JP6391069B2 - Induction superconducting motor control circuit - Google Patents
Induction superconducting motor control circuit Download PDFInfo
- Publication number
- JP6391069B2 JP6391069B2 JP2015008348A JP2015008348A JP6391069B2 JP 6391069 B2 JP6391069 B2 JP 6391069B2 JP 2015008348 A JP2015008348 A JP 2015008348A JP 2015008348 A JP2015008348 A JP 2015008348A JP 6391069 B2 JP6391069 B2 JP 6391069B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- current
- phase
- command
- forming unit
- superconducting motor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Description
本発明は、超電導線材によって構成された超電導かご形巻線を有する回転子を備えた誘導型超電導モータの制御回路に関する。 The present invention relates to a control circuit for an induction type superconducting motor including a rotor having a superconducting lead-shaped winding formed of a superconducting wire.
この種の技術分野に関する先行技術として、例えば特許文献1、2に記載の発明がある。特許文献1に記載の発明は、超電導回転機の運転方法に関する発明であり、超電導回転機の一次巻線への印加電圧とその周波数とを制御している。なお、この超電導回転機は、常電導線材からなる巻線を有する固定子を備え、超電導線材によって構成された超電導かご形巻線が回転子に使用されている。特許文献2に記載の発明は、超電導回転子の構造に関する発明である。
As prior arts related to this type of technical field, for example, there are inventions described in
超電導線材によって構成された巻線(コイル)に流れる電流と電圧との関係が、特許文献1の図8に記載されている。特許文献1の図8に記載のように、臨界電流Ic以下では、巻線にほとんど電圧が発生せず、臨界電流Icを超える電流が巻線に流れると電圧が急に大きくなる。この特性は、銅線などの通常の導体では、オームの法則に従って、電流の増加に比例して電圧が発生するのと大きく異なる。一方で、近年の研究により、イットリウム系またはビスマス系に代表される酸化物系超電導体においては、臨界電流Icを超えて、例えば臨界電流Icの2倍まで電流を流しても、冷却が崩れない限り使用することができることがわかってきている。
上記のように、超電導線材の特性がオームの法則に従う線形ではないため、電流制御による超電導モータの制御が望まれるが、その好ましい制御構成は具体化されていない。
FIG. 8 of
As described above, since the characteristics of the superconducting wire are not linear according to Ohm's law, control of the superconducting motor by current control is desired, but the preferred control configuration is not embodied.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、超電導線材によって構成された超電導かご形巻線を有する回転子を備えた誘導型超電導モータの好適な制御回路を提供することである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a suitable control circuit for an induction type superconducting motor including a rotor having a superconducting lead-shaped winding formed of a superconducting wire. That is.
本発明は、超電導線材によって構成された超電導かご形巻線を有する回転子を備えた誘導型超電導モータの制御回路である。この制御回路は、電流指令形成部と、周波数指令形成部と、前記電流指令形成部からの電流値指令および前記周波数指令形成部からの周波数値指令に基づいて、それぞれ120°の位相差でサインカーブを形成する3つのサインカーブ形成部と、固定子コイルのU相、V相、W相のそれぞれに流れる電流値を検出する少なくとも2つの電流センサと、前記3つのサインカーブ形成部の出力と、前記電流センサにより検出された対応する各相の電流値との差をとる3つの誤差アンプ部と、前記3つの誤差アンプ部の出力を増幅する3つのパワー部とを備える。前記固定子コイルの各相に流れる電流値を、検出された対応する各相の電流値に基づいてそれぞれフィードバック制御することを特徴とする。 The present invention is a control circuit for an induction superconducting motor including a rotor having a superconducting lead-shaped winding formed of a superconducting wire. The control circuit has a phase difference of 120 ° based on a current command forming unit, a frequency command forming unit, a current value command from the current command forming unit, and a frequency value command from the frequency command forming unit. Three sine curve forming sections that form curves, at least two current sensors that detect current values flowing in the U phase, V phase, and W phase of the stator coil, and outputs of the three sine curve forming sections, And three error amplifier units that take a difference from the current value of each corresponding phase detected by the current sensor, and three power units that amplify the outputs of the three error amplifier units. The current value flowing in each phase of the stator coil is feedback-controlled based on the detected current value of each phase.
本発明によれば、超電導線材によって構成された超電導かご形巻線を有する回転子を備えた誘導型超電導モータの好適な制御回路を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the suitable control circuit of the induction type | mold superconducting motor provided with the rotor which has the superconducting lead-shaped winding comprised with the superconducting wire can be provided.
