JP2018102101A - インバータの制御方法およびインバータの制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図2に図1におけるインバータ4の制御部(以下、インバータ制御部と称する)の基本制御構成図を示す。 インバータ制御部は、一般的なベクトル制御を実施する。図2の各部について以下説明する。
・最大トルク/電流制御…最小の電流振幅で最大トルクが得られるようにd軸電流指令値id*,補正後q軸電流指令値iq*を決定する方法であり、電流が最小となるため銅損を最小化できる。
・最大トルク/磁束制御(誘起電圧制御)…最小の磁束(誘起電圧)で最大トルクが得られるようにd軸電流指令値id*,補正後q軸電流指令値iq*を決定する方法であり、磁束(誘起電圧)が最小となるため鉄損を最小化できる。
・最大効率制御…最小の消費電力で最大トルクが得られるようにd軸電流指令値id*,補正後q軸電流指令値iq*を決定する方法であり、鉄損・銅損等の総合損失を最小化できる。
一般に、永久磁石を用いた同期モータは、負のd軸電流を流すことでd軸電機子反作用による減磁効果を用いることができる。これにより、d軸方向の磁束を減少させる弱め磁束制御が可能となり、モータ1の場合はモータ特性の改善にも繋がる。しかしながら、過度な減磁起磁力は永久磁石に対して不可逆減磁を引き起こす可能性があるため、負のd軸電流の大きさを制限する必要がある。
図6の電流指令テーブル自動生成フローチャートにおいて、実施形態1では「d軸電流調整」のS10「トルク誤差評価」の処理で、d軸電流の探索が収束した後もトルク誤差Δτが残留する場合は、S11においてトルク指令値τ*を変更する処理を実施している。
これまでの実施形態1〜3では、図6の「d軸電流自動調整」において、d軸電流の初期値をid*=0として調整を開始していた。d軸電流は0を初期値として負方向に調整され、例えば定常動作点において入力電力が最小(最大効率)となるd軸電流を探索した。
これまでの実施形態1〜4では、インバーターモータの総合効率を優先し、最大効率制御に基づいて電流指令テーブルを自動生成したが、意図的に銅損を減らしたい、あるいは、電流振幅制限を緩和したい場合は、最大トルク/電流制御を用いることもできる。
本実施形態6では、モータ1の鉄損を最小化して電圧制限の緩和を優先したい場合に最大トルク/磁束制御(最大トルク/誘起電圧制御)を実現する電流指令テーブル自動調整手法を提供する。
本願発明では、制限処理後のq軸電流指令値iq1*にトルクリプル補償信号iqc*を重畳してトルクリプルを打ち消す制御を実施している。その結果、インバータ4のPWM制御部に与える電圧指令値も、トルクリプルと同じ周波数成分が重畳される。したがって、自動調整装置5へフィードバックする電圧指令デューティ比Dvは、トルクリプルと同じ周波数成分で変動している。
トルクリプル抑制制御を行うと、電圧指令値にはトルクリプルを打ち消すためのリプル成分が重畳される。実際のインバータは出力できる電圧に制限があるため、トルクリプル補償によるリプル成分が電圧制限値に達した場合はトルクリプル抑制制御の効果は得られない。一方で、定常トルクとしては出力電圧制限下であっても可能な限りトルク指令値τ*に追従することが望まれる。
13…指令値設定処理部
14…トルク制御器
15…電流振幅制限処理部
16…d軸電流調整器
Claims (12)
- モータを可変速制御するインバータに与えるトルク指令値からベクトル制御のd軸電流指令値,補正後q軸電流指令値の演算に用いる電流指令テーブルおよびトルクリプル補償テーブルを自動生成するインバータの制御方法であって、
回転速度とトルクの二次元で電流指令テーブルとトルクリプル補償テーブルを生成するため、データを取得する動作点における速度指令値,前記トルク指令値を設定し、
負荷装置の回転速度が前記一つの動作点で設定された速度指令値となるように前記負荷装置に対して速度制御を実行し、
トルク検出値と、前記一つの動作点で設定された前記トルク指令値が一致するようにトルクフィードバック制御を行ってq軸電流指令値を生成するq軸電流指令値生成処理を実行し、
前記速度制御および前記トルクフィードバック制御がなされている状態で、トルクリプル抑制制御部においてトルクリプル補償信号を生成し、前記q軸電流指令値に加算して補正後q軸電流指令値を算出し、
前記トルクフィードバック制御で前記q軸電流指令値が自動的に制御された状態、かつ、トルクリプル抑制制御が実施されて前記補正後q軸電流指令値が算出された状態で、電圧指令デューティ比に基づいて、最適なd軸電流指令値を探索して生成するd軸電流調整処理を実行し、
前記d軸電流指令値,前記q軸電流指令値,前記トルクリプル補償信号の生成処理を全動作点において実行し、
前記全動作点について生成された前記d軸電流指令値と前記q軸電流指令値を回転速度とトルクに各々対応つけてテーブル化し電流指令テーブルを生成し、前記トルクリプル補償信号を回転速度とトルクに各々対応つけてテーブル化しトルクリプル補償テーブルを生成する自動調整処理を実行し、
回転速度検出値と、前記トルク指令値とに基づいて、前記電流指令テーブルにより、前記d軸電流指令値と前記q軸電流指令値を出力し、
前記回転速度検出値と、前記トルク指令値とに基づいて、前記トルクリプル補償テーブルにより、前記トルクリプル補償信号のdn軸成分,qn軸成分を出力し、
前記トルクリプル補償テーブルのdn軸成分とqn軸成分を合成して前記トルクリプル補償信号を出力し、
