JP4841062B2 - 永久磁石型発電機に接続したｐｗｍ変換装置の制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石型発電機に接続したPWM変換装置により、交流を直流に変換するシステムにおいて、永久磁石型発電機の電源角周波数や発電機電流の値に関わらず、常に永久磁石型発電機内での巻線抵抗損失を最小にして、永久磁石型発電機より高効率で電力を入力するPWM変換装置の制御回路に関するものであり、特に、永久磁石型発電機に流れる発電機電流に基づき、PWM変換装置の指令インダクタンスを決定するようにした永久磁石型発電機に接続したPWM変換装置の制御回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
永久磁石型発電機より交流を直流に変換して、大きな電力を取り出すためのPWMコンバータについては、特開平６−５４５４０号公報「PWMコンバータの制御方法」に掲載されているごとく公知である。
以下に、上記した従来のPWMコンバータについて詳述する。
発電機電流をI、PWM変換装置の必要入力電力より別に求められる指令抵抗をRc*、指令インダクタンスをLc＊、とすると、出力相電圧指令をVc＊は（１）式のように求められる。
【０００３】
【数１】
【０００４】
このように求められる出力相電圧指令Vc＊に基づき、PWM変換装置によるパルス幅変調により最大電力が制御される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
永久磁石型発電機においては、直軸と横軸のインダクタンス値が異なる。このように構成される制御回路において、永久磁石型発電機のインダクタンス分を打ち消して、永久磁石型発電機より最大出力を取り出す時、PWM変換装置の出力電圧指令を生成するために用いる指令インダクタンスLc＊を与える方法が不明であるという問題があった。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、永久磁石型発電機より最大出力を取り出すために、PWM変換装置の制御回路で用いる指令インダクタンスを求める永久磁石型発電機に接続したPWM変換装置の制御装置を、提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明では、E0を永久磁石による誘起電圧、Iを発電機電流、θを永久磁石による誘起電圧E0と発電機電流Iの位相差を表す発電機電流位相、Rを発電機巻線抵抗、Ld、及びLqをそれぞれ永久磁石型発電機の直軸インダクタンス、及び横軸インダクタンス、ωを永久磁石型発電機の電源角周波数とすると、1相の発電機出力Wは、次に示す（２）式で表される。
【０００７】
【数２】
【０００８】
（２）式をθで偏微分して（３）式を求め、（３）式を０とおいた（４）式より、永久磁石型発電機が最大出力を出す時の発電機電流位相θを求める。ここで、永久磁石による磁束をφとし、あらたにKを（５）式のように定義すると、最大出力を出す時の発電機電流位相θは（６）式のように求める事ができる。
【０００９】
【数３】
【００１０】
永久磁石型発電機端子電圧をV、永久磁石型発電機の直軸電流をId、複素演算子をｊとすると、永久磁石による誘起電圧E0と発電機端子電圧Vとの間には、（７）式の関係がある。
ゆえに、PWM変換装置の必要入力電力より別に求められる指令抵抗をRc*とすると、発電機電流位相θと、電源角周波数ωと、永久磁石型発電機のｑ軸インダクタンスLqと、永久磁石型発電機に接続したPWM変換装置の出力相電圧指令Vc＊で用いる指令インダクタンスLc＊との間の関係は、図２のLqとLc＊の関係を説明するベクトル図で表される。
従って、指令インダクタンスLc＊は、有効分と無効分の関係を表すTAN（θ）より（８）式のように求まり、さらに出力相電圧指令Vc＊が再掲した（１）式により求められる。
【００１１】
【数４】
【００１２】
本発明は、このように、発電機電流Iが決まった時、永久磁石型発電機が最大出力を発生するための永久磁石による誘起電圧E0と永久磁石型発電機電流Iとの位相差である発電機電流位相θを（６）式により求め、発電機電流位相θが、このθとなるように永久磁石型発電機に接続したPWM変換装置を動作させるためのPWM変換装置の指令インダクタンスLc＊を求める。
