JP2000197397A - 同期電動機の制御装置 - Google Patents
同期電動機の制御装置Info
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- JP2000197397A JP2000197397A JP10372819A JP37281998A JP2000197397A JP 2000197397 A JP2000197397 A JP 2000197397A JP 10372819 A JP10372819 A JP 10372819A JP 37281998 A JP37281998 A JP 37281998A JP 2000197397 A JP2000197397 A JP 2000197397A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】負荷急変時において、脱調など運転不能を回避
し、安定に運転できる同期電動機の制御装置を得る。 【解決手段】負荷角δが、予め設定した値を超えると安
定運転の限界と判断し、界磁電流指令を、通常運転で必
要とされる値よりも大きな値に一瞬に切り替え、界磁電
流を増加させる。
し、安定に運転できる同期電動機の制御装置を得る。 【解決手段】負荷角δが、予め設定した値を超えると安
定運転の限界と判断し、界磁電流指令を、通常運転で必
要とされる値よりも大きな値に一瞬に切り替え、界磁電
流を増加させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、同期電動機の制御
装置に関わり、特に過負荷時のトルク抜け(脱調)の防止
に関する。
装置に関わり、特に過負荷時のトルク抜け(脱調)の防止
に関する。
【０００２】
【従来の技術】同期電動機のベクトル制御では、回転磁
極座標のｄｑ軸から負荷角δだけ回転した、回転磁界座
標のＭＴ軸を基準座標にして、電動機電流の励磁電流成
分とトルク電流成分を制御する（図２）。ここで、Ｔ軸
は、磁束Φの成分が零となるように選ぶ。即ちＭ軸は磁
束の方向と一致するように選ぶことで、電動機の発生ト
ルクを、Ｔ軸上の電流ＩT を用いて線形に制御できるよ
うになる。これが同期電動機のベクトル制御の原理であ
る。
極座標のｄｑ軸から負荷角δだけ回転した、回転磁界座
標のＭＴ軸を基準座標にして、電動機電流の励磁電流成
分とトルク電流成分を制御する（図２）。ここで、Ｔ軸
は、磁束Φの成分が零となるように選ぶ。即ちＭ軸は磁
束の方向と一致するように選ぶことで、電動機の発生ト
ルクを、Ｔ軸上の電流ＩT を用いて線形に制御できるよ
うになる。これが同期電動機のベクトル制御の原理であ
る。
【０００３】また、電機子電流のＭ軸成分ＩM を零とす
ることで、磁束と電流が直交し（Φ⊥Ｉ）、電動機力率
を１に制御できる。この時の座標軸の関係は図２のよう
になる。磁束Φは、ＩT と界磁電流Ｉf の合成により、
Ｉφ相当の起磁力でＭ軸上に存在するが、ＩM 自体は零
である。
ることで、磁束と電流が直交し（Φ⊥Ｉ）、電動機力率
を１に制御できる。この時の座標軸の関係は図２のよう
になる。磁束Φは、ＩT と界磁電流Ｉf の合成により、
Ｉφ相当の起磁力でＭ軸上に存在するが、ＩM 自体は零
である。
【０００４】ベクトル制御を用いて同期電動機を駆動し
た場合、負荷の大きさにより負荷角δが変化する。同期
電動機を安定に駆動できる範囲は、負荷角δが−９０度
＜δ＜９０度であることがわかっている。特に界磁弱め
域で負荷が急変した場合、同期電動機の負荷角が過渡的
に安定範囲を超えてしまい脱調等、制御不能になる問題
がある。
た場合、負荷の大きさにより負荷角δが変化する。同期
電動機を安定に駆動できる範囲は、負荷角δが−９０度
＜δ＜９０度であることがわかっている。特に界磁弱め
域で負荷が急変した場合、同期電動機の負荷角が過渡的
に安定範囲を超えてしまい脱調等、制御不能になる問題
がある。
【０００５】この問題を解決するため、例えば特開平3
−212191 号に記載されたものがある。この方法は、負
荷運転時に負荷角δが設定値δMAX を超えると安定運転
の限界と判断し、トルク電流設定値を制限する可変リミ
ッタ回路を具備したものである。
−212191 号に記載されたものがある。この方法は、負
荷運転時に負荷角δが設定値δMAX を超えると安定運転
の限界と判断し、トルク電流設定値を制限する可変リミ
ッタ回路を具備したものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】前述した従来方式等に
おいては、設定値δMAX を低く設定すると、安定領域に
おいてもＩT が制限される場合が生じ、電動機の発生ト
ルクが減少する。また、δMAX を大きく設定すると、一
旦不安定な領域に入ってしまうと（δ＞δMAX となる
と）、δが安定領域に戻るまでの回復時間が長くなる。
δが不安定域にある場合は、同期電動機に取っては異常
状態であり、できるだけ早い安定域への回復が望まれ
