JP2024080883A - Induction Motor Drive - Google Patents
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Abstract
【課題】回転子を停止させた状態で誘導電動機の電気的定数を精度良く同定する。【解決手段】実施形態の誘導電動機駆動装置は、相間電圧の検出値または電圧指令値と、電流指令値または電流検出値と、に基づいて、誘導電動機の電気的定数を同定する電動機定数同定部を備える。前記電動機定数同定部により同定される前記電気的定数には、一次抵抗、漏れインダクタンス、無負荷電流および二次時定数の各同定値が含まれる。電流指令値生成部が、前記誘導電動機の回転子が停止している状態において予め設定された大きさの前記電流指令値を生成し、予め設定された時間が経過して電力変換器の出力が遮断された後、前記電動機定数同定部が、前記相間電圧の検出値に基づいて、前記無負荷電流および前記二次時定数を同定する。【選択図】図1[Problem] To accurately identify the electrical constants of an induction motor with the rotor stopped. [Solution] An induction motor drive device according to an embodiment includes a motor constant identification unit that identifies the electrical constants of an induction motor based on a detected value or voltage command value of a phase-to-phase voltage and a current command value or a detected current value. The electrical constants identified by the motor constant identification unit include identified values of a primary resistance, a leakage inductance, a no-load current, and a secondary time constant. A current command value generation unit generates the current command value of a preset magnitude when the rotor of the induction motor is stopped, and after a preset time has elapsed and the output of a power converter is cut off, the motor constant identification unit identifies the no-load current and the secondary time constant based on the detected value of the phase-to-phase voltage. [Selected Figure] Figure 1
Description
本発明の実施形態は、誘導電動機駆動装置に関する。 An embodiment of the present invention relates to an induction motor drive device.
インバータを用いて電動機を可変速駆動する可変速電動機駆動装置は、各分野に適用されている。電動機の中でも誘導電動機は、メンテナンス性および堅牢性の観点から、優位であることが多く、商用電源においても駆動可能であるというバックアップ用途でのメリットもある。そのため、昨今でも誘導電動機が使用されているアプリケーションは少なくない。電動機駆動装置において、回転数を検出し、正確にすべりを把握した制御を実施させることで高性能な運転も実現可能であるが、回転センサを用いずに、高性能に駆動する手法として、センサレスベクトル制御が実用化されている。 Variable-speed motor drives that use inverters to drive electric motors at variable speeds are used in a variety of fields. Among electric motors, induction motors are often superior in terms of maintainability and robustness, and also have the advantage of being able to run on commercial power sources for backup purposes. For this reason, induction motors are still used in many applications today. In electric motor drives, high-performance operation can be achieved by detecting the rotation speed and implementing control that accurately grasps slippage, but sensorless vector control has been put into practical use as a method of high-performance driving without using a rotation sensor.
センサレスベクトル制御においては、運転中において、すべりなどの、電動機の電気的な情報を得るために、出力電圧および電流値を使用するが、その際の演算には、電動機の電気的定数を正確に把握する必要がある。使用する誘導電動機が不特定となる汎用インバータなどでは、様々な誘導電動機が使用されても精度の高いセンサレスベクトル制御を行うことができるように、誘導電動機の電気的定数を自動的に測定するオートチューニング機能、つまり同定機能を有している。 In sensorless vector control, the output voltage and current values are used to obtain electrical information about the motor, such as slippage, during operation, but the calculations required to do so require accurate knowledge of the motor's electrical constants. General-purpose inverters, which do not specify the induction motor used, have an auto-tuning function, or identification function, that automatically measures the electrical constants of the induction motor so that highly accurate sensorless vector control can be performed even when various induction motors are used.
センサレスベクトル制御に必要な電気的定数は、状態変数を何にするかによっても表現の仕方は変わるが、例えば非特許文献1に記載された誘導電動機のモデルでは、一次角周波数で回転する同期DQ軸上において表現すると、左辺を電動機の一次電圧として、下記(1)式のように表現されている。ただし、各変数については、次のように表している。すなわち、一次電圧D軸成分をvsdとし、一次電圧Q軸成分をvsqとし、一次電流D軸成分をisdとし、一次電流Q軸成分をisqとし、二次磁束D軸成分をφrdとし、二次磁束Q軸成分をφrqとする。また、電気的定数については、次のように表している。すなわち、一次抵抗をRsとし、二次抵抗をRrとし、相互インダクタンスをMとし、一次インダクタンスをLsとし、二次インダクタンスをLrとし、漏れ係数をσとし、一次角周波数をωsとし、回転子角周波数をωreとし、すべり角周波数をωslipとする。
The electrical constants required for sensorless vector control are expressed differently depending on the state variables. For example, in the model of an induction motor described in
しかしながら、本方程式のままであると、一次電流および二次電流を状態変数としており、トルクに寄与する磁束の概念が直感的に分かりづらいため、状態変数を一次電流および二次磁束とした微分方程式を下記(2)式として示す。なお、このとき、「Lr=Ls」という近似を行っている点に注意が必要である。 However, if this equation is used as is, the primary current and secondary current are state variables, and the concept of magnetic flux contributing to torque is difficult to intuitively understand, so a differential equation with the primary current and secondary magnetic flux as state variables is shown below as equation (2). Note that in this case, the approximation " Lr = Ls " is used.
左辺に微分項を配置した状態微分方程式の形にすると、下記(3)式のようになる。 When the differential term is placed on the left side of the equation, it becomes the following equation (3).
定常状態時に必要な電圧指令値を算出するため、微分項を0とすると、下記(4)式のようになる。 To calculate the voltage command value required in a steady state, the differential term is set to 0, resulting in the following equation (4).
左辺を一次電圧とし、成分ごとに再記すると、下記(5)式および(6)式のようになる。 If we rewrite each component with the left side being the primary voltage, we get the following equations (5) and (6).
ここで、下記(7)式のように定義すると、下記(8)式のように表現することができる。 If we define it as in equation (7) below, it can be expressed as in equation (8) below.
状態変数を漏れ磁束と二次磁束φrdとすると、漏れ磁束D軸成分Fsdおよび漏れ磁束Q軸成分Fsqは、定常的には、それぞれ下記(9)式および(10)式により表される。また、二次磁束D軸成分φrdおよび二次磁束は、定常的には、それぞれ下記(11)式および(12)式により表される。これらを考慮すると、(5)式および(6)式は、それぞれ下記(13)式および(14)式のようになる。 If the state variables are leakage flux and secondary magnetic flux φrd , the leakage flux D-axis component Fsd and the leakage flux Q-axis component Fsq are steadily expressed by the following equations (9) and (10), respectively. The secondary magnetic flux D-axis component φrd and the secondary magnetic flux are steadily expressed by the following equations (11) and (12), respectively. Taking these into consideration, equations (5) and (6) become the following equations (13) and (14), respectively.
これより、電気的定数として、「Rs」、「σLs」、「1/Tr(=Rr/Lr)」および「Ls」で示される4つの電気的定数が明確となれば、上記の誘導電動機の数式表現が可能となることが分かる。よって、本明細書では、一次抵抗Rs、漏れインダクタンスLf(Lf=σLs)、二次時定数Trおよび一次インダクタンスLsの4つの定数を用いて誘導電動機モデルを表現することとする。 It can be seen from this that the above-mentioned induction motor can be expressed mathematically if the four electrical constants " Rs ", " σLs ", "1/ Tr (= Rr / Lr )" and " Ls " are clearly defined. Therefore, in this specification, the induction motor model is expressed using four constants: primary resistance Rs , leakage inductance Lf ( Lf = σLs ), secondary time constant Tr and primary inductance Ls .
誘導電動機の電気的定数の具体的な取得手段については、例えば、JIS C 4210 「一般用低圧三相かご形誘導電動機」、JEC-2110「誘導機」などに定常状態の等価回路をベースとした説明がなされている。以下、このような従来の誘導電動機の電気的定数の具体的な取得手段のことを従来手段と称することとする。従来手段の内容を(3)式で示される電動機モデルに適用すると、概略以下のように解釈することができる。(3)式で示される電動機モデルにおいては鉄損抵抗については省略されている。本明細書においても鉄損抵抗の同定については取り扱わないこととする。 Specific means for acquiring the electrical constants of an induction motor are explained based on a steady-state equivalent circuit in, for example, JIS C 4210 "General-purpose low-voltage three-phase squirrel-cage induction motor" and JEC-2110 "Induction motor". Hereinafter, such specific means for acquiring the electrical constants of a conventional induction motor will be referred to as the conventional means. When the content of the conventional means is applied to the motor model shown in equation (3), it can be roughly interpreted as follows. In the motor model shown in equation (3), the iron loss resistance is omitted. Identification of the iron loss resistance will not be dealt with in this specification either.
従来手段では、一次抵抗の同定について、直流を印加する方法が記載されている。直流を印加後、定常状態となった後であれば、二次側、つまり回転子に起電力は発生しないので、一次側の抵抗分のみの回路と考えてよい。近似的要素は含まれないので、本等価回路においては、近似による誤差は生じない。図13には、誘導電動機の1相分の等価回路を示しており、図14には、直流を印加したときの誘導電動機の1相分の等価回路を示している。 Conventional methods describe a method of applying DC to identify the primary resistance. After DC is applied and a steady state is reached, no electromotive force is generated on the secondary side, i.e., the rotor, so the circuit can be considered to be only the primary resistance. Since no approximation elements are included, no errors due to approximation occur in this equivalent circuit. Figure 13 shows an equivalent circuit for one phase of an induction motor, and Figure 14 shows an equivalent circuit for one phase of an induction motor when DC is applied.
このような等価回路より、下記(15)式が得られる。なお、状態変数は、すべて1相分の値として記載している。 From this equivalent circuit, the following equation (15) is obtained. Note that all state variables are written as values for one phase.
同期座標軸上においての表現は、電動機停止時であるので、流す電流をD軸のみとして表現すれば下記(16)式のようになる。ここでの説明およびこれ以降の同様の説明においては、簡単化のために、各状態量は相対変換とした場合の状態量として表している。よって、一次抵抗値は1相分の抵抗値として表記している。 Since the expression on the synchronous coordinate axes is when the motor is stopped, if the current flow is expressed as the D axis only, it becomes the following equation (16). For simplicity, in this explanation and similar explanations that follow, each state quantity is expressed as a state quantity when subjected to relative transformation. Therefore, the primary resistance value is expressed as the resistance value of one phase.
電力変換装置により電動機に電圧を印加するため、上アームと下アームとの短絡防止のために設けるデッドタイム、IGBTなどの半導体デバイスにおける電圧降下である、オン抵抗、コレクタ-エミッタ間飽和電圧などの電圧値に対して適切な補正を実施しなければ、電圧指令値と実際の出力電圧との間に誤差が生じるため、電動機の一次抵抗値を正確に同定することはできない。 Because voltage is applied to the motor by the power conversion device, unless appropriate corrections are made to voltage values such as the dead time provided to prevent short circuits between the upper and lower arms, the on-resistance, which is the voltage drop in semiconductor devices such as IGBTs, and the collector-emitter saturation voltage, an error will occur between the voltage command value and the actual output voltage, making it impossible to accurately identify the primary resistance value of the motor.
従来、これらの誤差電圧に相当する値を補正する技術として、出力電圧を検出して電圧指令値と一致するように誤差電圧をフィードバックして補正を実施する方法、電圧検出のための構成を設けることなく、事前に測定されたデバイスの特性から上記誤差電圧を求めてフィードフォワード的に補償する技術などが提案されている。前者は、電圧検出誤差が無ければ正確に補正できると考えられる。 Conventional techniques proposed for correcting values equivalent to these error voltages include a method of detecting the output voltage and feeding back the error voltage so that it matches the voltage command value, and a technique of determining the error voltage from the characteristics of the device measured in advance and compensating in a feedforward manner without providing a configuration for voltage detection. The former is thought to enable accurate correction if there are no voltage detection errors.
しかしながら、後者は、デバイスの特性には個体差があることから同じデバイスを使用しても相ごとに個体差がある場合もあり、また、オン抵抗、コレクタ-エミッタ間飽和電圧などは温度による変化も生じることを考えられると、一次抵抗の同定値には少なからず同定誤差が生じる可能性がある。つまり、電圧検出回路など電圧検出のための構成を有さない電力変換装置の場合には、一次抵抗の同定値には少なからず同定誤差が生じることは避けられないと考えられる。 However, in the latter case, since there are individual differences in device characteristics, there may be individual differences between phases even when the same device is used, and considering that the on-resistance and collector-emitter saturation voltage also change with temperature, there is a possibility that the identified value of the primary resistance will have some identification error. In other words, in the case of a power conversion device that does not have a configuration for voltage detection such as a voltage detection circuit, it is thought to be unavoidable that there will be some identification error in the identified value of the primary resistance.
従来手段には、無負荷試験および拘束試験についての記載がある。無負荷試験では、無負荷状態において、定格周波数の定格電圧を印加して電動機を回転させ、そのときに流れる電流値を計測する。完全な無負荷時には、回転子速度は同期速度であるので、すべりが0であると考えると、二次抵抗をすべり「s」で除した項は「∞」となるので、励磁回路のみに電流が流れることが導かれる。本展開においても、近似的要素は含まれないので、近似による誤差は生じない。図15には、無負荷試験時における誘導電動機の1相分の等価回路を示している。 The conventional method includes a description of no-load test and a lock test. In a no-load test, the rated voltage at the rated frequency is applied in a no-load state to rotate the motor, and the current value that flows at this time is measured. When there is no load at all, the rotor speed is the synchronous speed, so if we consider the slip to be zero, the term obtained by dividing the secondary resistance by the slip "s" becomes "∞", which leads to the conclusion that current flows only in the excitation circuit. This expansion also does not include any approximation elements, so no errors due to approximation occur. Figure 15 shows the equivalent circuit for one phase of an induction motor during a no-load test.
この無負荷動作点の条件は、電動機に定格角周波数ωsnで定格電圧vsnが印加された場合に流れる無負荷電流値を定格磁束電流isnと定めると、下記(17)式および(18)式のように表すことができる。ただし、定格電圧vsnは相電圧実効値であり、定格磁束電流isnは相電流実効値である。また、下記(17)式および(18)式においては、入力電圧を定格電圧とし、トルク電流=0の条件と考えることとする。 If the no-load operating point condition is defined as the rated magnetic flux current i sn , which is the no-load current value that flows when the rated voltage v sn is applied to the motor at the rated angular frequency ω sn , then it can be expressed as in the following equations (17) and (18). Here, the rated voltage v sn is the phase voltage effective value, and the rated magnetic flux current i sn is the phase current effective value. In addition, in the following equations (17) and (18), the input voltage is the rated voltage, and the torque current = 0 is considered as the condition.
