KR101245931B1 - 교류 회전기의 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

속도 영을 포함하는 저속 영역으로부터 고속 영역까지 부드럽게 구동함과 아울러, 가령, 추정 위상에 초기치 오차가 있더라도 신속하게 오차 수속시켜 소망하는 특성을 얻을 수 있는 교류 회전기의 제어 장치를 얻는 것을 목적으로 한다. 이를 위해, 전압 지령 벡터 Vsref와 전류 편차 벡터 ΔIs와 증폭 편차 벡터 E0에 근거하여 추정 자속 위상 θ0과 추정 전류 벡터 Isest와 추정 자속 벡터 Phest와 추정 속도 wr0을 출력하는 적응 관측 수단(7), 추정 전류 벡터 Isest와 전류 벡터 검출 수단(3)으로부터의 검출 전류 벡터 Is의 전류 편차 벡터 ΔIs 및 추정 자속 벡터 Phest와 자속 벡터 검출 수단(6)으로부터의 검출 자속 벡터 Phi의 자속 편차 벡터 ΔPhi를 연산하는 편차 벡터 연산 수단(8), 전류 편차 벡터 ΔIs와 자속 편차 벡터 ΔPhi를 증폭하여 증폭 편차 벡터 E0을 출력하는 편차 증폭 수단(9)을 구비했다.

Description

교류 회전기의 제어 장치{ALTERNATING-CURRENT ROTARY MACHINE CONTROLLER}
본 발명은, 전압 인가 수단에 의해 교류 전압을 인가하여 교류 회전기를 구동 제어하는 장치에 관한 것이다.
동기기나 유도기라고 하는 교류 회전기를 제어하는 각종 방법이 알려져 있다. 저속 영역에 한하면, 일반적으로 응답성은 낮지만 값이 싼 위치 센서를 이용하여, 저비용의 제어계에서의 구동이 가능하게 된다. 저속 영역에서는 홀 센서의 출력 주기 자체가 느리기 때문에, 응답이 낮은 위치 센서라도 응답이 낮은 것이 눈에 띄지 않게 되기 때문에 구동 가능하다.
한편, 응답이 낮은 위치 센서를 고회전 영역에서 이용하고자 하면 그 느림에 기인하여, 원하는 위상으로 전류를 급전할 수 없게 되어, 교류 회전기의 구동 특성이 저하된다. 또한, 교류 회전기의 기본 주파수보다 높은 주파수의 전압이나 전류를 중첩하여 인덕턴스의 돌극성을 이용한 위치 검출 결과에 근거하여 제어를 하면, 위치 센서가 없어도 저속 영역의 구동이 가능하게 된다. 그러나, 이 방식에 의해 고회전 영역에서 구동하고자 하면, 운전 효율, 전압 이용률, 최대 전류의 관점에서 불리하게 하는 기본파 이외의 주파수를 갖는 전압이나 전류가 발생하게 된다.
그래서, 센서리스(sensor-less) 제어로 저속 영역으로부터 고속 영역까지 부드럽게 구동할 수 있는 각종 교류 회전기의 제어 장치가 소개되고 있다.
예컨대, 특허 문헌 1에 기재된 발명은, 벡터 컨트롤러 기본부에서 필요로 하는 회전 d-q 좌표계의 위상을 자극 위치 검출기를 이용하지 않고서 적절히 생성하기 위해, 저주파 영역용의 위상을 생성하는 저주파 영역 위상 생성기와 고주파 영역용의 위상을 생성하는 고주파 영역 위상 생성기를 준비한다. 그리고, 이들 2종의 위상을 주파수적으로 가중 평균하여 합성하는 위상 합성기를 구비하여, 합성된 최종 위상을 회전 d-q 좌표계의 위상으로 하도록 하고 있다.
또한, 특허 문헌 2에 기재된 발명은, 교류 전동기의 영속(zero speed)으로부터 고속 영역까지를 연속적으로 제어하기 위한 센서리스 제어 방법에 있어서, 회전자 각도를 이용하여 연산되는 제 1 자속 벡터와, 회전자 각도를 이용하지 않고서 연산되는 제 2 자속 벡터의 외적 연산에 의해 얻어지는 위치 오차 Δθ가 영이 되도록, 위치ㆍ속도 추정기에 의해, 기계 수식 모델에 의해 추정한 속도 추정치 ωest와 위치 추정치 θest를 이용하여 제어를 행하고 있다.
또한, 특허 문헌 3에 기재된 발명은, 회전 2축 좌표(d-q축)상의 전류 편차와 회전 2축 좌표(d-q축)상의 전압 지령과 추정 회전 속도로부터 각주파수와 추정 전류와 추정 회전자 자속을 연산하는 전동기 모델을 이용한 적응 옵저버를 구비하여, 특별히 높은 회전 속도로 동기 전동기를 제어하는 것을 가능하게 하고 있다.
이들 발명에 의해, 교류 회전기를 저속 영역으로부터 고속 영역까지 부드럽게 구동하는 것이 가능하게 하고 있다.
(특허 문헌 1) 일본 특허 공개 평 10-94298호 공보
(특허 문헌 2) 일본 특허 공개 2006-158046호 공보
(특허 문헌 3) 재공표 특허 WO2002/091558호 공보
그러나, 특허 문헌 1에 기재된 발명은, 2종의 위상을 주파수적으로 가중 평균하여 합성하도록 하고 있었기 때문에, 주파수가 낮아지는 저속 영역에서는 2종류의 위상 중 저주파 영역 위상 생성기에 근거하여 구동할 필요가 있다. 따라서, 저주파 영역 위상 생성기의 추정 응답이 느리면, 저속 영역에서는 속도 제어 응답이나 토크 제어 응답 등의 응답성을 높게 유지할 수 없다고 하는 문제가 있었다.
또한, 특허 문헌 2에 기재된 발명은, 제 1 자속 벡터와 제 2 자속 벡터의 외적 연산에 의해 얻어지는 위치 오차 Δθ가 영이 되도록, 위치ㆍ속도 추정기에 의해 속도 추정치 ωest와 위치 추정치 θest를 이용한다. 이 외적 연산은, 제 1 자속 벡터와 제 2 자속 벡터의 위상차에 따라 감도가 다르고, 특히 위상차가 90도를 넘는 경우, 위상차가 90도보다 작은 경우보다 편차가 큼에도 불구하고, 외적 연산치는 작아지기 때문에, 초기치 오차나 어떠한 이유로 위상차가 90도를 넘으면 오차 수속성이나 위치 추정의 응답성에 문제가 있었다.
또한, 특허 문헌 3에 기재된 발명은, 적응 옵저버가 전류 편차에 근거하여 연산을 행하고 있기 때문에, 교류 회전기가 정지하거나 극히 낮은 회전수로 동작하는 경우, 전류 편차가 거의 또는 전혀 발생하지 않아, 원활한 제어가 곤란하게 된다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은, 이들 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 속도 영을 포함하는 저속 영역으로부터 고속 영역까지 부드럽게 구동함과 아울러, 가령, 추정 위상에 초기치 오차가 있더라도 빠르게 오차 수속시켜 원하는 특성을 얻을 수 있는 교류 회전기의 제어 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
제 1 발명에 따른 교류 회전기의 제어 장치는, 교류 회전기의 전류 벡터를 검출하여 검출 전류 벡터로서 출력하는 전류 벡터 검출 수단, 추정 자속 위상을 참조하여 상기 검출 전류 벡터가 전류 지령 벡터에 일치하도록 전압 지령 벡터를 출력하는 교류 회전기 제어 수단, 상기 전압 지령 벡터에 근거하여 상기 교류 회전기에 전압을 인가하는 전압 인가 수단, 상기 전압 지령 벡터에 근거하여 상기 추정 자속 위상을 출력하는 적응 관측 수단, 및 자속 벡터를 검출하여 검출 자속 벡터로서 출력하는 자속 벡터 검출 수단을 구비하고, 상기 적응 관측 수단은, 상기 전압 지령 벡터에 더하여 전류 편차 벡터와 증폭 편차 벡터에 근거하여 상기 추정 자속 위상에 더하여 추정 전류 벡터와 추정 자속 벡터를 출력하고, 또한, 상기 추정 전류 벡터와 상기 검출 전류 벡터의 편차인 상기 전류 편차 벡터 및 상기 추정 자속 벡터와 상기 검출 자속 벡터의 편차인 자속 편차 벡터를 연산하여 상기 증폭 편차 벡터로서 출력하는 편차 벡터 연산 수단을 구비한 것이다.
제 2 발명에 따른 교류 회전기의 제어 장치는, 교류 회전기의 전류 벡터를 검출하여 검출 전류 벡터로서 출력하는 전류 벡터 검출 수단, 추정 자속 위상을 참조하여 상기 검출 전류 벡터가 전류 지령 벡터에 일치하도록 전압 지령 벡터를 출력하는 교류 회전기 제어 수단, 상기 전압 지령 벡터에 근거하여 상기 교류 회전기에 전압을 인가하는 전압 인가 수단, 상기 전압 지령 벡터에 근거하여 상기 추정 자속 위상을 출력하는 적응 관측 수단, 및 자속 벡터를 검출하여 검출 자속 벡터로서 출력하는 자속 벡터 검출 수단을 구비하고, 상기 적응 관측 수단은, 상기 전압 지령 벡터에 더하여 증폭 편차 벡터에 근거하여 상기 추정 자속 위상에 더하여 추정 자속 벡터를 출력하고, 또한, 상기 추정 자속 벡터와 상기 검출 자속 벡터의 편차인 자속 편차 벡터를 연산하여 상기 증폭 편차 벡터로서 출력하는 편차 벡터 연산 수단을 구비한 것이다.
제 1 및 제 2 발명에 따른 교류 회전기의 제어 장치는, 이상과 같이, 추정 자속 벡터와 검출 자속 벡터의 편차인 자속 편차 벡터를 연산하여 출력하는 편차 벡터 연산 수단을 구비하고, 그 출력을 적응 관측 수단에 입력하도록 했기 때문에, 회전 속도의 고저에 관계없이 적응 관측 수단이 추정한 추정 자속 벡터에 근거한 추정 자속 위상에 의해 교류 회전기를 제어하는 것이 가능하여, 속도 영을 포함하는 저속 영역에서도 속도 제어 응답 등의 응답성을 높게 유지할 수 있고, 또한 초기치 오차가 있는 경우의 오차 수속성을 향상시키는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 있어서의 교류 회전기의 제어 장치의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 자속 편차 벡터의 특징을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1의 교류 회전기 제어 수단(4)의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1의 자속 벡터 검출 수단(6)의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1의 적응 관측 수단(7)의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 6는 도 1의 편차 증폭 수단(9)의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6의 이득 행렬(50)의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 8은 이득 행렬(50)의 각 이득과 추정 속도 wr0의 관계를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 6의 이득 행렬(51)의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 10은 이득 행렬(51)의 각 이득과 추정 속도 wr0의 관계를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시의 형태 2에 있어서의 교류 회전기의 제어 장치의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 12는 도 11의 교류 회전기 제어 수단(4a)의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 13은 도 11의 전류 성분 분배기(60)의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 14는 도 11의 자속 벡터 검출 수단(6a)의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 15는 교류 회전기의 회전 각도와 신호 dIu, dIv, dIw의 관계를 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명의 실시의 형태 3에 있어서의 교류 회전기의 제어 장치의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 17은 도 16의 교류 회전기 제어 수단(4b)의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 18은 도 16의 적응 관측 수단(7b)의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 19는 본 발명의 실시의 형태 4에 있어서의 교류 회전기의 제어 장치의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 20은 도 19의 속도 제어 수단(110)의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 21은 본 발명의 실시의 형태 5에 있어서의 교류 회전기의 제어 장치의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 22는 도 21의 적응 관측 수단(7c)의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 23은 도 21의 편차 증폭 수단(9c)의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
(실시의 형태 1)
도 1은 본 실시의 형태 1에 있어서의 전체 구성도를 나타내는 도면이다. 도면에 있어서, 전압 인가 수단(1)은, 전압 지령 벡터 Vsref에 근거하여 교류 회전기(2)에 전압을 인가한다. 본 실시의 형태 1에서는 교류 회전기(2)로서 동기기를 예로 들어 설명하지만, 유도기이더라도 같은 원리로 구성하는 것이 가능하다.
