JP2021158739A - Control device for ac rotary machine - Google Patents

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Abstract

To provide a control device for an AC rotary machine capable of suppressing changes in a control response of a field current feedback control system depending on the presence or absence of magnetic saturation, even when the magnetic saturation occurs in a field winding type rotor.SOLUTION: A control device for an AC rotary machine sets proportional gain based on field current information so that the proportional gain of a proportional-integral control of a field current changes in proportion to a differential inductance that changes according to a field current by using a ratio of the change in magnetic flux of a rotor to the change in the field current at each operating point of the field current as differential inductance.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本願は、交流回転機の制御装置に関するものである。 The present application relates to a control device for an AC rotating machine.

一般的に、非特許文献1の式(4―9)に記載されているように、電機子電流のフィードバック制御系では、フィードバック制御系の応答角周波数をωcとし、d軸インダクタンスをLdとし、q軸インダクタンスをLqとし、抵抗をRaとして、d軸電流の比例積分制御の比例ゲインを、ωc×Ldに設定し、q軸電流の比例積分制御の比例ゲインを、ωc×Lqに設定し、d軸電流およびq軸電流の比例積分制御の積分ゲインを、ωc×Raに設定している。応答角周波数ωcは、フィードバック制御系の時定数τcの逆数である。 Generally, as described in the equation (4-9) of Non-Patent Document 1, in the feedback control system of the armature current, the response angle frequency of the feedback control system is ωc, and the d-axis inductance is Ld. The q-axis inductance is Lq, the resistance is Ra, the proportional gain of the d-axis current proportional integration control is set to ωc × Ld, and the proportional gain of the q-axis current proportional integration control is set to ωc × Lq. The integral gain of the proportional integral control of the d-axis current and the q-axis current is set to ωc × Ra. The response angular frequency ωc is the reciprocal of the time constant τc of the feedback control system.

「省エネモータの原理と設計法」、森本茂雄著、丸善出版、2018年1月28日、p.101"Principles and Design Methods for Energy Saving Motors", by Shigeo Morimoto, Maruzen Publishing, January 28, 2018, p. 101

ロータに界磁巻線を有し、ステータに電機子巻線を有する交流回転機の場合には、ロータにおいて磁気飽和が発生する。磁気飽和領域では電流の増加に比べて磁束の増加が小さくなるが、ロータの磁束は、アンペアターンすなわち界磁巻線を流れる電流と界磁巻線の巻回数の積に応じて決定されるため、小型と高出力を両立したい場合、磁気飽和領域まで用いることで高出力を得る。 In the case of an AC rotating machine having a field winding on the rotor and an armature winding on the stator, magnetic saturation occurs in the rotor. In the magnetic saturation region, the increase in magnetic flux is smaller than the increase in current, but the magnetic flux of the rotor is determined by the product of the ampere turn, that is, the current flowing through the field winding and the number of turns of the field winding. If you want to achieve both small size and high output, you can obtain high output by using up to the magnetic saturation region.

界磁電流制御では、少しでも磁束を稼ぐために積極的に磁気飽和領域を用いるので、界磁巻線のインダクタンスは1/10倍以下まで変化する。非磁気飽和領域のインダクタンスに合わせて、比例ゲインを設定すると、磁気飽和領域では比例ゲインが大きすぎ、ハンチングが生じる可能性がある。逆に、磁気飽和領域のインダクタンスに合わせて、比例ゲインを設定すると、非磁気飽和領域では比例ゲインが小さすぎ、制御応答が緩慢になる。 In the field current control, since the magnetic saturation region is positively used to obtain even a small amount of magnetic flux, the inductance of the field winding changes to 1/10 times or less. If the proportional gain is set according to the inductance in the non-magnetic saturation region, the proportional gain is too large in the magnetic saturation region, and hunting may occur. On the contrary, if the proportional gain is set according to the inductance in the magnetic saturation region, the proportional gain is too small in the non-magnetic saturation region and the control response becomes slow.

そこで、本願は、界磁巻線型のロータにおいて磁気飽和が生じる場合でも、磁気飽和の有無により、界磁電流のフィードバック制御系の制御応答が変化することを抑制できる交流回転機の制御装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present application provides a control device for an AC rotating machine capable of suppressing a change in the control response of the field current feedback control system depending on the presence or absence of magnetic saturation even when magnetic saturation occurs in the field winding type rotor. The purpose is to do.

本願に係る交流回転機の制御装置は、界磁巻線を設けたロータと電機子巻線を設けたステータとを有する交流回転機を制御する交流回転機の制御装置であって、
前記界磁巻線に流れる電流である界磁電流を検出し、前記界磁電流の検出値が界磁電流指令値に追従するように、前記界磁電流指令と前記界磁電流の検出値との偏差に対して比例積分制御を行って、界磁電圧指令値を算出し、前記界磁電圧指令値に基づいて、前記界磁巻線に電圧を印加し、
前記界磁電流の各動作点における、前記界磁電流の変化に対する前記ロータの磁束の変化の比を、微分インダクタンスとし、
前記比例積分制御の比例ゲインが、前記界磁電流に応じて変化する前記微分インダクタンスに比例して変化するように、前記界磁電流の情報に基づいて、前記比例ゲインを設定するものである。
The control device for an AC rotary machine according to the present application is a control device for an AC rotary machine that controls an AC rotary machine having a rotor provided with a field winding and a stator provided with an armature winding.
The field current command and the detected value of the field current are used so that the field current, which is the current flowing through the field winding, is detected and the detected value of the field current follows the field current command value. The field voltage command value is calculated by performing proportional integration control with respect to the deviation of, and a voltage is applied to the field winding based on the field voltage command value.
The ratio of the change in the magnetic flux of the rotor to the change in the field current at each operating point of the field current is defined as the differential inductance.
The proportional gain is set based on the information of the field current so that the proportional gain of the proportional integral control changes in proportion to the differential inductance that changes according to the field current.

本願に係る交流回転機の制御装置によれば、ロータが磁気飽和する領域まで、界磁電流が増加されても、比例ゲインを、界磁電流に応じて変化する微分インダクタンスに比例して変化するように設定でき、界磁電流のフィードバック制御系の応答周波数が変化することを抑制できる。よって、磁気飽和の有無にかかわらず、界磁電流のフィードバック制御系を安定化させることができる。 According to the control device of the AC rotating machine according to the present application, even if the field current is increased up to the region where the rotor is magnetically saturated, the proportional gain changes in proportion to the differential inductance that changes according to the field current. It is possible to suppress the change in the response frequency of the field current feedback control system. Therefore, the feedback control system of the field current can be stabilized regardless of the presence or absence of magnetic saturation.

実施の形態1に係る交流回転機及び交流回転機の制御装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the AC rotary machine and the control device of the AC rotary machine which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る制御装置の概略ブロック図である。It is a schematic block diagram of the control device which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る制御装置のハードウェア構成図である。It is a hardware block diagram of the control device which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るインバータのスイッチング素子のオンオフ制御挙動を説明するタイムチャートである。It is a time chart explaining the on / off control behavior of the switching element of the inverter which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るインバータのスイッチング素子のオンオフ制御挙動を説明するタイムチャートである。It is a time chart explaining the on / off control behavior of the switching element of the inverter which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る界磁搬送波の周波数とは、界磁電流のフィードバック制御系の応答周波数との関係を説明するための図である。The frequency of the field carrier according to the first embodiment is a diagram for explaining the relationship with the response frequency of the feedback control system of the field current. 実施の形態1に係る界磁電流のフィードバック制御系のブロック図である。It is a block diagram of the feedback control system of the field current which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る界磁電流と磁束、インダクタンス、及び微分インダクタンスとの関係特性図である。It is a relationship characteristic diagram of the field current and the magnetic flux, the inductance, and the differential inductance which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る界磁電流と微分インダクタンスとの関係が設定されたテーブルデータを説明する図である。It is a figure explaining the table data in which the relationship between the field current and the differential inductance which concerns on Embodiment 1 is set. 実施の形態1に係る車両用の発電電動機とされた交流回転機の模式図である。It is a schematic diagram of the AC rotary machine which was made into the generator motor for the vehicle which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態2に係る交流回転機及び交流回転機の制御装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the AC rotary machine and the control device of the AC rotary machine which concerns on Embodiment 2. FIG. 実施の形態2に係る界磁電流及びd軸電流と微分インダクタンスとの関係特性図である。FIG. 5 is a characteristic diagram of a relationship between a field current and a d-axis current and a differential inductance according to the second embodiment. 実施の形態2に係る界磁電流及びd軸電流と微分インダクタンスとの関係が設定されたテーブルデータを説明する図である。It is a figure explaining the table data in which the relationship between the field current and the d-axis current and the differential inductance which concerns on Embodiment 2 is set. 実施の形態2に係る換算合計電流値と微分インダクタンスとの関係が設定されたテーブルデータを説明する図である。It is a figure explaining the table data in which the relationship between the conversion total current value and the differential inductance which concerns on Embodiment 2 is set.

1.実施の形態1
実施の形態1に係る交流回転機の制御装置11(以下、単に、制御装置11と称す)について図面を参照して説明する。図1は、本実施の形態に係る交流回転機1及び制御装置11の概略構成図である。
1. 1. Embodiment 1
The control device 11 (hereinafter, simply referred to as the control device 11) of the AC rotary machine according to the first embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an AC rotating machine 1 and a control device 11 according to the present embodiment.

1−1.交流回転機1
交流回転機1は、ステータ18と、ステータ18の径方向内側に配置されたロータ14と、を備えている。交流回転機1は、界磁巻線型の同期回転機とされている。ステータ18の鉄心に、電機子巻線12が巻装されている。ロータ14の鉄心に界磁巻線4が巻装され、電磁石が設けられている。
1-1. AC rotating machine 1
The AC rotating machine 1 includes a stator 18 and a rotor 14 arranged inside the stator 18 in the radial direction. The AC rotating machine 1 is a field winding type synchronous rotating machine. An armature winding 12 is wound around the iron core of the stator 18. A field winding 4 is wound around the iron core of the rotor 14, and an electromagnet is provided.

本実施の形態では、電機子巻線12は、U相、V相、及びW相の3相の電機子巻線Cu、Cv、Cwとされている。3相の電機子巻線Cu、Cv、Cwは、スター結線とされてもよいし、デルタ結線とされてもよい。 In the present embodiment, the armature winding 12 is a U-phase, V-phase, and W-phase three-phase armature winding Cu, Cv, and Cw. The three-phase armature windings Cu, Cv, and Cw may be star-connected or delta-connected.

ロータ14には、ロータ14の回転角度(回転角度)を検出する回転センサ15が設けられている。回転センサ15の出力信号は、制御装置11に入力される。回転センサ15には、ホール素子、レゾルバ、又はエンコーダ等の各種のセンサが用いられる。回転センサ15が設けられず、後述する電流指令値に高調波成分を重畳することによって得られる電流情報等に基づいて、回転角度(磁極位置)を推定するように構成されてもよい(いわゆる、センサレス方式)。 The rotor 14 is provided with a rotation sensor 15 that detects the rotation angle (rotation angle) of the rotor 14. The output signal of the rotation sensor 15 is input to the control device 11. As the rotation sensor 15, various sensors such as a Hall element, a resolver, and an encoder are used. The rotation sensor 15 may not be provided, and may be configured to estimate the rotation angle (magnetic pole position) based on the current information obtained by superimposing the harmonic component on the current command value described later (so-called). Sensorless method).

1−2.直流電源2
直流電源2は、インバータ5及びコンバータ9に電源電圧Vdcを出力する。直流電源2として、バッテリー、DC−DCコンバータ、ダイオード整流器、PWM整流器等、直流電圧を出力する任意の機器が用いられる。直流電源2には、平滑コンデンサ3が並列接続されている。
1-2. DC power supply 2
The DC power supply 2 outputs the power supply voltage Vdc to the inverter 5 and the converter 9. As the DC power supply 2, any device that outputs a DC voltage, such as a battery, a DC-DC converter, a diode rectifier, and a PWM rectifier, is used. A smoothing capacitor 3 is connected in parallel to the DC power supply 2.

1−3.インバータ5
インバータ5は、複数のスイッチング素子を有し、直流電源2と電機子巻線12との間で電力変換を行う。インバータ5は、直流電源2の正極側に接続される正極側のスイッチング素子SPと、直流電源2の負極側に接続される負極側のスイッチング素子SNと、が直列接続された直列回路を、3相各相の電機子巻線に対応して3組設けている。各直列回路における2つのスイッチング素子の接続点が、対応する相の電機子巻線に接続される。
1-3. Inverter 5
The inverter 5 has a plurality of switching elements and performs power conversion between the DC power supply 2 and the armature winding 12. The inverter 5 is a series circuit in which a switching element SP on the positive electrode side connected to the positive electrode side of the DC power supply 2 and a switching element SN on the negative electrode side connected to the negative electrode side of the DC power supply 2 are connected in series. Three sets are provided corresponding to the armature winding of each phase. The connection points of the two switching elements in each series circuit are connected to the armature windings of the corresponding phases.

