JP2014204567A - 交流回転機の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】交流回転機1の電流を電流ベクトル検出手段2で検出した電流ベクトルと該電流ベクトルから求めた検出磁束ベクトルと電圧ベクトル指令とから交流回転機1の推定速度を演算し、該推定速度から磁極推定位置を演算するとともに、交流回転機1の回転子突極性における磁極位置補正値から交流回転機1の固定子突極性における磁極位置補正値を減算した位置補正値を演算し、該位置補正値により上記磁極推定位置を補正した磁極位置を出力する磁極位置演算手段5とを備えたものである。
【選択図】図7
Description
突極性における磁極位置補正値を減算した位置補正値を演算し、該位置補正値により上記磁極推定位置を補正した磁極位置を出力する磁極位置演算手段とを備えたことを特徴とするものである。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1における交流回転機の回転子突極性を説明する説明図、図2はこの発明の実施の形態1における交流回転機の回転子突極性によるインダクタンスの周期を説明する説明図、図3はこの発明の実施の形態1における交流回転機の固定子突極性を説明する説明図、図4はこの発明の実施の形態1における交流回転機の固定子突極性によるインダクタンスの周期を説明する説明図、図5はこの発明の実施の形態1における交流回転機の回転子突極性および固定子突極性の両方がある場合を説明する説明図、図6はこの発明の実施の形態1における交流回転機の回転子突極性および固定子突極性の両方がある場合のインダクタンスを説明する説明図、図7はこの発明の実施の形態1における交流回転機の制御装置の概略全体構成を示すブロック図、図8はこの発明の実施の形態1における交流回転機の制御装置の制御手段の詳細構成を示すブロック図、図9はこの発明の実施の形態1における交流回転機の制御装置の磁極位置演算手段の詳細構成を示すブロック図、図10はこの発明の実施の形態1における交流回転機の制御装置の推定速度演算部の詳細構成を示すブロック図、図11はこの発明の実施の形態1における交流回転機の回転子磁束ベクトルを説明する説明図、図12はこの発明の実施の形態1における交流回転機の制御装置の検出磁束ベクトル演算部の詳細構成を示すブロック図、図13はこの発明の実施の形態1における交流回転機の制御装置の交番電流振幅抽出部の詳細構成を示すブロック図である。
まず、交流回転機の回転子に注目する。図1に永久磁石埋め込み型の交流回転機の回転子の模式図を示す。ここでは簡単のため一極対の磁石配置としている。図1中のθ方向に磁束を発生させる場合のインダクタンス変化を考えると、θが通過する磁路は鉄心を通過する場合とN,Sの磁極を通過する場合でインダクタンスに差異が生じる。鉄心部分は外部から磁束を発生させやすいため、図1中のq軸方向は磁気抵抗が低くなりインダクタン
スが大きくなる。一方、磁極部分は外部から磁束を発生させにくいため、図1中のd軸の
方向は磁気抵抗が高くインダクタンスが小さくなる。そのため、電気角一周のインダクタンスは図2のように電気角の2倍の周期で変化する。なお、図2においてθは磁極位置であるdm軸からの偏角を示している。
位置にある状態である。このとき、回転子インダクタンスと固定子インダクタンスおよび2つのインダクタンスの合成インダクタンスの分布を図6に示す。なお、図6の横軸は磁路θの位置、縦軸は基準インダクタンスを1としたときのインダクタンスの変動を示し、回転子はU相からθ1離れた位置に静止している場合のインダクタンスを示している。図中の鎖線で示す固定子インダクタンスはU相に対して60°周期で変動する。点線で示す回転子インダクタンスはθ1に対して180°周期で変動し、磁極位置がθ1であるから、インダクタンスの最小値はθ1の位置になっている。一方、実線で示した2つのインダクタンスの合成インダクタンスに注目すると、インダクタンスの最小値は、回転子インダクタンスの最小の位置θ1からずれがあることが見て取れる。また、固定子インダクタンスはU相に対して固定であることから、θ1の位置が変動することによって、合成インダクタンスも変化し、それに伴って合成インダクタンスの最小値の位置も変化することがわかる。従って、インダクタンスの突極性を利用して磁極位置を推定する方法において、回転子の突極性のみを考慮した磁極位置推定では、固定子に突極性のある交流回転機において正しく磁極位置を推定できなくなる。
