JPWO2008026269A1 - Power converter - Google Patents

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JPWO2008026269A1 JP2007505304A JP2007505304A JPWO2008026269A1 JP WO2008026269 A1 JPWO2008026269 A1 JP WO2008026269A1 JP 2007505304 A JP2007505304 A JP 2007505304A JP 2007505304 A JP2007505304 A JP 2007505304A JP WO2008026269 A1 JPWO2008026269 A1 JP WO2008026269A1
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英俊 北中
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Abstract

電流計測器に異常が生じた場合にV/F制御系に切り替えて電動機の運転制御を継続する構成では、発生トルクを正確に制御することが困難である。三相交流で電動機1を駆動するインバータ2と、インバータ2の交流電流を相ごとに計測する電流計測器5a〜5cと、外部から入力される指令値に基づいて、回転する直交座標系でインバータ2の電圧指令値を求めこの電圧指令値に一致した電圧を出力するようにインバータ2を制御するインバータ制御部4とを備え、電流計測器5a〜5cに異常がある場合に、インバータ制御部4において、電流フィードバック制御を停止し、電圧演算部10の出力を電圧指令値とし、電動機1の回路定数に基づいて電流指令値と等しい電流をインバータが出力するような電圧指令値を電圧演算部10が演算する。In the configuration where the operation control of the motor is continued by switching to the V / F control system when an abnormality occurs in the current measuring instrument, it is difficult to accurately control the generated torque. Inverter 2 that drives motor 1 with three-phase alternating current, current measuring devices 5a to 5c that measure the alternating current of inverter 2 for each phase, and an inverter in a rotating orthogonal coordinate system based on a command value input from the outside 2 and an inverter control unit 4 that controls the inverter 2 so as to output a voltage that matches the voltage command value. When there is an abnormality in the current measuring devices 5a to 5c, the inverter control unit 4 , The current feedback control is stopped, the output of the voltage calculation unit 10 is used as a voltage command value, and a voltage command value such that the inverter outputs a current equal to the current command value based on the circuit constant of the electric motor 1 is set to the voltage calculation unit 10. Calculates.

Description

本発明は、電動機を駆動制御する電力変換装置に関する。   The present invention relates to a power conversion device that drives and controls an electric motor.

電動機のベクトル制御技術は、トルクを高精度で高速に制御できるため、産業界で広く利用されている技術である。従来の電力変換装置では、複数の電子部品で構成された電流計測器が、電動機の電流を計測するために設けられている。
電流計測器が故障して、その出力信号が不安定になったり固定されたりなど正常でない値を出力するようになった場合には、電動機に流れている実際の電流を正しく計測できなくなるため、電動機のベクトル制御ができなくなる。例えば、電動機で電気車を駆動する電鉄システムにおいては、電流計測器の故障により電動機の運転ができなくなり、電気車が線路上で立ち往生したりしてしまう。電気鉄道以外でも例えばビル内においても、空気調和装置やエレベータやエスカレータなどに、ベクトル制御された電動機が使用されており、動力源である電動機が運転できなくなると、社会生活に多大な影響を及ぼすものが多くある。
電動機の制御系としてベクトル制御系とV/F制御系を併設した構成とし、電流計測器に異常が生じた場合には、V/F制御系に切り替えて、電動機の運転制御を継続する構成が示されている。(例えば、特許文献1を参照。)
Vector control technology for electric motors is widely used in industry because torque can be controlled with high accuracy and high speed. In a conventional power conversion device, a current measuring device composed of a plurality of electronic components is provided for measuring the current of an electric motor.
If the current meter breaks down and its output signal becomes unstable or fixed, for example, an abnormal value is output, the actual current flowing through the motor cannot be measured correctly. Vector control of the electric motor becomes impossible. For example, in an electric railway system in which an electric car is driven by an electric motor, the electric motor cannot be operated due to a failure of the current measuring instrument, and the electric car is stuck on the track. Outside of electric railways, for example, in buildings, vector-controlled motors are used in air conditioners, elevators, escalators, etc., and if the motor that is the power source cannot be operated, it will have a great impact on social life. There are many things.
A configuration in which a vector control system and a V / F control system are provided side by side as a motor control system, and when an abnormality occurs in the current measuring device, the operation control of the motor is continued by switching to the V / F control system. It is shown. (For example, see Patent Document 1.)

特開平7−111708JP 7-111708 A

特許文献1に示されている従来の構成では、あらかじめ設定したパターンで電圧と周波数を立ち上げてオープンループ的に電動機を駆動するので、必要最低限の電動機の駆動は可能となるが、平常時に用いるベクトル制御が適用できず、その発生トルクを正確に制御することが困難であるという課題があった。
また、電流計測器の故障に備えてV/F制御を行う回路を別途設ける構成であり、ソフトウエア、ハードウエアの規模が大きくなるという課題があった。
本発明は、上記課題を解決するために考案されたものであり、電流計測器が故障してその計測信号が使用できない状態においても、従来よりもトルクを正確に制御可能な電力変換装置を得ることを目的とする。
In the conventional configuration shown in Patent Document 1, the voltage and frequency are raised in a preset pattern and the motor is driven in an open loop, so that the minimum required motor can be driven. The vector control used cannot be applied, and there is a problem that it is difficult to accurately control the generated torque.
In addition, a circuit for performing V / F control in preparation for failure of the current measuring device is separately provided, and there is a problem that the scale of software and hardware increases.
The present invention has been devised to solve the above-described problems, and provides a power conversion device capable of controlling torque more accurately than in the past even in a state where a current measuring instrument fails and the measurement signal cannot be used. For the purpose.

この発明に係る電力変換装置は、三相交流で電動機を駆動するインバータと、該インバータの交流電流を相ごとに計測する電流計測器と、前記電動機の回転状態を計測する回転センサと、外部から入力される指令値に基づいて、回転する直交座標系である回転座標系で前記インバータの電圧指令値を求めこの電圧指令値に一致した交流電圧を出力するように前記インバータを制御するインバータ制御部とを備え、前記インバータ制御部が、前記回転センサの計測値を用いて前記回転座標系と三相の間で座標変換を行う座標変換部と、外部から入力される指令値に基づいて前記インバータが出力すべき電流の指令値である電流指令値を演算する電流指令値演算部、前記電流計測器で計測された電流計測値と前記電流指令値との差が小さくなるように制御する電流フィードバック制御部、該電流フィードバック制御部の出力との和が前記電圧指令値となる電圧を前記電動機の回路定数と前記電流指令値とを用いて演算する電圧演算部、前記電圧指令値を出力するように前記インバータを制御するゲートパルスを発生させるパルス発生部を有し、所定の条件で、前記電圧演算部の出力を前記電圧指令値とし、前記電動機の回路定数に基づいて前記電流指令値と等しい電流を前記インバータが出力するような前記電圧指令値を前記電圧演算部が演算することを特徴とするものである。   The power conversion device according to the present invention includes an inverter that drives a motor with three-phase alternating current, a current measuring instrument that measures the alternating current of the inverter for each phase, a rotation sensor that measures the rotational state of the motor, and an external device. An inverter control unit that controls the inverter so as to obtain the voltage command value of the inverter in a rotating coordinate system that is a rotating orthogonal coordinate system based on the input command value and output an AC voltage that matches the voltage command value A coordinate conversion unit that performs coordinate conversion between the rotational coordinate system and three phases using the measurement value of the rotation sensor, and the inverter based on a command value input from the outside The current command value calculation unit that calculates the current command value that is the command value of the current to be output, the difference between the current measurement value measured by the current measuring instrument and the current command value is reduced. A current feedback control unit for controlling the voltage, a voltage calculation unit for calculating a voltage at which a sum of the output of the current feedback control unit and the voltage command value is obtained using a circuit constant of the motor and the current command value, and the voltage command A pulse generator for generating a gate pulse for controlling the inverter so as to output a value, and under a predetermined condition, the output of the voltage calculator is the voltage command value, and based on the circuit constants of the motor The voltage calculation unit calculates the voltage command value such that the inverter outputs a current equal to the current command value.

