JP2021022965A - Driving device of induction motor, driving method, and electric vehicle - Google Patents

Driving device of induction motor, driving method, and electric vehicle Download PDF

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Abstract

To estimate a rotation direction and a speed of an induction motor being an AC motor in a short time regardless of a rotation speed while obviating the need for enhancing response of a control system.SOLUTION: A drive system 1S of an induction motor 1 comprises an inverter 3 for driving the induction motor 1, and a controller 4 for controlling the inverter 3. When the inverter 3 outputs a power to the induction motor 1 after it is restarted, the controller 4 switches a control mode to transfer to either one of an AC voltage application mode for applying an AC voltage to the induction motor 1 or a DC voltage application mode for applying a DC voltage, on the basis of a short-circuit current detection value detected while motor terminals of the induction motor 1 are short-circuited.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、誘導電動機の駆動装置、駆動方法、および電気車に関する。 The present invention relates to a drive device, a drive method, and an electric vehicle for an induction motor.

例えば特許文献1には、フリーラン状態にある交流電動機の回転方向および速度を、残留磁束による誘起電圧によって交流電動機を流れる電流をゼロに制御する電圧指令から推定する方法が開示されている。また、電圧指令の振幅が予め定めた閾値未満の場合には、電流をゼロにする制御を停止し、直流電圧を印加することによって交流電動機を流れる電流の周波数から交流電動機の回転方向および速度を推定する。 For example, Patent Document 1 discloses a method of estimating the rotation direction and speed of an AC motor in a free-run state from a voltage command for controlling the current flowing through the AC motor to zero by an induced voltage due to residual magnetic flux. If the amplitude of the voltage command is less than a predetermined threshold, the control to make the current zero is stopped, and by applying a DC voltage, the rotation direction and speed of the AC motor are changed from the frequency of the current flowing through the AC motor. presume.

特許4407151号公報Japanese Patent No. 4407151

しかしながら、上述の従来技術では、交流電動機を流れる三相交流電流をゼロに制御することで速度推定を行うため、制御系の高応答化が必要となるという問題がある。また、直流電圧印加によって交流電動機を流れる電流の周波数から速度を推定する際には、交流電動機の低速域では速度推定に多大な時間を要するという問題がある。 However, in the above-mentioned conventional technique, since the speed is estimated by controlling the three-phase AC current flowing through the AC motor to zero, there is a problem that it is necessary to improve the response of the control system. Further, when estimating the speed from the frequency of the current flowing through the AC motor by applying a DC voltage, there is a problem that it takes a lot of time to estimate the speed in the low speed range of the AC motor.

本発明の目的は、上述の点を考慮してなされたものであり、交流電動機である誘導電動機の回転方向および速度を、制御系の高応答化を不要としつつ、回転速度に依らずに短時間で推定し得るようにすることを1つの目的とする。 An object of the present invention has been made in consideration of the above points, and the rotation direction and speed of the induction motor, which is an AC motor, can be shortened regardless of the rotation speed while eliminating the need for high response of the control system. One purpose is to be able to estimate in time.

かかる課題を解決するため本発明においては、1つの目的を達成する一手段として、誘導電動機の駆動装置は、誘導電動機を駆動する電力変換装置と、前記電力変換装置を制御する制御装置とを有し、前記制御装置は、前記電力変換装置の再起動後に前記誘導電動機へ電力を出力する際、前記誘導電動機のモータ端子を短絡して検出した短絡電流検出値に基づいて、前記誘導電動機へ交流電圧を印加する交流電圧印加モードおよび直流電圧を印加する直流電圧印加モードの何れの制御モードへ移行するかを切り替えることを特徴とする。 In order to solve such a problem, in the present invention, as one means for achieving one object, the drive device of the induction motor includes a power conversion device for driving the induction motor and a control device for controlling the power conversion device. Then, when the control device outputs power to the induction motor after restarting the power conversion device, the control device ACs to the induction motor based on a short-circuit current detection value detected by short-circuiting the motor terminals of the induction motor. It is characterized in that it switches between the control mode of applying an AC voltage to which a voltage is applied and the mode of applying a DC voltage to which a DC voltage is applied.

本発明によれば、例えば、制御系の高応答化を不要としつつ、回転速度に依らずに短時間で誘導電動機の回転方向および速度を推定することができる。 According to the present invention, for example, the rotation direction and speed of the induction motor can be estimated in a short time regardless of the rotation speed while eliminating the need for increasing the response of the control system.

実施形態1のドライブシステムの全体構成例を示す機能ブロック図。The functional block diagram which shows the whole structure example of the drive system of Embodiment 1. FIG. 実施形態1の誘導電動機の速度推定処理例を示すフローチャート。The flowchart which shows the speed estimation processing example of the induction motor of Embodiment 1. 実施形態1の直流電圧演算部の構成例を示す機能ブロック図。FIG. 6 is a functional block diagram showing a configuration example of a DC voltage calculation unit according to the first embodiment. 実施形態1の交流電圧演算部の構成例を示す機能ブロック図。FIG. 6 is a functional block diagram showing a configuration example of an AC voltage calculation unit according to the first embodiment. 実施形態1の短絡電流周波数演算部の構成例を示す機能ブロック図。FIG. 6 is a functional block diagram showing a configuration example of a short-circuit current frequency calculation unit according to the first embodiment. 実施形態1の交流電圧演算部を含むコントローラによる交流電圧演算処理例を示すフローチャート。FIG. 5 is a flowchart showing an example of AC voltage calculation processing by a controller including an AC voltage calculation unit of the first embodiment. 短絡電流の振幅判定後、直流電圧印加を選択する場合の速度推定波形の一例を示す図。The figure which shows an example of the speed estimation waveform when DC voltage application is selected after the amplitude determination of a short circuit current. 短絡電流の振幅判定後、交流電圧印加を選択する場合の速度推定波形の一例を示す図。The figure which shows an example of the speed estimation waveform at the time of selecting the AC voltage application after the amplitude determination of a short circuit current. 実施形態2の交流電圧演算部の構成例を示す機能ブロック図。The functional block diagram which shows the structural example of the AC voltage calculation part of Embodiment 2. 短絡時のベクトル図。Vector diagram at short circuit. 実施形態2の位相調整後のベクトル図。The vector diagram after the phase adjustment of Embodiment 2. 実施形態3の交流電圧演算部の構成例を示す機能ブロック図。The functional block diagram which shows the structural example of the AC voltage calculation part of Embodiment 3. 実施形態3の位相調整後のベクトル図。The vector diagram after the phase adjustment of Embodiment 3. 実施形態3の速度推定波形の一例を示す図。The figure which shows an example of the velocity estimation waveform of Embodiment 3. 実施形態4のドライブシステムの構成例を示す機能ブロック図。The functional block diagram which shows the configuration example of the drive system of Embodiment 4. 実施形態4の交流電圧演算部の構成例を示す機能ブロック図。FIG. 5 is a functional block diagram showing a configuration example of an AC voltage calculation unit according to the fourth embodiment. 実施形態5の電気車の一例を示す模式図。The schematic diagram which shows an example of the electric vehicle of Embodiment 5.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、同一または類似の要素および処理には、原則として同一の符号を付している。また、同一の機能および処理について、重複説明を省略する。なお、以下に説明する構成および処理はあくまで一例に過ぎず、本発明にかかる実施様態が、以下の具体的様態に限定されることを意図する趣旨ではない。また、各実施形態および変形例は、本発明の技術思想の範囲内および整合する範囲内でその一部または全部を組合せることができる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same or similar elements and processes are, in principle, given the same reference numerals. In addition, duplicate explanations will be omitted for the same functions and processes. It should be noted that the configuration and processing described below are merely examples, and it is not intended that the embodiment according to the present invention is limited to the following specific modes. In addition, each embodiment and modification can be combined in part or in whole within the scope of the technical idea of the present invention and within the range consistent with it.

以下の実施形態の説明に先立ち、従来技術とその課題について説明する。電気車では、停車状態からインバータを起動して加速した後、インバータを停止して惰性で走行する惰行状態に移り、惰行状態から再度インバータを起動して加速または減速する場合がある。 Prior to the description of the following embodiments, the prior art and its problems will be described. In an electric vehicle, after accelerating by starting the inverter from a stopped state, the inverter may be stopped to move to a coasting state in which the vehicle coasts, and the inverter may be started again from the coasting state to accelerate or decelerate.

惰行状態ではインバータは停止しているため、インバータから誘導電動機に電圧は印加されないが、原理上、インバータを停止しても磁束はすぐには消えずに残る。このようにインバータが停止している状態で回転子内部に残る磁束を残留磁束と呼ぶ。残留磁束が存在する場合、残留磁束と回転速度の積に比例した誘起電圧が発生する。 Since the inverter is stopped in the coasting state, no voltage is applied from the inverter to the induction motor, but in principle, the magnetic flux does not disappear immediately even if the inverter is stopped. The magnetic flux remaining inside the rotor when the inverter is stopped in this way is called the residual magnetic flux. When the residual magnetic flux is present, an induced voltage proportional to the product of the residual magnetic flux and the rotation speed is generated.

インバータを停止した状態では、残留磁束のエネルギーは誘導電動機の抵抗によって消費され、誘導電動機の抵抗値およびインダクタンス値で決まる時定数にしたがって減衰する。 When the inverter is stopped, the energy of the residual magnetic flux is consumed by the resistance of the induction motor, and is attenuated according to the time constant determined by the resistance value and the inductance value of the induction motor.

一方で近年は省エネルギー意識の高まりから、誘導電動機は低すべりに設計されるため、抵抗が小さい。よって残留磁束が減衰する時定数は長くなる傾向にある。その結果、停止状態または惰行状態からインバータが再起動する時に残留磁束が消えずに残りやすくなり、この残留磁束による誘起電圧が外乱となり、速度推定に失敗してしまうことが懸念される。 On the other hand, in recent years, due to the growing awareness of energy conservation, induction motors are designed with low slip, so resistance is small. Therefore, the time constant at which the residual magnetic flux is attenuated tends to be long. As a result, when the inverter is restarted from the stopped state or the coasting state, the residual magnetic flux tends to remain without disappearing, and the induced voltage due to the residual magnetic flux becomes a disturbance, and there is a concern that the speed estimation fails.

