JP2004180459A - Controller for synchronous motor - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a controller for a synchronous motor wherein a slip is detected reliably regardless of the operating speed and further detection errors are prevented during the normal operation. <P>SOLUTION: The controller drives a synchronous motor 200 by a power converter 70. The controller comprises a torque computing unit 80 and a step out detector 60A. The torque computing unit 80 computes the torque of the motor 200 from motor current, motor terminal voltage, the output frequency of the power converter, and armature resistance. The step out detector 60A detects step out when the magnitude of motor current computed by a current vectorial sum computing unit 50 is greater than a current threshold value. At the same time, the ratio of the absolute value of the computed torque value to the magnitude of the motor current is smaller than a torque/current threshold value. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力変換器により永久磁石形同期電動機をはじめとする同期電動機を駆動する制御装置に関し、詳しくは、同期電動機の負荷急変等によって電力変換器の出力周波数と回転子の回転周波数とが一致しなくなって運転不能に陥る、いわゆる脱調状態を検出する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、永久磁石形同期電動機の脱調検出手段を備えた従来の制御装置のブロック図である。このブロック図は、後述する特許文献１に記載されている技術をＶ／ｆ制御に適用したものである。
【０００３】
最初に、図６における電動機制御の概要を説明する。
まず、ｆ／Ｖ変換器１０は、角周波数指令ω^＊からω^＊にほぼ比例するδ軸電圧指令ｖ_δ ^＊を演算する。一方、γ軸電圧指令ｖ_δ ^＊は零とする。ここで、γ−δ軸は角周波数ω^＊で回転する任意の回転座標であり、δ軸はγ軸に対して９０°進みと定義する。
【０００４】
電気角演算器２０は、ω^＊を積分して電気角指令θ^＊を演算する。座標変換器３１により各電圧指令ｖ_γ ^＊，ｖ_δ ^＊を電気角指令θ^＊の値に基づき座標変換して三相電圧指令ｖ_ｕ ^＊，ｖ_ｖ ^＊，ｖ_ｗ ^＊を求める。この三相電圧指令ｖ_ｕ ^＊，ｖ_ｖ ^＊，ｖ_ｗ ^＊を電力変換器７０に与えて永久磁石形同期電動機２００の端子電圧をｖ_ｕ ^＊，ｖ_ｖ ^＊，ｖ_ｗ ^＊に一致させることにより、同期電動機２００の回転周波数を指令値に制御することができる。
【０００５】
次に、図６における脱調検出方法について説明する。
同期電動機が負荷の急変等によって脱調した場合、電動機に大きな電流が流れ、電動機の力率は正常運転しているときに比べて低くなる。そこで、電動機の電流の大きさと力率の情報を使って脱調を検出する。
座標変換器３２は、相電流検出値ｉ_ｕ，ｉ_ｗ及び電気角指令θ^＊からγ，δ軸電流ｉ_γ，ｉ_δを演算する。電流ベクトル和演算器５０は、相電流検出値ｉ_γ，ｉ_δのベクトル和から、数式１により電流の大きさｉ_ａを演算する。
【０００６】
【数１】

【０００７】
力率演算器４０は、γ，δ軸電圧指令ｖ_γ ^＊，ｖ_δ ^＊及びγ，δ軸電流ｉ_γ，ｉ_δから、力率ＰＦ_ｅｓｔを数式２により演算する。
【０００８】
【数２】

【０００９】
脱調検出器６０は、電流の大きさｉ_ａと力率演算値ＰＦ_ｅｓｔとを用いて下記の数式３の条件が成立したら脱調と判断し、フラグ＜脱調検出＞をセットする。
【００１０】
【数３】

