JP2777615B2 - Control device for synchronous motor - Google Patents
Control device for synchronous motorInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、周波数変換装置によ
って制御する、同期電動機の制御装置に関するものであ
る。なお、同期電動機には種々のタイプがあるが、この
発明が対象とする同期電動機は回転子の回転角速度セン
サを備えないものであり、構造的にはブラシレス電動機
から回転子位置を検出するセンサを除いたものである。 BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control device for a synchronous motor controlled by a frequency converter. There are various types of synchronous motors.
The synchronous motor to which the present invention is directed is a rotational angular velocity sensor of a rotor.
It is a brushless electric motor with no structure.
, Except for a sensor for detecting the rotor position.
【０００２】[0002]
【従来の技術】同期電動機においては、なんらかの制御
手段を用いなければ、負荷の変動が大きい場合や変動が
急激である場合には、回転子は同期速度で回転すること
ができず、電動機は同期を脱して停止してしまう。その
ため、通常の同期電動機を使用する環境は、負荷が変動
しない場合に限られていた。そして、負荷が変動して過
負荷が生じやすい場合には誘導電動機が使用されてい
る。また、同期電動機を負荷変動のある環境で使用する
場合には、制御手段を用意する必要がある。制御手段と
しては、回転子の回転角速度を検出して周波数変換装置
を制御して、出力周波数を変化させる方法が採用されて
いる。更に、ブラシレス電動機は、同期周波数と常に同
期した交流電源で駆動される 同期電動機をいう。これ
は、直流機のブラシ及び整流子による機械的整流機構を
位置検出器とサイリスタ（スイッチング素子）に置き換
えたものであり、その制御特性も本質的に直流機の特性
と同じになる。 2. Description of the Related Art In a synchronous motor, if some kind of control means is not used, the rotor cannot rotate at a synchronous speed if the load fluctuates greatly or fluctuates rapidly, and the motor cannot rotate at a synchronous speed. Escapes and stops. Therefore, the environment in which a normal synchronous motor is used is limited to a case where the load does not fluctuate. When the load fluctuates and overload is likely to occur, an induction motor is used. Further, when the synchronous motor is used in an environment having a load fluctuation, it is necessary to prepare control means. As the control means, a method of detecting the rotational angular velocity of the rotor and controlling the frequency conversion device to change the output frequency is employed. In addition, brushless motors always have the same
Synchronous motor driven by the expected AC power supply . this
Has a mechanical commutation mechanism using brushes and commutators of DC machines.
Replaced with position detector and thyristor (switching element)
The control characteristics are essentially the characteristics of DC machines.
Will be the same as
【０００３】[0003]
【発明により解決しようとする課題】誘導電動機は、負
荷が大きいと回転速度が低下したりするため、定速回転
が要求される環境では問題があり、同期電動機の使用が
好ましい。しかし、同期電動機における上記従来の周波
数制御方法では、回転子の回転角速度を検出するための
センサが必要であり、回路が複雑になるとともに、振動
などでセンサが破損するという問題点があった。また、
ブラシレス電動機においても、回転子の位置検出センサ
が必須であって、機械的構造の複雑化は免れない。 The induction motor has a problem in an environment where constant speed rotation is required, because the rotation speed of the induction motor is reduced when the load is large. Therefore, it is preferable to use a synchronous motor. However, the above-described conventional frequency control method for the synchronous motor requires a sensor for detecting the rotational angular velocity of the rotor, and has a problem that the circuit is complicated and the sensor is damaged by vibration or the like. Also,
Rotor position detection sensor for brushless motors
Is indispensable, and the complication of the mechanical structure is inevitable.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】この発明は、出力周波数
を可変制御可能な周波数変換装置を有する同期電動機の
制御装置において、出力電圧と電機子電圧降下分との差
を検出する手段を有し、前記周波数変換装置の出力周波
数が前記出力電圧と電機子電圧降下分との差に比例する
ように回路構成して、同期電動機の制御装置を構成した
ものである（請求項１）。また、上記において、周波数
変換装置の出力周波数が一定値以下になると、電機子電
圧降下分を検出する手段の比例定数が前記出力周波数に
更に比例するように回路構成すると起動時に効果的であ
る（請求項２）。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a control device for a synchronous motor having a frequency conversion device capable of variably controlling an output frequency, comprising means for detecting a difference between an output voltage and an armature voltage drop. A circuit is configured so that the output frequency of the frequency conversion device is proportional to the difference between the output voltage and the armature voltage drop, thereby forming a control device for the synchronous motor (claim 1). Further, in the above, when the output frequency of the frequency conversion device becomes equal to or less than a certain value, it is effective at the time of startup if a circuit is configured such that the proportionality constant of the means for detecting the armature voltage drop is further proportional to the output frequency ( Claim 2).
