JP2022082083A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】出力電流指令値(Iα ref、Iβ ref)の基本波成分の周波数を指令角周波数(ωre)としたとき、出力電流指令値(Iα ref、Iβ ref)から電流検出値(iα、iβ)までの閉ループ周波数伝達関数のゲインを、指令角周波数(ωre)において略1とし、出力電流指令値(Iα ref、Iβ ref)から電流検出値(iα、iβ)までの閉ループ周波数伝達関数の位相を、指令角周波数(ωre)において略0°とする。
【選択図】図2
Description
図1は、電力変換システム(1)を示す。この電力変換システム(1)は、本開示の実施形態1に係る電力変換装置(10)と、交流誘導電動機(3)を備える。電力変換装置(10)は、三相交流電源(2)から入力される三相交流の電源電力を、所望周波数及び所望電圧を有する交流電力に変換して、交流誘導電動機(3)に供給する。
図6は、実施形態2の図1相当図である。本実施形態2では、電力変換装置(10)の電流制御部(20)が、正弦波追従制御器(27)に代えて、繰り返し制御器(40)を有している。この繰り返し制御器(40)は、図7に示すように、α軸電圧指令値算出部(40a)と、β軸電圧指令値算出部(40b)とを有する。
図8は、実施形態3の図1相当図である。本実施形態3では、電力変換装置(10)が、実施形態2の構成に加え、DCリンク電圧検出部(17)と、物理量検出部(18)と、出力電圧補正部(50)とをさらに備えている。
補正量算出部(53)は、物理量検出部(18)によって検出されたリアクトル電圧(VL)に基づいて、リアクトル電圧(VL)に含まれるLCフィルタ(LC)の共振周波数の成分を減衰させるように補正量(Dk)を算出する。具体的には、補正量算出部(53)は、物理量検出部(18)によって検出されたリアクトル電圧(VL)を所定の補正ゲイン倍することにより、補正量(Dk)を算出する。
実施形態3の変形例1では、DCリンク電圧検出部(17)が、物理量検出部(18)を構成する。つまり、物理量検出部(18)が、キャパシタンス素子(14)の電圧であるDCリンク電圧(Vdc)を物理量として検出する。
実施形態3の変形例2では、物理量検出部(18)が、リアクトル(13)を流れる電流であるリアクトル電流を物理量として検出する。
実施形態3の変形例3では、物理量検出部(18)が、キャパシタンス素子(14)を流れる電流であるキャパシタンス電流を物理量として検出する。
実施形態3の変形例3では、物理量検出部(18)が、キャパシタンス素子(14)に蓄えられた電気的エネルギーを物理量として検出する。物理量検出部(18)は、DCリンク電圧検出部(17)により検出されたDCリンク電圧(Vdc)の二乗を算出する第1乗算器(図示せず)と、第1乗算器により算出されたDCリンク電圧(Vdc)の二乗に1/2を掛けた値を算出する第2乗算器(図示せず)とで構成される。
実施形態3の変形例5では、物理量検出部(18)が、三相交流電源(2)からの入力電流、すなわちコンバータ(11)への入力電流を物理量として検出する。物理量検出部(18)が、は、三相交流電源(2)からの三相の入力電流のうち、いずれか一相の入力電流を検出する。
図9は、実施形態4の図1相当図である。本実施形態4では、電力変換装置(10)の電流制御部(20)が、実施形態1の構成に加え、αβ-MT変換部(61)と、すべり周波数推定部(62)と、速度推定部(63)と、加算器(64)と、推定速度算出部(65)と、周波数減算器(66)と、速度制御器(67)とをさらに備えている。
速度推定部(63)は、αβ-MT変換部(61)によって出力されたトルク電流検出値(i1T)と、一次磁束推定器(22)によって推定された一次磁束(Ψ^)とに基づいて、一次周波数(ω1)を推定する。一次周波数(ω1)は、以下の式(7)により推定される。式(7)において、ω1は一次周波数(ω1)、v1TはT軸電圧指令値、i1Tはトルク電流検出値(i1T)、Ψ1^は一次磁束推定器(22)によって推定された一次磁束(Ψ^)を示す。
加算器(64)は、すべり周波数推定部(62)によって推定されたすべり周波数(ωs)と、速度推定部(63)によって推定された一次周波数(ω1)とを加算する。
なお、前記実施形態1~4及び変形例では、電流制御部(20)が、インバータ(12)の出力電流指令値(Iα ref、Iβ ref)と、電流検出部(15)の検出値(iu、iv、iw)に基づく電流検出値(iα、iβ)とに基づいて、電圧指令値(Vα*、Vβ*)を算出する電流制御動作を、U相電流、V相電流、及びW相電流に対応するα軸電流及びβ軸電流についてそれぞれ行った。しかし、電流制御部(20)が、前記電流制御動作を、U相電流、V相電流、及びW相電流についてそれぞれ行うようにしてもよい。つまり、電流制御部(20)が、U相電流指令値、V相電流指令値、及びW相電流指令値と、電流検出部(15)により検出されたU相電流、V相電流、及びW相電流の検出値(iu、iv、iw)とに基づいて、U相電圧指令値、V相電圧指令値、及びW相電圧指令値を算出するようにしてもよい。
3 交流誘導電動機
10 電力変換装置
11 コンバータ(整流部)
12 インバータ
12a 第1の入力端
12b 第2の入力端
13 リアクトル
