JPH0984399A - 永久磁石同期電動機の制御装置 - Google Patents
永久磁石同期電動機の制御装置Info
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
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- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
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- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/08—Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor
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Abstract
子電圧がインバータの最大出力電圧を越えても、電流制
御系の安定性を確保できる永久磁石同期電動機の制御装
置を提供する。 【解決手段】電動機の回転周波数が所定値を越えると、
電圧ベクトルの大きさを所定の電圧ベクトルの大きさに
して、その値を基に変調率を求めると共に、極座標変換
部からの電圧ベクトルの大きさと上記所定の電圧ベクト
ルの大きさとを基に磁束方向電流補正値を求め、その値
により磁束方向電流指令を補正する手段と有する。
Description
機の制御装置に関する。
一例を図19に示す。制御装置は、電流制御部1と、電
圧座標変換部2と、三角波発生部3と、PWM電圧演算
部4とからなる。
とトルク電流指令IqRef と負荷電流を直交するdq軸
に変換したd軸電流Idとq軸電流Iqとが入力され、
磁束電流指令IdRef とd軸電流Idとが比較され偏差
が求められ、トルク電流指令IqRef とq軸電流Iqと
が比較され偏差が求められる。そして、磁束電流指令I
dRef とd軸電流Idとの偏差を基に比例積分制御によ
り磁束電圧指令VdRef が求められ、トルク電流指令I
qRef とq軸電流Iqとの偏差を基にトルク電圧指令V
qRef が求められる。
Ref とトルク電圧指令VqRef とを、電動機磁束角度θ
rを基に2相3相変換し、3相電圧制御信号VuRef 、
VvRef 、VwRef を求め、出力する。
つの三角波TRIP、TRIMを発生させている。尚、ここ
では、制御する電力変換器としてはNPCインバータを
考えている。
号VuRef 、VvRef 、VvRef と三角波TRIP、TR
IMとを比較し、3相PWM電圧指令を出力する。そし
て、この3相PWM電圧指令を基にインバータの出力電
圧を制御して、永久磁石同期電動機を制御する。
同期電動機の制御装置では、電流フィードバック制御に
よる電流瞬時値制御を行っているため、電動機の回転周
波数が高くなって、電動機の端子電圧がインバータの最
大出力電圧を越えると、電流制御系が不安定となる。こ
のため、電動機の端子電圧がインバータの最大出力電圧
を越えないようにトルクに関与しない弱め界磁電流を流
す必要がある。
機の発熱の問題やインバータ電流容量が増大する等の問
題がある。また、永久磁石の磁束は、温度により変化す
る。よって、電動機の温度が変化すると、永久磁石の磁
束も変化するため、磁束が一定であるとして制御を行う
と出力トルクがトルク指令に追従しなくなり、精度の良
いトルク制御ができなくなる。
しているときには、トルクを出力していないにも関わら
ずインバータは常に動作していた。このため、インバー
タの無駄な発熱やシステム全体の効率低下を招いてい
た。よって、本発明では、上記それぞれの問題点を解決
する永久磁石同期電動機の制御装置を提供することを目
的とする。
永久磁石同期電動機の制御装置では、電動機の回転周波
数が所定値を越えると、電圧ベクトルの大きさを所定の
電圧ベクトルの大きさにして、その値を基に変調率を求
めると共に、極座標変換部からの電圧ベクトルの大きさ
と上記所定の電圧ベクトルの大きさとを基に磁束方向電
流補正値を求め、その値により磁束方向電流指令を補正
することによって、電動機端子電圧が電力変換装置の最
大出力電圧を越えても電流制御系の安定を確保すること
ができる。
機の制御装置では、電動機の回転周波数が所定値を越え
ると、電圧ベクトルの大きさを所定の電圧ベクトルの大
きさにして、その値を基に変調率を求めると共に、極座
標変換部からの電圧ベクトルの大きさと上記所定の電圧
ベクトルの大きさとを基に磁束方向電流補正値を求め、
その値により磁束方向電流指令を補正することによっ
て、電動機端子電圧が電力変換装置の最大出力電圧を越
えても電流制御系の安定を確保することができ、かつ、
可変電圧制御と固定電圧制御との移行時にその重みを徐
々に変化させることによって、可変電圧制御と固定電圧
制御との移行をスムースに行うことができる。
機の制御装置では、電流指令値演算部において、電動機
の回転周波数が所定値を越える場合と越えない場合とで