전류 벡터 검출 수단(3)은, 교류 회전기(2)의 전류 벡터를 검출하여 검출 전류 벡터 Is로서 출력한다. 교류 회전기 제어 수단(4)은, 전류 벡터 검출 수단(3)으로부터 얻은 검출 전류 벡터 Is가 전류 지령 벡터 Isref에 일치하도록 전압 지령 벡터 Vsref를 전압 인가 수단(1)에 출력한다. 회전 위치 검출 수단(5)은, 교류 회전기(2)의 회전 위치를 검출하여 자속 벡터 검출 수단(6)에 출력하고, 자속 벡터 검출 수단(6)은 그 회전 위치에 근거하여 자속 벡터를 검출하여 검출 자속 벡터 Phi로서 출력한다.
적응 관측 수단(7)은, 후술하는 증폭 편차 벡터 E0과, 마찬가지로 후술하는 전류 편차 벡터 ΔIs와 전압 지령 벡터 Vsref에 근거하여 추정 자속 위상 θ0과 추정 전류 벡터 Isest와 추정 자속 벡터 Phest와 추정 속도 wr0을 출력한다. 편차 벡터 연산 수단(8)은, 추정 전류 벡터 Isest와 검출 전류 벡터 Is에 근거하여 전류 편차 벡터 ΔIs를 출력함과 아울러 추정 자속 벡터 Phest와 검출 자속 벡터 Phi에 근거하여 자속 편차 벡터 ΔPhi를 출력한다. 편차 증폭 수단(9)은, 추정 속도 wr0을 파라미터로서 전류 편차 벡터 ΔIs와 자속 편차 벡터 ΔPhi를 증폭하여 증폭 편차 벡터 E0으로서 적응 관측 수단(7)에 출력한다.
전류 벡터 검출 수단(3)에서는, 3상/2상 변환기(10)에 의해 3상 교류 전류를 2상 교류 전류로 변환한 결과를 검출 전류 벡터 Is로서 출력한다. 이 3상/2상 변환기(10)가 출력하는 2상 교류 전류를 다루는 좌표는 직교 정지 2축 좌표로서 알려져 있는 것이며, 이 직교 정지 2축 좌표를 a-b축이라 정의한다.
편차 벡터 연산 수단(8)에서는, 감산기(11)에 의해 추정 전류 벡터 Isest로부터 검출 전류 벡터 Is를 감산하여, 전류 편차 벡터 ΔIs를 출력함과 아울러, 감산기(12)에 의해 추정 자속 벡터 Phest로부터 검출 자속 벡터 Phi를 감산하여, 자속 편차 벡터 ΔPhi를 출력한다.
여기서, 적응 관측 수단(7)의 기능에 대하여 다시 해설하면 이하와 같다.
즉, 교류 회전기 제어 수단(4)은, 전류 지령 벡터 Isref에 검출 전류 벡터 Is가 일치하도록 전압 지령 벡터 Vsref를 출력하는 데에 있어서 필요하게 되는 추정 자속 위상 θ0을 정밀하게 입수할 수 있는 것이 그 제어 성능상 중요하게 된다.
따라서, 적응 관측 수단(7)의 첫 번째 역할은, 이 추정 자속 위상 θ0을 정밀하게 생성하는 것이다. 적응 관측 수단(7)에 있어서는, 교류 회전기(2)의 회전 속도가 그 적응 관측 수단(7)의 추정 속도 wr0인 것으로 하여, 전압 지령 벡터 Vsref를 교류 회전기(2)에 인가했을 때에 발생하는 전류 벡터와 자속 벡터를, 각각 추정 전류 벡터 Isest, 추정 자속 벡터 Phest로서 출력한다. 그리고, 추정 자속 위상 θ0은 추정 자속 벡터 Phest의 위상이므로, 적응 관측 수단(7)이 출력하는 추정 자속 벡터 Phest를 교류 회전기(2)의 자속 벡터 Ph에 일치시키는 것이 제어 성능 향상에 기여한다.
만약, 교류 회전기(2)의 회전 속도와 적응 관측 수단(7)이 출력하는 추정 속도 wr0이 다른 경우는, 전류 편차 벡터 ΔIs 및 자속 편차 벡터 ΔPhi가 발생하기 때문에, 이것을 이용하여, 이른바 피드백 제어에 의해, 추정 속도 wr0이 교류 회전기(2)의 회전 속도에 일치하도록, 추정 속도 wr0을 보정한다. 추정 속도 wr0을 교류 회전기(2)의 회전 속도에 일치시킬 수 있으면, 적응 관측 수단(7)이 출력하는 추정 자속 벡터 Phest도 교류 회전기(2)의 자속 벡터 Ph에 일치하고, 따라서, 정밀한 추정 자속 위상 θ0이 얻어지는 것이다.
이상의 설명으로부터 이해되는 것처럼, 적응 관측 수단(7)에 있어서의 피드백 제어에서는, 검출 자속 벡터 Phi와 추정 자속 벡터 Phest의 편차(자속 편차 벡터 ΔPhi)를 어떻게 정확하게 파악할 수 있을지가 중요해진다.
그래서, 이 자속 편차 벡터 ΔPhi의 특징에 대하여, 도 2를 이용하여 더 자세하게 설명한다.
도 2(a)의 케이스 1에서는, 추정 자속 벡터 Phest가 검출 자속 벡터 Phi에 대하여 진상(leading phase)이 되어 있고, 그 위상차는 90도 이내이다. 자속 편차 벡터 ΔPhi는, 추정 자속 벡터 Phest(도면 중의 쇄선)로부터 검출 자속 벡터 Phi(도면 중의 굵은 선)를 감산한 것이며, 도면 중의 파선과 같이 된다. 따라서, 가령, 상술한 특허 문헌 2에 기재된 것처럼, 추정 자속 벡터 Phest와 검출 자속 벡터 Phi의 외적 연산에 의해 얻어지는 값은, 추정 자속 벡터 Phest와 검출 자속 벡터 Phi로 만드는 삼각형(도면 중의 점으로 이루어진 부분)의 면적에 비례한다.
이와 같이, 추정 자속 벡터 Phest와 검출 자속 벡터 Phi에 위상차가 발생하면, 자속 편차 벡터 ΔPhi가 발생하거나, 추정 자속 벡터 Phest와 검출 자속 벡터 Phi의 외적 연산에 의해 얻어지는 값이 발생한다.
계속해서, 도 2(b)의 케이스 2에 대하여 생각한다. 케이스 2에서는, 추정 자속 벡터 Phest가 검출 자속 벡터 Phi에 대하여 진상이 되어 있고, 그 위상차는 90도 이상이다. 추정 자속 벡터 Phest(도면 중의 쇄선)로부터 검출 자속 벡터 Phi(도면 중의 굵은 선)를 감산한 자속 편차 벡터 ΔPhi(도면 중의 파선)의 크기는, 케이스 1의 경우에 있어서의 자속 편차 벡터 ΔPhi보다 커져 있다. 한편, 도면 중의 점으로 이루어진 부분의 면적에 비례하는 추정 자속 벡터 Phest와 검출 자속 벡터 Phi의 외적 연산에 의해 얻어지는 값은, 케이스 1의 경우보다 작아져 있다.
이와 같이 추정 자속 벡터 Phest와 검출 자속 벡터 Phi의 위상차가 클수록, 추정 자속 벡터 Phest와 검출 자속 벡터 Phi의 외적 연산에 의해 얻어지는 값도 큰 것은 아니기 때문에, 이 외적 연산에 의해 얻어지는 값은 추정 자속 벡터 Phest와 검출 자속 벡터 Phi의 위상차의 대소를 정확하게 반영한다고 말하기 어렵다.
한편, 추정 자속 벡터 Phest와 검출 자속 벡터 Phi의 위상차가 커지면, 그에 맞춰 자속 편차 벡터 ΔPhi의 크기도 증대되기 때문에, 자속 편차 벡터 ΔPhi는 추정 자속 벡터 Phest와 검출 자속 벡터 Phi의 위상차의 대소를 정확하게 반영한다고 말할 수 있다.
계속해서, 도 2(c)의 케이스 3에 대하여 생각한다. 케이스 3에서는, 추정 자속 벡터 Phest가 검출 자속 벡터 Phi에 대하여 진상이 되어 있고, 그 위상차는 작지만 추정 자속 벡터 Phest의 크기를 검출 자속 벡터 Phi보다 크게 추정하고 있다. 추정 자속 벡터 Phest(도면 중의 쇄선)로부터 검출 자속 벡터 Phi(도면 중의 굵은 선)를 감산한 자속 편차 벡터 ΔPhi(도면 중의 파선)는 확실하게 크기를 갖고 있지만, 위상차가 작으면 상술한 외적 연산에 의해 얻어지는 값은 확실한 것이 아니게 된다.
이상과 같이, 본 실시의 형태 1에 있어서의 교류 회전기의 제어 장치에서는, 특허 문헌 2에 기재된 바와 같은 외적 연산을 행하지 않고서, 자속 편차 벡터 ΔPhi에 근거하여 교류 회전기(2)의 추정 자속 벡터 Phest를 구하도록 했기 때문에, 추정 자속 벡터 Phest와 검출 자속 벡터 Phi의 사이에 초기치 오차나 외란 등의 요인으로 위상차가 90도를 넘거나, 위상차가 작은 경우라도, 오차 수속성이나 위치 추정의 응답성을 유지하는 것이 가능하고, 그 결과, 교류 회전기(2)를 안정하게 구동 제어할 수 있는 효과가 있다.
또한, 도 1에 나타내는 각 요소의 구성에 대하여 상세하게 설명한다.