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1から図9を参照しつつ、本発明の第1実施形態に係る誘導型超電導モータの制御回路101について説明する。
(First embodiment)
A
<誘導型超電導モータ>
まず、制御回路101の制御対象の一例である誘導型超電導モータ1について図7〜9を参照しつつ説明する。
<Induction type superconducting motor>
First, an induction
図7に示したように、誘導型超電導モータ1は、円筒形状のケーシング50と、ケーシング50の内周面に固定された環状の固定子51と、ケーシング50の両開口部を閉じる円板状のブラケット52a、52bと、ブラケット52a、52bに軸受53a、53bを介して回転可能に支持された回転子56と、を備える。
As shown in FIG. 7, the induction type
固定子51は、珪素鋼板等の電磁鋼板を軸方向に積層してなる環状の固定子鉄心54と、固定子鉄心54のスロット内に設けられた固定子コイル55とを有する。固定子コイル55は、イットリウム系またはビスマス系に代表される酸化物系超電導線材を巻線してなるものである。なお、固定子コイル55を構成する線材は、NbTiまたはNb3Snに代表される金属系超電導線材およびその他の超電導線材であってもよいし、銅線などの常電導線材であってもよい。
The
回転子56は、固定子51の内側に固定子51との間に所定の間隙をあけて配置される。回転子56は、珪素鋼板等の電磁鋼板を軸方向に積層してなる中空円柱状の回転子鉄心57と、回転子鉄心57のスロット内に収容された超電導かご形巻線58および常電導かご形巻線59と、回転子鉄心57に同軸に取り付けられた回転軸60とを有する。超電導かご形巻線58の径は常電導かご形巻線59の径よりも小さく、超電導かご形巻線58は、常電導かご形巻線59よりも回転中心側に配置される。
The
超電導かご形巻線58は、イットリウム系またはビスマス系に代表される酸化物系超電導線材で構成される。なお、超電導かご形巻線58を構成する線材は、NbTiまたはNb3Snに代表される金属系超電導線材およびその他の超電導線材であってもよい。常電導かご形巻線59は、銅線などの常電導線材で構成される。なお、常電導かご形巻線59は、本実施形態のように、超電導かご形巻線58と併設して回転安定化を図ることが好ましいが、超電導かご形巻線58のみを設けて常電導かご形巻線59を省略してもよい。すなわち、常電導かご形巻線59は無くてもよい。
The superconducting lead-
回転軸60は、軸受53a、53bを介してブラケット52a、52bに回転可能に支持される。
The rotating
固定子51および回転子56が、冷凍機による伝導冷却、液体窒素や液体ヘリウムによる浸漬冷却などにより冷却されて、固定子コイル55および超電導かご形巻線58は超電導状態とされる。
The
図5は、超電導かご形巻線58および固定子コイル55を構成する超電導線材の電流電圧特性を示す図である。横軸は、超電導線材に流す電流であり、縦軸は発生する電圧である。例えば、10μV/mを発生する電流値を臨界電流Icと呼ぶ。図5に示したように、超電導線材は、突然発生する電圧が大きくなるのではなく、電流が大きくなるにつれて発生電圧が大きくなってくる。そのため、実用的に電圧発生をゼロと呼べる10μV/mを発生する電流値を臨界電流Icとしている。この非線形な曲線200の特性をn値で表現することもある。電流値がIcに近づくにつれて電流値は累乗的に非線形で増加し、Icを超えると電圧変化はかなり大きくなり非線形成分の影響を強く受ける。コイルのインピーダンスはインダクタンスとの合成になるが電流に比例する。従って、印加電圧(交流)に対してある比例係数で電流が決まるので、電流は印加電圧と同じサインカーブとみなすことができる。これは、位相ずれ、負荷変動などを除いた概略のことであるが、いずれにしてもコイルの各相(U相、V相、W相)にはサインカーブ状の電流が流れる。一方、超電導線材に臨界電流Icを超える電流を、従来の方法で流すと、各相に流れる電流は歪んでしまう。サインカーブの頂点付近では、電流増加により電圧が発生して電流が減少する。そして、U相、V相、W相には不均衡な電流が流れる。
FIG. 5 is a diagram showing current-voltage characteristics of the superconducting wires constituting the superconducting lead-
ここで、図6は、従来技術に係る電流駆動型インバータの代表的な回路図である。各相(U相、V相、W相)をPWM制御する3組のパワー素子の上流に大きなリアクトル201を配置して、各相に流し込まれる電流の総和が変化しにくいよう制御している。モータコイルのインダクタンスよりも非常に大きいインダクタンスをリアクトル201に持たせることで各相に流し込まれる電流を均衡化させるのである。この回路の欠点は、非常に大きいインダクタンスを持ったリアクトル201により大きな損失があること、および、3相の電流の総和は均衡するものの各相単位でみれば超電導コイルの非線形成分からくるサインカーブの歪みを除去することができないことである。
Here, FIG. 6 is a typical circuit diagram of a current-driven inverter according to the prior art. A
図8は、誘導型超電導モータ1のトルク特性を示す図である。超電導かご形巻線58が超電導状態になったとき、固定子51による回転磁界の磁束を超電導かご形巻線58が捕捉することで同期トルクが生じる(図9Bに、この磁束捕捉状態を示す)。このとき、誘導型超電導モータ1は当該同期トルク主動で回転し、図8のA部(=同期域(同期回転))に対応するトルク特性を発揮する。
FIG. 8 is a diagram showing torque characteristics of the induction
