JP6879399B1 - 電力変換装置及び電力変換方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1に示す電力変換装置1は、機器のモータ2に駆動電力を供給する装置である。機器は、モータ2により駆動されるものであればいかなるものであってもよい。機器の具体例としては電動車両が挙げられる。例えばモータ2は、回転電動機である。モータ2は誘導電動機であってもよいし、同期電動機であってもよい。以下では、モータ2が同期電動機である場合について説明する。モータ2は、速度センサ4を有してもよく、温度センサ5を有してもよい。
零相電流が生じない限り、U相、V相、及びW相の電流の合計はゼロなので、2相の電流を検出する場合にも全相の電流の情報が得られる。
Φd=Ld・Id+Ldq・Iq+Φm・・・(1)
Φq=Lq・Iq+Lqd・Id・・・(2)
Φd:磁束ベクトルのd軸成分(以下、「d軸磁束」という。)
Φq:磁束ベクトルのq軸成分(以下、「q軸磁束」という。)
Id:d軸電流
Iq:q軸電流
Ld:d軸インダクタンス
Lq:q軸インダクタンス
Ldq:dq干渉インダクタンス
Lqd:qd干渉インダクタンス
Φm:磁石磁束
磁石磁束Φmと誘起電圧定数は同じ値である。
Tm=P(Φa・Ib−Φb・Ia)・・・(3)
Tm:発生トルク
P:極数
Φa:磁束ベクトルのa軸成分(以下、「a軸磁束」という。)。
Φb:磁束ベクトルのb軸成分(以下、「b軸磁束」という。)。
Ia:電流ベクトルのa軸成分(以下、「a軸電流」という。)。
Ib:電流ベクトルのb軸成分(以下、「b軸電流」という。)。
Φa=∫(Va−R・Ia)dt・・・(4)
Φb=∫(Vb−R・Ib)dt・・・(5)
Va:電圧指令ベクトルのa軸成分(以下、「a軸電圧」という。)
Vb:電圧指令ベクトルのb軸成分(以下、「b軸電圧」という。)
Ia:a軸電流
Ib:b軸電流
R:モータ2の巻線抵抗
Eq=Vq−ω・Ld・Id−R・Iq・・・(6)
Φm=Eq/ω・・・(7)
Eq:誘起電圧ベクトルのq軸成分
ω:回転速度
続いて、電力変換方法の一例として、制御回路100が実行する電力変換回路10の制御手順を例示する。この手順は、モータ2の巻線に流れる電流と、巻線のインダクタンスとの関係を表すインダクタンスプロファイルと、巻線に駆動電力を供給する電力変換回路10が巻線に流す駆動電流とに基づいてインダクタンスを推定することと、インダクタンスの推定結果と、駆動電流とに基づいて、モータ2に生じる磁束を推定することと、磁束の推定結果に基づいて、モータ2から駆動対象に伝わる駆動トルクを推定することと、駆動トルクの推定結果がトルク指令に追従するように電力変換回路10を制御することと、を含む。
以上に説明したように、電力変換装置1は、モータ2の巻線に駆動電力を供給する電力変換回路10と、巻線に流れる電流と、巻線のインダクタンスとの関係を表すインダクタンスプロファイルを記憶するインダクタンス記憶部114と、電力変換回路10が巻線に流す駆動電流と、インダクタンスプロファイルとに基づいてインダクタンスを推定するインダクタンス推定部115と、インダクタンスの推定結果と、駆動電流とに基づいて、モータ2に生じる磁束を推定する磁束推定部116と、磁束の推定結果に基づいて、モータ2から駆動対象に伝わる駆動トルクを推定する駆動トルク推定部124と、駆動トルクの推定結果がトルク指令に追従するように電力変換回路10を制御する電力変換制御部133と、を備える。
Claims (12)
- モータの巻線に駆動電力を供給する電力変換回路と、
電流ベクトルの大きさと、前記巻線における前記電流ベクトルの変化が前記電流ベクトルと同じ向きの電圧ベクトルに及ぼす影響を示す同一方向インダクタンスと、の関係を表す同一方向プロファイルと、
前記電流ベクトルの大きさと、前記巻線における前記電流ベクトルの変化が前記電流ベクトルと垂直な電圧ベクトルに及ぼす影響を示す干渉インダクタンスと、の関係を表す干渉プロファイルと、
を記憶するインダクタンス記憶部と、
前記電力変換回路が前記巻線に流す駆動電流と、前記同一方向プロファイルとに基づいて前記同一方向インダクタンスを推定し、前記駆動電流と、前記干渉プロファイルとに基づいて前記干渉インダクタンスを推定するインダクタンス推定部と、
前記同一方向インダクタンス及び前記干渉インダクタンスの推定結果と、前記駆動電流とに基づいて、前記モータに生じる磁束を推定する磁束推定部と、
前記磁束の推定結果に基づいて、前記モータから駆動対象に伝わる駆動トルクを推定する駆動トルク推定部と、
前記駆動トルクの推定結果がトルク指令に追従するように前記電力変換回路を制御する電力変換制御部と、を備える電力変換装置。 - 前記同一方向インダクタンスは、
回転座標系の第1座標軸に沿った第1電流ベクトルの変化が前記第1座標軸に沿った第1電圧ベクトルに及ぼす影響を示す第1インダクタンスと、
前記第1座標軸に垂直な第2座標軸に沿った第2電流ベクトルの変化が前記第2座標軸に沿った第2電圧ベクトルに及ぼす影響を示す第2インダクタンスとを含み、
前記同一方向プロファイルは、