【００１１】
フラグ＜脱調検出＞がセットされた場合は、電力変換器７０の運転を停止し、同期電動機２００への電力供給を停止する。このような処理を行うことで、脱調状態が継続するのを防ぐことができ、脱調に伴う異常なトルク脈動から同期電動機２００に結合された機械を保護することができる。
【００１２】
【特許文献１】
特開平９−２９４３９０号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
脱調時の電動機モデルは、電動機インダクタンスと電機子抵抗との直列回路であるため、電動機周波数が低い低速運転時に脱調したときの力率は必ずしも低くない。また、低速で制動負荷時の力率は、正常運転していても場合によってはほとんど零になることがある。
このことから、図６に示した従来の脱調検出方法では、低速運転時に、脱調を検出できなかったり、正常運転されていても脱調を誤検出する恐れがあった。
【００１４】
そこで本発明は、運転速度に関わらず脱調を確実に検出し、しかも正常運転時の誤検出を防止することができる同期電動機の制御装置を提供しようとするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
図６に示した従来の脱調検出方法の問題点は、電機子抵抗による電圧降下を考慮していない点である。すなわち、低速運転時のように電機子抵抗による電圧降下が電動機端子電圧と比べて無視できない場合には、力率がしきい値以下に低下せずに脱調を検出できないことがある。
そこで本発明では、電機子抵抗による電圧降下や、電動機電流の各成分を情報として用いることにより脱調検出を行うこととした。
【００１６】
すなわち、請求項１記載の発明は、電力変換器により同期電動機を駆動する制御装置において、電動機電流、電動機端子電圧、電力変換器の出力周波数及び電機子抵抗から電動機のトルクを演算するトルク演算器と、電動機電流の大きさが電流しきい値より大きく、かつ、トルク演算値の絶対値と電動機電流の大きさとの比がトルク／電流しきい値より小さい場合に脱調を検出する脱調検出器と、を備えたものである。
【００１７】
請求項２記載の発明は、電動機電流、電動機端子電圧、電力変換器の出力周波数及び電機子抵抗から電動機鎖交磁束に対して直交方向の電流であるトルク電流を演算するトルク電流演算器と、電動機電流の大きさが電流しきい値より大きく、かつ、トルク電流演算値の絶対値と電動機電流の大きさとの比がトルク電流／電流しきい値より小さい場合に脱調を検出する脱調検出器と、を備えたものである。
【００１８】
請求項３記載の発明は、請求項１の発明において同期電動機を基底速度以上の速度で運転する場合を考慮したものであり、前記トルク演算器と、電動機電流、電動機端子電圧、電力変換器の出力周波数及び電機子抵抗から電動機鎖交磁束に対して平行方向の電流である磁化電流を演算する磁化電流演算器と、磁化電流演算値が磁化電流しきい値より大きく、かつ、トルク演算値の絶対値と電動機電流の大きさとの比がトルク／電流しきい値より小さい場合に脱調を検出する脱調検出器と、を備えたものである。
【００１９】
請求項４記載の発明は、請求項２の発明において同期電動機を基底速度以上の速度で運転する場合を考慮したものであり、前記トルク電流演算器及び磁化電流演算器と、磁化電流演算値が磁化電流しきい値より大きく、かつ、トルク電流演算値の絶対値と電動機電流の大きさとの比がトルク電流／電流しきい値より小さい場合に脱調を検出する脱調検出器と、を備えたものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。図１は、請求項１に相当する本発明の第１実施形態を示すブロック図であり、図６と同一の構成要素には同一の参照符号を付して説明を省略し、以下では異なる部分を中心に説明する。
この実施形態は、脱調時に電動機電流が大きくなり、かつ、電動機電流に対するトルクが小さくなることを利用して脱調を検出するものである。
【００２１】
図１において、トルク演算器８０は、図６における力率演算器４０の代わりに設けられており、このトルク演算器８０には、γ，δ軸電圧指令ｖ_γ ^＊，ｖ_δ ^＊及びγ，δ軸電流ｉ_γ，ｉ_δが入力されていると共に、角周波数指令ω^＊も入力されている。そして、トルク演算器８０により演算されたトルクτ_ｅｓｔが脱調検出器６０Ａに入力されている。
【００２２】
電流ベクトル和演算器５０は、前述した数式１により電流の大きさｉ_ａを演算する。また、トルク演算器８０は、数式４によってトルクτ_ｅｓｔを演算する。この数式４は、同期電動機のトルクτがτ＝Ｐ_０／ω（Ｐ_０は出力）から求められることに基づく。
なお、電機子抵抗Ｒ_ａは電動機定数としてトルク演算器８０が保持している。
【００２３】
【数４】

【００２４】
脱調検出器６０Ａは、下記の数式５の条件が成立したら脱調と判断し、フラグ＜脱調検出＞をセットする。電力変換器７０では、このフラグ＜脱調検出＞がセットされると運転を停止し、同期電動機２００への電力供給を停止する。
【００２５】
【数５】

