JP4010313B2 - Electric car drive device - Google Patents

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JP4010313B2 JP2004363767A JP2004363767A JP4010313B2 JP 4010313 B2 JP4010313 B2 JP 4010313B2 JP 2004363767 A JP2004363767 A JP 2004363767A JP 2004363767 A JP2004363767 A JP 2004363767A JP 4010313 B2 JP4010313 B2 JP 4010313B2
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Description

本発明は、交流を直流に変換するコンバータとその直流を交流に変換するインバータとからなる電気車の駆動装置に係り、特にインバータにより交流モータを可変速駆動したとき、コンバータによる整流に起因する整流脈動に伴うビート現象を抑制するに好適な技術に関する。 The present invention relates to a driving equipment for an electric vehicle comprising a converter for converting alternating current into direct current and an inverter which converts direct current into alternate its DC, especially when the variable speed drive AC motor by the inverter, due to the rectification by the converter The present invention relates to a technique suitable for suppressing a beat phenomenon accompanying rectification pulsation.

中間に直流ステージを有するコンバータ・インバータの電力変換器において、
コンバータの交流電源が特に単相の場合、例えば交流架線を走行する鉄道の電気
車の場合、直流に変換された直流電圧には整流に起因する交流電源周波数の2倍
の脈動周波数成分が含まれる。なお、その脈動周波数成分は直流ステージに設け
られる平滑コンデンサの容量を大きくすれば低減できるが、完全には低減できず、
それによる平滑コンデンサの体格の増大で装置としての小型軽量化が阻害される。

そして、上記脈動の有した直流電圧をインバータにより可変周波数・可変電圧
の交流に変換し、それを交流モータ等の負荷に給電した場合、インバータ出力電
圧およびモータ電流には、インバータ動作周波数成分の他に上記脈動周波数とイ
ンバータ動作周波数の差の成分及び和の成分が含まれることになる。それら成分
のうち、動作周波数と脈動周波数が接近すると低周波成分となる前記差の成分は、
モータにおいて低周波数に対するインピーダンスが小さいため、この成分によっ
て大きな脈動電流が流れ、モータ発生トルクが脈動するといったビート現象が発
生する。
このビート現象の発生原理及びその抑制方式が例えば特許文献1に記載されて
いる。同公報によるビート現象の抑制方式は、インバータの直流入力電圧の脈動
度合を検出し、この脈動度合に対して動作周波数に応じた補償ゲイン,補償位相
差で周波数脈動度合を求め、この周波数度合に応じてインバータ周波数を調整す
ることでビート現象を抑制するものである。
In converter / inverter power converter with DC stage in the middle,
When the AC power supply of the converter is particularly single-phase, for example, in the case of a railway electric vehicle running on an AC overhead wire, the DC voltage converted to DC includes a pulsation frequency component twice the AC power supply frequency caused by rectification. . The pulsation frequency component can be reduced by increasing the capacity of the smoothing capacitor provided in the DC stage, but it cannot be reduced completely.
As a result, an increase in the size of the smoothing capacitor impedes the reduction in size and weight of the device.

When the DC voltage having the pulsation is converted into AC of variable frequency / variable voltage by an inverter and supplied to a load such as an AC motor, the inverter output voltage and the motor current include the inverter operating frequency component. Therefore, the difference component and the sum component of the pulsation frequency and the inverter operation frequency are included. Among these components, the component of the difference that becomes a low frequency component when the operating frequency and the pulsation frequency approach,
Since the motor has low impedance for low frequencies, a large pulsating current flows due to this component, and a beat phenomenon occurs in which the motor-generated torque pulsates.
The generation principle of this beat phenomenon and its suppression method are described in Patent Document 1, for example. The beat phenomenon suppression method disclosed in this publication detects the pulsation degree of the DC input voltage of the inverter, calculates the frequency pulsation degree with the compensation gain and compensation phase difference corresponding to the operating frequency for this pulsation degree, The beat phenomenon is suppressed by adjusting the inverter frequency accordingly.

特開昭64−77492号公報JP-A-64-77492

しかし、上記文献1の記載によるビート現象抑制方式は、高いビート現象抑制
効果を得るために、インバータの動作周波数に応じて補償ゲイン,補償位相差の
調整が必要となる。また、ビート現象を常に最適な状態にまで抑制するためには
インバータの動作周波数の他にモータ出力の変化なども考慮することが必要とな
る。
しかしながら、インバータの動作周波数,モータ出力を考慮して補償ゲイン,
位相差を調整することは実施上複雑(煩雑)となるという課題がある。
また、近年、電気車を駆動する誘導電動機の制御装置として、例えば特開平5
−83976号公報に記載するベクトル制御のインバータが用いられるようにな
ってきているが、ベクトル制御の持つ特徴を活かして上記ビート現象を抑制する
ことに関する記載はなく、又、その他の刊行物にもその技術に関するものは見当
たらない。
However, the beat phenomenon suppression method described in the above-mentioned document 1 requires adjustment of the compensation gain and the compensation phase difference according to the operating frequency of the inverter in order to obtain a high beat phenomenon suppression effect. In order to always suppress the beat phenomenon to an optimum state, it is necessary to consider a change in motor output in addition to the operating frequency of the inverter.
However, considering the inverter operating frequency and motor output, compensation gain,
There is a problem that adjusting the phase difference is complicated (complex) in practice.
In recent years, as a control device for an induction motor for driving an electric vehicle, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 5-151
Although the vector control inverter described in Japanese Patent No. -83976 has been used, there is no description about suppressing the beat phenomenon by utilizing the characteristics of vector control, and in other publications. I can't find anything about the technology.

本発明の課題は、インバータの動作周波数,モータ出力等が変化しても、複雑なゲイン調整,位相差調整を必要とせずに、インバータ直流入力電圧に含まれる脈動成分に起因するビート現象を抑制するに好適な電気車の駆動装置を提供することにある。 The object of the present invention is to suppress the beat phenomenon caused by the pulsation component included in the inverter DC input voltage without requiring complicated gain adjustment and phase difference adjustment even if the operating frequency of the inverter, the motor output, etc. change. and to provide a driving equipment suitable electric vehicle to.

上記課題を解決するために、架線からの単相交流電圧を整流して直流電圧に変換するコンバータ、該コンバータの直流側に接続する平滑コンデンサ、該コンデンサの直流を可変電圧可変周波数の交流に変換し、その変換出力を電気車を駆動する交流モータに供給するインバータ、該インバータ出力の瞬時電流を検出する手段、該検出した電流を回転座標系で座標変換し、直交する2軸の電流成分(励磁電流成分、トルク電流成分)をベクトル演算する手段、該演算された2軸の電流成分がそれぞれの2軸に相当する電流指令に一致するように電圧指令を生成する手段と、前記インバータの交流出力の周波数の指令を発生する手段と、該周波数の指令と前記電圧指令とに基づき前記インバータの出力電圧をパルス幅制御する手段を有する制御装置からなる電気車の駆動装置において、
2軸の電流成分の少なくとも何れか一方の電流成分より該電流成分に含まれるコンバータの整流に伴う脈動周波数の電流成分を検出する脈動成分検出手段と、該脈動成分の検出値が小さくなる方向に該検出値に基づいて前記インバータの交流出力の周波数の指令を調整するフィードバック補償手段と、
インバータ入力の直流電圧に重畳するコンバータの整流に伴う脈動電圧を前記直流電圧に対する脈動度合いとして求め、その度合いに応じた周波数度合いを補償周波数として検出し、その補償周波数に基づいて前記整流脈動によって発生するビート現象が抑制される方向にインバータの交流出力の周波数の指令を調整するフィードフォワード補償手段と、
前記両者の補償は、インバータの出力周波数がコンバータの整流に伴う脈動周波数を通過する脈動周波数近傍の帯域のみとする手段とを備える。
In order to solve the above problems, a converter that rectifies a single-phase AC voltage from an overhead wire and converts it into a DC voltage, a smoothing capacitor that is connected to the DC side of the converter, and converts the DC of the capacitor into an AC of variable voltage and variable frequency An inverter that supplies the converted output to an AC motor that drives the electric vehicle, a means for detecting an instantaneous current of the inverter output, a coordinate transformation of the detected current in a rotating coordinate system, and two orthogonal current components ( Means for vector calculation of excitation current component and torque current component), means for generating a voltage command so that the calculated two-axis current component matches a current command corresponding to each of the two axes, and AC of the inverter means for generating a command of the frequency of the output, control instrumentation having means for pulse-width control the output voltage of the inverter on the basis of said voltage command and the command of the frequency In the electric vehicle drive system consisting,
A pulsation component detection means for detecting a current component of a pulsation frequency accompanying rectification of the converter included in the current component from at least one of the two-axis current components, and a direction in which the detected value of the pulsation component becomes smaller Feedback compensation means for adjusting an AC output frequency command of the inverter based on the detected value ;
The pulsation voltage accompanying rectification of the converter superimposed on the DC voltage of the inverter input is obtained as the degree of pulsation with respect to the DC voltage, the frequency degree corresponding to the degree is detected as a compensation frequency, and the rectification pulsation is generated based on the compensation frequency. Feedforward compensation means for adjusting a command of the frequency of the AC output of the inverter in a direction in which the beat phenomenon is suppressed;
The compensation for both includes means for limiting the output frequency of the inverter only to a band in the vicinity of the pulsation frequency that passes the pulsation frequency associated with the rectification of the converter .