る。
おいては、設定値δMAX を低く設定すると、安定領域に
おいてもＩT が制限される場合が生じ、電動機の発生ト
ルクが減少する。また、δMAX を大きく設定すると、一
旦不安定な領域に入ってしまうと（δ＞δMAX となる
と）、δが安定領域に戻るまでの回復時間が長くなる。
δが不安定域にある場合は、同期電動機に取っては異常
状態であり、できるだけ早い安定域への回復が望まれ
る。
【０００７】本発明は、δが不安定領域に入ってしまっ
た場合に、速やかに安定領域に回復する制御装置を提供
することを目的とする。
た場合に、速やかに安定領域に回復する制御装置を提供
することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明による同期電動機
の制御装置は、負荷角δが、予め設定した値を超えると
安定運転の限界と判断し、界磁電流指令を予め設定した
大きな値の電流値に切り替えるか、あるいは界磁回路へ
の印加電圧を、大きな値に切り替え、界磁電流を増加さ
せることで、速やかに安定領域へ引き戻す。
の制御装置は、負荷角δが、予め設定した値を超えると
安定運転の限界と判断し、界磁電流指令を予め設定した
大きな値の電流値に切り替えるか、あるいは界磁回路へ
の印加電圧を、大きな値に切り替え、界磁電流を増加さ
せることで、速やかに安定領域へ引き戻す。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。図１に、本発明の一実施例である同期
電動機可変速システムの構成を示す。図１において、１
は二次側に界磁巻線を設けた巻線形同期電動機、２は、
同期電動機１に回転速度の指令ωre*を与える速度指令
発生器、３は、速度検出値ωreが、速度指令ωre* に一
致するよう、トルク電流指令ＩT*を演算する速度制御
器、４は、トルク電流指令ＩT*を、磁束位置を基準とし
たＭＴ座標軸の値から、磁極位置（回転子位置）を基準
にしたｄｑ座標軸の値に座標変換する座標変換器、５
は、同期電動機の電機子電流の検出値（ＩdFB，ＩqFB）
が、座標変換器４の出力である電流指令値（Ｉd*，Ｉ
q*）に一致するよう、電圧指令Ｖd*、ならびにＶq*を演
算する電機子電流制御器、６は、電圧指令Ｖd*、ならび
にＶq*を、三相交流軸上の電圧指令（Ｖu*，Ｖv*，Ｖ
w*）に変換する座標変換器、７は、電圧指令Ｖu*，Ｖ
v*，Ｖw*に基づいて、同期電動機１に電力を供給する電
力変換器、８は、同期電動機に流れる電機子電流を検出
する電流検出器、９は、同期電動機１に印加される電機
子電圧を検出する電圧検出器、１０は同期電動機１の回
転速度、ならびに磁極位置を検出する速度／位置検出
器、１１は電機子電流、ならびに電機子電圧の検出値
を、ｄｑ軸上の値に変換する座標変換器、１２は、同期
電動機１の電流、ならびに電圧検出値に基づいて、同期
電動機１の磁束、及び負荷角を推定演算する磁束オブザ
ーバ、１３は、同期電動機の回転速度ωreに基づいて、
磁束指令Φ* を演算する磁束指令演算器、１４は、磁束
指令Φ* 、ならびに磁束オブザーバ１２において推定演
算した磁束検出値Φc に基づいて、界磁電流指令Ｉf*を
演算する界磁指令演算器、１５は、界磁電流Ｉf が、界
磁電流指令Ｉf*に一致するように、界磁電圧指令Ｖf を
演算する界磁電流制御器、１６は、界磁電圧指令Ｖf に
基づいて、界磁回路に電力を供給する界磁変換器、１７
は、界磁電流を検出する電流検出器、１８は、界磁電流
指令Ｉf*を、外部からの信号（Ｆ信号）により切り替え
る切り替え器、１９は、切り替え器１８が「１」側に切
り替えられた時に界磁電流指令を与える設定器、２０
は、磁束オブザーバ１２において推定演算した負荷角δ
cを入力し、このδc の絶対値が所定の設定値より小さ
い場合は「０」、大きな場合に「１」を出力する（Ｆ信
号として出力する）比較器、２０１はδc の絶対値を演
算する絶対値演算器、２０２はヒステリシス幅を設定で
きるヒステリシスコンパレータ、２０３はＦ信号を出力
するδc のレベル（δon）を設定するδon設定器、２０
４はＦ信号を「０」にするδc のレベル（δoff）を設
定するδoff設定器である。
づいて説明する。図１に、本発明の一実施例である同期
電動機可変速システムの構成を示す。図１において、１
は二次側に界磁巻線を設けた巻線形同期電動機、２は、
同期電動機１に回転速度の指令ωre*を与える速度指令
発生器、３は、速度検出値ωreが、速度指令ωre* に一
致するよう、トルク電流指令ＩT*を演算する速度制御
器、４は、トルク電流指令ＩT*を、磁束位置を基準とし
たＭＴ座標軸の値から、磁極位置（回転子位置）を基準
にしたｄｑ座標軸の値に座標変換する座標変換器、５
は、同期電動機の電機子電流の検出値（ＩdFB，ＩqFB）
が、座標変換器４の出力である電流指令値（Ｉd*，Ｉ
q*）に一致するよう、電圧指令Ｖd*、ならびにＶq*を演
算する電機子電流制御器、６は、電圧指令Ｖd*、ならび