【００２６】
脱調時には電動機電流が増加し、トルクが小さくなる。
このため、数式５により電流の大きさｉ_ａがしきい値より大きくなり、かつ、トルク演算値τ_ｅｓｔの絶対値と電流の大きさｉ_ａとの比がトルク／電流しきい値Ｋ_τｔｈより小さくなった場合に脱調と判断するものである。
【００２７】
次に、図２は請求項２に相当する本発明の第２実施形態を示すブロック図である。
この実施形態では、脱調時に電動機電流が大きくなり、かつ、電動機電流に対して鎖交磁束と直交する電流成分であるトルク電流ｉ_Ｔが小さくなることを利用して脱調を検出するものである。
【００２８】
図２において、トルク電流演算器９０には、γ，δ軸電圧指令ｖ_γ ^＊，ｖ_δ ^＊、γ，δ軸電流ｉ_γ，ｉ_δ及び角周波数指令ω^＊が入力されており、下記の数式６によりトルク電流ｉ_Ｔを演算して脱調検出器６０Ｂに向け出力する。また、電流ベクトル和演算器５０は、前記同様に数式１によって電流の大きさｉ_ａを演算する。
【００２９】
【数６】

【００３０】
数式６において、ψ_ａは同期電動機２００の鎖交磁束、ψ_γ，ψ_δはそのγ，δ軸成分である。
ここで、図３はこれらの磁束ベクトル及び電流ベクトルをγ−δ軸及びＭ−Ｔ軸（磁界軸）上に表したものであり、ｉ_ａは電動機電流ベクトル、ｉ_Ｍはその磁化電流成分、ｉ_Ｔはトルク電流成分である。前述した数式６に示す関係は、図３のベクトル図から容易に導くことができる。
なお、数式６におけるψ_γ，ψ_δ，ψ_ａは、トルク電流演算器９０が以下の数式７〜数式９によって演算する。
【００３１】
【数７】

【００３２】
【数８】

【００３３】
【数９】

【００３４】
脱調検出器６０Ｂは、下記の数式１０の条件が成立したら脱調と判断し、フラグ＜脱調検出＞をセットする。これにより、電力変換器７０は運転を停止し、同期電動機２００への電力供給を停止する。
すなわち数式１０において、電動機電流の大きさｉ_ａがしきい値より大きくなり、かつ、トルク電流ｉ_Ｔの絶対値と電流の大きさｉ_ａとの比がトルク電流／電流しきい値Ｋ_ｉＴｔｈより小さくなった場合に脱調と判断するものである。
【００３５】
【数１０】

【００３６】
次に、図４は請求項３に相当する本発明の第３実施形態を示すブロック図である。
この実施形態は、脱調時に鎖交磁束に対して平行方向の電流である磁化電流ｉ_Ｍが正方向に大きくなり、かつ、前述したように電動機電流に対するトルクが小さくなることを利用して脱調を検出するものである。
なお、この実施形態は、図１に示した第１実施形態を改良して同期電動機２００を基底速度以上の速度で運転する場合を考慮したものである。
【００３７】
図４のブロック図は、図１のブロック図に磁化電流演算器１００を追加したものに相当している。この磁化電流演算器１００には、γ，δ軸電圧指令ｖ_γ ^＊，ｖ_δ ^＊、γ，δ軸電流ｉ_γ，ｉ_δ及び角周波数指令ω^＊が入力されており、下記の数式１１により磁化電流ｉ_Ｍを演算して脱調検出器６０Ｃに向け出力する。なお、数式１１におけるψ_γ，ψ_δ，ψ_ａは、数式７〜数式９により演算する。
また、電流ベクトル和演算器５０は、数式１により電流の大きさｉ_ａを演算し、トルク演算器８０は、数式４によりトルクτ_ｅｓｔを演算してそれぞれの演算値を脱調検出器６０Ｃに向け出力する。
【００３８】
【数１１】

【００３９】
同期電動機２００が基底速度以上となる軽負荷時は、電動機端子電圧を電力変換器７０の最大電圧以下に制御するために無効電流が大きくなり、電動機電流に対するトルクが基底速度以下で運転する場合に比べて著しく低下する。
このため、第１実施形態では、脱調と軽負荷時の正常運転との判別ができなくなることがある。そこで、本実施形態では、脱調時には磁化電流ｉ_Ｍが正方向に大きくなり、基底速度以上の軽負荷時は磁化電流ｉ_Ｍが負になることに着目して脱調を検出するものである。
なお、上記数式１１の関係も、図３に示したベクトル図から容易に導くことができる。
【００４０】
脱調検出器６０Ｃは、下記の数式１２の条件が成立したら脱調と判断し、フラグ＜脱調検出＞をセットする。これにより、電力変換器７０は運転を停止し、同期電動機２００への電力供給を停止する。
すなわち、数式１２において、磁化電流ｉ_Ｍがしきい値Ｉ_Ｍｔｈより大きくなり、かつ、トルク演算値τ_ｅｓｔの絶対値と電流の大きさｉ_ａとの比がトルク／電流しきい値Ｋ_ｒｔｈより小さくなった場合に脱調と判断するものである。
【００４１】
【数１２】

