JP2856564B2 - 同期電動機の制御装置 - Google Patents
同期電動機の制御装置Info
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- JP2856564B2 JP2856564B2 JP3088148A JP8814891A JP2856564B2 JP 2856564 B2 JP2856564 B2 JP 2856564B2 JP 3088148 A JP3088148 A JP 3088148A JP 8814891 A JP8814891 A JP 8814891A JP 2856564 B2 JP2856564 B2 JP 2856564B2
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- Japan
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Description
［発明の目的］
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は同期電動機をサイクロコ
ンバータやインバータ等の可変電圧、可変周波数電源で
駆動する際の制御装置に関する。
ンバータやインバータ等の可変電圧、可変周波数電源で
駆動する際の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】同期電動機を可変電圧、可変周波数で駆
動する方式には他励転流を用いた無整流子電動機やベク
トル制御を用いた駆動方式がある。このうちベクトル制
御は高性能な駆動が可能で、速い応答や精密な制御を要
する分野に適用されている。従来のベクトル制御方式の
例を図４に示す。
動する方式には他励転流を用いた無整流子電動機やベク
トル制御を用いた駆動方式がある。このうちベクトル制
御は高性能な駆動が可能で、速い応答や精密な制御を要
する分野に適用されている。従来のベクトル制御方式の
例を図４に示す。
【０００３】図４は、同期電動機を自動界磁弱め方式を
用いて速度制御を行う場合の例で、同期電動機２の界磁
巻線21は界磁用の電力変換器４により直流励磁され、電
力変換器１から駆動電力が供給される。速度制御部40は
速度基準ω* と同期電動機２の速度検出信号ωを比較し
てトルク基準Ｔ* を出力する。速度検出信号ωは同期電
動機２の回転角度を検出する位置検出器３の信号θを微
分器41で微分して得られる。関数器42は速度検出信号ω
に応じて磁束基準φ* を出力し自動界磁弱めを可能に
し、関数器43は同期電動機の特性からφ* に応じた界磁
電流基準Ｉf * を出力する。また、除算器44はＴ* をφ
* で除算して電流基準ｉT * を出力する。
用いて速度制御を行う場合の例で、同期電動機２の界磁
巻線21は界磁用の電力変換器４により直流励磁され、電
力変換器１から駆動電力が供給される。速度制御部40は
速度基準ω* と同期電動機２の速度検出信号ωを比較し
てトルク基準Ｔ* を出力する。速度検出信号ωは同期電
動機２の回転角度を検出する位置検出器３の信号θを微
分器41で微分して得られる。関数器42は速度検出信号ω
に応じて磁束基準φ* を出力し自動界磁弱めを可能に
し、関数器43は同期電動機の特性からφ* に応じた界磁
電流基準Ｉf * を出力する。また、除算器44はＴ* をφ
* で除算して電流基準ｉT * を出力する。
【０００４】同期電動機２の電機子電流と界磁電流は電
流検出器11，12で検出される。一方、位置検出器３と位
置演算器５では同期電動機の回転子磁極の位置を演算す
る。電流検出器11で検出した三相電機子電流は、ｄｑ軸
電流演算器13で位置演算器５からの位置信号とともにｄ
ｑ軸上での電流検出値ｉd ，ｉq として演算される。こ
の値と界磁電流検出値ｉf とから磁束演算器６により電
機子磁束が演算される。磁束演算器６では、検出電流と
磁極位置から回転子磁極に並行なｄ軸磁束φdと、これ
に直行するｑ軸磁束φq 及び合成磁束ベクトルの角度δ
