JP2021151080A - Rotary machine control device - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、回転機を熱から保護する回転機制御装置に関するものである。 The present application relates to a rotary machine control device that protects the rotary machine from heat.
特許文献1では、車両用発電電動機の温度に応じて、予め準備した最大励磁電流制限曲線に基づく最大励磁電流を生成し、最大励磁電流によって励磁電流を制限して、車両用発電電動機の過熱保護を図っている。特許文献2では、モータの作動温度をフィードバックして算出した最大作動温度との差に基づいて最大のパワー散逸量を計算して、最大のパワー散逸量に基づいてトルク指令を生成することで、モータの過熱保護を図っている。
In
しかしながら、特許文献1では、最大励磁電流制限曲線は予め準備したものとなっているため、制限曲線で想定している条件とは異なる動作条件下においては車両用発電電動機の温度上昇速度が想定よりも勝る可能性がある。その場合、期待通りの過熱保護ができない。また、諸元ばらつきあるいはその他の条件を含めて、期待の過熱保護を実現しようとすると、それらを考慮して安全率を設けた最大励磁電流制限曲線とすると、本来制限が不要な場合であっても制限がかかり性能が低下する可能性がある。
特許文献2では、モータの作動温度をフィードバックして得られた最大のパワー散逸量からトルク指令を生成しているため、トルクとパワーの関係が想定からずれている場合には、トルクと発熱量は比例関係に無いためトルクの制限はかかるものの作動温度は想定ほど低下しない。つまり、モータ特性が温度あるいは磁束によって変化してしまうと、トルクの制限値を電圧に変換する際に想定している値よりも大きな値に変換され、モータの過熱保護ができない場合がある。
However, in
In
本願は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、回転機特性が変化する場合においても、回転機の温度を制限温度と一致するように制御し、回転機出力を低下させないように過熱から適切に保護することができる回転機制御装置を得ることを目的とする。 This application has been made to solve the above-mentioned problems, and even when the characteristics of the rotating machine change, the temperature of the rotating machine is controlled so as to match the temperature limit, and the output of the rotating machine is reduced. The purpose is to obtain a rotating machine control device that can be appropriately protected from overheating so as not to cause it.
本願に開示される回転機制御装置は、電圧指令に基づいて回転機の巻線に電圧を印加する電力変換器を制御する回転機制御装置であって、回転機に係る温度保護対象部分の温度を検出する温度検出器と、温度保護対象部分の温度を制限温度以下に制御する温度保護部を備え、温度保護部は、温度保護対象部分の温度に基づく電圧指令制限値によって、電圧指令を制限する。 The rotary machine control device disclosed in the present application is a rotary machine control device that controls a power converter that applies a voltage to the windings of the rotary machine based on a voltage command, and is a temperature of a temperature-protected portion of the rotary machine. It is equipped with a temperature detector that detects the temperature and a temperature protection unit that controls the temperature of the temperature protection target part below the limit temperature, and the temperature protection unit limits the voltage command by the voltage command limit value based on the temperature of the temperature protection target part. do.
本願の回転機制御装置によれば、回転機特性が変化する場合においても回転機出力を低下させないように過熱から適切に保護することができる。 According to the rotary machine control device of the present application, even when the rotary machine characteristics change, it is possible to appropriately protect the rotary machine output from overheating so as not to decrease the rotary machine output.
以下に、実施の形態に係る回転機制御装置を図面に基づいて説明する。各図において、同一または相当部分については、同一符号を付している。 Hereinafter, the rotary machine control device according to the embodiment will be described with reference to the drawings. In each figure, the same or corresponding parts are designated by the same reference numerals.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1における回転機制御装置のハードウェア構成を示す図であり、制御対象である回転機も含めたシステム全体を示している。回転機制御装置1000は、回転機1である例えば交流回転機を駆動制御するものであり、それぞれ後述する固定子巻線電力変換器6、界磁巻線電力変換器7を介して回転機1の各巻線と接続されている。また回転機制御装置1000は、回転機1に設けられた位置検出器2および温度検出器3と接続されている。
