JP7628071B2 - Power Conversion Equipment - Google Patents
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Description
本発明は、電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device.
従来技術は、特許文献1に記載のように、一次電流の方向(t軸)とそれに直交する方向(m軸)を回転座標系の制御軸(mt軸)として、m軸の電圧指令値からm軸の誘導起電力値を推定し、磁束で除算することで(数式1)に従い速度推定値ωr0
^を算出している。
In the conventional technology, as described in
この技術により、(数式1)に用いる設定値R1 *と誘導モータの一次抵抗値R1に誤差がある場合でも、速度推定値ωr0 ^に推定誤差(ωr0 ^-ωr)は生じることなく、安定な速度制御が行える記述がある。 With this technology, even if there is an error between the set value R 1 * used in (Equation 1) and the primary resistance value R 1 of the induction motor, no estimation error (ω r0 ^ - ω r ) occurs in the speed estimation value ω r0 ^ , and stable speed control can be performed.
特許文献1の技術では、誘導モータの一次抵抗値R1の誤差(R1
*-R1)に低感度ではある。しかし、(数式1)に用いる設定値R2
*と誘導モータの二次抵抗値R2に誤差(R2
*-R2)があると、すべり周波数指令値ωs
*とすべり周波数ωsに誤差(ωs
*-ωs)が生じ、誘導モータの速度推定値ωr0
^に偏差や振動が発生する。その結果、モータ速度およびトルクにも振動が継続する。
The technique of
本発明の目的は、二次抵抗値に誤差がある場合でも、振動現象を防止し、速度偏差が無い速度制御を実現できる電力変換装置を提供することにある。 The objective of the present invention is to provide a power conversion device that can prevent vibration phenomena and achieve speed control without speed deviation even when there is an error in the secondary resistance value.
本発明は、誘導モータの出力周波数、出力電圧及び出力電流を可変にする信号を前記誘導モータに出力する電力変換器と、前記電力変換器を制御する制御部とを有し、
前記制御部は、前記出力電流から、一次電流の方向とそれに直交する方向を回転座標系とした制御軸における電圧、電流を演算し、前記電圧および電流から、第1の速度推定値と第2の速度推定値を演算し、前記第1の速度推定値から速度制御の演算をし、前記第2の速度推定値から一次周波数指令値を演算する電力変換装置。
The present invention includes a power converter that outputs a signal to the induction motor to vary the output frequency, output voltage, and output current of the induction motor, and a control unit that controls the power converter,
The control unit calculates, from the output current, a voltage and a current on a control axis having a direction of the primary current and a direction perpendicular to the primary current as a rotating coordinate system, calculates a first speed estimate value and a second speed estimate value from the voltage and current, calculates speed control from the first speed estimate value, and calculates a primary frequency command value from the second speed estimate value.
本発明によれば、二次抵抗値に誤差がある場合でも、誘導モータの速度やトルクの振動現象を防止し、速度偏差が無い速度制御を実現できる。 According to the present invention, even if there is an error in the secondary resistance value, it is possible to prevent the vibration phenomenon of the speed and torque of the induction motor and realize speed control without speed deviation.
以下、図面を用いて本実施例を詳細に説明する。 This embodiment will be explained in detail below with reference to the drawings.
図1は、電力変換装置と誘導モータとを備える実施例1における構成図を示す。本実施例は、誘導モータに速度センサを用いない速度センサレスベクトル制御で駆動する電力変換装置のドライブ制御に関する。 Figure 1 shows a configuration diagram of a first embodiment that includes a power conversion device and an induction motor. This embodiment relates to drive control of a power conversion device that drives an induction motor using speed sensorless vector control that does not use a speed sensor.
また、本実施例は、誘導モータ内の巻線温度により変化する一次抵抗値や二次抵抗値にともなうトルク脈動の抑制や、速度指令値と回転速度の速度偏差をなくす、安定で高精度なモータ制御を含めた電力変換装置に関するものである。 This embodiment also relates to a power conversion device that includes stable and highly accurate motor control, suppressing torque pulsation caused by the primary and secondary resistance values that change depending on the winding temperature in an induction motor, and eliminating the speed deviation between the speed command value and the rotation speed.
誘導モータ1は、磁束軸成分(d軸)の電流により発生する磁束φ2dと、磁束軸に直交するトルク軸成分(q軸)の電流iqによりトルクtmを発生する。
The
電力変換器2は、スイッチング素子としての半導体素子を備える。電力変換器2は、3相交流の電圧指令値vu
*、vv
*、vw
*を入力し、3相交流の電圧指令値vu
*、vv
*、vw
*に比例した電圧値を出力する。電力変換器2の出力に基づいて、誘導モータ1は駆動され、誘導モータ1の出力電圧と出力周波数および出力電流は可変に制御される。スイッチング素子としてIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を使うようにしてもよい。
The
直流電源3は、電力変換器2に直流電圧および直流電流を供給する。
The
電流検出器4は、誘導モータ1の3相の交流電流iu、iv、iwの検出値iuc、ivc、iwcを出力する。また電流検出器4は、誘導モータ1の3相の内の2相、例えば、U相とW相の相電流を検出し、交流条件(iu+iv+iw=0)からV相の線電流をiv=-(iu+iw)として求めてもよい。本実施例では、電流検出器4を、電力変換装置内に設けた例を示したが、電力変換装置の外部に設けてもよい。
The
制御部は、以下に説明する座標変換部5、座標変換部6、速度・周波数・位相演算部7、基準位相演算部8、励磁電流・磁束設定部9、速度制御演算部10、座標変換部11、座標変換部12、mt軸ベクトル制御演算部13、座標変換部14、座標変換部15を備える。そして、制御部は、誘導モータ1の出力電圧値と出力周波数値および出力電流を可変に制御するように電力変換器2の出力を制御する。
The control unit includes a
制御部は、マイコン(マイクロコンピュータ)やDSP(Digital Signal Processor)などの半導体集積回路(演算制御手段)によって構成される。制御部は、いずれかまたは全部をASIC(Application Specific Integrated Circuit)やFPGA(Field Programmable Gate Array)などのハードウェアで構成することができる。制御部のCPU(Central Processing Unit)が、メモリなどの記録装置に保持するプログラムを読み出して、上記した座標変換部5などの各部の処理を実行する。
The control unit is composed of a semiconductor integrated circuit (arithmetic control means) such as a microcomputer (microcontroller) or a DSP (Digital Signal Processor). Any or all of the control unit can be composed of hardware such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or an FPGA (Field Programmable Gate Array). The CPU (Central Processing Unit) of the control unit reads out a program stored in a recording device such as a memory, and executes the processing of each unit such as the
次に、制御部の各構成要素について、説明する。 Next, we will explain each component of the control unit.
座標変換部5は、3相の交流電流iu、iv、iwの検出値iuc、ivc、iwcと位相推定値θdcからd軸およびq軸の電流検出値idc、iqcを出力する。
The
座標変換部6は、d軸およびq軸の電流検出値idc、iqcと位相推定角θmtからm軸およびt軸の電流検出値imc、itcを出力する。
The
速度・周波数・位相演算部7は、m軸およびt軸の電圧指令値vmc
**、vtc
**、m軸およびt軸の電流指令値im
*、it
*、m軸およびt軸の電流検出値imc、itc、m軸およびt軸の磁束指令値φm
*、φt
*、第2の速度推定値ωr
^、一次周波数指令値ω1
*および誘導モータ1の電気回路パラメータ(R1、R2’、Lσ、M、L2)に基づいて、誘導モータ1の第1の速度推定値ωr
^、すべり周波数指令値ωs
*および位相推定値θdcを出力する。
The speed/frequency/
基準位相演算部8は、すべり周波数指令値ωs
*を用いてm軸からd軸までの位相推定角θmtを出力する。
A reference
励磁電流・磁束設定部9は、正極性である励磁電流指令値id
*と、正極性であるd軸の二次磁束指令値φ2d
*および、「0」であるq軸の二次磁束指令値φ2q
*を出力する。
The excitation current/magnetic
速度制御演算部10は、速度指令値ωr
*と速度推定値ωr
^の偏差(ωr
*-ωr
^)からq軸の電流指令値iq
*を出力する。
The speed
座標変換部11は、d軸およびq軸の電流指令値id *、iq *と位相推定角θmtからm軸およびt軸の電流指令値im *、it *を出力する。 The coordinate conversion unit 11 outputs m-axis and t-axis current command values i m * , i t * from the d-axis and q-axis current command values i d * , i q * and the estimated phase angle θ mt .