s)をそれぞれ減算する。電流制御器32では、加減算器31の出力である電流指令ベク
トルと検出電流ベクトルの偏差が無くなるように、比例積分制御して基本波電圧ベクトル指令(vdf,vqf)を出力する。高周波電圧発生器33は、d軸およびq軸上の高周波交番電圧ベクトル指令(vdh,vqh)を出力する。なお、本実施の形態では、vqh=0としてd軸方向のみに印加する交番電圧とする。加減算器34では、基本波電圧ベクトル指令と高周波交番電圧ベクトル指令を加算した(vd,vq)を出力し、座標変換器35では補正推定位置θcompを使って加減算器34の出力である(vd,vq)をd−q軸から静止座標の電圧ベクトル指令(vu,vv,vw)に変換し出力する。電圧印加手段4は、制御手段3から出力される電圧ベクトル指令に基づいて、交流回転機1に電圧を印加する。
vq)として座標変換器51を省略することもできる。
(1)式の行列Aの内部パラメータである推定速度ωr0は、電流偏差(e1,e2)と推定磁束ベクトル(φdr0,φqr0)を用いて(9)式で与えることができる。また、推定電流ベクトル(ids0,iqs0)は(10)式によって求めることができる。同様に、推定磁束ベクトル(φdr0,φqr0)は(11)式によって求めることができる。
から位置補正値生成部55で磁極位置補正値を生成し、磁極推定位置から磁極位置補正値を減算した補正推定位置を用いることで、交流回転機1の正しい回転子位置を推定とすることを特徴としている。推定速度演算部53の動作により、推定速度は実速度と一致するように動作するため、磁極推定位置θ0は、回転子磁束の方向dm軸と一致するように動作する。すなわち、(19)式および(20)式にて示した△θが零となるように動作する。しかし、以上説明した検出磁束ベクトル演算部52は、回転子の突極性のみを考慮した構成であるから、固定子の突極性を考慮すると磁極位置補正値が発生する。図6を用いて説明すると、(13)式は図6中の回転子インダクタンス(点線)を想定しており、△θ=0となる点は、インダクタンスが最小となる位置である。一方、固定子インダクタンスを合成した合成インダクタンス(実線)においては△θ=0となる最小インダクタンスの位置はθ1からずれる。このずれ角度を△θiとおく。固定子の突極性を考慮する場合、積分器54から出力される磁極推定位置θ0は、θ1から△θiずれた位置を指している。
以上のように構成することにより、推定速度演算部53の出力である推定速度を積分した磁極推定位置に対して、磁極推定位置から演算する磁極位置補正値を減算することによって、正しい磁極位置を推定することができる。また、高速回転時に高周波電圧ベクトルを零とすることで、高速回転時の損失をなくすことができるため、高速回転領域における運転効率を高くすることができる。
図14はこの発明の実施の形態2における交流回転機の制御装置の磁極位置演算手段の詳細構成を示すブロック図、図15はこの発明の実施の形態2における交流回転機の制御装置の検出磁束ベクトル演算部の詳細構成を示すブロック図である。上記実施の形態1では、推定速度を積分して得られた推定磁極位置から補正量である△θiを減算し、正しい磁極位置を出力する方法を示した。しかし、推定速度に対しては、補正を与えることができていないため、例えば制御手段3において推定速度を用いた速度制御を構成する際に、速度制御の性能が悪くなる。そこで本実施の形態では、推定速度演算部53の入力である検出磁束ベクトルを求める検出磁束ベクトル演算部52に対して位置補正を行うことにより、速度推定の演算精度を向上させる。上記実施の形態1において、検出磁束ベクトル演算部52は、高周波電流振幅|iqh|から求めた△θを用いて検出磁束ベクトルを演算していた。この△θは、回転子の突極性のみを考慮した(13)式で与えられることから、固定子の突極性を考慮すると△θに対して補正量△θiを与えることで、検出磁束ベク