FIG. 1 is a diagram showing a hardware configuration of the rotary machine control device according to the first embodiment, and shows the entire system including the rotary machine to be controlled. The rotary
さらに回転機制御装置1000は、固定子巻線電力変換器6、界磁巻線電力変換器7と回転機1の間でそれぞれ直列に接続された電流検出器4および電流検出器5と接続されている。図1において、回転機制御装置1000は、プロセッサ10と、記憶装置11とを備える。
記憶装置11は、図示していないが、ランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを具備する。また、記憶装置11は不揮発性の補助記憶装置の代わりにハードディスク等の補助記憶装置を具備してもよい。
プロセッサ10は、記憶装置11から入力されたプログラムを実行する。記憶装置11が補助記憶装置と揮発性記憶装置とを具備するため、プロセッサ10に、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプログラムが入力される。また、プロセッサ10は、演算結果等のデータを記憶装置11の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置に前記データを保存してもよい。
Further, the rotating
Although not shown, the
The
回転機1は、回転子に永久磁石と界磁巻線を有し、固定子に三相の固定子巻線を有する。なお、回転機1は、永久磁石を有していても、有していなくてもよいし、固定子に三相以上の固定子巻線を2つ以上持つ回転機でもよい。
位置検出器2は、回転機1の回転軸に設置されており、回転子の角度θを検出する。なお、位置検出器2は、回転子の角度θを推定する位置推定器としての機能を有するものであってもよい。ここでは、これらを総称して位置検出器という。
温度検出器3は、例えば、測温抵抗体、熱電対、サーミスタ等の温度センサであって、界磁巻線温度tfを検出する。なお、温度検出器3は、温度センサの代わりに界磁巻線の温度を推定する温度推定器としての機能を有するものであってもよい。ここでは、これらを総称して温度検出器という。また、この温度検出器は、温度保護対象部分の温度を検出するものであり、界磁巻線の温度のみならず、固定子巻線、磁石等の回転機を構成する部品の温度あるいは電力変換器等の温度を対象としたものでもよい。
電流検出器4は、固定子巻線の電流iu、iv、iwを、電流検出器5は、界磁巻線電流ifを検出する。なお、電流検出器4、5のうちの一部または全部の代わりに、固定子巻線の電流iu、iv、iwと、界磁巻線電流ifを推定する電流推定器としての機能を有するものであってもよい。ここでは、これらを総称して電流検出器という。
固定子巻線電力変換器6は、三相電圧の指令値vu*、vv*、vw*に相当する電圧を、PWM(パルス幅変調)あるいはPAM(パルス振幅変調)など公知の手法を用いて生成する。また、電力変換に使用する直流リンク電圧VDCを検出する。
界磁巻線電力変換器7は、界磁巻線電圧指令vf*に相当する電圧を、PWMあるいはPAMなど公知の手法を用いて生成する。また、電力変換に使用する直流リンク電圧VDCfを検出する。
The
The
The
The current detector 4 detects the stator winding currents iu, iv, and iwa, and the
The stator winding
The field winding power converter 7 generates a voltage corresponding to the field winding voltage command vf * by using a known method such as PWM or PAM. It also detects the DC link voltage VDCf used for power conversion.
図2は、本実施の形態1に係る回転機制御装置1000の構成を示すブロック図である。
図2のシステムにおける回転機制御装置は、微分器20と、固定子巻線電流制御部21と、界磁巻線電流制御部22と、電流指令生成部23と、界磁巻線温度保護部24とを有している。界磁巻線温度保護部24は、温度保護対象部分である界磁巻線の温度を制限温度以下に制御する。ここでは各巻線についてそれぞれ1つの電流制御部を持つ構成としたが、巻線間の干渉を考慮して公知の手法で非干渉化処理を施してもよい。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the rotary
The rotating machine control device in the system of FIG. 2 includes a
微分器20は、回転子の角度θを微分し、回転子の速度ωを演算する。
固定子巻線電流制御部21は、固定子巻線電流id、iqが固定子巻線電流指令id*、iq*と一致するよう固定子巻線電圧の指令vu*、vv*、vw*を演算する。
界磁巻線電流制御部22は、界磁巻線電流ifが界磁巻線電流指令if*と一致するよう界磁巻線電圧指令vf*を演算する。
電流指令生成部23は、少なくとも、トルク指令T*と、回転子速度ωとに基づいて、固定子巻線電流指令id*、iq*と、界磁巻線電流指令if*を演算する。
界磁巻線温度保護部24は、界磁巻線温度tfと、制限界磁巻線温度tfmaxとに基づいて、電圧指令制限値である界磁巻線電圧制限値vflimを演算する。
The
The stator winding
The field winding
The current
The field winding
図3は、本実施の形態1に係る回転機制御装置における固定子巻線電流制御部21の図である。
固定子巻線電流制御部21は加減算器30と、PI制御器31と、dq/uvw座標変換器32と、uvw/dq座標変換器33と、電圧リミッタ34とを有する。
uvw/dq座標変換器33は、周知の座標変換の手法を用いて、電流検出器4で検出された三相電流検出値の電流iu、iv、iwを、d軸電流検出値idおよびq軸電流検出値iqの電流検出値に変換する。
FIG. 3 is a diagram of the stator winding
The stator winding
The uvw / dq coordinate
固定子巻線電流制御部21は、電流指令生成部23から出力される固定子巻線電流指令id*、iq*と、電流検出値である固定子巻線電流id、iqとの固定子巻線電流偏差id*−id、iq*−iqに基づいて、PI制御器31にてPI制御を行い、固定子巻線電圧指令値vd**、vq**を生成する。PI制御器における計算例を式(1)と式(2)に示す。ここで、KpdおよびKidと、KpqおよびKiqはそれぞれ固定子巻線比例ゲインおよび積分ゲインである。また、sはラプラス変換の微分演算子であり、以降の式でも同様である。ここでは、フィードバック制御によってvd**およびvq**を算出したが、フィードフォワード制御によって算出してもよい。
