図面 (/)

技術 電動機起動装置、制御装置、および制御方法

出願人 株式会社東芝東芝エネルギーシステムズ株式会社
発明者 熊田英男影山隆久茂田智秋
出願日 2016年6月17日 (4年5ヶ月経過) 出願番号 2016-121075
公開日 2017年12月21日 (2年10ヶ月経過) 公開番号 2017-225313
状態 特許登録済
技術分野 交流電動機の制御一般
主要キーワード ディジタルコントローラ ゼロ交差検出 推定位相θ 起動直前 多相電力 配線コスト 角速度偏差 推定位相
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年12月21日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (9)

課題

電動機の回転子位相を簡単かつ正確に検出可能な電動機起動装置制御装置、および制御方法を提供する。

解決手段

一の実施形態によれば、電動機起動装置は、多相交流電源からの電力電圧および周波数を変換して電動機に供給する多相電力変換器と、端子電圧検出器により検出された前記電動機の端子電圧に基づいて、前記電動機内の磁束として静止座標系の2軸量の磁束を算出する磁束算出部とを備える。さらに、前記装置は、前記静止座標系の2軸量の磁束を、前記回転子に固定された回転座標系の2軸量の磁束に変換し、前記回転座標系の2軸量の磁束と、回転速度検出器により検出された前記電動機の回転子の回転速度とに基づいて、前記回転子の位相に追従するように前記回転子の推定位相を出力する位相同期部と、前記位相同期部から出力された推定位相に基づいて、前記多相電力変換器の動作を制御する制御部とを備える。

概要

背景

同期電動機起動する電動機起動装置が広く用いられている。電動機起動装置は、多相交流電源からの電力電圧周波数多相電力変換器により変換して、同期電動機に供給する。一般に、電動機起動装置は、同期電動機の回転子位置を検出する必要があるため、近接スイッチ等の位置センサを備えている。しかし、位置センサは、電動機の近傍に設置されるため、ノイズの影響を受けやすいという問題や、電動機に配線で接続されるため、配線コストがかかるという問題を有している。こうした信頼性や経済性の問題を解決するため、電動機起動装置は、位置センサなしで電動機を起動する位置センサレス化が進んでいる。

以下、位置センサレスの電動機起動装置の一例を説明する。

位置センサレスの電動機起動装置は例えば、電動機の端子電圧から電動機の磁束波形導出し、磁束波形のゼロ交差を検出し、ゼロ交差の検出結果に基づいて、電動機起動装置内の位相回転子の位相とを位相同期回路により同期させる。位相同期回路は、クロック信号を発生する発振器と、マイクロプロセッサからの指令値に応じてクロック信号を分周する分周器と、分周クロック信号パルスカウントする計数器とを備えている。計数器のカウンタ値は例えば、はじめに初期値(例えば512カウント)に設定され、パルスのカウントごとに1だけ減数し、0に達すると再び初期値に戻る。

電動機起動装置は、ゼロ交差を検出するごとに同期信号を発生し、同期信号によりマイクロプロセッサに割り込みを発生する。マイクロプロセッサは、割り込み発生時の計数器のカウンタ値を読み取り、読み取ったカウンタ値とゼロ交差発生時の正しいカウンタ値を比較して位相誤差を算出する。そしてマイクロプロセッサは、位相誤差を低減するための新たな指令値を算出し、新たな指令値を分周器に出力する。こうして、磁束波形の1周期が512カウントとなるように分周クロック信号の周期が調整される。計数器のカウンタ値は、磁束波形に対する位相角目安となる。

概要

電動機の回転子の位相を簡単かつ正確に検出可能な電動機起動装置、制御装置、および制御方法を提供する。一の実施形態によれば、電動機起動装置は、多相交流電源からの電力の電圧および周波数を変換して電動機に供給する多相電力変換器と、端子電圧検出器により検出された前記電動機の端子電圧に基づいて、前記電動機内の磁束として静止座標系の2軸量の磁束を算出する磁束算出部とを備える。さらに、前記装置は、前記静止座標系の2軸量の磁束を、前記回転子に固定された回転座標系の2軸量の磁束に変換し、前記回転座標系の2軸量の磁束と、回転速度検出器により検出された前記電動機の回転子の回転速度とに基づいて、前記回転子の位相に追従するように前記回転子の推定位相を出力する位相同期部と、前記位相同期部から出力された推定位相に基づいて、前記多相電力変換器の動作を制御する制御部とを備える。

目的

本発明の実施形態は、電動機の回転子の位相を簡単かつ正確に検出可能な電動機起動装置、制御装置、および制御方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

