省エネモータ家電を国際普及させる究極低コストインバータの電源高調波抑制トルク制御

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K14975
• Research Institution: Tokyo Metropolitan College of Industrial Technology
• Principal Investigator: 阿部 晃大 東京都立産業技術高等専門学校, ものづくり工学科, 助教 (20822894)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: パワーエレクトロニクス / インバータ / 永久磁石同期モータ / 電解コンデンサレスインバータ / 電源電流制御

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、単相全波整流回路と小容量フィルムコンデンサを三相インバータに結合させた最も簡素な回路で究極の低コストインバータを構成し、大容量の受動素子無く、インバータ制御のみでIEC電源高調波規制を満足することにある。
２０１９年度は、物理モデルより得られるインバータ出力電圧と直流リンク電流の関係を利用し、インバータのみでモータ制御をしつつ電源電流を正弦波に制御することができることをシミュレーションにて確認した。加えて、モータ電流制御系を比例制御のみで構成することで、インバータ出力電圧の修正をモータ電流指令上で行い、電源電流制御とモータトルク制御の両立も達成できた。モータ電流制御を行いながら電源電流を制御できるようになったことで、電源電流制御時にもモータ電流が過大に流れないよう管理でき、製品にする際の保守性も向上できる。次年度はシミュレーションだけでなく、実機実験での実証を行い、理論の妥当性を確認したい。
次年度以降に行いたいモータ制御の安定解析の先駆けとして、MT座標上でのモータ電流挙動を解析した。MT軸電流もdq軸電流とおおよそ同じ挙動であることがわかったが、電圧飽和時には大きな違いを示すことを確認できた。これは、電圧飽和時により早く飽和状態から復帰しようとT軸電流がトルクを増大させようとするためだと考えられる。電源電流制御時におけるモータ制御の安定性については、この電圧飽和時のモータ電流の挙動が密接に関わってくるため、今後この挙動の違いを踏まえながら安定解析を行っていく予定である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

おおむね順調に進展しているが、covid-19の影響による休校、登校自粛のため、実機実験装置の立ち上げ等の進捗は悪い。その代わりシミュレーションでの検討を先に進めている状況である。

Strategy for Future Research Activity

２０２０年度以降は、電源電流制御時におけるモータ制御の安定性を検討するために、MT座標への理論の拡張を考えている。これは、永久磁石同期電動機の制御には回転子位置に同期したdq座標が一般的に用いられるが、トルクへの影響がより明確になるMT座標へ拡張することでモータ制御の安定性について解析が行いやすくするためである。２０１９年度に確認したMT座標上でのモータ電流挙動を踏まえながら安定解析を行っていく予定である。

Causes of Carryover

実験装置の購入費用が想定より安く済んだため次年度使用額が生じた。実験装置が故障した際の、電子部品を購入する予定である。