この場合、相対変換にて表記しているので、DQ同期軸上の定格磁束電流isdn値と定格磁束電流isnとの間には下記(19)式により表される関係がある。 In this case, since it is expressed by relative conversion, there is a relationship expressed by the following formula (19) between the rated magnetic flux current i sdn value on the DQ synchronous axis and the rated magnetic flux current i sn .
これらを踏まえて整理すると、下記(20)式および(21)式が得られる。 Taking these factors into consideration, we obtain the following equations (20) and (21).
上記(20)式および(21)式により表される一次電圧の各成分の2乗和が定格電圧vsnの大きさの2乗値に一致するので、無負荷電流値が得られると一次インダクタンス値Lsは下記(22)式により得ることができる。 Since the sum of the squares of each component of the primary voltage expressed by the above equations (20) and (21) coincides with the square value of the magnitude of the rated voltage v sn , once the no-load current value is obtained, the primary inductance value Ls can be obtained by the following equation (22).
しかしながら、既存の機器装置において、電動機が接続された状態のままで駆動装置のみを置き換える場合などでは、仕向け先にて機器装置から電動機を機械的に分離することが困難なこともあるため、電動機を回転させて無負荷電流を測定することが困難な場合が多い。このような場合には、電動機を回転させずに無負荷電流または一次インダクタンスが得られることが望ましい。 However, in cases where only the drive unit is replaced while the motor remains connected in an existing device, it can be difficult to mechanically separate the motor from the device at the destination, making it difficult to rotate the motor and measure the no-load current. In such cases, it is desirable to obtain the no-load current or primary inductance without rotating the motor.
拘束試験では、回転子を機械的に拘束して実施されることから、回転子が回転しない。また、実際に拘束することが困難である場合には、単相電圧を印加することで拘束試験と同等な試験が実施できる。拘束試験においては、回転子が回らないので、「すべり=1」とするが、等価回路上、すべりsに1を代入すると、以下のようになる。すなわち、図16および図17には、拘束試験時における誘導電動機の1相分の等価回路を示している。 In a lock test, the rotor is mechanically locked, so it does not rotate. If it is difficult to actually lock the rotor, a test equivalent to a lock test can be performed by applying a single-phase voltage. In a lock test, the rotor does not rotate, so "slip = 1", but if 1 is substituted for slip s in the equivalent circuit, it becomes as follows. That is, Figures 16 and 17 show the equivalent circuit for one phase of an induction motor during a lock test.
図16に示す等価回路は、図13に示した等価回路と構成要素の数が同じであり、変わっていない。励磁インダクタンスに流れる電流は0にはならないので、一次抵抗が既知と考えても、等価回路から二次側の定数、つまり二次インダクタンスLrおよび二次抵抗Rrを含む項との分離は困難である。そこで、拘束状態は、「すべりs=1」、つまりすべりが最大であり、二次側の回路の方に主として電流が流れると近似的に考えることで、図17に示す等価回路が得られる。本等価回路から各定数の関係を示すと、下記(23)式のようになる。 The equivalent circuit shown in Fig. 16 has the same number of components as the equivalent circuit shown in Fig. 13, and is unchanged. Since the current flowing through the excitation inductance is not 0, even if the primary resistance is considered to be known, it is difficult to separate the secondary constants, that is, terms including the secondary inductance Lr and secondary resistance Rr , from the equivalent circuit. Therefore, the equivalent circuit shown in Fig. 17 can be obtained by approximately considering that the constrained state is "slip s = 1", that is, the slip is maximum, and the current mainly flows through the secondary circuit. The relationship between the constants from this equivalent circuit is shown in the following equation (23).
これより、印加した一次電圧と、流れる電流値を観測することで、一次抵抗および二次抵抗の和と、漏れインダクタンスと、が得られる。なお、二次抵抗および漏れインダクタンスは、いずれも一次側換算値である。この場合、一次抵抗および二次抵抗の和「Rs+Rreq」から一次抵抗Rsを減算して、二次抵抗Rreqを求めるため、一次抵抗Rsの精度が二次抵抗同定値Rreqにも影響を与えることは避けられない。既述したように、半導体デバイスの特性の個体差や温度変化などを考慮すると、なるべく一次抵抗同定値Rsの精度の影響を受けずに、二次側の定数である二次抵抗Rreqまたは二次時定数Lr/Rrを高精度に同定できる方法が望ましい。 Thus, by observing the applied primary voltage and the current flowing, the sum of the primary resistance and the secondary resistance and the leakage inductance can be obtained. The secondary resistance and the leakage inductance are both primary-side converted values. In this case, the primary resistance Rs is subtracted from the sum of the primary resistance and the secondary resistance " Rs + Rreq " to obtain the secondary resistance Rreq , so it is inevitable that the accuracy of the primary resistance Rs will affect the secondary resistance identification value Rreq . As mentioned above, in consideration of individual differences in the characteristics of semiconductor devices and temperature changes, it is desirable to use a method that can accurately identify the secondary resistance Rreq or the secondary time constant Lr / Rr , which are constants on the secondary side, without being affected by the accuracy of the primary resistance identification value Rs .
特許文献1には、無負荷状態の誘導電動機を駆動し、実際に生じる二次磁束による誘起電圧を利用することで誘起電圧の時間変化を観測し、二次時定数を同定するという技術が開示されている。しかしながら、既述したように、仕向け先にて機器装置から電動機を機械的に分離することが困難なこともあるため、電動機を無負荷状態または軽負荷状態で駆動することが困難であることがある。そのため、特許文献1に記載の方法は、適用することが難しい場合がある。
また、特許文献2には、電動機を回転させない方式としての従来技術が開示されている。特許文献2に記載の方法は、拘束試験と同等な試験を駆動装置で単相交流を印加する形で実施させていることと等価である。そのため、特許文献2に記載の方法では、規格などに記載の拘束試験と同様、一次抵抗および二次抵抗の和「Rs+Rreq」から一次抵抗Rsを減算して、二次抵抗Rreqを求めることとなり、正確な一次抵抗同定値が必要となる。しかしながら、既述したように、半導体デバイスの特性の個体差や温度変化などを考慮すると、一次抵抗Rsの同定精度には限界があるため、二次抵抗同定値Rreqの同定精度にも影響を与えることは避けられない。このようなことから、拘束試験と同等な試験において、二次側の定数の同定精度を高めることには限界がある。
In addition,
そこで、回転子を停止させた状態で誘導電動機の電気的定数を精度良く同定することができる誘導電動機駆動装置を提供する。 Therefore, we provide an induction motor drive device that can accurately identify the electrical constants of an induction motor with the rotor stopped.
実施形態の誘導電動機駆動装置は、直流電圧を可変電圧可変周波数の三相交流電圧に変換して誘導電動機に供給する電力変換器と、前記誘導電動機の相間電圧を2相間以上検出する相間電圧検出部と、前記誘導電動機の電流を検出する電流検出部と、前記電流の検出値を、電流指令値と同じ制御軸上に変換した値である電流検出値が、前記電流指令値に一致するように電圧調整値を演算する電流調整部と、前記電流指令値を生成して前記電流調整部に与える電流指令値生成部と、前記電流調整部から得られる前記電圧調整値を用いて電圧指令値を生成する電圧指令生成部と、前記相間電圧の検出値または前記電圧指令値と、前記電流指令値または前記電流検出値と、に基づいて、前記誘導電動機の電気的定数を同定する電動機定数同定部と、を備える。 The induction motor drive device of the embodiment includes a power converter that converts a DC voltage into a three-phase AC voltage with variable voltage and variable frequency and supplies the voltage to the induction motor, a phase-to-phase voltage detection unit that detects the phase-to-phase voltage of the induction motor between two or more phases, a current detection unit that detects the current of the induction motor, a current adjustment unit that calculates a voltage adjustment value so that the current detection value, which is a value obtained by converting the detection value of the current onto the same control axis as the current command value, matches the current command value, a current command value generation unit that generates the current command value and provides it to the current adjustment unit, a voltage command generation unit that generates a voltage command value using the voltage adjustment value obtained from the current adjustment unit, and a motor constant identification unit that identifies the electrical constants of the induction motor based on the detection value of the phase-to-phase voltage or the voltage command value and the current command value or the current detection value.
上記構成において、前記電動機定数同定部により同定される前記電気的定数には、一次抵抗、漏れインダクタンス、無負荷電流および二次時定数の各同定値が含まれ、前記電流指令値生成部が、前記誘導電動機の回転子が停止している状態において予め設定された大きさの前記電流指令値を生成し、予め設定された時間が経過して前記電力変換器の出力が遮断された後、前記電動機定数同定部が、前記相間電圧の検出値に基づいて、前記無負荷電流および前記二次時定数を同定する。 In the above configuration, the electrical constants identified by the motor constant identification unit include the identified values of the primary resistance, leakage inductance, no-load current, and secondary time constant, and the current command value generation unit generates the current command value of a preset magnitude when the rotor of the induction motor is stopped, and after a preset time has elapsed and the output of the power converter is cut off, the motor constant identification unit identifies the no-load current and the secondary time constant based on the detected value of the phase-to-phase voltage.
また、実施形態の誘導電動機駆動装置は、直流電圧を可変電圧可変周波数の三相交流電圧に変換して誘導電動機に供給する電力変換器と、前記誘導電動機の電流を検出する電流検出部と、前記電流の検出値を、電流指令値と同じ制御軸上に変換した値である電流検出値が、前記電流指令値に一致するように電圧調整値を演算する電流調整部と、前記電流指令値を生成して前記電流調整部に与える電流指令値生成部と、前記電流調整部から得られる前記電圧調整値を用いて電圧指令値を生成する電圧指令生成部と、前記電圧指令値と、前記電流指令値または前記電流検出値と、に基づいて、前記誘導電動機の電気的定数を同定する電動機定数同定部と、を備える。 The induction motor drive device of the embodiment also includes a power converter that converts a DC voltage into a three-phase AC voltage with variable voltage and variable frequency and supplies the voltage to the induction motor, a current detection unit that detects the current of the induction motor, a current adjustment unit that calculates a voltage adjustment value so that the current detection value, which is a value obtained by converting the detection value of the current onto the same control axis as the current command value, matches the current command value, a current command value generation unit that generates the current command value and provides it to the current adjustment unit, a voltage command generation unit that generates a voltage command value using the voltage adjustment value obtained from the current adjustment unit, and a motor constant identification unit that identifies the electrical constants of the induction motor based on the voltage command value, the current command value, or the current detection value.
上記構成において、前記電動機定数同定部により同定される前記電気的定数には、一次抵抗、漏れインダクタンス、無負荷電流および二次時定数の各同定値が含まれ、前記電流指令値生成部が、前記誘導電動機の回転子が停止している状態において予め設定された異なる2つの大きさの前記電流指令値を生成し、前記電動機定数同定部が、前記電流指令値生成部が高いレベルから低いレベルに前記電流指令値を変化させた後における前記電圧指令値に基づいて前記無負荷電流および前記二次時定数を同定する。 In the above configuration, the electrical constants identified by the motor constant identification unit include the identified values of the primary resistance, leakage inductance, no-load current, and secondary time constant, the current command value generation unit generates the current command values of two different magnitudes that are preset when the rotor of the induction motor is stopped, and the motor constant identification unit identifies the no-load current and the secondary time constant based on the voltage command value after the current command value generation unit changes the current command value from a high level to a low level.
以下、誘導電動機駆動装置の一実施形態について図面を参照して説明する。
本明細書において、isdrefはD軸電流指令、isqrefはQ軸電流指令、isdmeasはD軸電流検出値、isqmeasはQ軸電流検出値、vsdrefはD軸電圧指令値、vsqrefはQ軸電圧指令値、vsdadjはD軸電圧調整値、vsqadjはQ軸電圧調整値、vsdmeasはD軸電圧検出値、vsqmeasはQ軸電圧検出値、θre_cは出力電圧位相、Kdは漏れインダクタンス同定用電圧指令係数、Rs_calcは一次抵抗同定値、Lf_calcは漏れインダクタンス同定値、isdn_calcは無負荷電流同定値、Tr_calcは二次時定数同定値を表している。
Hereinafter, an embodiment of an induction motor drive device will be described with reference to the drawings.
In this specification, i_sdref represents the D-axis current command, i_sqref represents the Q-axis current command, i_sdmeas represents the D-axis current detection value, i_sqmeas represents the Q-axis current detection value, v_sdref represents the D-axis voltage command value, v_sqref represents the Q-axis voltage command value, v_sdadj represents the D-axis voltage adjustment value, v_sqadj represents the Q-axis voltage adjustment value, v_sdmeas represents the D-axis voltage detection value, v_sqmeas represents the Q-axis voltage detection value, θ_re_c represents the output voltage phase, K_d represents a voltage command coefficient for identifying leakage inductance, R_s_calc represents the primary resistance identification value, L_f_calc represents the leakage inductance identification value, i_sdn_calc represents the no-load current identification value, and T_calc represents the secondary time constant identification value.
