JP2005237172A - 同期機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な装置構成で、スイッチング損失や駆動電力の極端な増大を招かず、また誤差を生じることなく、また低速域および停止時においても、磁極位置の推定が可能な同期機の制御装置を提供する。
【解決手段】 高速Ａ／Ｄ変換手段８で、電圧指令ＰＷＭ変調手段３から出力される３相ゲート信号Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗと、同期機５に導通される電流応答値ＩｕＲｅｓ、ＩｖＲｅｓ、ＩｗＲｅｓを、逆変換器４のスイッチング周波数よりも高いサンプリング周波数にて検出する。回転位相角推定手段７で、複数サンプリング間の電流検出値の差分値、および同サンプリング間の電圧検出値を演算し、同期機５の電圧・電流方程式の高周波成分として、かかる高周波成分に関するインピーダンス行列の各成分を演算し、各成分から位相角を演算して、位相角推定値θｄｅｔを出力する。これにより、簡単な装置構成で、高精度の回転子位置推定値を得ることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、同期電動機、同期発電機などの同期機の制御装置に関し、特に、回転子位置検出器を用いることなく回転子の回転角度（回転子の磁極位置）を検出することができる同期機の制御装置に関する。

同期機（同期電動機、同期発電機）の駆動制御を行うためには、回転子の回転角度を検出する検出器が必要である。しかし、検出器を用いた駆動装置には、以下に挙げるような問題点が存在する。第一に、検出器の存在が同期機の容積を増大することである。これにより同期機の出力を拡大する妨げとなる。第二に、検出器自体の保守点検作業が必要になることである。これにより保守点検効率が悪化する。第三には、検出器からの信号線にノイズ等が重畳することにより、検出値に擾乱が乗り、制御性能が悪化することである。第四に、検出器はそれを駆動するための電源を必要とするものがほとんどであり、同期機駆動とは別系統の電源を具備する必要があることである。これは電源設置空間、電力供給線、コスト等において負担増の要因となる。

前記理由により、検出器を用いずに回転角度を推定し、推定された回転角度により駆動制御を行う方式が開発されている。これを「センサレス制御」と称する。現在までに公知となっているセンサレス制御の主要例として、誘起電圧利用方法と高周波電圧重畳方法がある（例えば特許文献１参照）。

前者は同期機の回転によって誘起される誘起電圧が同期機制御回転軸のｑ軸方向に観測されることを利用して回転角度を推定する手法であり、後者は同期機を制御するための電圧指令もしくは電流指令に高周波成分を能動的に重畳し、それに対応する周波数の応答を検出することにより同期機のインピーダンスを推定、若しくは評価関数を演算することにより回転角度を推定する手法である。

しかし、誘起電圧利用方法では同期機の低速回転域において誘起電圧が小さくなることにより推定性能が悪化する、若しくは推定不可能となることが判明している。この問題を解決する方法として後者の高周波電圧重畳方法があり、こちらは能動的に高周波電圧、若しくは高周波電流を重畳することにより低速回転域や零速度においても推定が可能となっている。しかし高周波電圧を重畳することによりスイッチング損失の増大や駆動電力の増大を招くといった問題が生じている。従って、通常速度の回転域においては誘起電圧利用方法が使用され、誘起電圧利用方法では推定が困難な低速回転域において、高周波電圧重畳方法に切り替えられて使用されている。

また、ＰＭＷ制御の各スイッチング区間におけるインバータの出力電流リプルの変化分及び出力電圧の時間積分値の変化分などを用いて磁極位置を検出することも行われている（例えば特許文献２参照）。
特開２００１−３３９９９９号公報 特開平８−２０５５７８号公報

ところが、上述の特許文献１の高周波電圧重畳方法においては、例えば特許文献１の図１に示すように、高周波電流指令重畳手段１１においてある高周波成分を重畳し、回転子位置推定手段１５においてその高周波成分を通過させるバンドパスフィルタを用いて電圧
・電流を処理することが必要で、このようなバンドパスフィルタを複数個設ける必要がある。

また、特許文献２の出力電流リプルの変化分及び出力電圧の時間積分値の変化分を用いて検出する方法においては、スイッチング周波数と同じ周波数でサンプリングを行って検出しているので、スイッチング周期の途中でインバータへの直流電圧が変化した場合、誤差が生じることになる。