2通りの演算方法によって磁束方向電流指令とトルク電
流方向指令とを演算する。そして、電動機の回転周波数
が所定値を越える場合には、磁束方向電流指令を補正す
ることによって、電動機端子電圧が電力変換装置の最大
出力電圧を越えても電流制御系の安定を確保することが
できる。
機の制御装置では、直流リンク電圧が直流電源の状況に
より大きくなったことを、磁束方向電流指令の符号によ
り判断し、磁束方向電流が概略ゼロになるように電圧ベ
クトルの大きさ指令値を小さくすることにより、無駄に
磁束方向電流が流れることをなくす。
同期電動機の制御装置では、永久磁石磁束が変化する
と、それに比例して逆起電圧が変化することを利用し
て、永久磁石磁束を推定して、トルク方向電流指令を補
正することによって、永久磁石磁束が温度によって変化
しても出力トルクがトルク指令に追従させることができ
る。
機の制御装置では、逆起電圧を推定することにより、惰
行運転から力行運転への移行時の突入電流の発生を防止
すると共に、惰行運転から力行運転への移行時にゲート
スタート信号をオンさせ、そのゲートスタート信号がオ
ンした時点が正側三角波の山の部分のときには、負側三
角波を半周期だけ180度ずらして出力し、ゲートスタ
ート信号がオンした時点が正側三角波の谷の部分のとき
には、正側三角波を半周期だけ180度ずらして出力す
ることにより、ターンオンのタイミングによるスイッチ
ング素子の破壊を防止する。
機の制御装置では、逆起電圧を推定することにより、惰
行運転から力行運転への移行時の突入電流の発生を防止
すると共に、惰行運転から力行運転への移行時にゲート
スタート信号をオンさせ、そのゲートスタート信号がオ
ンした時点が正側三角波の山の部分のときには、負側三
角波を半周期だけ180度ずらして出力し、ゲートスタ
ート信号がオンした時点が正側三角波の谷の部分のとき
には、正側三角波を半周期だけ180度ずらして出力す
ることにより、ターンオンのタイミングによるスイッチ
ング素子の破壊を防止する。かつ、推定した逆起電圧が
電力変換装置の最大出力電圧を越えている場合には、ゲ
ートスタート信号がオンしないようにする。
を参照して説明する。本発明の第1の実施の形態を図1
乃至図3を用いて説明する。図1は、本発明の第1の実
施の形態の永久磁石同期電動機の制御装置の構成図であ
る。
流指令値演算部11と、電圧指令演算部12と、極座標
変換部13と、電圧固定部14と、変調率演算部15
と、磁束方向電流補正値演算部16と、トルク電流制御
部17と、PWM電圧発生部18とから構成される。
数ωrと、トルク指令値TorqRef と、後述する磁束
方向電流補正値演算部16の出力である磁束補正値ΔI
dRef とを入力として、次式の演算により、磁束方向電
流指令IdRef 、トルク方向電流指令IqRef とを出力
する。ここで、永久磁石の磁束方向をd軸、それと直角
の方向をq軸とする。
値演算部11から出力される磁束方向電流指令IdRef
とトルク方向電流指令IqRef を入力として、次式の演
算により、磁束方向電圧指令VdRef 、トルク方向電圧
指令VqRef を求めて出力する。
出力される磁束方向電圧指令VdRef とトルク方向電圧
指令VqRef を入力として、次式の演算により、電圧ベ
クトルの大きさ|V|と電圧ベクトルの磁束軸方向に対
する角度δを出力する。
ある電圧ベクトルの大きさ|V|と電圧ベクトルの大き
さの指令値|V|Ref と電圧固定指令Vfix とを入力と
して、電圧固定指令Vfix に従って新たな電圧ベクトル
の大きさ|V|fix を演算して出力する。
きさを指令値|V|Ref に固定するときは“1”であ
り、電圧ベクトルの大きさを指令値|V|Ref に固定し
ないときは“0”である。
値によって、 電圧固定指令Vfix が1の時、|V|fix =|V|Ref 電圧固定指令Vfix が0の時、|V|fix =|V| を出力する。
標変換部13から出力される電圧ベクトル|V|と、電
圧固定部14から出力される電圧ベクトルの大きさ|V
|fix とを入力として、比例積分制御により磁束方向電
流補正値ΔIdRef を演算する。
力されるトルク方向電流指令IqRef とトルク電流実際
値Iqを入力として次式で表される比例積分制御により
トルク角補正値Δθを出力する。
される電圧ベクトルの大きさ|V|fix とPWMインバ
ータ直流リンク電圧Vdcを入力として、次の演算によ
り、変調率αを演算する。
電流制御部17から出力されるトルク角補正値Δθと、
回転子位相θrと、極座標変換部13から出力される電
圧ベクトル角度δとの和であるインバータ位相θ1 と、
変調率演算部15から出力される変調率αとを入力とし
て次の演算により3相PWM電圧指令VuPWM 、VvPW
M 、VwPWM を出力する。
永久磁石同期電動機を駆動する場合を例に説明する。先
ず、入力されたインバータ位相θ1 を用いて、UVW各
相のインバータ位相θu、θv、θwを次式のように演
算する。
よりU相PWM電圧指令VuPWM を出力する。
PWM は次のように出力される。
になる。そして、上記PWM電圧指令を用い、NPCイ
