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JP2018019460A - Inverter control device and program - Google Patents

Inverter control device and program Download PDF

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JP2018019460A
JP2018019460A JP2016145523A JP2016145523A JP2018019460A JP 2018019460 A JP2018019460 A JP 2018019460A JP 2016145523 A JP2016145523 A JP 2016145523A JP 2016145523 A JP2016145523 A JP 2016145523A JP 2018019460 A JP2018019460 A JP 2018019460A
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JP
Japan
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frequency
inverter
command
rotor
frequency command
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JP2016145523A
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Inventor
孔靖 大久保
Koshin Okubo
孔靖 大久保
上園 恵一
Keiichi Uesono
恵一 上園
高木 正志
Masashi Takagi
正志 高木
哲史 飯田
Tetsushi Iida
哲史 飯田
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Toyo Electric Manufacturing Ltd
Original Assignee
Toyo Electric Manufacturing Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To relax vehicle impact caused by a recognition error of an estimated speed that easily occurs in an inverter low frequency domain.SOLUTION: An inverter control device 10 comprises: an estimated speed calculation part 11 for estimating a rotor frequency that is a rotation frequency of a rotor of an induction motor 50 through arithmetic operation; an inverter frequency command generation part 12 for generating an inverter frequency command instructing a frequency of a voltage that an inverter 20 outputs, based on the rotor frequency; a frequency limit part 13 for generating a limit frequency command limiting the inverter frequency command so as not to be smaller than a lower limit threshold; and a torque control part 14 for outputting a voltage command instructing the voltage that the inverter 20 outputs, to the inverter 20 based on the limit frequency command.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、電気車(鉄道車両)に搭載されるインバータを制御するインバータ制御装置及びプログラムに関するものである。   The present invention relates to an inverter control device and a program for controlling an inverter mounted on an electric vehicle (railway vehicle).

電気車(鉄道車両)のインバータ主回路システムを構成する主電動機は、一般にかご形三相誘導電動機が採用されている。インバータ制御装置は、誘導電動機に配置される速度センサ(PGセンサ)により誘導電動機の回転数を検出することにより、出力する指令に応じて誘導電動機の印加電圧や回転数を制御することができる。しかし、速度センサは電子部品により構成され、保守・点検が必要である。また、速度センサが故障すると誘導電動機を制御できなくなる場合が多いため、速度センサには高信頼の部品が採用され、コストが高くなっていた。   A squirrel-cage three-phase induction motor is generally adopted as a main motor constituting an inverter main circuit system of an electric vehicle (railway vehicle). The inverter control device can control the applied voltage and the rotational speed of the induction motor according to the command to be output by detecting the rotational speed of the induction motor by a speed sensor (PG sensor) arranged in the induction motor. However, the speed sensor is composed of electronic components and requires maintenance and inspection. In addition, since there are many cases where it becomes impossible to control the induction motor when the speed sensor breaks down, highly reliable parts are adopted for the speed sensor, which increases the cost.

そこで、速度センサを使用することなく誘導電動機を制御することが可能な速度センサレス制御を採用するインバータ制御装置が普及した(例えば、特許文献1参照)。速度センサレス制御は高精度のトルク制御により電気車の性能を向上させるだけでなく、速度センサがないことによるコスト削減や、誘導電動機の構造的自由度が大きくなるというメリットがある。そのため、現在では数多くの鉄道車両に速度センサレス制御が採用されている。   Therefore, an inverter control device that employs speed sensorless control that can control an induction motor without using a speed sensor has become widespread (see, for example, Patent Document 1). Speed sensorless control not only improves the performance of an electric vehicle by high-precision torque control, but also has the advantages of cost reduction due to the absence of a speed sensor and increased structural freedom of the induction motor. For this reason, speed sensorless control is currently used in many railway vehicles.

特開平11−69895号公報JP-A-11-69895

速度センサレス制御は、誘導電動機からの速度センサ入力がないため、インバータ制御装置は誘導電動機の回転数を推定しつつインバータを制御しなければならない。誘導電動機の固定子に印加する一次電圧及び電流、並びに固定子からの一次磁束により回転子が回転することで発生するすべりによって得られる二次電流により、誘導電動機の二次磁束及びトルクが得られる。このとき磁束演算及びトルク演算から座標変換によって得られた値から回転子の回転数を推定する。ところが、この一連の動作において検出する電圧や電流に検出誤差が発生すると大きな演算誤差を引き起こし、磁束やトルクの精度が悪化することにより誘導電動機を正常に制御できなくなるという欠点がある。   In speed sensorless control, since there is no speed sensor input from the induction motor, the inverter control device must control the inverter while estimating the rotation speed of the induction motor. The secondary magnetic flux and torque of the induction motor are obtained by the primary voltage and current applied to the stator of the induction motor and the secondary current obtained by the slip generated by the rotation of the rotor by the primary magnetic flux from the stator. . At this time, the number of rotations of the rotor is estimated from a value obtained by coordinate conversion from magnetic flux calculation and torque calculation. However, if a detection error occurs in the voltage or current detected in this series of operations, a large calculation error is caused, and the accuracy of magnetic flux or torque is deteriorated, so that the induction motor cannot be normally controlled.