この発明に係る電力変換装置は、三相交流で電動機を駆動するインバータと、該インバータの交流電流を相ごとに計測する電流計測器と、前記電動機の回転状態を計測する回転センサと、外部から入力される指令値に基づいて、回転する直交座標系である回転座標系で前記インバータの電圧指令値を求めこの電圧指令値に一致した交流電圧を出力するように前記インバータを制御するインバータ制御部とを備え、前記インバータ制御部が、前記回転センサの計測値を用いて前記回転座標系と三相の間で座標変換を行う座標変換部と、外部から入力される指令値に基づいて前記インバータが出力すべき電流の指令値である電流指令値を演算する電流指令値演算部、前記電流計測器で計測された電流計測値と前記電流指令値との差が小さくなるように制御する電流フィードバック制御部、該電流フィードバック制御部の出力との和が前記電圧指令値となる電圧を前記電動機の回路定数と前記電流指令値とを用いて演算する電圧演算部、前記電圧指令値を出力するように前記インバータを制御するゲートパルスを発生させるパルス発生部を有し、所定の条件で、前記電圧演算部の出力を前記電圧指令値とし、前記電動機の回路定数に基づいて前記電流指令値と等しい電流を前記インバータが出力するような前記電圧指令値を前記電圧演算部が演算することを特徴とするものなので、電流計測器で計測されたインバータの電流の計測値が使用できない状態でも、従来よりもトルクを正確に制御可能であるという効果が有る。   The power conversion device according to the present invention includes an inverter that drives a motor with three-phase alternating current, a current measuring instrument that measures the alternating current of the inverter for each phase, a rotation sensor that measures the rotational state of the motor, and an external device. An inverter control unit that controls the inverter so as to obtain the voltage command value of the inverter in a rotating coordinate system that is a rotating orthogonal coordinate system based on the input command value and output an AC voltage that matches the voltage command value A coordinate conversion unit that performs coordinate conversion between the rotational coordinate system and three phases using the measurement value of the rotation sensor, and the inverter based on a command value input from the outside The current command value calculation unit that calculates the current command value that is the command value of the current to be output, the difference between the current measurement value measured by the current measuring instrument and the current command value is reduced. A current feedback control unit for controlling the voltage, a voltage calculation unit for calculating a voltage at which a sum of the output of the current feedback control unit and the voltage command value is obtained using a circuit constant of the motor and the current command value, and the voltage command A pulse generator for generating a gate pulse for controlling the inverter so as to output a value, and under a predetermined condition, the output of the voltage calculator is the voltage command value, and based on the circuit constants of the motor Since the voltage calculation unit calculates the voltage command value such that the inverter outputs a current equal to the current command value, the measured current value of the inverter measured by the current measuring instrument cannot be used. Even in the state, there is an effect that the torque can be controlled more accurately than in the past.

この発明に係る実施の形態1での電力変換装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the power converter device in Embodiment 1 which concerns on this invention. この発明に係る実施の形態1の構成での電流計測器異常検知部が正常判定している場合のトルク指令値と電動機のトルク及び電動機のロータ周波数のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the torque command value, the torque of an electric motor, and the rotor frequency of an electric motor in case the current measuring device abnormality detection part in the structure of Embodiment 1 which concerns on this invention has determined normally. この発明に係る実施の形態1の構成での電流計測器異常検知部が異常判定している場合のトルク指令値と電動機のトルク及び電動機のロータ周波数のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the torque command value, the torque of an electric motor, and the rotor frequency of an electric motor in case the current measuring device abnormality detection part in the structure of Embodiment 1 which concerns on this invention has determined abnormality.

符号の説明Explanation of symbols

40:電力変換装置
1:電動機
2:インバータ
3:フィルタコンデンサ
4:インバータ制御部
5a:電流計測器
5b:電流計測器
5c:電流計測器
6:回転センサ
7:電流指令値演算部
8:三相dq軸座標変換器(座標変換部)
9:電流フィードバック制御部
10:電圧演算部
11D:加算器
11Q:加算器
12:すべり角速度演算部
13:角速度位相角演算部
14:dq軸三相座標変換器(座標変換部)
15:パルス発生部
16:電流計測器異常検知部
17D:スイッチ
17Q:スイッチ
40: Power converter 1: Electric motor 2: Inverter 3: Filter capacitor 4: Inverter control unit 5a: Current measuring device 5b: Current measuring device 5c: Current measuring device 6: Rotation sensor 7: Current command value calculating unit 8: Three-phase dq axis coordinate converter (coordinate converter)
9: current feedback control unit 10: voltage calculation unit 11D: adder 11Q: adder 12: slip angular velocity calculation unit 13: angular velocity phase angle calculation unit 14: dq-axis three-phase coordinate converter (coordinate conversion unit)
15: Pulse generator 16: Current measuring device abnormality detector 17D: Switch 17Q: Switch

実施の形態1.
図1はこの発明に係る実施の形態1における電力変換装置40の構成例を示す図である。図1に示すように、電力変換装置40は、直流を任意の周波数の三相交流に変換して電動機1を駆動するインバータ2と、直流電圧の変動を平滑化するためにインバータ2の直流側に接続されたフィルタコンデンサ3と、インバータ2の制御を行うインバータ制御部4とを有する。なお、電動機1としては、以下では誘導電動機を使用した構成例で説明するが、本発明の基本的な構成概念は、同期電動機を使用する場合にも適用できる。
インバータ制御部4には、外部にある制御装置で生成されるトルク指令値Tm*と二次磁束指令値Φ2*、インバータ2の交流電流を相ごとに計測する電流計測器5a〜5cにより計測されたU相電流Iu、V相電流Iv、W相電流Iw、及び電動機1の軸端に取り付けられた回転センサ6の出力である電動機回転角速度ωrが入力される。インバータ制御部4は、インバータ2が出力すべき三相の電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*を計算し、インバータ2が電圧指令値に一致した電圧を出力するように、インバータ2を構成するスイッチング素子(図示せず)へのゲートパルスを発生させる。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a power conversion device 40 according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 1, the power converter 40 includes an inverter 2 that drives a motor 1 by converting direct current into three-phase alternating current of an arbitrary frequency, and a direct current side of the inverter 2 in order to smooth fluctuations in direct current voltage. And an inverter control unit 4 that controls the inverter 2. In addition, as the electric motor 1, although demonstrated below by the structural example using an induction motor, the fundamental structural concept of this invention is applicable also when using a synchronous motor.
The inverter control unit 4 measures the torque command value Tm * and the secondary magnetic flux command value Φ2 * generated by an external control device, and current measuring devices 5a to 5c that measure the alternating current of the inverter 2 for each phase. The U-phase current Iu, the V-phase current Iv, the W-phase current Iw, and the motor rotation angular velocity ωr that is the output of the rotation sensor 6 attached to the shaft end of the motor 1 are input. The inverter control unit 4 calculates the three-phase voltage command values Vu *, Vv *, and Vw * that the inverter 2 should output, and configures the inverter 2 so that the inverter 2 outputs a voltage that matches the voltage command value. A gate pulse to a switching element (not shown) is generated.

