JP6257689B2 - 同期機制御装置 - Google Patents

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Description

この発明は、同期機を回転駆動する電力変換手段を備えた同期機制御装置に関するものである。
同期機制御装置は、同期機に流れる電流を電流検出部により検出して、該電流検出値をフィードバックして制御を実行している。ここで電流検出部が故障し、電流値を正しく検出できなくなった場合、正しい制御が困難となる。
一方、電流検出部の故障を検知することができると、故障した電流検出部を制御に使用しないことにより、制御を正しく動作させることができる。
電流検出部の故障を検知する手法として、例えば特開２００２−２４７８５８号公報（特許文献１）に開示されているように、サーボモータが停止した状態で、トルクが発生しないような電圧を印加し、その時の電圧、電流を用いて電流センサの故障を検知する手法が提案されている。
特開２００２−２４７８５８号公報
前記特許文献１の手法は、サーボモータが停止した状態での動作を前提としている。そのため、サーボモータの回転中に電流検出部の故障が発生した場合は、故障を正しく検知することができない問題点がある。
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、同期機が回転中に電流検出部が故障した場合でも、電流検出部の故障を特定し、同期機の制御を継続することを目的とするものである。
この発明の同期機制御装置は、直流電圧をＰＷＭ電圧に変換して同期機に印加する同期機制御装置であって、前記同期機に可変電圧、可変周波数を印加する可変電圧印加部と、前記同期機の回転子位置を検出する回転子位置検出部と、前記同期機に流れる電流を検出し、電流検出値を出力する電流検出部と、前記電流検出値を用いずに制御を行う開ループ制御部と、前記電流検出値を用いて制御を行う閉ループ制御部と、前記電流検出値より電流検出部の故障を検知する電流検出部故障検知部と、前記開ループ制御部と前記閉ループ制御部を切り替える制御切替部と、前記電流検出値の内、少なくとも１相の絶対値が閾値以上の場合に過電流と判定する過電流検知部とを備え、
前記制御切替部は、前記過電流検知部が過電流を検知した場合に、前記開ループ制御部に切り替え、
前記制御切替部により前記開ループ制御部に切り替えられた際に前記過電流検知部が過電流を検知しない場合は前記電流検出部の故障相の数を検知して、前記故障相の数が１相以下の場合には前記閉ループ制御部に切り替え、前記電流検出部の故障が２相以上の場合には前記開ループ制御部での制御を継続し、前記過電流検知部が過電流を検知した場合は前記可変電圧印加部から前記同期機に電圧を印加することを停止することを特徴とする。
この発明によれば、同期機の回転中に電流検出部の故障が発生した場合は、電流検出部の故障相を特定し、同期機の動作を継続することができ、また、電流検出部の故障以外の要因で過電流が発生した場合は、同期機の動作を停止することにより安全な状態に遷移させることができる。
この発明の実施の形態１を示す図で、同期機制御装置と電源と同期機と３相線を含めた同期機制御システムの一例を示す構成図である。 この発明の実施の形態１を示す図で、電流検出部の構成の一例を示す図である。 この発明の実施の形態１を示す図で、制御部の構成の一例を示す図である。 この発明の実施の形態１を示す図で、開ループ制御部の構成の一例を示す図である。 この発明の実施の形態１を示す図で、閉ループ制御部の構成の一例を示す図である。 この発明の実施の形態１を示す図で、電流検出部故障検知部の構成の一例を示す図である。 この発明の実施の形態１を示す図で、ＰＷＭ生成部の構成の一例を示す図である。 この発明の実施の形態１を示す図で、制御切替部の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２を示す図で、制御部の構成の一例を示す図である。 この発明の実施の形態２を示す図で、制御切替部の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態３を示す図で、制御部の構成の一例を示す図である。
以下、この発明による同期機制御装置の好適な実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
実施の形態１．
以下、実施の形態１による同期機制御装置の構成、及び構成要素の機能について説明する。
