JP6697678B2 - 誘導電動機の制御装置 - Google Patents
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Description
この先願発明では、フリーラン状態の誘導電動機に直流電流を流した時の誘起電圧から一次抵抗による電圧降下分を差し引いた値を積分して二次磁束を推定すると共に、二次磁束(q軸成分)推定値の2回微分値を用いて回転速度を推定する。誘導電動機を駆動するインバータの動作開始直後の二次磁束推定値の2回微分値には、回転速度に比例する成分が含まれているので、上記2回微分値を励磁インダクタンス、二次時定数の逆数、励磁電流の乗算結果によって除算することにより、回転速度を推定することができる。
すなわち、特許文献1では、誘導電動機のd軸上に直流電流を流した時の二次磁束Φ2が、直流電流の値、直流電流の通流開始時時刻からの経過時間、誘導電動機の二次時定数、相互インダクタンス、及び回転速度等からなる所定の数式により表され、この二次磁束が描く円軌跡の回転角周波数が誘導電動機の回転速度に一致することに着目して回転速度を推定している。
前述した先願発明は、誘導電動機に直流電流を流す時間を短縮して特許文献1における問題を解決したものである。
この従来技術は、誘導電動機に流れる電流から演算した固定子座標系のβ軸電流を積分し、誘導電動機の回路時定数で決まる周波数より低い周波数成分をローパスフィルタ等により抽出すると共に、抽出した低周波数成分の逆数に基づいてフリーラン状態にある誘導電動機の回転速度等を含む回転状態を検出するものである。
しかし、インバータの動作開始直後の期間は、誘導電動機に通流される直流電流の立ち上がり期間に相当するため、直流電流が電流指令値に収束していない状態のインバータの出力電圧には、振動成分等の誤差が含まれる可能性がある。また、誘導電動機への直流電流の通流直後のインバータの出力電圧には、インバータを構成する半導体素子のオン電圧誤差に相当する電圧が含まれる場合もある。
前記誘導電動機の相電流を検出する電流検出手段と、
前記相電流の検出値が電流指令値に一致するように電圧指令値を演算する電流調節手段と、
前記電力変換器の出力電圧のq軸成分と前記誘導電動機の一次抵抗による電圧降下分との差に基づいて前記誘導電動機の二次磁束のq軸成分の微分値を演算する磁束微分値演算手段と、
前記誘導電動機のフリーラン時における前記誘導電動機への直流電流の通流開始時刻から一定期間、前記二次磁束のq軸成分の微分値の傾きを演算する傾き演算手段と、
前記傾きを逐次平均化して傾き平均値を演算する平均値演算手段と、
前記傾き平均値を、前記誘導電動機の励磁インダクタンスと二次時定数の逆数と前記直流電流との積により除算して第1の速度推定値を演算する手段と、
前記通流開始時刻から前記平均値演算手段による演算開始時刻までの第1の時間と前記第1の速度推定値とを乗算して第1の角度を求めると共に、前記通流開始時刻から前記平均値演算手段による演算終了時刻までの第2の時間と前記第1の速度推定値とを乗算して第2の角度を求める手段と、
前記第2の角度から前記第1の角度を減算した値を、前記第2の角度のsin成分と前記第1の角度のsin成分との差により除算して補償係数を求め、前記補償係数を用いて前記第1の速度推定値を補正することにより前記誘導電動機の初期速度推定値を求める手段と、を備えたものである。
前記誘導電動機の相電流を検出する電流検出手段と、
前記相電流の検出値が電流指令値に一致するように電圧指令値を演算する電流調節手段と、
前記電力変換器の出力電圧のq軸成分と前記誘導電動機の一次抵抗による電圧降下分との差に基づいて前記誘導電動機の二次磁束のq軸成分の微分値を演算する磁束微分値演算手段と、
前記誘導電動機のフリーラン時における前記誘導電動機への直流電流の通流開始時刻から一定期間、前記二次磁束のq軸成分の微分値の傾きを演算する傾き演算手段と、
前記傾きを逐次平均化して傾き平均値を演算する平均値演算手段と、
前記傾き平均値を、前記誘導電動機の励磁インダクタンスと二次時定数の逆数と前記直流電流との積により除算して第1の速度推定値を演算する手段と、