を演算する。電流基準演算器７ではトルク電流指令ｉT
* と角度δとから磁束方向に直行する電機子電流基準値
ｉd * ，ｉq * を演算する。磁束演算器６は、図５に示
すようにｄｑ軸上で表した同期電動機の電圧方程式から
出発し、ｄｑ軸上の磁束を演算する演算式をブロック図
で表したものである。ｄ軸磁束φd とｑ軸磁束φq は次
式で示される。 φd ＝Ｌad（１＋Ｔd2Ｓ）／（１＋Ｔd1Ｓ）×（ｉd ＋ｉf ） ＋１a ×（ｉd ＋ｉf ） （１） φq ＝Ｌaq（１＋Ｔq2Ｓ）／（１＋Ｔq1Ｓ）×ｉq ＋１a ×ｉq （２）
流検出器11，12で検出される。一方、位置検出器３と位
置演算器５では同期電動機の回転子磁極の位置を演算す
る。電流検出器11で検出した三相電機子電流は、ｄｑ軸
電流演算器13で位置演算器５からの位置信号とともにｄ
ｑ軸上での電流検出値ｉd ，ｉq として演算される。こ
の値と界磁電流検出値ｉf とから磁束演算器６により電
機子磁束が演算される。磁束演算器６では、検出電流と
磁極位置から回転子磁極に並行なｄ軸磁束φdと、これ
に直行するｑ軸磁束φq 及び合成磁束ベクトルの角度δ
を演算する。電流基準演算器７ではトルク電流指令ｉT
* と角度δとから磁束方向に直行する電機子電流基準値
ｉd * ，ｉq * を演算する。磁束演算器６は、図５に示
すようにｄｑ軸上で表した同期電動機の電圧方程式から
出発し、ｄｑ軸上の磁束を演算する演算式をブロック図
で表したものである。ｄ軸磁束φd とｑ軸磁束φq は次
式で示される。 φd ＝Ｌad（１＋Ｔd2Ｓ）／（１＋Ｔd1Ｓ）×（ｉd ＋ｉf ） ＋１a ×（ｉd ＋ｉf ） （１） φq ＝Ｌaq（１＋Ｔq2Ｓ）／（１＋Ｔq1Ｓ）×ｉq ＋１a ×ｉq （２）
【０００５】ここでＳはラプラス演算子、Ｌad,Ｌaqは
ｄｑ軸の相互インダクタンス、１ａは電機子もれインダ
クタンス、Ｔａ１，Ｔa1はそれぞれｄｑ軸のダンパ抵抗
と同期インダクタンスにかかわる時定数、Ｔd2，Ｔq2は
それぞれｄｑ軸のダンパ抵抗とダンパもれインダクタン
スにかかわる時定数である。ｄ軸磁束φd は、界磁電流
ｉf とｄ軸電機子電流ｉd の和から演算され、ｑ軸磁束
φq はｑ軸電流ｉq から演算される。δは磁束のｄ軸方
向に対する角度で、 δ＝ｔａｎ-1（Φq ／Φd ） （３） で演算される。図４の電流基準演算器７は、トルク分電
流基準ｉT * と角度δから、ｄｑ軸の電流基準ｉd * ，
ｉq * を次式により演算する。 ｉd * ＝−ｉT * ・ｓｉｎδ （４） ｉq * ＝ ｉT * ・ｃｏｓδ （５）
ｄｑ軸の相互インダクタンス、１ａは電機子もれインダ
クタンス、Ｔａ１，Ｔa1はそれぞれｄｑ軸のダンパ抵抗
と同期インダクタンスにかかわる時定数、Ｔd2，Ｔq2は
それぞれｄｑ軸のダンパ抵抗とダンパもれインダクタン
スにかかわる時定数である。ｄ軸磁束φd は、界磁電流
ｉf とｄ軸電機子電流ｉd の和から演算され、ｑ軸磁束
φq はｑ軸電流ｉq から演算される。δは磁束のｄ軸方
向に対する角度で、 δ＝ｔａｎ-1（Φq ／Φd ） （３） で演算される。図４の電流基準演算器７は、トルク分電
流基準ｉT * と角度δから、ｄｑ軸の電流基準ｉd * ，
ｉq * を次式により演算する。 ｉd * ＝−ｉT * ・ｓｉｎδ （４） ｉq * ＝ ｉT * ・ｃｏｓδ （５）
【０００６】なわち、トルク分電流は演算された磁束と
直行するように指令する。演算された電流基準値は検出
値と比較され、増幅器９によってｄｑ軸の電圧基準値ｖ
d * ，ｖq * として出力される。増幅器９は通常比例積
分器により構成される。この電圧基準値は位置演算器５
の出力との合成で三相巻線電圧指令ｖu * ，ｖv * ，ｖ
w * を得る。この値は回転電気角周波数で変化する交流
量となり、電力変換器１を介して同期電動機２に加えら
れる。
直行するように指令する。演算された電流基準値は検出
値と比較され、増幅器９によってｄｑ軸の電圧基準値ｖ
d * ，ｖq * として出力される。増幅器９は通常比例積
分器により構成される。この電圧基準値は位置演算器５