インバータ制御部4の構成を以下に説明する。電動機1の二次磁束軸に一致して回転する軸であるd軸と、前記d軸に直交する軸であるq軸とにより定義されるdq軸回転座標系上で制御を行ういわゆるベクトル制御を行う構成である。インバータ制御部4は、従来と同様な電流フィードバックによるベクトル制御を実現する部分と、インバータ2の交流電流が計測できない場合にフィードフォワード的に電圧指令値を演算する場合に使用する部分とに分けられる。   The configuration of the inverter control unit 4 will be described below. A so-called vector control for performing control on a dq axis rotation coordinate system defined by a d axis that is an axis that rotates in accordance with the secondary magnetic flux axis of the electric motor 1 and a q axis that is an axis orthogonal to the d axis. It is the structure to perform. The inverter control unit 4 is divided into a part that realizes vector control by current feedback similar to the conventional one and a part that is used when a voltage command value is calculated in a feedforward manner when the alternating current of the inverter 2 cannot be measured. .

まず、従来のベクトル制御と同様な構成の部分について説明する。インバータ制御部4は、トルク指令値Tm*と二次磁束指令値Φ2*からd軸及びq軸の電流指令値を演算する電流指令値演算部7、U相電流Iu、V相電流Iv、W相電流Iwをdq軸回転座標系での値に変換する三相dq軸座標変換器8、三相dq軸座標変換器8により変換されたd軸及びq軸の電流計測値と電流指令値との偏差をとって偏差が小さくなるようにd軸とq軸に分離してフィードバック制御を行う電流フィードバック制御部9、電流指令値から電動機の回路定数を用いてd軸及びq軸の電圧を演算する電圧演算部10、d軸とq軸のそれぞれについて電流フィードバック制御部9の出力と電圧演算部10の出力との和を取りインバータ2の電圧指令値とする加算器11D、11Q、電流指令値から電動機の回路定数を用いてすべり角速度を演算するすべり角速度演算部12、すべり角速度と電動機回転角速度ωrとからdq座標軸の回転角速度ωとdq座標軸上の電圧指令ベクトルの位相角θを演算する角速度位相角演算部13、加算器11D、11Qの出力であるインバータ2のdq軸座標系上での電圧指令値を三相交流に変換するdq軸三相座標変換器14、dq軸三相座標変換器14で変換された三相の電圧指令値に基づきインバータ2の出力電圧がこの電圧指令値に一致するようにゲートパルスを発生させてインバータ2を制御するパルス発生部15を有する。なお、座標変換部である三相dq軸座標変換器8及びdq軸三相座標変換器14では、角速度位相角演算部13が演算する位相角θを使用して座標変換を行う。また、電圧演算部10は、角速度ωも使用して電圧を演算する。   First, a part having the same configuration as that of the conventional vector control will be described. The inverter control unit 4 includes a current command value calculation unit 7 that calculates current command values for the d-axis and the q-axis from the torque command value Tm * and the secondary magnetic flux command value Φ2 *, a U-phase current Iu, a V-phase current Iv, W A three-phase dq-axis coordinate converter 8 that converts the phase current Iw into a value in the dq-axis rotating coordinate system, a d-axis and q-axis current measurement value and a current command value converted by the three-phase dq-axis coordinate converter 8; The current feedback control unit 9 performs feedback control by separating the d axis and the q axis so that the deviation becomes smaller, and calculates the d axis and q axis voltages from the current command value using the circuit constants of the motor. Voltage calculator 10, adders 11D, 11Q, and current command values, which are the sum of the output of current feedback controller 9 and the output of voltage calculator 10 for each of the d-axis and q-axis, and are used as voltage command values for inverter 2 To the motor circuit constants Sliding angular velocity calculating unit 12 for calculating the angular velocity, angular velocity phase angle calculating unit 13 for calculating the rotational angular velocity ω of the dq coordinate axis and the phase angle θ of the voltage command vector on the dq coordinate axis from the sliding angular velocity and the motor rotational angular velocity ωr, an adder The three-phase signals converted by the dq-axis three-phase coordinate converter 14 and the dq-axis three-phase coordinate converter 14 that convert the voltage command value on the dq-axis coordinate system of the inverter 2 that is the output of 11D and 11Q into a three-phase alternating current. And a pulse generator 15 for controlling the inverter 2 by generating a gate pulse so that the output voltage of the inverter 2 matches the voltage command value. In the three-phase dq-axis coordinate converter 8 and the dq-axis three-phase coordinate converter 14 which are coordinate conversion units, the coordinate conversion is performed using the phase angle θ calculated by the angular velocity phase angle calculation unit 13. Moreover, the voltage calculation part 10 calculates a voltage also using angular velocity (omega).

インバータ2の交流電流が計測できない場合にフィードフォワード的に電圧指令値を演算する場合に使用する部分は、以下である。電流計測器5a〜5cにより計測される電流を監視して異常を検出する電流計測器異常検知部16と、電流計測器異常検知部16の出力信号CSにより、d軸とq軸のそれぞれについて電流フィードバック制御部9の出力を加算器11D、11Qに入力するかどうかを切り替えるスイッチ17D、17Qが追加されている。ここで、スイッチ17D、17Qは、電流フィードバック制御部9の出力とゼロ信号とを切り替えるものである。また、電流計測器異常検知部16の出力信号CSが電圧演算部10にも入力されて、電流計測器異常検知部16が異常を検出する場合には電圧演算部10が出力を変化させる。   The part used when calculating the voltage command value in a feed forward manner when the alternating current of the inverter 2 cannot be measured is as follows. The current measuring device abnormality detecting unit 16 that monitors the current measured by the current measuring devices 5a to 5c and detects an abnormality, and the output signal CS of the current measuring device abnormality detecting unit 16 determines the current for each of the d axis and the q axis. Switches 17D and 17Q for switching whether to input the output of the feedback control unit 9 to the adders 11D and 11Q are added. Here, the switches 17D and 17Q are for switching between the output of the current feedback control unit 9 and the zero signal. Further, when the output signal CS of the current measuring device abnormality detecting unit 16 is also input to the voltage calculating unit 10 and the current measuring device abnormality detecting unit 16 detects an abnormality, the voltage calculating unit 10 changes the output.