【００４２】
この実施形態によれば、軽負荷時等の正常運転時における脱調の誤検出を防止し、また、低速運転時であっても磁化電流ｉ_Ｍ及びトルク演算値τ_ｅｓｔの大きさに基づいて脱調を確実に検出することができる。
【００４３】
図５は、請求項４に相当する本発明の第４実施形態を示すブロック図である。この実施形態は、脱調時に磁化電流ｉ_Ｍが正方向に大きくなり、かつ、前述したように電動機電流に対してトルク電流ｉ_Ｔが小さくなることを利用して脱調を検出するものである。
この実施形態は、図２に示した第２実施形態を改良して同期電動機２００を基底速度以上の速度で運転する場合を考慮したものであり、図５のブロック図は、図２のブロック図にトルク電流演算器９０を追加したものに相当する。
【００４４】
脱調検出器６０Ｄには、トルク電流演算器９０が数式６により演算したトルク電流ｉ_Ｔと、磁化電流演算器１００が数式１１により演算した磁化電流ｉ_Ｍと、電流ベクトル和演算器５０が数式１により演算した電流の大きさｉ_ａとが入力されており、下記の数式１３の条件が成立したら脱調と判断してフラグ＜脱調検出＞をセットする。これにより、電力変換器７０は運転を停止し、同期電動機２００への電力供給を停止する。
すなわち、数式１３において、磁化電流ｉ_Ｍがしきい値Ｉ_Ｍｔｈより大きくなり、かつ、トルク電流ｉ_Ｔの絶対値と電流の大きさｉ_ａとの比がトルク電流／電流しきい値Ｋ_ｉＴｔｈより小さくなった場合に脱調と判断するものである。
【００４５】
【数１３】

【００４６】
この実施形態においても、軽負荷時等の正常運転時における脱調の誤検出を防止し、また、低速運転時における脱調を確実に検出することができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、同期電動機の運転速度に関わらず脱調を確実に検出し、また、正常運転時における脱調の誤検出を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２実施形態を示すブロック図である。
【図３】本発明の各実施形態における電流及び磁束のベクトル図である。
【図４】本発明の第３実施形態を示すブロック図である。
【図５】本発明の第４実施形態を示すブロック図である。
【図６】従来技術を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０：ｆ／Ｖ変換器
２０：電気角演算器
３１，３２：座標変換器
５０：電流ベクトル和演算器
６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄ：脱調検出器
７０：電力変換器
８０：トルク演算器
９０：トルク電流演算器
１００：磁化電流演算器
２００：永久磁石形同期電動機[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for driving a synchronous motor such as a permanent magnet type synchronous motor by a power converter, and more particularly, an output frequency of a power converter and a rotation frequency of a rotor due to a sudden change in load of the synchronous motor. The present invention relates to a technique for detecting a so-called out-of-synchronization state in which the operation is not performed due to a mismatch.
[0002]
[Prior art]
FIG. 6 is a block diagram of a conventional control device provided with a step-out detecting means of a permanent magnet type synchronous motor. In this block diagram, a technique described in Patent Document 1 described below is applied to V / f control.
[0003]
First, the outline of the motor control in FIG. 6 will be described.
First, f / V converter 10, calculates a substantially proportional to [delta] -axis voltage v _[delta] ^* from the angular frequency command omega ^* in omega ^*. On the other hand, the γ-axis voltage command v _δ ^* is set to zero. Here, the γ-δ axis is an arbitrary rotating coordinate rotating at the angular frequency ω ^* , and the δ axis is defined as leading by 90 ° with respect to the γ axis.
[0004]
The electric angle calculator 20 calculates the electric angle command θ ^* by integrating ω ^* . Each of the voltage commands v _γ ^* , v _δ ^* is coordinate-transformed by the coordinate converter 31 based on the value of the electrical angle command θ ^* to obtain three-phase voltage commands v _u ^* , v _v ^* , v _w ^* . The three-phase voltage commands v _u ^* , v _v ^* , v _w ^* are given to the power converter 70 so that the terminal voltage of the permanent magnet synchronous motor 200 matches v _u ^* , v _v ^* , v _w ^*. In addition, the rotation frequency of the synchronous motor 200 can be controlled to a command value.
[0005]
Next, a step-out detection method in FIG. 6 will be described.
When the synchronous motor loses synchronism due to a sudden change in load or the like, a large current flows through the motor, and the power factor of the motor is lower than that during normal operation. Therefore, step-out is detected using information on the magnitude of the current of the motor and the power factor.
The coordinate converter 32 calculates γ and δ-axis currents i _γ and i _δ from the phase current detection values i _u and i _w and the electrical angle command θ ^* . Current vector sum calculator 50, the phase current detection value i _gamma, from the vector sum of i _[delta], calculates the size of i _a current according to Equation 1.
[0006]
(Equation 1)