<第1構成例の誘導電動機駆動装置について>
図1に示す第1構成例の誘導電動機駆動装置1は、電圧検出器である相間電圧検出部を有する構成となっている。誘導電動機駆動装置1は、誘導電動機2を可変速駆動する可変速電動機駆動装置である。三相交流電源3の各相端子は、ダイオードブリッジからなる全波整流回路4の交流入力端子に接続されている。全波整流回路4の直流出力端子間には、平滑コンデンサ5および電力変換器6が接続されている。インバータである電力変換器6は、直流電圧を可変電圧可変周波数の三相交流電圧に変換して誘導電動機2に供給するものであり、その各相出力端子は、誘導電動機2の各相巻線端子に接続されている。
<Regarding the induction motor driving device of the first configuration example>
The induction
制御装置7は、電力変換器6を制御して、直流電圧を可変電圧可変周波数の三相交流電圧に変換する。電力変換器6のU相、W相出力端子には、誘導電動機2の電流を検出する電流検出部8U、8Wが配置されている。電流検出部8U、8Wにより検出されるU相、W相電流iu、iwは、UVW/dq変換器9に入力されている。UVW/dq変換器9は、三相電流をベクトル制御におけるdq軸電流に変換して電流調整部10に入力する。
The
UVW/dq変換器9は、電流の検出値を、電流指令値と同じ制御軸上に変換する。すなわち、UVW/dq変換器9は、電流の検出値を、同期座標D軸方向の位相である出力電圧位相θre_cを予め設定された任意の固定値として同期座標軸上に変換する。UVW/dq変換器9により変換された値であるD軸電流検出値isdmeasおよびQ軸電流検出値isqmeasは、電流調整部10に入力されている。D軸電流検出値isdmeasは、電動機定数同定部11にも入力されている。
The UVW/
電力変換器6の各相出力端子は、相間電圧検出部12の入力端子に接続されている。相間電圧検出部12は、誘導電動機2の相間電圧を2相間以上検出する。この場合、相間電圧検出部12は、UV相間電圧vuvおよびWV相間電圧vwvを検出する。相間電圧検出部12により検出された各相間電圧は、UV,WV/UVW変換器13に入力されている。
Each phase output terminal of the power converter 6 is connected to an input terminal of a phase-to-phase
UV,WV/UVW変換器13は、UV相間電圧vuvおよびWV相間電圧vwvを三相電圧、つまりU相電圧vu、V相電圧vvおよびW相電圧vwに変換する。UVW/dq変換器14は、相間電圧の検出値に対応する三相電圧を、電流指令値と同じ制御軸上に変換する。すなわち、UVW/dq変換器14は、相間電圧の検出値に対応する三相電圧を、同期座標D軸方向の位相である出力電圧位相θre_cを予め設定された任意の固定値として同期座標軸上に変換する。
The UV,WV/
UVW/dq変換器14により変換された値であるD軸電圧検出値vsdmeasおよびQ軸電圧検出値vsqmeasのうち、D軸電圧検出値vsdmeasは、電動機定数同定部11に入力されている。電流指令値生成部15は、電流指令値であるD軸電流指令isdrefおよびQ軸電流指令isqrefを生成して電流調整部10に与える。電流指令値生成部15により生成されるD軸電流指令isdrefおよびQ軸電流指令isqrefのうち、D軸電流指令isdrefは、電動機定数同定部11にも入力されている。
Of the D-axis voltage detection value v sdmeas and the Q-axis voltage detection value v sqmeas which are values converted by the UVW/
電流調整部10は、PI制御を行う比例積分補償器を備えている。電流調整部10は、電流の検出値を電流指令値と同じ制御軸上に変換した値である電流検出値、つまりD軸電流検出値isdmeasおよびQ軸電流検出値isqmeasが、電流指令値であるD軸電流指令isdrefおよびQ軸電流指令isqrefに一致するように電圧調整値を演算する。電流調整部10により演算された値であるD軸電圧調整値vsdadjおよびQ軸電圧調整値vsqadjは、電圧指令生成部16に入力されている。
The
電圧指令生成部16は、電流調整部10から得られる電圧調整値であるD軸電圧調整値vsdadjおよびQ軸電圧調整値vsqadjと、漏れインダクタンス同定用電圧指令係数Kdと、を用いて電圧指令値を生成する。電圧指令生成部16により生成されるD軸電圧指令値vsdrefおよびQ軸電圧指令値vsqrefは、dq/UVW変換器17に入力されている。D軸電圧指令値vsdrefは、電動機定数同定部11にも入力されている。dq/UVW変換器17は、入力されたD軸電圧指令値vsdrefおよびQ軸電圧指令値vsqrefを三相電圧指令に変換するとともに、PWM信号を生成して電力変換器6に出力する。なお、PWMは、Pulse Width Modulationの略称である。
The voltage
電動機定数同定部11は、相間電圧の検出値に対応するD軸電圧検出値vsdmeasまたはD軸電圧指令値vsdrefと、D軸電流指令isdrefまたはD軸電流検出値isdmeasと、に基づいて、誘導電動機2の電気的定数を同定する。電動機定数同定部11により同定される電気的定数には、一次抵抗、漏れインダクタンス、無負荷電流および二次時定数の各同定値、つまり一次抵抗同定値Rs_calc、漏れインダクタンス同定値Lf_calc、無負荷電流同定値isdn_calc、二次時定数同定値Tr_calcが含まれる。
Motor
詳細は後述するが、上記構成では、次のように電気的定数の同定が行われる。すなわち、電流指令値生成部15が、誘導電動機2の回転子が停止している状態において予め設定された大きさの電流指令値を生成する。そして、予め設定された時間が経過して電力変換器6の出力が遮断された後、電動機定数同定部11が、相間電圧の検出値に基づいて、無負荷電流および二次時定数を同定する。
Details will be described later, but in the above configuration, the electrical constants are identified as follows. That is, the current command
次に、第1構成例の誘導電動機駆動装置1において実施される各電気的定数の同定原理について、本実施形態において使用する電動機モデルである(3)式を基に説明する。
<一次抵抗の同定について>
一次抵抗の同定については、基本的には、規格などに記載の直流を印加する方法と同等であり、電力変換器6を有する誘導電動機駆動装置1にて実施する。
(3)式の3行目を記載すると、下記(24)式のようになる。
Next, the principle of identification of each electrical constant implemented in the induction
<Identification of primary resistance>
Identification of the primary resistance is basically the same as the method of applying direct current described in standards, and is performed by induction
When the third line of equation (3) is written, it becomes equation (24) below.
(24)式により、二次磁束D軸成分φrdの挙動は、「Misd」の大きさとなるように、二次時定数で変化するというダイナミクスとなることが分かる。(3)式の1行目を左辺が一次電圧vsdとなるようにすると、下記(25)式のようになる。 From equation (24), we can see that the behavior of the secondary magnetic flux D-axis component φ rd has dynamics that change with a secondary time constant so that the magnitude of the secondary magnetic flux D-axis component φ rd becomes " Mi sd ". If the left side of the first line of equation (3) is changed to the primary voltage v sd , we obtain the following equation (25).
ここで、「回転子は停止しており出力電圧として周波数成分は印加していない」および「印加する電流はD軸側のみとする」という2つの条件があるものとすると、「ωs=0」、「isq=0」および「φrq=0」となる。そのため、上記(25)式は、下記(26)式のようになる。なお、ここでの説明およびこれ以降の同様の説明においては、D軸の方向は、U相、V相およびW相のいずれの電流値も0近傍の値とならない位置θre_cとする。 Here, assuming that there are two conditions, that is, "the rotor is stopped and no frequency component is applied as the output voltage" and "current is applied only to the D-axis side", then " ωs = 0", "i sq = 0" and " φrq = 0". Therefore, the above formula (25) becomes the following formula (26). Note that in this explanation and similar explanations below, the direction of the D-axis is the position θre_c where none of the current values of the U-phase, V-phase and W-phase are close to 0.
上記(26)式における「isd」は、誘導電動機2の電流値である。ここで、十分に定常状態として扱えるように、十分な時間T0、電流を印加したとする。そうすると、定常状態となったときには、「φrd=Misd」であることを考慮すると、上記(26)式は、下記(27)式のようになる。
In the above formula (26), "i sd " is the current value of the
この場合、印加している電圧は電圧指令vsdrefとして把握でき、電流は電流検出値isdmeasまたは電流指令値isdrefにより既知である。そのため、一次抵抗同定値Rs_calcは、下記(28)式のように求めることができる。 In this case, the applied voltage can be grasped as a voltage command v_sdref , and the current is known from the current detection value i_sdmeas or the current command value i_sdref . Therefore, the primary resistance identification value R_s_calc can be obtained as shown in the following equation (28).
IGBTなどの半導体素子で構成される電力変換器6における、デッドタイム補正、半導体素子のオン抵抗補正、コレクタ-エミッタ間飽和電圧補正などに誤差があると、上記のような1つの動作点「vsdref,isdref」のみの計算では、上記した全ての誤差の影響が一次抵抗同定値Rs_calcにそのまま生じるおそれがある。そこで、電流の大きさによってはあまり変化しないデッドタイム補正の誤差およびコレクタ-エミッタ間飽和電圧補正の誤差の影響をなるべく軽減するために、下記(29)式に示すように、2つの動作点の電圧指令値の差分および電流指令値の差分「vsdref1-vsdref2,isdref1-isdref2」で一次抵抗同定値Rs_calcを算出するようにしてもよい。 If there are errors in the dead time correction, the on-resistance correction of the semiconductor element, the collector-emitter saturation voltage correction, etc., in the power converter 6 composed of semiconductor elements such as IGBTs, the calculation of only one operating point "v sdref , i sdref " as described above may directly affect the primary resistance identified value R s_calc due to the influence of all of the above errors. Therefore, in order to reduce the influence of the error in the dead time correction and the error in the collector-emitter saturation voltage correction, which do not change much depending on the magnitude of the current, as much as possible, the primary resistance identified value R s_calc may be calculated using the difference between the voltage command values and the current command values of two operating points, "v sdref1 -v sdref2 , i sdref1 -i sdref2 ," as shown in the following formula (29).
なお、上記(29)式のようにして一次抵抗同定値Rs_calcを算出した場合であっても、電流値に比例する成分である半導体素子のオン抵抗分における電圧降下補正の誤差は、一次抵抗同定誤差として残ることとなる。
上述したようにして実施される一次抵抗の同定時における電圧指令値および電流値は、図18における一次抵抗同定フェーズに示されるようなものとなる。
Note that even when the primary resistance identified value R s_calc is calculated using the above equation (29), an error in the voltage drop correction for the on-resistance of the semiconductor element, which is a component proportional to the current value, remains as a primary resistance identification error.
The voltage command value and the current value during identification of the primary resistance performed as described above are as shown in the primary resistance identification phase in FIG.
<漏れインダクタンスの同定について>
漏れインダクタンス値の同定は、上記した一次抵抗値の同定が終わった後に、単相交流を印加する方法にて実施する。漏れインダクタンスの同定については、規格などに記載の拘束試験と同等の方法となる。この場合、一次電圧D軸成分vsdおよび一次電流D軸成分isdは、それぞれ下記(30)式および(31)式により表される。ただし、鉄損抵抗については考慮していない等価回路として扱っている。一次抵抗同定時に流した電流isdが定常状態であるときの電流値をisd0とし、そのときの電圧指令値をvsdref0(=Rsisd0)と表し、その初期状態から、電圧指令に周波数成分を有する変化分としてΔvsdを加算したときの電流の変化分をΔisdとする。
<Identification of leakage inductance>
The leakage inductance value is identified by applying a single-phase AC current after the above-mentioned identification of the primary resistance value is completed. The leakage inductance is identified by a method equivalent to the binding test described in the standard. In this case, the primary voltage D-axis component v sd and the primary current D-axis component i sd are expressed by the following formulas (30) and (31), respectively. However, the iron loss resistance is treated as an equivalent circuit that does not take into account the iron loss resistance. The current value when the current i sd flowing during the primary resistance identification is in a steady state is represented as i sd0 , the voltage command value at that time is represented as v sdref0 (=R s i sd0 ), and the change in current when Δv sd is added to the voltage command as a change having a frequency component from the initial state is represented as Δi sd .
一次抵抗の同定において二次磁束φrdは十分に定常値Misdに収束した条件であり、二次時定数は、印加する交流電圧による電流の変化に比べ十分遅い。そのため、漏れインダクタンスの同定の間、二次磁束がほぼ一定のMisd0のままであると考えると、(26)式において、電圧変化分Δvsdおよび電流変化分Δisdの関係式は、下記(32)式のように表現できる。 In the identification of the primary resistance, the secondary magnetic flux φ rd is sufficiently converged to a steady value Mi sd , and the secondary time constant is sufficiently slow compared to the change in current due to the applied AC voltage. Therefore, if it is considered that the secondary magnetic flux remains almost constant Mi sd0 during the identification of the leakage inductance, the relational expression between the voltage change Δv sd and the current change Δi sd in formula (26) can be expressed as the following formula (32).
上記(32)式について変化分のみの関係式として書き出すと、下記(33)式のようになる。 If we write the above equation (32) as an equation that only includes the change, we get the following equation (33).
ここで、漏れインダクタンスLfを下記(34)式のように表し、二次抵抗Rreqを下記(35)式のように表し、、一次抵抗と二次抵抗との和Rtotalを下記(36)式のように表すと、変化分のみの関係式は、下記(37)式のようになる。なお、この場合の二次抵抗は、一次換算値である。 Here, if the leakage inductance Lf is expressed as in the following formula (34), the secondary resistance Rreq is expressed as in the following formula (35), and the sum of the primary resistance and the secondary resistance Rtotal is expressed as in the following formula (36), the relational expression for only the change amount becomes the following formula (37). Note that the secondary resistance in this case is a primary converted value.
上記(37)式は、図16に示した拘束試験時の等価回路と一致する。つまり、拘束試験に使用されている等価回路は、(3)式における微分方程式において上記に示す近似を考慮した状態と等価であると言える。 The above equation (37) is identical to the equivalent circuit during the restraint test shown in FIG. 16. In other words, the equivalent circuit used in the restraint test is equivalent to the state in which the above approximation is taken into account in the differential equation in equation (3).
交流電流を生成するための電圧変化分Δvsdとして、一次抵抗同定時の電圧値vsdref0(=Rsisd0)に1未満の係数であるKdを乗算させた電圧値を振幅とする正弦波を印加する。係数Kdは、例えば0.25とすることができる。この場合、電圧変化分Δvsdは、下記(38)式のようになる。ただし、上記した正弦波の各周波数をωとする。 As the voltage change amount Δv sd for generating an AC current, a sine wave is applied whose amplitude is a voltage value obtained by multiplying the voltage value v sdref0 (=R si sd0 ) at the time of identifying the primary resistance by Kd , which is a coefficient less than 1. The coefficient Kd can be set to, for example, 0.25. In this case, the voltage change amount Δv sd is expressed by the following formula (38). Here, each frequency of the sine wave described above is represented by ω.
このようにすれば、変化分のみの関係式は、下記(39)式のように表現できる。 In this way, the relational equation for only the change can be expressed as in equation (39) below.
上記(39)式について、両辺をラプラス変換すると、下記(40)式のようになる。そして、(40)式を整理すると、下記(41)式のようになる。 When both sides of the above equation (39) are Laplace transformed, we obtain the following equation (40). Then, rearranging equation (40) gives us the following equation (41).
上記(41)式の右辺が下記(42)式のように分解されると仮定し、右辺の括弧内の2項をまとめると、下記(43)式のようになる。 Assuming that the right-hand side of the above equation (41) can be decomposed as in the following equation (42), and combining the two terms in parentheses on the right-hand side, we get the following equation (43).
上記(43)式について、ラプラス演算子sについて分子を整理すると、下記(44)式のようになる。 Rearranging the numerator of the above equation (43) with respect to the Laplace operator s gives the following equation (44).