なお、インバータ2は公知技術である電圧形三相PWMインバータであるが、内蔵されるスイッチング素子は、過電流に対する自己保護機能を有するスイッチング素子が適用される。自己保護機能を有するスイッチング素子とは、例えば、インテリジェントパワーモジュール(IPM)や過電流保護機能を有するゲートドライバーと組み合わせたパワーモジュールなどである。なお、過電流に対する自己保護機能を有するスイッチング素子は、電動機1や配線の短絡や地絡等により過電流が流れた場合に、スイッチング素子に内蔵されている計測回路によりこれを検知し、自動的にスイッチング動作をオフした後、外部システム(本発明では、インバータ制御部4に相当)に通知する機能を有しており、電流計測器5a〜5cとインバータ制御部4を介さずに高速に過電流に対しての保護動作が可能となる。   The inverter 2 is a voltage-type three-phase PWM inverter, which is a known technique, but a switching element having a self-protection function against overcurrent is applied as a built-in switching element. The switching element having a self-protection function is, for example, an intelligent power module (IPM) or a power module combined with a gate driver having an overcurrent protection function. A switching element with a self-protection function against overcurrent is detected automatically by a measurement circuit built in the switching element when an overcurrent flows due to a short circuit or ground fault of the motor 1 or wiring. After the switching operation is turned off, it has a function of notifying the external system (corresponding to the inverter control unit 4 in the present invention) and does not pass through the current measuring devices 5a to 5c and the inverter control unit 4 at high speed. A protection operation against current is possible.

次に動作を説明する。電流指令値演算部7では、外部のシステムより入力されるトルク指令値Tm*、二次磁束指令値Φ2*、電動機1の回路定数から、次式(1)及び(2)にてq軸(トルク分)電流指令値Iq*、d軸(励磁分)電流指令値Id*を演算する。なお、微分演算子をpで表現する。
Iq*=(Tm*/(Φ2*×PP))×(L2/M) (1)
Id*=Φ2*/M+L2/(M×R2)×pΦ2* (2)
Next, the operation will be described. The current command value calculation unit 7 calculates the q-axis (in the following equations (1) and (2) from the torque command value Tm *, the secondary magnetic flux command value Φ2 *, and the circuit constants of the motor 1 that are input from an external system. Torque) Current command value Iq * and d-axis (excitation) current command value Id * are calculated. The differential operator is expressed by p.
Iq * = (Tm * / (Φ2 * × PP)) × (L2 / M) (1)
Id * = Φ2 * / M + L2 / (M × R2) × pΦ2 * (2)

ここに、誘導電動機の回路定数として、以下を使用する。M:相互インダクタンス値。l1:一次漏れインダクタンス値。L1:一次自己インダクタンス値。L1=M+l1が成立する。l2:二次漏れインダクタンス値。L2:二次自己インダクタンス値。L2=M+l2が成立する。σ:漏れ係数。σ=1−M/(L1×L2)。R1:一次抵抗値。R2:二次抵抗値。PP:極対数。Here, the following is used as the circuit constant of the induction motor. M: Mutual inductance value. l1: Primary leakage inductance value. L1: Primary self-inductance value. L1 = M + l1 is established. l2: Secondary leakage inductance value. L2: Secondary self-inductance value. L2 = M + l2 holds. σ: leakage coefficient. σ = 1−M 2 / (L1 × L2). R1: Primary resistance value. R2: Secondary resistance value. PP: Number of pole pairs.

すべり角速度演算部12では、d軸電流指令値Id*、q軸電流指令値Iq*と電動機1の回路定数から、次式(3)より、電動機1が発生すべきすべり角速度指令値ωs*を演算する。
ωs*=(Iq*/Id*)×(R2/L2) (3)
The slip angular velocity calculation unit 12 calculates a slip angular velocity command value ωs * to be generated by the motor 1 from the following equation (3) from the d-axis current command value Id *, the q-axis current command value Iq * and the circuit constants of the motor 1. Calculate.
ωs * = (Iq * / Id *) × (R2 / L2) (3)

この式(3)により算出したすべり角速度指令値ωs*と、電動機1の軸端に取り付けられた回転センサ6の出力である電動機回転角速度ωrとが角速度位相角演算部13に入力されて、以下のようにしてインバータ2が出力する交流電圧の角速度であるインバータ角速度ωと位相角θを計算する。
すべり角速度とは、2次磁束の回転角速度(インバータ角速度ωと同じ)と電動機回転角速度ωrとの差であり、以下が成立する。
ω=ωs*+ωr (4)
位相角θは角速度ωを積分したものであるから、以下が成立する。なお、位相角θはU相を基準とする。
θ=∫ωdt (5)
The slip angular velocity command value ωs * calculated by the equation (3) and the motor rotation angular velocity ωr that is the output of the rotation sensor 6 attached to the shaft end of the motor 1 are input to the angular velocity phase angle calculation unit 13, and Thus, the inverter angular velocity ω and the phase angle θ, which are the angular velocities of the AC voltage output from the inverter 2, are calculated.
The slip angular velocity is a difference between the rotational angular velocity of the secondary magnetic flux (same as the inverter angular velocity ω) and the motor rotational angular velocity ωr, and the following holds.
ω = ωs * + ωr (4)
Since the phase angle θ is obtained by integrating the angular velocity ω, the following holds. The phase angle θ is based on the U phase.
θ = ∫ωdt (5)

三相dq軸座標変換器8では、電流計測器5a〜5cにより計測されたU相電流Iu、V相電流Iv、W相電流Iwを、次式(6)により算出するdq座標上のq軸電流Iqとd軸電流Idとに変換する。

Figure 2008026269
In the three-phase dq-axis coordinate converter 8, the q-axis on the dq-coordinate that calculates the U-phase current Iu, the V-phase current Iv, and the W-phase current Iw measured by the current measuring devices 5a to 5c by the following equation (6). Conversion into current Iq and d-axis current Id.
Figure 2008026269

電流フィードバック制御部9では、q軸とd軸で独立に指令値と計測値の間の偏差に対して同じゲインで比例積分制御を行う。電流フィードバック制御部9の出力であるd軸制御量ΔId0とq軸制御量ΔIq0は、以下の式(7)、(8)で表現される。ここに、K1は比例ゲインであり、K2は積分ゲインである。
ΔIq0=(K1+K2/p)×(Iq*−Iq) (7)
ΔId0=(K1+K2/p)×(Id*−Id) (8)
なお、電流フィードバック制御部9を用いたベクトル制御の制御動作は、公知のベクトル制御と同様であり、詳細な説明は割愛する。
The current feedback control unit 9 performs proportional-integral control with the same gain on the deviation between the command value and the measured value independently on the q-axis and the d-axis. The d-axis control amount ΔId0 and the q-axis control amount ΔIq0, which are outputs of the current feedback control unit 9, are expressed by the following equations (7) and (8). Here, K1 is a proportional gain, and K2 is an integral gain.
ΔIq0 = (K1 + K2 / p) × (Iq * −Iq) (7)
ΔId0 = (K1 + K2 / p) × (Id * −Id) (8)
Note that the control operation of the vector control using the current feedback control unit 9 is the same as the known vector control, and a detailed description thereof is omitted.

電流計測器異常検知部16では、各相の電流を監視して、各相ごとに電流値が不安定になったり固定されたりなど正常でない状態が発生しているかどうかを検出する。正常でない相が1個でもある場合は、電流計測器異常検知部16は出力信号CSとして異常を出力し、すべての相が正常の場合には正常を出力する。
三相交流電流の和はゼロになるので、電流計測器5a〜5cの中で正常でない相の数が1個の場合は、他の相の電流から正常でない相の電流を計算するようにすれば、正常でない相の数が2個以上の場合を異常と判断するようにしてもよい。
The current measuring device abnormality detection unit 16 monitors the current of each phase and detects whether or not an abnormal state such as an unstable or fixed current value occurs for each phase. When there is even one phase that is not normal, the current measuring device abnormality detection unit 16 outputs an abnormality as the output signal CS, and outputs normal when all phases are normal.
Since the sum of the three-phase alternating currents becomes zero, if the number of abnormal phases is one in the current measuring devices 5a to 5c, the current of the abnormal phase is calculated from the currents of the other phases. For example, a case where the number of abnormal phases is two or more may be determined as abnormal.

