JP7622012B2 - Inverter control device and power conversion device - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、インバータ制御装置および電力変換装置に関する。 Embodiments of the present invention relate to an inverter control device and a power conversion device.
従来、永久磁石同期モータ(PMSM)やシンクロナスリラクタンスモータ(SynRM)等の同期モータを駆動するインバータの制御装置において、モータの回転子の位置(回転角)センサや回転速度センサを用いないセンサレス制御を行う技術が提案されている。 Conventionally, in inverter control devices that drive synchronous motors such as permanent magnet synchronous motors (PMSM) and synchronous reluctance motors (SynRM), technology has been proposed that performs sensorless control without using a rotor position (rotation angle) sensor or rotation speed sensor for the motor.
例えばセンサレス制御を行うインバータ制御装置により、フリーラン状態からインバータを再起動する際には、インバータの出力位相や周波数をモータの回転子の位置や回転角速度に同期させる必要がある。このため、インバータの再起動時に、モータの磁気突極性を利用して回転子の回転位相角と回転角速度とを推定する方法や、交流電動機の残留電圧を用いて回転位相角と回転角速度とを推定する方法が提案されている。 For example, when restarting an inverter from a free-running state using an inverter control device that performs sensorless control, it is necessary to synchronize the inverter output phase and frequency with the position and rotational angular velocity of the motor's rotor. For this reason, methods have been proposed that use the magnetic salient poles of the motor to estimate the rotor's rotational phase angle and rotational angular velocity when restarting the inverter, and methods that use the residual voltage of an AC motor to estimate the rotational phase angle and rotational angular velocity.
しかしながら、インバータが停止状態から再起動する際、前者の方法では高周波重畳の周波数と基本波周波数が近づくことから高速回転時に高周波電流検出精度が悪くなり速度推定精度が劣化する場合があった。また、後者の方法では速度が高いほど推定精度がよくなるが、磁石が極少ないもしくは存在しないモータでは残留磁束や無負荷磁束が発生しないため角度や速度を推定することが出来なかった。 However, when the inverter is restarted from a stopped state, the former method causes the frequency of the high-frequency superposition to approach the fundamental frequency frequency, which can lead to poor high-frequency current detection accuracy during high-speed rotation and poor speed estimation accuracy. In addition, while the latter method improves estimation accuracy at higher speeds, it is not possible to estimate angle or speed in motors with very few or no magnets because no residual magnetic flux or no-load magnetic flux is generated.
例えば前者の方法を採用した制御装置において、直流電圧を印加した際に発生する基本波電流と脈動電流とを分離するためにフィルタと、そのフィルタ遅れを補正するためのマップを用いることが提案されている。しかしながら、フィルタやマップを用いることによりシステムが複雑化してしまう。 For example, in a control device that employs the former method, it has been proposed to use a filter to separate the fundamental current and pulsating current that are generated when a DC voltage is applied, and a map to correct the filter delay. However, using filters and maps makes the system more complicated.
本発明の実施形態は上記事情を鑑みて成されたものであって、回転中の同期機の回転位相角および回転角速度を高精度に推定可能なインバータ制御装置および電力変換装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and aims to provide an inverter control device and a power conversion device that can estimate the rotational phase angle and rotational angular speed of a rotating synchronous machine with high accuracy.
実施形態によるインバータ制御装置は、電流指令を生成する電流指令生成部と、インバータ主回路と同期機との間に流れる電流値を検出する電流検出部と、前記電流指令と検出された電流値とが一致するように電流制御を行い、脈動成分を含む電圧指令を算出する電流制御部と、前記電圧指令の値に基づき前記インバータ主回路の駆動信号を生成する変調部と、前記同期機の回転位相角の推定値を用いて、前記電圧指令の値および検出された前記電流値を座標変換する座標変換部と、前記座標変換に用いる前記回転位相角の推定値を定数としたときに、前記同期機の磁気突極性によって発生する前記電圧指令の前記脈動成分に基づいて、前記同期機の回転位相角及び回転角速度の初期値を演算する初期値演算部と、前記初期値演算部で演算された前記初期値を用いて、前記同期機の回転位相角及び回転角速度の推定値を演算する角度/速度演算部と、を備える。
an inverter control device according to an embodiment includes: a current command generating unit that generates a current command; a current detection unit that detects a current value flowing between an inverter main circuit and a synchronous machine; a current control unit that performs current control so that the current command and the detected current value match, and calculates a voltage command including a pulsating component ; a modulation unit that generates a drive signal for the inverter main circuit based on the value of the voltage command; a coordinate conversion unit that performs coordinate conversion of the voltage command value and the detected current value using an estimated value of a rotational phase angle of the synchronous machine; an initial value calculation unit that calculates initial values of a rotational phase angle and a rotational angular velocity of the synchronous machine based on the pulsating component of the voltage command generated due to magnetic salient pole of the synchronous machine when the estimated value of the rotational phase angle used in the coordinate conversion is set as a constant; and an angle/speed calculation unit that calculates estimated values of the rotational phase angle and the rotational angular velocity of the synchronous machine using the initial values calculated by the initial value calculation unit.
以下、実施形態のインバータ制御装置および電力変換装置について、図面を参照して説明する。
図1は、第1実施形態のインバータ制御装置および電力変換装置の一構成例を概略的に示す図である。
第1実施形態の電力変換装置は、インバータ主回路INVと、インバータ制御装置100とを備える。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An inverter control device and a power conversion device according to embodiments will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of an inverter control device and a power conversion device according to a first embodiment.
The power conversion device of the first embodiment includes an inverter main circuit INV and an inverter control device 100 .
インバータ主回路INVは、直流電力を三相交流電力に変換して同期機Mへ出力する。インバータ主回路INVは、各相において上アームのスイッチング素子と下アームのスイッチング素子とを備えている。 The inverter main circuit INV converts DC power into three-phase AC power and outputs it to the synchronous machine M. The inverter main circuit INV has an upper arm switching element and a lower arm switching element in each phase.
インバータ主回路INVには、インバータ制御装置100から上アームと下アームとのスイッチング素子の制御信号(ゲート指令)が供給される。なお、インバータ主回路INVは、スイッチング素子のオン/オフを切り替えることにより、交流電力と直流電力とを相互に変換することができる。 The inverter main circuit INV is supplied with control signals (gate commands) for the upper and lower arm switching elements from the inverter control device 100. The inverter main circuit INV can convert AC power to DC power and vice versa by switching the switching elements on and off.
同期機Mは、例えば、永久磁石同期モータ(PMSM)やシンクロナスリラクタンスモータ(SynRM)などの磁気突極性を備えたモータである。本実施形態では、同期機MとしてSynRMを用いた例について説明する。 The synchronous machine M is, for example, a motor with magnetic salient poles, such as a permanent magnet synchronous motor (PMSM) or a synchronous reluctance motor (SynRM). In this embodiment, an example in which a SynRM is used as the synchronous machine M will be described.
図2は、図1に示す同期機の一構成例を説明するための図である。
ここでは、同期機Mの一例としてSynRMの構成を示している。
同期機Mは回転子20と固定子10とを備え、各励磁相に流れる三相交流電流によって磁界が発生し、回転子との磁気的相互作用によりトルクを発生する。なお、ここでは、同期機Mの一部のみを示しており、同期機Mの固定子10および回転子20は、例えば図2に示す構成を複数組み合わせたものとなる。
FIG. 2 is a diagram for explaining one configuration example of the synchronous machine shown in FIG.
Here, the configuration of SynRM is shown as an example of a synchronous machine M.
The synchronous machine M includes a rotor 20 and a stator 10. A magnetic field is generated by three-phase AC current flowing through each excitation phase, and torque is generated by magnetic interaction with the rotor. Note that only a part of the synchronous machine M is shown here, and the stator 10 and the rotor 20 of the synchronous machine M are, for example, a combination of multiple configurations shown in FIG.
回転子20は、エアギャップ21と、外周ブリッジBR1と、センターブリッジBR2と、を有している。
センターブリッジBR2は、回転子20の外周と中心とを結ぶライン上に配置されている。なお、センターブリッジBR2が配列したラインがd軸となる。外周ブリッジBR1は、回転子20の外周とエアギャップ21との間に位置している。図2に示す同期機Mの部分には、回転子20の外周部と中心部との間に延びた6つのエアギャップ21が設けられている。エアギャップ21は、d軸に対して線対称に、センターブリッジBR2と外周ブリッジBR1との間に延びている。
The rotor 20 has an air gap 21, an outer circumferential bridge BR1, and a center bridge BR2.
The center bridge BR2 is disposed on a line connecting the outer periphery and center of the rotor 20. The line on which the center bridges BR2 are arranged corresponds to the d-axis. The outer periphery bridge BR1 is located between the outer periphery of the rotor 20 and the air gaps 21. The synchronous machine M portion shown in FIG. 2 is provided with six air gaps 21 extending between the outer periphery and center of the rotor 20. The air gaps 21 extend between the center bridge BR2 and the outer periphery bridge BR1, symmetrically with respect to the d-axis.
図3は、第1実施形態における、d軸、q軸、および、推定回転座標系(dc軸、qc軸)の定義を説明するための図である。
本実施形態では、d軸は磁気突極性が小さくなる軸であり、q軸は磁気突極性が大きくなる軸である。dc軸は推定座標系におけるd軸であり、qc軸は推定座標系におけるq軸である。
FIG. 3 is a diagram for explaining the definitions of the d-axis, the q-axis, and the estimated rotating coordinate system (dc-axis, qc-axis) in the first embodiment.
In this embodiment, the d-axis is the axis where the magnetic saliency is small, and the q-axis is the axis where the magnetic saliency is large. The dc-axis is the d-axis in the estimated coordinate system, and the qc-axis is the q-axis in the estimated coordinate system.
d軸は、αβ固定座標系のα軸(U相)から回転位相角θだけ回転したベクトル軸であり、q軸は、電気角でd軸と直交するベクトル軸である。これに対し、dcqc推定回転座標系は回転子20の推定位置におけるd軸とq軸とに対応する。すなわち、dc軸は、α軸から回転位相角推定値θestだけ回転したベクトル軸であり、qc軸は、電気角でdc軸と直交するベクトル軸である。換言すると、d軸から推定誤差Δθだけ回転したベクトル軸がdc軸であり、q軸から推定誤差Δθだけ回転したベクトル軸がqc軸である。 The d-axis is a vector axis rotated by a rotational phase angle θ from the α-axis (U-phase) of the αβ fixed coordinate system, and the q-axis is a vector axis perpendicular to the d-axis in electrical angle. In contrast, the dcqc estimated rotating coordinate system corresponds to the d-axis and q-axis at the estimated position of the rotor 20. That is, the dc-axis is a vector axis rotated by the rotational phase angle estimated value θest from the α-axis, and the qc-axis is a vector axis perpendicular to the dc-axis in electrical angle. In other words, the vector axis rotated by the estimated error Δθ from the d-axis is the dc-axis, and the vector axis rotated by the estimated error Δθ from the q-axis is the qc-axis.