また、速度センサレス制御では、固定子を制御するインバータ周波数と回転子を制御するロータ周波数との差、すなわちすべりを認識させることで二次磁束成分となる励磁電流及びトルク電流を認識し、d軸電流(励磁電流)、q軸電流(トルク電流)として回転子の回転速度を推定し、インバータの出力電圧ベクトルとして誘導電動機を制御する。   In the speed sensorless control, the difference between the inverter frequency for controlling the stator and the rotor frequency for controlling the rotor, that is, the slip is recognized to recognize the excitation current and the torque current as the secondary magnetic flux component, and the d axis The rotational speed of the rotor is estimated as current (excitation current) and q-axis current (torque current), and the induction motor is controlled as the output voltage vector of the inverter.

しかし、上述したように、回転子が回転することにより検出される誘起電圧や電流に検出誤差が発生すると演算誤差を引き起こし、すべりにより得られる2次磁束成分によって演算する車両の推定速度を正常に認識することが困難となる。特に、インバータの低周波領域となる車両が停止している状態から起動する状況では、推定速度の誤認識により車両衝動が発生することがある。   However, as described above, when a detection error occurs in the induced voltage or current detected by the rotation of the rotor, a calculation error is caused, and the estimated speed of the vehicle calculated by the secondary magnetic flux component obtained by the slip is normally set. It becomes difficult to recognize. In particular, in a situation where the vehicle that is in the low frequency region of the inverter is started from a stopped state, vehicle impulses may occur due to erroneous recognition of the estimated speed.

この改善策として、誘導電動機のすべりにより得られる2次磁束成分を精度良く捉えるために、誘導電動機に入力させる励磁電流を大きくして誘導電動機の誘起電圧を大きくさせることが考えられる。しかし、鉄道車両の軌道に敷設される保安信号設備に対し励磁電流を大きくすると、ノイズ成分が増幅されて誘導障害への影響が懸念され、車両の推定速度演算の誤差改善に歯止めが掛かることがある。   As an improvement measure, in order to accurately capture the secondary magnetic flux component obtained by the slippage of the induction motor, it is conceivable to increase the excitation current input to the induction motor and increase the induced voltage of the induction motor. However, if the excitation current is increased for the safety signal equipment laid on the railroad track, the noise component is amplified and there is a concern about the influence on the induction failure, and the error improvement of the estimated speed calculation of the vehicle may be stopped. is there.

また、推定速度の認識誤差は誘導電動機の電圧や電流の検出誤差、誘導電動機の温度変化による等価回路定数の変化により発生すると考えられている。また、誘導電動機の制御にはデッドタイムを必要とし、この期間に電圧誤差が発生する。デッドタイムによる電圧誤差は電流にひずみを生じさせ、トルクリプルにより車両衝動を誘発する。とくに、インバータの低周波領域となる、車両が停止している状態から起動する状況では当事象が発生しやすい傾向にある。これらを改善するには、誘導電動機温度の常時監視による誘導電動機の等価回路定数最適化やデッドタイムによる電圧誤差分を補正した最適化制御により改善できるものと考えられるが、これらの複合的要素が絡むことに対応するアルゴリズムを確立するには非常に困難である。   In addition, it is considered that the recognition error of the estimated speed is caused by the detection error of the voltage and current of the induction motor and the change of the equivalent circuit constant due to the temperature change of the induction motor. In addition, dead time is required to control the induction motor, and a voltage error occurs during this period. Voltage error due to dead time causes distortion in the current and induces vehicle impulses by torque ripple. In particular, this event tends to occur in a situation where the vehicle is started from a state where the vehicle is stopped, which is a low frequency region of the inverter. In order to improve these, it is thought that the equivalent circuit constant of the induction motor can be optimized by constantly monitoring the temperature of the induction motor and the optimization control that corrects the voltage error due to the dead time can be improved. It is very difficult to establish an algorithm corresponding to the entanglement.

かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、インバータ低周波領域域において発生しやすい推定速度の認識誤差による車両衝動を緩和することが可能なインバータ制御装置及びプログラムを提供することにある。   An object of the present invention made in view of such circumstances is to provide an inverter control device and a program capable of alleviating vehicle impulses due to a recognition error of an estimated speed that is likely to occur in an inverter low frequency region.