座標変換部12は、d軸およびq軸の二次磁束指令値φ2d
*、φ2q
*と位相推定角θmtからm軸およびt軸の磁束指令値φm
*、φt
*を出力する。
A
mt軸ベクトル制御演算部13は、m軸およびt軸の電流指令値im
*、it
*と電流検出値imc、itcの偏差である(im
*-imc)、(it
*-itc)からm軸およびt軸の電圧指令値vmc
*、vtc
*を出力する。
The m/t-axis vector
座標変換部14は、m軸およびt軸の電圧指令値vmc
*、vtc
*と位相推定角θmtからd軸およびq軸の電圧指令値vdc
*、vqc
*を出力する。
The
座標変換部15は、d軸およびq軸の電圧指令値vdc
*、vqc
*と位相推定値θdcから3相交流の電圧指令値vu
*、vv
*、vw
*を出力する。
The
最初に、本発明と関係する一次電流を基準とするmt軸について説明する。mt軸は回転座標系であり、制御軸である。図2は、dq軸上のベクトル図である。磁束の方向をd軸、d軸より90度(π/2)進んだ方向をq軸としている。ここで、d軸の電流idとq軸の電流iqおよび一次電流i1は(数式2)の関係にある。 First, we will explain the mt axis based on the primary current related to this invention. The mt axis is a rotating coordinate system and is the control axis. Figure 2 is a vector diagram on the dq axis. The direction of the magnetic flux is the d axis, and the direction 90 degrees (π/2) ahead of the d axis is the q axis. Here, the d axis current i d , the q axis current i q, and the primary current i 1 are related by (Equation 2).
またidとi1の位相角θφは、d軸の電流idとq軸の電流iqから(数式3)を用いて演算する。 In addition, the phase angle θφ between i d and i 1 is calculated from the d-axis current i d and the q-axis current i q using (Equation 3).
図3は、mt軸のベクトル図である。一次電流の方向をt軸、このt軸と直交する方向をm軸としている。ここで、m軸の電流imとt軸の電流itおよび一次電流i1は(数式4)の関係にある。 Fig. 3 is a vector diagram of the mt axis. The direction of the primary current is the t axis, and the direction perpendicular to the t axis is the m axis. Here, the current i m on the m axis, the current i t on the t axis, and the primary current i 1 are related by (Equation 4).
さらにm軸からd軸までの推定位相角θmtは(数式5)である。 Furthermore, the estimated phase angle θ mt from the m-axis to the d-axis is given by (Equation 5).
従来の技術である(数式1)に示す速度推定演算を用いた速度センサレス制御の基本動作について説明する。 The basic operation of speed sensorless control using the speed estimation calculation shown in (Equation 1), which is a conventional technology, is explained below.
励磁電流・磁束設定部9は、誘導モータ1内でd軸の二次磁束値φ2dを発生させるために必要な電流指令値id
*を出力する。また速度制御演算部10において、速度指令値ωr
*に速度推定値ωr0
^が追従するように、(数式6)に従いq軸の電流指令値iq
*を演算する。
The excitation current/
mt軸ベクトル制御演算部13は、(数式7)に従い、m軸およびt軸の電流指令値im
*、it
*に電流検出値imc、itcが追従するようにPI(比例+積分)制御を行い、m軸およびt軸の電圧指令値vmc
*、vtc
*を演算し、電力変換器2の出力電圧を制御する。電圧指令値vmc
*、vtc
*は、m軸、t軸のフィードバック電圧成分である。
The mt-axis vector
基本動作の説明のため、速度・周波数・位相演算部7は、速度推定値ωr
^の代わりに(数式1)により速度推定値ωr0
^を演算する。また、すべり周波数演算部71は(数式8)に従い、すべり周波数指令値ωs
*を演算する。
For the explanation of the basic operation, the speed/frequency/
さらに、速度推定値ωr0
^とすべり周波数指令値ωs
*を用いて、(数式9)に従い、速度・周波数・位相演算部7は、一次周波数指令値ω1
*を演算する。
Furthermore, using the speed estimate ω r0 ^ and the slip frequency command value ω s * , the speed/frequency/
位相推定演算部75は、(数式10)に従い誘導モータ1の磁束軸の位相θdcを演算する。
The phase
磁束軸の位相θdの推定値である位相推定値θdcを制御の基準に、センサレス制御により演算する。以上が基本動作である。 The phase estimation value θ dc , which is an estimation value of the phase θ d of the magnetic flux axis, is used as the control reference and is calculated by sensorless control.
図4に、速度推定演算に従来技術である特許文献1を用いた場合の負荷運転特性を示す。この例では、(数式1)に用いる一次抵抗値の設定R1
*を誘導モータ1の実際の一次抵抗値R1の0.5倍に設定し、二次抵抗値の設定R2
*を、誘導モータ1の実際の二次抵抗値R2の1.0倍に設定している。誘導モータ1を低速域の1Hz(速度指令値ωr
*)で運転する。同図におけるA点からB点までランプ状に負荷トルクを200%まで与えている。
Figure 4 shows the load operation characteristics when the conventional technology of
誘導モータ1の回転速度ωrと速度推定値ωr0
^は一致しており、一次抵抗値の設定R1
*には低感度である。しかし、(数式1)に用いる二次抵抗値の設定R2’*に誤差があると、センサレス制御は不安定になることがある。
The rotation speed ωr of the
図5に、速度推定演算に(数式1)に用いる二次抵抗値の設定値R2
*を、誘導モータ1の二次抵抗値R2の0.5倍に設定した負荷運転特性を示す。
FIG. 5 shows the load operation characteristics when the set value R 2 * of the secondary resistance used in the speed estimation calculation (Equation 1) is set to 0.5 times the secondary resistance R 2 of the
誘導モータ1の回転速度ωrは定常的にも速度推定値ωr0
^より低下し、図中に示すB点以降から誘導モータ1のトルクτmや回転速度ωrの振動が徐々に大きくなり、このような振動現象が発生する問題があった。
The rotational speed ωr of the
これは(数式1)に示す速度推定演算がm軸の電圧情報のみ利用しており、トルクや回転速度を振動させる要因となっていた。この解決法として、速度制御演算にフィードバックする速度推定値ωr^と一次周波数指令値ω1 *にフィードバックする速度推定値ωr ^^の2種類を演算する。 This is because the speed estimation calculation shown in (Formula 1) uses only the voltage information of the m-axis, which causes the torque and rotation speed to vibrate.To solve this problem, two types of speed estimation value are calculated: the speed estimation value ωr ^ that is fed back to the speed control calculation, and the speed estimation value ωr ^^ that is fed back to the primary frequency command value ω1 * .
上述の振動はm軸とt軸の両方に含まれるため、電圧指令値(vmc **、vtc **)と電流検出値(imc、itc)を用いて、電力の外積を利用して第2の速度推定値ωr ^^を演算する。第2の速度推定値^^を用いて一次周波数指令値ω1 *を演算することで、二次抵抗値R2の誤差(R2 *-R2)をキャンセルするとともに振動現象を抑制する。 Because the above-mentioned vibration is included in both the m-axis and t-axis, the voltage command value (v mc ** , v tc ** ) and the detected current value (i mc , i tc ) are used to calculate the second speed estimate ω r ^^ using the cross product of the power. The second speed estimate ^^ is used to calculate the primary frequency command value ω 1 * , thereby canceling the error in the secondary resistance value R 2 (R 2 * - R 2 ) and suppressing the vibration phenomenon.
さらに第1の速度推定演算にも前述の一次周波数指令値ω1 *を用いることで、m軸の誘導起電力を利用した速度推定値ωr ^は適正な値となり、精度よく速度制御演算にフィードバックすることができる。 Furthermore, by using the aforementioned primary frequency command value ω 1 * in the first speed estimation calculation, the speed estimation value ω r ^ using the induced electromotive force of the m-axis becomes an appropriate value, and can be fed back to the speed control calculation with high accuracy.