そして、このPWM変換装置の指令インダクタンスLc＊及び指令抵抗Rc*からPWM変換器の出力相電圧指令Vc＊を求め、PWM変換器の出力端子電圧をパルス幅変調によって制御するものである。
又、このPWM変換装置の指令抵抗Rc*を発電機巻線抵抗Rと等しくすることにより、永久磁石型発電機から最大出力を取り出す事ができる。
【００１３】
本発明は上記原理に基づき、前述の課題を解決するものであり、その目的を達成するための手段は、
永久磁石型発電機に接続したPWM変換装置の制御回路を、前記永久磁石型発電機の発電機電流を検出する手段と、前記永久磁石型発電機の電源角周波数を検出する手段と、前記永久磁石型発電機の永久磁石による磁束と、前記永久磁石型発電機のｄ、ｑ軸インダクタンスと、前記発電機電流とにより発電機電流位相を出力する手段と、前記PWM変換装置の入力電力を制御するPWM変換装置の指令抵抗と、前記永久磁石型発電機の巻線抵抗と、前記永久磁石型発電機の電源角周波数と、前記発電機電流位相と、前記永久磁石型発電機のｑ軸インダクタンスとによりPWM変換装置の指令インダクタンスを出力する手段と、前記指令抵抗と前記指令インダクタンスと前記発電機電流とにより永久磁石型発電機に接続したPWM変換装置の出力相電圧指令を出力する手段により構成する。
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳述する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の永久磁石型発電機に接続したPWM変換装置の制御装置における主制御回路構成を示すブロック図である。
同図において、１は発電機電流位相演算回路、２は電源角周波数検出回路、３は指令インダクタンス演算回路、４は出力相電圧指令演算回路を表す。
以下、図1について説明する。発電機電流位相演算回路１は発電機電流Iを入力し、予め入力されている永久磁石型発電機のｄ、ｑ軸インダクタンスLd、Lqと永久磁石による磁束φにより、（６）式に基づき発電機電流位相θを演算し、指令インダクタンス演算回路３に出力する。
電源角周波数検出回路２は発電機電流Iを入力して、永久磁石型発電機の電源角周波数ωを検出し、指令インダクタンス演算回路３及び出力相電圧演算回路４に出力する。ここで、電源角周波数ωは、例えば、発電機電流Iの零クロスにより求められるが、他の方法として、発電機電流Iのサンプリング毎の変化分によっても求められる。
【００１５】
指令インダクタンス演算回路３は、発電機電流位相θと、電源角周波数ωと、PWM変換装置の必要入力電力から別に求められるPWM変換装置の指令抵抗Rc*とを入力し、予め入力されている永久磁石型発電機のｑ軸インダクタンスLqと永久磁石型発電機の発電機巻線抵抗Rにより、（８）式に基づきPWM変換装置の指令インダクタンスLc＊を演算し、出力相電圧演算回路４に出力する。出力相電圧演算回路４は、PWM変換装置の指令インダクタンスLc＊と、PWM変換装置の指令抵抗Rc*と、電源角周波数ωを入力して、（１）式に基づき出力相電圧指令Vc＊を演算し、図示しないゲート回路に出力する。PWM変換装置は、出力相電圧指令Vc＊に基づいて、ゲート回路より出力されるスイッチング信号により出力電圧を制御する。又、別に求められるPWM変換装置の指令抵抗Rc*とは、例えば、PWM変換装置の直流電圧一定制御であれば、直流電圧指令と実直流電圧との偏差より、直流電圧が一定となるように制御される値である。（１）式に基づいて出力相電圧指令Vc＊を演算する方法は、例えば3相のPWM変換装置であれば、3相ベクトル関係を利用して（９）式のように実現できる。
【００１６】
【数５】
【００１７】
（６）式により求める発電機電流位相θは、永久磁石型発電機のｄ軸インダクタンスLdがｑ軸インダクタンスLqより大きい時、（５）式のKが正となり、発電機電流位相θも正となる。その結果、（８）式より求められるPWM変換装置の指令インダクタンスLc＊は、永久磁石型発電機のｑ軸インダクタンスLqよりも大きな値となる。