ンバータの出力電圧を制御して、永久磁石同期電動機を
制御する。
制御装置では、電動機の回転周波数が所定値を越える
と、電圧ベクトルの大きさを所定の電圧ベクトルの大き
さにして、その値を基に変調率を求めると共に、極座標
変換部からの電圧ベクトルの大きさと上記所定の電圧ベ
クトルの大きさとを基に磁束方向電流補正値を求め、そ
の値により磁束方向電流指令を補正することによって、
電動機端子電圧が電力変換装置の最大出力電圧を越えて
も電流制御系の安定を確保することができる。
図6を用いて説明する。第2の実施形態において、永久
磁石同期電動機の制御装置20は、電流指令値演算部1
1と、電圧指令演算部12と、極座標変換部13と、電
圧固定部14と、変調率演算部15と、磁束方向電流補
正値演算部16と、トルク電流制御部21と、PWM電
圧発生部18と、重み係数演算部22と、d軸電流制御
部23と、q軸電流制御部24とから構成される。
12と、極座標変換部13と、電圧固定部14と、変調
率演算部15と、磁束方向電流補正値演算部16と、P
WM電圧発生部18の動作は第1の実施形態と同様であ
るので、説明を省略する。
いて説明する。重み係数演算部22は、制御モード切替
判別部25と変化率リミット部26とから構成される。
ンバータ角周波数ωrの絶対値|ωr|を入力として、
次の条件判別により制御モードCmodeを出力する。制御
モードは、一定電圧制御のときCmode=0で、可変電圧
制御のときCmode=1とする。現在の制御モードが、C
mode=0の時には、
ミット部26においては、制御モード切替判別部25か
ら出力される制御モードCmodeを入力とし、Cmodeの上
昇・下降速度に制限を与えた値を重み係数K1として出
力する。重み係数K2は、重み係数K1の上昇・下降速
度に応じて、下降・上昇する。制御モードCmodeがt=
0に0から1に変化した場合は、変化率の制限値をaと
すると、重み係数K1と重み係数K2とは次のように変
化する。
同様にして、
値演算部11から出力される磁束方向電流指令IdRef
から磁束電流実際値Idを差し引いた値に、重み係数演
算部22から出力される重み係数K1を乗じた値を入力
とし、次の式で表される比例積分制御により磁束方向電
圧補正値ΔVdを出力する。
部12から出力される磁束方向電圧指令VdRef に加算
されて新たな磁束方向電圧指令VdRef として極座標変
換部13に入力される。
値演算部11から出力されるトルク方向電流指令IqRe
f からトルク電流実際値Iqを差し引いた値に、重み係
数演算部22から出力される重み係数K1を乗じた値を
入力とし、次の式で表される比例積分制御によりトルク
方向電圧補正値ΔVqを出力する。
部12から出力されるトルク方向電圧指令VqRef に加
算されて新たなトルク方向電圧指令VqRef として極座
標変換部13に入力される。
令値演算部11から出力されるトルク方向電流指令Iq
Ref からトルク電流実際値Iqを差し引いた値に、重み
係数演算部22から出力される重み係数K2を乗じた値
を入力とし、次の式で表される比例積分制御によりトル
ク角補正値Δθを出力する。
は、電動機の回転周波数が所定値を越えると、電圧ベク
トルの大きさを所定の電圧ベクトルの大きさにして、そ
の値を基に変調率を求めると共に、極座標変換部からの
電圧ベクトルの大きさと上記所定の電圧ベクトルの大き
さとを基に磁束方向電流補正値を求め、その値により磁
束方向電流指令を補正することによって、電動機端子電
圧が電力変換装置の最大出力電圧を越えても電流制御系
の安定を確保することができ、かつ、可変電圧制御と固
定電圧制御との移行時にその重みを徐々に変化させるこ
とによって、可変電圧制御と固定電圧制御との移行をス
ムースに行うことができる。
いて説明する。第3の実施形態において、永久磁石同期
電動機の制御装置30は、電流指令値演算部31と、電
圧指令演算部12と、極座標変換部13と、変調率演算
部15と、トルク電流制御部17と、PWM電圧発生部
18とから構成される。
と、極座標変換部13と、変調率演算部15と、トルク
電流制御部17と、PWM電圧発生部18の動作は第1
の実施形態と同様であるので、説明は省略する。但し、
極座標変換部13から出力される電圧ベクトルの大きさ
|V|が変調率演算部15に入力されるものとする。
クトルの大きさ指令|V|Ref と、トルク指令Torq
Ref と、電動機角周波数ωrと、電圧固定指令Vfix と
を入力として、電圧固定指令Vfixの値に従って次の2通
りの演算方法で、磁束方向電流指令IdRef と、トルク
方向電流指令IqRef とを出力する。
には、トルク指令TorqRef と、電圧ベクトルの大き
さ指令|V|Ref と、電動機角周波数ωrとをパラメー
タとして、あらかじめ記憶しておいた磁束方向電流指令
IdRef と、トルク方向電流指令IqRef とを出力す
る。このときの、IdRef 、IqRef の満たすべき条件
は、
には、トルク指令値TorqRef と電動機角周波数ωr
とを入力として、次式の計算により、磁束方向電流指令