例えば、回転角速度推定方法としてd軸方向に高周波電圧を重畳する方式では、q軸高周波電流がゼロ、つまり高調波に対するインダクタンスが最小となる軸についてPLL(Phase Locked Loop)制御することで、同期機Mの回転角速度および回転位相角の推定値を演算することができる。 For example, in a method of estimating the rotational angular velocity by superimposing a high-frequency voltage in the d-axis direction, the estimated values of the rotational angular velocity and rotational phase angle of the synchronous machine M can be calculated by performing PLL (Phase Locked Loop) control for the axis where the q-axis high-frequency current is zero, that is, where the inductance to the harmonics is minimum.
インバータ制御装置100は、例えばCPUやMPUなどのプロセッサを少なくとも1つと、プロセッサにより実行されるプログラムが記録されたメモリと、を備えた演算装置を含む。インバータ制御装置100は、以下に説明する種々の機能をソフトウエアにより、若しくは、ソフトウエアとハードウエアとの組み合わせにより実現することが可能である。 The inverter control device 100 includes a calculation device having at least one processor, such as a CPU or MPU, and a memory in which a program executed by the processor is recorded. The inverter control device 100 can realize the various functions described below by software or a combination of software and hardware.
インバータ制御装置100は、上位制御装置(図示せず)からトルク指令T*とオンオフ指令Gstとを受信する。上位制御装置は、同期機Mおよびインバータ主回路INVを搭載した機器において、複数の構成が協調して動作するように制御する。上位制御装置は例えば操作パネルなどユーザインタフェースを備え、ユーザインタフェースの操作に基づくトルク指令T*とオンオフ指令Gstとをインバータ制御装置100へ出力してもよい。 The inverter control device 100 receives a torque command T * and an on/off command Gst from a higher-level control device (not shown). The higher-level control device controls a plurality of components in an apparatus equipped with a synchronous machine M and an inverter main circuit INV so that they operate in a coordinated manner. The higher-level control device may include a user interface such as an operation panel, and may output the torque command T * and the on/off command Gst to the inverter control device 100 based on the operation of the user interface.
インバータ制御装置100は、電流指令生成部101と、電流制御部102と、座標(dq/3Φ)変換部103と、変調部104と、座標(3Φ/dq)変換部105と、回転角度/速度演算部106と、角度/速度初期値演算部107と、フラグ生成部108と、高周波電圧重畳部109と、電流検出器110U、110V、110Wと、加算器A1とを備えている。 The inverter control device 100 includes a current command generation unit 101, a current control unit 102, a coordinate (dq/3Φ) conversion unit 103, a modulation unit 104, a coordinate (3Φ/dq) conversion unit 105, a rotation angle/speed calculation unit 106, an angle/speed initial value calculation unit 107, a flag generation unit 108, a high-frequency voltage superposition unit 109, current detectors 110U, 110V, 110W, and an adder A1.
フラグ生成部108は、同期機Mを駆動するための各種モードを切り替えるためのフラグを生成する。フラグ生成部108は、第1フラグFlg1、第2フラグFlg2、第3フラグFlg3および初期化フラグFlg_initを生成して出力する。 The flag generation unit 108 generates flags for switching between various modes for driving the synchronous machine M. The flag generation unit 108 generates and outputs a first flag Flg1, a second flag Flg2, a third flag Flg3, and an initialization flag Flg_init.
図4は、第1実施形態のインバータ制御装置において各種動作モードを制御するフラグの一例を概略的に示した図である。
第1フラグFlg1は、初期値推定期間において「1」であり、通常制御期間において「0」である。第2フラグFlg2は、初期値推定期間において「0」であり、通常制御期間において「1」である。初期化フラグFlg_initは、初期値推定期間において計算した回転角速度及び回転位相角を初期化する(初期値を設定する)タイミングを示す。本実施形態では、初期化フラグFlg_initは、初期値推定期間の終了時から所定の期間(1サンプル周期)経過するまでの間において「1」であり、他の期間(初期値推定期間および通常制御期間)において「0」である。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of flags for controlling various operation modes in the inverter control device of the first embodiment.
The first flag Flg1 is "1" during the initial value estimation period and "0" during the normal control period. The second flag Flg2 is "0" during the initial value estimation period and "1" during the normal control period. The initialization flag Flg_init indicates the timing for initializing (setting the initial values) the rotational angular velocity and rotational phase angle calculated during the initial value estimation period. In this embodiment, the initialization flag Flg_init is "1" during a predetermined period (one sample period) from the end of the initial value estimation period and is "0" during other periods (initial value estimation period and normal control period).
また、第3フラグFlg3は、通常制御における低速/高速センサレス制御切り替えを制御するためのフラグである。本実施形態では、第3フラグFlg3は、通常制御期間の高速センサレス制御を行う期間において「1」であり、他の期間(通常制御期間のうちの低速センサレス制御を行う期間および初期値推定期間)において「0」である。 The third flag Flg3 is a flag for controlling switching between low-speed and high-speed sensorless control during normal control. In this embodiment, the third flag Flg3 is "1" during the period during which high-speed sensorless control is performed during the normal control period, and is "0" during other periods (the period during which low-speed sensorless control is performed during the normal control period and the initial value estimation period).
なお、第1遅延フラグFlg1_oldは、第1フラグFlg1を1サンプル周期分遅延させたフラグである。第2遅延フラグFlg_oldは、第2フラグFlg2を1サンプル周期分遅延させたフラグである。 The first delay flag Flg1_old is a flag obtained by delaying the first flag Flg1 by one sample period. The second delay flag Flg_old is a flag obtained by delaying the second flag Flg2 by one sample period.
電流検出器110U、110V、110Wは、同期機Mへ流れる三相交流電流iu、iv、iwのそれぞれの値を検出する。電流検出器110U、110V、110Wの電流検出値は、座標(3Φ/dq)変換部105に入力され、dq軸回転座標系の電流検出値Idc、Iqcに変換される。
電流指令生成部101は、上位制御装置から供給されたトルク指令T*に基づいて、d軸電流指令Idrefおよびq軸電流指令Iqrefを生成して出力する。
The current detectors 110U, 110V, 110W detect the values of three-phase AC currents iu, iv, iw flowing to the synchronous machine M. The current detection values of the current detectors 110U, 110V, 110W are input to a coordinate (3Φ/dq) conversion unit 105 and converted into current detection values Idc , Iqc in a dq-axis rotating coordinate system.
The current command generating unit 101 generates and outputs a d-axis current command I dref and a q-axis current command I qref based on a torque command T * supplied from a higher-level control device.
図5は、第1実施形態のインバータ制御装置の電流指令生成部の一構成例を概略的に示す図である。
電流指令生成部101は、指令生成部11と、リミット部12と、時間遅れ部13と、切り換え部14、15と、論理積演算部16-18と、を備えている。
指令生成部11は、例えば、マップや近似式、理論式などを用いて銅損最小となるd軸電流指令値Idref1とq軸電流指令値Iqref1とを算出して出力する。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the configuration of a current command generating unit of the inverter control device according to the first embodiment.
The current command generating unit 101 includes a command generating unit 11, a limiting unit 12, a time delay unit 13, switching units 14 and 15, and logical AND operation units 16-18.
The command generating unit 11 calculates and outputs a d-axis current command value I dref1 and a q-axis current command value I qref1 that minimize the copper loss, for example, by using a map, an approximation formula, a theoretical formula, or the like.
リミット部12は、d軸電流指令値Idref1の絶対値を下限値dlim以上として第2d軸電流指令Idref2の絶対値を算出し、第2d軸電流指令Idref2の符号がd軸電流指令値Idref1の符号と同じになるように第2d軸電流指令Idref2を算出して出力する。
リミット部12は、例えば、絶対値算出部と、下限リミット部と、符号判定部と、乗算部と(いずれも図示せず)を備えている。
The limit unit 12 calculates the absolute value of the second d-axis current command I dref2 by setting the absolute value of the d-axis current command value I dref1 to be equal to or greater than the lower limit value dlim, and calculates and outputs the second d-axis current command I dref2 so that the sign of the second d-axis current command I dref2 is the same as the sign of the d-axis current command value I dref1 .
The limiting section 12 includes, for example, an absolute value calculating section, a lower limiting section, a sign determining section, and a multiplying section (none of which are shown).
絶対値算出部は、指令生成部11からd軸電流指令Idref1を受信し、d軸電流指令Idref1の絶対値を算出して出力する。
下限リミット部は、絶対値算出部からd軸電流指令Idref1の絶対値を受信し、d軸電流指令Idref1の絶対値が下限値idlim以上のときに、d軸電流指令Idref1の絶対値と等しい第2d軸電流指令idref2の絶対値を出力する。下限リミット部LIMは、d軸電流指令Idref1の絶対値が下限値idlim未満のときに、下限値dlimと等しい第2d軸電流指令Idref2の絶対値を出力する。
The absolute value calculation unit receives the d-axis current command I dref1 from the command generation unit 11, calculates and outputs the absolute value of the d-axis current command I dref1 .
The lower limit unit receives the absolute value of the d-axis current command I dref1 from the absolute value calculation unit, and outputs an absolute value of a second d-axis current command I dref2 equal to the absolute value of the d-axis current command I dref1 when the absolute value of the d-axis current command I dref1 is equal to or greater than the lower limit value idlim. The lower limit unit LIM outputs the absolute value of the second d-axis current command I dref2 equal to the lower limit value dlim when the absolute value of the d-axis current command I dref1 is less than the lower limit value idlim .