同期回転している状態において、誘導型超電導モータ1に大きな負荷がかかると、超電導かご形巻線58が図9Aに示す磁束フロー状態に移行して、誘導トルク主動で誘導型超電導モータ1は回転する。このとき、誘導型超電導モータ1は、図8のB部(=すべり域(誘導回転))に対応するトルク特性を発揮する。なお、誘導型超電導モータ1にかかる負荷が過大となると脱調してしまう。
If a large load is applied to the
<制御回路>
図1に示すように、本実施形態の誘導型超電導モータの制御回路101は、電流指令形成部2、周波数指令形成部3、3つのサインカーブ形成部4(4a、4b、4c)、3つの誤差アンプ部5(5a、5b、5c)、3つのパワー部6(6a、6b、6c)、3つの電流センサ7(7a、7b、7c)を備えている。
<Control circuit>
As shown in FIG. 1, the
図1においては、誘導型超電導モータ1を簡素化して示している。固定子コイル55に関しては、U相、V相、W相を、それぞれ1個のコイル、すなわち、固定子コイル55a、55b、55cで示している。実際、固定子コイルは、例えば、4個のコイルを直列接続にしたり、回転磁界を作るために一部のコイルを反転接続したりするが、これらをまとめて1個のコイルで代表して表記している。また、回転子56を構成する超電導かご形巻線58等を図1には示していない。
In FIG. 1, the induction
電流指令形成部2からサインカーブ形成部4への電流値指令は、一定値だけでなく、可変にする場合もある。
The current value command from the current
周波数指令形成部3は、サインカーブ形成部4が作るサインカーブの周波数を決定する。商用周波数で設計されたモータであれば、その定格運転を60Hzや120Hzとする。回転速度を抑えるときは、周波数指令形成部3からの周波数値指令を例えば30Hzにする。また、モータの始動時周波数を0にして、所定の周波数にスイープしてもよい。この場合、周波数指令形成部3からの周波数値指令は、モータ始動時は0であり、周波数指令形成部3は、始動時は0の周波数値指令から所定の周波数にスイープする機能を併せもっている。
The frequency
サインカーブ形成部4bは、サインカーブ形成部4aに対して120°位相が遅く、サインカーブ形成部4cは、サインカーブ形成部4bに対して120°位相が遅くなるようにサインカーブを形成する。サインカーブの振幅は、電流指令形成部2からの電流値指令から、サインカーブの周波数は、周波数指令形成部3からの周波数値指令から各サインカーブ形成部4a、4b、4cは得る。
The sine
電流センサ7a、7b、7cは、それぞれ、固定子コイル55a(U相)、55b(V相)、55c(W相)に流れる電流値を検出するものである。電流センサ7としてシャント抵抗を用いてもよいが、非接触式の電流センサを用いる方が好ましい。
The
誤差アンプ部5a、5b、5cは、それぞれ、サインカーブ形成部4a、4b、4cの出力を入力とし、電流センサ7a、7b、7cにより検出された電流値をフィードバック信号として、サインカーブ形成部4a、4b、4cからの電流指令値となるようパワー部6a、6b、6cを経て各相(U相、V相、W相)を電流制御するものである。
The
サインカーブ形成部4a、4b、4cからの電流制御の指令値はサインカーブであるので、制御のループが仮に無限大のゲインを持っていれば、負荷である固定子コイル55に非線形特性があってもそこを流れる電流はサインカーブに修正制御される。無限大のゲインというのはあり得ないが、十分大きなゲインを与えれば、固定子コイル55を流れる電流は、十分実用的なサインカーブに修正制御される。
Since the current control command value from the sine
誤差アンプ部5での制御は、比例制御(P制御)のみではなく、PI制御として積分項を加えたり、PID制御としてさらに微分項を加えたりする。
Control by the
ここで、サインカーブ形成部4に関し、デスクリートで回路を組む場合は、入力電圧とデジタルデータとから得られるアナログ値を実質的に積算して出力する積算型DAC(デジタル・アナログ変換器)とROMとがあればサインカーブ形成部4を構成できる。アドレスに対応してサインカーブのデータをROMに覚えさせ、アドレスを変化させながらサインカーブのデジタル値を積算型DACに入力する。ROMのアドレスを変化させる機能は周波数指令形成部3の役割とし、積算型DACへ入力する入力電圧は電流指令形成部2の出力とする。なお、最近は安価なマイコンが多用されている。このようなデスクリート回路よりも、電流指令形成部2、周波数指令形成部3、サインカーブ形成部4、および誤差アンプ部5をマイコンボードの機能とし、当該マイコンに内蔵されているDACなどから3つのアナログ信号を出力してパワー部6を制御してもよい。
Here, regarding the sine
図3に示したように、パワー部6は、例えばアナログ回路で構成され、電圧増幅部14と2つのバイポーラトランジスタ15、16とを備える。プラス時は一方のバイポーラトランジスタ15がONし、他方のバイポーラトランジスタ16はカットOFFしている。このようなアナログ回路でパワー部6を構成するメリットは、後述するPWM制御などと比べて極めて波形がきれいであることである。
As shown in FIG. 3, the
図4は、PWM制御(Pulse Width Modulation)でパワー部6を構成した例である。なお、PWM制御は公知の制御方法である。図4に示すパワー部6は、分離回路20と、基準波発生器18と、コンパレータ19a、19bと、上部駆動回路21と、下部駆動回路22と、パワーMOSFET23、24とを備える。
FIG. 4 shows an example in which the
基準波発生器18からはノコギリ波形とか三角波形が出力される。誤差アンプ部5からの指令値(電流指令値)は分離回路20でプラス側とマイナス側とに分離され、マイナス側は反転されて、これら指令値と基準波発生器18からの出力波形とがコンパレータ19a、19bでそれぞれ比較されて、指令値の方が基準電圧よりも大きいときはON、小さいときはOFFになるPWM信号がコンパレータ19a、19bから出力される。下部駆動回路22では、そのON、OFFが逆になったものを用いる。