本発明は、従来のこのような点に鑑みて為されたもので、同期機のセンサレス制御において、簡単な装置構成で、スイッチング損失や駆動電力の極端な増大を招かず、また誤差を生じることなく、また低速域および停止時においても、磁極位置の推定が可能な同期機の制御装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、
直流電圧を交流電圧に、または交流電圧を直流電圧に変換する変換器によって駆動され、回転子に電気的突極性を有する同期機を制御する同期機の制御装置において、
同期機に印加する電圧と、同期機の固定子に導通される電流とを、変換器のスイッチング周波数よりも高いサンプリング周波数でＰＷＭ搬送波周期と非同期に、または無関係に、検出する手段と、
この手段により検出した複数の電流値を元に検出サンプリング期間の差分値を演算し、電流差分値の演算と同期したサンプリング期間に検出した電圧値を用いて、電圧・電流方程式の高周波成分に基づいて前記同期機の磁極位置を推定する磁極位置推定手段と
を備えたことを特徴とする。

また、本発明は、
直流電圧を交流電圧に、または交流電圧を直流電圧に変換する変換器によって駆動され、回転子に電気的突極性を有する同期機を制御する同期機の制御装置において、
同期機に印加する電圧と、同期機の固定子に導通される電流の高周波成分とを検出し、電圧・電流方程式の高周波成分に基づいて同期機の磁極位置を推定する磁極位置推定手段と、
この磁極位置推定手段により推定した磁極位置に基づいて同期機の停止、または同期機の回転速度を検出し、あるいは、同期機に印加される電圧のＰＷＭ変調率を演算して所定の値よりも低いか否かを検出する手段と、
この手段により同期機の停止、または低速回転が検出されたとき、あるいは、変調率が所定の値より低い場合には、同期機の固定子に導通される電流を制御するために入力される電流指令に、電流の高周波成分を検出するサンプリング周波数よりも低い周波数成分の高周波電流指令を重畳し、あるいは、変換器から出力する電圧ベクトルとして、同一直線上にない複数の非ゼロ電圧ベクトルを電流の高周波成分を検出するサンプリング周波数よりも低い周波数で出力するように制御する手段手段とを
備えたことを特徴とする。

本発明の同期機の制御装置によれば、同期機のセンサレス制御において、簡単な装置構成で、スイッチング損失や駆動電力の極端な増大を招かず、また誤差を生じることなく、磁極位置の推定が可能となり、装置の小型化、低コスト化、ならびにメンテナンスの容易化を図ることが可能となる。

また、同期機の低速回転時および停止時においても、磁極位置の推定が可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。

本発明は、同期機の電圧および電流の高周波成分を高速に検出し、電圧・電流方程式に基づいて、回転子の位置センサなしに、回転子の位置を推定するものである。

以下、上記のような考え方に基づく本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態による直流電圧を交流電圧に変換する逆変換器によって駆動され、回転子に電気的突極性を有する同期機の制御装置の構成例を示す機能ブロック図である。

すなわち、本実施の形態の同期機の制御装置は、図１に示すように、電流制御手段１と、電圧指令座標変換手段２と、電圧指令ＰＷＭ変調手段３と、電流座標変換手段６と、電圧および電流の高速Ａ／Ｄ変換手段８と、回転位相角推定手段７と、速度推定ＰＬＬ手段９とから構成している。

電流制御手段１は、電流座標変換手段６からの出力である同期機（モータ）５のｄ軸電流およびｑ軸電流の実際値が同電流制御手段１へ入力される電流指令値に追従するように、逆変換器（インバータ）４の出力であるｄ軸電圧指令およびｑ軸電圧指令を操作する。

電圧指令座標変換手段２は、電流制御手段１からの出力であるｄ軸電圧指令およびｑ軸電圧指令と、回転位相角推定手段７からの出力である同期機回転子の位置推定値を用いて、逆変換器４の３相電圧指令に変換する。

電流座標変換手段６は、同期機５の３相電流を、回転位相角推定手段７からの出力である同期機回転子の位置推定値を用いて、ｄｑ座標軸での値である上記ｄ軸電流およびｑ軸電流の実際値に変換する。