本発明によれば、インバータの入力電圧の整流脈動に起因する交流モータ電流
の脈動を回転座標系における電流成分として検出することにより、整流脈動に起
因する成分だけを精度よく取り出せ、それをフィードバック補償するので、イン
バータの動作周波数,モータ出力等に変化があっても、複雑なゲイン調整,位相
調整を必要とせずに、インバータ入力電圧に含まれる脈動分に起因するビート現
象を抑制することができる。
また、これによりインバータ入力の直流電圧に脈動があってもビート現象を抑
制するので平滑コンデンサの容量を小さくできるという効果も得られる。
According to the present invention, by detecting the pulsation of the AC motor current caused by the rectification pulsation of the input voltage of the inverter as a current component in the rotating coordinate system, only the component caused by the rectification pulsation can be accurately extracted and feedback compensated. Therefore, even if there is a change in the inverter operating frequency, motor output, etc., the beat phenomenon caused by the pulsation contained in the inverter input voltage can be suppressed without requiring complicated gain adjustment and phase adjustment. .
In addition, even if there is a pulsation in the DC voltage at the inverter input, the beat phenomenon is suppressed, so that the capacity of the smoothing capacitor can be reduced.

以下、本発明を実施するための最良な形態を図面に基づいて説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施形態であり、図2で示す電力変換器の内インバータを
制御するための制御装置の機能ブロック図を示す。図2は、鉄道の電気車におけ
る電力変換器の主回路の構成図を示す。
先ず、図2について説明する。架線9に給電された単相交流電源11からの入
力をパンタグラフ10,リアクトル12を介して整流し直流に変換するコンバー
タ13と、コンバータ13の直流側に接続されコンバータ13が整流した直流電
圧を平滑する平滑コンデンサ14と、平滑コンデンサ14によって平滑された直
流電圧edを入力電圧とし、3相交流モータ16(ここでは誘導電動機を示す)
に可変周波数・可変電圧の交流を供給するインバータ15からなる。尚、同図に
は、後述する制御装置に用いるための検出器として、平滑コンデンサの電圧ed
を検出する電圧検出器141、インバータから交流モータへの3相出力電流(U
〜W各相電流iu〜iw)を検出する電流検出器151〜153、及びインバー
タの3相出力電圧(Vu〜Vw)を検出する電圧検出器161、交流モータの回
転周波数frを検出する速度検出器154が設けられていることを示している。
図1の制御装置の構成は、上記特開平5−83976号公報に記載されるベク
トル制御方式を基本としている。31は運転指令発生手段であり、駆動する交流
モータの回転座標系において直交する2軸の電流成分の励磁電流指令Id*,ト
ルク電流指令Iq*を発生する。21は電流ベクトル演算手段であり、検出した
インバータの各相の瞬時出力電流iu,iv,iwを、インバータの基本周波数
finv0で後述する(2)式に基づき回転座標系で座標変換し、直交する2軸の電
流成分に分解して励磁電流成分Id,トルク電流成分Iqをベクトル演算する。
32は電流制御手段であり、上記Id及びIqがそれぞれの指令Id*及びIq*
に一致するように、インバータの出力電圧(実効値)V及びすべり周波数fsの
各指令を演算する。34はインバータ補償周波数発生手段であり、上記演算した
トルク電流成分Iqに基づきインバータ補償周波数fcを発生する。35,36
は加算器であり、35により交流モータの回転周波数frとすべり周波数fsを
加算してインバータ基本周波数finv0を演算し、さらに36によりインバータ基
本周波数finv0にインバータ補償周波数fcを加算してインバータ動作周波数f
invの指令を演算する。90はインバータ動作周波数finvを基にインバータ出力
電圧の位相指令θ0(=2πfinvt,t:時間)を演算する位相演算手段であ
る。33はPWMパルス発生手段であり、インバータの出力電圧の指令Vとイン
バータ位相指令θ0に基づき周知のパルス幅変調制御を行い、PWM信号を発生
する。このPWM信号によりインバータ15を動作させる。
ここで本実施形態の特徴部は、34,36の構成にあり、これを従来のベクト
ル制御装置の基本構成に追加したものである。
FIG. 1 is an embodiment of the present invention, and shows a functional block diagram of a control device for controlling an inverter in the power converter shown in FIG. FIG. 2 shows a configuration diagram of a main circuit of a power converter in a railway electric vehicle.
First, FIG. 2 will be described. A converter 13 that rectifies and converts the input from the single-phase AC power supply 11 fed to the overhead wire 9 through the pantograph 10 and the reactor 12 to DC, and a DC voltage that is connected to the DC side of the converter 13 and rectified by the converter 13 is smoothed. Smoothing capacitor 14 to be input, and a DC voltage ed smoothed by the smoothing capacitor 14 as an input voltage, a three-phase AC motor 16 (here, an induction motor is shown)
And an inverter 15 for supplying AC of variable frequency and variable voltage. In the figure, the voltage ed of the smoothing capacitor is used as a detector for use in a control device described later.
The voltage detector 141 detects the three-phase output current (U
Current detectors 151 to 153 for detecting each phase current iu to iw), a voltage detector 161 for detecting the three-phase output voltage (Vu to Vw) of the inverter, and a speed detection for detecting the rotational frequency fr of the AC motor. It shows that a container 154 is provided.
The configuration of the control device in FIG. 1 is based on the vector control method described in the above Japanese Patent Laid-Open No. 5-83976. Reference numeral 31 denotes an operation command generating means for generating an excitation current command Id * and a torque current command Iq * of current components of two axes orthogonal to each other in the rotational coordinate system of the driving AC motor. Reference numeral 21 denotes current vector computing means, which converts the detected instantaneous output currents iu, iv, iw of each phase of the inverter with a basic coordinate finv0 of the inverter in the rotating coordinate system based on the equation (2) described later, and is orthogonal. The excitation current component Id and the torque current component Iq are vector-calculated by breaking down into two-axis current components.
Reference numeral 32 denotes current control means, and the above Id and Iq are respectively commanded Id * and Iq *.
Each command of the output voltage (effective value) V of the inverter and the slip frequency fs is calculated so as to match. Reference numeral 34 denotes inverter compensation frequency generating means for generating an inverter compensation frequency fc based on the calculated torque current component Iq. 35, 36
Is an adder which calculates the inverter basic frequency finv0 by adding the rotational frequency fr and the slip frequency fs of the AC motor by 35, and further adds the inverter compensation frequency fc to the inverter basic frequency finv0 by 36 and the inverter operating frequency f
Calculate the inv command. Reference numeral 90 denotes phase calculation means for calculating a phase command θ0 (= 2πfinvt, t: time) of the inverter output voltage based on the inverter operating frequency finv. Reference numeral 33 denotes PWM pulse generating means, which performs known pulse width modulation control based on the inverter output voltage command V and the inverter phase command θ0 to generate a PWM signal. The inverter 15 is operated by this PWM signal.
Here, the features of the present embodiment are in the configurations of 34 and 36, which are added to the basic configuration of the conventional vector control apparatus.