具体的には、U相の直列回路では、U相の正極側のスイッチング素子SPuとU相の負極側のスイッチング素子SNuとが直列接続され、2つのスイッチング素子の接続点がU相の電機子巻線Cuに接続されている。V相の直列回路では、V相の正極側のスイッチング素子SPvとV相の負極側のスイッチング素子SNvとが直列接続され、2つのスイッチング素子の接続点がV相の電機子巻線Cvに接続されている。W相の直列回路では、Wの正極側のスイッチング素子SPwとW相の負極側のスイッチング素子SNwとが直列接続され、2つのスイッチング素子の接続点がW相の電機子巻線Cwに接続されている。 Specifically, in the U-phase series circuit, the switching element SPu on the positive electrode side of the U phase and the switching element SNu on the negative electrode side of the U phase are connected in series, and the connection point of the two switching elements is an armature of the U phase. It is connected to the winding Cu. In the V-phase series circuit, the switching element SPv on the positive electrode side of the V phase and the switching element SNv on the negative electrode side of the V phase are connected in series, and the connection point of the two switching elements is connected to the armature winding Cv of the V phase. Has been done. In the W-phase series circuit, the switching element SPw on the positive electrode side of W and the switching element SNw on the negative electrode side of W phase are connected in series, and the connection points of the two switching elements are connected to the armature winding Cw of W phase. ing.

インバータ5のスイッチング素子には、ダイオードが逆並列接続されたIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、ダイオードが逆並列接続されたバイポーラトランジスタ、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)等が用いられる。各スイッチング素子のゲート端子は、ゲート駆動回路等を介して、制御装置11に接続されている。よって、各スイッチング素子は、制御装置11から出力されるスイッチング信号によりオン又はオフされる。 As the switching element of the inverter 5, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) in which diodes are connected in antiparallel, a bipolar transistor in which diodes are connected in antiparallel, a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), and the like are used. The gate terminal of each switching element is connected to the control device 11 via a gate drive circuit or the like. Therefore, each switching element is turned on or off by the switching signal output from the control device 11.

電機子電流センサ8は、各相の電機子巻線Cu、Cv、Cwに流れる電流を検出する電流検出回路である。本実施の形態では、電機子電流センサ8は、各相のスイッチング素子の直列回路と電機子巻線とをつなぐ電線上に備えられている。各相の電機子電流センサ8の出力信号は、制御装置11に入力される。電機子電流センサ8は、ホール素子、シャント抵抗等の電流センサとされている。なお、電機子電流センサ8は、各相のスイッチング素子の直列回路に直列接続されてもよい。 The armature current sensor 8 is a current detection circuit that detects the current flowing through the armature windings Cu, Cv, and Cw of each phase. In the present embodiment, the armature current sensor 8 is provided on the electric wire connecting the series circuit of the switching elements of each phase and the armature winding. The output signal of the armature current sensor 8 of each phase is input to the control device 11. The armature current sensor 8 is a current sensor for a Hall element, a shunt resistor, or the like. The armature current sensor 8 may be connected in series to the series circuit of the switching elements of each phase.

1−4.コンバータ9
コンバータ9は、スイッチング素子を有し、直流電源2と界磁巻線4との間で電力変換を行う。本実施の形態では、コンバータ9は、直流電源2の正極側に接続される正極側のスイッチング素子SPと直流電源2の負極側に接続される負極側のスイッチング素子SNとが直列接続された直列回路を2組設けたHブリッジ回路とされている。第1組の直列回路28における正極側のスイッチング素子SP1と負極側のスイッチング素子SN1との接続点が、界磁巻線4の一端に接続され、第2組の直列回路29における正極側のスイッチング素子SP2と負極側のスイッチング素子SN2との接続点が、界磁巻線4の他端に接続される。
1-4. Converter 9
The converter 9 has a switching element and performs power conversion between the DC power supply 2 and the field winding 4. In the present embodiment, the converter 9 is a series in which the switching element SP on the positive electrode side connected to the positive electrode side of the DC power supply 2 and the switching element SN on the negative electrode side connected to the negative electrode side of the DC power supply 2 are connected in series. It is an H-bridge circuit with two sets of circuits. The connection point between the positive electrode side switching element SP1 and the negative electrode side switching element SN1 in the first set of series circuit 28 is connected to one end of the field winding 4, and the positive electrode side switching in the second set of series circuit 29 The connection point between the element SP2 and the switching element SN2 on the negative electrode side is connected to the other end of the field winding 4.

コンバータ9のスイッチング素子には、ダイオードが逆並列接続されたIGBT、ダイオードが逆並列接続されたバイポーラトランジスタ、MOSFET等が用いられる。各スイッチング素子のゲート端子は、ゲート駆動回路等を介して、制御装置11に接続されている。よって、各スイッチング素子は、制御装置11から出力されるスイッチング信号によりオン又はオフされる。 As the switching element of the converter 9, an IGBT in which diodes are connected in antiparallel, a bipolar transistor in which diodes are connected in antiparallel, a MOSFET, and the like are used. The gate terminal of each switching element is connected to the control device 11 via a gate drive circuit or the like. Therefore, each switching element is turned on or off by the switching signal output from the control device 11.

なお、第1組の直列回路28の負極側のスイッチング素子SN1をダイオードに置き換えたり、第2組の直列回路29の負極側のスイッチング素子SN2をダイオードに置き換えたりする等、コンバータ9を他の構成としてもよい。 The converter 9 has other configurations such as replacing the switching element SN1 on the negative side of the series circuit 28 of the first set with a diode and replacing the switching element SN2 on the negative side of the series circuit 29 of the second set with a diode. May be.

界磁電流センサ6は、界磁巻線4を流れる電流である界磁電流Ifを検出する電流検出回路である。本実施の形態では、界磁電流センサ6は、第2組の直列回路29の負極側のスイッチング素子SN2の負極側の電線上に設けられている。界磁電流センサ6は、界磁電流Ifを検出可能な他の個所に設けられてもよい。界磁電流センサ6の出力信号は、制御装置11に入力される。界磁電流センサ6は、ホール素子、シャント抵抗等の電流センサとされている。 The field current sensor 6 is a current detection circuit that detects the field current If, which is the current flowing through the field winding 4. In the present embodiment, the field current sensor 6 is provided on the electric wire on the negative electrode side of the switching element SN2 on the negative electrode side of the second set of series circuits 29. The field current sensor 6 may be provided at another location where the field current If can be detected. The output signal of the field current sensor 6 is input to the control device 11. The field current sensor 6 is a current sensor for a Hall element, a shunt resistor, or the like.

1−5.制御装置11
制御装置11は、インバータ5及びコンバータ9を介して、交流回転機1を制御する。制御装置11は、図2に示すように、回転検出部31、電機子電流検出部32、電機子電流制御部33、界磁電流検出部34、及び界磁電流制御部35等の機能部を備えている。制御装置11の各機能は、制御装置11が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置11は、図3に示すように、処理回路として、CPU(Central Processing Unit)等の演算処理装置90(コンピュータ)、演算処理装置90とデータのやり取りする記憶装置91、演算処理装置90に外部の信号を入力する入力回路92、演算処理装置90から外部に信号を出力する出力回路93、及び外部装置とデータ通信を行う通信回路94等を備えている。
1-5. Control device 11
The control device 11 controls the AC rotating machine 1 via the inverter 5 and the converter 9. As shown in FIG. 2, the control device 11 includes functional units such as a rotation detection unit 31, an armature current detection unit 32, an armature current control unit 33, a field current detection unit 34, and a field current control unit 35. I have. Each function of the control device 11 is realized by a processing circuit provided in the control device 11. Specifically, as shown in FIG. 3, the control device 11 includes an arithmetic processing unit 90 (computer) such as a CPU (Central Processing Unit), a storage device 91 for exchanging data with the arithmetic processing unit 90, as a processing circuit. The arithmetic processing unit 90 includes an input circuit 92 for inputting an external signal, an output circuit 93 for outputting a signal from the arithmetic processing unit 90 to the outside, a communication circuit 94 for data communication with the external device, and the like.

演算処理装置90として、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、IC(Integrated Circuit)、DSP(Digital Signal Processor)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、各種の論理回路、及び各種の信号処理回路等が備えられてもよい。また、演算処理装置90として、同じ種類のもの又は異なる種類のものが複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。記憶装置91として、演算処理装置90からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたRAM(Random Access Memory)、及び演算処理装置90からデータを読み出し可能に構成されたROM(Read Only Memory)等が備えられている。入力回路92は、回転センサ15、電機子電流センサ8、界磁電流センサ6等の各種のセンサ及びスイッチが接続され、これらセンサ及びスイッチの出力信号を演算処理装置90に入力するA/D変換器等を備えている。出力回路93は、インバータ5及びコンバータ9のスイッチング素子をオンオフ駆動するゲート駆動回路等の電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置90から制御信号を出力する駆動回路等を備えている。通信回路94は、外部装置と通信を行う。 The arithmetic processing device 90 is provided with an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an IC (Integrated Circuit), a DSP (Digital Signal Processor), an FPGA (Field Programmable Gate Array), various logic circuits, various signal processing circuits, and the like. You may. Further, as the arithmetic processing unit 90, a plurality of the same type or different types may be provided, and each processing may be shared and executed. As the storage device 91, a RAM (Random Access Memory) configured to be able to read and write data from the arithmetic processing unit 90, a ROM (Read Only Memory) configured to be able to read data from the arithmetic processing unit 90, and the like are used. It is equipped. The input circuit 92 is connected to various sensors and switches such as a rotation sensor 15, an armature current sensor 8, and a field current sensor 6, and A / D conversion that inputs the output signals of these sensors and switches to the arithmetic processing device 90. Equipped with vessels, etc. The output circuit 93 includes an electric load such as a gate drive circuit that drives the switching elements of the inverter 5 and the converter 9 on and off, and a drive circuit or the like that outputs a control signal from the arithmetic processing device 90 to these electric loads. The communication circuit 94 communicates with an external device.

そして、制御装置11が備える各制御部31〜35等の各機能は、演算処理装置90が、ROM等の記憶装置91に記憶されたソフトウェア(プログラム)を実行し、記憶装置91、入力回路92、及び出力回路93等の制御装置11の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、各制御部31〜35等が用いるテーブルデータ等の設定データは、ソフトウェア(プログラム)の一部として、ROM等の記憶装置91に記憶されている。以下、制御装置11の各機能について詳細に説明する。 Then, for each function of the control units 31 to 35 and the like included in the control device 11, the arithmetic processing unit 90 executes software (program) stored in the storage device 91 such as the ROM, and the storage device 91 and the input circuit 92. , And other hardware of the control device 11 such as the output circuit 93. The setting data such as table data used by each control unit 31 to 35 and the like is stored in a storage device 91 such as a ROM as a part of software (program). Hereinafter, each function of the control device 11 will be described in detail.

<電機子電流の制御>
回転検出部31は、電気角でのロータの磁極位置θ(ロータの回転角度θ)及び回転角速度ωを検出する。本実施の形態では、回転検出部31は、回転センサ15の出力信号に基づいて、ロータの磁極位置θ(回転角度θ)及び回転角速度ωを検出する。磁極位置は、ロータに設けられた電磁石のN極の向きに設定される。なお、回転検出部31は、電流指令値に高調波成分を重畳することによって得られる電流情報等に基づいて、回転センサを用いずに、回転角度(磁極位置)を推定するように構成されてもよい(いわゆる、センサレス方式)。
<Control of armature current>
The rotation detection unit 31 detects the magnetic pole position θ (rotation angle θ of the rotor) and the rotation angular velocity ω of the rotor at the electric angle. In the present embodiment, the rotation detection unit 31 detects the magnetic pole position θ (rotation angle θ) and the rotation angular velocity ω of the rotor based on the output signal of the rotation sensor 15. The magnetic pole position is set in the direction of the north pole of the electromagnet provided on the rotor. The rotation detection unit 31 is configured to estimate the rotation angle (magnetic pole position) based on the current information obtained by superimposing the harmonic component on the current command value without using the rotation sensor. It may be (so-called sensorless method).

