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設計技術シリーズ

省エネモータードライブシステムの基礎と設計法

著者: 森本 茂雄氏/井上 征則氏(大阪府立大学)
価格: 4,200円(本体)+税
判型: A5
ページ数: 312 ページ
ISBN: 978-4-904774-82-3
発売日: 2019/11/4

【著者紹介】

【目次】

1.モータードライブシステムの基本構成

  1. 1-1 はじめに
  2. 1-2 モータードライブシステムの全体構成
    1. 1-2-1 全体構成
    2. 1-2-2 モーターが駆動する負荷の特性
    3. 1-2-3 モーターと制御器
    4. 1-2-4 機械系の運動制御
  3. 1-3 ドライブシステムの構成要素と本書との対応
    1. (1) 同期モーター
    2. (2) 制御器
    3. (3) 電力変換器
    4. (4) センサー
    5. (5) モーター試験システム

2.PMSM・SynRMの基礎

  1. 2-1 はじめに
  2. 2-2 基本構造と特徴
    1. 2-2-1 モーターの分類と特徴
    2. 2-2-2 基本構造
      1. (1) 固定子構造と回転磁界
      2. (2) 回転子構造
  3. 2-3 トルク発生原理界

3.PMSM・SynRMの数学モデル

  1. 3-1 はじめに
  2. 3-2 座標変換
    1. 3-2-1 座標変換とは
    2. 3-2-2 座標変換行列
  3. 3-3 静止座標系のモデル
    1. 3-3-1 三相静止座標系のモデル
    2. 3-3-2 二相静止座標系 (α-β座標系) のモデル
  4. 3-4 回転座標系のモデル
    1. 3-4-1 d-q座標系のモデル
    2. 3-4-2 鉄損を考慮したd-q座標系のモデル
    3. 3-4-3 M-T座標系のモデル
    4. 3-4-4 任意直交座標系のモデル
  5. 3-5 制御対象としての基本モーターモデル
    1. 3-5-1 d-q座標系の基本モデル
      1. (1) 電気系モデル
      2. (2) 電気-機械エネルギー変換
      3. (3) 機械系モデル
    2. 3-5-2 本書で用いるモーターと機器定数
  6. 3-6 実際のモーターモデル
    1. 3-6-1 磁気飽和と空間高調波の影響
      1. (1) 磁気飽和の影響
      2. (2) 空間高調波の影響
    2. 3-6-2 実際のモーターパラメータの解析事例

4.電流ベクトル制御法

  1. 4-1 はじめに
  2. 4-2 電流ベクトル平面上の特性曲線
  3. 4-3 電流位相と諸特性
    1. 4-3-1 電流一定時の電流位相制御特性
    2. 4-3-2 トルク一定時の電流位相制御特性
    3. 4-3-3 電流位相制御特性のまとめ
  4. 4-4 各種電流ベクトル制御法
    1. 4-4-1 最大トルク/電流制御
    2. 4-4-2 最大トルク/磁束制御(最大トルク/誘起電圧制御)
    3. 4-4-3 弱め磁束制御
    4. 4-4-4 最大効率制御
    5. 4-4-5 力率1制御
  5. 4-5 電流・電圧の制限を考慮した制御法
    1. 4-5-1 電流ベクトルの制約
    2. 4-5-2 電流・電圧制限下での電流ベクトル制御
    3. 4-5-3 最大出力制御
      1. (1) 制御モード Ⅰ
      2. (2) 制御モード Ⅱ
      3. (3) 制御モード Ⅲ
      4. (4) 最大出力制御の電流ベクトルと特性例
  6. 4-6 電流ベクトル制御システム
    1. 4-6-1 電流指令値作成法
      1. (1) MTPA制御
      2. (2) 弱め磁束制御
    2. 4-6-2 非干渉電流制御
    3. 4-6-3 電流制御システム
      1. (1) 電流検出と座標変換
      2. (2) 電圧指令値の作成
      3. (3) 全体構成
    4. 4-6-4 電流ベクトル制御システムの特性例
  7. 4-7 モーターパラメータ変動の影響