電流計測器異常検知部16の出力信号CSが正常の場合は、スイッチ17D、17Qは、電流フィードバック制御部9のd軸及びq軸の出力をそれぞれ加算器11D、11Qに出力する。なお、スイッチ17Dの出力をd軸電圧補償値と呼び、変数deで表現する。同様に、スイッチ17Qの出力をq軸電圧補償値qeとする。そして、信号CSが異常な場合は、スイッチ17D、17Qは、ゼロ信号を加算器11D、11Qに出力する。
以上をまとめると、スイッチ17D、17Qは、以下のように、d軸電圧補償値deとq軸電圧補償値qeを切り替える。
(電流計測器が正常な時)
qe=ΔIq0 (9−1)
de=ΔId0 (10−1)
(電流計測器が異常な時)
qe=0 (9−2)
de=0 (10−2)
なお、q軸電圧補償値qeとd軸電圧補償値deは瞬時にゼロとすることで問題ないが、この際のトルク変動を軽減するためには、徐々にゼロに絞る機能を設けることがより望ましい。
When the output signal CS of the current measuring device abnormality detection unit 16 is normal, the switches 17D and 17Q output the d-axis and q-axis outputs of the current feedback control unit 9 to the adders 11D and 11Q, respectively. The output of the switch 17D is called a d-axis voltage compensation value and is expressed by a variable de. Similarly, the output of the switch 17Q is a q-axis voltage compensation value qe. If the signal CS is abnormal, the switches 17D and 17Q output a zero signal to the adders 11D and 11Q.
In summary, the switches 17D and 17Q switch between the d-axis voltage compensation value de and the q-axis voltage compensation value qe as follows.
(When current meter is normal)
qe = ΔIq0 (9-1)
de = ΔId0 (10-1)
(When the current meter is abnormal)
qe = 0 (9-2)
de = 0 (10-2)
Note that the q-axis voltage compensation value qe and the d-axis voltage compensation value de can be instantaneously zeroed, but in order to reduce the torque fluctuation at this time, it is more preferable to provide a function of gradually narrowing to zero. desirable.

電圧演算部10では、電流計測器異常検知部16からの出力信号CSに応じて、以下の2種類の演算式を切り替えて、q軸フィードフォワード電圧Eq*、d軸フィードフォワード電圧Ed*を演算して出力する。
(電流計測器が正常な時)
Eq*=ω×L1×σ×Id*+(ω×M)/(L2×Φ2*) (11−1)
Ed*=−ω×L1×σ×Iq*+(M/L2)×pΦ2* (12−1)
(電流計測器が異常な時)
Eq*=(pL1×σ+R1)×Iq*
+ω×L1×σ×Id*+(ω×M)/(L2×Φ2) (11−2)
Ed*=(pL1×σ+R1)×Id*
−ω×L1×σ×Iq*+(M/L2)×pΦ2 (12−2)
The voltage calculation unit 10 calculates the q-axis feedforward voltage Eq * and the d-axis feedforward voltage Ed * by switching between the following two calculation formulas according to the output signal CS from the current measuring device abnormality detection unit 16. And output.
(When current meter is normal)
Eq * = ω × L1 × σ × Id * + (ω × M) / (L2 × Φ2 *) (11-1)
Ed * = − ω × L1 × σ × Iq * + (M / L2) × pΦ2 * (12-1)
(When the current meter is abnormal)
Eq * = (pL1 × σ + R1) × Iq *
+ Ω × L1 × σ × Id * + (ω × M) / (L2 × Φ2) (11-2)
Ed * = (pL1 × σ + R1) × Id *
−ω × L1 × σ × Iq * + (M / L2) × pΦ2 (12-2)

電流計測器が異常な時の式(12−2)、(11−2)は、電流指令値Id*とIq*を電動機1に供給するために必要なインバータ2のdq座標系での出力電圧を意味している。こうすることにより、電流計測器が異常な時は、電流フィードバック制御は停止しているが、フィードフォワード的にベクトル制御を実施し、電動機1を駆動できる。   Expressions (12-2) and (11-2) when the current measuring instrument is abnormal are the output voltages in the dq coordinate system of the inverter 2 necessary for supplying the current command values Id * and Iq * to the motor 1. Means. By doing so, the current feedback control is stopped when the current measuring instrument is abnormal, but the vector control can be performed in a feedforward manner to drive the electric motor 1.

ここで、式(11−2)の右辺と(11−1)の右辺との差を変数ΔEq*で表現し、式(12−2)の右辺と(12−1)の右辺との差を変数ΔEd*で表現すると、以下のようになる。
ΔEq*=(pL1×σ+R1)×Iq* (13)
ΔEd*=(pL1×σ+R1)×Id* (14)
式(13)、(14)は、電流計測器が正常な場合と異常な場合との電圧演算部10の出力の差が、電動機1の1次側回路での電圧降下に相当することを意味する。
Here, the difference between the right side of equation (11-2) and the right side of (11-1) is expressed by a variable ΔEq *, and the difference between the right side of equation (12-2) and the right side of (12-1) is expressed as When expressed by the variable ΔEd *, it is as follows.
ΔEq * = (pL1 × σ + R1) × Iq * (13)
ΔEd * = (pL1 × σ + R1) × Id * (14)
Expressions (13) and (14) mean that the difference in the output of the voltage calculation unit 10 between when the current measuring instrument is normal and when it is abnormal corresponds to a voltage drop in the primary side circuit of the electric motor 1. To do.

電流計測器が正常であり電流フィードバック制御部9が動作している場合は、ΔEq*とΔEd*とを電流フィードバック制御部9が分担する。つまり、以下の式が成立する。なお、ここで、「≒」の記号は、外乱や制御誤差や電流指令値の変動がない場合には一致し、外乱などがある場合でも差が僅かであることを意味する。
ΔIq0≒ΔEq* (15)
ΔId0≒ΔEd* (16)
When the current measuring instrument is normal and the current feedback control unit 9 is operating, the current feedback control unit 9 shares ΔEq * and ΔEd *. That is, the following formula is established. Here, the symbol “≈” means that the values coincide when there is no disturbance, control error, or current command value fluctuation, and that the difference is small even when there is a disturbance.
ΔIq0≈ΔEq * (15)
ΔId0≈ΔEd * (16)

式(13)、(14)に示すように、ΔEq*が電流指令値Iq*だけから決まり、ΔEd*が電流指令値Id*だけから決まるので、電流フィードバック制御部9では、d軸とq軸とを原理的に分離して制御できることになる。そのため、電流フィードバック制御部9では、d軸とq軸で独立に指令値と計測値の間の偏差に対して比例積分制御を行う。式(7)、(8)における比例ゲインK1と積分ゲインK2は、電流フィードバック制御部9が分担して補償する電圧成分の大きさと実現すべき応答特性などを考慮して適切に設定する。なお、電流フィードバック制御部9が分担して補償する電圧成分は、q軸が電流指令値Iq*により決まる項と定数項(無くても可)の和であり、d軸が電流指令値Id*により決まる項と定数項(無くても可)の和であれば、式(13)、(14)とは異なる式で計算してもよい。   As shown in the equations (13) and (14), ΔEq * is determined only from the current command value Iq *, and ΔEd * is determined only from the current command value Id *. Can be separated and controlled in principle. Therefore, the current feedback control unit 9 performs proportional-integral control on the deviation between the command value and the measured value independently on the d-axis and the q-axis. The proportional gain K1 and the integral gain K2 in the equations (7) and (8) are appropriately set in consideration of the magnitude of the voltage component shared and compensated by the current feedback control unit 9 and the response characteristics to be realized. The voltage component that is shared and compensated by the current feedback control unit 9 is the sum of a term determined by the current command value Iq * and a constant term (may be omitted), and the d-axis represents the current command value Id *. As long as the sum of the term determined by (1) and a constant term (which may be omitted) may be calculated by a formula different from formulas (13) and (14).

