第 4 章 励磁区間可変シングルパルス制御によるスイッチトリラクタンスモータの効率
4.14 スイッチング角の過渡応答
図4.42は，負荷トルクを0.1Nmで固定し，基準通電角 を36°から94.5°にステップ上に 変化させた時のターンオン角θ0，転流角θc，そして消磁角θqの過渡応答である。このとき 回転速度は2130min-1から7542min-1に上昇する。消磁角θqは，基準通電角を変化させた直 後から対向位置 θaと一致し，最適転流角ルックアップテーブルにより，精度良く最適転流 角 を予測できている。これより，基準通電角θcon*が急に変化した場合においても，逆トル ク領域に電流が流れ，逆トルク発生によるモータ効率低下を防ぐことができる。
図4.42 スイッチング角の過渡応答
Fig. 4.42. Transient response of switching angles.
VDC
iuiv iw
M
Load 3～
BLM Gear6 : 1
R.E.
sA, sB, sZ
Torque transducer
M
3～
SRM
ADC FPGA Asymmetrical half bridge inverter
6 200V
Rectifier Transformer
0 60 120 θcon [º(elec.)]
0 35 70 θ0 [º(elec.)]
0 90 180 θc [º(elec.)]
0 120 240
Time 0.5 [s/div]
θq [º(elec.)] θa
0 60 120 θcon [º(elec.)]
Mode 2 N= 7542 min-1 Mode 1
N= 2130 min-1
*
TL = 0.1 N·m
付録
負荷トルク，回転速度に対するターンオン角の変化。電圧PWMは0 °(elec.)一定。
(a) 負荷トルクに対するターンオン角の変化
(b) 回転速度に対するターンオン角の変化
付図1 提案法のターンオン角の変化
App. Fig. 1. Variation of the turn-on angle of the proposed method.
0 10 20 30 40 50 60
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Turn on angle [º(elec.)]
Load torque [N·m]
120, 130, 140% (Mode 3) 70% (Mode 2)
80% (Mode 2)
90% (Mode 2) Conduction ratio 20, 30,
40, 50, 60% (Mode 1)
100% (1.0Nm 以外Mode 3)
0 10 20 30 40 50 60
0 4000 8000 12000 16000 20000
Turn on angle [º(elec.)]
Speed [min-1]
Conduction ratio 110, 120, 130, 140%
70% (Mode 2)
80% (Mode 2) 90% (Mode 2)
Conduction ratio 20, 30, 40, 50, 60% (Mode 1)
100% (1.0Nm 以外Mode 2)
負荷トルク，回転速度に対する転流角の変化。電圧PWMは120°(elec.)一定。
(a) 負荷トルクに対する転流角の変化
(b) 回転速度に対する転流角の変化
付図2 提案法の転流角の変化
App. Fig. 2. Variation of the commutation angle of the proposed method.
60 80 100 120 140 160 180
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Turn off angle [º(elec.)]
Load torque [N·m]
80%
60%
Conduction ratio 20%
30%
40% 50% 100%110%
90%
70%
120%
140% 130%
Mode1 : 20 -60%
Mode 2 : 70 -90%
Mode 3 : 100 -140 % (100%は1NmのみMode 2)
60 80 100 120 140 160 180
0 4000 8000 12000 16000 20000
Turn off angle [º(elec.)]
Speed [min-1] 80%
Conduction ratio 20%
30%
40%
50%
100%
110%
90%
70%
120%
130%
140%
60%
Mode1 : 20 -60%
Mode 2 : 70 -90%
Mode 3 : 100 -140 % (100%は1NmのみMode 2)
負荷トルク，回転速度に対する消磁角の変化。
(a) 負荷トルクに対する消磁角の変化
(b) 回転速度に対する消磁角の変化
付図3 電圧PWM制御の消磁角の変化
App. Fig. 3. Variation of the demagnetisation angle of the voltage-PWM control.
120 140 160 180 200 220 240
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Demagnetization angle [º(elec.)]