The
パワー素子としては、パワーMOSFET23、24ではなく、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を用いてもよい。パワー素子の前段には簡単なバッファーを設けることがある。
Instead of the
PWM信号をマイコンの機能に内蔵するものもあり、電流指令形成部2、周波数指令形成部3、サインカーブ形成部4、誤差アンプ部5、およびパワー部6の一部機能までをマイコンの機能にもたせて、図4中のパワーMOSFET23、24にあたるパワーMOSFETを直接制御したり、その間に簡単なバッファーを追加したりする構成であってもよい。
Some of the functions of the microcomputer incorporate the PWM signal, and the functions of the current
(第2実施形態)
図10は、本発明の第2実施形態に係る誘導型超電導モータ1の制御回路102を示す回路図である。なお、図1に示す第1実施形態の制御回路101の各構成と同じ構成については同一の符号を付している(図12に示す第3実施形態の制御回路103についても同様)。
(Second Embodiment)
FIG. 10 is a circuit diagram showing the
本実施形態では、電流センサ7を2つとしている(電流センサ7a、7b)。図2に固定子コイル55の結線を示すように、各コイルはスター結線されているので、1相を流れる電流値は、他の2相を流れる電流値を加算した値となる。制御回路102は、変換器8を有し、U相、V相を流れる電流IU、IVを加算するとともにプラスマイナスを反転してW相を流れる電流IWを求め、誤差アンプ部5cにフィードバック信号として入力する。
In the present embodiment, there are two current sensors 7 (
図11に示すように、変換器8は、オペアンプ10を有する。抵抗11、12、13は通常同値のものとされ、例えば10kΩのものが用いられる。電流センサ7a、7bの出力をオペアンプ10に入力すると加算されて反転出力される。
As shown in FIG. 11, the
なお、図11に示す変換器8は、電流指令側にも用いることができる。図示を省略するが、例えばサインカーブ形成部4cの代わりに変換器8を入れ、サインカーブ形成部4a、4bの出力をオペアンプ10に入力すると、サインカーブ形成部4cの出力と同一の波形の出力が得られる。この出力を誤差アンプ部5cに入力すればよい。この場合、変換器8がW相のサインカーブ形成部となる。
Note that the
(第3実施形態)
図12は、本発明の第3実施形態に係る誘導型超電導モータ1の制御回路103を示す回路図である。
(Third embodiment)
FIG. 12 is a circuit diagram showing the
本実施形態では、固定子コイル55aへの印加電圧波形(サインカーブ状)の位相と、電流センサ7aにより検出された電流波形(サインカーブ状)の位相との位相差を求める位相差検出回路30(位相差検出部)をさらに設けている。
In the present embodiment, the phase
なお、前記位相差とは、固定子コイル55aへの印加電圧波形に対して電流センサ7aにより検出された電流波形がいくら進んでいるか遅れているかの値のことである(「印加電圧波形」−「電流波形」)。すなわち、前記位相差は、印加電圧波形よりも電流波形が遅れている場合はプラスの値となり、進んでいる場合はマイナスの値となる。
The phase difference is a value indicating how much the current waveform detected by the
ここで、超電導かご形巻線58が図9Bに示す磁束捕捉状態になると、超電導かご形巻線58のループに永久電流が流れ続けるので回転子56は永久磁石として機能する。回転子56が永久磁石化すれば、誘導型超電導モータ1は同期モータに相当する振る舞いをする。しかし、誘導型超電導モータ1には回転子56の位置(角度)を検出する角度検出器が無いので転流(コミテート)制御することができない。
Here, when the superconducting lead-shaped winding 58 is in the magnetic flux trapping state shown in FIG. 9B, the permanent current continues to flow through the loop of the superconducting lead-shaped winding 58, so that the
負荷が軽いときは、固定子51の回転磁界に回転子56の磁界が追いつき、モータ効率が低下する。また、負荷が重いときは、回転子56が適正角度よりも遅れて回転するので、やはりモータ効率が低下する。負荷が重くなる場合は、モータの効率低下により負荷に対してさらに抵抗力がなくなるため結果として脱調してしまうことがある。
When the load is light, the magnetic field of the
上記印加電圧波形の位相と上記電流波形の位相との位相差が小さくなると負荷が軽いということであり、当該位相差が大きくなると負荷が重いということであるので、位相差検出回路30は、負荷が軽いまたは重いという現象を、印加電圧と電流との位相差を検出することで検出できる。 If the phase difference between the phase of the applied voltage waveform and the phase of the current waveform is small, the load is light. If the phase difference is large, the load is heavy. Can be detected by detecting the phase difference between the applied voltage and the current.