図１は、この発明の実施の形態１を説明する図で、同期機制御装置と直流電源と同期機と３相線を含めた同期機制御システムを示すものである。図１において、符号１は同期機制御装置を示し、符号２は直流電源を示し、符号３は同期機を示している。同期機制御装置１は、直流電源２の直流電圧に基づいて同期機３を制御する。同期機制御装置１は、コンデンサ１１、スイッチ素子１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、ダイオード１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、電流検出部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、回転子位置検出部１５、及び制御部１６を備えている。なお、コンデンサ１１、スイッチ素子１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、ダイオード１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆは、可変電圧印加部を構成している。
コンデンサ１１は、直流電圧の変動を抑制する。スイッチ素子１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆは、制御部１６からスイッチＯＮ指令が出された場合に電流を流し、スイッチＯＦＦ指令が出された場合に電流を流さない。ダイオード１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆは、一方方向（図１では、下から上の方向）のみ電流を流す。電流検出部１４ａ、１４ｂ、１４ｃは、ｕｖｗ相電流を検出し、ｕｖｗ相電流検出値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを出力する。回転子位置検出部１５は、同期機３の回転子位置θを検出する。制御部１６は、ｕｖｗ相電流検出値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗと回転子位置θからｄｑ軸電流検出値ｉｄ、ｉｑを算出し、ｄｑ軸電流検出値ｉｄ、ｉｑがそれぞれｄｑ軸電流指令値ｉｄ＊、ｉｑ＊に追従するようにスイッチＯＮ／ＯＦＦ指令を出力する。
図２は、電流検出部１４ａの構成図の一例である。図２において、電流検出部１４ａは検出部１７、オフセット調整部１８、増幅部１９から構成され、電流検出部１４ｂ、１４ｃの構成は、電流検出部１４ａの構成と同等である。
電流検出部１４ａ、１４ｂ、１４ｃの故障としては、例えば以下のものが考えられる。例えば、検出部１７が故障し、どのような電流が流れても検出部１７が同じ値を出力するような故障が発生した場合、固定値故障（電流検出値がある一定の値になって変化しない）が発生する。また例えば、オフセット調整部１８が故障し、オフセットの信号値が本来から外れた値となった場合、オフセット故障（電流検出値が実電流値に対して定数値だけ加算される）が発生する。また例えば、増幅部１９が故障し、信号の増幅割合が本来から外れた場合、ゲイン故障（電流検出値が実電流値の定数倍となる）が発生する。
図３は、制御部１６の構成図の一例である。図３において、開ループ制御部２１は、ｄｑ軸電流指令値ｉｄ＊、ｉｑ＊と、回転子位置θから、開ループｄｑ軸電圧指令値ｖｄ＊ｏ、ｖｑ＊ｏを算出する。
図４は、開ループ制御部２１の構成図の一例である。図４において、電気角速度演算器１０１は、回転子位置θに対して微分演算を行い、電気角速度ωを算出する。非干渉化項演算器１０２は、ｄｑ軸電流指令値ｉｄ＊、ｉｑ＊と電気角速度ωと、同期機３の永久磁石磁束Φｍと、同期機３のｄｑ軸インダクタンスＬｄ、Ｌｑから次式（１）の演算により開ループｄｑ軸電圧指令値ｖｄ＊ｏ、ｖｑ＊ｏを算出する。
Figure 0006257689
図３において、閉ループ制御部２２は、ｄｑ軸電流指令値ｉｄ＊、ｉｑ＊と、ｕｖｗ相電流検出値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗと、回転子位置θと、後述する制御切替部２５による電流検出値持ち替え指令から、閉ループｄｑ軸電圧指令値ｖｄ＊ｃ、ｖｑ＊ｃを算出する。なお、電流検出値持ち替え指令とは、電流検出部が故障した場合に故障した相の電流検出部の電流検出値は用いずに、他の２相の電流検出部の電流検出値を用いて後段の制御を行うための指令である。