にＶq*を、三相交流軸上の電圧指令（Ｖu*，Ｖv*，Ｖ
w*）に変換する座標変換器、７は、電圧指令Ｖu*，Ｖ
v*，Ｖw*に基づいて、同期電動機１に電力を供給する電
力変換器、８は、同期電動機に流れる電機子電流を検出
する電流検出器、９は、同期電動機１に印加される電機
子電圧を検出する電圧検出器、１０は同期電動機１の回
転速度、ならびに磁極位置を検出する速度／位置検出
器、１１は電機子電流、ならびに電機子電圧の検出値
を、ｄｑ軸上の値に変換する座標変換器、１２は、同期
電動機１の電流、ならびに電圧検出値に基づいて、同期
電動機１の磁束、及び負荷角を推定演算する磁束オブザ
ーバ、１３は、同期電動機の回転速度ωreに基づいて、
磁束指令Φ* を演算する磁束指令演算器、１４は、磁束
指令Φ* 、ならびに磁束オブザーバ１２において推定演
算した磁束検出値Φc に基づいて、界磁電流指令Ｉf*を
演算する界磁指令演算器、１５は、界磁電流Ｉf が、界
磁電流指令Ｉf*に一致するように、界磁電圧指令Ｖf を
演算する界磁電流制御器、１６は、界磁電圧指令Ｖf に
基づいて、界磁回路に電力を供給する界磁変換器、１７
は、界磁電流を検出する電流検出器、１８は、界磁電流
指令Ｉf*を、外部からの信号（Ｆ信号）により切り替え
る切り替え器、１９は、切り替え器１８が「１」側に切
り替えられた時に界磁電流指令を与える設定器、２０
は、磁束オブザーバ１２において推定演算した負荷角δ
cを入力し、このδc の絶対値が所定の設定値より小さ
い場合は「０」、大きな場合に「１」を出力する（Ｆ信
号として出力する）比較器、２０１はδc の絶対値を演
算する絶対値演算器、２０２はヒステリシス幅を設定で
きるヒステリシスコンパレータ、２０３はＦ信号を出力
するδc のレベル（δon）を設定するδon設定器、２０
４はＦ信号を「０」にするδc のレベル（δoff）を設
定するδoff設定器である。
【００１０】次に、本実施例の動作の概要について説明
する。まず、同期電動機１の回転速度ωreは速度／位置
検出器１０により検出される。速度検出値ωreと、速度
指令発生器２からの指令値ωre* との偏差が速度制御器
３に加えられ、偏差に応じたトルク電流指令ＩT*が演算
され、これにより回転速度は該速度指令に一致するよう
に制御される。前記速度制御ループの内側には図１に示
すように電流制御ループが設けられ、電機子電流及び界
磁電流は、電機子電流検出器８及び界磁電流検出器１７
により検出され、電機子電流と界磁電流の各指令値に一
致するように電機子電流制御器５及び界磁電流制御器１
５により制御される。ＭＴ座標を用いてベクトル制御を
行うためには、負荷角δ及びＭ軸上の磁束Φを検出する
必要がある。このため、磁束オブザーバ１２において電
機子電流と電機子電圧から同期機内部の磁束推定値Φ
d ，Φq を演算し、これを用いてδc 及びΦc が演算さ
れる(制御器内の値ということで、δ、ならびにΦには
記号「ｃ」を付けて表記する)。演算されたδc は座標
変換器４に用いられる。また、演算された磁束Φc と磁
束指令演算器１３からの指令値Φ* が界磁指令演算器１
４に加えられ、その出力である界磁電流指令Ｉf*に従い
界磁電流が制御される。
する。まず、同期電動機１の回転速度ωreは速度／位置
検出器１０により検出される。速度検出値ωreと、速度
指令発生器２からの指令値ωre* との偏差が速度制御器
３に加えられ、偏差に応じたトルク電流指令ＩT*が演算
され、これにより回転速度は該速度指令に一致するよう
に制御される。前記速度制御ループの内側には図１に示
すように電流制御ループが設けられ、電機子電流及び界
磁電流は、電機子電流検出器８及び界磁電流検出器１７
により検出され、電機子電流と界磁電流の各指令値に一
致するように電機子電流制御器５及び界磁電流制御器１
５により制御される。ＭＴ座標を用いてベクトル制御を
行うためには、負荷角δ及びＭ軸上の磁束Φを検出する
必要がある。このため、磁束オブザーバ１２において電
機子電流と電機子電圧から同期機内部の磁束推定値Φ
d ，Φq を演算し、これを用いてδc 及びΦc が演算さ
れる(制御器内の値ということで、δ、ならびにΦには
記号「ｃ」を付けて表記する)。演算されたδc は座標
変換器４に用いられる。また、演算された磁束Φc と磁
束指令演算器１３からの指令値Φ* が界磁指令演算器１
４に加えられ、その出力である界磁電流指令Ｉf*に従い
界磁電流が制御される。
【００１１】図２〜図４は、ＭＴ軸とｄｑ軸、ならびに
トルク電流ＩT と界磁電流Ｉf の関係をベクトルで示し
たものである。負荷が小さい(ＩT 、ならびにδが小で
ある)場合は、図２のようなベクトル関係になる。負荷
が大きい（ＩT 、ならびにδが大である）場合は、図３
のような関係になり、負荷が大きくなるに従い、Ｉf を
大きくする必要がある。同期電動機の電機子漏れインダ
クタンス、ならびに突極性を無視すると、Ｉf とδの関
係は、 Ｉf ＝Ｉφ／cosδ （数１） となる。ここで、Ｉφは、磁束Φに必要な励磁電流に相
