電力変換装置
【課題】エンジン発電機による電動機駆動システムにおいて、電力変換器の高調波や直流電圧変動の影響によって、ｄ軸とｑ軸の電圧外乱による電流脈動の強めあい現象により軸振動が増加し、ｄｑ軸間干渉の影響により振動やｄ軸電流が増加する恐れがある。
【解決手段】エンジン発電機システムの電力変換器１０５において、発電機１０４の回転子磁束方向のｄ軸電流に含まれる振動成分の位相が、発電機１０４の回転電気角周波数に含まれる同一周波数の振動成分の位相に対し、９０度以上進むようにｄ軸電圧調整手段１１７により発電機１０４を制御するためのｄ軸電圧Ｖｄ＊をΔＶｄ＊調整し、さらに、ｑ軸電流に含まれる振動成分の位相が、発電機１０４の回転電気角周波数に含まれる同一周波数の振動成分の位相に対し、９０度以上進むようにｑ軸電圧調整手段１１８によりｑ軸の電圧Ｖｑ＊をΔＶｑ＊調整する。
【解決手段】エンジン発電機システムの電力変換器１０５において、発電機１０４の回転子磁束方向のｄ軸電流に含まれる振動成分の位相が、発電機１０４の回転電気角周波数に含まれる同一周波数の振動成分の位相に対し、９０度以上進むようにｄ軸電圧調整手段１１７により発電機１０４を制御するためのｄ軸電圧Ｖｄ＊をΔＶｄ＊調整し、さらに、ｑ軸電流に含まれる振動成分の位相が、発電機１０４の回転電気角周波数に含まれる同一周波数の振動成分の位相に対し、９０度以上進むようにｑ軸電圧調整手段１１８によりｑ軸の電圧Ｖｑ＊をΔＶｑ＊調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン発電機システムおよび電動機駆動システムの電力変換装置に関し、特に、発電機とエンジン間の軸または電動機に接続された回転機器の軸の振動を抑制することに好適な制御を実現する電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力変換器で電動機を可変速駆動し、減速ギア、増速ギアなどを介してファン、ポンプ、圧縮機などの回転機器を運転する電動機駆動システムにおいては、電動機と回転機器間の軸に特定周波数の振動成分が発生する場合がある。この振動周波数は機器に固有のものであり、電力変換器駆動では、この固有周波数の振動がシステムに悪影響を与えないように制御することが必要である。
【０００３】
このため、振動が大きくなる特定周波数での運転時間を短く（スキップ）するように、電力変換器の出力周波数を制御する技術が知られている。また、特定周波数近傍での駆動において、前記振動成分を打ち消すため、例えば、特許文献１に記載されているように、速度変動やトルク変動成分を推定し、それらの脈動を打ち消すための逆電動機トルクをかけるように、電力変換器を制御する技術が知られている。
【０００４】
また、特許文献２では、電動機で発生される電動機トルクもしくは電動機トルク電流に含まれる振動成分の位相が、電動機の回転電気角周波数に含まれる同一周波数の振動成分の位相に対し、９０度以上進むように電動機を駆動するための電圧を制御することで振動成分を抑制する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２５２１４２号公報
【特許文献２】特開２０１０−２５９２７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、回転速度から駆動系の脈動トルクや電動機の負荷トルクを外乱トルクとして推定して、それらの外乱トルクを打ち消すように電動機トルクを補償している。しかしながら、速度推定や軸振動トルクの推定には電動機や機械系の情報が不可欠である。これらの定数を事前に入手、もしくは測定する必要があり、それらの値が実値と違っていた場合、逆に振動を助長させるようなトルクを発生する恐れがある。また、制御演算が複雑になり、制御遅れが顕著となった場合には、振動を助長させるようなトルクを発生する恐れがある。
【０００７】
特許文献２では、電動機の回転角周波数ω１に含まれる振動成分に対し、トルク電流Ｉｑもしくは電動機トルクτＧに含まれる振動成分が９０度以上進むようｑ軸電圧指令を制御することで、機械系の振動を抑制する。しかしながら、従来技術の特許文献２を、エンジン発電機による電動機駆動システムに用いた場合、電力変換器の高調波の影響や電動機負荷変動による直流電圧変動の影響によっては、ｄ軸とｑ軸の電圧外乱による電流脈動が強めあう現象が発生し、軸振動が増加する恐れがある。また、電動機の電気的伝達特性によっては、ｑ軸電圧指令のみに電流検出値ＩｑＦＢによる振動抑制ループを設けているため、ｄｑ軸間干渉の影響による振動の増加やｄ軸電流が増加する恐れがある。
【０００８】
本発明の目的は、上記の課題に鑑み、エンジン発電機による電動機駆動システムにおいて振動成分の抑制が可能なエンジン発電機システム、電力変換器、発電機制御装置および発電機の制御方法を提供することにある。
【０００９】
また、他の目的としては、家電、鉄鋼、高圧一般産業ドライブ分野において、発電機、エンジンおよび電動機などの機械系の各種定数精度が比較的低くても制御方式のゲイン設計が容易であることが望ましいことから、定数ロバスト性の高い電力変換器および軸振動の抑制制御手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、エンジン発電機システムの電力変換装置において、発電機の回転子磁束方向のｄ軸電流に含まれる振動成分の位相が、前記発電機の回転電気角周波数に含まれる同一周波数の振動成分の位相に対し、９０度以上進むように前記発電機を制御するための前記ｄ軸の電圧を調整し、さらに前記ｄ軸に直交するｑ軸電流に含まれる振動成分の位相が、前記発電機の回転電気角周波数に含まれる同一周波数の振動成分の位相に対し、９０度以上進むように前記ｑ軸の電圧を調整することを特徴とする。
【００１１】
具体的には、発電機と、前記発電機を駆動するエンジンと、前記発電機に流れる電流を検出する電流検出器と、三相電圧指令信号をキャリア信号によってパルス幅変調するＰＷＭ信号制御部と、パルス幅変調されたゲート信号により駆動される電力変換装置と、電動機と、前記電動機を駆動する電力変換器を備えたエンジン発電機システムの電力変換装置において、前記発電機を制御する電力変換器の出力電圧を調整するｄｑ軸電圧調整部を備え、前記ｄｑ軸電圧調整部は、前記発電機の回転子磁束方向のｄ軸電流に含まれる振動成分の位相が、前記発電機の回転電気角周波数に含まれる同一周波数の振動成分の位相に対し、９０度以上進むように発電機を制御するための前記ｄ軸の電圧を調整し、さらに前記ｄ軸に直交するｑ軸電流に含まれる振動成分の位相が、前記発電機の回転電気角周波数に含まれる同一周波数の振動成分の位相に対し、９０度以上進むように前記ｑ軸の電圧を調整することを特徴とする。
【００１２】
更に、本発明のエンジン発電機システムの電力変換装置において、前記ｄｑ軸電圧調整部は、ｄ軸電圧調整手段とｑ軸電圧調整手段によって構成され、前記ｄ軸電圧調整手段およびｑ軸電圧調整手段は、比例制御部、もしくは比例制御部と一次遅れ制御部、もしくは比例制御部と一次遅れ制御部と不完全微分制御部で構成される。
【００１３】
また、本発明は、電動機駆動システムの電力変換装置において、電動機の回転子磁束方向のｄ軸電流に含まれる振動成分の位相が、前記電動機の回転電気角周波数に含まれる同一周波数の振動成分の位相に対し、９０度以上進むように前記電動機を制御するための前記ｄ軸の電圧を調整し、さらに前記ｄ軸に直交するｑ軸電流に含まれる振動成分の位相が、前記電動機の回転電気角周波数に含まれる同一周波数の振動成分の位相に対し、９０度以上進むように前記ｑ軸の電圧を調整することを特徴とする。
【００１４】
具体的には、電動機と、前記電動機に流れる電流を検出する電流検出器と、三相電圧指令信号をキャリア信号によってパルス幅変調するＰＷＭ信号制御部と、パルス幅変調されたゲート信号により駆動される電力変換装置を備えた電動機駆動システムの電力変換装置において、前記電動機を制御する電力変換装置の出力電圧を調整するｄｑ軸電圧調整部を備え、前記ｄｑ軸電圧調整部は、前記発電機の回転子磁束方向のｄ軸電流に含まれる振動成分の位相が、前記発電機の回転電気角周波数に含まれる同一周波数の振動成分の位相に対し、９０度以上進むように発電機を制御するための前記ｄ軸の電圧を調整し、さらに前記ｄ軸に直交するｑ軸電流に含まれる振動成分の位相が、前記発電機の回転電気角周波数に含まれる同一周波数の振動成分の位相に対し、９０度以上進むように前記ｑ軸の電圧を調整することを特徴とする。
【００１５】
更に、本発明の電動機駆動システムの電力変換装置において、前記ｄｑ軸電圧調整部は、ｄ軸電圧調整手段とｑ軸電圧調整手段によって構成され、前記ｄ軸電圧調整手段およびｑ軸電圧調整手段は、比例制御部、もしくは比例制御部と一次遅れ制御部、もしくは比例制御部と一次遅れ制御部と不完全微分制御部で構成される。
【００１６】
また、本発明は、発電機と、前記発電機を駆動するエンジンと、前記発電機に流れる電流に基づいた三相電圧指令信号をキャリア信号によってパルス幅変調するＰＷＭ信号制御部と、パルス幅変調されたゲート信号により駆動される電力変換装置と、電動機と、前記電動機を駆動する電力変換器を備えたエンジン発電機システムの電力変換装置において、
前記発電機の交流電流に含まれる振動成分の位相が、前記発電機の回転電気角周波数に含まれる同一周波数の振動成分に対し、９０度以上進むように交流電圧指令を調整することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、電動機と、前記電動機に流れる電流に基づいた三相電圧指令信号をキャリア信号によってパルス幅変調するＰＷＭ信号制御部と、パルス幅変調されたゲート信号により駆動される電力変換装置を備えた電動機駆動システムの電力変換装置において、