14 キャパシタンス素子
15 電流検出部
16 PWM変調部(スイッチング動作制御部)
18 物理量検出部
20 電流制御部
50 出力電圧補正部
LC LCフィルタ
Vα* α軸電圧指令値
Vβ* β軸電圧指令値
iu、iv、iw 検出値
Iα ref α軸出力電流指令値
Iβ ref β軸出力電流指令値
iα α軸電流検出値
iβ β軸電流検出値
ωre 指令角周波数
ωs すべり周波数
FB フィードバック値
Z1α 第1積分値
Z2α 第2積分値
f1 第1のゲイン
f2 第2のゲイン
f3 第3のゲイン
Claims (16)
- 直流を三相交流にスイッチング動作により変換して出力することにより、交流誘導電動機(3)を駆動するインバータ(12)と、
電圧指令値(Vα*、Vβ*)を算出する電流制御部(20)と、
前記電流制御部(20)によって算出された電圧指令値(Vα*、Vβ*)に基づいて、前記インバータ(12)のスイッチング動作を制御するスイッチング動作制御部(16)とを備えた電力変換装置であって、
前記インバータ(12)の出力電流を検出する電流検出部(15)をさらに備え、
前記電流制御部(20)は、前記インバータ(12)の出力電流指令値(Iα ref、Iβ ref)と前記電流検出部(15)の検出値(iu、iv、iw)に基づく電流検出値(iα、iβ)とに基づいて、前記電圧指令値(Vα*、Vβ*)を算出する電流制御動作を、前記交流誘導電動機(3)のU相コイルを流れるU相電流、前記交流誘導電動機(3)のV相コイルを流れるV相電流、及び前記交流誘導電動機(3)のW相コイルを流れるW相電流についてそれぞれ行うか、又は前記電流制御動作を、前記U相電流、V相電流、及びW相電流に対応するα軸電流及びβ軸電流についてそれぞれ行うものであり、
前記出力電流指令値(Iα ref、Iβ ref)の基本波成分の角周波数を指令角周波数(ωre)としたとき、前記出力電流指令値(Iα ref、Iβ ref)から前記電流検出値(iα、iβ)までの閉ループ周波数伝達関数のゲインが、前記指令角周波数(ωre)において略1であり、前記出力電流指令値(Iα ref、Iβ ref)から前記電流検出値(iα、iβ)までの閉ループ周波数伝達関数の位相が、前記指令角周波数(ωre)において略0°であることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1に記載の電力変換装置において、
前記電流制御動作は、前記出力電流指令値(Iα ref、Iβ ref)及び電流検出値(iα、iβ)の差分に基づいて、前記電圧指令値(Vα*、Vβ*)を算出するものであり、
前記差分から前記電圧指令値(Vα*、Vβ*)までの周波数伝達関数のゲインが、前記指令角周波数(ωre)において無限大であり、前記差分から前記電圧指令値(Vα*、Vβ*)までの周波数伝達関数の位相が、前記指令角周波数(ωre)において略0°であることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項2に記載の電力変換装置において、
前記電流制御動作は、前記差分とフィードバック値(FB)との差に基づいて前記フィードバック値(FB)を算出し、前記差に基づいて前記電圧指令値(Vα*、Vβ*)を算出するものであり、
前記フィードバック値(FB)は、前記差分に含まれる前記指令角周波数(ωre)の成分の増幅値を含むことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項3に記載の電力変換装置において、
前記電流制御動作は、前記差を積分した第1積分値(Z1α)を第1のゲイン(f1)倍して第1の比例値を算出し、前記第1積分値(Z1α)を積分した第2積分値(Z2α)を第2のゲイン(f2)倍して第2の比例値を算出し、前記第1及び第2の比例値に基づいて前記電圧指令値(Vα*、Vβ*)を算出するものであり、
前記指令角周波数(ωre)が変化したときの前記第1及び第2のゲイン(f1、f2)の変化量は、前記指令角周波数(ωre)の2乗の変化量に比例することを特徴とする電力変換装置。 - 請求項4に記載の電力変換装置において、
前記指令角周波数(ωre)の2乗の変化量をD、前記出力電流指令値(Iα ref、Iβ ref)から前記電流検出値(iα、iβ)までの開ループ周波数伝達関数のゲインの交差角周波数をωc、前記交流誘導電動機(3)の1次巻線のインダクタンスをL1、前記交流誘導電動機(3)の2次巻線のインダクタンスをL2、1次巻線と2次巻線との間の相互インダクタンスをMとした場合に、前記指令角周波数(ωre)が変化したときの前記第1のゲイン(f1)の変化量は、D・(L1・L2-M2)/L2となり、前記指令角周波数(ωre)が変化したときの前記第2のゲイン(f2)の変化量は、3D・ωc・(L1・L2-M2)/L2となることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項4又は5に記載の電力変換装置において、
前記電流制御動作は、前記電流検出値(iα、iβ)を第3のゲイン(f3)倍して第3の比例値を算出し、前記第1の比例値、前記第2の比例値及び前記第3の比例値を0から減算して前記電圧指令値(Vα*、Vβ*)を算出するものであり、