の出力との合成で三相巻線電圧指令ｖu * ，ｖv * ，ｖ
w * を得る。この値は回転電気角周波数で変化する交流
量となり、電力変換器１を介して同期電動機２に加えら
れる。
【０００７】一方同期電動機の界磁電流ｉf は基準値ｉ
f * と比較され、その偏差に応じて増幅器10により界磁
電圧基準ｖf * を得て、界磁用電力変換器４を介して制
御される。
f * と比較され、その偏差に応じて増幅器10により界磁
電圧基準ｖf * を得て、界磁用電力変換器４を介して制
御される。
【０００８】このように、電機子電流と界磁電流とから
ｄｑ軸上の磁束を演算し、電機子のトルク分電流を、演
算した磁束と直行するように流すことにより、同一の電
機子電流でも高いトルクが得られる。なお、ベクトル制
御方式については、Ｂ．Ｋ．Ｂｏｓｅ著Ｐｏｗｅｒ Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ ＡＣ Ｄｒｉｖｅｓに
も記載されている。
ｄｑ軸上の磁束を演算し、電機子のトルク分電流を、演
算した磁束と直行するように流すことにより、同一の電
機子電流でも高いトルクが得られる。なお、ベクトル制
御方式については、Ｂ．Ｋ．Ｂｏｓｅ著Ｐｏｗｅｒ Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ ＡＣ Ｄｒｉｖｅｓに
も記載されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】弱め界磁範囲での速度
制御では、電機子電圧を一定に保ち界磁電流により速度
制御を行うので、弱め界磁による速度制御範囲が広い場
合には界磁電流が非常に小さくなる。例えば弱め界磁範
囲が１：５の場合は、定格時の電流に対して１／５以下
の界磁電流となる。このような領域で大きな負荷変動が
発生すると電機子電流が大きく変化し電機子反作用によ
り界磁電流に大きな影響が生じる。この場合、図６に示
すように界磁電流ｉf が減少する方向に電機子反作用が
生じたとき、電動機速度が不安定になる現象が生じる。
制御では、電機子電圧を一定に保ち界磁電流により速度
制御を行うので、弱め界磁による速度制御範囲が広い場
合には界磁電流が非常に小さくなる。例えば弱め界磁範
囲が１：５の場合は、定格時の電流に対して１／５以下
の界磁電流となる。このような領域で大きな負荷変動が
発生すると電機子電流が大きく変化し電機子反作用によ
り界磁電流に大きな影響が生じる。この場合、図６に示
すように界磁電流ｉf が減少する方向に電機子反作用が
生じたとき、電動機速度が不安定になる現象が生じる。
【００１０】一般に、界磁回路は一方向の電流を流すよ
うに構成されているため、上記の電機子反作用が大きく
なり、界磁電流を零以下に抑えこむと、界磁電流は負の
電流を流せないため、界磁制御が不能となる。このため
磁束が基準通り確立できなくなり急峻な負荷変動に対
し、所定のトルクを出せないことにもなる。従って界磁
範囲の広い高速度では安定な制御ができない。
うに構成されているため、上記の電機子反作用が大きく
なり、界磁電流を零以下に抑えこむと、界磁電流は負の
電流を流せないため、界磁制御が不能となる。このため
磁束が基準通り確立できなくなり急峻な負荷変動に対
し、所定のトルクを出せないことにもなる。従って界磁
範囲の広い高速度では安定な制御ができない。
【００１１】また、そのエネルギーが大きい場合は、界
磁電流が負側に流れないため蓄積されて界磁過電圧とな
り界磁回路の半導体素子を破壊してしまう恐れがある。
従って弱め界磁範囲の広い高速度のシステムには適用で
きなかった。
磁電流が負側に流れないため蓄積されて界磁過電圧とな
り界磁回路の半導体素子を破壊してしまう恐れがある。
従って弱め界磁範囲の広い高速度のシステムには適用で
きなかった。
【００１２】本発明は上記欠点を改良するためになされ
たもので、弱め界磁の広い制御範囲において大きな負荷
変動に対しても制御不能やトルク不足となることなく安
定に運転することのできる高性能の同期電動機の制御装
