JP3764337B2 - 同期電動機の制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力変換器により同期電動機の可変速駆動を行なう同期電動機の制御装置に係り、特に電力変換器の最大出力電圧を同期電動機の定格電圧に等しくした場合でも、同期電動機を安定に制御することができるようにした同期電動機の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、例えば“特開平４−１２７８９３号公報”に示された、この種の従来の同期電動機の制御装置の構成例を示す機能ブロック図である。
【０００３】
図１において、同期電動機の制御装置は、速度演算器１と、速度制御器２と、３相ｄｑ変換器３と、磁束演算器４と、ｄｑ軸電流演算器５と、ｄｑ軸電流制御器６と、ｄｑ３相変換器７と、界磁電流演算器８とから構成されている。
【０００４】
速度演算器１は、図示しない同期電動機の磁極位置検出値θｒを基に微分演算を行ない、同期電動機の速度検出値ωｒとして出力する。
【０００５】
速度制御器２は、同期電動機の速度基準値ωｒ＊と速度演算器１からの速度検出値ωｒとの偏差を基に比例積分制御を行ない、同期電動機の磁束基準値φ＊に応じた同期電動機のトルク電流基準値ＩＴ ＊を求めて出力する。
【０００６】
３相ｄｑ変換器３は、同期電動機の３相電機子電流検出値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗと磁極位置検出値θｒとを基に、同期電動機の磁極方向の電流であるｄ軸電流検出値Ｉｄと磁極と直交方向の電流であるｑ軸電流検出値Ｉｑを求めて出力する。
【０００７】
磁束演算器４は、同期電動機のｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑと、界磁電流検出値Ｉｆとを基に、同期電動機の定数を用いてｄｑ軸ギャップ磁束φｇｄ、φｇｑを演算し、さらにｄｑ軸ギャップ磁束φｇｄ、φｇｑを基に、内部相差角δを演算して出力する。
【０００８】
ｄｑ軸電流演算器５は、トルク電流基準値ＩＴ ＊を基に、内部相差角δを用いてｄｑ軸電流基準値Ｉｄ＊、Ｉｑ＊を演算して出力する。
【０００９】
ｄｑ軸電流制御器６は、ｄｑ軸電流基準値Ｉｄ＊、Ｉｑ＊とｄｑ軸電流検出値Ｉｄ、Ｉｑとの偏差を基にｄ軸、ｑ軸それぞれ比例積分制御を行ない、ｄｑ軸電圧基準値Ｖｄ＊、Ｖｑ＊を求めて出力する。
【００１０】
ｄｑ３相変換器７は、ｄｑ軸電圧基準値Ｖｄ＊、Ｖｑ＊と磁極位置検出値θｒとを基に、３相電圧基準値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を求めて出力する。
【００１１】
同期電動機の電機子用電力変換器は、これら３相電圧基準値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に基づいて電機子電圧を制御する。
【００１２】
界磁電流演算器８は、磁束基準値φ＊に応じた界磁電流基準値Ｉｆ＊を求めて出力する。
【００１３】
同期電動機の界磁用電力変換器は、この界磁電流基準値Ｉｆ＊に基づいて界磁電流を制御する。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したような従来の同期電動機の制御装置においては、同期電動機の電機子電流は、ｄｑ座標上の直流量でｄ軸、ｑ軸がそれぞれ独立に制御されている。ｄｑ軸電流を増減するためには、ｄｑ軸電圧の大きさを増減する必要があるが、これは３相座標上では振幅を増減することに相当する。従って、同期電動機が定格電圧で運転されている時に、トルクを増加するために電機子電流を増加させる必要が生じた場合には、電力変換器の出力電圧を定格電圧よりも大きくしなければならない。
【００１５】
このため、電力変換器の最大出力電圧を同期電動機の定格電圧に対して大きくする必要があり、電力変換器の電圧利用効率の低下を招いている。
【００１６】
また、電力変換器の出力電圧が最大出力電圧となり、出力電圧が飽和した状態では、電流制御の応答速度が低下したり、不安定になる場合がある。
【００１７】
本発明の目的は、電力変換器の最大出力電圧を同期電動機の定格電圧に等しくした場合でも、同期電動機を安定に制御することが可能な同期電動機の制御装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、次のような装置により達成される。
【００１９】
すなわち、請求項１の発明は、電力変換器により同期電動機の可変速駆動を行なう同期電動機の制御装置において、同期電動機の速度基準値と同期電動機の速度検出値との偏差に基づいて、電力変換器が出力する有効電流基準値を演算する速度制御手段と、同期電動機の電機子電流である３相電流検出値と、電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値とに基づいて、電力変換器が出力する有効電流値および無効電流値を演算する３相ＰＱ変換手段と、速度制御手段により演算された有効電流基準値と３相ＰＱ変換手段により演算された有効電流値との偏差に基づいて、電力変換器が出力する電圧の電圧位相補償値を演算する有効電流制御手段と、有効電力制御手段により演算された電圧位相補償値と、同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値を演算する電圧位相演算手段と、電圧位相演算手段により演算された電圧位相基準値と、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値とに基づいて、電力変換器が出力する電圧の３相電圧基準値を演算する極座標３相変換手段とを備えて成り、
前記電力変換器により前記同期電動機の可変速制御を行う際に、前記電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値を一定に保ったまま、前記電力変換器の出力電圧の位相を変化させるようにしたことを特徴とする同期電動機の制御装置、である。
【００２０】
従って、請求項１の発明の同期電動機の制御装置においては、電力変換器が出力する電圧の振幅を一定に保ったままで、電圧の位相を変化させることにより、電力変換器が出力する有効電流を制御することが可能となるため、電力変換器の最大出力電圧を同期電動機の定格電圧に等しくした場合でも、同期電動機を安定に制御することができる。
【００２１】
また、請求項２の発明は、上記請求項１の発明の同期電動機の制御装置において、３相ＰＱ変換手段により演算された無効電流値と電力変換器が出力する無効電流基準値との偏差に基づいて、同期電動機の界磁電流補償値を演算する無効電流制御手段と、無効電流制御手段により演算された界磁電流補償値と、同期電動機の磁束基準値とに基づいて、同期電動機の界磁電流基準値を演算する界磁電流演算手段とを付加した同期電動機の制御装置、である。
【００２２】
従って、請求項２の発明の同期電動機の制御装置においては、電力変換器が出力する無効電流を任意の値に制御することができる。特に、無効電流をゼロとすることにより、電力変換器の力率を１に保つことができる。
【００２３】
さらに、請求項３の発明で、上記請求項１の発明の同期電動機の制御装置において、３相ＰＱ変換手段により演算された無効電流値に基づいて、電圧位相振動補償値を演算するハイパスフィルタを付加し、電圧位相演算手段の代わりに、ハイパスフィルタにより演算された電圧位相振動補償値と、有効電流制御手段により演算された電圧位相補償値と、同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値を演算する電圧位相演算手段を備えた同期電動機の制御装置、である。
【００２４】
従って、請求項３の発明の同期電動機の制御装置においては、電力変換器が出力する有効電流を電圧位相の変化によって制御する場合に、電圧位相の振動に伴なって発生する有効電流の振動を制御することができる。
【００２５】
一方、請求項４の発明は、上記請求項１の発明の同期電動機の制御装置において、上記３相ｄｑ変換手段の代わりに、同期電動機の電機子電流である３相電流検出値と、同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、同期電動機の磁極方向の電機子電流であるｄ軸電流値および磁極と直交方向の電機子電流であるｑ軸電流値を演算する３相ｄｑ変換手段を備え、３相ｄｑ変換手段により演算されたｄ軸電流値およびｑ軸電流値と、同期電動機の界磁電流検出値とに基づいて、同期電動機の定数を用いて同期電動機の内部相差角を演算する磁束演算手段を付加し、上記電圧位相演算手段の代わりに、磁束演算手段により演算された内部相差角と、有効電流制御手段により演算された電圧位相補償値と、同期電動機の磁極電動機の磁極位置検出値とに基づいて、電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値を演算する電圧位相演算手段を備えた同期電動機の制御装置、である。
【００２６】
従って、請求項４の発明の同期電動機の制御装置においては、電力変換器が出力する有効電流を電圧位相の変化によって制御する場合に、電圧位相基準値をフィードフォワード的に補償することにより、有効電流の応答速度を向上することができる。
【００２７】
また、請求項５の発明は、上記請求項１の発明の同期電動機の制御装置において、速度制御手段により演算された有効電流基準値と、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値とに基づいて、同期電動機の定数を用いて電力変換器が出力する電圧の電圧位相フィードフォワード値を演算する電圧位相フィードフォワード演算手段を付加し、上記電圧位相演算手段の代わりに、電圧位相フィードフォワード演算手段により演算された電圧位相フィードフォワード値と、有効電流制御手段により演算された電圧位相補償値と、同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値を演算する電圧位相演算手段を備えた同期電動機の制御装置、である。
【００２８】
従って、請求項５の発明の同期電動機の制御装置においては、電力変換器が出力する有効電流を電圧位相の変化によって制御する場合に、電圧位相基準値をフィードフォワード的に補償することにより、有効電流の応答速度を向上することができる。
【００２９】
さらに、請求項６の発明は、上記請求項１の発明の同期電動機の制御装置において、３相ＰＱ変換手段により演算された有効電流値と速度制御手段により演算された有効電流基準値との偏差に基づいて、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅補償値を演算する増幅手段と、増幅手段により演算された電圧振幅補償値と、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値とを加算して、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値を補償して出力する加算手段とを付加し、上記極座標３相変換手段の代わりに、加算手段により出力される補償した電圧振幅基準値と、電圧位相演算手段により演算された電圧位相基準値とに基づいて、電力変換器が出力する電圧の３相電圧基準値を演算する極座標３相変換手段を備えた同期電動機の制御装置、である。
【００３０】
従って、請求項６の発明の同期電動機の制御装置においては、電力変換器が出力する有効電流を電圧位相の変化によって制御する場合に、電圧振幅を補償することにより、有効電流の応答速度を向上することができる。
【００３１】
さらにまた、請求項７の発明は、上記請求項２の発明の同期電動機の制御装置において、同期電動機の電機子電流である３相電流検出値と、同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、同期電動機の磁極方向の電機子電流であるｄ軸電流値および磁極と直交方向の電機子電流であるｑ軸電流値を演算する３相ｄｑ変換手段と、３相ｄｑ変換手段により演算されたｄ軸電流値およびｑ軸電流値と、同期電動機の界磁電流検出値とに基づいて、同期電動機の定数を用いて同期電動機の内部相差角を演算する磁束演算手段と、速度制御手段により演算された有効電流基準値と、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値とに基づいて、同期電動機の定数を用いて電力変換器が出力する電圧の電圧位相フィードフォワード値を演算する電圧位相フィードフォワード演算手段と、磁束演算手段により演算された内部相差角と、電圧位相フィードフォワード演算手段により演算された電圧位相フィードフォワード値と、速度制御手段により演算された有効電流基準値と、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値とに基づいて、同期電動機の定数を用いて同期電動機の界磁電流フィードフォワード値を演算する界磁電流フィードフォワード演算手段とを付加し、上記界磁電流演算手段の代わりに、界磁電流フィードフォワード演算手段により演算された界磁電流フィードフォワード値と、無効電流制御手段により演算された界磁電流補償値と、同期電動機の磁束基準値とに基づいて、同期電動機の界磁電流基準値を演算する界磁電流演算手段を備えた同期電動機の制御装置、である。
【００３２】
従って、請求項７の発明の同期電動機の制御装置においては、電力変換器が出力する無効電流を界磁電流を調節することによって制御する場合に、界磁電流基準値をフィードフォワード的に補償することにより、無効電流の応答速度を向上することができる。
【００３３】
一方、請求項８の発明は、電力変換器により同期電動機の可変速駆動を行なう同期電動機の制御装置において、同期電動機の速度基準値と同期電動機の速度検出値との偏差に基づいて、同期電動機のトルク電流基準値を演算する速度制御手段と、同期電動機の電機子電流である３相電流検出値と、同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、同期電動機の磁極方向の電機子電流であるｄ軸電流値および磁極と直交方向の電機子電流であるｑ軸電流値を演算する３相ｄｑ変換手段と、３相ｄｑ変換手段により演算されたｄ軸電流値およびｑ軸電流値と、同期電動機の界磁電流検出値とに基づいて、同期電動機の定数を用いて同期電動機の内部相差角を演算する磁束演算手段と、磁束演算手段により演算された内部相差角と、同期電動機の磁極位置検出値と、同期電動機の電機子電流である３相電流検出値とに基づいて、同期電動機の磁束電流値およびトルク電流値を演算する３相ＭＴ変換手段と、３相ＭＴ変換手段により演算されたトルク電流値と速度制御手段により演算されたトルク電流基準値との偏差に基づいて、電力変換器が出力する電圧の電圧位相補償値を演算するトルク電流制御手段と、トルク電流制御手段により演算された電圧位相補償値と、同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値を演算する電圧位相演算手段と、電圧位相演算手段により演算された電圧位相基準値と、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値とに基づいて、電力変換器が出力する電圧の３相電圧基準値を演算する極座標３相変換手段とを備えて成り、前記電力変換器により前記同期電動機の可変速制御を行う際に、前記電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値を一定に保ったまま、前記電力変換器の出力電圧の位相を変化させるようにしたことを特徴とする同期電動機の制御装置、である。
【００３４】
従って、請求項８の発明の同期電動機の制御装置においては、電力変換器が出力する電圧の振幅を一定に保ったままで、電圧の位相を変化させることにより、同期電動機のトルク電流を制御することが可能となるため、電力変換器の最大出力電圧を同期電動機の定格電圧に等しくした場合でも、同期電動機を安定に制御することができる。
【００３５】
また、請求項９の発明は、上記請求項８の発明の同期電動機の制御装置において、３相ＭＴ変換手段により演算された磁束電流値と同期電動機の磁束電流基準値との偏差に基づいて、同期電動機の界磁電流補償値を演算する磁束電流制御手段を付加し、上記界磁電流演算手段の代わりに、磁束電流制御手段により演算された界磁電流補償値と、同期電動機の磁束基準値とに基づいて、同期電動機の界磁電流基準値を演算する界磁電流演算手段とを備えた同期電動機の制御装置、である。
【００３６】
従って、請求項９の発明の同期電動機の制御装置においては、同期電動機の磁束電流を任意の値に制御することができる。特に、磁束電流をゼロとすることにより、同期電動機の力率を１に保つことができる。
【００３７】
さらに、請求項１０の発明は、上記請求項８の発明の同期電動機の制御装置において、３相ＭＴ変換手段により演算された磁束電流値に基づいて、電圧位相振動補償値を演算するハイパスフィルタを付加し、上記電圧位相演算手段の代わりに、ハイパスフィルタにより演算された電圧位相振動補償値と、トルク電流制御手段により演算された電圧位相補償値と、同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値を演算する電圧位相演算手段を備えた同期電動機の制御装置、である。
【００３８】
従って、請求項１０の発明の同期電動機の制御装置においては、同期電動機のトルク電流を電力変換器が出力する電圧位相の変化によって制御する場合に、電圧位相の振動に伴なって発生するトルク電流の振動を抑制することができる。
【００３９】
一方、請求項１１の発明は、上記請求項８の発明の同期電動機の制御装置において、上記電圧位相演算手段の代わりに、磁束演算手段により演算された内部相差角と、トルク電流制御手段により演算された電圧位相補償値と、同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値を演算する電圧位相演算手段を備えた同期電動機の制御装置、である。