当するものである（Ｉf とＩT の合成の電流）。
トルク電流ＩT と界磁電流Ｉf の関係をベクトルで示し
たものである。負荷が小さい(ＩT 、ならびにδが小で
ある)場合は、図２のようなベクトル関係になる。負荷
が大きい（ＩT 、ならびにδが大である）場合は、図３
のような関係になり、負荷が大きくなるに従い、Ｉf を
大きくする必要がある。同期電動機の電機子漏れインダ
クタンス、ならびに突極性を無視すると、Ｉf とδの関
係は、 Ｉf ＝Ｉφ／cosδ （数１） となる。ここで、Ｉφは、磁束Φに必要な励磁電流に相
当するものである（Ｉf とＩT の合成の電流）。
【００１２】磁束Φを一定に制御するには、Ｉφを一定
にする必要があり、それにはＩT に応じてＩf を制御す
る必要がある。しかし、ＩT は電機子側で高速に制御さ
れるのに対し、Ｉf をＩT 並みに高速に制御するのは不
可能である。Ｉf を高速に制御するには、定常値の数倍
〜数１０倍の容量の界磁変換器が必要となる。過渡応答
のためだけに、大容量の界磁変換器を導入するのは不経
済であるし、また、電動機の界磁巻線も大容量に耐え得
るものにする必要が生じてしまう。通常の同期電動機で
は、回転子にダンパ巻線を備えており、界磁電流が必要
量に達するまでの間、磁束が急変するのを防いでいる。
よって、ＩT が極端に大きく変化した場合、ダンパ巻線
だけでは磁束を維持することができなくなり、δが９０
°を超えて脱調が生じてしまう。
にする必要があり、それにはＩT に応じてＩf を制御す
る必要がある。しかし、ＩT は電機子側で高速に制御さ
れるのに対し、Ｉf をＩT 並みに高速に制御するのは不
可能である。Ｉf を高速に制御するには、定常値の数倍
〜数１０倍の容量の界磁変換器が必要となる。過渡応答
のためだけに、大容量の界磁変換器を導入するのは不経
済であるし、また、電動機の界磁巻線も大容量に耐え得
るものにする必要が生じてしまう。通常の同期電動機で
は、回転子にダンパ巻線を備えており、界磁電流が必要
量に達するまでの間、磁束が急変するのを防いでいる。
よって、ＩT が極端に大きく変化した場合、ダンパ巻線
だけでは磁束を維持することができなくなり、δが９０
°を超えて脱調が生じてしまう。
【００１３】図４は、δが９０度を超えた時のベクトル
図である。δが９０度を超えると、Ｉφが負の値になろ
うとして、磁束Φが急速に減少し始める。Φが減少する
と、全体のトルクが不足し、結果的にＩT を増加させる
ことになり、δは益々大きくなっていく。これが脱調の
メカニズムである。
図である。δが９０度を超えると、Ｉφが負の値になろ
うとして、磁束Φが急速に減少し始める。Φが減少する
と、全体のトルクが不足し、結果的にＩT を増加させる
ことになり、δは益々大きくなっていく。これが脱調の
メカニズムである。
【００１４】図５は、負荷トルクが急変した時のδ，Ｉ
f ，ＩT の動作波形を概念的に示したものである。負荷
トルクの変化により、それに追従するようにＩT が高速
応答しているが、Ｉf の変化が遅いため、δが一気に９
０度へ達している。この結果、ＩT が発散し、脱調（ト
ルク抜け）が生じる。
f ，ＩT の動作波形を概念的に示したものである。負荷
トルクの変化により、それに追従するようにＩT が高速
応答しているが、Ｉf の変化が遅いため、δが一気に９
０度へ達している。この結果、ＩT が発散し、脱調（ト
ルク抜け）が生じる。
【００１５】よって、脱調を抑制するには、Ｉf を素早
く増加させ、δを９０度以内に引き戻す必要がある。数
１に示したように、必要なＩf の値は１／cosδ に比例
するから、δ＝９０度においては、原理的に無限大のＩ
f が必要になる。よって、δが９０度（あるいは９０度
付近）に達した場合、界磁電流指令Ｉf*を大きな値に切
り替えて、Ｉf を増加させればよい。
く増加させ、δを９０度以内に引き戻す必要がある。数
１に示したように、必要なＩf の値は１／cosδ に比例
するから、δ＝９０度においては、原理的に無限大のＩ
f が必要になる。よって、δが９０度（あるいは９０度
付近）に達した場合、界磁電流指令Ｉf*を大きな値に切
り替えて、Ｉf を増加させればよい。
【００１６】前述したように、必要なＩf の値は１／co
sδ に比例するから、δ＝９０度で切り替えるのであれ
ば、できるだけ大きな値に切り替えるのがよい。この大
きさは、界磁変換器、あるいは同期機の界磁容量に耐え
得る最大の値としておけば、δは最大限の速度で安定領
域に引き戻されることになる。
sδ に比例するから、δ＝９０度で切り替えるのであれ
ば、できるだけ大きな値に切り替えるのがよい。この大
きさは、界磁変換器、あるいは同期機の界磁容量に耐え
得る最大の値としておけば、δは最大限の速度で安定領
域に引き戻されることになる。
【００１７】また、この切り替えは、δ以外の諸量（界
磁電流の検出値、あるいは磁束推定値Φc 等）の状態に
拘わらず、δのみを判断材料として、遮二無二に切り替