도 3은 교류 회전기 제어 수단(4)의 내부 구성을 나타내는 도면이다. 도면에 있어서, 좌표 변환기(20)는, 전류 벡터 검출 수단(3) 내의 3상/2상 변환기(10)가 출력하는 a-b축 좌표상의 2상 교류 전류를, 적응 관측 수단(7)이 출력하는 추정 자속 위상 θ0에 동기하여 회전하는 회전 2축 좌표로, 좌표 변환을 행한다. 여기서는, 추정 자속 위상 θ0에 동기하여 회전하는 회전 2축 좌표를 d-q축이라 정의한다. 즉, 좌표 변환기(20)는, a-b축상의 검출 전류 벡터의 a축 성분 ias 및 검출 전류 벡터의 b축 성분 ibs를, 적응 관측 수단(7)이 출력하는 추정 자속 위상 θ0에 근거하여, d-q축상의 검출 전류 벡터의 d축 성분 ids 및 검출 전류 벡터의 q축 성분 iqs로서 출력한다.
감산기(21)는, 전류 지령 벡터의 d축 성분 idsref로부터 검출 전류 벡터의 d축 성분 ids를 감산하고, 감산기(22)는, 전류 지령 벡터의 q축 성분 iqsref로부터 검출 전류 벡터의 q축 성분 iqs를 감산한다.
증폭기(23)는, 감산기(21)로부터 얻은 전류 지령 벡터의 d축 성분 idsref와 검출 전류 벡터의 d축 성분 ids의 편차를 비례 적분 연산에 의해 증폭하고, 그 값을 전압 지령 벡터의 d축 성분 vdsref로서 출력하고, 증폭기(24)는, 감산기(22)로부터 얻은 전류 지령 벡터의 q축 성분 iqsref와 검출 전류 벡터의 q축 성분 iqs의 편차를 비례 적분 연산에 의해 증폭하고, 그 값을 전압 지령 벡터의 q축 성분 vqsref로서 출력한다.
좌표 변환기(25)는, 증폭기(23, 24)가 출력하는 d-q축 좌표상의 2상 전압 지령을, 적응 관측 수단(7)이 출력하는 추정 자속 위상 θ0에 근거하여 3상 교류 전압 지령으로 좌표 변환을 행하여, 전압 지령 벡터 Vsref의 U상 성분, V상 성분, W상 성분을 출력한다.
도 4는 자속 벡터 검출 수단(6)의 내부 구성을 나타내는 도면이다. 도면에 있어서, 코사인 연산기(30)는, 회전 위치 검출 수단(5)으로부터 얻은 회전 각도 θ에 따른 코사인 연산을 행하여 cosθ를 출력하고, 이득 연산기(31)는, 코사인 연산기(30)가 출력한 cosθ를 미리 설정한 값에 비례시킨 값을 검출 자속 벡터의 a축 성분 phia로서 출력한다. 또, 이득 연산기(31)의 비례 계수는, 회전자 자속 진폭 φf로서 주어진다.
사인 연산기(32)는, 회전 위치 검출 수단(5)으로부터 얻은 회전 각도 θ에 따른 사인 연산을 행하여 sinθ를 출력하고, 이득 연산기(33)는, 사인 연산기(32)가 출력한 sinθ를 미리 설정한 값에 비례시킨 값을 검출 자속 벡터의 b축 성분 phib로서 출력한다. 이득 연산기(33)의 비례 계수도 이득 연산기(31)와 마찬가지로 회전자 자속 진폭 φf로서 주어진다.
도 5는 적응 관측 수단(7)의 내부 구성을 나타내는 도면이다. 도 5를 설명하기 전에 적응 관측 수단(7)에서의 연산 근거에 대하여 설명한다. 교류 회전기(2)의 전기자 저항을 R, 전기자 인덕턴스를 L, 추정 속도를 wr0으로 하여, 행렬 A, B, C1, C2를 (1)식으로 정의한다.
Figure 112011083899531-pct00001
또한, a-b축상의 추정 전류 벡터의 a축 성분을 ias0, a-b축상의 추정 전류 벡터의 b축 성분을 ibs0, a-b축상의 추정 전기자 반작용 벡터의 a축 성분을 pas0, a-b축상의 추정 전기자 반작용 벡터의 b축 성분을 pbs0, a-b축상의 추정 자속 벡터의 a축 성분을 par0, a-b축상의 추정 자속 벡터의 b축 성분을 pbr0, a-b축상의 전압 지령 벡터의 a축 성분을 vas*, a-b축상의 전압 지령 벡터의 b축 성분을 vbs*로 정의한다. 또한, 증폭 편차 벡터를 (e1, e2, e3, e4)T로 정의한다. 기호 T는 전치 행렬을 의미한다.
a-b축상의 전압 지령 벡터 vas*, vbs*와 증폭 편차 벡터 (e1, e2, e3, e4)T가 주어지면, (2)식에 의해 pas0, pbs0, par0, pbr0을 얻을 수 있다.
Figure 112011083899531-pct00002
또한, a-b축상의 전류 편차 벡터의 a축 성분을 ea, a-b축상의 전류 편차 벡터의 b축 성분을 eb, s를 라플라스 연산자(미분 연산자), kp를 비례 이득, ki를 적분 이득으로 정의하여, (2)식의 행렬 A의 내부 파라미터인 추정 속도 wr0이 (3)식에 의해 주어진다.
Figure 112011083899531-pct00003
또한, pas0, pbs0, par0, pbr0이 주어지면 (4)식에 의해 ias0, ibs0을 얻을 수 있다.
Figure 112011083899531-pct00004
마찬가지로, pas0, pbs0, par0, pbr0이 을 주어지면 (5)식에 의해 par0, pbr0을 얻을 수 있다.
Figure 112011083899531-pct00005
또한, sgn을 양수에 대하여 1, 음수에 대하여 -1을 출력하는 부호 함수인 것으로 정의하는 경우, 추정 자속 위상 θ0은 (6)식으로 얻을 수 있다.
Figure 112011083899531-pct00006
이상과 같이, (1)~(6)식을 이용하면, 전압 지령 벡터 Vsref와 증폭 편차 벡터 E0과 전류 편차 벡터 ΔIs에 근거하여, 추정 속도 wr0과 추정 전류 벡터 Isest와 추정 자속 벡터 Phest와 추정 자속 위상 θ0을 산출하는 것이 가능하다.
이것을 근거로 하여, 적응 관측 수단(7)의 내부 구성을 나타내는 도 5에 대하여 설명한다. 도 5에 있어서, 3상/2상 변환기(40)에 의해 3상 교류의 전압 지령 벡터 Vsref를 2상 교류의 전압 지령 벡터 Vsref로 변환하고, a-b축상의 전압 지령 벡터 vas*, vbs*를 출력한다. 이득 행렬 연산기(41)는, 행렬 B에 벡터 (vas*, vbs*)T를 승산한 결과를 출력한다. 가감산기(42)는, 도시한 부호에 따라, 이득 행렬 연산기(41)의 출력과, 이득 행렬 연산기(43)의 출력과, 증폭 편차 벡터 (e1, e2, e3, e4)T를 가감산한 벡터를 출력한다. 적분기(44)는, 가감산기(42)가 출력하는 벡터를 각 요소마다 적분하고, 벡터 (pas0, pbs0, par0, pbr0)T로서 출력한다. 이득 행렬 연산기(43)는, 추정 속도 wr0에 근거하여 (1)식에 적은 행렬 A를 얻음과 아울러, 이 행렬 A에 벡터 (pas0, pbs0, par0, pbr0)T를 승산한 결과를 출력한다. 이 일련의 연산에 의해, 적분기(44)의 입력이 (2)식의 우변에 상당하게 되어 있다.
또한, (2)식의 좌변은 벡터 (pas0, pbs0, par0, pbr0)T의 미분이며, 적분기(44)의 입력이기도 하므로, 적분기(44)의 출력은 벡터 (pas0, pbs0, par0, pbr0)T가 된다. 이득 행렬(45)은, (4)식의 행렬 연산을 행하여 추정 전류 벡터 Iaset(ias0, ibs0)T를 출력한다. 이득 행렬(46)은, (5)식의 행렬 연산을 행하여 추정 자속 벡터 Phest(par0, pbr0)T를 출력한다. 위상 연산기(47)는, 입력되는 추정 자속 벡터 (par0, pbr0)T에 근거하여 (6)식의 연산을 행하여, 추정 자속 위상 θ0을 출력한다. 속도 추정기(48)는, 입력되는 추정 자속 벡터 (par0, pbr0)T와 전류 편차 벡터 (ea, eb)T에 근거하여 (3)식의 연산을 행하여, 추정 속도 wr0을 출력한다.
도 6은 편차 증폭 수단(9)의 내부 구성을 나타내는 도면이다. a-b축상의 자속 편차 벡터의 a축 성분을 epa, a-b축상의 자속 편차 벡터의 b축 성분을 epb로 정의한다. 도 6에 있어서, 이득 행렬(50)은, 전류 편차 벡터 (ea, eb)T에 행렬 Hc를 승산한 결과를 출력하고, 이득 행렬(51)은, 자속 편차 벡터 (epa, epb)T에 행렬 Hf를 승산한 결과를 출력한다. 여기서, Hc, Hf는 (7)식으로 정의하는 이득 행렬이며, (7)식 중의 h11~ h44는 증폭 이득이다.
Figure 112011083899531-pct00007
가산기(52)는, 이득 행렬(50)의 출력 벡터 (ec1, ec2, ec3, ec4)T와 이득 행렬(51)의 출력 벡터 (ep1, ep2, ep3, ep4)T를 가산하여, (ec1+ep1, ec2+ep2, ec3+ep3, ec4+ep4)T를 증폭 편차 벡터 (e1, e2, e3, e4)T로서 출력한다. 후술하는 바와 같이, 특히 이득 행렬(51)에 있어서, 추정 속도의 절대치가 큰 경우는, h13, h14, h23, h24, h33, h34, h43, h44의 값이 영이 되도록 하면, 고회전 영역에서 이득 행렬(51)의 출력을 영으로 할 수 있다.
따라서, 일반적으로 응답 특성이 충분하지 않은 회전 위치 검출 수단(5)의 출력으로부터 검출 자속 벡터 Phi를 구하도록 하여도, 그 응답성 불량에 기인하는 고회전 영역에서의 구동 특성의 저하를 방지할 수 있다.
도 7은 이득 행렬(50)의 내부 구성을 나타내는 도면이다. 도면에 있어서, 증폭 이득(120)은, 추정 속도 wr0에 근거한 이득 h11과 a-b축상의 전류 편차 벡터의 a축 성분 ea를 승산하여 출력한다. 증폭 이득(121)은, 추정 속도 wr0에 근거한 이득 h12와 a-b축상의 전류 편차 벡터의 b축 성분 eb를 승산하여 출력한다. 마찬가지로, 증폭 이득(122)은, 추정 속도 wr0에 근거한 이득 h21과 a-b축상의 전류 편차 벡터의 a축 성분 ea를 승산하여 출력한다. 증폭 이득(123)은, 추정 속도 wr0에 근거한 이득 h22와 a-b축상의 전류 편차 벡터의 b축 성분 eb를 승산하여 출력한다. 마찬가지로, 증폭 이득(124)은, 추정 속도 wr0에 근거한 이득 h31과 a-b축상의 전류 편차 벡터의 a축 성분 ea를 승산하여 출력한다. 증폭 이득(125)은, 추정 속도 wr0에 근거한 이득 h32와 a-b축상의 전류 편차 벡터의 b축 성분 eb를 승산하여 출력한다. 마찬가지로, 증폭 이득(126)은, 추정 속도 wr0에 근거한 이득 h41과 a-b축상의 전류 편차 벡터의 a축 성분 ea를 승산하여 출력한다. 증폭 이득(127)은, 추정 속도 wr0에 근거한 이득 h42와 a-b축상의 전류 편차 벡터의 b축 성분 eb를 승산하여 출력한다.