符号判定部は、指令生成部11からd軸電流指令Idref1を受信し、d軸電流指令Idref1がゼロより大きいか、ゼロ以下であるかを判断する。符号判定部は、d軸電流指令Idref1がゼロより大きいときに「+1」を出力し、d軸電流指令Idref1がゼロ以下のときに「-1」を出力する。
乗算部は、下限リミット部から出力された第2d軸電流指令Idref2の絶対値と符号判定部の出力値とを乗算して出力する。
上記のように、d軸電流の振幅の下限をリミットすることにより、d軸方向(又は-d軸方向)の所定の閾値以上の基本波電流を同期機Mに通電することが可能となる。
The sign determination unit receives the d-axis current command I dref1 from the command generation unit 11 and determines whether the d-axis current command I dref1 is greater than zero or less than or equal to zero. The sign determination unit outputs "+1" when the d-axis current command I dref1 is greater than zero, and outputs "-1" when the d-axis current command I dref1 is less than or equal to zero.
The multiplier multiplies the absolute value of the second d-axis current command I dref2 output from the lower limiter by the output value of the sign determiner, and outputs the result.
As described above, by limiting the lower limit of the amplitude of the d-axis current, it becomes possible to pass a fundamental current in the d-axis direction (or −d-axis direction) that is equal to or greater than a predetermined threshold value through the synchronous machine M.
時間遅れ部13は、オンオフ指令Gstを所定時間遅らせて出力する。なお、オンオフ指令Gstは、トルク指令を指令生成部11へ供給する経路の電気的接続を切替える論理積演算部16と、リミット部12から切り換え部14へ第2d軸電流指令Idref2を出力する経路の電気的接続を切替える論理積演算部18との制御指令である。また、オンオフ指令Gstは、時間遅れ部13を介して、指令生成部11からq軸電流指令Iqref1を出力する経路の電気的接続を切替える論理積演算部17に供給される。 The time delay unit 13 outputs the on/off command Gst with a predetermined delay. The on/off command Gst is a control command for a logical AND operation unit 16 that switches the electrical connection of a path that supplies a torque command to the command generation unit 11, and a logical AND operation unit 18 that switches the electrical connection of a path that outputs the second d-axis current command I dref2 from the limit unit 12 to the switching unit 14. The on/off command Gst is also supplied, via the time delay unit 13, to a logical AND operation unit 17 that switches the electrical connection of a path that outputs the q-axis current command I qref1 from the command generation unit 11.
切り換え部14、15は、初期推定期間と通常制御期間とで電流指令値を切り替える。
切り換え部14は、第1入力端子と、第2入力端子と、第1出力端子とを備えている。第1入力端子には、リミット部12から出力された第2d軸電流指令Idref2が論理積演算部18を介して入力される。第2入力端子には、d軸電流指令初期値Idref_initが入力される。切り換え部14は、第1フラグFlg1の値が「0」のときに、第1入力端子と第1出力端子とが電気的に接続され、第1フラグFlg1の値が「1」のときに第2入力端子と第1出力端子とが電気的に接続される。切り換え部14の出力端子に入力された値は、d軸電流指令Idrefとして出力される。
The switching units 14 and 15 switch the current command value between the initial estimation period and the normal control period.
The switching unit 14 includes a first input terminal, a second input terminal, and a first output terminal. The second d-axis current command I dref2 output from the limit unit 12 is input to the first input terminal via the logical AND operation unit 18. The d-axis current command initial value I dref_init is input to the second input terminal. When the value of the first flag Flg1 is "0", the first input terminal and the first output terminal of the switching unit 14 are electrically connected, and when the value of the first flag Flg1 is "1", the second input terminal and the first output terminal are electrically connected. The value input to the output terminal of the switching unit 14 is output as the d-axis current command I dref .
切り換え部15は、第3入力端子と、第4入力端子と、第2出力端子とを備えている。第3入力端子には、論理積演算部17から出力された第2q軸電流指令iqref2が入力される。第4入力端子の入力値はゼロである。。切り換え部15は、第1フラグFlg1の値が「0」のときに、第3入力端子と出力端子とが電気的に接続され、第1フラグFlg1の値が「1」のときに第4入力端子と出力端子とが電気的に接続される。切り換え部15の出力端子に入力された値は、q軸電流指令Iqrefとして出力される。 The switching unit 15 has a third input terminal, a fourth input terminal, and a second output terminal. The third input terminal receives the second q-axis current command iqref2 output from the AND operation unit 17. The input value of the fourth input terminal is zero. When the value of the first flag Flg1 is "0", the third input terminal and the output terminal of the switching unit 15 are electrically connected, and when the value of the first flag Flg1 is "1", the fourth input terminal and the output terminal are electrically connected. The value input to the output terminal of the switching unit 15 is output as the q-axis current command Iqref .
電流制御部102は例えばPI(比例積分)制御器を備え、座標変換部105から供給されたdc軸電流値Idcおよびqc軸電流値Iqcと、d軸電流指令Idrefおよびq軸電流指令Iqrefとを比較し、dc軸電流値Idcとd軸電流指令Idrefがゼロとなり、qc軸電流値Iqcとq軸電流指令iqrefとの差がゼロとなるように、電圧指令Vdc、Vqcを算出して出力する。 The current control unit 102 is equipped with, for example, a PI (proportional integral) controller, and compares the dc-axis current value Idc and the qc-axis current value Iqc supplied from the coordinate conversion unit 105 with the d-axis current command Idref and the q-axis current command Iqref , and calculates and outputs voltage commands Vdc , Vqc so that the dc -axis current value Idc and the d-axis current command Idref become zero and the difference between the qc-axis current value Iqc and the q-axis current command Iqref becomes zero.
図6は、第1実施形態のインバータ制御装置の高周波電圧重畳部の一構成例を概略的に示す図である。
高周波電圧重畳部109は、三角波キャリア(キャリア指令)に応じた任意周波数の高周波電圧をdc軸もしくはqc軸もしくはその両方について生成し、加算器A1、回転角度/速度演算部106、および、回転角度/速度演算部106へ出力する。本実施形態では、高周波電圧重畳部109は、dc軸の高周波電圧Vdchを出力する。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the configuration of the high-frequency voltage superimposing unit of the inverter control device according to the first embodiment.
The high frequency voltage superimposing unit 109 generates a high frequency voltage of an arbitrary frequency for the dc axis or the qc axis or for both the dc axis and the qc axis in accordance with a triangular wave carrier (carrier command), and outputs the generated voltage to the adder A1, the rotation angle/speed calculation unit 106, and the rotation angle/speed calculation unit 106. In this embodiment, the high frequency voltage superimposing unit 109 outputs a high frequency voltage Vdch for the dc axis.
高周波電圧重畳部109は、通常制御期間において、同期機Mが低速センサレス制御されているとき(遅延後の第2フラグFlg_oldが「1」であって第3フラグFlg3が「0」のとき)に動作し、高周波電圧Vdchを出力する。
高周波電圧重畳部109は、遅延部91と、同期パルス生成部92と、高周波電圧同期部(論理積演算部)93と、を備えている。
The high-frequency voltage superimposing unit 109 operates during the normal control period when the synchronous machine M is under low-speed sensorless control (when the delayed second flag Flg_old is "1" and the third flag Flg3 is "0") and outputs the high-frequency voltage Vdch .
The high frequency voltage superimposing unit 109 includes a delay unit 91 , a synchronization pulse generating unit 92 , and a high frequency voltage synchronization unit (logical AND operation unit) 93 .
同期パルス生成部92は、キャリア指令に同期した同期パルスを生成して高周波電圧同期部93へ出力する。
高周波電圧同期部93は、内部で生成された所定の大きさの直流電圧指令値である電圧Vhを、同期パルスと掛け合わせて出力する。すなわち、高周波電圧重畳部109から出力される高周波電圧Vdchは、所定の振幅Vhを有し、キャリア指令の周期と同期した高周波電圧周期(1/fdch)を有する高周波電圧指令Vdchである。
The synchronization pulse generating unit 92 generates a synchronization pulse synchronized with the carrier command and outputs it to the high frequency voltage synchronization unit 93 .
The high frequency voltage synchronization unit 93 multiplies a voltage Vh, which is a DC voltage command value of a predetermined magnitude generated internally, by a synchronization pulse and outputs the result. That is, the high frequency voltage Vdch output from the high frequency voltage superimposing unit 109 is a high frequency voltage command Vdch having a predetermined amplitude Vh and a high frequency voltage period (1/ fdch ) synchronized with the period of the carrier command.
高周波電圧重畳部109から出力された高周波電圧指令値Vdchは加算器A1にて、d軸電圧指令Vdcに加算され、加算器A1の出力値がd軸電圧指令値Vdcとしてdq/3Φ変換部103に供給される。
座標(dq/3Φ)変換部103は、同期機Mの回転子の回転角速度に同期したdq回転座標系の値を、三相固定座標系の値にベクトル変換して、変換後の値を出力する。本実施形態では、座標(dq/3Φ)変換部103は、dq回転座標系の電圧指令値Vdc、Vqcを三相固定座標系の三相電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*に変換して出力する。
The high frequency voltage command value Vdch output from the high frequency voltage superimposing unit 109 is added to the d axis voltage command Vdc by an adder A1, and the output value of the adder A1 is supplied to the dq/3Φ conversion unit 103 as the d axis voltage command value Vdc .
Coordinate (dq/3Φ) conversion unit 103 vector-converts values in a dq rotating coordinate system synchronized with the rotational angular velocity of the rotor of synchronous machine M into values in a three-phase fixed coordinate system, and outputs the converted values. In this embodiment, coordinate (dq/3Φ) conversion unit 103 converts voltage command values Vdc , Vqc in the dq rotating coordinate system into three-phase voltage command values Vu * , Vv * , Vw * in the three-phase fixed coordinate system, and outputs them.
変調部104は、三相電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*を、インバータ主回路INVのゲート指令へと変換する。本実施形態では、変調部104は、三角波キャリアと電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*とを比較するPWM変調によりゲート指令を生成し、インバータ主回路INVへ出力する。 The modulator 104 converts the three-phase voltage command values Vu * , Vv * , Vw * into gate commands for the inverter main circuit INV. In this embodiment, the modulator 104 generates gate commands by PWM modulation that compares a triangular wave carrier with the voltage command values Vu * , Vv * , Vw *, and outputs the gate commands to the inverter main circuit INV.