(41)式および(44)式は、ラプラス演算子sに関し恒等式であるとして、右辺の係数を比較すると、下記(45)式、(46)式および(47)式の3つの式が得られる。 If we consider equations (41) and (44) to be identities with respect to the Laplace operator s and compare the coefficients on the right-hand side, we obtain the following three equations: (45), (46), and (47).
上記3つの式に基づいてA~Cを求める。まず、(45)式および(46)式により、下記(48)式が得られる。そして、(48)式を(47)式へ代入すると、下記(49)式のようになる。(49)式を整理すると、下記(50)式のように、Aを求めることができる。 A to C are found based on the above three equations. First, equation (48) below is obtained from equations (45) and (46). Then, substituting equation (48) into equation (47) gives equation (49) below. By rearranging equation (49), A can be found as in equation (50) below.
このようにしてAが得られるため、BおよびCは、下記(51)式および(52)式のように導かれる。 Since A is obtained in this way, B and C can be derived as shown in equations (51) and (52) below.
上記した通りA~Cが求められたが、簡単化のためにA~Cの表記のままとしておく。電圧および電流の関係式である(39)式をラプラス変換した式である(41)式をA~Cを用いて再記すると、下記(53)式および(54)式のようになる。 As described above, A to C were found, but for simplicity, we will leave them written as A to C. If we rewrite equation (41), which is the Laplace transform of equation (39), which is the relationship between voltage and current, using A to C, we get the following equations (53) and (54).
上記(54)式を逆ラプラス変換すると、下記(55)式のようになる。そして、(55)式について、A~Cを代入すると、下記(56)式のようになる。 When the above equation (54) is inversely Laplace transformed, it becomes the following equation (55). Then, when A to C are substituted into equation (55), it becomes the following equation (56).
上記(56)式の括弧内の第1項は時間とともに減衰する項であるため、時定数(Lf/Rtotal)より十分長い時間が経過後は無視してよい。この点を考慮すると、上記(56)式は、下記(57)式のように簡略化することができる。 Since the first term in the parentheses in the above formula (56) is a term that decays with time, it may be ignored after a time sufficiently longer than the time constant ( Lf / Rtotal ) has elapsed. Taking this into consideration, the above formula (56) can be simplified as shown in the following formula (57).
ここで、上記した電流値の式を、下記(58)式のように係数Hsおよび係数Hcで標記する。この場合、係数Hsおよび係数Hcは、下記(59)式、(60)式および(61)式のように定義されたことになる。このような定義によれば、印加する周波数成分の振幅Kdvsd0、角周波数ωが一定であれば、係数Hsおよび係数Hcも一定値であることが分かる。 Here, the above-mentioned equation for the current value is expressed by coefficients Hs and Hc as in the following equation (58). In this case, the coefficients Hs and Hc are defined as in the following equations (59), (60), and (61). According to such definitions, it can be seen that if the amplitude Kdvsd0 and the angular frequency ω of the applied frequency component are constant, the coefficients Hs and Hc are also constant values.
漏れインダクタンスLf(=σLs)と、一次抵抗と二次抵抗との和Rtotalと、は、上記の定義から、それぞれ下記(62)式および(63)式のように表現することができる。 From the above definitions, the leakage inductance L f (=σL s ) and the sum R total of the primary resistance and secondary resistance can be expressed as the following equations (62) and (63), respectively.
係数Hsおよび係数Hcは、それぞれ、(58)式に示される電流値の式のSin関数にかかる係数およびCos関数にかかる係数である。係数Hsおよび係数Hcは、印加する交流電圧のN周期間、流れる電流値にCos関数またはSin関数を乗算した値を、下記(64)式および(65)式に示すように積分処理を行うことで求められる。Tstは積分を開始する時刻である。積分の時間は、時定数(Lf/Rtotal)より十分長い時間が設定される。ただし、「T=(2π/ω)[s]」とする。 The coefficients Hs and Hc are respectively a coefficient multiplied by the sine function and a coefficient multiplied by the cosine function of the current value equation shown in equation (58). The coefficients Hs and Hc are obtained by integrating the value obtained by multiplying the current value flowing during N cycles of the applied AC voltage by a cosine function or a sine function, as shown in the following equations (64) and (65). Tst is the time when the integration starts. The integration time is set to a time sufficiently longer than the time constant ( Lf / Rtotal ). However, "T = (2π/ω) [s]".
これより、係数Hsおよび係数Hcは、下記(66)式および(67)式のように求められる。 From this, the coefficients Hs and Hc can be obtained as shown in the following equations (66) and (67).
このようにして求められる係数Hsおよび係数Hcを、(62)式および(63)式に代入することにより、下記(68)式および(69)式のように、漏れインダクタンス同定値Lf_calcおよび一次抵抗と二次抵抗との和Rtotal_calcを求めることができる。ここでは、漏れインダクタンス同定値Lf_calcのみを採用する。 By substituting the coefficients Hs and Hc thus obtained into the equations (62) and (63), the leakage inductance identified value Lf_calc and the sum Rtotal_calc of the primary resistance and the secondary resistance can be obtained as shown in the following equations (68) and (69). Here, only the leakage inductance identified value Lf_calc is used.
上述したようにして実施される漏れインダクタンスの同定時における電圧指令値および電流値は、図18における漏れインダクタンス同定フェーズに示されるようなものとなる。 The voltage command value and current value during leakage inductance identification performed as described above are as shown in the leakage inductance identification phase in Figure 18.
<二次時定数および無負荷電流の同定について>
第1構成例の誘導電動機駆動装置1では、電流を印加後に出力遮断、つまりゲートブロックとし、電圧検出値を使用して磁束を演算するようになっている。すなわち、図2に示すように、誘導電動機2に直流を印加し、電圧指令値が一定値となった後、出力電圧を0となるようにゲートブロックさせると、その後、減衰する二次磁束の変化によって、モータ端子には電圧が生じる。
<Identification of secondary time constant and no-load current>
In the induction
モータ端子に現れる電圧値を求め、その積分値がどのような磁束量となるかを算出する。そのモデリングを次のようにして行う。まず、(3)式の1行目より、下記(70)式が得られる。 The voltage value appearing at the motor terminals is found, and the amount of magnetic flux that results from its integral value is calculated. This modeling is performed as follows. First, the following equation (70) is obtained from the first line of equation (3).
ゲートブロック後、電流値は二次時定数より十分に短い時間で0に収束する。そのため、一次周波数を0とし、回転子は動かないとしてQ軸磁束を0とすると、下記(71)式が得られる。 After the gate is blocked, the current value converges to 0 in a time that is much shorter than the secondary time constant. Therefore, if the primary frequency is set to 0, the rotor is not moving, and the Q-axis magnetic flux is set to 0, the following equation (71) is obtained.
一方、(3)式の3行目を記載すると、下記(72)式のようになる。 On the other hand, if you write the third line of equation (3), it becomes equation (72) below.
同じく、ゲートブロック後、電流値は二次時定数より十分に短い時間で0に収束するため、(72)式は下記(73)式のように表現できる。 Similarly, after the gate is blocked, the current value converges to 0 in a time much shorter than the quadratic time constant, so equation (72) can be expressed as equation (73) below.
この微分方程式を、二次磁束の初期値を、φrd0(=Misd0)として解き、ラプラス変換すると、下記(74)式および(75)式のようになる。 When this differential equation is solved with the initial value of the secondary magnetic flux set to φ rd0 (=Mi sd0 ) and then subjected to Laplace transformation, the following equations (74) and (75) are obtained.
二次磁束を時間関数として表現すると、下記(76)式のようになる。 The secondary magnetic flux can be expressed as a function of time as shown in equation (76) below.
上記(71)式~(76)式により、観測されるモータ端の電圧は、下記(77)および(78)式のように求められる。 From the above equations (71) to (76), the observed voltage at the motor terminals can be calculated using the following equations (77) and (78).
ここで、下記(79)式のようになることから、観測される電圧値を、0近傍になるまで積分することで、減衰前に生じていた磁束を得ることができる。つまり、下記(80)式のように磁束を得ることができる。 Since the following equation (79) is obtained, the magnetic flux that was generated before the attenuation can be obtained by integrating the observed voltage value until it approaches zero. In other words, the magnetic flux can be obtained as shown in the following equation (80).
さらには、下記(81)式のようになることから、下記(82)式および(83)式のように表すことができる。これにより、下記(84)式が得られる。 Furthermore, since the following equation (81) is obtained, it can be expressed as the following equations (82) and (83). This gives the following equation (84).
この磁束の式より、流していた電流isd0が誘導電動機2の無負荷電流isdn相当であった場合には、定格一次磁束Lsisdnから漏れ磁束分σLsisdnを引いた磁束分が得られることが分かる。
From this magnetic flux equation, it can be seen that when the flowing current i sd0 is equivalent to the no-load current i sdn of the
誘導電動機2は印加する電圧にて磁束を変化させることができる電動機である。そのため、磁束基準をどのように定めるかは様々な方法が考えられるが、ここでは、定格角周波数ωsnにおいて定格電圧vsn相当で無負荷運転した際に、流れる無負荷電流値を定格磁束電流isnと定め、DQ同期軸上に変換された値を定格磁束電流isdnとして制御する条件とする。ただし、定格電圧Vsnは相電圧実効値であり、定格磁束電流isnは相電流実効値である。
The
この場合には、既述した無負荷試験と同等の動作点となるので、同様に(20)式および(21)式が得られる。そして、(20)式および(21)式により表される一次電圧の各成分の2乗和が定格電圧Vsnの大きさ、つまり振幅の2乗値に一致するので、定格一次磁束Lsisdnは、下記(85)式および(86)式により得られる。 In this case, the operating point is the same as in the no-load test described above, so equations (20) and (21) are obtained in the same way.Then, the sum of the squares of each component of the primary voltage expressed by equations (20) and (21) coincides with the magnitude of the rated voltage Vsn , that is, the square value of the amplitude, so the rated primary magnetic flux Ls i sdn can be obtained by the following equations (85) and (86).
このようにして得られる定格一次磁束Lsisdnに「1-σ」を乗算した磁束量、つまり下記(87)式により表される磁束量が、無負荷電流isdnが同定されたときに得られる磁束量となる。同定開始時または同定途中においては、無負荷電流isdnは未知数、つまり同定中であるため、そのときに与えている電流値isd0を用いて下記(88)式のように目標磁束を定めておく。 The amount of magnetic flux obtained by multiplying the rated primary magnetic flux Ls i sdn obtained in this manner by "1-σ", that is, the amount of magnetic flux expressed by the following formula (87), is the amount of magnetic flux obtained when the no-load current i sdn is identified. At the start of identification or during identification, the no-load current i sdn is an unknown quantity, that is, is being identified, so the target magnetic flux is determined as shown in the following formula (88) using the current value i sd0 given at that time.
目標磁束と先の(84)式の磁束の値が一致するように、印加電流値isd0が調整されたときに、印加電流値isd0が無負荷電流isdn相当に調整されたことになる。このようにして無負荷電流isdnを同定する。無負荷電流isdnが同定されれば、(85)式および(86)式により、一次インダクタンスLsも得られる。また、このとき、(84)式の磁束の値が、目標磁束の「1-e-1」倍相当となるまでの時間が概ね二次時定数であるので、二次時定数の測定も同時に行うことができる。 When the applied current value i sd0 is adjusted so that the target magnetic flux and the magnetic flux value of the previous equation (84) match, the applied current value i sd0 is adjusted to be equivalent to the no-load current i sdn . In this manner, the no-load current i sdn is identified. Once the no-load current i sdn is identified, the primary inductance L s can also be obtained from equations (85) and (86). At this time, the time until the magnetic flux value of equation (84) becomes equivalent to "1-e -1 " times the target magnetic flux is approximately the secondary time constant, so that the secondary time constant can also be measured at the same time.
印加する電流値の調整は、例えば以下のルールで実施する。すなわち、nを印加する電流値の回数とする。ただし、「n=1,2,3…」である、つまりnは自然数である。そして、n=1のときは、例えば、「電流(1)=√2×In/5」を初期値として与える。ただし、Inは定格電流実効値相当とする。n≧2のときは、下記(89)式を用いて電流値、つまり電流指令値を算出する。ただし、磁束(0)=0とするとともに、電流(0)=0とする。 The adjustment of the applied current value is performed, for example, according to the following rules. That is, n is the number of times the current value is applied. However, "n = 1, 2, 3...", that is, n is a natural number. When n = 1, for example, "current (1) = √2 x In/5" is given as the initial value. However, In is equivalent to the rated current effective value. When n ≥ 2, the current value, that is, the current command value, is calculated using the following formula (89). However, magnetic flux (0) = 0 and current (0) = 0.
目標磁束と電圧値の積分量である(84)式の磁束とが一致するように、電流(n)が(89)式にて調整された結果、下記(90)式に示すように、無負荷電流同定値isdn_calcを電流(n)に一致させることができる。 As a result of adjusting the current (n) using equation (89) so that the target magnetic flux coincides with the magnetic flux in equation (84), which is the integral of the voltage value, the no-load current identification value i sdn_calc can be made to coincide with the current (n), as shown in equation (90) below.
上記した(89)式は、以下のような考え方で得られている。すなわち、下記(91)式に示すように、過去2つの電流および磁束の値から、電流の変化量と磁束の変化量との比を求めておく。 The above formula (89) is derived from the following idea. That is, the ratio of the change in current to the change in magnetic flux is calculated from the past two current and magnetic flux values, as shown in the following formula (91).
下記(92)式に示すように、前回の積分結果である磁束の量が目標磁束にどれだけ不足しているかを算出する。 As shown in the following equation (92), the amount of magnetic flux that is the result of the previous integration is calculated to be how much short of the target magnetic flux.
下記(93)式に示すように、不足分の磁束分を得るための電流値を、不足磁束分に対して先に求めた比を乗算することにより算出する。 As shown in the following formula (93), the current value required to obtain the magnetic flux deficiency is calculated by multiplying the magnetic flux deficiency by the ratio previously determined.
下記(94)式に示すように、不足電流分を前回の電流指令に加算して次の電流指令値にする。 As shown in equation (94) below, the amount of shortfall current is added to the previous current command to obtain the next current command value.
上記(91)式~(94)式の関係から、下記(95)式に示すような次の電流指令の式、つまり(89)式が導出される。 From the relationships in equations (91) to (94) above, the following current command equation, that is, equation (89), is derived as shown in equation (95) below.