回転位相角推定手段７は、電圧指令ＰＷＭ変調手段３からの出力である３相ゲート信号および同期機５に導通される電流の実際値を高速Ａ／Ｄ変換手段８によって電圧指令ＰＷＭ変調手段３の変調周期とは非同期もしくは無関係に高速検出し、得られた電圧指令および電流応答値とから当該同期機５の電圧・電流方程式の高周波項に該当する高周波成分を抽出し、得られた高周波電圧および高周波電流を元に当該同期機５のインピーダンス行列を演算し、インピーダンスに包含される位相角情報により当該同期機５の回転位相角を推定し、同期機回転子の位相角推定値として出力する。

次に、以上のように構成した本実施の形態による同期機の制御装置の作用について説明する。

電流制御手段１では、同電流制御手段１へ入力されるｄ軸電流指令ＩｄＲｅｆ、ｑ軸電流指令ＩｑＲｅｆと、電流座標変換手段６から出力されるｄ軸電流ＩｄＲｅｓ、ｑ軸電流の実際値ＩｑＲｅｓとを入力として、比例積分制御により、ｄ軸電圧指令ＶｄＲｅｆ、ｑ軸電圧指令ＶｑＲｅｆを求めて出力する。

電圧指令座標変換手段２では、電流制御手段１から出力されるｄ軸電圧指令ＶｄＲｅｆ、ｑ軸電圧指令ＶｑＲｅｆと、回転位相角推定手段７から出力される回転子位置推定値θｄｅｔとを入力として、座標回転変換および２相／３相変換により、３相電圧指令ＶｕＲ
ｅｆ、ＶｖＲｅｆ、ＶｗＲｅｆを求めて出力する。

電流座標変換手段６では、同期機５の３相の電流検出値ＩｕＲｅｓ、ＩｖＲｅｓ、ＩｗＲｅｓと、回転位相角推定手段７から出力される回転子位置推定値θｄｅｔとを入力として、３相／２相変換および座標回転変換により、ｄ軸電流の実際値ＩｄＲｅｓ、およびｑ軸電流の実際値ＩｑＲｅｓを求めて出力する。

電圧指令ＰＷＭ変調手段３では、電圧指令座標変換手段２から出力される３相電圧指令をパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）により変調し、逆変換器４への入力である３相ゲート信号Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗを出力する。

高速Ａ／Ｄ変換手段８では、電圧指令ＰＷＭ変調手段３から出力される３相ゲート信号Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗと、インバータの直流電圧と、同期機５に導通される電流応答値ＩｕＲｅｓ、ＩｖＲｅｓ、ＩｗＲｅｓを入力として、逆変換器４のスイッチング周波数と非同期もしくは無関係に、スイッチング周波数よりも高いサンプリング周波数にて検出して出力する。

回転位相角推定手段７では、高速Ａ／Ｄ変換手段８からの出力である電圧および電流検出値を入力として、複数サンプリング間の電流検出値の差分値、および同サンプリング間の電圧検出値を演算し、当該同期機の電圧・電流方程式の高周波成分として、かかる高周波成分に関するインピーダンス行列の各成分を演算する。このインピーダンス行列の各成分には当該同期機５の回転位相角情報が包含されているため、各成分を用いて位相角を演算することができ、回転位相角推定手段７から位相角推定値θｄｅｔとして出力される。

以上のように構成した本実施の形態においては、ＰＷＭ搬送波周期の間に生じる変数の変化をとらえることができ、例えば電流の非線形な変化や擾乱、電流の極性反転時の変化、および直流電圧の脈動等に対応することが可能となる利点が得られる。

従って、本実施の形態によれば、簡単な装置構成で、高精度の回転子位置推定値を得ることができる。

特に、本実施の形態においては、高速Ａ／Ｄ変換手段８において、スイッチング周波数よりも高いサンプリング周波数でサンプリングを行っているので、従来例のように誤差を生じることがなく、高精度の回転子位置推定値を得ることができる。

上述したように、本実施の形態による同期機の制御装置では、回転子位置センサを用いることなく同期機回転子の位置（磁極位置）を把握して、小型化、低コスト化、ならびにメンテナンスの容易化を図ることが可能となる。