上述の理由で、本発明を用いれば、回転速度ωrの低下や振動現象を改善することができる。以下、本実施例の速度推定の技術について説明する。 For the reasons described above, the use of the present invention can improve the decrease in rotation speed ωr and the vibration phenomenon. The speed estimation technique of this embodiment will be described below.
図6に、速度・周波数・位相演算部7のブロックを示す。すべり周波数演算部71はq軸の電流指令値iq
*、d軸の二次磁束指令値φ2d
*、相互インダクタンス値Mの設定値M*、および二次時定数T2の設定値T2
*を用いて、すべり周波数指令値ωs
*を上述した(数式8)に従い演算する。
6 shows a block diagram of the speed/frequency/
特許文献1では、(数式1)より速度推定値ωr0
^を演算した。本実施例では、第2の速度推定演算部72は、電力の外積を用いた第2の速度推定値ωr
^^を演算する。また、第1の速度推定演算部73は、m軸の誘導起電力を用いた第1の速度推定値ωr
^を演算する。
In
加算部74には、すべり周波数指令値ωs
*と第2の速度推定値ωr
^^が入力され、(数式11)により一次周波数指令値ω1
*を出力する。
The
位相推定演算部75は、一次周波数指令値ω1
*が入力し、上述した(数式10)に従い位相推定値θdcを出力する。
A phase
図7に、第2の速度推定演算部72の構成を示す。電力の外積の演算部721では、m軸およびt軸の電圧指令値vmc
*、vtc
*と、m軸およびt軸の電流検出値imc、itcを用いて、電力の外積値Ecp
^を(数式12)に従い演算する。
7 shows the configuration of the second speed
電力の外積モデル演算部722では、m軸およびt軸の電流検出値imc、itc、第2の速度推定値ωr
^^、一次周波数指令値ω1
*、誘導モータ1の電気回路パラメータR2’*、Lσ
*、M*、L2
*、m軸およびt軸の磁束指令値φm
*、φt
*用いて、外積モデル値Ecp
*を(数式13)に従い演算する。
The power cross product model calculation unit 722 calculates the cross product model value E cp * according to (equation 13) using the m-axis and t-axis current detection values i mc , i tc , the second speed estimation value ω r ^^, the primary frequency command value ω 1 * , the electrical circuit parameters R 2 ' * , L σ * , M * , L 2 * of the
減算部723では、電力の外積値Ecp
^と外積モデル値Ecp
*が入力され、その偏差であるΔEcpを出力する。減算部723の出力であるΔEcpはPI制御演算部724に入力され、P(比例)+I(積分)制御演算により(数式14)に従い第2の速度推定値ωr
^^を演算する。
The power cross product value E cp ^ and the cross product model value E cp * are input to the subtraction unit 723, which outputs ΔE cp, which is their deviation. ΔE cp , which is output from the subtraction unit 723, is input to a PI
図8に、第1の速度推定演算部73の構成を示す。t軸の電流指令値it
*は、電流制御遅れ相当の時定数TACRの一次遅れ演算部731に入力され、その出力it
*
tdに漏れインダクタンスLσに関係するゲイン732が乗じられ、一次周波数指令値ω1
*とともに乗算部733に入力され、漏れインダクタンスに関係する電圧降下が演算される。
8 shows the configuration of the first speed
乗算部733の出力値とm軸の電圧指令値vmc
*は加算部734に入力される。m軸の磁束指令値φm
*は、一次側に換算した二次抵抗値R2’*と相互インダクタンスMに関係するゲイン735が乗じられ、ゲイン735の出力は加算部734の出力とともに加算部736に入力される。
The output value of multiplier 733 and m-axis voltage command value v mc * are input to adder 734. The m-axis magnetic flux command value φ m * is multiplied by a
m軸の電流検出値imcは、漏れインダクタンスLσとオブザーバ時定数Tobsおよび合成抵抗値Rσ *(R1 *+R2’*)に関係するゲイン737が乗じられ、ゲイン737の出力は加算部736の出力とともに加算部738に入力される。 The m-axis current detection value i mc is multiplied by a gain 737 related to the leakage inductance L σ , the observer time constant T obs, and the combined resistance value R σ * (R 1 * + R 2 ' * ), and the output of gain 737 is input to adder 738 together with the output of adder 736.
加算部738の出力は速度推定応答のオブザーバ時定数Tobsを持つ一次遅れ演算部739に入力される。m軸の電流検出値imcは、漏れインダクタンスLσとオブザーバ時定数Tobsに関係するゲイン7310が乗じられる。ゲイン7310の出力は一次遅れ演算部739の出力とともに、減算部7311に入力される。 The output of the adder 738 is input to a first-order lag calculator 739 having an observer time constant T obs for the speed estimation response. The m-axis current detection value i mc is multiplied by a gain 7310 related to the leakage inductance L σ and the observer time constant T obs . The output of the gain 7310 is input to a subtractor 7311 together with the output of the first-order lag calculator 739.
t軸の磁束指令値φt *は相互インダクタンスMと二次インダクタンスL2に関係するゲイン7312が乗じられ、ゲイン7312の出力は減算部7311の出力とともに除算部7313に入力される。除算部7313の出力はー1であるゲイン7314を乗じて、第1の速度推定値ωr ^を(数式15)に従い演算する。 The t-axis magnetic flux command value φ t * is multiplied by a gain 7312 related to the mutual inductance M and secondary inductance L2 , and the output of the gain 7312 is input to a divider 7313 together with the output of a subtractor 7311. The output of the divider 7313 is multiplied by a gain 7314 which is -1 to calculate a first speed estimate ω r ^ according to (Equation 15).
なお、図8は、(数式15)を等価変換した機能ブロック図である。 Note that Figure 8 is a functional block diagram that has been equivalently converted from (Equation 15).
図9に、本実施例における負荷運転特性を示す(図5に用いた条件を設定している)。図5と図9に開示した負荷特性を比較すれば、第1の速度推定値ωr ^は回転速度ωrに一致し、第2の速度推定値ωr ^^ > ωr ^の関係であることがわかる。一次周波数指令値ω1 *と一次周波数ω1は(数式16)の関係にある。 Figure 9 shows the load operation characteristics in this embodiment (the conditions used in Figure 5 are set). By comparing the load characteristics disclosed in Figure 5 and Figure 9, it can be seen that the first speed estimate ωr ^ coincides with the rotation speed ωr , and the second speed estimate ωr ^^ > ωr ^ . The primary frequency command value ω1 * and the primary frequency ω1 are related by (Formula 16).
(数式16)において、第2の速度推定値ωr ^^、すべり周波数指令値ωs *、回転速度ωrおよび、すべり周波数ωsを用いると、同式は(数式17)のように書き換えることができる。 In (Equation 16), by using the second speed estimate value ω r ^^ , slip frequency command value ω s * , rotation speed ω r , and slip frequency ω s , the same equation can be rewritten as (Equation 17).
(数式17)を第2の速度推定値ωr
^^について整理すると(数式18)となる。
つまり、二次抵抗値R2の設定値R2 *に関係するすべり周波数指令値ωs *とすべり周波数ωsとの誤差(ωs *-ωs)が第2の速度推定値ωr ^^に含まれることになる。第2の速度推定値ωr ^^を用いて一次周波数指令値ω1 *を演算するため一次周波数指令値ω1 *は適正値となり、前述の(数式15)より第1の速度推定値ωr ^を算出することで、第1の速度推定値ωr ^は回転速度ωrに一致することになる。 In other words, the error ( ωs * - ωs ) between the slip frequency command value ωs * and the slip frequency ωs, which is related to the set value R2 * of the secondary resistance R2, is included in the second speed estimate ωr ^^ . Since the primary frequency command value ω1 * is calculated using the second speed estimate ωr ^^ , the primary frequency command value ω1 * becomes an appropriate value, and by calculating the first speed estimate ωr ^ from the above-mentioned (Equation 15), the first speed estimate ωr ^ coincides with the rotation speed ωr .