又、永久磁石型発電機のｄ軸インダクタンスLdがｑ軸インダクタンスLqより小さい時、（５）式のKが負となり、発電機電流位相θも負となる。その結果、（８）式より求められるPWM変換装置の指令インダクタンスLc＊は、永久磁石型発電機のｑ軸インダクタンスLqよりも小さな値となる。
従って、永久磁石型発電機のｄ軸インダクタンスLdと、ｑ軸インダクタンスLqの差がどのようであっても、常に永久磁石型発電機の最大出力制御を行う事ができる。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、永久磁石型発電機のインダクタンス分を打ち消して、永久磁石型発電機より最大出力を取り出すためのPWM変換装置の出力電圧指令を生成する制御回路を示した。
この手段によれば、発電機電流Iより求められる永久磁石型発電機が最大出力を出す発電機電流位相θを求め、さらに、発電機電流位相θが、このθになるようなPWM変換装置の指令インダクタンスLc＊を求めた。
PWM変換装置の出力相電圧指令Vc＊は、このPWM変換装置の指令インダクタンスLc＊とPWM変換装置の出力を制御する指令抵抗Rc*より求めるために、常に発電機電流Iにより定まる最大出力を取り出す事ができる。
又、永久磁石型発電機より最大出力を取り出したい時は、PWM変換装置の指令抵抗Rc*を発電機巻線抵抗Rと等しくする時に可能であり、実用上、極めて有用性の高いものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の永久磁石型発電機に接続したPWM変換装置の制御回路の主制御回路構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の永久磁石型発電機に接続したPWM変換装置の制御回路におけるLqとLc＊の関係を説明するベクトル図である。
【符号の説明】
１ 発電機電流位相演算回路
２ 電源角周波数検出回路
３ インダクタンス指令演算回路
４ 出力相電圧指令演算回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石型発電機に接続したPWM変換装置により、交流を直流に変換するシステムにおいて、永久磁石型発電機の電源角周波数や発電機電流の値に関わらず、常に永久磁石型発電機内での巻線抵抗損失を最小にして、永久磁石型発電機より高効率で電力を入力するPWM変換装置の制御回路に関するものであり、特に、永久磁石型発電機に流れる発電機電流に基づき、PWM変換装置の指令インダクタンスを決定するようにした永久磁石型発電機に接続したPWM変換装置の制御回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
永久磁石型発電機より交流を直流に変換して、大きな電力を取り出すためのPWMコンバータについては、特開平６−５４５４０号公報「PWMコンバータの制御方法」に掲載されているごとく公知である。
以下に、上記した従来のPWMコンバータについて詳述する。
発電機電流をI、PWM変換装置の必要入力電力より別に求められる指令抵抗をRc*、指令インダクタンスをLc＊、とすると、出力相電圧指令をVc＊は（１）式のように求められる。
【０００３】
【数１】
このように求められる出力相電圧指令Vc＊に基づき、PWM変換装置によるパルス幅変調により最大電力が制御される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
永久磁石型発電機においては、直軸と横軸のインダクタンス値が異なる。このように構成される制御回路において、永久磁石型発電機のインダクタンス分を打ち消して、永久磁石型発電機より最大出力を取り出す時、PWM変換装置の出力電圧指令を生成するために用いる指令インダクタンスLc＊を与える方法が不明であるという問題があった。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、永久磁石型発電機より最大出力を取り出すために、PWM変換装置の制御回路で用いる指令インダクタンスを求める永久磁石型発電機に接続したPWM変換装置の制御装置を、提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明では、E0を永久磁石による誘起電圧、Iを発電機電流、θを永久磁石による誘起電圧E0と発電機電流Iの位相差を表す発電機電流位相、Rを発電機巻線抵抗、Ld、及びLqをそれぞれ永久磁石型発電機の直軸インダクタンス、及び横軸インダクタンス、ωを永久磁石型発電機の電源角周波数とすると、1相の発電機出力Wは、次に示す（２）式で表される。