前記出力電流指令値(Iα ref、Iβ ref)から前記電流検出値(iα、iβ)までの開ループ周波数伝達関数のゲインの交差角周波数をωc、前記交流誘導電動機(3)の1次巻線のインダクタンスをL1、前記交流誘導電動機(3)の2次巻線のインダクタンスをL2、前記1次巻線と前記2次巻線との間の相互インダクタンスをM、前記1次巻線の抵抗をR1、前記2次巻線の抵抗をR2とし、前記第3のゲイン(f3)をf3としたとき、以下の式(A)が成立することを特徴とする電力変換装置。
- 請求項1又は2に記載の電力変換装置において、
前記電流制御動作は、前記出力電流指令値(Iα ref、Iβ ref)及び電流検出値(iα、iβ)の差分と、前記基本波成分の1周期前の前記電圧指令値(Vα*、Vβ*)との和を所定の電流制御ゲイン倍することにより、前記電圧指令値(Vα*、Vβ*)を算出するものであることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1~7のいずれか1項に記載の電力変換装置において、
交流電源(2)の交流電圧を前記直流に整流する整流部(11)と、
前記インバータ(12)の入力端(12a,12b)間に接続されたキャパシタンス素子(14)とをさらに備え、
前記キャパシタンス素子(14)は、前記交流電源(2)と前記キャパシタンス素子(14)との間のインダクタンス成分とでLCフィルタ(LC)を構成していることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項8に記載の電力変換装置において、
前記LCフィルタ(LC)の共振周波数の成分を含む電気的な物理量を検出する物理量検出部(18)と、
前記物理量検出部(18)により検出される値に基づいて、前記物理量に含まれる前記共振周波数の成分を減衰させるように前記電圧指令値(Vα*、Vβ*)を補正する出力電圧補正部(50)とをさらに備えていることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項9に記載の電力変換装置において、
前記交流電源(2)と前記キャパシタンス素子(14)との間に接続されたリアクトル(13)を備え、
前記物理量は、前記リアクトル(13)の電圧であることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項9に記載の電力変換装置において、
前記物理量は、前記キャパシタンス素子(14)の電圧であることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項9に記載の電力変換装置において、
前記交流電源(2)と前記キャパシタンス素子(14)との間に接続されたリアクトル(13)を備え、
前記物理量は、前記リアクトル(13)を流れる電流であることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項9に記載の電力変換装置において、
前記物理量は、前記キャパシタンス素子(14)を流れる電流であることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項9に記載の電力変換装置において、
前記物理量は、前記キャパシタンス素子(14)に蓄えられた電気的エネルギーであることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項9に記載の電力変換装置において、
前記物理量は、前記交流電源(2)からの入力電流であることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1~15のいずれか1項に記載の電力変換装置において、
前記電流制御部(20)は、前記電流検出部(15)の検出値に基づいてすべり周波数(ωs)を推定し、推定したすべり周波数(ωs)に基づいて、前記出力電流指令値(Iα ref、Iβ ref)を算出することを特徴とする電力変換装置。
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JP2020193439A JP2022082083A (ja) | 2020-11-20 | 2020-11-20 | 電力変換装置 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2024053167A1 (ja) * | 2022-09-07 | 2024-03-14 | 日本精工株式会社 | モータ制御装置、電動アクチュエータ製品及び電動パワーステアリング装置 |
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2020
- 2020-11-20 JP JP2020193439A patent/JP2022082083A/ja active Pending
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WO2024053167A1 (ja) * | 2022-09-07 | 2024-03-14 | 日本精工株式会社 | モータ制御装置、電動アクチュエータ製品及び電動パワーステアリング装置 |
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