JP6673175B2 - 誘導電動機の制御システム - Google Patents
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Description
誘導電動機が発生すべきトルク基準と、界磁基準とに基づいて、前記誘導電動機の直交座標系での電流基準を演算する電流基準演算器と、
前記電流基準演算器から出力される前記誘導電動機の直交座標系での電流基準と、実電流基準との偏差が零となるように、前記誘導電動機に入力する直交座標系での電圧基準を調整する電流制御器と、
前記電流制御器から出力される電圧基準の直交座標系の表現を、3相座標系の表現に変換する2相3相変換器と、
前記2相3相変換器から出力される3相座標系での電圧基準に基づいて、前記誘導電動機のスイッチングを行うスイッチング素子と、
前記スイッチング素子から出力される前記誘導電動機の1次電流の3相座標系の表現、前記誘導電動機から出力される前記誘導電動機の2次電流の3相座標系の表現、および、前記誘導電動機から出力される前記誘導電動機の1次鎖交磁束または2次鎖交磁束の3相座標系の表現を、それぞれ直交座標系の表現に変換する3相2相変換器と、
前記電流制御器から出力される直交座標系での電圧基準に、振動信号を印加する振動信号印加器と、
誘導電動機において成立する1次電流、2次電流および1次鎖交磁束と、等価回路パラメータとの関係を規定した第1演算式に、前記振動信号印加器からの振動信号の印加時に測定されて前記3相2相変換器から出力される1次電流、2次電流および1次鎖交磁束を適用し、または、誘導電動機において成立する1次電流、2次電流および2次鎖交磁束と、等価回路パラメータとの関係を規定した第2演算式に、前記振動信号印加器からの振動信号の印加時に測定されて前記3相2相変換器から出力される1次電流、2次電流および2次鎖交磁束を適用し、前記誘導電動機の等価回路パラメータを演算する等価回路パラメータ演算器と、
前記電流基準演算器に入力される界磁基準と、前記電流基準演算器から出力される前記誘導電動機の直交座標系での電流基準と、に基づいて、前記誘導電動機の第1すべり周波数を演算する第1すべり周波数演算器と、
前記第1すべり周波数演算器から出力される第1すべり周波数を、前記振動信号印加器からの振動信号の周波数の分だけ変更した第2すべり周波数を演算する第2すべり周波数演算器と、
前記第2すべり周波数演算器から出力される第2すべり周波数と、前記誘導電動機の実回転速度とに基づいて、前記2相3相変換器と前記3相2相変換器に入力する回転磁界の回転角を演算する回転角演算器と、
を備えることを特徴とする。
前記3相2相変換器は、前記スイッチング素子から出力される前記誘導電動機の1次電流の3相座標系の表現と、前記誘導電動機から出力される前記誘導電動機の1次鎖交磁束の表現とを、少なくとも直交座標系の表現に変換し、
誘導電動機が発生すべきトルク基準と、前記3相2相変換器から出力された1次電流および1次鎖交磁束と、に基づいて、前記第1すべり周波数演算器から出力される第1すべり周波数を補正する係数を演算し、前記第2すべり周波数演算器に出力する補正係数演算器を更に備えることを特徴とする。
前記等価回路パラメータ演算器から出力される等価回路パラメータを用いて、前記誘導電動機の異常を検出する異常検出器を更に備えることを特徴とする。
前記等価回路パラメータ演算器は、前記誘導電動機の1次インダクタンスまたは相互インダクタンスを等価回路パラメータとして演算し、
前記等価回路パラメータ演算器は、前記第1演算式に、前記誘導電動機の1次インダクタンスおよび相互インダクタンスのうちの既知パラメータと、前記3相2相変換器から出力された1次電流、2次電流および1次鎖交磁束と、を適用して、前記誘導電動機の1次インダクタンスおよび相互インダクタンスのうちの未知パラメータを演算することを特徴とする。