5.センサーレス制御

  1. 5-1 はじめに
  2. 5-2 センサーレス制御の概要
    1. (1) V/f一定制御に基づく方法
    2. (2) 電機子鎖交磁束に基づく方法
    3. (3) 誘起電圧に基づく方法
    4. (4) 突極性に基づく方法
  3. 5-3 誘起電圧に基づくセンサーレス制御
    1. 5-3-1 誘起電圧に基づく位置推定の基本
      1. (1) α-β座標系 (静止座標系)
      2. (2) d-q座標系 (同期回転座標系)
      3. (3) γ-δ座標系 (任意の直交座標系)
    2. 5-3-2 推定d-q座標系の拡張誘起電圧モデルに基づく位置・速度推定
    3. 5-3-3 拡張誘起電圧モデルに基づく位置・速度推定部の構成例
    4. 5-3-4 拡張誘起電圧推定方式によるセンサーレス制御
    5. 5-3-5 拡張誘起電圧推定方式におけるパラメータ誤差の影響
  4. 5-4 突極性に基づくセンサーレス制御
    1. 5-4-1 突極性に基づく位置推定の基本
    2. 5-4-2 推定d-q座標系における高周波電圧印加方式
    3. 5-4-3 極性判別法
  5. 5-5 高周波印加方式と拡張誘起電圧推定方式による全速度域センサーレス制御

6.直接トルク制御

  1. 6-1 はじめに
  2. 6-2 トルクと磁束を制御する原理
    1. 6-2-1 トルク制御
    2. 6-2-2 磁束制御
    3. 6-2-3 制御できる条件
      1. (1) SPMSM
      2. (2) IPMSM
      3. (3) SynRM
  3. 6-3 基本特性曲線
  4. 6-4 トルクと磁束の指令値
    1. 6-4-1 最大トルク/電流制御
      1. (1) 参照テーブルを用いる方法
      2. (2) M-T座標上での数式モデルを用いる方法
      3. (3) SynRMでd-q座標系の関係式を用いる方法
    2. 6-4-2 弱め磁束制御
    3. 6-4-3 電流制限のためのトルク制限
    4. 6-4-4 最大トルク/磁束制御
      1. (1) IPMSMの場合
      2. (2) SynRMの場合
  5. 6-5 DTCの構成
    1. 6-5-1 電機子鎖交磁束の推定
    2. 6-5-2 スイッチングテーブル方式
    3. 6-5-3 指令磁束ベクトルを得る方式
    4. 6-5-4 DTCの制御特性を改善する方法
    5. 6-5-5 DTCによるモーター駆動システムの運転特性

7.インバーターとセンサー

  1. 7-1 はじめに
  2. 7-2 電圧形インバーターの基本構成と基本動作
    1. 7-2-1 三相電圧形インバーターのPWM制御
    2. 7-2-2 電圧利用率を向上する変調方式
      1. (1) 3次調波注入方式
      2. (2) 二相変調方式
  3. 7-3 デッドタイムの影響と補償
    1. 7-3-1 デッドタイムの影響
    2. 7-3-2 デッドタイムの補償法
  4. 7-4 モータードライブに用いるセンサー
    1. 7-4-1 機械量のセンサー
      1. (1) 位置センサー
      2. (2) 速度センサー
    2. 7-4-2 電気量のセンサー
      1. (1) 電流センサー
      2. (2) 電圧センサー

8.デジタル制御システムの設計法

  1. 8-1 はじめに
  2. 8-2 デジタル制御システムの基本構成
    1. 8-2-1 ハードウェア構成
      1. (1) PWMによるスイッチング信号生成
      2. (2) アナログ-デジタル変換
      3. (3) ABZカウンタ
      4. (4) タイマ
      5. (5) その他
    2. 8-2-2 ソフトウェア処理と割込処理
  3. 8-3 制御システムのデジタル化
  4. 8-4 デジタル化の注意点
    1. 8-4-1 サンプリング定理
    2. 8-4-2 量子化誤差
    3. 8-4-3 センサー誤差の補正
    4. 8-4-4 時間遅れの影響

