JP5631200B2 - 同期電動機の制御装置、及び同期発電機の制御装置 - Google Patents
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Description
(1)線間電圧センサを用いる。
(2)初期電流を流し、それによりすばやく推定する。
(3)容量の大きな部品を用いる。
(1)線間電圧センサが必要となり、コストダウン効果が薄れる。
(2)初期電流を流す場合には、その電流量を能動的に抑制することが困難である。
(3)容量の大きな部品を用いる場合には、装置サイズが大きく、重量も重くなる。
(1)第1の従来例:特許文献1に開示されているように、インバータのある相を短絡させる方法。
(2)第2の従来例:特許文献2に開示されているように、別途電圧センサを設置する方法。
(3)第3の従来例:ゼロ電流制御による方法。
上記直流電源と並列にスイッチを介して接続された放電抵抗であって、上記同期電動機の磁極の角度を粗推定するときに上記直流電圧を低下させるための放電抵抗と、
上記インバータ回路のためのゲート信号を発生して同期電動機を制御する制御手段とを備え、
上記制御手段は、
上記スイッチをオンすることにより上記放電抵抗に放電して上記直流電圧を低下させ、
上記同期電動機から上記インバータ回路に流れ込む電流を検出し、
上記検出された電流に基づいて、上記同期電動機の磁極の角度を粗推定し、
上記粗推定された磁極の角度に基づいてインバータの出力電圧の初期値を決定した後、上記インバータ回路のセンサレス制御を始動することを特徴とする。
上記制御手段は、上記インバータ回路又は上記同期電動機から上記高調波フィルタに流れ込む電流を検出してもよい。
上記コンバータ回路のためのゲート信号を発生して上記同期発電機から発電される交流電力の整流を制御する制御手段を備え、
上記制御手段は、
上記同期発電機から上記コンバータ回路に流れ込む電流を検出し、
上記直流電圧が所定値以上となるまでに、上記検出された電流に基づいて、上記同期発電機の磁極の角度を粗推定し、
上記粗推定された磁極の角度に基づいてコンバータ回路の出力電圧の初期値を決定した後、上記コンバータ回路のセンサレス制御を始動し、
上記同期発電機の制御装置は、
上記コンバータ回路の出力と並列にスイッチを介して接続された放電抵抗をさらに備え、
上記制御手段は、上記直流電圧が所定値に達し、上記電流が流れなくなった場合に上記スイッチをオンすることにより上記電流を継続供給することを特徴とする。
上記制御手段は、上記同期発電機から上記高調波フィルタに流れ込む電流を検出してもよい。
図1は本発明の第1の実施形態に係る電動機駆動制御システム20の構成を示すブロック図である。本実施形態では、電動機駆動制御システム20は、同期電動機21を用いて電車車両を換気する換気装置に用いられる。この場合、車両がセクションを通過するときには車両に電力が供給されず、制御システム20は、瞬時停電状態となる。そしてセクション通過後には、制御システム20は、再び電力が供給され、同期電動機の回転制御を再開する。このとき、制御システム20は、同期電動機の回転子が回転した状態で、同期電動機の回転制御を開始することになる。制御システム20は、上述の課題を解決するため、直流電源23の電圧を十分に下げるためにスイッチ32をオンして放電しておき、同期電動機21の誘起電圧と直流母線電圧との電位差により流れる電流Iu,Ivを電流センサ28a,28bにより検出することで、同期電動機21の磁極の角度を推定し、その推定角度を使って、パルス幅変調インバータ回路(以下、PWMインバータ回路という。)22のセンサレス制御を始動することを特徴としている。
(1)直流電源23の直流電圧を十分に下げておく。ほとんどの電力変換装置は、機器保護及び保安上の理由により、直流電源23には放電抵抗31を接続できるようにされており、これをオンにすることにより、直流母線電圧を低下させることができる。なお、同期発電機21の始動時にはほとんどの場合直流母線電圧は十分に小さい。
(2)このとき、同期電動機21から直流母線に流れ込む電流を、3相交流部の電流センサ28a,28bにより観測する。
(3)その観測電流値に基づいて、図4の粗推定処理により同期電動機21の磁極角度の現在値を粗推定する。