上記課題を解決するため、本発明に係るインバータ制御装置は、インバータを制御し、誘導電動機に励磁電流を印加することで該誘導電動機の回転子にすべりを発生させるインバータ制御装置であって、前記回転子の回転周波数である回転子周波数を演算により推定する推定速度演算部と、前記回転子周波数に基づき、前記インバータが出力する電圧の周波数を指示するインバータ周波数指令を生成するインバータ周波数指令生成部と、前記インバータ周波数指令が下限閾値よりも小さくならないように制限された制限周波数指令を生成する周波数制限部と、前記制限周波数指令に基づき、前記インバータが出力する電圧を指示する電圧指令を前記インバータに出力するトルク制御部と、を備えることを特徴とする。   In order to solve the above problems, an inverter control device according to the present invention is an inverter control device that controls an inverter and generates a slip in a rotor of the induction motor by applying an excitation current to the induction motor, An estimated speed calculation unit that estimates a rotor frequency that is a rotation frequency of the rotor by calculation, and an inverter frequency command generation unit that generates an inverter frequency command that indicates the frequency of the voltage output by the inverter based on the rotor frequency A frequency limiting unit that generates a limited frequency command that is limited so that the inverter frequency command does not become lower than a lower threshold, and a voltage command that indicates a voltage output from the inverter based on the limited frequency command. And a torque control unit that outputs to the motor.

さらに、本発明に係るインバータ制御装置において、前記周波数制限部は、前記インバータ周波数指令が下限閾値よりも小さい場合には、前記制限周波数指令を前記下限閾値とし、前記インバータ周波数指令が下限閾値以上である場合には、前記制限周波数指令を前記インバータ周波数指令と同一とすることを特徴とする。   Furthermore, in the inverter control device according to the present invention, when the inverter frequency command is smaller than a lower limit threshold, the frequency limiting unit sets the limit frequency command as the lower limit threshold, and the inverter frequency command is equal to or higher than the lower limit threshold. In some cases, the limiting frequency command is the same as the inverter frequency command.

さらに、本発明に係るインバータ制御装置において、前記周波数制限部は、前記回転子周波数が負値となる後退起動制御閾値よりも小さい場合には、前記制限周波数指令をゼロ付近まで下げた後に上昇させることを特徴とする。   Further, in the inverter control device according to the present invention, the frequency limiting unit raises the limit frequency command after lowering it to near zero when the rotor frequency is smaller than a reverse activation control threshold value that takes a negative value. It is characterized by that.

また、上記課題を解決するため、本発明に係るプログラムは、コンピュータを、上記インバータ制御装置として機能させることを特徴とする。   Moreover, in order to solve the said subject, the program which concerns on this invention makes a computer function as said inverter control apparatus, It is characterized by the above-mentioned.

本発明によれば、インバータ低周波領域域において発生しやすい推定速度の認識誤差による車両衝動を緩和することができる。   According to the present invention, it is possible to mitigate vehicle impulses caused by recognition errors of estimated speeds that are likely to occur in the inverter low frequency region.

本発明の一実施形態に係るインバータ制御装置を含む、インバータ主回路システムの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the inverter main circuit system containing the inverter control apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るインバータ制御装置の制御を示す状態遷移図である。It is a state transition diagram which shows control of the inverter control apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るインバータ制御装置における停止からの起動について説明する図である。It is a figure explaining the starting from the stop in the inverter control apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るインバータ制御装置における後退起動について説明する図である。It is a figure explaining reverse starting in the inverter control device concerning one embodiment of the present invention.

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、周波数と角周波数は単位が違うだけで相互に変換が可能であり、演算の際にいずれを用いてもよいため、本明細書では周波数という表記に角周波数も含めるものとする。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the frequency and the angular frequency can be converted into each other only by different units, and any of them may be used in the calculation. Therefore, in this specification, the frequency is included in the notation of frequency.

図1に、本発明の一実施形態に係るインバータ制御装置を含む、インバータ主回路システム1の構成例を示す。インバータ主回路システム1は、インバータ制御装置10と、インバータ20と、電流検出器30と、電圧検出器40と、誘導電動機50とを備える。   FIG. 1 shows a configuration example of an inverter main circuit system 1 including an inverter control device according to an embodiment of the present invention. The inverter main circuit system 1 includes an inverter control device 10, an inverter 20, a current detector 30, a voltage detector 40, and an induction motor 50.

インバータ20は、インバータ制御装置10から入力された、誘導電動機50への出力電圧を指示する電圧指令vに応じた電圧vを誘導電動機50に印加する。 The inverter 20 applies to the induction motor 50 a voltage v corresponding to a voltage command v * input from the inverter control device 10 and instructing an output voltage to the induction motor 50.

電流検出器30は、誘導電動機50に流れる電流iを検出し、検出結果をインバータ制御装置10に出力する。   The current detector 30 detects the current i flowing through the induction motor 50 and outputs the detection result to the inverter control device 10.