置を提供することを目的としている。 ［発明の構成］
たもので、弱め界磁の広い制御範囲において大きな負荷
変動に対しても制御不能やトルク不足となることなく安
定に運転することのできる高性能の同期電動機の制御装
置を提供することを目的としている。 ［発明の構成］
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成すめため、可変電圧可変周波数の電力を同期電動機に
供給する制御電源部と、該同期電動機の界磁巻線に可変
の界磁電流（ｉf ）を供給する励磁電源部と、該同期電
動機の電機子電流と回転子の位置から該回転子の磁極と
同方向（ｄ軸）及び直交方向（ｑ軸）のｄｑ軸電流成分
（ｉd ，ｉq ）を得る電流演算部と、該ｄｑ軸電流成分
（ｉd ，ｉq ）と該界磁電流（ｉf ）から該同期電動機
の磁束を模擬する磁束演算部と、速度指令と該同期電動
機の検出速度を比較して電流指令を得る速度制御部と、
該電流指令と該磁束演算部の出力からｄｑ軸電流指令
（ｉd * ，ｉq * ）を得る電流指令演算部と、該ｄｑ軸
電流指令と該ｄｑ軸電流成分（ｉd ，ｉq ）の偏差に応
じて該制御電源部に対する電圧指令を得る電圧指令演算
部と、該検出速度に応じて該励磁電源部に対する界磁電
流指令（ｉf * ）を得る界磁電流指令部を備え、自動弱
め界磁により速度を制御する装置において、該界磁電流
指令（ｉf * ）に対し部分的あるいは全体的に増加した
界磁電流指令（ｉf2 * ）を得る補償手段を設け、該界磁
電流指令（ｉf2 * ）を実際の界磁電流指令とするように
構成する。
成すめため、可変電圧可変周波数の電力を同期電動機に
供給する制御電源部と、該同期電動機の界磁巻線に可変
の界磁電流（ｉf ）を供給する励磁電源部と、該同期電
動機の電機子電流と回転子の位置から該回転子の磁極と
同方向（ｄ軸）及び直交方向（ｑ軸）のｄｑ軸電流成分
（ｉd ，ｉq ）を得る電流演算部と、該ｄｑ軸電流成分
（ｉd ，ｉq ）と該界磁電流（ｉf ）から該同期電動機
の磁束を模擬する磁束演算部と、速度指令と該同期電動
機の検出速度を比較して電流指令を得る速度制御部と、
該電流指令と該磁束演算部の出力からｄｑ軸電流指令
（ｉd * ，ｉq * ）を得る電流指令演算部と、該ｄｑ軸
電流指令と該ｄｑ軸電流成分（ｉd ，ｉq ）の偏差に応
じて該制御電源部に対する電圧指令を得る電圧指令演算
部と、該検出速度に応じて該励磁電源部に対する界磁電
流指令（ｉf * ）を得る界磁電流指令部を備え、自動弱
め界磁により速度を制御する装置において、該界磁電流
指令（ｉf * ）に対し部分的あるいは全体的に増加した
界磁電流指令（ｉf2 * ）を得る補償手段を設け、該界磁
電流指令（ｉf2 * ）を実際の界磁電流指令とするように
構成する。
【００１４】
【作用】上記補償手段により最小界磁電流を所定値に制
限し電機子反作用が生じたときにも界磁電流が零になら
ないようにする。
限し電機子反作用が生じたときにも界磁電流が零になら
ないようにする。
【００１５】
【実施例】図１は本発明の一実施例を示す構成図であ
る。
る。
【００１６】図１において、界磁電流補償器30が新に設
けられた要素である他の要素は図４で示したものと同一
である。界磁電流補償器30は界磁電流指令ｉf * を補償
して実際の界磁電流指令ｉf2 * を得るもので、その補償
の例を図２に示す。この補償特性Ｃ1 ，Ｃ2 は界磁電流
補償器30の入力である界磁電流基準ｉf * を横軸にと
り、出力ｉf2 * を縦軸にした関数を示している。補償特
性Ｃ1 の場合
けられた要素である他の要素は図４で示したものと同一
である。界磁電流補償器30は界磁電流指令ｉf * を補償
して実際の界磁電流指令ｉf2 * を得るもので、その補償
の例を図２に示す。この補償特性Ｃ1 ，Ｃ2 は界磁電流
補償器30の入力である界磁電流基準ｉf * を横軸にと
り、出力ｉf2 * を縦軸にした関数を示している。補償特
性Ｃ1 の場合
【００１７】界磁電流基準ｉf * が最低界磁電流制限値
ｉfMINより小さい場合は、ｉf2 * をｉfMINの値に制限す