【００４０】
従って、請求項１１の発明の同期電動機の制御装置においては、同期電動機のトルク電流を電力変換器が出力する電圧位相の変化によって制御する場合に、電圧位相基準値をフィードフォワード的に補償することにより、トルク電流の応答速度を向上することができる。
【００４１】
また、請求項１２の発明は、上記請求項８の発明の同期電動機の制御装置において、速度制御手段により演算されたトルク電流基準値と、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値とに基づいて、同期電動機の定数を用いて電力変換器が出力する電圧の電圧位相フィードフォワード値を演算する電圧位相フィードフォワード演算手段を付加し、上記電圧位相演算手段の代わりに、電圧位相フィードフォワード演算手段により演算された電圧位相フィードフォワード値と、トルク電流制御手段により演算された電圧位相補償値と、同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値を演算する電圧位相演算手段を備えた同期電動機の制御装置、である。
【００４２】
従って、請求項１２の発明の同期電動機の制御装置においては、同期電動機のトルク電流を電力変換器が出力する電圧位相の変化によって制御する場合に、電圧位相基準値をフィードフォワード的に補償することにより、トルク電流の応答速度を向上することができる。
【００４３】
さらに、請求項１３の発明は、上記請求項８の発明の同期電動機の制御装置において、３相ＭＴ変換手段により演算されたトルク電流値と速度制御手段により演算されたトルク電流基準値との偏差に基づいて、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅補償値を演算する増幅手段と、増幅手段により演算された電圧振幅補償値と、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値とを加算して、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値を補償して出力する加算手段とを付加し、上記極座標３相変換手段の代わりに、加算手段により出力される補償した電圧振幅基準値と、電圧位相演算手段により演算された電圧位相基準値とに基づいて、電力変換器が出力する電圧の３相電圧基準値を演算する極座標３相変換手段を備えた同期電動機の制御装置、である。
【００４４】
従って、請求項１３の発明の同期電動機の制御装置においては、同期電動機のトルク電流を電力変換器が出力する電圧位相の変化によって制御する場合に、電圧振幅を補償することにより、トルク電流の応答速度を向上することができる。
【００４５】
さらにまた、請求項１４の発明は、上記請求項９の発明の同期電動機の制御装置において、磁束演算手段により演算された内部相差角と、速度制御手段により演算されたトルク電流基準値と、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値とに基づいて、同期電動機の定数を用いて同期電動機の界磁電流フィードフォワード値を演算する界磁電流フィードフォワード演算手段を付加し、上記界磁電流演算手段の代わりに、界磁電流フィードフォワード演算手段により演算された界磁電流フィードフォワード値と、磁束電流制御手段により演算された界磁電流補償値と、同期電動機の磁束基準値とに基づいて、同期電動機の界磁電流基準値を演算する界磁電流演算手段を備えた同期電動機の制御装置、である。
【００４６】
従って、請求項１４の発明の同期電動機の制御装置においては、同期電動機の磁束電流を界磁電流を調節することによって制御する場合に、界磁電流基準値をフィードフォワード的に補償することにより、磁束電流の応答速度を向上することができる。
【００４７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
図２は、本実施の形態による同期電動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。
【００４８】
すなわち、本実施の形態の同期電動機の制御装置は、図２に示すように、図１における速度制御器２、３相ｄｑ変換器３、磁束演算器４、ｄｑ軸電流演算器５、ｄｑ軸電流制御器６、およびｄｑ３相変換器７を省略し、これらに代えて新たに、速度制御器２−１と、３相ＰＱ変換器９と、有効電流制御器１０と、電圧位相演算器１１と、極座標３相変換器１２とを備えた構成としている。
【００４９】
速度制御器２−１は、同期電動機の速度基準値と同期電動機の速度検出値との偏差に基づいて、電力変換器が出力する有効電流基準値を演算する。
【００５０】
３相ＰＱ変換器９は、同期電動機の電機子電流である３相電流検出値と、電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値とに基づいて、電力変換器が出力する有効電流値および無効電流値を演算する。
【００５１】
有効電流制御器１０は、速度制御器２−１により演算された有効電流基準値と３相ＰＱ変換器９により演算された有効電流値との偏差に基づいて、電力変換器が出力する電圧の電圧位相補償値を演算する。
【００５２】
電圧位相演算器１１は、有効電力制御器１０により演算された電圧位相補償値と、同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値を演算する。
【００５３】
極座標３相変換器１２は、電圧位相演算器１１により演算された電圧位相基準値と、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値とに基づいて、電力変換器が出力する電圧の３相電圧基準値を演算する。
【００５４】
次に、以上のように構成した本実施の形態の同期電動機の制御装置の動作について説明する。
【００５５】
図２において、速度制御器２−１では、同期電動機の速度基準値ωｒ＊と速度検出値ωｒとの偏差を基に比例積分制御が行なわれ、電力変換器の出力する有効電流基準値ＩＰ ＊が求められて出力される。
【００５６】
この時、有効電流基準値ＩＰ ＊の大きさを同期電動機の磁束基準値φ＊に反比例させることにより、界磁弱め領域でのトルクの低下が補償されている。
【００５７】
３相ＰＱ変換器９では、同期電動機の３相電機子電流検出値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗと電力変換器の出力する電圧の位相基準値θ＊とを基に、電力変換器の出力する有効電流値Ｉｐと無効電流値ＩＱが求められて出力される。
【００５８】
有効電流制御器１０では、有効電流基準値ＩＰ ＊と有効電流値ＩＰとの偏差を基に比例積分制御が行なわれ、電力変換器が出力する電圧の電圧位相補償値Δθ＊が求められて出力される。
【００５９】
電圧位相演算器１１では、電圧位相補償値Δθ＊と同期電動機の磁極位置検出値θｒとから、電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値θ＊が、次式のような演算により求められて出力される。
【００６０】
【数１】
極座標３相変換器１２では、電圧位相基準値θ＊と電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値Ｖ１ ＊とから、電力変換器が出力する電圧の３相電圧基準値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊が、次式のような演算により求められて出力される。
【００６１】
【数２】
電力変換器では、このようにして求められた３相電圧基準値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に基づいて、同期電動機の電機子電圧が制御される。
【００６２】
次に、本実施の形態の同期電動機の制御装置の動作について、図３を用いてより具体的に説明する。
【００６３】
図３は、ある瞬間における電圧・電流ベクトル図を示すものであり、Ｖ １ は電力変換器出力電圧ベクトル、Ｉ １ は同期電動機の電機子電流ベクトル、Ｖ ｇ は同期電動機のギャップ電圧ベクトル、Ｖ Ｌ は同期電動機の電機子漏れインダクタンスＬ１に印加される電圧ベクトルである。
【００６４】
各電圧ベクトルは、次式を満足している。
【００６５】
【数３】
また、電機子電流ベクトルＩ １ は、次式となる。
【００６６】
【数４】
ただし、ω：電気角周波数 かかる状態から、電力変換器の出力電圧ベクトルをＶ １ からＶ １ まで大きさを固定して位相をΔθだけ増加させた場合を考えると、電機子漏れインダクタンスＬに印加される電圧ベクトルは、次式のようになる。
【００６７】
【数５】
また、電機子電流ベクトルは、次式となる。
【００６８】
【数６】
以上から、位相を増加させることによって、電機子電流が増加し、これに含まれる有効電流成分も増加することになる。逆に、位相を減少させることによって、有効電流成分を減少することができる。
【００６９】
上述したように、本実施の形態の同期電動機の制御装置では、電機子電圧の振幅を一定の値とし、位相のみを変化させるようにしているので、電機子電流を制御することができるため、電力変換器の最大出力電圧を同期電動機の定格電圧に等しくした場合でも、同期電動機を安定に制御することが可能となる。
【００７０】
（第２の実施の形態）
図４は、本実施の形態による同期電動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。
【００７１】
すなわち、本実施の形態の同期電動機の制御装置は、図４に示すように、図２に無効電流制御器１３を付加し、さらに前記界磁電流演算器８の代わりに、新たに界磁電流演算器８−１を備えた構成としている。
【００７２】
無効電流制御器１３は、前記３相ＰＱ変換器９により演算された無効電流値と電力変換器が出力する無効電流基準値との偏差に基づいて、同期電動機の界磁電流補償値を演算する。
【００７３】
界磁電流演算器８−１は、無効電流制御器１３により演算された界磁電流補償値と、同期電動機の磁束基準値とに基づいて、同期電動機の界磁電流基準値を演算する。
【００７４】
次に、以上のように構成した本実施の形態の同期電動機の制御装置の動作について説明する。
【００７５】
なお、図２と同一部分の動作についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の動作についてのみ述べる。
【００７６】
図４において、無効電流制御器１３では、電力変換器の出力する無効電流基準値ＩＱ ＊と無効電流値ＩＱとの偏差を基に比例積分制御が行なわれ、同期電動機の界磁電流補償値ΔＩｆ＊が求められて出力される。
【００７７】
界磁電流演算器８−１では、界磁電流補償値ΔＩｆ＊と磁束基準値φ＊とから、同期電動機の界磁電流基準値Ｉｆ＊が、次式のような演算により求められて出力される。
【００７８】
【数７】
ただし、Ｍｄ：同期電動機ｄ軸相互インダクタンス 電力変換器では、このようにして求められた界磁電流基準値Ｉｆ＊に基づいて、同期電動機の界磁電流が制御される。
【００７９】
次に、本実施の形態の同期電動機の制御装置の動作について、図５を用いてより具体的に説明する。
【００８０】
図５は、前記図３と同様に、ある瞬間における電圧・電流ベクトル図を示すものである。
【００８１】
ここで、無効電流基準値がゼロである場合を考える。無効電流制御器の働きにより、同期電動機の界磁電流を調節して、同期電動機のギャップ電圧ベクトルをＶ ｇ からＶ’ ｇ に増加させた場合を考えると、電機子漏れインダクタンスＬに印加される電圧ベクトルはＶ Ｌ からＶ’ Ｌ に変化する。
【００８２】
この時、電力変換器の出力電圧ベクトルＶ １ と電機子漏れインダクタンスＬに印加される電圧ベクトルＶ’ Ｌ が直交関係にあれば、電力変換器の出力電圧ベクトルＶ １ と電機子電流ベクトルＩ １ は同相となり、電力変換器の出力する無効電流はゼロとなる。
【００８３】
同様に、無効電流基準値がゼロ以外の値である場合にも、無効電流制御器１３の働きにより、電力変換器の出力する無効電流を基準値に追従させることができる。
【００８４】
上述したように、本実施の形態の同期電動機の制御装置では、前記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる他、電力変換器の出力する無効電流を任意の値に制御することが可能となる。特に、無効電流をゼロとすることにより、電力変換器の力率を１に保つことが可能となる。
【００８５】
（第３の実施の形態）
図６は、本実施の形態による同期電動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。
【００８６】
すなわち、本実施の形態の同期電動機の制御装置は、図６に示すように、図２にハイパスフィルタ１４を付加し、さらに前記電圧位相演算器１１の代わりに、新たに電圧位相演算器１１−１を備えた構成としている。
【００８７】
ハイパスフィルタ１４は、前記３相ＰＱ変換器９により演算された無効電流値に基づいて、電圧位相振動補償値を演算する。
【００８８】
電圧位相演算器１１−１は、ハイパスフィルタ１４により演算された電圧位相振動補償値と、前記有効電流制御器１０により演算された電圧位相補償値と、同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値を演算する。
【００８９】
次に、以上のように構成した本実施の形態の同期電動機の制御装置の動作について説明する。なお、図２と同一部分の動作についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の動作についてのみ述べる。
【００９０】
図６において、ハイパスフィルタ１４では、電力変換器の出力する無効電流値ＩＱから直流成分を除去することにより、無効電流に含まれる振動成分が検出され、これに適当な係数を乗算することにより、電力変換器の出力する電圧の電圧位相振動補償値θｄ＊が求められて出力される。
【００９１】
電圧位相演算器１１−１では、電圧位相振動補償値θｄ＊と電圧位相補償値Δθ＊と同期電動機の磁極位置検出値θｒとから、電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値θ＊が、次式のような演算により求められて出力される。
【００９２】
【数８】
上述したように、本実施の形態の同期電動機の制御装置では、前記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる他、電力変換器の出力する有効電流を電圧位相の変化によって制御する場合に、電圧位相の振動に伴なって発生する有効電流の振動を抑制することが可能となる。
【００９３】
（第４の実施の形態）
図７は、本実施の形態による同期電動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。
【００９４】
すなわち、本実施の形態の同期電動機の制御装置は、図７に示すように、図２に磁束演算器４を付加し、さらに前記３相ｄｑ変換器３、および電圧位相演算器１１の代わりに、新たに３相ｄｑ変換器３、および電圧位相演算器１１−２を備えた構成としている。
【００９５】
３相ｄｑ変換器３は、同期電動機の電機子電流である３相電流検出値と、同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、同期電動機の磁極方向の電機子電流であるｄ軸電流値および磁極と直交方向の電機子電流であるｑ軸電流値を演算する。
【００９６】
磁束演算器４は、３相ｄｑ変換器３により演算されたｄ軸電流値およびｑ軸電流値と、同期電動機の界磁電流検出値とに基づいて、同期電動機の定数を用いて同期電動機の内部相差角を演算する。
【００９７】
電圧位相演算器１１−２は、磁束演算器４により演算された内部相差角と、前記有効電流制御器１０により演算された電圧位相補償値と、同期電動機の磁極電動機の磁極位置検出値とに基づいて、電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値を演算する。
【００９８】
次に、以上のように構成した本実施の形態の同期電動機の制御装置の動作について説明する。
【００９９】
なお、図２と同一部分の動作についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の動作についてのみ述べる。
【０１００】
図７において、３相ｄｑ変換器３では、同期電動機の電機子電流である３相電流検出値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗと同期電動機の磁極位置検出値θｒとを基に、同期電動機の磁極方向の電機子電流であるｄ軸電流値Ｉｄおよび磁極と直交方向の電機子電流であるｑ軸電流値Ｉｑが求められて出力される。
【０１０１】
磁束演算器４では、同期電動機のｄｑ軸電流値Ｉｄ、Ｉｑと界磁電流検出値Ｉｆとから、同期電動機のｄｑ軸ギャップ磁束φｇｄ、φｇｑおよび内部相差角δが、次式のような演算により求められて出力される。
【０１０２】
【数９】
ただし、Ｍｄ、Ｍｑ：同期電動機ｄｑ軸相互インダクタンス なお、ギャップ磁束の演算を、同期電動機のダンパー電流を考慮して行なうようにしてもよい。
【０１０３】
電圧位相演算器１１−２では、内部相差角δと電圧位相補償値Δθ＊と同期電動機の磁極位置検出値θｒとから、電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値θ＊が、次式のような演算により求められて出力される。
【０１０４】
【数１０】