【０００５】[0005]
【作用】図３は同期電動機の円線図である。図３におい
ては、点Ｃを中心とする負荷円は同期電動機の負荷が大
きくなるほど半径は大きくなる。同じく点Ｃを中心とす
る端子電圧円は、電圧を大きくするほど半径は大きくな
る。点Ｂを中心とする起電力円はパーマネント界磁モー
タ等では半径は一定である。したがって、電圧を一定に
したまま負荷を大きくすると、電流は進む方向になる。
最適な制御は端子電圧と電流の位相を検出して演算する
のが望ましいが、近似的な方法として電流の有効分を検
出するのがこの発明である。すなわち、同期電動機の負
荷が増大する場合、電機子電流が増大するので電機子電
圧の降下分が増大する。そこで、この発明においては、
出力電圧と電機子電圧の降下分との差を検出することに
より同期電動機の負荷の状態が把握される。そして、出
力電圧と電機子電圧の降下分との差に比例して周波数変
換装置の出力周波数を決定することにより、電動機の負
荷の変動、すなわち回転子の角速度に周波数変換装置の
周波数が対応する。したがって、回転子角速度と同期電
動機制御装置の角周波数が等しく保たれ、脱調の防止、
過負荷時の自己平衡機能が得られる。FIG. 3 is a circle diagram of the synchronous motor. In FIG. 3, the radius of the load circle centered on the point C increases as the load on the synchronous motor increases. Similarly, the radius of the terminal voltage circle centered on the point C increases as the voltage increases. The radius of the electromotive force circle centered at point B is constant in a permanent field motor or the like. Therefore, if the load is increased with the voltage kept constant, the current will flow in the direction.
It is desirable that the optimum control be performed by detecting the phase of the terminal voltage and the current, and the present invention is to detect an effective component of the current as an approximate method. That is, the negative of the synchronous motor
When the load increases , the armature current increases, so that the drop in the armature voltage increases. Therefore, in the present invention,
By detecting the difference between the output voltage and the drop of the armature voltage, the state of the load of the synchronous motor can be grasped. Then, by determining the output frequency of the frequency converter in proportion to the difference between the output voltage and the drop of the armature voltage, the frequency of the frequency converter corresponds to the fluctuation of the load of the motor, that is, the angular velocity of the rotor. . Therefore, the rotor angular velocity and the angular frequency of the synchronous motor control device are kept equal to prevent step-out,
A self-balancing function at the time of overload is obtained.
【０００６】[0006]
【実施例】以下、この発明の実施例を説明する。図１は
一般的な同期電動機の等価回路である。図２はこの発明
の出力周波数を可変制御可能な周波数変換装置を有する
同期電動機制御装置内での直流等価的にみたブロック図
である。インバータ出力は交流である。図２において、
同期電動機８における電機子コイル抵抗の直流等価電流
をＲａ、電機子電流の直流等価電流をＩａ、電機子起動
電流の直流等価電圧をＥ、同期電動機端子電圧の直流等
価電圧をＶとすると、同期電動機８の端子電圧と電機子
電流との直流等価回路での関係は、 Ｖ＝ＲaＩa＋Ｅ、ここで Ｅ＝Ｋ1Фωm ・・・（１） で与えられる。図２のブロック図においては、１は可変
直流電源、２は出力電圧側の定数Ｋ2、３はシャント、
４は電機子電圧降下分側の定数Ｋ3、５は乗算回路、６
はＶＦコンバータ、７はインバータ、８は同期電動機で
ある。ここで、同期電動機の界磁磁束をФ、電動機固有
の定数をＫ1、回転子角速度をωm、制御装置（交流電源
側）の角周波数をω0（インバータ出力の角周波数指令
はＶＦコンバータから出る）とすると、同期電動機駆動
中の交流電源側の出力端子電圧をこうせいすることにな
る直流等価電圧Ｖと角周波数ω0との関係は、 ω0＝Ｋ2Ｖ−Ｋ3Ｉa ・・・（２） となる。したがって、これをＶについて解くと、Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is an equivalent circuit of a general synchronous motor. FIG. 2 is a block diagram showing a DC equivalent in a synchronous motor controller having a frequency converter capable of variably controlling the output frequency according to the present invention. The inverter output is AC. In FIG.