検出した位相差信号を電流指令形成部2に入力し、電流指令形成部2の出力を可変制御する。予め定めた位相差の適正値(例えば、20°)を目標値とし、検出した位相差が目標値よりも大きければ、電流指令形成部2からの電流値指令を大きくして発生トルクをアップさせる。検出した位相差が目標値よりも小さければ、電流値指令を小さくして発生トルクをダウンさせる。
The detected phase difference signal is input to the current
このように、印加電圧と電流との位相差に基づいて電流値指令を制御することで、永久電流により磁石化した回転子56のつくる磁界は、固定子51のつくる回転磁界に対して適正量遅れて回転するようになる。
Thus, by controlling the current value command based on the phase difference between the applied voltage and the current, the magnetic field generated by the
このようにすれば、トルク不足で脱調することがないばかりか、コイルに大きな電流を流して回転子56が必要以上に回転磁界に追いついてモータ効率を低下させることなく、必要最低限度の電流で誘導型超電導モータ1を駆動できる。図13は、固定子コイル55aへの印加電圧41に対して、固定子コイル55aを流れる電流42が遅れている状態を示す図である。この図では、印加電圧41に対して電流42は約40°遅れている。
In this way, not only does the step out due to insufficient torque, but the current of the minimum necessary without causing the
印加電圧と電流との位相差は、U相、V相、W相、いずれも同じであるので、本実施形態のように例えばU相のみ位相差を検出すればよい。なお、印加電圧の代わりに誘導型超電導モータ1のつくる誘起電圧を用いてもよい。すなわち、誘導型超電導モータ1の誘起電圧波形の位相と、電流センサ7aにより検出された電流波形の位相との位相差を検出して電流制御に用いてもよい。印加電圧と誘起電圧とは多少挙動が異なるが、電流波形との位相差に関しては同等に扱うことができるからである。
Since the phase difference between the applied voltage and the current is the same for all of the U phase, the V phase, and the W phase, for example, only the U phase may be detected as in the present embodiment. Instead of the applied voltage, an induced voltage produced by the
次に、図14は、誘導型超電導モータ1の始動から、誘導型超電導モータ1が同期モードに至るまでの、固定子コイル55への印加電圧(波形)と固定子コイル55を流れる電流(波形)との位相差の挙動の一例を示す図である。図14の横軸は時間である。縦軸は、前記位相差である。図14の中のB部(すべりモード)は、図8の中のB部に相当する。図14の中のA部(同期モード)は、図8の中のA部に相当する。
Next, FIG. 14 shows the applied voltage (waveform) to the
図14に示す例では、モータの始動時、固定子コイル55を流れる電流の位相が、固定子コイル55への印加電圧の位相よりも20°遅れているとしている。この遅れ20°は一例であり、20〜60°程度遅れることが多い。
In the example shown in FIG. 14, the phase of the current flowing through the
この場合、誘導型超電導モータ1は、しばらくの間、印加電圧と電流との位相差が20°で回転し、定格回転に達すると同期モードになり負荷に応じて位相が変化する。誘導型超電導モータ1は、その始動時、すべりモードで回転する。また、誘導型超電導モータ1は、その始動時、最大電流で回転させられる。すなわち、電流指令形成部2からの電流値指令は、誘導型超電導モータ1の始動時は最大電流値指令とされる。なお、「最大電流(最大電流値)」とは、要求された負荷で誘導型超電導モータ1を定格回転まで回転させるのに必要な電流(電流値)のことをいう。本発明では、誘導型超電導モータ1がすべりモードから同期モードに達するのに必要な電流(電流値)と、「最大電流(最大電流値)」を定義することもできる。
In this case, the induction-
図14中のP点は、すべりモードではない例えば位相差10°の点とする。このP点の位相差=10°を同期モードと判定する判断値とする。位相差がすべりモード時の20°から10°まで小さくなったら、位相差の目標値を例えば同じく10°にして、固定子コイル55に流し込む電流値を制御して位相差10°に位相差が安定するようにする。具体的には、前記したように、位相差検出回路30にて検出した位相差信号を電流指令形成部2に入力し、電流指令形成部2の出力を可変制御する。位相差10°を目標値(閾値)とし、検出した位相差が10°よりも大きければ、電流指令形成部2からの電流値指令を大きくして発生トルクをアップさせる。検出した位相差が10°よりも小さければ、電流値指令を小さくして発生トルクをダウンさせる。なお、同期モード判定の判断値と、同期モード判定後の目標値とは異なっていてもよい。また、上記判定後は、いずれにしても(目標値に対する位相差の大小にかかわらず)、最大電流値指令よりも小さい電流値指令とされる。
A point P in FIG. 14 is not a sliding mode, for example, a point having a phase difference of 10 °. The phase difference at point P = 10 ° is set as a determination value for determining the synchronization mode. When the phase difference decreases from 20 ° in the sliding mode from 10 ° to 10 °, the target value of the phase difference is set to 10 °, for example, and the current value flowing into the
なお、この誘導型超電導モータ1の場合は、すべりモードでの位相差が20°であり、同期モードでの最も効率の良い位相差も20°の場合の例である。従い、位相差の目標値を10°とする制御は、モータの最大効率よりも少し効率が低い点での制御であるが、すべりモードに入らない余裕を持たせた制御となる。
In the case of the
この制御によると、すべりモードの場合よりも位相差が所定角度(上記の実施形態では、20°−10°=10°)小さくなったら、誘導型超電導モータ1が同期モードにあると判定し、その後は、位相差がその目標値(上記の実施形態では10°)に近づくよう、電流指令形成部2からの電流値指令を変化させることで、負荷変動などで間違ってすべりモードに入ることを防止することができ、その結果、誘導型超電導モータ1の安定した同期モード運転を実現できる。
According to this control, when the phase difference is smaller than the sliding mode by a predetermined angle (20 ° −10 ° = 10 ° in the above embodiment), it is determined that the
(発明の作用・効果)
(1)本発明は、超電導線材によって構成された超電導かご形巻線を有する回転子を備えた誘導型超電導モータの制御回路である。この制御回路は、電流指令形成部と、周波数指令形成部と、前記電流指令形成部からの電流値指令および前記周波数指令形成部からの周波数値指令に基づいて、それぞれ120°の位相差でサインカーブを形成する3つのサインカーブ形成部と、固定子コイルのU相、V相、W相のそれぞれに流れる電流値を検出する少なくとも2つの電流センサと、前記3つのサインカーブ形成部の出力と、前記電流センサにより検出された対応する各相の電流値との差をとる3つの誤差アンプ部と、前記3つの誤差アンプ部の出力を増幅する3つのパワー部とを備える。前記固定子コイルの各相に流れる電流値を、検出された対応する各相の電流値に基づいてそれぞれフィードバック制御することを特徴とする。
(Operation and effect of the invention)
(1) The present invention is a control circuit for an induction type superconducting motor including a rotor having a superconducting lead-shaped winding formed of a superconducting wire. The control circuit has a phase difference of 120 ° based on a current command forming unit, a frequency command forming unit, a current value command from the current command forming unit, and a frequency value command from the frequency command forming unit. Three sine curve forming sections that form curves, at least two current sensors that detect current values flowing in the U phase, V phase, and W phase of the stator coil, and outputs of the three sine curve forming sections, And three error amplifier units that take a difference from the current value of each corresponding phase detected by the current sensor, and three power units that amplify the outputs of the three error amplifier units. The current value flowing in each phase of the stator coil is feedback-controlled based on the detected current value of each phase.