電機子電流検出部32は、電機子電流センサ8の出力信号に基づいて、3相の巻線に流れる電機子電流Iur、Ivr、Iwrを検出する。ここで、Iurが、U相の電機子電流Iuの検出値であり、Ivrが、V相の電機子電流Ivの検出値であり、Iwrが、W相の電機子電流Iwの検出値である。なお、電機子電流センサ8が2相の電機子電流を検出するように構成され、残りの1相の電機子電流が、2相の電機子電流の検出値に基づいて算出されてもよい。例えば、電機子電流センサ8が、V相及びW相の電機子電流Ivr、Iwrを検出し、U相の電機子電流Iurが、Iur=−Ivr−Iwrにより算出されてもよい。 The armature current detection unit 32 detects the armature currents Iur, Ivr, and Iwr flowing in the three-phase windings based on the output signal of the armature current sensor 8. Here, Iur is the detected value of the U-phase armature current Iu, Ivr is the detected value of the V-phase armature current Iv, and Iwr is the detected value of the W-phase armature current Iw. .. The armature current sensor 8 may be configured to detect the two-phase armature current, and the remaining one-phase armature current may be calculated based on the detected value of the two-phase armature current. For example, the armature current sensor 8 may detect the V-phase and W-phase armature currents Ivr and Iwr, and the U-phase armature current Iur may be calculated by Iur = -Ivr-Iwr.

電機子電流制御部33は、電機子電流の検出値が電機子電流指令値に近づくように、電機子電流指令と電機子電流の検出値とに基づいて電機子電圧指令値を算出し、電機子電圧指令値に基づいて、電機子巻線に電圧を印加する。 The armature current control unit 33 calculates the armature voltage command value based on the armature current command and the armature current detection value so that the armature current detection value approaches the armature current command value, and the armature A voltage is applied to the armature winding based on the child voltage command value.

本実施の形態では、図2に示すように、電機子電流制御部33は、電流座標変換部331、電流指令値算出部332、電圧指令値算出部333、電圧座標変換部334、及びスイッチング制御部335を備えている。 In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the armature current control unit 33 includes a current coordinate conversion unit 331, a current command value calculation unit 332, a voltage command value calculation unit 333, a voltage coordinate conversion unit 334, and switching control. The unit 335 is provided.

電流座標変換部331は、3相の電機子電流の検出値Iur、Ivr、Iwrを、d軸及びq軸の回転座標系上のd軸電流の検出値Idr及びq軸電流の検出値Iqrに変換する。d軸及びq軸の回転座標系は、検出した磁極位置θの方向に定めたd軸及びd軸より電気角で90°進んだ方向に定めたq軸からなる2軸の回転座標であり、ロータの磁極位置θの回転に同期して回転する。具体的には、電機子電流検出部32は、3相の電機子電流の検出値Iur、Ivr、Iwrを、磁極位置θに基づいて3相2相変換及び回転座標変換を行って、d軸電流の検出値Idr及びq軸電流の検出値Iqrに変換する。 The current coordinate conversion unit 331 converts the three-phase armature current detection values Iur, Ivr, and Iwr into the d-axis current detection values Idr and the q-axis current detection values Iqr on the d-axis and q-axis rotating coordinate systems. Convert. The rotation coordinate system of the d-axis and the q-axis is a two-axis rotation coordinate consisting of the d-axis defined in the direction of the detected magnetic pole position θ and the q-axis defined in the direction advanced by 90 ° in the electric angle from the d-axis. It rotates in synchronization with the rotation of the magnetic pole position θ of the rotor. Specifically, the armature current detection unit 32 performs three-phase two-phase conversion and rotational coordinate conversion on the three-phase armature current detection values Iur, Ivr, and Iwr based on the magnetic pole position θ, and performs d-axis. It is converted into the detected value Idr of the current and the detected value Iqr of the q-axis current.

電流指令値算出部332は、電機子電流指令値を算出する。本実施の形態では、電流指令値算出部332は、d軸の電流指令値Ido及びq軸の電流指令値Iqoを算出する。本実施の形態では、電流指令値算出部332は、Id=0制御によりd軸及びq軸の電流指令値Ido、Iqoを算出する。例えば、電流指令値算出部332は、d軸の電流指令値Idoを0に設定し、q軸の電流指令値Iqoを、トルク指令値Toに応じて設定する。 The current command value calculation unit 332 calculates the armature current command value. In the present embodiment, the current command value calculation unit 332 calculates the current command value Ido on the d-axis and the current command value Iqo on the q-axis. In the present embodiment, the current command value calculation unit 332 calculates the current command values Ido and Iqo of the d-axis and the q-axis by controlling Id = 0. For example, the current command value calculation unit 332 sets the current command value Ido on the d-axis to 0, and sets the current command value Iqo on the q-axis according to the torque command value To.

電圧指令値算出部333は、電機子電流の検出値が電機子電流指令値に近づくように、電機子電流指令値と電機子電流の検出値との偏差に対して比例積分制御を行って、電機子電圧指令値を算出する。本実施の形態では、電圧指令値算出部333は、d軸電流の検出値Idrがd軸の電流指令値Idoに近づくように、d軸の電流指令値Idoとd軸電流の検出値Idrとの偏差ΔIdに対して比例積分制御を行って、d軸の電圧指令値Vdoを算出し、q軸電流の検出値Iqrがq軸の電流指令値Iqoに近づくように、q軸の電流指令値Iqoとq軸電流の検出値Iqrとの偏差ΔIqに対して比例積分制御を行って、q軸の電圧指令値Vqoを算出する。また、d軸電流とq軸電流の非干渉化のための公知のフィードフォワード制御が行われてもよい。 The voltage command value calculation unit 333 performs proportional integration control on the deviation between the armature current command value and the armature current detection value so that the armature current detection value approaches the armature current command value. Calculate the armature voltage command value. In the present embodiment, the voltage command value calculation unit 333 sets the d-axis current command value Ido and the d-axis current detection value Idr so that the d-axis current detection value Idr approaches the d-axis current command value Ido. The voltage command value Vdo of the d-axis is calculated by performing proportional integration control with respect to the deviation ΔId of, and the current command value of the q-axis is approached so that the detected value Iqr of the q-axis current approaches the current command value Iqo of the q-axis. Proportional integration control is performed on the deviation ΔIq between Iqo and the detected value Iqr of the q-axis current to calculate the voltage command value Vqo of the q-axis. Further, a known feedforward control for non-interference between the d-axis current and the q-axis current may be performed.

或いは、電圧指令値算出部333は、電流検出値を用いず、d軸及びq軸の電流指令値に基づいて、交流回転機の諸元を用い、d軸及びq軸の電圧指令値を変化させるフィードフォワード制御を実行してもよい。 Alternatively, the voltage command value calculation unit 333 changes the voltage command values of the d-axis and the q-axis by using the specifications of the AC rotating machine based on the current command values of the d-axis and the q-axis without using the current detection value. You may execute the feed forward control to make it.

電圧座標変換部334は、d軸及びq軸の電圧指令値Vdo、Vqoを、磁極位置θに基づいて、固定座標変換及び2相3相変換を行って、3相の電圧指令値Vuo、Vvo、Vwoに変換する。なお、電圧座標変換部334は、3相の電圧指令値に対して、2相変調、空間ベクトル変調等の線間電圧が変化しないような変調を加えてもよい。 The voltage coordinate conversion unit 334 performs fixed coordinate conversion and two-phase three-phase conversion on the d-axis and q-axis voltage command values Vdo and Vqo based on the magnetic pole position θ, and performs three-phase voltage command values Vuo and Vvo. , Convert to Vwo. The voltage coordinate conversion unit 334 may apply modulation such as two-phase modulation and space vector modulation so that the line voltage does not change with respect to the three-phase voltage command value.

スイッチング制御部335は、電圧指令値に基づいて、PWM制御(Pulse Width Modulation)によりインバータ5の複数のスイッチング素子をオンオフ制御する。本実施の形態では、図4に示すように、スイッチング制御部335は、3相の電圧指令値Vuo、Vvo、Vwoのそれぞれと電機子搬送波の周期Tssで振動する電機子搬送波Csとを比較することにより、複数のスイッチング素子をオンオフ制御する。電機子搬送波Csは、電機子搬送波の周期Tssで0を中心に電源電圧の半分値Vdc/2の振幅で振動する三角波とされている。電源電圧Vdcは、電圧センサにより検出されてもよい。 The switching control unit 335 controls a plurality of switching elements of the inverter 5 on and off by PWM control (Pulse Width Modulation) based on the voltage command value. In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the switching control unit 335 compares each of the three-phase voltage command values Vuo, Vvo, and Vwo with the armature carrier Cs vibrating at the period Tss of the armature carrier. This controls on / off of a plurality of switching elements. The armature carrier wave Cs is a triangular wave that oscillates with an amplitude of Vdc / 2, which is half the power supply voltage, centered on 0 in the period Tss of the armature carrier wave. The power supply voltage Vdc may be detected by the voltage sensor.

スイッチング制御部335は、各相について、電機子搬送波Csが電圧指令値を下回った場合は、正極側のスイッチング素子のスイッチング信号QPをオン(本例では、1)して、正極側のスイッチング素子をオンし、電機子搬送波Csが電圧指令値を上回った場合は、正極側のスイッチング素子のスイッチング信号QPをオフ(本例では、0)して、正極側のスイッチング素子をオフする。一方、スイッチング制御部335は、各相について、電機子搬送波Csが電圧指令値を下回った場合は、負極側のスイッチング素子のスイッチング信号QNをオフ(本例では、0)して、負極側のスイッチング素子をオフして、負極側のスイッチング素子をオフし、電機子搬送波Csが電圧指令値を上回った場合は、負極側のスイッチング素子のスイッチング信号QNをオン(本例では、1)して、負極側のスイッチング素子をオンする。なお、各相について、正極側のスイッチング素子のオン期間と負極側のスイッチング素子のオン期間との間には、正極側及び負極側のスイッチング素子の双方をオフにする短絡防止期間(デッドタイム)が設けられてもよい。 When the armature carrier Cs falls below the voltage command value for each phase, the switching control unit 335 turns on the switching signal QP of the switching element on the positive side (1 in this example) and turns on the switching element on the positive side. When the armature carrier Cs exceeds the voltage command value, the switching signal QP of the switching element on the positive side is turned off (0 in this example), and the switching element on the positive side is turned off. On the other hand, when the armature carrier Cs falls below the voltage command value for each phase, the switching control unit 335 turns off the switching signal QN of the switching element on the negative side (0 in this example) on the negative side. When the switching element is turned off, the switching element on the negative side is turned off, and the armature carrier Cs exceeds the voltage command value, the switching signal QN of the switching element on the negative side is turned on (1 in this example). , Turn on the switching element on the negative side. For each phase, between the on-period of the switching element on the positive electrode side and the on-period of the switching element on the negative electrode side, a short-circuit prevention period (dead time) in which both the switching element on the positive electrode side and the switching element on the negative electrode side are turned off. May be provided.

<界磁電流の制御>
界磁電流検出部34は、界磁電流センサ6の出力信号に基づいて、界磁巻線4に流れる電流である界磁電流Ifrを検出する。ここで、Ifrは、界磁電流Ifの検出値である。
<Control of field current>
The field current detection unit 34 detects the field current Ifr, which is the current flowing through the field winding 4, based on the output signal of the field current sensor 6. Here, Ifr is a detected value of the field current If.

界磁電流制御部35は、界磁電流の検出値Ifrが界磁電流指令値Ifoに近づくように、界磁電流指令値Ifoと界磁電流の検出値Ifrとの偏差ΔIfに対して比例積分制御を行って、界磁電圧指令値Vfを算出し、界磁電圧指令値Vfに基づいて、界磁巻線4に電圧を印加する。 The field current control unit 35 proportionally integrates the field current command value Ifr and the field current detection value Ifr with respect to the deviation ΔIf so that the field current detection value Ifr approaches the field current command value Ifo. Control is performed to calculate the field voltage command value Vf, and a voltage is applied to the field winding 4 based on the field voltage command value Vf.

本実施の形態では、図2に示すように、界磁電流制御部35は、電流指令値算出部351、電圧指令値算出部352、及びスイッチング制御部353を備えている。 In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the field current control unit 35 includes a current command value calculation unit 351, a voltage command value calculation unit 352, and a switching control unit 353.

電流指令値算出部351は、界磁電流指令値Ifoを設定する。例えば、電流指令値算出部351は、トルク指令値To等に基づいて、界磁電流指令値Ifoを設定する。 The current command value calculation unit 351 sets the field current command value Ifo. For example, the current command value calculation unit 351 sets the field current command value Ifo based on the torque command value To or the like.