る。ｉf * がｉfMINより大きい場合はｉf2 * ＝ｉf * と
なるように関数を決定する。
ｉfMINより小さい場合は、ｉf2 * をｉfMINの値に制限す
る。ｉf * がｉfMINより大きい場合はｉf2 * ＝ｉf * と
なるように関数を決定する。
【００１８】この最低界磁電流制限値ｉfMINは弱め界磁
領域において大きな負荷がかかっても電機子反作用で、
界磁電流が零以下とならないように設定するものであ
る。
領域において大きな負荷がかかっても電機子反作用で、
界磁電流が零以下とならないように設定するものであ
る。
【００１９】このように界磁電流ｉf * が小さい領域で
最低界磁電流制限値ｉfMINにより増加した界磁電流ｉf
は、磁束演算器６に入力され、図５のブロック図により
内部相差角δが演算され、界磁電流の増加分だけｄ軸磁
束φd が増大し、内部相差角が開くことになり、電流基
準演算器７を介してｄ軸電流ｉd * が増加させられる。
最低界磁電流制限値ｉfMINにより増加した界磁電流ｉf
は、磁束演算器６に入力され、図５のブロック図により
内部相差角δが演算され、界磁電流の増加分だけｄ軸磁
束φd が増大し、内部相差角が開くことになり、電流基
準演算器７を介してｄ軸電流ｉd * が増加させられる。
【００２０】このｉd * の増加分が減磁作用として界磁
電流ｉf * の増加による磁束と相殺されるため、磁束を
増加することなく制御できる。このことにより、出力電
圧は一定に保たれるため電圧過大となることはない。
電流ｉf * の増加による磁束と相殺されるため、磁束を
増加することなく制御できる。このことにより、出力電
圧は一定に保たれるため電圧過大となることはない。
【００２１】最低界磁電流制限値ｉfMINを適当に設定す
ることにより、弱め界磁範囲の広い高速領域においても
電機子反作用により界磁電流が零となってならないため
界磁制御が安定に行なえる。従って大きな負荷変動に対
しても安定な制御特性が実現できる。この様子を図３に
示す。実線は本実施例による特性で点線は従来の特性を
示す。また、補償特性Ｃ2 のように界磁電流ｉf * に対
し、最低界磁電流ｉfMINをバイアスするだけでも同様の
効果が得られる。
ることにより、弱め界磁範囲の広い高速領域においても
電機子反作用により界磁電流が零となってならないため
界磁制御が安定に行なえる。従って大きな負荷変動に対
しても安定な制御特性が実現できる。この様子を図３に
示す。実線は本実施例による特性で点線は従来の特性を
示す。また、補償特性Ｃ2 のように界磁電流ｉf * に対
し、最低界磁電流ｉfMINをバイアスするだけでも同様の
効果が得られる。
【００２２】
【発明の効果】本発明によれば、弱め界磁範囲の広い高
速運転において急峻な負荷変動が生じても制御不能やト
ルク不足となることなく安定した速度制御を行うことの
できる同期電動機の制御装置が得られる。
速運転において急峻な負荷変動が生じても制御不能やト
ルク不足となることなく安定した速度制御を行うことの
できる同期電動機の制御装置が得られる。
【図１】本発明の一実施例を示す構成図。
【図２】上記実施例の補償特性図。
【図３】上記実施例の効果を説明するための特性図。
【図４】従来装置の構成図。
【図５】磁束演算器のブロック図。
【図６】従来装置の問題を説明するための特性図。
１…電力変換器 ２…同期電動機 ３…位置検出器 ４…界磁用電力変換器 ５…位置演算器 ６…磁束演算器 ７…電流基準演算器 ９，10…増幅器 11，12…電流検出器 13…ｄｑ軸電流演算器 14…座標変換器 21…界磁巻線 30…界磁電流補償器 40…速度制御部 41…微分器 42，43…関数器 44…除算器
Claims (1)
- 【請求項１】 可変電圧可変周波数の電力を同期電動機
に供給する制御電源部と、該同期電動機の界磁巻線に可
変の界磁電流（ｉf ）を供給する励磁電源部と、該同期
電動機の電機子電流と回転子の位置から該回転子の磁極
と同方向（ｄ軸）及び直交方向（ｑ軸）のｄｑ軸電流成
分（ｉd ，ｉq）を得る電流演算部と、該ｄｑ軸電流成