以上のことから、残留磁束量によらず誘導電動機の速度を推定できることが望ましい。残留磁束考慮した速度推定方法について、上述の特許文献1のような提案がなされているが、制御系の高応答化が必要であったり、交流電動機の低速域では速度推定に多大な時間を要したりするといった課題がある。以下の実施形態では、この課題を解決する手段の一例を示す。 From the above, it is desirable that the speed of the induction motor can be estimated regardless of the amount of residual magnetic flux. A speed estimation method considering the residual magnetic flux has been proposed as in Patent Document 1 described above, but it is necessary to improve the response of the control system, and it takes a lot of time to estimate the speed in the low speed range of the AC motor. There is a problem such as doing. The following embodiments show an example of means for solving this problem.

[実施形態1]
先ず実施形態1の構成要素について説明する。図1は、実施形態1のドライブシステム1Sの全体構成例を示す機能ブロック図である。本実施形態のドライブシステム1Sは、誘導電動機1、相電流検出回路2、インバータ3、およびコントローラ4を有する。
[Embodiment 1]
First, the components of the first embodiment will be described. FIG. 1 is a functional block diagram showing an overall configuration example of the drive system 1S of the first embodiment. The drive system 1S of the present embodiment includes an induction motor 1, a phase current detection circuit 2, an inverter 3, and a controller 4.

相電流検出回路2は、ホールCT(Current Transformer)等から構成され、U相、V相、W相の三相交流電流Iu、Iv、Iwを検出している。ただし、相電流検出回路2によって必ずしも3相全ての電流を検出する必要はなく、いずれかの2相を検出し、3相電流が平衡状態であると仮定して他の1相を演算により求める構成でも良い。 The phase current detection circuit 2 is composed of a Hall CT (Current Transformer) or the like, and detects three-phase AC currents Iu, Iv, and Iw of U phase, V phase, and W phase. However, it is not always necessary for the phase current detection circuit 2 to detect the currents of all three phases, and one of the two phases is detected and the other one phase is calculated by assuming that the three-phase current is in an equilibrium state. It may be configured.

インバータ3は、直流電圧電源5、ゲート・ドライバ6、およびIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)Q1〜Q6とダイオードD1〜D6の複数のスイッチング素子から構成される。なお、本実施形態の効果は、半導体スイッチング素子の種類によって限定されるものではない。 The inverter 3 is composed of a DC voltage power supply 5, a gate driver 6, and a plurality of switching elements of IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) Q1 to Q6 and diodes D1 to D6. The effect of this embodiment is not limited to the type of semiconductor switching element.

コントローラ4は、三相交流電流をαβ座標系の電流に変換するαβ座標変換部7、αβ座標系の電流からdq座標系の電流に変換するdq座標変換部8、αβ座標系の電流を用いてインバータ短絡時の電流を演算する短絡電流演算部9、交流電流指令を出力する交流電流指令演算部10、および交流電流指令とdq座標系の電流から交流電圧指令を演算する交流電圧演算部11を有する。 The controller 4 uses an αβ coordinate conversion unit 7 that converts a three-phase AC current into an αβ coordinate system current, a dq coordinate conversion unit 8 that converts an αβ coordinate system current into a dq coordinate system current, and an αβ coordinate system current. Short-circuit current calculation unit 9 that calculates the current when the inverter is short-circuited, AC current command calculation unit 10 that outputs the AC current command, and AC voltage calculation unit 11 that calculates the AC voltage command from the AC current command and the current of the dq coordinate system. Has.

また、コントローラ4は、直流電流指令を出力する直流電流指令演算部12、直流電流指令から直流電圧指令を演算する直流電圧演算部13、短絡電流を用いて交流電圧指令または直流電圧指令を選択する電圧モード切替部14、および電圧モード切替部14が出力する電圧指令からPWM信号を生成しゲート・ドライバ6へ出力するPWM信号生成部15を有する。 Further, the controller 4 selects an AC voltage command or a DC voltage command using a DC current command calculation unit 12 that outputs a DC current command, a DC voltage calculation unit 13 that calculates a DC voltage command from the DC current command, and a short-circuit current. It has a voltage mode switching unit 14 and a PWM signal generation unit 15 that generates a PWM signal from a voltage command output by the voltage mode switching unit 14 and outputs the PWM signal to the gate driver 6.

次に図1と図2を参照しつつ、本実施形態におけるコントローラ4の動作を説明する。
図2は、実施形態1の誘導電動機1のコントローラ4が実行する速度推定処理例を示すフローチャートである。
Next, the operation of the controller 4 in this embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
FIG. 2 is a flowchart showing an example of speed estimation processing executed by the controller 4 of the induction motor 1 of the first embodiment.

先ずステップS11では、コントローラ4は、停止状態または惰行状態から誘導電動機1を再起動する際、短絡開始時点から予め定めた所定短絡期間にわたり、誘導電動機1のモータ端子の短絡を継続する。例えば、この所定短絡期間は、誘導電動機1の漏れインダクタンスLσを一次換算抵抗Rσで除算して得られる一次換算時定数Tσ以上の期間である。この時、コントローラ4は、インバータ3の上下アームどちらかを短絡させる信号を出力する。短絡中は、電圧モード切替部14の出力である三相交流電圧指令Vu、Vv、Vwはゼロである。 First, in step S11, when the induction motor 1 is restarted from the stopped state or the coasting state, the controller 4 continues to short-circuit the motor terminals of the induction motor 1 for a predetermined short-circuit period from the start of the short-circuit. For example, this predetermined short-circuit period is a period equal to or greater than the primary conversion time constant Tσ obtained by dividing the leakage inductance Lσ of the induction motor 1 by the primary conversion resistance Rσ. At this time, the controller 4 outputs a signal for short-circuiting either the upper or lower arm of the inverter 3. During the short circuit, the three-phase AC voltage commands Vu * , Vv * , and Vw * , which are the outputs of the voltage mode switching unit 14, are zero.

次にステップS12では、コントローラ4は、短絡開始時点から所定短絡期間が経過した時点で短絡電流I1の振幅|I1|が短絡電流振幅閾値Th未満か否かを判定する。この時、短絡電流演算部9は、下記式(1)を用いて短絡電流I1の振幅|I1|を演算する。 Next, in step S12, the controller 4 determines whether or not the amplitude | I1 | of the short-circuit current I1 is less than the short-circuit current amplitude threshold Th when a predetermined short-circuit period elapses from the start of the short-circuit. At this time, the short-circuit current calculation unit 9 calculates the amplitude | I1 | of the short-circuit current I1 using the following equation (1).

Figure 2021022965
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コントローラ4は、短絡電流I1の振幅|I1|が短絡電流振幅閾値Th未満の場合(ステップS12YES)にステップS13(直流印加モード)へ処理を移し、振幅|I1|が短絡電流振幅閾値以上の場合(ステップS12NO)にステップS14(交流印加モード)へ処理を移す。直流電圧印加モードおよび交流電圧印加モードのどちらのモードに移行するかは電圧モード切替部14が切り替える。 The controller 4 shifts the process to step S13 (DC application mode) when the amplitude | I1 | of the short-circuit current I1 is less than the short-circuit current amplitude threshold Th (step S12YES), and when the amplitude | I1 | is greater than or equal to the short-circuit current amplitude threshold. The process shifts to step S14 (AC application mode) in (step S12NO). The voltage mode switching unit 14 switches between the DC voltage application mode and the AC voltage application mode.

ステップS13では、コントローラ4は、直流電圧印加モードへ移行し、移行時点から予め定めた直流電圧印加期間にわたって、直流電圧を誘導電動機1に印加する。例えば、この直流電圧印加期間は、後退時の最高回転子周波数の半周期と同じ期間である。コントローラ4は、この直流電圧印加期間が経過した後に、ステップS14へ処理を移す。 In step S13, the controller 4 shifts to the DC voltage application mode, and applies the DC voltage to the induction motor 1 from the transition time to a predetermined DC voltage application period. For example, this DC voltage application period is the same period as the half cycle of the maximum rotor frequency at the time of retreat. The controller 4 shifts the process to step S14 after the DC voltage application period has elapsed.

ステップS14では、コントローラ4は、交流電圧印加モードへ移行し、予め定めた交流電圧印加期間(速度推定期間)、誘導電動機1の速度推定を行う。例えば、この速度推定期間は、電流制御応答時定数以上の期間である。コントローラ4は、この速度推定期間が経過した時点で、速度推定を終了する。 In step S14, the controller 4 shifts to the AC voltage application mode, and estimates the speed of the induction motor 1 for a predetermined AC voltage application period (speed estimation period). For example, this speed estimation period is a period equal to or longer than the current control response time constant. The controller 4 ends the speed estimation when the speed estimation period elapses.

以下、各機能ブロックの詳細について説明する。 The details of each functional block will be described below.

図3を参照して直流電圧演算部13について説明する。図3は、実施形態1の直流電圧演算部13の構成例を示す機能ブロック図である。直流電圧演算部13は、LPF(Low-Pass Filter)16、電圧指令演算部17、およびdq座標逆変換部18を有する。LPF16は、直流電流指令演算部12から出力されたd軸電流指令Idをもとにd軸磁束指令Φ2d を演算する。電圧指令演算部17は、d軸電圧指令Vdとq軸電圧指令Vqを下記式(2)および式(3)によって計算する。 The DC voltage calculation unit 13 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a functional block diagram showing a configuration example of the DC voltage calculation unit 13 of the first embodiment. The DC voltage calculation unit 13 includes an LPF (Low-Pass Filter) 16, a voltage command calculation unit 17, and a dq coordinate inverse conversion unit 18. The LPF 16 calculates the d-axis magnetic flux command Φ 2d * based on the d-axis current command Id * output from the DC current command calculation unit 12. The voltage command calculation unit 17 calculates the d-axis voltage command Vd * and the q-axis voltage command Vq * by the following equations (2) and (3).