多相交流電源からの電力電圧および周波数を変換して電動機に供給する多相電力変換器と、前記電動機の端子電圧を検出する端子電圧検出器と、前記電動機の回転子の回転速度を検出する回転速度検出器と、前記端子電圧検出器により検出された端子電圧を、静止座標系の2軸量の端子電圧に変換する第1座標変換部と、前記静止座標系の2軸量の端子電圧に基づいて、前記電動機内の磁束として前記静止座標系の2軸量の磁束を算出する磁束算出部と、前記静止座標系の2軸量の磁束を、前記回転子に固定された回転座標系の2軸量の磁束に変換する第2座標変換部を備え、前記回転座標系の2軸量の磁束と、前記回転速度検出器により検出された回転速度とに基づいて、前記回転子の位相追従するように前記回転子の推定位相を出力する位相同期部と、前記位相同期部から出力された推定位相に基づいて、前記多相電力変換器の動作を制御する制御部と、を備える電動機起動装置

請求項2

前記位相同期部はさらに、前記回転座標系の2軸量の磁束に基づいて、前記回転子の角速度偏差を算出する角速度偏差算出部と、前記回転速度検出器により検出された回転速度に基づいて、前記回転子の角速度を算出する角速度算出部と、前記回転子の角速度と、前記回転子の角速度偏差とに基づいて、前記回転子の推定角速度を出力する角速度推定部と、前記角速度推定部から出力された推定角速度に基づいて、前記回転子の推定位相を出力する位相推定部と、を備える請求項1に記載の電動機起動装置。

請求項3

前記角速度推定部は、前記回転子の角速度偏差に基づいて、前記回転子の角速度の調整値を算出する調整値算出部と、前記回転子の推定角速度として、前記回転子の角速度に前記調整値を加算した値を出力する調整値加算部と、を備える請求項2に記載の電動機起動装置。

請求項4

前記第2座標変換部は、前記位相同期部から出力された推定位相に基づいて、前記静止座標系の2軸量の磁束を前記回転座標系の2軸量の磁束に変換する、請求項1から3のいずれか1項に記載の電動機起動装置。

請求項5

さらに、前記端子電圧検出器により検出された端子電圧の変化率所定値を上回るまたは下回ることを制限する変化率制限器を備え、前記第1座標変換部は、前記変化率制限器により前記変化率が制限された端子電圧を、前記静止座標系の2軸量の端子電圧に変換する、請求項1から4のいずれか1項に記載の電動機起動装置。

請求項6

さらに、前記端子電圧検出器により検出された端子電圧のオフセットを除去するオフセット除去器を備え、前記第1座標変換部は、前記オフセット除去器により前記オフセットが除去された端子電圧を、前記静止座標系の2軸量の端子電圧に変換する、請求項1から5のいずれか1項に記載の電動機起動装置。

請求項7

多相交流電源からの電力の電圧および周波数を変換して電動機に供給する多相電力変換器と、前記電動機の端子電圧を検出する端子電圧検出器と、前記電動機の回転子の回転速度を検出する回転速度検出器と、を備える電動機起動装置を制御する制御装置であって、前記端子電圧検出器により検出された端子電圧を、静止座標系の2軸量の端子電圧に変換する第1座標変換部と、前記静止座標系の2軸量の端子電圧に基づいて、前記電動機内の磁束として前記静止座標系の2軸量の磁束を算出する磁束算出部と、前記静止座標系の2軸量の磁束を、前記回転子に固定された回転座標系の2軸量の磁束に変換する第2座標変換部を備え、前記回転座標系の2軸量の磁束と、前記回転速度検出器により検出された回転速度とに基づいて、前記回転子の位相に追従するように前記回転子の推定位相を出力する位相同期部と、前記位相同期部から出力された推定位相に基づいて、前記多相電力変換器の動作を制御する制御部と、を備える制御装置。

請求項8

多相交流電源からの電力の電圧および周波数を変換して電動機に供給する多相電力変換器と、前記電動機の端子電圧を検出する端子電圧検出器と、前記電動機の回転子の回転速度を検出する回転速度検出器と、を備える電動機起動装置を制御する制御方法であって、前記端子電圧検出器により検出された端子電圧を、静止座標系の2軸量の端子電圧に変換し、前記静止座標系の2軸量の端子電圧に基づいて、前記電動機内の磁束として前記静止座標系の2軸量の磁束を算出し、前記静止座標系の2軸量の磁束を、前記回転子に固定された回転座標系の2軸量の磁束に変換し、前記回転座標系の2軸量の磁束と、前記回転速度検出器により検出された回転速度とに基づいて、前記回転子の位相に追従するように前記回転子の推定位相を位相同期部から出力し、前記位相同期部から出力された推定位相に基づいて、前記多相電力変換器の動作を制御する、ことを含む制御方法。