図５は、閉ループ制御部２２の構成図の一例である。図５において、電流検出値持ち替え器２０１は、ｕｖｗ相電流検出値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗと、電流検出値持ち替え指令から、持ち替え後のｕｖｗ相電流検出値ｉｕ’、ｉｖ’、ｉｗ’を算出する。電流検出値持ち替えは以下のように行う。電流検出値持ち替え指令が「持ち替えなし」の場合は、次式（２）のように電流検出値の持ち替えを実施しない。
Figure 0006257689
電流検出値持ち替え指令が「ｕ相電流検出値持ち替え」の場合は、次式（３）のようにｕ相電流検出値の持ち替えを実施する。
Figure 0006257689
電流検出値持ち替え指令が「ｖ相電流検出値持ち替え」、「ｗ相電流検出値持ち替え」の場合は、「ｕ相電流検出値持ち替え」の場合と同様に電流検出値の持ち替えを実施する。
３相２相変換器２０２は、持ち替え後のｕｖｗ相電流検出値ｉｕ’、ｉｖ’、ｉｗ’と、回転子位置θから次式（４）の演算により、ｄｑ軸電流検出値ｉｄ、ｉｑを算出する。
Figure 0006257689
電流ＰＩ制御器２０３は、ｄｑ軸電流指令値ｉｄ＊、ｉｑ＊とｄｑ軸電流検出値ｉｄ、ｉｑとの偏差に基づいて次式（５）及び式（６）の演算により、ｄｑ軸電流制御比例項ｖｄ＊ｐ、ｖｑ＊ｐと、ｄｑ軸電流積分項ｖｄ＊ｉ、ｖｑ＊ｉとを算出する。
Figure 0006257689
電気角速度演算器２０４は、回転子位置θに対して微分演算を行い、電気角速度ωを算出する。非干渉化項演算器２０５は、ｄｑ軸電流指令値ｉｄ＊、ｉｑ＊と電気角速度ωと、同期機３の永久磁石磁束Φｍと、同期機３のｄｑ軸インダクタンスＬｄ、Ｌｑから次式（７）の演算により開ループｄｑ軸非干渉化項ｖｄ＊ｄｃｐ、ｖｑ＊ｄｃｐを算出する。加算器２０６は、ｄｑ軸電流制御比例項ｖｄ＊ｐ、ｖｑ＊ｐと、ｄｑ軸電流積分項ｖｄ＊ｉ、ｖｑ＊ｉと、ｄｑ軸非干渉化項ｖｄ＊ｄｃｐ、ｖｑ＊ｄｃｐから、次式（７）により閉ループｄｑ軸電圧指令値ｖｄ＊ｃ、ｖｑ＊ｃを算出する。
Figure 0006257689
図３において、電流検出部故障検知部２３は、ｕｖｗ相電流検出値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを用いて電流検出部１４ａ、１４ｂ、１４ｃのｕｖｗ相それぞれについて、故障しているか否かを判定し、故障している相について故障検知信号を出力する。
図６は、電流検出部故障検知部２３の構成図の一例である。図６において、固定値故障検知部３０１は、ｕｖｗ相電流検出値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗから電流検出部１４ａ、１４ｂ、１４ｃの固定値故障を検知し、ｕｖｗ相固定値故障検知信号を出力する。
電流検出部１４ａ、１４ｂ、１４ｃの固定値故障は以下の方法で検出する。例えば、制御切替部２５がスイッチ動作指示を出力している状態で、一定時間内（例えば３相電流検出値の１周期より長い時間）の相電流検出値の絶対値の平均値が閾値以下の場合に、該当する相の電流検出部が故障していると判定する。また、例えば、スイッチ動作指示を出力している状態で、一定時間内の相電流検出値の絶対値の最大値が閾値以下の場合に、該当する相の電流検出部が固定値故障していると判定する。また、例えば、スイッチ動作指示を出力している状態で、一定時間内の相電流検出値の絶対値が閾値以下となる割合が所定値以上の場合に、該当する相の電流検出部が故障していると判定する。また、例えば、スイッチ動作指示を出力している状態で、一定時間内の相電流検出値の微分値の絶対値が閾値以下の場合に、該当する相の電流検出部が故障していると判定する。
オフセット故障検知部３０２は、ｕｖｗ相電流検出値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗから電流検出部１４ａ、１４ｂ、１４ｃのオフセット故障を検知し、ｕｖｗ相オフセット故障検知信号を出力する。
電流検出部１４ａ、１４ｂ、１４ｃのオフセット故障は以下の方法で判定する。例えば、スイッチ動作指示を出力している状態で、ある１相の一定時間内の電流検出値の平均値と、他相の該平均値との差が閾値以上の場合、ある１相の電流検出部が故障していると判定する。
ゲイン故障検知部３０３は、ｕｖｗ相電流検出値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗから電流検出部１４ａ、１４ｂ、１４ｃのゲイン故障を検知し、ｕｖｗ相ゲイン故障検知信号を出力する。