3Φ/dq変換部105は、回転角度/速度演算部106から出力された回転位相角推定値θestを用いて、三相固定座標系の値を、同期機Mの回転子の回転角速度に同期したdq回転座標系の値にベクトル変換して、変換後の値を出力する。本実施形態では、3Φ/dq変換部105は、三相固定座標系の電流検出値を、dq回転座標系の電流検出値Idc、Iqcに変換して出力する。 Using the rotational phase angle estimate value θest output from the rotational angle/speed calculation unit 106, the 3Φ/dq conversion unit 105 vector-converts the values in the three-phase fixed coordinate system into values in a dq rotating coordinate system synchronized with the rotational angular velocity of the rotor of the synchronous machine M, and outputs the converted values. In this embodiment, the 3Φ/dq conversion unit 105 converts the current detection values in the three-phase fixed coordinate system into current detection values Idc , Iqc in the dq rotating coordinate system and outputs them.
角度/速度初期値演算部107は、遅延後の第1フラグFlg1_oldの値が「1」のときに動作し、後述する電圧脈動を三相/dq変換及びPLLし、回転角度初期値θest_initおよび回転角速度初期値ωest_initを演算する。
ここで、角度/速度初期値演算部107で回転角度初期値θest_initおよび回転角速度初期値ωest_init際に利用する脈動電圧について説明する。
The angle/speed initial value calculation unit 107 operates when the value of the delayed first flag Flg1_old is “1”, and performs three-phase/dq conversion and PLL on the voltage ripple described below, to calculate a rotation angle initial value θest_init and a rotation angular velocity initial value ωest_init.
Here, a pulsating voltage used by angle/speed initial value calculation unit 107 when calculating the rotation angle initial value θest_init and the rotation angular velocity initial value ωest_init will be described.
対象モータである磁石がない、もしくは少ない同期機Mの電圧方程式は(1)式で表される。
また(1)式を、ある角度θを有する座標軸へ座標変換すると(2)式となる。
ここで、Ldc、Lqc、Ldqc、L0、L1はそれぞれ下記であり、pは微分演算子(d/dt)である。
上記(2)式を電流について解くと(6)式となる。
さらに、(3)-(5)式により(6)式を回転角度の形に戻すと(7)式となる。
さらに、d軸にのみ電流を通電すると仮定すると、上記(8)式を(9)式とすることができる。
さらに上記(9)式を整理すると(10)式となる。
d軸およびq軸に生じる上記脈動電流は、電流制御におけるゲインを増加することにより抑制される。一方で、脈動電流を抑制した結果、d軸電圧とq軸電圧とに、脈動電流を抑制するための脈動電圧が発生する。脈動電圧は、脈動電流と同様に2θの周波数の電圧であり、脈動電流に対する位相差が90°である。なお、電流指令値は同期機Mの回転子ブリッジが飽和するように決定されればよい。本実施形態のインバータ制御装置100では、通常制御期間において電流制御に用いられるゲインの値を、初期推定期間において採用したところ、脈動電流は抑制され脈動電圧が発生した。 The pulsating currents occurring on the d-axis and q-axis are suppressed by increasing the gain in the current control. On the other hand, as a result of suppressing the pulsating current, a pulsating voltage for suppressing the pulsating current is generated in the d-axis voltage and the q-axis voltage. The pulsating voltage is a voltage with a frequency of 2θ like the pulsating current, and has a phase difference of 90° with respect to the pulsating current. The current command value may be determined so that the rotor bridge of the synchronous machine M is saturated. In the inverter control device 100 of this embodiment, when the gain value used for current control in the normal control period was adopted in the initial estimation period, the pulsating current was suppressed and a pulsating voltage was generated.
本実施形態では、角度/速度初期値演算部107は、上記原理により発生する脈動電圧を利用して、回転角度初期値θest_initと回転角速度初期値ωest_initとを演算する。
図7は、第1実施形態のインバータ制御装置の角度/速度初期値演算部の一構成例を概略的に示す図である。
In this embodiment, the angle/speed initial value calculation unit 107 uses the pulsating voltage generated by the above-mentioned principle to calculate the rotation angle initial value θest_init and the rotation angular velocity initial value ωest_init.
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the configuration of the angle/speed initial value calculation unit of the inverter control device according to the first embodiment.
角度/速度初期値演算部107は、遅延部71と、座標変換部72と、正規化部73と、除算部74、77と、減算部75と、PI制御部76と、積分部78、79と、ホールド部70と、を備えている。 The angle/speed initial value calculation unit 107 includes a delay unit 71, a coordinate conversion unit 72, a normalization unit 73, division units 74 and 77, a subtraction unit 75, a PI control unit 76, integration units 78 and 79, and a hold unit 70.
遅延部71は、第1フラグFlg1を所定の期間(1サンプル周期)遅延させた値(Flg_old)を出力する。
座標変換部72は、三相電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*と回転位相角θest2とを受信し、回転位相角θest2を用いて、三相固定座標系の三相電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*をdq軸回転座標系の電圧指令値d2、q2に変換して出力する。
The delay unit 71 outputs a value (Flg_old) obtained by delaying the first flag Flg1 by a predetermined period (one sampling period).
The coordinate conversion unit 72 receives the three-phase voltage command values Vu * , Vv * , Vw * and the rotational phase angle θest2, and uses the rotational phase angle θest2 to convert the three-phase voltage command values Vu * , Vv * , Vw * in the three-phase fixed coordinate system into voltage command values d2, q2 in the dq-axis rotating coordinate system and output them.
正規化部73は、座標変換部72から電圧指令値d2、q2を受信し、d軸電圧指令値d2を正規化する値Aを演算して出力する。正規化部73は、例えば、d軸電圧指令値d2の振幅を正規化するための値Aを算出する。
除算部74は、d軸電圧指令値d2を、正規化部73から出力された値Aで割って、正規化した値を減算部75へ出力する。d軸電圧指令値d2を正規化することにより、d軸電圧指令値d2の振幅が正規化され(振幅が1以下となり)、後段のPI制御部76への入力値が過大になることを回避できる。 The division unit 74 divides the d-axis voltage command value d2 by the value A output from the normalization unit 73, and outputs the normalized value to the subtraction unit 75. By normalizing the d-axis voltage command value d2, the amplitude of the d-axis voltage command value d2 is normalized (the amplitude becomes 1 or less), and it is possible to prevent the input value to the downstream PI control unit 76 from becoming excessively large.
なお、上記(10)式によれば、d軸電流にsin成分が含まれ、q軸電流にcos成分が含まれている。このことから、d軸電圧およびq軸電圧の各々にも同様にsin成分とcos成分とが含まれるため、角度/速度初期値演算部107は、例えば、d軸電圧を分子、q軸電圧を分母として逆正接(atan)を演算してもよい。この場合、dq軸で脈動電圧の振幅がほぼ同一であることから、振幅の正規化の必要がなくなるため、後段のPI制御のゲイン設計が簡潔となる。 Note that, according to the above formula (10), the d-axis current contains a sine component, and the q-axis current contains a cosine component. As a result, the d-axis voltage and the q-axis voltage each contain a sine component and a cosine component, respectively, so the angle/speed initial value calculation unit 107 may calculate the arctangent (a tan), for example, using the d-axis voltage as the numerator and the q-axis voltage as the denominator. In this case, since the amplitude of the pulsating voltage is almost the same on the d and q axes, there is no need to normalize the amplitude, and the gain design of the subsequent PI control is simplified.
減算部75は、除算部74から出力された値をゼロから引いた差を演算し、PI制御部76へ出力する。
PI制御部76は、減算部75から入力された値がゼロに追従するように回転角速度ωest2を演算して、除算部77と積分部78とに演算結果を出力する。ここで、PI制御部76には、d軸電圧指令値d2の正規化後の値とゼロとの差が入力されることから、PI制御部76は、d軸電圧指令値d2がゼロとなるような回転角速度ωest2を演算している。これは、本実施形態のインバータ制御装置では、初期値演算期間においてd軸に電流を通電させており、電圧は電流に対して電気角で90°の位相差を有するためである。
The subtraction unit 75 calculates the difference by subtracting the value output from the division unit 74 from zero, and outputs the difference to the PI control unit 76 .
The PI control unit 76 calculates the rotation angular velocity ωest2 so that the value input from the subtraction unit 75 follows zero, and outputs the calculation result to the division unit 77 and the integration unit 78. Here, the difference between the normalized value of the d-axis voltage command value d2 and zero is input to the PI control unit 76, so the PI control unit 76 calculates the rotation angular velocity ωest2 such that the d-axis voltage command value d2 becomes zero. This is because, in the inverter control device of this embodiment, a current is passed through the d-axis during the initial value calculation period, and the voltage has a phase difference of 90° in electrical angle with respect to the current.
なお、本実施形態のインバータ制御装置では、通常制御期間において、d軸にオフセット電流を通電する方法を採用している。このオフセット電流は回転子ブリッジを磁気飽和させること、高速回転時に無負荷電圧を発生させて位置を推定すること、などを目的として通電される。初期値演算期間にd軸方向に電流を通電している場合、通常制御への移行がスムーズであり、q軸よりもd軸の方が比較的磁気飽和を起こしやすく、磁気突極性を顕著にできるメリットがある。 The inverter control device of this embodiment employs a method of passing an offset current through the d-axis during the normal control period. This offset current is passed for the purposes of magnetically saturating the rotor bridge and estimating the position by generating a no-load voltage during high-speed rotation. If a current is passed in the d-axis direction during the initial value calculation period, the transition to normal control is smooth, and the d-axis is relatively more susceptible to magnetic saturation than the q-axis, which has the advantage of making magnetic salient poles more pronounced.
除算部77は、PI制御部76から出力された回転角速度ωest2を2で割った値ωest1を、積分部79およびホールド部70へ出力する。回転角速度ωest2は周波数が2θ(同期機Mの基本波周波数の2倍)の脈動電圧から得られた回転角速度であるため、除算部77により、回転角速度ωest2を2で割った回転角速度ωest1を算出している。
積分部79は、除算部77から出力された回転角速度ωest1を積分して、回転位相角θest1を算出してホールド部70へ出力する。
The divider 77 outputs a value ωest1 obtained by dividing the rotational angular velocity ωest2 output from the PI control unit 76 by 2 to the integrator 79 and the hold unit 70. Since the rotational angular velocity ωest2 is a rotational angular velocity obtained from a pulsating voltage having a frequency of 2θ (twice the fundamental frequency of the synchronous machine M), the divider 77 calculates the rotational angular velocity ωest1 by dividing the rotational angular velocity ωest2 by 2.