なお、同期機５が発電機の場合は、逆変換器４は順変換器となる。

（第２の実施の形態）
図２は、本実施の形態による直流電圧を交流電圧に変換する逆変換器によって駆動され、回転子に電気的突極性を有する同期機の制御装置の構成例を示す機能ブロック図であり、図１と同一要素には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。すなわち、本実施の形態の同期機の制御装置は、図２に示すように、図１の構成に、高周波電流指令重畳手段１０と、停止状態検出手段１１とを付加した構成としている。

高周波電流重畳手段１０は、同高周波電流重畳手段１０への入力である信号により、電
流指令に高周波成分を重畳するか否かを判断し、重畳する場合には、電流制御手段１への入力である電流指令値に所定の振幅および周波数を持つ高周波電流指令を重畳するものである。

停止状態検出手段１１は、位相角推定手段７からの出力である位相角推定値θｄｅｔを入力として、同期機の停止状態を検出し、停止状態であるか否かを示す信号を出力する。

次に、以上のように構成した本実施の形態による同期機の制御装置の作用について説明する。

高周波電流重畳手段１０は、入力信号ＦｌｇＨＦにより、電流指令に高周波成分を重畳するか否かを判別する。例えばＦｌｇＨＦが所定値の場合には重畳を行う、それ以外では重畳を行わないという動作を行う。重畳を行う場合、高周波電流重畳手段１０への入力である電流指令ＩｄＲｅｆ１、ＩｑＲｅｆ１に高周波電流指令ＩｄＲｅｆＨＦ、ＩｑＲｅｆＨＦを加算し、電流制御手段１への入力であるＩｄＲｅｆ２、ＩｑＲｅｆ２を演算し出力する。高周波電流重畳手段１０により重畳された電流指令によって同期機５が駆動されると、位相角推定手段７への入力である３相ゲート信号中に所定時間内において複数の非ゼロ電圧ベクトルが含まれるようになり、位相角推定手段７においてインピーダンス行列の各要素を有意に演算できるようになる。

停止状態検出手段１１は、位相角推定手段７からの出力である位相角推定値θｄｅｔを入力として、同期機が回転状態にあるか停止状態にあるかを判別してＦｌｇＨＦを出力する。その際、停止状態においては出力信号ＦｌｇＨＦは高周波電流重畳手段１０において重畳を行う信号を、停止状態でない場合には重畳を行わない信号を出力する。停止状態の判別には、例えば一定時間内の位相角推定値θｄｅｔの変動幅が所定値以下の場合には停止状態と判断する。

以上のように構成した本実施の形態においては、同期機の停止時にも電流の高周波成分を発生させることができ、電圧・電流の高周波成分に基づく磁極位置の推定を正確に実施できるという利点を得ることができる。

なお、本実施の形態においては、基本波成分（同期機の固定子に導通される電流の電流ベクトルが回転している基本波成分）より高い周波数成分が、電圧指令ＰＷＭ変調手段３の出力に含まれればよいので、重畳する信号は、ある程度周波数が高ければ、振幅も周波数も任意でよく、また位相角推定手段７において、従来例のようにバンドパスフィルタを設ける必要がない。

（第３の実施の形態）
図３は、本実施の形態による直流電圧を交流電圧に変換する逆変換器によって駆動され、回転子に電気的突極性を有する同期機の制御装置の構成例を示す機能ブロック図であり、図２と同一要素には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。すなわち、本実施の形態の同期機の制御装置は、図３に示すように、図２の停止状態検出手段１１の代わりに、低速回転状態検出手段１２を付加した構成としている。

低速回転状態検出手段１２は、速度推定ＰＬＬ手段９からの出力である回転速度推定値を入力として、同期機の低速回転状態を検出し、低速回転状態であるか否かを示す信号を出力する。

次に、以上のように構成した本実施の形態による同期機の制御装置の作用について説明
する。

低速回転状態検出手段１２は、速度推定ＰＬＬ手段９からの出力である回転速度推定値ωｄｅｔを入力として、同期機５が所定の回転速度以下の低速回転状態にあるか否かを判別してＦｌｇＨＦを出力する。その際、低速回転状態においては、出力信号ＦｌｇＨＦは高周波電流重畳手段１０において重畳を行う信号を、低速回転状態でない場合には、重畳を行わない信号を出力する。低速回転状態の判別には、例えば回転速度推定値ωｄｅｔと予め設定された所定値とを比較して、所定値以下の場合には低速回転状態と判断する。