前記等価回路パラメータ演算器は、前記第1演算式を用いて未知パラメータとしての前記誘導電動機の相互インダクタンスを演算した場合には、演算した前記誘導電動機の相互インダクタンスを前記第2演算式に適用して、前記誘導電動機の2次インダクタンスを演算することを特徴とする。
前記等価回路パラメータ演算器は、前記誘導電動機の2次インダクタンスまたは相互インダクタンスを等価回路パラメータとして演算し、
前記等価回路パラメータ演算器は、前記第2演算式に、前記誘導電動機の2次インダクタンスおよび相互インダクタンスのうちの既知パラメータと、前記3相2相変換器から出力された1次電流、2次電流および2次鎖交磁束と、を適用して、前記誘導電動機の2次インダクタンスおよび相互インダクタンスのうちの未知パラメータを演算することを特徴とする。
前記等価回路パラメータ演算器は、前記第2演算式を用いて未知パラメータとしての前記誘導電動機の相互インダクタンスを演算した場合には、演算した前記誘導電動機の相互インダクタンスを前記第1演算式に適用して、前記誘導電動機の1次インダクタンスを演算することを特徴とする。
図1は、本発明の実施の形態1に係る誘導電動機の制御システムの構成例を示す図である。図1に示す制御システム10は、固定子と回転子を備える誘導電動機(IM)34を制御対象とするシステムである。制御システム10は、速度制御器(ASR)12と、電流基準演算器(T,φ/Id,Iq)14と、電流制御器(ACR)16と、2相3相変換器(dq/uvw)18と、PWM方式スイッチングパルス発生装置(PWM)20と、スイッチング素子22と、3相2相変換器(dq/uvw)24と、積分器26と、すべり周波数演算器(SFC2)28と、すべり周波数演算器(SFC1)30と、回転速度センサ(SD)36と、電流センサ(CD)38,40と、磁束センサ(FD)42と、振動信号印加器44と、等価回路パラメータ演算器(ECPC)46と、を備えている。
3相2相変換器24は、誘導電動機34の回転子側に取付けられた電流センサ40により実測された2次電流(Iu2_fbk、Iv2_fbk、Iw2_fbk)を、3相座標系の表現から直交座標系の表現に変換し、等価回路パラメータ演算器46に出力するようにも構成されている。
3相2相変換器24は、誘導電動機34の固定子側に取付けられた磁束センサ42により実測された1次鎖交磁束(φu1_fbk、φv1_fbk、φw1_fbk)を、3相座標系の表現から直交座標系の表現に変換し、等価回路パラメータ演算器46に出力するようにも構成されている。
本発明の実施の形態2に係る誘導電動機の制御システムは、図1に示した制御システム10の構成例を基本とし、等価回路の相互インダクタンスMの周波数特性の代わりに、等価回路の1次インダクタンスL1の周波数特性を推定することを特徴とする。そのため、以下では、本実施の形態2の特徴部分に関連した説明を、図1を参照しながら行う。
本発明の実施の形態3に係る誘導電動機の制御システムは、図1に示した制御システム10の構成例を基本とし、等価回路の2次インダクタンスL2の周波数特性を推定することを特徴とする。そのため、以下では、本実施の形態3の特徴部分に関連した説明を重点的に行い、図1に示した制御システム10の構成例と共通する部分の説明については省略する。
3相2相変換器64は、電流センサ40により実測された2次電流(Iu2_fbk、Iv2_fbk、Iw2_fbk)を、3相座標系の表現から直交座標系の表現に変換し、等価回路パラメータ演算器66に出力するようにも構成されている。
3相2相変換器64は、磁束センサ62により実測された2次鎖交磁束(φu2_fbk、φv2_fbk、φw2_fbk)を、3相座標系の表現から直交座標系の表現に変換し、等価回路パラメータ演算器66に出力するようにも構成されている。
本発明の実施の形態4に係る誘導電動機の制御システムは、図4に示した制御システム60の構成例を基本とし、等価回路の2次インダクタンスL2の周波数特性の代わりに、等価回路の相互インダクタンスMの周波数特性を推定することを特徴とする。