The stator winding
なお、図示していないが、固定子巻線電圧指令値vd**、vq**を生成後、周知の非干渉化制御を施してもよい。また、固定子巻線電流制御部21は、固定子巻線電流指令id*、iq*と、電圧方程式とに基づいて固定子巻線電圧指令値vd**およびvq**を演算してもよい。
Although not shown, well-known decoupling control may be performed after the stator winding voltage command values vd ** and vq ** are generated. Further, the stator winding
電圧リミッタ34は、固定子巻線電圧指令値vd**およびvq**の振幅が固定子巻線電圧制限値vdqlimよりも大きい場合、固定子巻線電圧制限値vdqlimの値以下となるよう固定子巻線電圧指令vd*およびvq*を演算する。
なお、図示していないが、電圧リミッタ34によって固定子巻線電圧指令値vd**およびvq**の電圧振幅が制限されている場合、PI制御器31の積分器にアンチワインドアップ処理を施してもよい。また、電圧リミッタ34は固定子巻線電圧指令値vd**およびvq**を制限しているが、固定子巻線電圧指令値vd**およびvq**の代わりに直流リンク電圧VDCを制限してもよい。
dq/uvw座標変換器32は、周知の座標変換の手法を用いて、固定子巻線電圧指令vd*およびvq*を三相電圧の指令値vu*、vv*、vw*に変換する。
When the amplitudes of the stator winding voltage command values vd ** and vq ** are larger than the stator winding voltage limit value vdqlim, the
Although not shown, when the voltage amplitude of the stator winding voltage command values vd ** and vq ** is limited by the
The dq / uvw coordinate
図4は、本実施の形態1に係る回転機制御装置における界磁巻線電流制御部22の図である。
界磁巻線電流制御部22は、加減算器40と、PI制御器41と、電圧リミッタ42とを有する。
FIG. 4 is a diagram of the field winding
The field winding
界磁巻線電流制御部22は、電流指令生成部23から出力される界磁巻線電流指令if*と、電流検出値である界磁巻線電流ifとの界磁巻線電流偏差if*−ifに基づいて、PI制御器41にてPI制御を行い、界磁巻線電圧指令値vf**を生成する。PI制御器における計算例を式(3)に示す。ここで、KpfおよびKifはそれぞれ界磁巻線比例ゲインおよび積分ゲインである。
The field winding
なお、図示していないが、界磁巻線電圧指令値vf**を生成後、周知の非干渉化制御を施してもよい。また、界磁巻線電流制御部22は、界磁巻線電流指令if*と、電圧方程式とに基づいて界磁巻線電圧指令値vf**を演算してもよい。
電圧リミッタ42は、界磁巻線電圧指令値vf**の振幅が界磁巻線電圧制限値vflimよりも大きい場合、界磁巻線電圧制限値vflimの値以下となるよう界磁巻線電圧指令vf*を演算する。
なお、図示していないが、電圧リミッタ42によって界磁巻線電圧指令値vf**の電圧振幅が制限されている場合、PI制御器41の積分器にアンチワインドアップ処理を施してもよい。また、電圧リミッタ42は界磁巻線電圧指令値vf**を制限しているが、界磁巻線電圧指令値vf**の代わりに直流リンク電圧VDCfを制限してもよい。
Although not shown, well-known decoupling control may be performed after the field winding voltage command value vf ** is generated. Further, the field winding
When the amplitude of the field winding voltage command value vf ** is larger than the field winding voltage limit value vflim, the
Although not shown, when the voltage amplitude of the field winding voltage command value vf ** is limited by the
図5は、本実施の形態1に係る回転機制御装置における電流指令生成部23の図である。
電流指令生成部23は、固定子巻線電流指令演算部50と、界磁巻線電流指令演算部51とを有する。
FIG. 5 is a diagram of a current
The current
固定子巻線電流指令演算部50は、トルク指令T*と、界磁巻線温度保護部24より出力される界磁巻線電圧制限値vflimとに対応して、固定子巻線電流指令id*、iq*が予め定められたマップを用いて、固定子巻線電流指令id*、iq*を出力する。このようにすることで、界磁巻線電圧制限時においても適切な固定子巻線電流指令を参照することができるため、出力低下を抑制することができる。
界磁巻線電流指令演算部51は、トルク指令T*に対応して、界磁巻線電流指令if*が予め定められたマップを用いて、界磁巻線電流指令if*を出力する。
なお、固定子巻線電流指令演算部50は、界磁巻線電圧制限値vflimに対応していないマップを使用してもよいし、固定子巻線電流指令演算部50と、界磁巻線電流指令演算部51は、マップではなく、回転機パラメータ等に基づいて固定子巻線電流指令id*、iq*と、界磁巻線電流指令if*を演算してもよい。
The stator winding current
The field winding current
The stator winding current
図6は、本実施の形態1に係る回転機制御装置における界磁巻線温度保護部24の図である。
界磁巻線温度保護部24は、加減算器60、63と、PI制御器61と、電圧リミッタ62とを有する。
FIG. 6 is a diagram of the field winding
The field winding
界磁巻線温度保護部24は、制限界磁巻線温度tfmaxと、温度検出値である界磁巻線温度tfとの界磁巻線温度偏差tfmax−tfに基づいて、PI制御器61にてPI制御を行い、界磁巻線電圧フィードバック制限値vflim**を生成する。PI制御器における計算例を式(4)に示す。ここで、KptfおよびKitfはそれぞれ界磁巻線温度比例ゲインおよび積分ゲインである。
The field winding
