ドライブの閉ループ制御

閉ループシステムでは、システムの出力が入力にフィードバックされ、電気駆動装置の制御と動作の自己調整が可能になります。電気駆動装置におけるフィードバックループは、以下の重要な要件を満たすために組み込まれています。

• トルクと速度の向上：システムのトルクと速度性能を高めるため。

• 定常状態精度の改善：定常状態でのシステムの精度を高めるため。

• 保護：電気駆動装置の部品を潜在的な損傷から守るため。

閉ループシステムの主要な構成要素には、コントローラー、コンバータ、電流リミッター、電流センサーなどがあります。コンバータは可変周波数の電力を固定周波数に変換する重要な役割を果たし、またその逆も行います。一方、電流リミッターは電流が事前に設定された最大値を超えないように機能します。以下では、異なるタイプの閉ループ構成について探求します。

電流制限制御

この制御方式は、過渡運転中にコンバータおよびモーターの電流を安全な範囲内に保つように設計されています。システムには電流フィードバックループと閾値論理回路が統合されています。

論理回路は保護装置として機能し、過大な電流からシステムを守ります。過渡運転により電流が事前に設定された最大値を超えた場合、フィードバック回路が活性化されます。これにより直ちに補正措置が取られ、電流が最大閾値以下に戻るように強制されます。電流が正常値に戻ると、フィードバックループは非活性化され待機状態に戻ります。

閉ループトルク制御

閉ループトルク制御システムは、バッテリー駆動車両、鉄道アプリケーション、電車などで広く使用されています。基準トルクT^*はアクセルペダルの位置によって決定されます。ループコントローラーはモーターと連携して実際のトルク出力を基準値T^*に近づけます。アクセルの圧力を調整することで、オペレーターは駆動システムの速度を効果的に制御できます。なぜならトルク出力は車両または電車の加速と速度に直接影響するからです。

閉ループ速度制御

閉ループ速度制御システムのブロック図は以下の図に示されています。このシステムは、外部の速度ループ内に内部制御ループが組み込まれたネストされた制御構造を特徴としています。内部制御ループの主な機能は、モーターの電流とトルクを安全な動作範囲内に保つことです。

閉ループ速度制御

基準速度ωm∗が生成され、正の速度誤差Δω*mが発生すると仮定します。この速度誤差は速度コントローラーで処理され、その後電流リミッターに供給されます。注目すべきは、小さな速度誤差でも電流リミッターが過負荷になる可能性があることです。電流リミッターは内部電流制御ループの電流を設定します。その後、駆動システムは加速を開始します。駆動速度が所望の速度に一致すると、モータートルクは負荷トルクに等しくなります。この平衡状態により基準速度が減少し、負の速度誤差が発生します。

電流リミッターが飽和すると、駆動はブレーキングモードに入り減速を始めます。逆に、電流リミッターが飽和しないと、駆動はブレーキング状態から平滑にモータリングモードへと移行します。

多モータードライブの閉ループ速度制御

多モータードライブシステムでは、全体の負荷が複数のモーター間に分散されます。各セクションにはそれぞれの負荷に対応するモーターが装備されており、これらのモーターはすべて同じ速度で動作します。各個々のモーターのトルク要件がそれぞれの駆動機構によって満たされると、駆動軸は比較的小さな同期トルクだけで済むため、多モーターシステムの協調動作が容易になります。

機関車では、摩耗度の違いにより車輪が均一な速度で回転しません。そのため、機関車の走行速度もそれに応じて変動します。一定の速度を維持することは重要ですが、同時に複数のモーター間でトルクを均等に分配することも同様に重要です。このバランスが達成されないと、一部のモーターが過負荷になり、他のモーターが未利用となる可能性があります。結果として、全機関車の定格トルクが個々のモーターの累積トルク定格よりも大幅に低くなる可能性があります。