上述したように、本実施の形態の同期電動機の制御装置では、前記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる他、電力変換器の出力する有効電流を電圧位相の変化によって制御する場合に、電圧位相基準値θ＊をフィードフォワード的に補償するようにしているので、有効電流制御の応答速度を向上することが可能となる。
【０１０５】
（第５の実施の形態）
図８は、本実施の形態による同期電動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。
【０１０６】
すなわち、本実施の形態の同期電動機の制御装置は、図８に示すように、図２に電圧位相フィードフォワード演算器１５を付加し、さらに前記電圧位相演算器１１の代わりに、電圧位相演算器１１−３を備えた構成としている。
【０１０７】
電圧位相フィードフォワード演算器１５は、前記速度制御器２−１により演算された有効電流基準値と、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値とに基づいて、同期電動機の定数を用いて電力変換器が出力する電圧の電圧位相フィードフォワード値を演算する。
【０１０８】
電圧位相演算器１１−３は、電圧位相フィードフォワード演算器１５により演算された電圧位相フィードフォワード値と、前記有効電流制御器１０により演算された電圧位相補償値と、同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値を演算する。
【０１０９】
次に、以上のように構成した本実施の形態の同期電動機の制御装置の動作について説明する。
【０１１０】
なお、図２と同一部分の動作についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の動作についてのみ述べる。
【０１１１】
図８において、電圧位相フィードフォワード演算器１５では、電力変換器の出力する有効電流基準値Ｉｐ ＊と電圧振幅基準値Ｖ１ ＊とから、電圧位相フィードフォワード値θＦＦ ＊が、次式のような演算により求められて出力される。
【０１１２】
【数１１】
ただし、ＸＬ：同期電動機電機子漏れリアクタンス Ｒａ：同期電動機電機子抵抗 電圧位相演算器１１−３では、電圧位相フィードフォワード値θＦＦ ＊と電圧位相補償値Δθ＊と同期電動機の磁極位置検出値θｒとから、電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値θ＊が、次式のような演算により求められて出力される。
【０１１３】
【数１２】
上述したように、本実施の形態の同期電動機の制御装置では、前記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる他、電力変換器の出力する有効電流を電圧位相の変化によって制御する場合に、電圧位相基準値θ＊をフィードフォワード的に補償するようにしているので、有効電流制御の応答速度を向上することが可能となる。
【０１１４】
（第６の実施の形態）
図９は、本実施の形態による同期電動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。
【０１１５】
すなわち、本実施の形態の同期電動機の制御装置は、図９に示すように、図２に増幅器１６、および加算器１７を付加し、さらに前記極座標３相変換器１２の代わりに、新たに極座標３相変換器１２−１を備えた構成としている。
【０１１６】
増幅器１６は、前記３相ＰＱ変換器９により演算された有効電流値と前記速度制御器２−１により演算された有効電流基準値との偏差に基づいて、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅補償値を演算する。
【０１１７】
加算器１７は、増幅器１６により演算された電圧振幅補償値と、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値とを加算して、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値を補償して出力する。
【０１１８】
次に、以上のように構成した本実施の形態の同期電動機の制御装置の動作について説明する。
【０１１９】
なお、図２と同一部分の動作についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の動作についてのみ述べる。
【０１２０】
図９において、増幅器１６では、電力変換器の出力する有効電流基準値ＩＰ ＊と有効電流値ＩＰとの偏差が、適当な係数で増幅されることにより、電力変換器が出力する電圧の電圧振動補償値ΔＶ１ ＊が、次式のような演算により求められて出力される。
【０１２１】
【数１３】
ただし、Ｋ：増幅器の係数 加算器１７では、電圧振幅補償値ΔＶ１ ＊と電圧振幅基準値Ｖ１ ＊とが加算されて、新たな電圧振幅基準値Ｖ１ ＊＊が出力される。
【０１２２】
極座標３相変換器１２−１では、電圧振幅基準値Ｖ１ ＊＊と電圧位相基準値θ＊とから、電力変換器が出力する電圧の３相電圧基準値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊が、次式のような演算により求められて出力される。
【０１２３】
【数１４】
上述したように、本実施の形態の同期電動機の制御装置では、前記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる他、電力変換器の出力する有効電流を電圧位相の変化によって制御する場合に、電圧振幅を補償するようにしているので、有効電流制御の応答速度を向上することが可能となる。
【０１２４】
（第７の実施の形態）
図１０は、本実施の形態による同期電動機の制御装置の構成例を示す機能ブロック図であり、図４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。
【０１２５】
すなわち、本実施の形態の同期電動機の制御装置は、図１０に示すように、図２に３相ｄｑ変換器３、磁束演算器４、電圧位相フィードフォワード演算器１５、および界磁電流フィードフォワード演算器１８を付加し、さらに前記界磁電流演算器８の代わりに、新たに界磁電流演算器８−２を備えた構成としている。
【０１２６】
３相ｄｑ変換器３は、同期電動機の電機子電流である３相電流検出値と、同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、同期電動機の磁極方向の電機子電流であるｄ軸電流値および磁極と直交方向の電機子電流であるｑ軸電流値を演算する。
【０１２７】
磁束演算器４は、３相ｄｑ変換器３により演算されたｄ軸電流値およびｑ軸電流値と、同期電動機の界磁電流検出値とに基づいて、同期電動機の定数を用いて同期電動機の内部相差角を演算する。
【０１２８】
電圧位相フィードフォワード演算器１５は、前記速度制御器２−１により演算された有効電流基準値と、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値とに基づいて、同期電動機の定数を用いて電力変換器が出力する電圧の電圧位相フィードフォワード値を演算する。
【０１２９】
界磁電流フィードフォワード演算器１８は、磁束演算器４により演算された内部相差角と、電圧位相フィードフォワード演算器１５により演算された電圧位相フィードフォワード値と、前記速度制御器２−１により演算された有効電流基準値と、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値とに基づいて、同期電動機の定数を用いて同期電動機の界磁電流フィードフォワード値を演算する。
【０１３０】
界磁電流演算器８−２は、界磁電流フィードフォワード演算器１８により演算された界磁電流フィードフォワード値と、前記無効電流制御器１３により演算された界磁電流補償値と、同期電動機の磁束基準値とに基づいて、同期電動機の界磁電流基準値を演算する。
【０１３１】
次に、以上のように構成した本実施の形態の同期電動機の制御装置の動作について説明する。
【０１３２】
なお、図４と同一部分の動作についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の動作についてのみ述べる。
【０１３３】
図１０において、３相ｄｑ変換器３では、同期電動機の３相電機子電流検出値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗと磁極位置検出値θｒとから、同期電動機の磁極方向の電流であるｄ軸電流検出値Ｉｄと磁極と直交方向の電流であるｑ軸電流検出値Ｉｑが求められて出力される。
【０１３４】
磁束演算器４では、同期電動機のｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑと界磁電流検出値Ｉｆとから、同期電動機の定数を用いてｄｑ軸ギャップ磁束φｇｄ、φｇｑが演算され、さらにｄｑ軸ギャップ磁束φｇｄ、φｇｑから、内部相差角δが演算されて出力される。
【０１３５】
電圧位相フィードフォワード演算器１５では、有効電流基準値Ｉｐ ＊と電圧の電圧振幅基準値Ｖ１ ＊とから、同期電動機の定数を用いて電力変換器が出力する電圧の電圧位相フィードフォワード値θＦＦ ＊が求められて出力される。
【０１３６】
界磁電流フィードフォワード演算器１８では、電力変換器の出力する有効電流基準値Ｉｐ ＊と電圧振幅基準値Ｖ１ ＊と電圧位相フィードフォワード演算値θＦＦ ＊と同期電動機の内部相差角δとから、同期電動機の界磁電流フィードフォワード値ＩｆＦＦ ＊が、次式のような演算により求められて出力される。
【０１３７】
【数１５】
ただし、Ｘａｄ、Ｘａｑ：同期電動機ｄｑ軸相互リアクタンス 界磁電流演算器８−２では、界磁電流フィードフォワード値ＩｆＦＦ ＊と界磁電流補償値ΔＩｆ＊と磁束基準値φ＊とから、同期電動機の界磁電流基準値Ｉｆ＊が、次式のような演算により求められて出力される。
【０１３８】
【数１６】
上述したように、本実施の形態の同期電動機の制御装置では、前記第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる他、電力変換器の出力する無効電流を界磁電流を調節することによって制御する場合に、界磁電流基準値をフィードフォワード的に補償するようにしているので、無効電流制御の応答速度を向上することが可能となる。
【０１３９】
（第８の実施の形態）
前記第１の実施の形態では、電力変換器の出力する有効電流に注目して制御を行なうようにしているのに対して、本実施の形態の場合には、同期電動機のトルク電流に注目して制御を行なうようにしている。
【０１４０】
図１１は、本実施の形態による同期電動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。
【０１４１】
すなわち、本実施の形態の同期電動機の制御装置は、図１１に示すように、図２における速度制御器２−１、３相ＰＱ変換器９、および有効電流制御器１０を省略し、これらに代えて新たに、速度制御器２と、３相ｄｑ変換器３と、磁束演算器４と、３相ＭＴ変換器１９と、トルク電流制御器２０とを備えた構成としている。
【０１４２】
速度制御器２は、同期電動機の速度基準値と同期電動機の速度検出値との偏差に基づいて、同期電動機のトルク電流基準値を演算する。
【０１４３】
３相ｄｑ変換器３は、同期電動機の電機子電流である３相電流検出値と、同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、同期電動機の磁極方向の電機子電流であるｄ軸電流値および磁極と直交方向の電機子電流であるｑ軸電流値を演算する。
【０１４４】
磁束演算器４は、３相ｄｑ変換器３により演算されたｄ軸電流値およびｑ軸電流値と、同期電動機の界磁電流検出値とに基づいて、同期電動機の定数を用いて同期電動機の内部相差角を演算する。
【０１４５】
３相ＭＴ変換器１９は、磁束演算器４により演算された内部相差角と、同期電動機の磁極位置検出値と、同期電動機の電機子電流である３相電流検出値とに基づいて、同期電動機の磁束電流値およびトルク電流値を演算する。
【０１４６】
トルク電流制御器２０は、３相ＭＴ変換器１９により演算されたトルク電流値と速度制御器２により演算されたトルク電流基準値との偏差に基づいて、電力変換器が出力する電圧の電圧位相補償値を演算する。
【０１４７】
次に、以上のように構成した本実施の形態の同期電動機の制御装置の動作について説明する。
【０１４８】
なお、図２と同一部分の動作についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の動作についてのみ述べる。
【０１４９】
図１１において、速度制御器２では、同期電動機の速度基準値ωｒ＊と速度演算器１からの速度検出値ωｒとの偏差を基に比例積分制御が行なわれ、同期電動機の磁束基準値φ＊に応じた同期電動機のトルク電流基準値ＩＴ ＊が求められて出力される。
【０１５０】
３相ｄｑ変換器３では、同期電動機の電機子電流である３相電流検出値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗと同期電動機の磁極位置検出値θｒとを基に、同期電動機の磁極方向の電機子電流であるｄ軸電流値Ｉｄおよび磁極と直交方向の電機子電流であるｑ軸電流値Ｉｑが求められて出力される。
【０１５１】
磁束演算器４では、同期電動機のｄｑ軸電流値Ｉｄ、Ｉｑと界磁電流検出値Ｉｆとから、同期電動機のｄｑ軸ギャップ磁束φｇｄ、φｇｑおよび内部相差角δが、前記第４の実施の形態と同様な演算により求められて出力される。
【０１５２】
３相ＭＴ変換器１９では、同期電動機の３相電機子電流検出値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗと同期電動機の内部相差角δと磁極位置検出値θｒとから、同期電動機のトルク電流値ＩＴと磁束電流値ＩＭが求められて出力される。
【０１５３】
トルク電流制御器２０では、トルク電流基準値ＩＴ ＊とトルク電流値ＩＴとの偏差を基に比例積分制御が行なわれ、電力変換器が出力する電圧の電圧位相補償値Δθ＊が求められて出力される。
【０１５４】
上述したように、本実施の形態の同期電動機の制御装置では、電機子電圧の振幅を一定の値とし、位相のみを変化させるようにしているので、電機子電流を制御することができるため、電力変換器の最大出力電圧を同期電動機の定格電圧に等しくした場合でも、同期電動機を安定に制御することが可能となる。
【０１５５】
（第９の実施の形態）
図１２は、本実施の形態による同期電動機の制御装置の構成例を示す機能ブロック図であり、図１１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。
【０１５６】
すなわち、本実施の形態の同期電動機の制御装置は、図１２に示すように、図１１に磁束電流制御器２１を付加し、さらに前記界磁電流演算器８の代わりに、界磁電流演算器８−１を備えた構成としている。
【０１５７】
磁束電流制御器２１は、前記３相ＭＴ変換器１９により演算された磁束電流値と同期電動機の磁束電流基準値との偏差に基づいて、同期電動機の界磁電流補償値を演算する。
【０１５８】
界磁電流演算器８−１は、磁束電流制御器２１により演算された界磁電流補償値と、同期電動機の磁束基準値とに基づいて、同期電動機の界磁電流基準値を演算する。
【０１５９】
次に、以上のように構成した本実施の形態の同期電動機の制御装置の動作について説明する。
【０１６０】
なお、図１１と同一部分の動作についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の動作についてのみ述べる。
【０１６１】
図１２において、磁束電流制御器２１では、同期電動機の磁束電流基準値ＩＭ ＊と磁束電流値ＩＭとの偏差を基に比例積分制御が行なわれ、同期電動機の界磁電流補償値ΔＩｆ＊が求められて出力される。
【０１６２】
界磁電流演算器８−１では、界磁電流補償値ΔＩｆ＊と同期電動機の磁束基準値φ＊とから、同期電動機の界磁電流基準値Ｉｆ＊が求められて出力される。
【０１６３】
上述したように、本実施の形態の同期電動機の制御装置では、前記第８の実施の形態と同様の効果を得ることができる他、同期電動機の磁束電流を任意の値に制御することが可能となる。特に、磁束電流をゼロとすることにより、同期電動機の力率を１に保つことが可能となる。
【０１６４】
（第１０の実施の形態）
図１３は、本実施の形態による同期電動機の制御装置の構成例を示す機能ブロック図であり、図１１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。
【０１６５】
すなわち、本実施の形態の同期電動機の制御装置は、図１３に示すように、図１１にハイパスフィルタ１４−１を付加し、さらに前記電圧位相演算器１１の代わりに、電圧位相演算器１１−１を備えた構成としている。
【０１６６】
ハイパスフィルタ１４−１は、前記３相ＭＴ変換器１９により演算された磁束電流値に基づいて、電圧位相振動補償値を演算する。
【０１６７】
電圧位相演算器１１−１は、ハイパスフィルタ１４−１により演算された電圧位相振動補償値と、前記トルク電流制御器２０により演算された電圧位相補償値と、同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値を演算する。
【０１６８】
次に、以上のように構成した本実施の形態の同期電動機の制御装置の動作について説明する。
【０１６９】
なお、図１１と同一部分の動作についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の動作についてのみ述べる。
【０１７０】
図１３において、ハイパスフィルタ１４−１では、同期電動機の磁束電流値ＩＭから直流成分が除去されることにより、磁束電流に含まれる振動成分が検出され、これに適当な係数が乗算されることにより、電力変換器の出力する電圧の電圧位相振動補償値θｄ＊が求められて出力される。