KptfおよびKitfは、式(5)のように回転機の電圧から温度までの伝達関数に基づいて決定する。tsは固定子巻線温度、tmagは磁石温度、vdqはdq座標上での固定子巻線電圧振幅、vfは界磁巻線電圧振幅、G1は固定子巻線電圧から固定子巻線温度までの伝達関数、G2は界磁巻線電圧から固定子巻線温度までの伝達関数、G3は固定子巻線電圧から界磁巻線温度までの伝達関数、G4は界磁巻線電圧から界磁巻線温度までの伝達関数、G5は固定子巻線電圧から磁石温度までの伝達関数、G6は界磁巻線電圧から磁石温度までの伝達関数を示している。このとき、伝達関数G4に基づいて、KptfおよびKitfを安定性および誤差収束性、ロバスト性、トルク応答への影響等考慮して設計する。ここでは、dq座標上での固定子巻線電圧振幅Vdqを用いて表現したが、相電圧あるいは線間電圧の振幅などを用いても同様の効果が得られる。 Kptf and Kitf are determined based on the transfer function from the voltage to the temperature of the rotating machine as in the equation (5). ts is the stator winding temperature, tmag is the magnet temperature, vdq is the stator winding voltage amplitude on the dq coordinate, vf is the field winding voltage amplitude, and G1 is from the stator winding voltage to the stator winding temperature. G2 is the transfer function from the field winding voltage to the stator winding temperature, G3 is the transfer function from the stator winding voltage to the field winding temperature, and G4 is the field winding voltage to the field. G5 shows the transfer function from the stator winding voltage to the magnet temperature, and G6 shows the transfer function from the field winding voltage to the magnet temperature. At this time, based on the transfer function G4, Kptf and Kitf are designed in consideration of stability, error convergence, robustness, influence on torque response, and the like. Here, the stator winding voltage amplitude Vdq on the dq coordinates is used for expression, but the same effect can be obtained by using the amplitude of the phase voltage or the line voltage.
G4の伝達関数によっては、式(4)のPI制御器でなく、PID制御器あるいはPD制御器、I制御器、P制御器、ID制御器、IP制御器といった他の制御器を用いてもよい。通常、G1〜G6は原点に極を持たないため、界磁巻線温度保護部24では式(4)のように積分器を持つよう構成することで、界磁巻線温度tfと界磁巻線温度制限値tflimの誤差を収束させることができる。また、界磁巻線電流の応答時定数は、界磁巻線温度の応答時定数よりも十分大きいため、界磁電流制御との干渉を考慮しなくてよい。
Depending on the transfer function of G4, other controllers such as PID controller or PD controller, I controller, P controller, ID controller, and IP controller may be used instead of the PI controller of the equation (4). good. Normally, G1 to G6 do not have a pole at the origin, so by configuring the field winding
なお、回転数に応じて熱抵抗あるいは熱容量が変化することにより、伝達関数が変化する場合、各制御器のゲインを変更する。例えば、空冷式の回転機であれば、高回転では空気の流量が大きく放熱効果が高いため、Vfからtsまでの伝達ゲインは小さくなる。
また、周囲部品温度等に応じても熱抵抗あるいは熱容量が変化する。固定子巻線と界磁巻線は近接しているため、固定子巻線の温度が界磁巻線の温度より高い場合、固定子巻線からの受熱によって放熱効果に変化が出るため、Vfからtsまでの伝達ゲインが大きくなる。
When the transfer function changes due to the change in thermal resistance or heat capacity according to the rotation speed, the gain of each controller is changed. For example, in the case of an air-cooled rotary machine, the flow rate of air is large and the heat dissipation effect is high at high rotation speeds, so that the transmission gain from Vf to ts is small.
In addition, the thermal resistance or heat capacity changes depending on the temperature of surrounding parts and the like. Since the stator winding and the field winding are close to each other, if the temperature of the stator winding is higher than the temperature of the field winding, the heat dissipation effect will change due to the heat received from the stator winding. The transmission gain from to ts increases.