第1の速度推定値ωr ^と第2の速度推定値ωr ^^は一致しないが、トルクが安定するB点以降では回転速度ωrは速度指令値ωr *(図9では1Hz)に一致する。 Although the first speed estimate ωr ^ and the second speed estimate ωr ^^ do not match, the rotational speed ωr matches the speed command value ωr * (1 Hz in FIG. 9) after point B where the torque stabilizes.
つまり、本実施例によれば、二次抵抗値R2の誤差(R2 *-R2)がある場合でも、誘導モータの速度やトルクの振動現象の防止、および、速度指令値と回転速度の差分(ωr *-ωr)である速度偏差を無くした高安定で高精度な速度制御を実現できる。 In other words, according to this embodiment, even if there is an error in the secondary resistance value R2 ( R2 * -R2 ) , it is possible to prevent the oscillation phenomenon in the speed and torque of the induction motor, and to achieve highly stable and highly accurate speed control by eliminating the speed deviation, which is the difference between the speed command value and the rotational speed ( ωr * -ωr).
上記の説明では、第1の速度推定値もしくは第2の速度推定値の演算は、電圧指令値や電流検出値を誘導モータの出力電圧や出力電流の例として説明した。第1の速度推定値もしくは第2の速度推定値の演算において、出力電圧として電圧検出値を、出力電流として電流指令値を使ってもよい。 In the above explanation, the calculation of the first speed estimate value or the second speed estimate value has been described using the voltage command value or the current detection value as an example of the output voltage or output current of the induction motor. In the calculation of the first speed estimate value or the second speed estimate value, the voltage detection value may be used as the output voltage, and the current command value may be used as the output current.
ここで、図10を用いて、本実施例を実施した場合の検証をするための構成について説明する。誘導モータ1を駆動する電力変換装置20に、電圧検出器21、電流検出器22を取り付け、誘導モータ1のシャフトにはエンコーダ23を取り付ける。
Now, with reference to FIG. 10, we will explain the configuration for verifying the implementation of this embodiment. A
mt軸の電圧・電流・磁束の演算部24には、第1ステップとして、電圧検出器21の出力である三相交流の電圧検出値(vuc、vvc、vwc)、三相交流の電流検出値(iuc、ivc、iwc)とエンコーダの出力である位置θが入力され、ベクトル電圧成分のvdc
^、vqc
^、ベクトル電流成分のidc
^、iqc
^と、位置θを微分した検出値ωrc、またベクトル電流成分よりすべり周波数の推定値ωs
^を演算する。
As a first step, the mt-axis voltage, current, and magnetic
さらに第2ステップとして、検出したベクトル電流成分のidc ^、iqc ^と誘導モータ1の電気回路パラメータ(汎用インバータに搭載されているオフライン・オートチューニングの結果あるいは設計値)を用いて、推定位相角θmt ^を(数式19)より、m軸およびt軸の電圧成分のvmc ^、vmc ^を(数式20)より、電流成分のimc ^、itc ^を(数式21)より、磁束成分のφm ^、φt ^を(数式22)より、それぞれ導出する。 Furthermore, in the second step, using the detected vector current components i dc ^ and i qc ^ and the electrical circuit parameters of the induction motor 1 (the results of offline auto-tuning installed in the general-purpose inverter or design values), the estimated phase angle θ mt ^ is derived from (Equation 19), the m-axis and t-axis voltage components v mc ^ and v mc ^ are derived from (Equation 20), the current components i mc ^ and i tc ^ are derived from (Equation 21), and the magnetic flux components φ m ^ and φ t ^ are derived from (Equation 22).
電力の外積の演算部25では、(数式12)、(数式13)に対応する(数式23)、(数式24)を用いて電力の外積値Ecp ^_est、Ecp *_estをそれぞれ演算する。これらEcp ^_estとEcp *_estが一致すれば本発明を採用していることが明白となる。また、(数式25)を用いた第2の速度推定値ωr ^^を算出して観測してもよい。 The power cross product calculation unit 25 calculates the power cross product values E cp ^ _ est and E cp * _ est using (Formula 23) and (Formula 24) corresponding to (Formula 12) and (Formula 13), respectively. If E cp ^ _ est and E cp * _ est match, it is clear that the present invention has been adopted. In addition, a second speed estimate ω r ^^ may be calculated and observed using (Formula 25).
図11は、電力変換装置と誘導モータとを有する実施例2における構成図である。実施例1では、mt軸ベクトル制御演算部は、電圧指令値vmc *、vtc *を、m軸、t軸のフィードバック電圧成分として演算した例(フィードバック演算)である。本実施例はフィードバック演算とフィードフォワード演算を併用するベクトル制御演算を実行する例である。 Fig. 11 is a configuration diagram of a second embodiment having a power conversion device and an induction motor. In the first embodiment, the mt-axis vector control calculation unit calculates the voltage command values vmc * and vtc * as feedback voltage components of the m-axis and t-axis (feedback calculation). This embodiment is an example of executing a vector control calculation using both feedback calculation and feedforward calculation.
速度・周波数・位相演算部7aとmt軸ベクトル制御演算部13aは、それぞれ図1の速度・周波数・位相演算部7とmt軸ベクトル制御演算部13に相当するブロックである。図11において、誘導モータ1~座標変換部6、基準位相演算部8~座標変換部12、座標変換部14~座標変換部15は、図1と同一である。
The speed/frequency/phase calculation unit 7a and the mt-axis vector control calculation unit 13a are blocks corresponding to the speed/frequency/
速度・周波数・位相演算部7aにおいて、図6の速度・周波数・位相演算部7で算出した第2の速度推定値ωr
^^と一次周波数指令値ω1
*を出力する。
The speed/frequency/phase calculation unit 7a outputs the second speed estimate value ω r ^^ and the primary frequency command value ω 1 * calculated by the speed/frequency/
また、mt軸ベクトル制御演算部13aにおいて、d軸およびq軸の電流指令値id
*、iq
*を座標変換したm軸およびt軸の電流指令値im
*、it
*、誘導モータ1の電気回路パラメータ(R1
*、R2’*、Lσ
*、M*、L2
*)、m軸およびt軸の磁束指令値φm
*、φt
*、第2の速度推定値ωr
^^、一次周波数指令値ω1
*を用いて、(数式26)に従う。本実施例では、フィードフォワード演算としての電圧基準値vmc0
*、vmt0
*を演算する。
Further, in the mt-axis vector control calculation unit 13a, the m-axis and t-axis current command values i m * , i t * obtained by coordinate transforming the d-axis and q-axis current command values i d * , i q * , the electric circuit parameters (R 1 * , R 2 ' * , L σ * , M * , L 2 * ) of the
また、mt軸ベクトル制御演算部13aには、m軸の電流指令値im *、m軸の電流検出値imc、t軸の電流指令値it *、t軸の電流検出値itcが入力される。 Further, the m-axis current command value i m * , the m-axis current detection value i mc , the t-axis current command value i t * , and the t-axis current detection value i tc are input to the mt-axis vector control calculation portion 13 a.
ここでは(数式27)に従い、電流指令値im *、it *に電流検出値imc、itcが追従するようにPI(比例+積分)制御を行い、m軸およびt軸の電圧補正値Δvm *、Δvt *を出力する。m軸およびt軸の電圧補正値Δvm *、Δvt *は、フィードバック演算である。 Here, PI (proportional plus integral) control is performed so that the detected current values i mc , i tc follow the current command values i m * , i t * according to (Equation 27), and m-axis and t-axis voltage correction values Δv m * , Δv t * are output. The m-axis and t-axis voltage correction values Δv m * , Δv t * are feedback calculations.
さらに(数式28)に従い電圧指令値vmc
**、vtc
**を演算した後、座標変したd軸およびq軸の電圧指令値vdc
*、vqc
*により、電力変換器2の出力電圧を制御する。
Furthermore, after calculating the voltage command values vmc ** , vtc ** according to (Equation 28), the output voltage of the
本実施例によれば、mt軸のベクトル制御演算部にフィードフォワード演算を追加したことで、より安定した速度制御を実現することができる。 In this embodiment, by adding a feedforward calculation to the vector control calculation section of the mt axis, more stable speed control can be achieved.
