JP2005086869A - 同期電動機の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】インバータ回路からの交流電力により永久磁石形同期電動機を可変制御する制御装置において、速度指令の周波数に比例した電圧指令を出すFV変換器1と、速度指令を積分し位置指令を生成する積分器4と、積分器から出力された位置指令値より、同期電動機に供給される少なくとも2相分のステータ電流を位置指令値と平行な電流成分に座標変換する電流座標変換器5と、電流座標変換器によって変換した位相指令より90度進んだ電流成分に基づいて生成した電圧補正量をFV変換器によって変換された電圧に加える手段6を備えている。
【選択図】 図1
Description
図5に示す制御装置においては、3相/2相変換手段108により検出電流iu、iwが2相電流iα、iβに変換され、座標変換手段109において電流id、iqに変換される。電圧ベクトルv* に平行な成分の電流iqはハイパスフィルタ110により直流分が除去され、比例増幅器111により比例ゲインを乗じて周波数補正量Δf* が求められる。この補正量Δf* は加算手段112によって元の周波数指令f* から減算されて、新たな周波数指令f1* を生成してPWM制御が行われる。
このように、点線ブロックで示した安定化制御手段121は電流フィードバックを構成して、電圧ベクトルv* に平行な電流成分iqの振動分だけを周波数指令f* に負帰還させるものである。更に、同期電動機の出力限界を超える重負荷がかかったり、負荷が大きく急変するような場合には周波数に回転速度が追従しなくなり脱調する虞があるので、特許文献2に開示の「永久磁石形同期電動機の制御装置」では、低速運転時や重負荷時に、新たに設けられた磁極位置検出センサーの検出値を用いて電流軸の角度を補正制御するように、制御の切換えを行って脱調防止が図られている。
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、永久磁石形同期電動機のV/F制御において速度精度を悪化させることなく、安定した運転を可能にする同期電動機の制御装置を提供することを目的とする。
また、請求項2に記載の発明は、インバータ回路からの交流電力により永久磁石形同期電動機を可変速制御する制御装置において、速度指令の周波数に比例した電圧指令を出すFV変換器と、速度指令を積分し位置指令を生成する積分器と、積分器から出力された位置指令値より、同期電動機に供給される少なくとも2相分のステータ電流を位置指令値より90度進んだ軸に座標変換する電流座標変換器と、前記電流座標変換器によって変換した位相指令より90度進んだ電流成分に基づいて生成した位相補正量で前記FV変換器によって変換された電圧を座標変換する手段を備えたことを特徴としている。
また、請求項3に記載の発明は、インバータ回路からの交流電力により永久磁石形同期電動機を可変速制御する制御装置において、速度指令の周波数に比例した電圧指令を出すFV変換器と、速度指令を積分し位置指令を生成する積分器と、積分器から出力された位置指令値に位相補正量を加えた補正位置指令により、同期電動機に供給される少なくとも2相分のステータ電流を補正位置指令値より90度進んだ軸に座標変換する電流座標変換器と、前記位相補正量を前記電流座標変換器によって変換した補正位相指令より、90度進んだ電流成分に基づいて生成する手段と、更に前記位相補正量で前記FV変換器によって変換された電圧を座標変換する手段を備えたことを特徴としている。
V/F制御で駆動を開始すると、インバータ回路から電圧が供給され、永久磁石形同期電動機の固定子に電機子電流Iが発生する。その時の磁束の大きさをΦとし、電機子電流の大きさIとし、γ−δ軸上の電流ベクトル位相をθiとし、制御軸γ軸と磁極位置d軸との位相差をθeとすると、同期電動機には、
Φ*I*sin(θe+θi)
のトルクが発生し、同期電動機は回転する。ここで位相差θeが微小であると仮定すると、
Φ*I*sin(θe+θi)=Φ*Iδ
となり、磁束の大きさΦは同期電動機によって一定であるため、同期電動機のトルクはδ軸電流に比例している。つまり、トルクリップルやトルク変動はδ軸電流により判別が可能である。
本発明は上記のことを利用し、V/F制御駆動において、δ軸電流に応じて同期電動機に印加する電圧を調整することにより、電動機の動作を安定させることができる。
また、請求項2に記載の発明については、図2を参照して原理について説明すると、永久磁石形同期電動機における回転子の磁極方向をd軸とし、更にd軸から90度進んだ軸をq軸とした直交座標をd−q軸とする。また、本発明方式では位置検出器といった磁極位置を測定する手段を要しておらず、回転子の磁極位置、つまりd−q軸の検出は不可能なので、位相指令θ_ref上の軸をγ軸とし、更にγ軸から90度進んだ軸をδ軸とした直交座標系γ−δ軸を設定し、制御はγ−δ軸上で行なう。
V/F制御で駆動を開始すると、インバータ回路から電圧が供給され、同期電動機の固定子に電機子電流Iが発生する。同期電動の磁束の大きさをΦとし、極対数をPとし、電機子電流の大きさIとし、γ−δ軸上の電流ベクトル位相をθiとし、制御軸γ軸と磁極位置d軸との位相差をθeとすると、同期電動機にはP*Φ*I*sin(θe+θi)
のトルクが発生し、同期電動機は回転する。ここで位相差θeが微小であると仮定すると、略、
P*Φ*I*sin(θe+θi)=P*Φ*Iδ
となり、磁束の大きさΦと極対数Pは同期電動機によって一定であるため、同期電動機のトルクはδ軸電流に比例している。つまり、トルクリップルやトルク変動はδ軸電流により判別が可能である。上記のことを利用し、請求項2の発明はV/F制御駆動において、δ軸電流に応じて同期電動機に印加する電圧の位相を調整することにより、電動機の動作を安定させることができる。