IdRef とトルク方向電流指令IqRef とを出力する。
制御装置では、電流指令値演算部において、電動機の回
転周波数が所定値を越える場合と越えない場合とで2通
りの演算方法によって磁束方向電流指令とトルク電流方
向指令とを演算する。そして、電動機の回転周波数が所
定値を越える場合には、磁束方向電流指令を補正するこ
とによって、電動機端子電圧が電力変換装置の最大出力
電圧を越えても電流制御系の安定を確保することができ
る。
9を用いて説明する。第4の実施形態の永久磁石同期電
動機の制御装置40は、電流指令値演算部11と、電圧
指令演算部12と、極座標変換部13と、電圧固定部1
4と、変調率演算部15と、磁束方向電流補正値演算部
16と、トルク電流制御部17と、PWM電圧発生部1
8と、電圧ベクトルの大きさ指令値演算部41とから構
成される。
と、電圧指令演算部12と、極座標変換部13と、電圧
固定部14と、変調率演算部15と、磁束方向電流補正
値演算部16と、トルク電流制御部17と、PWM電圧
発生部18の動作は第1の実施形態と同様であるので、
説明は省略する。
は、インバータ直流リンク電圧Vdcと、電流指令値演
算部11から出力される磁束方向電流指令IdRef と、
電動機角周波数ωrとを入力として、次式に基づき電圧
ベクトルの大きさ指令|V|Ref を設定し出力する。
ような関係となる。
V|Ref は、電圧固定部14に入力される。この様に構
成することにより、磁束方向電流指令IdRef が正の値
をとるときには、直流電源の変動によりインバータ直流
リンク電圧が大きくなったと判断し、磁束方向電流が概
略ゼロになるように電圧ベクトルの大きさ指令値|V|
Refを小さくすることにより、無駄に磁束方向電流を流
すことがなくなる。
用いて説明する。第5の実施形態の永久磁石同期電動機
の制御装置45は、電流指令値演算部46と、電圧指令
演算部12と、極座標変換部13と、電圧固定部14
と、変調率演算部15と、磁束方向電流補正値演算部1
6と、トルク電流制御部17と、PWM電圧発生部18
と、永久磁石磁束推定部47とから構成される。
と、極座標変換部13と、電圧固定部14と、変調率演
算部15と、磁束方向電流補正値演算部16と、トルク
電流制御部17と、PWM電圧発生部18の動作は第1
の実施形態と同様であるので、説明は省略する。
演算部11から出力される磁束方向電流指令IdRef
と、電圧指令演算部12から出力されるトルク方向電圧
指令VqRef と、電動機角周波数ωrとを入力として、
次の演算により永久磁石磁束推定値Φf_Hを出力す
る。
小さい値) 電流指令値演算部46では、電動機角周波数ωrと、ト
ルク指令TorqRefと、磁束方向電流補正値演算部1
6から出力される磁束方向電流補正値ΔIdRef と、永
久磁石磁束推定部47から出力される永久磁石磁束推定
値Φf_Hとを入力として、次の演算により磁束方向電
流指令IdRef とトルク方向電流指令IqRef とを出力
する。
求め、その値を用いて制御することによって、温度によ
って永久磁石の磁束が変化しても出力トルクをトルク指
令に追従されることができる。
用いて説明する。第6の実施形態は、第5の実施形態の
永久磁石磁束推定部の他の実施形態である。
流リンク電圧Vdcと、インバータ直流入力電流Idc
と、トルク指令TorqRef と、電動機角周波数ωrと
を入力として、次の演算により永久磁石磁束を推定して
永久磁石磁束推定値Φf_Hを出力する。
を用いて制御することによって、温度によって永久磁石
の磁束が変化しても出力トルクをトルク指令に追従され
ることができる。
至図15を用いて説明する。第7の実施形態における永
久磁石同期電動機の制御装置は、電流制御部50と、逆
起電力推定演算部51と、電圧合成部52と、電圧座標
変換部53と、三角波発生部54と、三角波位相シフト
部55と、PWM電圧演算部56とから構成される。
dRef と、磁束方向電流実際値Idと、トルク方向電流
指令値IqRef と、トルク電流実際値Iqとを入力とし
て次に示す比例積分制御により、磁束方向PI制御電圧
指令VdPIと、トルク方向PI制御電圧指令VqPIとを
出力する。
力として次式により逆起電力推定値Vq_Hを出力す
る。
束方向PI制御電圧指令VdPIと、トルク方向PI制御
電圧指令VqPIと、逆起電力推定演算部51から出力さ
れる逆起電力推定値Vq_Hと、ゲートスタート信号G
stとを入力して、次の演算により、磁束方向電圧指令V
dRef と、トルク方向電圧指令VqRefとを出力す
る。
る磁束方向電圧指令VdRef と、トルク方向電圧指令V
qRef と、電動機磁束角度θrとを入力として、次の演
算により3相電圧指令VuRef 、VvRef 、VwRef を
出力する。
の一定周波数の三角波TRIpとTRImを出力する。
部54から出力される正側三角波TRIpと負側三角波T
RImとゲートスタート信号Gstとを入力として、ゲート
スタート信号Gstが入力された時点における三角波位相
状態により、ゲートスタート信号Gstが正側三角波の山
の部分で立ち上がるときには、負側三角波TRImの位相