9.モーター試験システムと特性測定方法

  1. 9-1 はじめに
  2. 9-2 実験システムの構成
    1. (1) 供試機 (PMSM)
    2. (2) 位置センサー (PS)
    3. (3) トルク検出器、速度・トルクメータ
    4. (4) 負荷
    5. (5) パワーメータ
    6. (6) インバーター
    7. (7) 直流電源
    8. (8) デジタル制御システム
  3. 9-3 初期設定(実験準備)
    1. 9-3-1 正転方向・相順決定、Z位置の確認
      1. (1) PMSMの場合
      2. (2) SynRMの場合
    2. 9-3-2 電気系定数の測定法
      1. (1) 電機子抵抗の測定
      2. (2) 永久磁石による電機子鎖交磁束の測定
      3. (3) d, q軸インダクタンスの測定
      4. (a) 停止状態での測定
      5. (b) 実運転状態での測定
    3. 9-3-3 機械系定数の測定法
    4. 9-3-4 センサーの零点補正
  4. 9-4 基本特性の測定
    1. 9-4-1 電流位相-トルク特性
    2. 9-4-2 速度-トルク特性、効率マップ
  5. 9-5 損失分離

【参考文献】

第1章

  • 森本茂雄、真田雅之:「省エネモーターの原理と設計法」、科学情報出版、2013年
  • 武田洋次、松井信行、森本茂雄、本田幸夫:「埋込磁石同期モーターの設計と制御」、オーム社、2001年
  • 松瀬貢規:「電動機制御工学」、電気学会、2007年
  • 百目鬼英雄:「電動モータードライブの基礎と応用」、技術評論社、2010年
  • 森本雅之 編著:「EE Textパワーエレクトロニクス」、オーム社、2010年
  • 堀洋一、大西公平:「制御工学の基礎」、丸善、1997年
  • 堀洋一、大西公平:「応用制御工学」、丸善、1998年
  • 山本重彦、加藤尚武:「PID制御の基礎と応用」、朝倉書店、1997年

第2章

  • 電気学会:「電気機器学」、電気学会、1985年
  • 森本茂雄、真田雅之:「省エネモーターの原理と設計法」、科学情報出版、2013年
  • リラクタンストルク応用電動機の技術に関する調査専門委員会:「リラクタンストルク応用モーター」、電気学会、2016年
  • 武田洋次、松井信行、森本茂雄、本田幸夫:「埋込磁石同期モーターの設計と制御」、オーム社、2001年
  • 松瀬貢規:「電動機制御工学」、電気学会、2007年
  • 松井信行:「省レアアース・脱レアアースモーター」、日刊工業新聞社、2013年
  • 日立製作所総合教育センタ技術研修所:「わかりやすい小形モーターの技術」、オーム社、2002年
  • 堀洋一、正木良三、寺谷達夫:「自動車用モーター技術」、日刊工業新聞社、2003年

第3章

  • 森本茂雄、真田雅之:「省エネモーターの原理と設計法」、科学情報出版、2013年
  • 電気学会:「基礎電気機器学」、電気学会、1984年
  • リラクタンストルク応用電動機の技術に関する調査専門委員会:「リラクタンストルク応用モーター」、電気学会、2016年
  • 武田洋次、松井信行、森本茂雄、本田幸夫:「埋込磁石同期モーターの設計と制御」、オーム社、2001年
  • 電気学会・センサーレスベクトル制御の整理に関する調査専門委員会:「ACドライブシステムのセンサーレスベクトル制御」、オーム社、2016年
  • 前川佐理、長谷川幸久:「家電用モーターのベクトル制御と高効率運転法」、科学情報出版、2014年
  • 松瀬貢規:「電動機制御工学」、電気学会、2007年