そして、電圧指令値算出部352は、次式に示すように、界磁電流指令値Ifoと界磁電流の検出値Ifrとの偏差ΔIfに対して比例積分制御を行って、界磁電圧指令値Vfを算出する。

Figure 2021158739
Then, as shown in the following equation, the voltage command value calculation unit 352 performs proportional integration control with respect to the deviation ΔIf between the field current command value Ifo and the field current detection value Ifr, and performs field voltage command value. Calculate Vf.
Figure 2021158739

ここで、Kpfは、比例ゲインであり、Kifは、積分ゲインであり、sは、ラプラス演算子であり、1/sは、積分を表す。比例ゲインKpf及び積分ゲインKifの設定方法については後述する。なお、式(1)は、連続系で表しているが、実際には、式(1)を演算周期で離散化した演算式を用いて、演算周期毎に演算処理が実行される。本実施の形態では、演算周期は、後述する界磁搬送波の周期Tsfと同じに設定されている。 Here, Kpf is a proportional gain, Kif is an integral gain, s is a Laplace operator, and 1 / s represents an integral. The method of setting the proportional gain Kpf and the integrated gain Kif will be described later. Although the equation (1) is represented by a continuous system, in reality, the arithmetic processing is executed for each arithmetic cycle using the arithmetic expression in which the equation (1) is discretized by the arithmetic cycle. In the present embodiment, the calculation period is set to be the same as the period Tsf of the field carrier, which will be described later.

スイッチング制御部353は、界磁電圧指令値Vfに基づいて、PWM制御によりコンバータ9の複数のスイッチング素子をオンオフ制御する。 The switching control unit 353 controls a plurality of switching elements of the converter 9 on and off by PWM control based on the field voltage command value Vf.

例えば、図5に示すように、スイッチング制御部353は、界磁電圧指令値Vfと、界磁搬送波の周期Tsfで振動する界磁搬送波信号Cfとを比較することにより、複数のスイッチング素子をオンオフ制御する。界磁搬送波信号Cfは、界磁搬送波の周期Tsfで0から電源電圧Vdcの間を振動する三角波とされている。電源電圧Vdcは、電圧センサにより検出されてもよい。 For example, as shown in FIG. 5, the switching control unit 353 turns on and off a plurality of switching elements by comparing the field voltage command value Vf with the field carrier signal Cf vibrating in the period Tsf of the field carrier. Control. The field carrier signal Cf is a triangular wave that oscillates between 0 and the power supply voltage Vdc at the period Tsf of the field carrier. The power supply voltage Vdc may be detected by the voltage sensor.

スイッチング制御部353は、電機子搬送波Csが界磁電圧指令値Vfを下回った場合は、第1組の正極側のスイッチング素子SP1のスイッチング信号QP1をオン(本例では、1)して、正極側のスイッチング素子SP1をオンすると共に、第1組の負極側のスイッチング素子SN1のスイッチング信号QN1をオフ(本例では、0)して、負極側のスイッチング素子SP1をオフする。一方、スイッチング制御部353は、電機子搬送波Csが界磁電圧指令値Vfを上回った場合は、第1組の正極側のスイッチング素子SP1のスイッチング信号QP1をオフ(0)して、正極側のスイッチング素子SP1をオフすると共に、第1組の負極側のスイッチング素子SN1のスイッチング信号QN1をオン(1)して、負極側のスイッチング素子SN1をオンする。 When the armature carrier Cs falls below the field voltage command value Vf, the switching control unit 353 turns on the switching signal QP1 of the switching element SP1 on the positive electrode side of the first set (1 in this example) to turn on the positive electrode. The switching element SP1 on the side is turned on, and the switching signal QN1 of the switching element SN1 on the negative electrode side of the first set is turned off (0 in this example) to turn off the switching element SP1 on the negative electrode side. On the other hand, when the armature carrier Cs exceeds the field voltage command value Vf, the switching control unit 353 turns off (0) the switching signal QP1 of the switching element SP1 on the positive electrode side of the first set to turn off (0) the switching signal QP1 on the positive electrode side. The switching element SP1 is turned off, and the switching signal QN1 of the switching element SN1 on the negative electrode side of the first set is turned on (1) to turn on the switching element SN1 on the negative electrode side.

スイッチング制御部353は、第2組の正極側のスイッチング素子SP2のスイッチング信号QP2をオフ(0)して、正極側のスイッチング素子SP2をオフすると共に、第2組の負極側のスイッチング素子SN2のスイッチング信号QN2をオン(1)して、負極側のスイッチング素子SN2をオンする。 The switching control unit 353 turns off (0) the switching signal QP2 of the switching element SP2 on the positive electrode side of the second set, turns off the switching element SP2 on the positive electrode side, and turns off the switching element SP2 on the negative electrode side of the second set. The switching signal QN2 is turned on (1), and the switching element SN2 on the negative electrode side is turned on.

<各電流制御系の応答周波数>
インバータ5及びコンバータ9における発熱量は、導通損失とスイッチング損失との和によって決定されるため、発熱量を低下するためには導通抵抗を低下させる、又はスイッチング回数を減らしてスイッチング損失を低減させるといった手法がとられる。廉価なスイッチング素子で発熱量を低下させる場合には、スイッチング回数を減らす、すなわち搬送波の周波数を下げる対策が取られる。
<Response frequency of each current control system>
Since the calorific value in the inverter 5 and the converter 9 is determined by the sum of the conduction loss and the switching loss, in order to reduce the calorific value, the conduction resistance is lowered, or the number of switchings is reduced to reduce the switching loss. The method is taken. When reducing the amount of heat generated by an inexpensive switching element, measures are taken to reduce the number of switchings, that is, to lower the frequency of the carrier wave.

界磁巻線のインダクタンスは、電機子巻線のインダクタンスに比べて大きく、界磁電流のフィードバック制御系の応答周波数fcfは、電機子電流のフィードバック制御系の応答周波数fcsに比べて低く設定されており、次式が成り立つ。

Figure 2021158739
The inductance of the field winding is larger than the inductance of the armature winding, and the response frequency fcf of the field current feedback control system is set lower than the response frequency fcs of the armature current feedback control system. Then, the following equation holds.
Figure 2021158739

ここで、界磁電流のフィードバック制御系の応答周波数fcfは、界磁電流指令値Ifoから界磁電流の検出値Ifrまでの閉ループ伝達関数の応答周波数であり、当該閉ループ伝達関数のカットオフ周波数及び時定数の逆数に相当する。また、電機子電流のフィードバック制御系の応答周波数fcsは、d軸及びq軸の電流指令値からd軸及びq軸電流の検出値までの閉ループ伝達関数の応答周波数であり、当該閉ループ伝達関数のカットオフ周波数及び時定数の逆数に相当する。 Here, the response frequency fcf of the field current feedback control system is the response frequency of the closed loop transfer function from the field current command value Ifo to the field current detection value Ifr, and the cutoff frequency of the closed loop transfer function and the response frequency of the closed loop transfer function. Corresponds to the inverse of the time constant. Further, the response frequency fcs of the feedback control system of the armature current is the response frequency of the closed loop transfer function from the current command value of the d-axis and the q-axis to the detected value of the d-axis and the q-axis current, and is the response frequency of the closed loop transfer function. Corresponds to the inverse of the cutoff frequency and time constant.

界磁電流のフィードバック制御系が安定的に動作するためには、次式及び図6のハッチング領域に示すように、界磁搬送波の周波数fsfは、界磁電流のフィードバック制御系の応答周波数fcfよりも大きく設定される必要がある。電機子電流のフィードバック制御系についても同様である。なお、界磁搬送波の周波数fsfは、界磁搬送波の周期Tsfの逆数である。

Figure 2021158739
In order for the field current feedback control system to operate stably, the frequency fsf of the field carrier wave is higher than the response frequency fcf of the field current feedback control system, as shown in the following equation and the hatched region of FIG. Must also be set large. The same applies to the feedback control system for armature current. The frequency fsf of the field carrier wave is the reciprocal of the period Tsf of the field carrier wave.
Figure 2021158739

本実施の形態では、界磁電流制御及び電機子電流制御のそれぞれにおいて、電流のフィードバック制御の演算周期は、搬送波の周期と同じに設定されている。しかし、演算周期が搬送波の周期と異なる場合であっても、同様に考えられる。 In the present embodiment, in each of the field current control and the armature current control, the calculation cycle of the current feedback control is set to be the same as the cycle of the carrier wave. However, even if the calculation period is different from the period of the carrier wave, it can be considered in the same manner.

また、応答周波数が比較的高い電機子電流のフィードバック制御系では、電機子搬送波の周期Tssが短くなるため、正極側及び負極側のスイッチング素子の双方をオフにする短絡防止期間(デッドタイム)が長くならないようにする必要がある。しかし、応答周波数が比較的低い巻線電流のフィードバック制御系では、電機子搬送波の周期Tsfが長くなるため、短絡防止期間(デッドタイム)の設定可能範囲が広くなる。 Further, in the armature current feedback control system having a relatively high response frequency, the period Tss of the armature carrier wave is shortened, so that the short-circuit prevention period (dead time) for turning off both the positive electrode side and the negative electrode side switching elements is set. It should not be long. However, in the feedback control system of the winding current having a relatively low response frequency, the period Tsf of the armature carrier wave becomes long, so that the settable range of the short circuit prevention period (dead time) becomes wide.

廉価なスイッチング素子を用いる場合は、デッドタイムを長くする必要があり、1回あたりのスイッチング損失が大きくなる。よって、廉価なスイッチング素子を用い、コスト低減を図るためには、界磁搬送波の周波数fsfを低く設定する必要がある。 When an inexpensive switching element is used, it is necessary to lengthen the dead time, and the switching loss per switching becomes large. Therefore, in order to use an inexpensive switching element and reduce the cost, it is necessary to set the frequency fsf of the field carrier low.

<比較例の界磁電流のフィードバック制御系>
図7は、界磁電流のフィードバック制御系のブロック図である。比較例として、電機子電流のフィードバック制御系と同様に設計する場合を説明する。界磁巻線は、界磁巻線のインダクタンスLfを用い、次式で示す電圧方程式で表現される。ここで、Rfは、界磁巻線の抵抗であり、Vfは、界磁巻線の印加電圧である。

Figure 2021158739
<Feedback control system for field current in comparative example>
FIG. 7 is a block diagram of a field current feedback control system. As a comparative example, a case of designing in the same manner as the feedback control system of the armature current will be described. The field winding uses the inductance Lf of the field winding and is expressed by the voltage equation shown by the following equation. Here, Rf is the resistance of the field winding, and Vf is the applied voltage of the field winding.
Figure 2021158739

式(4)をラプラス変換し、界磁巻線の印加電圧Vfを入力とし、界磁電流Ifを出力とする界磁巻線の伝達関数Gpf(s)は、次式のようになる。

Figure 2021158739
The transfer function Gpf (s) of the field winding, which is obtained by Laplace transforming the equation (4), takes the applied voltage Vf of the field winding as an input, and outputs the field current If, is as follows.
Figure 2021158739

また、比例積分制御の伝達関数Gcf(s)は、次式のようになる。ここで、Kpfは、比例ゲインであり、Kifは、積分ゲインである。

Figure 2021158739
Further, the transfer function Gcf (s) of the proportional integral control is as follows. Here, Kpf is a proportional gain and Kif is an integral gain.
Figure 2021158739

比較例として、この式(5)及び式(6)を用いると、閉ループ伝達関数Gfb(s)は、次式のようになり、閉ループ伝達関数Gfb(s)が応答周波数fcf(カットオフ周波数、時定数×2πの逆数)になるように、比例ゲインKpf及び積分ゲインKifが設定される。

Figure 2021158739
Using the equations (5) and (6) as comparative examples, the closed-loop transfer function Gfb (s) becomes as follows, and the closed-loop transfer function Gfb (s) has a response frequency fcf (cutoff frequency, The proportional gain Kpf and the integrated gain Kif are set so as to be the reciprocal of the time constant × 2π).
Figure 2021158739

このように、電機子電流のフィードバック制御系と同様に、界磁巻線のインダクタンスLfを用いた電圧方程式に基づいて設計すると、比例ゲインKpfは、界磁巻線のインダクタンスLfに比例するように設定される。 In this way, when designed based on the voltage equation using the inductance Lf of the field winding, as in the armature current feedback control system, the proportional gain Kpf is proportional to the inductance Lf of the field winding. Set.

<界磁巻線のインダクタンスLfに基づく比例ゲイン設定の課題>
図8の(a)に、界磁電流Ifとロータの磁束ψfとの関係特性、図8の(b)に、界磁電流Ifと界磁巻線のインダクタンスLfとの関係特性を示す。図8の(b)の界磁巻線のインダクタンスLfは、次式に示すように、ロータの磁束ψfを界磁電流Ifで除算して算出されている。

Figure 2021158739
<Problem of setting proportional gain based on inductance Lf of field winding>
FIG. 8A shows the relationship characteristics between the field current If and the magnetic flux ψf of the rotor, and FIG. 8B shows the relationship characteristics between the field current If and the inductance Lf of the field winding. The inductance Lf of the field winding of FIG. 8 (b) is calculated by dividing the magnetic flux ψf of the rotor by the field current If, as shown in the following equation.
Figure 2021158739

図8の(a)に示すように、界磁電流Ifが動作点Aよりも小さい領域では、ロータに磁気飽和が生じておらず、界磁電流Ifに比例して、ロータの磁束ψfが増加しており、界磁巻線のインダクタンスLfは一定値になっている。一方、界磁電流Ifが動作点Aよりも大きくなると、ロータの鉄心に磁気飽和が生じ、界磁電流Ifの増加に対するロータの磁束ψfの増加の傾きが減少している。そのため、界磁電流Ifが増加するに従って、界磁巻線のインダクタンスLfは減少する。 As shown in FIG. 8A, in the region where the field current If is smaller than the operating point A, the rotor is not magnetically saturated, and the magnetic flux ψf of the rotor increases in proportion to the field current If. The inductance Lf of the field winding is a constant value. On the other hand, when the field current If becomes larger than the operating point A, magnetic saturation occurs in the iron core of the rotor, and the slope of the increase in the magnetic flux ψf of the rotor with respect to the increase in the field current If decreases. Therefore, as the field current If increases, the inductance Lf of the field winding decreases.