上記制御構成における本実施形態の詳細な説明をする前に、本実施形態におけ
る原理を説明する。
ベクトル制御は、励磁電流とトルク電流を独立に制御するものであり、周知の
ことであるが、先ずはじめに、3相の交流モータの各相瞬時電流iu,iv,i
wを上記2つのベクトル成分に分解する方法について説明する。
(1)式は、ビート現象を発生していないとき(fc=0,finv=finv0)
の交流モータの3相の瞬時相電流を表し、ここにIMはモータ電流の実効値を、
tは時間を、φはモータ電流の力率角である。
Before describing the present embodiment in the above control configuration in detail, the principle of the present embodiment will be described.
Vector control is to control excitation current and torque current independently. As is well known, first, each phase instantaneous current iu, iv, i of a three-phase AC motor.
A method for decomposing w into the two vector components will be described.
Equation (1) indicates that no beat phenomenon occurs (fc = 0, finv = finv0)
Represents the instantaneous phase current of the three phases of the AC motor, where IM is the effective value of the motor current,
t is time, φ is the power factor angle of the motor current.

Figure 0004010313
上記3相の瞬時電流を2πfinv0の位相で回転する回転座標系で直交するd−
q2軸成分(Id,Iq)に座標変換すると、(2)式で表せる。ここに、δは
インバータ出力電圧ベクトルとトルク電流成分との位相差である。
Figure 0004010313
D− which is orthogonal in the rotating coordinate system which rotates the three-phase instantaneous current at a phase of 2πfinv0.
When the coordinates are converted to the q2-axis component (Id, Iq), it can be expressed by equation (2). Here, δ is a phase difference between the inverter output voltage vector and the torque current component.

Figure 0004010313
上記(2)式の演算の結果得られるIdとIqは、finv0成分の励磁電流ベク
トルおよびトルク電流ベクトルの大きさを表し、Id=−IM・sin(φ−δ)
,Iq=IM・cos(φ−δ)となる。
次に、インバータ入力の直流電圧に周波数がf0の脈動電圧が重畳した場合に
ついて説明する。インバータの交流出力電圧には、インバータ基本周波数finv0
成分の他に、インバータ基本周波数finv0と直流電圧の脈動周波数f0の和の周
波数成分finv0+f0、及び差の周波数成分finv0−f0の周波数成分が発生する。
このため、モータ電流iu,iv,iwにもインバータ基本周波数finv0の他に
finv0+f0及びfinv0−f0の周波数成分が発生する。モータのインピーダン
スは低い周波数になればなるほど低くなることを考慮すると、finv0−f0の周
波数成分がビート現象を発生する主原因である。そこで、脈動周波数成分を含む
モータ電流をfinv0及びfinv0−f0によって表すと以下の様になる。ここに、
finv0成分の電流実効値をIM、finv0−f0成分の電流実効値をIBとする。
Figure 0004010313
Id and Iq obtained as a result of the calculation of the above equation (2) represent the magnitudes of the excitation current vector and the torque current vector of the finv0 component, and Id = −IM · sin (φ−δ)
, Iq = IM · cos (φ−δ).
Next, a case where a pulsating voltage having a frequency of f0 is superimposed on a DC voltage input to the inverter will be described. The inverter's basic frequency finv0
In addition to the components, a frequency component finv0 + f0 of the sum of the inverter basic frequency finv0 and the pulsation frequency f0 of the DC voltage and a frequency component of the difference frequency component finv0−f0 are generated.
For this reason, in addition to the inverter basic frequency finv0, frequency components of finv0 + f0 and finv0−f0 are also generated in the motor currents iu, iv, iw. Considering that the motor impedance becomes lower as the frequency becomes lower, the frequency component of finv0-f0 is the main cause of the beat phenomenon. Therefore, the motor current including the pulsation frequency component is expressed as follows by finv0 and finv0−f0. here,
The effective current value of the finv0 component is IM, and the effective current value of the finv0−f0 component is IB.

Figure 0004010313
ただし、θ0は、直流電圧脈動成分の位相、φ0は、finv0−f0の周波数成
分に対するモータの力率角である。
上記(3)式の3相の瞬時電流を2πfinv0の位相で回転する回転座標系で直
交するd−q2軸成分(Id,Iq)に座標変換すると、(4)式で表せる。
Figure 0004010313
Where θ0 is the phase of the DC voltage pulsation component, and φ0 is the motor power factor angle with respect to the frequency component of finv0−f0.
When the three-phase instantaneous current in the above equation (3) is coordinate-converted into dq two-axis components (Id, Iq) orthogonal in a rotating coordinate system rotating at a phase of 2πfinv0, it can be expressed by equation (4).

Figure 0004010313
その結果、Id及びIqには、それぞれfinv0成分の励磁電流およびトルク電
流のベクトルの大きさを示すIM・sin(φ−δ),IM・cos(φ−δ)
の他にf0の周波数成分がd,q軸の電流成分それぞれ含まれることが分かる。
すなわち、モータの電流をId,Iqという回転座標に変換して検出すること
で、基本波成分の電流は直流信号として現れるので、それに重畳する脈動周波数
成分を取り出すことは容易となる。
本実施形態では、検出した3相のモータ電流を回転座標系に変換したId,I
qの少なくとも何れかよりf0の電流成分を取り出し、この成分が小さくなる方
向にインバータの動作周波数(出力周波数)finvを制御することで、モータ電
流がfinv0−f0の周波数でビートする現象を抑制するようにしたものである。
Figure 0004010313
As a result, Id and Iq are IM · sin (φ−δ) and IM · cos (φ−δ) indicating the magnitudes of the excitation current and torque current of the finv0 component, respectively.
In addition, it can be seen that the frequency component of f0 is included in each of the d- and q-axis current components.
That is, by converting the motor current into rotational coordinates of Id and Iq and detecting it, the current of the fundamental wave component appears as a DC signal, so that it is easy to extract the pulsation frequency component superimposed on it.
In the present embodiment, Id, I obtained by converting the detected three-phase motor current into a rotating coordinate system.
The phenomenon that the motor current beats at the frequency of finv0−f0 is suppressed by taking out the current component of f0 from at least one of q and controlling the operating frequency (output frequency) finv of the inverter in a direction in which this component becomes smaller. It is what I did.

図1において、上記原理に基づく本実施形態の特徴部の構成を説明する。イン
バータ補償周波数発生手段34では、電流ベクトル演算手段21より得られるト
ルク電流成分Iqよりf0の周波数成分を抽出し、これに基づき補償周波数fc
を演算する。そして、このfcをインバータ基本周波数finv0に加えてインバー
タ出力周波数(動作周波数)finvを生成し、この出力周波数に基づいてインバ
ータの出力周波数を制御する。この結果、モータ電流に含まれる脈動周波数成分
に対するフィードバック系が形成され、運転状態によらず常にビート現象を抑制
することが可能となる。なお、本実施形態では、Iqでフィードバック系を形成
しているが、Idにもf0成分が検出されるので、Idでフィードバック系を形
成しても良いことは勿論である。
また、ビート現象はインバータの動作周波数が脈動周波数を通過するときに発
生するので、インバータ基本周波数finv0への補償周波数fcの加算は脈動周波
数近傍の帯域のみ行うようにしてもよい。
In FIG. 1, the structure of the characteristic part of this embodiment based on the said principle is demonstrated. The inverter compensation frequency generation means 34 extracts the frequency component f0 from the torque current component Iq obtained from the current vector calculation means 21, and based on this, the compensation frequency fc is extracted.
Is calculated. Then, this fc is added to the inverter basic frequency finv0 to generate an inverter output frequency (operation frequency) finv, and the output frequency of the inverter is controlled based on this output frequency. As a result, a feedback system for the pulsation frequency component included in the motor current is formed, and the beat phenomenon can always be suppressed regardless of the operating state. In this embodiment, the feedback system is formed by Iq. However, since the f0 component is also detected in Id, it is needless to say that the feedback system may be formed by Id.
Further, since the beat phenomenon occurs when the operating frequency of the inverter passes through the pulsation frequency, the compensation frequency fc may be added to the inverter basic frequency finv0 only in the band near the pulsation frequency.