以上のように構成した本実施の形態においては、同期機の低速回転時にも電流の高周波成分を発生させることができ、電圧・電流の高周波成分に基づく磁極位置の推定を正確に実施できるという利点を得ることができる。

（第４の実施の形態）
図４は、本実施の形態による直流電圧を交流電圧に変換する逆変換器によって駆動され、回転子に電気的突極性を有する同期機の制御装置の構成例を示す機能ブロック図であり、図２と同一要素には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。すなわち、本実施の形態の同期機の制御装置は、図４に示すように、図２の停止状態検出手段１１の代わりに、低変調率検出手段１３を付加した構成としている。

低変調率検出手段１３は、電圧指令ＰＷＭ変調手段３からの出力である変調率を入力として、同期機５の低変調率状態（換言すれば、同期機５の低速回転状態）を検出し、低変調率であるか否かを示す信号を出力する。

次に、以上のように構成した本実施の形態による同期機の制御装置の作用について説明する。

低変調率検出手段１３は、電圧指令ＰＷＭ変調手段３からの変調率ＰＷＭＲａｔｅを入力として、同期機５が所定の変調率以下の状態にあるか否かを判別してＦｌｇＨＦを出力する。その際、低変調率状態においては、出力信号ＦｌｇＨＦは高周波電流重畳手段１０において重畳を行う信号を、低変調率状態でない場合には、重畳を行わない信号を出力する。低変調率状態の判別には、例えば電圧指令ＰＷＭ変調手段３からの出力である変調率ＰＷＭＲａｔｅと予め設定された所定値とを比較して、所定値以下の場合には低変調率状態と判断する。

以上のように構成した本実施の形態においては、電圧指令ＰＷＭ変調手段から出力される電圧の変調率が低い場合にも電流の高周波成分を発生させることができ、電圧・電流の高周波成分に基づく磁極位置の推定を正確に実施できるという利点を得ることができる。

（第５の実施の形態）
図５は、本実施の形態による直流電圧を交流電圧に変換する逆変換器によって駆動され、回転子に電気的突極性を有する同期機の制御装置の構成例を示す機能ブロック図であり、図１と同一要素には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。すなわち、本実施の形態の同期機の制御装置は、図５に示すように、図１の構成に停止状態検出手段１１を付加し、停止状態検出手段１１の出力を電圧指令ＰＷＭ変調手段３に入力した構成としている。

電圧指令ＰＷＭ変調手段３は、三角波比較ＰＷＭ手段の他に、任意の電圧ベクトルを選択して出力する機能を有し、同電圧指令ＰＷＭ変調手段３への入力である信号により、変調周期に対して複数の非ゼロ電圧ベクトルを出力する。

停止状態検出手段１１は、位相角推定手段７からの出力である位相角推定値θｄｅｔを入力として、同期機の停止状態を検出し、停止状態であるか否かを示す信号を出力する。

次に、以上のように構成した本実施の形態による同期機の制御装置の作用について説明する。

電圧指令ＰＷＭ変調手段３は、入力信号ＦｌｇＶｏｕｔにより、電圧指令を変調して出力される３相ゲート信号Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗに対して、一変調周期に対して同一直線上にない複数の非ゼロ電圧ベクトルを、同期機の固定子に導通される電流の高周波成分を検出するサンプリング周波数より低い周波数で出力するような信号を付加する。電圧指令ＰＷＭ変調手段３によって出力された３相ゲート信号によって同期機が駆動されると、位相角推定手段７においてインピーダンス行列の各要素を有意に演算できるようになる。

停止状態検出手段１１は、位相角推定手段７からの出力である位相角推定値θｄｅｔを入力として、同期機５が回転状態にあるか停止状態にあるかを判別してＦｌｇＶｏｕｔを出力する。その際、停止状態においては、出力信号ＦｌｇＶｏｕｔは電圧指令ＰＷＭ変調手段３において同一直線上にない複数の非ゼロ電圧ベクトルを付加する信号を、停止状態でない場合には付加しない信号を出力する。停止状態の判別には、例えば一定時間内の位相角推定値の変動幅が所定値以下の場合には停止状態と判断する。

以上のように構成した本実施の形態においては、同期機の停止時にも同一直線上にない複数の電圧ベクトルによる高周波成分を発生させることができ、電圧・電流の高周波成分に基づく磁極位置の推定を正確に実施できるという利点を得ることができる。