加算器11D、11Qの出力が、それぞれ電圧指令値Vd*、Vq*である。加算器11Dは電圧演算部10のd軸分出力とスイッチ17Dの出力の和を取り、加算器11Qは電圧演算部10のq軸分出力とスイッチ17Qの出力の和を取るので、電圧指令値Vq*、Vd*は次式で計算される。
Vq*=Eq*+qe (17)
Vd*=Ed*+de (18)
The outputs of the adders 11D and 11Q are voltage command values Vd * and Vq *, respectively. The adder 11D takes the sum of the output for the d-axis of the voltage calculation unit 10 and the output of the switch 17D, and the adder 11Q takes the sum of the output for the q-axis of the voltage calculation unit 10 and the output of the switch 17Q. Vq * and Vd * are calculated by the following equations.
Vq * = Eq * + qe (17)
Vd * = Ed * + de (18)

電圧指令値Vq*、Vd*は、dq軸三相座標変換器14により三相の電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*に変換されて、パルス発生部15に入力される。パルス発生部15では、三相の電圧指令値に基づきインバータ2の出力電圧がこの電圧指令値に一致するようにゲートパルスを発生させてインバータ2を制御する。   The voltage command values Vq * and Vd * are converted into three-phase voltage command values Vu *, Vv * and Vw * by the dq-axis three-phase coordinate converter 14 and input to the pulse generator 15. The pulse generator 15 controls the inverter 2 by generating a gate pulse based on the three-phase voltage command value so that the output voltage of the inverter 2 matches the voltage command value.

以上のように説明した動作による効果を、電動機のトルク指令値Tm*をステップ状に変化させた場合のシミュレーション結果により示す。図2は、実施の形態1の構成での電流計測器異常検知部16が正常判定している場合のトルク指令値Tm*と電動機1のトルクTm及び電動機1のロータ周波数FMのシミュレーション結果を示す図である。図3は、実施の形態1の構成での電流計測器異常検知部16が異常判定している場合のトルク指令値Tm*と電動機1のトルクTm及び電動機1のロータ周波数FMのシミュレーション結果を示す図である。なお、ロータ周波数FMは、回転角速度ωrとの間に、FM=ωr/2πの関係が有る。   The effect by the operation | movement demonstrated as mentioned above is shown by the simulation result at the time of changing torque command value Tm * of an electric motor in steps. FIG. 2 shows simulation results of the torque command value Tm *, the torque Tm of the electric motor 1 and the rotor frequency FM of the electric motor 1 when the current measuring instrument abnormality detecting unit 16 in the configuration of the first embodiment determines normal. FIG. FIG. 3 shows simulation results of the torque command value Tm *, the torque Tm of the electric motor 1 and the rotor frequency FM of the electric motor 1 when the current measuring instrument abnormality detecting unit 16 in the configuration of the first embodiment makes an abnormality determination. FIG. The rotor frequency FM has a relationship of FM = ωr / 2π with the rotational angular velocity ωr.

図2と図3を比較すると、電流が計測できなくて電流フィードバック制御が停止している場合の図3でも、電流フィードバック制御が動作している場合の図2とほぼ同様な制御が可能であることが分かる。
図3では、電流計測器5a〜5cの信号を制御に使用しないため、トルク指令値Tm*の立ち上げ時(t=0.8s付近)は、電動機1のトルクTmは、トルク指令値Tm*と若干遅れて立ち上がるが、その立ち上がり時定数は30ms程度であり、これはV/F制御で一般に実現可能な時定数である数百msの約1/10の数値であり、高速応答が得られていることが分かる。これは、V/F制御では2次磁束を一定にするという考慮をしておらず、2次磁束が一定に落ち着くまでに数百msかかるためである。
定常状態(t=1.5s以降)では電動機1のトルクTmは、トルク指令値Tm*から若干の誤差を有するが、実用上問題のないものであり、電動機1のロータ周波数FMは直線状に増加しており、安定に加速可能であることが分かる。
Comparing FIG. 2 and FIG. 3, even in FIG. 3 when current cannot be measured and the current feedback control is stopped, control similar to FIG. 2 when current feedback control is operating is possible. I understand that.
In FIG. 3, since the signals of the current measuring devices 5a to 5c are not used for control, when the torque command value Tm * is started (near t = 0.8 s), the torque Tm of the electric motor 1 is the torque command value Tm *. The rise time constant is about 30 ms, which is about 1/10 of several hundred ms, which is a time constant that can be generally realized by V / F control, and a high-speed response is obtained. I understand that This is because the V / F control does not consider the secondary magnetic flux to be constant, and it takes several hundreds of milliseconds until the secondary magnetic flux settles constant.
In the steady state (t = 1.5 s or later), the torque Tm of the electric motor 1 has a slight error from the torque command value Tm *, but there is no practical problem, and the rotor frequency FM of the electric motor 1 is linear. It is increasing and it can be seen that it can be accelerated stably.

さらに、インバータ2に内蔵されるスイッチング素子は、過電流に対する自己保護機能を有するスイッチング素子を適用しているので、電動機1や配線の短絡や地絡等により過電流が流れた場合にこれを検知し、自動的にスイッチング動作をオフすることが可能となる。このため、電流計測器5a〜5cからの信号が使用できない場合でも、インバータ2を保護停止することが可能となり、インバータ2を損傷することがない。   Furthermore, since the switching element built in the inverter 2 is a switching element having a self-protection function against overcurrent, this is detected when an overcurrent flows due to a short circuit or ground fault of the motor 1 or wiring. Thus, the switching operation can be automatically turned off. For this reason, even when the signals from the current measuring devices 5a to 5c cannot be used, the inverter 2 can be protected and stopped, and the inverter 2 is not damaged.