図3は、図1のインバータ補償周波数発生手段34における詳細な構成の一例
を示す。同図に示した実施形態では、脈動成分検出器61によりトルク電流成分
Iqに含まれる周波数f0の成分を検出した後、その出力を減算器41によって
目標値0から減じ、減算器41の出力を補償器62に入力する。同補償器62は
入力が零となる様にすなわち脈動成分が零となる様にインバータ補償周波数fc
を発生する。なお、脈動成分検出器の具体的構成としては、例えばf0近傍の周
波数成分のみを検出するバンドパスフィルタがあげられる。また、補償器62は、
比例要素,比例積分要素等によって構成される補償要素である。
FIG. 3 shows an example of a detailed configuration of the inverter compensation frequency generation means 34 of FIG. In the embodiment shown in the figure, the pulsation component detector 61 detects the component of the frequency f0 contained in the torque current component Iq, and then subtracts the output from the target value 0 by the subtractor 41, and outputs the output of the subtractor 41. Input to the compensator 62. The compensator 62 has an inverter compensation frequency fc so that the input becomes zero, that is, the pulsation component becomes zero.
Is generated. As a specific configuration of the pulsation component detector, for example, a bandpass filter that detects only frequency components near f0 can be cited. The compensator 62 is
It is a compensation element composed of proportional elements, proportional integral elements, and the like.

図4は、図1のインバータ補償周波数発生手段34の別の構成例を示す。同図
に示した構成では、減算器42によってトルク電流成分Iqを目標値0から減じ、
減算器42の出力を脈動成分補償器63に入力する。63は、例えば(5)式に
示す伝達関数によって示される特性を有する補償要素とする。ここに、式中のK
sは補償ゲイン、sは微分演算子である。
FIG. 4 shows another configuration example of the inverter compensation frequency generation means 34 of FIG. In the configuration shown in the figure, the subtractor 42 subtracts the torque current component Iq from the target value 0,
The output of the subtracter 42 is input to the pulsation component compensator 63. For example, 63 is a compensation element having the characteristics shown by the transfer function shown in the equation (5). Where K in the formula
s is a compensation gain, and s is a differential operator.

Figure 0004010313
(5)式で示される補償要素は、周波数f0近傍についてのみ高いゲインを有
する補償要素であるために、Iqに含まれるfinv0成分はIM×cos(φ−δ)
で表せる直流成分であることからfinv0に関わる成分には影響を与えることなく、
脈動周波数f0の成分のみを補償できる。このことから同図の構成は、図3に示
した補償手段の構成よりも少ない構成で同等の効果を得ることができる。なお、
補償要素の伝達関数は周波数f0近傍のゲインが高ければ良いので、(5)式に
限らず、脈動周波数f0近傍についてのみ高いゲインを有する補償要素であれば、
(5)式の伝達関数にこだわることはない。
以上に述べた図3,図4の実施形態においては、トルク電流成分Iqの脈動成
分に着目して制御を行っているが、励磁電流成分Idの脈動成分に着目してビー
ト現象抑制制御を行っても良い。
Figure 0004010313
Since the compensation element represented by the equation (5) is a compensation element having a high gain only in the vicinity of the frequency f0, the finv0 component included in Iq is IM × cos (φ−δ).
Without affecting the components related to finv0,
Only the component of the pulsation frequency f0 can be compensated. For this reason, the configuration shown in the figure can achieve the same effect with a configuration that is smaller than the configuration of the compensation means shown in FIG. In addition,
Since the transfer function of the compensation element only needs to have a high gain in the vicinity of the frequency f0, the compensation function is not limited to the expression (5), and any compensation element having a high gain only in the vicinity of the pulsation frequency f0
(5) There is no particular concern about the transfer function.
In the embodiment shown in FIGS. 3 and 4 described above, control is performed while paying attention to the pulsation component of the torque current component Iq, but beat phenomenon suppression control is performed paying attention to the pulsation component of the excitation current component Id. May be.

図5は、図1のインバータ補償周波数発生手段34の別の構成を示す。同構成
では、電流ベクトル演算手段21の出力であるId及びIqをトルク演算手段6
4に入力し、Id及びIqからモータの発生トルクを演算(T=K・Id・Iq、
K:定数)する。この演算結果を例えばバンドパスフィルタの様に、脈動周波数
の成分である周波数f0のみを通過させる脈動検出器65によってトルク脈動を
検出し、トルク脈動成分の目標値である0から減算器43によって減じ、トルク
脈動を補償する補償器66に入力する。ここで、補償器66は、比例要素,積分
要素等からなる補償系であり、入力が零になるようにすなわちトルク脈動が零と
なる様にインバータ補償周波数fcを出力する。
同図の構成によるものでは、トルク脈動を制御対象としているので、より高い
モータのトルク脈動抑制効果を得ることができるといった利点がある。
FIG. 5 shows another configuration of the inverter compensation frequency generation means 34 of FIG. In the same configuration, Id and Iq, which are the outputs of the current vector calculation means 21, are converted into torque calculation means 6.
4 and the generated torque of the motor is calculated from Id and Iq (T = K · Id · Iq,
K: constant). For example, a torque pulsation is detected by a pulsation detector 65 that passes only the frequency f0 that is a component of the pulsation frequency like a band-pass filter, and the subtraction unit 43 subtracts this calculation result from 0 that is the target value of the torque pulsation component. And input to a compensator 66 for compensating for torque pulsation. Here, the compensator 66 is a compensation system including a proportional element, an integral element, and the like, and outputs the inverter compensation frequency fc so that the input becomes zero, that is, the torque pulsation becomes zero.
In the configuration shown in the figure, since torque pulsation is controlled, there is an advantage that a higher torque pulsation suppressing effect of the motor can be obtained.

図6は、図1のインバータ補償周波数発生手段34の別の構成を示す。同構成
は、図5と同様にトルク演算手段67によってId,Iqよりモータの発生する
トルクを演算し、これを減算器44によって目標値0から減じ(演算したトルク
の位相を逆相にするため)、それを図4と同様に例えば(5)式の伝達関数によ
って示される補償要素を有する脈動成分補償器68に入力し、脈動周波数成分の
みを抽出してそれをインバータ補償周波数fcとして出力するものである。同図
の構成によれば、図5の構成よりも少ない構成要素で同様の効果を得ることがで
きる。
なお、上記補償要素の伝達関数は、(5)式に限らず、周波数f0近傍につい
てのみ高いゲインを有する伝達関数であれば良いことは勿論である。
なお、図5,図6ではIq,Idよりトルクを演算して行ったが、トルクはモ
ータの出力に比例するので、同図におけるトルクの代わりにIq,Idから電力
を演算して行ってもよいことは勿論である。
FIG. 6 shows another configuration of the inverter compensation frequency generation means 34 of FIG. In the same configuration, the torque generated by the motor is calculated from Id and Iq by the torque calculating means 67 as in FIG. 5, and is subtracted from the target value 0 by the subtractor 44 (in order to reverse the phase of the calculated torque). 4 is input to a pulsation component compensator 68 having a compensation element represented by the transfer function of the equation (5), for example, and only the pulsation frequency component is extracted and output as an inverter compensation frequency fc, as in FIG. Is. According to the configuration of FIG. 5, the same effect can be obtained with fewer components than the configuration of FIG.
Of course, the transfer function of the compensation element is not limited to the expression (5), but may be any transfer function having a high gain only in the vicinity of the frequency f0.
5 and 6, the torque is calculated from Iq and Id. However, since the torque is proportional to the output of the motor, the power can be calculated from Iq and Id instead of the torque in FIG. Of course it is good.