本発明の実施の形態5に係る誘導電動機の制御システムは、図1に示した制御システム10の構成例を基本とし、上記実施の形態3と同様に、等価回路の2次インダクタンスL2の周波数特性を推定することを特徴とする。以下では、本実施の形態5の特徴部分に関連した説明を重点的に行う。
3相2相変換器82は、電流センサ40により実測された2次電流(Iu2_fbk、Iv2_fbk、Iw2_fbk)を、3相座標系の表現から直交座標系の表現に変換し、等価回路パラメータ演算器84に出力するようにも構成されている。
3相2相変換器82は、磁束センサ42により実測された1次鎖交磁束(φu1_fbk、φv1_fbk、φw1_fbk)を、3相座標系の表現から直交座標系の表現に変換し、等価回路パラメータ演算器84に出力するようにも構成されている。
3相2相変換器82は、磁束センサ62により実測された2次鎖交磁束(φu2_fbk、φv2_fbk、φw2_fbk)を、3相座標系の表現から直交座標系の表現に変換し、等価回路パラメータ演算器84に出力するようにも構成されている。
本発明の実施の形態4に係る誘導電動機の制御システムは、図4に示した制御システム60の構成例を基本とし、上記実施の形態1と同様に、等価回路の1次インダクタンスL1の周波数特性を推定することを特徴とする。以下では、本実施の形態6の特徴部分に関連した説明を重点的に行う。
本発明の実施の形態7に係る誘導電動機の制御システムは、図1に示した制御システム10の構成例に、Kprt演算器32が追加されていることを特徴とする。そのため、以下では、本実施の形態7の特徴部分に関連した説明を重点的に行い、図1に示した制御システム10の構成例と共通する部分の説明については省略する。
本発明の実施の形態8に係る誘導電動機の制御システムは、上記実施の形態1乃至5で説明した制御システムの構成例を前提とし、誘導電動機34の異常判定を行うことを特徴とする。以下では、本実施の形態8の特徴部分に関連した説明を重点的に行う。
12・・・速度制御器
14・・・電流基準演算器
16・・・電流制御器
18・・・2相3相変換器
20・・・PWM方式スイッチングパルス発生装置
22・・・スイッチング素子
24,64,82・・・3相2相変換器
26・・・積分器
28,30,72・・・すべり周波数演算器
32・・・Kprt演算器
34・・・誘導電動機
36・・・回転速度センサ
38,40・・・電流センサ
42,62・・・磁束センサ
44,54,74・・・振動信号印加器
46,56,66,84・・・等価回路パラメータ演算器
102・・・電動機制御器
104・・・異常検出器
106・・・記録器
108・・・比較器
110・・・制御器
112・・・閾値
Claims (7)
- 誘導電動機が発生すべきトルク基準と、界磁基準とに基づいて、前記誘導電動機の直交座標系での電流基準を演算する電流基準演算器と、
前記電流基準演算器から出力される前記誘導電動機の直交座標系での電流基準と、実電流基準との偏差が零となるように、前記誘導電動機に入力する直交座標系での電圧基準を調整する電流制御器と、
前記電流制御器から出力される電圧基準の直交座標系の表現を、3相座標系の表現に変換する2相3相変換器と、
前記2相3相変換器から出力される3相座標系での電圧基準に基づいて、前記誘導電動機のスイッチングを行うスイッチング素子と、
前記スイッチング素子から出力される前記誘導電動機の1次電流の3相座標系の表現、前記誘導電動機から出力される前記誘導電動機の2次電流の3相座標系の表現、および、前記誘導電動機から出力される前記誘導電動機の1次鎖交磁束または2次鎖交磁束の3相座標系の表現を、それぞれ直交座標系の表現に変換する3相2相変換器と、
前記電流制御器から出力される直交座標系での電圧基準に、振動信号を印加する振動信号印加器と、