式(5)より界磁巻線温度tfは、固定子巻線電圧の影響も受けるため、PI制御器61により生成された界磁巻線電圧フィードバック制限値vflim**には、式(6)で与えられる固定子巻線干渉電圧vsdiff*が含まれる。なお、回転機の電圧―温度特性の非線形性が強い場合は、式(4)および式(6)の導出の際に補正ゲインを掛けたり、補正値を加えたりする。
From the equation (5), since the field winding temperature tf is also affected by the stator winding voltage, the field winding voltage feedback limit value vflim ** generated by the
加減算器63は、界磁巻線電圧フィードバック制限値vflim**から、界磁巻線温度tfに干渉する固定子巻線干渉電圧vsdiff*を減算することで界磁巻線電圧非干渉化後の制限値vflim*を算出する。固定子巻線干渉電圧の成分を減算することで、固定子巻線の温度干渉を防ぎ、界磁巻線電圧から界磁巻線温度までの伝達関数G4、界磁巻線温度比例ゲインKptfおよび積分ゲインKitfによって界磁巻線の温度制御特性を決定できる。なお、(8)式のように固定子巻線電圧の干渉だけでなく、他の干渉分を考慮してもよいし、PI制御器等による外乱抑圧特性が高い場合はvsdiff*=0としてもよい。また、vsdiff*の影響が大きい場合は、固定子巻線電圧を制限してもよい。
The addition /
図7は、図6の電圧リミッタ62の動作を説明した図である。図7において、実線は界磁巻線電圧非干渉化後の制限値vflim*を、点線は界磁巻線電圧最大値vfmaxを、破線は界磁巻線電圧制限値vflimを表す。vflim*≧vfmaxの場合、出力最大値は制限値に対して余裕があるためvflim=vfmaxとする。vflim*<vfmaxの場合、出力最大値よりも制限値の方が小さいためvflim=vflim*とする。なお、始動時及び温度制限復帰時に必要以上に界磁巻線電圧を制限しないよう1制御周期の間にvflim*≧vfmaxとなるようKpfおよびKifのゲインを設計する、または、始動時及び温度制限復帰時の場合のみ、vflim*に初期値を持たせる。
なお、図示していないが、電圧リミッタ62によって界磁巻線電圧の制限値vflim*の電圧制限値振幅が制限されている場合、PI制御器61の積分器にアンチワインドアップ処理を施してもよい。
FIG. 7 is a diagram illustrating the operation of the
Although not shown, when the voltage limit amplitude of the field winding voltage limit value vflim * is limited by the
また、界磁巻線電圧最大値vfmaxはVDCfの値によって決定される値であるが、界磁巻線電圧制限値vflimの代わりに直流リンク電圧VDCfを制限する場合は、vfmaxの値は定格の界磁巻線電圧最大値としてもよい。 The maximum field winding voltage value vfmax is a value determined by the value of VDCf, but when the DC link voltage VDCf is limited instead of the field winding voltage limit value vflim, the value of vfmax is rated. It may be the maximum value of the field winding voltage.
図8は、界磁巻線を熱から保護する本実施の形態の動作を説明した図である。図8(a)が界磁巻線電圧制限値vflimをマップ、または積分演算以外の方法で求める場合、図8(b)が界磁巻線電圧制限値vflimを積分演算によって求めた場合の界磁巻線温度tfと、界磁巻線電圧vfをそれぞれ示す。
界磁巻線へ電圧を供給している間、界磁巻線温度tfが上昇する。界磁巻線温度tfが制限界磁巻線温度tfmaxに近づくにつれ、界磁巻線電圧vfを界磁巻線電圧制限値vflimによって制限する。界磁巻線電圧vfが制限されるため、界磁巻線温度tfの温度変化の割合は小さくなるが、通常、G1〜G6は原点に極を持たないため、図8(a)のようにマップ、または積分演算以外の方法によって界磁巻線電圧制限値vflimを算出する場合、想定していた回転機の特性が温度あるいは磁束によって変化してしまうと、界磁巻線電圧制限値vflimが想定よりも大きな値、または小さな値に変換され、回転機の過熱保護ができない、または想定よりも過剰に保護してしまい出力が低下してしまう可能性がある。一方、図8(b)では、界磁巻線温度tfが制限界磁巻線温度tfmaxに追従するよう積分演算するため、回転機の特性が変化した場合においても、過剰に界磁巻線電圧が制限されることなく、想定通りの出力が得られる。また、回転機特性が温度または磁束によって変化した場合、あるいは外乱混入時においても、界磁巻線温度tfのPI制御器等が持つロバスト特性により、過熱から適切に保護することができる。
FIG. 8 is a diagram illustrating the operation of the present embodiment that protects the field winding from heat. FIG. 8 (a) shows the field when the field winding voltage limit value vflim is obtained by a method other than the map or integral calculation, and FIG. 8 (b) shows the field when the field winding voltage limit value vflim is obtained by integral calculation. The magnetic winding temperature tf and the field winding voltage vf are shown, respectively.