以上に図1の制御装置におけるインバータ補償周波数発生手段34の実施形態
のいくつかを説明したが、ここで、図3の構成を用いたときの本実施形態におけ
る効果をシミュレーションにより検証した動作波形より説明する。シミュレーシ
ョンの条件の設定は、交流モータ:3相100kW4極誘導電動機、インバータ
入力の直流電圧:1800V、それに重畳する脈動電圧・周波数:100V・1
20Hz、モータの回転周波数fr:110Hz、すべり周波数fs:5Hz、
モータ電流(インバータ出力電流):150Aとする。
Although some of the embodiments of the inverter compensation frequency generation means 34 in the control device of FIG. 1 have been described above, here, from the operation waveform verified by simulation of the effect of this embodiment when the configuration of FIG. 3 is used. explain. The simulation conditions are set as follows: AC motor: three-phase 100 kW four-pole induction motor, inverter input DC voltage: 1800 V, pulsation voltage and frequency superimposed on it: 100 V · 1
20 Hz, motor rotation frequency fr: 110 Hz, slip frequency fs: 5 Hz,
Motor current (inverter output current): 150A.

図7は、従来の制御装置によるもので図1の制御装置においてインバータ補償
周波数発生手段34を備えていない。同図(a)はインバータ入力電圧波形を示
しており、同入力には60Hzの交流電源をコンバータにより整流したときの脈
動周波数成分が存在していることを表している。同図(b)はモータ相電流(イ
ンバータ出力電流)波形を示しており、インバータの動作周波数115Hz(f
inv=fr+fs)成分の電流が動作周波数と直流電圧の脈動周波数との差の周
波数5Hz(=finv−f0)であるビート周波数成分に重畳していることがわ
かる。このビートによりモータ電流の動作周波数成分の最大値がビートによる電
流成分だけ大きくなることがわかる。同図(c)(d)は、(b)のモータ相電
流を回転座標系に座標変換した励磁電流成分とトルク電流成分を示す。これより
各電流成分に脈動周波数成分が重畳していることが分かる。同図(e)は、モー
タの出力トルクを示す。出力トルクにも脈動周波数成分が重畳していることがわ
かる。
FIG. 7 is based on the conventional control apparatus, and the inverter compensation frequency generating means 34 is not provided in the control apparatus of FIG. FIG. 5A shows an inverter input voltage waveform, and this input indicates that a pulsation frequency component is present when a 60 Hz AC power source is rectified by a converter. FIG. 6B shows a motor phase current (inverter output current) waveform, and the inverter operating frequency 115 Hz (f
It can be seen that the current of the inv = fr + fs) component is superimposed on the beat frequency component having a frequency 5 Hz (= finv−f0) which is the difference between the operating frequency and the pulsation frequency of the DC voltage. It can be seen that this beat increases the maximum value of the operating frequency component of the motor current by the current component due to the beat. FIGS. 5C and 5D show an excitation current component and a torque current component obtained by coordinate conversion of the motor phase current of FIG. From this, it can be seen that a pulsation frequency component is superimposed on each current component. FIG. 4E shows the output torque of the motor. It can be seen that the pulsation frequency component is also superimposed on the output torque.

図8は、本発明を適用した場合の動作波形であり、同図(a)〜(e)は図7
(a)〜(e)の事象に対応する。同図(a)に示すようにインバータ入力電圧
に整流脈動が存在しているにも拘わらず、モータ相電流は同図(b)のように動
作周波数成分のみで整流脈動によるビート周波数成分は抑制されていることがわ
かる。それにより同図(c)(d)(e)のように励磁電流,トルク電流,モー
タの出力トルクの各成分Id,Iq,Tは、脈動の極めて少ない直流量となって
いる。この直流量は動作周波数成分のものであるので、同波形からも本発明によ
り整流脈動に伴うビート現象が抑制されることがよくわかる。
このように本発明では、トルク電流成分に含まれる脈動周波数成分を検出し、
インバータ出力周波数にフィードバックすることによって、モータ電流およびト
ルク脈動の発生が抑制され、ビート現象の発生が抑制されていることが確認でき
る。
また、本発明は、インバータ出力周波数を調整することによってビート現象を
抑制する方式であるため、インバータの出力電圧が複数のパルスから構成され出
力電圧を調整できる動作領域はもとより、鉄道車両用インバータの様にインバー
タの出力電圧一周期に含まれるパルスが幅180°(1パルス)であり、インバ
ータの出力電圧を操作することができない動作領域(1パルスモード)において
もインバータの周波数を調整することにより、ビート現象を抑制することが可能
である。
FIG. 8 shows operation waveforms when the present invention is applied, and FIGS.
This corresponds to the events (a) to (e). Although the commutation pulsation is present in the inverter input voltage as shown in FIG. 6A, the motor phase current is only the operating frequency component as shown in FIG. 5B, and the beat frequency component due to the commutation pulsation is suppressed. You can see that As a result, as shown in (c), (d), and (e), the excitation current, torque current, and motor output torque components Id, Iq, and T have direct current amounts with very little pulsation. Since this DC amount is of the operating frequency component, it can be seen from the same waveform that the beat phenomenon associated with the rectifying pulsation is suppressed by the present invention.
Thus, in the present invention, the pulsation frequency component included in the torque current component is detected,
By feeding back to the inverter output frequency, it can be confirmed that the generation of the motor current and torque pulsation is suppressed, and the occurrence of the beat phenomenon is suppressed.
In addition, since the present invention is a method for suppressing the beat phenomenon by adjusting the inverter output frequency, the inverter output voltage is composed of a plurality of pulses, and the operation range in which the output voltage can be adjusted is not limited to that of the railway vehicle inverter. In this way, by adjusting the frequency of the inverter even in the operation region (one pulse mode) where the pulse included in one cycle of the inverter output voltage has a width of 180 ° (one pulse) and the inverter output voltage cannot be operated. It is possible to suppress the beat phenomenon.

図9は、本発明の別の実施形態を示す制御装置の構成図である。同図の構成は図1に示した制御構成において、直流電圧検出手段141によって検出した直流電圧edによって補償周波数fc2を発生する補償周波数発生手段38と、補償周波数発生手段38の出力を加算器35の出力であるインバータ動作周波数指令finv0に加える加算器37を追加したものである。ここで、補償周波数発生手段38の機能は、インバータ入力の直流電圧に重畳する脈動電圧を直流電圧に対する脈動度合いとして求め、その度合いに応じた周波数度合いを補償周波数fc2として出力するものである。
尚、その詳細は、特開昭64−77492号公報の特に4頁左下欄14〜右下欄13行及び同欄の(2)式に記載される。この同公報を引用して本願の実施形態に当てはめ、再記する。直流電圧edの直流分をE、その脈動分をΔE 、その脈動周波数をf とすると、インバータ周波数指令finv0に加算する補償周波数fc2は、次式で表される。

Figure 0004010313
ここに、K:入力電圧edの脈動率、α:ΔE の検出時の所定の位相差
このように、直流電圧edの脈動成分ΔE をインバータ周波数に反映させるというフィードフォワード補償機能と、インバータ出力電流における脈動周波数成分をフィードバック補償するという両者を合わせ持つ構成とすることで、より精度の高い安定したビート抑制効果を得ることができる。

FIG. 9 is a configuration diagram of a control device showing another embodiment of the present invention. The configuration of the figure is the same as the control configuration shown in FIG. 1, but the compensation frequency generation means 38 that generates the compensation frequency fc2 by the DC voltage ed detected by the DC voltage detection means 141, and the output of the compensation frequency generation means 38 is the adder 35. Is added with an adder 37 to be added to the inverter operating frequency command finv0. Here, the function of the compensation frequency generation means 38 is to obtain the pulsation voltage superimposed on the DC voltage of the inverter input as the degree of pulsation with respect to the DC voltage, and output the frequency degree corresponding to the degree as the compensation frequency fc2.
Details thereof are described in JP-A No. 64-77492 , particularly, page 4, lower left column 14 to lower right column 13, line 13 and formula (2) in the same column. The same publication is cited, applied to the embodiment of the present application, and rewritten. The compensation frequency fc2 to be added to the inverter frequency command finv0 is expressed by the following equation, where E is the DC component of the DC voltage ed, ΔE 0 is the pulsation component, and f 0 is the pulsation frequency .
Figure 0004010313
Here, K: ripple factor of the input voltage ed, alpha: a predetermined phase difference at the time of detection of the Delta] E 0 as this, the feedforward compensation function that reflects the pulsating component Delta] E 0 of the DC voltage ed to the inverter frequency, the inverter By adopting a configuration in which both of the pulsation frequency components in the output current are feedback-compensated, a more accurate and stable beat suppression effect can be obtained.