Figure 2021022965
Figure 2021022965
Figure 2021022965
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ただし、上記式(2)および式(3)において、R1は一次抵抗設定値、Iqはq軸電流指令、ω1はインバータ周波数、Lσは制御側漏れインダクタンス、Mは制御側相互インダクタンス、L2は制御側二次インダクタンス、T2は制御側の二次時定数である。直流電圧演算部13がd軸方向に直流電圧を印加するためにω1=0、Iq=0となるため、電圧指令演算部17から出力されるd軸電圧指令Vdとq軸電圧指令Vqは、下記式(4)および式(5)のようになる。 However, in the above equations (2) and (3), R1 * is the primary resistance set value, Iq * is the q-axis current command, ω1 is the inverter frequency, Lσ * is the control side leakage inductance, and M * is the control side mutual inductance. , L2 * is the control side secondary inductance, and T2 * is the control side secondary time constant. Since the DC voltage calculation unit 13 applies a DC voltage in the d-axis direction, ω1 = 0 and Iq * = 0, so that the d-axis voltage command Vd * and the q-axis voltage command Vq output from the voltage command calculation unit 17 * Is as shown in the following equations (4) and (5).

Figure 2021022965
Figure 2021022965
Figure 2021022965
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dq座標逆変換部18は、電圧指令演算部17から出力されたd軸電圧指令Vdとq軸電圧指令Vqを三相座標変換することでU相電圧指令Vu、V相電圧指令Vv、W相電圧指令Vwを生成し出力する。 The dq coordinate inverse conversion unit 18 converts the d-axis voltage command Vd * and the q-axis voltage command Vq * output from the voltage command calculation unit 17 into three-phase coordinates to convert the U-phase voltage command Vu * and the V-phase voltage command Vv. * , W-phase voltage command Vw * is generated and output.

図4を参照して交流電圧演算部11について説明する。図4は、実施形態1の交流電圧演算部11の構成例を示す機能ブロック図である。交流電圧演算部11は、LPF16b、電圧指令演算部17b、dq座標逆変換部18b、速度推定部19、速度推定初期値切替部20、速度推定初期値演算部21、および短絡電流周波数演算部22を有する。 The AC voltage calculation unit 11 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a functional block diagram showing a configuration example of the AC voltage calculation unit 11 of the first embodiment. The AC voltage calculation unit 11 includes an LPF 16b, a voltage command calculation unit 17b, a dq coordinate inverse conversion unit 18b, a speed estimation unit 19, a speed estimation initial value switching unit 20, a speed estimation initial value calculation unit 21, and a short-circuit current frequency calculation unit 22. Has.

以下、速度推定部19、速度推定初期値切替部20、速度推定初期値演算部21、および短絡電流周波数演算部22の詳細について説明する。なお、LPF16b、電圧指令演算部17b、dq座標逆変換部18bは、それぞれLPF16、電圧指令演算部17、およびdq座標逆変換部18と同一構成であるため、説明を省略する。 Hereinafter, the speed estimation unit 19, the speed estimation initial value switching unit 20, the speed estimation initial value calculation unit 21, and the short-circuit current frequency calculation unit 22 will be described in detail. Since the LPF 16b, the voltage command calculation unit 17b, and the dq coordinate inverse conversion unit 18b have the same configuration as the LPF 16, the voltage command calculation unit 17, and the dq coordinate inverse conversion unit 18, respectively, the description thereof will be omitted.

速度推定部19は、下記式(6)および式(7)によって算出した速度推定値を出力する。誘導電動機の電圧方程式より、q軸電流検出値Iqとq軸電流指令値Iqに関して以下の式で表される。 The speed estimation unit 19 outputs the speed estimation values calculated by the following equations (6) and (7). From the voltage equation of the induction motor, the q-axis current detection value Iq and the q-axis current command value Iq * are expressed by the following equations.

Figure 2021022965
Figure 2021022965
Figure 2021022965
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ただし、上記式(6)および式(7)において、ωrは回転子速度、ωr^は速度推定値、Rσは一次換算抵抗設定値、sはラプラス演算子である。ここで、誘導電動機1の定数とコントローラ4の定数が一致しているとし、d軸電流検出値Id、d軸磁束Φ2d、およびq軸磁束指令Φ2qのそれぞれが各指令値に一致していると仮定すると、下記式(8)のようになる。 However, in the above equations (6) and (7), ωr is the rotor velocity, ωr ^ is the velocity estimate, Rσ * is the linear conversion resistance set value, and s is the Laplace operator. Here, assuming that the constant of the induction motor 1 and the constant of the controller 4 match, the d-axis current detection value Id, the d-axis magnetic flux Φ 2d , and the q-axis magnetic flux command Φ 2q * each match each command value. Assuming that there is, the following equation (8) is obtained.

Figure 2021022965
Figure 2021022965

上記式(8)より、Iq−Iq=0ならばωr−ωr^=0⇔ωr^=ωrとなり、q軸電流検出値Iqがq軸電流指令値Iqに収束した時点で速度推定も完了する。ただし、上記式(8)において、ωacrは電流制御応答角周波数である。 From the above equation (8), if Iq * −Iq = 0, ωr−ωr ^ = 0⇔ωr ^ = ωr, and the velocity is estimated when the q-axis current detection value Iq converges to the q-axis current command value Iq *. Complete. However, in the above equation (8), ωacr is the current control response angular frequency.

電圧指令演算部17bは、上記式(8)で求めた速度推定値ωr^を上記式(2)および式(3)のω1へ代入し、d軸電圧指令Vdとq軸電圧指令Vqを計算する。 The voltage command calculation unit 17b substitutes the velocity estimation value ωr ^ obtained by the above equation (8) into ω1 of the above equations (2) and (3), and substitutes the d-axis voltage command Vd * and the q-axis voltage command Vq *. To calculate.

速度推定初期値演算部21は、短絡電流I1の振幅|I1|が短絡電流振幅閾値Th未満であり、直流電圧演算部13が誘導電動機1に直流電圧を印加する時に動作する。速度推定初期値演算部21は、q軸電流検出値Iq>0なら誘導電動機1の回転方向は後退、Iq≦0なら前進と判断する。 The speed estimation initial value calculation unit 21 operates when the amplitude | I1 | of the short-circuit current I1 is less than the short-circuit current amplitude threshold Th, and the DC voltage calculation unit 13 applies a DC voltage to the induction motor 1. If the q-axis current detection value Iq> 0, the speed estimation initial value calculation unit 21 determines that the rotation direction of the induction motor 1 is backward, and if Iq ≦ 0, it is forward.

以下、q軸電流の極性から回転方向が判別できる原理について説明する。q軸電流と回転方向の関係は以下のようになる。 Hereinafter, the principle that the rotation direction can be determined from the polarity of the q-axis current will be described. The relationship between the q-axis current and the rotation direction is as follows.

Figure 2021022965
Figure 2021022965

ただし、上記式(9)において、Idはd軸電流検出値、Mは相互インダクタンス、L2は二次インダクタンス、T2は二次時定数である。直流電圧演算部13は、d軸の正方向に電圧を印加する。ゆえに、d軸電流検出値Idは正であるから、ωrとIqの符号は逆になる。よって、q軸電流検出値Iqの正負から誘導電動機1の回転方向を判別することができる。 However, in the above equation (9), Id is the d-axis current detection value, M is the mutual inductance, L2 is the secondary inductance, and T2 is the secondary time constant. The DC voltage calculation unit 13 applies a voltage in the positive direction of the d-axis. Therefore, since the d-axis current detection value Id is positive, the signs of ωr and Iq are opposite. Therefore, the rotation direction of the induction motor 1 can be determined from the positive and negative of the q-axis current detection value Iq.

速度推定初期値演算部21は、判別された誘導電動機1の回転方向に応じた速度推定の初期値ωini_Iqを出力する。例えば、速度推定の初期値ωini_Iqは、前進と判別された場合には前進方向の最高速度あるいは最高速度の二分の一の速度、後退と判別された場合には後退方向の最高速度あるいは最高速度の二分の一の速度が設定される。また、速度推定初期値演算部21は、電圧モード切替部14が、交流電圧演算部11が出力するU相電圧指令Vu、V相電圧指令Vv、W相電圧指令Vwを選択するタイミング(以下、交流電圧印加開始タイミングと呼ぶ)で初期値ωini_Iqを出力し、それ以外のタイミングでは0を出力する。 The speed estimation initial value calculation unit 21 outputs the initial value ω ini_Iq of the speed estimation according to the determined rotation direction of the induction motor 1. For example, the initial value ω ini_Iq of speed estimation is the maximum speed or half of the maximum speed in the forward direction when it is determined to be forward, and the maximum speed or maximum speed in the backward direction when it is determined to be backward. Half the speed is set. Further, in the speed estimation initial value calculation unit 21, the timing at which the voltage mode switching unit 14 selects the U-phase voltage command Vu * , the V-phase voltage command Vv * , and the W-phase voltage command Vw * output by the AC voltage calculation unit 11. The initial value ω ini_Iq is output at (hereinafter referred to as AC voltage application start timing), and 0 is output at other timings.