交流回転機の出力トルクは、次式のように、与えられるので、出力トルクを大きくするにはロータの磁束ψf又はq軸電流Iqを大きくすればよい。

Figure 2021158739
Since the output torque of the AC rotating machine is given as shown in the following equation, the magnetic flux ψf or the q-axis current Iq of the rotor may be increased in order to increase the output torque.
Figure 2021158739

一般的に、界磁巻線型のロータでは、ロータの鉄心を小型化しつつ、出力トルクを増加したいので、磁気飽和の領域まで界磁電流Ifが増加され、ロータの磁束ψfが増加される。磁気飽和の領域においても、界磁電流のフィードバック制御系の応答周波数fcfを一定に保つためには、式(7)から比例ゲインKpfを、界磁巻線のインダクタンスLfに応じて変化させることが考えられる。しかし、式(4)の電圧方程式は、磁気飽和しない領域で界磁巻線のインダクタンスLfが時不変であることを前提にしており、それでは不十分である。 Generally, in a field winding type rotor, since it is desired to increase the output torque while reducing the size of the iron core of the rotor, the field current If is increased up to the magnetic saturation region, and the magnetic flux ψf of the rotor is increased. In order to keep the response frequency fcf of the field current feedback control system constant even in the magnetic saturation region, the proportional gain Kpf from Eq. (7) can be changed according to the inductance Lf of the field winding. Conceivable. However, the voltage equation of the equation (4) is based on the premise that the inductance Lf of the field winding is time-invariant in the region where the magnetic saturation does not occur, which is insufficient.

<ロータの磁気飽和を考慮した制御系設計>
そこで、界磁巻線型のロータでは、磁気飽和する領域まで界磁電流Ifが増加されることを前提に式導出する必要がある。そこで、界磁巻線の電圧方程式を、ロータの磁束ψfを用い次式で表す。

Figure 2021158739
<Control system design considering the magnetic saturation of the rotor>
Therefore, in the field winding type rotor, it is necessary to derive the equation on the premise that the field current If increases to the magnetic saturation region. Therefore, the voltage equation of the field winding is expressed by the following equation using the magnetic flux ψf of the rotor.
Figure 2021158739

式(10)を変形すると、次式を得る。ここで、ロータの磁束ψfを界磁電流Ifについて微分したものを、微分インダクタンスdLfと定義する。微分インダクタンスdLfは、界磁電流Ifの各動作点における、界磁電流Ifの変化に対するロータの磁束ψfの変化の比とも表現できる。

Figure 2021158739
By transforming equation (10), the following equation is obtained. Here, the derivative of the magnetic flux ψf of the rotor with respect to the field current If is defined as the differential inductance dLf. The differential inductance dLf can also be expressed as the ratio of the change in the magnetic flux ψf of the rotor to the change in the field current If at each operating point of the field current If.
Figure 2021158739

この式(11)を用いると、界磁巻線の伝達関数Gpf(s)は、次式のようになる。

Figure 2021158739
Using this equation (11), the transfer function Gpf (s) of the field winding is as follows.
Figure 2021158739

この式(12)及び式(6)を用いると、次式のように、閉ループ伝達関数Gfb(s)が応答周波数fcf(カットオフ周波数、時定数×2πの逆数)になるように、比例ゲインKpf及び積分ゲインKifを設定すればよい。

Figure 2021158739
Using these equations (12) and (6), the proportional gain is obtained so that the closed loop transfer function Gfb (s) has a response frequency fcf (cutoff frequency, reciprocal of time constant × 2π) as shown in the following equation. Kpf and the integrated gain Kif may be set.
Figure 2021158739

従って、ロータの磁気飽和を考えると、比例ゲインKpfを、微分インダクタンスdLfに比例するように設定すればよいことがわかる。微分インダクタンスdLfは、図8の(c)に示すように、図8の(b)のインダクタンスLfよりも急峻に変化する。 Therefore, considering the magnetic saturation of the rotor, it can be seen that the proportional gain Kpf should be set to be proportional to the differential inductance dLf. As shown in FIG. 8 (c), the differential inductance dLf changes steeper than the inductance Lf in FIG. 8 (b).

例えば、図8の動作点A、動作点B、及び動作点Cの場合について比較説明する。動作点Bでは、動作点Aに対して磁束φfが1.9倍となる一方で、磁気飽和によってインダクタンスLfが0.4倍、微分インダクタンスdLfが0.1倍となる。d軸電流Idが0であり、q軸電流Iqが同じである条件では、動作点Bでは動作点Aの1.9倍の出力トルクを得られる。動作点BのインダクタンスLfに基づき比例ゲインKpfを設定すると、本来設定したい微分インダクタンスdLfに基づいた値の4倍になり、応答周波数fcfが目標周波数の4倍となる。その結果、図6のハッチング領域からはみ出して、界磁電流のフィードバック制御系が不安定化する可能性がある。 For example, the cases of the operating point A, the operating point B, and the operating point C in FIG. 8 will be compared and described. At the operating point B, the magnetic flux φf is 1.9 times that of the operating point A, while the inductance Lf is 0.4 times and the differential inductance dLf is 0.1 times due to magnetic saturation. Under the condition that the d-axis current Id is 0 and the q-axis current Iq is the same, an output torque 1.9 times that of the operating point A can be obtained at the operating point B. When the proportional gain Kpf is set based on the inductance Lf of the operating point B, the value is four times the value based on the differential inductance dLf that is originally desired to be set, and the response frequency fcf is four times the target frequency. As a result, there is a possibility that the field current feedback control system becomes unstable because it extends beyond the hatched region of FIG.

さらに、動作点Cでは、動作点Aに対して磁束φが2倍となる一方で、磁気飽和によってインダクタンスLfが0.2倍、微分インダクタンスdLfが0.02倍となる。d軸電流Idが0であり、q軸電流Iqが同じである条件では、動作点Cでは動作点Aの2倍の出力トルクを得られる。動作点CのインダクタンスLfに基づき比例ゲインKpfを設定すると、本来設定したい微分インダクタンスdLfに基づいた値の10倍になり、応答周波数fcfが目標周波数の10倍となる。その結果、図6のハッチング領域からはみ出して、界磁電流のフィードバック制御系が、動作点Bよりさらに不安定化する可能性がある。 Further, at the operating point C, the magnetic flux φ is doubled with respect to the operating point A, while the inductance Lf is 0.2 times and the differential inductance dLf is 0.02 times due to magnetic saturation. Under the condition that the d-axis current Id is 0 and the q-axis current Iq is the same, an output torque twice that of the operating point A can be obtained at the operating point C. When the proportional gain Kpf is set based on the inductance Lf of the operating point C, the value is 10 times the value based on the differential inductance dLf that is originally desired to be set, and the response frequency fcf is 10 times the target frequency. As a result, the field current feedback control system may become more unstable than the operating point B, protruding from the hatched region of FIG.

また、界磁電流Ifの動作領域を動作点Cまでとすると、動作点Aでの微分インダクタンスdLfに基づいて固定の比例ゲインKpfを設定すると、動作点Cでは応答周波数fcfが、目標周波数の50倍になるため、界磁電流のフィードバック制御系が不安定化する。一方、動作点Cでの微分インダクタンスdLfに基づいて固定の比例ゲインKpfを設定すると、動作点Aでは応答周波数fcfが、目標周波数の0.02倍になるため、界磁電流のフィードバック制御系は緩慢な応答となる。 Further, assuming that the operating region of the field current If is up to the operating point C, if a fixed proportional gain Kpf is set based on the differential inductance dLf at the operating point A, the response frequency fcf at the operating point C is 50, which is the target frequency. Since it is doubled, the feedback control system of the field current becomes unstable. On the other hand, if a fixed proportional gain Kpf is set based on the differential inductance dLf at the operating point C, the response frequency fcf at the operating point A becomes 0.02 times the target frequency. It will be a slow response.

つまり、磁気飽和領域まで積極的に利用する界磁電流制御において、界磁電流Ifの動作領域の全域に亘って、目標とする応答周波数fcfを実現するためには、比例ゲインKpfが、界磁電流Ifに応じて変化する微分インダクタンスdLfに比例して変化するように設定する必要がある。 That is, in the field current control that positively uses up to the magnetic saturation region, in order to realize the target response frequency fcf over the entire operating region of the field current If, the proportional gain Kpf is set to the field. It is necessary to set it so that it changes in proportion to the differential inductance dLf that changes according to the current If.

<比例ゲインの設定>
以上の導出結果に基づき、界磁電流の制御系が設計されている。すなわち、電圧指令値算出部352は、比例積分制御の比例ゲインKpfが、界磁電流Ifに応じて変化する微分インダクタンスdLfに比例して変化するように、界磁電流の情報に基づいて、比例ゲインKpfを設定する。ここで、微分インダクタンスdLfは、式(11)を用いて上述したように、界磁電流Ifの各動作点における、界磁電流Ifの変化に対するロータの磁束ψfの変化の比である。
<Proportional gain setting>
Based on the above derivation results, the field current control system is designed. That is, the voltage command value calculation unit 352 is proportional based on the field current information so that the proportional gain Kpf of the proportional integration control changes in proportion to the differential inductance dLf that changes according to the field current If. Set the gain Kpf. Here, the differential inductance dLf is the ratio of the change in the magnetic flux ψf of the rotor to the change in the field current If at each operating point of the field current If, as described above using the equation (11).

この構成によれば、ロータが磁気飽和する領域まで、界磁電流Ifが増加されても、比例ゲインKpfを、界磁電流Ifに応じて変化する微分インダクタンスdLfに比例して変化するように設定でき、界磁電流のフィードバック制御系の応答周波数fcfが変化することを抑制できる。よって、界磁電流のフィードバック制御系を、界磁電流Ifの動作領域の全域に亘って安定化させることができる。 According to this configuration, even if the field current If is increased up to the region where the rotor is magnetically saturated, the proportional gain Kpf is set to change in proportion to the differential inductance dLf that changes according to the field current If. It is possible to suppress the change in the response frequency fcf of the field current feedback control system. Therefore, the field current feedback control system can be stabilized over the entire operating region of the field current If.

本実施の形態では、電圧指令値算出部352は、界磁電流の情報に基づいて、微分インダクタンスdLfを算出する。電圧指令値算出部352は、界磁電流の情報として、界磁電流の検出値Ifrを用いる。そして、電圧指令値算出部352は、図8の(c)に示すような、界磁電流Ifと微分インダクタンスdLfとの関係が予め設定された設定データを用いて、現在の界磁電流の検出値Ifrに対応する微分インダクタンスdLfを算出する。この設定データには、図9に示すような、テーブルデータが用いられてもよいし、多項式などの高次の近似式が用いられてもよい。 In the present embodiment, the voltage command value calculation unit 352 calculates the differential inductance dLf based on the field current information. The voltage command value calculation unit 352 uses the field current detection value Ifr as the field current information. Then, the voltage command value calculation unit 352 detects the current field current by using the setting data in which the relationship between the field current If and the differential inductance dLf is preset as shown in FIG. 8C. The differential inductance dLf corresponding to the value Ifr is calculated. As the setting data, table data as shown in FIG. 9 may be used, or a high-order approximate expression such as a polynomial may be used.

或いは、電圧指令値算出部352は、界磁電流の情報として、界磁電流指令値Ifoに対して、界磁電流指令値Ifoから界磁電流の検出値Ifrまでの閉ループ伝達関数Gfb(s)に相当する応答遅れ処理を行って算出した、界磁電流の推定値を用いてもよい。例えば、この応答遅れ処理には、式(12)の第1式に示したような、応答周波数fcfの一次遅れが用いられる。なお、一次遅れの時定数は、fcf×2πの逆数になる。このように構成すれば、界磁電流の検出誤差の影響を受け難くなる。 Alternatively, the voltage command value calculation unit 352 uses the closed loop transmission function Gfb (s) from the field current command value Ifo to the field current detection value Ifr with respect to the field current command value Ifo as field current information. The estimated value of the field current calculated by performing the response delay processing corresponding to the above may be used. For example, in this response delay processing, a first-order delay of the response frequency fcf as shown in the first equation of the equation (12) is used. The time constant of the first-order lag is the reciprocal of fcf × 2π. With this configuration, it is less susceptible to the field current detection error.