なお、上述の説明では、３相ゲート信号Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗに対して、一変調周期に対して同一直線上にない複数の非ゼロ電圧ベクトルを、同期機の固定子に導通される電流の高周波成分を検出するサンプリング周波数より低い周波数で出力するような信号を付加することを、電圧指令ＰＷＭ変調手段３で行っているが、電圧指令ＰＷＭ変調手段３で行う代わりに、停止状態検出手段１１からの出力信号ＦｌｇＶｏｕｔに基づいて、電流制御手段１へ入力されるｄ軸電流指令ＩｄＲｅｆ、ｑ軸電流指令ＩｑＲｅｆに対して、同期機の固定子に導通される電流の電流ベクトルが回転している基本波成分より高い周波数で変化する所定の電流指令補正信号を付加することにより、３相ゲート信号Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗに対して、一変調周期に対して同一直線上にない複数の非ゼロ電圧ベクトルを、同期機の固定子に導通される電流の高周波成分を検出するサンプリング周波数より低い周波数で出力するような信号が付加されることとなるような構成としてもよい。

（第６の実施の形態）
図６は、本実施の形態による直流電圧を交流電圧に変換する逆変換器によって駆動され、回転子に電気的突極性を有する同期機の制御装置の構成例を示す機能ブロック図であり、図５と同一要素には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。すなわち、本実施の形態の同期機の制御装置は、図６に示すように、図５の停止状態検出手段１１の代わりに、低速回転状態検出手段１２を付加した構成としている。

低速回転状態検出手段１２は、速度推定ＰＬＬ手段９からの出力である回転速度推定値を入力として、同期機の低速回転状態を検出し、低速回転状態であるか否かを示す信号を出力する。

次に、以上のように構成した本実施の形態による同期機の制御装置の作用について説明
する。

低速回転状態検出手段１２は、速度推定ＰＬＬ手段９からの出力である回転速度推定値ωｄｅｔを入力として、同期機が所定の回転速度以下の低速回転状態にあるか否かを判別してＦｌｇＶｏｕｔを出力する。その際、低速回転状態においては、出力信号ＦｌｇＶｏｕｔは電圧指令ＰＷＭ変調手段３において同一直線上にない複数の非ゼロ電圧ベクトルを付加する信号を、低速回転状態でない場合には付加しない信号を出力する。低速回転状態の判別には、例えば回転速度推定値と予め設定された所定値とを比較して、所定値以下の場合には低速回転状態と判断する。

以上のように構成した本実施の形態においては、同期機の低速回転時にも同一直線上にない複数の電圧ベクトルによる高周波成分を発生させることができ、電圧・電流の高周波成分に基づく磁極位置の推定を正確に実施できるという利点を得ることができる。

なお、上述の説明では、低速回転状態検出手段１２の出力信号ＦｌｇＶｏｕｔに基づいて電圧指令ＰＷＭ変調手段３において同一直線上にない複数の非ゼロ電圧ベクトルを付加することを行っているが、電圧指令ＰＷＭ変調手段３で行う代わりに、低速回転状態検出手段１２の出力信号ＦｌｇＶｏｕｔに基づいて、電流制御手段１へ入力されるｄ軸電流指令ＩｄＲｅｆ、ｑ軸電流指令ＩｑＲｅｆに対して、所定の電流指令補正信号を付加することにより、電圧指令ＰＷＭ変調手段３からの３相ゲート信号Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗに対して、同一直線上にない複数の非ゼロ電圧ベクトルが付加されることとなるような構成としてもよい。

（第７の実施の形態）
図７は、本実施の形態による直流電圧を交流電圧に変換する逆変換器によって駆動され、回転子に電気的突極性を有する同期機の制御装置の構成例を示す機能ブロック図であり、図５と同一要素には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。すなわち、本実施の形態の同期機の制御装置は、図７に示すように、図５の停止状態検出手段１１の代わりに、低変調率検出手段１３を付加した構成としている。