【０１７１】
電圧位相演算器１１−１では、電圧位相振動補償値θｄ＊と電圧位相補償値Δθ＊と同期電動機の磁極位置検出値θｒとから、電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値θ＊が、前記第３の実施の形態と同様な演算により求められて出力される。
【０１７２】
上述したように、本実施の形態の同期電動機の制御装置では、前記第８の実施の形態と同様の効果を得ることができる他、同期電動機のトルク電流を電力変換器の出力する電圧位相の変化によって制御する場合に、電圧位相の振動に伴なって発生するトルク電流の振動を抑制することが可能となる。
【０１７３】
（第１１の実施の形態）
図１４は、本実施の形態による同期電動機の制御装置の構成例を示す機能ブロック図であり、図１１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。
【０１７４】
すなわち、本実施の形態の同期電動機の制御装置は、図１４に示すように、図１１における電圧位相演算器１１の代わりに、電圧位相演算器１１−２を備えた構成としている。
【０１７５】
電圧位相演算器１１−２は、前記磁束演算器４により演算された内部相差角と、前記トルク電流制御器２０により演算された電圧位相補償値と、同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値を演算する。
【０１７６】
次に、以上のように構成した本実施の形態の同期電動機の制御装置の動作について説明する。 なお、図１１と同一部分の動作についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の動作についてのみ述べる。
【０１７７】
図１４において、電圧位相演算器１１−２では、内部相差角δと電圧位相補償値Δθ＊と同期電動機の磁極位置検出値θｒとから、電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値θ＊が求められて出力される。
【０１７８】
上述したように、本実施の形態の同期電動機の制御装置では、前記第８の実施の形態と同様の効果を得ることができる他、同期電動機のトルク電流を電力変換器の出力する電圧位相の変化によって制御する場合に、電圧位相基準値をフィードフォワード的に補償するようにしているので、トルク電流制御の応答速度を向上することが可能となる。
【０１７９】
（第１２の実施の形態）
図１５は、本実施の形態による同期電動機の制御装置の構成例を示す機能ブロック図であり、図１１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。
【０１８０】
すなわち、本実施の形態の同期電動機の制御装置は、図１５に示すように、図１１に電圧位相フィードフォワード演算器１５−１を付加し、さらに前記電圧位相演算器１１の代わりに、電圧位相演算器１１−３を備えた構成としている。
【０１８１】
電圧位相フィードフォワード演算器１５−１は、前記速度制御器２により演算されたトルク電流基準値と、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値とに基づいて、同期電動機の定数を用いて電力変換器が出力する電圧の電圧位相フィードフォワード値を演算する。
【０１８２】
電圧位相演算器１１−３は、電圧位相フィードフォワード演算器１５−１により演算された電圧位相フィードフォワード値と、前記トルク電流制御器２０により演算された電圧位相補償値と、同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値を演算する。
【０１８３】
次に、以上のように構成した本実施の形態の同期電動機の制御装置の動作について説明する。なお、図１１と同一部分の動作についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の動作についてのみ述べる。
【０１８４】
図１５において、電圧位相フィードフォワード演算器１５−１では、同期電動機のトルク電流基準値ＩＴ ＊と電力変換器の出力する電圧振幅基準値Ｖ１ ＊とから、電圧位相フィードフォワード値θＦＦ ＊が、次式のような演算により求められで出力される。
【０１８５】
【数１７】
電圧位相演算器１１−３では、電圧位相フィードフォワード値θＦＦ ＊と電圧位相補償値Δθ＊と同期電動機の磁極位置検出値θｒとから、電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値θ＊が求められて出力される。
【０１８６】
上述したように、本実施の形態の同期電動機の制御装置では、前記第８の実施の形態と同様の効果を得ることができる他、同期電動機のトルク電流を電力変換器の出力する電圧位相の変化によって制御する場合に、電圧位相基準値をフィードフォワード的に補償するようにしているので、トルク電流制御の応答速度を向上することが可能となる。
【０１８７】
（第１３の実施の形態）
図１６は、本実施の形態による同期電動機の制御装置の構成例を示す機能ブロック図であり、図１１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。
【０１８８】
すなわち、本実施の形態の同期電動機の制御装置は、図１６に示すように、図１１に増幅器１６−１と、加算器１７とを付加し、さらに前記極座標３相変換器１２の代わりに、極座標３相変換器１２−１を備えた構成としている。
【０１８９】
増幅器１６−１は、前記３相ＭＴ変換器１９により演算されたトルク電流値と前記速度制御器２により演算されたトルク電流基準値との偏差に基づいて、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅補償値を演算する。
【０１９０】
加算器１７は、増幅器１６−１により演算された電圧振幅補償値と、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値とを加算して、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値を補償して出力する。
【０１９１】
極座標３相変換器１２−１は、加算器１７により出力される補償した電圧振幅基準値と、前記電圧位相演算器１１により演算された電圧位相基準値とに基づいて、電力変換器が出力する電圧の３相電圧基準値を演算する。
【０１９２】
次に、以上のように構成した本実施の形態の同期電動機の制御装置の動作について説明する。なお、図１１と同一部分の動作についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の動作についてのみ述べる。
【０１９３】
図１６において、増幅器１６−１では、同期電動機のトルク電流基準値ＩＴ ＊とトルク電流値ＩＴとの偏差が、適当な係数で増幅されることにより、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅補償値ΔＶ１ ＊が、次式のような演算により求められて出力される。
【０１９４】
【数１８】
加算器１７では、電圧振幅補償値ΔＶ１ ＊との電圧振幅基準値Ｖ１ ＊とが加算されて、新たな電圧振幅基準値Ｖ１ ＊＊が出力される。
【０１９５】
極座標３相変換器１２−１では、電圧振幅基準値Ｖ１ ＊＊と電圧位相基準値θ＊とから、電力変換器が出力する電圧の３相電圧基準値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊が、前記第６の実施の形態と同様な演算により求められて出力される。
【０１９６】
上述したように、本実施の形態の同期電動機の制御装置では、前記第８の実施の形態と同様の効果を得ることができる他、同期電動機のトルク電流を電力変換器の出力する電圧位相の変化によって制御する場合に、電圧振幅を補償するようにしているので、トルク電流制御の応答速度を向上することが可能となる。
【０１９７】
（第１４の実施の形態）
図１７は、本実施の形態による同期電動機の制御装置の構成例を示す機能ブロック図であり、図１２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。
【０１９８】
すなわち、本実施の形態の同期電動機の制御装置は、図１７に示すように、図１２に界磁電流フィードフォワード演算器１８−１を付加し、さらに前記界磁電流演算器８−１の代わりに、界磁電流演算器８−２を備えた構成としている。
【０１９９】
界磁電流フィードフォワード演算器１８−１は、前記磁束演算器４により演算された内部相差角と、前記速度制御器２により演算されたトルク電流基準値と、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値とに基づいて、同期電動機の定数を用いて同期電動機の界磁電流フィードフォワード値を演算する。
【０２００】
界磁電流演算器８−２は、界磁電流フィードフォワード演算器１８−１により演算された界磁電流フィードフォワード値と、磁束電流制御器２１により演算された界磁電流補償値と、同期電動機の磁束基準値とに基づいて、同期電動機の界磁電流基準値を演算する。
【０２０１】
次に、以上のように構成した本実施の形態の同期電動機の制御装置の動作について説明する。なお、図１２と同一部分の動作についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の動作についてのみ述べる。
【０２０２】
図１７において、界磁電流フィードフォワード演算器１８−１では、電力変換器の出力する電圧振幅基準値Ｖ１ ＊と同期電動機のトルク電流基準値ＩＴ ＊と内部相差角δとから、同期電動機の界磁電流フィードフォワード値ＩｆＦＦ ＊が、次式のような演算により求められて出力される。
【０２０３】
【数１９】
界磁電流演算器８−２では、演算された界磁電流フィードフォワード値ＩｆＦＦ ＊と界磁電流補償値ΔＩｆ＊と同期電動機の磁束基準値φ＊とから、同期電動機の界磁電流基準値Ｉｆ＊が求められて出力される。
【０２０４】
上述したように、本実施の形態の同期電動機の制御装置では、前記第９の実施の形態と同様の効果を得ることができる他、同期電動機の磁束電流を界磁電流を調節することによって制御する場合に、界磁電流基準値をフィードフォワード的に補償するようにしているので、磁束電流制御の応答速度を向上することが可能となる。
【０２０５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の同期電動機の制御装置によれば、電力変換器の出力電圧の振幅を一定とし、位相を変化させるようにしているので、同期電動機の電流制御を安定に行なうことができるため、電力変換器の最大出力電圧を同期電動機の定格電圧に等しくした場合でも、同期電動機を安定に制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の同期電動機の制御装置の構成例を示す機能ブロック図。
【図２】本発明による同期電動機の制御装置の第１の実施の形態を示す機能ブロック図。
【図３】同第１の実施の形態の同期電動機の制御装置における動作を説明するための電圧・電流ベクトル図。
【図４】 本発明による同期電動機の制御装置の第２の実施の形態を示す機能ブロック図。
【図５】同第２の実施の形態の同期電動機の制御装置における動作を説明するための電圧・電流ベクトル図。
【図６】本発明による同期電動機の制御装置の第３の実施の形態を示す機能ブロック図。
【図７】本発明による同期電動機の制御装置の第４の実施の形態を示す機能ブロック図。
【図８】本発明による同期電動機の制御装置の第５の実施の形態を示す機能ブロック図。
【図９】本発明による同期電動機の制御装置の第６の実施の形態を示す機能ブロック図。
【図１０】本発明による同期電動機の制御装置の第７の実施の形態を示す機能ブロック図。
【図１１】本発明による同期電動機の制御装置の第８の実施の形態を示す機能ブロック図。
【図１２】本発明による同期電動機の制御装置の第９の実施の形態を示す機能ブロック図。
【図１３】本発明による同期電動機の制御装置の第１０の実施の形態を示す機能ブロック図。
【図１４】本発明による同期電動機の制御装置の第１１の実施の形態を示す機能ブロック図。
【図１５】本発明による同期電動機の制御装置の第１２の実施の形態を示す機能ブロック図。
【図１６】本発明による同期電動機の制御装置の第１３の実施の形態を示す機能ブロック図。
【図１７】本発明による同期電動機の制御装置の第１４の実施の形態を示す機能ブロック図。
【符号の説明】
１…速度演算器、２、２−１…速度制御器、３…３相ｄｑ変換器、４…磁束演算器、５…ｄｑ軸電流演算器、６…ｄｑ軸電流制御器、７…ｄｑ３相変換器、８、８−１、８−２…界磁電流演算器、９…３相ＰＱ変換器、１０…有効電流制御器、１１、１１−１、１１−２、１１−３…電圧位相演算器、１２、１２−１…極座標３相変換器、１３…無効電流制御器、１４、１４−１…ハイパスフィルタ、１５、１５−１…電圧位相フィードフォワード演算器、１６、１６−１…増幅器、１７…加算器、１８，１８−１…界磁電流フィードフォワード演算器、１９…３相ＭＴ変換器 、２０…トルク電流制御器、２１…磁束電流制御器。
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力変換器により同期電動機の可変速駆動を行なう同期電動機の制御装置に係り、特に電力変換器の最大出力電圧を同期電動機の定格電圧に等しくした場合でも、同期電動機を安定に制御することができるようにした同期電動機の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、例えば“特開平４−１２７８９３号公報”に示された、この種の従来の同期電動機の制御装置の構成例を示す機能ブロック図である。
【０００３】
図１において、同期電動機の制御装置は、速度演算器１と、速度制御器２と、３相ｄｑ変換器３と、磁束演算器４と、ｄｑ軸電流演算器５と、ｄｑ軸電流制御器６と、ｄｑ３相変換器７と、界磁電流演算器８とから構成されている。
【０００４】
速度演算器１は、図示しない同期電動機の磁極位置検出値θｒを基に微分演算を行ない、同期電動機の速度検出値ωｒとして出力する。
【０００５】
速度制御器２は、同期電動機の速度基準値ωｒ＊と速度演算器１からの速度検出値ωｒとの偏差を基に比例積分制御を行ない、同期電動機の磁束基準値φ＊に応じた同期電動機のトルク電流基準値ＩＴ ＊を求めて出力する。
【０００６】
３相ｄｑ変換器３は、同期電動機の３相電機子電流検出値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗと磁極位置検出値θｒとを基に、同期電動機の磁極方向の電流であるｄ軸電流検出値Ｉｄと磁極と直交方向の電流であるｑ軸電流検出値Ｉｑを求めて出力する。
【０００７】
磁束演算器４は、同期電動機のｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑと、界磁電流検出値Ｉｆとを基に、同期電動機の定数を用いてｄｑ軸ギャップ磁束φｇｄ、φｇｑを演算し、さらにｄｑ軸ギャップ磁束φｇｄ、φｇｑを基に、内部相差角δを演算して出力する。
【０００８】
ｄｑ軸電流演算器５は、トルク電流基準値ＩＴ ＊を基に、内部相差角δを用いてｄｑ軸電流基準値Ｉｄ＊、Ｉｑ＊を演算して出力する。
【０００９】
ｄｑ軸電流制御器６は、ｄｑ軸電流基準値Ｉｄ＊、Ｉｑ＊とｄｑ軸電流検出値Ｉｄ、Ｉｑとの偏差を基にｄ軸、ｑ軸それぞれ比例積分制御を行ない、ｄｑ軸電圧基準値Ｖｄ＊、Ｖｑ＊を求めて出力する。
【００１０】
ｄｑ３相変換器７は、ｄｑ軸電圧基準値Ｖｄ＊、Ｖｑ＊と磁極位置検出値θｒとを基に、３相電圧基準値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を求めて出力する。
【００１１】
同期電動機の電機子用電力変換器は、これら３相電圧基準値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に基づいて電機子電圧を制御する。
【００１２】
界磁電流演算器８は、磁束基準値φ＊に応じた界磁電流基準値Ｉｆ＊を求めて出力する。
【００１３】
同期電動機の界磁用電力変換器は、この界磁電流基準値Ｉｆ＊に基づいて界磁電流を制御する。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したような従来の同期電動機の制御装置においては、同期電動機の電機子電流は、ｄｑ座標上の直流量でｄ軸、ｑ軸がそれぞれ独立に制御されている。ｄｑ軸電流を増減するためには、ｄｑ軸電圧の大きさを増減する必要があるが、これは３相座標上では振幅を増減することに相当する。従って、同期電動機が定格電圧で運転されている時に、トルクを増加するために電機子電流を増加させる必要が生じた場合には、電力変換器の出力電圧を定格電圧よりも大きくしなければならない。
【００１５】
このため、電力変換器の最大出力電圧を同期電動機の定格電圧に対して大きくする必要があり、電力変換器の電圧利用効率の低下を招いている。
【００１６】
また、電力変換器の出力電圧が最大出力電圧となり、出力電圧が飽和した状態では、電流制御の応答速度が低下したり、不安定になる場合がある。
【００１７】
本発明の目的は、電力変換器の最大出力電圧を同期電動機の定格電圧に等しくした場合でも、同期電動機を安定に制御することが可能な同期電動機の制御装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、次のような装置により達成される。
【００１９】