(4)さらに、好ましくは、粗推定結果の角度推定値θceに基づいて、図5の角度推定部24Aにより同期電動機21の磁極の角度推定値θe及び速度推定値Seを得る。これにより、高精度な角度推定値θeを得ることができる。
(5)得られた同期電動機21の磁極の角度推定値θe及び速度推定値Se(初期値)に基づいて、PWMインバータ回路22のセンサレス制御を始動する。
図7は本発明の第2の実施形態に係る発電制御システム120の構成を示すブロック図である。また、図8は本発明の第2の実施形態の変形例に係る発電制御システム120の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る発電制御システム120は、同期発電機121を用いて直流電力を生成し、例えば風力発電機などに用いられる。この場合、同期発電機121の回転子に風によって回転する風車が接続される。当該発電制御システム120は、同期発電機121の回転子が回転した状態で、同期発電機121から発電される電力の整流制御を開始することになる。本実施形態では、同期発電機121からPWMコンバータ回路122に流れ込む電流を検出し、直流母線電圧が所定値以上となるまでに、検出された電流に基づいて、同期発電機121の磁極の角度を粗推定し、上記粗推定された磁極の角度に基づいてPWMコンバータ回路122の出力電圧の初期値を決定した後、PWMコンバータ回路122のセンサレス制御を始動することを特徴とする。
(1)負荷電圧が所定値以上に高い場合(図8の変形例)は、負荷電圧を十分に下げておく。そのために、スイッチ132をオンして放電抵抗131内の電荷を放電させておく。これにより、直流母線電圧を低下させることができる。一方、負荷電圧が所定値未満の場合(図7の第2の実施形態)は、例えばタービン発電機のように同期発電機121が停止状態から外部トルクにより回転を開始する場合であり、このとき、同期発電機121から直流母線に電流が流れ込む。
(2)同期発電機121から直流母線に流れ込む電流を、3相交流部の電流センサ128a,128bにより観測する。
(3)その観測電流値に基づいて、図4の粗推定処理により同期発電機121の磁極角度の現在値を粗推定する。
(4)さらに、好ましくは、粗推定結果の角度推定値θceに基づいて、図5の角度推定部24Aにより同期発電機121の磁極の角度推定値θe及び速度推定値Seを得る。これにより、高精度な角度推定値θeを得ることができる。
(5)得られた同期発電機121の磁極の角度推定値θe及び速度推定値Se(初期値)に基づいて、上記PWMコンバータ回路122のセンサレス制御を始動する。
図10は本発明の第3の実施形態に係る電動機駆動制御システム20Aの構成を示すブロック図である。第3の実施形態に係る電動機駆動制御システム20Aは、図1の電動機駆動制御システム20に比較して、電流センサ28a,28bと、同期発電機21との間に、高調波成分を除去する、例えばローパスフィルタである高調波フィルタ71を備えたことを特徴とする。図10において、PWMインバータ回路22から高調波フィルタ71に流れる電流から、同期電動機21の磁極の角度を推定することができる。このとき、電流と電圧との位相差に注意して粗推定値を変更すると、同期電動機21が回転している間は常に高調波フィルタ71に電流が流れ、すなわち、電流センサ28a,28bのラインに電流が流れるので、推定にスピードが要求されなくなり、より安定な推定が可能となる。さらに、本実施形態に係る電動機駆動制御システム20Aはさらに第1の実施形態と同様の作用効果を有する。なお、同期電動機21から高調波フィルタ71に流れ込む電流を検出してもよい。
図11は本発明の第4の実施形態に係る発電制御システム120Aの構成を示すブロック図である。第4の実施形態に係る発電制御システム120Aは、図7の発電制御システム120に比較して、電流センサ128a,128bと、PWMコンバータ回路122との間に、高調波成分を除去する、例えばローパスフィルタである高調波フィルタ171を備えたことを特徴とする。図11において、同期発電機121から高調波フィルタ171に流れる電流から、同期発電機121の磁極の角度を推定することができる。このとき、電流と電圧との位相差に注意して粗推定値を変更すると、同期発電機121が回転している間は常に高調波フィルタ171に電流が流れ、すなわち、電流センサ128a,128bのラインに電流が流れるので、推定にスピードが要求されなくなり、より安定な推定が可能となる。さらに、本実施形態に係る発電制御システム120Aはさらに第2の実施形態と同様の作用効果を有する。