前記電動機の交流電流に含まれる振動成分の位相が、前記電動機の回転電気角周波数に含まれる同一周波数の振動成分に対し、９０度以上進むように交流電圧指令を調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ｑ軸電圧調整手段に加えて、ｄ軸電圧調整手段を設けることで、エンジン発電機システムおよび電動機駆動システムにおける発電機のｄ軸とｑ軸の電圧外乱による振動成分を抑制する効果の向上およびｄ軸電流の増加を抑制する効果がある。
【００１９】
また、エンジン発電機システムおよび電動機駆動システムにおいて、発電機とエンジン間の軸や電動機と回転機器間の軸に発生する特定周波数の振動成分の抑制を、詳細な電動機や機械系の情報を必要とせず、簡単な制御系で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の実施例１における全体制御ブロック図である。
【図２】図２は、発電機の三相固定子巻線軸と回転子磁束位置の関係図である。
【図３】図３は、ｄｑ軸干渉ループを考慮したときの永久磁石同期発電機のｄ軸およびｑ軸の電圧脈動ΔＶから電流脈動ΔＩのブロック図である。
【図４】図４は、永久磁石同期発電機のｄ軸およびｑ軸の電圧脈動ΔＶから電流脈動ΔＩまでの伝達特性の例である。
【図５】図５は、本発明の実施例１におけるｑ軸電圧調整手段を含む機能ブロック図である。
【図６】図６は、ｑ軸電圧調整手段を実施した場合のｄ軸およびｑ軸の電圧脈動ΔＶから電流脈動ΔＩまでの伝達特性の例である。
【図７】図７は、エンジン発電機システムにおいて発生する恐れのある振動源を示す図である。
【図８】図８は、電力変換器（ＣＮＶ）の高調波の影響による電圧外乱特性を表した図である。
【図９】図９は、電力変換器（ＣＮＶ）の直流電圧変動の影響による電圧外乱特性を表した図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施例１におけるｄ軸電圧調整手段を含む機能ブロック図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施例１であるｑ軸電圧調整手段とｄ軸電圧調整手段を併用した場合のｄ軸およびｑ軸の電圧脈動ΔＶから電流脈動ΔＩの伝達特性の例である。
【図１２】図１２は、本発明の実施例２における全体制御ブロック図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施例３における全体制御ブロック図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施例４における全体制御ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。なお、同一の要素については、全ての図において、原則として同一の符号を付している。
【実施例１】
【００２２】
図１は、本発明の実施例１によるエンジン発電機システムの構成図である。本システムは、制御対象である発電機１０４、発電機１０４に接続されたエンジン１０１、発電機１０４を制御する電力変換器（ＣＮＶ）１０５、電力変換器（ＣＮＶ）１０５を制御する制御装置１０６、電動機１０９、電動機１０９を駆動する電力変換器（ＩＮＶ）１０８、および（ＩＮＶ）電力変換器１０８を制御する電動機駆動制御装置１１０から構成される。
【００２３】
制御装置１０６は、発電制御時の外乱に起因するエンジン１０１と発電機１０４の間の軸（シャフト）１０３およびカップリング部１０２の振動を抑制するためのｄｑ軸電圧調整部１１６を備える。ｄｑ軸電圧調整部１１６は、発電機１０４の回転電気角周波数に含まれる振動成分の位相に対し、発電機１０４を流れる電流に含まれる同一周波数の振動成分の位相が９０度以上進むよう電力変換器（ＣＮＶ）１０５を制御することで振動成分を減衰させる。
【００２４】
図１の構成図を、さらに詳しく説明する。図１において、電力変換器（ＣＮＶ）１０５は、相電流検出部１１１による交流電流検出値Ｉｕ、Ｉｗと回転速度検出部１１２による発電機１０４の回転電気角周波数ω１を基に、制御装置１０６により制御される。なお、図１の相電流検出部１１１では２相検出による交流電流検出の構成としているが、３相検出としてもよい。また、相電流センサを用いず、電力変換器（ＣＮＶ）１０５の過電流保護用に取り付けられた直流抵抗を流れる電流値から推定される交流電流値を用いてもよい。
【００２５】
交流電流検出値Ｉｕ、Ｉｗは、電気位相角θｄに基づき、ｄｑ座標変換器１１３によって、ｄ軸（磁束軸）上の電流検出値Ｉｄおよび前記ｄ軸に直交するｑ軸（トルク軸）上の電流検出値Ｉｑに変換される。電気位相角θｄは、回転電気角周波数ω１を入力とし、位相演算部１１４で演算される。電圧指令演算部１１５では、励磁電流指令Ｉｄ＊、トルク電流指令Ｉｑ＊、回転電気角周波数ω１、ｄ軸電流検出値Ｉｄ及びｑ軸電流検出値Ｉｑを入力とし、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＊とｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を出力する。
【００２６】
なお、電圧指令演算部１１５では、電流指令だけでなく、トルク指令などを用いる場合もある。ｄｑ軸電圧調整部１１６は、ｄ軸電圧調整手段１１７とｑ軸電圧調整手段１１８で構成される。ｄ軸電圧調整手段１１７では、ｄ軸電流検出値Ｉｄを入力とし、ｄ軸電圧調整値ΔＶｄ＊を出力する。出力されたｄ軸電圧調整値ΔＶｄ＊は、電圧指令演算部１１５の出力であるｄ軸電圧指令Ｖｄ＊に加算し、電圧指令Ｖｄ＊＊として出力する。
【００２７】
また、ｑ軸電圧調整手段１１８では、ｑ軸電流検出値Ｉｑを入力とし、ｑ軸電圧調整値ΔＶｑ＊を出力する。出力されたｑ軸電圧調整値ΔＶｑ＊は、電圧指令演算部１１５の出力であるｑ軸電圧指令Ｖｑ＊に加算し、電圧指令Ｖｑ＊＊として出力する。電圧指令Ｖｄ＊＊と電圧指令Ｖｑ＊＊は、電気位相角θｄに基づき、ｄｑ座標逆変換器１１３’によって三相交流軸上の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に変換される。電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊は、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号制御器１１９によって、電力変換器（ＣＮＶ）１０５を駆動するＰＷＭパルス信号に変換される。
【００２８】
次に、本実施例におけるエンジン１０１と発電機１０４間の軸振動抑制手段を説明する。まず、図２を用いて座標軸を定義する。本実施例では、図２に示すように、発電機１０４の三相固定子巻線のＵ相をｕ軸、Ｖ相をｖ軸、Ｗ相をｗ軸とする。また、発電機１０４の回転子磁束方向をｄ軸、ｄ軸に直交する軸をｑ軸とする。ｄ軸の電気位相角を、固定子u軸から見た位相角として、図２に示すθｄとして定義する。θｄが０度のときは、Ｕ相巻線の鎖交磁束が最大となる。
【００２９】
本発明では、ｑ軸（トルク軸）上の電流検出値Ｉｑの振動成分を不完全微分で抽出しｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を調整する振動抑制制御ループと、ｄ軸（磁束軸）上の電流検出値Ｉｄの振動成分を不完全微分で抽出しｄ軸電圧指令Ｖｄ＊を調整する振動抑制制御ループを併用する。
【００３０】
これは、ｑ軸電圧調整ループが主に軸振動の抑制に効果があり、一方、ｄ軸電圧調整ループは、ｑ軸電圧調整ループ利用時のｄ軸電流Ｉｄの増加を抑制する効果がある。また、ｑ軸電圧調整ループに加えて、ｄ軸電圧調整ループも設けることで、電圧外乱ΔＶｄ、ΔＶｑによって生じるｄ軸の電流脈動ΔＩｄおよびｑ軸の電流脈動ΔＩｑの位相が同位相となり、ｄｑ軸間干渉ループにより互いの振動を増加させることがないように調整することが可能となる。
【００３１】
図３は、ｄｑ軸間干渉ループを考慮したときの永久磁石同期発電機のｄ軸およびｑ軸の電圧脈動ΔＶ（外乱ΔＶｄ，外乱ΔＶｑ）からの電流脈動ΔＩ（変動ΔＩｄ，変動ΔＩｑ）の発生を示すブロック図である。
【００３２】
また、図４は、永久磁石同期発電機が任意の回転周波数で駆動しているときのｄ軸およびｑ軸の電圧脈動ΔＶ（外乱ΔＶｄ，外乱ΔＶｑ）電流脈動ΔＩ（ΔＩｄ，ΔＩｑ）までの伝達特性である。永久磁石同期発電機の電気的特性によっては、ｄｑ軸間干渉ループを考慮した伝達関数のうち、微分演算子ｓの２乗の項が微分演算子ｓの１乗の項に比べて支配的となり、図４のような永久磁石同期発電機の回転周波数で共振特性を持つようになる。この共振周波数がエンジン発電機システムの機械系の固有振動数に近づいた場合、振動が大きくなり問題となる。
【００３３】
図５は、本発明の実施例１におけるｑ軸電圧調整手段１１を含む機能ブロック図である。ｑ軸電圧調整手段１１８では、発電機１０４の回転角周波数ω１に含まれる振動成分に対し、ｑ軸電流検出値Ｉｑに含まれる振動成分が９０度以上進むように電圧指令調整値ΔＶｑ＊を設定する。９０度以上進ませることで、機械系の振動を抑制することができる。
【００３４】
図６は、永久磁石同期発電機の伝達特性（図４）に、前述のＩｑ検出値によるｑ軸電圧調整ループを設けた場合の電圧外乱ΔＶに対する電流脈動ΔＩの伝達特性の変化の一例である。永久磁石同期発電機の回転周波数での共振倍率が下がっていることがわかる。その結果、共振周波数がエンジン発電機システムの機械系の固有振動数に近づいた場合の振動を抑制することができる。
【００３５】