図5を参照して短絡電流周波数演算部22について説明する。図5は、実施形態1の短絡電流周波数演算部22の構成例を示す機能ブロック図である。短絡電流周波数演算部22は、逆正接演算部24、PI制御器25、および積分器26を有する。逆正接演算部24は、αβ座標系の電流Iα、Iβの逆正接arctan(Iβ/Iα)を計算することで短絡電流の位相θiを求めることができる。このθiと制御側のd軸位相θdcを一致させるようにPI制御器25にてPI制御を行う。PI制御はPLL制御(Phase Locked Loop制御)と呼ばれるものであり、PI制御の出力を速度推定値ωPLL^として用いることができる。 The short-circuit current frequency calculation unit 22 will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a functional block diagram showing a configuration example of the short-circuit current frequency calculation unit 22 of the first embodiment. The short-circuit current frequency calculation unit 22 includes an inverse tangent calculation unit 24, a PI controller 25, and an integrator 26. The inverse tangent calculation unit 24 can obtain the phase θi of the short-circuit current by calculating the inverse tangent arctan (Iβ / Iα) of the currents Iα and Iβ in the αβ coordinate system. PI control is performed by the PI controller 25 so that the θi and the d-axis phase θdc on the control side match. The PI control is called a PLL control (Phase Locked Loop control), and the output of the PI control can be used as the speed estimation value ω PLL ^.

速度推定初期値切替部20は、短絡電流周波数演算部22が演算した速度推定初期値ωPLL^、または速度推定初期値演算部21が演算した速度推定初期値ωini_Iqを入力とする。速度推定初期値切替部20は、この入力を、短絡電流I1の振幅|I1|が予め定めた閾値Th以上か否かで切り替えを行う。振幅|I1|が閾値Th以上の場合、短絡電流周波数演算部22が演算した速度推定初期値ωPLL^を入力として選択し、閾値Th未満であれば速度推定初期値演算部21が演算した速度推定初期値ωini_Iqを入力として選択する。これにより、残留磁束量に応じた速度推定初期値を、速度推定部19における上記式(8)の積分の初期値に設定できる。 The speed estimation initial value switching unit 20 inputs the speed estimation initial value ω PLL ^ calculated by the short-circuit current frequency calculation unit 22 or the speed estimation initial value ω ini_Iq calculated by the speed estimation initial value calculation unit 21. The speed estimation initial value switching unit 20 switches this input depending on whether or not the amplitude | I1 | of the short-circuit current I1 is equal to or greater than a predetermined threshold value Th. When the amplitude | I1 | is equal to or more than the threshold Th, the speed estimation initial value ω PLL ^ calculated by the short-circuit current frequency calculation unit 22 is selected as an input, and when it is less than the threshold Th, the speed estimated initial value calculation unit 21 calculates the speed. The estimated initial value ω ini_Iq is selected as the input. Thereby, the initial value of the velocity estimation according to the residual magnetic flux amount can be set as the initial value of the integral of the above equation (8) in the velocity estimation unit 19.

図1に説明を戻す。短絡電流演算部9は、上記式(1)を用いて短絡電流I1の振幅|I1|を演算する。 The explanation is returned to FIG. The short-circuit current calculation unit 9 calculates the amplitude | I1 | of the short-circuit current I1 using the above equation (1).

電圧モード切替部14は、交流電圧演算部11が演算した電圧指令、または直流電圧演算部13が演算した電圧指令を入力とする。電圧モード切替部14は、短絡電流I1の振幅|I1|が予め定めた閾値以上か否かで切り替えを行う。振幅|I1|が閾値Th以上であれば交流電圧演算部11が演算した電圧指令を入力として選択し、閾値Th未満の場合には直流電圧演算部13が演算した電圧指令を入力として選択する。なお、電圧モード切替部14は、直流電圧演算部13が演算した電圧指令を選択した場合、直流電圧印加期間が経過した後に交流電圧演算部11が演算した電圧指令を選択する。 The voltage mode switching unit 14 inputs a voltage command calculated by the AC voltage calculation unit 11 or a voltage command calculated by the DC voltage calculation unit 13. The voltage mode switching unit 14 switches depending on whether or not the amplitude | I1 | of the short-circuit current I1 is equal to or greater than a predetermined threshold value. If the amplitude | I1 | is equal to or greater than the threshold value Th, the voltage command calculated by the AC voltage calculation unit 11 is selected as an input, and if it is less than the threshold value Th, the voltage command calculated by the DC voltage calculation unit 13 is selected as an input. When the voltage command calculated by the DC voltage calculation unit 13 is selected, the voltage mode switching unit 14 selects the voltage command calculated by the AC voltage calculation unit 11 after the DC voltage application period has elapsed.

以上が実施形態1の構成要素に関する説明である。 The above is the description of the components of the first embodiment.

図6を参照して、実施形態1の交流電圧演算部11を含むコントローラ4による誘導電動機1の速度推定処理について説明する。図6は、実施形態1の交流電圧演算部11を含むコントローラ4による誘導電動機1の速度推定処理例を示すフローチャートである。 With reference to FIG. 6, the speed estimation process of the induction motor 1 by the controller 4 including the AC voltage calculation unit 11 of the first embodiment will be described. FIG. 6 is a flowchart showing an example of speed estimation processing of the induction motor 1 by the controller 4 including the AC voltage calculation unit 11 of the first embodiment.

先ずステップS21では、コントローラ4は、誘導電動機1のモータ端子を短絡する。ステップS21の処理は、図2のステップS11と同一処理である。次にステップS22では、短絡電流周波数演算部22は、速度推定値ωPLL^を演算し出力する。 First, in step S21, the controller 4 short-circuits the motor terminals of the induction motor 1. The process of step S21 is the same as the process of step S11 of FIG. Next, in step S22, the short-circuit current frequency calculation unit 22 calculates and outputs the speed estimation value ω PLL ^.

次にステップS23では、コントローラ4は、直流印加モードへ移行するか否かを判定する。ステップS23の処理は、図2のステップS12と同一処理である。コントローラ4は、直流印加モードへ移行する場合(ステップS23YES)にステップS24へ処理を移す。一方、コントローラ4は、交流印加モードへ移行する場合(ステップS23NO)にステップS26へ処理を移す。 Next, in step S23, the controller 4 determines whether or not to shift to the DC application mode. The process of step S23 is the same as the process of step S12 of FIG. The controller 4 shifts the process to step S24 when shifting to the DC application mode (step S23YES). On the other hand, the controller 4 shifts the process to step S26 when shifting to the AC application mode (step S23NO).

ステップS24では、コントローラ4は、直流電圧印加モードへ移行し、誘導電動機1へ直流を印加する。ステップS24の処理は、図2のステップS13と同一処理である。次にステップS25では、速度推定初期値演算部21は、速度推定の初期値ωini_Iqを計算し出力する。 In step S24, the controller 4 shifts to the DC voltage application mode and applies DC to the induction motor 1. The process of step S24 is the same as the process of step S13 of FIG. Next, in step S25, the speed estimation initial value calculation unit 21 calculates and outputs the initial value ω ini_Iq of the speed estimation.

ステップS23NOまたはステップS25に続くステップS26では、速度推定初期値切替部20は、短絡電流I1の振幅|I1|が短絡電流振幅閾値Th以上か否かを判定する。速度推定初期値切替部20は、短絡電流I1の振幅|I1|が短絡電流振幅閾値Th以上の場合(ステップS26YES)に短絡電流周波数演算部22が計算した速度推定値ωPLL^を上記式(8)の積分の初期値へセットする(ステップS27)。一方、速度推定初期値切替部20は、短絡電流I1の振幅|I1|が短絡電流振幅閾値Th未満の場合(ステップS26NO)に速度推定初期値演算部21が計算した速度推定の初期値ωini_Iqを上記式(8)の積分の初期値へセットする(ステップS28)。 In step S23NO following step S23NO or step S25, the speed estimation initial value switching unit 20 determines whether or not the amplitude | I1 | of the short-circuit current I1 is equal to or greater than the short-circuit current amplitude threshold Th. The speed estimation initial value switching unit 20 uses the above equation (the speed estimation value ω PLL ^ calculated by the short-circuit current frequency calculation unit 22 when the amplitude | I1 | of the short-circuit current I1 is equal to or greater than the short-circuit current amplitude threshold Th (YES). It is set to the initial value of the integration of 8) (step S27). On the other hand, in the speed estimation initial value switching unit 20, when the amplitude | I1 | of the short-circuit current I1 is less than the short-circuit current amplitude threshold Th (step S26NO), the speed estimation initial value calculation unit 21 calculates the initial speed estimation value ω ini_Iq. Is set to the initial value of the integration of the above equation (8) (step S28).

ステップS27またはステップS28に続きステップS29では、コントローラ4は、交流電圧印加モードへ移行して誘導電動機1へ交流を印加し、速度推定部19による速度推定を行う。ステップS29の処理は、図2のステップS14と同一処理である。 In step S29 following step S27 or step S28, the controller 4 shifts to the AC voltage application mode, applies AC to the induction motor 1, and estimates the speed by the speed estimation unit 19. The process of step S29 is the same as that of step S14 of FIG.

次に図7を参照して、図2のステップS12および図6のステップS23の短絡電流I1の振幅|I1|の閾値判定の結果、直流電圧印加モードへ移行する場合の短絡電流I1、三相交流電圧Vu、Vv、Vw、q軸電流検出値Iq、速度推定値ωr^の波形を説明する。図7は、短絡電流の振幅判定後、直流電圧印加を選択する場合の速度推定波形の一例を示す図である。 Next, referring to FIG. 7, as a result of the threshold determination of the amplitude | I1 | of the short-circuit current I1 in step S12 of FIG. 2 and step S23 of FIG. 6, the short-circuit current I1 and three-phase when shifting to the DC voltage application mode The waveforms of the AC voltages Vu, Vv, Vw, the q-axis current detection value Iq, and the speed estimation value ωr ^ will be described. FIG. 7 is a diagram showing an example of a speed estimation waveform when DC voltage application is selected after determining the amplitude of the short-circuit current.

