(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施例について、図を用いながら説明する。なお、以下の説明において、各図及び各式で共通する構成要素には同一の符号をそれぞれ付しており、それらについての重複した説明は省略する。
【実施例1】
【0014】
図1は、実施例1における実施形態構成の一例である。
【0015】
3相交流誘導電動機102の駆動制御を行う電力変換装置101は、整流回路104、平滑回路105、スイッチング回路106、電流検出器107、設定値判断部108、電動機制御部109を有する。
【0016】
3相交流電源100から出力される3相交流電圧は、整流回路104により整流され、平滑回路105により平滑し、直流電圧を生成する。なお、3相交流電源100の代わりに単相交流電源を用い、単相交流電圧を整流、平滑し、直流電圧を生成しても良い。
【0017】
スイッチング回路106は、直流電圧を電圧指令118に基づく任意の3相交流電圧に変換し、3相交流誘導電動機102に印加する。
【0018】
電流検出器107は、電力変換装置101の3相出力電流を検出する。2相のみを検出し、3相交流の総和が零であることから、残りの1相を算出しても良い。又、スイッチング回路106の入力の正極側又は負極側にシャント抵抗を設け、このシャント抵抗に流れる電流から3相出力電流を推定しても良い。
【0019】
設定値判断部108は、電動機仕様設定値111の各データ又は電動機定数設定値112の各データの内少なくとも2つのデータに基づいて、設定値が適切か否かを判断し、否と判断された場合に、電動機仕様設定値111の各データ又は電動機定数設定値112の各データの内少なくとも1つのデータに基づいて定められたデータに変更する。
【0020】
ここで、2つのデータとは、例えば下記のデータである。
・電動機仕様設定値111の定格出力W
mのデータと電動機仕様設定値111の定格電圧V
mのデータ
・電動機仕様設定値111の定格出力W
mのデータと電動機定数設定値112の一次抵抗R
1のデータ
・電動機定数設定値112の一次抵抗R
1のデータと電動機定数設定値112の二次抵抗R
2のデータ
又、数1から数8で変換された定数を用いて判断することもできる。
【0021】
電動機制御部109は、電動機仕様設定値111の各データ又は電動機定数設定値112の各データ又は電動機仕様変更値114の各データ又は電動機定数変更値115の各データの内少なくとも1つのデータ及び検出電流116に基づいて電圧指令118を生成する。電圧指令118の算出方法は、例えば、位置(又は速度)センサレスベクトル制御といった方法がある。なお、検出電流116は、3相固定座標系から、2相固定座標系や任意の速度で回転する回転座標系へ変換し用いても良い。
【0022】
3相交流誘導電動機102における電動機仕様設定値111としては、例えば、定格出力W
mのデータ、定格電圧V
mのデータ、定格電流I
mのデータ、定格周波数F
mのデータ、最高周波数F
mmaxのデータ、定格回転速度N
mのデータ、最高回転速度N
mmaxのデータ、定格トルクT
mのデータ、極数Pのデータ、極対数P
pのデータ、定格滑りF
sのデータ等がある。又、3相交流誘導電動機102における電動機定数設定値112としては、例えば、一次抵抗R
1のデータ、二次抵抗R
2のデータ、一次漏れインダクタンスl
1のデータ、二次漏れインダクタンスl
2のデータ、一次自己インダクタンスL
1のデータ、二次自己インダクタンスL
2のデータ、相互インダクタンスMのデータ、無負荷(励磁)電流I
0のデータ等がある。電動機仕様設定値111及び電動機定数設定値112は、電力変換装置101の外部より設定されても良いが、内部に予め設定しても良い。電動機仕様設定値111や電動機定数設定値112を用いて、例えば、数1乃至数8で表される電動機定数に変換しても良い。又、数1乃至数8で表される電動機定数が直接設定しても良い。
【0023】
【数1】
【0024】
【数2】
【0025】
【数3】
【0026】
【数4】
【0027】
【数5】
【0028】
【数6】
【0029】
【数7】
【0030】
【数8】
【0031】
電動機仕様設定値111及び電動機定数設定値112が適切か否かを判断する方法を説明する。
【0032】
先ず、
図2の回路を考える。
図2は、RL回路の一例である。
【0033】
図2より、角速度ωを用いると、電圧v200及び電流i201は数9のような関係を持つ。
【0034】
【数9】
【0035】
従って、電圧v200、電流i201、角速度ω、抵抗R202、インダクタンスL203が正とすると、数10及び数11のような関係が成り立つ。
【0036】
【数10】
【0037】
【数11】
【0038】
次に、
図3を考える。
図3は、誘導電動機のT形等価回路の一例であり、定常状態にある誘導電動機の1相分を表している。負荷R
L308は、一次角速度ω
1及び滑り角速度ω