Assuming that the DC equivalent current of the armature coil resistance in the synchronous motor 8 is Ra, the DC equivalent current of the armature current is Ia, the DC equivalent voltage of the armature starting current is E, and the DC equivalent voltage of the synchronous motor terminal voltage is V. The relation between the terminal voltage of the motor 8 and the armature current in a DC equivalent circuit is given by: V = RaIa + E, where E = K 1 Фω m (1) In the block diagram of FIG. 2, 1 is a variable DC power supply, 2 is a constant K 2 on the output voltage side, 3 is a shunt,
4 is a constant K 3 on the armature voltage drop side, 5 is a multiplication circuit, 6
Is a VF converter, 7 is an inverter, and 8 is a synchronous motor. Here, the field flux of the synchronous motor is 同期, the constant specific to the motor is K 1 , the rotor angular velocity is ω m , the angular frequency of the control device (AC power supply side) is ω 0 (the angular frequency command of the inverter output is a VF converter ), The relationship between the DC equivalent voltage V and the angular frequency ω 0 , which changes the output terminal voltage on the AC power supply side during the driving of the synchronous motor, is as follows: ω 0 = K 2 V−K 3 Ia.・ (2) Therefore, solving this for V gives
【数１】式（１）と式（３）より## EQU1 ## From equations (1) and (3)
【数２】すなわち、常時（４）式の条件が満足されれば
同期電動機８は正常な回転を維持できることとなる。し
たがって、回路定数Ｋ2、Ｋ3を## EQU2 ## That is, if the condition of equation (4) is always satisfied, the synchronous motor 8 can maintain normal rotation. Therefore, the circuit constants K 2 and K 3
【数３】すなわち、## EQU3 ## That is,
【数４】となるように定め、対応した角周波数ω0を出
力することにより、同期電動機の脱調は未然に防止でき
ることとなる。なお、この発明が対象とする同期電動機
は前述の通り、構造的にはブラシレス電動機から回転子
位置を検出するセンサを除いたものであるから、ブラシ
レス電動機と同じ制御特性を有する。そして、ブラシレ
ス電動機は前述の通り直流機と同じ制御特性を有するも
のであるから、この発明においても直流機と同様に式
（２）が近似的に成立する。 By determining such that ## EQU4 ## and outputting the corresponding angular frequency ω 0 , step-out of the synchronous motor can be prevented beforehand. The synchronous motor to which the present invention is applied
As mentioned above, the structure is changed from the brushless motor to the rotor.
Because it excludes the sensor that detects the position, the brush
It has the same control characteristics as a motor without a motor. And Brasserie
Motor has the same control characteristics as a DC motor as described above.
Therefore, in the present invention, the expression
(2) is approximately established.
【０００７】図２において、符号２、４で示される定数
Ｋ2，Ｋ3はいずれも上記（５）式を満たすようにしてあ
る。このブロック図において、電圧Ｖは定数Ｋ2を掛け
合わされ、基準電圧Ｖ1となる。また、電流Ｉaは、定数
Ｋ3を掛け合わされて、比較電圧Ｖ2となる。この比較電
圧Ｖ2は電機子電圧の降下分に対応している。そして、
電圧Ｖ1とＶ2の差がＶＦコンバータ６に入力され、ここ
で電圧差に比例した角周波数ω0が設定され、インバー
タ７へ出力される。In FIG. 2, the constants K 2 and K 3 indicated by the reference numerals 2 and 4 are both set so as to satisfy the above equation (5). In this block diagram, the voltage V is multiplied constants K 2, the reference voltage V 1. The current Ia is multiplied constants K 3, the comparison voltage V 2. The comparison voltage V 2 corresponds to the drop of the armature voltage. And
The difference between the voltages V 1 and V 2 is input to the VF converter 6, where an angular frequency ω 0 proportional to the voltage difference is set and output to the inverter 7.