図7(a)に示すように、インバータ再起動のタイミングt11からの短絡期間T11が終了する振幅|I1|判定のタイミングt12の時点で振幅|I1|が閾値Th未満(|I1|<Th)であるため、タイミングt12〜t13の直流電圧印加期間T12において誘導電動機1に直流電圧が印加される。具体的には、図7(b)に示すように、例えば、誘導電動機1のU相には正の電圧、V相およびW相には同一の負の電圧が印加される。 As shown in FIG. 7A, the amplitude | I1 | is less than the threshold Th at the time of the amplitude | I1 | determination timing t12 at which the short-circuit period T11 from the inverter restart timing t11 ends (| I1 | <Th). Therefore, the DC voltage is applied to the induction motor 1 during the DC voltage application period T12 at the timings t12 to t13. Specifically, as shown in FIG. 7B, for example, a positive voltage is applied to the U phase of the induction motor 1, and the same negative voltage is applied to the V phase and the W phase.

これにより、図7(c)に示すように、直流電圧印加期間T12において、誘導電動機1にq軸電流検出値Iqが流れる。そして、図7(d)に示すように、直流電圧印加期間T12が終了し交流電圧印加期間(速度推定期間)T13が開始する直流電圧印加終了のタイミングt13において、速度推定初期値演算部21により、誘導電動機1のq軸電流検出値Iqの正負つまり回転方向に応じた速度推定の初期値ωini_Iqが得られる(図7の符号P1参照)。 As a result, as shown in FIG. 7C, the q-axis current detection value Iq flows through the induction motor 1 during the DC voltage application period T12. Then, as shown in FIG. 7D, at the DC voltage application end timing t13 when the DC voltage application period T12 ends and the AC voltage application period (speed estimation period) T13 starts, the speed estimation initial value calculation unit 21 , Positive / negative of the q-axis current detection value Iq of the induction motor 1, that is, the initial value ω ini_Iq of the speed estimation according to the rotation direction is obtained (see reference numeral P1 in FIG. 7).

よって、誘導電動機1の回転方向に応じた速度推定の初期値ωini_Iqが設定された状態で交流電圧印加による速度推定に移行するため、タイミングt13〜t14の交流電圧印加期間(速度推定期間)T13をより短期間として速度推定が可能である。 Therefore, in order to shift to the speed estimation by applying the AC voltage with the initial value ω ini_Iq of the speed estimation according to the rotation direction of the induction motor 1 set, the AC voltage application period (speed estimation period) T13 at the timings t13 to t14. It is possible to estimate the speed in a shorter period of time.

次に図8を参照して、図2のステップS12で短絡電流I1の振幅|I1|の閾値判定の結果、交流電圧印加モードへ移行する場合の短絡電流I1、三相交流電圧Vu、Vv、Vw、q軸電流検出値Iq、速度推定値ωr^の波形を説明する。図8は、短絡電流の振幅判定後、交流電圧印加を選択する場合の速度推定波形の一例を示す図である。 Next, referring to FIG. 8, as a result of the threshold determination of the amplitude | I1 | of the short-circuit current I1 in step S12 of FIG. 2, the short-circuit current I1, the three-phase AC voltage Vu, Vv, when shifting to the AC voltage application mode, The waveforms of Vw, the q-axis current detection value Iq, and the velocity estimation value ωr ^ will be described. FIG. 8 is a diagram showing an example of a speed estimation waveform when AC voltage application is selected after determining the amplitude of the short-circuit current.

図8(a)に示すように、インバータ再起動のタイミングt21からの短絡期間T21が終了する振幅|I1|判定のタイミングt22の時点で振幅|I1|が閾値Th以上(|I1|≧Th)であるため、図8(b)に示すようにタイミングt22〜t23の交流電圧印加期間(速度推定期間)T22において誘導電動機1に交流電圧が印加される。 As shown in FIG. 8A, the amplitude | I1 | is equal to or higher than the threshold value Th at the time of the amplitude | I1 | determination timing t22 at which the short-circuit period T21 from the inverter restart timing t21 ends (| I1 | ≧ Th). Therefore, as shown in FIG. 8B, the AC voltage is applied to the induction motor 1 during the AC voltage application period (speed estimation period) T22 at the timings t22 to t23.

この時、電圧モード切替部14は、交流電圧演算部11が出力するU相電圧指令Vu、V相電圧指令Vv、W相電圧指令Vwを選択し、短絡電流周波数演算部22の出力である速度推定初期値ωPLL^を速度推定部19の初期値ωiniとして用いる(図8(c)参照)。ωPLL^≒ωrであり、速度推定初期値ωPLL^を速度推定部19の初期値ωiniとして用いることで、速度真値の概算値を得た状態で速度推定を開始でき、速度推定の精度を向上できる。また、短絡が終了した時点で短絡電流I1の振幅|I1|が閾値Th以上である。よって、ωini=ωPLL^≒ωrと設定された状態で交流電圧印加による速度推定に移行するため、より短期間での速度推定が可能である。 At this time, the voltage mode switching unit 14 selects the U-phase voltage command Vu * , V-phase voltage command Vv * , and W-phase voltage command Vw * output by the AC voltage calculation unit 11, and outputs the short-circuit current frequency calculation unit 22. The initial value ω PLL ^ of the speed estimation is used as the initial value ω ini of the speed estimation unit 19 (see FIG. 8C). ω PLL ^ ≒ ωr, and by using the initial speed estimation value ω PLL ^ as the initial value ω ini of the speed estimation unit 19, the speed estimation can be started with the approximate value of the true speed value obtained, and the speed estimation can be started. The accuracy can be improved. Further, when the short circuit is completed, the amplitude | I1 | of the short circuit current I1 is equal to or higher than the threshold value Th. Therefore, since the speed is estimated by applying the AC voltage in the state where ω ini = ω PLL ^ ≈ωr is set, the speed can be estimated in a shorter period of time.

本実施形態においては、残留磁束がある場合には短絡電流周波数演算部22によって短絡電流の周波数を演算し、速度推定初期値を設定できる。これにより速度推定初期値と速度真値の差が小さくなる。この場合にはモータ端子を短絡するのみなので、コントローラ4の高応答化は不要である。加えて、短絡状態から交流電圧印加に切り替える際、速度推定初期値と速度真値の差が小さい状態で、交流電圧印加による速度推定を開始できるため、交流電圧演算部11の高応答化も不要である。 In the present embodiment, when there is residual magnetic flux, the short-circuit current frequency calculation unit 22 can calculate the frequency of the short-circuit current and set the initial speed estimation value. As a result, the difference between the initial speed estimation value and the true speed value becomes small. In this case, since the motor terminals are only short-circuited, it is not necessary to increase the response of the controller 4. In addition, when switching from the short-circuited state to the AC voltage application, the speed estimation by applying the AC voltage can be started when the difference between the initial speed estimation value and the true speed value is small, so that it is not necessary to increase the response of the AC voltage calculation unit 11. Is.

一方で、残留磁束がゼロの場合には直流電圧演算部13によって直流電圧が誘導電動機1に印加される。この時、直流電圧の印加によって流れるq軸電流検出値の正負から回転方向を判別し、回転方向に応じた速度推定初期値を得た状態で交流電圧印加による速度推定を開始できる。その結果、回転速度によらず速やかに速度推定が可能となる。したがって、本実施形態によれば、コントローラ4の高応答化が不要となり短期間で速度推定が可能となるという効果を奏する。 On the other hand, when the residual magnetic flux is zero, the DC voltage calculation unit 13 applies a DC voltage to the induction motor 1. At this time, the rotation direction can be determined from the positive and negative of the q-axis current detected value flowing by applying the DC voltage, and the speed estimation by applying the AC voltage can be started in the state where the initial speed estimation value according to the rotation direction is obtained. As a result, the speed can be estimated quickly regardless of the rotation speed. Therefore, according to the present embodiment, it is not necessary to increase the response of the controller 4, and the speed can be estimated in a short period of time.

[実施形態2]
以下図9〜図11を参照して実施形態2について説明する。
[Embodiment 2]
The second embodiment will be described below with reference to FIGS. 9 to 11.

図9は、実施形態2の交流電圧演算部11Bの構成例を示す機能ブロック図である。交流電圧演算部11Bは、実施形態2のドライブシステム2Sにおいて実施形態1の交流電圧演算部11に代わる構成であり、交流電圧演算部11の構成要素に加えて、第一位相調整部23をさらに有する。 FIG. 9 is a functional block diagram showing a configuration example of the AC voltage calculation unit 11B of the second embodiment. The AC voltage calculation unit 11B has a configuration that replaces the AC voltage calculation unit 11 of the first embodiment in the drive system 2S of the second embodiment, and in addition to the components of the AC voltage calculation unit 11, the first phase adjustment unit 23 is further added. Have.

図9に示すように、第一位相調整部23は入力を短絡電流周波数演算部22による速度推定値ωPLL^とし、出力を補償量θcmp−1とする。第一位相調整部23は、交流電圧印加開始タイミング(図7のタイミングt13および図8のタイミングt22)で速度推定値ωPLL^に応じた補償量θcmp−1を出力し、それ以外のタイミングでは0を出力する。第一位相調整部23によって演算された補償量θcmp−1はdq座標逆変換部18bとdq座標変換部8に入力され、それぞれの現在位相にθcmp−1が加算される。 As shown in FIG. 9, the first phase adjusting unit 23 sets the input as the speed estimation value ω PLL ^ by the short-circuit current frequency calculation unit 22, and sets the output as the compensation amount θcmp-1. The first phase adjusting unit 23 outputs the compensation amount θcmp-1 according to the speed estimation value ω PLL ^ at the AC voltage application start timing (timing t13 in FIG. 7 and timing t22 in FIG. 8), and at other timings. Output 0. The compensation amount θcmp-1 calculated by the first phase adjusting unit 23 is input to the dq coordinate inverse conversion unit 18b and the dq coordinate conversion unit 8, and θcmp-1 is added to each current phase.

次に位相調整を実施しない場合の課題について説明する。図10は短絡時のベクトル図であり、図11は実施形態2の位相調整後のベクトル図である。短絡時において残留磁束Φ1方向に制御側のd軸(以下、dc軸と呼ぶ)を取ると、誘導電動機の電圧方程式より、下記式(10)および式(11)が成り立つ。 Next, the problems when the phase adjustment is not performed will be described. FIG. 10 is a vector diagram at the time of a short circuit, and FIG. 11 is a vector diagram after phase adjustment of the second embodiment. When the d-axis (hereinafter referred to as the dc-axis) on the control side is taken in the direction of the residual magnetic flux Φ1 at the time of a short circuit, the following equations (10) and (11) are established from the voltage equation of the induction motor.