電流検出部１４ａ、１４ｂ、１４ｃのゲイン故障は以下の方法で判定する。例えば、スイッチ動作指示を出力している状態で、ある１相の一定時間内の電流検出値の最大値と、他相の該最大値との差が閾値以上の場合、ある１相の電流検出部が故障していると判定する。また、例えば、スイッチ動作指示を出力している状態で、ある１相の一定時間内の電流検出値の最小値と、他相の該最小値との差が閾値以上の場合、ある１相の電流検出部が故障していると判定する。また、例えば、スイッチ動作指示を出力している状態で、ある１相の一定時間内の電流検出値の最大値と最小値の差分値と、他相の該差分値との差が閾値以上の場合、ある１相の電流検出部が故障していると判定する。また、例えば、スイッチ動作指示を出力している状態で、ある１相の一定時間内の電流検出値の絶対値の最大値と、他相の該最大値との差が閾値以上の場合、ある１相の電流検出部が故障していると判定する。
検知信号集約部３０４は、ｕｖｗ相それぞれについて、固定値故障検知信号、オフセット故障検知信号、ゲイン故障検知信号の何れかが出力されていれば、ｕｖｗ相電流検出部故障検知信号を出力する。
図３において、３相電流和異常検知部２４は、ｕｖｗ相電流検出値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの和が閾値以上の場合に３相電流和異常信号を出力し、閾値未満の場合は３相電流和異常信号を出力しない。また、制御切替部２５から３相電流和異常検知無効化信号が出力されている場合、３相電流和の値に関わらず３相電流和異常を出力しない。
制御切替部２５は、後述する図８のフローチャートに従って、開ループｄｑ軸電圧指令値ｖｄ＊ｏ、ｖｑ＊ｏと、閉ループｄｑ軸電圧指令値ｖｄ＊ｃ、ｖｑ ＊ｃ から何れか一方を選択し、ｄｑ軸電圧指令値ｖｄ＊、ｖｑ＊を出力する。また、図８のフローチャートに従って、スイッチ動作／停止指示を出力する。
また、ｕｖｗ相電流検出部故障検知信号を元に、電流検出値持ち替え指令を出力する。ｕｖｗ相電流検出部故障検知信号の中に故障検知相が存在しない場合、及び故障検知相が２相以上の場合は、電流検出値持ち替え指令は「持ち替えなし」とする。ｕｖｗ相電流検出部故障検知信号の中に故障検知相が１相存在する場合は、電流検出値持ち替え指令は「（故障検知相）持ち替え」とする。
ＰＷＭ生成部２６は、ｄｑ軸電圧指令値ｖｄ＊、ｖｑ＊と、スイッチ動作／停止指示と、回転子位置θからスイッチＯＮ／ＯＦＦ指令を出力する。
図７は、ＰＷＭ生成器２６の構成図である。図７において、２相３相変換器４０１は、ｄｑ軸電圧指令値ｖｄ＊、ｖｑ＊と回転子位置θから次式（８）の演算により、ｕｖｗ相電圧指令値ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊を算出する。
Figure 0006257689
キャリア生成部４０２は、キャリア周期ｔｃに応じたキャリア波を生成する。キャリア比較器４０３は、スイッチ動作指令が入力されている場合は、キャリア波とｕｖｗ相電圧指令値ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊との比較に基づいてスイッチＯＮ／ＯＦＦ指令を出力する。スイッチ停止指示が入力されている場合は、キャリア波とｕｖｗ相電圧指令値ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊の比較結果に関わらず、スイッチＯＦＦ指令を出力する。
図８は、制御切替部２５の動作を示すフローチャートである。
図８において、まず、ステップＳ１０１にて、閉ループ制御の状態でスイッチ動作指示を出力し、ステップＳ１０２に進む。ステップＳ１０２において、３相電流和異常を検知しているか否かを判定し、３相電流和異常を検知していればステップＳ１０３に進み、３相電流和異常を検知していなければステップＳ１０２に進む。
ステップＳ１０３において、開ループ制御に切り替え、ステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４において、電流検出部１４ａ、１４ｂ、１４ｃの故障相を特定し、ステップＳ１０５に進む。
電流検出部１４ａ、１４ｂ、１４ｃのゲイン故障（電流検出値が実電流値の定数倍となる）、及びオフセット故障（電流検出値が実電流値に対して定数値だけ加算される）は以下の方法で判定する。