技術分野

0001

本発明の実施形態は、電動機起動装置制御装置、および制御方法に関する。

背景技術

0002

同期電動機起動する電動機起動装置が広く用いられている。電動機起動装置は、多相交流電源からの電力電圧周波数多相電力変換器により変換して、同期電動機に供給する。一般に、電動機起動装置は、同期電動機の回転子位置を検出する必要があるため、近接スイッチ等の位置センサを備えている。しかし、位置センサは、電動機の近傍に設置されるため、ノイズの影響を受けやすいという問題や、電動機に配線で接続されるため、配線コストがかかるという問題を有している。こうした信頼性や経済性の問題を解決するため、電動機起動装置は、位置センサなしで電動機を起動する位置センサレス化が進んでいる。

0003

以下、位置センサレスの電動機起動装置の一例を説明する。

0004

位置センサレスの電動機起動装置は例えば、電動機の端子電圧から電動機の磁束波形導出し、磁束波形のゼロ交差を検出し、ゼロ交差の検出結果に基づいて、電動機起動装置内の位相回転子の位相とを位相同期回路により同期させる。位相同期回路は、クロック信号を発生する発振器と、マイクロプロセッサからの指令値に応じてクロック信号を分周する分周器と、分周クロック信号パルスカウントする計数器とを備えている。計数器のカウンタ値は例えば、はじめに初期値(例えば512カウント)に設定され、パルスのカウントごとに1だけ減数し、0に達すると再び初期値に戻る。

0005

電動機起動装置は、ゼロ交差を検出するごとに同期信号を発生し、同期信号によりマイクロプロセッサに割り込みを発生する。マイクロプロセッサは、割り込み発生時の計数器のカウンタ値を読み取り、読み取ったカウンタ値とゼロ交差発生時の正しいカウンタ値を比較して位相誤差を算出する。そしてマイクロプロセッサは、位相誤差を低減するための新たな指令値を算出し、新たな指令値を分周器に出力する。こうして、磁束波形の1周期が512カウントとなるように分周クロック信号の周期が調整される。計数器のカウンタ値は、磁束波形に対する位相角目安となる。

先行技術

0006

特開昭58−190298号公報

発明が解決しようとする課題

0007

しかし、上記の電動機起動装置には以下の問題がある。

0008

1)位相同期回路は、ゼロ交差の検出ごとに位相調整を行う。そのため、電動機が三相同期型の場合には、位相調整は、磁束波形の位相が60度進むごとに行われ、磁束波形の1周期に6回しか行われない。よって、電動機の起動直後に、電動機起動装置内の位相と回転子の位相とを同期させるために長い時間がかかる。さらに、回転子の回転速度の急変に対する位相調整の追随性が悪くなる。

0009

2)位相同期回路は、ゼロ交差の検出をトリガとして位相を調整するため、ゼロ交差の誤検出が生じると位相を適切に調整できない。ゼロ交差の誤検出は例えば、電動機の端子電圧にサイリスタ転流ノイズがのることで引き起こされる。

0010

3)電動機の起動直後の端子電圧は、電動機の定格回転時の端子電圧の1/100未満であり、オフセットも含んでいる。この状態では、ゼロ交差の検出誤差が大きい。

0011

そこで、本発明の実施形態は、電動機の回転子の位相を簡単かつ正確に検出可能な電動機起動装置、制御装置、および制御方法を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

0012

一の実施形態によれば、電動機起動装置は、多相交流電源からの電力の電圧および周波数を変換して電動機に供給する多相電力変換器と、前記電動機の端子電圧を検出する端子電圧検出器と、前記電動機の回転子の回転速度を検出する回転速度検出器とを備える。さらに、前記装置は、前記端子電圧検出器により検出された端子電圧を、静止座標系の2軸量の端子電圧に変換する第1座標変換部と、前記静止座標系の2軸量の端子電圧に基づいて、前記電動機内の磁束として前記静止座標系の2軸量の磁束を算出する磁束算出部とを備える。さらに、前記装置は、前記静止座標系の2軸量の磁束を、前記回転子に固定された回転座標系の2軸量の磁束に変換する第2座標変換部を備え、前記回転座標系の2軸量の磁束と、前記回転速度検出器により検出された回転速度とに基づいて、前記回転子の位相に追従するように前記回転子の推定位相を出力する位相同期部と、前記位相同期部から出力された推定位相に基づいて、前記多相電力変換器の動作を制御する制御部とを備える。

図面の簡単な説明

0013

第1実施形態の電動機と電動機起動装置の構成を示す模式図である。
第1実施形態のパルス発生回路の構成を示すブロック図である。
第1実施形態の位相同期回路の構成を示すブロック図である。
第2実施形態のパルス発生回路の構成を示すブロック図である。
第2実施形態の変化率制限器の詳細を説明するための回路図とグラフである。
第3実施形態のパルス発生回路の構成を示すブロック図である。
第3実施形態のオフセット除去器の構成を示すブロック図である。
第4実施形態のパルス発生回路の構成を示すブロック図である。

実施例

0014

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

0015

(第1実施形態)
図1は、第1実施形態の電動機1と電動機起動装置2の構成を示す模式図である。

0016

電動機1は、回転子11aを有する電動機本体11と、回転子11aに配置された界磁巻線12と、界磁巻線12を励磁する励磁機13とを備えている。本実施形態の電動機1は、三相同期電動機である。図1は、電動機1の固定子に固定された静止座標系のα軸およびβ軸と、電動機1の回転子11aに固定された回転座標系のd軸およびq軸とを示している。以下、前者をα−β座標系と呼び、後者をd−q座標系と呼ぶ。これらはいずれも直交座標系である。符号θは、α軸に対するd軸の角度を表し、回転子11aの位相に相当する。

0017

電動機起動装置2は、電動機1を起動するよう構成されており、多相交流電源21と、多相電力変換器22と、端子電圧検出器23と、回転速度検出器24と、制御進み角指令回路25と、パルス発生回路26とを備えている。多相電力変換器22は、コンバータ22aと、直流リアクトル22bと、インバータ22cとを有している。制御進み角指令回路25とパルス発生回路26は、電動機起動装置2の動作を制御する制御装置3を構成している。制御装置3は例えば、1つ以上の集積回路により構成されている。

0018

多相交流電源21は、多相交流電力を供給する。多相電力変換器22は、多相交流電源21からの多相交流電力の電圧や周波数を変換し、変換された多相交流電力を電動機1に供給する。具体的には、コンバータ22aは、多相交流電源21からの交流電力直流電力に変換する。直流リアクトル22bは、コンバータ22aからの直流電力の変動を抑制する。インバータ22cは、直流リアクトル22bからの直流電力を交流電力に変換し、この交流電力を電動機1に出力する。

0019

端子電圧検出器23は、電動機1の端子電圧を検出し、端子電圧の検出結果を示す信号をパルス発生回路26に出力する。端子電圧検出器23の例は、計器用変圧器や、抵抗分圧による検出器である。本実施形態の端子電圧検出器23は、端子電圧として、三相交流電圧のU相VUと、V相VVと、W相VWとを検出する。

0020

回転速度検出器24は、回転子11aの回転速度Rを検出し、回転速度Rの検出結果を示す信号をパルス発生回路26に出力する。回転速度Rは例えば、1分間あたりの回転子11aの回転数(rpm)で表される。

0021

制御進み角指令回路25は、インバータ22cを制御する制御進み角指令S1を演算し、制御進み角指令S1を示す信号をパルス発生回路26に出力する。パルス発生回路26は、端子電圧検出器23により検出された端子電圧VU、VV、VWと、回転速度検出器24により検出された回転速度Rと、制御進み角指令回路25により演算された制御進み角指令S1とに基づいて、多相電力変換器22の動作を制御する。具体的には、パルス発生回路26は、インバータ22cのサイリスタを点弧するインバータゲートパルスS2を出力することで、インバータ22cを制御する。

0022

図2は、第1実施形態のパルス発生回路26の構成を示すブロック図である。

0023

パルス発生回路26は、第1座標変換部の例であるα−β変換回路31と、磁束算出部の例である磁束推定積分回路32と、位相同期部の例である位相同期回路(PLL:Phase Locked Loop)33と、制御部の例であるパルス発生器34とを備えている。

0024

α−β変換回路31は、端子電圧検出器23により検出された端子電圧VU、VV、VWを、α−β座標系の2軸量の端子電圧Vα、Vβに変換する。端子電圧Vα、Vβは、磁束推定積分回路32に出力される。端子電圧Vα、Vβは、以下の式(1)と式(2)で与えられる。






磁束推定積分回路32は、α−β座標系の2軸量の端子電圧Vα、Vβに基づいて、電動機1内の磁束として、α−β座標系の2軸量の磁束φα、φβを算出する。具体的には、磁束推定積分回路32は、端子電圧Vα、Vβを積分することで電動機1内の磁束φα、φβを推定する。磁束φα、φβは、位相同期回路33に出力される。

0025

位相同期回路33は、α−β座標系の2軸量の磁束φα、φβと、回転速度検出器24により検出された回転速度Rとに基づいて、位相同期を行う。具体的には、位相同期回路33は、回転子11aの位相θに追従するように回転子11aの推定位相θEを出力する。すなわち、回転子11aの位相θが、回転子11aの位相θの推定値である推定位相θEの形で検出される。位相同期回路33から出力された推定位相θEは、パルス発生器34に入力される。

0026

位相同期回路33は、後述するように、α−β座標系の2軸量の磁束φα、φβをd−q座標系の2軸量の磁束φd、φqに変換するd−q座標変換回路41を備えている。d−q座標変換回路41は、第2座標変換部の例である。そして、位相同期回路33は、d−q座標系の2軸量の磁束φd、φqと、回転速度検出器24により検出された回転速度Rとに基づいて、上記の位相同期を行う。この詳細については後述する。

0027

パルス発生器34は、位相同期回路33から出力された推定位相θEと、制御進み角指令回路25により演算された制御進み角指令S1とに基づいて、多相電力変換器22の動作を制御する。具体的には、パルス発生器34は、インバータ22cのサイリスタを点弧するインバータゲートパルスS2を出力することで、インバータ22cを制御する。その結果、インバータ22cは、回転子11aの位相θに追従する推定位相θEに基づいて制御される。

0028

図3は、第1実施形態の位相同期回路33の構成を示すブロック図である。

0029

位相同期回路33は、第2座標変換部の例であるd−q変換回路41と、角速度偏差算出部の例である角速度偏差検出回路42と、角速度推定部(調整値算出部)の例であるPI(Proportional-Integral)調整器43と、角速度算出部の例である回転速度−角速度変換回路44と、角速度推定部(調整値加算部)の例である加算器45と、位相推定部の例である位相推定積分器46とを備えている。

0030

d−q座標変換回路41は、α−β座標系の2軸量の磁束φα、φβを、d−q座標系の2軸量の磁束φd、φqに変換する。磁束φd、φqは、角速度偏差検出回路42に出力される。磁束φd、φqは、以下の式(3)と式(4)で与えられる。






式(3)と式(4)から分かるように、磁束φd、φqは、磁束φα、φβと推定位相θEとに基づいて算出される。このように、位相同期回路33は、位相同期回路33内で推定位相θEをループさせることで位相同期を行う。

0031

角速度偏差検出回路42は、d−q座標系の2軸量の磁束φd、φqから、回転子11aの角速度偏差φq/Aを検出する。角速度偏差φq/Aは、PI調整器43に出力される。角速度偏差φq/Aは、以下の式(5)により算出される。



PI調整器43は、回転子11aの角速度偏差φq/Aに基づいて、回転子11aの角速度ωの調整値Δωを算出する。具体的には、PI調整器43は、回転子11aの角速度偏差φq/Aが0に近付くように、PI制御により調整値Δωを算出する。調整値Δωは、加算器45に出力される。

0032

回転速度−角速度変換回路44は、回転速度検出器24により検出された回転子11aの回転速度Rを、回転子11aの角速度ωに変換する。回転速度−角速度変換回路44により算出された角速度ωは、加算器45に出力される。

0033

加算器45は、回転子11aの角速度ωに調整値Δωを加算して、回転子11aの推定角速度ωEを算出する(ωE=ω+Δω)。回転子11aの推定角速度ωEは、位相推定積分器46に出力される。

0034

位相推定積分器46は、回転子11aの推定角速度ωEに基づいて、回転子11aの推定位相θEを出力する。具体的には、位相推定積分器46は、推定位相θEとして、推定角速度ωEの積分値を出力する。この積分値は、角度360度に対応する値に達すると、角度0度に対応する値にクリアされる。位相推定積分器46から出力された推定位相θEは、パルス発生器34とd−q座標変換回路41に出力される。

0035

上述のように、PI調整器43は、角速度偏差φq/Aが0に近付くように調整値Δωを算出する。その結果、回転子11aの推定位相θEが、回転子11aの位相θ(d軸磁束位相)に同期するように調整される。よって、位相同期回路33は、回転子11aの位相θに追従する推定位相θEを出力することができる。

0036

以上のように、位相同期回路33は、α−β座標系の磁束φα、φβをd−q座標系の磁束φd、φqに変換し、d−q座標系の磁束φd、φqに基づいて回転子11aの推定位相θEを出力する。よって、位相同期回路33は、ゼロ交差の代わりに角速度偏差φq/Aに基づいて、位相調整を行うことができる。ゼロ交差に基づいて位相調整を行う場合、位相調整を行うタイミングが、ゼロ交差検出時に限定されてしまう。一方、本実施形態によれば、ゼロ交差検出時に限定せずに位相調整を行うことが可能となり、磁束φd、φqや角速度偏差φq/Aに基づいて位相調整を常時行うことが可能となる。よって、本実施形態によれば、上述の問題「1)」を解決することが可能となる。

0037

磁束φd、φqや角速度偏差φq/Aを利用する位相同期回路33は、比較的簡単に実現することができる。また、位相同期回路33は、位相調整を行うタイミングをゼロ交差検出時に限定しないことで、位相調整をより正確に行うことができる。よって、本実施形態によれば、回転子11aの位相θを簡単かつ正確に検出することが可能となり、この検出結果に基づいてインバータ22cを適切に制御することが可能となる。

0038

(第2実施形態)
図4は、第2実施形態のパルス発生回路26の構成を示すブロック図である。

0039

本実施形態のパルス発生回路26は、図2に示す構成要素に加えて、変化率制限器35を備えている。

0040

変化率制限器35は、端子電圧検出器23により検出された端子電圧VU、VV、VWの変化率所定値を上回るまたは下回ることを制限し、変化率が制限された端子電圧VU1、VV1、VW1をα−β変換回路31に出力する。本実施形態のα−β変換回路31は、変化率制限器35から出力された端子電圧VU1、VV1、VW1を、α−β座標系の2軸量の端子電圧Vα、Vβに変換する。

0041

例えば、端子電圧VUの変化率が上限値と下限値との間にある場合には、端子電圧VU1は、現在の端子電圧VUに更新される。一方、端子電圧VUの変化率が上限値を上回ったまたは下限値を下回った場合には、端子電圧VU1は、現在の端子電圧VUに更新されず、直前の端子電圧VUに維持される。これは、端子電圧VV1、VW1についても同様である。

0042

図5は、第2実施形態の変化率制限器35の詳細を説明するための回路図およびグラフである。

0043

図5(a)は、インバータ22cの回路構成の例を示している。インバータ22cは、直列接続された第1のサイリスタアームA1、A2と、直列接続された第2のサイリスタアームA3、A4と、直列接続された第3のサイリスタアームA5、A6とを備えている。第1のサイリスタアームA1、A2と、第2のサイリスタアームA3、A4と、第3のサイリスタアームA5、A6は、互いに並列接続されている。端子電圧VU、VV、VWはそれぞれ、第1のサイリスタアームA1、A2間のノードN1、第2のサイリスタアームA3、A4間のノードN2、第3のサイリスタアームA5、A6間のノードN3から出力される。

0044

図5(b)と図5(c)は、端子電圧VU、VU1の時間変化の例を示している。端子電圧VUは、符号Pで示すタイミングで通常の値からΔだけ一時的に低下している。その結果、端子電圧VUの変化率は、符号Pで示すタイミングで下限値を下回りかつ上限値を上回っている。このような現象は例えば、あるサイリスタから別のサイリスタに転流が行われた際に、端子電圧VUにサイリスタ転流ノイズがのることで生じる。この場合、端子電圧VU1は、現在の端子電圧VUに更新されず、直前の端子電圧VUに維持される。

0045

図5(c)では、タイミングPの端子電圧VU1が、タイミングPの端子電圧VUに更新されず、タイミングPの直前の端子電圧VUに維持されている。例えば、端子電圧VU1の更新が時間間隔Δtごとに行われる場合において、時間tの端子電圧VUの変化率が上限値を上回ったまたは下限値を下回った場合には、時間tの端子電圧VU1は、時間tの端子電圧VUに更新されず、時間t−Δtの端子電圧VUに維持される。

0046

以下、再び図4を参照し、変化率制限器35の詳細を説明する。

0047

端子電圧VU、VV、VWにサイリスタ転流ノイズが重畳されると、端子電圧VU、VV、VWの波形変化極端に大きくなることがある。この場合には、変化率制限器35が、端子電圧VU、VV、VWの変化を制限する。以下、このような制限処理を、変化率制限器35を演算周期Tのディジタルコントローラ実装した場合を例として説明する。

0048

時刻tにおける端子電圧VUは、例えば以下の式(6)で表される。



この場合、時刻tにおける端子電圧VUの変化率dVU/dtは、以下の式(7)で表される。



式(7)の変化率に関し、最大値はωt=0の場合のVωであり、最小値はωt=πの場合の−Vωである。そのため、演算周期Tの間の端子電圧VUの変化量ΔVUは、以下の式(8)で表される。



ここで、ある演算サイクルnにおける端子電圧VUをVU(n)と表し、次の演算サイクルn+1における端子電圧VUをVU(n+1)と表すことにする。演算サイクルnと演算サイクルn+1との間の時間間隔は、演算周期Tである。

0049

式(9)は、VU(n+1)−VU(n)が、上限値VωT+αと下限値−VωT−αとの間にあるという条件を示している(αは検出誤差を意味する)。VU(n+1)−VU(n)がこの条件を満たしている場合には、変化率制限器35は、式(10)で示すように、端子電圧VU(n+1)を現在の端子電圧VU(n+1)に更新する。