[0007]
The power factor calculator 40 calculates a power factor PF _est from Equation 2 from γ, δ-axis voltage commands v _γ ^* , v _δ ^* and γ, δ-axis currents i _γ , i _δ .
[0008]
(Equation 2)

[0009]
The step-out detector 60 determines that the step-out occurs when the condition of the following expression 3 is satisfied using the current magnitude _ia and the power factor calculation value PF _est, and sets the flag <step-out detection>.
[0010]
[Equation 3]

[0011]
If the flag <step-out detection> is set, the operation of the power converter 70 is stopped, and the supply of power to the synchronous motor 200 is stopped. By performing such processing, the step-out state can be prevented from continuing, and the machine coupled to the synchronous motor 200 can be protected from abnormal torque pulsation due to step-out.
[0012]
[Patent Document 1]
JP-A-9-294390
[Problems to be solved by the invention]
Since the motor model at the time of step-out is a series circuit of the motor inductance and the armature resistance, the power factor at the time of step-out during low-speed operation with a low motor frequency is not necessarily low. In addition, the power factor at the time of low-speed braking load may be almost zero even in normal operation.
For this reason, in the conventional step-out detection method shown in FIG. 6, step-out may not be detected during low-speed operation, or step-out may be erroneously detected even during normal operation.
[0014]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a synchronous motor control device capable of reliably detecting step-out regardless of the operating speed and preventing erroneous detection during normal operation.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The problem of the conventional step-out detection method shown in FIG. 6 is that the voltage drop due to the armature resistance is not considered. That is, when the voltage drop due to the armature resistance cannot be ignored compared to the motor terminal voltage as in the case of low-speed operation, the step-out may not be detected without the power factor falling below the threshold value.
Therefore, in the present invention, step-out detection is performed by using the voltage drop due to the armature resistance and each component of the motor current as information.
[0016]
That is, a first aspect of the present invention provides a control device for driving a synchronous motor by a power converter, wherein the torque calculator calculates a motor torque from a motor current, a motor terminal voltage, an output frequency of the power converter, and an armature resistance. Step-out detection for detecting step-out when the magnitude of the motor current is larger than the current threshold value and the ratio of the absolute value of the torque calculation value to the magnitude of the motor current is smaller than the torque / current threshold value. And a container.
[0017]
The invention according to claim 2 is a torque current calculator that calculates a torque current that is a current in a direction orthogonal to the motor interlinkage flux from the motor current, the motor terminal voltage, the output frequency of the power converter, and the armature resistance, Step-out detection for detecting step-out when the magnitude of the motor current is larger than the current threshold value and the ratio between the absolute value of the calculated torque current value and the magnitude of the motor current is smaller than the torque current / current threshold value. And a container.
[0018]
The invention according to claim 3 takes into consideration the case where the synchronous motor is operated at a speed equal to or higher than the base speed in the invention according to claim 1, wherein the torque calculator, the motor current, the motor terminal voltage, and the power converter are used. A magnetizing current calculator for calculating a magnetizing current which is a current in a direction parallel to the motor linkage flux from the output frequency and the armature resistance; and a magnetizing current calculated value larger than a magnetizing current threshold value, and a torque calculated value. A step-out detector for detecting a step-out when the ratio between the absolute value and the magnitude of the motor current is smaller than the torque / current threshold value.
[0019]
According to a fourth aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, a case is considered in which the synchronous motor is operated at a speed equal to or higher than a base speed. A step-out detector that detects step-out when the ratio of the absolute value of the calculated torque current value to the magnitude of the motor current is smaller than the torque current / current threshold value and is larger than the magnetizing current threshold value. It is a thing.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention corresponding to claim 1. The same components as those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. This will be mainly described.
In this embodiment, step-out is detected by utilizing the fact that the motor current increases during step-out and the torque with respect to the motor current decreases.
[0021]
In FIG. 1, a torque calculator 80 is provided instead of the power factor calculator 40 in FIG. 6, and the torque calculator 80 has γ, δ axis voltage commands v _γ ^* , v _δ ^*, γ, The δ-axis currents i _γ and i _δ are input, and the angular frequency command ω ^* is also input. Then, the torque τ _est calculated by the torque calculator 80 is input to the step-out detector 60A.
[0022]
Current vector sum calculator 50 calculates the magnitude i _a current according to Equation 1 described above. Further, the torque calculator 80 calculates the torque τ _{est according} to Expression 4. Equation 4 is based on the fact that the torque τ of the synchronous motor is obtained from τ = P ₀ / ω (where P ₀ is an output).
The armature resistance Ra is held by the torque calculator 80 as _a motor constant.
[0023]
(Equation 4)