図10は、本発明の別の実施形態を示す制御装置の構成図である。図1の構成
と異なるところは、インバータ出力周波数を補償する方式の代わりに、インバー
タの位相指令を直接補償する方式である。それは、加算器39によって加算器3
5の出力であるインバータ周波数指令finv0を基にインバータの位相θ0を演算
する位相演算手段90の出力と、トルク電流成分Iqに含まれる脈動周波数成分
に基づいて補償位相θcを出力する補償位相演算手段40の出力を加算し、この
結果をPWMパルス発生手段33に入力する。なお、補償位相演算手段40は、
図3〜図6に示した補償要素の何れかにより構成される。PWMパルス発生手段
33は、電流制御手段32の発生するインバータ出力電圧実効指令V及び加算器
39の出力であるインバータ出力電圧位相指令θに基づいてインバータを駆動す
るPWMを発生する構成である。
このように、インバータの出力位相を直接に補償することによっても前述の実
施形態の場合と同様のビート現象抑制効果が得られる。
FIG. 10 is a configuration diagram of a control device showing another embodiment of the present invention. A difference from the configuration of FIG. 1 is a method of directly compensating the inverter phase command instead of the method of compensating the inverter output frequency. It is added by adder 39 to adder 3
Compensation phase calculating means for outputting the compensation phase θc based on the output of the phase calculating means 90 for calculating the phase θ0 of the inverter based on the inverter frequency command finv0 which is the output of 5, and the pulsation frequency component included in the torque current component Iq 40 outputs are added, and the result is input to the PWM pulse generating means 33. The compensation phase calculation means 40
It is configured by any of the compensation elements shown in FIGS. The PWM pulse generating unit 33 is configured to generate PWM for driving the inverter based on the inverter output voltage effective command V generated by the current control unit 32 and the inverter output voltage phase command θ output from the adder 39.
As described above, the beat phenomenon suppressing effect similar to that in the above-described embodiment can be obtained by directly compensating the output phase of the inverter.

これまでに記載した本発明の実施形態では、制御対象機がベクトル制御装置で
あったが、本発明はこれに限られるものではない。
図11は、電圧/周波数一定制御いわゆるV/F制御の装置で本発明を実施し
た例を示す。同図の構成において図1と符号が同じものは説明を省略する。50
はすべり周波数指令発生手段で、同手段より出力されるすべり周波数指令fsと
検出されたモータ回転周波数frとを加算して基本波周波数finv0を生成する。
その周波数の位相を基準として電流ベクトル演算手段21よりモータ相電流iu
〜iwを回転座標系で座標変換し、トルク電流成分Iqを演算する。52はV/
F一定制御手段で、基本周波数finv0に比例した電圧指令Vを出力する。34は
インバータ補償周波数発生手段で、上記演算したトルク電流成分Iqに基づきイ
ンバータ補償周波数fcを発生する。このfcと基本周波数finv0とを加算して
インバータ動作周波数(出力周波数)の指令finvを生成する。33はPWMパル
ス発生手段で、インバータの出力電圧の指令Vと位相指令θ0に基づき周知のパ
ルス幅変調制御を行いPWM信号を発生する。このPWM信号によりインバータ
15を動作させる。ここで、インバータ補償周波数発生手段34は、図3〜図6
の何れかで示されるもので構成する。ただし、図5,図6の構成を適用する場合
には、電流ベクトル演算手段21により励磁電流成分も演算してその結果を用い
るものとする。
本実施形態のV/F制御では、モータにおける励磁電流成分及びトルク電流成
分がそれらの指令値になるように制御する制御系を有していないために、電流ベ
クトル演算手段21で演算されたトルク電流成分又は励磁電流成分は真のものと
はならない。これは実際のモータの回転座標系におけるd−q軸とはずれること
によるものである。この軸ずれはモータの周波数が低いほど大きくなることが分
かっている。しかし、ビート現象が発生する周波数帯域は前述したように100
Hz近辺であることを考えれば、この領域での軸ずれはわずかとなるので演算さ
れるIq,Idの精度の低下も少ない。
そこで、本実施形態では、インバータ入力の直流電圧に重畳する整流に伴う脈
動周波数近辺の領域のみインバータ補償周波数fcを基本周波数finv0に加算す
るようにすることで図1の実施形態で得られるものとほぼ同程度のビート現象の
抑制効果が得られる。
このように本発明は、適用するインバータの制御方式がベクトル制御,V/F
制御を問わず実施できるところにも特徴を有している。
以上、本発明の実施形態として、トルク電流成分Iq,励磁電流成分Idない
しはモータトルクTの脈動成分を検出し、インバータ出力周波数にフィードバッ
クすることによってビート現象の抑制する方式を示したが、インバータの直流入
力電力の瞬時値すなわちインバータの直流電圧の瞬時値と直流入力電流の瞬時値
の積は、モータトルクTの瞬時値と比例することから、インバータの直流入力電
力の瞬時値の脈動成分を検出し、インバータ出力周波数にフィードバックするこ
とによってもビート現象の抑制をはかることができることは明らかである。
In the embodiments of the present invention described so far, the controlled object machine is a vector control device, but the present invention is not limited to this.
FIG. 11 shows an example in which the present invention is implemented by an apparatus for constant voltage / frequency control, so-called V / F control. In the configuration of the figure, the same reference numerals as those in FIG. 50
The slip frequency command generating means adds the slip frequency command fs output from the means and the detected motor rotation frequency fr to generate the fundamental frequency finv0.
Based on the phase of the frequency, the motor phase current iu is obtained from the current vector calculation means 21.
.About.iw are transformed in the rotating coordinate system to calculate the torque current component Iq. 52 is V /
The constant voltage F control means outputs a voltage command V proportional to the fundamental frequency finv0. Reference numeral 34 denotes inverter compensation frequency generating means for generating an inverter compensation frequency fc based on the calculated torque current component Iq. This fc and the basic frequency finv0 are added to generate an inverter operating frequency (output frequency) command finv. Reference numeral 33 denotes PWM pulse generating means for generating a PWM signal by performing well-known pulse width modulation control based on the inverter output voltage command V and the phase command θ0. The inverter 15 is operated by this PWM signal. Here, the inverter compensation frequency generation means 34 is shown in FIGS.
It is comprised by what is shown by either. However, when the configurations of FIGS. 5 and 6 are applied, the current vector calculation means 21 also calculates the excitation current component and uses the result.
In the V / F control of the present embodiment, since there is no control system for controlling the excitation current component and the torque current component in the motor to be their command values, the torque calculated by the current vector calculation means 21 The current component or excitation current component is not true. This is due to deviation from dq axes in the actual motor rotation coordinate system. It has been found that this axial deviation increases as the motor frequency decreases. However, the frequency band where the beat phenomenon occurs is 100 as described above.
Considering that the frequency is in the vicinity of Hz, the axis deviation in this region is small, so that the accuracy of Iq and Id to be calculated is hardly reduced.
Therefore, in this embodiment, the inverter compensation frequency fc is added to the fundamental frequency finv0 only in the region near the pulsation frequency accompanying the rectification superimposed on the DC voltage of the inverter input, and thus obtained in the embodiment of FIG. The effect of suppressing the beat phenomenon is almost the same.
Thus, in the present invention, the inverter control method applied is vector control, V / F
It also has features that can be implemented regardless of control.
As described above, the embodiment of the present invention has shown the method of suppressing the beat phenomenon by detecting the torque current component Iq, the excitation current component Id or the pulsation component of the motor torque T and feeding back to the inverter output frequency. Since the instantaneous value of the DC input power, that is, the product of the instantaneous value of the DC voltage of the inverter and the instantaneous value of the DC input current is proportional to the instantaneous value of the motor torque T, the pulsation component of the instantaneous value of the DC input power of the inverter is detected. However, it is clear that the beat phenomenon can also be suppressed by feeding back to the inverter output frequency.