電圧検出器40は、誘導電動機50に印加される電圧vを検出し、検出結果をインバータ制御装置10に出力する。   The voltage detector 40 detects the voltage v applied to the induction motor 50 and outputs the detection result to the inverter control device 10.

インバータ制御装置10は、インバータ20を制御し、誘導電動機50に励磁電流を印加することで、誘導電動機50の回転子にすべりを発生させる。また、インバータ制御装置10は速度センサレス制御を行う。すなわち、速度センサを用いずに、演算により誘導電動機50の回転子の回転周波数(以下、「回転子周波数」という)ωを求め、トルク指令Tに従って誘導電動機50のトルク制御を行う。回転子周波数ωは、車両の推定速度を意味する。誘導電動機50のトルクが車両の車輪軸に伝えられることにより、車両を加減速させることができる。インバータ制御装置10は、推定速度演算部11と、インバータ周波数指令生成部12と、周波数制限部13と、トルク制御部14とを備える。 The inverter control device 10 controls the inverter 20 and applies an exciting current to the induction motor 50 to cause the rotor of the induction motor 50 to slip. Further, the inverter control device 10 performs speed sensorless control. That is, without using the speed sensor, the rotation frequency (hereinafter referred to as “rotor frequency”) ω m of the rotor of the induction motor 50 is obtained by calculation, and the torque control of the induction motor 50 is performed according to the torque command T * . The rotor frequency ω m means the estimated speed of the vehicle. By transmitting the torque of the induction motor 50 to the wheel shaft of the vehicle, the vehicle can be accelerated or decelerated. The inverter control device 10 includes an estimated speed calculation unit 11, an inverter frequency command generation unit 12, a frequency limiting unit 13, and a torque control unit 14.

推定速度演算部11は、回転子周波数ωを演算により推定し、インバータ周波数指令生成部12に出力する。例えば、電流検出器30により検出された電流i、及び電圧検出器40により検出された電圧vを用いて回転子周波数ωを演算する。後述する後退起動モードによる制御を行う場合には、回転子周波数ωを周波数制限部13にも出力する。 The estimated speed calculator 11 estimates the rotor frequency ω m by calculation and outputs it to the inverter frequency command generator 12. For example, the rotor frequency ω m is calculated using the current i detected by the current detector 30 and the voltage v detected by the voltage detector 40. In the case of performing control in the backward activation mode described later, the rotor frequency ω m is also output to the frequency limiting unit 13.

詳細には、推定速度演算部11は式(1)により磁束ベクトルφを算出する。ここで、Rは誘導電動機50の一次抵抗であり、L,L,Mはそれぞれ誘導電動機50の一次自己インダクタンス、二次自己インダクタンス、相互インダクタンスである。 Specifically, the estimated speed calculation unit 11 calculates the magnetic flux vector φ 2 by the equation (1). Here, R 1 is a primary resistance of the induction motor 50, and L 1 , L 2 , and M are a primary self-inductance, a secondary self-inductance, and a mutual inductance, respectively.

Figure 2018019460
Figure 2018019460

なお、電圧vの代わりに、インバータ制御装置10が出力する電圧指令vを用いてもよい。その場合には、インバータ主回路システム1は電圧検出器40を備えなくてもよい。 Instead of the voltage v, a voltage command v * output from the inverter control device 10 may be used. In that case, the inverter main circuit system 1 may not include the voltage detector 40.

磁束ベクトルφの角周波数ωは、磁束ベクトルφのd軸成分であるφ2d及び磁束ベクトルφのq軸成分であるφ2qを用いて、式(2)で表される。 Angular frequency omega c of the magnetic flux vector phi 2, using the phi 2q is phi 2d and the q-axis component of the magnetic flux vector phi 2 is a d-axis component of the magnetic flux vector phi 2, represented by the formula (2).

Figure 2018019460
Figure 2018019460

また、磁束ベクトルφ、及び電流検出器30により検出された電流iを用いて、式(3)によりすべり周波数ωscを算出する。 Further, the slip frequency ω sc is calculated by the equation (3) using the magnetic flux vector φ 2 and the current i detected by the current detector 30.

Figure 2018019460
Figure 2018019460

そして、式(4)により、誘導電動機50の回転子周波数ωを求める。 Then, the rotor frequency ω m of the induction motor 50 is obtained by the equation (4).

Figure 2018019460
Figure 2018019460

インバータ周波数指令生成部12は、推定速度演算部11により求められた回転子周波数ωに基づき、インバータ20が出力する電圧の周波数を指示するインバータ周波数指令ω を生成し、周波数制限部13に出力する。インバータ周波数指令生成部12は、すべり周波数指令演算部121と、加算部122とを備える。 The inverter frequency command generator 12 generates an inverter frequency command ω i * that indicates the frequency of the voltage output from the inverter 20 based on the rotor frequency ω m obtained by the estimated speed calculator 11, and the frequency limiter 13 Output to. The inverter frequency command generation unit 12 includes a slip frequency command calculation unit 121 and an addition unit 122.