Load torque [N·m]
20% 30% 40% 50%
60% 70% 80% 90%
Duty ratio 100%
120 140 160 180 200 220 240
0 4000 8000 12000 16000 20000
Demagnetization angle [º(elec.)]
Speed [min-1] 20%
30% 40% 50%
60%
70%
80%
90%
Duty ratio 100%
(a) 負荷トルクに対する消磁角の変化
(b) 回転速度に対する消磁角の変化
付図4 提案法の消磁角の変化
App. Fig. 4. Variation of the demagnetisation angle of the proposed method.
50 100 150 200 250 300 350
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Demagnetization angle [º(elec.)]
Load torque [N·m]
140%
70, 80%
90%
Conduction ratio 20%
130%
30% 40% 50% 60%
120%
100% 110%
Mode1 : 20 -60%
Mode 2 : 70 -90%
Mode 3 : 100 -140 % (100%は1NmのみMode 2)
50 100 150 200 250 300 350
0 4000 8000 12000 16000 20000
Demagnetization angle [º(elec.)]
Speed [min-1]
140%
70% 90%
Conduction ratio 20%
130%
30%40%
50%60%
120%
110%
100%
80%
Mode1 : 20 -60%
Mode 2 : 70 -90%
Mode 3 : 100 -140 % (100%は1NmのみMode 2)
通電角の比較。電圧PWMは120°(elec.)一定。
(a) 負荷トルクに対する通電角の変化
(b) 回転速度に対する通電角変化
付図5 提案法の通電角の変化
App. Fig. 5. Variation of the conduction angle of the proposed method.
20 40 60 80 100 120 140 160 180
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Conduction angle [º(elec.)]
Load torque [N·m]
Conduction ratio 20%
100%
90%
30% 40% 50%
60% 70%
80%
110%120%
140% 130%
Mode1 : 20 -60%
Mode 2 : 70 -90%
Mode 3 : 100 -140 % (100%は1NmのみMode 2)
20 40 60 80 100 120 140 160 180
0 4000 8000 12000 16000 20000
Conduction angle [º(elec.)]
Speed [min-1] Conduction ratio 20%
100%
90%
30%40%
50%60% 70%
80%
110%
120%
130%
140%
Mode1 : 20 -60%
Mode 2 : 70 -90%
Mode 3 : 100 -140 % (100%は1NmのみMode 2)
トルク角の変化。
(a) 負荷トルクに対するトルク角の変化
(b) 回転速度に対するトルク角の変化
付図6 電圧PWM制御のトルク角の比較
App. Fig. 6. Comparison of the torque angle of voltage-PWM control.
0 20 40 60 80 100 120
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Torque angle [º(elec.)]
Load torque [N·m]
20% 30% 40% 50%
60% 70% 80% 90%
Duty ratio 100%
0 20 40 60 80 100 120
0 4000 8000 12000 16000 20000
Torque angle [º(elec.)]
Speed [min-1]
20% 30% 40% 50%
60%
70%
80%
90%
Duty ratio 100%
(a) 負荷トルクに対するトルク角の変化
(b) 回転速度に対するトルク角の変化
付図7 提案法のトルク角の変化
App. Fig. 7. Variation of the torque angle of proposed method.
0 20 40 60 80 100 120 140 160
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Torque angle [º(elec.)]
Load torque [N·m]
Conduction ratio 20%30% 40%
80%
100%
50% 60% 70%
90%
110%
120%
130%
140%
Mode1 : 20 -60%
Mode 2 : 70 -90%
Mode 3 : 100 -140 % (100%は1NmのみMode 2)
0 20 40 60 80 100 120 140 160
0 4000 8000 12000 16000 20000
Torque angle [º(elec.)]
Speed [min-1] Conduction ratio 20%30%40%
80%
100%
50%60% 70%
90%
110%
130% 120%
140%
Mode1 : 20 -60%
Mode 2 : 70 -90%
Mode 3 : 100 -140 % (100%は1NmのみMode 2)