えているため、切り替えによるショック（例えば過電
流，振動等）が心配されるが、それらは全く問題がな
い。δが９０度近くにある場合は、界磁電流が磁束に与
える影響は小さく、大きな磁束変動、あるいはトルク変
動等の問題は生じない。むしろ、長い期間δを９０近く
（あるいは９０度以上）にしておく方が、磁束の変動，
トルク減少等の原因になり、問題である。また、切り替
える値を、前述したように界磁変換器が供給可能な値に
設定しておけば、Ｉf が過電流になることもない。
磁電流の検出値、あるいは磁束推定値Φc 等）の状態に
拘わらず、δのみを判断材料として、遮二無二に切り替
えているため、切り替えによるショック（例えば過電
流，振動等）が心配されるが、それらは全く問題がな
い。δが９０度近くにある場合は、界磁電流が磁束に与
える影響は小さく、大きな磁束変動、あるいはトルク変
動等の問題は生じない。むしろ、長い期間δを９０近く
（あるいは９０度以上）にしておく方が、磁束の変動，
トルク減少等の原因になり、問題である。また、切り替
える値を、前述したように界磁変換器が供給可能な値に
設定しておけば、Ｉf が過電流になることもない。
【００１８】図１に示す本発明の実施例は、この脱調防
止機能を実現するものである。部品番号２０においてδ
c を監視し、設定した値δonを上回った瞬間に、Ｆ信号
を０から１に切り替える。この時、δc の絶対値を演算
し、その値をもって切り替えの判断を行うことで、回生
時においてもこのまま使用できるようになる。また、δ
on付近でＦ信号がばたつくのを防ぐため、比較器２０２
をヒステリシスコンパレータとしている。Ｆ信号を０に
戻すレベルは、δoff の値で設定する。比較器２０２か
ら出力されたＦ信号は、切り替え器１８を通常は「０」
側にしておき、Ｆ信号が１の時には「１」に切り替え、
Ｉf*を界磁変換器の流し得る最大値に切り替える。設定
器１９では、前述した通りに、界磁変換器、あるいは電
動機の界磁回路が流し得る最大の値を設定しておく。
止機能を実現するものである。部品番号２０においてδ
c を監視し、設定した値δonを上回った瞬間に、Ｆ信号
を０から１に切り替える。この時、δc の絶対値を演算
し、その値をもって切り替えの判断を行うことで、回生
時においてもこのまま使用できるようになる。また、δ
on付近でＦ信号がばたつくのを防ぐため、比較器２０２
をヒステリシスコンパレータとしている。Ｆ信号を０に
戻すレベルは、δoff の値で設定する。比較器２０２か
ら出力されたＦ信号は、切り替え器１８を通常は「０」
側にしておき、Ｆ信号が１の時には「１」に切り替え、
Ｉf*を界磁変換器の流し得る最大値に切り替える。設定
器１９では、前述した通りに、界磁変換器、あるいは電
動機の界磁回路が流し得る最大の値を設定しておく。
【００１９】図６に、本発明の各部動作波形を示す。負
荷トルクの変化により、ＩT が急増し、δが一気に９０
度へ達するが、δonに達した時点でＩf*が切り替わり、
Ｉf が急増する。この結果、δは９０度以内に引き戻さ
れ、脱調は防止される。
荷トルクの変化により、ＩT が急増し、δが一気に９０
度へ達するが、δonに達した時点でＩf*が切り替わり、
Ｉf が急増する。この結果、δは９０度以内に引き戻さ
れ、脱調は防止される。
【００２０】次に、第二の実施例について、図７を用い
て説明する。
て説明する。
【００２１】図７において、部品番号１〜１８、ならび
に２０は、図１の実施例と同一のものである。１９Ａ
は、切り替え器１８が「１」側に切り替えられた時の、
界磁変換器への電圧指令を設定する電圧指令設定器であ
る。本発明における各部品の動作は、図１の実施例のも
のとほぼ同じであり、負荷角δc が、δonを上回った時
に、切り替え器１８を切り替える。この時、電圧指令設
定器１９Ａの値を大きく設定しておけば、界磁変換器へ
の印加電圧が増加し、Ｉf を増加させることができる。
本実施例においては、界磁電流制御器１５を介さずに、
直接界磁電圧を増加させることができるため、界磁電流
はさらに高速に増加する。電圧設定器19Ａの設定値は、
界磁回路に印加可能な最大の電圧値、あるいは、界磁変
換器の出力できる最大の電圧値に設定しておけば、Ｉf
を瞬時に増加させることができ、脱調を抑制できる。
に２０は、図１の実施例と同一のものである。１９Ａ
は、切り替え器１８が「１」側に切り替えられた時の、
界磁変換器への電圧指令を設定する電圧指令設定器であ
る。本発明における各部品の動作は、図１の実施例のも
のとほぼ同じであり、負荷角δc が、δonを上回った時
に、切り替え器１８を切り替える。この時、電圧指令設
定器１９Ａの値を大きく設定しておけば、界磁変換器へ
の印加電圧が増加し、Ｉf を増加させることができる。
本実施例においては、界磁電流制御器１５を介さずに、
直接界磁電圧を増加させることができるため、界磁電流
はさらに高速に増加する。電圧設定器19Ａの設定値は、
界磁回路に印加可能な最大の電圧値、あるいは、界磁変