[0024]
The step-out detector 60A determines that the step-out occurs when the condition of the following Expression 5 is satisfied, and sets the flag <step-out detection>. When this flag <step-out detection> is set, the power converter 70 stops the operation and stops the power supply to the synchronous motor 200.
[0025]
(Equation 5)

[0026]
During step-out, the motor current increases and the torque decreases.
Therefore, the magnitude i _a current by Equation 5 becomes larger than the threshold value, and the ratio between the size i _a of the absolute value and the current of the calculated torque tau _est is than the torque / current threshold K _Tauth When it becomes smaller, it is determined that the step-out occurs.
[0027]
Next, FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention.
In this embodiment, the motor current increases during out-and detects the step-out by utilizing the fact that the torque current i _T is a current component decreases perpendicular to the flux linkage with respect to the motor current is there.
[0028]
In FIG. 2, γ, δ-axis voltage commands v _γ ^* , v _δ ^* , γ, δ-axis currents i _γ , i _δ and an angular frequency command ω ^* are input to a torque current calculator 90. the equation 6 and calculates the torque current i _T and outputs toward the out-detector 60B. The current vector sum calculator 50, the similarly calculates the magnitude i _a current according to Equation 1.
[0029]
(Equation 6)

[0030]
In Equation 6, the [psi _a flux linkage of the synchronous motor 200, [psi _gamma and [psi _[delta] thereof gamma, a [delta] -axis component.
Here, FIG. 3 is a representation on these flux vector and the current vector gamma-[delta] axis and M-T-axis (magnetic field axis), i _a the motor current vector, i _M is the magnetizing current component, i _T is a torque current component. The relationship shown in Equation 6 can be easily derived from the vector diagram of FIG.
_{Incidentally, ψ γ, ψ δ, ψ} a in Equation 6, the torque current calculator 90 calculates by Equation 7 to Equation 9 below.
[0031]
(Equation 7)

[0032]
(Equation 8)

[0033]
(Equation 9)

[0034]
The step-out detector 60B determines that step-out occurs when the condition of the following Expression 10 is satisfied, and sets a flag <step-out detection>. Thus, power converter 70 stops operating, and stops supplying power to synchronous motor 200.
In other words equation 10, the magnitude i _a of the motor current is larger than the threshold value, and the ratio between the size i _a of the absolute value and the current of the torque current i _T is higher than the torque current / current threshold K _ITth When it becomes smaller, it is determined that the step-out occurs.
[0035]
(Equation 10)

[0036]
Next, FIG. 4 is a block diagram showing a third embodiment of the present invention corresponding to claim 3.
This embodiment, de-magnetizing current i _M is parallel the direction of current to the flux linkage at step-out increases in the positive direction, and, by utilizing the fact that the torque for the motor current is reduced as described above The key is detected.
In this embodiment, a case where the synchronous motor 200 is operated at a speed equal to or higher than the base speed by improving the first embodiment shown in FIG. 1 is considered.
[0037]
The block diagram of FIG. 4 corresponds to the block diagram of FIG. 1 with a magnetizing current calculator 100 added. The magnetizing current calculator 100 receives γ, δ-axis voltage commands v _γ ^* , v _δ ^* , γ, δ-axis currents i _γ , i _δ and an angular frequency command ω ^*. It calculates the magnetizing current i _M outputs toward the out-detector 60C. Note that ψ _γ , ψ _δ , and _{ａ a} in Expression 11 are calculated by Expressions 7 to 9.
The current vector sum calculator 50 calculates the magnitude of i _a current according to Equation 1, the torque calculator 80, the step-out detector 60C each calculated value by calculating the torque tau _est by Equation 4 Output to
[0038]
[Equation 11]