前記通流開始時刻から前記平均値演算手段による演算開始時刻までの第1の時間と前記第1の速度推定値を初期値とする変数とを乗算して第1の角度を求めると共に、前記通流開始時刻から前記平均値演算手段による演算終了時刻までの第2の時間と前記変数とを乗算して第2の角度を求める手段と、
前記第2の時間と前記第1の時間との差と前記第1の速度推定値との乗算結果と、前記第2の角度のsin成分から前記第1の角度のsin成分を減算した値と、の差を求める速度偏差関数を生成し、前記変数を逐次更新しながら求めた前記速度偏差関数の絶対値が所定値を下回った時の前記変数を前記誘導電動機の初期速度推定値とする手段と、を備えたものである。
また、請求項3に係る発明では、二次磁束のq軸成分の微分値を求める演算を簡略化することができる。
更に、請求項4に係る発明では、二次時定数が短い誘導電動機に対しても高精度に初期速度を推定することができる。
図1は、本発明の第1実施形態に係る制御装置の構成図である。この制御装置は、電力変換器としてのインバータ20、電流検出手段30、電圧検出手段40、電流調節手段50、二相/三相変換手段60、三相/二相変換手段70,80、磁束微分値演算手段90、指数関数演算手段100、タイミング生成手段110、傾き演算手段120、データ保存手段130、平均値演算手段140、補償項演算手段150、初期速度演算手段160、減算手段11d,11q、及び乗算手段12を備えている。なお、インバータ20は、直流電圧を可変電圧可変周波数の三相交流電圧に変換して誘導電動機10に供給するものである。
これらのd軸電圧指令値vd *、q軸電圧指令値vq *は、二相/三相変換手段60に入力されている。
なお、電流調節手段50を構成する比例積分調節器には、誘導電動機10の二次磁束に比べて十分に早い時定数でd軸電流指令値id *にd軸電流idが追従できるようなゲインを与える。
電流検出手段30は、誘導電動機10の相電流を検出し、三相/二相変換手段70に出力する。また、電圧検出手段30は、インバータ20の出力電圧を検出し、三相/二相変換手段80に出力する。なお、インバータ20の出力電圧は、電圧検出器を用いて実際に測定しても良いし、電圧指令値から推定しても良い。
三相/二相変換手段70,80は、通常の運転では、固定座標系から回転座標系への座標変換を行うものであるが、この実施形態では、インバータ20の出力周波数を0[Hz]に固定した状態で動作する。
上述した傾きデータの演算処理及びデータ保存処理は、タイミング生成手段110が、図2の時刻t2を経過することにより動作終了を示すタイミング信号を出力するまで実行される。
時刻t2を経過すると、タイミング生成手段110からのタイミング信号を受けて、平均値演算手段140は、データ保存手段130に蓄積されている全ての傾きデータを加算してデータ数で除算することにより、傾き平均値gaveを求める。この傾き平均値gaveは、初期速度演算手段160に入力される。
まず、前述した先願発明は、誘導電動機に直流電流idxを流した時の二次磁束の時間変化Φdq(t)が、誘導電動機の二次時定数T2(=Lr/Rr)、直流電流idxの通流開始からの経過時間t、直流電流idx、回転速度ωr、虚数演算子jを用いて、数式8により表されることに基づいている。そして、先願発明では、数式8の2回微分値である数式9を用いて、初期速度ωrを推定している。
すなわち、初期速度演算手段160が数式13を演算することにより、実質的に、第1の速度推定値ωaveを補償係数Kcmpにより補正して初期速度推定値ωre0を求める数式7が実行されるものである。
この第2実施形態が図1の第1実施形態と異なる点は、初期速度演算手段200の機能のみであるため、以下ではこの点を中心に説明する。なお、制御装置のその他の構成及び機能については、図1と同一の参照符号を付して説明を省略する。
仮に、数式15のf(ω0)がゼロに近く、f(ω0)の絶対値が所定値Fを下回る場合は(ステップS3Yes)、この時の変数ω0を初期速度推定値ωre0として出力し(ステップS7)、終了する。
例えば、k回目に計算したω0(k)を用いて、次のk+1回目の演算によりω0(k+1)を求めると、ω0(k+1)=ω0(k)+Δωである。こうして変数ω0を更新したら、ステップS2による関数f(ω0)の演算に戻る。
11d,11q:減算手段
12:乗算手段
20:インバータ
30:電流検出手段