すなわち、請求項１の発明は、電力変換器により同期電動機の可変速駆動を行なう同期電動機の制御装置において、同期電動機の速度基準値と同期電動機の速度検出値との偏差に基づいて、電力変換器が出力する有効電流基準値を演算する速度制御手段と、同期電動機の電機子電流である３相電流検出値と、電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値とに基づいて、電力変換器が出力する有効電流値および無効電流値を演算する３相ＰＱ変換手段と、速度制御手段により演算された有効電流基準値と３相ＰＱ変換手段により演算された有効電流値との偏差に基づいて、電力変換器が出力する電圧の電圧位相補償値を演算する有効電流制御手段と、有効電力制御手段により演算された電圧位相補償値と、同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値を演算する電圧位相演算手段と、電圧位相演算手段により演算された電圧位相基準値と、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値とに基づいて、電力変換器が出力する電圧の３相電圧基準値を演算する極座標３相変換手段とを備えて成り、
前記電力変換器により前記同期電動機の可変速制御を行う際に、前記電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値を一定に保ったまま、前記電力変換器の出力電圧の位相を変化させるようにしたことを特徴とする同期電動機の制御装置、である。
【００２０】
従って、請求項１の発明の同期電動機の制御装置においては、電力変換器が出力する電圧の振幅を一定に保ったままで、電圧の位相を変化させることにより、電力変換器が出力する有効電流を制御することが可能となるため、電力変換器の最大出力電圧を同期電動機の定格電圧に等しくした場合でも、同期電動機を安定に制御することができる。
【００２１】
また、請求項２の発明は、上記請求項１の発明の同期電動機の制御装置において、３相ＰＱ変換手段により演算された無効電流値と電力変換器が出力する無効電流基準値との偏差に基づいて、同期電動機の界磁電流補償値を演算する無効電流制御手段と、無効電流制御手段により演算された界磁電流補償値と、同期電動機の磁束基準値とに基づいて、同期電動機の界磁電流基準値を演算する界磁電流演算手段とを付加した同期電動機の制御装置、である。
【００２２】
従って、請求項２の発明の同期電動機の制御装置においては、電力変換器が出力する無効電流を任意の値に制御することができる。特に、無効電流をゼロとすることにより、電力変換器の力率を１に保つことができる。
【００２３】
さらに、請求項３の発明で、上記請求項１の発明の同期電動機の制御装置において、３相ＰＱ変換手段により演算された無効電流値に基づいて、電圧位相振動補償値を演算するハイパスフィルタを付加し、電圧位相演算手段の代わりに、ハイパスフィルタにより演算された電圧位相振動補償値と、有効電流制御手段により演算された電圧位相補償値と、同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値を演算する電圧位相演算手段を備えた同期電動機の制御装置、である。
【００２４】
従って、請求項３の発明の同期電動機の制御装置においては、電力変換器が出力する有効電流を電圧位相の変化によって制御する場合に、電圧位相の振動に伴なって発生する有効電流の振動を制御することができる。
【００２５】
一方、請求項４の発明は、上記請求項１の発明の同期電動機の制御装置において、上記３相ｄｑ変換手段の代わりに、同期電動機の電機子電流である３相電流検出値と、同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、同期電動機の磁極方向の電機子電流であるｄ軸電流値および磁極と直交方向の電機子電流であるｑ軸電流値を演算する３相ｄｑ変換手段を備え、３相ｄｑ変換手段により演算されたｄ軸電流値およびｑ軸電流値と、同期電動機の界磁電流検出値とに基づいて、同期電動機の定数を用いて同期電動機の内部相差角を演算する磁束演算手段を付加し、上記電圧位相演算手段の代わりに、磁束演算手段により演算された内部相差角と、有効電流制御手段により演算された電圧位相補償値と、同期電動機の磁極電動機の磁極位置検出値とに基づいて、電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値を演算する電圧位相演算手段を備えた同期電動機の制御装置、である。
【００２６】
従って、請求項４の発明の同期電動機の制御装置においては、電力変換器が出力する有効電流を電圧位相の変化によって制御する場合に、電圧位相基準値をフィードフォワード的に補償することにより、有効電流の応答速度を向上することができる。
【００２７】
また、請求項５の発明は、上記請求項１の発明の同期電動機の制御装置において、速度制御手段により演算された有効電流基準値と、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値とに基づいて、同期電動機の定数を用いて電力変換器が出力する電圧の電圧位相フィードフォワード値を演算する電圧位相フィードフォワード演算手段を付加し、上記電圧位相演算手段の代わりに、電圧位相フィードフォワード演算手段により演算された電圧位相フィードフォワード値と、有効電流制御手段により演算された電圧位相補償値と、同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値を演算する電圧位相演算手段を備えた同期電動機の制御装置、である。
【００２８】
従って、請求項５の発明の同期電動機の制御装置においては、電力変換器が出力する有効電流を電圧位相の変化によって制御する場合に、電圧位相基準値をフィードフォワード的に補償することにより、有効電流の応答速度を向上することができる。
【００２９】
さらに、請求項６の発明は、上記請求項１の発明の同期電動機の制御装置において、３相ＰＱ変換手段により演算された有効電流値と速度制御手段により演算された有効電流基準値との偏差に基づいて、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅補償値を演算する増幅手段と、増幅手段により演算された電圧振幅補償値と、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値とを加算して、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値を補償して出力する加算手段とを付加し、上記極座標３相変換手段の代わりに、加算手段により出力される補償した電圧振幅基準値と、電圧位相演算手段により演算された電圧位相基準値とに基づいて、電力変換器が出力する電圧の３相電圧基準値を演算する極座標３相変換手段を備えた同期電動機の制御装置、である。
【００３０】
従って、請求項６の発明の同期電動機の制御装置においては、電力変換器が出力する有効電流を電圧位相の変化によって制御する場合に、電圧振幅を補償することにより、有効電流の応答速度を向上することができる。
【００３１】
さらにまた、請求項７の発明は、上記請求項２の発明の同期電動機の制御装置において、同期電動機の電機子電流である３相電流検出値と、同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、同期電動機の磁極方向の電機子電流であるｄ軸電流値および磁極と直交方向の電機子電流であるｑ軸電流値を演算する３相ｄｑ変換手段と、３相ｄｑ変換手段により演算されたｄ軸電流値およびｑ軸電流値と、同期電動機の界磁電流検出値とに基づいて、同期電動機の定数を用いて同期電動機の内部相差角を演算する磁束演算手段と、速度制御手段により演算された有効電流基準値と、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値とに基づいて、同期電動機の定数を用いて電力変換器が出力する電圧の電圧位相フィードフォワード値を演算する電圧位相フィードフォワード演算手段と、磁束演算手段により演算された内部相差角と、電圧位相フィードフォワード演算手段により演算された電圧位相フィードフォワード値と、速度制御手段により演算された有効電流基準値と、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値とに基づいて、同期電動機の定数を用いて同期電動機の界磁電流フィードフォワード値を演算する界磁電流フィードフォワード演算手段とを付加し、上記界磁電流演算手段の代わりに、界磁電流フィードフォワード演算手段により演算された界磁電流フィードフォワード値と、無効電流制御手段により演算された界磁電流補償値と、同期電動機の磁束基準値とに基づいて、同期電動機の界磁電流基準値を演算する界磁電流演算手段を備えた同期電動機の制御装置、である。
【００３２】
従って、請求項７の発明の同期電動機の制御装置においては、電力変換器が出力する無効電流を界磁電流を調節することによって制御する場合に、界磁電流基準値をフィードフォワード的に補償することにより、無効電流の応答速度を向上することができる。
【００３３】
一方、請求項８の発明は、電力変換器により同期電動機の可変速駆動を行なう同期電動機の制御装置において、同期電動機の速度基準値と同期電動機の速度検出値との偏差に基づいて、同期電動機のトルク電流基準値を演算する速度制御手段と、同期電動機の電機子電流である３相電流検出値と、同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、同期電動機の磁極方向の電機子電流であるｄ軸電流値および磁極と直交方向の電機子電流であるｑ軸電流値を演算する３相ｄｑ変換手段と、３相ｄｑ変換手段により演算されたｄ軸電流値およびｑ軸電流値と、同期電動機の界磁電流検出値とに基づいて、同期電動機の定数を用いて同期電動機の内部相差角を演算する磁束演算手段と、磁束演算手段により演算された内部相差角と、同期電動機の磁極位置検出値と、同期電動機の電機子電流である３相電流検出値とに基づいて、同期電動機の磁束電流値およびトルク電流値を演算する３相ＭＴ変換手段と、３相ＭＴ変換手段により演算されたトルク電流値と速度制御手段により演算されたトルク電流基準値との偏差に基づいて、電力変換器が出力する電圧の電圧位相補償値を演算するトルク電流制御手段と、トルク電流制御手段により演算された電圧位相補償値と、同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値を演算する電圧位相演算手段と、電圧位相演算手段により演算された電圧位相基準値と、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値とに基づいて、電力変換器が出力する電圧の３相電圧基準値を演算する極座標３相変換手段とを備えて成り、前記電力変換器により前記同期電動機の可変速制御を行う際に、前記電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値を一定に保ったまま、前記電力変換器の出力電圧の位相を変化させるようにしたことを特徴とする同期電動機の制御装置、である。
【００３４】
従って、請求項８の発明の同期電動機の制御装置においては、電力変換器が出力する電圧の振幅を一定に保ったままで、電圧の位相を変化させることにより、同期電動機のトルク電流を制御することが可能となるため、電力変換器の最大出力電圧を同期電動機の定格電圧に等しくした場合でも、同期電動機を安定に制御することができる。
【００３５】
また、請求項９の発明は、上記請求項８の発明の同期電動機の制御装置において、３相ＭＴ変換手段により演算された磁束電流値と同期電動機の磁束電流基準値との偏差に基づいて、同期電動機の界磁電流補償値を演算する磁束電流制御手段を付加し、上記界磁電流演算手段の代わりに、磁束電流制御手段により演算された界磁電流補償値と、同期電動機の磁束基準値とに基づいて、同期電動機の界磁電流基準値を演算する界磁電流演算手段とを備えた同期電動機の制御装置、である。
【００３６】
従って、請求項９の発明の同期電動機の制御装置においては、同期電動機の磁束電流を任意の値に制御することができる。特に、磁束電流をゼロとすることにより、同期電動機の力率を１に保つことができる。
【００３７】
さらに、請求項１０の発明は、上記請求項８の発明の同期電動機の制御装置において、３相ＭＴ変換手段により演算された磁束電流値に基づいて、電圧位相振動補償値を演算するハイパスフィルタを付加し、上記電圧位相演算手段の代わりに、ハイパスフィルタにより演算された電圧位相振動補償値と、トルク電流制御手段により演算された電圧位相補償値と、同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値を演算する電圧位相演算手段を備えた同期電動機の制御装置、である。
【００３８】
従って、請求項１０の発明の同期電動機の制御装置においては、同期電動機のトルク電流を電力変換器が出力する電圧位相の変化によって制御する場合に、電圧位相の振動に伴なって発生するトルク電流の振動を抑制することができる。
【００３９】
一方、請求項１１の発明は、上記請求項８の発明の同期電動機の制御装置において、上記電圧位相演算手段の代わりに、磁束演算手段により演算された内部相差角と、トルク電流制御手段により演算された電圧位相補償値と、同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値を演算する電圧位相演算手段を備えた同期電動機の制御装置、である。
【００４０】
従って、請求項１１の発明の同期電動機の制御装置においては、同期電動機のトルク電流を電力変換器が出力する電圧位相の変化によって制御する場合に、電圧位相基準値をフィードフォワード的に補償することにより、トルク電流の応答速度を向上することができる。
【００４１】
また、請求項１２の発明は、上記請求項８の発明の同期電動機の制御装置において、速度制御手段により演算されたトルク電流基準値と、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値とに基づいて、同期電動機の定数を用いて電力変換器が出力する電圧の電圧位相フィードフォワード値を演算する電圧位相フィードフォワード演算手段を付加し、上記電圧位相演算手段の代わりに、電圧位相フィードフォワード演算手段により演算された電圧位相フィードフォワード値と、トルク電流制御手段により演算された電圧位相補償値と、同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値を演算する電圧位相演算手段を備えた同期電動機の制御装置、である。
【００４２】
従って、請求項１２の発明の同期電動機の制御装置においては、同期電動機のトルク電流を電力変換器が出力する電圧位相の変化によって制御する場合に、電圧位相基準値をフィードフォワード的に補償することにより、トルク電流の応答速度を向上することができる。
【００４３】
さらに、請求項１３の発明は、上記請求項８の発明の同期電動機の制御装置において、３相ＭＴ変換手段により演算されたトルク電流値と速度制御手段により演算されたトルク電流基準値との偏差に基づいて、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅補償値を演算する増幅手段と、増幅手段により演算された電圧振幅補償値と、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値とを加算して、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値を補償して出力する加算手段とを付加し、上記極座標３相変換手段の代わりに、加算手段により出力される補償した電圧振幅基準値と、電圧位相演算手段により演算された電圧位相基準値とに基づいて、電力変換器が出力する電圧の３相電圧基準値を演算する極座標３相変換手段を備えた同期電動機の制御装置、である。
【００４４】
従って、請求項１３の発明の同期電動機の制御装置においては、同期電動機のトルク電流を電力変換器が出力する電圧位相の変化によって制御する場合に、電圧振幅を補償することにより、トルク電流の応答速度を向上することができる。
【００４５】
さらにまた、請求項１４の発明は、上記請求項９の発明の同期電動機の制御装置において、磁束演算手段により演算された内部相差角と、速度制御手段により演算されたトルク電流基準値と、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値とに基づいて、同期電動機の定数を用いて同期電動機の界磁電流フィードフォワード値を演算する界磁電流フィードフォワード演算手段を付加し、上記界磁電流演算手段の代わりに、界磁電流フィードフォワード演算手段により演算された界磁電流フィードフォワード値と、磁束電流制御手段により演算された界磁電流補償値と、同期電動機の磁束基準値とに基づいて、同期電動機の界磁電流基準値を演算する界磁電流演算手段を備えた同期電動機の制御装置、である。
【００４６】
従って、請求項１４の発明の同期電動機の制御装置においては、同期電動機の磁束電流を界磁電流を調節することによって制御する場合に、界磁電流基準値をフィードフォワード的に補償することにより、磁束電流の応答速度を向上することができる。
【００４７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
図２は、本実施の形態による同期電動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。
【００４８】
すなわち、本実施の形態の同期電動機の制御装置は、図２に示すように、図１における速度制御器２、３相ｄｑ変換器３、磁束演算器４、ｄｑ軸電流演算器５、ｄｑ軸電流制御器６、およびｄｑ３相変換器７を省略し、これらに代えて新たに、速度制御器２−１と、３相ＰＱ変換器９と、有効電流制御器１０と、電圧位相演算器１１と、極座標３相変換器１２とを備えた構成としている。
【００４９】
