高速モーターに弱磁気制御が必要な理由

01. MTPAとMTPV
永久磁石同期モータは、中国の新エネルギー自動車の動力源の中核となる駆動装置です。低速域では、永久磁石同期モータは最大トルク電流比制御を採用しており、与えられたトルクを達成するために最小の合成電流を使用することで銅損を最小限に抑えることが知られています。

そのため、高速回転時にはMTPA曲線を制御に使用できず、最大トルク電圧比であるMTPVを用いて制御する必要があります。つまり、ある速度において、モーターの出力トルクを最大にする必要があります。実際の制御の考え方では、トルクが与えられれば、iqとidを調整することで最大速度を達成できます。では、電圧はどこに反映されるのでしょうか？これは最大速度であるため、電圧制限円は固定されています。この制限円上で最大電力点を見つけることによってのみ、最大トルク点を見つけることができます。これはMTPAとは異なります。

02. 運転条件

通常、転換点速度（ベース速度とも呼ばれます）で磁場が弱まり始めます。これは次の図の点A1に相当します。したがって、この時点では逆起電力が比較的大きくなります。この時点で磁場が弱くない場合、手押し車が強制的に速度を上げようとすると、iqが負になり、順方向トルクを出力できなくなり、強制的に発電状態になります。もちろん、この点はこのグラフ上では見つかりません。楕円が縮小し、点A1に留まることができないためです。楕円に沿ってiqを減らし、idを増やして点A2に近づくしかありません。

03.発電条件

なぜ発電にも弱磁化が必要なのでしょうか？高速発電時に比較的大きなIQを発生させるためには、強磁化を使うべきではないでしょうか？高速発電時に弱磁化がなければ、逆起電力、変圧器起電力、インピーダンス起電力が非常に大きくなり、電源電圧をはるかに超えて恐ろしい結果を招く可能性があるため、これは不可能です。このような状況はSPO制御不能整流発電です！したがって、高速発電時には弱磁化も行い、発生するインバータ電圧を制御可能にする必要があります。

解析してみましょう。高速動作点B2（フィードバックブレーキ）からブレーキングが開始され、速度が低下すると、弱磁力は不要になります。最終的にB1点では、iqとidは一定に保たれます。しかし、速度が低下するにつれて、逆起電力によって発生する負のiqがますます不足していきます。この時点で、エネルギー消費ブレーキに入るには電力補償が必要です。

04. 結論

電動モーターの学習を始めたばかりの頃は、駆動と発電という二つの状況に囚われがちです。実際には、まずMTPAとMTPVの円を脳に刻み込み、この時のIQとIDは逆起電力を考慮することで得られる絶対的なものであることを認識する必要があります。

したがって、iqとidが主に電源によって生成されるか、それとも逆起電力によって生成されるかは、インバータの制御によって決まります。iqとidにも制限があり、制御範囲は2つの円を超えることはできません。電流制限円を超えるとIGBTが損傷し、電圧制限円を超えると電源が損傷します。

調整プロセスにおいては、目標とするIQとID、そして実際のIQとIDが非常に重要です。そのため、エンジニアリングにおいては、様々な速度と目標トルクにおけるIQとIDの適切な配分比を校正するキャリブレーション手法が用いられ、最高の効率を実現します。このように様々な検討を経ても、最終的な決定は依然としてエンジニアリングキャリブレーションにかかっていることがわかります。