すべり周波数指令演算部121は、入力されたトルク指令Tと二次磁束指令φ とに基づき、以下の式(5)を用いてすべり周波数指令ω を生成し、加算部122に出力する。 The slip frequency command calculation unit 121 generates a slip frequency command ω s * using the following equation (5) based on the input torque command T * and the secondary magnetic flux command φ 2 *, and sends it to the adder 122. Output.

Figure 2018019460
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加算部122は、推定速度演算部11により演算された回転子周波数ωと、すべり周波数指令演算部121により生成されたすべり周波数指令ω とを加算して、インバータ20が出力する電圧の周波数を指示するインバータ周波数指令ω を生成し、周波数制限部13に出力する。 The adding unit 122 adds the rotor frequency ω m calculated by the estimated speed calculating unit 11 and the slip frequency command ω s * generated by the slip frequency command calculating unit 121, and outputs the voltage output from the inverter 20. An inverter frequency command ω i * for instructing the frequency is generated and output to the frequency limiting unit 13.

周波数制限部13は、加算部122により生成されたインバータ周波数指令ω が所定の周波数下限閾値ωiLMTよりも小さくならないように制限された制限周波数指令ωiL を生成し、トルク制御部14に出力する。すなわち、周波数指令ω が周波数下限閾値ωiLMT以上である場合にはωiL =ω とし、周波数指令ω が周波数下限閾値ωiLMTよりも小さい場合には、ωiL =ωiLMTとする。 The frequency limiter 13 generates a limit frequency command ω iL * that is limited so that the inverter frequency command ω i * generated by the adder 122 does not become smaller than a predetermined frequency lower limit threshold ω iLMT , and the torque control unit 14 Output to. That is, when the frequency command ω i * is equal to or higher than the frequency lower limit threshold ω iLMT , ω iL * = ω i *, and when the frequency command ω i * is smaller than the frequency lower limit threshold ω iLMT , ω iL * = Let ω iLMT .

トルク制御部14は、トルク指令Tと、二次磁束指令φ と、電流検出器30により検出された電流iと、周波数制限部13により生成された制限周波数指令ωiL とが入力される。トルク制御部14は、これらの入力に基づき、誘導電動機50のトルクがトルク指令Tに追従するように、インバータ20が出力する電圧を指示する電圧指令vを生成し、インバータ20に出力する。 The torque control unit 14 receives the torque command T * , the secondary magnetic flux command φ 2 * , the current i detected by the current detector 30, and the limited frequency command ω iL * generated by the frequency limiting unit 13. Is done. Based on these inputs, the torque control unit 14 generates a voltage command v * indicating a voltage output from the inverter 20 so that the torque of the induction motor 50 follows the torque command T *, and outputs the voltage command v * to the inverter 20. .

なお、図1においては、トルク指令Tと二次磁束指令φ とがトルク制御部14に入力される例を示しているが、これに限られるものではない。例えば、トルク制御部14は、入力されたトルク指令Tに基づき二次磁束指令φ を算出してもよい。 Although FIG. 1 shows an example in which the torque command T * and the secondary magnetic flux command φ 2 * are input to the torque control unit 14, the present invention is not limited to this. For example, the torque control unit 14 may calculate the secondary magnetic flux command φ 2 * based on the input torque command T * .

つぎに、インバータ制御装置10の制御について説明する。図2は、インバータ制御装置10の制御を示す状態遷移図である。停止から起動する際には、インバータ周波数制限モードで運転する(状態A)。インバータ周波数制限モードでは、周波数制限部13は、制限周波数指令ωiL を一定値である周波数下限閾値ωiLMTとする。 Next, control of the inverter control device 10 will be described. FIG. 2 is a state transition diagram showing the control of the inverter control device 10. When starting from a stop, it is operated in the inverter frequency limit mode (state A). In the inverter frequency limit mode, the frequency limiter 13 sets the limit frequency command ω iL * to a frequency lower limit threshold ω iLMT that is a constant value.

状態Aの後、加算部122から入力されるインバータ周波数指令ω が周波数下限閾値ωiLMTを超えると、通常運転モードで運転する(状態B)。通常運転モードでは、周波数制限部13は、制限周波数指令ωiL を加算部122から入力されたインバータ周波数指令ω とする。 When the inverter frequency command ω i * input from the adder 122 exceeds the frequency lower limit threshold ω i LMT after the state A, the operation is performed in the normal operation mode (state B). In the normal operation mode, the frequency limiter 13 sets the limit frequency command ω iL * as the inverter frequency command ω i * input from the adder 122.