図12は、電力変換装置と誘導モータとを有する実施例3における構成図である。実施例1では、特に低速域において、第1の速度推定演算にはm軸の誘導起電力を利用し、第2速度推定演算には電力の外積を利用する速度推定方式であった。 Figure 12 is a configuration diagram of a third embodiment having a power conversion device and an induction motor. In the first embodiment, the speed estimation method uses the induced electromotive force of the m-axis for the first speed estimation calculation, and the cross product of the power for the second speed estimation calculation, particularly in the low speed range.
本実施例は、中高速域において、第1の速度推定演算は、t軸の誘導起電力を利用し、第2の速度推定演算には電力の内積を利用する速度推定演算をする。速度・周波数・位相演算部7bは、図1の速度・周波数・位相演算部7に相当するブロックである。図12において、誘導モータ1~座標変換部6、基準位相演算部8~座標変換部15は、図1と同一である。
In this embodiment, in the medium to high speed range, the first speed estimation calculation uses the induced electromotive force of the t-axis, and the second speed estimation calculation uses the inner product of the power. The speed/frequency/
図13に、速度・周波数・位相演算部7bの構成を示す。すべり周波数演算部7b1、加算部7b4、位相推定演算部7b5は、図6のすべり周波数演算部71、加算部74、位相推定演算部75と同一である。
Figure 13 shows the configuration of the speed/frequency/
本実施例では、第2の速度推定演算部7b2において、電力の内積を用いて第2の速度推定値ωr ^^ nを演算する。また、第1の速度推定演算部7b3において、t軸成分の誘導起電力を用いて第1の速度推定値ωr ^ nを演算する。 In this embodiment, the second speed estimation calculation unit 7b2 calculates the second speed estimation value ωr ^^ n using the inner product of the power, and the first speed estimation calculation unit 7b3 calculates the first speed estimation value ωr^n using the induced electromotive force of the t-axis component.
加算部7b4では、すべり周波数指令値ωs *と第2の速度推定値ωr ^^ nが入力され、(数式29)により一次周波数指令値ω1 *を出力する。 The adder 7b4 receives the slip frequency command value ω s * and the second speed estimate value ω r ^^ n , and outputs the primary frequency command value ω 1 * according to (Equation 29).
位相推定演算部7b5は、一次周波数指令値ω1 *が入力され、上述した(数式10)に従い位相推定値θdcを出力する。 Phase estimation calculation section 7b5 receives primary frequency command value ω 1 * and outputs phase estimate value θ dc according to the above-mentioned (Equation 10).
図14に、実施例3における第2の速度推定演算部7b2の構成を示す。電力の内積の演算部7b21において、m軸およびt軸の電圧指令値vmc *、vtc *と電流検出値imc、itcを用いて、電力の内積値Edp ^を(数式30)に従い演算する。 14 shows the configuration of a second speed estimation calculation unit 7b2 in Example 3. A power dot product calculation unit 7b21 calculates a power dot product value E dp ^ according to (Formula 30) using the m-axis and t-axis voltage command values v mc * , v tc * and the detected current values i mc , i tc .
電力の内積モデル演算部7b22では、m軸およびt軸の電流検出値imc、itc、第2の速度推定値ωr
^^
n、誘導モータ1の電気回路パラメータR1
*、R2
’*、M*、L2*、m軸およびt軸の磁束指令値φm
*、φt
*用いて、内積モデル値Edp
*を(数式31)に従い演算する。
The power inner product model calculation unit 7b22 calculates the inner product model value E dp * according to (equation 31) using the m-axis and t-axis current detection values i mc , i tc , the second speed estimate value ω r ^^ n , the electrical circuit parameters R 1 * , R 2 '* , M * , L2 * of the
減算部7b23では、電力の内積値Edp ^と内積モデル値Edp *が入力され、その偏差であるΔEdpを出力する。減算部7b23の出力であるΔEdpにー1であるゲイン7b24を乗じて、PI制御演算部7b25に入力され、P(比例)+I(積分)制御演算により(数式32)に従い第2の速度推定値ωr ^^ nを演算する。 The subtraction unit 7b23 receives the power dot product value E dp ^ and the dot product model value E dp * , and outputs their deviation, ΔE dp . The output, ΔE dp , of the subtraction unit 7b23 is multiplied by a gain 7b24, which is -1, and input to a PI control calculation unit 7b25, which calculates a second speed estimate ωr ^^ n according to (Equation 32) using P (proportional) + I (integral) control calculation.
図15に、実施例3における第1の速度推定演算部7b3の構成を示す。m軸の電流指令値im *は、電流制御遅れ相当の時定数TACRの一次遅れ演算部7b31に入力され、その一次遅れ演算部7b31の出力im * tdに漏れインダクタンスLσに関係するゲイン7b32が乗じられる。 15 shows the configuration of a first speed estimation calculation unit 7b3 in Example 3. The m-axis current command value i m * is input to a first-order lag calculation unit 7b31 with a time constant T ACR equivalent to a current control delay, and the output i m * td of the first-order lag calculation unit 7b31 is multiplied by a gain 7b32 related to the leakage inductance L σ .
ゲイン7b32の出力が一次周波数指令値ω1 *とともに乗算部7b33に入力され、乗算部7b33では漏れインダクタンスに関係する電圧降下が演算される。 The output of the gain 7b32 is input to a multiplier 7b33 together with the primary frequency command value ω 1 * , and the multiplier 7b33 calculates a voltage drop related to the leakage inductance.
乗算部7b33の出力値とt軸の電圧指令値vtc *は、減算部7b34に入力される。t軸の磁束指令値φt *は、一次側に換算した二次抵抗値R2’*と相互インダクタンスM*に関係するゲイン7b35が乗じられる。ゲイン7b35の出力は減算部7b34の出力とともに加算部7b36に入力される。 The output value of multiplier 7b33 and t-axis voltage command value v tc * are input to subtractor 7b34. The t-axis magnetic flux command value φ t * is multiplied by gain 7b35 related to secondary resistance value R 2 ' * converted to the primary side and mutual inductance M * . The output of gain 7b35 is input to adder 7b36 together with the output of subtractor 7b34.
t軸の電流検出値itcは、漏れインダクタンスLσとオブザーバ時定数Tobsおよび合成抵抗値Rσ *に関係するゲイン7b37が乗じられ、ゲイン7b37の出力は加算部7b36の出力とともに加算部7b38に入力される。 The t-axis current detection value i tc is multiplied by a gain 7b37 related to the leakage inductance L σ , the observer time constant T obs and the combined resistance value R σ * , and the output of the gain 7b37 is input to an adder 7b38 together with the output of an adder 7b36.
加算部7b38の出力は速度推定応答のオブザーバ時定数Tobsを持つ一次遅れ演算部7b39に入力される。 The output of the adder 7b38 is input to a first-order lag calculator 7b39 having an observer time constant T obs of the speed estimation response.
t軸の電流検出値itcは、漏れインダクタンスLσとオブザーバ時定数Tobsに関係するゲイン7b310が乗じられ、ゲイン7b310の出力は一次遅れ演算部7b39とともに、減算部7b311に入力される。 The t-axis current detection value i tc is multiplied by a gain 7b310 related to the leakage inductance L σ and the observer time constant T obs , and the output of the gain 7b310 is input to a first-order lag calculation section 7b39 and a subtraction section 7b311.
m軸の磁束指令値φm *は、相互インダクタンスMと二次インダクタンスL2に関係するゲイン7b312が乗じられ、ゲイン7b312の出力は減算部7b311の出力とともに除算部7b313に入力され、除算部7b313の出力は(数式33)に従い第1の速度推定値ωr ^ nを演算する。 The m-axis magnetic flux command value φ m * is multiplied by a gain 7b312 related to the mutual inductance M and secondary inductance L2 , and the output of the gain 7b312 is input to a divider 7b313 together with the output of the subtractor 7b311, and the output of the divider 7b313 is used to calculate the first speed estimate value ωr ^ n according to (Equation 33).
なお、図15は、(数式33)を等価変換した機能ブロック図である。 Note that Figure 15 is a functional block diagram in which (Equation 33) has been equivalently converted.