また、上述した電子回路及びブロック図は、本発明の一例示であり、同様の効果を得ることができるならば適宜変更してもよい。PWMインバータ回路22及びPWMコンバータ回路122として、フルブリッジ型としたが、ハーフブリッジ型でも同様に実現でき、いわゆる自励インバータ/コンバータ回路であればよい。また、図5に示す演算器61の演算内容は、これに限定されず、他の構成であってもよい。さらに、本実施形態では、車両の換気装置、風力発電装置に適用した例について示したが、回転した状態で同期機の制御を開始する制御装置全般に適用することができる。なお、同期機とは、同期電動機及び同期発電機を含む。
21…同期電動機
22…PWMインバータ回路
23…直流電源、
24…制御装置、
24A…角度推定部、
28…電流センサ、
29…電圧センサ、
31…放電抵抗、
32…スイッチ、
71…高調波フィルタ、
120,120A…発電制御システム、
121…同期発電機、
122…PWMコンバータ回路、
123…負荷、
124…制御装置、
128…電流センサ、
129…電圧センサ、
131…放電抵抗、
132…スイッチ、
171…高調波フィルタ、
190…平滑用キャパシタ。
Claims (6)
- 直流電源からの直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路から交流電力を与えることによって同期電動機を回転駆動する同期電動機の制御装置において、
上記直流電源と並列にスイッチを介して接続された放電抵抗であって、上記同期電動機の磁極の角度を粗推定するときに上記直流電圧を低下させるための放電抵抗と、
上記インバータ回路のためのゲート信号を発生して同期電動機を制御する制御手段とを備え、
上記制御手段は、
上記スイッチをオンすることにより上記放電抵抗に放電して上記直流電圧を低下させ、
上記同期電動機から上記インバータ回路に流れ込む電流を検出し、
上記検出された電流に基づいて、上記同期電動機の磁極の角度を粗推定し、
上記粗推定された磁極の角度に基づいてインバータの出力電圧の初期値を決定した後、上記インバータ回路のセンサレス制御を始動することを特徴とする同期電動機の制御装置。 - 上記制御手段は、上記粗推定された磁極の角度に基づいて、磁極の角速度と角度を推定した後、上記インバータ回路のセンサレス制御を始動することを特徴とする請求項1記載の同期電動機の制御装置。
- 上記インバータ回路と上記同期電動機との間に、高調波成分を除去する高調波フィルタを備え、
上記制御手段は、上記インバータ回路又は上記同期電動機から上記高調波フィルタに流れ込む電流を検出することを特徴とする請求項1又は2記載の同期電動機の制御装置。 - 同期発電機から与えられる交流電力をコンバータ回路によって整流して、整流後の直流電圧を負荷に出力する同期発電機の制御装置において、
上記コンバータ回路のためのゲート信号を発生して上記同期発電機から発電される交流電力の整流を制御する制御手段を備え、
上記制御手段は、
上記同期発電機から上記コンバータ回路に流れ込む電流を検出し、
上記直流電圧が所定値以上となるまでに、上記検出された電流に基づいて、上記同期発電機の磁極の角度を粗推定し、
上記粗推定された磁極の角度に基づいてコンバータ回路の出力電圧の初期値を決定した後、上記コンバータ回路のセンサレス制御を始動し、
上記同期発電機の制御装置は、
上記コンバータ回路の出力と並列にスイッチを介して接続された放電抵抗をさらに備え、
上記制御手段は、上記直流電圧が所定値に達し、上記電流が流れなくなった場合に上記スイッチをオンすることにより上記電流を継続供給することを特徴とする同期発電機の制御装置。 - 上記制御手段は、上記直流電圧が所定値以上となるまでに、上記粗推定された磁極の角度に基づいて、磁極の角速度と角度を推定した後、上記コンバータ回路のセンサレス制御を始動することを特徴とする請求項4記載の同期発電機の制御装置。
- 上記コンバータ回路と上記同期発電機との間に、高調波成分を除去する高調波フィルタを備え、
上記制御手段は、上記同期発電機から上記高調波フィルタに流れ込む電流を検出することを特徴とする請求項4又は5記載の同期発電機の制御装置。
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