換器の出力できる最大の電圧値に設定しておけば、Ｉf
を瞬時に増加させることができ、脱調を抑制できる。
【００２２】次に、第三の実施例について、図８を用い
て説明する。
て説明する。
【００２３】図８において、部品番号１，２、ならびに
４〜２０は、図１の実施例と同一のものである。３Ａは
速度制御器、３１は比例補償器、３２は積分補償器、３
３は１８と同じ切り替え器、３４は零に設定された設定
器である。本実施例の動作原理は、図１のものと同様で
あるので、特徴的な部分である３Ａについて説明する。
４〜２０は、図１の実施例と同一のものである。３Ａは
速度制御器、３１は比例補償器、３２は積分補償器、３
３は１８と同じ切り替え器、３４は零に設定された設定
器である。本実施例の動作原理は、図１のものと同様で
あるので、特徴的な部分である３Ａについて説明する。
【００２４】３Ａは、基本的には比例積分補償からなる
速度制御器である。ただし、比較器２０の出力であるＦ
信号が「１」の時に、切り替え器３３を「１」側に切り
替えて、積分補償器の入力を零にする。この結果、δが
δonを超えた状態で、トルク電流指令ＩT*が増大し続け
るのを防止することができる。ＩT*の増加が比例補償器
３１の成分のみになることで、δを９０度以内に引き戻
す効果が強くなり、安定領域へのより早い回復が可能に
なる。
速度制御器である。ただし、比較器２０の出力であるＦ
信号が「１」の時に、切り替え器３３を「１」側に切り
替えて、積分補償器の入力を零にする。この結果、δが
δonを超えた状態で、トルク電流指令ＩT*が増大し続け
るのを防止することができる。ＩT*の増加が比例補償器
３１の成分のみになることで、δを９０度以内に引き戻
す効果が強くなり、安定領域へのより早い回復が可能に
なる。
【００２５】次に、第四の実施例について、図９を用い
て説明する。
て説明する。
【００２６】第四の実施例は、図８における速度制御器
３Ａを、図９に示す速度制御器３Ｂに置き換えたもので
ある。図９に示す速度制御器３Ｂは、前述のＦ信号によ
る切り替え器３３を、速度制御器の出力側にも設けてい
る。部品番号３５は、過去のトルク電流指令を保持して
いるメモリ−である。図９においては、Ｆ信号が「１」の
時に、積分補償器の入力を零にすると同時に、その時の
トルク電流指令ＩT*を維持し続けるように動作する。こ
の結果、負荷角δが、δonを超えた時点でＩT*が固定さ
れ、δを大きくする要素はなくなる。よって、δは、前
述の実施例よりも、より高速に安定領域に回復する。
３Ａを、図９に示す速度制御器３Ｂに置き換えたもので
ある。図９に示す速度制御器３Ｂは、前述のＦ信号によ
る切り替え器３３を、速度制御器の出力側にも設けてい
る。部品番号３５は、過去のトルク電流指令を保持して
いるメモリ−である。図９においては、Ｆ信号が「１」の
時に、積分補償器の入力を零にすると同時に、その時の
トルク電流指令ＩT*を維持し続けるように動作する。こ
の結果、負荷角δが、δonを超えた時点でＩT*が固定さ
れ、δを大きくする要素はなくなる。よって、δは、前
述の実施例よりも、より高速に安定領域に回復する。
【００２７】なお、上記各実施例において速度／位置検
出器に替えて、電動機巻線の電流・電圧から速度や位置
を推定する速度／位置推定手段を用いてもよい。さら
に、磁束オブザーバで磁束を推定する替わりに、磁束セ
ンサで検出される磁束の検出値を用いてもよい。
出器に替えて、電動機巻線の電流・電圧から速度や位置
を推定する速度／位置推定手段を用いてもよい。さら
に、磁束オブザーバで磁束を推定する替わりに、磁束セ
ンサで検出される磁束の検出値を用いてもよい。
【００２８】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、負荷急
変により負荷角が増大し、不安定域に達した場合あるい
は不安定域に達しそうな場合においても、速やかに負荷
角δを９０度以内の安定領域に引き戻すことが可能にな
る。この結果、過負荷による脱調を防止することができ
るようになる。
変により負荷角が増大し、不安定域に達した場合あるい
は不安定域に達しそうな場合においても、速やかに負荷
角δを９０度以内の安定領域に引き戻すことが可能にな
る。この結果、過負荷による脱調を防止することができ
るようになる。
【図１】本発明の一実施例を示す同期電動機可変速制御
システムのブロック構成図。
システムのブロック構成図。
【図２】同期電動機の動作を説明するベクトル図（軽負
荷時）。
荷時）。
【図３】同期電動機の動作を説明するベクトル図（過負
荷時）。
荷時）。
【図４】同期電動機の動作を説明するベクトル図（δ＞
９０°の異常時）。
９０°の異常時）。
【図５】従来方式における負荷トルク急変時の各動作波
形。
形。
【図６】実施例における負荷トルク急変時の各動作波
形。
形。
【図７】本発明の第二の実施例を示す同期電動機可変速
制御システムのブロック構成図。
制御システムのブロック構成図。