図12は、本発明の別の実施形態を示す制御装置の構成図である。第1図の構
成と異なるところは、21で検出したトルク電流成分Iqの脈動周波数成分に基
づきインバータ出力周波数を補償する方式の代わりに、インバータの出力電圧の
指令Vを補償する方式である。70は補償電圧発生手段であり、検出したトルク
電流成分Iqに基づきインバータ出力電圧の補償電圧Vcを発生する。71は加
算器で電流制御手段で生成された電圧指令Vに補償電圧Vcを加算して出力電圧
指令を出力する。ここで、補償電圧発生手段70の詳細な構成は、図3,第4図
に示した制御回路を適用する。例えば図3に示したものを適用する場合には脈動
成分検出回路61でトルク電流成分Iqに含まれる脈動周波数f0の成分を検出
し、補償器62においてf0の成分が0となるように補償電圧Vcを出力する比
例,積分等の補償要素で構成する。
本実施形態によれば、インバータの出力電圧が飽和しない領域では図1と同様
の効果が得られる。
FIG. 12 is a block diagram of a control device showing another embodiment of the present invention. 1 differs from the configuration of FIG. 1 in that the inverter output voltage command V is compensated instead of the inverter output frequency compensation method based on the pulsation frequency component of the torque current component Iq detected in 21. Reference numeral 70 denotes compensation voltage generating means for generating an inverter output voltage compensation voltage Vc based on the detected torque current component Iq. An adder 71 adds the compensation voltage Vc to the voltage command V generated by the current control means, and outputs an output voltage command. Here, the detailed configuration of the compensation voltage generation means 70 applies the control circuit shown in FIGS. For example, when the one shown in FIG. 3 is applied, the pulsation component detection circuit 61 detects the component of the pulsation frequency f0 included in the torque current component Iq, and the compensator 62 compensates the compensation voltage so that the component of f0 becomes zero. It consists of compensation elements such as proportionality and integral that output Vc.
According to this embodiment, the same effect as in FIG. 1 can be obtained in a region where the output voltage of the inverter is not saturated.

図13は、本発明の別の実施形態を示す制御装置の構成図である。図1の構成
と異なるところは、インバータ出力電圧より周波数を補償することにある。72
は電圧ベクトル演算手段であり、検出したインバータの各相の瞬時出力電圧Vu
〜Vwを回転座標系で座標変換し、直交する2軸の電圧成分Vd,Vqをベクト
ル演算する。この得られた少なくとも一方の電圧成分(同図の実施形態ではVq)
を入力として73のインバータ補償周波数発生手段により脈動周波数成分を補償
する補償周波数fcを発生させ、インバータの動作周波数finv0に加算する。
ここで、インバータ補償周波数電圧発生手段73の詳細な構成は、図3,第4
図に示した制御回路を適用する。例えば図3に示したものを適用する場合には脈
動成分検出回路61でVqに含まれる脈動周波数f0の成分を検出し、補償器6
2においてf0の成分が0となるように補償周波数fcを出力する比例,積分等
の補償要素で構成する。
本実施形態によれば、図1と比べ脈動周波数成分補償として特別にインバータ
の出力電圧の検出器や電圧ベクトル演算手段を設ける必要があるが、ビート現象
を発生するインバータ出力電圧の正負極側の電圧アンバランスを直接的に検出し
て補償をかけるので、精度と応答性が優れるという効果がある。
なお、図13の実施形態はVqの脈動周波数成分に基づいて周波数を補償する
ものであるが、その代わりに位相θ0を補償するようにしてもよい。
FIG. 13 is a block diagram of a control device showing another embodiment of the present invention. The difference from the configuration of FIG. 1 is that the frequency is compensated by the inverter output voltage. 72
Is a voltage vector calculation means, and the detected instantaneous output voltage Vu of each phase of the inverter
.About.Vw are coordinate-transformed in a rotating coordinate system, and vector operations are performed on the orthogonal two-axis voltage components Vd and Vq. At least one of the obtained voltage components (Vq in the embodiment in the figure)
, The compensation frequency fc for compensating the pulsation frequency component is generated by the inverter compensation frequency generating means 73 and added to the operating frequency finv0 of the inverter.
Here, the detailed configuration of the inverter compensation frequency voltage generating means 73 is shown in FIGS.
The control circuit shown in the figure is applied. For example, when the one shown in FIG. 3 is applied, the pulsation component detection circuit 61 detects the component of the pulsation frequency f0 included in Vq, and the compensator 6
2, the compensation frequency fc is output by a compensation element such as proportionality and integration so that the component of f0 becomes 0.
According to the present embodiment, it is necessary to provide an inverter output voltage detector and voltage vector calculation means specially as pulsation frequency component compensation as compared with FIG. 1, but on the positive and negative side of the inverter output voltage that generates the beat phenomenon. Since voltage imbalance is directly detected and compensated, there is an effect that accuracy and responsiveness are excellent.
Although the embodiment of FIG. 13 compensates the frequency based on the pulsation frequency component of Vq, the phase θ0 may be compensated instead.

図14は、本発明の別の実施形態を示す制御装置の構成図である。図13の構
成と異なるところは、Vqの脈動周波数成分に基づきインバータ出力周波数を補
償する方式の代わりに、インバータの出力電圧の指令Vを補償する方式である。
74は補償電圧発生手段であり、検出したVqに基づきインバータ出力電圧の補
償電圧Vcを発生する。75は加算器で電流制御手段で生成された電圧指令Vに
補償電圧Vcを加算して出力電圧指令を出力する。ここで、補償電圧発生手段7
4の詳細な構成は、図3,第4図に示した制御回路を適用する。例えば図3に示
したものを適用する場合には脈動成分検出回路61でVqに含まれる脈動周波数
f0の成分を検出し、補償器62においてf0の成分が0となるように補償電圧
Vcを出力する比例,積分等の補償要素で構成する。
本実施形態によれば、インバータの出力電圧が飽和しない領域では図13と同
様の効果が得られる。
FIG. 14 is a configuration diagram of a control device showing another embodiment of the present invention. A difference from the configuration of FIG. 13 is a method of compensating the output voltage command V of the inverter instead of the method of compensating the inverter output frequency based on the pulsation frequency component of Vq.
74 is a compensation voltage generating means for generating a compensation voltage Vc of the inverter output voltage based on the detected Vq. An adder 75 adds the compensation voltage Vc to the voltage command V generated by the current control means, and outputs an output voltage command. Here, the compensation voltage generating means 7
For the detailed configuration of FIG. 4, the control circuit shown in FIGS. 3 and 4 is applied. For example, when the circuit shown in FIG. 3 is applied, the pulsation component detection circuit 61 detects the pulsation frequency f0 component included in Vq, and the compensator 62 outputs the compensation voltage Vc so that the f0 component becomes zero. It consists of compensation elements such as proportionality and integral.
According to the present embodiment, the same effect as in FIG. 13 can be obtained in a region where the output voltage of the inverter is not saturated.

本発明は、交流電源をコンバータで整流した直流を電源として交流モータを可
変速駆動するインバータであって、特に整流脈動が大きくなる交流電源が単相で
ある交流軌道の鉄道の電気車への利用は勿論のこと、単相受電での家電製品でモ
ータをインバータで制御する例えば空調機,冷蔵庫,洗濯機等への利用にも適し
ている。
The present invention is an inverter that drives an AC motor at a variable speed using a direct current obtained by rectifying an alternating current power supply with a converter as a power supply, and is particularly used for an electric railway railroad vehicle with a single-phase alternating current power supply that increases rectification pulsation. Of course, it is also suitable for use in, for example, an air conditioner, a refrigerator, a washing machine, etc., in which a motor is controlled by an inverter in a home appliance with single-phase power reception.