図７は、エンジン発電機システムにおいて発電制御時にエンジンと発電機間の軸振動の加振源となる電圧外乱の例である。エンジン発電機システムの発電制御時に想定される電圧外乱としては、ＣＮＶ高調波、直流電圧変動などが考えられる。
【００３６】
図８は、電力変換器（ＣＮＶ）１０５の高調波の影響による電圧外乱特性を表した図である。前述の電圧外乱ΔＶｄ、ΔＶｑで表した場合、一つはΔＶｄがｃｏｓ波、ΔＶｑがｓｉｎ波となる組合せで、もう一つはΔＶｄがｃｏｓ波、ΔＶｑが−ｓｉｎ波となる組合せである。また、ＣＮＶ高調波の周波数成分は、キャリア周波数と基本波周波数の組合せで決まるため、エンジン発電機システムの機械系の固有振動数とＣＮＶ高調波の周波数が一致する基本波周波数条件は無数に存在する。
【００３７】
図９は、電力変換器（ＣＮＶ）１０５の直流電圧変動の影響による電圧外乱特性を表した図である。前述の電圧外乱ΔＶｄ、ΔＶｑで表した場合、同相関係の正弦波特性となる。また、直流電圧変動の影響による電圧外乱の周波数成分は、発電機の駆動周波数の２倍調波、６倍調波の周波数成分が生じる。
【００３８】
このように、エンジン発電機システムにおいて、発電制御時にエンジンと発電機間の軸振動の加振源となる電圧外乱特性の位相関係は一様でない。そのため、電圧外乱ΔＶから電流脈動ΔＩのｄｑ軸間干渉ループを考慮した４つの伝達特性「ΔＶｄ→ΔＩｄ」、「ΔＶｄ→ΔＩｑ」、「ΔＶｑ→ΔＩｑ」および「ΔＶｑ→ΔＩｄ」は、前述した電圧外乱の位相特性によって、電流脈動の強めあい（和）、弱めあい（差）の現象が起こる。
【００３９】
したがって、軸振動の加振源となる電圧外乱特性に対して、エンジン発電機システムの機械系の固有振動数における電圧脈動ΔＶから電流脈動ΔＩのゲイン特性を下げることに加えて、電圧外乱ΔＶｄ、ΔＶｑの位相差とｑ軸電圧調整制御ループも加味した前述の４つの伝達特性「ΔＶｄ→ΔＩｄ」、「ΔＶｄ→ΔＩｑ」、「ΔＶｑ→ΔＩｑ」および「ΔＶｑ→ΔＩｄ」の位相特性との関係が強めあう条件にならないよう制御設計することが軸振動の抑制に有効である。
【００４０】
そこで、本発明では、上記の課題を解決するため、ｑ軸電圧調整手段１１８に加えて、ｄ軸電圧調整手段１１７を設ける。
【００４１】
図１０は、本発明の実施例１におけるｄ軸電圧調整手段１１７を含む機能ブロック図である。ｄ軸電圧調整手段１１７では、発電機１０４の回転角周波数ω１に含まれる振動成分に対し、ｄ軸電流検出値Ｉｄに含まれる振動成分が９０度以上進むようにｄ軸電圧調整値ΔＶｄ＊を設定する。９０度以上進ませることで、ｄ軸電流の振動の増加を抑制することができる。また、電圧外乱ΔＶ（ΔＶｄ、ΔＶｑ）から電流脈動ΔＩ（ΔＩｄ，ΔＩｑ）の伝達特性において、振動の強めあい条件を緩和するよう制御設計することが可能となる。その結果、従来技術に比べて軸振動抑制効果を向上できる。
【００４２】
図１１は、永久磁石同期発電機の伝達特性に、ｑ軸電圧調整手段１１８とｄ軸電圧調整手段１１７を設けた場合の電圧外乱ΔＶ（ΔＶｄ、ΔＶｑ）に対する電流脈動ΔＩ（ΔＩｄ，ΔＩｑ）の伝達特性の一例である。
【００４３】
図６のｑ軸電圧調整手段１１８だけの場合と比較し、ゲイン特性を下げることができているのがわかる。また、エンジン発電機システムにおいて、発電制御時のＣＮＶ高調波や直流電圧変動の電圧外乱特性に対して、電圧外乱ΔＶ（ΔＶｄ、ΔＶｑ）から電流脈動ΔＩ（ΔＩｄ，ΔＩｑ）のｄｑ軸の強めあい（同相関係）現象を緩和できる位相特性となっている。
【００４４】
次に、本実施例におけるｄ軸電圧調整手段１１７およびｑ軸電圧調整手段１１８の具体的な設定方法について説明する。
【００４５】
前述したとおり、発電機１０４の回転角周波数ω１に含まれる振動成分に対し、電流Ｉｑに含まれる振動成分が９０度以上進むようｑ軸電圧指令を調整すれば、振動は低減できる。図５のｑ軸電圧調整手段１１８を含む系のブロック図において、ｑ軸電圧調整手段１１８のゲインをＫｑｑとする。
【００４６】
Ｋｑｑのゲイン設定については、図５のＩｑに対するループを考える。Ｉｑを起点とした伝達関数Ｇｑは式（１）となる。このとき、振動成分のみを考慮するため、誘起電圧ｅｍｆのループは無視する。
【数１】
式（１）において、Ｇｑは伝達関数、Ｋｑｑはｑ軸電圧調整手段１１８のゲイン、ｒｑ＋Ｌｑ・ｓは、発電機１０４のインピーダンス成分、ｓは微分演算子を示している。
【００４７】
ここで、電流検出値Ｉｑを利用した振動抑制方式は、Ｉｑの振動成分を不完全微分で抽出し、ｑ軸の電圧指令を調整する手段とした。この場合、発電機１０４の内部インピーダンスによる位相変化を考慮し、不完全微分の位相変化を設定する。例えば、発電機１０４の内部インピーダンスによる位相変化が８０度の位相遅れとなる場合、不完全微分の位相変化を０度以上８０度未満の進みとなるよう不完全微分の時定数Ｔｉｑ_ｑを設定し、さらに伝達ループのゲインを負として１８０度位相をすすめることで、Ｉｑに対する位相変化が９０度以上１８０度未満進むように制御する。例えば、図５中のＫｑｑは式（２）を用いて設定することができる。
【数２】
式（２）において、Ｋｑｑはｑ軸電圧調整手段１１８のゲイン、Ｔｉｑ_ｑは不完全微分の時定数、Ｋiqq_１，Ｋiqq_２はゲイン、ｓは微分演算子を示している。
【００４８】
このように、ｑ軸電圧調整手段１１８では、発電機１０４のＩｑ電流に含まれる振動成分の位相が、発電機１０４の回転電気角周波数に含まれる同一周波数の振動成分の位相に対し、９０度以上進むようなＫｑｑを設定する。
【００４９】
次に、ｄ軸電圧調整手段１１７の設定方法について説明する。図１０のｄ軸電圧調整手段１１７を含む系のブロック図において、ｄ軸電圧調整手段１１７のゲインをＫｄｄとする。
【００５０】
Ｋｄｄのゲイン設定については、図１０のＩｄに対するループを考える。Ｉｄを起点とした伝達関数Ｇｄは式（３）となる。
【数３】
式（３）において、Ｇｄは伝達関数、Ｋｄｄはｄ軸電圧調整手段１１８のゲイン、ｒｄ＋Ｌｄ・ｓは、発電機１０４のインピーダンス成分、ｓは微分演算子を示している。
【００５１】
ここで、電流検出値Ｉｄを利用した振動抑制方式についても、Ｉｄの振動成分を不完全微分で抽出し、ｄ軸の電圧指令を調整する手段とした。この場合、発電機１０４の内部インピーダンスによる位相変化を考慮し、不完全微分の位相変化を設定する。例えば、発電機１０４の内部インピーダンスによる位相変化が８０度の位相遅れとなる場合、不完全微分の位相変化を０度以上８０度未満の進みとなるよう不完全微分の時定数を設定し、さらに伝達ループのゲインを負として１８０度位相をすすめることで、Ｉｄに対する位相変化が９０度以上１８０度未満進むように制御する。例えば、図１０中のＫｄｄは式（４）を用いて設定することができる。
【数４】
式（４）において、Ｋｄｄはｄ軸電圧調整手段１１７のゲイン、Ｔｉｄ_ｄは不完全微分の時定数、Ｋiｄｄ_１，Ｋiｄｄ_２はゲイン、ｓは微分演算子を示している。
【００５２】
このように、ｄ軸電圧調整手段１１７でもｑ軸電圧調整手段１１８と同様に、発電機１０４のＩｄ電流に含まれる振動成分の位相が、発電機１０４の回転電気角周波数に含まれる同一周波数の振動成分の位相に対し、９０度以上進むようなＫｄｄを設定する。
【００５３】
なお、ｄ軸電圧調整手段１１７およびｑ軸電圧調整手段１１８のＫｄｄおよびＫｑｑの比例成分を大きくすると、システム全体が不安定となる。そのため、機械系のトルク振動の振幅が予め決められた所定値以上となった場合に９０度以上進ませるようＫｄｄおよびＫｑｑの比例成分を調整し、それ以外では、ＫｄｄおよびＫｑｑの比例成分を９０度以上進ませるような値よりも小さく設定してもよい。
【００５４】
また、前述のｄｑ軸間干渉ループを含めた４つのΔＶからΔＩへの伝達特性（「ΔＶｄ→ΔＩｄ」、「ΔＶｄ→ΔＩｑ」、「ΔＶｑ→ΔＩｑ」および「ΔＶｑ→ΔＩｄ」）の関係が、発電機１０４の駆動周波数の前後で位相特性が大きく変化するため、ｄｑ軸電圧調整手段はエンジン発電機システムの機械系の固有振動数と発電機１０４の駆動周波数の関係に応じてＫｄｄおよびＫｑｑの設定を変更することが必要である。また、前記発電機１０４の電気的伝達特性が回転電気角周波数や負荷条件によって変化する場合も、それに応じてＫｄｄおよびＫｑｑの設定を変更することが必要である。
【００５５】
なお、発電機１０４の回転角周波数の振動成分とｑ軸電流およびｄ軸電流の振動成分がきれいな正弦波になっていない場合、波形を積分して得られる平均値と波形の交差する点をゼロ点として、その位相差を見れば、ｑ軸電流およびｄ軸電流の振動波形が、回転角周波数の振動波形に対して、９０度以上進んでいるかどうか判断することが可能である。また、回転角周波数の振動波形のピーク値間を１８０度とし、ｑ軸電流およびｄ軸電流の振動波形の最大値が、前記回転角周波数の振動波形から得られた最大値に対する進み角をみることが可能である。
【００５６】
以上説明したように、本実施例によれば、エンジン発電機システムの電力変換器において、発電機１０４の回転子磁束方向のｄ軸電流に含まれる振動成分の位相が、前記発電機１０４の回転電気角周波数に含まれる同一周波数の振動成分の位相に対し、９０度以上進むように発電機１０４を制御するための前記ｄ軸の電圧を調整し、さらにｄ軸に直交するｑ軸電流に含まれる振動成分の位相が、発電機１０４の回転電気角周波数に含まれる同一周波数の振動成分の位相に対し、９０度以上進むように前記ｑ軸の電圧を調整することで、発電機１０４とエンジン１０１間の軸に発生する特定周波数の振動成分を抑制する効果の向上およびｄ軸電流の増加を抑制することができる。
【実施例２】
【００５７】