第4章

  • 森本茂雄、真田雅之:「省エネモーターの原理と設計法」、科学情報出版、2013年
  • 武田洋次、松井信行、森本茂雄、本田幸夫:「埋込磁石同期モーターの設計と制御」、オーム社、2001年
  • 松瀬貢規:「電動機制御工学」、電気学会、2007年
  • リラクタンストルク応用電動機の技術に関する調査専門委員会:「リラクタンストルク応用モーター」、電気学会、2016年
  • 電気学会・センサーレスベクトル制御の整理に関する調査専門委員会:「ACドライブシステムのセンサーレスベクトル制御」、オーム社、2016年
  • 前川佐理、長谷川幸久:「家電用モーターのベクトル制御と高効率運転法」、科学情報出版、2014年
  • 森本雅之:「入門インバーター工学」、森北出版、2011年
  • 森本雅之 編著:「EE Textパワーエレクトロニクス」、オーム社、2010年
  • 山本重彦、加藤尚武:「PID制御の基礎と応用」、朝倉書店、1997年
  • 杉本英彦、小山正人、玉井伸三:「ACサーボシステムの理論と設計の実際」、総合電子出版社、1990年

第5章

  • Seung-Ki Sul, Sungmin Kim: "Sensorless Control of IPMSM: Past, Present, and Future," IEEJ Journal of Industry Applications, Vol. 1, No. 1, pp. 15-23, 2012
  • 武田洋次、松井信行、森本茂雄、本田幸夫:「埋込磁石同期モーターの設計と制御」、オーム社、2001年
  • 松瀬貢規:「電動機制御工学」、電気学会、2007年
  • 電気学会・センサーレスベクトル制御の整理に関する調査専門委員会:「ACドライブシステムのセンサーレスベクトル制御」、オーム社、2016年
  • リラクタンストルク応用電動機の技術に関する調査専門委員会:「リラクタンストルク応用モーター」、電気学会、2016年
  • 新中新二:「永久磁石同期モーターの制御」、東京電機大学出版局、2013年
  • 前川佐理、長谷川幸久:「家電用モーターのベクトル制御と高効率運転法」、科学情報出版、2014年
  • 堀洋一、大西公平:「応用制御工学」、丸善、1998年
  • 森本茂雄、河本啓助、武田洋次:「推定位置誤差情報を利用したIPMSMの位置・速度センサーレス制御」、電気学会論文誌D、Vol. 122, No. 7, pp. 722-729、2002年
  • M.J. Corley, R.D. Lorenz:"Rotor position and velocity estimation for a salient-pole permanent magnet synchronous machine at standstill and high speeds," IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 34, No. 4, pp. 784-789, 1998
  • 森本茂雄、神名玲秀、真田雅之、武田洋次:「パラメータ同定機能を持つ永久磁石同期モーターの位置・速度センサーレス制御システム」、電気学会論文誌D、Vol. 126, No. 6, pp. 748-755, 2006