【０００８】すなわち、同期電動機８の負荷が小さく電
機子電流が小さいときには、電機子電圧降下分（比較電
圧Ｖ2）は小さい。したがって、出力電圧と電機子電圧
降下分との差は大きくなり、比較的高速で回転する回転
子の角速度ωmに対応した大きな角周波数ω0が設定され
る。一方、同期電動機８の負荷が増大し、これに伴い電
機子電流が大きくなり電機子電圧降下分が増大すると、
出力電圧と電機子電圧降下分との差が小さくなり、負荷
により減少した回転子角速度に対応した小さな角周波数
ω0が設定される。そして、その後負荷が減少したとき
には負荷の減少に対応して電機子電圧降下分が減少し、
出力電圧との差が大きくなるので、角周波数ω0は大き
くなり、回転子の角速度ωmが増大し、初期の回転速度
まで復帰する。なお、乗算回路５は以下に述べるよう
に、角周波数ω0が小さくなり、電動機の運転に支障が
生じる場合に機能するもので、通常は無視される。That is, when the load on the synchronous motor 8 is small and the armature current is small, the armature voltage drop (comparison voltage V 2 ) is small. Therefore, the difference between the output voltage and the armature voltage drop increases, large angular frequency omega 0 corresponding to the angular velocity omega m of the rotor which rotates at a relatively high speed is set. On the other hand, when the load on the synchronous motor 8 increases, the armature current increases, and the armature voltage drop increases.
The difference between the output voltage and the armature voltage drop becomes small, and a small angular frequency ω 0 corresponding to the rotor angular velocity reduced by the load is set. Then, when the load subsequently decreases, the armature voltage drop decreases in accordance with the decrease in the load,
Since the difference from the output voltage increases, the angular frequency ω 0 increases, the angular speed ω m of the rotor increases, and the rotor returns to the initial rotational speed. As described below, the multiplying circuit 5 functions when the angular frequency ω 0 becomes small and hinders the operation of the motor, and is usually ignored.
【０００９】次に、乗算回路５について説明する。同期
電動機８が停止状態から起動するとき、回転子の角速度
ωm＝０であるから、ω0＝ωmとなるように構成された
上記回路においては、ωm＝ω0＝０となり回転子と固定
子との間に変化が生じず、起動しない。この状態で式
（２）は Ｋ2Ｖ−Ｋ3Ｉa＝０ となり、端子電圧は電機子電流に比例するので、電機子
電流を流してもω0の値は増加しない。そこで、ω0を増
加させるために式（２）の定数Ｋ3をω0が非常に小さい
範囲にあるときに限り、ω0に比例させる。すなわち、 Ｋ3＝Ｋ4ω0Ｋ3´ ・・・（６） ただし、Ｋ4ω0≦１、 Ｋ4、Ｋ3´は定数（図示せず） とすると、式（２）は ω0＝Ｋ2Ｖ−Ｋ4Ｋ3´ω0Ｉa すなわち、Next, the multiplication circuit 5 will be described. When the synchronous motor 8 is started from the stopped state, the angular velocity of the rotor is ω m = 0, so in the above circuit configured to satisfy ω 0 = ω m , the rotor becomes ω m = ω 0 = 0. There is no change between the stator and the stator and it does not start. Equation (2) in this state, K 2 V-K 3 Ia = 0 , and the since the terminal voltage is proportional to the armature current, the value of omega 0 be flowed to the armature current is not increased. Therefore, in order to increase ω 0 , the constant K 3 in equation (2) is made proportional to ω 0 only when ω 0 is in a very small range. That, K 3 = K 4 ω 0 K 3 '··· (6) However, K 4 ω 0 ≦ 1, K 4, K 3' When is a constant (not shown), the formula (2) is omega 0 = K 2 V-K 4 K 3'ω 0 Ia i.e.,
【数５】となり、電流の増加に伴い角周波数ω0は０に
固定されることなく増大するので、回転子と固定子との
間に変化が生じ、電動機は起動する。前記乗算回路５に
おいては上記式（６）の乗算を行なうものである。## EQU5 ## Since the angular frequency ω 0 increases without being fixed to 0 as the current increases, a change occurs between the rotor and the stator, and the electric motor starts. The multiplication circuit 5 performs the multiplication of the above equation (6).