を図13(a)のように三角波の半周期期間だけ、18
0度ずらして出力し、正側三角波TRIpはそのまま出力
する。また、ゲートスタート信号Gstが正側三角波の谷
の部分で立ち上がるときには、正側三角波TRIpの位相
を図13(b)のように三角波の半周期期間だけ、18
0度ずらして出力し、負側三角波TRImはそのまま出力
する。
部53から出力される3相電圧指令VuRef 、VvRef
、VwRef と、三角波位相シフト部55から出力され
る正側三角波TRIpと負側三角波TRImとを入力とし
て、3相PWM電圧指令を出力する。
の出力電圧を制御して、永久磁石同期電動機を制御す
る。
制御装置では、逆起電圧を推定することにより、惰行運
転から力行運転への移行時の突入電流の発生を防止する
と共に、惰行運転から力行運転への移行時にゲートスタ
ート信号をオンさせ、そのゲートスタート信号がオンし
た時点が正側三角波の山の部分のときには、負側三角波
を半周期だけ180度ずらして出力し、ゲートスタート
信号がオンした時点が正側三角波の谷の部分のときに
は、正側三角波を半周期だけ180度ずらして出力する
ことにより、ターンオンのタイミングによるスイッチン
グ素子の破壊を防止する。
用いて説明する。第8の実施形態における永久磁石同期
電動機の制御装置は、電流制御部50と、逆起電力推定
演算部51と、電圧合成部52と、電圧座標変換部53
と、三角波発生部54と、三角波位相シフト部55と、
PWM電圧演算部56と、逆起電圧超過検知部57とか
ら構成される。
起電力推定演算部51と、電圧合成部52と、電圧座標
変換部53と、三角波発生部54と、三角波位相シフト
部55と、PWM電圧演算部56とは、第7の実施形態
と同様の動作であるので説明を省略する。
直流リンク電圧Vdcと、逆起電圧推定演算部51から
出力される逆起電圧推定値Vq_Hとを入力として、逆
起電圧推定値Vq_Hがインバータ出力可能最大電圧を
越えている場合にはゲートスタート中断指令Gstopを出
力する。
は、逆起電圧を推定することにより、惰行運転から力行
運転への移行時の突入電流の発生を防止すると共に、惰
行運転から力行運転への移行時にゲートスタート信号を
オンさせ、そのゲートスタート信号がオンした時点が正
側三角波の山の部分のときには、負側三角波を半周期だ
け180度ずらして出力し、ゲートスタート信号がオン
した時点が正側三角波の谷の部分のときには、正側三角
波を半周期だけ180度ずらして出力することにより、
ターンオンのタイミングによるスイッチング素子の破壊
を防止する。かつ、逆起電圧がインバータ出力可能最大
電圧を越えているときには、力行運転への移行を行うこ
とがなくなる。
図18を用いて説明する。第9の実施形態は、ゲート制
御部に関するものであり、U相ゲート制御部を例に説明
する。U相PWM電圧指令VuPWM から次式により、U
相正側PWM電圧指令Upと、U相負側PWM電圧指令
Umが求められる。
2、U2は、U相正側PWM電圧指令Upと、U相負側
PWM電圧指令Umによって、次のように与えられる。
は、オンオフ指令U1と、オンオフ指令X2をオン時間
ディレイ部に通して得られる信号X2DLとの論理積で得
られる。
すように、入力された信号が0から1に切り替わると
き、一定時間Tdon遅れて立ち上がる信号を出力する。
また、スイッチング素子X2のオンオフ信号X2out
は、オンオフ指令X2と、オンオフ指令U1をオフ時間
ディレイ部に通して得られる信号U1DLとの論理積で得
られる。
すように、入力された信号が1から0に切り替わると
き、一定時間Tdoff 遅れて立ち下がる信号を出力す
る。同様に、スイッチング素子X1のオンオフ信号X1
out は、オンオフ指令X1と、オンオフ指令U2をオフ
時間ディレイ部に通して得られる信号U2DLとの論理積
で得られる。
信号U2out は、オンオフ指令U2と、オンオフ指令X
1をオン時間ディレイ部に通して得られる信号X1DLと
の論理積で得られる。
out 、X1out 、X2out 、U2out を用い、NPCイ
ンバータを制御することによって、NPCインバータの
直列に接続されるスイッチング素子間のゲートオン遅れ
時間のばらつきによる、素子の破壊を防ぐことができ
る。
動機の制御装置では、電動機の回転周波数が所定値を越
えると、電圧ベクトルの大きさを所定の電圧ベクトルの
大きさにして、その値を基に変調率を求めると共に、極
座標変換部からの電圧ベクトルの大きさと上記所定の電
圧ベクトルの大きさとを基に磁束方向電流補正値を求
め、その値により磁束方向電流指令を補正することによ
って、電動機端子電圧が電力変換装置の最大出力電圧を
越えても電流制御系の安定を確保することができる。
機の制御装置では、電動機の回転周波数が所定値を越え
ると、電圧ベクトルの大きさを所定の電圧ベクトルの大
きさにして、その値を基に変調率を求めると共に、極座
標変換部からの電圧ベクトルの大きさと上記所定の電圧
ベクトルの大きさとを基に磁束方向電流補正値を求め、
その値により磁束方向電流指令を補正することによっ