그리고, 가산기(128)는, 증폭 이득(120)의 출력과 증폭 이득(121)의 출력을 가산하고, 그 결과를 증폭 편차 ec1로서 출력한다. 마찬가지로, 가산기(129)는, 증폭 이득(122)의 출력과 증폭 이득(123)의 출력을 가산하고, 그 결과를 증폭 편차 ec2로서 출력한다. 마찬가지로, 가산기(130)는, 증폭 이득(124)의 출력과 증폭 이득(125)의 출력을 가산하고, 그 결과를 증폭 편차 ec3으로서 출력한다. 마찬가지로, 가산기(131)는, 증폭 이득(126)의 출력과 증폭 이득(127)의 출력을 가산하고, 그 결과를 증폭 편차 ec4로서 출력한다.
도 8은 본 실시의 형태 1에 있어서의 추정 속도 wr0과 증폭 이득 h11, h12, h21, h22, h31, h32, h41, h42의 관계를 나타낸 것이다. 이 예에서는, h12, h32, h41은 추정 속도 wr0에 관계없이 0으로 하고 있기 때문에, 도 7에 있어서의 증폭 이득(121, 125, 126)은 생략하더라도 좋다.
또, 이상에서 예시한 증폭 이득(121, 125, 126)은 물론, 그 밖의 증폭 이득의 특성의 설정 근거에 대해서는, 본원 발명에서는, 특별히 중요하지 않기 때문에, 세부의 설명은 생략하는 것으로 한다.
도 8에 나타내는 증폭 이득 h11, h12, h21, h22, h31, h32, h41, h42에 의해, 추정 속도 wr0과 교류 회전기(2)의 회전 속도의 편차가 발생한 경우, 추정 자속과 직교하는 성분에 전류 편차를 발생시킬 수 있다. 이에 의해, 속도 추정기(48)가 연산하는 (3)식의 연산을 행하여도 안정하게 추정 속도 wr0을 출력하는 것이 가능해진다.
도 9는 이득 행렬(51)의 내부 구성을 나타내는 도면이다. 도면에 있어서, 증폭 이득(140)은, 추정 속도 wr0에 근거한 이득 h13과 a-b축상의 자속 편차 벡터의 a축 성분 epa를 승산하여 출력한다. 증폭 이득(141)은, 추정 속도 wr0에 근거한 이득 h14와 a-b축상의 자속 편차 벡터의 b축 성분 epb를 승산하여 출력한다. 마찬가지로, 증폭 이득(142)은, 추정 속도 wr0에 근거한 이득 h23과 a-b축상의 자속 편차 벡터의 a축 성분 epa를 승산하여 출력한다. 증폭 이득(143)은, 추정 속도 wr0에 근거한 이득 h24와 a-b축상의 자속 편차 벡터의 b축 성분 epb를 승산하여 출력한다. 마찬가지로, 증폭 이득(144)은, 추정 속도 wr0에 근거한 이득 h33과 a-b축상의 자속 편차 벡터의 a축 성분 epa를 승산하여 출력한다. 증폭 이득(145)은, 추정 속도 wr0에 근거한 이득 h34와 a-b축상의 자속 편차 벡터의 b축 성분 epb를 승산하여 출력한다. 마찬가지로, 증폭 이득(146)은, 추정 속도 wr0에 근거한 이득 h43과 a-b축상의 자속 편차 벡터의 a축 성분 epa를 승산하여 출력한다. 증폭 이득(147)은, 추정 속도 wr0에 근거한 이득 h44와 a-b축상의 자속 편차 벡터의 b축 성분 epb를 승산하여 출력한다.
그리고, 가산기(148)는, 증폭 이득(140)의 출력과 증폭 이득(141)의 출력을 가산하고, 그 결과를 증폭 편차 ep1로서 출력한다. 마찬가지로, 가산기(149)는, 증폭 이득(142)의 출력과 증폭 이득(143)의 출력을 가산하고, 그 결과를 증폭 편차 ep2로서 출력한다. 마찬가지로, 가산기(150)는, 증폭 이득(144)의 출력과 증폭 이득(145)의 출력을 가산하고, 그 결과를 증폭 편차 ep3으로서 출력한다. 마찬가지로, 가산기(151)는, 증폭 이득(146)의 출력과 증폭 이득(147)의 출력을 가산하고, 그 결과를 증폭 편차 ep4로서 출력한다.
도 10은 본 실시의 형태 1에 있어서의 추정 속도 wr0과 증폭 이득 h13, h14, h23, h24, h33, h34, h43, h44의 관계를 나타낸 것이다. 본 실시의 형태 1의 경우, 증폭 이득 h33과 h44 이외는 추정 속도 wr0에 관계없이 0이기 때문에, 도 9에 있어서의 증폭 이득(140, 141, 142, 143, 145, 146)은 생략하더라도 좋다.
상술한 바와 같이, 전류 편차 벡터에 관해서는, 증폭 이득 h11, h12, h21, h22, h31, h32, h41, h42에 의해, 추정 속도 wr0과 교류 회전기(2)의 회전 속도의 편차가 발생한 경우, 추정 자속과 직교하는 성분에 전류 편차 벡터를 발생시킬 수 있다.
한편, 교류 회전기(2)가 정지하고 있고, 또한, 전압 인가 수단(1)이 교류 회전기(2)에 직류 전압을 인가하고 있는 경우, 교류 회전기(2)는 단순한 저항 회로와 등가가 된다. 바꿔 말하면, 교류 회전기(2)가 정지하고, 또한, 전압 인가 수단(1)이 직류 전압을 인가하고 있는 경우, 교류 회전기(2)의 임피던스는 회전 속도에 관계하지 않기 때문에, 추정 속도 wr0과 교류 회전기(2)의 회전 속도의 사이에 편차가 있더라도 없더라도 전류 편차 벡터 ΔIs는 발생하지 않는다. 그러나, 자속 편차 벡터 ΔPhi에 관해서는, 교류 회전기(2)가 정지하고 있더라도 검출 자속 벡터 Phi의 값은 교류 회전기(2)의 임피던스와 관계가 없으며, 정지 중에서도 회전 각도에 따라 그 검출 자속 벡터 Phi의 값이 변화되어 결정되기 때문에, 추정 자속 벡터 Phest가 검출 자속 벡터 Phi에 일치하지 않고 있으면 자속 편차 벡터 ΔPhi가 발생한다.
이것을 이용하여, 도 10과 같이, 증폭 이득 h33과 h44는, 추정 속도 wr0이 작은 영역에서, 소정의 크기를 갖게 하는 것에 의해, 추정 자속 벡터 Phest가 검출 자속 벡터 Phi에 일치하도록, 편차 증폭 수단(9)은 증폭 편차 벡터 E0을 출력한다.
또, h33과 h44의 값은, 추정 속도 wr0에 따라, 계단식으로 변화시키더라도 좋지만, 보다 부드럽게 동작시키기 위해서는, 도 10에 기재된 바와 같이 직선적으로 변화시키면 된다.
예컨대, 회전 위치 검출 수단(5)으로서 회전수가 높아지면 그 저응답성으로부터 신뢰성이 저하되는 값이 싼 것을 이용하는 경우라도, 신뢰성을 확보할 수 있는 낮은 속도 범위에서는, 증폭 이득 h33과 h44에 소정의 크기를 갖게 하고, 그 이외의 속도 범위에서는, 증폭 이득 h33과 h44를 영으로 하여 두면 자속 편차 벡터 ΔPhi는 발생하지 않는다.
상술한 바와 같이, 교류 회전기(2)가 정지하고 있고, 또한, 전압 인가 수단(1)이 교류 회전기(2)에 직류 전압을 인가하고 있으면 전류 편차는 발생하지 않지만, 그 이외의 영역이면, 적응 관측 수단(7)은, 예컨대, 특허 문헌 3에서 예시한 교류 회전기의 제어 장치와 기본적으로 같은 동작을 하여 원활한 제어 동작을 행한다. 교류 회전기(2)가 정지하지 않고 있으면, 자속 편차 벡터 ΔPhi를 영으로 하더라도, 적응 관측 수단(7)은 전류 편차 벡터 ΔIs에 근거하여 안정하게 동작한다. 그리고, 교류 회전기(2)가 정지하고 있는 경우는, 교류 회전기의 임피던스가 저항 회로와 등가가 되는 것에 기인하여 전류 편차 벡터 ΔIs가 발생하지 않더라도, 자속 편차 벡터 ΔPHI를 발생시킴으로써, 적응 관측 수단(7)은 안정하게 동작한다.
즉, 회전 위치 검출 수단(5)의 위치 검출 정밀도가 고회전 영역에서 저하되더라도, 적응 관측 수단(7)은 검출 자속 벡터 Phi를 이용하지 않고서 추정 자속 위상 θ0을 연산하게 되어, 고회전 영역에서도 안정하게 교류 회전기(2)를 구동할 수 있는 효과를 얻는다.
또, 이상에서는, 교류 회전기의 정지 상태를 상정하여 설명했지만, 정지를 포함하는 저회전 속도 영역에서는, 전류 편차가 거의 발생하지 않고, 또한, 회전 위치 검출 수단(5)도 일정한 회전 속도 영역까지 충분한 검출 정밀도를 갖는 것도 있으므로, 이들을 가미하면, 이득 행렬(51)의 증폭 이득 h33, h44로서는, 도 10에 예시한 특성에 한정되는 것이 아니고, 추정 속도 wr0이 낮을 때의 값에 비하여 추정 속도 wr0이 높을 때의 값이 작아진다고 하는 조건으로 설정하는 것이라도 상술한 것과 같은 효과를 얻을 수 있다고 말할 수 있다.
더 부연하면, 회전 위치 검출 수단(5)의 특성이나 교류 회전기에 요구되는 구동 특성에 따라서는, 편차 증폭 수단(9)에서 설정하는 각 증폭 이득을 속도에 관계없이 일정한 값으로 설정하는 것도 불가능하지 않다. 이 경우는, 편차 증폭 수단(9)을 마련할 필요가 없고, 편차 벡터 연산 수단(8)의 출력을 증폭 편차 벡터 E0으로서 적응 관측 수단(7)에 출력하게 된다.