電流フィードバック制御を停止することにより、インバータ2のスイッチング素子のオン電圧やスイッチングタイミングの誤差等により発生する制御誤差を補償できなくなるため、電動機1が発生するトルクTmはトルク指令値Tm*から多少の誤差を生じるが、電流が正しく計測できない場合でも電動機1の運転継続は可能となり、電力変換装置40が停止する事態は避けることが可能となる。
なお、電流フィードバック制御を停止しても、すべり角速度演算部12と電圧演算部10の出力信号から、フィードフォワード的にベクトル制御を実施するため、電動機1の発生するトルクTmの制御性能は、従来例よりも良くなる。その理由は、フィードフォワード的なベクトル制御においても、d軸電流指令値Id*とq軸電流指令値Iq*からベクトル制御条件(d軸を二次磁束軸と一致させる条件)が成立するすべり角速度指令値ωs*がすべり角速度演算部12にて算出され、その上でd軸フィードフォワード電圧Ed*、q軸フィードフォワード電圧Eq*を電動機1に印加できる構成となり、電動機1への印加電圧振幅と位相が瞬時値ベースで制御可能であるためである。
By stopping the current feedback control, it becomes impossible to compensate for a control error caused by an ON voltage of the switching element of the inverter 2 or an error in switching timing. Therefore, the torque Tm generated by the electric motor 1 is slightly different from the torque command value Tm *. Although an error occurs, the operation of the electric motor 1 can be continued even when the current cannot be measured correctly, and the situation where the power conversion device 40 stops can be avoided.
Even when the current feedback control is stopped, since the vector control is performed in a feedforward manner from the output signals of the slip angular velocity calculation unit 12 and the voltage calculation unit 10, the control performance of the torque Tm generated by the motor 1 is conventionally Better than the example. The reason for this is that even in feedforward vector control, the slip angular velocity at which vector control conditions (conditions for matching the d-axis with the secondary magnetic flux axis) are established from the d-axis current command value Id * and the q-axis current command value Iq *. The command value ωs * is calculated by the slip angular velocity calculation unit 12, and then, the d-axis feedforward voltage Ed * and the q-axis feedforward voltage Eq * can be applied to the motor 1, and the applied voltage amplitude to the motor 1 is determined. This is because the phase can be controlled on an instantaneous value basis.

以上に示したとおり、本発明に係る実施の形態1の構成によれば、電流計測器が故障してその計測信号が使用できない状態で電動機を駆動可能とする電力変換装置に関し、部品の追加やコストの増加、ソフトウエア、ハードウエアの規模の増大を招くことが無く、電流計測器の信号を使用しない状態でも発生トルクを従来例よりも正確かつ高速に制御可能である。
また、電動機で電気車を駆動する電鉄システムにおいては、電流計測器の故障により電流計測器からの信号が使用できない場合においても、実用上十分な性能で電動機の運転が可能となるので、電気車が線路上で立ち往生する事態を避けることが可能となり、安定な電鉄システムを構成することができる。
インバータが同期電動機を駆動する場合には、同期電動機は電源周波数に同期して回転し回転磁界と印加電圧の間の位相差によりトルクが決まるので、回転センサは同期電動機の位相角を計測することになる。回転速度や位相角のことを回転状態と呼ぶ。
As described above, according to the configuration of the first embodiment of the present invention, regarding the power conversion device that can drive the electric motor in a state where the current measuring device fails and the measurement signal cannot be used, additional parts and The generated torque can be controlled more accurately and at a higher speed than the conventional example without increasing the cost, increasing the scale of software and hardware, and without using the signal of the current measuring instrument.
In addition, in an electric railway system that drives an electric vehicle with an electric motor, even if the signal from the current measuring instrument cannot be used due to a failure of the current measuring instrument, the electric motor can be operated with practically sufficient performance. It is possible to avoid a situation where the vehicle is stuck on the track, and a stable railway system can be configured.
When the inverter drives a synchronous motor, the synchronous motor rotates in synchronization with the power supply frequency, and the torque is determined by the phase difference between the rotating magnetic field and the applied voltage, so the rotation sensor measures the phase angle of the synchronous motor. become. The rotation speed and phase angle are called a rotation state.

なお、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略、変更する等して構成することも可能である。
さらに、本明細書では、電鉄分野への電力変換装置を考慮して発明内容の説明を実施しているが、適用分野はこれに限られるものではなく、自動車、エレベータ、電力システム等、種々の関連分野への応用が可能である。
Note that the configurations shown in the above embodiments are examples of the contents of the present invention, and can be combined with other known techniques, and a part thereof is omitted without departing from the gist of the present invention. It is also possible to configure by changing.
Furthermore, in the present specification, the description of the invention is carried out in consideration of the power conversion device to the electric railway field, but the application field is not limited to this, and various types of vehicles such as automobiles, elevators, electric power systems, etc. Application to related fields is possible.

この発明に係る電力変換装置は、三相交流で誘導電動機を駆動するインバータと、該インバータの交流電流を相ごとに計測する電流計測器と、前記誘導電動機の回転状態を計測する回転センサと、外部から入力される指令値に基づいて、前記誘導電動機の二次磁束軸に一致するd軸とこれに直交するq軸とによる回転座標系における電圧ベクトルとして前記インバータの電圧指令値を求めこの電圧指令値に一致した交流電圧を出力するように前記インバータを制御するインバータ制御部とを備え、前記インバータ制御部が、前記回転センサの計測値を用いて前記回転座標系と三相の間で座標変換を行う座標変換部と、外部から入力される指令値に基づいて前記インバータが出力すべき電流の指令値である電流指令値を演算する電流指令値演算部、前記誘導電動機の二次磁束軸にd軸が一致するようなすべり角速度を前記電流指令値と前記誘導電動機の回路定数とを用いて常に演算するすべり角速度演算部と、前記電流計測器で計測された電流計測値と前記電流指令値との差が小さくなるように制御する電流フィードバック制御部、該電流フィードバック制御部の出力との和が前記電圧指令値となる電圧を前記誘導電動機の回路定数と前記電流指令値とを用いて演算する電圧演算部、前記電圧指令値を出力するように前記インバータを制御するゲートパルスを発生させるパルス発生部を有し、所定の条件では、前記誘導電動機の回路定数に基づいて前記電流指令値と等しい電流を前記インバータが出力するような電圧を前記電圧演算部が演算し、前記電圧演算部の出力を前記電圧指令値とすることを特徴とするものである。 The power conversion device according to the present invention includes an inverter that drives an induction motor with three-phase alternating current, a current measuring instrument that measures the alternating current of the inverter for each phase, a rotation sensor that measures the rotational state of the induction motor, Based on a command value input from the outside, the voltage command value of the inverter is obtained as a voltage vector in a rotating coordinate system by a d-axis coinciding with the secondary magnetic flux axis of the induction motor and a q-axis orthogonal thereto. An inverter control unit that controls the inverter to output an AC voltage that matches the command value, and the inverter control unit uses the measurement value of the rotation sensor to coordinate between the rotating coordinate system and the three phases. A coordinate conversion unit that performs conversion, and a current command value calculation that calculates a current command value that is a current command value to be output from the inverter based on a command value input from the outside A slip angular velocity calculating section always calculated using the circuit constants of the slip angular velocity as the d-axis coincides the current command value and the induction motor secondary flux axis of the induction motor, measured by the current measuring device A current feedback control unit for controlling the difference between the measured current value and the current command value to be small, and a voltage at which the sum of the output of the current feedback control unit and the voltage command value becomes the circuit constant of the induction motor And a voltage calculation unit that calculates using the current command value, and a pulse generation unit that generates a gate pulse that controls the inverter so as to output the voltage command value . The voltage calculation unit calculates a voltage such that the inverter outputs a current equal to the current command value based on a circuit constant, and outputs the voltage calculation unit to the voltage command. It is characterized in that a.