て、電動機端子電圧が電力変換装置の最大出力電圧を越
えても電流制御系の安定を確保することができ、かつ、
可変電圧制御と固定電圧制御との移行時にその重みを徐
々に変化させることによって、可変電圧制御と固定電圧
制御との移行をスムースに行うことができる。
機の制御装置では、電流指令値演算部において、電動機
の回転周波数が所定値を越える場合と越えない場合とで
2通りの演算方法によって磁束方向電流指令とトルク電
流方向指令とを演算する。そして、電動機の回転周波数
が所定値を越える場合には、磁束方向電流指令を補正す
ることによって、電動機端子電圧が電力変換装置の最大
出力電圧を越えても電流制御系の安定を確保することが
できる。
機の制御装置では、直流リンク電圧が直流電源の状況に
より大きくなったことを、磁束方向電流指令の符号によ
り判断し、磁束方向電流が概略ゼロになるように電圧ベ
クトルの大きさ指令値を小さくすることにより、無駄に
磁束方向電流が流れることをなくす。
同期電動機の制御装置では、永久磁石磁束が変化する
と、それに比例して逆起電圧が変化することを利用し
て、永久磁石磁束を推定して、トルク方向電流指令を補
正することによって、永久磁石磁束が温度によって変化
しても出力トルクがトルク指令に追従させることができ
る。
機の制御装置では、逆起電圧を推定することにより、惰
行運転から力行運転への移行時の突入電流の発生を防止
すると共に、惰行運転から力行運転への移行時にゲート
スタート信号をオンさせ、そのゲートスタート信号がオ
ンした時点が正側三角波の山の部分のときには、負側三
角波を半周期だけ180度ずらして出力し、ゲートスタ
ート信号がオンした時点が正側三角波の谷の部分のとき
には、正側三角波を半周期だけ180度ずらして出力す
ることにより、ターンオンのタイミングによるスイッチ
ング素子の破壊を防止する。
機の制御装置では、逆起電圧を推定することにより、惰
行運転から力行運転への移行時の突入電流の発生を防止
すると共に、惰行運転から力行運転への移行時にゲート
スタート信号をオンさせ、そのゲートスタート信号がオ
ンした時点が正側三角波の山の部分のときには、負側三
角波を半周期だけ180度ずらして出力し、ゲートスタ
ート信号がオンした時点が正側三角波の谷の部分のとき
には、正側三角波を半周期だけ180度ずらして出力す
ることにより、ターンオンのタイミングによるスイッチ
ング素子の破壊を防止する。
周波数との関係図。
ク図。
演算部の動作図。
図。
ブロック図。
図。
ッチング説明図。
チング説明図。
図。
ク図。
の動作図。
Claims (8)
- 【請求項1】 永久磁石同期電動機を電力変換装置を介
して制御する永久磁石同期電動機の制御装置において、
トルク指令と電動機角周波数と後述する磁束方向電流補
正値演算手段から出力される磁束方向電流補正値とを入
力として、磁束方向電流指令とトルク方向電流指令とを
演算する電流指令値演算部と、この電流指令値演算部の
出力である磁束方向電流指令とトルク方向電流指令とを
入力として、磁束方向電圧指令とトルク方向電圧指令と
を演算する電圧指令演算部と、この電圧指令演算部の出
力である磁束方向電圧指令とトルク方向電圧指令と永久
磁石磁束角度とを入力とし、第1の電圧ベクトルの大き
さと磁束軸方向に対する電圧ベクトルの角度とを演算す
る極座標変換部と、この極座標変換部の出力である第1
の電圧ベクトルの大きさと、所定の固定電圧ベクトルの
大きさと、第1の電圧ベクトルの大きさにするか固定電
圧ベクトルの大きさにするかを決定する電圧固定指令と
を入力として、電圧固定指令に従って新たな第2の電圧
ベクトルの大きさを出力する電圧固定部と、前記極座標
変換部から出力された第1の電圧ベクトルの大きさと前
記電圧固定部から出力された第2の電圧ベクトルの大き
さとを入力として、前記磁束方向電流補正値を演算する
磁束方向電流補正値演算部と、前記電圧固定部から出力
された第2の電圧ベクトルの大きさと前記電力変換装置
の直流リンク電圧とを入力とし、前記電力変換装置の変
調率を演算する変調率演算部と、前記電流指令値演算部
から出力されたトルク方向電流指令とトルク電流実際値
とを入力として、トルク角補正値を演算するトルク電流
制御部と、前記変調率演算部から出力される変調率と、
前記極座標変換部から出力される電圧ベクトルの角度と
前記トルク電流制御部から出力されるトルク角補正値と
永久磁石磁束角度の和を入力とし、前記電力変換装置の
PWM電圧指令を出力するPWM電圧発生部とを具備し
たことを特徴とする永久磁石同期電動機の制御装置。 - 【請求項2】 永久磁石同期電動機を電力変換装置を介
して制御する永久磁石同期電動機の制御装置において、
トルク指令と電動機角周波数と後述する磁束方向電流補
正値演算手段から出力される磁束方向電流補正値とを入
力として、磁束方向電流指令とトルク方向電流指令とを
演算する電流指令値演算部と、この電流指令値演算部の
出力である磁束方向電流指令とトルク方向電流指令とを
入力として、磁束方向電圧指令とトルク方向電圧指令と
を演算する電圧指令演算部と、電動機角周波数を入力と
して第1の重み係数と第2の重み係数とを演算する重み