次に、本発明の実施例２について説明する。実施例２は、電力変換器で電動機１２０を可変速駆動しトルク伝達部を介して負荷器を運転する電動機駆動システムの例である。図１２に、実施例２による電動機駆動システムの構成図を示す。図１に示す実施例１と比較して、構成の相違部分のみを説明する。本システムは、制御対象である電動機１２０、電動機１２０を駆動する電力変換器（ＩＮＶ）１０８、および電力変換器（ＩＮＶ）１０８を制御する制御装置１０６から構成される。
【００５８】
本実施例では、電動機１２０の回転子磁束方向のｄ軸電流に含まれる振動成分の位相が、電動機１２０の回転電気角周波数に含まれる同一周波数の振動成分の位相に対し、９０度以上進むようにｄ軸の電圧を調整し、さらに前記ｄ軸に直交するｑ軸電流に含まれる振動成分の位相が、電動機１２０の回転電気角周波数に含まれる同一周波数の振動成分の位相に対し、９０度以上進むように前記ｑ軸の電圧を調整することで、電動機１２０と負荷器１２１間の軸に発生する特定周波数の振動成分を抑制する効果の向上およびｄ軸電流の増加を抑制することができる。
【実施例３】
【００５９】
次に、本発明の実施例３について説明する。図１３に、実施例３によるエンジン発電機システムの構成図を示す。図１に示す実施例１と比較して、構成の相違部分のみを説明する。図１では、ｄｑ軸電圧指令を調整していたのに対し、本実施例では交流電圧指令を調整する。
【００６０】
交流電圧調整手段１２２では、電流検出部１１１で検出された交流電流検出値を用い、実施例１および実施例２と同様に、比例制御、比例制御と一次遅れ制御、比例制御と不完全微分制御、比例制御と不完全微分制御と一次遅れ制御などを用いて、各々各相の交流電圧調整値ΔＶｕ＊、ΔＶｖ＊、ΔＶｗ＊を演算する。
【００６１】
以上説明したように、本実施例によれば、交流成分の調整を行うことで、実施例１および実施例２と同様に発電機１０４の回転角周波数の振動成分に対し、交流電流の振動成分の位相を９０度以上進めることにより、機械系の振動成分の減衰させることができる。
【実施例４】
【００６２】
次に、本発明の実施例４について説明する。図１４、に実施例４による電動機駆動システムの構成図を示す。図１２に示す実施例２と比較して、構成の相違部分のみを説明する。図１２では、ｄｑ軸電圧指令を調整していたのに対し、本実施例では交流電圧指令を調整する。交流電圧調整手段１２２では、電流検出部１１１で検出された交流電流検出値を用い、実施例１、実施例２および実施例３と同様に、比例制御、比例制御と一次遅れ制御、比例制御と不完全微分制御、比例制御と不完全微分制御と一次遅れ制御などを用いて、各々各相の交流電圧調整値ΔＶｕ＊、ΔＶｖ＊、ΔＶｗ＊を演算する。
【００６３】
以上説明したように、本実施例によれば、交流成分の調整を行うことで、実施例１、実施例２および実施例３と同様に電動機１２０の回転角周波数の振動成分に対し、交流電流の振動成分の位相を９０度以上進めることにより、機械系の振動成分の減衰させることができる。
【符号の説明】
【００６４】
１０１ エンジン
１０２ カップリング部
１０３ 軸（シャフト）
１０４ 発電機
１０５ 電力変換器（ＣＮＶ）
１０６ 制御装置
１０７ 直流電源部
１０８ 電力変換器（ＩＮＶ）
１０９ 電動機
１１０ 電動機駆動制御装置
１１１ 相電流検出部
１１２ 速度検出器
１１３ ｄｑ座標変換器
１１３’ ｄｑ座標逆変換器
１１４ 位相演算部
１１５ 電圧指令演算部
１１６ ｄｑ軸電圧調整部
１１７ ｄ軸電圧調整手段
１１８ ｑ軸電圧調整手段
１１９ パルス幅変調（ＰＷＭ）信号制御器
１２０ 電動機
１２１ 負荷器
１２２ 交流電圧調整手段
１２３ 交流電圧補正部
１３１ 出力端子
１３２ 出力端子
１４１ 入力端子
１４２ 入力端子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン発電機システムおよび電動機駆動システムの電力変換装置に関し、特に、発電機とエンジン間の軸または電動機に接続された回転機器の軸の振動を抑制することに好適な制御を実現する電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力変換器で電動機を可変速駆動し、減速ギア、増速ギアなどを介してファン、ポンプ、圧縮機などの回転機器を運転する電動機駆動システムにおいては、電動機と回転機器間の軸に特定周波数の振動成分が発生する場合がある。この振動周波数は機器に固有のものであり、電力変換器駆動では、この固有周波数の振動がシステムに悪影響を与えないように制御することが必要である。
【０００３】
このため、振動が大きくなる特定周波数での運転時間を短く（スキップ）するように、電力変換器の出力周波数を制御する技術が知られている。また、特定周波数近傍での駆動において、前記振動成分を打ち消すため、例えば、特許文献１に記載されているように、速度変動やトルク変動成分を推定し、それらの脈動を打ち消すための逆電動機トルクをかけるように、電力変換器を制御する技術が知られている。
【０００４】
また、特許文献２では、電動機で発生される電動機トルクもしくは電動機トルク電流に含まれる振動成分の位相が、電動機の回転電気角周波数に含まれる同一周波数の振動成分の位相に対し、９０度以上進むように電動機を駆動するための電圧を制御することで振動成分を抑制する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２５２１４２号公報
【特許文献２】特開２０１０−２５９２７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、回転速度から駆動系の脈動トルクや電動機の負荷トルクを外乱トルクとして推定して、それらの外乱トルクを打ち消すように電動機トルクを補償している。しかしながら、速度推定や軸振動トルクの推定には電動機や機械系の情報が不可欠である。これらの定数を事前に入手、もしくは測定する必要があり、それらの値が実値と違っていた場合、逆に振動を助長させるようなトルクを発生する恐れがある。また、制御演算が複雑になり、制御遅れが顕著となった場合には、振動を助長させるようなトルクを発生する恐れがある。
【０００７】
特許文献２では、電動機の回転角周波数ω１に含まれる振動成分に対し、トルク電流Ｉｑもしくは電動機トルクτＧに含まれる振動成分が９０度以上進むようｑ軸電圧指令を制御することで、機械系の振動を抑制する。しかしながら、従来技術の特許文献２を、エンジン発電機による電動機駆動システムに用いた場合、電力変換器の高調波の影響や電動機負荷変動による直流電圧変動の影響によっては、ｄ軸とｑ軸の電圧外乱による電流脈動が強めあう現象が発生し、軸振動が増加する恐れがある。また、電動機の電気的伝達特性によっては、ｑ軸電圧指令のみに電流検出値ＩｑＦＢによる振動抑制ループを設けているため、ｄｑ軸間干渉の影響による振動の増加やｄ軸電流が増加する恐れがある。
【０００８】
本発明の目的は、上記の課題に鑑み、エンジン発電機による電動機駆動システムにおいて振動成分の抑制が可能なエンジン発電機システム、電力変換器、発電機制御装置および発電機の制御方法を提供することにある。
【０００９】
また、他の目的としては、家電、鉄鋼、高圧一般産業ドライブ分野において、発電機、エンジンおよび電動機などの機械系の各種定数精度が比較的低くても制御方式のゲイン設計が容易であることが望ましいことから、定数ロバスト性の高い電力変換器および軸振動の抑制制御手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、エンジン発電機システムの電力変換装置において、発電機の回転子磁束方向のｄ軸電流に含まれる振動成分の位相が、前記発電機の回転電気角周波数に含まれる同一周波数の振動成分の位相に対し、９０度以上進むように前記発電機を制御するための前記ｄ軸の電圧を調整し、さらに前記ｄ軸に直交するｑ軸電流に含まれる振動成分の位相が、前記発電機の回転電気角周波数に含まれる同一周波数の振動成分の位相に対し、９０度以上進むように前記ｑ軸の電圧を調整することを特徴とする。
【００１１】
具体的には、発電機と、前記発電機を駆動するエンジンと、前記発電機に流れる電流を検出する電流検出器と、三相電圧指令信号をキャリア信号によってパルス幅変調するＰＷＭ信号制御部と、パルス幅変調されたゲート信号により駆動される電力変換装置と、電動機と、前記電動機を駆動する電力変換器を備えたエンジン発電機システムの電力変換装置において、前記発電機を制御する電力変換器の出力電圧を調整するｄｑ軸電圧調整部を備え、前記ｄｑ軸電圧調整部は、前記発電機の回転子磁束方向のｄ軸電流に含まれる振動成分の位相が、前記発電機の回転電気角周波数に含まれる同一周波数の振動成分の位相に対し、９０度以上進むように発電機を制御するための前記ｄ軸の電圧を調整し、さらに前記ｄ軸に直交するｑ軸電流に含まれる振動成分の位相が、前記発電機の回転電気角周波数に含まれる同一周波数の振動成分の位相に対し、９０度以上進むように前記ｑ軸の電圧を調整することを特徴とする。
【００１２】
更に、本発明のエンジン発電機システムの電力変換装置において、前記ｄｑ軸電圧調整部は、ｄ軸電圧調整手段とｑ軸電圧調整手段によって構成され、前記ｄ軸電圧調整手段およびｑ軸電圧調整手段は、比例制御部、もしくは比例制御部と一次遅れ制御部、もしくは比例制御部と一次遅れ制御部と不完全微分制御部で構成される。
【００１３】
また、本発明は、電動機駆動システムの電力変換装置において、電動機の回転子磁束方向のｄ軸電流に含まれる振動成分の位相が、前記電動機の回転電気角周波数に含まれる同一周波数の振動成分の位相に対し、９０度以上進むように前記電動機を制御するための前記ｄ軸の電圧を調整し、さらに前記ｄ軸に直交するｑ軸電流に含まれる振動成分の位相が、前記電動機の回転電気角周波数に含まれる同一周波数の振動成分の位相に対し、９０度以上進むように前記ｑ軸の電圧を調整することを特徴とする。