The integrator 79 integrates the rotational angular velocity ωest1 output from the divider 77 to calculate a rotational phase angle θest1, and outputs the calculated value to the hold unit 70.
ホールド部70は、初期化フラグFlg_initが「0」から「1」となったときに、回転角速度ωest1と回転位相角θest1とを保持し、保持されている値を回転角度初期値θest_initおよび回転角速度初期値ωest_initとして出力する。
積分部78は、PI制御部76から入力された回転角速度ωest2を積分し、回転位相角θest2を演算し、座標変換部72へ出力する。
When the initialization flag Flg_init changes from "0" to "1", the hold unit 70 holds the rotational angular velocity ωest1 and the rotational phase angle θest1, and outputs the held values as the rotational angle initial value θest_init and the rotational angular velocity initial value ωest_init.
The integrator 78 integrates the rotational angular velocity ωest2 input from the PI controller 76 to calculate a rotational phase angle θest2, and outputs the result to the coordinate converter 72.
図8は、第1実施形態のインバータ制御装置の回転角度/速度演算部の一構成例を概略的に示す図である。
回転角度/速度演算部106は、第3フラグFlg3に応じて位置誤差推定方法を切り替え、初期化フラグFlg_initに応じて積分値を初期化(イニシャライズ)する。また、回転角度/速度演算部106は、回転角度/速度の初期値を演算している期間において、回転角度及び速度の値をゼロとする。
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the configuration of a rotation angle/speed calculation unit of the inverter control device according to the first embodiment.
The rotation angle/speed calculation unit 106 switches the position error estimation method in response to the third flag Flg3, and initializes the integral value in response to the initialization flag Flg_init. In addition, the rotation angle/speed calculation unit 106 sets the values of the rotation angle and speed to zero during the period in which the initial values of the rotation angle/speed are calculated.
回転角度/速度演算部106は、バンドパスフィルタ61と、FFT解析部62と、第1位置誤差演算部63と、第2位置誤差演算部65と、PLL部64、66と、積分部67と、遅延部68と、切り換え部SW1、SW2、SW3と、を備えている。 The rotation angle/speed calculation unit 106 includes a bandpass filter 61, an FFT analysis unit 62, a first position error calculation unit 63, a second position error calculation unit 65, PLL units 64 and 66, an integration unit 67, a delay unit 68, and switching units SW1, SW2, and SW3.
バンドパスフィルタ61は、3Φ/dq変換部105からqc軸の応答電流値(出力電流)Idc、Iqcを受信し、高周波電圧指令Vdhの周波数(重畳高周波電圧周波数)fhと等しい周波数を含む帯域の高周波電流Idc´、Iqc´成分を抽出して出力する。 The bandpass filter 61 receives the qc-axis response current values (output currents) Idc , Iqc from the 3Φ/dq conversion unit 105, and extracts and outputs the high-frequency current Idc ', Iqc ' components in a band including a frequency equal to the frequency of the high-frequency voltage command Vdh (superimposed high-frequency voltage frequency) fh .
FFT解析部62は、例えば高周波電流Idc´、Iqc´成分のFFT(高速フーリエ変換)解析を行い、高周波電流振幅Ihを検出する。FFT解析部62は、高周波電流Idc´、Iqc´成分と高周波電圧指令Vdchとを取得し、高周波電圧の1/4周期毎のタイミングで高周波電流Idc´、Iqc´成分の値をサンプリングし、サンプリングした値の差から高周波電流振幅Ihを検出する。FFT解析部62は、検出した高周波電流振幅Ihを第1位置誤差演算部63へ出力する。 The FFT analysis unit 62 performs FFT (Fast Fourier Transform) analysis of, for example, the high frequency current Idc ', Iqc ' components to detect the high frequency current amplitude Ih . The FFT analysis unit 62 acquires the high frequency current Idc ', Iqc ' components and the high frequency voltage command Vdch , samples the values of the high frequency current Idc ', Iqc ' components at timings of every 1/4 period of the high frequency voltage, and detects the high frequency current amplitude Ih from the difference between the sampled values. The FFT analysis unit 62 outputs the detected high frequency current amplitude Ih to the first position error calculation unit 63.
第1位置誤差演算部63は、例えば下記の回転角度依存の特性を利用して回転位相角誤差Δθを演算する。
回転角度を、回転位相角誤差Δθを有する座標軸への変換とし、低速状態を仮定して回転角速度ωを含む成分と抵抗電圧降下とを無視する。この場合、上記(7)式は(11)式となる。
The rotation angle is transformed into a coordinate axis having a rotation phase angle error Δθ, and a low speed state is assumed, ignoring components including the rotation angular velocity ω and resistance voltage drop. In this case, the above formula (7) becomes formula (11).
さらに、高周波電圧を、推定されたd軸であるdc軸のみに印加するならば、(11)式は(12)式に書き改められる。
(12)式によると、qc軸の高調波電流は、回転位相角誤差Δθに依存して変化することが分かる。(12)式のqc軸電流をdc軸で除して、高周波電流の振幅をidch、iqchとすると、回転位相角誤差Δθは(13)式となる。
PLL部64は、第1位置誤差演算部63から入力された回転位相角誤差の推定値Δθestがゼロに収束するようにPLL制御を行い、回転角速度推定値ωestを算出して切り換え部SW1へ出力する。
なお、PLL部64は、初期化フラグFlg_initが「0」から「1」となったときに、角度/速度初期値演算部107から供給された回転角速度初期値ωest_initをPLL制御の初期値として設定する。
The PLL unit 64 performs PLL control so that the rotational phase angle error estimate Δθest input from the first position error calculation unit 63 converges to zero, calculates a rotational angular velocity estimate ωest, and outputs it to the switch unit SW1.
When the initialization flag Flg_init changes from "0" to "1", the PLL unit 64 sets the rotational angular velocity initial value ωest_init supplied from the angle/velocity initial value calculation unit 107 as the initial value for PLL control.
第2位置誤差演算部65は、例えば、電流制御部の出力とフィードフォワード電圧との関係を用いた方式を適用して回転位相角誤差Δθを演算する。
回転位相角に誤差を生じる場合の電圧方程式は上述の(2)式で表すことができ、この時のフィードフォワード電圧指令を(14)式とする。
The voltage equation when an error occurs in the rotational phase angle can be expressed by the above-mentioned equation (2), and the feedforward voltage command in this case is given by equation (14).
この時、これらの差分(誤差分)が電流制御器の出力となり、モータ角速度ωと推定値ωestがほぼ一致する場合、(15)式となる。
(16)式において、回転位相角誤差Δθの推定値Δθestを(17)式で表すことができる。
第2位置誤差演算部65は、上記(17)式より回転位相角誤差Δθestを算出し、PLL部66へ出力する。
PLL部66は、第2位置誤差演算部65から入力された回転位相角誤差の推定値Δθestがゼロに収束するようにPLL制御を行い、回転角速度推定値ωestを算出して切り換え部SW1へ出力する。
The second position error calculation unit 65 calculates the rotational phase angle error Δθest from the above equation (17) and outputs it to the PLL unit 66 .
The PLL unit 66 performs PLL control so that the rotational phase angle error estimate Δθest input from the second position error calculation unit 65 converges to zero, calculates a rotational angular velocity estimate ωest, and outputs it to the switch unit SW1.
なお、PLL部66は、初期化フラグFlg_initが「0」から「1」となったときに、角度/速度初期値演算部107から供給された回転角速度初期値ωest_initをPLL制御の初期値として設定する。 When the initialization flag Flg_init changes from "0" to "1", the PLL unit 66 sets the rotational angular velocity initial value ωest_init supplied from the angle/velocity initial value calculation unit 107 as the initial value for PLL control.
切り換え部SW1は、第5入力端子と、第6入力端子と、第3出力端子と、を備えている。第5入力端子には、PLL部64の出力値ωestが入力される。第6入力端子には、PLL部66の出力値ωestが入力される。第3出力端子は、第3フラグFlg3の値が「0」のときに第5入力端子と電気的に接続され、第3フラグFlg3の値が「1」のときに第6入力端子と電気的に接続される。第3出力端子は、回転角速度推定値ωestを積分部67、第2位置誤差演算部65、および、切り換え部SW3へ出力する。 The switching unit SW1 has a fifth input terminal, a sixth input terminal, and a third output terminal. The output value ωest of the PLL unit 64 is input to the fifth input terminal. The output value ωest of the PLL unit 66 is input to the sixth input terminal. The third output terminal is electrically connected to the fifth input terminal when the value of the third flag Flg3 is "0", and is electrically connected to the sixth input terminal when the value of the third flag Flg3 is "1". The third output terminal outputs the rotational angular velocity estimate value ωest to the integrator 67, the second position error calculator 65, and the switching unit SW3.
積分部67は、切り換え部SW1から入力された回転角速度推定値ωestを積分して、回転位相角推定値θestを算出し、切り換え部SW2へ出力する。
なお、積分部67は、初期化フラグFlg_initが「0」から「1」となったときに、角度/速度初期値演算部107から供給された回転位相角初期値θest_initを積分演算の初期値として設定する。
The integrator 67 integrates the rotational angular velocity estimate ωest input from the switch SW1 to calculate a rotational phase angle estimate θest, and outputs the estimate to the switch SW2.
When the initialization flag Flg_init changes from "0" to "1", the integrator 67 sets the rotational phase angle initial value θest_init supplied from the angle/speed initial value calculator 107 as the initial value for the integral calculation.
切り換え部SW2は、第7入力端子と、第8入力端子と、第4出力端子と、を備えている。第7入力端子には、積分部67の出力値θestが入力される。第8入力端子の入力値はゼロである。第4出力端子は、遅延後の第2フラグFlg_oldの値が「0」のときに第8入力端子と電気的に接続され、遅延後の第2フラグFlg_oldの値が「1」のときに第7入力端子と電気的に接続される。第4出力端子の出力値θestは、回転角度/速度演算部106の出力値として、座標変換部103、105に供給される。 The switching unit SW2 has a seventh input terminal, an eighth input terminal, and a fourth output terminal. The output value θest of the integrator 67 is input to the seventh input terminal. The input value of the eighth input terminal is zero. The fourth output terminal is electrically connected to the eighth input terminal when the delayed value of the second flag Flg_old is "0", and is electrically connected to the seventh input terminal when the delayed value of the second flag Flg_old is "1". The output value θest of the fourth output terminal is supplied to the coordinate conversion units 103 and 105 as the output value of the rotation angle/speed calculation unit 106.