【０００７】
【数２】
（２）式をθで偏微分して（３）式を求め、（３）式を０とおいた（４）式より、永久磁石型発電機が最大出力を出す時の発電機電流位相θを求める。ここで、永久磁石による磁束をφとし、あらたにKを（５）式のように定義すると、最大出力を出す時の発電機電流位相θは（６）式のように求める事ができる。
【０００９】
【数３】
永久磁石型発電機端子電圧をV、永久磁石型発電機の直軸電流をId、複素演算子をｊとすると、永久磁石による誘起電圧E0と発電機端子電圧Vとの間には、（７）式の関係がある。
ゆえに、PWM変換装置の必要入力電力より別に求められる指令抵抗をRc*とすると、発電機電流位相θと、電源角周波数ωと、永久磁石型発電機のｑ軸インダクタンスLqと、永久磁石型発電機に接続したPWM変換装置の出力相電圧指令Vc＊で用いる指令インダクタンスLc＊との間の関係は、図２のLqとLc＊の関係を説明するベクトル図で表される。
従って、指令インダクタンスLc＊は、有効分と無効分の関係を表すTAN（θ）より（８）式のように求まり、さらに出力相電圧指令Vc＊が再掲した（１）式により求められる。
【００１１】
【数４】
本発明は、このように、発電機電流Iが決まった時、永久磁石型発電機が最大出力を発生するための永久磁石による誘起電圧E0と永久磁石型発電機電流Iとの位相差である発電機電流位相θを（６）式により求め、発電機電流位相θが、このθとなるように永久磁石型発電機に接続したPWM変換装置を動作させるためのPWM変換装置の指令インダクタンスLc＊を求める。
そして、このPWM変換装置の指令インダクタンスLc＊及び指令抵抗Rc*からPWM変換器の出力相電圧指令Vc＊を求め、PWM変換器の出力端子電圧をパルス幅変調によって制御するものである。
又、このPWM変換装置の指令抵抗Rc*を発電機巻線抵抗Rと等しくすることにより、永久磁石型発電機から最大出力を取り出す事ができる。
【００１３】
本発明は上記原理に基づき、前述の課題を解決するものであり、その目的を達成するための手段は、
永久磁石型発電機に接続したPWM変換装置の制御回路を、前記永久磁石型発電機の発電機電流を検出する手段と、前記永久磁石型発電機の電源角周波数を検出する手段と、前記永久磁石型発電機の永久磁石による磁束と、前記永久磁石型発電機のｄ、ｑ軸インダクタンスと、前記発電機電流とにより発電機電流位相を出力する手段と、前記PWM変換装置の入力電力を制御するPWM変換装置の指令抵抗と、前記永久磁石型発電機の巻線抵抗と、前記永久磁石型発電機の電源角周波数と、前記発電機電流位相と、前記永久磁石型発電機のｑ軸インダクタンスとによりPWM変換装置の指令インダクタンスを出力する手段と、前記指令抵抗と前記指令インダクタンスと前記発電機電流とにより永久磁石型発電機に接続したPWM変換装置の出力相電圧指令を出力する手段により構成する。
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳述する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の永久磁石型発電機に接続したPWM変換装置の制御装置における主制御回路構成を示すブロック図である。
同図において、１は発電機電流位相演算回路、２は電源角周波数検出回路、３は指令インダクタンス演算回路、４は出力相電圧指令演算回路を表す。
以下、図1について説明する。発電機電流位相演算回路１は発電機電流Iを入力し、予め入力されている永久磁石型発電機のｄ、ｑ軸インダクタンスLd、Lqと永久磁石による磁束φにより、（６）式に基づき発電機電流位相θを演算し、指令インダクタンス演算回路３に出力する。
電源角周波数検出回路２は発電機電流Iを入力して、永久磁石型発電機の電源角周波数ωを検出し、指令インダクタンス演算回路３及び出力相電圧演算回路４に出力する。ここで、電源角周波数ωは、例えば、発電機電流Iの零クロスにより求められるが、他の方法として、発電機電流Iのサンプリング毎の変化分によっても求められる。
