JP2008011631A - 永久磁石モータのベクトル制御装置及びインバータモジュール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、d軸の電流指令値が「零」設定でも、出力電圧値の演算や位相誤差の推定演算に、q軸電流検出値から演算する仮想インダクタンス値を用いることにより、抵抗の設定誤差(R−R*)が存在する場合でも、同一トルクでの電流最小化を実現可能で、「永久磁石モータの高効率ベクトル制御装置」を提供できる。
【選択図】図1
Description
抵抗の設定誤差(R−R* )が存在する場合、軸誤差推定値に「推定誤差」が発生し、同一トルクでの電流最小化を実現することは困難となる課題がある。
図1は、本発明の一実施例である永久磁石モータの高効率ベクトル制御装置の構成例を示す。
2は3相交流の電圧指令値Vu* ,Vv* ,Vw* に比例した電圧を出力する電力変換器、
21は直流電源、
3は3相交流電流Iu,Iv,Iwを検出できる電流検出器、
4は前記3相交流電流Iu,Iv,Iwの検出値Iuc,Ivc,Iwcと、電力変換器の回転位相指令値θc* からd軸およびq軸の電流検出値Idc,Iqcを出力する座標変換部、
5はd軸およびq軸の電圧指令値Vdc*,Vqc*、周波数演算値ω1 、電流検出値
Idc,Iqc、仮想インダクタンス演算値L* およびモータ定数に基づいて、回転位相指令値θc* とモータ回転位相値θとの偏差である軸誤差を推定演算し、Δθcを出力する軸誤差推定演算部、
6は軸誤差演算値Δθcが軸誤差の指令値Δθc* (ゼロ)に一致するように周波数演算値ω1を出力する周波数演算部、
7は周波数演算値ω1 を積分して、座標変換部4,12に回転位相指令値θc* を出力する位相演算部、
8は速度指令値ωr *と周波数演算値ω1 が一致すようにq軸の電流指令値Iq* を出力する速度制御演算部、
9はq軸の電流指令値Iq*と電流検出値Iqcとの偏差から第2のq軸電流指令値
Iq**を出力するq軸電流指令演算部、
10はd軸の電流指令値Id* 「ゼロ」と電流検出値Idcとの偏差から第2のd軸電流指令値Id**を出力するd軸電流指令演算部、
11はモータ1の電気定数と第2の電流指令値Id**,Iq**および周波数演算値ω1 、インダクタンス演算値L* に基づいて、d軸およびq軸の電圧指令値Vdc*,Vqc*を出力する電圧ベクトル演算部、
12は電圧指令値Vdc *,Vdc* と回転位相指令値θc* から3相交流の電圧指令値Vu* ,Vv* ,Vw* を出力する座標変換部、
13はq軸電流検出値Iqcから軸誤差推定演算部5と電圧ベクトル演算部11の演算に用いるインダクタンス演算値L*を出力する仮想インダクタンス演算部である。
(=θc*−θ)を(数2)のようにΔθopt を定義する。
Iqcから、モータ軸(d−q)軸上のモータ電流Id,Iqへの座標変換行列は、(数3)となる。
Id*が「ゼロ」設定でも、トルク・電流比最大制御を実現することができる。
Iq**と周波数演算値ω1 およびモータ定数の設定値とインダクタンス演算値L* を用いて、演算されるd軸およびq軸の電圧指令値Vdc*,Vqc*は(数9)となる。
Δθcを(数13)に従い演算する。
Δθopt に一致するように、インダクタンス演算値L*を設定すればよい。
方式2:電気学会論文誌、114−D、6、P668(1994−6)の「埋込磁石構造PMモータの広範囲可変速制御」に記載の方法(モータ定数とq軸の電流値を用いてd軸の電流を演算する方式)を用いた場合の特性、
方式3:仮想インダクタンス演算部13を用いた場合の特性である。
図4は、本発明の他の実施例を示す。
ω1 、インダクタンス設定値L**に基づいて、(数21)に従いd軸およびq軸の電圧指令値Vdc*,Vqc*を出力する電圧ベクトル演算部、
28)に示すような範囲で、モータ電流が最小となるように、仮想インダクタンス設定値L**を設定すればよい。
図5は、本発明の他の実施例を示す。
10aはd軸電流指令値Id* にd軸電流検出値Idcが一致するような電圧値ΔVdを出力るd軸の電流制御演算部、
11bは第1のd軸およびq軸の電流指令値Id*,Iq*とd軸およびq軸の電流制御出力値ΔVd,ΔVq、周波数演算値ω1 、モータ1の電気定数および仮想インダクタンス演算値L* を用いて、(数29)に従い電圧指令値Vdc*,Vqc*を演算する。
L* を算出し、この値を用いて、電圧ベクトル演算と軸誤差推定演算を行ったが、仮想インダクタンス設定値L**をd軸インダクタンスLd相当としても良好な結果が得られる。
上記の第1〜第3の実施例までは、高価な電流検出器3で検出した3相の交流電流Iu〜Iwを検出する方式であったが、安価な電流検出を行う制御装置においても適用することができる。
Iu,Iv,Iwを推定する電流推定部である。
図7は、本発明の他の実施例を示す。
ω1 に基づいて、(数31)に従いd軸およびq軸の電圧指令値Vdc*,Vqc*を出力する電圧ベクトル演算部、
図8を用いて本発明をモジュールに適用した例について説明する。
L* …インダクタンス演算値、L**…インダクタンス設定値、Id* …第1のd軸電流指令値、Id**…第2のd軸電流指令値、Iq* …第1のq軸電流指令値、Iq**…第2のq軸電流指令値、Id…モータのd軸電流値、Iq…モータのq軸電流値、ΔVd…d軸の電流制御出力値、ΔVq…q軸の電流制御出力値、Δθc…軸誤差推定値、Δθ…軸誤差、Δθc*…軸誤差の指令値、ω1…周波数演算値、IDC…入力直流母線電流検出値。