이 구성에 있어서도, 적응 관측 수단(7)은, 적어도, 추정 자속 벡터와 검출 자속 벡터의 편차가 작아지도록 추정 자속 위상을 연산하는 것에는 변함이 없기 때문에, 속도 영을 포함하는 저속 영역으로부터 고속 영역까지 부드럽게 구동함과 아울러, 가령, 추정 위상에 초기치 오차가 있더라도 신속하게 오차 수속시켜 원하는 특성을 얻을 수 있다고 하는 효과를 기대할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시의 형태 1에 있어서는, 적응 관측 수단(7)은 추정 전류 벡터와 검출 전류 벡터의 편차 및 추정 자속 벡터와 검출 자속 벡터의 편차가 작아지도록, 전류 편차 벡터와 증폭 편차 벡터에 근거하여 추정 자속 위상을 연산하고, 교류 회전기 제어 수단(4)은, 이 추정 자속 위상에 근거하여 전압 지령 벡터를 연산하고, 전압 인가 수단(1)은 그 전압 지령 벡터에 근거하여 교류 회전기(2)에 전압을 인가하는 구성으로 했기 때문에, 추정 자속 벡터와 검출 자속 벡터의 사이에 초기치 오차나 외란 등의 요인으로 위상차가 90도를 넘거나, 위상차가 작은 경우라도, 오차 수속성이나 위치 추정의 응답성을 유지하는 것이 가능하고, 교류 회전기의 정지를 포함하는 저속 상태에서도 확실하게 발생하는 자속 편차 벡터를 통해 추정 자속 위상의 연산이 확실하게 실행된다. 더구나, 정지를 포함하는 저속 영역을 제외하고 편차 증폭 수단(9)에서 자속 편차 벡터를 증폭하는 증폭 이득을 작게 설정했기 때문에, 회전 위치 검출 수단(5)의 회전 위치 검출의 응답이 느리더라도, 교류 회전기를 저속 영역으로부터 고속 영역까지 안정하고 부드럽게 구동하는 것이 가능해진다.
(실시의 형태 2)
앞선 실시의 형태 1에 있어서의 교류 회전기의 제어 장치에서는, 자속 벡터 검출 수단(6)은 회전 위치 검출 수단(5)이 검출한 회전 위치에 근거하여 검출 자속 벡터 Phi를 출력하고 있었지만, 교류 회전기(2)에 돌극성으로서 알려진 인덕턴스의 회전 위치 의존성이 존재하는 경우, 자속 벡터 검출 수단(6a)에 의해, 전류 벡터 검출 수단(3a)으로부터 얻은 고주파 전류 벡터 Ish에 근거하여 검출 자속 벡터 Phi를 출력하도록 하더라도 좋다.
도 11은 본 실시의 형태 2에 있어서의 교류 회전기의 제어 장치의 구성을 나타내는 도면이다. 도면에 있어서, 도 1과 동일한 부호를 붙인 것은, 동일하거나 또는 이것에 상당하는 것으로서 개개의 설명은 생략한다.
전류 벡터 검출 수단(3a)은, 전류 성분 분배기(60)를 구비하고, 교류 회전기(2)의 검출 전류 벡터 Is와 고주파 전류 벡터 Ish를 검출한다. 교류 회전기 제어 수단(4a)은, 적응 관측 수단(7)으로부터 얻은 추정 자속 위상 θ0에 근거하여, 전류 벡터 검출 수단(3a)으로부터 얻은 전류 벡터를 전류 지령 벡터 Isref에 일치시키면서, 고주파 전류 벡터 Ish도 발생시키는 전압 지령 벡터 Vsref를 전압 인가 수단(1)에 출력한다. 자속 벡터 검출 수단(6a)은, 고주파 전류 벡터 Ish에 근거하여 검출 자속 벡터 Phi를 출력한다.
도 12는 본 실시의 형태 2에 있어서의 교류 회전기 제어 수단(4a)의 내부 구성을 나타내는 도면이며, 도 3과 동일한 부호를 붙인 것은, 동일하거나 또는 이것에 상당하는 것이다.
고주파 전압 지령 벡터 발생기(56)는, U상, V상, W상의 각각에 대하여, 진폭 A, 각주파수 ωx, 위상차가 2π/3[rad]인 고주파 3상 전압 지령 벡터 Vsref를 출력한다. 가산기(57)는, 좌표 변환기(25)가 출력하는 전압 지령 벡터의 U상 성분에 고주파 전압 지령 벡터 발생기(56)가 출력하는 전압 지령 벡터의 U상 성분을 가산하고, 그 결과를 전압 인가 수단(1)에 주는 전압 지령 벡터의 U상 성분으로서 출력한다. 마찬가지로, 가산기(58)는, 좌표 변환기(25)가 출력하는 전압 지령 벡터의 V상 성분에 고주파 전압 지령 벡터 발생기(56)가 출력하는 전압 지령 벡터의 V상 성분을 가산하고, 그 결과를 전압 인가 수단(1)에 주는 전압 지령 벡터의 V상 성분으로서 출력한다. 마찬가지로, 가산기(59)는, 좌표 변환기(25)가 출력하는 전압 지령 벡터의 W상 성분에 고주파 전압 지령 벡터 발생기(56)가 출력하는 전압 지령 벡터의 W상 성분을 가산하고, 그 결과를 전압 인가 수단(1)에 주는 전압 지령 벡터의 W상 성분으로서 출력한다.
도 13은 본 실시의 형태 2에 있어서의 전류 성분 분배기(60)의 내부 구성을 나타내는 도면이다. 도면에 있어서, 3상/2상 변환기(61)는, 실시의 형태 1에 기재된 3상/2상 변환기(10)와 같이 3상 교류 전류를 2상 교류 전류로 변환한 결과를 a-b축 전류의 a축 성분과 b축 성분으로서 출력한다.
대역 저지 필터(62)는, 고주파 전압 지령 벡터 발생기(56)가 출력하는 고주파 3상 전압 지령 벡터의 각주파수 ωx[rad/s]와 같은 각주파수 성분만을 차단하는 필터에 의해, 3상/2상 변환기(61)가 출력하는 전류 벡터의 a축 성분으로부터 각주파수 ωx[rad/s] 성분만을 차단한 결과를, 검출 전류 벡터의 a축 성분 ias로서 출력한다. 감산기(63)는, 3상/2상 변환기(61)가 출력하는 전류 벡터의 a축 성분으로부터, 대역 저지 필터(62)가 출력하는 검출 전류 벡터의 a축 성분 ias를 감산하는 것으로, 전류 벡터의 a축 성분으로부터 각주파수 ωx[rad/s] 성분만을 추출하여, 고주파 전류 벡터의 a축 성분 iash로서 출력한다.
마찬가지로, 대역 저지 필터(64)는, 고주파 전압 지령 벡터 발생기(56)가 출력하는 고주파 3상 전압 지령 벡터의 각주파수 ωx[rad/s]와 같은 각주파수 성분만을 차단하는 필터에 의해, 3상/2상 변환기(61)가 출력하는 전류 벡터의 b축 성분으로부터 각주파수 ωx[rad/s] 성분만을 차단한 결과를, 검출 전류 벡터의 b축 성분 ibs로서 출력한다. 감산기(65)는, 3상/2상 변환기(61)가 출력하는 전류 벡터의 b축 성분으로부터, 대역 저지 필터(64)가 출력하는 검출 전류 벡터의 b축 성분 ibs를 감산하는 것으로, 전류 벡터의 b축 성분으로부터 각주파수 ωx[rad/s] 성분만을 추출하여, 고주파 전류 벡터의 b축 성분 ibsh로서 출력한다.
도 14는 자속 벡터 검출 수단(6a)의 내부 구성을 나타내는 도면이며, 도 4와 동일한 부호를 붙인 것은, 동일하거나 또는 이것에 상당하는 것이다. 2상/3상 변환기(70)는, 전류 성분 분배기(60)로부터 얻은 고주파 전류 벡터의 a축 성분 iash 및 b축 성분 ibsh를 3상 교류 전류로 좌표 변환하고, 고주파 전류 벡터의 U상 성분, 고주파 전류 벡터의 V상 성분, 고주파 전류 벡터의 W상 성분을 각각 출력한다. 제곱 연산기(71)는, 2상/3상 변환기(70)로부터 얻은 고주파 전류 벡터의 U상 성분의 값을 제곱한다. 마찬가지로, 제곱 연산기(72)는, 2상/3상 변환기(70)로부터 얻은 고주파 전류 벡터의 V상 성분의 값을 제곱하고, 제곱 연산기(73)는, 2상/3상 변환기(70)로부터 얻은 고주파 전류 벡터의 W상 성분의 값을 제곱한다.
적분기(74)는, 제곱 연산기(71)의 출력을 적분한다. 현재의 시각을 t[초]라고 할 때, 적분기(74)는 시각 t-T[초]로부터 t초까지의 적분 결과를 출력한다. 여기서 T는 임의의 상수로 주어지만, 특히, T를 2π/ωx[초]의 정수배로 하면 고주파 성분의 주기에 비례한 기간을 적분하는 것에 상당하여, 보다 좋은 자속 검출이 가능하게 된다. 마찬가지로, 적분기(75)는, 제곱 연산기(72)의 출력을, 시각 t-T[초]로부터 t초까지 적분하여, 그 결과를 출력한다. 마찬가지로, 적분기(76)는, 제곱 연산기(73)의 출력을, 시각 t-T[초]로부터 t초까지 적분하여, 그 결과를 출력한다.
이득 행렬 연산기(77)는, 적분기(74, 75, 76)로부터 얻은 적분 결과를 고주파 전류 적분 벡터로 파악하여, 도면에 기재된 행렬을 그 고주파 전류 적분 벡터에 승산하고, 그 결과를 신호 dIu, dIv, dIw로서 출력한다. 이 일련의 처리를 실시하는 것에 의해, 신호 dIu, dIv, dIw는 교류 회전기(2)의 회전 위치에 따라 진폭이 변화되는 신호가 된다. 교류 회전기(2)의 회전 위치와 신호 dIu, dIv, dIw의 관계를 도 15에 나타낸다. 도 15를 보고 알 수 있듯이, 신호 dIu, dIv, dIw는, 회전 위치 0[rad]을 기준으로 하면 상순(phase order)이 dIu, dIw, dIv이고 주기가 π인 주기 함수가 된다. 그래서, 2상/3상 변환기(78)에서는, dIv, dIw를 교체하고, 신호 dIu, dIw, dIv를 고주파 전류 진폭 벡터로서 입력하고, a-b축상의 고주파 전류 진폭 벡터의 a축 성분 Iha 및 b축 성분 Ihb로서 출력한다.
위상 연산기(79)는, Iha, Ihb에 근거하여, (8)식의 연산을 행하여, 고주파 전류 진폭 벡터의 위상 θ2L을 출력한다.
Figure 112011083899531-pct00008
위상 θ2L의 주기는, 교류 회전기(2)의 회전 위치의 주기에 대하여 2배가 된다. 그래서, 각도 환산기(80)에 의해, 교류 회전기(2)의 회전 위치로서, 위상 θ2L의 위상 변환을 행한 결과를 출력한다.
이상의 구성에 의해, 교류 회전기(2)에 돌극성으로서 알려진 인덕턴스의 회전 위치 의존성이 존재하는 경우, 전류 벡터 검출 수단(3a)으로부터 얻은 고주파 전류 벡터 Ish에 근거하여 검출 자속 벡터 Phi를 출력하는 것이 가능해진다.