例えば、スイッチ動作指示を出力した状態で、ある１相の一定時間内（例えば３相電流検出値の１周期より長い時間）の電流検出値の最大値と、他相の該最大値との差が閾値以上の場合、ある１相の電流検出部が故障していると判定する。また、例えばある１相の一定時間内の電流検出値の最小値と、他相の該最小値との差が閾値以上の場合、ある１相の電流検出部が故障していると判定する。また、例えばある１相の一定時間内の電流検出値の最大値と最小値の差分値と、他相の該差分値との差が閾値以上の場合、ある１相の電流検出部が故障していると判定する。また、例えばある１相の一定時間内の電流検出値の絶対値の最大値と、他相の該最大値との差が閾値以上の場合、ある１相の電流検出部が故障していると判定する。また、例えばある１相の一定時間内の電流検出値の絶対値の積分値と、他相の該積分値との差が閾値以上の場合、ある１相の電流検出部が故障していると判定する。
また、電流検出部１４ａ、１４ｂ、１４ｃの固定値故障（電流検出値がある一定の値になって変化しない）は以下の方法で検出する。
例えば、スイッチ動作指示を出力した状態で、一定時間内の絶対値の平均値が閾値以下の場合に、該当する相の電流検出部が故障していると判定する。また、例えば、スイッチ動作指示を出力した状態で、一定時間内の絶対値の最大値が閾値以下の場合に、該当する相の電流検出部が故障していると判定する。また、例えば、スイッチ動作指示を出力した状態で、一定時間内の絶対値が閾値以下となる割合が所定値以上の場合に、該当する相の電流検出部が故障していると判定する。
ステップＳ１０５において、３相電流和異常検知を無効化し、ステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６において、電流検出部１４ａ、１４ｂ、１４ｃの故障相の数が１相以下の場合はステップＳ１０７に進み、故障相の数が２相以上の場合は開ループ制御のまま動作を継続する。
ステップＳ１０７において、故障検知した相について電流検出値の持ち替えを実行し、ステップＳ１０８に進む。ステップＳ１０８において、閉ループ制御に切り替え、以後閉ループ制御で動作を継続する。
同期機３が回転している状態で、ある１相の電流検出値が実電流値からずれる（例えばｕ相電流検出値がｕ相実電流の０．５倍になる、あるいはｕ相電流検出値がｕ相実電流の＋１００Ａの値をとる）故障が発生した場合、閉ループ制御動作中はｄｑ軸電流検出値がｄｑ軸電流指令値に追従するように制御が動作した結果、ｕｖｗ相電流検出値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗから故障を検知できなくなる恐れがある。
一方、実施の形態１による同期機制御装置１では、上記のような電流検出値のずれが発生すると、３相電流和異常を検知し、開ループ制御への切替が発生する（図８のステップＳ１０２のＹｅｓ）。開ループ制御では、ｕｖｗ相電流検出値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを用いずにスイッチＯＮ／ＯＦＦ指令が生成され、ｕｖｗ相の実電流について、一定時間内の絶対値の最大値、及び一定時間の絶対値の積分値が３相ともほぼ等しくなるように動作する。
その結果、ｕｖｗ相電流検出値については、故障が発生した相の絶対値の最大値、絶対値の積分値が他の２相と異なる値をとり、故障を検知することができる（図８のステップＳ１０４）。電流検出部の故障が１相以下の場合は（図８のステップＳ１０６のＹｅｓ）、閉ループ制御に切り替え（図８のステップＳ１０８）、電流検出部１４ａ、１４ｂ、１４ｃが故障していない場合と同様の制御を行うことができる。また、電流検出部１４ａ、１４ｂ、１４ｃの故障が２相以上の場合でも（図８のステップＳ１０６のＮｏ）、開ループのままとすることにより、同期機３の動作を継続することができる。
ここで、電流検出部１４ａ、１４ｂ、１４ｃの故障相が２相以上の場合は（図８のステップＳ１０６のＮｏ）、スイッチ停止指示を発行し、同期機３の動作を停止することにより安全性を向上させても良い。
このように、実施の形態１による同期機制御装置１は、同期機３が回転中に電流検出部１４ａ、１４ｂ、１４ｃが故障しても、故障相を特定し、同期機３の動作を継続することができる。
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２による同期機制御装置について説明する。