本発明の一実施形態を示す電力変換器の制御装置の機能ブロック図The functional block diagram of the control apparatus of the power converter which shows one Embodiment of this invention 本発明の実施形態を鉄道の電気車に適用した電力変換器の主回路構成図The main circuit block diagram of the power converter which applied embodiment of this invention to the electric vehicle of a railway 図1の実施形態における本発明特徴部の具体的構成図FIG. 1 is a specific configuration diagram of the characteristic part of the present invention in the embodiment of FIG. 図1の実施形態における本発明特徴部の他の具体的構成図FIG. 1 is a block diagram showing another specific configuration of the feature of the present invention in the embodiment of FIG. 図1の実施形態における本発明特徴部の他の具体的構成図FIG. 1 is a block diagram showing another specific configuration of the feature of the present invention in the embodiment of FIG. 図1の実施形態における本発明特徴部の他の具体的構成図FIG. 1 is a block diagram showing another specific configuration of the feature of the present invention in the embodiment of FIG. 従来方式の制御による各部の動作波形図Operation waveform diagram of each part under conventional control 本発明により制御した時の各部の動作波形図Operation waveform diagram of each part when controlled by the present invention 本発明の別の実施形態を示す電力変換器の制御装置のブロック図The block diagram of the control apparatus of the power converter which shows another embodiment of this invention 本発明の別の実施形態を示す電力変換器の制御装置の機能ブロック図The functional block diagram of the control apparatus of the power converter which shows another embodiment of this invention 本発明の別の実施形態を示す電力変換器の制御装置の機能ブロック図The functional block diagram of the control apparatus of the power converter which shows another embodiment of this invention 本発明の別の実施形態を示す電力変換器の制御装置の機能ブロック図The functional block diagram of the control apparatus of the power converter which shows another embodiment of this invention 本発明の別の実施形態を示す電力変換器の制御装置の機能ブロック図The functional block diagram of the control apparatus of the power converter which shows another embodiment of this invention 本発明の別の実施形態を示す電力変換器の制御装置の機能ブロック図The functional block diagram of the control apparatus of the power converter which shows another embodiment of this invention

符号の説明Explanation of symbols

9…架線、11…単相交流電源、13…コンバータ、14…平滑コンデンサ、1
5…インバータ、141…電圧検出器、151〜153…電流検出器、161…
電圧検出器、154…速度検出器、16…3相交流モータ
21…電流ベクトル演算手段、31…運転指令発生手段、32…電流制御手段、
33…PWMパルス発生手段、34…インバータ補償周波数発生手段、35,3
6…加算器、90…位相演算手段
41…減算器、42…減算器、61…脈動成分検出器、62…補償器、63…脈
動成分補償器、64…演算手段、65…脈動検出器、66…補償器、67…トル
ク演算手段、68…脈動成分補償器
37…加算器、38…補償周波数発生手段、39…加算器39、40…補償位相
演算手段、50…すべり周波数指令発生手段、52…V/F一定制御手段、70
…補償電圧発生手段、71…加算器、72…電圧ベクトル演算手段、73…イン
バータ補償周波数発生手段、74…補償電圧発生手段、75…加算器

DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 ... Overhead wire, 11 ... Single phase alternating current power supply, 13 ... Converter, 14 ... Smoothing capacitor, 1
5 ... Inverter, 141 ... Voltage detector, 151-153 ... Current detector, 161 ...
Voltage detector, 154 ... speed detector, 16 ... three-phase AC motor 21 ... current vector calculation means, 31 ... operation command generation means, 32 ... current control means,
33: PWM pulse generating means, 34: inverter compensation frequency generating means, 35, 3
6 ... adder, 90 ... phase calculation means 41 ... subtractor, 42 ... subtractor, 61 ... pulsation component detector, 62 ... compensator, 63 ... pulsation component compensator, 64 ... calculation means, 65 ... pulsation detector, DESCRIPTION OF SYMBOLS 66 ... Compensator, 67 ... Torque calculating means, 68 ... Pulsating component compensator 37 ... Adder, 38 ... Compensation frequency generating means, 39 ... Adder 39, 40 ... Compensation phase calculating means, 50 ... Slip frequency command generating means, 52 ... V / F constant control means, 70
... Compensation voltage generation means, 71 ... Adder, 72 ... Voltage vector calculation means, 73 ... Inverter compensation frequency generation means, 74 ... Compensation voltage generation means, 75 ... Adder

Claims (1)

架線からの単相交流電圧を整流して直流電圧に変換するコンバータ、該コンバータの直流側に接続する平滑コンデンサ、該コンデンサの直流を可変電圧可変周波数の交流に変換し、その変換出力を電気車を駆動する交流モータに供給するインバータ、該インバータ出力の瞬時電流を検出する手段、該検出した電流を回転座標系で座標変換し、直交する2軸の電流成分(励磁電流成分、トルク電流成分)をベクトル演算する手段、該演算された2軸の電流成分がそれぞれの2軸に相当する電流指令に一致するように電圧指令を生成する手段と、前記インバータの交流出力の周波数の指令を発生する手段と、該周波数の指令と前記電圧指令とに基づき前記インバータの出力電圧をパルス幅制御する手段を有する制御装置からなる電気車の駆動装置において、
前記2軸の電流成分の少なくとも何れか一方の電流成分より該電流成分に含まれる前記コンバータの整流に伴う脈動周波数の電流成分を検出する脈動成分検出手段と、該脈動成分の検出値が小さくなる方向に該検出値に基づいて前記インバータの交流出力の周波数の指令を調整するフィードバック補償手段と、
前記インバータ入力の直流電圧に重畳する前記コンバータの整流に伴う脈動電圧を前記直流電圧に対する脈動度合いとして求め、その度合いに応じた周波数度合いを補償周波数として検出し、その補償周波数に基づいて前記整流脈動によって発生するビート現象が抑制される方向に前記インバータの交流出力の周波数の指令を調整するフィードフォワード補償手段と
前記両者の補償は、前記インバータの出力周波数が前記コンバータの整流に伴う脈動周波数を通過する前記脈動周波数近傍の帯域のみとする手段とを備えることを特徴とする電気車の駆動装置。
A converter that rectifies a single-phase AC voltage from an overhead wire and converts it into a DC voltage, a smoothing capacitor connected to the DC side of the converter, converts the DC of the capacitor into AC of a variable voltage and variable frequency, and converts the converted output to an electric vehicle Inverter supplied to an AC motor that drives the motor, means for detecting the instantaneous current of the inverter output, coordinate conversion of the detected current in a rotating coordinate system, and two orthogonal current components (excitation current component, torque current component) Generating a voltage command so that the calculated two-axis current component matches a current command corresponding to each of the two axes, and generating an AC output frequency command. means and, electric vehicle drive system comprising a controller having a means for pulse width control of the output voltage of the inverter on the basis of said voltage command and the command of the frequency Oite,
A pulsation component detection means for detecting a current component of a pulsation frequency accompanying the rectification of the converter included in the current component , and a detected value of the pulsation component are smaller than at least one of the two-axis current components Feedback compensation means for adjusting an AC output frequency command of the inverter based on the detected value in a direction ;
A pulsation voltage accompanying rectification of the converter superimposed on the DC voltage of the inverter input is obtained as a pulsation degree with respect to the DC voltage, a frequency degree corresponding to the degree is detected as a compensation frequency, and the rectification pulsation is based on the compensation frequency. Feedforward compensation means for adjusting an AC output frequency command of the inverter in a direction in which a beat phenomenon generated by the inverter is suppressed;
The electric vehicle driving apparatus is characterized in that the compensation of the both includes only a band in the vicinity of the pulsation frequency where the output frequency of the inverter passes the pulsation frequency associated with the rectification of the converter .
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