平成 27 年度電気関係学会北陸支部連合大会 多段 DFT によるゼロ相分を含んだ 電流センサオフセット誤差補償法の実機検証 五十嵐 優貴・田村 浩志・伊東 淳一(長岡技術科学大学) 1. はじめに id* + 近年,ハイブリッド電気自動車の低コスト化のため, 安価で低精度な電流センサの適用が検討されている。し かし,オフセット誤差が検出電流に重畳するため,その 補償が必要である(1)。従来の補償方法では,ゼロ相分を 含まないオフセット誤差補償ができるが(1),電流センサ にゲインアンバランスが発生した場合ゼロ相の補償はで きない。これに対し,著者らはゼロ相分を含みゲインア ンバランスが発生しても補償できる方法を提案し (2),シ ミュレーションによりその有効性を確認している。 本論文では,定常状態でのモータ駆動時における提案 手法の有用性を実験的に明らかにする。 id * vd* i * ACR v * q + q iq* vu* vv* * v uvw w - MultistageDFT * v*uoff v*voff vwoff + ˆiuoffset ids dq iqs uvw 3 i0offset + + ˆivoffset + ˆiwoffset iucp- + ivcp - + iwcp ius=Guerroriuture+iuoffset ivs=Gverrorivtrue+ivoffset iws=Gwerroriwtrue+iwoffset + PS experiment condition iuerr : 0.8 A(0.04 p.u.) id : 0A iverr : 0.4 A (0.02 p.u.) iq : 2A(0.1 p.u.) iwerr : -0.4 A(0.02 p.u.) N : 750 rpm U-phase current sensor gain:1.01 V-phase current sensor gain:0.98 W-phase current sensor gain:1.02 PMSM motor parameters Pn = 5.5 kW Nn = 1500rpm Vn = 400 Vrms In = 20 Arms(1 p.u.) Pairs of poles = 3 Load Fig.1 Control block diagram of the proposed method ここで,ius,ivs,iws はそれぞれ U,V,W 相電流センサ 検出値である。次に離散フーリエ変換(DFT)を用いて, ゼロ相電流の直流成分 i0offset を(2)式より抽出する。 Compensation start Compensation start U-phase estimation value of sensor offset iuoffset [p.u.] U-phase estimation value of sensor offset iuoffset [p.u.] 0.02 [p.u./div] 0.02 [p.u./div] N 1 i0offset i0 (n) N ...................................................... (2) 0.04 [p.u.] Zero-phase component of detected current i0off [p.u.] 0.005 [p.u./div] 0 ここで,N は 1 周期あたりのサンプリング数である。(2) 式より,抽出した i0offset を従来手法のオフセット誤差推定 値に加算することで,ゼロ相分を含んだオフセット誤差 の補償を可能にする。 Zero-phase component of detected current i0off [p.u.] 0 0.01 [p.u./div] 0.01 [p.u./div] 3. 実験結果 図 2 に提案法適用前後の U 相オフセット誤差推定値, 検出電流のゼロ相分および電流センサのオフセット誤差 のゼロ相分の波形を示す。図 1 中に示した各相のオフセ ット誤差(iuoffset,ivoffset,iwoffset)より(1)式にてゼロ相分を求 めると 0.013 p.u.である。一方,電流センサのオフセット 誤差のゼロ相分として約 0.014 p.u が出力されており,誤 差 8%で推定できることを確認した。また,実験結果よ り,各相のオフセットは,U 相 1%,V 相 10%,W 相 20% の誤差で推定できることを確認した。 図.3 にトルク計算値を示す。トルクリプルのピークが 0.9Nm 低減しており,トルクリプルが 60%低減したこと を確認した。以上の結果より,提案補償法によってゼロ 相分を含んだ電流センサのオフセット誤差を推定し,ト ルクリプルを低減できることを実験によって確認した。 今後は,速度指令およびトルク指令が過渡的に変化し ている状況での誤差補償について特性を検証する予定で ある。 ivs iws MultistageDFT + + θe 図 1 に提案手法の制御ブロック図を示す。ゼロ相分に は直流成分と交流成分が含まれている。交流成分はゲイ ンアンバランスに起因するものなので直流成分を抽出す る必要がある。初めに三相の電流センサの検出値からゼ ロ相電流 i0 を(1)式より算出する。 i0 ius ivs i ws 3 .................................................... (1) i us Detected Current Offset Error Estimation 2. 制御方法 n 0 Voltage Source Inverter dq 0.014 [p.u.] 0 ① ② 0.005 [p.u./div] Zero-phase component of current sensor’s offset error i0offset [p.u.] 2 [s/div] Zero-phase component of current sensor’s offset error i0offset [p.u.] 0 ① ② (a) U-phase estimation value, Zero-phase component of detected current and Zero-phase component of current sensor’s offset error 100 [ms/div] (b) Expanded waveforms of (a) Fig.2 Operation waveforms of proposed method Calculated torque[Nm] 4 Compensation start 3 2 0.6[Nmp-p] 1.5[Nmp-p] 1 0 4 8 12 Time[s] 16 20 Fig.3 Calculation result of torque 文 献 (1) (2) 西澤,長野,伊東 : 北陸支部連合大会,Vol. , No.A3-A54,pp. (2014) H.Tamura et al.: EPE’13 ECCE Europe, pp.1-10, (2013)(仮) 24
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