JP6535756B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

本技術分野の背景技術として、特開２００３−１６４１８８号公報（特許文献１）がある。この公報には、「永久磁石同期電動機と、電動機を運転するインバータと、電動機に流れる電流を検出する電流検出器と、電流検出器にて検出された電流を用いて電動機の回転子位置を検出することなく位置センサレス駆動するインバータ制御手段を有する電動機駆動装置において、インバータ制御手段にて永久磁石電動機の電動機定数を同定する機能を有し、インバータ制御手段にて同定された電動機定数に基づいて電動機の出力を算出する電動機出力算出手段をもち、出力算出手段の演算結果に応じて、インバータからの出力を調整する調整手段を備えることによって、電動機を高効率にセンサレス駆動するものである。」と記載されている。（要約参照）

特開２００３−１６４１８８号公報

前記特許文献１には、電動機が動作することによって時々刻々変化する電動機定数を検出しながら、電動機を高効率動作状態にて運転する永久磁石電動機装置及び永久磁石電動機の駆動方法が記載されている。また、特許文献１には、チューニングに回転が必要な同期電動機の逆起電圧定数を求める際、電圧制御して強制的に回転させると記載があるが、具体的な方法が示されていない。特許文献１の仕組みでは、エンコーダなどで回転数をフィードバックしていない場合、脱調などで、中途半端に電流が検出されている状態では、正常に情報を取得できたかどうか判断できない。

このように従来技術では、チューニングが終了した場合であっても、システムとして正常に駆動している状態でチューニングが終了したかどうか判断できず、モータをシステムに組み込んだ後に動作が不安定だと、再度チューニングのやり直しを行わなければならない、という課題がある。

特に、誘起電圧情報は、ベクトル制御の駆動に使われる制御定数であって、運転中にリアルタイムで自動補正しながら行うことが一般的である。ただし、誘起電圧情報の基準値が大きく異なると、加速が不安定になり特性がでない場合がある。特に、同期電動機の誘起電圧情報が未取得の場合、初動は最適値でない状態で動作するため、始動時から特性がでない場合がある。同期電動機を駆動する際、正しい電動機定数が必要であるが、自動調整の精度が足りない場合には、何度も手動で調整する必要があるという課題がある。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、
所望の交流電力を出力する交流変換部と、前記交流変換部から出力される電流値に基づき誘起電圧情報を演算する制御部と、前記制御部にて演算した該誘起電圧情報の安定性情報に基づき該誘起電圧情報を記憶するか否かを決定する判断部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、精度良く電動機をチューニングすることのできる電力変換装置を提供する。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

実施例１における電力変換装置の構成図の例である。 実施例１、実施例２および実施例３における判断部１１２が行うチューニング手順を示すフローチャートである。 実施例１における判断部が行う信号データと誘起電圧情報を示した様子である。 実施例２における操作パネルの例である。 実施例３における電力変換装置と外部システムの接続の例である。

以下、実施例を図面を用いて説明する。

本実施例では、交流電動機のうち、特に同期電動機の回転に起因する誘起電圧定数が未知である場合に、誘起電圧定数を安定状態と判断して記憶する例を説明する。

図１は、本実施例の電力変換装置と同期電動機１０５の構成図の例である。

本実施例では、三相交流電源１０１、直流変換部１０２、平滑コンデンサ１０３、交流変換部１０４、同期電動機１０５、電流検出器１０６、制御部１１１、判断部１１２、記憶部１１３、電流検出部１１４、表示・操作部１１５を有する。

三相交流電源１０１は、例えば電力会社から供給される三相交流電圧や発電機から供給される交流電圧であり、直流変換部１０２に出力する。

直流変換部１０２は、例えばダイオードで構成された直流変換回路やIGBTとフライホイールダイオードを用いた直流変換回路で構成され、三相交流電源１０１から入力された交流電圧を、直流電圧に変換し、平滑コンデンサ１０３に出力する。図１では、ダイオードで構成された直流変換部を示している。

平滑コンデンサ１０３は、直流変換部１０２から入力された直流電圧を平滑化し、交流変換部１０４に直流電圧を出力する。例えば発電機の出力が直流電圧の場合、平滑コンデンサ１０３は、直流変換部１０２を介さず、直接発電機から直流電圧を入力されても構わない。

交流変換部１０４は、例えばＩＧＢＴとフライホイールダイオードを用いた交流変換回路で構成され、平滑コンデンサ１０３の直流電圧と、電圧変換部１０９の出力指令を入力とし、直流電圧を交流電圧に変換し、同期電動機１０５に出力する。