電流検出部１４ａ、１４ｂ、１４ｃの内、ある１相の電流検出値が０Ａ付近の値に固定するという故障が発生した際、ｕｖｗ相電流検出値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを用いて閉ループ制御が動作した結果、電流検出部１４ａ、１４ｂ、１４ｃの故障が発生してから短い時間（数μｓ以下）でｕｖｗ相電流検出値の絶対値が閾値を超える（過電流が発生する）恐れがある。
過電流が発生すると、同期機制御装置１、及び同期機３の保護のためスイッチ停止指示を出力する必要がある。電流検出部１４ａ、１４ｂ、１４ｃの故障が発生してから過電流となるまでの時間は数μｓ以下と短いため、３相電流和異常を検知する前に過電流が発生し、スイッチＯＦＦ状態になる可能性がある。スイッチＯＦＦ状態では、故障が発生した相も含めて３相の電流検出値が０Ａに近い値となるが、スイッチＯＦＦ状態では電流検出部１４ａ、１４ｂ、１４ｃの故障が発生していない場合でも３相の電流検出値が０Ａに近い値となるため、電流検出部１４ａ、１４ｂ、１４ｃの故障が発生しているか否かの判別を行うことができない。
よって、実施の形態１による同期機制御装置１で上記のような電流検出部故障が発生した場合、電流検出部１４ａ、１４ｂ、１４ｃの故障を判別することができず、同期機３の動作を継続できない恐れがある。
一方、過電流は電流検出部１４ａ、１４ｂ、１４ｃの故障以外の故障でも発生する可能性がある。例えば、３相線４ａ、４ｂ、４ｃの内、ｕ相とｖ相が短絡するという故障が発生した場合、ｕ相のＨｉ側とｖ相のＬｏ側が同時にスイッチＯＮするタイミング（又はｕ相のＬｏ側とｖ相のＨｉ側が同時にスイッチＯＮするタイミング）で短絡状態となり、過電流が発生する可能性がある。電流検出部１４ａ、１４ｂ、１４ｃの故障を検知し、同期機３の動作を継続するためには、上記のような３相線短絡との区別した上で、電流検出部故障の場合は動作を継続し、３相線短絡故障の場合は、スイッチ停止状態とする必要がある。
実施の形態２による同期機制御装置は、過電流が発生した場合に、電流検出部故障と３相線短絡故障を識別し、電流検出部故障の場合は同期機３の動作を継続し、３相線短絡故障の場合はスイッチ停止状態にすることができる。
実施の形態２の同期機制御装置の構成は、実施の形態１の同期機制御装置１とほぼ同じであるが、制御部の構成が一部異なる。
図９は、実施の形態２による同期機制御装置の制御部１６ａの構成図の一例である。実施の形態２による同期機制御装置の制御部１６ａの構成は、実施の形態１による制御部１６とほぼ同じであるが、過電流検知部２７が存在することと、制御切替部２５ａへの入出力信号が異なる。なお、その他の構成については、実施の形態１と同様であり、同一符号を付して説明を省略し、以下においては、実施の形態１による制御部１６との差異について説明する。
過電流検知部２７は、ｕｖｗ相電流検出値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの絶対値の内、１つ以上の値が閾値以上の場合に過電流検出信号を出力する。一方、ｕｖｗ相過電流検知無効化信号が出力されている相については、過電流検知の対象から外す。
制御切替部２５ａは、実施の形態１における制御切替部２５の入力信号に加えて、過電流検出信号が入力される。また、制御切替部２５の出力信号に加えて、ｕｖｗ相過電流検知無効化信号を出力する。
図１０は、実施の形態２による制御切替部２５ａの動作を示すフローチャートである。
図１０において、まず、ステップＳ２０１において、閉ループ制御の状態でスイッチ動作指示を出力し、ステップＳ２０２に進む。
ステップＳ２０２において、過電流を検知しているか否かを判定し、過電流を検知していればステップＳ２０３に進み、過電流を検知していなければステップＳ２０５に進む。
ステップＳ２０３において、スイッチ停止指示を出力し、ステップＳ２０４に進む。ステップＳ２０４において、開ループ制御に切り替えてスイッチ動作指示を出力し、ステップＳ２０７に進む。
ステップＳ２０５において、３相電流和異常を検知しているか否かを判定し、３相電流和異常を検知していればステップＳ２０６に進み、３相電流和異常を検知していなければステップＳ２０２に進む。
ステップＳ２０６において、開ループ制御に切り替え、ステップＳ２０７に進む。ステップＳ２０７において、過電流を検知しているか否かを判定し、過電流を検知していればステップＳ２０８に進み、過電流を検知していなければステップＳ２０９に進む。
ステップＳ２０８において、スイッチ停止指示を出力し、以後スイッチ停止状態を継続する。