【００１５】
指令インダクタンス演算回路３は、発電機電流位相θと、電源角周波数ωと、PWM変換装置の必要入力電力から別に求められるPWM変換装置の指令抵抗Rc*とを入力し、予め入力されている永久磁石型発電機のｑ軸インダクタンスLqと永久磁石型発電機の発電機巻線抵抗Rにより、（８）式に基づきPWM変換装置の指令インダクタンスLc＊を演算し、出力相電圧演算回路４に出力する。出力相電圧演算回路４は、PWM変換装置の指令インダクタンスLc＊と、PWM変換装置の指令抵抗Rc*と、電源角周波数ωを入力して、（１）式に基づき出力相電圧指令Vc＊を演算し、図示しないゲート回路に出力する。PWM変換装置は、出力相電圧指令Vc＊に基づいて、ゲート回路より出力されるスイッチング信号により出力電圧を制御する。又、別に求められるPWM変換装置の指令抵抗Rc*とは、例えば、PWM変換装置の直流電圧一定制御であれば、直流電圧指令と実直流電圧との偏差より、直流電圧が一定となるように制御される値である。（１）式に基づいて出力相電圧指令Vc＊を演算する方法は、例えば3相のPWM変換装置であれば、3相ベクトル関係を利用して（９）式のように実現できる。
【００１６】
【数５】
（６）式により求める発電機電流位相θは、永久磁石型発電機のｄ軸インダクタンスLdがｑ軸インダクタンスLqより大きい時、（５）式のKが正となり、発電機電流位相θも正となる。その結果、（８）式より求められるPWM変換装置の指令インダクタンスLc＊は、永久磁石型発電機のｑ軸インダクタンスLqよりも大きな値となる。
又、永久磁石型発電機のｄ軸インダクタンスLdがｑ軸インダクタンスLqより小さい時、（５）式のKが負となり、発電機電流位相θも負となる。その結果、（８）式より求められるPWM変換装置の指令インダクタンスLc＊は、永久磁石型発電機のｑ軸インダクタンスLqよりも小さな値となる。
従って、永久磁石型発電機のｄ軸インダクタンスLdと、ｑ軸インダクタンスLqの差がどのようであっても、常に永久磁石型発電機の最大出力制御を行う事ができる。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、永久磁石型発電機のインダクタンス分を打ち消して、永久磁石型発電機より最大出力を取り出すためのPWM変換装置の出力電圧指令を生成する制御回路を示した。
この手段によれば、発電機電流Iより求められる永久磁石型発電機が最大出力を出す発電機電流位相θを求め、さらに、発電機電流位相θが、このθになるようなPWM変換装置の指令インダクタンスLc＊を求めた。
PWM変換装置の出力相電圧指令Vc＊は、このPWM変換装置の指令インダクタンスLc＊とPWM変換装置の出力を制御する指令抵抗Rc*より求めるために、常に発電機電流Iにより定まる最大出力を取り出す事ができる。
又、永久磁石型発電機より最大出力を取り出したい時は、PWM変換装置の指令抵抗Rc*を発電機巻線抵抗Rと等しくする時に可能であり、実用上、極めて有用性の高いものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の永久磁石型発電機に接続したPWM変換装置の制御回路の主制御回路構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の永久磁石型発電機に接続したPWM変換装置の制御回路におけるLqとLc＊の関係を説明するベクトル図である。
【符号の説明】
１ 発電機電流位相演算回路
２ 電源角周波数検出回路
３ インダクタンス指令演算回路
４ 出力相電圧指令演算回路
Claims (1)
- 永久磁石型発電機に接続したPWM変換装置の制御回路において、前記永久磁石型発電機の発電機電流を検出する手段と、電源角周波数を検出する手段と、永久磁石による磁束と、ｄ、ｑ軸インダクタンスと、永久磁石による誘起電圧と、前記発電機電流とにより下記（５）式および（６）式に基づいて
I：発電機電流
Ｅo：永久磁石による誘起電圧
φ：永久磁石による磁束
θ：永久磁石による誘起電圧E0と発電機電流Iの位相差を表す発電機電流
Ｌd：永久石型発電機の直軸インダクタンス
Ｌq：永久石型発電機の横軸インダクタンス