トルを正しく演算することができ、推定速度演算部53が正しい推定速度を演算することができる。そこで、本実施の形態では図14に示すように、検出磁束ベクトル演算部52に磁極位置補正値を入力し、検出磁束ベクトルを補正することで、推定速度演算部53が正しい速度を推定できるようにする。検出磁束ベクトル演算部52は、検出電流ベクトルと磁極位置補正値から検出磁束ベクトルを演算する。
以上のように、実施の形態2の構成により、磁極推定位置から演算する磁極位置補正値を用いて検出磁束ベクトルを補正することによって、正しい推定速度を推定することができ、速度制御などの制御方式においても制御性能を向上することができる。
図16はこの発明の実施の形態3における交流回転機の制御装置の検出磁束ベクトル演算部の詳細構成を示すブロック図である。上記実施の形態2では、検出磁束ベクトル演算部52に補正量△θiを入力し、正しい検出磁束ベクトルを演算する方式を示したが、磁極位置補正値を用いて高周波電流振幅を変更することで正しい検出磁束ベクトルを演算することもできる。図6において、合成インダクタンス(実線)が回転子インダクタンス(点線)に対して位相が△θiだけずれた、ほぼ正弦波の波形をとるとすると、(18)式は(23)式で与えることができる。なお、推定速度演算部53の動作により△θが零に収束するため、定常的には高周波電流振幅は(24)式になる。すなわち、固定子インダクタンスの突極性を考慮すると、|iqh|が(24)式の右辺に近づけば、△θが零に近づく。
また、(26)式で三角関数を用いることなく△θを求めることもできる。まず、(24)式の右辺を高周波電流振幅指令値|iqh_ref|として(27)式で定義する。(25)式を、|iqh_ref|を用いて表すと(28)式にできる。(28)式のcos2△θiは、(27)式から三角関数の性質により(29)式で|iqh_ref|で求めることができる。よって△θは(30)式で表すことができる。
以上のように、実施の形態3の構成により、推定位置から高周波電圧振幅指令値を演算し、これを用いて検出磁束ベクトルを補正することによって、正しい推定速度を推定することができ、速度制御などの制御方式においても制御性能を向上することができる。
推定速度演算部、54 積分器、55 位置補正値生成部、56 加減算器。
Claims (4)
- 交流回転機を駆動する基本波電圧ベクトル指令と該基本波電圧ベクトル指令よりも高周波の交番電圧ベクトル指令とを加算した電圧ベクトル指令を出力する制御手段と、該制御手段から出力された電圧ベクトル指令に基づいて上記交流回転機に電圧を印加する電圧印加手段と、上記交流回転機の電流を検出して上記交流回転機の回転子に同期して回転する電流ベクトルを検出する電流ベクトル検出手段と、該電流ベクトル検出手段で検出された電流ベクトルと該電流ベクトルから求めた検出磁束ベクトルと上記電圧ベクトル指令とから上記交流回転機の推定速度を演算する推定速度演算部と、該推定速度演算部で演算された推定速度から磁極推定位置を演算するとともに、上記交流回転機の回転子突極性における磁極位置補正値から上記交流回転機の固定子突極性における磁極位置補正値を減算した位置補正値を演算し、該位置補正値により上記磁極推定位置を補正した磁極位置を出力する磁極位置演算手段とを備えたことを特徴とする交流回転機の制御装置。
- 上記推定速度演算部は上記検出磁束ベクトルを上記交流回転機の固定子突極性における磁極位置補正値で補正したことを特徴とする請求項1に記載の交流回転機の制御装置。
- 上記推定速度演算部は上記交流回転機の固定子突極性における磁極位置補正値によって高周波電流振幅値を変更することを特徴とする請求項1に記載の交流回転機の制御装置。
- 上記推定速度演算部で得られた推定速度が所定の回転数を超えた場合には上記交番電圧ベクトル指令の値を零とすることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の交流回転機の制御装置。
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