この構成によると、超電導線材の非線形特性からくる各相(U相、V相、W相)に流れる電流(サインカーブ波形)の歪を除去することができるので、換言すれば各相の不均衡電流を抑えることができるので、誘導型超電導モータを安定して回転させることができる。また、大きなリアクトル(図6参照)を用いることなく電流制御ができるので効率の良い回路構成となる。 According to this configuration, distortion of the current (sine curve waveform) flowing through each phase (U phase, V phase, W phase) due to the non-linear characteristics of the superconducting wire can be removed. Since the current can be suppressed, the induction superconducting motor can be stably rotated. In addition, since current control can be performed without using a large reactor (see FIG. 6), an efficient circuit configuration is obtained.
(2)本発明において、前記電流センサは2つであって、前記固定子コイルのU相、V相、W相のうちの2相に流れる電流値を、2つの前記電流センサでそれぞれ検出し、残りの1相の電流値を、2つの前記電流センサの検出値を加算反転して求めることが好ましい。この構成によると、制御回路を安価に製造することができる。 (2) In the present invention, there are two current sensors, and the current values flowing in two phases of the U phase, V phase, and W phase of the stator coil are detected by the two current sensors, respectively. The remaining one-phase current value is preferably obtained by adding and inverting the detection values of the two current sensors. According to this configuration, the control circuit can be manufactured at low cost.
(3)また本発明において、前記電流センサは3つであって、前記固定子コイルのU相、V相、W相のそれぞれに流れる電流値を、3つの前記電流センサでそれぞれ検出することが好ましい。この構成によると、電流値制御にロバスト性を持たせることができる。 (3) In the present invention, there are three current sensors, and the current values flowing in the U phase, V phase, and W phase of the stator coil can be detected by the three current sensors, respectively. preferable. According to this configuration, the current value control can be made robust.
(4)また本発明において、前記3つのパワー部がPWM制御とされていることが好ましい。 (4) Further, in the present invention, it is preferable that the three power units are PWM controlled.
(5)また本発明において、前記固定子コイルへの印加電圧または前記誘導型超電導モータの誘起電圧と、前記電流センサにより検出された電流との位相差を求める位相差検出部をさらに備え、すべりモードの場合よりも前記位相差が所定角度小さくなったら同期モードと判定し、この判定後に、前記位相差の目標値よりも前記位相差が大きい場合は、前記電流指令形成部からの電流値指令を大きくし、小さい場合は、前記電流指令形成部からの電流値指令を小さくするように構成されていることが好ましい。 (5) The present invention further includes a phase difference detection unit that obtains a phase difference between the voltage applied to the stator coil or the induced voltage of the induction superconducting motor and the current detected by the current sensor. When the phase difference becomes smaller by a predetermined angle than in the case of the mode, it is determined as the synchronous mode. After the determination, when the phase difference is larger than the target value of the phase difference, In the case of increasing and decreasing, it is preferable that the current value command from the current command forming unit is decreased.
この構成によると、誘導型超電導モータに作用する負荷の変動などで間違ってすべりモードに入ることを防止することができ、その結果、誘導型超電導モータの安定した同期モード運転を実現できる。また、コイルに大きな電流を流して回転子が必要以上に回転磁界に追いついてモータ効率を低下させることがない。即ち、必要最低限度の電流で誘導型超電導モータを駆動できる。 According to this configuration, it is possible to prevent the slip mode from being erroneously entered due to a change in the load acting on the induction type superconducting motor, and as a result, a stable synchronous mode operation of the induction type superconducting motor can be realized. In addition, a large current does not flow through the coil, and the rotor does not catch up with the rotating magnetic field more than necessary, thereby reducing the motor efficiency. That is, the induction type superconducting motor can be driven with the minimum necessary current.