前記第1電流ベクトルの大きさと前記第1インダクタンスとの関係を表す第1プロファイルと、
前記第2電流ベクトルの大きさと前記第2インダクタンスとの関係を表す第2プロファイルとを含み、
前記磁束推定部は、前記第1インダクタンス、前記第2インダクタンス及び前記干渉インダクタンスに基づいて前記磁束を推定する、請求項1記載の電力変換装置。 - 前記干渉インダクタンスは、
前記第1電流ベクトルの変化が前記第2電圧ベクトルに及ぼす影響を示す第1干渉インダクタンスと、
前記第2電流ベクトルの変化が前記第1電圧ベクトルに及ぼす影響を示す第2干渉インダクタンスとを含み、
前記干渉プロファイルは、
前記第1電流ベクトル及び前記第2電流ベクトルの大きさと前記第1干渉インダクタンスとの関係を表す第1干渉プロファイルと、
前記第1電流ベクトル及び前記第2電流ベクトルの大きさと前記第2干渉インダクタンスとの関係を表す第2干渉プロファイルとを含み、
前記磁束推定部は、前記第1インダクタンス、前記第2インダクタンス、前記第1干渉インダクタンス及び前記第2干渉インダクタンスに基づいて前記磁束を推定する、請求項2記載の電力変換装置。 - 前記磁束推定部は、
前記モータの回転速度が所定の速度レベル未満である場合に、前記同一方向インダクタンス及び前記干渉インダクタンスの推定結果と、前記駆動電流とに基づいて前記磁束を推定する第1推定部と、
前記モータの回転速度が前記速度レベルを超えている場合に、前記電力変換回路が前記巻線に印加する駆動電圧に基づいて前記磁束を推定する第2推定部とを有する、請求項1〜3のいずれか一項記載の電力変換装置。 - 前記駆動電流と、前記駆動電圧と、前記モータの回転速度とに基づいて誘起電圧定数を更新する定数更新部と、
少なくとも前記駆動トルクが所定のトルク帯域の外に位置する場合、又は前記モータの回転速度が所定の速度帯域の外に位置する場合に、前記定数更新部による前記誘起電圧定数の更新を中断させる更新中断部と、を更に備え、
前記磁束推定部は、前記誘起電圧定数に更に基づいて前記磁束を推定する、請求項4記載の電力変換装置。 - 前記トルク帯域の下限値はゼロよりも大きく、
前記速度帯域の下限値はゼロよりも大きい、請求項5記載の電力変換装置。 - 前記トルク帯域の上限値は、前記駆動トルクの上限値よりも小さく、
前記速度帯域の上限値は、前記モータの回転速度の上限値よりも小さい、請求項5又は6記載の電力変換装置。 - 前記巻線の温度に基づいて前記巻線の抵抗を推定する巻線抵抗推定部を更に備え、
前記定数更新部は、前記抵抗の推定結果に更に基づいて前記誘起電圧定数を更新する、請求項5〜7のいずれか一項記載の電力変換装置。 - 前記第2推定部は、前記抵抗の推定結果に更に基づいて前記磁束を推定する、請求項8記載の電力変換装置。
- 前記磁束の推定結果と、前記駆動電流とに基づいて、前記モータが発生する発生トルクを推定する発生トルク推定部と、
前記発生トルクのうち前記駆動対象に伝わらない損失トルクと、前記モータの回転速度との関係を表す損失プロファイルを記憶する損失記憶部と、
前記モータの回転速度と、前記損失プロファイルとに基づいて前記損失トルクを推定する損失トルク推定部と、を更に備え、
前記駆動トルク推定部は、前記発生トルクの推定結果と前記損失トルクの推定結果とに基づいて駆動トルクを推定する、請求項1〜9のいずれか一項記載の電力変換装置。 - 前記トルク指令の値にトルク補償値を加算して、修正トルク指令値を算出する指令修正部と、
前記修正トルク指令値と前記駆動トルクの推定結果との差に基づいて前記トルク補償値を算出する補償値算出部と、を更に備え、
前記電力変換制御部は、前記修正トルク指令値に前記発生トルクが追従するように前記電力変換回路を制御する、請求項10記載の電力変換装置。 - 電流ベクトルの大きさと、モータの巻線における前記電流ベクトルの変化が前記電流ベクトルと同じ向きの電圧ベクトルに及ぼす影響を示す同一方向インダクタンスと、の関係を表す同一方向プロファイルと、前記巻線に駆動電力を供給する電力変換回路が前記巻線に流す駆動電流と、に基づいて前記同一方向インダクタンスを推定することと、
前記電流ベクトルの大きさと、前記巻線における前記電流ベクトルの変化が前記電流ベクトルと垂直な電圧ベクトルに及ぼす影響を与える干渉インダクタンスと、の関係を表す干渉プロファイルと、前記駆動電流と、に基づいて前記干渉インダクタンスを推定することと、
前記同一方向インダクタンス及び前記干渉インダクタンスの推定結果と、前記駆動電流とに基づいて、前記モータに生じる磁束を推定することと、
前記磁束の推定結果に基づいて、前記モータから駆動対象に伝わる駆動トルクを推定することと、
前記駆動トルクの推定結果がトルク指令に追従するように前記電力変換回路を制御することと、を含む電力変換方法。
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JP2020023521A JP6879399B1 (ja) | 2020-02-14 | 2020-02-14 | 電力変換装置及び電力変換方法 |
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