上述したようにして実施される無負荷電流および二次時定数同定時における各部の波形は、図3に示すようなものとなる。なお、図3では、ゲートブロックのことをGBと省略している。第1構成例の誘導電動機駆動装置1では、無負荷電流の同定値および二次時定数の同定値を取得するための動作は、次のような流れで実施される。
The waveforms of each part when identifying the no-load current and secondary time constant as described above are as shown in Figure 3. Note that in Figure 3, the gate block is abbreviated as GB. In the induction
電流指令値生成部15が、誘導電動機2の定格電流の20%前後の第1の電流指令値isdref_[1]を予め定められた第1の待ち時間だけ電流調整部10に与える。電力変換器6の出力が遮断されて予め定められた第2の待ち時間が経過した後、電動機定数同定部11が、相間電圧の検出値を電流指令値と同じ制御軸上に変換した値vsdmeasが0を下回る間において次式に示す磁束[1]を算出する。
磁束[1]=∫(-vsdmeas)dt
A current command
Magnetic flux [1] = ∫ (-v sd m ea s ) dt
ここで、目標磁束を、誘導電動機2の定格一次磁束から漏れインダクタンスの同定値を用いて算出された漏れ磁束分を減算した磁束量に定める。電流指令値生成部15が、磁束[1]を用いて次式により求められる第2の電流指令値isdref_[2]を電流調整部10に与える。
isdref_[2]=isdref_[1]+(目標磁束-磁束[1])×(isdref_[1]÷磁束[1])
Here, the target magnetic flux is determined to be the amount of magnetic flux obtained by subtracting the leakage magnetic flux calculated using the identified value of the leakage inductance from the rated primary magnetic flux of the
i sdref_[2] = i sdref_[1] + (target flux - flux[1]) x (i sdref_[1] ÷ flux[1])
電動機定数同定部11が、磁束[1]を算出したときと同様にして磁束[2]を算出する。ここで、Nを3以上の自然数としたとき、電流指令値生成部15が、次式により求められる第Nの電流指令値isdref_[N]を電流調整部10に与える。
isdref_[N]=isdref_[N-1]+(目標磁束-磁束[N-1])×(isdref_[N-1]-isdref_[N-2])÷(磁束[N-1]-磁束[N-2])
The motor
i sdref_[N] = i sdref_[N-1] + (target flux - flux[N-1]) x (i sdref_[N-1] - i sdref_[N-2] ) ÷ (flux[N-1] - flux[N-2])
電動機定数同定部11が、磁束[1]を算出したときと同様にして磁束[N]を算出する。これらの動作を繰り返すことによりisdref_[N]を収束演算させることで、次式に示す無負荷電流の同定値isdn_calcを得る。
isdn_calc=isdref_[N]
The motor
i sdn_calc = i sdref_[N]
電流指令値生成部15が、第N+1の電流指令値isdref_[N+1]として、第Nの電流指令値isdref_[N]を再び電流調整部10に与え、磁束[1]を算出したときと同様にして磁束[N+1]を算出する際に、磁束[N+1]が、目標磁束の略「1-e-1」倍となるまでの時間Tr_estを計測する測定動作を実施する。このような測定動作を1回または複数回実施し、計測された時間Tr_estの値または複数の計測された時間Tr_estの平均値を、二次時定数の同定値Tr_calcとする。
When the current command
<第2構成例の誘導電動機駆動装置について>
第1構成例の誘導電動機駆動装置1による同定方法では、電流印加により生じた磁束が、ゲートブロック後において、減衰するまでに観測される電圧値を検出する必要があるため、電圧検出器である相間電圧検出部12およびその周辺回路であるUV,WV/UVW変換器13およびUVW/dq変換器14が必要であった。部品点数をなるべく少なく抑えるという観点からは、電圧検出器を有さない構成の誘導電動機駆動装置であっても、電圧検出器を有する第1構成例と同様に、無負荷電流および二次時定数を同定できることが望ましい。以下、このような電圧検出器を有さない第2構成例の誘導電動機駆動装置について説明する。
<Regarding the induction motor driving device of the second configuration example>
In the identification method using the induction
図4に示す第2構成例の誘導電動機駆動装置21は、電圧検出器である相間電圧検出部を有さない構成となっている。第2構成例の誘導電動機駆動装置21は、第1構成例の誘導電動機駆動装置1に対し、制御装置7に代えて制御装置22を備えている点などが異なる。制御装置22は、制御装置7に対し、相間電圧検出部12、UV,WV/UVW変換器13およびUVW/dq変換器14が省かれている点、電動機定数同定部11に代えて電動機定数同定部23を備えている点などが異なる。
The induction
電動機定数同定部23は、D軸電圧指令値vsdrefと、D軸電流指令isdrefまたはD軸電流検出値isdmeasと、に基づいて、誘導電動機2の電気的定数を同定する。詳細は後述するが、上記構成では、次のように電気的定数の同定が行われる。すなわち、電流指令値生成部15が、誘導電動機2の回転子が停止している状態において予め設定された異なる2つの大きさの電流指令値を生成する。そして、電動機定数同定部23が、電流指令値生成部15が高いレベルから低いレベルに電流指令値を変化させた後における電圧指令値に基づいて、無負荷電流および二次時定数を同定する。
The motor
第2構成例の誘導電動機駆動装置21では、無負荷電流の同定値および二次時定数の同定値を取得するための動作は、次のような流れで実施される。電流指令値生成部15が、誘導電動機2が停止している状態において予め定められた相対的に小さい電流値であるベース電流指令値isdref_baseを、予め定められた第1の待ち時間Twait_Aだけ電流調整部10に与えた後、電動機定数同定部23が、定常値となった電圧指令値vsdref_baseを記憶させる。
In the induction
その後、電流指令値生成部15が、ベース電流指令値isdref_baseより大きい第1の電流指令値isdref_[1]を第1の待ち時間Twait_Aだけ電流調整部10に与えてから、再び、ベース電流指令値isdref_baseに切り替えた後に予め定められた第2の待ち時間Twait_Bが経過した後、電動機定数同定部23が、電圧指令値vsdrefが、ベース電流指令値isdref_baseを印加したときの定常値である電圧指令値vsdref_baseを下回る間において次式に示す磁束[1]を算出する。
磁束[1]=∫(vsdref_base-vsdref)dt
Then, the current command
Magnetic flux [1] = ∫ (v sdref_base - v sdref ) dt
ここで、目標磁束を、誘導電動機2の定格一次磁束から漏れインダクタンスの同定値を用いて算出された漏れ磁束分を減算した磁束量に定める。電流指令値生成部15が、次式により求められる第2の電流指令値isdref_[2]を電流調整部10に与える。
isdref_[2]=isdref_[1]+(目標磁束-磁束[1])×(isdref_[1]÷磁束[1])
Here, the target magnetic flux is determined to be the amount of magnetic flux obtained by subtracting the leakage magnetic flux calculated using the identified value of the leakage inductance from the rated primary magnetic flux of the
i sdref_[2] = i sdref_[1] + (target flux - flux[1]) x (i sdref_[1] ÷ flux[1])
電動機定数同定部23が、磁束[1]を算出したときと同様にして磁束[2]を算出する。ここで、Nを3以上の自然数としたとき、電流指令値生成部15が、次式により求められる第Nの電流指令値isdref_[N]を電流調整部10に与える。
isdref_[N]=isdref_[N-1]+(目標磁束-磁束[N-1])×(isdref_[N-1]-isdref_[N-2])÷(磁束[N-1]-磁束[N-2])
The motor
i sdref_[N] = i sdref_[N-1] + (target flux - flux[N-1]) x (i sdref_[N-1] - i sdref_[N-2] ) ÷ (flux[N-1] - flux[N-2])
電動機定数同定部23が、磁束[1]を算出したときと同様にして磁束[N]を算出する。これらの動作を繰り返すことによりisdref_[N]を収束演算させることで、次式に示す無負荷電流の同定値isdn_calcを得る。
isdn_calc=isdref_[N]-isdref_base
The motor
i sdn_calc = i sdref_[N] - i sdref_base
電流指令値生成部15が、第N+1の電流指令値isdref_[N+1]として、第Nの電流指令値isdref_[N]を再び電流調整部10に与え、磁束[1]を算出したときと同様にして磁束[N+1]を算出する際に、磁束[N+1]が、目標磁束の略「1-e-1」倍となるまでの時間Tr_estを計測する測定動作を実施する。このような測定動作を1回または複数回実施し、計測された前記時間Tr_estの値または複数の計測された時間Tr_estの平均値を、二次時定数の同定値Tr_calcとする。
When the current command
次に、第2構成例の誘導電動機駆動装置21において実施される各電気的定数の具体的な同定方法について説明する。図5に示すように、第2構成例による同定方法では、第1構成例による同定方法におけるゲートブロックに代わり、微小な電流値として、ベース電流指令値isdref_baseを印加し続けるという方法を採用している。
Next, a specific method for identifying each electrical constant implemented in the induction
この場合、「無負荷電流同定値+ベース電流指令値isdref_base」の電流値から、ベース電流指令値isdref_baseの電流値まで、素早く減少させた後の電圧指令を電圧検出値と同様に使用する。ただし、このようにするためには、下記の2点について注意する必要がある。
[1]ゲートブロックに代わる微小電流維持のための電圧値の除去
[2]ゲートブロックに代わる微小電流への移行時の過渡現象の回避
In this case, the voltage command after quickly decreasing the current value from the "no-load current identification value + base current command value i sdref_base " to the current value of the base current command value i sdref_base is used in the same way as the voltage detection value. However, in order to do this, the following two points must be noted.
[1] Elimination of voltage value for maintaining small current instead of gate block [2] Avoidance of transient phenomenon when transitioning to small current instead of gate block
<微小電流維持のための電圧値の除去について>
ベース電流指令値isdref_baseの電流レベルを維持する電圧指令値であるベース電圧指令値vsdref_baseを予め測定しておき、電圧指令値からベース電圧指令値vsdref_baseを差し引いた電圧値を、先の電圧検出値に置き換えて積分する必要がある。このような積分により得られる磁束は、下記(96)式により表される。
<Removal of voltage value to maintain minute current>
It is necessary to measure in advance the base voltage command value v sdref_base , which is a voltage command value that maintains the current level of the base current command value i sdref_base , and to integrate the voltage value obtained by subtracting the base voltage command value v sdref_base from the voltage command value, by substituting it for the voltage detection value. The magnetic flux obtained by such integration is expressed by the following equation (96).
目標磁束と、電圧値の積分量である(96)式の磁束と、が一致するように、電流(n)が(89)式にて調整された結果、「無負荷電流同定値+ベース電流指令値isdref_base」の電流値相当が、電流(n)として調整されることになる。よって、無負荷電流同定値isdn_calcは、下記(97)式により表される。 As a result of adjusting the current (n) by equation (89) so that the target magnetic flux coincides with the magnetic flux in equation (96), which is the integral of the voltage value, the current value equivalent to the "no-load current identified value + base current command value i sdref_base " is adjusted as the current (n). Therefore, the no-load current identified value i sdn_calc is expressed by the following equation (97).
<電流制御の過渡現象の回避について>
電流指令値が「無負荷電流同定値+ベース電流指令値isdref_base」からベース電流指令値isdref_baseに切り替わった際、実際の電流値が移行している間の電流制御器の出力である電圧指令値には、電流制御器の補償量も含まれる。そのため、無負荷電流を精度良く同定するためには、この過渡現象時の電流制御器の出力に相当する補償量については磁束を計算する電圧指令の積分演算から除去する必要がある。そのためには、移行の開始後から予め設定された時間Twait_Bの間は電圧指令値の積分動作を行わない、ということが効果的となる。
<Avoiding transient phenomena in current control>
When the current command value switches from "no-load current identification value + base current command value i sdref_base " to the base current command value i sdref_base , the voltage command value, which is the output of the current controller while the actual current value is transitioning, also includes the compensation amount of the current controller. Therefore, in order to accurately identify the no-load current, it is necessary to remove the compensation amount corresponding to the output of the current controller during this transient phenomenon from the integral calculation of the voltage command that calculates the magnetic flux. For this purpose, it is effective not to perform the integral operation of the voltage command value for a preset time Twait_B after the start of the transition.
二次時定数は、誘導電動機2が比較的大容量機種の場合、電流制御器の電流応答時定数に比べ十分に長いので、時間Twait_Bの間、積分動作を行わなくとも無負荷電流値の同定結果への影響は小さい。しかしながら、誘導電動機2が二次時定数が短い小容量機種の場合には、二次時定数Trと電流応答時定数Tcurrの差が小さくなると、同定精度への影響も無視できなくなる。
When the
したがって、二次時定数Trと電流応答時定数Tcurrの差が小さい場合には、電流値がベース電流指令値isdref_baseに到達した後の電圧指令値の変化から、待ち時間である時間Twait_B間の磁束変化による電圧値、つまり(77)式に相当する電圧値分を推定し、磁束量を補償することで無負荷電流同定値の精度を向上することができる。なお、この場合における磁束量は、積分値である。具体的には、図6に示すような線形近似を実施することになる。 Therefore, when the difference between the secondary time constant T r and the current response time constant T curr is small, the voltage value due to the magnetic flux change during the waiting time Twait_B, that is, the voltage value corresponding to the formula (77), is estimated from the change in the voltage command value after the current value reaches the base current command value i sdref_base , and the magnetic flux amount is compensated to improve the accuracy of the no-load current identification value. Note that the magnetic flux amount in this case is an integral value. Specifically, a linear approximation as shown in FIG. 6 is performed.
電流指令値をベース電流指令値isdref_baseに切り替えた時刻を「t=0」とし、概ね電流値がベース電流指令値isdref_baseに減衰完了した時刻を「t=T0」とし、電流値が十分にベース電流指令値isdref_baseに近づいた時点の時刻を「t=T1」とし、その倍をT2とする。例えば、T0は「2×電流応答時定数Tcurr」とし、T1は「N×Tcurr」とすることができる。なお、この場合、例えば「N=5」とすることができる。 The time when the current command value is switched to the base current command value i sdref_base is defined as "t=0", the time when the current value has almost completely decayed to the base current command value i sdref_base is defined as "t=T0", the time when the current value is sufficiently close to the base current command value i sdref_base is defined as "t=T1", and double that time is defined as T2. For example, T0 can be defined as "2×current response time constant T curr " and T1 can be defined as "N×T curr ". In this case, for example, N can be defined as "N=5".