40:電圧検出手段
50:電流調節手段
60:二相/三相変換手段
70,80:三相/二相変換手段
90:磁束微分値演算手段
100:指数関数演算手段
110:タイミング生成手段
120:傾き演算手段
130:データ保存手段
140:平均値演算手段
150:補償項演算手段
160,200:初期速度演算手段
Claims (4)
- 直流電圧を可変電圧可変周波数の三相交流電圧に変換して誘導電動機に供給する電力変換器と、
前記誘導電動機の相電流を検出する電流検出手段と、
前記相電流の検出値が電流指令値に一致するように電圧指令値を演算する電流調節手段と、
前記電力変換器の出力電圧のq軸成分と前記誘導電動機の一次抵抗による電圧降下分との差に基づいて前記誘導電動機の二次磁束のq軸成分の微分値を演算する磁束微分値演算手段と、
前記誘導電動機のフリーラン時における前記誘導電動機への直流電流の通流開始時刻から一定期間、前記二次磁束のq軸成分の微分値の傾きを演算する傾き演算手段と、
前記傾きを逐次平均化して傾き平均値を演算する平均値演算手段と、
前記傾き平均値を、前記誘導電動機の励磁インダクタンスと二次時定数の逆数と前記直流電流との積により除算して第1の速度推定値を演算する手段と、
前記通流開始時刻から前記平均値演算手段による演算開始時刻までの第1の時間と前記第1の速度推定値とを乗算して第1の角度を求めると共に、前記通流開始時刻から前記平均値演算手段による演算終了時刻までの第2の時間と前記第1の速度推定値とを乗算して第2の角度を求める手段と、
前記第2の角度から前記第1の角度を減算した値を、前記第2の角度のsin成分と前記第1の角度のsin成分との差により除算して補償係数を求め、前記補償係数を用いて前記第1の速度推定値を補正することにより前記誘導電動機の初期速度推定値を求める手段と、
を備えたことを特徴とする誘導電動機の制御装置。 - 直流電圧を可変電圧可変周波数の三相交流電圧に変換して誘導電動機に供給する電力変換器と、
前記誘導電動機の相電流を検出する電流検出手段と、
前記相電流の検出値が電流指令値に一致するように電圧指令値を演算する電流調節手段と、
前記電力変換器の出力電圧のq軸成分と前記誘導電動機の一次抵抗による電圧降下分との差に基づいて前記誘導電動機の二次磁束のq軸成分の微分値を演算する磁束微分値演算手段と、
前記誘導電動機のフリーラン時における前記誘導電動機への直流電流の通流開始時刻から一定期間、前記二次磁束のq軸成分の微分値の傾きを演算する傾き演算手段と、
前記傾きを逐次平均化して傾き平均値を演算する平均値演算手段と、
前記傾き平均値を、前記誘導電動機の励磁インダクタンスと二次時定数の逆数と前記直流電流との積により除算して第1の速度推定値を演算する手段と、
前記通流開始時刻から前記平均値演算手段による演算開始時刻までの第1の時間と前記第1の速度推定値を初期値とする変数とを乗算して第1の角度を求めると共に、前記通流開始時刻から前記平均値演算手段による演算終了時刻までの第2の時間と前記変数とを乗算して第2の角度を求める手段と、
前記第2の時間と前記第1の時間との差と前記第1の速度推定値との乗算結果と、前記第2の角度のsin成分から前記第1の角度のsin成分を減算した値と、の差を求める速度偏差関数を生成し、前記変数を逐次更新しながら求めた前記速度偏差関数の絶対値が所定値を下回った時の前記変数を前記誘導電動機の初期速度推定値とする手段と、
を備えたことを特徴とする誘導電動機の制御装置。 - 請求項1または2に記載した誘導電動機の制御装置において、
前記誘導電動機の二次インダクタンスを励磁インダクタンスにより除算した値と、前記電力変換器の出力電圧のq軸成分と前記誘導電動機の一次抵抗による電圧降下分との差と、を乗算した値を、前記二次磁束のq軸成分の微分値として用いることを特徴とする誘導電動機の制御装置。 - 請求項1〜3の何れか1項に記載した誘導電動機の制御装置において、
前記誘導電動機の二次時定数の逆数と前記通流開始時刻からの経過時間との積を累乗数とする指数関数と、前記二次磁束のq軸成分の微分値との乗算結果を、前記傾き演算手段への入力としたことを特徴とする誘導電動機の制御装置。
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