係数演算部と、前記電流指令値演算部から出力される磁
束方向電流指令と磁束電流実際値との差に前記重み係数
演算部から出力された第1の重み係数を乗じた値を入力
とし、磁束方向電圧補正値を演算するd軸電圧制御部
と、前記電流指令値演算部から出力されるトルク方向電
流指令とトルク電流実際値との差に前記重み係数演算部
から出力された第1の重み係数を乗じた値を入力とし、
トルク方向電圧補正値を演算して出力するq軸電圧制御
部と、前記電圧指令演算部の出力である磁束方向電圧指
令と前記d軸電流制御部の出力である磁束方向電圧補正
値との和と、前記電圧指令演算部の出力であるトルク方
向電圧指令と前記q軸電流制御部の出力であるトルク方
向電圧補正値の和と、永久磁石磁束角度とを入力とし、
第1の電圧ベクトルの大きさと磁束軸方向に対する電圧
ベクトルの角度を演算する極座標変換部と、この極座標
変換部の出力である第1の電圧ベクトルの大きさと、所
定の固定電圧ベクトルの大きさと、第1の電圧ベクトル
の大きさにするか固定電圧ベクトルの大きさにするかを
決定する電圧固定指令とを入力として、電圧固定指令に
従って新たな第2の電圧ベクトルの大きさを出力する電
圧固定部と、前記極座標変換部から出力された第1の電
圧ベクトルの大きさと前記電圧固定部から出力された第
2の電圧ベクトルの大きさとを入力として、前記磁束方
向電流補正値を演算する磁束方向電流補正値演算部と、
前記電圧固定部から出力された第2の電圧ベクトルの大
きさと前記電力変換装置の直流リンク電圧とを入力と
し、前記電力変換装置の変調率を演算する変調率演算部
と、前記電流指令値演算部から出力されたトルク方向電
流指令とトルク電流実際値との差に前記重み係数演算部
の出力である第2の重み係数を乗じた値を入力として、
トルク角補正値を演算するトルク電流制御部と、前記変
調率演算部から出力される変調率と、前記極座標変換部
から出力される電圧ベクトルの角度と前記トルク電流制
御部から出力されるトルク角補正値と永久磁石磁束角度
の和を入力とし、前記電力変換装置のPWM電圧指令を
出力するPWM電圧発生部とを具備したことを特徴とす
る永久磁石同期電動機の制御装置。 - 【請求項3】 永久磁石同期電動機を電力変換装置を介
して制御する永久磁石同期電動機の制御装置において、
トルク指令と電動機角周波数と前記電力変換装置の直流
リンク電圧とを入力として、磁束方向電流指令とトルク
方向電流指令とを演算する電流指令値演算部と、この電
流指令値演算部の出力である磁束方向電流指令とトルク
方向電流指令とを入力として、磁束方向電圧指令とトル
ク方向電圧指令とを演算する電圧指令演算部と、この電
圧指令演算部の出力である磁束方向電圧指令とトルク方
向電圧指令と永久磁石磁束角度とを入力とし、電圧ベク
トルの大きさと磁束軸方向に対する電圧ベクトルの角度
とを演算する極座標変換部と、この極座標変換部から出
力された電圧ベクトルの大きさと前記電力変換装置の直
流リンク電圧とを入力とし、前記電力変換装置の変調率
を演算する変調率演算部と、前記電流指令値演算部から
出力されたトルク方向電流指令とトルク電流実際値とを
入力として、トルク角補正値を演算するトルク電流制御
部と、前記変調率演算部から出力される変調率と、前記
極座標変換部から出力される電圧ベクトルの角度と前記
トルク電流制御部から出力されるトルク角補正値と永久
磁石磁束角度の和を入力とし、前記電力変換装置のPW
M電圧指令を出力するPWM電圧発生部とを具備したこ
とを特徴とする永久磁石同期電動機の制御装置。 - 【請求項4】 永久磁石同期電動機を電力変換装置を介
して制御する永久磁石同期電動機の制御装置において、
トルク指令と電動機角周波数と後述する磁束方向電流補
正値演算手段から出力される磁束方向電流補正値とを入
力として、磁束方向電流指令とトルク方向電流指令とを
演算する電流指令値演算部と、この電流指令値演算部の
出力である磁束方向電流指令とトルク方向電流指令とを
入力として、磁束方向電圧指令とトルク方向電圧指令と
を演算する電圧指令演算部と、この電圧指令演算部の出
力である磁束方向電圧指令とトルク方向電圧指令と永久
磁石磁束角度とを入力とし、第1の電圧ベクトルの大き
さと磁束軸方向に対する電圧ベクトルの角度とを演算す
る極座標変換部と、電動機角周波数と前記電流指令値演
算部の出力である磁束方向電流指令と前記電力変換装置
の直流リンク電圧とを入力とし、固定電圧ベクトルの大
きさを演算する電圧ベクトルの大きさ指令値演算部と、
前記極座標変換部の出力である第1の電圧ベクトルの大
きさと、前記固定電圧ベクトルの大きさと、第1の電圧
ベクトルの大きさにするか固定電圧ベクトルの大きさに
するかを決定する電圧固定指令とを入力として、電圧固
定指令に従って新たな第2の電圧ベクトルの大きさを出
力する電圧固定部と、前記極座標変換部から出力された
第1の電圧ベクトルの大きさと前記電圧固定部から出力
された第2の電圧ベクトルの大きさとを入力として、前
記磁束方向電流補正値を演算する磁束方向電流補正値演
算部と、前記電圧固定部から出力された第2の電圧ベク