Figure 2021022965
Figure 2021022965
Figure 2021022965
Figure 2021022965

ただし、短絡中であることから、Vdq=0である。また、F(s)=Rσ+Lσsであり、Φ2d≧0である。ここで、短絡電流I1と残留磁束Φ1間の位相差をΔθと定義すると、位相差Δθは下記式(12)で表される。 However, since it is short-circuited, Vdq = 0. Further, F (s) = R σ + L σ s, and Φ 2d ≧ 0. Here, if the phase difference between the short-circuit current I1 and the residual magnetic flux Φ1 is defined as Δθ, the phase difference Δθ is expressed by the following equation (12).

Figure 2021022965
Figure 2021022965

今、残留磁束Φ1方向にdc軸を取っているため、|Δθ|>90degとなる条件はId<0である。よって、上記式(10)より、ωr>F(s)/(ω1LσT)=(Rσ+Lσs)/(ω1LσT)となる時には|Δθ|>90degとなり、図10に示すように、dc軸の負の方向に対して残留磁束Φ1のΦ2d成分が存在することになる。これにより、Φ2dの立ち上がりが遅くなり、速度推定に時間を要する。 Now, since the dc axis is taken in the residual magnetic flux Φ1 direction, the condition for | Δθ |> 90 deg is Id <0. Therefore, from the above equation (10), when ωr> F (s) / (ω1LσT 2 ) = (Rσ + Lσs) / (ω1LσT 2 ), | Δθ |> 90deg, and as shown in FIG. 10, the negative of the dc axis. The Φ 2d component of the residual magnetic flux Φ1 exists in the direction of. As a result, the rise of Φ 2d becomes slow, and it takes time to estimate the speed.

そこで本実施形態では、第一位相調整部23によってΦ2d>0となるように位相を調整し、速度推定時間を短縮する。第一位相調整部23がdq座標逆変換部18bとdq座標変換部8の現在位相に補償量θcmp−1=Δθを加算することで、dc軸が回転し、図11に示すようにdc軸と残留磁束Φ1の方向は一致する。また、補償量θcmp−1の値についてはΔθと回転速度の関係を予め求めておき、テーブル化すればよい。なお、補償量θcmp−1は必ずしもΔθに一致させる必要はなく、例えば、上記式(12)の近似値でもよい。 Therefore, in the present embodiment, the first phase adjusting unit 23 adjusts the phase so that Φ 2d > 0, and shortens the speed estimation time. When the first phase adjusting unit 23 adds the compensation amount θcmp-1 = Δθ to the current phases of the dq coordinate inverse conversion unit 18b and the dq coordinate conversion unit 8, the dc axis is rotated and the dc axis is rotated as shown in FIG. And the direction of the residual magnetic flux Φ1 coincide with each other. Further, regarding the value of the compensation amount θcmp-1, the relationship between Δθ and the rotation speed may be obtained in advance and tabulated. The compensation amount θcmp-1 does not necessarily have to match Δθ, and may be, for example, an approximate value of the above equation (12).

以上が実施形態2に関する説明である。本実施形態によれば第一位相調整部23がΔθを調整し、位相調整後にΦ2d>0となることで速度推定期間を短縮できるという効果を奏する。 The above is the description of the second embodiment. According to the present embodiment, the first phase adjusting unit 23 adjusts Δθ, and after the phase adjustment, Φ 2d > 0, so that the speed estimation period can be shortened.

[実施形態3]
以下図12〜図14を参照して実施形態3について説明する。
[Embodiment 3]
The third embodiment will be described below with reference to FIGS. 12 to 14.

図12は、実施形態3の交流電圧演算部11Cの構成例を示す機能ブロック図である。交流電圧演算部11Cは、実施形態3のドライブシステム3Sにおいて実施形態1の交流電圧演算部11に代わる構成であり、交流電圧演算部11の構成要素に加えて、第二位相調整部27と、d軸磁束の磁束量を推定するd軸磁束演算部28をさらに有する。 FIG. 12 is a functional block diagram showing a configuration example of the AC voltage calculation unit 11C of the third embodiment. The AC voltage calculation unit 11C has a configuration that replaces the AC voltage calculation unit 11 of the first embodiment in the drive system 3S of the third embodiment, and in addition to the components of the AC voltage calculation unit 11, the second phase adjustment unit 27 and Further, it has a d-axis magnetic flux calculation unit 28 that estimates the amount of d-axis magnetic flux.

第二位相調整部27は、短絡電流周波数演算部22による速度推定値ωPLL^を入力とし、補償量θcmp−2を出力とする。第二位相調整部27は、交流電圧印加開始タイミングで速度推定値ωPLL^に応じた補償量θcmp−2を出力し、それ以外のタイミングでは0を出力する。また、この時の補償量θcmp−2は、位相調整後のd軸電流検出値Idと相互インダクタンスMの積と、交流電圧印加開始タイミングでの残留磁束Φ1のΦ2d成分とが等しくなるように、速度に応じて設定される。 The second phase adjusting unit 27 inputs the speed estimation value ω PLL ^ by the short-circuit current frequency calculation unit 22, and outputs the compensation amount θcmp-2. The second phase adjusting unit 27 outputs the compensation amount θcmp-2 according to the speed estimation value ω PLL ^ at the AC voltage application start timing, and outputs 0 at other timings. Further, the compensation amount θcmp-2 at this time is such that the product of the d-axis current detection value Id after the phase adjustment and the mutual inductance M is equal to the Φ 2d component of the residual magnetic flux Φ1 at the AC voltage application start timing. , Set according to the speed.

d軸磁束演算部28は、dq座標変換部8から得られるd軸電流検出値Idと相互インダクタンスMを乗算することでd軸磁束推定値Φ2d^を演算する。また、このd軸磁束推定値Φ2d^の値は交流電圧演算部11CのLPF16b内の積分器の初期値に設定される。なお、LPF16b内の積分器の初期値は、Φ2d の初期値Φ2d*_iniである。 The d-axis magnetic flux calculation unit 28 calculates the d-axis magnetic flux estimated value Φ 2d ^ by multiplying the d-axis current detection value Id obtained from the dq coordinate conversion unit 8 with the mutual inductance M. Further, the value of the d-axis magnetic flux estimated value Φ 2d ^ is set to the initial value of the integrator in the LPF 16b of the AC voltage calculation unit 11C. The initial value of the integrator in LPF16b is the initial value [Phi 2d * _INI of [Phi 2d *.

図13は、実施形態3の位相調整後のベクトル図である。図13では、第二位相調整部27による位相調整後のd軸電流検出値IdがM・Id=Φ2dを成立させるように補償量θcmp−2が設定された際のベクトル図である。 FIG. 13 is a vector diagram of the third embodiment after phase adjustment. FIG. 13 is a vector diagram when the compensation amount θcmp-2 is set so that the d-axis current detection value Id after the phase adjustment by the second phase adjustment unit 27 establishes M · Id = Φ 2d .

次に、磁束指令の初期値設定を実施しない場合の課題について説明する。Φ2d=Φ2d が上記式(8)の前提条件であるが、残留磁束が存在する場合にはΦ2d≠Φ2d となり、上記式(8)が成立しない。上記式(8)においてΦ2d≠Φ2d という条件では、Iq−Iq=0となっても、ωrΦ2d−ωr^Φ2d =0⇔ωr^=Φ2d/(Φ2d )ωrとなり、速度推定値に誤差が残る。 Next, the problem when the initial value of the magnetic flux command is not set will be described. Φ 2d = Φ 2d * is a precondition of the above equation (8), but in the presence of residual magnetic flux, Φ 2d ≠ Φ 2d * , and the above equation (8) does not hold. Under the condition of Φ 2d ≠ Φ 2d * in the above equation (8), even if Iq * −Iq = 0, ωrΦ 2d −ωr ^ Φ 2d * = 0⇔ωr ^ = Φ 2d / (Φ 2d * ) ωr Therefore, an error remains in the speed estimate.

ここで、αを実数としてΦ2d=αΦ2d とするとωrΦ2d−ωr^Φ2d =0⇔(αωr−ωr^)Φ2d =0となる。Φ2d ≠0とするとαωr−ωr^=0となる。Φ2dがΦ2d に収束すると仮定するとαは1に収束し、ωr^=ωrとなるが、Φ2dがΦ2dに収束するまで時間を要する。 Here, if α is a real number and Φ 2d = αΦ 2d * , then ωrΦ 2d −ωr ^ Φ 2d * = 0⇔ (αωr−ωr ^) Φ 2d * = 0. If Φ 2d * ≠ 0, then αωr−ωr ^ = 0. When Φ 2d is assumed to converge to Φ 2d * α converges to 1, ωr ^ = becomes a ωr, take the time to Φ2d converges to Φ2d *.

これらより、Φ2d2d が成立していればIqがIqに収束した時点で速度推定は完了するが、Φ2d≠Φ2d の場合IqがIqに収束しても、さらにΦ2dがΦ2d に収束するまで待たなければならない。ゆえにΦ2d≠Φ2d の場合、速度推定値が真値に収束するまで時間を要する。 From these, but if satisfied Φ 2d = Φ 2d * Iq is completed speed estimation at the time of convergence to Iq *, also Φ 2d ≠ Φ 2d * when Iq is converged to Iq *, further Φ 2d must wait until it converges to Φ 2d *. Therefore, when Φ 2d ≠ Φ 2d * , it takes time for the estimated velocity value to converge to the true value.