速度制御器２−１は、同期電動機の速度基準値と同期電動機の速度検出値との偏差に基づいて、電力変換器が出力する有効電流基準値を演算する。
【００５０】
３相ＰＱ変換器９は、同期電動機の電機子電流である３相電流検出値と、電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値とに基づいて、電力変換器が出力する有効電流値および無効電流値を演算する。
【００５１】
有効電流制御器１０は、速度制御器２−１により演算された有効電流基準値と３相ＰＱ変換器９により演算された有効電流値との偏差に基づいて、電力変換器が出力する電圧の電圧位相補償値を演算する。
【００５２】
電圧位相演算器１１は、有効電力制御器１０により演算された電圧位相補償値と、同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値を演算する。
【００５３】
極座標３相変換器１２は、電圧位相演算器１１により演算された電圧位相基準値と、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値とに基づいて、電力変換器が出力する電圧の３相電圧基準値を演算する。
【００５４】
次に、以上のように構成した本実施の形態の同期電動機の制御装置の動作について説明する。
【００５５】
図２において、速度制御器２−１では、同期電動機の速度基準値ωｒ＊と速度検出値ωｒとの偏差を基に比例積分制御が行なわれ、電力変換器の出力する有効電流基準値ＩＰ ＊が求められて出力される。
【００５６】
この時、有効電流基準値ＩＰ ＊の大きさを同期電動機の磁束基準値φ＊に反比例させることにより、界磁弱め領域でのトルクの低下が補償されている。
【００５７】
３相ＰＱ変換器９では、同期電動機の３相電機子電流検出値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗと電力変換器の出力する電圧の位相基準値θ＊とを基に、電力変換器の出力する有効電流値Ｉｐと無効電流値ＩＱが求められて出力される。
【００５８】
有効電流制御器１０では、有効電流基準値ＩＰ ＊と有効電流値ＩＰとの偏差を基に比例積分制御が行なわれ、電力変換器が出力する電圧の電圧位相補償値Δθ＊が求められて出力される。
【００５９】
電圧位相演算器１１では、電圧位相補償値Δθ＊と同期電動機の磁極位置検出値θｒとから、電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値θ＊が、次式のような演算により求められて出力される。
【００６０】
【数１】
【００６１】
【数２】
【００６２】
次に、本実施の形態の同期電動機の制御装置の動作について、図３を用いてより具体的に説明する。
【００６３】
図３は、ある瞬間における電圧・電流ベクトル図を示すものであり、Ｖ １ は電力変換器出力電圧ベクトル、Ｉ １ は同期電動機の電機子電流ベクトル、Ｖ ｇ は同期電動機のギャップ電圧ベクトル、Ｖ Ｌ は同期電動機の電機子漏れインダクタンスＬ１に印加される電圧ベクトルである。
【００６４】
各電圧ベクトルは、次式を満足している。
【００６５】
【数３】
【００６６】
【数４】
【００６７】
【数５】
【００６８】
【数６】
【００６９】
上述したように、本実施の形態の同期電動機の制御装置では、電機子電圧の振幅を一定の値とし、位相のみを変化させるようにしているので、電機子電流を制御することができるため、電力変換器の最大出力電圧を同期電動機の定格電圧に等しくした場合でも、同期電動機を安定に制御することが可能となる。
【００７０】
（第２の実施の形態）
図４は、本実施の形態による同期電動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。
【００７１】
すなわち、本実施の形態の同期電動機の制御装置は、図４に示すように、図２に無効電流制御器１３を付加し、さらに前記界磁電流演算器８の代わりに、新たに界磁電流演算器８−１を備えた構成としている。
【００７２】
無効電流制御器１３は、前記３相ＰＱ変換器９により演算された無効電流値と電力変換器が出力する無効電流基準値との偏差に基づいて、同期電動機の界磁電流補償値を演算する。
【００７３】
界磁電流演算器８−１は、無効電流制御器１３により演算された界磁電流補償値と、同期電動機の磁束基準値とに基づいて、同期電動機の界磁電流基準値を演算する。
【００７４】
次に、以上のように構成した本実施の形態の同期電動機の制御装置の動作について説明する。
【００７５】
なお、図２と同一部分の動作についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の動作についてのみ述べる。
【００７６】
図４において、無効電流制御器１３では、電力変換器の出力する無効電流基準値ＩＱ ＊と無効電流値ＩＱとの偏差を基に比例積分制御が行なわれ、同期電動機の界磁電流補償値ΔＩｆ＊が求められて出力される。
【００７７】
界磁電流演算器８−１では、界磁電流補償値ΔＩｆ＊と磁束基準値φ＊とから、同期電動機の界磁電流基準値Ｉｆ＊が、次式のような演算により求められて出力される。
【００７８】
【数７】
【００７９】
次に、本実施の形態の同期電動機の制御装置の動作について、図５を用いてより具体的に説明する。
【００８０】
図５は、前記図３と同様に、ある瞬間における電圧・電流ベクトル図を示すものである。
【００８１】
ここで、無効電流基準値がゼロである場合を考える。無効電流制御器の働きにより、同期電動機の界磁電流を調節して、同期電動機のギャップ電圧ベクトルをＶ ｇ からＶ’ ｇ に増加させた場合を考えると、電機子漏れインダクタンスＬに印加される電圧ベクトルはＶ Ｌ からＶ’ Ｌ に変化する。
【００８２】
この時、電力変換器の出力電圧ベクトルＶ １ と電機子漏れインダクタンスＬに印加される電圧ベクトルＶ’ Ｌ が直交関係にあれば、電力変換器の出力電圧ベクトルＶ １ と電機子電流ベクトルＩ １ は同相となり、電力変換器の出力する無効電流はゼロとなる。
【００８３】
同様に、無効電流基準値がゼロ以外の値である場合にも、無効電流制御器１３の働きにより、電力変換器の出力する無効電流を基準値に追従させることができる。
【００８４】
上述したように、本実施の形態の同期電動機の制御装置では、前記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる他、電力変換器の出力する無効電流を任意の値に制御することが可能となる。特に、無効電流をゼロとすることにより、電力変換器の力率を１に保つことが可能となる。
【００８５】
（第３の実施の形態）
図６は、本実施の形態による同期電動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。
【００８６】
すなわち、本実施の形態の同期電動機の制御装置は、図６に示すように、図２にハイパスフィルタ１４を付加し、さらに前記電圧位相演算器１１の代わりに、新たに電圧位相演算器１１−１を備えた構成としている。
【００８７】
ハイパスフィルタ１４は、前記３相ＰＱ変換器９により演算された無効電流値に基づいて、電圧位相振動補償値を演算する。
【００８８】
電圧位相演算器１１−１は、ハイパスフィルタ１４により演算された電圧位相振動補償値と、前記有効電流制御器１０により演算された電圧位相補償値と、同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値を演算する。
【００８９】
次に、以上のように構成した本実施の形態の同期電動機の制御装置の動作について説明する。なお、図２と同一部分の動作についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の動作についてのみ述べる。
【００９０】
図６において、ハイパスフィルタ１４では、電力変換器の出力する無効電流値ＩＱから直流成分を除去することにより、無効電流に含まれる振動成分が検出され、これに適当な係数を乗算することにより、電力変換器の出力する電圧の電圧位相振動補償値θｄ＊が求められて出力される。
【００９１】
電圧位相演算器１１−１では、電圧位相振動補償値θｄ＊と電圧位相補償値Δθ＊と同期電動機の磁極位置検出値θｒとから、電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値θ＊が、次式のような演算により求められて出力される。
【００９２】
【数８】
【００９３】
（第４の実施の形態）
図７は、本実施の形態による同期電動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。
【００９４】
すなわち、本実施の形態の同期電動機の制御装置は、図７に示すように、図２に磁束演算器４を付加し、さらに前記３相ｄｑ変換器３、および電圧位相演算器１１の代わりに、新たに３相ｄｑ変換器３、および電圧位相演算器１１−２を備えた構成としている。
【００９５】
３相ｄｑ変換器３は、同期電動機の電機子電流である３相電流検出値と、同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、同期電動機の磁極方向の電機子電流であるｄ軸電流値および磁極と直交方向の電機子電流であるｑ軸電流値を演算する。
【００９６】
磁束演算器４は、３相ｄｑ変換器３により演算されたｄ軸電流値およびｑ軸電流値と、同期電動機の界磁電流検出値とに基づいて、同期電動機の定数を用いて同期電動機の内部相差角を演算する。
【００９７】
電圧位相演算器１１−２は、磁束演算器４により演算された内部相差角と、前記有効電流制御器１０により演算された電圧位相補償値と、同期電動機の磁極電動機の磁極位置検出値とに基づいて、電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値を演算する。
【００９８】
次に、以上のように構成した本実施の形態の同期電動機の制御装置の動作について説明する。
【００９９】
なお、図２と同一部分の動作についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の動作についてのみ述べる。
【０１００】
図７において、３相ｄｑ変換器３では、同期電動機の電機子電流である３相電流検出値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗと同期電動機の磁極位置検出値θｒとを基に、同期電動機の磁極方向の電機子電流であるｄ軸電流値Ｉｄおよび磁極と直交方向の電機子電流であるｑ軸電流値Ｉｑが求められて出力される。
【０１０１】
磁束演算器４では、同期電動機のｄｑ軸電流値Ｉｄ、Ｉｑと界磁電流検出値Ｉｆとから、同期電動機のｄｑ軸ギャップ磁束φｇｄ、φｇｑおよび内部相差角δが、次式のような演算により求められて出力される。
【０１０２】
【数９】
【０１０３】
電圧位相演算器１１−２では、内部相差角δと電圧位相補償値Δθ＊と同期電動機の磁極位置検出値θｒとから、電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値θ＊が、次式のような演算により求められて出力される。
【０１０４】
【数１０】
【０１０５】
（第５の実施の形態）
図８は、本実施の形態による同期電動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。
【０１０６】
すなわち、本実施の形態の同期電動機の制御装置は、図８に示すように、図２に電圧位相フィードフォワード演算器１５を付加し、さらに前記電圧位相演算器１１の代わりに、電圧位相演算器１１−３を備えた構成としている。
【０１０７】
電圧位相フィードフォワード演算器１５は、前記速度制御器２−１により演算された有効電流基準値と、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値とに基づいて、同期電動機の定数を用いて電力変換器が出力する電圧の電圧位相フィードフォワード値を演算する。
【０１０８】
電圧位相演算器１１−３は、電圧位相フィードフォワード演算器１５により演算された電圧位相フィードフォワード値と、前記有効電流制御器１０により演算された電圧位相補償値と、同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値を演算する。
【０１０９】
次に、以上のように構成した本実施の形態の同期電動機の制御装置の動作について説明する。
【０１１０】
なお、図２と同一部分の動作についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の動作についてのみ述べる。
【０１１１】
図８において、電圧位相フィードフォワード演算器１５では、電力変換器の出力する有効電流基準値Ｉｐ ＊と電圧振幅基準値Ｖ１ ＊とから、電圧位相フィードフォワード値θＦＦ ＊が、次式のような演算により求められて出力される。
【０１１２】
【数１１】
【０１１３】
【数１２】
【０１１４】
（第６の実施の形態）
図９は、本実施の形態による同期電動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。
【０１１５】
すなわち、本実施の形態の同期電動機の制御装置は、図９に示すように、図２に増幅器１６、および加算器１７を付加し、さらに前記極座標３相変換器１２の代わりに、新たに極座標３相変換器１２−１を備えた構成としている。
【０１１６】
増幅器１６は、前記３相ＰＱ変換器９により演算された有効電流値と前記速度制御器２−１により演算された有効電流基準値との偏差に基づいて、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅補償値を演算する。
【０１１７】
加算器１７は、増幅器１６により演算された電圧振幅補償値と、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値とを加算して、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値を補償して出力する。
【０１１８】
次に、以上のように構成した本実施の形態の同期電動機の制御装置の動作について説明する。
【０１１９】
なお、図２と同一部分の動作についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の動作についてのみ述べる。
【０１２０】
図９において、増幅器１６では、電力変換器の出力する有効電流基準値ＩＰ ＊と有効電流値ＩＰとの偏差が、適当な係数で増幅されることにより、電力変換器が出力する電圧の電圧振動補償値ΔＶ１ ＊が、次式のような演算により求められて出力される。
【０１２１】
【数１３】
【０１２２】
極座標３相変換器１２−１では、電圧振幅基準値Ｖ１ ＊＊と電圧位相基準値θ＊とから、電力変換器が出力する電圧の３相電圧基準値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊が、次式のような演算により求められて出力される。
【０１２３】
【数１４】
【０１２４】
（第７の実施の形態）
図１０は、本実施の形態による同期電動機の制御装置の構成例を示す機能ブロック図であり、図４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。
【０１２５】
すなわち、本実施の形態の同期電動機の制御装置は、図１０に示すように、図２に３相ｄｑ変換器３、磁束演算器４、電圧位相フィードフォワード演算器１５、および界磁電流フィードフォワード演算器１８を付加し、さらに前記界磁電流演算器８の代わりに、新たに界磁電流演算器８−２を備えた構成としている。
【０１２６】
３相ｄｑ変換器３は、同期電動機の電機子電流である３相電流検出値と、同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、同期電動機の磁極方向の電機子電流であるｄ軸電流値および磁極と直交方向の電機子電流であるｑ軸電流値を演算する。
【０１２７】
磁束演算器４は、３相ｄｑ変換器３により演算されたｄ軸電流値およびｑ軸電流値と、同期電動機の界磁電流検出値とに基づいて、同期電動機の定数を用いて同期電動機の内部相差角を演算する。
【０１２８】
電圧位相フィードフォワード演算器１５は、前記速度制御器２−１により演算された有効電流基準値と、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値とに基づいて、同期電動機の定数を用いて電力変換器が出力する電圧の電圧位相フィードフォワード値を演算する。
【０１２９】
界磁電流フィードフォワード演算器１８は、磁束演算器４により演算された内部相差角と、電圧位相フィードフォワード演算器１５により演算された電圧位相フィードフォワード値と、前記速度制御器２−１により演算された有効電流基準値と、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値とに基づいて、同期電動機の定数を用いて同期電動機の界磁電流フィードフォワード値を演算する。
【０１３０】
界磁電流演算器８−２は、界磁電流フィードフォワード演算器１８により演算された界磁電流フィードフォワード値と、前記無効電流制御器１３により演算された界磁電流補償値と、同期電動機の磁束基準値とに基づいて、同期電動機の界磁電流基準値を演算する。
【０１３１】
次に、以上のように構成した本実施の形態の同期電動機の制御装置の動作について説明する。
【０１３２】
なお、図４と同一部分の動作についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の動作についてのみ述べる。
【０１３３】
図１０において、３相ｄｑ変換器３では、同期電動機の３相電機子電流検出値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗと磁極位置検出値θｒとから、同期電動機の磁極方向の電流であるｄ軸電流検出値Ｉｄと磁極と直交方向の電流であるｑ軸電流検出値Ｉｑが求められて出力される。