低変調率検出手段１３は、電圧指令ＰＷＭ変調手段３からの出力である変調率を入力として、同期機５の低変調率状態を検出し、低変調率であるか否かを示す信号を出力する。

次に、以上のように構成した本実施の形態による同期機の制御装置の作用について説明する。

低変調率検出手段１３は、電圧指令ＰＷＭ変調手段３からの変調率を入力として、同期機が所定の変調率以下の状態にあるか否かを判別してＦｌｇＨＦを出力する。その際、低変調率状態においては、出力信号ＦｌｇＶｏｕｔは電圧指令ＰＷＭ変調手段３において同一直線上にない複数の非ゼロ電圧ベクトルを付加する信号を、低変調率状態でない場合には付加しない信号を出力する。低変調率状態の判別には、例えば電圧指令ＰＷＭ変調手段からの出力である変調率と予め設定された所定値とを比較して、所定値以下の場合には低変調率状態と判断する。

以上のように構成した本実施の形態においては、制御装置から出力される電圧の変調率が低い場合にも同一直線上にない複数の電圧ベクトルによる高周波成分を発生させることができ、電圧・電流の高周波成分に基づく磁極位置の推定を正確に実施できるという利点を得ることができる。

なお、上述の説明では、低変調率検出手段１３の出力信号ＦｌｇＶｏｕｔに基づいて電
圧指令ＰＷＭ変調手段３において同一直線上にない複数の非ゼロ電圧ベクトルを付加することを行っているが、電圧指令ＰＷＭ変調手段３で行う代わりに、低変調率検出手段１３の出力信号ＦｌｇＶｏｕｔに基づいて、電流制御手段１へ入力されるｄ軸電流指令ＩｄＲｅｆ、ｑ軸電流指令ＩｑＲｅｆに対して、所定の電流指令補正信号を付加することにより、電圧指令ＰＷＭ変調手段３からの３相ゲート信号Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗに対して、同一直線上にない複数の非ゼロ電圧ベクトルが付加されることとなるような構成としてもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る同期機の制御装置の構成を示すブロック図。 本発明の第２の実施の形態に係る同期機の制御装置の構成を示すブロック図。 本発明の第３の実施の形態に係る同期機の制御装置の構成を示すブロック図。 本発明の第４の実施の形態に係る同期機の制御装置の構成を示すブロック図。 本発明の第５の実施の形態に係る同期機の制御装置の構成を示すブロック図。 本発明の第６の実施の形態に係る同期機の制御装置の構成を示すブロック図。 本発明の第７の実施の形態に係る同期機の制御装置の構成を示すブロック図。

符号の説明

１…電流制御手段
２…電圧指令座標変換手段
３…電圧指令ＰＷＭ変調手段
４…逆変換器（または順変換器）
５…同期機（同期電動機・同期発電機）
６…電流座標変換手段
７…回転位相角推定手段
８…高速Ａ／Ｄ変換手段
９…回転速度ＰＬＬ演算手段
１０…高周波電流指令重畳手段
１１…停止状態検出手段
１２…低速回転状態検出手段
１３…低変調率検出手段

Claims (7)