そこで本実施形態では、d軸磁束演算部28によってΦ2d _iniの設定を行う。第二位相調整部27の位相調整により、交流電圧印加開始タイミングでM・Id=Φ2dとなる。また、d軸磁束演算部28ではM・Id=Φ2d^が成立する。Φ2d^はLPF16b内の積分器の初期値に設定されるため、Φ2d^=Φ2d _iniとなる。したがってM・Id^=Φ2d _ini⇔Φ2d=Φ2d _iniとなる。 Therefore, in the present embodiment, the d-axis magnetic flux calculation unit 28 sets Φ 2d * _ini . Due to the phase adjustment of the second phase adjusting unit 27, M · Id = Φ 2d at the AC voltage application start timing. Further, in the d-axis magnetic flux calculation unit 28, M · Id = Φ 2d ^ is established. Since Φ 2d ^ is set to the initial value of the integrator in LPF16b, Φ 2d ^ = Φ 2d * _ini . Thus the M · Id ^ = Φ 2d * _ini ⇔Φ 2d = Φ 2d * _ini.

図14は、実施形態3の速度推定波形の一例を示す図である。図14を参照して、交流電圧印加モードへ移行する際に位相調整を行う場合のd軸電流検出値Id、d軸磁束Φ2d、三相交流電圧Vu、Vv、Vw、速度推定値ωr^の波形を説明する。d軸電流検出値Idの波形、d軸磁束Φ2dの波形において横軸方向の破線は指令値を示し、実線は検出値を示す。 FIG. 14 is a diagram showing an example of the velocity estimation waveform of the third embodiment. With reference to FIG. 14, the d-axis current detection value Id, the d-axis magnetic flux Φ2d, the three-phase AC voltage Vu, Vv, Vw, and the speed estimation value ωr ^ when the phase is adjusted when shifting to the AC voltage application mode. The waveform will be described. In the waveform of the d-axis current detection value Id and the waveform of the d-axis magnetic flux Φ2d, the broken line in the horizontal axis direction indicates the command value, and the solid line indicates the detected value.

インバータ再起動のタイミングt31から位相調整のタイミングt32までの短絡期間T31が終了し、第二位相調整部27が補償量θcmp−2を出力することでdc軸が回転する。これによりIdの値が変化する(図14(a)の符号P31参照)。このとき図13に示すようにM・Id=Φ2dとなるため、d軸磁束演算部28によってd軸電流から推定されたd軸磁束推定値Φ2d^を交流電圧演算部11のLPF16b内の積分器の初期値に設定することで、図14(b)の符号P32で示すように、交流電圧印加による速度推定開始時のΦ2dとΦ2d を一致させ、交流電圧の振幅を調整することができる。 The short-circuit period T31 from the inverter restart timing t31 to the phase adjustment timing t32 ends, and the second phase adjustment unit 27 outputs the compensation amount θcmp-2, so that the dc axis rotates. As a result, the value of Id changes (see reference numeral P31 in FIG. 14A). At this time, since M · Id = Φ 2d as shown in FIG. 13, the d-axis magnetic flux estimated value Φ 2d ^ estimated from the d-axis current by the d-axis magnetic flux calculation unit 28 is set in the LPF 16b of the AC voltage calculation unit 11. By setting the initial value of the integrator, as shown by the reference numeral P32 in FIG. 14B, Φ 2d and Φ 2d * at the start of speed estimation by applying the AC voltage are matched, and the amplitude of the AC voltage is adjusted. be able to.

以上が実施形態3に関する説明である。本実施形態によれば、残留磁束の大きさに応じたd軸磁束指令の初期値を設定することができ、速度推定時間が短くなるという効果を奏する。 The above is the description of the third embodiment. According to this embodiment, the initial value of the d-axis magnetic flux command can be set according to the magnitude of the residual magnetic flux, and the effect that the speed estimation time is shortened is obtained.

[実施形態4]
実施形態4の構成要素について説明する。本実施形態は、図15に示すように、実施形態4のドライブシステム4Sにおいて実施形態1の構成要素に加えて誘導電動機1の速度を検出する速度検出手段29をさらに備える。図15は、実施形態4のドライブシステムの構成例を示す機能ブロック図である。
[Embodiment 4]
The components of the fourth embodiment will be described. As shown in FIG. 15, the present embodiment further includes a speed detecting means 29 for detecting the speed of the induction motor 1 in addition to the components of the first embodiment in the drive system 4S of the fourth embodiment. FIG. 15 is a functional block diagram showing a configuration example of the drive system of the fourth embodiment.

また、本実施形態では、図16に示す交流電圧演算部11Dは、ドライブシステム4Sにおいて実施形態1の交流電圧演算部11に代わる構成であり、交流電圧演算部11の構成要素に加えて、回転方向判別部30と乗算器31とをさらに備える。図16は、実施形態4の交流電圧演算部の構成例を示す機能ブロック図である。本実施形態では、速度検出手段29から得られる速度検出値に応じて誘導電動機1への交流電圧の印加開始時の振幅を調整する。 Further, in the present embodiment, the AC voltage calculation unit 11D shown in FIG. 16 has a configuration that replaces the AC voltage calculation unit 11 of the first embodiment in the drive system 4S, and in addition to the components of the AC voltage calculation unit 11, it rotates. A direction determining unit 30 and a multiplier 31 are further provided. FIG. 16 is a functional block diagram showing a configuration example of the AC voltage calculation unit of the fourth embodiment. In the present embodiment, the amplitude at the start of application of the AC voltage to the induction motor 1 is adjusted according to the speed detection value obtained from the speed detection means 29.

速度検出手段29は、レゾルバ等であり、誘導電動機1の速度の絶対値|ωr|を検出し、交流電圧演算部11D内の乗算器31へ入力する。 The speed detecting means 29 is a resolver or the like, detects the absolute value | ωr | of the speed of the induction motor 1, and inputs it to the multiplier 31 in the AC voltage calculation unit 11D.

回転方向判別部30は、速度推定初期値切替部20の出力であるωiniの正負から誘導電動機1の回転方向を判別し、回転方向情報Rdを出力する。ωiniが正の場合にはRd=1とし、ωiniが負の場合にはRd=−1とする。 The rotation direction determination unit 30 determines the rotation direction of the induction motor 1 from the positive / negative of ω ini , which is the output of the speed estimation initial value switching unit 20, and outputs the rotation direction information Rd. When ω ini is positive, Rd = 1, and when ω ini is negative, Rd = -1.

乗算器31は、速度検出手段29によって得られる|ωr|と回転方向判別部30の出力であるRdとを乗算し、速度推定部19へ出力する。 The multiplier 31 multiplies | ωr | obtained by the speed detecting means 29 and Rd, which is the output of the rotation direction determining unit 30, and outputs the result to the speed estimating unit 19.

本実施形態を実施しない場合の課題について説明する。本実施形態を実施しない場合、ωiniは速度推定初期値演算部21の出力であるωini_Iqまたは短絡電流周波数演算部22の出力であるωPLL^になる。ωini_Iqは、前進・後退それぞれに対して予め一つの値が設定されるため、ωrがその値以外では速度推定開始時にトルクショックが発生する。またωPLL^はωrの概算値となるため、その速度差によって速度推定開始時にトルクショックが発生する。 Issues when this embodiment is not implemented will be described. When this embodiment is not implemented, ω ini becomes ω ini_Iq which is the output of the speed estimation initial value calculation unit 21 or ω PLL ^ which is the output of the short-circuit current frequency calculation unit 22. Since one value of ω ini_Iq is set in advance for each of forward and backward, a torque shock occurs at the start of speed estimation if ωr is other than that value. Further, since ω PLL ^ is an approximate value of ωr, a torque shock occurs at the start of speed estimation due to the speed difference.

一方で本実施形態では、速度検出手段29が検出する|ωr|に対し、回転方向に応じた符号を付与することで、回転方向が分かるようになり、回転速度の真値を上記式(8)の積分器の初期値に設定できる。これにより速度推定開始時の速度推定誤差をゼロとすることができ、速度推定期間のトルクショックを低減できるという効果を奏する。 On the other hand, in the present embodiment, the rotation direction can be known by assigning a code corresponding to the rotation direction to | ωr | detected by the speed detection means 29, and the true value of the rotation speed is calculated by the above equation (8). ) Can be set to the initial value of the integrator. As a result, the speed estimation error at the start of speed estimation can be made zero, and the torque shock during the speed estimation period can be reduced.

[実施形態5]
以下、上述の実施形態1〜4の誘導電動機1およびコントローラ4、4B、4C、4Dを含むドライブシステム1S、2S、3S、4Sは、例えば、電気鉄道車両や電気自動車等の電気車、産業機械等の駆動装置等に適用して好適なものである。本実施形態では、上述の実施形態1〜4のドライブシステム1S〜4Sを適用した電気車100について説明する。図17は、実施形態5の電気車100の一例を示す模式図である。
[Embodiment 5]
Hereinafter, the drive systems 1S, 2S, 3S, and 4S including the induction motor 1 and the controllers 4, 4B, 4C, and 4D of the above-described first to fourth embodiments are, for example, electric vehicles such as electric railway vehicles and electric vehicles, and industrial machines. It is suitable for application to a driving device or the like. In this embodiment, the electric vehicle 100 to which the drive systems 1S to 4S of the above-described first to fourth embodiments are applied will be described. FIG. 17 is a schematic view showing an example of the electric vehicle 100 of the fifth embodiment.

電気車100のドライブシステム1S〜4Sには、架線103から集電装置101を介して電力が供給され、ドライブシステム1S〜4Sによって、レール200上で車輪102を回転させる誘導電動機1が駆動される。 Electric power is supplied from the overhead wire 103 to the drive systems 1S to 4S of the electric vehicle 100 via the current collector 101, and the drive systems 1S to 4S drive the induction motor 1 for rotating the wheels 102 on the rail 200. ..