【０１３４】
磁束演算器４では、同期電動機のｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑと界磁電流検出値Ｉｆとから、同期電動機の定数を用いてｄｑ軸ギャップ磁束φｇｄ、φｇｑが演算され、さらにｄｑ軸ギャップ磁束φｇｄ、φｇｑから、内部相差角δが演算されて出力される。
【０１３５】
電圧位相フィードフォワード演算器１５では、有効電流基準値Ｉｐ ＊と電圧の電圧振幅基準値Ｖ１ ＊とから、同期電動機の定数を用いて電力変換器が出力する電圧の電圧位相フィードフォワード値θＦＦ ＊が求められて出力される。
【０１３６】
界磁電流フィードフォワード演算器１８では、電力変換器の出力する有効電流基準値Ｉｐ ＊と電圧振幅基準値Ｖ１ ＊と電圧位相フィードフォワード演算値θＦＦ ＊と同期電動機の内部相差角δとから、同期電動機の界磁電流フィードフォワード値ＩｆＦＦ ＊が、次式のような演算により求められて出力される。
【０１３７】
【数１５】
【０１３８】
【数１６】
【０１３９】
（第８の実施の形態）
前記第１の実施の形態では、電力変換器の出力する有効電流に注目して制御を行なうようにしているのに対して、本実施の形態の場合には、同期電動機のトルク電流に注目して制御を行なうようにしている。
【０１４０】
図１１は、本実施の形態による同期電動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。
【０１４１】
すなわち、本実施の形態の同期電動機の制御装置は、図１１に示すように、図２における速度制御器２−１、３相ＰＱ変換器９、および有効電流制御器１０を省略し、これらに代えて新たに、速度制御器２と、３相ｄｑ変換器３と、磁束演算器４と、３相ＭＴ変換器１９と、トルク電流制御器２０とを備えた構成としている。
【０１４２】
速度制御器２は、同期電動機の速度基準値と同期電動機の速度検出値との偏差に基づいて、同期電動機のトルク電流基準値を演算する。
【０１４３】
３相ｄｑ変換器３は、同期電動機の電機子電流である３相電流検出値と、同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、同期電動機の磁極方向の電機子電流であるｄ軸電流値および磁極と直交方向の電機子電流であるｑ軸電流値を演算する。
【０１４４】
磁束演算器４は、３相ｄｑ変換器３により演算されたｄ軸電流値およびｑ軸電流値と、同期電動機の界磁電流検出値とに基づいて、同期電動機の定数を用いて同期電動機の内部相差角を演算する。
【０１４５】
３相ＭＴ変換器１９は、磁束演算器４により演算された内部相差角と、同期電動機の磁極位置検出値と、同期電動機の電機子電流である３相電流検出値とに基づいて、同期電動機の磁束電流値およびトルク電流値を演算する。
【０１４６】
トルク電流制御器２０は、３相ＭＴ変換器１９により演算されたトルク電流値と速度制御器２により演算されたトルク電流基準値との偏差に基づいて、電力変換器が出力する電圧の電圧位相補償値を演算する。
【０１４７】
次に、以上のように構成した本実施の形態の同期電動機の制御装置の動作について説明する。
【０１４８】
なお、図２と同一部分の動作についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の動作についてのみ述べる。
【０１４９】
図１１において、速度制御器２では、同期電動機の速度基準値ωｒ＊と速度演算器１からの速度検出値ωｒとの偏差を基に比例積分制御が行なわれ、同期電動機の磁束基準値φ＊に応じた同期電動機のトルク電流基準値ＩＴ ＊が求められて出力される。
【０１５０】
３相ｄｑ変換器３では、同期電動機の電機子電流である３相電流検出値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗと同期電動機の磁極位置検出値θｒとを基に、同期電動機の磁極方向の電機子電流であるｄ軸電流値Ｉｄおよび磁極と直交方向の電機子電流であるｑ軸電流値Ｉｑが求められて出力される。
【０１５１】
磁束演算器４では、同期電動機のｄｑ軸電流値Ｉｄ、Ｉｑと界磁電流検出値Ｉｆとから、同期電動機のｄｑ軸ギャップ磁束φｇｄ、φｇｑおよび内部相差角δが、前記第４の実施の形態と同様な演算により求められて出力される。
【０１５２】
３相ＭＴ変換器１９では、同期電動機の３相電機子電流検出値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗと同期電動機の内部相差角δと磁極位置検出値θｒとから、同期電動機のトルク電流値ＩＴと磁束電流値ＩＭが求められて出力される。
【０１５３】
トルク電流制御器２０では、トルク電流基準値ＩＴ ＊とトルク電流値ＩＴとの偏差を基に比例積分制御が行なわれ、電力変換器が出力する電圧の電圧位相補償値Δθ＊が求められて出力される。
【０１５４】
上述したように、本実施の形態の同期電動機の制御装置では、電機子電圧の振幅を一定の値とし、位相のみを変化させるようにしているので、電機子電流を制御することができるため、電力変換器の最大出力電圧を同期電動機の定格電圧に等しくした場合でも、同期電動機を安定に制御することが可能となる。
【０１５５】
（第９の実施の形態）
図１２は、本実施の形態による同期電動機の制御装置の構成例を示す機能ブロック図であり、図１１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。
【０１５６】
すなわち、本実施の形態の同期電動機の制御装置は、図１２に示すように、図１１に磁束電流制御器２１を付加し、さらに前記界磁電流演算器８の代わりに、界磁電流演算器８−１を備えた構成としている。
【０１５７】
磁束電流制御器２１は、前記３相ＭＴ変換器１９により演算された磁束電流値と同期電動機の磁束電流基準値との偏差に基づいて、同期電動機の界磁電流補償値を演算する。
【０１５８】
界磁電流演算器８−１は、磁束電流制御器２１により演算された界磁電流補償値と、同期電動機の磁束基準値とに基づいて、同期電動機の界磁電流基準値を演算する。
【０１５９】
次に、以上のように構成した本実施の形態の同期電動機の制御装置の動作について説明する。
【０１６０】
なお、図１１と同一部分の動作についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の動作についてのみ述べる。
【０１６１】
図１２において、磁束電流制御器２１では、同期電動機の磁束電流基準値ＩＭ ＊と磁束電流値ＩＭとの偏差を基に比例積分制御が行なわれ、同期電動機の界磁電流補償値ΔＩｆ＊が求められて出力される。
【０１６２】
界磁電流演算器８−１では、界磁電流補償値ΔＩｆ＊と同期電動機の磁束基準値φ＊とから、同期電動機の界磁電流基準値Ｉｆ＊が求められて出力される。
【０１６３】
上述したように、本実施の形態の同期電動機の制御装置では、前記第８の実施の形態と同様の効果を得ることができる他、同期電動機の磁束電流を任意の値に制御することが可能となる。特に、磁束電流をゼロとすることにより、同期電動機の力率を１に保つことが可能となる。
【０１６４】
（第１０の実施の形態）
図１３は、本実施の形態による同期電動機の制御装置の構成例を示す機能ブロック図であり、図１１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。
【０１６５】
すなわち、本実施の形態の同期電動機の制御装置は、図１３に示すように、図１１にハイパスフィルタ１４−１を付加し、さらに前記電圧位相演算器１１の代わりに、電圧位相演算器１１−１を備えた構成としている。
【０１６６】
ハイパスフィルタ１４−１は、前記３相ＭＴ変換器１９により演算された磁束電流値に基づいて、電圧位相振動補償値を演算する。
【０１６７】
電圧位相演算器１１−１は、ハイパスフィルタ１４−１により演算された電圧位相振動補償値と、前記トルク電流制御器２０により演算された電圧位相補償値と、同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値を演算する。
【０１６８】
次に、以上のように構成した本実施の形態の同期電動機の制御装置の動作について説明する。
【０１６９】
なお、図１１と同一部分の動作についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の動作についてのみ述べる。
【０１７０】
図１３において、ハイパスフィルタ１４−１では、同期電動機の磁束電流値ＩＭから直流成分が除去されることにより、磁束電流に含まれる振動成分が検出され、これに適当な係数が乗算されることにより、電力変換器の出力する電圧の電圧位相振動補償値θｄ＊が求められて出力される。
【０１７１】
電圧位相演算器１１−１では、電圧位相振動補償値θｄ＊と電圧位相補償値Δθ＊と同期電動機の磁極位置検出値θｒとから、電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値θ＊が、前記第３の実施の形態と同様な演算により求められて出力される。
【０１７２】
上述したように、本実施の形態の同期電動機の制御装置では、前記第８の実施の形態と同様の効果を得ることができる他、同期電動機のトルク電流を電力変換器の出力する電圧位相の変化によって制御する場合に、電圧位相の振動に伴なって発生するトルク電流の振動を抑制することが可能となる。
【０１７３】
（第１１の実施の形態）
図１４は、本実施の形態による同期電動機の制御装置の構成例を示す機能ブロック図であり、図１１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。
【０１７４】
すなわち、本実施の形態の同期電動機の制御装置は、図１４に示すように、図１１における電圧位相演算器１１の代わりに、電圧位相演算器１１−２を備えた構成としている。
【０１７５】
電圧位相演算器１１−２は、前記磁束演算器４により演算された内部相差角と、前記トルク電流制御器２０により演算された電圧位相補償値と、同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値を演算する。
【０１７６】
次に、以上のように構成した本実施の形態の同期電動機の制御装置の動作について説明する。 なお、図１１と同一部分の動作についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の動作についてのみ述べる。
【０１７７】
図１４において、電圧位相演算器１１−２では、内部相差角δと電圧位相補償値Δθ＊と同期電動機の磁極位置検出値θｒとから、電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値θ＊が求められて出力される。
【０１７８】
上述したように、本実施の形態の同期電動機の制御装置では、前記第８の実施の形態と同様の効果を得ることができる他、同期電動機のトルク電流を電力変換器の出力する電圧位相の変化によって制御する場合に、電圧位相基準値をフィードフォワード的に補償するようにしているので、トルク電流制御の応答速度を向上することが可能となる。
【０１７９】
（第１２の実施の形態）
図１５は、本実施の形態による同期電動機の制御装置の構成例を示す機能ブロック図であり、図１１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。
【０１８０】
すなわち、本実施の形態の同期電動機の制御装置は、図１５に示すように、図１１に電圧位相フィードフォワード演算器１５−１を付加し、さらに前記電圧位相演算器１１の代わりに、電圧位相演算器１１−３を備えた構成としている。
【０１８１】
電圧位相フィードフォワード演算器１５−１は、前記速度制御器２により演算されたトルク電流基準値と、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値とに基づいて、同期電動機の定数を用いて電力変換器が出力する電圧の電圧位相フィードフォワード値を演算する。
【０１８２】
電圧位相演算器１１−３は、電圧位相フィードフォワード演算器１５−１により演算された電圧位相フィードフォワード値と、前記トルク電流制御器２０により演算された電圧位相補償値と、同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値を演算する。
【０１８３】
次に、以上のように構成した本実施の形態の同期電動機の制御装置の動作について説明する。なお、図１１と同一部分の動作についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の動作についてのみ述べる。
【０１８４】
図１５において、電圧位相フィードフォワード演算器１５−１では、同期電動機のトルク電流基準値ＩＴ ＊と電力変換器の出力する電圧振幅基準値Ｖ１ ＊とから、電圧位相フィードフォワード値θＦＦ ＊が、次式のような演算により求められで出力される。
【０１８５】
【数１７】
【０１８６】
上述したように、本実施の形態の同期電動機の制御装置では、前記第８の実施の形態と同様の効果を得ることができる他、同期電動機のトルク電流を電力変換器の出力する電圧位相の変化によって制御する場合に、電圧位相基準値をフィードフォワード的に補償するようにしているので、トルク電流制御の応答速度を向上することが可能となる。
【０１８７】
（第１３の実施の形態）
図１６は、本実施の形態による同期電動機の制御装置の構成例を示す機能ブロック図であり、図１１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。
【０１８８】
すなわち、本実施の形態の同期電動機の制御装置は、図１６に示すように、図１１に増幅器１６−１と、加算器１７とを付加し、さらに前記極座標３相変換器１２の代わりに、極座標３相変換器１２−１を備えた構成としている。
【０１８９】
増幅器１６−１は、前記３相ＭＴ変換器１９により演算されたトルク電流値と前記速度制御器２により演算されたトルク電流基準値との偏差に基づいて、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅補償値を演算する。
【０１９０】
加算器１７は、増幅器１６−１により演算された電圧振幅補償値と、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値とを加算して、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値を補償して出力する。
【０１９１】
極座標３相変換器１２−１は、加算器１７により出力される補償した電圧振幅基準値と、前記電圧位相演算器１１により演算された電圧位相基準値とに基づいて、電力変換器が出力する電圧の３相電圧基準値を演算する。
【０１９２】
次に、以上のように構成した本実施の形態の同期電動機の制御装置の動作について説明する。なお、図１１と同一部分の動作についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の動作についてのみ述べる。
【０１９３】
図１６において、増幅器１６−１では、同期電動機のトルク電流基準値ＩＴ ＊とトルク電流値ＩＴとの偏差が、適当な係数で増幅されることにより、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅補償値ΔＶ１ ＊が、次式のような演算により求められて出力される。
【０１９４】
【数１８】
【０１９５】
極座標３相変換器１２−１では、電圧振幅基準値Ｖ１ ＊＊と電圧位相基準値θ＊とから、電力変換器が出力する電圧の３相電圧基準値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊が、前記第６の実施の形態と同様な演算により求められて出力される。
【０１９６】
上述したように、本実施の形態の同期電動機の制御装置では、前記第８の実施の形態と同様の効果を得ることができる他、同期電動機のトルク電流を電力変換器の出力する電圧位相の変化によって制御する場合に、電圧振幅を補償するようにしているので、トルク電流制御の応答速度を向上することが可能となる。
【０１９７】
（第１４の実施の形態）
図１７は、本実施の形態による同期電動機の制御装置の構成例を示す機能ブロック図であり、図１２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。
【０１９８】
すなわち、本実施の形態の同期電動機の制御装置は、図１７に示すように、図１２に界磁電流フィードフォワード演算器１８−１を付加し、さらに前記界磁電流演算器８−１の代わりに、界磁電流演算器８−２を備えた構成としている。
【０１９９】
界磁電流フィードフォワード演算器１８−１は、前記磁束演算器４により演算された内部相差角と、前記速度制御器２により演算されたトルク電流基準値と、電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値とに基づいて、同期電動機の定数を用いて同期電動機の界磁電流フィードフォワード値を演算する。
【０２００】
界磁電流演算器８−２は、界磁電流フィードフォワード演算器１８−１により演算された界磁電流フィードフォワード値と、磁束電流制御器２１により演算された界磁電流補償値と、同期電動機の磁束基準値とに基づいて、同期電動機の界磁電流基準値を演算する。
【０２０１】
次に、以上のように構成した本実施の形態の同期電動機の制御装置の動作について説明する。なお、図１２と同一部分の動作についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の動作についてのみ述べる。
【０２０２】