【００１４】
具体的には、電動機と、前記電動機に流れる電流を検出する電流検出器と、三相電圧指令信号をキャリア信号によってパルス幅変調するＰＷＭ信号制御部と、パルス幅変調されたゲート信号により駆動される電力変換装置を備えた電動機駆動システムの電力変換装置において、前記電動機を制御する電力変換装置の出力電圧を調整するｄｑ軸電圧調整部を備え、前記ｄｑ軸電圧調整部は、前記発電機の回転子磁束方向のｄ軸電流に含まれる振動成分の位相が、前記発電機の回転電気角周波数に含まれる同一周波数の振動成分の位相に対し、９０度以上進むように発電機を制御するための前記ｄ軸の電圧を調整し、さらに前記ｄ軸に直交するｑ軸電流に含まれる振動成分の位相が、前記発電機の回転電気角周波数に含まれる同一周波数の振動成分の位相に対し、９０度以上進むように前記ｑ軸の電圧を調整することを特徴とする。
【００１５】
更に、本発明の電動機駆動システムの電力変換装置において、前記ｄｑ軸電圧調整部は、ｄ軸電圧調整手段とｑ軸電圧調整手段によって構成され、前記ｄ軸電圧調整手段およびｑ軸電圧調整手段は、比例制御部、もしくは比例制御部と一次遅れ制御部、もしくは比例制御部と一次遅れ制御部と不完全微分制御部で構成される。
【００１６】
また、本発明は、発電機と、前記発電機を駆動するエンジンと、前記発電機に流れる電流に基づいた三相電圧指令信号をキャリア信号によってパルス幅変調するＰＷＭ信号制御部と、パルス幅変調されたゲート信号により駆動される電力変換装置と、電動機と、前記電動機を駆動する電力変換器を備えたエンジン発電機システムの電力変換装置において、
前記発電機の交流電流に含まれる振動成分の位相が、前記発電機の回転電気角周波数に含まれる同一周波数の振動成分に対し、９０度以上進むように交流電圧指令を調整することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、電動機と、前記電動機に流れる電流に基づいた三相電圧指令信号をキャリア信号によってパルス幅変調するＰＷＭ信号制御部と、パルス幅変調されたゲート信号により駆動される電力変換装置を備えた電動機駆動システムの電力変換装置において、
前記電動機の交流電流に含まれる振動成分の位相が、前記電動機の回転電気角周波数に含まれる同一周波数の振動成分に対し、９０度以上進むように交流電圧指令を調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ｑ軸電圧調整手段に加えて、ｄ軸電圧調整手段を設けることで、エンジン発電機システムおよび電動機駆動システムにおける発電機のｄ軸とｑ軸の電圧外乱による振動成分を抑制する効果の向上およびｄ軸電流の増加を抑制する効果がある。
【００１９】
また、エンジン発電機システムおよび電動機駆動システムにおいて、発電機とエンジン間の軸や電動機と回転機器間の軸に発生する特定周波数の振動成分の抑制を、詳細な電動機や機械系の情報を必要とせず、簡単な制御系で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の実施例１における全体制御ブロック図である。
【図２】図２は、発電機の三相固定子巻線軸と回転子磁束位置の関係図である。
【図３】図３は、ｄｑ軸干渉ループを考慮したときの永久磁石同期発電機のｄ軸およびｑ軸の電圧脈動ΔＶから電流脈動ΔＩのブロック図である。
【図４】図４は、永久磁石同期発電機のｄ軸およびｑ軸の電圧脈動ΔＶから電流脈動ΔＩまでの伝達特性の例である。
【図５】図５は、本発明の実施例１におけるｑ軸電圧調整手段を含む機能ブロック図である。
【図６】図６は、ｑ軸電圧調整手段を実施した場合のｄ軸およびｑ軸の電圧脈動ΔＶから電流脈動ΔＩまでの伝達特性の例である。
【図７】図７は、エンジン発電機システムにおいて発生する恐れのある振動源を示す図である。
【図８】図８は、電力変換器（ＣＮＶ）の高調波の影響による電圧外乱特性を表した図である。
【図９】図９は、電力変換器（ＣＮＶ）の直流電圧変動の影響による電圧外乱特性を表した図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施例１におけるｄ軸電圧調整手段を含む機能ブロック図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施例１であるｑ軸電圧調整手段とｄ軸電圧調整手段を併用した場合のｄ軸およびｑ軸の電圧脈動ΔＶから電流脈動ΔＩの伝達特性の例である。
【図１２】図１２は、本発明の実施例２における全体制御ブロック図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施例３における全体制御ブロック図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施例４における全体制御ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。なお、同一の要素については、全ての図において、原則として同一の符号を付している。
【実施例１】
【００２２】
図１は、本発明の実施例１によるエンジン発電機システムの構成図である。本システムは、制御対象である発電機１０４、発電機１０４に接続されたエンジン１０１、発電機１０４を制御する電力変換器（ＣＮＶ）１０５、電力変換器（ＣＮＶ）１０５を制御する制御装置１０６、電動機１０９、電動機１０９を駆動する電力変換器（ＩＮＶ）１０８、および（ＩＮＶ）電力変換器１０８を制御する電動機駆動制御装置１１０から構成される。
【００２３】
制御装置１０６は、発電制御時の外乱に起因するエンジン１０１と発電機１０４の間の軸（シャフト）１０３およびカップリング部１０２の振動を抑制するためのｄｑ軸電圧調整部１１６を備える。ｄｑ軸電圧調整部１１６は、発電機１０４の回転電気角周波数に含まれる振動成分の位相に対し、発電機１０４を流れる電流に含まれる同一周波数の振動成分の位相が９０度以上進むよう電力変換器（ＣＮＶ）１０５を制御することで振動成分を減衰させる。
【００２４】
図１の構成図を、さらに詳しく説明する。図１において、電力変換器（ＣＮＶ）１０５は、相電流検出部１１１による交流電流検出値Ｉｕ、Ｉｗと回転速度検出部１１２による発電機１０４の回転電気角周波数ω１を基に、制御装置１０６により制御される。なお、図１の相電流検出部１１１では２相検出による交流電流検出の構成としているが、３相検出としてもよい。また、相電流センサを用いず、電力変換器（ＣＮＶ）１０５の過電流保護用に取り付けられた直流抵抗を流れる電流値から推定される交流電流値を用いてもよい。
【００２５】
交流電流検出値Ｉｕ、Ｉｗは、電気位相角θｄに基づき、ｄｑ座標変換器１１３によって、ｄ軸（磁束軸）上の電流検出値Ｉｄおよび前記ｄ軸に直交するｑ軸（トルク軸）上の電流検出値Ｉｑに変換される。電気位相角θｄは、回転電気角周波数ω１を入力とし、位相演算部１１４で演算される。電圧指令演算部１１５では、励磁電流指令Ｉｄ＊、トルク電流指令Ｉｑ＊、回転電気角周波数ω１、ｄ軸電流検出値Ｉｄ及びｑ軸電流検出値Ｉｑを入力とし、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＊とｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を出力する。
【００２６】
なお、電圧指令演算部１１５では、電流指令だけでなく、トルク指令などを用いる場合もある。ｄｑ軸電圧調整部１１６は、ｄ軸電圧調整手段１１７とｑ軸電圧調整手段１１８で構成される。ｄ軸電圧調整手段１１７では、ｄ軸電流検出値Ｉｄを入力とし、ｄ軸電圧調整値ΔＶｄ＊を出力する。出力されたｄ軸電圧調整値ΔＶｄ＊は、電圧指令演算部１１５の出力であるｄ軸電圧指令Ｖｄ＊に加算し、電圧指令Ｖｄ＊＊として出力する。
【００２７】
また、ｑ軸電圧調整手段１１８では、ｑ軸電流検出値Ｉｑを入力とし、ｑ軸電圧調整値ΔＶｑ＊を出力する。出力されたｑ軸電圧調整値ΔＶｑ＊は、電圧指令演算部１１５の出力であるｑ軸電圧指令Ｖｑ＊に加算し、電圧指令Ｖｑ＊＊として出力する。電圧指令Ｖｄ＊＊と電圧指令Ｖｑ＊＊は、電気位相角θｄに基づき、ｄｑ座標逆変換器１１３’によって三相交流軸上の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に変換される。電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊は、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号制御器１１９によって、電力変換器（ＣＮＶ）１０５を駆動するＰＷＭパルス信号に変換される。
【００２８】
次に、本実施例におけるエンジン１０１と発電機１０４間の軸振動抑制手段を説明する。まず、図２を用いて座標軸を定義する。本実施例では、図２に示すように、発電機１０４の三相固定子巻線のＵ相をｕ軸、Ｖ相をｖ軸、Ｗ相をｗ軸とする。また、発電機１０４の回転子磁束方向をｄ軸、ｄ軸に直交する軸をｑ軸とする。ｄ軸の電気位相角を、固定子u軸から見た位相角として、図２に示すθｄとして定義する。θｄが０度のときは、Ｕ相巻線の鎖交磁束が最大となる。
【００２９】
本発明では、ｑ軸（トルク軸）上の電流検出値Ｉｑの振動成分を不完全微分で抽出しｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を調整する振動抑制制御ループと、ｄ軸（磁束軸）上の電流検出値Ｉｄの振動成分を不完全微分で抽出しｄ軸電圧指令Ｖｄ＊を調整する振動抑制制御ループを併用する。
【００３０】