そして、電圧指令値算出部352は、次式に示すように、微分インダクタンスdLfに、予め設定された換算係数Kcを乗算して、比例ゲインKpfを算出する。

Figure 2021158739
Then, the voltage command value calculation unit 352 calculates the proportional gain Kpf by multiplying the differential inductance dLf by the preset conversion coefficient Kc, as shown in the following equation.
Figure 2021158739

換算係数Kcは、式(13)のように、2π×fcfに設定されてもよいが、以下で説明するように、実際の演算処理に生じる演算周期Tsfのむだ時間の影響を考慮して設定される。上述したように、界磁電流制御の演算周期Tsfは、できるだけ長く設定されるので、影響は無視できない。この演算周期Tsfのむだ時間要素の伝達関数Gd(s)を、次式に示すように、1次のパデ近似で近似して表現する。ここでは、むだ時間を演算周期Tsfとして説明するが、界磁電流を検出してから界磁電圧指令値が出力に反映されるまでの時間とすればよい。

Figure 2021158739
The conversion coefficient Kc may be set to 2π × fcf as in the equation (13), but as described below, it is set in consideration of the influence of the waste time of the calculation cycle Tsf that occurs in the actual calculation processing. Will be done. As described above, the calculation cycle Tsf of the field current control is set as long as possible, so that the influence cannot be ignored. The transfer function Gd (s) of the dead time element of the calculation cycle Tsf is approximated by a first-order Padé approximation as shown in the following equation. Here, the dead time will be described as the calculation cycle Tsf, but it may be the time from the detection of the field current to the reflection of the field voltage command value in the output.
Figure 2021158739

この式(15)を用いると、閉ループ伝達関数Gfb(s)は、次式のようになる。

Figure 2021158739
Using this equation (15), the closed-loop transfer function Gfb (s) becomes as follows.
Figure 2021158739

この式(16)の閉ループ伝達関数Gfb(s)の応答周波数(カットオフ周波数)が、目標の応答周波数fcfになるためには、目標の応答周波数fcfにおけるゲインが、次式の関係を満たすように、比例ゲインKpf及び積分ゲインKifが設定されればよい。なお、比例積分制御の伝達関数Gcf(s)には、式(6)が用いられ、界磁巻線の伝達関数Gpf(s)には、式(12)が用いられる。

Figure 2021158739
In order for the response frequency (cutoff frequency) of the closed-loop transfer function Gfb (s) of the equation (16) to be the target response frequency fcf, the gain at the target response frequency fcf must satisfy the relationship of the following equation. The proportional gain Kpf and the integrated gain Kif may be set. The equation (6) is used for the transfer function Gcf (s) of the proportional integral control, and the equation (12) is used for the transfer function Gpf (s) of the field winding.
Figure 2021158739

式(17)を満たす、比例ゲインKpf及び積分ゲインKifは次式のようになる。ここで、Klは、式(17)が満たされるように、1以下の正の値に設定される調整ゲインであり、演算周期Tsfに応じて変化する。

Figure 2021158739
The proportional gain Kpf and the integrated gain Kif satisfying the equation (17) are as follows. Here, Kl is an adjustment gain set to a positive value of 1 or less so that the equation (17) is satisfied, and changes according to the calculation cycle Tsf.
Figure 2021158739

よって、電圧指令値算出部352は、式(18)の第1式を用い、比例ゲインKpfを算出する。また、電圧指令値算出部352は、式(18)の第2式を用い、積分ゲインKifを設定する。なお、電圧指令値算出部352は、目標の応答周波数fcfを、運転状態に応じて変化してもよい。なお、むだ時間要素を式(19)として、式(20)と式(17)から調整ゲインKlを算出してもよい。

Figure 2021158739
Therefore, the voltage command value calculation unit 352 calculates the proportional gain Kpf using the first equation of the equation (18). Further, the voltage command value calculation unit 352 sets the integral gain Kif by using the second equation of the equation (18). The voltage command value calculation unit 352 may change the target response frequency fcf according to the operating state. The adjustment gain Kl may be calculated from the equations (20) and (17) with the dead time element as the equation (19).
Figure 2021158739

或いは、電圧指令値算出部352は、界磁電流Ifと比例ゲインKpfとの関係が予め設定された設定データを用いて、現在の界磁電流の検出値Ifrに対応する比例ゲインKpfを算出してもよい。この設定データは、図8の(c)の特性及び式(18)の第1式を用いて、比例ゲインKpfが、界磁電流Ifに応じて変化する微分インダクタンスdLfに比例して変化するように、予め設定される。 Alternatively, the voltage command value calculation unit 352 calculates the proportional gain Kpf corresponding to the current detected value Ifr of the field current using the setting data in which the relationship between the field current If and the proportional gain Kpf is preset. You may. This setting data uses the characteristics of FIG. 8 (c) and the first equation of equation (18) so that the proportional gain Kpf changes in proportion to the differential inductance dLf that changes according to the field current If. Is preset.

<比例ゲインおよび積分ゲインの設定>
上述の式(14)では比例ゲインKpfの算出において換算係数Kcを乗算したが、式(20)に示すように、比例ゲインKpfと同様に、界磁巻線の抵抗Rfに、換算係数Kcを乗算して、積分ゲインKifを算出してもよい。

Figure 2021158739
<Setting of proportional gain and integrated gain>
In the above equation (14), the conversion coefficient Kc was multiplied in the calculation of the proportional gain Kpf, but as shown in the equation (20), the conversion coefficient Kc was added to the resistance Rf of the field winding as in the proportional gain Kpf. The integrated gain Kif may be calculated by multiplication.
Figure 2021158739

式(19)および式(17)から、比例ゲインKpf及び積分ゲインKifは式(21)のようになる。

Figure 2021158739
From equations (19) and (17), the proportional gain Kpf and the integral gain Kif are as shown in equation (21).
Figure 2021158739

むだ時間をTLとしたとき、調整ゲインKlは、式(22)で与えられ、むだ時間TL及び応答周波数fcfで決定される。

Figure 2021158739
When the dead time is TL, the adjustment gain Kl is given by the equation (22) and is determined by the dead time TL and the response frequency fcf.
Figure 2021158739

つまり、調整ゲインKlは、式(23)のように、むだ時間TLの分だけ見かけ上大きくなる応答周波数を低減する1以下の正の係数である。

Figure 2021158739
That is, the adjustment gain Kl is a positive coefficient of 1 or less that reduces the response frequency that is apparently increased by the amount of the dead time TL, as in the equation (23).
Figure 2021158739

比例ゲインKpfおよび積分ゲインKifを式(21)で与える場合、閉ループ伝達関数Gfb(s)において、厳密に極零相殺が可能なため、微分インダクタンスdLfおよび抵抗Rfが調整ゲインKlに関与しない。つまり、微分インダクタンスdLf及び抵抗Rfの双方又は一方の変化幅が大きい場合であっても、調整ゲインKlを一定値で与えることが可能である。また、調整ゲインKlが極零相殺に影響を与えないため、調整ゲインKlと1との差が大きい場合であっても、オーバーシュートを抑制することができる。 When the proportional gain Kpf and the integral gain Kif are given by the equation (21), the differential inductance dLf and the resistance Rf do not participate in the adjustment gain Kl because the pole-zero cancellation is possible in the closed loop transfer function Gfb (s). That is, even when the change width of both or one of the differential inductance dLf and the resistance Rf is large, it is possible to give the adjustment gain Kl at a constant value. Further, since the adjustment gain Kl does not affect the pole-zero cancellation, overshoot can be suppressed even when the difference between the adjustment gain Kl and 1 is large.

<車両の発電電動機として用いられる場合>
本実施の形態の交流回転機の制御装置を、車両用の発電電動機に使用する場合、図10のような構成となる。交流回転機1のロータの回転軸は、プーリ及びベルト機構101を介して、内燃機関100のクランク軸に連結されている。交流回転機1の回転軸は、内燃機関100及び変速装置102を介して車輪103に連結される。交流回転機1は、電動機として機能し、内燃機関100の補機として、車輪103の駆動力源となると共に、発電機として機能し、内燃機関100の回転を利用して発電を行う。電機子巻線の電流指令値算出部332及び界磁巻線の電流指令値算出部351は、トルク指令値To等の制御指令値に基づいて、電機子電流指令値Ido、Iqo及び界磁電流指令値Ifoを算出する。
<When used as a generator motor for vehicles>
When the control device for the AC rotary machine of the present embodiment is used for a generator motor for a vehicle, the configuration is as shown in FIG. The rotating shaft of the rotor of the AC rotating machine 1 is connected to the crankshaft of the internal combustion engine 100 via a pulley and a belt mechanism 101. The rotating shaft of the AC rotating machine 1 is connected to the wheels 103 via the internal combustion engine 100 and the transmission 102. The AC rotating machine 1 functions as an electric motor, serves as an auxiliary machine for the internal combustion engine 100, serves as a driving force source for the wheels 103, and also functions as a generator, and generates electricity by utilizing the rotation of the internal combustion engine 100. The current command value calculation unit 332 of the armature winding and the current command value calculation unit 351 of the field winding have the armature current command values Ido, Iqo and the field current based on the control command values such as the torque command value To. The command value Ifo is calculated.

近年は、アイドルストップ車が増加しており、交流回転機1の駆動トルクにより内燃機関を再始動させる際の、駆動トルクの立ち上がり時間の短縮が求められている。界磁電流の立ち上がり時間は、駆動トルクの立ち上がり時間に大きく影響するため、界磁電流制御の応答周波数を高くしたい。上述したように、微分インダクタンスdLfを考慮して比例ゲインKpfを適切に設定することで、広範囲の界磁電流に対して所望の応答周波数を実現し、駆動トルクの立ち上がり時間を短縮することができる。 In recent years, the number of idle-stop vehicles has increased, and there is a demand for shortening the rise time of the drive torque when the internal combustion engine is restarted by the drive torque of the AC rotating machine 1. Since the rising time of the field current greatly affects the rising time of the drive torque, we want to increase the response frequency of the field current control. As described above, by appropriately setting the proportional gain Kpf in consideration of the differential inductance dLf, a desired response frequency can be realized for a wide range of field currents, and the rise time of the drive torque can be shortened. ..

また、燃費改善のために、交流回転機1の駆動トルクにより内燃機関のトルクをアシストする場合においても、比例ゲインKpfを適切に設定することで、加速時の駆動トルクの立ち上がりを向上することが可能である。さらに、駆動側での利用頻度が増えるほど、電力収支を確保するために効率的な発電が要求されるようになるが、比例ゲインKpfを適切に設定することで、広範囲の界磁電流に対して所望の応答周波数を実現し、磁束の立ち上がり時間を短縮することができ、発電量の応答を向上させることができる。 Further, in order to improve fuel efficiency, even when the torque of the internal combustion engine is assisted by the drive torque of the AC rotary machine 1, the rise of the drive torque during acceleration can be improved by appropriately setting the proportional gain Kpf. It is possible. Furthermore, as the frequency of use on the drive side increases, efficient power generation is required to secure the power balance, but by appropriately setting the proportional gain Kpf, it is possible to cover a wide range of field currents. Therefore, a desired response frequency can be realized, the rise time of the magnetic flux can be shortened, and the response of the amount of power generation can be improved.

2.実施の形態2
次に、実施の形態2に係る交流回転機1及び制御装置11について説明する。上記の実施の形態1と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る交流回転機1及び制御装置11の基本的な構成は実施の形態1と同様であるが、比例ゲインKpfの設定方法が実施の形態1と異なる。図11に、本実施の形態に係る制御装置11のブロック図を示す。
2. Embodiment 2
Next, the AC rotating machine 1 and the control device 11 according to the second embodiment will be described. Description of the same components as in the first embodiment will be omitted. The basic configuration of the AC rotating machine 1 and the control device 11 according to the present embodiment is the same as that of the first embodiment, but the method of setting the proportional gain Kpf is different from that of the first embodiment. FIG. 11 shows a block diagram of the control device 11 according to the present embodiment.

実施の形態1では、Id=0制御が行われており、界磁電流の情報に基づいて、比例ゲインKpfが設定されていた。しかし、本実施の形態では、電機子電流におけるロータの磁極方向の成分であるd軸電流Idが0から変化される。そのため、電圧指令値算出部352は、界磁電流の情報に加えて、d軸電流の情報に基づいて、比例ゲインKpfを設定する。 In the first embodiment, Id = 0 control is performed, and the proportional gain Kpf is set based on the information of the field current. However, in the present embodiment, the d-axis current Id, which is a component of the armature current in the magnetic pole direction of the rotor, is changed from 0. Therefore, the voltage command value calculation unit 352 sets the proportional gain Kpf based on the information of the d-axis current in addition to the information of the field current.