【００１０】[0010]
【発明の効果】この発明によれば、同期電動機の負荷の
変動を電機子電圧降下分の変動として検出するので、回
転子の角速度を検出するための角度センサなどを用いる
ことなく回転子の回転状態を検知することができる。そ
して、出力電圧と電機子電圧降下分との差に比例した出
力周波数を設定することにより、回転子角速度と交流電
源側の角周波数とを等しくできるので、負荷の変動に伴
う脱調を未然に防止することができ、かつ負荷減少時に
は所期の角速度に復帰させることができる。すなわち、
この発明によれば、振動などで破損しやすいセンサなど
を用いることなく、脱調のおそれなく同期電動機を制御
することができる。また、請求項２の発明によれば、同
期電動機を容易に起動させることができる。According to the present invention, the fluctuation of the load of the synchronous motor is detected as the fluctuation of the armature voltage drop. Therefore, the rotation of the rotor can be performed without using an angle sensor for detecting the angular velocity of the rotor. The state can be detected. By setting the output frequency proportional to the difference between the output voltage and the armature voltage drop, the rotor angular velocity can be made equal to the angular frequency on the AC power supply side, so that step-out due to load fluctuations can be prevented. It can be prevented, and when the load decreases, the desired angular velocity can be restored. That is,
According to the present invention, the synchronous motor can be controlled without using a sensor or the like which is easily damaged by vibration or the like and without fear of step-out. According to the invention of claim 2, the synchronous motor can be easily started.
【図１】 図１は同期電動機の等価回路である。FIG. 1 is an equivalent circuit of a synchronous motor.
【図２】 図２はこの発明の実施例を示すブロック図で
ある。FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
【図３】 同期電動機の円線図である。FIG. 3 is a circle diagram of the synchronous motor.
１ 可変直流電源 ２ 定数Ｋ2 ３ シャント ４ 定数Ｋ3 ５ 乗算回路 ６ ＶＦコンバータ ７ インバータ ８ 同期電動機1 variable DC power supply 2 constant K 2 3 shunt 4 constant K 3 5 multiplying circuit 6 VF converter 7 Inverter 8 synchronous motor
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H02P 7/63 303Continuation of front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H02P 7/63 303
Claims (2)
装置を有する同期電動機の制御装置において、出力電圧
と電機子電圧降下分との差を検出する手段を有し、前記
周波数変換装置の出力周波数が前記出力電圧と電機子電
圧降下分との差に比例するように回路構成された、同期
電動機の制御装置1. A control device for a synchronous motor having a frequency converter capable of variably controlling an output frequency, comprising: means for detecting a difference between an output voltage and an armature voltage drop. Is configured to be proportional to the difference between the output voltage and the armature voltage drop.
下になると、電機子電圧降下分を検出する手段の比例定
数が前記出力周波数に更に比例するように回路構成され
た、請求項１記載の同期電動機の制御装置2. The circuit according to claim 1, wherein the proportionality constant of the means for detecting the armature voltage drop is further proportional to the output frequency when the output frequency of the frequency conversion device falls below a certain value. Control device for synchronous motor
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3077374A JP2777615B2 (en) | 1991-02-21 | 1991-02-21 | Control device for synchronous motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3077374A JP2777615B2 (en) | 1991-02-21 | 1991-02-21 | Control device for synchronous motor |
Publications (2)
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|---|---|
| JPH0715999A JPH0715999A (en) | 1995-01-17 |
| JP2777615B2 true JP2777615B2 (en) | 1998-07-23 |
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ID=13632127
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP3077374A Expired - Lifetime JP2777615B2 (en) | 1991-02-21 | 1991-02-21 | Control device for synchronous motor |
Country Status (1)
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Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118017902B (en) * | 2024-04-09 | 2024-06-18 | 洛阳九亿重工集团有限公司 | Low-frequency emergency dragging device |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60135095U (en) * | 1984-02-21 | 1985-09-07 | 三菱電機株式会社 | automatic voltage regulator |
-
1991
- 1991-02-21 JP JP3077374A patent/JP2777615B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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| JPH0715999A (en) | 1995-01-17 |
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