タイマ設定値であるT0、T1、T2は既知であり、V1およびV2は、それぞれ時刻T1の時点および時刻T2の時点における電圧指令値である。時刻T1の時点から時刻T2の時点までの間における電圧指令の変化の傾きを求め、時刻T0の時点における電圧指令値のうち、磁束変化による電圧値V0を近似計算する。このような近似計算は、下記(98)式に基づいて行うことができる。 The timer setting values T0, T1, and T2 are known, and V1 and V2 are the voltage command values at time T1 and time T2, respectively. The slope of the change in the voltage command between time T1 and time T2 is found, and the voltage value V0 due to the magnetic flux change among the voltage command values at time T0 is approximately calculated. Such an approximation can be performed based on the following equation (98).
ここで、タイマを下記(99)式~(101)式のように設定する。ただし、Nは整数である。 The timer is set as shown in the following formulas (99) to (101), where N is an integer.
そうすると、電圧値V0は、下記(102)式のようになる。 Then, the voltage value V0 is expressed as follows:
T0からT1までの積分値である磁束変化量を台形近似計算すると下記(103)式のようになる。 When the magnetic flux change amount, which is the integral value from T0 to T1, is calculated by trapezoidal approximation, it becomes the following formula (103).
上記(103)式に上記(102)式におけるV0を代入すると、T0からT1までの電流制御補償量を排除した磁束変化分の電圧値の積分値Sが求められる。磁束の演算である電圧指令値の積分は、電流値が十分にベース電流指令値isdref_baseに近づいた時点である「t=T1」から開始する。これは、電流制御器の出力である補償電圧指令値を積分しないためである。その後、上記したようにして求められる積分値Sを「t=T2」の時点で磁束演算値に加算することにより、T1以前の二次磁束変化によって生じた電圧値分の積分値に相当する磁束量が補正され、精度良く無負荷電流の同定を行うことが可能となる。 Substituting V0 in the above formula (102) into the above formula (103) gives the integral value S of the voltage value of the magnetic flux change excluding the current control compensation amount from T0 to T1. The integration of the voltage command value, which is the calculation of the magnetic flux, starts at "t=T1", the point in time when the current value is sufficiently close to the base current command value isdref_base . This is because the compensation voltage command value, which is the output of the current controller, is not integrated. Thereafter, by adding the integral value S obtained as described above to the magnetic flux calculation value at the point in time "t=T2", the magnetic flux amount equivalent to the integral value of the voltage value generated by the secondary magnetic flux change before T1 is corrected, making it possible to identify the no-load current with high accuracy.
以上説明したように、第2構成例では、磁束[1]、磁束[2]、磁束[N]および磁束[N+1]を算出する際、電流指令値をベース電流指令値isdref_baseに切り替え、第2の待ち時間Twait_Bが経過した後に観測される電圧指令値の時間変化量から、第2の待ち時間Twait_Bの間の誘導電動機2における磁束変化量を、磁束補正量として算出し、その磁束補正量を磁束[1]、磁束[2]、磁束[N]および磁束[N+1]の磁束量に加算するようになっている。
As described above, in the second configuration example, when calculating the magnetic flux [1], magnetic flux [2], magnetic flux [N], and magnetic flux [N+1], the current command value is switched to the base current command value i sdref_base , and the amount of magnetic flux change in the
より具体的には、第2構成例では、磁束[1]、磁束[2]、磁束[N]および磁束[N+1]を算出する際、電流指令値をベース電流指令値isdref_baseに切り替え、第2の待ち時間Twait_Bが経過した後に観測される電圧指令値の時間変化量から、第2の待ち時間Twait_Bの間の誘導電動機2における磁束変化による誘起電圧を線形近似し、線形近似された誘起電圧が第2の待ち時間Twait_Bの間に時間積分された量として磁束補正量を算出し、その磁束補正量を磁束[1]、磁束[2]、磁束[N]および磁束[N+1]の磁束量に加算するようになっている。
More specifically, in the second configuration example, when calculating magnetic flux [1], magnetic flux [2], magnetic flux [N], and magnetic flux [N+1], the current command value is switched to the base current command value i sdref_base , and the induced voltage due to the magnetic flux change in the
<電流制御ゲインの最適化について>
このとき、電流制御のゲインは、オーバーシュートの発生しないゲイン設定としておくことが望ましい。これは、オーバーシュートの発生しない電流応答を実現することで、電圧指令値に大きな補償電圧値を生じさせない効果があるからである。電流制御器をPI補償器で実現する場合において、電流応答にオーバーシュートの発生しない電流制御器の比例ゲインKpおよび積分ゲインKiは、前段で得られた、漏れインダクタンス値および一次抵抗値から下記(104)式および(105)式のように得ることができる。ただし、電流応答角周波数をωcurrとする。
<Optimization of current control gain>
At this time, it is desirable to set the gain of the current control to a gain that does not cause overshoot. This is because realizing a current response that does not cause overshoot has the effect of preventing a large compensation voltage value from being generated in the voltage command value. When the current controller is realized by a PI compensator, the proportional gain Kp and integral gain Ki of the current controller that does not cause overshoot in the current response can be obtained from the leakage inductance value and primary resistance value obtained in the previous stage as shown in the following equations (104) and (105). Here, the current response angular frequency is ω curr .
以下、このような電流制御ゲインの導出について説明する。まず、(3)式の1行目を記載すると下記(106)式のようになる。 The derivation of such a current control gain will be explained below. First, the first line of equation (3) is written as follows: (106).
ここで、印加する電圧は直流量であり、誘導電動機2の回転子を回転させない停止時においてD軸のみに電流を印加するため、Q軸電流は0と考えるとともに、二次磁束のQ軸成分も0と考えても差し支えない。このような点を踏まえて(106)式を整理すると下記(107)式のようになる。
The voltage applied here is DC, and since current is applied only to the D-axis when the
一次電流と二次磁束の微分項が存在するが、二次時定数の変化は、一次電流のダイナミクスに比べ十分に遅いことから、電流値を比較的高速な電流制御器により50~100Hzのステップ状の応答を実現するまでの時間においては、二次磁束は略変化せず一定値として考えて差し支えない。よって、電流制御開始直後、つまり電流指令変更直後の電流値が応答する時間においては、上記(107)式で二次磁束を一定と考えると、下記(108)式が成立する。 Although there are differential terms between the primary current and the secondary magnetic flux, the change in the secondary time constant is sufficiently slow compared to the dynamics of the primary current, so during the time it takes for a relatively fast current controller to achieve a step-like response of 50 to 100 Hz, the secondary magnetic flux can be considered to remain almost unchanged and constant. Therefore, if we consider the secondary magnetic flux to be constant in the above equation (107) during the time when the current value responds immediately after the start of current control, that is, immediately after the current command is changed, then the following equation (108) holds.
上記(108)式および(109)式をブロック図として表すと、図7に示すような図となる。電流指令から電流値への伝達関数Gc(s)を求めkると、下記(110)式のようになる。 When the above formulas (108) and (109) are expressed as a block diagram, it becomes a diagram as shown in Fig. 7. When the transfer function Gc (s) from the current command to the current value is obtained, it becomes the following formula (110).
電流制御応答をωcurrとしたいとき、すなわち、上記(110)式で示される電流応答を「応答時定数Tcurrが1/ωcurrとなる一次遅れの応答」としたい場合には、下記(111)式が成立するように、比例ゲインKpおよび積分ゲインKiを決定すればよいことになる。 When it is desired to set the current control response to ω curr , that is, when it is desired to set the current response shown in the above formula (110) to "a first-order lag response with a response time constant T curr of 1/ω curr ", it is sufficient to determine the proportional gain K p and the integral gain K i so that the following formula (111) holds.
上記(111)式を整理すると、下記(112)式のような関係が得られる。そして、係数比較により、下記(113)式および(114)式が得られる。 Rearranging the above equation (111), we obtain the relationship shown in the following equation (112). Then, by comparing the coefficients, we obtain the following equations (113) and (114).
よって、比例ゲインKpおよび積分ゲインKiは、上記した(104)式および(105)式のように設定すればよいことになる。また、これらの式について、同定式を用いて表現すると、下記(115)式および(116)式のようになる。 Therefore, the proportional gain Kp and the integral gain Ki can be set as shown in the above formulas (104) and (105). Furthermore, when these formulas are expressed using an identification formula, they become the following formulas (115) and (116).
<同定シーケンス(待ち時間)の最適化について>
図8は、4つの電気的定数である一次抵抗、漏れインダクタンス、無負荷電流および二次時定数の同定に関する一連の動作を最適化したチャートである。無負荷電流の同定においては、オーバーシュートの無い電流応答とすることが望ましいので、一次抵抗と、漏れインダクタンスの同定を先に実施し、電流制御器の制御ゲインを最適化しておくとよい。
<Optimization of identification sequence (waiting time)>
8 is a chart showing the optimization of a series of operations related to the identification of four electrical constants, the primary resistance, the leakage inductance, the no-load current, and the secondary time constant. In identifying the no-load current, it is desirable to have a current response without overshoot, so it is advisable to identify the primary resistance and the leakage inductance first, and then optimize the control gain of the current controller.
また、電圧検出器を有さない第2構成例の誘導電動機駆動装置21においては、無負荷電流の同定の際に、磁束を演算する際の電圧基準であるベース電圧指令値vsdref_baseが必要であるが、無負荷電流の際の最初の電流指令値であるベース電流指令値isdref_baseを印加する際に必要となる電圧指令は未知である。そこで、初期値として、ベース電圧指令値vsdref_base_iniを、先に同定された一次抵抗同定値より小さい値を用いて、例えば下記(117)式のように決めておく。
In the induction
一次抵抗および漏れインダクタンスの同定後に、電流指令値をベース電流指令値isdref_baseに切り替えた後において電圧指令値に生じる誘起電圧相当を利用して、二次時定数の粗調整を行う。具体的には、電流指令値を切り替えてから、電圧指令値がベース電圧指令初期値vsdref_base_iniを上回るまでの時間を計測することで、おおよその二次時定数疎調整値Tr_tempを求める。 After identifying the primary resistance and leakage inductance, the secondary time constant is roughly adjusted using the induced voltage equivalent generated in the voltage command value after the current command value is switched to the base current command value i sdref_base . Specifically, the time from when the current command value is switched until when the voltage command value exceeds the base voltage command initial value v sdref_base_ini is measured to obtain an approximate secondary time constant rough adjustment value T r_temp .
電圧検出器を有する第1構成例の誘導電動機駆動装置1の場合には、観測される誘起電圧は最終的に0近傍となるので、マイナス値で微小な値の例として、上記したベース電圧指令初期値vsdref_base_iniにマイナスを付した値を閾値と定め、検出電圧が閾値より高くなるまでの時間を計測することで、二次時定数疎調整値Tr_tempを求める。
In the case of the induction
このように求めた二次時定数疎調整値Tr_tempを基準に、待ち時間Twait_Aを決定する。待ち時間Twait_Aは、例えば、二次時定数疎調整値Tr_tempの5倍程度の時間に定めるとよい。その後の無負荷電流値の同定における電流印加時間および磁束演算のための積分時間として、待ち時間Twait_Aを使用することで、同定シーケンスの最適化を行うことができる。 The waiting time Twait_A is determined based on the thus obtained secondary time constant coarse adjustment value T r_temp . The waiting time Twait_A may be set to, for example, about five times the secondary time constant coarse adjustment value T r_temp . The identification sequence can be optimized by using the waiting time Twait_A as the current application time and the integration time for magnetic flux calculation in the subsequent identification of the no-load current value.
以上説明したように、第2構成例の誘導電動機駆動装置21では、次のようにして同定シーケンスの最適化が行われる。すなわち、一次抵抗の同定値Rs_calcおよび漏れインダクタンスの同定値Lf_calcを取得するための動作時に使用した電流指令値から無負荷電流の同定の際の初期電流指令値であるベース電流指令値isdref_baseに移行させる際、電圧指令値を観測することにより二次時定数の疎調整値Tr_tempを測定する。
As described above, in induction
また、第1構成例の誘導電動機駆動装置1では、一次抵抗の同定値Rs_calcおよび漏れインダクタンスの同定値Lf_calcを取得した後、一旦、電力変換器6の出力を遮断させた後において、電圧検出値を観測することにより二次時定数の疎調整値Tr_tempを測定する。この場合、電流応答角周波数をωcurrとしたとき、第1の待ち時間Twait_Aを二次時定数の疎調整Tr_tempの5倍から10倍程度にするとともに、第2の待ち時間Twait_Bを電流応答角周波数ωcurrの逆数の2倍から5倍程度にする。
In the induction
<無負荷電流同定における飽和特性の取得について>
無負荷電流の同定における目標磁束のレベルについては、(85)式および(86)式のように定めていることを示した。これは、定格角周波数ωsnにおいて定格電圧vsn相当で無負荷運転した際に流れる無負荷電流値を定格磁束電流isnと定め、DQ同期軸上に変換された値を定格磁束電流isdnとした場合、本電流値がD軸に流れているときに生じている磁束量であり、これを定格磁束と定めるものとする。
<Acquisition of saturation characteristics in no-load current identification>
It has been shown that the target magnetic flux level in identifying the no-load current is determined as shown in equations (85) and (86). If the no-load current value that flows during no-load operation at the rated angular frequency ω sn and the rated voltage v sn is defined as the rated magnetic flux current i sn , and the value converted onto the DQ synchronous axis is the rated magnetic flux current i sdn , then the amount of magnetic flux that is generated when this current value flows on the D axis is defined as the rated magnetic flux.
図9に示すように、本定格磁束の、例えば、0.75倍、1.0倍、1.25倍、1.5倍の磁束量を目標磁束と定めて、無負荷電流の同定の際と同様な動作をさせることで、それぞれの磁束量を生成するためのD軸電流のレベルを同定することができる。このような同定に関する具体的な動作例としては、例えば図10に示すような第1動作例、図11に示すような第2動作例および図12に示すような第3動作例を挙げることができる。電気的定数が磁束量によって変化しない場合であれば、磁束と電流値とは比例するが、磁気的な飽和特性の影響により磁束が生成され難くなり、磁束量が多いほど比例関係からの乖離が大きくなる。 As shown in Figure 9, by setting the target flux to, for example, 0.75, 1.0, 1.25, or 1.5 times the rated flux, and performing operations similar to those performed when identifying the no-load current, the D-axis current level for generating each flux amount can be identified. Specific examples of operations related to such identification include the first operation example shown in Figure 10, the second operation example shown in Figure 11, and the third operation example shown in Figure 12. If the electrical constant does not change depending on the flux amount, the flux and current value are proportional, but magnetic saturation characteristics make it difficult to generate flux, and the greater the flux amount, the greater the deviation from the proportional relationship.