図１７において、界磁電流フィードフォワード演算器１８−１では、電力変換器の出力する電圧振幅基準値Ｖ１ ＊と同期電動機のトルク電流基準値ＩＴ ＊と内部相差角δとから、同期電動機の界磁電流フィードフォワード値ＩｆＦＦ ＊が、次式のような演算により求められて出力される。
【０２０３】
【数１９】
【０２０４】
上述したように、本実施の形態の同期電動機の制御装置では、前記第９の実施の形態と同様の効果を得ることができる他、同期電動機の磁束電流を界磁電流を調節することによって制御する場合に、界磁電流基準値をフィードフォワード的に補償するようにしているので、磁束電流制御の応答速度を向上することが可能となる。
【０２０５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の同期電動機の制御装置によれば、電力変換器の出力電圧の振幅を一定とし、位相を変化させるようにしているので、同期電動機の電流制御を安定に行なうことができるため、電力変換器の最大出力電圧を同期電動機の定格電圧に等しくした場合でも、同期電動機を安定に制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の同期電動機の制御装置の構成例を示す機能ブロック図。
【図２】本発明による同期電動機の制御装置の第１の実施の形態を示す機能ブロック図。
【図３】同第１の実施の形態の同期電動機の制御装置における動作を説明するための電圧・電流ベクトル図。
【図４】 本発明による同期電動機の制御装置の第２の実施の形態を示す機能ブロック図。
【図５】同第２の実施の形態の同期電動機の制御装置における動作を説明するための電圧・電流ベクトル図。
【図６】本発明による同期電動機の制御装置の第３の実施の形態を示す機能ブロック図。
【図７】本発明による同期電動機の制御装置の第４の実施の形態を示す機能ブロック図。
【図８】本発明による同期電動機の制御装置の第５の実施の形態を示す機能ブロック図。
【図９】本発明による同期電動機の制御装置の第６の実施の形態を示す機能ブロック図。
【図１０】本発明による同期電動機の制御装置の第７の実施の形態を示す機能ブロック図。
【図１１】本発明による同期電動機の制御装置の第８の実施の形態を示す機能ブロック図。
【図１２】本発明による同期電動機の制御装置の第９の実施の形態を示す機能ブロック図。
【図１３】本発明による同期電動機の制御装置の第１０の実施の形態を示す機能ブロック図。
【図１４】本発明による同期電動機の制御装置の第１１の実施の形態を示す機能ブロック図。
【図１５】本発明による同期電動機の制御装置の第１２の実施の形態を示す機能ブロック図。
【図１６】本発明による同期電動機の制御装置の第１３の実施の形態を示す機能ブロック図。
【図１７】本発明による同期電動機の制御装置の第１４の実施の形態を示す機能ブロック図。
【符号の説明】
１…速度演算器、２、２−１…速度制御器、３…３相ｄｑ変換器、４…磁束演算器、５…ｄｑ軸電流演算器、６…ｄｑ軸電流制御器、７…ｄｑ３相変換器、８、８−１、８−２…界磁電流演算器、９…３相ＰＱ変換器、１０…有効電流制御器、１１、１１−１、１１−２、１１−３…電圧位相演算器、１２、１２−１…極座標３相変換器、１３…無効電流制御器、１４、１４−１…ハイパスフィルタ、１５、１５−１…電圧位相フィードフォワード演算器、１６、１６−１…増幅器、１７…加算器、１８，１８−１…界磁電流フィードフォワード演算器、１９…３相ＭＴ変換器 、２０…トルク電流制御器、２１…磁束電流制御器。
Claims (14)
- 電力変換器により同期電動機の可変速駆動を行なう同期電動機の制御装置において、
前記同期電動機の速度基準値と前記同期電動機の速度検出値との偏差に基づいて、前記電力変換器が出力する有効電流基準値を演算する速度制御手段と、
前記同期電動機の電機子電流である３相電流検出値と、前記電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値とに基づいて、前記電力変換器が出力する有効電流値および無効電流値を演算する３相ＰＱ変換手段と、
前記速度制御手段により演算された有効電流基準値と前記３相ＰＱ変換手段により演算された有効電流値との偏差に基づいて、前記電力変換器が出力する電圧の電圧位相補償値を演算する有効電流制御手段と、
前記有効電力制御手段により演算された電圧位相補償値と、前記同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、前記電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値を演算する電圧位相演算手段と、
前記電圧位相演算手段により演算された電圧位相基準値と、前記電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値とに基づいて、前記電力変換器が出力する電圧の３相電圧基準値を演算する極座標３相変換手段と、 を備えて成り、
前記電力変換器により前記同期電動機の可変速制御を行う際に、前記電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値を一定に保ったまま、前記電力変換器の出力電圧の位相を変化させるようにしたことを特徴とする同期電動機の制御装置。 - 前記請求項１に記載の同期電動機の制御装置において、
前記３相ＰＱ変換手段により演算された無効電流値と前記電力変換器が出力する無効電流基準値との偏差に基づいて、前記同期電動機の界磁電流補償値を演算する無効電流制御手段と、
前記無効電流制御手段により演算された界磁電流補償値と、前記同期電動機の磁束基準値とに基づいて、前記同期電動機の界磁電流基準値を演算する界磁電流演算手段と、
を付加して成ることを特徴とする同期電動機の制御装置。 - 前記請求項１に記載の同期電動機の制御装置において、
前記３相ＰＱ変換手段により演算された無効電流値に基づいて、電圧位相振動補償値を演算するハイパスフィルタを付加し、 前記電圧位相演算手段の代わりに、前記ハイパスフィルタにより演算された電圧位相振動補償値と、前記有効電流制御手段により演算された電圧位相補償値と、前記同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、前記電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値を演算する電圧位相演算手段を備えて成ることを特徴とする同期電動機の制御装置。 - 前記請求項１に記載の同期電動機の制御装置において、
前記３相ＰＱ変換手段の代わりに、前記同期電動機の電機子電流である３相電流検出
と、
前記同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、前記同期電動機の磁極方向の電機子電流であるｄ軸電流値および磁極と直交方向の電機子電流であるｑ軸電流値を演算する３相ｄｑ変換手段を備え、
前記３相ｄｑ変換手段により演算されたｄ軸電流値およびｑ軸電流値と、前記同期電動機の界磁電流検出値とに基づいて、前記同期電動機の定数を用いて前記同期電動機の内部相差角を演算する磁束演算手段を付加し、 前記電圧位相演算手段の代わりに、前記磁束演算手段により演算された内部相差角と、前記有効電流制御手段により演算された電圧位相補償値と、前記同期電動機の磁極電動機の磁極位置検出値とに基づいて、前記電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値を演算する電圧位相演算手段を備えて成ることを特徴とする同期電動機の制御装置。 - 前記請求項１に記載の同期電動機の制御装置において、
前記速度制御手段により演算された有効電流基準値と、前記電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値とに基づいて、前記同期電動機の定数を用いて前記電力変換器が出力する電圧の電圧位相フィードフォワード値を演算する電圧位相フィードフォワード演算手段を付加し、 前記電圧位相演算手段の代わりに、前記電圧位相フィードフォワード演算手段により演算された電圧位相フィードフォワード値と、前記有効電流制御手段により演算された電圧位相補償値と、前記同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、前記電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値を演算する電圧位相演算手段を備えて成ることを特徴とする同期電動機の制御装置。 - 前記請求項１に記載の同期電動機の制御装置において、
前記３相ＰＱ変換手段により演算された有効電流値と前記速度制御手段により演算された有効電流基準値との偏差に基づいて、前記電力変換器が出力する電圧の電圧振幅補償値を演算する増幅手段と、 前記増幅手段により演算された電圧振幅補償値と、前記電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値とを加算して、前記電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値を補償して出力する加算手段とを付加し、 前記極座標３相変換手段の代わりに、前記加算手段により出力される補償した電圧振幅基準値と、前記電圧位相演算手段により演算された電圧位相基準値とに基づいて、前記電力変換器が出力する電圧の３相電圧基準値を演算する極座標３相変換手段を備えて成ることを特徴とする同期電動機の制御装置。 - 前記請求項２に記載の同期電動機の制御装置において、
前記同期電動機の電機子電流である３相電流検出値と、前記同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、前記同期電動機の磁極方向の電機子電流であるｄ軸電流値および磁極と直交方向の電機子電流であるｑ軸電流値を演算する３相ｄｑ変換手段と、 前記３相ｄｑ変換手段により演算されたｄ軸電流値およびｑ軸電流値と、前記同期電動機の界磁電流検出値とに基づいて、前記同期電動機の定数を用いて前記同期電動機の内部相差角を演算する磁束演算手段と、 前記速度制御手段により演算された有効電流基準値と、前記電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値とに基づいて、前記同期電動機の定数を用いて前記電力変換器が出力する電圧の電圧位相フィードフォワード値を演算する電圧位相フィードフォワード演算手段と、 前記磁束演算手段により演算された内部相差角と、前記電圧位相フィードフォワード演算手段により演算された電圧位相フィードフォワード値と、前記速度制御手段により演算された有効電流基準値と、前記電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値とに基づいて、前記同期電動機の定数を用いて前記同期電動機の界磁電流フィードフォワード値を演算する界磁電流フィードフォワード演算手段とを付加し、 前記界磁電流演算手段の代わりに、前記界磁電流フィードフォワード演算手段により演算された界磁電流フィードフォワード値と、前記無効電流制御手段により演算された界磁電流補償値と、前記同期電動機の磁束基準値とに基づいて、前記同期電動機の界磁電流基準値を演算する界磁電流演算手段を備えて成ることを特徴とする同期電動機の制御装置。 - 電力変換器により同期電動機の可変速駆動を行なう同期電動機の制御装置において、 前記同期電動機の速度基準値と前記同期電動機の速度検出値との偏差に基づいて、前記同期電動機のトルク電流基準値を演算する速度制御手段と、 前記同期電動機の電機子電流である３相電流検出値と、前記同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、前記同期電動機の磁極方向の電機子電流であるｄ軸電流値および磁極と直交方向の電機子電流であるｑ軸電流値を演算する３相ｄｑ変換手段と、 前記３相ｄｑ変換手段により演算されたｄ軸電流値およびｑ軸電流値と、前記同期電動機の界磁電流検出値とに基づいて、前記同期電動機の定数を用いて前記同期電動機の内部相差角を演算する磁束演算手段と、 前記磁束演算手段により演算された内部相差角と、前記同期電動機の磁極位置検出値と、前記同期電動機の電機子電流である３相電流検出値とに基づいて、前記同期電動機の磁束電流値およびトルク電流値を演算する３相ＭＴ変換手段と、 前記３相ＭＴ変換手段により演算されたトルク電流値と前記速度制御手段により演算されたトルク電流基準値との偏差に基づいて、前記電力変換器が出力する電圧の電圧位相補償値を演算するトルク電流制御手段と、 前記トルク電流制御手段により演算された電圧位相補償値と、前記同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、前記電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値を演算する電圧位相演算手段と、 前記電圧位相演算手段により演算された電圧位相基準値と、前記電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値とに基づいて、前記電力変換器が出力する電圧の３相電圧基準値を演算する極座標３相変換手段と、 を備えて成り、
前記電力変換器により前記同期電動機の可変速制御を行う際に、前記電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値を一定に保ったまま、前記電力変換器の出力電圧の位相を変化させるようにしたことを特徴とする同期電動機の制御装置。 - 前記請求項８に記載の同期電動機の制御装置において、
前記３相ＭＴ変換手段により演算された磁束電流値と前記同期電動機の磁束電流基準値との偏差に基づいて、前記同期電動機の界磁電流補償値を演算する磁束電流制御手段を付加し、 前記界磁電流演算手段の代わりに、前記磁束電流制御手段により演算された界磁電流補償値と、前記同期電動機の磁束基準値とに基づいて、前記同期電動機の界磁電流基準値を演算する界磁電流演算手段を備えて成ることを特徴とする同期電動機の制御装置。 - 前記請求項８に記載の同期電動機の制御装置において、
前記３相ＭＴ変換手段により演算された磁束電流値に基づいて、電圧位相振動補償値を演算するハイパスフィルタを付加し、 前記電圧位相演算手段の代わりに、前記ハイパスフィルタにより演算された電圧位相振動補償値と、前記トルク電流制御手段により演算された電圧位相補償値と、前記同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、前記電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値を演算する電圧位相演算手段を備えて成ることを特徴とする同期電動機の制御装置。 - 前記請求項８に記載の同期電動機の制御装置において、
前記電圧位相演算手段の代わりに、前記磁束演算手段により演算された内部相差角と、前記トルク電流制御手段により演算された電圧位相補償値と、前記同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、前記電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値を演算する電圧位相演算手段を備えて成ることを特徴とする同期電動機の制御装置。 - 前記請求項８に記載の同期電動機の制御装置において、
前記速度制御手段により演算されたトルク電流基準値と、前記電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値とに基づいて、前記同期電動機の定数を用いて前記電力変換器が出力する電圧の電圧位相フィードフォワード値を演算する電圧位相フィードフォワード演算手段を付加し、 前記電圧位相演算手段の代わりに、前記電圧位相フィードフォワード演算手段により演算された電圧位相フィードフォワード値と、前記トルク電流制御手段により演算された電圧位相補償値と、前記同期電動機の磁極位置検出値とに基づいて、前記電力変換器が出力する電圧の電圧位相基準値を演算する電圧位相演算手段を備えて成ることを特徴とする同期電動機の制御装置。 - 前記請求項８に記載の同期電動機の制御装置において、
前記３相ＭＴ変換手段により演算されたトルク電流値と前記速度制御手段により演算されたトルク電流基準値との偏差に基づいて、前記電力変換器が出力する電圧の電圧振幅補償値を演算する増幅手段と、 前記増幅手段により演算された電圧振幅補償値と、前記電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値とを加算して、前記電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値を補償して出力する加算手段とを付加し、 前記極座標３相変換手段の代わりに、前記加算手段により出力される補償した電圧振幅基準値と、前記電圧位相演算手段により演算された電圧位相基準値とに基づいて、前記電力変換器が出力する電圧の３相電圧基準値を演算する極座標３相変換手段を備えて成ることを特徴とする同期電動機の制御装置。 - 前記請求項９に記載の同期電動機の制御装置において、
前記磁束演算手段により演算された内部相差角と、前記速度制御手段により演算されたトルク電流基準値と、前記電力変換器が出力する電圧の電圧振幅基準値とに基づいて、前記同期電動機の定数を用いて前記同期電動機の界磁電流フィードフォワード値を演算する界磁電流フィードフォワード演算手段を付加し、 前記界磁電流演算手段の代わりに、前記界磁電流フィードフォワード演算手段により演算された界磁電流フィードフォワード値と、前記磁束電流制御手段により演算された界磁電流補償値と、前記同期電動機の磁束基準値とに基づいて、前記同期電動機の界磁電流基準値を演算する界磁電流演算手段を備えて成ることを特徴とする同期電動機の制御装置。
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