これは、ｑ軸電圧調整ループが主に軸振動の抑制に効果があり、一方、ｄ軸電圧調整ループは、ｑ軸電圧調整ループ利用時のｄ軸電流Ｉｄの増加を抑制する効果がある。また、ｑ軸電圧調整ループに加えて、ｄ軸電圧調整ループも設けることで、電圧外乱ΔＶｄ、ΔＶｑによって生じるｄ軸の電流脈動ΔＩｄおよびｑ軸の電流脈動ΔＩｑの位相が同位相となり、ｄｑ軸間干渉ループにより互いの振動を増加させることがないように調整することが可能となる。
【００３１】
図３は、ｄｑ軸間干渉ループを考慮したときの永久磁石同期発電機のｄ軸およびｑ軸の電圧脈動ΔＶ（外乱ΔＶｄ，外乱ΔＶｑ）からの電流脈動ΔＩ（変動ΔＩｄ，変動ΔＩｑ）の発生を示すブロック図である。
【００３２】
また、図４は、永久磁石同期発電機が任意の回転周波数で駆動しているときのｄ軸およびｑ軸の電圧脈動ΔＶ（外乱ΔＶｄ，外乱ΔＶｑ）電流脈動ΔＩ（ΔＩｄ，ΔＩｑ）までの伝達特性である。永久磁石同期発電機の電気的特性によっては、ｄｑ軸間干渉ループを考慮した伝達関数のうち、微分演算子ｓの２乗の項が微分演算子ｓの１乗の項に比べて支配的となり、図４のような永久磁石同期発電機の回転周波数で共振特性を持つようになる。この共振周波数がエンジン発電機システムの機械系の固有振動数に近づいた場合、振動が大きくなり問題となる。
【００３３】
図５は、本発明の実施例１におけるｑ軸電圧調整手段１１を含む機能ブロック図である。ｑ軸電圧調整手段１１８では、発電機１０４の回転角周波数ω１に含まれる振動成分に対し、ｑ軸電流検出値Ｉｑに含まれる振動成分が９０度以上進むように電圧指令調整値ΔＶｑ＊を設定する。９０度以上進ませることで、機械系の振動を抑制することができる。
【００３４】
図６は、永久磁石同期発電機の伝達特性（図４）に、前述のＩｑ検出値によるｑ軸電圧調整ループを設けた場合の電圧外乱ΔＶに対する電流脈動ΔＩの伝達特性の変化の一例である。永久磁石同期発電機の回転周波数での共振倍率が下がっていることがわかる。その結果、共振周波数がエンジン発電機システムの機械系の固有振動数に近づいた場合の振動を抑制することができる。
【００３５】
図７は、エンジン発電機システムにおいて発電制御時にエンジンと発電機間の軸振動の加振源となる電圧外乱の例である。エンジン発電機システムの発電制御時に想定される電圧外乱としては、ＣＮＶ高調波、直流電圧変動などが考えられる。
【００３６】
図８は、電力変換器（ＣＮＶ）１０５の高調波の影響による電圧外乱特性を表した図である。前述の電圧外乱ΔＶｄ、ΔＶｑで表した場合、一つはΔＶｄがｃｏｓ波、ΔＶｑがｓｉｎ波となる組合せで、もう一つはΔＶｄがｃｏｓ波、ΔＶｑが−ｓｉｎ波となる組合せである。また、ＣＮＶ高調波の周波数成分は、キャリア周波数と基本波周波数の組合せで決まるため、エンジン発電機システムの機械系の固有振動数とＣＮＶ高調波の周波数が一致する基本波周波数条件は無数に存在する。
【００３７】
図９は、電力変換器（ＣＮＶ）１０５の直流電圧変動の影響による電圧外乱特性を表した図である。前述の電圧外乱ΔＶｄ、ΔＶｑで表した場合、同相関係の正弦波特性となる。また、直流電圧変動の影響による電圧外乱の周波数成分は、発電機の駆動周波数の２倍調波、６倍調波の周波数成分が生じる。
【００３８】
このように、エンジン発電機システムにおいて、発電制御時にエンジンと発電機間の軸振動の加振源となる電圧外乱特性の位相関係は一様でない。そのため、電圧外乱ΔＶから電流脈動ΔＩのｄｑ軸間干渉ループを考慮した４つの伝達特性「ΔＶｄ→ΔＩｄ」、「ΔＶｄ→ΔＩｑ」、「ΔＶｑ→ΔＩｑ」および「ΔＶｑ→ΔＩｄ」は、前述した電圧外乱の位相特性によって、電流脈動の強めあい（和）、弱めあい（差）の現象が起こる。
【００３９】
したがって、軸振動の加振源となる電圧外乱特性に対して、エンジン発電機システムの機械系の固有振動数における電圧脈動ΔＶから電流脈動ΔＩのゲイン特性を下げることに加えて、電圧外乱ΔＶｄ、ΔＶｑの位相差とｑ軸電圧調整制御ループも加味した前述の４つの伝達特性「ΔＶｄ→ΔＩｄ」、「ΔＶｄ→ΔＩｑ」、「ΔＶｑ→ΔＩｑ」および「ΔＶｑ→ΔＩｄ」の位相特性との関係が強めあう条件にならないよう制御設計することが軸振動の抑制に有効である。
【００４０】
そこで、本発明では、上記の課題を解決するため、ｑ軸電圧調整手段１１８に加えて、ｄ軸電圧調整手段１１７を設ける。
【００４１】
図１０は、本発明の実施例１におけるｄ軸電圧調整手段１１７を含む機能ブロック図である。ｄ軸電圧調整手段１１７では、発電機１０４の回転角周波数ω１に含まれる振動成分に対し、ｄ軸電流検出値Ｉｄに含まれる振動成分が９０度以上進むようにｄ軸電圧調整値ΔＶｄ＊を設定する。９０度以上進ませることで、ｄ軸電流の振動の増加を抑制することができる。また、電圧外乱ΔＶ（ΔＶｄ、ΔＶｑ）から電流脈動ΔＩ（ΔＩｄ，ΔＩｑ）の伝達特性において、振動の強めあい条件を緩和するよう制御設計することが可能となる。その結果、従来技術に比べて軸振動抑制効果を向上できる。
【００４２】
図１１は、永久磁石同期発電機の伝達特性に、ｑ軸電圧調整手段１１８とｄ軸電圧調整手段１１７を設けた場合の電圧外乱ΔＶ（ΔＶｄ、ΔＶｑ）に対する電流脈動ΔＩ（ΔＩｄ，ΔＩｑ）の伝達特性の一例である。
【００４３】
図６のｑ軸電圧調整手段１１８だけの場合と比較し、ゲイン特性を下げることができているのがわかる。また、エンジン発電機システムにおいて、発電制御時のＣＮＶ高調波や直流電圧変動の電圧外乱特性に対して、電圧外乱ΔＶ（ΔＶｄ、ΔＶｑ）から電流脈動ΔＩ（ΔＩｄ，ΔＩｑ）のｄｑ軸の強めあい（同相関係）現象を緩和できる位相特性となっている。
【００４４】
次に、本実施例におけるｄ軸電圧調整手段１１７およびｑ軸電圧調整手段１１８の具体的な設定方法について説明する。
【００４５】
前述したとおり、発電機１０４の回転角周波数ω１に含まれる振動成分に対し、電流Ｉｑに含まれる振動成分が９０度以上進むようｑ軸電圧指令を調整すれば、振動は低減できる。図５のｑ軸電圧調整手段１１８を含む系のブロック図において、ｑ軸電圧調整手段１１８のゲインをＫｑｑとする。
【００４６】
Ｋｑｑのゲイン設定については、図５のＩｑに対するループを考える。Ｉｑを起点とした伝達関数Ｇｑは式（１）となる。このとき、振動成分のみを考慮するため、誘起電圧ｅｍｆのループは無視する。
【数１】
式（１）において、Ｇｑは伝達関数、Ｋｑｑはｑ軸電圧調整手段１１８のゲイン、ｒｑ＋Ｌｑ・ｓは、発電機１０４のインピーダンス成分、ｓは微分演算子を示している。
【００４７】
ここで、電流検出値Ｉｑを利用した振動抑制方式は、Ｉｑの振動成分を不完全微分で抽出し、ｑ軸の電圧指令を調整する手段とした。この場合、発電機１０４の内部インピーダンスによる位相変化を考慮し、不完全微分の位相変化を設定する。例えば、発電機１０４の内部インピーダンスによる位相変化が８０度の位相遅れとなる場合、不完全微分の位相変化を０度以上８０度未満の進みとなるよう不完全微分の時定数Ｔｉｑ_ｑを設定し、さらに伝達ループのゲインを負として１８０度位相をすすめることで、Ｉｑに対する位相変化が９０度以上１８０度未満進むように制御する。例えば、図５中のＫｑｑは式（２）を用いて設定することができる。
【数２】
式（２）において、Ｋｑｑはｑ軸電圧調整手段１１８のゲイン、Ｔｉｑ_ｑは不完全微分の時定数、Ｋiqq_１，Ｋiqq_２はゲイン、ｓは微分演算子を示している。
【００４８】
このように、ｑ軸電圧調整手段１１８では、発電機１０４のＩｑ電流に含まれる振動成分の位相が、発電機１０４の回転電気角周波数に含まれる同一周波数の振動成分の位相に対し、９０度以上進むようなＫｑｑを設定する。
【００４９】
次に、ｄ軸電圧調整手段１１７の設定方法について説明する。図１０のｄ軸電圧調整手段１１７を含む系のブロック図において、ｄ軸電圧調整手段１１７のゲインをＫｄｄとする。
【００５０】
Ｋｄｄのゲイン設定については、図１０のＩｄに対するループを考える。Ｉｄを起点とした伝達関数Ｇｄは式（３）となる。
【数３】
式（３）において、Ｇｄは伝達関数、Ｋｄｄはｄ軸電圧調整手段１１８のゲイン、ｒｄ＋Ｌｄ・ｓは、発電機１０４のインピーダンス成分、ｓは微分演算子を示している。
【００５１】
ここで、電流検出値Ｉｄを利用した振動抑制方式についても、Ｉｄの振動成分を不完全微分で抽出し、ｄ軸の電圧指令を調整する手段とした。この場合、発電機１０４の内部インピーダンスによる位相変化を考慮し、不完全微分の位相変化を設定する。例えば、発電機１０４の内部インピーダンスによる位相変化が８０度の位相遅れとなる場合、不完全微分の位相変化を０度以上８０度未満の進みとなるよう不完全微分の時定数を設定し、さらに伝達ループのゲインを負として１８０度位相をすすめることで、Ｉｄに対する位相変化が９０度以上１８０度未満進むように制御する。例えば、図１０中のＫｄｄは式（４）を用いて設定することができる。
【数４】
式（４）において、Ｋｄｄはｄ軸電圧調整手段１１７のゲイン、Ｔｉｄ_ｄは不完全微分の時定数、Ｋiｄｄ_１，Ｋiｄｄ_２はゲイン、ｓは微分演算子を示している。
【００５２】
このように、ｄ軸電圧調整手段１１７でもｑ軸電圧調整手段１１８と同様に、発電機１０４のＩｄ電流に含まれる振動成分の位相が、発電機１０４の回転電気角周波数に含まれる同一周波数の振動成分の位相に対し、９０度以上進むようなＫｄｄを設定する。
【００５３】
なお、ｄ軸電圧調整手段１１７およびｑ軸電圧調整手段１１８のＫｄｄおよびＫｑｑの比例成分を大きくすると、システム全体が不安定となる。そのため、機械系のトルク振動の振幅が予め決められた所定値以上となった場合に９０度以上進ませるようＫｄｄおよびＫｑｑの比例成分を調整し、それ以外では、ＫｄｄおよびＫｑｑの比例成分を９０度以上進ませるような値よりも小さく設定してもよい。
【００５４】