以上説明したように、本実施形態では、電動機定数同定部11、23は、目標磁束を、少なくとも、誘導電動機2の定格一次磁束から漏れインダクタンスの同定値を用いて算出された漏れ磁束分を減算した定格磁束量と、その定格磁束量より大きい磁束量と、定格磁束量より小さい磁束量と、の3つの中から選択できるようにし、3つの目標磁束のそれぞれが選択された際に無負荷電流の同定を行うことにより誘導電動機2の磁気的飽和特性を得るようになっている。
As described above, in this embodiment, the motor
<一次抵抗および漏れインダクタンスの同定方法の最適化>
本実施形態では、一次抵抗の同定値と漏れインダクタンスの同定値とを取得するための動作は、無負荷電流の同定値と二次時定数の同定値とを取得するための動作を実施する前に、次のような流れで実施される。まず、電流指令値生成部15が、電流調整部10に予め定められた大きさの電流指令値isdref0を、予め定められた所定時間T0だけ与える。そして、所定時間T0が経過した後、電動機定数同定部11、23が、定常値となった電圧指令値である電圧指令値vsdref0と、電流指令値isdref0または定常値となった電流検出値である電流検出値isd0と、を用いて一次抵抗の同定値Rs_calcを算出する。
<Optimization of the method for identifying primary resistance and leakage inductance>
In this embodiment, the operation for obtaining the identified value of the primary resistance and the identified value of the leakage inductance is performed in the following manner before the operation for obtaining the identified value of the no-load current and the identified value of the secondary time constant is performed. First, the current command
続いて、電圧指令生成部16が、一次抵抗の同定値Rs_calcを算出した後の電圧指令値として、電圧指令値vsdref0と、電圧指令値vsdref0に対して1より小さい値である係数Kdを乗算した値を振幅とする正弦波と、を加算した値とする。そして、係数Kdが、観測される電流の交流分振幅が予め定められた大きさと同等な値となるように調整される。その後、電動機定数同定部11、23が、電流検出部8U、8Wにより観測される電流値の交流量、調整後の係数Kd、電圧指令値vsdref0から漏れインダクタンスの同定値Lf_calcを算出する。
Next, the voltage
一次抵抗の同定値Rs_calc、前記漏れインダクタンスの同定値Lf_calcは、電流調整部10が備える比例積分補償器の比例ゲインKpおよび積分ゲインKiの設定値の算出に使用される。具体的には、電流応答角周波数をωcurrとしたとき、一次抵抗の同定値Rs_calcおよび漏れインダクタンスの同定値Lf_calcを用いて設定される比例積分補償器における比例ゲインKpおよび積分ゲインKiの各値を、次式のように設定する。
Kp=ωcurr
Ki=ωcurr×Rs_calc÷Lf_calc
The identified value Rs_calc of the primary resistance and the identified value Lf_calc of the leakage inductance are used to calculate the set values of the proportional gain Kp and the integral gain Ki of the proportional and integral compensator included in the
Kp = ω curr
K i = ω curr × R s_calc ÷ L f_calc
以上説明したように、本実施形態の誘導電動機駆動装置1、21により実施される同定方法によれば、誘導電動機2の回転子を停止させた状態で誘導電動機2の電気的定数を精度良く同定することができる。特に、本実施形態の同定方法によれば、誘導電動機2の回転子を停止させた状態で実施される無負荷電流および二次時定数の同定について、一次抵抗の同定誤差の影響を受け難くすることができる。また、本実施形態の同定方法によれば、漏れインダクタンスの精度が無負荷電流の同定精度に影響を与えるため、漏れインダクタンスの同定の精度を良好に維持することができるような方法を採用している。
As described above, the identification method implemented by the induction
また、本実施形態では、無負荷電流同定において、電流レベルの切り替わり直後に電圧指令値の積分演算を実施する際に電流制御による電圧補償の影響を受けないように演算処理を最適化することで精度改善を行うようにする、といった最適化手法を採用している。さらに、本実施形態では、電流制御応答をオーバーシュートの無いゲイン設定とし、電流制御による電圧補償値が必要以上の値とならないようにすることでも、無負荷電流の同定精度改善を行うようにしている。 In addition, in this embodiment, an optimization method is adopted in which the accuracy is improved by optimizing the calculation process so that the voltage compensation due to current control is not affected when performing integral calculation of the voltage command value immediately after the current level is switched in no-load current identification. Furthermore, in this embodiment, the current control response is set to a gain setting with no overshoot, and the voltage compensation value due to current control is prevented from becoming a value higher than necessary, thereby improving the accuracy of no-load current identification.
無負荷電流は、印加されている電圧時の定格磁束電流でもあり、それは、印加する電圧値により磁気的飽和特性の影響で変化する。そのため、本実施形態の無負荷電流の同定方法においては、印加する電圧、つまり設定の磁束レベルに応じた無負荷電流を同定することで、無負荷電流の磁気的飽和特性を同定することをも行うことができる。 The no-load current is also the rated magnetic flux current at the applied voltage, and it changes due to the influence of magnetic saturation characteristics depending on the applied voltage value. Therefore, in the method of identifying the no-load current of this embodiment, by identifying the no-load current according to the applied voltage, i.e., the set magnetic flux level, it is also possible to identify the magnetic saturation characteristics of the no-load current.
このような本実施形態によれば、駆動対象となる誘導電動機2が電気的定数が不明な電動機であっても、上述した同定方法などにより、センサレスベクトル制御技術を用いて誘導電動機2を運転中において、すべりなどの誘導電動機2の電気的な情報が正確に得られるようになり、その結果、精度の高いセンサレスベクトル制御を行うことができるようになるという優れた効果が得られる。
According to this embodiment, even if the
(その他の実施形態)
なお、本発明は上記し且つ図面に記載した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で任意に変形、組み合わせ、あるいは拡張することができる。
上記実施形態で示した数値などは例示であり、それに限定されるものではない。
Other Embodiments
The present invention is not limited to the embodiments described above and shown in the drawings, and can be modified, combined, or expanded in any manner without departing from the spirit and scope of the present invention.
The numerical values and the like shown in the above embodiment are merely examples and are not intended to be limiting.
以上、本発明の複数の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be embodied in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention and its equivalents as set forth in the claims.
図面中、1、21は誘導電動機駆動装置、2は誘導電動機、6は電力変換器、8U、8Wは電流検出部、10は電流調整部、11、23は電動機定数同定部、12は相間電圧検出部、15は電流指令値生成部、16は電圧指令生成部を示す。 In the drawing, 1 and 21 are induction motor drive devices, 2 is an induction motor, 6 is a power converter, 8U and 8W are current detection units, 10 is a current adjustment unit, 11 and 23 are motor constant identification units, 12 is a phase-to-phase voltage detection unit, 15 is a current command value generation unit, and 16 is a voltage command generation unit.
Claims (10)
前記誘導電動機の相間電圧を2相間以上検出する相間電圧検出部と、
前記誘導電動機の電流を検出する電流検出部と、
前記電流の検出値を、電流指令値と同じ制御軸上に変換した値である電流検出値が、前記電流指令値に一致するように電圧調整値を演算する電流調整部と、
前記電流指令値を生成して前記電流調整部に与える電流指令値生成部と、
前記電流調整部から得られる前記電圧調整値を用いて電圧指令値を生成する電圧指令生成部と、
前記相間電圧の検出値または前記電圧指令値と、前記電流指令値または前記電流検出値と、に基づいて、前記誘導電動機の電気的定数を同定する電動機定数同定部と、
を備え、
前記電動機定数同定部により同定される前記電気的定数には、一次抵抗、漏れインダクタンス、無負荷電流および二次時定数の各同定値が含まれ、
前記電流指令値生成部が、前記誘導電動機の回転子が停止している状態において予め設定された大きさの前記電流指令値を生成し、
予め設定された時間が経過して前記電力変換器の出力が遮断された後、
前記電動機定数同定部が、前記相間電圧の検出値に基づいて、前記無負荷電流および前記二次時定数を同定する誘導電動機駆動装置。 a power converter that converts a DC voltage into a three-phase AC voltage with variable voltage and frequency and supplies the AC voltage to an induction motor;
A phase-to-phase voltage detection unit that detects phase-to-phase voltages between two or more phases of the induction motor;
A current detection unit that detects a current of the induction motor;
a current adjustment unit that calculates a voltage adjustment value so that a current detection value, which is a value obtained by converting the detection value of the current onto the same control axis as the current command value, coincides with the current command value;
a current command value generating unit that generates the current command value and provides the current command value to the current adjusting unit;
a voltage command generating unit that generates a voltage command value by using the voltage adjustment value obtained from the current adjusting unit;
a motor constant identification unit that identifies an electrical constant of the induction motor based on the detected value of the interphase voltage or the voltage command value and the current command value or the current detected value;
Equipped with
The electric constants identified by the motor constant identification unit include identified values of a primary resistance, a leakage inductance, a no-load current, and a secondary time constant,
the current command value generating unit generates the current command value having a preset magnitude in a state in which a rotor of the induction motor is stopped;
After a preset time has elapsed and the output of the power converter is cut off,
The induction motor drive device, wherein the motor constant identification unit identifies the no-load current and the secondary time constant based on the detected value of the phase-to-phase voltage.
前記誘導電動機の電流を検出する電流検出部と、
前記電流の検出値を、電流指令値と同じ制御軸上に変換した値である電流検出値が、前記電流指令値に一致するように電圧調整値を演算する電流調整部と、
前記電流指令値を生成して前記電流調整部に与える電流指令値生成部と、
前記電流調整部から得られる前記電圧調整値を用いて電圧指令値を生成する電圧指令生成部と、
前記電圧指令値と、前記電流指令値または前記電流検出値と、に基づいて、前記誘導電動機の電気的定数を同定する電動機定数同定部と、
を備え、
前記電動機定数同定部により同定される前記電気的定数には、一次抵抗、漏れインダクタンス、無負荷電流および二次時定数の各同定値が含まれ、
前記電流指令値生成部が、前記誘導電動機の回転子が停止している状態において予め設定された異なる2つの大きさの前記電流指令値を生成し、
前記電動機定数同定部が、前記電流指令値生成部が高いレベルから低いレベルに前記電流指令値を変化させた後における前記電圧指令値に基づいて前記無負荷電流および前記二次時定数を同定する誘導電動機駆動装置。 a power converter that converts a DC voltage into a three-phase AC voltage with variable voltage and frequency and supplies the AC voltage to an induction motor;
A current detection unit that detects a current of the induction motor;
a current adjustment unit that calculates a voltage adjustment value so that a current detection value, which is a value obtained by converting the detection value of the current onto the same control axis as the current command value, coincides with the current command value;
a current command value generating unit that generates the current command value and provides the current command value to the current adjusting unit;
a voltage command generating unit that generates a voltage command value by using the voltage adjustment value obtained from the current adjusting unit;
a motor constant identification unit that identifies an electrical constant of the induction motor based on the voltage command value, and the current command value or the current detection value;
Equipped with
The electric constants identified by the motor constant identification unit include identified values of a primary resistance, a leakage inductance, a no-load current, and a secondary time constant,
the current command value generating unit generates the current command values having two different magnitudes that are set in advance in a state in which a rotor of the induction motor is stopped;
an induction motor drive device in which the motor constant identification unit identifies the no-load current and the secondary time constant based on the voltage command value after the current command value generation unit changes the current command value from a high level to a low level.
前記電力変換器の出力が遮断されて予め定められた第2の待ち時間が経過した後、
前記電動機定数同定部が、前記相間電圧の検出値を前記電流指令値と同じ制御軸上に変換した値vsdmeasが0を下回る間において次式に示す磁束[1]を算出し、
磁束[1]=∫(-vsdmeas)dt
目標磁束を、前記誘導電動機の定格一次磁束から前記漏れインダクタンスの同定値を用いて算出された漏れ磁束分を減算した磁束量に定め、
前記磁束[1]を用いて、次式により求められる第2の電流指令値isdref_[2]を前記電流調整部に与え、
isdref_[2]=isdref_[1]+(目標磁束-磁束[1])×(isdref_[1]÷磁束[1])
前記磁束[1]を算出したときと同様にして磁束[2]を算出し、
Nを3以上の自然数としたとき、
次式により求められる第Nの電流指令値isdref_[N]を前記電流調整部に与え、
isdref_[N]=isdref_[N-1]+(目標磁束-磁束[N-1])×(isdref_[N-1]-isdref_[N-2])÷(磁束[N-1]-磁束[N-2])
前記磁束[1]を算出したときと同様にして磁束[N]を算出し、
これらの動作を繰り返すことによりisdref_[N]を収束演算させることで、次式に示す無負荷電流の同定値isdn_calcを得て、
isdn_calc=isdref_[N]
第N+1の電流指令値isdref_[N+1]として、第Nの電流指令値isdref_[N]を再び前記電流調整部に与え、前記磁束[1]を算出したときと同様にして磁束[N+1]を算出する際に、前記磁束[N+1]が、前記目標磁束の略(1-e-1)倍となるまでの時間Tr_estを計測する測定動作を実施し、前記測定動作を1回または複数回実施し、計測された前記時間Tr_estの値または複数の計測された前記時間Tr_estの平均値を、二次時定数の同定値Tr_calcとする請求項1に記載の誘導電動機駆動装置。 the current command value generating unit provides a first current command value i sdref_[1] to the current adjusting unit for a predetermined first waiting time;
After a predetermined second waiting time has elapsed since the output of the power converter is cut off,
The motor constant identification unit calculates a magnetic flux [1] shown in the following formula while a value v sdmeas obtained by converting the detection value of the phase-to-phase voltage onto the same control axis as the current command value is below 0,
Magnetic flux [1] = ∫ (-v sd m ea s ) dt
A target magnetic flux is set to a magnetic flux amount obtained by subtracting a leakage magnetic flux amount calculated using the identified value of the leakage inductance from a rated primary magnetic flux of the induction motor,
Using the magnetic flux [1], a second current command value i sdref_[2] calculated by the following formula is provided to the current adjusting unit;
i sdref_[2] = i sdref_[1] + (target flux - flux[1]) x (i sdref_[1] ÷ flux[1])
Calculate the magnetic flux [2] in the same manner as when calculating the magnetic flux [1],
When N is a natural number greater than or equal to 3,
An N-th current command value i sdref_[N] calculated by the following formula is provided to the current adjusting unit,
i sdref_[N] = i sdref_[N-1] + (target flux - flux[N-1]) x (i sdref_[N-1] - i sdref_[N-2] ) ÷ (flux[N-1] - flux[N-2])
Calculate the magnetic flux [N] in the same manner as when calculating the magnetic flux [1].