電流検出器１０６は、例えばホールＣＴやシャント抵抗で構成され、電力変換装置の出力部に配置されることにより同期電動機１０５に流れる電流を検出し、電流検出部１１４に電流検出値として出力する。電流検出器１０６は、三相の出力電流を推定、又は直接検出できる箇所に配置されているならば、どこに配置されていてもよい。図１では、交流電動機１０５に流れる電流を検出する例が示されている。

制御部１１１は、ベクトル演算された出力指令に従い、交流変換部１０４にＰＷＭ出力指令を与える。また、制御部１１１は、電流検出部１１４から取得した電流値を用いて出力すべき周波数・電圧演算を行う。また、制御部１１１は、周波数・電圧演算の際に補正した誘起電圧情報を判断部１１２に出力する。

判断部１１２は、制御部１１１が出力した誘起電圧情報とデータの安定判断情報から、データの記憶を判断し、記憶部１１３に誘起電圧情報と記憶指令を出力する。

記憶部１１３は、例えばＥＥＰＲＯＭやデータフラッシュＲＯＭで構成され、判断部１１２が出力した誘起電圧情報と記憶指令を入力とし、記憶指令がある場合に誘起電圧情報を記憶する。

電流検出部１１４は、例えば、電流検出器１０６から入力した電流情報を制御部１１１に出力する。

表示・操作部１１５は、例えば操作パネルや入出力端子であるユーザインターフェースを示しており、例えばユーザが操作した情報、あるいは外部機器から得られた信号を判断部１１２に出力する。本実施例では、例えばユーザが誘起電圧情報を取得するために予め設定する判定時間、安定度範囲、チューニング状態設定などを表示・操作部で決定した場合に、表示・操作部１１５は、決定された情報を記憶部１１３に出力する。

図２は、実施例１における判断部１１２が行うチューニング手順を示すフローチャートである。

判断部１１２は、例えば表示・操作部１１５に入力されたＯＮ／ＯＦＦの端子入力指令を監視し、あるいは、予め表示・操作部１１５を通して記憶部１１３に設定したチューニング状態を監視し、チューニング状態であれば電動機情報取得処理を開始する（Ｓ２０１）。判断部１１２は、例えば、チューニング状態でない場合に処理を走らせ続けていた場合に、誤ってトリガが入ってデータが書き換わってしまうのを防ぐことができ、また、ユーザの意図するタイミングとは異なる状態でデータが書き換わるのを防止できる。
判断部１１２は、制御部１１１がベクトル制御で演算している誘起電圧情報を取得する（Ｓ２０２）。制御部１１１がベクトル制御で演算している誘起電圧情報とは、モータに流れる電流と同期電動機の抵抗・インダクタンス等のモータ定数から演算された、設定された誘起電圧情報を演算として正しい誘起電圧情報に補正する演算の結果を指している。判断部１１２は、制御部１１１が発行するトリガ情報を取得し（Ｓ２０３）、トリガがあるかどうかを判断し（Ｓ２０４）、トリガがある場合は、情報を記憶させるために、記憶部１１３に対して誘起電圧情報を記憶するよう指令を与える。トリガがない場合は、記憶せず通常通りモータ制御を行う（Ｓ２０６）。

図３は、制御部１１１が、誘起電圧情報が安定したかどうかをデータとして判断する様子を示している。制御部１１１は、チューニング動作前に予め設定されたデータ安定判断範囲、例えば±０．０１Ｖ／（ｒａｄ／ｓ）、と、データ安定判断時間、例えば１秒、を記憶部１１３から読み出し、監視している誘起電圧情報が、データ安定判断範囲内にデータ安定判断時間経過した場合に、情報を記憶するためのトリガを発行する。誘起電圧情報は、電動機軸の回転数に応じて発生する電圧により決まるため、電動機が回転していれば誘起電圧情報は原理上一定の値になるということを利用している。

本実施例は、実施例１の変形例であって、実施例２の構成は、既に説明した図１に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有するので、それらの説明は省略する。実施例２では、図２における実施例１と、トリガの発生条件が異なる。実施例２では、ユーザにより表示・操作部１１５に入力された信号に基づき表示・操作部１１５がトリガを発行してデータを記憶する。誘起電圧情報が不明なモータを駆動する際、誘起電圧情報が正しくないとモータを回転制御することが非常に困難になる。自動でチューニングする場合、モータの脱調などが原因で、異常であっても正常な状態に似た状態で電流が流れると、それを正しいと判断してチューニングが完了してしまうと、ユーザが異常と認識していても、チューニングが正常として終わってしまう。実施例２の方法では、ユーザが、正常な状態を判断して外部からトリガを入れることにより、何度もチューニングし直す手間を省くことができる。

実施例２では、判断部１１２は、制御部１１１が出力した誘起電圧情報と表示・操作部１１５から入力された信号から、データの記憶を判断し、記憶部１１３に誘起電圧情報と記憶指令を出力する。