この発明に係る電力変換装置は、三相交流で誘導電動機を駆動するインバータと、該インバータの交流電流を相ごとに計測する電流計測器と、前記誘導電動機の回転状態を計測する回転センサと、外部から入力される指令値に基づいて、前記誘導電動機の二次磁束軸に一致するd軸とこれに直交するq軸とによる回転座標系における電圧ベクトルとして前記インバータの電圧指令値を求めこの電圧指令値に一致した交流電圧を出力するように前記インバータを制御するインバータ制御部とを備え、前記インバータ制御部が、前記回転センサの計測値を用いて前記回転座標系と三相の間で座標変換を行う座標変換部と、外部から入力される指令値に基づいて前記インバータが出力すべき電流の指令値である電流指令値を演算する電流指令値演算部、前記誘導電動機の二次磁束軸にd軸が一致するようなすべり角速度を前記電流指令値と前記誘導電動機の回路定数とを用いて常に演算するすべり角速度演算部と、前記電流計測器で計測された電流計測値と前記電流指令値との差が小さくなるように制御する電流フィードバック制御部、該電流フィードバック制御部の出力との和が前記電圧指令値となる電圧を前記誘導電動機の回路定数と前記電流指令値とを用いて演算する電圧演算部、前記電圧指令値を出力するように前記インバータを制御するゲートパルスを発生させるパルス発生部を有し、所定の条件では、前記誘導電動機の回路定数に基づいて前記電流指令値と等しい電流を前記インバータが出力するような電圧を前記電圧演算部が演算し、前記電圧演算部の出力を前記電圧指令値とすることを特徴とするものなので、電流計測器で計測されたインバータの電流の計測値が使用できない状態でも、フィードフォワード的にベクトル制御を実施し電動機を駆動でき、従来よりもトルクを正確に制御可能であるという効果が有る。
The power conversion device according to the present invention includes an inverter that drives an induction motor with three-phase alternating current, a current measuring instrument that measures the alternating current of the inverter for each phase, a rotation sensor that measures the rotational state of the induction motor, Based on a command value input from the outside, the voltage command value of the inverter is obtained as a voltage vector in a rotating coordinate system by a d-axis coinciding with the secondary magnetic flux axis of the induction motor and a q-axis orthogonal thereto. An inverter control unit that controls the inverter to output an AC voltage that matches the command value, and the inverter control unit uses the measurement value of the rotation sensor to coordinate between the rotating coordinate system and the three phases. A coordinate conversion unit that performs conversion, and a current command value calculation that calculates a current command value that is a current command value to be output from the inverter based on a command value input from the outside A slip angular velocity calculating section always calculated using the circuit constants of the slip angular velocity as the d-axis coincides the current command value and the induction motor secondary flux axis of the induction motor, measured by the current measuring device A current feedback control unit for controlling the difference between the measured current value and the current command value to be small, and a voltage at which the sum of the output of the current feedback control unit and the voltage command value becomes the circuit constant of the induction motor And a voltage calculation unit that calculates using the current command value, and a pulse generation unit that generates a gate pulse that controls the inverter so as to output the voltage command value . The voltage calculation unit calculates a voltage such that the inverter outputs a current equal to the current command value based on a circuit constant, and outputs the voltage calculation unit to the voltage command. Because they are characterized by a, even when the measured value of the current of the inverter, which is measured by the current measuring device is not used, a feed forward manner can drive the electric motor implemented vector control, torque accurately than conventional There is an effect of being controllable.

Claims (6)

三相交流で電動機を駆動するインバータと、
該インバータの交流電流を相ごとに計測する電流計測器と、
前記電動機の回転状態を計測する回転センサと、
外部から入力される指令値に基づいて、回転する直交座標系である回転座標系で前記インバータの電圧指令値を求めこの電圧指令値に一致した交流電圧を出力するように前記インバータを制御するインバータ制御部とを備え、
前記インバータ制御部が、前記回転センサの計測値を用いて前記回転座標系と三相の間で座標変換を行う座標変換部と、外部から入力される指令値に基づいて前記インバータが出力すべき電流の指令値である電流指令値を演算する電流指令値演算部、前記電流計測器で計測された電流計測値と前記電流指令値との差が小さくなるように制御する電流フィードバック制御部、該電流フィードバック制御部の出力との和が前記電圧指令値となる電圧を前記電動機の回路定数と前記電流指令値とを用いて演算する電圧演算部、前記電圧指令値を出力するように前記インバータを制御するゲートパルスを発生させるパルス発生部を有し、
所定の条件で、前記電圧演算部の出力を前記電圧指令値とし、前記電動機の回路定数に基づいて前記電流指令値と等しい電流を前記インバータが出力するような前記電圧指令値を前記電圧演算部が演算することを特徴とする電力変換装置。
An inverter that drives an electric motor with three-phase alternating current;
A current measuring device for measuring the alternating current of the inverter for each phase;
A rotation sensor for measuring a rotation state of the electric motor;
An inverter that controls the inverter so as to obtain the voltage command value of the inverter in a rotating coordinate system that is a rotating orthogonal coordinate system based on a command value input from the outside, and to output an AC voltage that matches the voltage command value A control unit,
The inverter control unit should output a coordinate conversion unit that performs coordinate conversion between the rotating coordinate system and three phases using the measurement value of the rotation sensor, and the inverter based on a command value input from the outside A current command value calculation unit that calculates a current command value that is a current command value; a current feedback control unit that controls the difference between the current measurement value measured by the current measuring instrument and the current command value; A voltage calculation unit that calculates a voltage that is the sum of the output of the current feedback control unit and the voltage command value using the circuit constant of the motor and the current command value, and the inverter to output the voltage command value Having a pulse generator for generating a gate pulse to be controlled;
The voltage calculation unit outputs the voltage command value such that the inverter outputs a current equal to the current command value based on a circuit constant of the motor under a predetermined condition. The power converter characterized by calculating.
前記電流計測器が正常に電流を計測できているかどうかを監視する電流計測器異常検知部とを備え、
正常に電流を計測できていない前記電流計測器の数が所定個以上の場合に、前記所定の条件が成立する場合とすることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。
A current measuring device abnormality detection unit that monitors whether the current measuring device can measure current normally,
The power converter according to claim 1, wherein the predetermined condition is satisfied when the number of the current measuring devices that cannot normally measure the current is equal to or greater than a predetermined number.
前記インバータを構成するスイッチング素子が過電流に対する自己保護機能を有することを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1, wherein the switching elements constituting the inverter have a self-protection function against overcurrent. 前記電流フィードバック制御部の出力とゼロ信号とを切り替えて出力するスイッチと、該スイッチの出力と前記電圧演算部の出力とを加算して前記電圧指令値とする加算器とを前記インバータ制御部が有することを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 The inverter control unit includes a switch that switches and outputs the output of the current feedback control unit and a zero signal, and an adder that adds the output of the switch and the output of the voltage calculation unit to obtain the voltage command value. The power converter according to claim 1, comprising: 前記電動機を誘導電動機とし、前記回転座標系の一軸を二次磁束軸に一致させ、トルク指令値と二次磁束指令値を外部から入力し、
前記インバータ制御部が、前記電流指令値からすべり角速度指令値を演算するすべり角速度演算部を有することを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。
The electric motor is an induction motor, one axis of the rotational coordinate system is matched with a secondary magnetic flux axis, a torque command value and a secondary magnetic flux command value are input from the outside,
The power converter according to claim 1, wherein the inverter control unit includes a slip angular velocity calculation unit that calculates a slip angular velocity command value from the current command value.
前記電流フィードバック制御部が、前記電動機の一次側の電圧降下分を分担してフィードバック制御を行うことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 The power converter according to claim 1, wherein the current feedback control unit performs feedback control by sharing a voltage drop on a primary side of the electric motor.
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