前記d軸電流指令値と前記q軸電流指令値と前記トルクリプル補償信号とに基づいてインバータを制御することを特徴とするインバータの制御方法。 - 前記d軸,q軸電流指令値の電流振幅が電流振幅制限値を超えたか否かを判定し、電流振幅が電流振幅制限値を超えたとき前記d軸電流指令値、前記q軸電流指令値に制限をかける電流振幅制限処理を行う電流振幅制限処理と、インバータの三相電流検出値を座標変換したd軸電流検出値、q軸電流検出値が前記d軸電流指令値、前記補正後q軸電流指令値に一致するように追従制御してd軸電圧指令値、q軸電圧指令値を得、前記d軸電圧指令値、前記q軸電圧指令値の振幅が電圧振幅制限値を超えたか否かを判定し、電圧振幅が電圧振幅制限値を超えたとき前記d軸電圧指令値、前記q軸電圧指令値に制限をかける電圧振幅制限処理と、を実行し、
前記d軸電流調整処理は、前記一つの動作点での前記トルクフィードバック制御がなされている状態で、前記電流振幅又は電圧振幅の少なくともいずれか一方が前記電流振幅制限値または前記電圧振幅制限値を超えた場合に、トルク検出値と前記トルク指令値の偏差を示すトルク誤差に基づいて、第1の探索モードを実行して、トルク誤差が最小となる前記d軸電流指令値を探索して生成し、前記電流振幅と電圧振幅の両方が前記制限値以下の場合に、第2の探索モードを実行して、入力電力または電流振幅値または電圧指令デューティ比が最小となる前記d軸電流指令値を探索して生成し、
前記第1又は第2の探索モード実行時のデータが最小点に収束したから否かを判定する収束判定処理を行うことを特徴とする請求項1に記載のインバータの制御方法。 - 前記収束判定処理によって収束が判定された後に、前記トルク誤差が残留しているか否かを判定することを特徴とする請求項2に記載のインバータの制御方法。
- 電流指令テーブルとトルクリプル補償テーブルの生成時に、前記d軸電流指令値の大きさを制限することを特徴とする請求項1〜3のうち何れかに記載のインバータの制御方法。
- 前記収束判定処理によって収束が判定された後に、前記トルク誤差が残留しているか否かを判定し、残留している場合に、前記一つの動作点に設定された前記トルク指令値から前記残留したトルク誤差の最小点探索結果を減算して新たなトルク指令値を求め、前記新たなトルク指令値を当該動作点での前記トルク指令値に設定変更し、前記新たなトルク指令値と、そのときの回転数設定値および前記d軸電流指令値,前記q軸電流指令値を記録することを特徴とする請求項3記載のインバータの制御方法。
- 前記第2の探索モードは、前記d軸電流指令値を変化させ、変化前後のインバータの入力電力を観測し、前記入力電力が最小となるd軸電流指令値を探索することを特徴とする請求項2〜5のうち何れかに記載のインバータの制御方法。
- 前記自動調整処理は、最大効率となるd軸電流,q軸電流を予め解析によって求めておき、前記求められたd軸電流,q軸電流を前記d軸電流指令値,前記q軸電流指令値の初期値とすることを特徴とする請求項6に記載のインバータの制御方法。
- 前記第2の探索モードは、前記d軸電流指令値を変化させ、変化前後の電流振幅値を観測し、前記電流振幅値が最小となる前記d軸電流指令値を探索することを特徴とする請求項2〜5のうち何れかに記載のインバータの制御方法。
- 前記インバータの制御は、インバータの三相電流検出値を座標変換したd軸電流検出値、q軸電流検出値が、前記d軸電流指令値,前記補正後q軸電流指令値に一致するように追従制御して得たd軸電圧指令値,q軸電圧指令値と、インバータの直流入力の直流電圧値とから電圧指令デューティ比を演算し、
前記第2の探索モードは、前記d軸電流指令値を変化させ、変化前後の前記電圧指令デューティ比を観測し、前記電圧指令デューティ比が最小となるd軸電流指令値を探索することを特徴とする請求項2〜5のうち何れかに記載のインバータの制御方法。 - 前記電圧指令デューティ比は、低域通過フィルタを介した値であることを特徴とする請求項1〜9のうち何れかに記載のインバータの制御方法。
- 前記収束判定処理によって、収束が判定された後に、前記トルク誤差が残留しているか否か判定し、前記トルク誤差が残留している場合、制限処理後のq軸電流指令値にトルクリプル補償信号が重畳されているか否かを判定し、トルクリプル補償信号が重畳されている場合はトルクリプル補償信号を低減することを特徴とする請求項3,5記載のインバータの制御方法。
- モータを可変速制御するインバータに与えるトルク指令値からベクトル制御のd軸電流指令値,補正後q軸電流指令値の演算に用いる電流指令テーブルおよびトルクリプル補償テーブルを自動生成するインバータの制御装置であって、
回転速度検出値と、前記トルク指令値とに基づいて、前記d軸電流指令値と前記q軸電流指令値を出力する電流指令テーブルと、
前記回転速度検出値と、前記トルク指令値とに基づいて、トルクリプル補償信号のdn軸成分,qn軸成分を出力するトルクリプル補償テーブルと、
前記トルクリプル補償テーブルのdn軸成分とqn軸成分を合成して前記トルクリプル補償信号を出力するトルクリプル補償信号合成部と、
前記d軸電流指令値と前記q軸電流指令値と前記トルクリプル補償信号とに基づいてインバータを制御するインバータ制御部と、
を備え、
前記電流指令テーブルと、前記トルクリプル補償テーブルは、請求項1記載の自動調整処理により生成することを特徴とするインバータの制御装置。
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