停止から起動させた際に後退を検知すると、周波数制限部13は、後退起動モードで運転する(状態C)。例えば、インバータ制御装置10は車両速度が−2km/hになった場合に後退と判定する。後退起動モードでは、速度センサレス制御において、誘導電動機50の回転子を制御し、車両を後退、停止、前進と動作させる。後退時には、周波数制限部13は、制限周波数指令ωiL をゼロ付近まで下げる。そして停止時にインバータ電流の相順を切り替え、前進するように制限周波数指令ωiL を上昇させる。 When the reverse is detected when starting from the stop, the frequency limiting unit 13 operates in the reverse start mode (state C). For example, the inverter control device 10 determines that the vehicle is moving backward when the vehicle speed becomes −2 km / h. In the reverse activation mode, in the speed sensorless control, the rotor of the induction motor 50 is controlled, and the vehicle is operated to reverse, stop, and advance. At the time of reverse, the frequency limiter 13 lowers the limit frequency command ω iL * to near zero. Then, when stopping, the phase sequence of the inverter current is switched, and the limit frequency command ω iL * is increased so as to move forward.

状態Cの後、加算部122から入力されるインバータ周波数指令ω が周波数下限閾値ωiLMTを超えると、通常運転モードで運転する(状態B)。 After the state C, when the inverter frequency command ω i * input from the adding unit 122 exceeds the frequency lower limit threshold ω i LMT , the operation is performed in the normal operation mode (state B).

図3は、停止状態から起動する際の周波数制限部13の制御を説明する図である。停止からの起動時、誘導電動機50に励磁電流を印加して回転子を動作させ、誘導電動機50のすべりを発生させることで、インバータ制御装置10は回転子周波数ωを推定し、トルク制御を実施する。しかし、回転子周波数ωが低い場合には推定に誤差が生じやすい。そのため、周波数制限部13は、制限周波数指令ωiL を周波数下限閾値ωiLMTとし(時刻t)、インバータ周波数制限モードで車両を起動させる。これにより、インバータ低周波領域における推定速度の検出誤差による車両衝動を緩和することができる。 FIG. 3 is a diagram illustrating the control of the frequency limiting unit 13 when starting from the stop state. At the time of start-up from the stop, by applying an excitation current to the induction motor 50 to operate the rotor and causing the induction motor 50 to slip, the inverter control device 10 estimates the rotor frequency ω m and performs torque control. carry out. However, when the rotor frequency ω m is low, an error is likely to occur in the estimation. Therefore, the frequency limiter 13 sets the limit frequency command ω iL * as the frequency lower limit threshold ω iLMT (time t 0 ), and starts the vehicle in the inverter frequency limit mode. Thereby, the vehicle impulse by the detection error of the estimated speed in an inverter low frequency area | region can be relieved.

そして、車両が起動して加算部122から入力されるインバータ周波数指令ω が周波数下限閾値ωiLMTを超えると、制御モードを通常運転モードに切り替え、回転子周波数ωによる推定速度を認識したトルク制御を実施する。すなわち、制限周波数指令ωiL を加算部122から入力されたインバータ周波数指令ω とする。なお、制御モードの切り替えを正確に行うために、回転子周波数ωは推定速度演算部11により常時算出される。 When the inverter frequency command ω i * input from the adder 122 exceeds the frequency lower limit threshold ω iLMT , the control mode is switched to the normal operation mode, and the estimated speed based on the rotor frequency ω m is recognized. Perform torque control. That is, the limit frequency command ω iL * is set as the inverter frequency command ω i * input from the adder 122. Note that the rotor frequency ω m is always calculated by the estimated speed calculator 11 in order to accurately switch the control mode.

ここで、停止からの起動直後(時刻t付近)は、周波数下限閾値ωiLMTと回転子周波数ωとの差であるすべり周波数が定格すべり周波数ω(定格点)よりも大きくなってしまう。そのため、誘導電動機トルクが安定せず、若干の車両衝動が発生する場合がある。そこで、車両衝動が発生する場合には、誘導電動機50のトルク変化量を変更又は可変値とした調整を行うことで、車両衝動を緩和するようにしてもよい。 Here, immediately after starting from the stop (around time t 0 ), the slip frequency, which is the difference between the frequency lower limit threshold ω iLMT and the rotor frequency ω m , becomes larger than the rated slip frequency ω s (rated point). . For this reason, the induction motor torque is not stable, and some vehicle impulses may occur. Therefore, when the vehicle impulse occurs, the vehicle impulse may be reduced by adjusting the torque change amount of the induction motor 50 to be changed or a variable value.

図4は、停止状態から起動する際に車両が後退した場合の周波数制限部13の制御を説明する図である。車両を起動させる場合、図3で説明したように、まず周波数制限部13は、制限周波数指令ωiL を周波数下限閾値ωiLMTとし、インバータ周波数制限モードで車両を起動させる。 FIG. 4 is a diagram for explaining the control of the frequency limiting unit 13 when the vehicle moves backward when starting from a stopped state. When starting the vehicle, as described in FIG. 3, first, the frequency limiting unit 13 sets the limiting frequency command ω iL * as the frequency lower limit threshold ω iLMT and starts the vehicle in the inverter frequency limiting mode.