また、前述のｄｑ軸間干渉ループを含めた４つのΔＶからΔＩへの伝達特性（「ΔＶｄ→ΔＩｄ」、「ΔＶｄ→ΔＩｑ」、「ΔＶｑ→ΔＩｑ」および「ΔＶｑ→ΔＩｄ」）の関係が、発電機１０４の駆動周波数の前後で位相特性が大きく変化するため、ｄｑ軸電圧調整手段はエンジン発電機システムの機械系の固有振動数と発電機１０４の駆動周波数の関係に応じてＫｄｄおよびＫｑｑの設定を変更することが必要である。また、前記発電機１０４の電気的伝達特性が回転電気角周波数や負荷条件によって変化する場合も、それに応じてＫｄｄおよびＫｑｑの設定を変更することが必要である。
【００５５】
なお、発電機１０４の回転角周波数の振動成分とｑ軸電流およびｄ軸電流の振動成分がきれいな正弦波になっていない場合、波形を積分して得られる平均値と波形の交差する点をゼロ点として、その位相差を見れば、ｑ軸電流およびｄ軸電流の振動波形が、回転角周波数の振動波形に対して、９０度以上進んでいるかどうか判断することが可能である。また、回転角周波数の振動波形のピーク値間を１８０度とし、ｑ軸電流およびｄ軸電流の振動波形の最大値が、前記回転角周波数の振動波形から得られた最大値に対する進み角をみることが可能である。
【００５６】
以上説明したように、本実施例によれば、エンジン発電機システムの電力変換器において、発電機１０４の回転子磁束方向のｄ軸電流に含まれる振動成分の位相が、前記発電機１０４の回転電気角周波数に含まれる同一周波数の振動成分の位相に対し、９０度以上進むように発電機１０４を制御するための前記ｄ軸の電圧を調整し、さらにｄ軸に直交するｑ軸電流に含まれる振動成分の位相が、発電機１０４の回転電気角周波数に含まれる同一周波数の振動成分の位相に対し、９０度以上進むように前記ｑ軸の電圧を調整することで、発電機１０４とエンジン１０１間の軸に発生する特定周波数の振動成分を抑制する効果の向上およびｄ軸電流の増加を抑制することができる。
【実施例２】
【００５７】
次に、本発明の実施例２について説明する。実施例２は、電力変換器で電動機１２０を可変速駆動しトルク伝達部を介して負荷器を運転する電動機駆動システムの例である。図１２に、実施例２による電動機駆動システムの構成図を示す。図１に示す実施例１と比較して、構成の相違部分のみを説明する。本システムは、制御対象である電動機１２０、電動機１２０を駆動する電力変換器（ＩＮＶ）１０８、および電力変換器（ＩＮＶ）１０８を制御する制御装置１０６から構成される。
【００５８】
本実施例では、電動機１２０の回転子磁束方向のｄ軸電流に含まれる振動成分の位相が、電動機１２０の回転電気角周波数に含まれる同一周波数の振動成分の位相に対し、９０度以上進むようにｄ軸の電圧を調整し、さらに前記ｄ軸に直交するｑ軸電流に含まれる振動成分の位相が、電動機１２０の回転電気角周波数に含まれる同一周波数の振動成分の位相に対し、９０度以上進むように前記ｑ軸の電圧を調整することで、電動機１２０と負荷器１２１間の軸に発生する特定周波数の振動成分を抑制する効果の向上およびｄ軸電流の増加を抑制することができる。
【実施例３】
【００５９】
次に、本発明の実施例３について説明する。図１３に、実施例３によるエンジン発電機システムの構成図を示す。図１に示す実施例１と比較して、構成の相違部分のみを説明する。図１では、ｄｑ軸電圧指令を調整していたのに対し、本実施例では交流電圧指令を調整する。
【００６０】
交流電圧調整手段１２２では、電流検出部１１１で検出された交流電流検出値を用い、実施例１および実施例２と同様に、比例制御、比例制御と一次遅れ制御、比例制御と不完全微分制御、比例制御と不完全微分制御と一次遅れ制御などを用いて、各々各相の交流電圧調整値ΔＶｕ＊、ΔＶｖ＊、ΔＶｗ＊を演算する。
【００６１】
以上説明したように、本実施例によれば、交流成分の調整を行うことで、実施例１および実施例２と同様に発電機１０４の回転角周波数の振動成分に対し、交流電流の振動成分の位相を９０度以上進めることにより、機械系の振動成分の減衰させることができる。
【実施例４】
【００６２】
次に、本発明の実施例４について説明する。図１４、に実施例４による電動機駆動システムの構成図を示す。図１２に示す実施例２と比較して、構成の相違部分のみを説明する。図１２では、ｄｑ軸電圧指令を調整していたのに対し、本実施例では交流電圧指令を調整する。交流電圧調整手段１２２では、電流検出部１１１で検出された交流電流検出値を用い、実施例１、実施例２および実施例３と同様に、比例制御、比例制御と一次遅れ制御、比例制御と不完全微分制御、比例制御と不完全微分制御と一次遅れ制御などを用いて、各々各相の交流電圧調整値ΔＶｕ＊、ΔＶｖ＊、ΔＶｗ＊を演算する。
【００６３】
以上説明したように、本実施例によれば、交流成分の調整を行うことで、実施例１、実施例２および実施例３と同様に電動機１２０の回転角周波数の振動成分に対し、交流電流の振動成分の位相を９０度以上進めることにより、機械系の振動成分の減衰させることができる。
【符号の説明】
【００６４】
１０１ エンジン
１０２ カップリング部
１０３ 軸（シャフト）
１０４ 発電機
１０５ 電力変換器（ＣＮＶ）
１０６ 制御装置
１０７ 直流電源部
１０８ 電力変換器（ＩＮＶ）
１０９ 電動機
１１０ 電動機駆動制御装置
１１１ 相電流検出部
１１２ 速度検出器
１１３ ｄｑ座標変換器
１１３’ ｄｑ座標逆変換器
１１４ 位相演算部
１１５ 電圧指令演算部
１１６ ｄｑ軸電圧調整部
１１７ ｄ軸電圧調整手段
１１８ ｑ軸電圧調整手段
１１９ パルス幅変調（ＰＷＭ）信号制御器
１２０ 電動機
１２１ 負荷器
１２２ 交流電圧調整手段
１２３ 交流電圧補正部
１３１ 出力端子
１３２ 出力端子
１４１ 入力端子
１４２ 入力端子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機と、前記発電機を駆動するエンジンと、前記発電機に流れる電流に基づいた三相電圧指令信号をキャリア信号によってパルス幅変調するＰＷＭ信号制御部と、パルス幅変調されたゲート信号により駆動される電力変換装置と、電動機と、前記電動機を駆動する電力変換器を備えたエンジン発電機システムの電力変換装置において、
前記発電機の回転子磁束方向のｄ軸の電流に含まれる振動成分の位相が、前記発電機の回転電気角周波数に含まれる同一周波数の振動成分に対し、９０度以上進むように前記ｄ軸の電圧指令を調整し、さらに前記ｄ軸に直交するｑ軸の電流に含まれる振動成分の位相が、前記発電機の前記回転電気角周波数に含まれる前記同一周波数の振動成分に対し、９０度以上進むように前記ｑ軸の電圧指令を調整することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
電動機と、前記電動機に流れる電流に基づいた三相電圧指令信号をキャリア信号によってパルス幅変調するＰＷＭ信号制御部と、パルス幅変調されたゲート信号により駆動される電力変換装置を備えた電動機駆動システムの電力変換装置において、
前記電動機の回転子磁束方向のｄ軸の電流に含まれる振動成分の位相が、前記電動機の回転電気角周波数に含まれる同一周波数の振動成分に対し、９０度以上進むように前記ｄ軸の電圧指令を調整し、さらに前記ｄ軸に直交するｑ軸の電流に含まれる振動成分の位相が、前記電動機の前記回転電気角周波数に含まれる前記同一周波数の振動成分に対し、９０度以上進むように前記ｑ軸の電圧指令を調整することを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電力変換装置において、
前記回転電気角周波数の振動成分の波形の平均値と該振動成分の波形の交点をゼロ点とし、前記ｑ軸の電流および前記ｄ軸の電流の振動周波数の振動成分の波形の平均値と該振動成分の波形の交点をゼロ点とした場合、前記ｑ軸の電流および前記ｄ軸の電流の振動成分の波形から得られたゼロ点が、前記回転電気角周波数の振動成分の波形から得られたゼロ点に対し、９０度以上進むように電圧指令を調整することを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電力変換装置において、
前記電圧指令を調整する手段は、比例、比例と一次遅れ、比例と微分、比例と一次遅れと不完全微分、比例と不完全微分、もしくは比例と微分と不完全微分のいずれかを含んで構成されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載の電力変換装置において、
前記回転電気角周波数の振動成分の波形のピーク値間を１８０度とし、前記ｑ軸の電流および前記ｄ軸の電流の振動成分の波形のピーク値間を１８０度とし、前記ｑ軸の電流および前記ｄ軸の電流の振動成分の最大ピーク値が、前記回転電気角周波数の振動成分の波形から得られた最大ピーク値に対し、９０度以上進むように電圧指令を調整することを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電力変換装置において、
前記電圧指令を調整する手段は、比例、比例と一次遅れ、比例と微分、比例と一次遅れと不完全微分、比例と不完全微分、もしくは比例と微分と不完全微分のいずれかを含んで構成されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
発電機と、前記発電機を駆動するエンジンと、前記発電機に流れる電流に基づいた三相電圧指令信号をキャリア信号によってパルス幅変調するＰＷＭ信号制御部と、パルス幅変調されたゲート信号により駆動される電力変換装置と、電動機と、前記電動機を駆動する電力変換器を備えたエンジン発電機システムの電力変換装置において、