While the voltage is being supplied to the field winding, the field winding temperature tf rises. As the field winding temperature tf approaches the limiting field winding temperature tfmax, the field winding voltage vf is limited by the field winding voltage limit value vflim. Since the field winding voltage vf is limited, the rate of temperature change of the field winding temperature tf becomes small, but since G1 to G6 usually do not have a pole at the origin, as shown in FIG. 8 (a). When calculating the field winding voltage limit value vflim by a method other than the map or integration calculation, if the expected characteristics of the rotating machine change due to temperature or magnetic flux, the field winding voltage limit value vflim will be changed. It may be converted to a value larger or smaller than expected, and the overheat protection of the rotating machine may not be possible, or the output may be reduced due to excessive protection than expected. On the other hand, in FIG. 8B, since the field winding temperature tf is integrated so as to follow the limiting field winding temperature tfmax, the field winding voltage is excessively applied even when the characteristics of the rotating machine are changed. The expected output can be obtained without any limitation. Further, even when the rotating machine characteristics change due to temperature or magnetic flux, or when disturbance is mixed, the robust characteristics of the PI controller or the like having the field winding temperature tf can appropriately protect the rotating machine from overheating.
回転子に永久磁石と界磁巻線を有する場合には、固定子巻線と界磁巻線の温度差が小さければG6が支配的になる。磁石の温度によって保護を行うには、図9のように構成すればよい。図9は、図6のtfがtmagに置き換わったものであって、磁石温度保護部25として機能することになる。このとき、界磁巻線電圧フィードバック制限値vflim**および固定子巻線干渉電圧vsdiff*は、それぞれ式(7)および式(8)で与えればよい。なお、回転機の電圧―温度特性の非線形性が強い場合は、式(7)および式(8)の導出の際に補正ゲインを掛けたり、補正値を加えたりする。
When the rotor has a permanent magnet and a field winding, G6 becomes dominant if the temperature difference between the stator winding and the field winding is small. In order to protect by the temperature of the magnet, it may be configured as shown in FIG. In FIG. 9, tf in FIG. 6 is replaced with tmag, and it functions as a magnet
界磁巻線温度保護部の代わりに固定子巻線温度を保護する場合は、界磁巻線電圧制限を固定子巻線電圧制限に置き換えれば同様となる。具体的には、式(4)を式(9)、式(6)を式(10)のように置き換えればよい。ここで、KptsおよびKitsはそれぞれ固定子巻線温度比例ゲインおよび積分ゲインであり、伝達関数G1に基づいて設計される。なお、vdqlim**は固定子巻線電圧フィードバック制限値、vfdiff*は界磁巻線干渉電圧を示している。なお、回転機の電圧―温度特性の非線形性が強い場合は、式(9)および式(10)の導出の際に補正ゲインを掛けたり、補正値を加えたりする。 When the stator winding temperature is protected instead of the field winding temperature protection unit, the same applies if the field winding voltage limit is replaced with the stator winding voltage limit. Specifically, the equation (4) may be replaced with the equation (9), and the equation (6) may be replaced with the equation (10). Here, Kpts and Kits are stator winding temperature proportional gain and integral gain, respectively, and are designed based on the transfer function G1. Note that vdqlim ** indicates the stator winding voltage feedback limit value, and vfdiff * indicates the field winding interference voltage. When the non-linearity of the voltage-temperature characteristics of the rotating machine is strong, a correction gain is applied or a correction value is added when deriving the equations (9) and (10).
実施の形態2.
図10は、実施の形態2を示している。本実施の形態は、回転機の固定子巻線部が二重三相巻線形の場合の適用例を示しており、本実施の形態における回転機制御装置2000は、図2における回転機制御装置1000の微分器20と、固定子巻線電流制御部21と、界磁巻線電流制御部22と、電流指令生成部23と、界磁巻線温度保護部24に相当するものとして、微分器99、第1固定子巻線電流制御部100、第2固定子巻線電流制御部101、界磁巻線電流制御部102、電流指令正西部103、界磁巻線温度保護部104とを有している。また、回転機制御装置2000は、回転機90である例えば交流回転機を駆動制御するものであり、それぞれ第1固定子巻線電力変換器96、第2固定子巻線電力変換器97、界磁巻線電力変換器98を介して回転機90の各巻線と接続されている。また回転機制御装置2000は、回転機90に設けられた位置検出器91および温度検出器92と接続されている。
FIG. 10 shows the second embodiment. This embodiment shows an application example when the stator winding portion of the rotary machine is a double three-phase winding type, and the rotary
さらに回転機制御装置2000は、第1固定子巻線電力変換器96、第2固定子巻線電力変換器97、界磁巻線電力変換器98と回転機90の間でそれぞれ直列に接続された電流検出器93、電流検出器94および電流検出器95と接続されている。
Further, the rotary
図10のシステムにおいては、基本的には図2のシステムと同様に動作するものである。また、界磁巻線電圧フィードバック制限値vflim**および固定子巻線干渉電圧vsdiff*は、それぞれ式(11)および式(12)で与えればよい。KptfおよびKitfは、式(13)のように回転機の電圧から温度までの伝達関数に基づいて決定する。なお、回転機の電圧―温度特性の非線形性が強い場合は、式(11)および式(12)の導出の際に補正ゲインを掛けたり、補正値を加えたりする。 The system of FIG. 10 basically operates in the same manner as the system of FIG. Further, the field winding voltage feedback limit value vflim ** and the stator winding interference voltage vsdiff * may be given by the equations (11) and (12), respectively. Kptf and Kitf are determined based on the transfer function from the voltage to the temperature of the rotating machine as in Eq. (13). When the non-linearity of the voltage-temperature characteristics of the rotating machine is strong, a correction gain is applied or a correction value is added when deriving the equations (11) and (12).