本実施の形態では、電機子電流制御部33の電流指令値算出部332は、d軸の電流指令値Idoを0から変化させる。電流指令値算出部332は、最大トルク電流制御又は弱め磁束制御等により、d軸の電流指令値Idoを0から減少させる。或いは、電流指令値算出部332は、ロータの磁束を強めるために、d軸の電流指令値Idoを0から増加させてもよい。実施の形態1で説明したように、d軸電流の検出値Idrは、d軸の電流指令値Idoに追従するように制御される。 In the present embodiment, the current command value calculation unit 332 of the armature current control unit 33 changes the current command value Ido of the d-axis from 0. The current command value calculation unit 332 reduces the current command value Ido of the d-axis from 0 by the maximum torque current control, the weakening magnetic flux control, or the like. Alternatively, the current command value calculation unit 332 may increase the current command value Ido on the d-axis from 0 in order to strengthen the magnetic flux of the rotor. As described in the first embodiment, the detected value Idr of the d-axis current is controlled so as to follow the current command value Ido of the d-axis.

d軸電流Idが0から増加されると、ロータの磁束ψfが増加し、Id=0の状態よりも、より小さい界磁電流Ifでロータに磁気飽和が生じる。一方、d軸電流Idが0から減少されると、ロータの磁束ψfが減少し、Id=0の状態よりも、より大きい界磁電流Ifでロータに磁気飽和が生じる。よって、d軸電流Idの0からの増減により、同じ界磁電流Ifにおいても、磁気飽和の程度が増減し、図12に示すように、微分インダクタンスdLfが増減する。 When the d-axis current Id is increased from 0, the magnetic flux ψf of the rotor increases, and magnetic saturation occurs in the rotor at a field current If smaller than that in the state of Id = 0. On the other hand, when the d-axis current Id is reduced from 0, the magnetic flux ψf of the rotor is reduced, and magnetic saturation occurs in the rotor at a field current If larger than that in the state of Id = 0. Therefore, as the d-axis current Id increases or decreases from 0, the degree of magnetic saturation increases or decreases even in the same field current If, and as shown in FIG. 12, the differential inductance dLf increases or decreases.

図12において、実線はd軸電流Idが0であり、破線はd軸電流Idが0より大きく、一点鎖線はd軸電流Idが0より小さい場合の、界磁電流Ifと微分インダクタンスdLfとの関係を表す。このように、d軸電流Idが0から変化される場合は、微分インダクタンスdLfは、界磁電流If及びd軸電流Idに応じて変化する。 In FIG. 12, the solid line shows the d-axis current Id of 0, the broken line shows the d-axis current Id of more than 0, and the alternate long and short dash line shows the field current If and the differential inductance dLf when the d-axis current Id is smaller than 0. Represents a relationship. In this way, when the d-axis current Id is changed from 0, the differential inductance dLf changes according to the field current If and the d-axis current Id.

そこで、本実施の形態では、電圧指令値算出部352は、界磁電流の情報及びd軸電流の情報に基づいて、比例ゲインKpfを設定する。電圧指令値算出部352は、比例ゲインKpfが、界磁電流If及びd軸電流Idに応じて変化する微分インダクタンスdLfに比例して変化するように、界磁電流の情報及びd軸電流の情報に基づいて、比例ゲインKpfを設定する。 Therefore, in the present embodiment, the voltage command value calculation unit 352 sets the proportional gain Kpf based on the information of the field current and the information of the d-axis current. The voltage command value calculation unit 352 determines the field current information and the d-axis current information so that the proportional gain Kpf changes in proportion to the differential inductance dLf that changes according to the field current If and the d-axis current Id. Based on, the proportional gain Kpf is set.

この構成によれば、d軸電流Idが0から変化されることにより、同じ界磁電流Ifにおいて、ロータの磁束ψfが変化し、ロータの磁気飽和の程度が変化し、微分インダクタンスdLfが変化する場合でも、比例ゲインKpfを、界磁電流If及びd軸電流Idに応じて変化する微分インダクタンスdLfに比例して変化するように設定でき、界磁電流のフィードバック制御系の応答周波数fcfが変化することを抑制できる。よって、d軸電流Idが0から変化されても、界磁電流のフィードバック制御系を、界磁電流Ifの動作領域の全域に亘って安定化させることができる。 According to this configuration, when the d-axis current Id is changed from 0, the magnetic flux ψf of the rotor changes, the degree of magnetic saturation of the rotor changes, and the differential inductance dLf changes in the same field current If. Even in this case, the proportional gain Kpf can be set to change in proportion to the differential inductance dLf that changes according to the field current If and the d-axis current Id, and the response frequency fcf of the field current feedback control system changes. Can be suppressed. Therefore, even if the d-axis current Id is changed from 0, the field current feedback control system can be stabilized over the entire operating region of the field current If.

本実施の形態では、電圧指令値算出部352は、界磁電流の情報及びd軸電流の情報に基づいて、微分インダクタンスdLfを算出する。実施の形態1と同様に、電圧指令値算出部352は、界磁電流の情報として、界磁電流の検出値Ifr又は界磁電流の推定値を用いる。 In the present embodiment, the voltage command value calculation unit 352 calculates the differential inductance dLf based on the field current information and the d-axis current information. Similar to the first embodiment, the voltage command value calculation unit 352 uses the detected value Ifr of the field current or the estimated value of the field current as the information of the field current.

電圧指令値算出部352は、d軸電流の情報として、d軸電流の検出値Idrを用いる。或いは、電圧指令値算出部352は、d軸電流の情報として、d軸の電流指令値Idoを用いてもよい。式(2)を用いて説明したように、界磁電流指令値Ifoから界磁電流の検出値Ifrまでのフィードバック制御系(閉ループ伝達関数)の応答周波数fcfは、電機子電流指令値から電機子電流の検出値までのフィードバック制御系(閉ループ伝達関数)の応答周波数fcsよりも低くされている。そのため、界磁電流の応答に比べて、実際のd軸電流Idとd軸の電流指令値Idoとの応答差は小さいため、d軸電流の情報として、d軸の電流指令値Idoを用いても、実用上許容できる。 The voltage command value calculation unit 352 uses the detected value Idr of the d-axis current as the information of the d-axis current. Alternatively, the voltage command value calculation unit 352 may use the d-axis current command value Ido as the d-axis current information. As described using the equation (2), the response frequency fcf of the feedback control system (closed loop transfer function) from the field current command value Ifo to the field current detection value Ifr is determined from the armature current command value to the armature. It is lower than the response frequency fcs of the feedback control system (closed loop transfer function) up to the detected value of the current. Therefore, the response difference between the actual d-axis current Id and the d-axis current command value Ido is smaller than the response of the field current. Therefore, the d-axis current command value Ido is used as the d-axis current information. Is also practically acceptable.

電圧指令値算出部352は、界磁電流If及びd軸電流Idと微分インダクタンスdLfとの関係が予め設定された設定データを用いて、現在の界磁電流の検出値Ifr又は界磁電流の推定値、及びd軸電流の検出値Idr又はd軸の電流指令値Idoに対応する微分インダクタンスdLfを算出する。この設定データには、図13に示すような、界磁電流If及びd軸電流Idを検索軸とするテーブルデータが用いられてもよいし、高次の近似式が用いられてもよい。また、d軸電流Idが大きいほど微分インダクタンスdLfの低下が進むことから、微分インダクタンスdLfの算出に、d軸電流の検出値Idrとd軸の電流指令値Idoとのいずれか大きい方を選択して、使用してもよい。 The voltage command value calculation unit 352 estimates the current field current detection value Ifr or field current using the setting data in which the relationship between the field current If and the d-axis current Id and the differential inductance dLf is preset. The value and the differential inductance dLf corresponding to the detected value Idr of the d-axis current or the current command value Ido of the d-axis are calculated. As the setting data, table data having the field current If and the d-axis current Id as the search axis as shown in FIG. 13 may be used, or a higher-order approximate expression may be used. Further, since the differential inductance dLf decreases as the d-axis current Id increases, the larger of the d-axis current detection value Idr and the d-axis current command value Ido is selected for the calculation of the differential inductance dLf. You may use it.

<微分インダクタンスdLfの設定データ量の低減>
図12に示すように、界磁電流Ifの変化に対して微分インダクタンスdLfが大きく変化する屈曲点の界磁電流Ifは、d軸電流Idに応じて変化する。従って、図13のようなテーブルデータにおいて、微分インダクタンスdLfの設定精度を上げるためには屈曲点付近の検索軸の刻み幅を細かくする必要がある。しかし、d軸電流Idに応じて屈曲点が変化するため、全てのd軸電流Idにおいて精度を上げようとすると、界磁電流Ifの検索軸の刻み幅、及びd軸電流Idの検索軸の刻み幅を細かくする必要があり、データ量が増加する。
<Reduction of the set data amount of the differential inductance dLf>
As shown in FIG. 12, the field current If at the bending point where the differential inductance dLf changes significantly with respect to the change in the field current If changes according to the d-axis current Id. Therefore, in the table data as shown in FIG. 13, in order to improve the setting accuracy of the differential inductance dLf, it is necessary to make the step size of the search axis near the bending point finer. However, since the bending point changes according to the d-axis current Id, when trying to improve the accuracy in all the d-axis current Id, the step size of the search axis of the field current If and the search axis of the d-axis current Id It is necessary to make the step size finer, which increases the amount of data.

そこで、微分インダクタンスdLfの設定データ量を低減する方法を検討する。ロータの合計の磁束は、次式で与えられる。

Figure 2021158739
Therefore, a method of reducing the set data amount of the differential inductance dLf will be examined. The total magnetic flux of the rotor is given by the following equation.
Figure 2021158739

界磁巻線に対する電機子巻線の巻数比Knを、式(25)で与えると、ロータの合計磁束は、式(26)で表現できる。なお、巻数比Knは、磁気飽和が生じていない場合の、界磁巻線のインダクタンスLfに対する電機子巻線のd軸インダクタンスLdの比になる。

Figure 2021158739
Figure 2021158739
When the turn ratio Kn of the armature winding to the field winding is given by the equation (25), the total magnetic flux of the rotor can be expressed by the equation (26). The turns ratio Kn is the ratio of the d-axis inductance Ld of the armature winding to the inductance Lf of the field winding when magnetic saturation does not occur.
Figure 2021158739
Figure 2021158739

つまり、ロータの合計磁束は、巻数比Knにd軸電流Idを乗算した値に、界磁電流Ifを加算した値である換算合計電流値によって表現できる。よって、微分インダクタンスdLfは、換算合計電流値を用いて表現できる。 That is, the total magnetic flux of the rotor can be expressed by a converted total current value which is a value obtained by multiplying the turns ratio Kn by the d-axis current Id and adding the field current If. Therefore, the differential inductance dLf can be expressed using the converted total current value.

そこで、電圧指令値算出部352は、巻数比Knにd軸電流Idを乗算した値に、界磁電流Ifを加算した値である換算合計電流値に基づいて、微分インダクタンスdLfを算出する。例えば、電圧指令値算出部352は、換算合計電流値と微分インダクタンスとの関係が予め設定された設定データを参照し、現在の換算合計電流値に対応する微分インダクタンスdLfを算出する。この設定データには、図14に示すような、換算合計電流値を検索軸とするテーブルデータを用いることができる。すなわち、換算合計電流値における1つの屈曲点において、刻み幅を細かくすればよいので、データ量を低減できる。 Therefore, the voltage command value calculation unit 352 calculates the differential inductance dLf based on the converted total current value, which is the value obtained by multiplying the turns ratio Kn by the d-axis current Id and adding the field current If. For example, the voltage command value calculation unit 352 calculates the differential inductance dLf corresponding to the current converted total current value by referring to the setting data in which the relationship between the converted total current value and the differential inductance is set in advance. As the setting data, table data having the converted total current value as the search axis as shown in FIG. 14 can be used. That is, since the step size may be made finer at one bending point in the converted total current value, the amount of data can be reduced.

<転用例>
上記の各実施の形態では。ステータに1組の3相の電機子巻線が設けられる場合を例に説明した。しかし、ステータに複数組(例えば2組)の電機子巻線が設けられ、各組の電機子巻線に対応してインバータ及び制御装置の電機子電流制御部が設けられてもよい。この場合も、実施の形態2において、複数組の電機子巻線の電流の合計のd軸電流が用いられればよい。
<Example of diversion>
In each of the above embodiments. The case where a set of three-phase armature windings is provided on the stator has been described as an example. However, a plurality of sets (for example, two sets) of armature windings may be provided on the stator, and armature current control units of an inverter and a control device may be provided corresponding to each set of armature windings. Also in this case, in the second embodiment, the d-axis current, which is the total current of the plurality of sets of armature windings, may be used.