なお、前記位相差とは、固定子コイルへの印加電圧を適用する場合は、固定子コイルへの印加電圧波形に対して電流センサにより検出された電流波形がいくら進んでいるか遅れているかの値のことである。また、誘導型超電導モータの誘起電圧を適用する場合は、誘導型超電導モータの誘起電圧波形に対して電流センサにより検出された電流波形がいくら進んでいるか遅れているかの値のことである。これらの値(位相差)は、電流波形が遅れている場合はプラスの値となり、進んでいる場合はマイナスの値となる。 The phase difference is a value indicating how much the current waveform detected by the current sensor is advanced or delayed with respect to the applied voltage waveform to the stator coil when the applied voltage to the stator coil is applied. That is. When the induced voltage of the induction superconducting motor is applied, it is a value indicating how much the current waveform detected by the current sensor is advanced or delayed with respect to the induced voltage waveform of the induction superconducting motor. These values (phase differences) are positive values when the current waveform is delayed, and negative values when the current waveform is advanced.
(6)また本発明において、前記誘導型超電導モータの始動時から、すべりモードの場合よりも前記位相差が所定角度小さくなるまでは、前記電流指令形成部からの電流値指令を最大電流値指令とし、前記判定後は、前記最大電流値指令よりも小さい電流値指令とするように前記電流指令形成部が構成されていることが好ましい。 (6) Further, in the present invention, the current value command from the current command forming unit is set to the maximum current value command until the phase difference becomes a predetermined angle smaller than that in the slip mode from the start of the induction type superconducting motor. And after the said determination, it is preferable that the said current command formation part is comprised so that it may become a current value command smaller than the said maximum current value command.
この構成によると、同期モードに入ってからの無駄な電流消費を抑制することができる。 According to this configuration, wasteful current consumption after entering the synchronous mode can be suppressed.
1:誘導型超電導モータ
2:電流指令形成部
3:周波数指令形成部
4:サインカーブ形成部
5:誤差アンプ部
6:パワー部
7:電流センサ
51:固定子
55:固定子コイル
56:回転子
58:超電導かご形巻線
101:制御回路(誘導型超電導モータの制御回路)
1: Inductive superconducting motor 2: Current command forming unit 3: Frequency command forming unit 4: Sine curve forming unit 5: Error amplifier unit 6: Power unit 7: Current sensor 51: Stator 55: Stator coil 56: Rotor 58: Superconducting lead-shaped winding 101: Control circuit (control circuit for induction superconducting motor)
Claims (4)
電流指令形成部と、
周波数指令形成部と、
前記電流指令形成部からの電流値指令および前記周波数指令形成部からの周波数値指令に基づいて、それぞれ120°の位相差でサインカーブを形成する3つのサインカーブ形成部と、
固定子コイルのU相、V相、W相のそれぞれに流れる電流値を検出する少なくとも2つの電流センサと、
前記3つのサインカーブ形成部の出力と、前記電流センサにより検出された対応する各相の電流値との差をとる3つの誤差アンプ部と、
前記3つの誤差アンプ部の出力を増幅する3つのパワー部と、
を備え、
前記固定子コイルの各相に流れる電流値を、検出された対応する各相の電流値に基づいてそれぞれフィードバック制御し、
前記固定子コイルへの印加電圧または前記誘導型超電導モータの誘起電圧と、前記電流センサにより検出された電流との位相差を求める位相差検出部をさらに備え、
すべりモードの場合よりも前記位相差が所定角度小さくなったら同期モードと判定し、この判定後に、前記位相差の目標値よりも前記位相差が大きい場合は、前記電流指令形成部からの電流値指令を大きくし、小さい場合は、前記電流指令形成部からの電流値指令を小さくするように構成されており、
前記誘導型超電導モータの始動時から、すべりモードの場合よりも前記位相差が所定角度小さくなるまでは、前記電流指令形成部からの電流値指令を最大電流値指令とし、前記判定後は、前記最大電流値指令よりも小さい電流値指令とするように前記電流指令形成部が構成されていることを特徴とする、誘導型超電導モータの制御回路。 A control circuit for an induction-type superconducting motor having a rotor having a superconducting lead-shaped winding formed of a superconducting wire,
A current command forming unit;
A frequency command forming unit;
Based on the current value command from the current command forming unit and the frequency value command from the frequency command forming unit, three sine curve forming units each forming a sine curve with a phase difference of 120 °,
At least two current sensors for detecting a current value flowing in each of the U phase, V phase, and W phase of the stator coil;
Three error amplifier units that take the difference between the outputs of the three sine curve forming units and the current values of the corresponding phases detected by the current sensor;
Three power units for amplifying the outputs of the three error amplifier units;
With
Feedback control of the current value flowing in each phase of the stator coil based on the detected current value of each phase ,
A phase difference detection unit for obtaining a phase difference between the voltage applied to the stator coil or the induced voltage of the induction superconducting motor and the current detected by the current sensor;
When the phase difference is smaller than the slip mode by a predetermined angle, it is determined as the synchronous mode. After the determination, when the phase difference is larger than the target value of the phase difference, the current value from the current command forming unit When the command is increased and the command is small, the current value command from the current command forming unit is configured to be small.
From the start of the induction type superconducting motor until the phase difference is smaller than the sliding mode by a predetermined angle, the current value command from the current command forming unit is set as the maximum current value command, and after the determination, A control circuit for an induction type superconducting motor , wherein the current command forming unit is configured to have a current value command smaller than a maximum current value command .
前記電流センサは2つであって、
前記固定子コイルのU相、V相、W相のうちの2相に流れる電流値を、2つの前記電流センサでそれぞれ検出し、残りの1相の電流値を、2つの前記電流センサの検出値を加算反転して求めることを特徴とする、誘導型超電導モータの制御回路。 In the control circuit of the induction type superconducting motor according to claim 1,
There are two current sensors,
The current values flowing in two of the U phase, V phase, and W phase of the stator coil are detected by the two current sensors, and the remaining one phase current values are detected by the two current sensors. A control circuit for an induction superconducting motor, characterized in that the value is obtained by adding and inverting the value.