界磁巻線温度保護部を備えた回転機制御装置を示したが、同様に式(11)に基づき1つまたは2つ以上の固定子巻線温度保護部を備えることで固定子巻線の温度保護を実現できる。以降省略するが、多相巻線が複数組存在する場合も同様の構成にて実現できる。 Although the rotary machine control device provided with the field winding temperature protection unit is shown, similarly, the stator winding can be provided with one or more stator winding temperature protection units based on the equation (11). Temperature protection can be achieved. Although omitted below, the same configuration can be realized when there are a plurality of sets of multi-phase windings.
実施の形態3.
図11は、実施の形態3に係る回転機制御装置3000のブロック図である。なお、本実施の形態は、実施の形態1の界磁電圧による制限を界磁電流による制限に置き換えたものであり、図2における回転機制御装置1000の微分器20と、固定子巻線電流制御部21と、界磁巻線電流制御部22と、電流指令生成部23と、界磁巻線温度保護部24に相当するものとして、微分器118、固定子巻線電流制御部119、界磁巻線電流制御部120、電流指令正西部121、界磁巻線温度保護部122とを有している。また、回転機制御装置3000は、回転機111である例えば交流回転機を駆動制御するものであり、それぞれ固定子巻線電力変換器116、界磁巻線電力変換器117を介して回転機111の各巻線と接続されている。また回転機制御装置3000は、回転機111に設けられた位置検出器112および温度検出器113と接続されている。
FIG. 11 is a block diagram of the rotary
さらに回転機制御装置3000は、固定子巻線電力変換器116、界磁巻線電力変換器117と回転機111の間でそれぞれ直列に接続された位置検出器112、温度検出器113と接続されている。
Further, the rotating
図11のシステムにおいては、基本的には図2のシステムと同様に動作するものである。なお、電流指令制限値である界磁巻線電流フィードバック制限値iflim**および固定子巻線干渉電流isdiff*は、それぞれ式(14)および式(15)で与えればよい。KptfおよびKitfは、式(16)のように回転機の電流から温度までの伝達関数に基づいて決定する。KptfおよびKitfは、式(16)のように回転機の電流から温度までの伝達関数に基づいて決定する。Gaは固定子巻線電流から固定子巻線温度までの伝達関数、Gbは界磁巻線電流から固定子巻線温度までの伝達関数、Gcは固定子巻線電流から界磁巻線温度までの伝達関数、Gdは界磁巻線電流から界磁巻線温度までの伝達関数、Geは固定子巻線電流から磁石温度までの伝達関数、Gfは界磁巻線電流から磁石温度までの伝達関数を示している。このとき、伝達関数Gdに基づいて、KptfおよびKitfを安定性および誤差収束性、ロバスト性、トルク応答への影響等を考慮して設計する。idqはdq座標上での固定子巻線電流振幅、ifは界磁巻線電流振幅を示している。なお、回転機の電流―温度特性の非線形性が強い場合は、式(14)および式(15)の導出の際に補正ゲインを掛けたり、補正値を与えたりする。 The system of FIG. 11 basically operates in the same manner as the system of FIG. The field winding current feedback limit value iflim ** and the stator winding interference current isdiff *, which are the current command limit values, may be given by the equations (14) and (15), respectively. Kptf and Kitf are determined based on the transfer function from the current to the temperature of the rotating machine as in Eq. (16). Kptf and Kitf are determined based on the transfer function from the current to the temperature of the rotating machine as in Eq. (16). Ga is the transfer function from the stator winding current to the stator winding temperature, Gb is the transfer function from the field winding current to the stator winding temperature, and Gc is the transfer function from the stator winding current to the field winding temperature. Gd is the transfer function from the field winding current to the field winding temperature, Ge is the transfer function from the stator winding current to the magnet temperature, and Gf is the transmission from the field winding current to the magnet temperature. Shows a function. At this time, based on the transfer function Gd, Kptf and Kitf are designed in consideration of stability, error convergence, robustness, influence on torque response, and the like. idq indicates the stator winding current amplitude on the dq coordinates, and if indicates the field winding current amplitude. When the non-linearity of the current-temperature characteristics of the rotating machine is strong, a correction gain is applied or a correction value is given when deriving the equations (14) and (15).
以降省略するが、電流で制限する場合においても、界磁巻線温度保護部の代わりに固定子巻線温度保護部、磁石温度保護部でもよい。
また、各保護対象となる部位あるいは電圧、電流で制限するといった多種多様な温度保護部が存在するが、これらは実施の形態1から実施の形態3のように単体で使用してもよいし、組み合わせて使用してもよい。
Although omitted below, even when the temperature is limited by the current, the stator winding temperature protection unit and the magnet temperature protection unit may be used instead of the field winding temperature protection unit.
In addition, there are a wide variety of temperature protection units, such as each part to be protected or limited by voltage and current, and these may be used alone as in the first to third embodiments. It may be used in combination.
実施の形態4.
図12は、実施の形態4を示しており、車両用発電電動機に実施の形態1に係る回転機制御装置を適用した場合の構成である。回転機1はエンジン(内燃機関)200とベルト201を介して接続され、エンジン200の補機として駆動系部品を経由して車輪の駆動力となるとともに、エンジン200の回転を利用して発電を行う。つまり、エンジン200の周辺にあり、温度上昇しやすい環境下にあり、回転機1および回転機1の制御装置を保護するためには、過熱保護機能が重要となる。また、必要以上に出力制限を行うと、駆動力あるいは発電量に影響が出て燃費性能が悪化するため、適切な制限をかける必要がある。本実施の形態の交流回転機の制御装置を車両用発電電動機に用いることで、温度に応じた適切な制限をかけることが可能となり、駆動力あるいは発電量の悪化を最低限にすることができる。なお、回転機としては、自動車用のモータ、発電機または電動発電機であってもよい。
Embodiment 4.
FIG. 12 shows the fourth embodiment, which is a configuration when the rotary machine control device according to the first embodiment is applied to the vehicle generator motor. The
本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
Although the present application describes various exemplary embodiments and examples, the various features, embodiments, and functions described in one or more embodiments are applications of a particular embodiment. It is not limited to, but can be applied to embodiments alone or in various combinations.
Therefore, innumerable variations not illustrated are envisioned within the scope of the techniques disclosed herein. For example, it is assumed that at least one component is modified, added or omitted, and further, at least one component is extracted and combined with the components of other embodiments.
3 温度検出器、6 固定子巻線電力変換器、7 界磁巻線電力変換器、21 固定子巻線電流制御部、22 界磁巻線電流制御部、23 電流指令生成部、24 界磁巻線温度保護部 3 Temperature detector, 6 Stator winding power converter, 7 Field winding power converter, 21 Stator winding current control unit, 22 Field winding current control unit, 23 Current command generator, 24 Field Winding temperature protection unit
本願に開示される回転機制御装置は、電圧指令に基づいて回転機の巻線に電圧を印加する電力変換器を制御する回転機制御装置であって、回転機に係る温度保護対象部分の温度を検出する温度検出器と、温度を制限温度以下に制御する温度保護部を備え、温度保護部は、温度保護対象部分の制限温度と温度保護対象部分の温度との偏差に基づく電圧フィードバックによる制限値を電圧リミッタで回転機の巻線の電圧最大値によって制限された電圧指令制限値によって、前記電圧指令を制限する。
The rotary machine control device disclosed in the present application is a rotary machine control device that controls a power converter that applies a voltage to the windings of the rotary machine based on a voltage command, and is a temperature of a temperature-protected portion of the rotary machine. comprising a temperature detector for detecting the temperature protective unit for controlling the temperature to below the limit temperature, the temperature protective unit, limited by the voltage feedback based on the difference between the temperature of the limiting temperature and the temperature protected portion of the thermal protection object portion The value is limited by the voltage command limit value limited by the maximum voltage value of the winding of the rotating machine with the voltage limiter.
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005237084A (en) * | 2004-02-18 | 2005-09-02 | Mitsubishi Electric Corp | Controller for motor generator |
JP2006044437A (en) * | 2004-08-04 | 2006-02-16 | Nsk Ltd | Electric power steering device |
JP2006304561A (en) * | 2005-04-25 | 2006-11-02 | Denso Corp | Control unit for vehicle generator |
JP2007215277A (en) * | 2006-02-07 | 2007-08-23 | Denso Corp | Power generation control device for vehicle |
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005237084A (en) * | 2004-02-18 | 2005-09-02 | Mitsubishi Electric Corp | Controller for motor generator |
JP2006044437A (en) * | 2004-08-04 | 2006-02-16 | Nsk Ltd | Electric power steering device |
JP2006304561A (en) * | 2005-04-25 | 2006-11-02 | Denso Corp | Control unit for vehicle generator |
JP2007215277A (en) * | 2006-02-07 | 2007-08-23 | Denso Corp | Power generation control device for vehicle |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023073792A1 (en) * | 2021-10-26 | 2023-05-04 | 三菱電機株式会社 | Motor control device and electric power steering device |
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