誘導電動機において成立する1次電流、2次電流および1次鎖交磁束と、等価回路パラメータとの関係を規定した第1演算式に、前記振動信号印加器からの振動信号の印加時に測定されて前記3相2相変換器から出力される1次電流、2次電流および1次鎖交磁束を適用し、または、誘導電動機において成立する1次電流、2次電流および2次鎖交磁束と、等価回路パラメータとの関係を規定した第2演算式に、前記振動信号印加器からの振動信号の印加時に測定されて前記3相2相変換器から出力される1次電流、2次電流および2次鎖交磁束を適用し、前記誘導電動機の等価回路パラメータを演算する等価回路パラメータ演算器と、
前記電流基準演算器に入力される界磁基準と、前記電流基準演算器から出力される前記誘導電動機の直交座標系での電流基準と、に基づいて、前記誘導電動機の第1すべり周波数を演算する第1すべり周波数演算器と、
前記第1すべり周波数演算器から出力される第1すべり周波数を、前記振動信号印加器からの振動信号の周波数の分だけ変更した第2すべり周波数を演算する第2すべり周波数演算器と、
前記第2すべり周波数演算器から出力される第2すべり周波数と、前記誘導電動機の実回転速度とに基づいて、前記2相3相変換器と前記3相2相変換器に入力する回転磁界の回転角を演算する回転角演算器と、
を備えることを特徴とする誘導電動機の制御システム。 - 前記3相2相変換器は、前記スイッチング素子から出力される前記誘導電動機の1次電流の3相座標系の表現と、前記誘導電動機から出力される前記誘導電動機の1次鎖交磁束の表現とを、少なくとも直交座標系の表現に変換し、
誘導電動機が発生すべきトルク基準と、前記3相2相変換器から出力された1次電流および1次鎖交磁束と、に基づいて、前記第1すべり周波数演算器から出力される第1すべり周波数を補正する係数を演算し、前記第2すべり周波数演算器に出力する補正係数演算器を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の誘導電動機の制御システム。 - 前記等価回路パラメータ演算器から出力される等価回路パラメータを用いて、前記誘導電動機の異常を検出する異常検出器を更に備えることを特徴とする請求項1または2に記載の誘導電動機の制御システム。
- 前記等価回路パラメータ演算器は、前記誘導電動機の1次インダクタンスまたは相互インダクタンスを等価回路パラメータとして演算し、
前記等価回路パラメータ演算器は、前記第1演算式に、前記誘導電動機の1次インダクタンスおよび相互インダクタンスのうちの既知パラメータと、前記3相2相変換器から出力された1次電流、2次電流および1次鎖交磁束と、を適用して、前記誘導電動機の1次インダクタンスおよび相互インダクタンスのうちの未知パラメータを演算することを特徴とする請求項1乃至3何れかに記載の誘導電動機の制御システム。 - 前記等価回路パラメータ演算器は、前記第1演算式を用いて未知パラメータとしての前記誘導電動機の相互インダクタンスを演算した場合には、演算した前記誘導電動機の相互インダクタンスを前記第2演算式に適用して、前記誘導電動機の2次インダクタンスを演算することを特徴とする請求項4に記載の誘導電動機の制御システム。
- 前記等価回路パラメータ演算器は、前記誘導電動機の2次インダクタンスまたは相互インダクタンスを等価回路パラメータとして演算し、
前記等価回路パラメータ演算器は、前記第2演算式に、前記誘導電動機の2次インダクタンスおよび相互インダクタンスのうちの既知パラメータと、前記3相2相変換器から出力された1次電流、2次電流および2次鎖交磁束と、を適用して、前記誘導電動機の2次インダクタンスおよび相互インダクタンスのうちの未知パラメータを演算することを特徴とする請求項1乃至3何れかに記載の誘導電動機の制御システム。 - 前記等価回路パラメータ演算器は、前記第2演算式を用いて未知パラメータとしての前記誘導電動機の相互インダクタンスを演算した場合には、演算した前記誘導電動機の相互インダクタンスを前記第1演算式に適用して、前記誘導電動機の1次インダクタンスを演算することを特徴とする請求項6に記載の誘導電動機の制御システム。
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