発電機電流位相を出力する手段と、図１におけるインダクタンス指令演算回路３および出力相電圧指令演算回路４へ入力される制御上の指令を表すもので、ここではＰＷＭ変換装置の指令抵抗とするものと、発電機の巻線抵抗と、電源角周波数と、前記発電機電流位相と、前記永久磁石型発電機のｑ軸インダクタンスとによりPWM変換装置の指令インダクタンスを下記（８）式に基づいて
Ｒ：発電機巻線抵抗
Ｒc＊：図１におけるインダクタンス指令演算回路３および出力相電圧指令演算回路４へ入力される制御上の指令を表すもので、ここではＰＷＭ変換装置の指令抵抗とする。
Ｌc＊：PWM変換装置の出力電圧指令を生成するために用いる指令インダクタンス
ω：永久磁石型発電機の電源角周波数
θ：永久磁石による誘起電圧E0と発電機電流Iの位相差を表す発電機電流
出力する手段と、前記PWM変換装置の指令抵抗と前記指令インダクタンスと前記発電機電流とにより永久磁石型発電機に接続したPWM変換装置の出力相電圧指令を下記（１）式に基づいて
Ｖc＊：出力相電圧指令
Ｒc＊：図１におけるインダクタンス指令演算回路３および出力相電圧指令演算回路４へ入力される制御上の指令を表すもので、ここではＰＷＭ変換装置の指令抵抗とする。
Ｌc＊：PWM変換装置の出力電圧指令を生成するために用いる指令インダクタンス
ω：永久磁石型発電機の電源角周波数
I：発電機電流
出力する手段を有する事を特徴とする永久磁石型発電機に接続したPWM変換装置の制御装置。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001159860A JP4841062B2 (ja) | 2001-05-29 | 2001-05-29 | 永久磁石型発電機に接続したｐｗｍ変換装置の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001159860A JP4841062B2 (ja) | 2001-05-29 | 2001-05-29 | 永久磁石型発電機に接続したｐｗｍ変換装置の制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002354894A JP2002354894A (ja) | 2002-12-06 |
| JP4841062B2 true JP4841062B2 (ja) | 2011-12-21 |
Family
ID=19003369
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001159860A Expired - Lifetime JP4841062B2 (ja) | 2001-05-29 | 2001-05-29 | 永久磁石型発電機に接続したｐｗｍ変換装置の制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4841062B2 (ja) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4070320B2 (ja) * | 1998-09-03 | 2008-04-02 | 財団法人鉄道総合技術研究所 | 交流電源側に容量性インピーダンスを並列接続したｐｗｍコンバータ |
| JP4010678B2 (ja) * | 1998-11-27 | 2007-11-21 | 東洋電機製造株式会社 | Ｐｗｍコンバータの直流電圧制御回路 |
| JP3630610B2 (ja) * | 2000-03-30 | 2005-03-16 | 東洋電機製造株式会社 | Ｐｗｍコンバータの制御回路 |
| JP2002084795A (ja) * | 2000-09-01 | 2002-03-22 | Shinko Electric Co Ltd | 発電装置 |
-
2001
- 2001-05-29 JP JP2001159860A patent/JP4841062B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002354894A (ja) | 2002-12-06 |
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