切り換え部SW3は、第9入力端子と、第10入力端子と、第5出力端子と、を備えている。第9入力端子には、切り換え部SW1から回転角速度推定値ωestが入力される。第10入力端子の入力値はゼロである。第5出力端子は、延後の第2フラグFlg_oldの値が「0」のときに第10入力端子と電気的に接続され、遅延後の第2フラグFlg_oldの値が「1」のときに第9入力端子と電気的に接続される。第5出力端子の出力値ωestは、回転角度/速度演算部106の出力値として、電流制御部102およびフラグ生成部108に供給される。 The switching unit SW3 has a ninth input terminal, a tenth input terminal, and a fifth output terminal. The rotational angular velocity estimation value ωest is input to the ninth input terminal from the switching unit SW1. The input value of the tenth input terminal is zero. The fifth output terminal is electrically connected to the tenth input terminal when the value of the second flag Flg_old after the delay is "0", and is electrically connected to the ninth input terminal when the value of the second flag Flg_old after the delay is "1". The output value ωest of the fifth output terminal is supplied to the current control unit 102 and the flag generation unit 108 as the output value of the rotational angle/speed calculation unit 106.
次に、第1実施形態のインバータ制御装置100の動作について説明する。
図9は、第1実施形態のインバータ制御装置の動作の一例について説明するためのフローチャートである。
インバータ制御装置100は、上位制御装置より再起動指令を受信すると、電流制御を開始する(ステップS1)。
Next, the operation of the inverter control device 100 of the first embodiment will be described.
FIG. 9 is a flowchart for explaining an example of the operation of the inverter control device of the first embodiment.
When the inverter control device 100 receives a restart command from a higher-level control device, the inverter control device 100 starts current control (step S1).
すなわち、フラグ生成部108は、第1フラグFlg1の値を「1」、第2フラグFlg2を「0」、第3フラグFlg3の値を「0」、初期化フラグFlg_initの値を「0」とする。 That is, the flag generation unit 108 sets the value of the first flag Flg1 to "1", the value of the second flag Flg2 to "0", the value of the third flag Flg3 to "0", and the value of the initialization flag Flg_init to "0".
角度/速度初期値演算部107は、第1フラグFlg1の値が「1」となると(ステップS2)、回転位相角の初期値θestと回転角速度の初期値ωestとの演算を行う(ステップS3)。 When the value of the first flag Flg1 becomes "1" (step S2), the angle/speed initial value calculation unit 107 calculates the initial value θest of the rotational phase angle and the initial value ωest of the rotational angular velocity (step S3).
フラグ生成部108は、第1フラグFlg1の値を「1」として所定期間経過後に、第1フラグFlg1の値を「0」とし、第2フラグFlg2の値を「1」とし、初期化フラグFlg_initの値を「1」とする。更に1サンプル周期経過後に、フラグ生成部108は、初期化フラグFlg_initの値を「0」とする。 After a predetermined period of time has elapsed since the value of the first flag Flg1 was set to "1," the flag generation unit 108 sets the value of the first flag Flg1 to "0," sets the value of the second flag Flg2 to "1," and sets the value of the initialization flag Flg_init to "1." After one further sample period has elapsed, the flag generation unit 108 sets the value of the initialization flag Flg_init to "0."
第2フラグFlg2の値が「0」から「1」になったときに(ステップS4)、初期化フラグFlg_initの値が「0」から「1」となり、角度/速度初期値演算部107は、回転位相角の初期値θest_initと回転角速度の初期値ωest_initとを保存し、回転位相角の初期値θest_initと回転角速度の初期値ωest_initとを回転角度/速度演算部106へ出力する(ステップS5)。 When the value of the second flag Flg2 changes from "0" to "1" (step S4), the value of the initialization flag Flg_init changes from "0" to "1", and the angle/speed initial value calculation unit 107 saves the initial value θest_init of the rotational phase angle and the initial value ωest_init of the rotational angular velocity, and outputs the initial value θest_init of the rotational phase angle and the initial value ωest_init of the rotational angular velocity to the rotational angle/speed calculation unit 106 (step S5).
初期化フラグFlg_initの値が「0」から「1」となると、回転角度/速度演算部106は、角度/速度初期値演算部107から供給された回転位相角の初期値θest_initと回転角速度の初期値ωest_initと、PLL部64、66および積分部67の初期値として初期化を行う(ステップS6)。 When the value of the initialization flag Flg_init changes from "0" to "1", the rotation angle/speed calculation unit 106 initializes the initial value θest_init of the rotation phase angle and the initial value ωest_init of the rotation angular velocity supplied from the angle/speed initial value calculation unit 107 as the initial values of the PLL units 64, 66 and the integration unit 67 (step S6).
続いて、インバータ制御装置100は、初期値演算期間から通常制御期間へと移行する。フラグ生成部108は、初期化フラグFlg_initの値を「0」とし、同期機Mの回転角速度の推定値ωestに応じて第3フラグFlg3を切り替える。フラグ生成部108は、同期機Mの回転角速度推定値ωestが所定の閾値よりも高いときに第3フラグFlg3の値を「1」とし、同期機Mの回転角速度推定値ωestが所定の閾値よりも低いときに第3フラグFlg3の値を「0」とする。 Then, the inverter control device 100 transitions from the initial value calculation period to the normal control period. The flag generation unit 108 sets the value of the initialization flag Flg_init to "0" and switches the third flag Flg3 according to the estimated value ωest of the rotational angular speed of the synchronous machine M. The flag generation unit 108 sets the value of the third flag Flg3 to "1" when the estimated value ωest of the rotational angular speed of the synchronous machine M is higher than a predetermined threshold, and sets the value of the third flag Flg3 to "0" when the estimated value ωest of the rotational angular speed of the synchronous machine M is lower than the predetermined threshold.
回転角度/速度演算部106は、第3フラグFlg3の値が「1」のときに(ステップS7)、第2位置誤差演算部65から出力された位相角誤差Δθを用いて演算された回転位相角の推定値θestと回転角速度推定値ωestを出力する(ステップS8)。 When the value of the third flag Flg3 is "1" (step S7), the rotational angle/speed calculation unit 106 outputs the rotational phase angle estimate θest and the rotational angular speed estimate ωest calculated using the phase angle error Δθ output from the second position error calculation unit 65 (step S8).
回転角度/速度演算部106は、第3フラグFlg3の値が「0」のときに(ステップS7)、第1位置誤差演算部63から出力された位相角誤差Δθを用いて演算された回転位相角の推定値θestと回転角速度推定値ωestを出力する(ステップS9)。
回転角度/速度演算部106は、通常制御期間において、上記ステップS7の判断に応じて、ステップS8とステップS9とを切り替えてインバータ主回路INVの制御を行う。
When the value of the third flag Flg3 is “0” (step S7), the rotational angle/speed calculation unit 106 outputs the rotational phase angle estimate θest and the rotational angular velocity estimate ωest calculated using the phase angle error Δθ output from the first position error calculation unit 63 (step S9).
During the normal control period, the rotation angle/speed calculation unit 106 switches between step S8 and step S9 depending on the determination in step S7, and controls the inverter main circuit INV.
図10は、第1実施形態のインバータ制御装置の効果の一例について説明するための図である。
ここでは、q軸電流指令をゼロとし、d軸電流指令をIdref(直流電流)としてインバータINVを再起動する際の、dq軸電圧指令値Vdc、Vqcと、相電流(インバータ主回路INVの出力電流)iu、iv、iw、相電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*と、角速度の実際値ωactと、角速度の推定値ωestと、角度の実際値θactと、角度の推定値θestとの時間変化を示している。
FIG. 10 is a diagram for explaining an example of an effect of the inverter control device according to the first embodiment.
Here, the graph shows the changes over time of the dq-axis voltage command values Vdc , Vqc , phase currents (output currents of the inverter main circuit INV) iu, iv, iw , phase voltage command values Vu * , Vv * , Vw * , actual angular velocity value ωact, estimated angular velocity value ωest, actual angle value θact, and estimated angle value θest when the inverter INV is restarted with the q-axis current command set to zero and the d-axis current command set to Idref (DC current).
この例では、電流制御における制御ゲインは、初期値演算期間と通常制御期間とで同じ値であり、相電流iu、iv、iwの脈動は抑制されている。一方で、相電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*に脈動が生じている。また、電流指令値Idrefはステップ状に変化させるのではなく、変化率レートを設けて通電している。 In this example, the control gain in the current control is the same during the initial value calculation period and the normal control period, and pulsation of the phase currents iu, iv, and iw is suppressed. Meanwhile, pulsation occurs in the phase voltage command values Vu * , Vv * , and Vw * . In addition, the current command value Idref is not changed stepwise, but is applied with a change rate rate.
フラグFlg1が「1」となったタイミングで、相電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の脈動を利用して、角速度の推定値ωestと位相角の推定値θestとの演算が開始され、角速度の推定値ωestと位相角の推定値θestとがそれぞれ実際値ωact、θactに追従するように演算される。 When flag Flg1 becomes "1", calculation of the angular velocity estimate ωest and the phase angle estimate θest begins using the pulsation of the phase voltage command values Vu * , Vv * , Vw * , and the angular velocity estimate ωest and the phase angle estimate θest are calculated so as to follow the actual values ωact and θact, respectively.
角速度の推定値ωestと位相角の推定値θestとの演算が開始されてから所定時間経過すると、角速度の推定値ωestと位相角の推定値θestとは実際値ωact、θactに収束する。その後、初期化フラグFlg_initが「1」となるタイミングにおける角速度の推定値ωestと位相角の推定値θestを、回転角速度初期値ωest_initと回転位相角初期値θest_initとして初期化が行われる。 When a predetermined time has elapsed since the calculation of the angular velocity estimate ωest and the phase angle estimate θest started, the angular velocity estimate ωest and the phase angle estimate θest converge to the actual values ωact and θact. After that, the angular velocity estimate ωest and the phase angle estimate θest at the timing when the initialization flag Flg_init becomes "1" are initialized as the rotational angular velocity initial value ωest_init and the rotational phase angle initial value θest_init.
上記のように本実施形態のインバータ制御装置および電力変換装置によれば、磁気突極性に起因した電圧の脈動成分を抽出することにより、同期機Mの回転位相角及び回転角速度の初期値を精度よく推定することができる。 As described above, the inverter control device and power conversion device of this embodiment can extract the pulsating component of the voltage caused by the magnetic salient pole, thereby making it possible to accurately estimate the initial values of the rotational phase angle and rotational angular velocity of the synchronous machine M.