【図８】本発明の第三の実施例を示す同期電動機可変速
制御システムのブロック構成図。
制御システムのブロック構成図。
【図９】本発明の第四の実施例を示す同期電動機可変速
制御システムのブロック構成図。
制御システムのブロック構成図。
１…巻線形同期電動機、２…速度指令発生器、３…速度
制御器、４…ＭＴ−ｄｑ座標変換器、５…電機子電流制
御器、６…ｄｑ−三相座標変換器、７…電力変換器、８
…電機子電流検出器、９…電圧検出器、１０…速度／位
置検出器、１１…三相−ｄｑ座標変換器、１２…磁束オ
ブザーバ、１３…磁束指令演算器、１４…界磁指令演算
器、１５…界磁電流制御器、１６…界磁変換器、１７…
界磁電流検出器、１８…切り替え器、１９…設定器、２
０…比較器、２０１…絶対値演算器、２０２…ヒステリ
シスコンパレータ、２０３…δon設定器、２０４…δof
f設定器。
制御器、４…ＭＴ−ｄｑ座標変換器、５…電機子電流制
御器、６…ｄｑ−三相座標変換器、７…電力変換器、８
…電機子電流検出器、９…電圧検出器、１０…速度／位
置検出器、１１…三相−ｄｑ座標変換器、１２…磁束オ
ブザーバ、１３…磁束指令演算器、１４…界磁指令演算
器、１５…界磁電流制御器、１６…界磁変換器、１７…
界磁電流検出器、１８…切り替え器、１９…設定器、２
０…比較器、２０１…絶対値演算器、２０２…ヒステリ
シスコンパレータ、２０３…δon設定器、２０４…δof
f設定器。
フロントページの続き (72)発明者 秋田 佳稔 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 高橋 潤一 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか工場内 Ｆターム(参考） 5H576 BB10 DD02 DD05 EE01 EE02 GG02 GG04 JJ06 JJ09 LL01 LL22 LL24 LL34 MM01
Claims (5)
- 【請求項１】同期電動機と、該同期電動機の回転磁極位
置を検出あるいは推定する手段と、前記同期電動機の磁
束を検出あるいは推定する手段を備え、前記磁極位置な
らびに磁束位置の検出値あるいは推定値に基づいて、前
記同期電動機の電機子電流をトルク電流成分と励磁電流
成分とに座標変換し、前記電機子電流を制御する手段
と、前記同期電動機の磁束指令を演算する手段と、前記
磁束検出値あるいは推定値が前記磁束指令値に一致する
ように、前記同期電動機の界磁回路に対して、界磁電流
指令を与える界磁指令演算器と、前記界磁電流指令に前
記同期電動機の界磁電流が一致するように、前記界磁電
流を制御する界磁電流制御器を備えた同期電動機の制御
装置において、 前記磁極位置、ならびに磁束位置により、推定あるいは
検出される負荷角δと、予め設定した設定値δMAX とを
比較し、前記δが、前記δMAX を上回った場合に、前記
同期電動機の界磁電流を増加させることを特徴とした同
期電動機の制御装置。 - 【請求項２】請求項１記載の同期電動機の制御装置にお
いて、 前記負荷角δが、前記δMAX を上回った場合に、前記同
期電動機の界磁電流指令値を、前記同期電動機の界磁回
路に流し得る最大の値、あるいは、前記界磁回路に電力
を供給する電力変換器が出力し得る最大の電流値に切り
替え、前記界磁電流を増加させることを特徴とした同期
電動機の制御装置。 - 【請求項３】請求項１記載の同期電動機の制御装置にお
いて、 前記負荷角δが、前記δMAX を上回った場合に、前記同
期電動機の界磁回路に印加される界磁電圧を、前記界磁
回路に印加できる最大の値、あるいは、前記界磁回路に
電力を供給する電力変換器が出力し得る最大の電圧値に
切り替え、前記界磁電流を増加させることを特徴とした
同期電動機の制御装置。 - 【請求項４】請求項１から３のいずれかに記載の同期電
動機の制御装置において、さらに前記同期電動機に回転
速度指令を与える手段と、前記同期電動機の回転速度を
検出、あるいは推定する手段を備え、前記回転速度検出
値（あるいは推定値）と、前記回転速度指令の偏差に対
して積分補償器を備え、該補償器の出力を持ってトルク
電流の指令値とする速度制御器を備え、 前記負荷角δが、前記δMAX を上回った場合に、前記同
期電動機の界磁電流を増加させるのと同時に、前記速度
制御器内の積分補償器の入力を零に切り替えることを特
徴とした同期電動機の制御装置。 - 【請求項５】請求項１または２記載の同期電動機の制御
装置において、さらに前記同期電動機の回転速度指令を
与える手段と、前記同期電動機の回転速度を検出、ある
いは推定する手段を備え、前記回転速度検出値、あるい
は推定値が、前記回転速度指令に一致するように制御す
る速度制御器を備え、 前記負荷角δが、前記δMAX を上回った場合に、前記同
期電動機の界磁電流を増加させるのと同時に、前記速度
制御器の出力を、前記負荷角δが、前記δMAX を上回る
直前の値に固定し、前記負荷角δが、再び前記δMAX を
下回るまで、あるいはδMAX とは異なる別の設定値を下