車両が上り勾配に停止した状態や後退している状態から起動する時、周波数下限閾値ωiLMTとなる制限周波数指令ωiL にて車両を起動すると(時刻t付近)、周波数下限閾値ωiLMTと負値である回転子周波数ωとの差であるすべり周波数が定格すべり周波数ω(定格点)と大きく離れる。この状態では誘導電動機トルクが制限周波数指令ωiL に追従しないため、勾配起動性能や車両性能に影響を及ぼす。 When the vehicle is started from a state where the state and retracted stopped in upward gradient, when you start the vehicle at a frequency lower threshold omega ILMT limit frequency command omega iL * (around the time t 0), the frequency lower threshold omega ILMT And the negative value of the rotor frequency ω m is greatly different from the rated slip frequency ω s (rated point). In this state, since the induction motor torque does not follow the limit frequency command ω iL * , the gradient starting performance and the vehicle performance are affected.

そこで、回転子周波数ωが負値となる後退起動制御閾値ωopenよりも小さいことを認識すると、すなわち後退を検知すると(時刻t)、後退起動モードで車両を起動させて、車両を停止させ、続いて前進させる。そのために、周波数制限部13は制限周波数指令ωiL がゼロを通過するように制限周波数指令ωiL をゼロ付近まで下げる。そして停止時にインバータ電流の相順を切り替え、前進するように制限周波数指令ωiL を上昇させる。ここで、ゼロ付近とは、後退起動制御閾値open以上で、且つゼロ以下の値である。 Therefore, the rotor frequency omega m recognizes that less than retraction activation control threshold omega open as a negative value, that is, detecting the backward (time t 1), by starting the vehicle in backward startup mode, stop the vehicle And then move forward. To that end, the frequency limiting section 13 lowers the limit frequency command omega limit frequency command so iL * passes through zero omega iL * to near zero. Then, when stopping, the phase sequence of the inverter current is switched, and the limit frequency command ω iL * is increased so as to move forward. Here, the vicinity of zero is a value that is greater than or equal to the reverse activation control threshold value open and less than or equal to zero.

そして、後退起動モード中に車両速度が上昇し、加算部122から入力されるインバータ周波数指令ω が周波数下限閾値ωiLMTを超えると、制御モードを通常運転モードに切り替え、回転子周波数ωによる推定速度を認識したトルク制御を実施する。すなわち、制限周波数指令ωiL を加算部122から入力されたインバータ周波数指令ω とする。 When the vehicle speed increases during the reverse activation mode and the inverter frequency command ω i * input from the adder 122 exceeds the frequency lower limit threshold ω iLMT , the control mode is switched to the normal operation mode, and the rotor frequency ω m Torque control that recognizes the estimated speed is performed. That is, the limit frequency command ω iL * is set as the inverter frequency command ω i * input from the adder 122.

なお、上述したインバータ制御装置10として機能させるためにコンピュータを好適に用いることができ、そのようなコンピュータは、インバータ制御装置10の各機能を実現する処理内容を記述したプログラムを該コンピュータの記憶部に格納しておき、該コンピュータのCPUによってこのプログラムを読み出して実行させることで実現することができる。なお、このプログラムは、コンピュータ読取り可能な記録媒体に記録可能である。   Note that a computer can be preferably used to cause the above-described inverter control device 10 to function, and such a computer stores a program describing processing contents for realizing each function of the inverter control device 10. This program can be realized by reading out and executing this program by the CPU of the computer. This program can be recorded on a computer-readable recording medium.

上述したように、インバータ制御装置10及びそのプログラムは、インバータ周波数指令ω に予め周波数下限閾値ωiLMTを設け、誘導電動機50の回転子が周波数下限閾値ωiLMT以下で回転している場合は推定速度を認識させてインバータ出力をさせる過程とは別に、インバータ周波数指令ω を最下限値となる周波数下限閾値ωiLMTとする。そのため、運転指令が入力されて停止状態から起動する際に、推定速度を誤認識した場合に発生する車両衝動を抑制することができる。 As described above, the inverter control device 10 and the program thereof provide the frequency lower limit threshold value ω iLMT in advance in the inverter frequency command ω i *, and the rotor of the induction motor 50 rotates below the frequency lower limit threshold value ω iLMT. Separately from the process of recognizing the estimated speed and causing the inverter output, the inverter frequency command ω i * is set as the frequency lower limit threshold ω iLMT that is the lowest limit value. Therefore, it is possible to suppress the vehicle impulse that occurs when the estimated speed is erroneously recognized when the driving command is input and the vehicle is started from the stopped state.