前記電流センサは3つであって、
前記固定子コイルのU相、V相、W相のそれぞれに流れる電流値を、3つの前記電流センサでそれぞれ検出することを特徴とする、誘導型超電導モータの制御回路。 In the control circuit of the induction type superconducting motor according to claim 1 ,
There are three current sensors,
A control circuit for an induction type superconducting motor, wherein the current values flowing in the U phase, V phase, and W phase of the stator coil are respectively detected by the three current sensors.
前記3つのパワー部がPWM制御とされていることを特徴とする、誘導型超電導モータの制御回路。 In the control circuit of the induction type superconducting motor according to any one of claims 1 to 3,
A control circuit for an induction type superconducting motor, wherein the three power units are PWM controlled.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015008348A JP6391069B2 (en) | 2015-01-20 | 2015-01-20 | Induction superconducting motor control circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015008348A JP6391069B2 (en) | 2015-01-20 | 2015-01-20 | Induction superconducting motor control circuit |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2016135000A JP2016135000A (en) | 2016-07-25 |
| JP6391069B2 true JP6391069B2 (en) | 2018-09-19 |
Family
ID=56464638
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2015008348A Expired - Fee Related JP6391069B2 (en) | 2015-01-20 | 2015-01-20 | Induction superconducting motor control circuit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6391069B2 (en) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6867669B2 (en) * | 2016-07-26 | 2021-05-12 | 学校法人加計学園 | Superconducting motor |
| EP3855530B1 (en) | 2020-01-24 | 2025-04-16 | Epinovatech AB | Solid-state battery |
| EP3907877A1 (en) * | 2020-05-07 | 2021-11-10 | Epinovatech AB | Induction machine |
| EP3916804A1 (en) | 2020-05-29 | 2021-12-01 | Epinovatech AB | A vertical hemt and a method to produce a vertical hemt |
| EP4090139B1 (en) | 2021-05-10 | 2023-10-25 | Epinovatech AB | Power converter device |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2600234B2 (en) * | 1987-12-28 | 1997-04-16 | 株式会社明電舎 | Excitation method of superconducting winding |
| US6711422B2 (en) * | 2001-09-17 | 2004-03-23 | Osman K. Mawardi | Thin film superconducting synchronous motor |
| JP4882053B2 (en) * | 2006-11-08 | 2012-02-22 | 国立大学法人東京海洋大学 | Superconducting rotating electrical machine drive control system |
| CA2718559C (en) * | 2008-03-18 | 2015-11-24 | Kyoto University | Superconductive rotor, superconductive rotating machine and superconductive rotating-machine system |
| JP5278907B2 (en) * | 2009-05-25 | 2013-09-04 | 国立大学法人京都大学 | Superconducting rotating machine and superconducting rotating machine system |
| JP2011217480A (en) * | 2010-03-31 | 2011-10-27 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Control system of superconducting motor |
| JP5753462B2 (en) * | 2011-09-01 | 2015-07-22 | 国立大学法人京都大学 | Superconducting rotating machine operating method and superconducting rotating machine system |
-
2015
- 2015-01-20 JP JP2015008348A patent/JP6391069B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2016135000A (en) | 2016-07-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6391069B2 (en) | Induction superconducting motor control circuit | |
| US10469005B2 (en) | Magnetic sensor and an integrated circuit | |
| JPH0947075A (en) | Brushless motor | |
| US9696182B2 (en) | Magnetic sensor and an integrated circuit | |
| JP2017216676A (en) | Magnetic sensor integrated circuit, motor assembly and application device | |
| JP2016082735A (en) | Brushless DC motor | |
| US9692329B2 (en) | Magnetic sensor and an integrated circuit | |
| JPH04172986A (en) | High speed 3-phase dc motor | |
| JP6323220B2 (en) | Synchronous motor drive device | |
| JP2012078217A (en) | Current detection circuit and motor drive device | |
| CN107076577B (en) | Rotation angle detection device and rotation angle detection method | |
| JP3211136U (en) | Magnetic sensor integrated circuit and motor assembly | |
| Hamdy et al. | High-speed performance improvements of a two-phase switched reluctance machine utilizing rotor-conducting screens | |
| Lee et al. | Experimental study of torque and flux weakening performance of alternative switched flux PM machines | |
| JP3209222U (en) | Magnetic sensor, integrated circuit and motor assembly | |
| JP2004266904A (en) | Motor operation control device | |
| JP3211277U (en) | Magnetic sensor and control method of operation stage thereof | |
| JP2004254441A (en) | Motor control device | |
| JP4131510B2 (en) | Resistance value selection method for brushless motor device | |
| JP3209223U (en) | Magnetic sensor, motor assembly and integrated circuit | |
| JP3207073U (en) | Magnetic sensor integrated circuit and motor assembly | |
| JPS5915272Y2 (en) | Brushless motor drive circuit | |
| JP3209106U (en) | Magnetic sensor integrated circuit and motor assembly | |
| JP2007014115A (en) | Motor control device | |
| JP2019083622A (en) | Driving circuit |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170614 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180406 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180417 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180528 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20180807 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20180815 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6391069 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |