JP3641953B2

JP3641953B2 - 永久磁石型同期電動機の制御方法

Info

Publication number: JP3641953B2
Application number: JP31715898A
Authority: JP
Inventors: 智晴中山; 道雄岩堀; 芳信佐藤
Original assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Priority date: 1997-11-25
Filing date: 1998-11-09
Publication date: 2005-04-27
Anticipated expiration: 2018-11-09
Also published as: JPH11220900A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、直流電源からリアクトルとコンデンサとからなるフィルタ回路を介して供給される直流電圧をインバータにより所望の周波数の交流電圧に変換し、この交流電圧により永久磁石型同期電動機を駆動する際の永久磁石型同期電動機の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、例えば電気車の動力源などに使用されるこの種の永久磁石型同期電動機を駆動する電動機駆動装置の従来例を示す回路構成図である。
図４において、１は直流電源、２はリアクトル（Ｌ）、３はコンデンサ（Ｃ）、４はインバータ、５，６は電流検出器、７は永久磁石型同期電動機（ＰＭ）、８は永久磁石型同期電動機７の負荷、９は永久磁石型同期電動機７の磁極位置を検出する磁極位置検出器（ＰＳ）、１０は制御回路を示す。
【０００３】
この制御回路１０には外部より指令されるトルク指令（Ｔ^*）からのｑ軸電流指令値（Ｉ_q ^*）とｄ軸電流指令値（Ｉ_d ^*）とを演算して出力する電流指令演算器１１と、磁極位置検出器９からの磁極位置（θ）を微分して得られる角速度（ω）を出力する微分回路１２と、電流検出器５の検出値（Ｉ_U）と電流検出器６の検出値（Ｉ_W）とをｑ軸電流検出値（Ｉ_q）とｄ軸電流検出値（Ｉ_d）とに変換する３相／２相変換器１３と、ｑ軸電流指令値（Ｉ_q ^*），ｄ軸電流指令値（Ｉ_d ^*），ｑ軸電流検出値（Ｉ_q），ｄ軸電流検出値（Ｉ_d）が追従するように調節演算し、この演算結果をｑ軸電圧指令値（Ｖ_q ^*），ｄ軸電圧指令値（Ｖ_d ^*）として出力する電流制御演算器１４と、ｑ軸電圧指令値（Ｖ_q ^*），ｄ軸電圧指令値（Ｖ_d ^*）をキャリア信号に基づくパルス幅変調（ＰＷＭ）演算し、磁極位置（θ）に基づくインバータ４の駆動信号として出力するＰＷＭ演算器１５とを備えている。
【０００４】
図４に示した直流電源１は、例えば電気車の場合には架線が直流電源となり、このときインバータ４のスイッチング動作に伴って架線に与える擾乱を抑制するために、リアクトル２とコンデンサ３とで形成されるフィルタ回路が直流電源１としての架線からインバータ４への給電経路に挿設されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図４に示した従来の電動機駆動装置において、リアクトル２とコンデンサ３とで形成されるフィルタ回路の共振周波数付近となる永久磁石型電動機７の回転速度領域では、該フィルタ回路，インバータ４，永久磁石型同期電動機７，慣性体である負荷８，制御回路１０からなる駆動システムに制御上の振動現象が発生し、この駆動システムが不安定な動作をする恐れがあった。
この発明の目的は、上記問題点を解決する永久磁石型電動機の制御方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この第１の発明は、直流電源からリアクトルとコンデンサとからなるフィルタ回路を介して供給される直流電圧をインバータにより所望の周波数の交流電圧に変換し、この交流電圧により永久磁石型同期電動機を駆動する際の永久磁石型同期電動機の制御方法において、
前記電動機の永久磁石の磁束と同一方向をｄ軸，該ｄ軸と直交方向をｑ軸とするｄｑ座標上での該電動機のｄ軸，ｑ軸電流検出値をそれぞれｄ軸，ｑ軸電流指令値に追従させる電流制御系が出力するｄ軸，ｑ軸電圧指令値の内、ｑ軸電圧指令値にｄ軸電流検出値をゲイン倍した値を加算し、この加算値を新たなｑ軸電圧指令値とした制御を行う。
【０００７】
また第２の発明は、前記永久磁石型同期電動機の制御方法において、
前記電動機の永久磁石の磁束と同一方向をｄ軸，該ｄ軸と直交方向をｑ軸とするｄｑ座標上での該電動機のｄ軸，ｑ軸電流検出値をそれぞれｄ軸，ｑ軸電流指令値に追従させる電流制御系が出力するｄ軸，ｑ軸電圧指令値の内、ｑ軸電圧指令値にｄ軸電流検出値のバンドパスフィルタを介した値をゲイン倍した値を加算し、この加算値を新たなｑ軸電圧指令値とした制御を行う。
【０００８】
さらに第３の発明は、前記永久磁石型同期電動機の制御方法において、
前記電動機の永久磁石の磁束と同一方向をｄ軸，該ｄ軸と直交方向をｑ軸とするｄｑ座標上での該電動機のｄ軸，ｑ軸電流検出値をそれぞれｄ軸，ｑ軸電流指令値に追従させる電流制御系が出力するｄ軸，ｑ軸電圧指令値の内、ｄ軸電圧指令値にｄ軸電流検出値のバンドパスフィルタを介した値をゲイン倍した値を加算し、この加算値を新たなｄ軸電圧指令値とした制御を行う。
【０００９】
この発明は、前記フィルタ回路の共振周波数付近となる永久磁石型同期電動機の回転速度領域で発生しようとする振動現象に対して、この振動と逆位相の成分を制御回路に注入して、該振動現象を抑制することを作用としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の制御方法の第１の実施例を示す永久磁石型同期電動機を駆動する電動機駆動装置の回路構成図であり、図４に示した従来例回路と同一機能を有するものには同一符号を付している。
【００１１】
すなわち図１において、制御回路２０には電流指令演算器１１，微分回路１２，３相／２相変換器１３，電流制御演算器１４，ＰＷＭ演算器１５の他に、増幅回路２１と加算器２２とを備え、電流制御演算器１４の出力のｑ軸電圧指令値（Ｖ_q ^*）に、３相／２相変換器１３の出力のｄ軸電流検出値（Ｉ_d）を増幅回路２１によってＫ₁倍した値を加算器２２によって加算し、この加算値を新たなｑ軸電圧指令値（Ｖ_q ^**）としてＰＷＭ演算器１５に入力している。
【００１２】
図１に示した電動機駆動装置では、リアクトル２とコンデンサ３からなるフィルタ回路の共振周波数付近となる永久磁石型同期電動機７の回転速度領域で制御上の振動現象が発生すると、ｑ軸電圧指令値（Ｖ_q ^*），ｄ軸電流検出値（Ｉ_d）にもこの振動現象による成分がそれぞれ現れるが、ｄ軸電流検出値（Ｉ_d）の該成分にはｑ軸電圧指令値（Ｖ_q ^*）の該成分に対して逆位相分が存在するので、この逆位相分をＫ₁倍した値がｑ軸電圧指令値（Ｖ_q ^*）の該成分を打ち消すように調整することにより、該振動現象の発生を抑制している。
【００１３】
図２は、この発明の制御方法の第２の実施例を示す永久磁石型同期電動機を駆動する電動機駆動装置の回路構成図であり、図４に示した従来例回路と同一機能を有するものには同一符号を付している。
【００１４】
すなわち図２において、制御回路３０には電流指令演算器１１，微分回路１２，３相／２相変換器１３，電流制御演算器１４，ＰＷＭ演算器１５の他に、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３１と増幅回路３２と加算器３３とを備え、電流制御演算器１４の出力のｑ軸電圧指令値（Ｖ_q ^*）に、３相／２相変換器１３の出力のｄ軸電流検出値（Ｉ_d）からバンドパスフィルタ３１によって抽出された成分を増幅回路３２によってＫ₂倍した値を加算器３３によって加算し、この加算値を新たなｑ軸電圧指令値（Ｖ_q ^**）としてＰＷＭ演算器１５に入力している。
【００１５】
図２に示した電動機駆動装置では、リアクトル２とコンデンサ３からなるフィルタ回路の共振周波数付近となる永久磁石型同期電動機７の回転速度領域で制御上の振動現象が発生すると、ｑ軸電圧指令値（Ｖ_q ^*），ｄ軸電流検出値（Ｉ_d）にもこの振動現象による成分がそれぞれ現れるが、ｄ軸電流検出値（Ｉ_d）の該成分にはｑ軸電圧指令値（Ｖ_q ^*）の該成分に対して逆位相分が存在するので、この逆位相分をバンドパスフィルタ３１の通過周波数を調整して抽出し、この抽出値をＫ₂倍した値がｑ軸電圧指令値（Ｖ_q ^*）の該成分を打ち消すように調整することにより、該振動現象の発生を抑制している。
【００１６】
図３は、この発明の制御方法の第３の実施例を示す永久磁石型同期電動機を駆動する電動機駆動装置の回路構成図であり、図４に示した従来例回路と同一機能を有するものには同一符号を付している。
【００１７】
すなわち図３において、制御回路６０には電流指令演算器１１，微分回路１２，３相／２相変換器１３，電流制御演算器１４，ＰＷＭ演算器１５の他に、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）６１と増幅回路６２と加算器６３とを備え、電流制御演算器１４の出力のｄ軸電圧指令値（Ｖ_d ^*）に、３相／２相変換器１３の出力のｄ軸電流検出値（Ｉ_d）からバンドパスフィルタ６１によって抽出された成分を増幅回路６２によってＫ₄倍した値を加算器６３によって加算し、この加算値を新たなｄ軸電圧指令値（Ｖ_d ^**）としてＰＷＭ演算器１５に入力している。
【００１８】
図３に示した電動機駆動装置では、リアクトル２とコンデンサ３からなるフィルタ回路の共振周波数付近となる永久磁石型同期電動機７の回転速度領域で制御上の振動現象が発生すると、ｄ軸電圧指令値（Ｖ_d ^*），ｄ軸電流検出値（Ｉ_d）にもこの振動現象による成分がそれぞれ現れるが、ｄ軸電流検出値（Ｉ_d）の該成分をバンドパスフィルタ６１の通過周波数を調整して抽出し、この抽出値をＫ₄倍した値がｄ軸電圧指令値（Ｖ_d ^*）の該成分を打ち消すように調整することにより、該振動現象の発生を抑制している。
【００１９】
【発明の効果】
この発明の制御方法によれば、前記リアクトルとコンデンサとで形成されるフィルタ回路の共振周波数付近となる永久磁石型同期電動機の回転速度領域で発生しようとする振動現象に対して、この振動と逆位相の成分を制御回路に注入して、該振動現象を抑制し、安定な動作をさせることができる。
【００２０】
例えば、電気車の動力源などに使用される永久磁石型同期電動機において、前記フィルタ回路の共振周波数（２０Ｈｚ程度）付近となる永久磁石型電動機の回転速度領域で、該電動機が定格トルクを出力する動作状態でも制御上安定な動作を行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の制御方法の第１の実施例を示す電動機駆動装置の回路構成図
【図２】この発明の制御方法の第２の実施例を示す電動機駆動装置の回路構成図
【図３】この発明の制御方法の第３の実施例を示す電動機駆動装置の回路構成図
【図４】従来例を示す電動機駆動装置の回路構成図
【符号の説明】
１…直流電源、２…リアクトル、３…コンデンサ、４…インバータ、５，６…電流検出器、７…永久磁石型同期電動機、８…負荷、９…磁極位置検出器、１０…制御回路、１１…電流指令演算器、１２…微分回路、１３…３相／２相変換器、１４…電流制御演算器、１５…ＰＷＭ演算器、２０…制御回路、２１…増幅回路、２２…加算器、３０…制御回路、３１…バンドパスフィルタ、３２…増幅回路、３３…加算器、４０…電圧検出器、５０…制御回路、５１…ローパスフィルタ、５２…微分回路、５３…増幅回路、５４…加算器、６０…制御回路、６１…バンドパスフィルタ、６２…増幅回路、６３…加算器。

