2016 Fiscal Year Research-status Report
ＧＩＣを用いた電子回路モデルによるコンバータの三相電流復元とセンサレス制御
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16K06251
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| Research Institution | Akita National College of Technology |
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Principal Investigator |
安東 至 秋田工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (20212665)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大石 潔 長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (40185187)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 一般化イミッタンス変換器GIC / 三相正弦波コンバータ / 三相電流センサレス / パラメータ誤差 / デジタルシグナルプロセッサDSP / 一括補償法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，一般化イミッタンス変換器GICを用いた電子回路モデルにより，直流センサのみで三相電流を簡単に復元し，三相電流センサレス正弦波コンバータを実現する手法を開発するとともに，その他の電力変換器のセンサレス制御への応用を検討することである。
平成28年度は，1.GICを用いた電子回路による三相コンバータのモデル化，2.GIC内の抵抗を利用し，モデル内電流を正確に検出できる精密差動アンプの設計，3.モデルと実機における使用素子間のパラメータ誤差一括補償法の開発，4.復元した三相電流を用いた三相電流センサレスコンバータにおいて，入力力率98％以上，入力電流高調波歪率THD5％以下，出力電圧変動率1％以下を達成するための基本制御DSPプログラムの開発と検証を行った。
1.については，電圧を実機の1/50，電流を実機の1/25000，実機インピーダンスの500倍にインピーダンス等価変換し，オペアンプ構成のGICとアナログSW等を用いてモデル設計するとともに試作した。 2.については，モデル内の微小電流を安価に精度良く検出できるようフィードバック系を有するフォトカプラによる電流検出センサも差動アンプとともに開発し，差動アンプの性能評価を検証した。 3.については，シミュレーションを用いてPI補償器により誤差一括制御が十分可能であることを確認した。4.については，目標とする性能を達成できるDSPプログラムを開発し，シミュレーションにより確認した。さらに，購入したDSPデジタル制御開発システムを用いて，既存のセンサを有する三相コンバータシステムを利用して三相電流復元のみの検証を行った。電子回路モデル内の微小電流の検出部やGICのオフセット対策などの更なる改善項目が判明したが，概ね良好に三相電流を復元できることを確認することができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
提案する「GICを用いた電子回路モデルによるコンバータの三相電流復元とセンサレス制御」において，平成28年度の計画では， 1.GICを用いた電子回路による三相コンバータのモデル化，2.GIC内の抵抗を利用し，モデル内電流を正確に検出できる精密差動アンプの設計，3.モデルと実機における使用素子間のパラメータ誤差一括補償法の開発，4.復元した三相電流を用いた三相電流センサレスコンバータにおいて，入力力率98％以上，入力電流高調波歪率THD5％以下，出力電圧変動率1％以下を達成するための基本制御DSPプログラムの開発と検証をする予定であった。それに対し，平成29年３月時点で基本設計は終了し，シミュレーションによる検証もほぼ終えることができた。また，センサを有する既存の電力変換器に三相電流復元部分のみ適用し検証も行い，いくつかの設計上の問題点や改善を必要とする点も明らかになったが，これらについては，平成29年度に改善し，開発を進めていく予定である。
以上のことから，進捗状況はほぼ順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度は，はじめに三相電流センサを用いた従来からの三相正弦波コンバータを駆動し，開発した電子回路モデルによる三相電流復元能力を設計通りに高める必要がある。平成28年度末に実施した際には，GICのオフセット現象や電子回路モデル内の微小電流検出時のノイズ対策に改善が必要であった。特に前者は，機器の長時間駆動に影響を受け，本研究の根幹に関わる事項でもあり，精度の良い素子の使用による対策だけではなく，GICの基準電圧レベルの変動検出と補償による積極的自動オフセット補償制御を導入し，現象を解消する。また，電子回路モデルと実機モデル間におけるデットタイムによる影響等，理論的側面からも復元電流に対する検証を実施する。
その後，復元電流による三相電流センサレスコンバータを駆動し，電子回路モデルと主回路のパラメータ誤差一括補償制御の効果，電子回路モデルでのダイオード閾値による影響と対策であるディザー信号注入による効果を確認し，最終的に入力力率98％以上，入力電流高調波歪率THD5％以下，出力電圧変動率1％以下の特性をコンバータが達成できるか確認する。また，もしも，電子回路モデルによる三相電流復元に不具合が生じた場合の対策として，制御操作量飽和対策も検討する。
上記の特性を有する三相電流センサレスコンバータを開発した後は，電源異常に対する三相電流センサレス化の影響，電源電圧センサレス化への展開，その他の電力変換器への電子回路モデルを利用したセンサレス化の可能性について検証する。
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Research Products
(1 results)