また、本発明では、停止からの起動時における推定速度を認識させる過程を経ずにインバータ周波数を出力し車両を起動させるが、常に車両の推定速度を認識する必要がある。その理由は、車両が後退しているときに当制御を動作させると回転子周波数ωが負値であるため後退速度が大きくなるほど周波数下限閾値ωiLMTと大きく離れ、すべりに対する回転子トルクが小さくなり、勾配等の起動性能に影響を及ぼす可能性があるからである。車両が後退している場合は、後退している推定速度を認識し、後退起動制御閾値ωopen以下(すなわち、周波数下限閾値ωiLMTによるインバータ出力では勾配起動性能に影響が出る後退速度)となった場合は、後退起動モードで運転する必要がある。 In the present invention, the inverter frequency is output and the vehicle is started without going through the process of recognizing the estimated speed at the time of starting from the stop, but it is necessary to always recognize the estimated speed of the vehicle. The reason for this is that when this control is operated while the vehicle is moving backward, the rotor frequency ω m is a negative value, so the larger the reverse speed, the larger the frequency lower threshold ω iLMT, and the smaller the rotor torque for slipping. This is because the starting performance such as the gradient may be affected. If the vehicle is retracted, to recognize the estimated speed that is retracted, is retracted activation control threshold omega open below (i.e., retracting speed be affected gradient starting performance at the inverter output by the frequency lower limit threshold omega ILMT) and If this happens, it is necessary to operate in reverse start mode.

本発明は、速度センサレス制御を行う電気車に有用である。   The present invention is useful for an electric vehicle that performs speed sensorless control.

1 インバータ主回路システム
10 インバータ制御装置
11 推定速度演算部
12 インバータ周波数指令生成部
13 周波数制限部
14 トルク制御部
20 インバータ
30 電流検出器
40 電圧検出器
50 誘導電動機
121 すべり周波数指令演算部
122 加算部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inverter main circuit system 10 Inverter control apparatus 11 Estimated speed calculating part 12 Inverter frequency command generation part 13 Frequency limiting part 14 Torque control part 20 Inverter 30 Current detector 40 Voltage detector 50 Induction motor 121 Slip frequency command calculating part 122 Adder part

Claims (4)

インバータを制御し、誘導電動機に励磁電流を印加することで該誘導電動機の回転子にすべりを発生させるインバータ制御装置であって、
前記回転子の回転周波数である回転子周波数を演算により推定する推定速度演算部と、
前記回転子周波数に基づき、前記インバータが出力する電圧の周波数を指示するインバータ周波数指令を生成するインバータ周波数指令生成部と、
前記インバータ周波数指令が下限閾値よりも小さくならないように制限された制限周波数指令を生成する周波数制限部と、
前記制限周波数指令に基づき、前記インバータが出力する電圧を指示する電圧指令を前記インバータに出力するトルク制御部と、
を備えることを特徴とするインバータ制御装置。
An inverter control device that controls an inverter and generates a slip in a rotor of the induction motor by applying an excitation current to the induction motor,
An estimated speed calculator for estimating a rotor frequency, which is a rotation frequency of the rotor, by calculation;
Based on the rotor frequency, an inverter frequency command generator that generates an inverter frequency command that indicates the frequency of the voltage output by the inverter;
A frequency limiting unit that generates a limited frequency command limited so that the inverter frequency command is not smaller than a lower threshold;
Based on the limit frequency command, a torque control unit that outputs to the inverter a voltage command that indicates a voltage output by the inverter;
An inverter control device comprising:
前記周波数制限部は、前記インバータ周波数指令が下限閾値よりも小さい場合には、前記制限周波数指令を前記下限閾値とし、前記インバータ周波数指令が下限閾値以上である場合には、前記制限周波数指令を前記インバータ周波数指令と同一とすることを特徴とする、請求項1に記載のインバータ制御装置。   When the inverter frequency command is smaller than a lower limit threshold, the frequency limiting unit sets the limited frequency command as the lower limit threshold, and when the inverter frequency command is equal to or higher than the lower limit threshold, The inverter control device according to claim 1, wherein the inverter control device is the same as the inverter frequency command. 前記周波数制限部は、前記回転子周波数が負値となる後退起動制御閾値よりも小さい場合には、前記制限周波数指令をゼロ付近まで下げた後に上昇させることを特徴とする、請求項1又は2に記載のインバータ制御装置。   The frequency limiting unit raises the limiting frequency command to a value close to zero when the rotor frequency is smaller than a reverse activation control threshold value that is a negative value, according to claim 1 or 2. The inverter control device described in 1. コンピュータを、請求項1から3のいずれか一項に記載のインバータ制御装置として機能させるためのプログラム。
The program for functioning a computer as an inverter control apparatus as described in any one of Claim 1 to 3.
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