실시의 형태 1과 같이, 이득 행렬(51)에 있어서, 추정 속도 wr0의 절대치가 큰 경우는, h13, h14, h23, h24, h33, h34, h43, h44의 값이 영이 되도록 하면, 고회전 영역에서 이득 행렬(51)의 출력은 영으로 할 수 있다. 이와 같이 하면, 고회전 영역에서 고주파 전압 지령 벡터 발생기(56)가 출력하는 고주파 3상 전압 지령 벡터의 진폭 A를 영으로 하더라도, 적응 관측 수단(7)은 검출 자속 벡터 Phi를 이용하지 않고서 추정 자속 위상 θ0을 연산하게 되어, 고회전 영역에서도 안정하게 교류 회전기(2)를 구동할 수 있는 효과를 얻는다.
인덕턴스의 돌극성을 이용하여 고회전 영역에서 구동하고자 하면 기본파 이외의 전압이나 전류가 발생하여, 운전 효율, 전압 이용률, 최대 전류의 관점에서 불리하게 되지만, 본 실시의 형태 2에 있어서는, 이상과 같은 구성으로 하는 것에 의해, 고회전 영역에서는 기본파 이외의 전압이나 전류의 발생을 정지하는 것이 가능해져, 운전 효율, 전압 이용률, 최대 전류의 관점에서 유리한 구동이 가능해지고, 또한, 장치의 소형화, 장치의 긴 수명에 기여한다.
(실시의 형태 3)
앞선 실시의 형태 2에서는, 적응 관측 수단(7)은, 직교 정지 2축 좌표(a-b축)상에서 구성했지만, 적응 관측 수단(7)을 추정 자속 위상 θ0에 동기하여 회전하는 회전 2축 좌표(d-q축)상에서 구성하더라도 좋다. 물론, 이 회전 2축 좌표(d-q축)상에서 구성하는 방식은, 앞선 실시의 형태 1에 적용할 수도 있다.
도 16은 본 실시의 형태 3에 있어서의 교류 회전기의 제어 장치의 전체 구성을 나타내는 도면이며, 실시의 형태 2와 동일한 부호를 붙인 것은, 동일하거나 또는 이것에 상당하는 것이다. 전류 벡터 검출 수단(3b)은, 전류 성분 분배기(60)와 좌표 변환기(81)를 구비하고, 회전 2축 좌표상의 검출 전류 벡터 Is를 출력한다. 좌표 변환기(81)는, 적응 관측 수단(7b)으로부터 얻은 추정 자속 위상 θ0에 근거하여, 전류 성분 분배기(60)로부터 얻은 a-b축상의 검출 전류 벡터 Is를 d-q축상의 검출 전류 벡터의 d축 성분 ids 및 q축 성분 iqs로 변환하여 출력한다. 마찬가지로, 좌표 변환기(82)는, 적응 관측 수단(7b)으로부터 얻은 추정 자속 위상 θ0에 근거하여, 자속 벡터 검출 수단(6a)으로부터 얻은 a-b축상의 검출 자속 벡터 Phi를, d-q축상의 검출 자속 벡터의 d축 성분 phid 및 q축 성분 phiq로서 출력한다.
교류 회전기 제어 수단(4b)은, 전류 벡터 검출 수단(3b)으로부터 얻은 d-q축상의 검출 전류 벡터 Is가 d-q축상의 전류 지령 벡터 Isref에 일치하도록 하면서, 고주파 전류 벡터 Ish도 발생하도록 3상 교류의 전압 지령 벡터 Vsref를 전압 인가 수단(1)에 출력함과 아울러, 회전 2축 좌표상의 전압 지령 벡터 Vdqref를 적응 관측 수단(7b)에 출력한다. 적응 관측 수단(7b)은, 교류 회전기 제어 수단(4b)으로부터 얻은 회전 2축 좌표상의 전압 지령 벡터 Vdqref와 편차 벡터 연산 수단(8b)으로부터 얻은 편차 전류 벡터와 편차 증폭 수단(9b)으로부터 얻은 증폭 편차 벡터 E0에 근거하여 회전 2축 좌표상의 추정 전류 벡터 Isest와 회전 2축 좌표상의 추정 자속 벡터 Phest와 추정 속도 wr0을 출력한다. 편차 벡터 연산 수단(8b)은, 회전 2축 좌표상의 추정 전류 벡터 Isest와 회전 2축 좌표상의 검출 전류 벡터 Is에 근거하여 회전 2축 좌표상의 전류 편차 벡터 ΔIs를 출력함과 아울러, 회전 2축 좌표상의 추정 자속 벡터 Phest와 회전 2축 좌표상의 검출 자속 벡터 Phi에 근거하여 회전 2축 좌표상의 자속 편차 벡터 ΔPhi를 출력한다.
편차 벡터 연산 수단(8b)에서는, 감산기(11b)에 의해 회전 2축 좌표상의 추정 전류 벡터 Isest로부터 회전 2축 좌표상의 검출 전류 벡터 Is를 감산하여, 회전 2축 좌표상의 전류 편차 벡터 ΔIs(ed, eq)T를 출력함과 아울러, 감산기(12b)에 의해 회전 2축 좌표상의 추정 자속 벡터 Phest로부터 회전 2축 좌표상의 검출 자속 벡터 Phi를 감산하여, 회전 2축 좌표상의 자속 편차 벡터 ΔPhi를 출력한다. 편차 증폭 수단(9b)은, 추정 속도 wr0에 따라 회전 2축 좌표상의 전류 편차 벡터 ΔIs와 회전 2축 좌표상의 자속 편차 벡터 ΔPhi를 증폭하여 회전 2축 좌표상의 증폭 편차 벡터 E0(f1, f2, f3, f4)T로서 적응 관측 수단(7b)에 출력한다.
도 17은 교류 회전기 제어 수단(4b)의 내부 구성을 나타내는 도면이며, 도 12와 동일한 부호를 붙인 것은, 동일하거나 또는 이것에 상당하는 것이다. 도 12와 다른 점은, 전류 벡터 검출 수단(3b)으로부터 얻는 검출 전류 벡터 Is가 회전 2축 좌표상에 있는 점과, 좌표 변환기(20)를 없앤 점과, 증폭기(23) 및 증폭기(24)의 출력을 회전 2축 좌표상의 전압 지령 벡터의 d축 성분 vdsref 및 q축 성분 vqsref로서 출력하도록 한 점이다.
도 18은 추정 자속 위상 θ0에 동기하여 회전하는 회전 2축 좌표(d-q축)상에서 구성한 적응 관측 수단(7b)의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
이하에서는, 회전 2축 좌표(d-q축)가 회전하는 각주파수를 w, d-q축상의 추정 전류 벡터의 d축 성분을 ids0, d-q축상의 추정 전류 벡터의 q축 성분을 iqs0, d-q축상의 추정 전기자 반작용 벡터의 d축 성분을 pds0, d-q축상의 추정 전기자 반작용 벡터의 q축 성분을 pqs0, d-q축상의 추정 자속 벡터의 d축 성분을 pdr0, d-q축상의 추정 자속 벡터의 q축 성분을 pqr0, 교류 회전기(2)의 d축 인덕턴스를 Ld, q축 인덕턴스를 Lq로 정의한다.
도 18에 있어서, 가감산기(90)는 회전 2축 좌표상의 전압 지령 벡터의 d축 성분 vdsref와, 후술하는 이득 행렬(96)이 출력하는 출력의 제 1 성분을 가산하고, 그 값으로부터 회전 2축 좌표상의 증폭 편차 벡터 E0의 제 1 성분 f1을 감산하고, 그 결과를 출력한다. 마찬가지로, 가감산기(91)는 회전 2축 좌표상의 전압 지령 벡터의 q축 성분 vqsref와, 후술하는 이득 행렬(96)이 출력하는 출력의 제 2 성분을 가산하고, 그 값으로부터 회전 2축 좌표상의 증폭 편차 벡터 E0의 제 2 성분 f2를 감산하고, 그 결과를 출력한다. 부호 반전기(92)는, 회전 2축 좌표상의 증폭 편차 벡터 E0의 제 3 성분 f3의 부호를 반전하여 출력한다. 적분기(93)는, 가감산기(90)의 출력을 적분하여 추정 전기자 반작용 벡터의 d축 성분 pds0을 출력한다. 마찬가지로, 적분기(94)는 가감산기(91)의 출력을 적분하여 추정 전기자 반작용 벡터의 q축 성분 pqs0을 출력한다. 적분기(95)는, 부호 반전기(92)의 출력을 적분한 추정 자속 벡터의 d축 성분 pdr0을 그 d축 성분 phdest로서 출력한다. 또, 적응 관측 수단(7b)은 추정 자속 위상 θ0에 동기하여 회전하는 회전 2축 좌표(d-q축)상에서 구성하고 있기 때문에, 추정 자속 벡터의 q축 성분 phqest는 영이 된다.
이득 행렬(96)은, 추정 속도 wr0과 각주파수 w와 전기자 저항 R과 d축 인덕턴스 Ld와 q축 인덕턴스 Lq를 이용하여 구성하는 행렬에 벡터 (pds0, pqs0, pdr0)T를 승산하고, 그 결과를 출력한다. 이득 행렬(97)은, d축 인덕턴스 Ld와 q축 인덕턴스 Lq를 이용하여 구성하는 행렬에 벡터 (pds0, pqs0)T를 승산하고, 그 결과인 추정 전류 벡터의 d축 성분 ids0을 그 d축 성분 idest로서, 및 추정 전류 벡터의 q축 성분 iqs0을 그 q축 성분 iqest로서 출력한다.
속도 추정기(98)는, 회전 2축 좌표상의 전류 편차 벡터의 q축 성분 eq를 추정 자속 벡터의 d축 성분 pdr0으로 제산한 값을 비례 적분에 의해 증폭하고, 그 결과를 추정 속도 wr0으로서 출력한다. 또, 본 실시의 형태 3에 있어서의 적응 관측 수단(7b)에서는 회전 2축 좌표상의 전류 편차 벡터의 d축 성분 ed는 사용하지 않는다.
제산기(99)는, 회전 2축 좌표상의 증폭 편차 벡터 E0의 제 4 성분 f4를 추정 자속 벡터의 d축 성분 pdr0으로 제산하고, 그 결과를 출력한다. 감산기(100)는, 속도 추정기(98)의 출력 wr0으로부터 제산기(99)의 출력을 감산하고, 각주파수 w로서 출력한다. 적분기(101)는, 그 각주파수 w를 적분하고, 그 결과를 추정 자속 위상 θ0으로서 출력한다.
이상과 같이, 적응 관측 수단(7b)을 추정 자속 위상 θ0에 동기하여 회전하는 회전 2축 좌표(d-q축)상에서 구성하더라도, 앞선 실시의 형태 2와 같은 효과를 얻는 것이 가능하다.