(数式31)において第2項には漏れインダクタンス値Lσおよびその設定値Lσ *は含まれず、(数式33)においてはim *=0より漏れインダクタンス値に低感度となり、第1の速度推定値ωr ^ nおよび第2の速度推定値ωr ^^ nは、漏れインダクタンスの誤差にロバストとなり、安定で高精度な速度制御を実現することができる。 In (Equation 31), the second term does not include the leakage inductance value Lσ and its set value Lσ * , and in (Equation 33), the sensitivity to the leakage inductance value is lower than that of i m * = 0, so the first speed estimate ωr ^ n and the second speed estimate ωr ^^ n are robust to leakage inductance errors, enabling stable and highly accurate speed control to be achieved.
図16は、電力変換装置と誘導モータとを有する実施例4における構成図である。実施例1では、特に低速域において、m軸の起電力を用いて第1の速度推定値ωr ^を、電力の外積を利用して第2の速度推定値ωr ^^を演算する速度推定の例であった。 16 is a configuration diagram of a fourth embodiment having a power conversion device and an induction motor. In the first embodiment, the first speed estimate ωr ^ is calculated using the electromotive force of the m-axis, and the second speed estimate ωr ^^ is calculated using the cross product of the power, particularly in the low speed range.
本実施例は、低速域において第1の速度推定値ωr ^および第2の速度推定値ωr ^^を、中高速域において第1の速度推定値ωr ^ nおよび第2の速度推定値ωr ^^ nを用いる実施例である。 In this embodiment, the first speed estimated value ω r ^ and the second speed estimated value ω r ^^ are used in the low speed range, and the first speed estimated value ω r ^ n and the second speed estimated value ω r ^^ n are used in the medium to high speed range.
速度・周波数・位相演算部7cは、図1の速度・周波数・位相演算部7に相当するブロックである。図16において、誘導モータ1~座標変換部6、基準位相演算部8~座標変換部15は、図1と同一である。
The speed/frequency/phase calculation unit 7c is a block equivalent to the speed/frequency/
図17に、速度・周波数・位相演算部7cの構成を示す。すべり周波数演算部7c1、加算部7c4、位相推定演算部7c5は、図6の71、74、75と同一である。 Figure 17 shows the configuration of the speed/frequency/phase calculation unit 7c. The slip frequency calculation unit 7c1, the addition unit 7c4, and the phase estimation calculation unit 7c5 are the same as 71, 74, and 75 in Figure 6.
本実施例では、電力の外積を利用した速度推定演算部72において、図7に示すPI制御演算部724であるPI制御の出力値ωr
^^を出力し、電力の内積を利用した速度推定演算部7b2において、図14に示すPI制御演算部7b25の出力値ωr
^^
nを出力する。
In this embodiment, the speed
切替演算部7c10において、低速域では速度推定値ωr ^^を、中高速域では速度推定値ωr ^^ nを選択し、どちらか一方を第2の速度推定値ωr ^^ nnとして出力する。 Switching calculation section 7c10 selects speed estimate ωr ^^ in the low speed range and speed estimate ωr ^^ n in the medium to high speed range, and outputs one of them as a second speed estimate ωr ^^ nn .
また、m軸の誘導起電力を利用した速度推定演算部73において、図8に示すゲイン7314の出力値ωr
^を演算する。また、t軸の誘導起電力を利用した速度推定演算部7b3において、図15に示す除算部7b313の出力値ωr
^
nを出力する。
Moreover, the speed
切替演算部7c11において、低速域では速度推定値ωr ^を、中高速域では速度推定値ωr ^ nを選択し、どちらか一方を第1の速度推定値ωr ^ nnとして出力する。 A switching calculation section 7c11 selects the speed estimate ωr ^ in the low speed range and the speed estimate ωr ^ n in the medium to high speed range, and outputs one of them as a first speed estimate ωr ^ nn .
前述した低速域と中高速域とは、速度指令値ωr *の絶対値が定格回転数の10%程度以下の場合は低速域であると判定し、低速域に対応した速度推定値を選択するように切替演算部7c10、7c11が速度推定値を切り替える。 The aforementioned low speed range and medium to high speed range are determined to be the low speed range when the absolute value of the speed command value ωr * is less than approximately 10% of the rated speed, and switching calculation units 7c10, 7c11 switch the speed estimation value to select a speed estimation value corresponding to the low speed range.
速度指令値ωr *の絶対値が定格回転数の10%程度以上の場合は中高速域であると判定し、中高速域に対応した速度推定値を選択するように切替演算部7c10、7c11が速度推定値を切り替える。 When the absolute value of speed command value ω r * is equal to or greater than about 10% of the rated speed, it is determined to be in the medium to high speed range, and switching calculation sections 7c10, 7c11 switch the speed estimate value to select a speed estimate value corresponding to the medium to high speed range.
あるいは、一次抵抗値と換算した二次抵抗値の加算値に関係する降下電圧と、誘導起電力に関係する降下電圧を比較して、(数式34)が成立するかどうかを制御部が判定するようにしてもよい。具体的には、(数式34)が成立する場合は誘導モータが低速域であり切替演算部7c10、7c11が、低速域に対応した速度推定値を選択する。それ以外の(数式34)が成立しない場合は、誘導モータが中高速域であり切替演算部7c10、7c11が、中高速域に対応した速度推定値を選択するように制御してもよい。 Alternatively, the control unit may compare the voltage drop related to the sum of the primary resistance value and the converted secondary resistance value with the voltage drop related to the induced electromotive force to determine whether (Formula 34) is satisfied. Specifically, if (Formula 34) is satisfied, the induction motor is in the low-speed range, and the switching calculation units 7c10 and 7c11 select a speed estimation value corresponding to the low-speed range. Otherwise, if (Formula 34) is not satisfied, the induction motor is in the medium-high speed range, and the switching calculation units 7c10 and 7c11 may be controlled to select a speed estimation value corresponding to the medium-high speed range.
本実施例のように、低速域と高速域において、速度推定値を切替えることにより、全速度域で、安定で高精度な速度制御を実現することができる。 As in this embodiment, by switching the speed estimation value between low and high speed ranges, stable and highly accurate speed control can be achieved across the entire speed range.
図18は、電力変換装置と誘導モータとIOT(Internet of Things)コントローラとを有する実施例5における構成図である。実施例1から実施例4では、電力変換器のコントローラ(マイクロコンピユータなど)に誘導モータ1の電気回路パラメータを設定する構成である。
Figure 18 is a configuration diagram of Example 5 having a power conversion device, an induction motor, and an IOT (Internet of Things) controller. In Examples 1 to 4, the configuration is such that the electrical circuit parameters of the
本実施例は、制御の状態量を上位の外部装置であるIOTコントローラにフィードバックし、機械学習した電気回路パラメータを電力変換器の制御部であるコントローラに再設定する方式である。 In this embodiment, the state of the control is fed back to an IOT controller, which is a higher-level external device, and the machine-learned electrical circuit parameters are reset to the controller, which is the control unit of the power converter.
図18における誘導モータ1~座標変換部15は図1と同一である。16は機械学習を実行するIOTコントローラである。
The
本実施例は、電圧指令値vmc
*、vtc
*と電流検出値imc、itc、第1の速度推定値ωr
^および第2の速度推定値ωr
^^、すべり周波数指令値ωs
*を、上位のIOTコントローラ16にフィードバックする。IOTコントローラ16は、電流検出波形などから機械学習する。IOTコントローラ16が機械学習した電気回路パラメータ(R1
*、R2
*、Lσ
*、M*、L2
*)を電力変換器2の制御部であるコントローラに再設定する方式である。
In this embodiment, the voltage command values vmc * , vtc * , the current detection values imc , itc , the first speed estimate ωr ^ and the second speed estimate ωr ^^ , and the slip frequency command value ωs * are fed back to a higher-level IOT controller 16. The IOT controller 16 performs machine learning from the current detection waveform and the like. The electric circuit parameters ( R1 * , R2 * , Lσ * , M * , L2 * ) that the IOT controller 16 has learned by machine learning are reset in the controller that is the control unit of the
本実施例を用いても、実施例1より安定で高精度な制御特性を実現することができる。
Even with this embodiment, it is possible to achieve more stable and highly accurate control characteristics than in
図19は、電力変換装置と誘導モータと外部装置とを有する実施例6における構成図である。本実施例は、誘導モータ駆動システムに本実施例を適用したものである。図19において、ソフトウェア20aは、図1の制御部などと同一である。 Figure 19 is a configuration diagram of Example 6 having a power conversion device, an induction motor, and an external device. This example is applied to an induction motor drive system. In Figure 19, software 20a is the same as the control unit in Figure 1.
