運転条件判定部。
Claims (8)
- トルク指令と同期機の電機子鎖交磁束とから電流指令のトルク成分であるトルク電流指令を演算するトルク電流指令生成器と、
前記同期機の回転速度と前記電機子鎖交磁束とから第1の電圧指令を生成する第1の電圧指令生成器と、前記電流指令の磁化成分である磁化電流指令と前記トルク指令と前記同期機の出力電流とに基づいてフィードバック制御を行い、第2の電圧指令を生成する第2の電圧指令生成器とから構成され、前記第2の電圧指令生成器の出力の有効無効を切り換えられる電圧指令生成器と、
前記電圧指令生成器の出力である電圧指令に基づいて前記同期機に電圧を印加する電力変換手段と、
前記トルク電流指令と前記同期機の回転速度とに基づいて磁束指令を演算する磁束指令生成器と、
前記同期機の出力電流と前記電圧指令に基づいて前記同期機の推定電機子鎖交磁束と回転速度とを推定する磁束演算器と、
前記同期機の出力電流を検出する電流検出手段と
を備えた同期機制御装置であって、
前記同期機の運転条件に応じて、前記磁束指令生成器から出力される前記磁束指令と前記磁束演算器から出力される推定電機子鎖交磁束とを切り換えて前記電機子鎖交磁束を出力するとともに、前記第2の電圧指令生成器の出力の有効無効を切り換える信号を出力する磁束設定器と、
前記磁束指令と前記推定電機子鎖交磁束との差分に基づいて前記磁化電流指令を生成する磁化電流指令生成器と
を備えていることを特徴とする同期機制御装置。 - トルク指令と同期機の電機子鎖交磁束とから電流指令のトルク成分であるトルク電流指令を演算するトルク電流指令生成器と、
前記同期機の回転速度と前記電機子鎖交磁束とから第1の電圧指令を生成する第1の電圧指令生成器と、前記電流指令の磁化成分である磁化電流指令と前記トルク指令と前記同期機の出力電流とに基づいてフィードバック制御を行い、第2の電圧指令を生成する第2の電圧指令生成器とから構成され、前記第2の電圧指令生成器32の出力の有効無効を切り換えられる電圧指令生成器と、
前記電圧指令生成器の出力である電圧指令に基づいて前記同期機に電圧を印加する電力変換手段と、
前記トルク電流指令と前記同期機の回転速度とに基づいて磁束指令を演算する磁束指令生成器と、
前記同期機の出力電流と前記電圧指令に基づいて前記同期機の推定電機子鎖交磁束を推定する磁束演算器と、
前記同期機の出力電流を検出する電流検出手段と、
前記同期機の回転子位置を検出する位置検出器と、
前記同期機の回転子位置に基づいて同期機の回転速度を演算する速度演算器と
を備えた同期機制御装置であって、
前記同期機の運転条件に応じて、前記磁束指令生成器から出力される前記磁束指令と前記磁束演算器から出力される推定電機子鎖交磁束とを切り換えて前記電機子鎖交磁束を出力するとともに、前記第2の電圧指令生成器の出力の有効無効を切り換える信号を出力する磁束設定器と、
前記磁束指令と前記推定電機子鎖交磁束との差分に基づいて磁化電流指令を生成する磁化電流指令生成器と
を備えていることを特徴とする同期機制御装置。 - 請求項2に記載の同期機制御装置において、前記同期機の出力電流を検出する前記電流検出手段の異常を検出した際、前記磁束設定器が第2の電圧指令生成器の出力を無効とする信号を出力することを特徴とする同期機制御装置。
- 請求項1から請求項3の何れか一に記載の同期機制御装置において、前記同期機の運転条件とは、前記同期機の回転速度に基づいた条件であることを特徴とする同期機制御装置。
- 請求項1から請求項3の何れか一に記載の同期機制御装置において、前記同期機の運転条件とは、前記同期機の回転速度に対する前記電力変換手段のキャリア周波数の比に基づいた条件であることを特徴とする同期機制御装置。
- 請求項1または請求項2に記載の同期機制御装置において、前記同期機の運転条件とは、前記同期機の回転速度対する同期機制御装置の演算処理周波数の比に基づいた条件であることを特徴とする同期機制御装置。
- 請求項1から請求項6の何れか一に記載の同期機制御装置において、前期同期機の回転子位置の推定あるいは検出ができなかった場合に、前記磁束設定器が前記第2の電圧指令生成器の出力を無効とする信号を出力することを特徴とする同期機制御装置。
- 請求項1から請求項7の何れか一に記載の同期機制御装置において、前記第2の電圧指令生成器は入力の比例積分を行うPI制御器を備え、前記第2の電圧指令生成器の出力を有効から無効に切り換えた後、再度該出力を有効にする際、前記PI制御器をリセットすることを特徴とする同期機制御装置。
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