즉, 적응 관측 수단(7b)은, 회전 2축 좌표상의 추정 전류 벡터와 회전 2축 좌표상의 검출 전류 벡터의 편차 및 회전 2축 좌표상의 추정 자속 벡터와 회전 2축 좌표상의 검출 자속 벡터의 편차가 작아지도록, 회전 2축 좌표상의 전류 편차 벡터와 회전 2축 좌표상의 증폭 편차 벡터에 근거하여 추정 자속 위상을 연산한다. 그리고, 교류 회전기 제어 수단(4b)은, 이 추정 자속 위상에 근거하여 전압 지령 벡터를 연산하고, 전압 인가 수단(1)은, 그 전압 지령 벡터에 근거하여 교류 회전기(2)에 전압을 인가하는 구성으로 했기 때문에, 앞선 실시의 형태 1에서 기술한 바와 같이, 편차 증폭 수단(9b)의 이득 행렬(50, 51)을 적절히 설정함으로써, 교류 회전기 제어 수단(4b)이 구비하는 고주파 전압 지령 벡터 발생기(56)가 출력하는 전압 지령 벡터의 진폭을 고회전 영역에서는 영으로 하는 것이 가능해진다. 그 결과, 고회전 영역에서 기본파 이외의 전압이나 전류를 발생시키지 않고서 구동을 할 수 있기 때문에, 고회전 영역에 있어서의 운전 효율, 전압 이용률, 최대 전류 억제의 관점에서 유리하게 구동할 수 있는 효과를 얻는다.
(실시의 형태 4)
앞선 각 실시의 형태에서는, 전류 지령 벡터 Isref를 교류 회전기 제어 수단(4, 4b)에 직접 주도록 구성했었지만, 적응 관측 수단(7, 7b)이 출력하는 추정 속도 wr0에 근거하여, 각속도 지령 wrref에 일치하도록 전류 지령 벡터 Isref를 연산하는 속도 제어 수단(110)을 구비하도록 구성하더라도 좋다.
도 19는 본 실시의 형태 4에 있어서의 교류 회전기의 제어 장치의 구성을 나타내는 도면이다. 도면에 있어서, 도 16과 동일한 부호를 붙인 것은, 동일하거나 또는 이것에 상당하는 것이다.
속도 제어 수단(110)은, 각속도 지령 wrref를 입력으로 하고, 적응 관측 수단(7b)으로부터 얻은 추정 속도 wr0을 그 각속도 지령 wrref에 일치시키는 회전 2축 좌표(d-q축)상의 전류 지령 벡터 Isref를 교류 회전기 제어 수단(4b)에 출력한다. 도 20은 속도 제어 수단(110)의 내부 구성을 나타내는 도면이며, 감산기(111)는, 각속도 지령 wrref로부터 추정 속도 wr0을 감산하고, 속도 편차를 출력한다. 편차 증폭기(112)는, 감산기(111)로부터 얻은 속도 편차를 비례 적분에 의해 증폭하고, 그 값을 토크 지령으로서 출력한다. d축 전류 지령 연산기(113)는 공지의 수법에 의해 효율적으로 교류 회전기(2)를 구동하기 위한 회전 2축 좌표(d-q축)상의 전류 벡터 지령의 d축 성분을 그 토크 지령에 따라 출력한다. 마찬가지로, q축 전류 지령 연산기(114)는 공지의 수법에 의해 효율적으로 교류 회전기(2)를 구동하기 위한 회전 2축 좌표(d-q축)상의 전류 벡터 지령의 q축 성분을 그 토크 지령에 따라 출력한다.
이상의 구성에 의해, 앞선 각 실시의 형태의 효과에 더하여, 속도 제어 수단(110)은, 적응 관측 수단(7b)이 출력하는 추정 속도 wr0에 근거하여, 각속도 지령 wrref에 일치하도록 전류 지령 벡터 Isref를 연산하도록 했기 때문에, 교류 회전기(2)의 회전 속도를 그 각속도 지령 wrref에 일치시킬 수 있는 효과를 얻는다.
(실시의 형태 5)
앞선 실시의 형태 1에서는, 적응 관측 수단(7)은, 증폭 편차 벡터 E0과 전류 편차 벡터 ΔIs와 전압 지령 벡터 Vsref에 근거하여 추정 자속 위상 θ0과 추정 전류 벡터 Isest와 추정 자속 벡터 Phest와 추정 속도 wr0을 출력하도록 구성했었지만, 후술하는 바와 같이, 증폭 편차 벡터 E0과 검출 전류 벡터 Is와 전압 지령 벡터 Vsref에 근거하여 추정 자속 위상 θ0과 추정 자속 벡터 Phest를 출력하도록 구성하더라도 좋다.
또한, 실시의 형태 1에서는, 편차 벡터 연산 수단(8)은, 추정 전류 벡터 Isest와 검출 전류 벡터 Is에 근거하여 전류 편차 벡터 ΔIs를 출력함과 아울러, 추정 자속 벡터 Phest와 검출 자속 벡터 Phi에 근거하여 자속 편차 벡터 ΔPhi를 출력하도록 구성했었지만, 추정 자속 벡터 Phest와 검출 자속 벡터 Phi에 근거하여 자속 편차 벡터 ΔPhi를 출력하도록 구성하더라도 좋다.
또한, 실시의 형태 1에서는, 편차 증폭 수단(9)은, 추정 속도 wr0에 따라 전류 편차 벡터 ΔIs와 자속 편차 벡터 ΔPhi를 증폭하여 증폭 편차 벡터 E0으로서 적응 관측 수단(7)에 출력하도록 구성했었지만, 자속 편차 벡터 ΔPhi를 증폭하여 증폭 편차 벡터 E0으로서 적응 관측 수단(7)에 출력하도록 구성하더라도 좋다.
앞선 실시의 형태 1의 설명의 권말 부분에서 언급한 바와 같이, 각 상황에 따라서는, 편차 증폭 수단(9)의 각 증폭 이득을, 추정 속도에 관계시키지 않고 설정할 수도 있다. 본 실시의 형태 5에서는, 그 방식을 채용하고 있어, 후술하는 도 22에 나타내는 바와 같이, 적응 관측 수단(7c)의 내부에서는, 추정 속도 wr0을 생성하고 있지만, 외부로는 출력하고 있지 않고, 또한, 후술하는 도 23에 나타내는 바와 같이, 편차 증폭 수단(9c)에 의해, 추정 속도 wr0은 수신되고 있지 않다.
물론, 실시의 형태 1의 도 1 등에서 설명한 바와 같이, 적응 관측 수단은 추정 속도 wr0을 출력하는 것으로 하고, 편차 증폭 수단은 그 추정 속도 wr0을 수신하여 증폭 이득을 설정하는 것으로 하더라도 좋고, 이 경우는, 실시의 형태 1에서 상술한 바와 같이, 추가의 효과를 얻을 수 있다.
도 21은 본 실시의 형태 5에 있어서의 전체 구성을 나타내는 도면이다. 도면에 있어서, 도 1과 동일한 부호를 붙인 것은, 동일하거나 또는 이것에 상당하는 것이다. 적응 관측 수단(7c)은, 편차 증폭 수단(9c)으로부터 얻은 증폭 편차 벡터 E0과 전류 벡터 검출 수단(3)으로부터 얻은 검출 전류 벡터 Is와 교류 회전기 제어 수단(4)으로부터 얻은 전압 지령 벡터 Vsref에 근거하여 추정 자속 위상 θ0과 추정 자속 벡터 Phest와 추정 속도 wr0을 출력한다.
편차 벡터 연산 수단(8c)은, 적응 관측 수단(7c)으로부터 얻은 추정 자속 벡터 Phest와 자속 벡터 검출 수단(6)으로부터 얻은 검출 자속 벡터 Phi의 차이를 연산하고, 자속 편차 벡터 ΔPhi로서 출력한다. 편차 증폭 수단(9c)은, 그 자속 편차 벡터 ΔPhi를 증폭하고, 증폭 편차 벡터 E0으로서 적응 관측 수단(7c)에 출력한다.
도 22는 적응 관측 수단(7c)의 내부 구성을 나타내는 도면이다. 도면에 있어서, 도 5와 동일한 부호를 붙인 것은, 동일하거나 또는 이것에 상당하는 것이다. 도 22의 구성을 설명하기 전에, 도 22의 원리에 대하여 설명한다. 앞선 (2)식의 관계로부터 (9)식을 얻는다.
Figure 112011083899531-pct00009
또한, 앞선 (4)식과 출력 벡터 (ec1, ec2, ec3, ec4)T는 이득 행렬(50)의 출력인 것을 감안하면 (10)식을 얻는다.
Figure 112011083899531-pct00010
상기 (10)식을 전개하여 정리하면 (11), (12)식을 얻는다.
Figure 112011083899531-pct00011
Figure 112011083899531-pct00012
여기서, (12)식 우변의 행렬 A와 행렬 Hc는, 추정 속도 wr0의 함수이기 때문에, 행렬 A2도 행렬 A와 같이 추정 속도 wr0의 함수가 된다.
상기 (11)식과 (2)식을 비교하면, 행렬 A2가 행렬 A에 상당하고 있는 점과, 검출 전류 벡터에 행렬 Hc를 승산한 결과를 가산하고 있는 점과, 자속 편차 벡터가 증폭 편차 벡터에 상당하고 있는 점이 (11)식과 (2)식의 차이인 것을 알 수 있다.
도 22에 있어서, 이득 행렬 연산기(43c)는, 추정 속도 wr0에 근거하여 (12)식에 나타낸 행렬 A2를 얻음과 아울러, 이 행렬 A2에 벡터 (pas0, pbs0, par0, pbr0)T를 승산한 결과를 출력한다. 이득 행렬(50c)은, 검출 전류 벡터 (ias, ibs)T에 행렬 Hc를 승산한 결과를 출력한다. 여기서, 이득 행렬(50c)은, 이득 행렬(50)과 같이 추정 속도 wr0에 근거하여, 적절히 행렬 Hc를 준다. 감산기(160)는, 이득 행렬(50c)의 출력으로부터 증폭 편차 벡터 (e1, e2, e3, e4)T를 감산한다. 후술하지만, 이 증폭 편차 벡터 (e1, e2, e3, e4)T는, 앞선 실시의 형태 1의 이득 행렬(51)의 출력 벡터 (ep1, ep2, ep3, ep4)T에 상당한다. 실시의 형태 1에 있어서의 속도 추정기(48)는 입력되는 추정 자속 벡터 (par0, pbr0)T와 전류 편차 벡터 (ea, eb)T에 근거하여 (3)식의 연산을 행하여, 추정 속도 wr0을 출력했었지만, 본 실시의 형태 5에 있어서의 속도 추정기(48c)는, 추정 자속 위상 θ0에 근거하여 추정 속도 wr0을 출력한다. 구체적으로는, 추정 속도 wr0은, 추정 자속 위상 θ0의 변화율로 간주되고, 속도 추정기(48c)에서는 (13)식의 연산을 행하여 추정 속도 wr0을 출력한다.
Figure 112011083899531-pct00013
도 23은 편차 증폭 수단(9c)의 내부 구성을 나타내는 도면이다. 도면에 있어서, 증폭 이득(140c)은, 이득 h13과 a-b축상의 자속 편차 벡터의 a축 성분 epa를 승산하여 출력한다. 증폭 이득(141c)은, 이득 h14와 a-b축상의 자속 편차 벡터의 b축 성분 epb를 승산하여 출력한다. 마찬가지로, 증폭 이득(142c)은, 이득 h23과 a-b축상의 자속 편차 벡터의 a축 성분 epa를 승산하여 출력한다. 증폭 이득(143c)은, 이득 h24와 a-b축상의 자속 편차 벡터의 b축 성분 epb를 승산하여 출력한다. 마찬가지로, 증폭 이득(144c)은, 이득 h33과 a-b축상의 자속 편차 벡터의 a축 성분 epa를 승산하여 출력한다. 증폭 이득(145c)은, 이득 h34와 a-b축상의 자속 편차 벡터의 b축 성분 epb를 승산하여 출력한다. 마찬가지로, 증폭 이득(146c)은, 이득 h43과 a-b축상의 자속 편차 벡터의 a축 성분 epa를 승산하여 출력한다. 증폭 이득(147c)은, 이득 h44와 a-b축상의 자속 편차 벡터의 b축 성분 epb를 승산하여 출력한다.