表示・操作部１１５は、例えば操作パネルや入出力端子であるユーザインターフェースを示しており、例えばユーザが操作した情報、あるいは外部機器から得られた信号を判断部１１２に出力する。本実施例では、例えばユーザが操作パネル４００のキーを押したこと等により外部から発生した信号をトリガとし、表示・操作部１１５は、決定された情報を記憶部１１３に出力する。

図４は、ユーザが内部情報を確認できる表示・操作部１１５の操作パネルの例を示している。操作パネル４００は、表示部４０１、データ決定部４０２、データ操作部４０３で構成されている。

表示部４０１は、表示・操作部１１５を通して内部データを表示することができる。例えば、図３に示した判断用信号を表示することで、データが安定していることを外部に知らせることができる。

データ決定部４０２は、例えば、表示部４０１にデータが表示されている場合に押下されると、記憶部１１３にデータ記憶指令を出力する。

データ操作部４０３は、例えば、パラメータの値を変更して機能を有効にするなど、表示部４０１に表示されているデータを変更する場合に操作する。

本実施例は、実施例１の変形例であって、実施例３の構成は、既に説明した図１に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有するので、それらの説明は省略する。実施例３では、図２における実施例１と、トリガの発生条件が異なる。実施例３では、外部のシステムがトリガを発行してデータを記憶する。誘起電圧情報が不明なモータを駆動する際、誘起電圧情報が正しくないとモータを回転制御することが非常に困難になる。自動でチューニングする場合、モータの脱調などが原因で、異常であっても正常な状態に似た状態で電流が流れると、それを正しいと判断してチューニングが完了してしまうと、システムが正常運転に移行していなくても、チューニングが正常として終わってしまう。実施例３の方法では、実際のシステムの駆動情報をフィードバックし、正常な状態を判断して外部からトリガを入れることにより、何度もチューニングし直す手間を省くことができる。

実施例３では、判断部１１２は、制御部１１１が出力した誘起電圧情報と表示・操作部１１５から入力された信号から、データの記憶を判断し、記憶部１１３に誘起電圧情報と記憶指令を出力する。

表示・操作部１１５は、例えば操作パネルや入出力端子であるユーザインターフェースを示しており、例えばユーザが操作した情報、あるいは外部機器から得られた信号を判断部１１２に出力する。

図５は本実施例の外部装置との接続構成を示している。本実施例では、図５に示すように、例えば同期電動機（５０２）の軸をつないだシステム（５０３）が、正常に動作している状況を電力変換装置（５０１）にフィードバックしている。ここでフィードバックする情報は、例えば、システム（５０３）が攪拌機であれば攪拌が正常に行われているという認識情報、ポンプであればポンプの水圧データが正常に推移しているという認識情報であって、同期電動機が脱調などせずにシステムとして正常に動作しているという情報である。
外部機器が出力した情報をトリガとし、表示・操作部１１５は、決定された情報を記憶部１１３に出力する。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１０１・・・三相交流電圧、１０２・・・直流変換部、１０３・・・平滑コンデンサ、１０４・・・交流変換部、１０５・・・同期電動機、１０６・・・電流検出器、１１１・・・制御部、１１２・・・判断部、１１３・・・記憶部、１１４・・・電流検出部、１１５・・・表示・操作部、４００・・・操作パネル、４０１・・・表示部、４０２・・・データ決定部、４０３・・・データ操作部、５０１・・・電力変換装置、５０２・・・同期電動機、５０３・・・ユーザシステム

Claims (4)

1. 所望の交流電力を出力する交流変換部と、
   前記交流変換部から出力される電流値に基づき誘起電圧情報を演算する制御部と、を備え、
   外部から得られた信号であって、該電力変換装置に接続されている電動機に接続されたシステムが正常に動作していることをフィードバックする信号に基づき該誘起電圧情報を記憶部に記憶するか否かを決定する電力変換装置。
2. 請求項１において、
   前記電力変換装置に接続されている電動機に接続されたシステムは、攪拌機またはポンプであることを特徴とする電力変換装置。
3. 所望の交流電力を出力する交流変換工程と、
   前記交流変換工程にて出力した電流値に基づき誘起電圧情報を演算する制御工程と、
   外部から得られた信号であって、該電力変換装置に接続されている電動機に接続されたシステムが正常に動作していることをフィードバックする信号に基づき該誘起電圧情報を記憶部に記憶するか否かを決定する判断工程と、
   を備える電力変換装置の制御方法。
4. 請求項３において、
   前記電力変換装置に接続されている電動機に接続されたシステムは、攪拌機またはポンプであることを特徴とする電力変換装置の制御方法。

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