低すべりな誘導電動機1は、残留磁束が残りやすく、この残留磁束と回転速度に比例して発生する誘起電圧の外乱により速度推定に失敗する可能性がある。よって、低すべりな誘導電動機1を電気車100に適用する際には、速度推定の失敗によるトルクショックの発生により乗り心地が悪化する可能性がある。そこで、実施形態1〜4のコントローラ4〜4Dを含む何れかのドライブシステム1S〜4Sを電気車100に適用することで、残留磁束量によらず、短期間での速度推定が可能であり、かつ制御系の高応答化が不要な電気車100を実現できる。 In the low-slip induction motor 1, residual magnetic flux tends to remain, and the velocity estimation may fail due to the disturbance of the induced voltage generated in proportion to the residual magnetic flux and the rotation speed. Therefore, when the low-slip induction motor 1 is applied to the electric vehicle 100, the riding comfort may be deteriorated due to the occurrence of torque shock due to the failure of speed estimation. Therefore, by applying any of the drive systems 1S to 4S including the controllers 4 to 4D of the first to fourth embodiments to the electric vehicle 100, it is possible to estimate the speed in a short period of time regardless of the residual magnetic flux amount. Moreover, it is possible to realize the electric vehicle 100 which does not require high response of the control system.

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例を含む。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換・統合・分散をすることが可能である。また実施形態で示した各処理は、処理効率または実装効率に基づいて適宜分散または統合してもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications. For example, the above-described embodiment has been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to the one including all the described configurations. Further, it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to add / delete / replace / integrate / distribute other configurations for a part of the configurations of each embodiment. Further, each process shown in the embodiment may be appropriately distributed or integrated based on the processing efficiency or the mounting efficiency.

1S,2S,3S,4S:ドライブシステム、1:誘導電動機、3:インバータ、4,4B,4C,4D:コントローラ、6:ゲート・ドライバ、7:αβ座標変換部、8:dq座標変換部、9:短絡電流演算部、10:交流電流指令演算部、11,11B,11C,11D:交流電圧演算部、12:直流電流指令演算部、13:直流電圧演算部、14:電圧モード切替部、15:PWM信号生成部、100:電気車 1S, 2S, 3S, 4S: Drive system, 1: Induction motor, 3: Inverter, 4,4B, 4C, 4D: Controller, 6: Gate driver, 7: αβ coordinate conversion unit, 8: dq coordinate conversion unit, 9: Short-circuit current calculation unit, 10: AC current command calculation unit, 11, 11B, 11C, 11D: AC voltage calculation unit, 12: DC current command calculation unit, 13: DC voltage calculation unit, 14: Voltage mode switching unit, 15: PWM signal generator, 100: electric vehicle

Claims (12)

誘導電動機を駆動する電力変換装置と、前記電力変換装置を制御する制御装置とを有し、
前記制御装置は、
前記電力変換装置の再起動後に前記誘導電動機へ電力を出力する際、前記誘導電動機のモータ端子を短絡して検出した短絡電流検出値に基づいて、前記誘導電動機へ交流電圧を印加する交流電圧印加モードおよび直流電圧を印加する直流電圧印加モードの何れの制御モードへ移行するかを切り替える
ことを特徴とする誘導電動機の駆動装置。
It has a power conversion device that drives an induction motor and a control device that controls the power conversion device.
The control device is
When power is output to the induction motor after the power conversion device is restarted, an AC voltage is applied to the induction motor based on a short-circuit current detection value detected by short-circuiting the motor terminals of the induction motor. A drive device for an induction motor, which is characterized by switching between a mode and a control mode of a DC voltage application mode in which a DC voltage is applied.
前記制御装置は、
前記短絡電流検出値の振幅が、所定閾値未満の場合に前記直流電圧印加モードへ移行するよう切り替え、前記所定閾値以上の場合に前記交流電圧印加モードへ移行するよう切り替える
ことを特徴とする請求項1に記載の誘導電動機の駆動装置。
The control device is
The claim is characterized in that when the amplitude of the short-circuit current detection value is less than a predetermined threshold value, the mode is switched to the DC voltage application mode, and when the amplitude is greater than or equal to the predetermined threshold value, the mode is switched to the AC voltage application mode. The drive device for an induction motor according to 1.
前記制御装置は、
前記直流電圧印加モードへ移行後、直流電圧印加期間にわたって直流電圧を前記誘導電動機に印加し、前記直流電圧印加期間の終了後、前記交流電圧印加モードへ移行するよう切り替え、
前記交流電圧印加モードへ移行後、速度推定期間にわたって前記誘導電動機の速度推定を行う
ことを特徴とする請求項1または2に記載の誘導電動機の駆動装置。
The control device is
After shifting to the DC voltage application mode, a DC voltage is applied to the induction motor over the DC voltage application period, and after the DC voltage application period ends, the mode is switched to the AC voltage application mode.
The drive device for an induction motor according to claim 1 or 2, wherein the speed of the induction motor is estimated over a speed estimation period after shifting to the AC voltage application mode.
前記制御装置は、
前記直流電圧印加モードから前記交流電圧印加モードへ移行する際、前記誘導電動機を流れるq軸電流から前記誘導電動機が前進および後退の何れの回転方向であるかを判定し、判定した回転方向に応じて前記交流電圧印加モードにおける前記誘導電動機の速度推定の初期値を設定する
ことを特徴とする請求項3に記載の誘導電動機の駆動装置。
The control device is
When shifting from the DC voltage application mode to the AC voltage application mode, it is determined from the q-axis current flowing through the induction motor whether the induction motor is in the forward or backward rotation direction, and according to the determined rotation direction. The drive device for an induction motor according to claim 3, wherein an initial value for estimating the speed of the induction motor in the AC voltage application mode is set.
前記制御装置は、
前記誘導電動機の速度に応じて前記誘導電動機の残留磁束の位相を調整する
ことを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の誘導電動機の駆動装置。
The control device is
The drive device for an induction motor according to any one of claims 1 to 4, wherein the phase of the residual magnetic flux of the induction motor is adjusted according to the speed of the induction motor.
前記制御装置は、
前記短絡電流検出値の位相と前記誘導電動機の残留磁束の位相との位相差がゼロとなるように前記交流電圧印加モードにおける前記誘導電動機への交流電圧の印加開始時の位相を調整する
ことを特徴とする請求項5に記載の誘導電動機の駆動装置。
The control device is
Adjusting the phase at the start of application of the AC voltage to the induction motor in the AC voltage application mode so that the phase difference between the phase of the short-circuit current detection value and the phase of the residual magnetic flux of the induction motor becomes zero. The drive device for an induction motor according to claim 5.
前記制御装置は、
前記誘導電動機の相互インダクタンスと前記短絡電流検出値のd軸成分振幅の積により得られる磁束推定値と、前記誘導電動機の残留磁束の振幅とが一致するように前記交流電圧印加モードにおける前記誘導電動機への交流電圧の印加開始時の位相を調整する
ことを特徴とする請求項5に記載の誘導電動機の駆動装置。
The control device is
The induction motor in the AC voltage application mode so that the estimated magnetic flux obtained by multiplying the mutual inductance of the induction motor and the d-axis component amplitude of the short-circuit current detection value and the amplitude of the residual magnetic flux of the induction motor match. The drive device for an induction motor according to claim 5, wherein the phase at the start of application of an AC voltage to the device is adjusted.
前記制御装置は、
前記磁束推定値を、前記交流電圧印加モードにおける前記誘導電動機の磁束指令の初期値に設定することで前記誘導電動機への交流電圧の印加開始時の振幅を調整する
ことを特徴とする請求項7に記載の誘導電動機の駆動装置。
The control device is
7. The invention is characterized in that the amplitude at the start of application of the AC voltage to the induction motor is adjusted by setting the estimated magnetic flux value to the initial value of the magnetic flux command of the induction motor in the AC voltage application mode. The drive device for an induction motor according to.
前記制御装置は、
前記誘導電動機の速度を検出する速度検出手段から得られる速度検出値に応じて前記誘導電動機への交流電圧の印加開始時の振幅を調整する
ことを特徴とする請求項1〜8の何れか1項に記載の誘導電動機の駆動装置。
The control device is
Any one of claims 1 to 8, wherein the amplitude at the start of application of the AC voltage to the induction motor is adjusted according to the speed detection value obtained from the speed detection means for detecting the speed of the induction motor. The drive device for an induction motor according to the section.
前記制御装置は、
前記誘導電動機の回転方向を推定し、
推定した前記回転方向と前記速度検出手段から得られる速度検出値の振幅とに基づく回転速度を、前記誘導電動機への交流電圧の印加開始時の速度推定の初期値に設定する
ことを特徴とする請求項9に記載の誘導電動機の駆動装置。
The control device is
Estimate the rotation direction of the induction motor
It is characterized in that the rotation speed based on the estimated rotation direction and the amplitude of the speed detection value obtained from the speed detection means is set as the initial value of the speed estimation at the start of application of the AC voltage to the induction motor. The drive device for an induction motor according to claim 9.
誘導電動機の駆動方法であって、
前記誘導電動機の駆動装置は、
前記誘導電動機を駆動する電力変換装置と、前記電力変換装置を制御する制御装置とを有し、
前記制御装置が、
前記電力変換装置の再起動後に前記誘導電動機へ電力を出力する際、前記誘導電動機のモータ端子を短絡して検出した短絡電流検出値に基づいて、前記誘導電動機へ交流電圧を印加する交流電圧印加モードおよび直流電圧を印加する直流電圧印加モードの何れの制御モードへ移行するかを切り替える
ことを特徴とする誘導電動機の駆動方法。
It is a method of driving an induction motor,
The drive device of the induction motor is
It has a power conversion device for driving the induction motor and a control device for controlling the power conversion device.
The control device
When power is output to the induction motor after the power conversion device is restarted, an AC voltage is applied to the induction motor based on a short-circuit current detection value detected by short-circuiting the motor terminals of the induction motor. A method for driving an induction motor, which comprises switching between a mode and a control mode of a DC voltage application mode in which a DC voltage is applied.
請求項1〜10の何れか1項に記載の誘導電動機の駆動装置を備えた電気車。 An electric vehicle provided with the drive device for the induction motor according to any one of claims 1 to 10.
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