トルの大きさと前記電力変換装置の直流リンク電圧とを
入力とし、前記電力変換装置の変調率を演算する変調率
演算部と、前記電流指令値演算部から出力されたトルク
方向電流指令とトルク電流実際値とを入力として、トル
ク角補正値を演算するトルク電流制御部と、前記変調率
演算部から出力される変調率と、前記極座標変換部から
出力される電圧ベクトルの角度と前記トルク電流制御部
から出力されるトルク角補正値と永久磁石磁束角度の和
を入力とし、前記電力変換装置のPWM電圧指令を出力
するPWM電圧発生部とを具備したことを特徴とする永
久磁石同期電動機の制御装置。 - 【請求項5】 永久磁石同期電動機を電力変換装置を介
して制御する永久磁石同期電動機の制御装置において、
電動機角周波数と後述する電流指令値演算部から出力さ
れる磁束方向電流指令と後述する電圧指令演算部から出
力されるトルク方向電圧指令とを入力として、永久磁石
磁束推定値を演算する磁束推定値演算部と、トルク指令
と電動機角周波数と前記磁束推定値演算部の出力である
永久磁石磁束推定値と後述する磁束方向電流補正値演算
手段から出力される磁束方向電流補正値とを入力とし
て、磁束方向電流指令とトルク方向電流指令とを演算す
る電流指令値演算部と、この電流指令値演算部の出力で
ある磁束方向電流指令とトルク方向電流指令とを入力と
して、磁束方向電圧指令とトルク方向電圧指令とを演算
する電圧指令演算部と、この電圧指令演算部の出力であ
る磁束方向電圧指令とトルク方向電圧指令と永久磁石磁
束角度とを入力とし、第1の電圧ベクトルの大きさと磁
束軸方向に対する電圧ベクトルの角度とを演算する極座
標変換部と、この極座標変換部の出力である第1の電圧
ベクトルの大きさと、所定の固定電圧ベクトルの大きさ
と、第1の電圧ベクトルの大きさにするか固定電圧ベク
トルの大きさにするかを決定する電圧固定指令とを入力
として、電圧固定指令に従って新たな第2の電圧ベクト
ルの大きさを出力する電圧固定部と、前記極座標変換部
から出力された第1の電圧ベクトルの大きさと前記電圧
固定部から出力された第2の電圧ベクトルの大きさとを
入力として、前記磁束方向電流補正値を演算する磁束方
向電流補正値演算部と、前記電圧固定部から出力された
第2の電圧ベクトルの大きさと前記電力変換装置の直流
リンク電圧とを入力とし、前記電力変換装置の変調率を
演算する変調率演算部と、前記電流指令値演算部から出
力されたトルク方向電流指令とトルク電流実際値とを入
力として、トルク角補正値を演算するトルク電流制御部
と、前記変調率演算部から出力される変調率と、前記極
座標変換部から出力される電圧ベクトルの角度と前記ト
ルク電流制御部から出力されるトルク角補正値と永久磁
石磁束角度の和を入力とし、前記電力変換装置のPWM
電圧指令を出力するPWM電圧発生部とを具備したこと
を特徴とする永久磁石同期電動機の制御装置。 - 【請求項6】 請求項5記載の永久磁石同期電動機の制
御装置において、磁束推定値演算部は、電力変換装置の
直流リンク電圧と電力変換装置の直流入力電流と電動機
角周波数とトルク指令とを入力として、永久磁石磁束推
定値を演算することを特徴とする。 - 【請求項7】 永久磁石同期電動機を中性点クランプ式
電力変換装置を介して制御する永久磁石同期電動機の制
御装置において、磁束方向電流指令と磁束方向電流実際
値とトルク方向電流指令とトルク電流実際値とを入力と
し、比例積分制御により磁束方向電圧指令とトルク方向
電圧指令とを演算する電流制御部と、電動機角周波数を
入力とし、逆起電力推定値を演算する逆起電力推定演算
部と、前記電流制御部から出力される磁束方向電圧指令
とトルク方向電圧指令と前記逆起電力推定演算部から出
力される逆起電力推定値と永久磁石同期電動機が力行運
転か惰行かを示すゲートスタート信号とを入力とし、磁
束方向電圧指令とトルク方向電圧指令とを演算する電圧
合成部と、前記電圧合成部から出力される磁束方向電圧
指令とトルク方向電圧指令と電動機磁束角度とを入力と
し、3相電圧指令を演算する電圧座標変換部と、正負2
つの三角波を出力する三角波発生部と、前記三角波発生
部から出力される正負2つの三角波と前記ゲートスター
ト信号とを入力とし、ゲートスタート信号の立ち上がり
タイミングに合わせて正側または負側の三角波の位相を
半周期だけ180度ずらして出力する三角波位相シフト
部と、前記電圧座標変換部から出力される3相電圧指令
と前記三角波位相シフト部から出力される正負2つの三
角波とを入力とし、PWM制御により3相PWM電圧指
令を出力するPWM電圧演算部とを具備したことを特徴
とする永久磁石同期電動機の制御装置。 - 【請求項8】 請求項7記載の永久磁石同期電動機の制
御装置において、電力変換装置の直流リンク電圧と前記
逆起電力推定演算部から出力される逆起電力推定値とを
入力とし、逆起電力推定値が直流リンク電圧を越えてい
ると、ゲートスタート信号の出力を中断する逆起電圧超
過検出部を具備したことを特徴とする永久磁石同期電動
機の制御装置。
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