回るまで、その値を維持し続けることを特徴とした同期
電動機の制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP37281998A JP3982091B2 (ja) | 1998-12-28 | 1998-12-28 | 同期電動機の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP37281998A JP3982091B2 (ja) | 1998-12-28 | 1998-12-28 | 同期電動機の制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000197397A true JP2000197397A (ja) | 2000-07-14 |
| JP3982091B2 JP3982091B2 (ja) | 2007-09-26 |
Family
ID=18501099
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP37281998A Expired - Fee Related JP3982091B2 (ja) | 1998-12-28 | 1998-12-28 | 同期電動機の制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3982091B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009071642A2 (de) * | 2007-12-04 | 2009-06-11 | Lenze Drives Gmbh | Aufschalten eines steuergeraets auf eine drehgeberlos betriebene asynchronmaschine |
| JP2015133791A (ja) * | 2014-01-10 | 2015-07-23 | ダイキン工業株式会社 | 脱調検出装置および電動機駆動システム |
| JP2017123744A (ja) * | 2016-01-08 | 2017-07-13 | ダイキン工業株式会社 | 負荷角推定装置 |
| CN112769366A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-07 | 徐州中矿大传动与自动化有限公司 | 一种电励磁同步电机励磁变流器控制方法及装置、系统 |
-
1998
- 1998-12-28 JP JP37281998A patent/JP3982091B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009071642A2 (de) * | 2007-12-04 | 2009-06-11 | Lenze Drives Gmbh | Aufschalten eines steuergeraets auf eine drehgeberlos betriebene asynchronmaschine |
| WO2009071642A3 (de) * | 2007-12-04 | 2009-11-19 | Lenze Drives Gmbh | Aufschalten eines steuergeraets auf eine drehgeberlos betriebene asynchronmaschine |
| US8350517B2 (en) | 2007-12-04 | 2013-01-08 | Lenze Drives Gmbh | Applying a control unit to an asynchronous machine which is operated without a rotary encoder |
| JP2015133791A (ja) * | 2014-01-10 | 2015-07-23 | ダイキン工業株式会社 | 脱調検出装置および電動機駆動システム |
| JP2017123744A (ja) * | 2016-01-08 | 2017-07-13 | ダイキン工業株式会社 | 負荷角推定装置 |
| CN112769366A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-07 | 徐州中矿大传动与自动化有限公司 | 一种电励磁同步电机励磁变流器控制方法及装置、系统 |
| CN112769366B (zh) * | 2020-12-31 | 2024-01-09 | 江苏国传电气有限公司 | 一种电励磁同步电机励磁变流器控制方法及装置、系统 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3982091B2 (ja) | 2007-09-26 |
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