그리고, 가산기(148c)는, 증폭 이득(140)의 출력과 증폭 이득(141)의 출력을 가산하고, 그 결과를 증폭 편차 e1로서 출력한다. 마찬가지로, 가산기(149c)는 증폭 이득(142)의 출력과 증폭 이득(143c)의 출력을 가산하고, 그 결과를 증폭 편차 e2로서 출력한다. 마찬가지로 가산기(150c)는 증폭 이득(144)의 출력과 증폭 이득(145c)의 출력을 가산하고, 그 결과를 증폭 편차 e3으로서 출력한다. 마찬가지로 가산기(151c)는 증폭 이득(146)의 출력과 증폭 이득(147c)의 출력을 가산하고, 그 결과를 증폭 편차 e4로서 출력한다.
또, 증폭 이득 h13, h14, h23, h24, h33, h34, h43, h44는, 도 10과 같이, h33과 h44 이외에는 0으로 하더라도 좋고, 이 경우는, 도 23에 있어서의 증폭 이득(140c, 141c, 142c, 143c, 145c, 146c)은 생략하더라도 좋다.
h33과 h44에 대해서는, 앞선 실시의 형태 1에서는, 회전 위치 검출 수단(5)으로서 회전수가 높아지면 신뢰성이 저하되는 값이 싼 것을 이용하는 경우라도, 신뢰성을 확보할 수 있는 속도 범위에서는 h33과 h44에 소정의 크기를 갖게 하고, 그 이외의 속도 범위에서는 h33과 h44를 영으로 하여 자속 편차 벡터는 발생하지 않도록 했지만, 회전 위치 검출 수단(5)으로서 값이 싸고 응답성이나 신뢰성이 낮으면서도, 회전 속도가 높더라도 일정한 성능을 유지하는 것을 이용하는 경우는, h33과 h44는 고정으로 하여 놓으면 된다. 이렇게 하여 놓더라도, 앞선 실시의 형태 1에 기재한 바와 같이, 교류 회전기(2)의 정지시에 있어서의 적응 관측 수단(7c)의 안정성 확보에 더하여, 고회전 영역에서 예상 밖의 동작에 의해 적응 관측 수단(7c)이 불안정하게 되더라도, 추정 자속 벡터와 검출 자속 벡터의 편차에 의해, 적응 관측 수단(7c)이 출력하는 추정 자속 벡터를 수정하도록 작용하기 때문에, 가령, 추정 자속 벡터와 검출 자속 벡터의 사이에 초기치 오차나 외란 등의 요인으로 위상차가 90도를 넘거나, 위상차가 작은 경우라도, 오차 수속성이나 위치 추정의 응답성을 유지하는 것이 가능하고, 그 결과, 안정하게 교류 회전기(2)를 구동할 수 있다고 하는 효과를 얻는다.
또, 실시의 형태 5의 이상의 설명에서는, 편차 증폭 수단(9c)을 마련한 것으로 했지만, 이 편차 증폭 수단(9c)은, 추정 속도 wr0에 관계없이 일정한 증폭 이득으로 편차 자속 벡터 ΔPhi를 증폭하는 것으로 했기 때문에, 실질적으로는, 이 편차 증폭 수단(9c)을 생략하고, 편차 벡터 연산 수단(8c)의 출력을 직접 증폭 편차 벡터 E0으로서 적응 관측 수단(7c)에 출력하는 구성으로 하더라도 좋다.
(산업상이용가능성)
본 발명은, 넓은 속도 범위로 운전하는 각종 교류 회전기를 구동하기 위한 제어 장치에 적용할 수 있고, 속도 영을 포함하는 저속 영역으로부터 고속 영역까지 부드럽게 구동함과 아울러, 가령, 추정 위상에 초기치 오차가 있더라도 신속하게 오차 수속시켜 소망하는 특성을 얻을 수 있다고 하는 특유의 효과를 얻는다.

Claims (12)

  1. 교류 회전기의 전류 벡터를 검출하여 검출 전류 벡터로서 출력하는 전류 벡터 검출 수단과,
    추정 자속 위상을 참조하여 상기 검출 전류 벡터가 전류 지령 벡터에 일치하도록 전압 지령 벡터를 출력하는 교류 회전기 제어 수단과,
    상기 전압 지령 벡터에 근거하여 상기 교류 회전기에 전압을 인가하는 전압 인가 수단과,
    상기 전압 지령 벡터에 근거하여 상기 추정 자속 위상을 출력하는 적응 관측 수단과,
    자속 벡터를 검출하여 검출 자속 벡터로서 출력하는 자속 벡터 검출 수단
    을 구비하고,
    상기 적응 관측 수단은, 상기 전압 지령 벡터에 더하여 전류 편차 벡터와 증폭 편차 벡터에 근거하여, 상기 추정 자속 위상에 더하여 추정 전류 벡터와 추정 자속 벡터를 출력하고,
    상기 추정 전류 벡터와 상기 검출 전류 벡터의 편차인 상기 전류 편차 벡터 및 상기 추정 자속 벡터와 상기 검출 자속 벡터의 편차인 자속 편차 벡터를 연산하여 상기 증폭 편차 벡터로서 출력하는 편차 벡터 연산 수단을 더 구비한
    것을 특징으로 하는 교류 회전기의 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적응 관측 수단은, 또한 추정 속도를 출력하는 것으로 하고,
    상기 편차 벡터 연산 수단과 상기 적응 관측 수단의 사이에 삽입되어, 상기 편차 벡터 연산 수단의 출력을 상기 추정 속도를 파라미터로 하는 소정의 이득으로 증폭하여 상기 증폭 편차 벡터로서 상기 적응 관측 수단에 출력하는 편차 증폭 수단을 더 구비하고,
    상기 편차 증폭 수단에 있어서 상기 자속 편차 벡터를 증폭하는 상기 이득을, 상기 추정 속도가 낮을 때의 값에 비하여 상기 추정 속도가 높을 때의 값이 작아지도록 설정한
    것을 특징으로 하는 교류 회전기의 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 자속 벡터 검출 수단은, 상기 교류 회전기의 회전 위치를 검출하는 회전 위치 검출 수단의 출력인 회전 위치에 근거하여 상기 검출 자속 벡터를 출력하는 것을 특징으로 하는 교류 회전기의 제어 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 교류 회전기를 구동하기 위한 기본 주파수보다 높은 주파수의 고주파 전압을 상기 교류 회전기에 중첩하는 전압 중첩 수단을 더 구비하고,
    상기 자속 벡터 검출 수단은, 상기 전류 벡터 검출 수단에 의해 추출되는 상기 고주파 전압에 기인하는 고주파 전류 벡터에 근거하여 상기 검출 자속 벡터를 출력하는
    것을 특징으로 하는 교류 회전기의 제어 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 전압 중첩 수단에 있어서 중첩하는 상기 고주파 전압의 진폭을, 상기 교류 회전기의 회전수가 낮을 때의 값에 비하여 상기 회전수가 높을 때의 값이 작아지도록 설정한 것을 특징으로 하는 교류 회전기의 제어 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 적응 관측 수단으로부터의 상기 추정 속도가 각속도 지령에 일치하도록 상기 전류 지령 벡터를 작성하여 상기 교류 회전기 제어 수단에 출력하는 속도 제어 수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 교류 회전기의 제어 장치.

  7. 교류 회전기의 전류 벡터를 검출하여 검출 전류 벡터로서 출력하는 전류 벡터 검출 수단과,
    추정 자속 위상을 참조하여 상기 검출 전류 벡터가 전류 지령 벡터에 일치하도록 전압 지령 벡터를 출력하는 교류 회전기 제어 수단과,
    상기 전압 지령 벡터에 근거하여 상기 교류 회전기에 전압을 인가하는 전압 인가 수단과,
    상기 전압 지령 벡터에 근거하여 상기 추정 자속 위상을 출력하는 적응 관측 수단과,
    자속 벡터를 검출하여 검출 자속 벡터로서 출력하는 자속 벡터 검출 수단
    을 구비하고,
    상기 적응 관측 수단은, 상기 전압 지령 벡터에 더하여 증폭 편차 벡터에 근거하여, 상기 추정 자속 위상에 더하여 추정 자속 벡터를 출력하고,
    상기 추정 자속 벡터와 상기 검출 자속 벡터의 편차인 자속 편차 벡터를 연산하여 상기 증폭 편차 벡터로서 출력하는 편차 벡터 연산 수단을 더 구비한
    것을 특징으로 하는 교류 회전기의 제어 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 적응 관측 수단은, 또한 추정 속도를 출력하는 것으로 하고,
    상기 편차 벡터 연산 수단과 상기 적응 관측 수단의 사이에 삽입되어, 상기 편차 벡터 연산 수단의 출력을 상기 추정 속도를 파라미터로 하는 소정의 이득으로 증폭하여 상기 증폭 편차 벡터로서 상기 적응 관측 수단에 출력하는 편차 증폭 수단을 더 구비하고,
    상기 편차 증폭 수단에 있어서 상기 자속 편차 벡터를 증폭하는 상기 이득을, 상기 추정 속도가 낮을 때의 값에 비하여 상기 추정 속도가 높을 때의 값이 작아지도록 설정한
    것을 특징으로 하는 교류 회전기의 제어 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 자속 벡터 검출 수단은, 상기 교류 회전기의 회전 위치를 검출하는 회전 위치 검출 수단의 출력인 회전 위치에 근거하여 상기 검출 자속 벡터를 출력하는 것을 특징으로 하는 교류 회전기의 제어 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 교류 회전기를 구동하기 위한 기본 주파수보다 높은 주파수의 고주파 전압을 상기 교류 회전기에 중첩하는 전압 중첩 수단을 더 구비하고,
    상기 자속 벡터 검출 수단은, 상기 전류 벡터 검출 수단에 의해 추출되는 상기 고주파 전압에 기인하는 고주파 전류 벡터에 근거하여 상기 검출 자속 벡터를 출력하는
    것을 특징으로 하는 교류 회전기의 제어 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 전압 중첩 수단에 있어서 중첩하는 상기 고주파 전압의 진폭을, 상기 교류 회전기의 회전수가 낮을 때의 값에 비하여 상기 회전수가 높을 때의 값이 작아지도록 설정한 것을 특징으로 하는 교류 회전기의 제어 장치.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 적응 관측 수단으로부터의 상기 추정 속도가 각속도 지령에 일치하도록 상기 전류 지령 벡터를 작성하여 상기 교류 회전기 제어 수단에 출력하는 속도 제어 수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 교류 회전기의 제어 장치.
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