分（ｉd ，ｉq ）と該界磁電流（ｉf ）から該同期電動
機の磁束を模擬する磁束演算部と、速度指令と該同期電
動機の検出速度を比較して電流指令を得る速度制御部
と、該電流指令と該磁束演算部の出力からｄｑ軸電流指
令（ｉd * ，ｉq * ）を得る電流指令演算部と、該ｄｑ
軸電流指令と該ｄｑ軸電流成分（ｉd ，ｉq ）の偏差に
応じて該制御電源部に対する電圧指令を得る電圧指令演
算部と、該検出速度に応じて該励磁電源部に対する界磁
電流指令（ｉf * ）を得る界磁電流指令部を備え、自動
弱め界磁により速度を制御する装置において、該界磁電
流指令（ｉf * ）に対し部分的あるいは全体的に増加し
た界磁電流指令（ｉf2 * ）を得る補償手段を設け、該界
磁電流指令（ｉf2 * ）を実際の界磁電流指令とすること
を特徴とする同期電動機の制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3088148A JP2856564B2 (ja) | 1991-04-19 | 1991-04-19 | 同期電動機の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3088148A JP2856564B2 (ja) | 1991-04-19 | 1991-04-19 | 同期電動機の制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04322191A JPH04322191A (ja) | 1992-11-12 |
| JP2856564B2 true JP2856564B2 (ja) | 1999-02-10 |
Family
ID=13934851
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3088148A Expired - Lifetime JP2856564B2 (ja) | 1991-04-19 | 1991-04-19 | 同期電動機の制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2856564B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9350283B2 (en) | 2011-11-30 | 2016-05-24 | Mitsubishi Electric Corporation | Inverter device for electric vehicle |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006248469A (ja) | 2005-03-14 | 2006-09-21 | Hitachi Ltd | 電動４輪駆動車およびその制御装置 |
| JP2009183051A (ja) * | 2008-01-30 | 2009-08-13 | Mitsubishi Electric Corp | 同期機の制御装置 |
| CN108322125B (zh) * | 2018-01-25 | 2020-11-03 | 上海电气富士电机电气技术有限公司 | 一种同步电机的转矩响应控制方法 |
-
1991
- 1991-04-19 JP JP3088148A patent/JP2856564B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9350283B2 (en) | 2011-11-30 | 2016-05-24 | Mitsubishi Electric Corporation | Inverter device for electric vehicle |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04322191A (ja) | 1992-11-12 |
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