Claims

直流電源からリアクトルとコンデンサとからなるフィルタ回路を介して供給される直流電圧をインバータにより所望の周波数の交流電圧に変換し、この交流電圧により永久磁石型同期電動機を駆動する際の永久磁石型同期電動機の制御方法において、
前記電動機の永久磁石の磁束と同一方向をｄ軸，該ｄ軸と直交方向をｑ軸とするｄｑ座標上での該電動機のｄ軸，ｑ軸電流検出値をそれぞれｄ軸，ｑ軸電流指令値に追従させる電流制御系が出力するｄ軸，ｑ軸電圧指令値の内、ｑ軸電圧指令値にｄ軸電流検出値をゲイン倍した値を加算し、この加算値を新たなｑ軸電圧指令値としたことを特徴とする永久磁石型同期電動機の制御方法。
直流電源からリアクトルとコンデンサとからなるフィルタ回路を介して供給される直流電圧をインバータにより所望の周波数の交流電圧に変換し、この交流電圧により永久磁石型同期電動機を駆動する際の永久磁石型同期電動機の制御方法において、
前記電動機の永久磁石の磁束と同一方向をｄ軸，該ｄ軸と直交方向をｑ軸とするｄｑ座標上での該電動機のｄ軸，ｑ軸電流検出値をそれぞれｄ軸，ｑ軸電流指令値に追従させる電流制御系が出力するｄ軸，ｑ軸電圧指令値の内、ｑ軸電圧指令値にｄ軸電流検出値のバンドパスフィルタを介した値をゲイン倍した値を加算し、この加算値を新たなｑ軸電圧指令値としたことを特徴とする永久磁石型同期電動機の制御方法。
直流電源からリアクトルとコンデンサとからなるフィルタ回路を介して供給される直流電圧をインバータにより所望の周波数の交流電圧に変換し、この交流電圧により永久磁石型同期電動機を駆動する際の永久磁石型同期電動機の制御方法において、
前記電動機の永久磁石の磁束と同一方向をｄ軸，該ｄ軸と直交方向をｑ軸とするｄｑ座標上での該電動機のｄ軸，ｑ軸電流検出値をそれぞれｄ軸，ｑ軸電流指令値に追従させる電流制御系が出力するｄ軸，ｑ軸電圧指令値の内、ｄ軸電圧指令値にｄ軸電流検出値のバンドパスフィルタを介した値をゲイン倍した値を加算し、この加算値を新たなｄ軸電圧指令値としたことを特徴とする永久磁石型同期電動機の制御方法。