ステップＳ２０９において、電流検出部１４ａ、１４ｂ、１４ｃの故障相を特定し、ステップＳ２１０に進む。電流検出部１４ａ、１４ｂ、１４ｃの故障判定方法は、実施の形態１のステップＳ１０４と同様である。
ステップＳ２１０において、３相電流和異常検知を無効化し、ステップＳ２１１に進む。ステップＳ２１１において、電流検出部の故障相の過電流検出を無効化し、ステップＳ２１２に進む。
ステップＳ２１２おいて、電流検出部１４ａ、１４ｂ、１４ｃの故障相の数が１相以下の場合はステップＳ２１３に進み、故障相の数が２相以上の場合はステップＳ２０７に進む。
ステップＳ２１３において、故障検知した相について電流検出値の持ち替えを実行し、ステップＳ２１４に進む。ステップＳ２１４において、閉ループ制御に切り替え、ステップＳ２０２以後閉ループ制御で動作を継続する。
実施の形態２による同期機制御装置において、ある１相の電流検出値が０Ａ近くに固定する故障が発生し、電流検出部１４ａ、１４ｂ、１４ｃの故障発生後に過電流が発生した場合、スイッチ停止指示出力（図１０のステップＳ２０３）後に開ループ制御に切り替えてスイッチ動作指示が出力される（図１０のステップＳ２０４）。開ループ制御ではｕｖｗ相電流検出値を用いずに制御が行われるため、過電流は発生せず（図１０のステップＳ２０７のＹｅｓ）、電流検出部の故障相が特定され（図１０のステップＳ２０９）、故障相が１相以下であれば（図１０のステップＳ２１２の１相以下）、閉ループ制御に切り替わる（図１０のステップＳ２１４）。
一方、実施の形態２の同期機制御装置において、ｕ相とｖ相の３相線短絡故障が発生した場合、閉ループ制御の状態でも開ループ制御でも過電流が発生し（図１０のステップＳ２０２のＹｅｓ、ステップＳ２０７のＹｅｓ）、スイッチ停止状態になる（図１０のステップＳ２０８）。
このように、実施の形態２の同期機制御装置において、電流検出部１４ａ、１４ｂ、１４ｃの故障によって過電流が発生した場合でも、電流検出部１４ａ、１４ｂ、１４ｃの故障相を特定し、同期機３の動作を継続することができる。また、電流検出部１４ａ、１４ｂ、１４ｃの故障以外の要因で過電流が発生した場合は、同期機３を停止し、安全な状態に遷移させることができる。
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３による同期機制御装置について説明する。
実施の形態２による同期機制御装置では、ｄｑ軸電流指令値が小さい状態で電流検出部１４ａ、１４ｂ、１４ｃの故障が発生し、開ループ制御に切り替わった場合、ｕｖｗ相電流検出値が小さな値で動作することになり、ｕｖｗ相電流検出値から電流検出部１４ａ、１４ｂ、１４ｃの故障を検知できない恐れがある。
実施の形態３による同期機制御装置では、開ループ制御に切り替えた際に電流検出部１４ａ、１４ｂ、１４ｃの故障検知が可能になる程度にｕｖｗ相電流検出値が大きな値をとるようにｄｑ軸電流指令値を指定することで、電流検出部１４ａ、１４ｂ、１４ｃの故障検知の精度を向上させる。
実施の形態３の同期機制御装置の構成は、実施の形態２の同期機制御装置とほぼ同じであるが、制御部の構成が一部異なる。
図１１は、実施の形態３による制御部１６ｂの構成図の一例である。実施の形態３による制御部１６ｂの構成は、実施の形態２による制御部１６ａとほぼ同じであるが、開ループ制御部のｄｑ軸電流指令値ｉｄ＊’、ｉｑ＊’を、外部入力のｄｑ軸電流指令値ｉｄ＊、ｉｑ＊とは異なる値を指定できるようにしている点が異なる。
開ループ制御部のｑ軸電流指令としては、例えばｉｑ＊＝０として、開ループ制御動作時にトルクが発生しないようにする。開ループ制御部のｄｑ軸電流指令値ｉｄ＊’、ｉｑ＊’としては、例えばｉｄ＊＝―Φｍ／Ｌｄ×α（αは０以上の値）、ｉｑ＊＝０とし、トルクが発生せず、かつｕｖｗ相電流が流れるように設定する。
このように実施の形態３による同期機制御装置では、開ループ動作時にｕｖｗ相電流検出値がある程度大きな値になった状態で電流検出部１４ａ、１４ｂ、１４ｃの故障を検知するため、実施の形態２による同期機制御装置と比較して、電流検出部１４ａ、１４ｂ、１４ｃの故障検知の精度を向上させることができる。
以上、この発明の実施の形態１から３について説明したが、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