[0039]
When the synchronous motor 200 is at a light load that is higher than the base speed, the reactive current increases to control the motor terminal voltage to be equal to or lower than the maximum voltage of the power converter 70, and when the torque with respect to the motor current is operated at the base speed or lower. It is significantly lower than this.
For this reason, in the first embodiment, it may not be possible to discriminate between step-out and normal operation under a light load. Therefore, in this embodiment, at the time of loss of synchronism increases magnetizing current i _M is the forward direction, when the base speed or light load is to detect the out-focusing on the magnetizing current i _M is negative .
Note that the relationship of Equation 11 can also be easily derived from the vector diagram shown in FIG.
[0040]
The step-out detector 60C determines that the step-out occurs when the condition of the following Expression 12 is satisfied, and sets the flag <step-out detection>. Thus, power converter 70 stops operating, and stops supplying power to synchronous motor 200.
That is, in Equation 12, the magnetizing current _{i M} becomes larger than the threshold value _{I Mth,} and the ratio between the size _{i a} of the absolute value and the current of the calculated torque tau _est is than the torque / current threshold _{K rth} When it becomes smaller, it is determined that the step-out occurs.
[0041]
(Equation 12)

[0042]
According to this embodiment, erroneous detection of step-out during normal operation such as light load is prevented, and even during low-speed operation, based on the magnitude of the magnetizing current i _M and the torque calculation value τ _est. Step-out can be reliably detected.
[0043]
FIG. 5 is a block diagram showing a fourth embodiment of the present invention corresponding to claim 4. This embodiment, magnetizing current i _M during step-out increases in the positive direction, and is for detecting the step-out by utilizing the fact that the torque current i _T becomes smaller relative to the motor current, as described above .
This embodiment is a modification of the second embodiment shown in FIG. 2 and considers the case where the synchronous motor 200 is operated at a speed higher than the base speed. The block diagram of FIG. 5 is a block diagram of FIG. And a torque current calculator 90 is additionally provided.
[0044]
The out-of-step detector 60D includes a torque current i _T calculated by the torque current calculator 90 according to Equation 6, a magnetizing current i _M calculated by the magnetizing current calculator 100 according to Equation 11, and a current vector sum calculator 50 indicating 1 and the size i _a of the calculated current is inputted by sets a flag <-out detection> determines that the desynchronization When conditions equation 13 below is satisfied. Thus, power converter 70 stops operating, and stops supplying power to synchronous motor 200.
That is, in Equation 13, the magnetizing current _{i M} becomes larger than the threshold value _{I Mth,} and the ratio between the size _{i a} of the absolute value and the current of the torque current _{i T} is higher than the torque current / current threshold _{K ITth} When it becomes smaller, it is determined that the step-out occurs.
[0045]
(Equation 13)

[0046]
Also in this embodiment, erroneous detection of step-out during normal operation such as light load can be prevented, and step-out during low-speed operation can be reliably detected.
[0047]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, step-out can be reliably detected regardless of the operation speed of the synchronous motor, and erroneous detection of step-out during normal operation can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a vector diagram of a current and a magnetic flux in each embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram showing a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a block diagram showing a conventional technique.
[Explanation of symbols]
10: f / V converter 20: electrical angle calculators 31, 32: coordinate converter 50: current vector sum calculators 60A, 60B, 60C, 60D: out-of-step detector 70: power converter 80: torque calculator 90 : Torque current calculator 100: Magnetization current calculator 200: Permanent magnet type synchronous motor

Claims (4)