1. 直流電圧を交流電圧に、または交流電圧を直流電圧に変換する変換器によって駆動され、回転子に電気的突極性を有する同期機を制御する同期機の制御装置において、
   前記同期機に印加する電圧と、前記同期機の固定子に導通される電流とを、前記変換器のスイッチング周波数よりも高いサンプリング周波数でＰＷＭ搬送波周期と非同期に、または無関係に、検出する手段と、
   この手段により検出した複数の電流値を元に検出サンプリング期間の差分値を演算し、電流差分値の演算と同期したサンプリング期間に検出した電圧値を用いて、電圧・電流方程式の高周波成分に基づいて前記同期機の磁極位置を推定する磁極位置推定手段と
   を備えたことを特徴とする同期機の制御装置。
2. 直流電圧を交流電圧に、または交流電圧を直流電圧に変換する変換器によって駆動され、回転子に電気的突極性を有する同期機を制御する同期機の制御装置において、
   前記同期機に印加する電圧と、前記同期機の固定子に導通される電流の高周波成分とを検出し、電圧・電流方程式の高周波成分に基づいて前記同期機の磁極位置を推定する磁極位置推定手段と、
   この磁極位置推定手段により推定した磁極位置に基づいて前記同期機の停止を検出する手段と、
   この手段により前記同期機の停止が検出されたときには、前記同期機の固定子に導通される電流を制御するために入力される電流指令に、前記電流の高周波成分を検出するサンプリング周波数よりも低い周波数成分の高周波電流指令を重畳する手段と
   を備えたことを特徴とする同期機の制御装置。
3. 直流電圧を交流電圧に、または交流電圧を直流電圧に変換する変換器によって駆動され、回転子に電気的突極性を有する同期機を制御する同期機の制御装置において、
   前記同期機に印加する電圧と、前記同期機の固定子に導通される電流の高周波成分とを検出し、電圧・電流方程式の高周波成分に基づいて前記同期機の磁極位置を推定する磁極位置推定手段と、
   この磁極位置推定手段により推定した磁極位置に基づいて前記同期機の回転速度を検出する手段と、
   この手段により前記同期機の低速回転が検出されたときには、前記同期機の固定子に導通される電流を制御するために入力される電流指令に、前記電流の高周波成分を検出するサンプリング周波数よりも低い周波数成分の高周波電流指令を重畳する手段と
   を備えたことを特徴とする同期機の制御装置。
4. 直流電圧を交流電圧に、または交流電圧を直流電圧に変換する変換器によって駆動され、回転子に電気的突極性を有する同期機を制御する同期機の制御装置において、
   前記同期機に印加する電圧と、前記同期機の固定子に導通される電流の高周波成分とを検出し、電圧・電流方程式の高周波成分に基づいて前記同期機の磁極位置を推定する磁極位置推定手段と、
   前記同期機に印加される電圧のＰＷＭ変調率を演算して所定の値よりも低いか否かを検出する手段と、
   この手段により検出される前記変調率が所定の値よりも低い場合には、前記同期機の固定子に導通される電流を制御するために入力される電流指令に、前記電流の高周波成分を検出するサンプリング周波数よりも低い周波数成分の高周波電流指令を重畳する手段と
   を備えたことを特徴とする同期機の制御装置。
5. 直流電圧を交流電圧に、または交流電圧を直流電圧に変換する変換器によって駆動され、回転子に電気的突極性を有する同期機を制御する同期機の制御装置において、
   前記同期機に印加する電圧と、前記同期機の固定子に導通される電流の高周波成分とを検出し、電圧・電流方程式の高周波成分に基づいて前記同期機の磁極位置を推定する磁極位置推定手段と、
   この磁極位置推定手段により推定した磁極位置に基づいて前記同期機の停止を検出する手段と、
   この手段により前記同期機の停止が検出されたときには、前記変換器から出力する電圧ベクトルとして、同一直線上にない複数の非ゼロ電圧ベクトルを前記電流の高周波成分を検出するサンプリング周波数よりも低い周波数で出力するように制御する手段と
   を備えたことを特徴とする同期機の制御装置。
6. 直流電圧を交流電圧に、または交流電圧を直流電圧に変換する変換器によって駆動され、回転子に電気的突極性を有する同期機を制御する同期機の制御装置において、
   前記同期機に印加する電圧と、前記同期機の固定子に導通される電流の高周波成分とを検出し、電圧・電流方程式の高周波成分に基づいて前記同期機の磁極位置を推定する磁極位置推定手段と、
   この磁極位置推定手段により推定した磁極位置に基づいて前記同期機の回転速度を検出する手段と、
   この手段により前記同期機の低速回転が検出されたときには、前記変換器から出力する電圧ベクトルとして、同一直線上にない複数の非ゼロ電圧ベクトルを前記電流の高周波成分を検出するサンプリング周波数よりも低い周波数で出力するように制御する手段と
   を備えたことを特徴とする同期機の制御装置。
7. 直流電圧を交流電圧に、または交流電圧を直流電圧に変換する変換器によって駆動され、回転子に電気的突極性を有する同期機を制御する同期機の制御装置において、
   前記同期機に印加する電圧と、前記同期機の固定子に導通される電流の高周波成分とを検出し、電圧・電流方程式の高周波成分に基づいて前記同期機の磁極位置を推定する磁極位置推定手段と、
   前記同期機に印加される電圧のＰＷＭ変調率を演算して所定の値よりも低いか否かを検出する手段と、
   この手段により検出される前記変調率が所定の値よりも低い場合には、前記変換器から出力する電圧ベクトルとして、同一直線上にない複数の非ゼロ電圧ベクトルを前記電流の高周波成分を検出するサンプリング周波数よりも低い周波数で出力するように制御する手段と
   を備えたことを特徴とする同期機の制御装置。
   
   

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