[論文レビュー] An Improved Fixed Switching Frequency Direct Torque Control of Induction Motor Drives Fed by Direct Matrix Converter

Nabil Taib, Toufik Rekioua+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 10, 2010

Multilevel Inverters and Converters参考文献 12被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、直接マトリックスコンバータ（DMC）を用いた誘導モーター駆動における、固定スイッチング周波数直接力矩制御（DTC）の改善手法を提案する。DTCの簡便さとDMCのユニティ・パワー・ファクターおよび低高調波歪みの利点を統合することで、入力電流空間ベクトルに基づくスイッチングテーブル生成により、最小限のトルクリプルと向上した動的・定常特性を達成する。シミュレーション結果により有効性が検証された。

ABSTRACT

A few papers have been interested by the fixed switching frequency direct torque control fed by direct matrix converters, where we can find just the use of direct torque controlled space vector modulated method. In this present paper, we present an improved method used for a fixed switching frequency direct torque control (DTC) using a direct matrix converter (DMC). This method is characterized by a simple structure, a fixed switching frequency which causes minimal torque ripple and a unity input power factor. Using this strategy, we combine the direct matrix converters advantages with those of direct torque control (DTC) schemes. The used technique for constant frequency is combined with the input current space vector to create the switching table of direct matrix converter (DMC). Simulation results clearly demonstrate a better dynamic and steady state performances of the proposed method.

研究の動機と目的

• 従来のDTCにおける可変スイッチング周波数の限界、特にトルクリプルと高調波歪みを解消すること。
• 直接マトリックスコンバータ（DMC）の利点であるユニティ・パワー・ファクターと低高調波成分を、固定スイッチング周波数DTC方式に統合すること。
• 入力電流空間ベクトルに基づくシンプルで効果的なスイッチングテーブル生成手法を開発し、制御特性を向上させること。
• 固定スイッチング周波数動作下での最小トルクリプルと向上した動的応答を達成すること。

提案手法

• 予測可能なスイッチング動作と低高調波歪みを確保するため、直接マトリックスコンバータ（DMC）を用いて固定スイッチング周波数DTC戦略を実装する。
• スイッチングテーブルは、同期子磁束リンクの空間ベクトルと入力電流空間ベクトルの組み合わせに基づいて生成され、正確な電圧ベクトル選択が可能になる。
• 入力電流空間ベクトルを基準として直接電圧ベクトルをマッピングすることで、複雑な空間ベクトル変調（SVM）アルゴリズムを回避する。
• 制御構造は従来のDTCの簡便さを維持しつつ、一定スイッチング周波数を確保し、トルクリプルを低減する。
• DMCはユニティ入力パワー・ファクターで動作し、無効電力の低減と全体的なシステム効率の向上を実現する。
• さまざまな動的および定常状態条件下での提案手法の妥当性を検証するために、シミュレーション環境を用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 直接マトリックスコンバータを用いたDTC方式で、トルク性能を損なわずに固定スイッチング周波数を実現する方法は何か？
• RQ2 スイッチングテーブル設計に入力電流空間ベクトルを用いることで、トルクリプルと動的応答にどのような影響を与えるか？
• RQ3 DMCとDTCの組み合わせにより、ユニティ・パワー・ファクターを達成しながらも、簡便さとロバストネスを維持できるか？
• RQ4 提案手法は、固定スイッチング周波数を用いた従来のDTCと比較して、トルクリプルと過渡応答においてどのように異なるか？
• RQ5 本手法の主な利点としてのシステム安定性と高調波成分の低減は何か？

主な発見

• 固定スイッチング周波数と最適化されたスイッチングテーブル設計のおかげで、提案手法は著しく低減されたトルクリプルを達成した。
• システムはユニティ入力パワー・ファクターを維持し、無効電力の低減と電力品質の向上を実現した。
• シミュレーション結果から、負荷変更への迅速な応答と過渡応答の低下といった、改善された動的性能が確認された。
• 定常状態性能も向上し、従来の固定周波数DTCと比較して、トルクと磁束応答が滑らかになった。
• 複雑な空間ベクトル変調を必要とせず、構造がシンプルで、計算負荷の低減が実現された。
• スイッチングテーブル生成に入力電流空間ベクトルを統合することで、より良い電圧ベクトル選択と全体的な制御精度が向上した。