第6章

  • 松瀬貢規:「電動機制御工学」、電気学会、2007年
  • 中野孝良:「交流モーターのベクトル制御」、日刊工業新聞社、1996年
  • 井上征則:「回転子位置センサーレス駆動される永久磁石同期モーターの高性能制御」、大阪府立大学 博士論文、http://hdl.handle.net/10466/10411, 2010年
  • 高橋勲、野口敏彦:「瞬時すべり周波数制御に基づく誘導電動機の新高速トルク制御法」、電気学会論文誌論B、Vol. 106, No. 1, pp. 9-16, 1986
  • G. S. Buja, M. P. Kazmierkowski: "Direct Torque Control of PWM Inverter-Fed AC Motors - A Survey", IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 51, No. 4, pp. 744-757, 2004
  • M. F. Rahman, M. E. Haque, L. Tang, L. Zhong: "Problems Associated With the Direct Torque Control of an Interior Permanent-Magnet Synchronous Motor Drive and Their Remedies", IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 51, No. 4, pp. 799-809, 2004
  • L. Tang, L. Zhong, M. F. Rahman, Y. Hu: "A Novel Direct Torque Control for Interior Permanent-Magnet Synchronous Machine Drive With Low Ripple in Torque and Flux - A Speed-Sensorless Approach", IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 39, No. 6, pp. 1748-1756, 2003
  • 井上達貴、井上征則、森本茂雄、真田雅之:「電機子鎖交磁束に同期した座標系におけるPMSMの最大トルク/電流制御の数式モデルと制御手法」、電気学会論文誌D、Vol. 135, No. 6, pp. 689-696, 2015
  • Y. Inoue, S. Morimoto, and M. Sanada: "Control scheme for wide-speed-range operation of synchronous reluctance motor in M-T frame synchronized with stator flux linkage," IEEJ Journal of Industry Applications, Vol. 2, No. 2, pp. 98-105, 2013
  • 関友洋、井上征則、森本茂雄、真田雅之:「M-T座標上での直接トルク制御を用いたPMSMセンサーレス駆動システムの電圧飽和時における運転特性」、電気学会モータードライブ/家電民生合同研究会、MD-13-8/HCA-13-8, pp. 41-46, 2013

第7章

  • 森本茂雄、真田雅之:「省エネモーターの原理と設計法」、科学情報出版、2013年
  • 電気学会・センサーレスベクトル制御の整理に関する調査専門委員会:「ACドライブシステムのセンサーレスベクトル制御」、オーム社、2016年
  • 前川佐理、長谷川幸久:「家電用モーターのベクトル制御と高効率運転法」、科学情報出版、2014年
  • 森本雅之 編著:「EE Textパワーエレクトロニクス」、オーム社、2010年
  • 大野榮一、小山正人:「パワーエレクトロニクス入門(改訂5版)」、オーム社、2014年
  • 矢野昌雄、打田良平:「パワーエレクトロニクス」、丸善出版、2000年
  • 谷口勝則:「PWM電力変換システム―パワーエレクトロニクスの基礎」、共立出版、2007年
  • 百目鬼英雄:「電動モータードライブの基礎と応用」、技術評論社、2010年
  • 長竹和夫:「家電用モーター・インバーター技術」、日刊工業新聞社、2000年

第8章

  • 電気学会・センサーレスベクトル制御の整理に関する調査専門委員会:「ACドライブシステムのセンサーレスベクトル制御」、オーム社、2016年
  • イブ・トーマス、中村尚五:「プラクティス デジタル信号処理」、東京電機大学出版局、1995年
  • 谷萩隆嗣:「ディジタルフィルタと信号処理」、コロナ社、2001年
  • 電気学会技術報告(第761号):「パワーエレクトロニクスシステムのシミュレーション技術」、電気学会、2000年
  • デジタル制御システムの一例として、Mywayプラス(株)製 PE-Expert 4 (https://www.myway.co.jp/products/pe_expert4.html)

第9章

  • 森本茂雄、真田雅之:「省エネモーターの原理と設計法」、科学情報出版、2013年
  • 電気学会技術報告(第1145号):「電気学会PMモーターの最新技術と適用動向」、電気学会、2009年
  • 森本雅之 編著:「パワーエレクトロニクス」、オーム社、2010年
  • 森本茂雄、神前政幸、武田洋次:「PMモーターシステムの停止時におけるパラメータ同定」、電気学会論文誌D、Vol. 123, No. 9, pp. 1081-1082, 2003
  • 森本茂雄、神名玲秀、真田雅之、武田洋次:「パラメータ同定機能を持つ永久磁石同期モーターの位置・速度センサーレス制御システム」、電気学会論文誌D、Vol. 126, No. 6, pp. 748-755, 2006

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