s及び二次抵抗R
2を用いて、数12で表すことができる。
【0039】
【数12】
【0040】
ここで、数10及び数11に示す関係を踏襲し、電動機仕様設定値111及び電動機定数設定値112を用いて表現すると、数13乃至数23の関係を得ることができる。
【0041】
【数13】
【0042】
【数14】
【0043】
【数15】
【0044】
【数16】
【0045】
【数17】
【0046】
【数18】
【0047】
【数19】
【0048】
【数20】
【0049】
【数21】
【0050】
【数22】
【0051】
【数23】
【0052】
ここに、
【0053】
【数24】
【0054】
であり、各式に対し、個別に設定しても良い。以下に示す各式に対しても、同様である。数25及び数26の関係を用いて、数13乃至数23を変形しても良い。
【0055】
【数25】
【0056】
【数26】
【0057】
ここに、ω
2は二次角速度である。又、数25から次の関係を得ることができる。
【0058】
【数27】
【0059】
数13乃至数23及び数27において、例えば、v
1を定格電圧V
mに、i
1を定格電流I
mに、i
0を無負荷I
0に、ω
1を定格周波数F
mに置き換え、少なくとも1つを満たさなければ、電力変換装置101に設定された電動機仕様設定値111及び電動機定数設定値112が不適切であるといえる。
【0060】
又、数28乃至数32に示す回転座標系における誘導電動機の電圧及び電流及びトルクの関係を用いることでも、判断が可能である。
【0061】
【数28】
【0062】
【数29】
【0063】
【数30】
【0064】
【数31】
【0065】
【数32】
【0066】
数33乃至数35としv
1又はtを求め、数36又は数37の内少なくともどちらかを満たさなければ、電力変換装置101に設定された電動機仕様設定値111及び電動機定数設定値112が不適切であるといえる。なお、数28乃至数32は、絶対変換で変換された関係であるが、相対変換で変換された関係を用いても良い。
【0067】
【数33】
【0068】
【数34】
【0069】
【数35】
【0070】
【数36】
【0071】
【数37】
【0072】
電力変換装置101に設定された電動機仕様設定値111及び電動機定数設定値112が不適切であった場合には、不適切であったデータを、前記関係を満たす値に変更する。
【0073】
なお、数13乃至数23に示す関係において、例えば、i
1及びi
0及びi
2の入れ替え、又はω
1及びω
s及びω
2の入れ替え、又はR
1及びR
2及びR
sの入れ替え、
又はl及びl
1及びl
2及びL
1及びL
2及びL
s及びMの入れ替え等を行っても良い。
【実施例2】
【0074】
図4は、実施例2における実施形態構成の一例である。
【0075】
3相交流永久磁石同期電動機402の駆動制御を行う電力変換装置401は、スイッチング回路406、電流検出器107、設定値判断部408、電動機制御部409を有する。
【0076】
スイッチング回路406は、直流電源400から出力される直流電圧を電圧指令118に基づく任意の3相交流電圧に変換し、3相交流永久磁石同期電動機402に印加する。
【0077】
位置検出器403は、3相交流永久磁石同期電動機402の回転子位置を検出する。位置と速度は微積分の関係があることから、回転速度を検出し、検出回転速度から位置を算出しても良い。又、3相交流永久磁石同期電動機402に取り付けられた負荷に、位置又は速度検出器を取り付け、検出された位置又は速度から、3相交流永久磁石同期電動機402の回転子位置を算出しても良い。
【0078】
設定値判断部408は、電動機仕様設定値411の各データ又は電動機定数設定値412の各データの内少なくとも2つのデータに基づいて、設定値が適切か否かを判断し、否と判断された場合に、電動機仕様設定値411の各データ又は電動機定数設定値412の各データの内少なくとも1つのデータに基づいて定められたデータに変更する。
【0079】
ここで、2つのデータとは、例えば下記のデータである。
・電動機仕様設定値411の定格出力W
mのデータと電動機仕様設定値411の定格電圧V
mのデータ
・電動機仕様設定値411の定格出力W
mのデータと電動機定数設定値412の相抵抗Rのデータ
・電動機定数設定値412の相抵抗Rのデータと電動機定数設定値412のd軸インダクタンスL
dのデータ
電動機制御部409は、電動機仕様設定値411の各データ又は電動機定数設定値412の各データ又は電動機仕様変更値414の各データ又は電動機定数変更値415の各データの内少なくとも1つのデータ及び検出電流116及び検出位置417に基づいて電圧指令118を生成する。電圧指令118の算出方法は、例えば、ベクトル制御といった方法がある。なお、検出電流116は、3相固定座標系から、2相固定座標系や任意の速度で回転する回転座標系へ変換し用いても良い。
【0080】
3相交流永久磁石同期電動機402における電動機仕様設定値411としては、例えば、定格出力W
mのデータ、定格電圧V
mのデータ、定格電流I
mのデータ、定格周波数F
mのデータ、最高周波数F
mmaxのデータ、定格回転速度N
mのデータ、最高回転速度N
mmaxのデータ、定格トルクT
mのデータ、極数Pのデータ、極対数P
pのデータ等がある。又、3相交流永久磁石同期電動機402における電動機定数設定値412としては、例えば、相抵抗Rのデータ、線間抵抗R
lineのデータ、d軸インダクタンスL
dのデータ、q軸インダクタンスL
qのデータ、線間インダクタンスL
lineのデータ、定格回転速度時の誘起電圧(逆起電力、逆起電圧等とも呼ぶ)Eのデータ、誘起電圧定数K
eのデータ等がある。電動機仕様設定値411及び電動機定数設定値412は、電力変換装置401の外部より設定されても良いが、内部に予め設定しても良い。
【0081】
電動機仕様設定値411及び電動機定数設定値412が適切か否かを判断する方法を説明する。
【0082】
図5を考える。
図5は、永久磁石同期電動機の等価回路の一例であり、定常状態にある永久磁石同期電動機の1相分を表している。
【0083】
図5より、角速度ωを用いると、電圧500及び電流501は数38のような関係を持つ。
【0084】
【数38】
【0085】
従って、電圧v500、電流i501、誘起電圧e502、角速度ω、抵抗R503、インダクタンスL504が正とすると、数39乃至数41のような関係が成り立つ。
【0086】
【数39】
【0087】
【数40】
【0088】
【数41】
【0089】
ここで、数39乃至数41に示す関係を踏襲し、電動機仕様設定値411、電動機定数設定値412を用いると、数42乃至数47を得ることができる。
【0090】
【数42】
【0091】
【数43】
【0092】
【数44】
【0093】
【数45】
【0094】
【数46】
【0095】
【数47】
【0096】
又、d軸インダクタンスL
d及びq軸インダクタンスL
qには、数48に示す関係がある。
【0097】
【数48】
【0098】
従って、数42乃至数48の関係を、少なくとも1つを満たさなければ、電力変換装置401に設定された電動機仕様設定値411及び電動機定数設定値412が不適切であるといえる。なお、数49及び数50の関係を用いて、数42乃至数47を変形しても良い。
【0099】
【数49】
【0100】
【数50】
【0101】
又、数30及び数31及び数51乃至数53に示す回転座標系における永久磁石同期電動機の電圧及び電流及びトルクの関係を用いることでも、判断が可能である。
【0102】
【数51】
【0103】
【数52】
【0104】
【数53】
【0105】
数33及び数34及び数54としv
1又はtを求め、数36又は数37の内少なくともどちらかを満たさなければ、電力変換装置401に設定された電動機仕様設定値411及び電動機定数設定値412が不適切であるといえる。なお、数51乃至数53は、絶対変換で変換された関係であるが、相対変換で変換された関係を用いても良い。
【0106】
【数54】
【0107】
電力変換装置401に設定された電動機仕様設定値411及び電動機定数設定値412が不適切であった場合には、不適切であったデータを、前記関係を満たす値に変更する。
【実施例3】
【0108】
図6は、実施例3における実施形態構成の一例である。
【0109】
3相交流誘導電動機102の駆動制御を行う電力変換装置601は、スイッチング回路606、設定値判断部608、電動機制御部609を有する。
【0110】
スイッチング回路606は、3相交流電源100からの3相交流電圧を、電圧指令118に基づく任意の3相交流電圧に変換し、3相交流誘導電動機102に印加する。
【0111】
設定値判断部608は、電力変換装置仕様設定値610の各データ又は電動機仕様設定値111の各データの内少なくとも2つのデータに基づいて、設定値が適切か否かを判断し、否と判断された場合に、電力変換装置仕様設定値610の各データ又は電動機仕様設定値111の各データの内少なくとも1つのデータに基づいて定められたデータに変更する。
【0112】
ここで、2つのデータとは、例えば下記のデータである。
・電力変換装置仕様設定値610の定格出力容量VA
cのデータと電力変換装置仕様設定値610の適用電動機定格出力W
Cのデータ
・電力変換装置仕様設定値610の定格出力容量VA
cのデータと電動機仕様設定値111の定格出力W
mのデータ
・電動機仕様設定値111の定格出力W
mのデータと電動機仕様設定値111の定格電圧V
mのデータ
電動機制御部609は、電力変換装置仕様設定値610の各データ又は電動機仕様設定値111の各データ又は電力変換装置仕様変更値613の各データ又は電動機仕様変更値114の各データの内少なくとも1つのデータに基づいて電圧指令118を生成する。電圧指令118の算出方法は、例えば、V/f制御といった方法がある。
【0113】
電力変換装置仕様設定値610としては、例えば、定格出力容量VA
cのデータ、適用電動機定格出力W
Cのデータ、定格出力電圧V
cのデータ、定格出力電流I
cのデータ、最高出力周波数F
cmaxのデータ等がある。電力変換装置仕様設定値610は、電力変換装置601の外部より設定されても良いが、内部に予め設定しても良い。
【0114】
電力変換装置仕様設定値610又は電動機仕様設定値111が適切か否かを判断する方法を説明する。
【0115】
電動機の仕様を最大限に発揮するためには、電力変換装置の仕様は、少なくとも電動機の仕様以上でなければならない。例えば、数55乃至数73の関係を満たす必要がある。
【0116】
【数55】
【0117】
【数56】
【0118】
【数57】
【0119】
【数58】
【0120】
【数59】
【0121】
【数60】
【0122】
【数61】
【0123】
【数62】
【0124】
【数63】
【0125】
【数64】
【0126】
【数65】
【0127】
【数66】
【0128】
【数67】
【0129】
【数68】
【0130】
【数69】
【0131】
【数70】
【0132】
【数71】
【0133】
【数72】
【0134】
【数73】
【0135】
従って、数55乃至数73の内少なくとも1つの関係を満たさなければ、電力変換装置601に設定された電力変換装置仕様設定値610又は電動機仕様設定値111が、不適切であるといえる。又、数74乃至数76の関係を用いて、数55乃至数73を変形しても良い。
【0136】
【数74】
【0137】
【数75】
【0138】
【数76】
【0139】
電力変換装置601に設定された電力変換装置仕様設定値610及び電動機仕様設定値111が不適切であった場合には、不適切であったデータを、前記関係を満たす値に変更する。
【実施例4】
【0140】
図7は、実施例4における実施形態構成の一例である。
【0141】
3相交流誘導電動機102の駆動制御を行う電力変換装置701は、スイッチング回路706、設定値判断部708、電動機制御部709を有する。
【0142】
スイッチング回路706は、直流電源400から出力される直流電圧を、電圧指令118に基づく3相交流電圧に変換し、3相交流誘導電動機102に印加する。
【0143】
設定値判断部708は、電力変換装置仕様設定値610の各データ又は電動機仕様設定値111の各データの内少なくとも2つのデータに基づいて、設定値が適切か否かを判断し、否と判断された場合に、警報信号719を出力する。設定値が適切か否かを判断する方法としては、前記した通りである。
【0144】
電動機制御部709は、電力変換装置仕様設定値610の各データ又は電動機仕様設定値111の各データの内少なくとも1つのデータに基づいて電圧指令118を生成する。電圧指令118の算出方法は、例えば、V/f制御といった方法がある。
【0145】
なお、本発明は、3相交流誘導電動機及び3相交流永久磁石同期電動機に対し説明を行ったが、他の3相交流電動機及び単相交流電動機、直流電動機といった電動機全般に適用可能である。
【0146】
又、各式は、電動機がスター結線の場合を表現しているが、デルタ結線はスター結線へ等価的に変換が可能である。T形等価回路に基づいて説明したが、例えば、L形等価回路等の他の等価回路へ等価的に変換が可能である。相と線間は変換が可能である。電動機が3相の場合を考えているが、単相の場合には各式を単相のものに置き換えて考えれば良い。
鉄損や機械損等の損失は無視しているが、考慮しても良い。周波数及び角速度及び回転速度は、極数又は極対数を用いることにより変換が可能である。これらの説明は省略した。
【0147】
駆動する電動機の電動機定数を測定するオートチューニングと呼ばれる機能を備えた電力変換装置があるが、オートチューニングにて測定した電動機定数測定値にも、本発明を適用可能である。
【0148】
本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。又、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、又、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。又、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【0149】
又、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。又、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の記録装置、又は、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に置くことができる。
【0150】
又、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。