また、電流指令値Idrefに変化率レートを設けたことで、初期値演算期間において通常制御期間と同じ値の電流制御ゲインを用いたとしても、過剰な電流ステップによる電圧指令値・電流値の跳ねやそれに起因したトルクショックを抑制することができる。
すなわち、本実施形態によれば、回転中の同期機の回転位相角を高精度に推定可能なインバータ制御装置および電力変換装置を提供することができる。
Furthermore, by setting a rate of change for the current command value I dref , even if the same current control gain value is used during the initial value calculation period as during the normal control period, jumps in the voltage command value and current value due to excessive current steps and torque shocks caused thereby can be suppressed.
That is, according to the present embodiment, it is possible to provide an inverter control device and a power conversion device that are capable of estimating the rotational phase angle of a rotating synchronous machine with high accuracy.
図11は、第1実施形態のインバータ制御装置の角度/速度初期値演算部の他の構成例を概略的に示す図である。
本実施形態のインバータ制御装置100において、角度/速度初期値演算部107は図7に示す構成に限定されるものではない。例えば、図11に示すように、積分部79の後段に乗算部7Mを備える構成であっても構わない。この構成によれば、図7の積分部78を省略することが可能となる。
FIG. 11 is a diagram illustrating an outline of another configuration example of the angle/speed initial value calculation unit of the inverter control device of the first embodiment.
In the inverter control device 100 of this embodiment, the angle/speed initial value calculation unit 107 is not limited to the configuration shown in Fig. 7. For example, as shown in Fig. 11, it may be configured to include a multiplication unit 7M in the subsequent stage of an integration unit 79. With this configuration, it is possible to omit the integration unit 78 in Fig. 7.
次に、第2実施形態のインバータ制御装置および電力変換装置について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において、上述の第1実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。 Next, the inverter control device and power conversion device of the second embodiment will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same components as those of the first embodiment will be denoted by the same reference numerals and will not be described.
図12は、第2実施形態のインバータ制御装置および電力変換装置の一構成例を概略的に示す図である。
本実施形態のインバータ制御装置100は、抵抗器111d、111qと、加算器A2、A3とを備える点と、角度/速度初期値演算部107の入力が電流制御部102の出力である点において、上述の第1実施形態と異なっている。
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a configuration of an inverter control device and a power conversion device according to the second embodiment.
The inverter control device 100 of this embodiment differs from the first embodiment described above in that it includes resistors 111d, 111q and adders A2, A3, and in that the input of the angle/speed initial value calculation unit 107 is the output of the current control unit 102.
加算器A2には、加算器A1の出力値と、座標変換部105から出力されたdc軸電流値Idcに抵抗器111dの値を乗じた抵抗ドロップ補正値(Idc×R)とが入力される。加算器A2は、加算器A1の出力値を抵抗ドロップ補正値(Idc×R)により補正した値を補正後のd軸電圧指令Vdcとして出力する。 The adder A2 receives the output value of the adder A1 and a resistance drop correction value ( Idc × R) obtained by multiplying the dc -axis current value Idc output from the coordinate conversion unit 105 by the value of the resistor 111d. The adder A2 corrects the output value of the adder A1 using the resistance drop correction value ( Idc × R) and outputs the corrected d-axis voltage command Vdc .
加算器A3には、電流制御部102から出力されたq軸電圧指令値Vqc_pと、座標変換部105から出力されたqc軸電流値Iqcに抵抗器111qの値を乗じた抵抗ドロップ補正値(Iqc×R)とが入力される。加算器A3は、q軸電圧指令値Vqc_pを抵抗ドロップ補正値(Iqc×R)により補正した値をq軸電圧指令Vqcとして出力する。 The adder A3 receives the q-axis voltage command value Vqc_p output from the current control unit 102 and a resistance drop correction value ( Iqc × R) obtained by multiplying the qc-axis current value Iqc output from the coordinate conversion unit 105 by the value of the resistor 111q. The adder A3 outputs a value obtained by correcting the q-axis voltage command value Vqc_p using the resistance drop correction value ( Iqc × R) as the q-axis voltage command Vqc .
抵抗ドロップ補正値を計算するための抵抗の値Rは、例えばモータ抵抗の値である。なお、インバータ主回路と同期機Mとの間の配線抵抗やインバータ素子による電圧降下が大きい場合には、これらの値をモータ抵抗に加えた値を抵抗値Rとしてもよい。これにより、回転角速度の初期値ωest_initと回転位相角の初期値θest_initとを算出する精度を向上することができる。また、抵抗値Rはオートチューニング機能や手作業での調整を行ってもよい。 The resistance value R for calculating the resistance drop correction value is, for example, the motor resistance value. If the wiring resistance between the inverter main circuit and the synchronous machine M or the voltage drop due to the inverter elements is large, the resistance value R may be calculated by adding these values to the motor resistance. This improves the accuracy of calculating the initial value ωest_init of the rotational angular velocity and the initial value θest_init of the rotational phase angle. The resistance value R may be adjusted by an auto-tuning function or manually.
図13は、第2実施形態のインバータ制御装置の角度/速度初期値演算部の一構成例を概略的に示す図である。
本実施形態では、角度/速度初期値演算部107には、相電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*に代えて、電流制御部102の出力であるdq軸電圧指令値Vdc_p、Vqc_pが入力される。したがって、座標変換部72は、入力されたdq軸電圧指令値Vdc_p、Vqc_pを、αβ座標系の値からdq回転座標系の値d2、q2に変換して出力する。
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of the configuration of an angle/speed initial value calculation unit of the inverter control device according to the second embodiment.
In this embodiment, instead of the phase voltage command values Vu * , Vv * , Vw * , the dq-axis voltage command values Vdc_p , Vqc_p output from the current control unit 102 are input to the angle/speed initial value calculation unit 107. Therefore, the coordinate conversion unit 72 converts the input dq-axis voltage command values Vdc_p , Vqc_p from values in the αβ coordinate system to values d2, q2 in the dq rotating coordinate system and outputs them.
電圧指令値d2、q2から、回転角速度の初期値ωest_initと回転位相角の初期値θest_initとを算出する構成は、上述の第1実施形態と同様であるので説明を省略する。 The configuration for calculating the initial value ωest_init of the rotational angular velocity and the initial value θest_init of the rotational phase angle from the voltage command values d2 and q2 is the same as in the first embodiment described above, so a description thereof will be omitted.
図14および図15は、第2実施形態のインバータ制御装置の効果の一例について説明するための図である。
ここでは、抵抗電圧降下が大きい同期機Mを駆動する際の、回転角速度の初期値ωest_initと回転位相角の初期値θest_initとの時間変化の一例を示している。
14 and 15 are diagrams for explaining an example of the effect of the inverter control device according to the second embodiment.
Illustrated here is an example of the time variations in the initial value ωest_init of the rotational angular velocity and the initial value θest_init of the rotational phase angle when driving a synchronous machine M with a large resistance voltage drop.
図14には、電流制御部102の出力値の補正を行わず、角度/速度初期値演算部107の入力を電流制御部102の出力値としたときの回転角速度の初期値ωest_initと回転位相角の初期値θest_initとの一例を示している。この場合、電流制御部102の出力値に抵抗電圧降下の影響が比較的大きく観測され、回転角速度の初期値ωest_initと回転位相角の初期値θest_initとの推定結果に変動が発生する。 Figure 14 shows an example of the initial value ωest_init of the rotational angular velocity and the initial value θest_init of the rotational phase angle when the output value of the current control unit 102 is not corrected and the input of the angle/speed initial value calculation unit 107 is set to the output value of the current control unit 102. In this case, the influence of the resistance voltage drop on the output value of the current control unit 102 is observed to be relatively large, and fluctuations occur in the estimated results of the initial value ωest_init of the rotational angular velocity and the initial value θest_init of the rotational phase angle.
図15は、上述のように、電流制御部102の出力値を抵抗ドロップ補で補正をし、補正前の電圧指令値Vdc_p、Vqc_pを角度/速度初期値演算部107の入力としたときの、回転角速度の初期値ωest_initと回転位相角の初期値θest_initとの一例を示している。この場合、電流制御部102の出力値に抵抗電圧降下の影響が観測されず、回転角速度の初期値ωest_initと回転位相角の初期値θest_initとを精度よく推定できた。
すなわち、本実施形態によれば、回転中の同期機の回転位相角および回転角速度を高精度に推定可能なインバータ制御装置および電力変換装置を提供することができる。
15 shows an example of the initial value ωest_init of the rotational angular velocity and the initial value θest_init of the rotational phase angle when the output value of current control unit 102 is corrected with resistance drop compensation as described above, and the voltage command values Vdc_p , Vqc_p before correction are input to angle/speed initial value calculation unit 107. In this case, the influence of resistance voltage drop is not observed in the output value of current control unit 102, and the initial value ωest_init of the rotational angular velocity and the initial value θest_init of the rotational phase angle can be estimated with high accuracy.
That is, according to the present embodiment, it is possible to provide an inverter control device and a power conversion device that are capable of estimating the rotation phase angle and rotation angular speed of a rotating synchronous machine with high accuracy.
なお、三相電圧指令Vu*、Vv*、Vw*を各相電流iu、iv、iwに抵抗値Rを乗じた抵抗ドロップ補正値で補正し、角度/速度初期値演算部107の入力を補正後の三相電圧指令Vu*、Vv*、Vw*としてもよい。その場合には、座標変換部72は、上述の第1実施形態と同様に、三相固定座標系の値からdq回転座標系の値に変換した電圧指令値d2、q2を出力する。 The three-phase voltage commands Vu * , Vv * , Vw * may be corrected by a resistance drop correction value obtained by multiplying each phase current iu, iv, iw by a resistance value R, and the corrected three-phase voltage commands Vu * , Vv * , Vw * may be input to the angle/speed initial value calculation unit 107. In this case, the coordinate conversion unit 72 outputs voltage command values d2, q2 converted from values in the three-phase fixed coordinate system to values in the dq rotating coordinate system, as in the first embodiment described above.