式(11)は、VU(n+1)−VU(n)が、上限値VωT+αを上回っているという条件を示している。式(12)は、VU(n+1)−VU(n)が、下限値−VωT−αを下回っているという条件を示している。VU(n+1)−VU(n)がこれらの条件のいずれかを満たしている場合には、変化率制限器35は、式(13)で示すように、端子電圧VU(n+1)を直前の端子電圧VU(n)に維持する。









なお、この例では、VU(n+1)−VU(n)を端子電圧VUの変化率として取り扱っている。VU(n+1)−VU(n)は、時間間隔Tあたりの端子電圧VUの変化率に相当する。以上の説明は、端子電圧VV、VWにも同様に適用される。

0050

以上のように、本実施形態の位相同期回路33は、端子電圧検出器23により検出された端子電圧VU、VV、VWの変化率が所定値を上回るまたは下回ることを制限し、変化率が制限された端子電圧VU1、VV1、VW1をα−β座標系の2軸量の端子電圧Vα、Vβに変換する。よって、本実施形態によれば、サイリスタ転流ノイズなどのノイズが除去された端子電圧VU1、VV1、VW1を用いて位相調整を行うことが可能となる。よって、本実施形態によれば、上述の問題「1)」に加えて、上述の問題「2)」を解決することが可能となる。

0051

(第3実施形態)
図6は、第3実施形態のパルス発生回路26の構成を示すブロック図である。

0052

本実施形態のパルス発生回路26は、図2に示す構成要素に加えて、オフセット除去器36を備えている。

0053

オフセット除去器36は、端子電圧検出器23により検出された端子電圧VU、VV、VWのオフセットを除去し、オフセットが除去された端子電圧VU2、VV2、VW2をα−β変換回路31に出力する。本実施形態のα−β変換回路31は、オフセット除去器36から出力された端子電圧VU2、VV2、VW2を、α−β座標系の2軸量の端子電圧Vα、Vβに変換する。

0054

オフセット除去器36は、電動機1の起動時にオフになり、その他の期間にオンになる起動NOT信号S3を受信する。オフセット除去器36は、起動NOT信号S3がオフのとき、すなわち、電動機1の起動時に、端子電圧VU、VV、VWから起動直前のオフセットを除去し、このオフセットが除去された端子電圧VU2、VV2、VW2を出力する。このような動作を実現するための回路構成の例については、図7を参照して説明する。

0055

図7は、第3実施形態のオフセット除去器36の構成を示すブロック図である。

0056

オフセット除去器36は、U相オフセット除去器36Uと、V相オフセット除去器36Vと、W相オフセット除去器36Wとを備えている。U相、V相、W相オフセット除去器36U、36V、36Wはそれぞれ、ローパスフィルタ51U、51V、51Wと、更新回路52U、52V、52Wと、減算器53U、53V、53Wとを備えている。

0057

電動機1が同期電動機の場合、電動機1は別の電動機と軸を介して接続されており、待機時の電動機1の回転子11aは、数rpmの回転速度Rで回転している。また、待機時の電動機1では、励磁機13が停止しているが、起動時に着磁した磁束の少量が残留磁束として存在している。そのため、電動機1の端子には、回転速度Rに対応する周波数の電圧が少量発生する。

0058

ローパスフィルタ51U、51V、51Wはそれぞれ、端子電圧VU、VV、VWから、待機時の回転速度Rと一致する周波数成分を除去し、この周波数成分が除去された端子電圧VU3、VV3、VW3を更新回路52U、52V、52Wに出力する。よって、待機時の端子電圧VU3、VV3、VW3はそれぞれ、おおむね端子電圧VU、VV、VWのオフセット成分のみを含んでいる。

0059

更新回路52U、52V、52Wは、上述の起動NOT信号S3を受信する。更新回路52U、52V、52Wは、起動NOT信号S3がオンのときには、端子電圧VU4、VV4、VW4をそれぞれ現在の端子電圧VU3、VV3、VW3に更新する。端子電圧VU4、VV4、VW4はそれぞれ、減算器53U、53V、53Wに出力される。

0060

一方、更新回路52U、52V、52Wは、起動NOT信号S3がオフのとき、すなわち、電動機1の起動時には、端子電圧VU4、VV4、VW4をそれぞれ現在の端子電圧VU3、VV3、VW3に更新しない。その結果、起動NOT信号S3がオフのときの端子電圧VU4、VV4、VW4はそれぞれ、起動NOT信号S3がオンからオフへと変化する直前の端子電圧VU3、VV3、VW3に維持される。