図1の構成要素である誘導モータ1は、電力変換装置20により駆動される。電力変換装置20には、図1の座標変換部5、座標変換部6、速度・周波数・位相演算部7、基準位相演算部8~座標変換部15がソフトウェア20aとして実装される。また、図1の電力変換器2、直流電源3、電流検出器4がハードウェアとして実装されている。
The
またデジタル・オペレータ20b、パーソナル・コンピュータ28、タブレット29、スマートフォン30などの上位の外部装置により、ソフトウェア20aの「低速域/中高速域の切替周波数であるωchg26」、「速度推定値を演算するオブザーバ時定数や比例制御あるいは積分制御に設定する制御応答であるωc27」を設定・変更することができる。
In addition, the software 20a's "
本実施例を誘導モータ駆動システムに適用すれば、速度センサレスベクトル制御において安定で高精度な制御特性を実現することができる。また「低速域/中高速域の切替周波数26であるωchg」、「速度推定の制御応答27であるωc」は、プログラマブル・ロジック・コントローラ、コンピュータと接続するローカル・エリア・ネットワーク、IOTコントローラなどのフィールドバス上に設定してもよい。
By applying this embodiment to an induction motor drive system, stable and highly accurate control characteristics can be achieved in speed sensorless vector control. In addition, "ω chg , which is the low speed range/medium-high speed
さらに、本実施例では実施例1を用いて開示してあるが、実施例2から実施例5であっても良い。 Furthermore, although this embodiment discloses using Example 1, Examples 2 to 5 may also be used.
ここまでの実施例1から実施例6においては、電力の外積値Ecp
^である(数式12)と電力の外積モデル値Ecp
*である(数式13)、およびm軸の誘導起電力を利用した速度推定演算式である(数式15)において、演算に電流検出値imc、imcを用いたが、電流指令値im
*、it
*を代用してもよい。
In the
また、電力の内積値Edp ^である(数式30)と電力の内積モデル値Edp *である(数式31)、およびt軸の誘導起電力を利用した速度推定演算式である(数式33)において、演算に電流検出値imc、imcを用いたが、電流指令値im *、it *を代用してもよい。 In addition, in the power dot product value E dp ^ (Equation 30), the power dot product model value E dp * (Equation 31), and the speed estimation calculation equation using the induced electromotive force of the t-axis (Equation 33), the current detection values i mc , i mc are used in the calculation, but the current command values i m * , i t * may be used instead.
さらに、実施例1から実施例6の実施例においては、m軸およびt軸の電圧指令値をvmc
*、vtc
*である(数式7)あるいはvmc
**、vtc
**である(数式28)を演算した。それに限らず、電流指令値im
*、it
*と電流検出値imc、itcからベクトル制御演算に使用する(数式35)に示す中間的な電流指令値im
**、it
**を作成し、第2の速度推定値ωr
^^、一次周波数指令値ω1
*および誘導モータ1の電気回路パラメータを用いて(数式36)に示すベクトル制御演算を行ってもよい。
Furthermore, in the first to sixth embodiments, the m-axis and t-axis voltage command values are calculated as vmc * , vtc * (Formula 7) or vmc ** , vtc ** (Formula 28). Without being limited thereto, intermediate current command values i m **, i t** shown in (Formula 35) used for vector control calculation may be created from the current command values i m * , i t * and the current detection values i mc , i tc , and the vector control calculation shown in (Formula 36) may be performed using the second speed estimate ω r ^^ , the primary frequency command value ω 1 * and the electric circuit parameters of the
あるいは、mt軸のベクトル制御演算部は、電流指令値im
*、it
*と電流検出値imc、itcから、ベクトル制御演算に使用するm軸の比例演算成分の電圧補正値Δvm_p
*、m軸の積分演算成分の電圧補正値Δvm_i
*、t軸の比例演算成分の電圧修正値Δvt_p
*、t軸の積分演算成分の電圧修正値Δvt_i
* を(数式37)により作成し、第2の速度値推定ωr
^^、一次周波数指令値ω1
*および誘導モータ1の電気回路パラメータを用いた(数式38)に示すベクトル制御演算を行ってもよい。
Alternatively, the mt-axis vector control calculation unit may use the current command values i m * , i t * and current detection values i mc , i tc to create the voltage correction value Δv m_p * of the proportional calculation component of the m axis, the voltage correction value Δv m_i * of the integral calculation component of the m axis, the voltage correction value Δv t_p * of the proportional calculation component of the t axis, and the voltage correction value Δv t_i * of the integral calculation component of the t axis, using (Equation 37), and perform the vector control calculation shown in (Equation 38) using the second speed value estimate ω r ^^ , the primary frequency command value ω 1 * and the electrical circuit parameters of the
なお実施例1から実施例5の実施例において、電力変換器2を構成するスイッチング素子としては、Si(シリコン)半導体素子であっても、SiC(シリコンカーバイト)やGaN(ガリュームナイトライド)などのワイドバンドギャップ半導体素子であってもよい。
In the first to fifth embodiments, the switching elements constituting the
1…誘導モータ、2…電力変換器、3…直流電源、4…電流検出器、5…座標変換部、6…座標変換部、7、7a、7b、7c…速度・周波数・位相演算部、71…すべり周波数演算部、72、7b2…第2の速度推定演算部、73、7b3…第1の速度推定演算部、7c10、7c11…切替演算部、8…基準位相演算部、9…励磁電流・磁束設定部、10…速度制御演算部、11…座標変換部、12…座標変換部、13…mt軸ベクトル制御演算部、14…座標変換部、15…座標変換部、20…電力変換装置、20a…電力変換装置のソフトウェア、20b…電力変換装置のデジタル・オペレータ、21…電圧検出器、22…電流検出器、23…エンコーダ、24…mt軸の電圧・電流・磁束の演算部、25…電力の外積の計算部、26…所定の低速域/中高速域の切替周波数、27…速度推定演算の制御応答、28…パーソナル・コンピュータ、29…タブレット、30…スマートフォン、id *…d軸の電流指令値、iq *…q軸の電流指令値、idc…d軸の電流検出値、iqc…q軸の電流検出値、vdc *、 vdc **…d軸の電圧指令値、vqc *、vqc **…q軸の電圧指令値、φ2d *…d軸の二次磁束指令値、φ2q *…q軸の二次磁束指令値、im *…m軸の電流指令値、it *…t軸の電流指令値、imc…m軸の電流検出値、itc…t軸の電流検出値、vmc **、vmc **、vmc ***、vmc ****…m軸の電圧指令値、vtc *、vtc **、vtc ***、vmc ****…t軸の電圧指令値、φm *…m軸の磁束指令値、φt *…t軸の磁束指令値、ωr *…速度指令値、ωr…誘導モータの回転速度、ωr ^、ωr ^ n、ωr ^ nn…第1の速度推定値、ωr ^^、ωr ^^ n、ωr ^^ nn…第2の速度推定値、ωs *…すべり周波数指令値、ω1 *…一次周波数指令値、θmt…d軸とm軸との位相角である位相推定角、θdc…位相推定値、Ecp^…電力の外積値、Ecp*…電力の外積モデル値、Edp^…電力の内積値、Edp*…電力の内積モデル値、vu、vv、vv…三相の交流電圧指令値、iu、iv、iv…三相の交流電流、iuc、ivc、ivc…三相の交流電流の検出値 1...induction motor, 2...power converter, 3...DC power supply, 4...current detector, 5...coordinate conversion section, 6...coordinate conversion section, 7, 7a, 7b, 7c...speed/frequency/phase calculation section, 71...slip frequency calculation section, 72, 7b2...second speed estimation calculation section, 73, 7b3...first speed estimation calculation section, 7c10, 7c11...switching calculation section, 8...reference phase calculation section, 9...excitation current/magnetic flux setting section, 10...speed control calculation section, 11...coordinate conversion section, 12...coordinate conversion section, 13...mt-axis vector control calculation unit, 14...coordinate conversion unit, 15...coordinate conversion unit, 20...power conversion device, 20a...software for power conversion device, 20b...digital operator for power conversion device, 21...voltage detector, 22...current detector, 23...encoder, 24...mt-axis voltage, current, and magnetic flux calculation unit, 25...power cross product calculation unit, 26...predetermined low-speed range/medium-high-speed range switching frequency, 27...control response of speed estimation calculation, 28...personal computer, 29...tablet, 30...smartphone, i d * ...d-axis current command value, i q * ...q-axis current command value, i dc ...d-axis detected current value, i qc ...q-axis detected current value, v dc * , v dc ** ...d-axis voltage command value, v qc * , v qc ** ...q-axis voltage command value, φ 2d * ...d-axis secondary magnetic flux command value, φ 2q * ...q-axis secondary magnetic flux command value, i m * ...m-axis current command value, i t * ...t-axis current command value, i mc ...m-axis detected current value, i tc ...t-axis detected current value, v mc ** , v mc ** , v mc *** , v mc **** ...m-axis voltage command value, v tc * , v tc ** , v tc *** , v mc **** ...t-axis voltage command value, φ m * ... magnetic flux command value of the m-axis, φt * ... magnetic flux command value of the t-axis, ωr * ... speed command value, ωr ... rotation speed of the induction motor, ωr ^ , ωr ^ n , ωr ^ nn ... first speed estimate value, ωr ^^ , ωr ^^ n , ωr ^^ nn ... second speed estimate value, ωs * ... slip frequency command value, ω1 * ... primary frequency command value, θmt ... estimated phase angle which is the phase angle between the d-axis and m-axis, θdc ... estimated phase value, Ecp ^ ... cross product value of power, Ecp * ... cross product model value of power, Edp ^ ... dot product value of power, Edp * ... dot product model value of power, vu , vv , vv ... three-phase AC voltage command values, iu , iv , iv ... three-phase AC currents, iuc , ivc , i vc …Three-phase AC current detection value