前記発電機の交流電流に含まれる振動成分の位相が、前記発電機の回転電気角周波数に含まれる同一周波数の振動成分に対し、９０度以上進むように交流電圧指令を調整することを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
電動機と、前記電動機に流れる電流に基づいた三相電圧指令信号をキャリア信号によってパルス幅変調するＰＷＭ信号制御部と、パルス幅変調されたゲート信号により駆動される電力変換装置を備えた電動機駆動システムの電力変換装置において、
前記電動機の交流電流に含まれる振動成分の位相が、前記電動機の回転電気角周波数に含まれる同一周波数の振動成分に対し、９０度以上進むように交流電圧指令を調整することを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
請求項７または請求項８に記載の電力変換装置において、
前記回転電気角周波数の振動成分の波形の平均値と該振動成分の波形の交点をゼロ点とし、前記交流電流の振動周波数の振動成分の波形の平均値と該振動成分の波形の交点をゼロ点とした場合、前記交流電流の振動成分の波形から得られたゼロ点が、前記回転電気角周波数の振動成分の波形から得られたゼロ点に対し、９０度以上進むように電圧指令を調整することを特徴とする電力変換装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の電力変換装置において、
前記電圧指令を調整する手段は、比例、比例と一次遅れ、比例と微分、比例と一次遅れと不完全微分、比例と不完全微分、もしくは比例と微分と不完全微分のいずれかを含んで構成されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１１】
請求項７または請求項８に記載の電力変換装置において、
前記回転電気角周波数の振動成分の波形のピーク値間を１８０度とし、前記交流電流の振動成分の波形のピーク値間を１８０度とし、前記交流電流の振動成分の最大ピーク値が、前記回転電気角周波数の振動成分の波形から得られた最大ピーク値に対し、９０度以上進むように電圧指令を調整することを特徴とする電力変換装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の電力変換装置において、
前記電圧指令を調整する手段は、比例、比例と一次遅れ、比例と微分、比例と一次遅れと不完全微分、比例と不完全微分、もしくは比例と微分と不完全微分のいずれかを含んで構成されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１】
発電機と、前記発電機を駆動するエンジンと、前記発電機に流れる電流に基づいた三相電圧指令信号をキャリア信号によってパルス幅変調するＰＷＭ信号制御部と、パルス幅変調されたゲート信号により駆動される電力変換装置と、電動機と、前記電動機を駆動する電力変換器を備えたエンジン発電機システムの電力変換装置において、
前記発電機の回転子磁束方向のｄ軸の電流に含まれる振動成分の位相が、前記発電機の回転電気角周波数に含まれる同一周波数の振動成分に対し、９０度以上進むように前記ｄ軸の電圧指令を調整し、さらに前記ｄ軸に直交するｑ軸の電流に含まれる振動成分の位相が、前記発電機の前記回転電気角周波数に含まれる前記同一周波数の振動成分に対し、９０度以上進むように前記ｑ軸の電圧指令を調整することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
電動機と、前記電動機に流れる電流に基づいた三相電圧指令信号をキャリア信号によってパルス幅変調するＰＷＭ信号制御部と、パルス幅変調されたゲート信号により駆動される電力変換装置を備えた電動機駆動システムの電力変換装置において、
前記電動機の回転子磁束方向のｄ軸の電流に含まれる振動成分の位相が、前記電動機の回転電気角周波数に含まれる同一周波数の振動成分に対し、９０度以上進むように前記ｄ軸の電圧指令を調整し、さらに前記ｄ軸に直交するｑ軸の電流に含まれる振動成分の位相が、前記電動機の前記回転電気角周波数に含まれる前記同一周波数の振動成分に対し、９０度以上進むように前記ｑ軸の電圧指令を調整することを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電力変換装置において、
前記回転電気角周波数の振動成分の波形の平均値と該振動成分の波形の交点をゼロ点とし、前記ｑ軸の電流および前記ｄ軸の電流の振動周波数の振動成分の波形の平均値と該振動成分の波形の交点をゼロ点とした場合、前記ｑ軸の電流および前記ｄ軸の電流の振動成分の波形から得られたゼロ点が、前記回転電気角周波数の振動成分の波形から得られたゼロ点に対し、９０度以上進むように電圧指令を調整することを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電力変換装置において、
前記電圧指令を調整する手段は、比例、比例と一次遅れ、比例と微分、比例と一次遅れと不完全微分、比例と不完全微分、もしくは比例と微分と不完全微分のいずれかを含んで構成されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載の電力変換装置において、
前記回転電気角周波数の振動成分の波形のピーク値間を１８０度とし、前記ｑ軸の電流および前記ｄ軸の電流の振動成分の波形のピーク値間を１８０度とし、前記ｑ軸の電流および前記ｄ軸の電流の振動成分の最大ピーク値が、前記回転電気角周波数の振動成分の波形から得られた最大ピーク値に対し、９０度以上進むように電圧指令を調整することを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電力変換装置において、
前記電圧指令を調整する手段は、比例、比例と一次遅れ、比例と微分、比例と一次遅れと不完全微分、比例と不完全微分、もしくは比例と微分と不完全微分のいずれかを含んで構成されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
発電機と、前記発電機を駆動するエンジンと、前記発電機に流れる電流に基づいた三相電圧指令信号をキャリア信号によってパルス幅変調するＰＷＭ信号制御部と、パルス幅変調されたゲート信号により駆動される電力変換装置と、電動機と、前記電動機を駆動する電力変換器を備えたエンジン発電機システムの電力変換装置において、
前記発電機の交流電流に含まれる振動成分の位相が、前記発電機の回転電気角周波数に含まれる同一周波数の振動成分に対し、９０度以上進むように交流電圧指令を調整することを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
電動機と、前記電動機に流れる電流に基づいた三相電圧指令信号をキャリア信号によってパルス幅変調するＰＷＭ信号制御部と、パルス幅変調されたゲート信号により駆動される電力変換装置を備えた電動機駆動システムの電力変換装置において、
前記電動機の交流電流に含まれる振動成分の位相が、前記電動機の回転電気角周波数に含まれる同一周波数の振動成分に対し、９０度以上進むように交流電圧指令を調整することを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
請求項７または請求項８に記載の電力変換装置において、
前記回転電気角周波数の振動成分の波形の平均値と該振動成分の波形の交点をゼロ点とし、前記交流電流の振動周波数の振動成分の波形の平均値と該振動成分の波形の交点をゼロ点とした場合、前記交流電流の振動成分の波形から得られたゼロ点が、前記回転電気角周波数の振動成分の波形から得られたゼロ点に対し、９０度以上進むように電圧指令を調整することを特徴とする電力変換装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の電力変換装置において、
前記電圧指令を調整する手段は、比例、比例と一次遅れ、比例と微分、比例と一次遅れと不完全微分、比例と不完全微分、もしくは比例と微分と不完全微分のいずれかを含んで構成されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１１】
請求項７または請求項８に記載の電力変換装置において、
前記回転電気角周波数の振動成分の波形のピーク値間を１８０度とし、前記交流電流の振動成分の波形のピーク値間を１８０度とし、前記交流電流の振動成分の最大ピーク値が、前記回転電気角周波数の振動成分の波形から得られた最大ピーク値に対し、９０度以上進むように電圧指令を調整することを特徴とする電力変換装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の電力変換装置において、
前記電圧指令を調整する手段は、比例、比例と一次遅れ、比例と微分、比例と一次遅れと不完全微分、比例と不完全微分、もしくは比例と微分と不完全微分のいずれかを含んで構成されることを特徴とする電力変換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−９９１３１（Ｐ２０１３−９９１３１Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４０２５５（Ｐ２０１１−２４０２５５）
【出願日】平成２３年１１月１日（２０１１．１１．１）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１日（２０１１．１１．１）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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