１、１ａ、１ｂ 同期機制御装置、２ 直流電源、３ 同期機、４ａ、４ｂ、４ｃ ３相線、１１ コンデンサ、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ スイッチ素子、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ ダイオード、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ 電流検出部、１５ 回転子位置検出部、１６、１６ａ、１６ｂ 制御部、１７ 検出部、１８ オフセット調整部、１９ 増幅部、２１ 開ループ制御部、２２ 閉ループ制御部、２３ 電流検出部故障検知部、２４ ３相電流和異常検知部、２５、２５ａ 制御切替部、２６ ＰＷＭ生成部、２７ 過電流検知部、１０１ 電気角速度演算器、１０２ 非干渉化項演算器、２０１ 電流検出値持ち替え器、２０２ ３相２相変換器、２０３ 電流ＰＩ制御器、２０４ 電気角速度演算器、２０５ 非干渉化項演算器、２０６ 加算器、３０１ 固定値故障検知部、３０２ オフセット故障検知部、３０３ ゲイン故障検知部、４０１ ２相３相変換器、４０２ キャリア生成器、４０３ キャリア比較器

Claims (7)

  1. 直流電圧をＰＷＭ電圧に変換して同期機に印加する同期機制御装置であって、
    前記同期機に可変電圧、可変周波数を印加する可変電圧印加部と、
    前記同期機の回転子位置を検出する回転子位置検出部と、
    前記同期機に流れる電流を検出し、電流検出値を出力する電流検出部と、
    前記電流検出値を用いずに制御を行う開ループ制御部と、
    前記電流検出値を用いて制御を行う閉ループ制御部と、
    前記電流検出値より電流検出部の故障を検知する電流検出部故障検知部と、
    前記開ループ制御部と前記閉ループ制御部を切り替える制御切替部と、
    前記電流検出値の内、少なくとも１相の絶対値が閾値以上の場合に過電流と判定する過電流検知部と、
    を備え、
    前記制御切替部は、前記過電流検知部が過電流を検知した場合に、前記開ループ制御部に切り替え、
    前記制御切替部により前記開ループ制御部に切り替えられた際に前記過電流検知部が過電流を検知しない場合は前記電流検出部の故障相の数を検知して、前記故障相の数が１相以下の場合には前記閉ループ制御部に切り替え、前記電流検出部の故障が２相以上の場合には前記開ループ制御部での制御を継続し、前記過電流検知部が過電流を検知した場合は前記可変電圧印加部から前記同期機に電圧を印加することを停止することを特徴とする同期機制御装置。
  2. 前記電流検出値の総和が閾値以上の場合に電流和異常を検知する電流和異常検知部を備え、
    前記制御切替部は、前記電流和異常検知部が電流和異常を検知した場合に、前記開ループ制御部に切り替えることを特徴とする請求項１に記載の同期機制御装置。
  3. 前記電流検出部の故障が２相以上の場合、前記可変電圧印加部から前記同期機に電圧を印加することを停止することを特徴とする請求項１または２に記載の同期機制御装置。
  4. 前記電流検出部故障検知部は、電流検出値が一定値に固定される固定値故障を検知する固定値故障検知部を含み、
    前記固定値故障検知部は、一定時間内の前記電流検出値から算出される判定値から固定値故障を判定することを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の同期機制御装置。
  5. 前記電流検出部故障検知部は、前記電流検出値が実電流値に対して定数値だけ加算されるオフセット故障を検知するオフセット故障検知部を含み、
    前記オフセット故障検知部は、一定時間内の前記電流検出値から算出される判定値から前記オフセット故障を判定することを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の同期機制御装置。
  6. 前記電流検出部故障検知部は、前記電流検出値が実電流値の定数倍となるゲイン故障を検知するゲイン故障検知部を含み、
    前記ゲイン故障検知部は、一定時間内の前記電流検出値から算出される判定値から前記ゲイン故障を判定することを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の同期機制御装置。
  7. 前記開ループ制御部の切替時と前記閉ループ制御部の切替時とで、電流指令の値を変更することを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載の同期機制御装置。
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