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.

4 界磁巻線、11 交流回転機の制御装置、12 電機子巻線、14 ロータ、18 ステータ、Id d軸電流、If 界磁電流、Ifo 界磁電流指令値、Ifr 界磁電流の検出値、Kn 巻数比、Kc 換算係数、Kpf 比例ゲイン、Ld d軸インダクタンス、dLf 微分インダクタンス、fcf 応答周波数 4 Field winding, 11 AC rotating machine control device, 12 Armature winding, 14 Rotor, 18 stator, Id d-axis current, If field current, Ifo field current command value, Ifr field current detection value , Kn turns ratio, Kc conversion coefficient, Kpf proportional gain, Ld d-axis inductance, dLf differential inductance, fcf response frequency

Claims (17)

界磁巻線を設けたロータと電機子巻線を設けたステータとを有する交流回転機を制御する交流回転機の制御装置であって、
前記界磁巻線に流れる電流である界磁電流を検出し、前記界磁電流の検出値が界磁電流指令値に近づくように、前記界磁電流指令値と前記界磁電流の検出値との偏差に対して比例積分制御を行って、界磁電圧指令値を算出し、前記界磁電圧指令値に基づいて、前記界磁巻線に電圧を印加し、
前記界磁電流の各動作点における、前記界磁電流の変化に対する前記ロータの磁束の変化の比を、微分インダクタンスとし、
前記比例積分制御の比例ゲインが、前記界磁電流に応じて変化する前記微分インダクタンスに比例して変化するように、前記界磁電流の情報に基づいて、前記比例ゲインを設定する交流回転機の制御装置。
A control device for an AC rotor that controls an AC rotor having a rotor provided with field windings and a stator provided with armature windings.
The field current, which is the current flowing through the field winding, is detected, and the field current command value and the field current detection value are set so that the detected value of the field current approaches the field current command value. The field voltage command value is calculated by performing proportional integration control with respect to the deviation of, and a voltage is applied to the field winding based on the field voltage command value.
The ratio of the change in the magnetic flux of the rotor to the change in the field current at each operating point of the field current is defined as the differential inductance.
An AC rotating machine that sets the proportional gain based on the information of the field current so that the proportional gain of the proportional integration control changes in proportion to the differential inductance that changes according to the field current. Control device.
前記界磁電流の情報に基づいて、前記微分インダクタンスを算出し、
前記微分インダクタンスに、予め設定された換算係数を乗算して、前記比例ゲインを算出する請求項1に記載の交流回転機の制御装置。
Based on the field current information, the differential inductance is calculated.
The control device for an AC rotating machine according to claim 1, wherein the differential inductance is multiplied by a preset conversion coefficient to calculate the proportional gain.
前記界磁電流の情報に基づいて、前記微分インダクタンスを算出し、
前記比例ゲインをKpfとし、前記界磁電流指令値から前記界磁電流の検出値までのフィードバック制御系の応答周波数をfcfとし、前記微分インダクタンスをdLfとし、1以下の正の値に予め設定された調整ゲインをKLとし、
Kpf=KL×2π×fcf×dLf
の算出式を用い、前記比例ゲインを算出する請求項1又は2に記載の交流回転機の制御装置。
Based on the field current information, the differential inductance is calculated.
The proportional gain is Kpf, the response frequency of the feedback control system from the field current command value to the detected value of the field current is fcf, the differential inductance is dLf, and a positive value of 1 or less is preset. Set the adjustment gain to KL and set it to KL.
Kpf = KL x 2π x fcf x dLf
The control device for an AC rotary machine according to claim 1 or 2, wherein the proportional gain is calculated by using the calculation formula of.
前記界磁電流の情報に基づいて、前記微分インダクタンスを算出し、
前記比例ゲインをKpfとし、前記比例積分制御の積分ゲインをKifとし、前記界磁電流指令値から前記界磁電流の検出値までのフィードバック制御系の応答周波数をfcfとし、前記微分インダクタンスをdLfとし、前記界磁巻線の抵抗をRfとし、1以下の正の値に予め設定された調整ゲインをKLとし、
Kpf=KL×2π×fcf×dLf
Kif=KL×2π×fcf×Rf
の算出式を用い、前記比例ゲインおよび前記積分ゲインを算出する請求項1又は2に記載の交流回転機の制御装置。
Based on the field current information, the differential inductance is calculated.
The proportional gain is Kpf, the integrated gain of the proportional integral control is Kif, the response frequency of the feedback control system from the field current command value to the detected value of the field current is fcf, and the differential inductance is dLf. The resistance of the field winding is Rf, and the adjustment gain preset to a positive value of 1 or less is KL.
Kpf = KL x 2π x fcf x dLf
Kif = KL x 2π x fcf x Rf
The control device for an AC rotating machine according to claim 1 or 2, wherein the proportional gain and the integrated gain are calculated by using the calculation formula of the above.
前記調整ゲインは、前記界磁電流の制御系におけるむだ時間と前記応答周波数とに基づいて決定されている請求項4に記載の交流回転機の制御装置。 The control device for an AC rotor according to claim 4, wherein the adjustment gain is determined based on the dead time in the field current control system and the response frequency. 前記電機子巻線に交流電圧を印加して、前記電機子巻線に流れる電流である電機子電流を制御し、前記電機子電流における前記ロータの磁極方向の成分であるd軸電流を0から変化させ、
前記比例ゲインが、前記界磁電流及び前記d軸電流に応じて変化する前記微分インダクタンスに比例して変化するように、前記界磁電流の情報及び前記d軸電流の情報に基づいて、前記比例ゲインを設定する請求項1から5のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
An AC voltage is applied to the armature winding to control the armature current, which is the current flowing through the armature winding, and the d-axis current, which is a component of the armature current in the magnetic pole direction of the rotor, is changed from 0. Change,
Based on the field current information and the d-axis current information, the proportional gain changes in proportion to the field current and the differential inductance that changes according to the d-axis current. The control device for an AC rotating machine according to any one of claims 1 to 5, wherein the gain is set.
界磁巻線を設けたロータと電機子巻線を設けたステータとを有する交流回転機を制御する交流回転機の制御装置であって、
前記界磁巻線に流れる電流である界磁電流を検出し、前記界磁電流の検出値が界磁電流指令値に近づくように、前記界磁電流指令値と前記界磁電流の検出値との偏差に対して比例積分制御を行って、界磁電圧指令値を算出し、前記界磁電圧指令値に基づいて、前記界磁巻線に電圧を印加し、
前記電機子巻線に交流電圧を印加して、前記電機子巻線に流れる電流である電機子電流を制御し、前記電機子電流における前記ロータの磁極方向の成分であるd軸電流を0から変化させ、
前記界磁電流の情報及び前記d軸電流の情報に基づいて、前記比例積分制御の比例ゲインを設定する交流回転機の制御装置。
A control device for an AC rotor that controls an AC rotor having a rotor provided with field windings and a stator provided with armature windings.
The field current, which is the current flowing through the field winding, is detected, and the field current command value and the field current detection value are set so that the detected value of the field current approaches the field current command value. The field voltage command value is calculated by performing proportional integration control with respect to the deviation of, and a voltage is applied to the field winding based on the field voltage command value.
An AC voltage is applied to the armature winding to control the armature current, which is the current flowing through the armature winding, and the d-axis current, which is a component of the armature current in the magnetic pole direction of the rotor, is changed from 0. Change,
A control device for an AC rotating machine that sets a proportional gain of the proportional integral control based on the field current information and the d-axis current information.
前記界磁電流の各動作点における、前記界磁電流の変化に対する前記ロータの磁束の変化の比を、微分インダクタンスとし、
前記界磁電流の情報及び前記d軸電流の情報に基づいて、前記微分インダクタンスを算出し、
前記微分インダクタンスに、予め設定された換算係数を乗算して、前記比例ゲインを算出する請求項6又は7に記載の交流回転機の制御装置。
The ratio of the change in the magnetic flux of the rotor to the change in the field current at each operating point of the field current is defined as the differential inductance.
The differential inductance is calculated based on the field current information and the d-axis current information.
The control device for an AC rotating machine according to claim 6 or 7, wherein the differential inductance is multiplied by a preset conversion coefficient to calculate the proportional gain.
前記界磁電流の各動作点における、前記界磁電流の変化に対する前記ロータの磁束の変化の比を、微分インダクタンスとし、
前記d軸電流の値に、前記界磁巻線に対する前記電機子巻線の巻数比を乗算した値に、前記界磁電流の値を加算した値である換算合計電流値に基づいて、前記微分インダクタンスを算出する請求項6又は7に記載の交流回転機の制御装置。
The ratio of the change in the magnetic flux of the rotor to the change in the field current at each operating point of the field current is defined as the differential inductance.
The differentiation is based on the converted total current value, which is the value obtained by multiplying the value of the d-axis current by the turns ratio of the armature winding to the field winding and adding the value of the field current. The control device for an AC rotating machine according to claim 6 or 7, wherein the inductance is calculated.
前記巻数比は、磁気飽和が生じていない場合の前記界磁巻線のインダクタンスに対する、磁気飽和が生じていない場合の前記電機子巻線のインダクタンスにおける前記ロータの磁極方向の成分の比である請求項9に記載の交流回転機の制御装置。 The number of turns ratio is the ratio of the components in the magnetic pole direction of the rotor to the inductance of the field winding when magnetic saturation does not occur and the inductance of the armature winding when magnetic saturation does not occur. Item 9. The control device for the AC rotating machine according to Item 9. 前記換算合計電流値と前記微分インダクタンスとの関係が予め設定された設定データを参照し、現在の前記換算合計電流値に対応する前記微分インダクタンスを算出する請求項9又は10に記載の交流回転機の制御装置。 The AC rotating machine according to claim 9 or 10, wherein the differential inductance corresponding to the current converted total current value is calculated by referring to the setting data in which the relationship between the converted total current value and the differential inductance is set in advance. Control device. 前記電機子巻線に流れる電流である電機子電流を検出し、前記電機子電流の検出値が電機子電流指令値に近づくように、前記電機子電流指令値と前記電機子電流の検出値とに基づいて電機子電圧指令値を算出し、前記電機子電圧指令値に基づいて、前記電機子巻線に電圧を印加し、
前記d軸電流の情報として、前記電機子電流指令値又は前記電機子電流の検出値における前記ロータの磁極方向の成分を用いる請求項6から11のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
The armature current command value and the armature current detection value are set so that the armature current, which is the current flowing through the armature winding, is detected and the detected value of the armature current approaches the armature current command value. The armature voltage command value is calculated based on the above, and a voltage is applied to the armature winding based on the armature voltage command value.
The control of the AC rotating machine according to any one of claims 6 to 11, wherein the armature current command value or the component in the magnetic pole direction of the rotor in the detected value of the armature current is used as the information of the d-axis current. Device.
前記d軸電流の情報として、前記電機子電流指令値における前記ロータの磁極方向の成分と、前記電機子電流の検出値における前記ロータの磁極方向の成分とのいずれか大きい方を用いる請求項12に記載の交流回転機の制御装置。 Claim 12 uses, as the d-axis current information, the larger of the component in the magnetic pole direction of the rotor in the armature current command value and the component in the magnetic pole direction of the rotor in the detected value of the armature current. The control device for the AC rotating machine described in 1. 前記界磁電流指令値から前記界磁電流の検出値までのフィードバック制御系の応答周波数は、前記電機子電流指令値から前記電機子電流の検出値までのフィードバック制御系の応答周波数よりも低く、前記界磁電流の制御周期は、前記電機子電流の制御周期よりも長い請求項12又は13に記載の交流回転機の制御装置。 The response frequency of the feedback control system from the field current command value to the detected value of the field current is lower than the response frequency of the feedback control system from the armature current command value to the detected value of the armature current. The control device for an AC rotating machine according to claim 12 or 13, wherein the field current control cycle is longer than the armature current control cycle. 前記界磁電流の情報として、前記界磁電流の検出値を用いる請求項1から14のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。 The control device for an AC rotating machine according to any one of claims 1 to 14, which uses the detected value of the field current as the information of the field current. 前記界磁電流の情報として、前記界磁電流指令値に対して、前記界磁電流指令値から前記界磁電流の検出値までのフィードバック制御系に相当する応答遅れ処理を行って算出した、前記界磁電流の推定値を用いる請求項1から14のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。 As the field current information, the field current command value is calculated by performing a response delay process corresponding to a feedback control system from the field current command value to the detected value of the field current. The control device for an AC rotating machine according to any one of claims 1 to 14, which uses an estimated value of field current. 前記交流回転機は、車両用の発電電動機である請求項1から16のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。 The control device for an AC rotary machine according to any one of claims 1 to 16, wherein the AC rotary machine is a generator motor for a vehicle.
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