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スイッチト リラクタンス モーター

この例では、測定された磁化曲線 (B-H 曲線) に基づいた SRM 特有のモデルを使用して、電流制御形 60 kW 突極数 (固定子/回転子) 6/4 SRM 駆動システムを示します。8/6 および 10/8 プリセット モデルも、同じ制御戦略で提示されます。

Hoang Le-Huy, Laval University

説明 (6/4 特定モデル)

SRM は、それぞれが 2 つの IGBT と 2 つの環流ダイオードで構成される 3 つのレッグをもつ三相非対称パワー コンバーターで駆動されます。導通期間は、アクティブな IGBT によって正の電源電圧が固定子巻線に印加され、正の電流が相巻線に供給されます。環流期間は、負の電圧が巻線に印加され、蓄積されたエネルギーがダイオードを介して DC 電源に返されます。この還流により、モーターの巻線の電流の立ち下がり時間は短縮されます。回転子に接続された位置センサーを使用すると、モーターの各相 (A、B、C 相) の点弧角 (導通する角) と消弧角 (非導通する角) を正確に指定できます。このような点弧角は、生成されたトルクの波形を制御するのに使用されます。相電流は、各相 (A、B、C 相) の相電流の測定値と指令値を比較して IGBT 駆動信号を生成する 3 つのヒステリシス コントローラーによって個別に制御されます。IGBT のスイッチング周波数は、主にヒステリシス バンドで設定されます。

シミュレーション (6/4 特定モデル)

この例では、240 V の DC 電源電圧が使用されています。コンバーターの点弧角と消弧角は、モーターの動作速度の範囲において、それぞれ 45 度と 75 度で一定に保たれます。指令電流は 200 A で、ヒステリシス バンドには +-10 A が設定されています。SRM は、電流のステップ指令値が制御器の入力に適用されると、モーターが始動します。加速の割合は、モーターの負荷の特性によって決まります。モーターの始動時間を短くする場合、モーターの負荷をできるだけ軽くする必要があります。制御されるのは電流のみであるため、モーター回転数はシステムの機械的ダイナミクスに従って増加します。SRM 駆動システムの波形 (相電圧、磁束、巻線電流、モーター トルク、モーター回転数) はスコープに表示されます。SRM トルクには、ある相から次の相への電流の遷移が原因でトルクに高調波のリップル成分が含まれています。このトルク リップルは、SRM 特有の性質で、主にコンバーターの点弧角と消弧角に応じて異なります。モーター駆動システムの波形を観察すると、SRM の動作は、コンバーターの次の 2 つの動作モードに分けることができます: 電流制御モードおよび電圧制御モード。

電流制御モード

立ち上がりから約 3000 rpm までは、モーターの逆起電力は低く、電流は参照値に制御されます。この動作モードでは、発生するトルクの平均値は電流参照値にほぼ比例します。ある相から次の相への電流の遷移が原因のトルク リップル以外に、ヒステリシス制御器の切り替えによって生成されるトルク リップルにも注意してください。この動作モードは、定トルク操作とも呼ばれます。

電圧制御モード

3000 rpm 以上の速度では、モーターの逆起電力が高くなり、相電流は電流制御器によって指定される参照値を出力できません。コンバーターの動作は、スイッチング電源の変調が不要な電圧制御モードに自動的に変更されます。スイッチング電源はアクティブな期間は閉じられたままで、一定の DC 電源電圧がモーターの各相 (A、B、C 相) の相巻線に継続的に印加されます。この結果、磁束の波形はスコープに示されるように線形的に変化します。電圧制御モードでは、SRM は、生成されたトルクの平均値がモーター回転数に反比例する '特有' の特性を示します。この場合、ヒステリシス制御器は動作しないため、ある相から次の相への電流の遷移が原因のトルク リップルのみがトルクの波形で確認できます。

トルク特性の最適化 - スイッチング電源の制御

SRM 駆動システムでは、平均トルクとトルク リップルは点弧角と消弧角およびモーターの各相 (A、B、C 相) の電流波形の影響を受けます。また、これらの特性は、モーター回転数に応じて変化します。電気自動車の駆動システムなどの多くの用途では、幅広い速度範囲にわたり、トルクとアンペアの比が最も高く、トルク リップルが最も低いことが望ましいです。SRM のトルク特性を最適化するには、モーターの電流および速度の関係性を把握し、あらかじめ計算した点弧角および消弧角を適用します。点弧角の最適値は 2-D ルックアップ テーブルに保存されます。