Claims (12)
前記電力変換器を制御する制御部とを有し、
前記制御部は、
前記出力電流から、一次電流の方向とそれに直交する方向を回転座標系とした制御軸における電圧、電流を演算し、
前記電圧および電流から、第1の速度推定値と第2の速度推定値を演算し、
前記第1の速度推定値から速度制御の演算をし、
前記第2の速度推定値から一次周波数指令値を演算する電力変換装置であり、
前記第1の速度推定値は、低速域ではm軸の誘導起電力を利用して算出し、中高速域ではt軸の誘導起電力を利用して算出し、
前記第2の速度推定値は、低速域では電力の外積を利用して算出し、中高速域では電力の内積を利用して算出する電力変換装置。 a power converter that outputs a signal to the induction motor to vary an output frequency, an output voltage, and an output current of the induction motor;
A control unit that controls the power converter,
The control unit is
Calculating a voltage and a current on a control axis having a primary current direction and a direction perpendicular thereto as a rotating coordinate system from the output current;
calculating a first speed estimate and a second speed estimate from the voltage and current;
calculating a speed control from the first speed estimate;
a power conversion device that calculates a primary frequency command value from the second speed estimate value,
the first speed estimation value is calculated using an induced electromotive force on the m-axis in a low speed range, and is calculated using an induced electromotive force on the t-axis in a medium to high speed range;
A power conversion device in which the second speed estimate is calculated using a cross product of power in a low speed range and is calculated using an inner product of power in a medium to high speed range .
前記制御部は、
前記第2の速度推定値からベクトル制御演算をする電力変換装置。 2. The power conversion device according to claim 1,
The control unit is
A power conversion device that performs a vector control calculation from the second speed estimate value.
前記制御部は、
m軸の電圧指令値と電流検出値と、t軸の電流指令値と、m軸およびt軸の磁束指令値と、前記誘導モータの電気回路パラメータと、前記一次周波数指令値から前記第1の速度推定値を演算する電力変換装置。 2. The power conversion device according to claim 1,
The control unit is
a power conversion device that calculates the first speed estimation value from an m-axis voltage command value, a current detection value, a t-axis current command value, m-axis and t-axis magnetic flux command values, electric circuit parameters of the induction motor, and the primary frequency command value.
前記制御部は、
t軸の電圧指令値と電流検出値と、m軸の電流指令値と、m軸およびt軸の磁束指令値と、前記誘導モータの電気回路パラメータと、前記一次周波数指令値から前記第1の速度推定値を演算する電力変換装置。 2. The power conversion device according to claim 1,
The control unit is
a power conversion device that calculates the first speed estimation value from a t-axis voltage command value, a current detection value, an m-axis current command value, m-axis and t-axis magnetic flux command values, electric circuit parameters of the induction motor, and the primary frequency command value.
前記制御部は、
m軸およびt軸の電圧指令値と電流検出値から電力の外積を演算し、
m軸およびt軸の電流検出値と、前記誘導モータの電気回路パラメータと、前記第2の速度推定値と、前記一次周波数指令値から電力の外積モデルを演算し、
電力の外積と電力の外積モデルから前記第2の速度推定値を演算する電力変換装置。 2. The power conversion device according to claim 1,
The control unit is
Calculate the cross product of the power from the m-axis and t-axis voltage command values and the current detection values;
calculating a cross product model of power from m-axis and t-axis current detection values, electrical circuit parameters of the induction motor, the second speed estimate, and the primary frequency command value;
A power conversion device that calculates the second speed estimate from a cross product of power and a cross product model of power.
前記制御部は、
m軸およびt軸の電圧指令値と電流検出値から電力の内積を演算し、
m軸およびt軸の電流検出値と、前記誘導モータの電気回路パラメータと、前記第2の速度推定値と、前記一次周波数指令値から電力の内積モデルを演算し、
電力の内積と電力の内積モデルから前記第2の速度推定値を演算する電力変換装置。 2. The power conversion device according to claim 1,
The control unit is
Calculate the inner product of power from the m-axis and t-axis voltage command values and the current detection values;
calculating an inner product model of power from m-axis and t-axis current detection values, electrical circuit parameters of the induction motor, the second speed estimate value, and the primary frequency command value;
A power conversion device that calculates the second speed estimate from a power dot product and a power dot product model.
前記制御部は、
前記誘導モータが低速域であると判定している電力変換装置。 The power conversion device according to claim 3,
The control unit is
The power conversion device determines that the induction motor is in a low speed range.
前記制御部は、
前記誘導モータが中高速域であると判定している電力変換装置。 The power conversion device according to claim 4,
The control unit is
A power conversion device that determines that the induction motor is in the medium to high speed range.
前記制御部は、
前記誘導モータが低速域であると判定している電力変換装置。 6. The power conversion device according to claim 5,
The control unit is
The power conversion device determines that the induction motor is in a low speed range.
前記制御部は、
前記誘導モータが中高速域であると判定している電力変換装置。 7. The power conversion device according to claim 6,
The control unit is
A power conversion device that determines that the induction motor is in the medium to high speed range.
前記制御部は、
前記電圧および電流と、前記第1の速度推定値、前記第2の速度推定値を、外部装置にフィードバックして解析してもらい、その解析に従い前記誘導モータの抵抗値やインダクタンス値を修正する電力変換装置。 2. The power conversion device according to claim 1,
The control unit is
A power conversion device that feeds back the voltage and current, the first speed estimate value, and the second speed estimate value to an external device for analysis, and corrects the resistance value and inductance value of the induction motor in accordance with the analysis.
前記制御部は、
低速域と中高速域の制御を切替える切替周波数値や、
速度推定値を演算するオブザーバ時定数や比例制御あるいは積分制御に設定する制御応答を、外部装置から設定もしくは変更する電力変換装置。 2. The power conversion device according to claim 1,
The control unit is
The switching frequency value for switching between low-speed and medium-high-speed control,
A power conversion device that sets or changes, from an external device, the observer time constant that calculates the speed estimate value and the control response that is set in proportional control or integral control.
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