電力変換器により同期電動機を駆動する制御装置において、
電動機電流、電動機端子電圧、電力変換器の出力周波数及び電機子抵抗から電動機のトルクを演算するトルク演算器と、
電動機電流の大きさが電流しきい値より大きく、かつ、トルク演算値の絶対値と電動機電流の大きさとの比がトルク／電流しきい値より小さい場合に脱調を検出する脱調検出器と、
を備えたことを特徴とする同期電動機の制御装置。In a control device for driving a synchronous motor by a power converter,
A torque calculator that calculates the motor torque from the motor current, the motor terminal voltage, the output frequency of the power converter, and the armature resistance;
A step-out detector for detecting step-out when the magnitude of the motor current is larger than the current threshold value and the ratio of the absolute value of the torque calculation value to the magnitude of the motor current is smaller than the torque / current threshold value; ,
A control device for a synchronous motor, comprising: 電力変換器により同期電動機を駆動する制御装置において、
電動機電流、電動機端子電圧、電力変換器の出力周波数及び電機子抵抗から電動機鎖交磁束に対して直交方向の電流であるトルク電流を演算するトルク電流演算器と、
電動機電流の大きさが電流しきい値より大きく、かつ、トルク電流演算値の絶対値と電動機電流の大きさとの比がトルク電流／電流しきい値より小さい場合に脱調を検出する脱調検出器と、
を備えたことを特徴とする同期電動機の制御装置。In a control device for driving a synchronous motor by a power converter,
A motor current, a motor terminal voltage, an output frequency of the power converter and a torque current calculator that calculates a torque current that is a current in a direction orthogonal to the motor interlinkage magnetic flux from the armature resistance,
Step-out detection for detecting step-out when the magnitude of the motor current is larger than the current threshold value and the ratio between the absolute value of the calculated torque current value and the magnitude of the motor current is smaller than the torque current / current threshold value. Vessels,
A control device for a synchronous motor, comprising: 電力変換器により同期電動機を駆動する制御装置において、
電動機電流、電動機端子電圧、電力変換器の出力周波数及び電機子抵抗から電動機のトルクを演算するトルク演算器と、
電動機電流、電動機端子電圧、電力変換器の出力周波数及び電機子抵抗から電動機鎖交磁束に対して平行方向の電流である磁化電流を演算する磁化電流演算器と、
磁化電流演算値が磁化電流しきい値より大きく、かつ、トルク演算値の絶対値と電動機電流の大きさとの比がトルク／電流しきい値より小さい場合に脱調を検出する脱調検出器と、
を備えたことを特徴とする同期電動機の制御装置。In a control device for driving a synchronous motor by a power converter,
A torque calculator that calculates the motor torque from the motor current, the motor terminal voltage, the output frequency of the power converter, and the armature resistance;
A magnetizing current calculator that calculates a magnetizing current that is a current in a direction parallel to the motor interlinkage magnetic flux from the motor current, the motor terminal voltage, the output frequency of the power converter, and the armature resistance;
A step-out detector for detecting step-out when the magnetizing current calculation value is larger than the magnetizing current threshold value and the ratio of the absolute value of the torque calculation value to the magnitude of the motor current is smaller than the torque / current threshold value; ,
A control device for a synchronous motor, comprising: 電力変換器により同期電動機を駆動する制御装置において、
電動機電流、電動機端子電圧、電力変換器の出力周波数及び電機子抵抗から電動機鎖交磁束に対して直交方向の電流であるトルク電流を演算するトルク電流演算器と、
電動機電流、電動機端子電圧、電力変換器の出力周波数及び電機子抵抗から電動機鎖交磁束に対して平行方向の電流である磁化電流を演算する磁化電流演算器と、
磁化電流演算値が磁化電流しきい値より大きく、かつ、トルク電流演算値の絶対値と電動機電流の大きさとの比がトルク電流／電流しきい値より小さい場合に脱調を検出する脱調検出器と、
を備えたことを特徴とする同期電動機の制御装置。In a control device for driving a synchronous motor by a power converter,
A motor current, a motor terminal voltage, an output frequency of the power converter and a torque current calculator that calculates a torque current that is a current in a direction orthogonal to the motor interlinkage magnetic flux from the armature resistance,
A magnetizing current calculator that calculates a magnetizing current that is a current in a direction parallel to the motor interlinkage magnetic flux from the motor current, the motor terminal voltage, the output frequency of the power converter, and the armature resistance;
Step-out detection that detects step-out when the magnetizing current calculation value is larger than the magnetizing current threshold value and the ratio of the absolute value of the torque current calculation value to the magnitude of the motor current is smaller than the torque current / current threshold value. Vessels,
A control device for a synchronous motor, comprising:

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