また、上述の第1実施形態および第2実施形態では電圧指令値を用いて脈動を計算したが、PWM電圧から電圧を検出する手段(例えばΔσ変調やVFコンバータ、電圧センサ(PT)など)を用いても同様の効果が得られる。 In addition, in the first and second embodiments described above, the pulsation is calculated using a voltage command value, but the same effect can be obtained by using a means for detecting the voltage from the PWM voltage (e.g., Δσ modulation, a VF converter, a voltage sensor (PT), etc.).
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
[付記1]
電流指令を生成する電流指令生成部と、
インバータ主回路と同期機との間に流れる電流値を検出する電流検出部と、
前記電流指令に応じた電圧指令を算出する電流制御部と、
前記電圧指令の値に基づき前記インバータ主回路の駆動信号を生成する変調部と、
前記同期機の回転位相角の推定値を用いて、前記電圧指令の値および検出された前記電流値を座標変換する座標変換部と、
前記座標変換に用いる前記回転位相角の推定値を変化しない値としたときに、前記同期機の磁気突極性によって発生する前記電圧指令の脈動成分に基づいて、前記同期機の回転位相角及び回転角速度の初期値を演算する初期値演算部と、
前記初期値演算部で演算された前記初期値を用いて、前記同期機の回転位相角及び回転角速度の推定値を演算する角度/速度演算部と、を備えたことを特徴とするインバータ制御装置。
[付記2]
前記初期値演算部において前記初期値を演算する期間における前記電流指令は、前記同期機の磁気突極性が最小となる軸方向に電流を通流するように設定されることを特徴とする、付記1記載のインバータ制御装置。
[付記3]
前記電流指令の値は、前記同期機の回転子ブリッジを飽和させる値であることを特徴とする、付記1記載のインバータ制御装置。
[付記4]
前記変調部は、前記電圧指令に対し前記同期機の抵抗による電圧降下を補正した値に基づいて前記駆動信号を生成し、
前記初期値演算部は、前記電圧指令における脈動電圧に基づいて前記初期値を演算することを特徴とする、付記1記載のインバータ制御装置。
[付記5]
インバータ主回路と、
電流指令を生成する電流指令生成部と、
前記インバータ主回路と同期機との間に流れる電流値を検出する電流検出部と、
前記電流指令に応じた電圧指令を算出する電流制御部と、
前記電圧指令の値に基づき前記インバータ主回路の駆動信号を生成する変調部と、
前記同期機の回転位相角の推定値を用いて、前記電圧指令の値および検出された前記電流値を座標変換する座標変換部と、
前記座標変換に用いる前記回転位相角の推定値を変化しない値としたときに、前記同期機の磁気突極性により発生する前記電圧指令の脈動成分に基づいて、前記同期機の回転位相角及び回転角速度の初期値を演算する初期値演算部と、
前記初期値演算部で演算された前記初期値を用いて、前記同期機の回転位相角及び回転角速度の推定値を演算する角度/速度演算部と、を備えたことを特徴とする電力変換装置。
Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and spirit of the invention, and are included in the scope of the invention and its equivalents described in the claims.
[Appendix 1]
a current command generating unit that generates a current command;
a current detection unit that detects a value of a current flowing between the inverter main circuit and the synchronous machine;
a current control unit that calculates a voltage command corresponding to the current command;
a modulation unit that generates a drive signal for the inverter main circuit based on the value of the voltage command;
a coordinate conversion unit that converts the voltage command value and the detected current value into coordinates by using an estimated value of a rotational phase angle of the synchronous machine;
an initial value calculation unit that calculates initial values of a rotational phase angle and a rotational angular velocity of the synchronous machine based on a pulsation component of the voltage command generated by a magnetic salient pole of the synchronous machine when the estimated value of the rotational phase angle used in the coordinate transformation is set to a value that does not change;
an angle/speed calculation unit that calculates estimated values of a rotation phase angle and a rotation angular speed of the synchronous machine using the initial value calculated by the initial value calculation unit.
[Appendix 2]
2. The inverter control device according to claim 1, wherein the current command during a period in which the initial value is calculated by the initial value calculation unit is set so as to flow a current in an axial direction in which magnetic salience of the synchronous machine is minimized.
[Appendix 3]
2. The inverter control device according to claim 1, wherein the value of the current command is a value that saturates a rotor bridge of the synchronous machine.
[Appendix 4]
the modulation unit generates the drive signal based on a value obtained by correcting a voltage drop caused by a resistance of the synchronous machine with respect to the voltage command;
2. The inverter control device according to claim 1, wherein the initial value calculation unit calculates the initial value based on a pulsating voltage in the voltage command.
[Appendix 5]
An inverter main circuit;
a current command generating unit that generates a current command;
a current detection unit that detects a value of a current flowing between the inverter main circuit and a synchronous machine;
a current control unit that calculates a voltage command corresponding to the current command;
a modulation unit that generates a drive signal for the inverter main circuit based on the value of the voltage command;
a coordinate conversion unit that converts the voltage command value and the detected current value into coordinates by using an estimated value of a rotational phase angle of the synchronous machine;
an initial value calculation unit that calculates initial values of a rotational phase angle and a rotational angular velocity of the synchronous machine based on a pulsation component of the voltage command generated by a magnetic salient pole of the synchronous machine when the estimated value of the rotational phase angle used in the coordinate transformation is set to a value that does not change;
and an angle/speed calculation unit that calculates estimated values of a rotational phase angle and a rotational angular speed of the synchronous machine using the initial values calculated by the initial value calculation unit.
M…同期機、10…固定子、20…回転子、INV…インバータ主回路、100…インバータ制御装置、101…電流指令生成部、102…電流制御部、103、105…座標変換部、104…変調部、106…回転角度/速度演算部、107…角度/速度初期値演算部、108…フラグ生成部、109…高周波電圧重畳部、110U、110V、110W…電流検出器、70…ホールド部、71…遅延部、72…座標変換部、73…正規化部、74、77…除算部、75…減算部、76…PI制御部、78、79…積分部、111d、111q…抵抗器。
M... synchronous machine, 10... stator, 20... rotor, INV... inverter main circuit, 100... inverter control device, 101... current command generation unit, 102... current control unit, 103, 105... coordinate conversion unit, 104... modulation unit, 106... rotation angle/speed calculation unit, 107... angle/speed initial value calculation unit, 108... flag generation unit, 109... high frequency voltage superposition unit, 110U, 110V, 110W... current detector, 70... hold unit, 71... delay unit, 72... coordinate conversion unit, 73... normalization unit, 74, 77... division unit, 75... subtraction unit, 76... PI control unit, 78, 79... integration unit, 111d, 111q... resistors.
Claims (5)
インバータ主回路と同期機との間に流れる電流値を検出する電流検出部と、
前記電流指令と検出された電流値とが一致するように電流制御を行い、脈動成分を含む電圧指令を算出する電流制御部と、
前記電圧指令の値に基づき前記インバータ主回路の駆動信号を生成する変調部と、
前記同期機の回転位相角の推定値を用いて、前記電圧指令の値および検出された前記電流値を座標変換する座標変換部と、
前記座標変換に用いる前記回転位相角の推定値を定数としたときに、前記同期機の磁気突極性によって発生する前記電圧指令の前記脈動成分に基づいて、前記同期機の回転位相角及び回転角速度の初期値を演算する初期値演算部と、
前記初期値演算部で演算された前記初期値を用いて、前記同期機の回転位相角及び回転角速度の推定値を演算する角度/速度演算部と、を備えたインバータ制御装置。 a current command generating unit that generates a current command;
a current detection unit that detects a value of a current flowing between the inverter main circuit and the synchronous machine;
a current control unit that performs current control so that the current command and the detected current value coincide with each other and calculates a voltage command including a pulsating component ;
a modulation unit that generates a drive signal for the inverter main circuit based on the value of the voltage command;
a coordinate conversion unit that converts the voltage command value and the detected current value into coordinates by using an estimated value of a rotational phase angle of the synchronous machine;
an initial value calculation unit that calculates initial values of a rotational phase angle and a rotational angular velocity of the synchronous machine based on the pulsation component of the voltage command generated by a magnetic salient pole of the synchronous machine when the estimated value of the rotational phase angle used in the coordinate transformation is a constant;
an angle/speed calculation unit that calculates estimated values of a rotation phase angle and a rotation angular speed of the synchronous machine using the initial value calculated by the initial value calculation unit.
前記初期値演算部は、前記電圧指令における脈動電圧に基づいて前記初期値を演算する、請求項1記載のインバータ制御装置。 the modulation unit generates the drive signal based on a value obtained by correcting a voltage drop caused by a resistance of the synchronous machine with respect to the voltage command;
The inverter control device according to claim 1 , wherein the initial value calculation unit calculates the initial value based on a pulsating voltage in the voltage command.
電流指令を生成する電流指令生成部と、
前記インバータ主回路と同期機との間に流れる電流値を検出する電流検出部と、
前記電流指令と検出された電流値とが一致するように電流制御を行い、脈動成分を含む電圧指令を算出する電流制御部と、
前記電圧指令の値に基づき前記インバータ主回路の駆動信号を生成する変調部と、
前記同期機の回転位相角の推定値を用いて、前記電圧指令の値および検出された前記電流値を座標変換する座標変換部と、
前記座標変換に用いる前記回転位相角の推定値を定数としたときに、前記同期機の磁気突極性により発生する前記電圧指令の前記脈動成分に基づいて、前記同期機の回転位相角及び回転角速度の初期値を演算する初期値演算部と、
前記初期値演算部で演算された前記初期値を用いて、前記同期機の回転位相角及び回転角速度の推定値を演算する角度/速度演算部と、を備えた電力変換装置。
An inverter main circuit;
a current command generating unit that generates a current command;
a current detection unit that detects a value of a current flowing between the inverter main circuit and a synchronous machine;
a current control unit that performs current control so that the current command and the detected current value coincide with each other and calculates a voltage command including a pulsating component ;
a modulation unit that generates a drive signal for the inverter main circuit based on the value of the voltage command;
a coordinate conversion unit that converts the voltage command value and the detected current value into coordinates by using an estimated value of a rotational phase angle of the synchronous machine;
an initial value calculation unit that calculates initial values of a rotational phase angle and a rotational angular velocity of the synchronous machine based on the pulsation component of the voltage command generated by a magnetic salient pole of the synchronous machine when the estimated value of the rotational phase angle used in the coordinate transformation is a constant;
an angle/speed calculation unit that calculates estimated values of a rotational phase angle and a rotational angular speed of the synchronous machine using the initial value calculated by the initial value calculation unit.
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