また、請求項3に記載の発明については、V/F制御駆動において、δ軸電流に応じて電流変換同期電動機に印加する電圧の位相を調整し、かつ電流座標変換器で用いる位相を調節することにより、電動機の動作を安定させることができる。
以下、本発明の第1の実施の形態について図に基づいて説明する。
図1は本発明の第1の実施の形態に係る同期電動機の制御装置のブロック線図である。図2は図1に示す同期電動機の制御軸を示すベクトル図である。
図1において、速度指令ω_refがFV変換器1に入力され、FV変換器1は電圧指令E_refを出力する。また、速度指令ω_refは積分器4に入力され、位置指令θ_refを出力する。
一方、同期電動機3の電機子電流Iu、Iwを電流座標変換器5によって位置指令θ_refから90度進んだ軸に座標変換して得られるδ軸電流Iδを入力として、電圧補正器6は比例制御を行い、電圧補正量ΔVを出力する。
この電圧補正量ΔVを加算器で前記電圧指令E_refに加え補正後の電圧指令V_refと前記位置指令θ_refをインバータ回路2に入力し、点弧が実施される。
このように、同期電動機3のトルクは、図2のベクトル図に示す、γ−δ軸のδ軸電流Iδに比例することから、δ軸電流Iδの変動分を電圧指令Erefに、電圧補正量ΔVとしてフィードバックすることにより、同期電動機3の動作は安定化される。
次に、本発明の第2の実施の形態について図に基づいて説明する。
図3は本発明の第2の実施の形態に係る同期電動機の制御装置のブロック線図である。
図3において、図1に示した第1の実施の形態と異なる構成は、電圧補正器6に代えて電圧の位相補正量Δθを出力する位相補正器7を備え、電圧補正値Δvの加算器に代えて位相補正量Δθによって電圧指令Vrefを座標変換したVγref、Vδrefを出力する電流座標変換器5を備えた点である。
先ず、速度指令ω_refがFV変換器1に入力され、FV変換器1は電圧指令V_refを出力する。また、速度指令ω_refは積分器4に入力され、位置指令θ_refを出力する。
一方、同期電動機の電機子電流Iu、Iwを電流座標変換器5によって位置指令θ_refから90度進んだ軸に座標変換して得られるδ軸電流Iδを入力として、位相補正器7は比例制御を行い位相補正量Δθを出力する。
この位相補正量Δθによって前記電圧指令V_refを座標変換した電圧指令Vγ_refとVδ_refと前記位置指令θ_refをインバータ回路2に入力し、点弧が実施される。
次に、本発明の第3の実施の形態について図に基づいて説明する。
図4は本発明の第3の実施の形態に係る同期電動機の制御装置のブロック線図である。
図4において、図3に示した第2の実施の形態と異なる構成は、位置指令θrefと位相補正器7からの位相補正量Δθとの加算器8を設けた点である。
先ず、速度指令ω_refがFV変換器1に入力され、FV変換器1は電圧指令V_refを出力する。また、速度指令ω_refは積分器4に入力され、位置指令θ_refを出力する。
一方、同期電動機の電機子電流Iu、Iwを電流座標変換器5によって位置指令θ_refと位相補正器6から出力された位相補正量Δθとの和を加算器8により求め、求めた補正位置指令θ’_refから90度進んだ軸に座標変換して得られるδ軸電流Iδを入力として、位相補正器7は比例制御を行い位相補正量Δθを出力する。この位相補正量Δθによって前記電圧指令V_refを座標変換した電圧指令Vγ_refとVδ_refと前記位置指令θ_refをインバータ回路2に入力し、点弧が実施される。
2 インバータ回路
3 同期電動機
4 積分器
5 電流座標変換器
6 電圧補正器
7 位相補正器
8 加算器
Claims (3)
- インバータ回路からの交流電力により永久磁石形同期電動機を可変速制御する制御装置において、速度指令の周波数に比例した電圧指令を出すFV変換器と、前記速度指令を積分し位置指令を生成する積分器と、前記積分器から出力された位置指令値より、同期電動機に供給される少なくとも2相分のステータ電流を位置指令値より90度進んだ電流成分に座標変換する電流座標変換器と、前記電流座標変換器によって変換した位相指令より90度進んだ電流成分に基づいて生成した電圧補正量を前記FV変換器によって変換された電圧に加える手段を備えたことを特徴とする永久磁石同期電動機の制御装置
- インバータ回路からの交流電力により永久磁石形同期電動機を可変速制御する制御装置において、速度指令の周波数に比例した電圧指令を出すFV変換器と、前記速度指令を積分し位置指令を生成する積分器と、前記積分器から出力された位置指令値より、同期電動機に供給される少なくとも2相分のステータ電流を位置指令値より90度進んだ軸に座標変換する電流座標変換器と、前記電流座標変換器によって変換した位相指令より90度進んだ電流成分に基づいて生成した位相補正量で前記FV変換器によって変換された電圧を座標変換する手段を備えたことを特徴とする永久磁石形同期電動機の制御装置。
- インバータ回路からの交流電力により永久磁石形同期電動機を可変速制御する制御装置において、速度指令の周波数に比例した電圧指令を出すFV変換器と、前記速度指令を積分し位置指令を生成する積分器と、前記積分器から出力された位置指令値に位相補正量を加えた補正位置指令により、同期電動機に供給される少なくとも2相分のステータ電流を補正位置指令値より90度進んだ軸に座標変換する電流座標変換器と、前記位相補正量を前記電流座標変換器によって変換した補正位相指令より、90度進んだ電流成分に基づいて生成する手段と、更に前記位相補正量で前記FV変換器によって変換された電圧を座標変換する手段を備えたことを特徴とする永久磁石形同期電動機の制御装置。
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