By repeating these operations to perform a convergent calculation of i sdref_[N] , the identified value i sdn_calc of the no-load current is obtained as shown in the following equation:
i sdn_calc = i sdref_[N]
The induction motor driving device of claim 1, wherein the Nth current command value i sdref_ [N] is again provided to the current adjustment unit as the N+1th current command value i sdref_ [N+1], and when calculating the magnetic flux [N+1] in the same manner as when the magnetic flux [1] was calculated, a measurement operation is performed to measure the time T r_est until the magnetic flux [N+1] becomes approximately (1-e -1 ) times the target magnetic flux, and the measurement operation is performed one or more times, and the measured value of the time T r_est or the average value of the multiple measured times T r_est is set as the identified value T r_calc of the secondary time constant.
前記電動機定数同定部が、定常値となった前記電圧指令値vsdref_baseを記憶させ、
その後、前記電流指令値生成部が、前記ベース電流指令値isdref_baseより大きい第1の電流指令値isdref_[1]を前記第1の待ち時間だけ前記電流調整部に与えてから、再び、前記ベース電流指令値isdref_baseに切り替えた後に予め定められた第2の待ち時間が経過した後、
前記電動機定数同定部が、前記電圧指令値vsdrefが、前記ベース電流指令値isdref_baseを印加したときの定常値である前記電圧指令値vsdref_baseを下回る間において次式に示す磁束[1]を算出し、
磁束[1]=∫(vsdref_base-vsdref)dt
目標磁束を、前記誘導電動機の定格一次磁束から前記漏れインダクタンスの同定値を用いて算出された漏れ磁束分を減算した磁束量に定め、
次式により求められる第2の電流指令値isdref_[2]を前記電流調整部に与え、
isdref_[2]=isdref_[1]+(目標磁束-磁束[1])×(isdref_[1]÷磁束[1])
前記磁束[1]を算出したときと同様にして磁束[2]を算出し、
Nを3以上の自然数としたとき、
次式により求められる第Nの電流指令値isdref_[N]を前記電流調整部に与え、
isdref_[N]=isdref_[N-1]+(目標磁束-磁束[N-1])×(isdref_[N-1]-isdref_[N-2])÷(磁束[N-1]-磁束[N-2])
前記磁束[1]を算出したときと同様にして磁束[N]を算出し、
これらの動作を繰り返すことによりisdref_[N]を収束演算させることで、次式に示す無負荷電流の同定値isdn_calcを得て、
isdn_calc=isdref_[N]-isdref_base
第N+1の電流指令値isdref_[N+1]として、第Nの電流指令値isdref_[N]を再び前記電流調整部に与え、前記磁束[1]を算出したときと同様にして磁束[N+1]を算出する際に、前記磁束[N+1]が、前記目標磁束の略(1-e-1)倍となるまでの時間Tr_estを計測する測定動作を実施し、前記測定動作を1回または複数回実施し、計測された前記時間Tr_estの値または複数の計測された前記時間Tr_estの平均値を、二次時定数の同定値Tr_calcとする請求項2に記載の誘導電動機駆動装置。 The current command value generating unit provides the current adjusting unit with a base current command value i sdref_base , which is a predetermined relatively small current value in a state in which the induction motor is stopped, for a predetermined first waiting time, and then
The motor constant identification unit stores the voltage command value v sdref_base that has become a steady-state value,
Thereafter, the current command value generating unit provides the current adjusting unit with a first current command value i sdref_[1] that is larger than the base current command value i sdref_base for only the first waiting time, and then switches back to the base current command value i sdref_base . Then, after a predetermined second waiting time has elapsed,
The motor constant identification unit calculates a magnetic flux [1] shown in the following formula while the voltage command value v sdref is below the voltage command value v sdref_base , which is a steady value when the base current command value i sdref_base is applied:
Magnetic flux [1] = ∫ (v sdref_base - v sdref ) dt
A target magnetic flux is set to a magnetic flux amount obtained by subtracting a leakage magnetic flux amount calculated using the identified value of the leakage inductance from a rated primary magnetic flux of the induction motor,
A second current command value i sdref_[2] calculated by the following formula is provided to the current adjusting unit,
i sdref_[2] = i sdref_[1] + (target flux - flux[1]) x (i sdref_[1] ÷ flux[1])
Calculate the magnetic flux [2] in the same manner as when calculating the magnetic flux [1],
When N is a natural number greater than or equal to 3,
An N-th current command value i sdref_[N] calculated by the following formula is provided to the current adjusting unit,
i sdref_[N] = i sdref_[N-1] + (target flux - flux[N-1]) x (i sdref_[N-1] - i sdref_[N-2] ) ÷ (flux[N-1] - flux[N-2])
Calculate the magnetic flux [N] in the same manner as when calculating the magnetic flux [1].
By repeating these operations to perform a convergent calculation of i sdref_[N] , the identified value i sdn_calc of the no-load current is obtained as shown in the following equation:
i sdn_calc = i sdref_[N] - i sdref_base
The induction motor driving device of claim 2, wherein the Nth current command value i sdref_ [N] is again provided to the current adjustment unit as the N+1th current command value i sdref_ [N+1], and when calculating the magnetic flux [N+1] in the same manner as when the magnetic flux [1] was calculated, a measurement operation is performed to measure the time T r_est until the magnetic flux [N+1] becomes approximately (1-e -1 ) times the target magnetic flux, and the measurement operation is performed one or more times, and the measured value of the time T r_est or the average value of the multiple measured times T r_est is set as the identified value T r_calc of the secondary time constant.
前記磁束[1]、前記磁束[2]、前記磁束[N]および前記磁束[N+1]を算出する際、
前記電流指令値を前記ベース電流指令値isdref_baseに切り替え、前記第2の待ち時間が経過した後に観測される前記電圧指令値の時間変化量から、前記第2の待ち時間の間の前記誘導電動機における磁束変化量を、磁束補正量として算出し、
前記磁束補正量を、前記磁束[1]、前記磁束[2]、前記磁束[N]および前記磁束[N+1]の磁束量に加算する請求項4に記載の誘導電動機駆動装置。 The motor constant identification unit is
When calculating the magnetic flux [1], the magnetic flux [2], the magnetic flux [N], and the magnetic flux [N+1],
switching the current command value to the base current command value i sdref_base , and calculating, from a time change amount of the voltage command value observed after the second waiting time has elapsed, a magnetic flux change amount in the induction motor during the second waiting time as a magnetic flux correction amount;
5. The induction motor drive device according to claim 4, wherein the magnetic flux correction amount is added to the magnetic flux amounts of the magnetic flux [1], the magnetic flux [2], the magnetic flux [N] and the magnetic flux [N+1].
前記目標磁束を、少なくとも、前記誘導電動機の定格一次磁束から前記漏れインダクタンスの同定値を用いて算出された漏れ磁束分を減算した定格磁束量と、前記定格磁束量より大きい磁束量と、前記定格磁束量より小さい磁束量と、の3つの中から選択できるようにし、
前記3つの目標磁束のそれぞれが選択された際に前記無負荷電流の同定を行うことにより前記誘導電動機の磁気的飽和特性を得る請求項3から5のいずれか一項に記載の誘導電動機駆動装置。 The motor constant identification unit is
the target magnetic flux can be selected from at least three values: a rated magnetic flux amount obtained by subtracting a leakage magnetic flux amount calculated using the identified value of the leakage inductance from a rated primary magnetic flux of the induction motor; a magnetic flux amount larger than the rated magnetic flux amount; and a magnetic flux amount smaller than the rated magnetic flux amount;
6. The induction motor drive device according to claim 3, wherein the magnetic saturation characteristics of the induction motor are obtained by identifying the no-load current when each of the three target magnetic fluxes is selected.
前記電流指令値生成部が、前記電流調整部に予め定められた大きさの電流指令値isdref0を、予め定められた所定時間T0だけ与え、
前記所定時間T0が経過した後、前記電動機定数同定部が、定常値となった前記電圧指令値である電圧指令値vsdref0と、前記電流指令値isdref0または定常値となった前記電流検出値である電流検出値isd0と、を用いて一次抵抗の同定値Rs_calcを算出し、
前記電圧指令生成部が、前記一次抵抗の同定値Rs_calcを算出した後の前記電圧指令値として、前記電圧指令値vsdref0と、前記電圧指令値vsdref0に対して1より小さい値である係数Kdを乗算した値を振幅とする正弦波と、を加算した値とし、
前記係数Kdを、観測される電流の交流分振幅が予め定められた大きさと同等な値となるように調整し、
前記電動機定数同定部が、前記電流検出部により観測される電流値の交流量、調整後の前記係数Kd、前記電圧指令値vsdref0から前記漏れインダクタンスの同定値Lf_calcを算出し、
前記電流調整部は、PI制御を行う比例積分補償器を備えており、
前記一次抵抗の同定値Rs_calc、前記漏れインダクタンスの同定値Lf_calcは、前記比例積分補償器の比例ゲインおよび積分ゲインの設定値の算出に使用される請求項3から5のいずれか一項に記載の誘導電動機駆動装置。 before performing the operation for obtaining the identified value of the no-load current and the identified value of the secondary time constant,
The current command value generating unit provides a current command value i sdref0 having a predetermined magnitude to the current adjusting unit for a predetermined time T0,
After the predetermined time T0 has elapsed, the motor constant identification unit calculates an identified value R s_calc of a primary resistance using the voltage command value v sdref0 , which is the voltage command value that has become a steady value, and the current command value i sdref0 or the current detection value i sd0 , which is the current detection value that has become a steady value ;
the voltage command generating unit calculates the identified value R of the primary resistance, and sets , as the voltage command value, a value obtained by adding the voltage command value v_sdref0 and a sine wave having an amplitude obtained by multiplying the voltage command value v_sdref0 by a coefficient Kd that is a value smaller than 1;
The coefficient Kd is adjusted so that the amplitude of the AC component of the observed current is equal to a predetermined value;
the motor constant identification unit calculates an identified value L f_calc of the leakage inductance from the AC amount of the current value observed by the current detection unit, the adjusted coefficient K d , and the voltage command value v sdref0 ;
The current adjusting unit includes a proportional integral compensator that performs PI control,
The induction motor drive device according to claim 3 , wherein the identified value R s_calc of the primary resistance and the identified value L f_calc of the leakage inductance are used to calculate set values of a proportional gain and an integral gain of the proportional-integral compensator.
前記一次抵抗の同定値Rs_calcと、前記漏れインダクタンスの同定値Lf_calcと、を取得するための動作を実施し、
電流応答角周波数をωcurrとしたとき、前記一次抵抗の同定値Rs_calcおよび前記漏れインダクタンスの同定値Lf_calcを用いて設定される前記比例積分補償器における前記比例ゲインKpおよび積分ゲインKiの各値を、次式のように設定する
Kp=ωcurr
Ki=ωcurr×Rs_calc÷Lf_calc
請求項7に記載の誘導電動機駆動装置。 before performing the operation for obtaining the identified value of the no-load current and the identified value of the secondary time constant,
performing an operation for acquiring an identified value R s_calc of the primary resistance and an identified value L f_calc of the leakage inductance;
When a current response angular frequency is ω curr , the values of the proportional gain K p and the integral gain K i in the proportional-integral compensator are set using the identified value R s_calc of the primary resistance and the identified value L f_calc of the leakage inductance, as shown in the following equation: K p =ω curr
K i = ω curr × R s_calc ÷ L f_calc
8. An induction motor drive system according to claim 7.
前記相間電圧検出部を備えている場合には、前記一次抵抗の同定値Rs_calcおよび前記漏れインダクタンスの同定値Lf_calcを取得した後、一旦、前記電力変換器の出力を遮断させた後において、前記電圧検出値を観測することにより前記二次時定数の疎調整値Tr_tempを測定し、
電流応答角周波数をωcurrとしたとき、前記第1の待ち時間を前記二次時定数の疎調整Tr_tempの5倍から10倍程度にするとともに、前記第2の待ち時間を前記電流応答角周波数ωcurrの逆数の2倍から5倍程度にする請求項7に記載の誘導電動機駆動装置。 In a case where the phase-to-phase voltage detection unit is not provided, when the current command value used in an operation for acquiring the identified value Rs_calc of the primary resistance and the identified value Lf_calc of the leakage inductance is transitioned to the base current command value i_sdref_base , which is an initial current command value in identifying the no-load current, the voltage command value is observed to measure a coarse adjustment value Tr_temp of the secondary time constant;
In a case where the phase-to-phase voltage detection unit is provided, after acquiring the identified value Rs_calc of the primary resistance and the identified value Lf_calc of the leakage inductance, the power converter measures a coarse adjustment value Tr_temp of the secondary time constant by observing the voltage detection value after temporarily cutting off an output of the power converter;
8. The induction motor drive device according to claim 7, wherein, when a current response angular frequency is ω curr , the first waiting time is set to about 5 to 10 times the coarse adjustment T r_temp of the secondary time constant, and the second waiting time is set to about 2 to 5 times the reciprocal of the current response angular frequency ω curr .
前記相間電圧検出部を備えている場合には、前記一次抵抗の同定値Rs_calcおよび前記漏れインダクタンスの同定値Lf_calcを取得した後、一旦、前記電力変換器の出力を遮断させた後において、前記電圧検出値を観測することにより前記二次時定数の疎調整値Tr_tempを測定し、
前記第1の待ち時間を前記二次時定数の疎調整Tr_tempの5倍から10倍程度にするとともに、前記第2の待ち時間を前記電流応答角周波数ωcurrの逆数の2倍から5倍程度にする請求項8に記載の誘導電動機駆動装置。 In a case where the phase-to-phase voltage detection unit is not provided, when the current command value used in an operation for acquiring the identified value Rs_calc of the primary resistance and the identified value Lf_calc of the leakage inductance is transitioned to the base current command value i_sdref_base , which is an initial current command value in identifying the no-load current, the voltage command value is observed to measure a coarse adjustment value Tr_temp of the secondary time constant;
In a case where the phase-to-phase voltage detection unit is provided, after acquiring the identified value Rs_calc of the primary resistance and the identified value Lf_calc of the leakage inductance, the power converter measures a coarse adjustment value Tr_temp of the secondary time constant by observing the voltage detection value after temporarily cutting off an output of the power converter;
The induction motor drive device according to claim 8, wherein the first waiting time is set to about 5 to 10 times the coarse adjustment T r_temp of the secondary time constant, and the second waiting time is set to about 2 to 5 times the reciprocal of the current response angular frequency ω curr .
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