0061

よって、電動機1の起動時には、端子電圧VU4、VV4、VW4は起動直前のオフセット成分となる。減算器53U、53V、53Wはそれぞれ、端子電圧VU、VV、VWから端子電圧VU4、VV4、VW4を減算した値を、端子電圧VU2、VV2、VW2として出力する。その結果、電動機1の起動時の端子電圧VU2、VV2、VW2はそれぞれ、端子電圧VU、VV、VWから起動直前のオフセット成分が除去された信号となる。

0062

以上のように、本実施形態の位相同期回路33は、端子電圧検出器23により検出された端子電圧VU、VV、VWのオフセットを除去し、オフセットが除去された端子電圧VU2、VV2、VW2をα−β座標系の2軸量の端子電圧Vα、Vβに変換する。例えば、本実施形態の位相同期回路33は、電動機1の起動時に、端子電圧VU、VV、VWから起動直前のオフセットを除去し、このオフセットが除去された端子電圧VU2、VV2、VW2を端子電圧Vα、Vβに変換する。よって、本実施形態によれば、電動機1の起動直後にオフセットの影響を回避しつつ位相調整を行うことが可能となる。よって、本実施形態によれば、上述の問題「1)」に加えて、上述の問題「3)」を解決することが可能となる。

0063

(第4実施形態)
図8は、第4実施形態のパルス発生回路26の構成を示すブロック図である。

0064

本実施形態のパルス発生回路26は、図2に示す構成要素に加えて、変化率制限器35と、オフセット除去器36とを備えている。

0065

本実施形態のオフセット除去器36の構成は、第3実施形態と同様である。よって、オフセット除去器36は、端子電圧検出器23により検出された端子電圧VU、VV、VWのオフセットを除去し、オフセットが除去された端子電圧VU2、VV2、VW2を後段に出力する。

0066

一方、本実施形態の変化率制限器35の構成は、第2実施形態と同様であるが、オフセット除去器36の後段に配置されている。よって、変化率制限器35は、オフセット除去器36から出力された端子電圧VU2、VV2、VW2の変化率が所定値を上回るまたは下回ることを制限し、変化率が制限された端子電圧VU1、VV1、VW1を後段に出力する。

0067

そして、本実施形態のα−β変換回路31は、変化率制限器35から出力された端子電圧VU1、VV1、VW1を、α−β座標系の2軸量の端子電圧Vα、Vβに変換する。

0068

本実施形態によれば、第3実施形態と同様に、電動機1の起動直後にオフセットの影響を回避しつつ位相調整を行うことが可能となる。さらに、本実施形態によれば、第2実施形態と同様に、サイリスタ転流ノイズなどのノイズが除去された端子電圧VU1、VV1、VW1を用いて位相調整を行うことが可能となる。よって、本実施形態によれば、上述の問題「1)」に加えて、上述の問題「2)」「3)」を解決することが可能となる。

0069

以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置および方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置および方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。

0070

1:電動機、2:電動機起動装置、3:制御装置、
11:電動機本体、11a:回転子、12:界磁巻線、13:励磁機、
21:多相交流電源、22:多相電力変換器、
22a:コンバータ、22b:直流リアクトル、22c:インバータ、
23:端子電圧検出器、24:回転速度検出器、
25:制御進み角指令回路、26:パルス発生回路、
31:α−β変換回路、32:磁束推定積分回路、33:位相同期回路、
34:パルス発生器、35:変化率制限器、36:オフセット除去器、
36U、36V、36W:U相、V相、W相オフセット除去器、
41:d−q変換回路、42:角速度偏差検出回路、43:PI調整器、
44:回転速度−角速度変換回路、45:加算器、46:位相推定積分器、
51U、51V、51W:ローパスフィルタ、
52U、52V、52W:更新回路、
53U、53V、53W:減算器

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • 日立オートモティブシステムズ株式会社の「 電動モータの駆動制御装置」が 公開されました。( 2020/09/10)

    【課題】グランドコネクタの異常の有無を検出できる、電動モータの駆動制御装置を提供する。【解決手段】本発明に係る駆動制御装置は、制御回路、インバータ、電源コネクタ及びグランドコネクタを含む駆動制御系を電... 詳細

  • 株式会社荏原製作所の「 電動機組立体および給水装置」が 公開されました。( 2020/09/10)

    【課題】配線省力化を実現することができる電動機組立体を提供する。【解決手段】電動機組立体3は、モータ10と、内部にモータ10が配置されたモータケーシング11と、モータ10の可変速手段であるインバータ1... 詳細

  • トヨタ自動車株式会社の「 駆動装置」が 公開されました。( 2020/09/10)

    【課題】平滑コンデンサの端子間電圧のリプルを抑制する。【解決手段】駆動装置は、電動機と、インバータと、蓄電装置と、蓄電装置が接続された低電圧側電力ラインの電力を昇圧してインバータが接続された高電圧側電... 詳細

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