Claims (17)
- d軸およびq軸の電流指令値および電流検出値と、周波数演算値およびモータ定数の設定値に従い、永久磁石モータを駆動する電力変換器の出力電圧値を制御し、周波数演算値を積分して求めた回転位相指令値と永久磁石モータの回転位相値との偏差である軸誤差が軸誤差の指令値に一致するように、前記周波数演算値を制御する磁石モータの制御装置において、
d軸の電流指令値と軸誤差の指令値を共にほぼ零に設定し、仮想インダクタンス値を用いて、前記電力変換器の出力電圧指令値や軸誤差推定値を演算することを特徴とする永久磁石モータのベクトル制御装置。 - 請求項1において、
前記仮想インダクタンス値は、同一トルクで永久磁石モータの電流値が小さくなる値であることを特徴とした永久磁石モータのベクトル制御装置。 - 請求項1において、
前記仮想インダクタンス値は、
モータ定数値と、q軸の電流検出値又は電流指令値とを用いて演算すること、あるいは、テーブル参照値を用いて設定することを特徴とする永久磁石モータのベクトル制御装置。 - 請求項1において、
前記仮想インダクタンス値は、
モータのq軸インダクタンス値がd軸インダクタンス値より大きい場合は、仮想インダクタンス値を、d軸インダクタンス値より大きく、d軸およびq軸のインダクタンス値の加算値の1/2より小さく設定し、
モータのq軸インダクタンス値がd軸インダクタンス値より小さい場合は、仮想インダクタンス値を、d軸およびq軸のインダクタンス値の加算値の1/2より大きく、d軸のインダクタンス値よりも小さく設定することを特徴とする永久磁石モータのベクトル制御装置。 - 請求項1において、
前記仮想インダクタンス値は、d軸インダクタンス値であることを特徴とする永久磁石モータのベクトル制御装置。 - 請求項1において、
前記電力変換器の出力電圧指令値の演算は、
第1のd軸およびq軸の電流指令値と電流検出値から演算した第2の電流指令値とモータ定数および周波数演算値と、仮想インダクタンス値とに従い演算することを特徴とする永久磁石モータのベクトル制御装置。 - 請求項1において、
前記電力変換器の出力電圧指令値は、第1のd軸およびq軸の電流指令値と電流検出値から演算した電流制御出力値と、電流指令値とモータ定数および周波数演算値と仮想インダクタンス演算値とから演算した電圧ベクトル演算出力値とに従い演算することを特徴とする永久磁石モータのベクトル制御装置。 - 請求項1において、
電流検出値は、
電力変換器の入力直流母線電流検出値からモータ電流を再現した電流であることを特徴とする永久磁石モータのベクトル制御装置。 - 請求項1において、
前記軸誤差は、d軸およびq軸の電圧指令値と、検出したモータ電流値あるいは再現した電流による推定演算値と、モータ定数及び前記仮想インダクタンス値とにより演算することを特徴とする永久磁石モータのベクトル制御装置。 - 請求項1記載の永久磁石モータの制御装置と直流を交流に変換する電力変換器とを有することを特徴とするインバータモジュール。
- 永久磁石モータを駆動する電力変換器と、d軸およびq軸の電流指令値および電流検出値と、周波数演算値およびモータ定数の設定値に従い、変換器の出力電圧値を制御し、周波数演算値を積分して求めた回転位相指令値と永久磁石モータの回転位相値との偏差である軸誤差が軸誤差の指令値に一致するように、前記周波数演算値を制御する磁石モータの制御装置において、
d軸の電流指令値をほぼ零に設定し、同一トルクで永久磁石モータの電流値が最小となるような軸誤差の指令値を演算することを特徴とする永久磁石モータのベクトル制御装置。 - 請求項11において、
前記軸誤差の指令値は、モータ定数値と、q軸の電流検出値又は電流指令値とを用いて演算すること、あるいは、テーブル参照値を用いて設定することを特徴とする永久磁石モータのベクトル制御装置。 - 請求項11において、
前記電力変換器の出力電圧値の演算は、第1のd軸およびq軸の電流指令値と電流検出値から演算した第2の電流指令値とモータ定数および周波数演算値と、仮想インダクタンス演算値あるいは仮想インダクタンス設定値に従い演算することを特徴とする永久磁石モータのベクトル制御装置。 - 請求項11において、
前記電力変換器の出力電圧指令値は、第1のd軸およびq軸の電流指令値と電流検出値から演算した電流制御出力値と、電流指令値,モータ定数及び周波数演算値とから演算した電圧ベクトル演算出力値とに従い演算することを特徴とする永久磁石モータのベクトル制御装置。 - 請求項11において、前記電流検出値は、電力変換器の入力直流母線電流検出値からモータ電流を再現した電流であることを特徴とする永久磁石モータのベクトル制御装置。
- 請求項11において、
前記軸誤差は、d軸およびq軸の電圧指令値と、検出したモータ電流値あるいは再現した電流による推定演算値と、モータ定数とにより演算することを特徴とする永久磁石モータのベクトル制御装置。 - 請求項11記載の永久磁石モータの制御装置と、直流を交流に変換する電力変換器とを有することを特徴とするインバータモジュール。
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