JP2000333498A - Controller for synchronous motor - Google Patents

Controller for synchronous motor

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JP2000333498A
JP2000333498A JP11138013A JP13801399A JP2000333498A JP 2000333498 A JP2000333498 A JP 2000333498A JP 11138013 A JP11138013 A JP 11138013A JP 13801399 A JP13801399 A JP 13801399A JP 2000333498 A JP2000333498 A JP 2000333498A
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synchronous motor
current
armature
current component
loss
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博 大沢
Hideyuki Nishida
英幸 西田
Katsuhiro Murayama
勝宏 村山
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To attain large braking torque by keeping regenerative power at zero or a minimum. SOLUTION: Braking torque is generated with equipment, whose regenerative energy absorbing capacity is small at braking of a motor 2, such as an electric propulsion apparatus for marine. In this case, a section indicated by an a dashed line is added to a vector controller, a switch 10i is closed by a mode discriminating device 10h, and an armature magnetizing current component iM and a field current component 'if' are increased via a ramp function 10j, an amplifier 10k and so on to increase loss of the motor.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体電力変換
装置を用いて同期電動機を可変速制御する制御装置、特
に船舶の電気推進などを対象とする推進用同期電動機の
制動トルクの増大を図る制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control device for controlling a synchronous motor at a variable speed by using a semiconductor power converter, and more particularly to a control for increasing a braking torque of a synchronous motor for propulsion for electric propulsion of a ship. Related to the device.

【0002】[0002]

【従来の技術】同期電動機の高性能可変速制御としてベ
クトル制御が知られており、その原理は、例えば、「富
士時報」第53巻,第9号,p.640〜648(19
80)“交流機のトランスベクトル制御”等を始めとす
る多くの文献で紹介されている。この制御によれば、同
期電動機のトルクを高応答かつ高精度に制御できる。ま
た、同期電動機の力率を1に制御できるので、同期電動
機や電力変換装置を高効率かつ小形にすることができ
る。
2. Description of the Related Art Vector control is known as a high-performance variable speed control of a synchronous motor, and its principle is described, for example, in "Fuji Times" Vol. 53, No. 9, p. 640 to 648 (19
80) It is introduced in many documents such as "Transformer vector control of AC machine". According to this control, the torque of the synchronous motor can be controlled with high response and high accuracy. Further, since the power factor of the synchronous motor can be controlled to 1, the synchronous motor and the power converter can be made highly efficient and compact.

【0003】図5に同期電動機のベクトル図を示す。な
お、特にベクトル量を意識するときは符号にドット
「・」を付すこととし、以下同様とする。同図におい
て、ψ(・)は電機子鎖交磁束であり、これは界磁電流
f(・)によって生じる鎖交磁束ψf(・)と、電機子
電流i(・)によって生じる電機子反作用鎖交磁束ψa
(・)とを合成して作られる。v(・)は電機子電圧で
あり、電機子抵抗を無視すれば電機子鎖交磁束ψ(・)
に直交する。同期電動機のベクトル制御では、電機子電
流i(・)を電機子鎖交磁束ψ(・)に平行する成分i
M(・)と、同じく直交する成分iT(・)とに分解し、
各成分を独立に制御する点が特徴である。iM(・)は
電機子鎖交磁束に直接影響する電流成分であるので電機
子磁化電流と呼ばれ、トルクはψ(・)の大きさとiT
(・)の大きさとの積に比例するので、iT(・)はト
ルク電流と呼ばれている。電機子磁化電流iM(・)を
ゼロに制御すれば、図6に示すベクトル図のように、電
機子電圧v(・)と電機子電流i(・)のベクトルの方
向が一致し、同期電動機の力率を1にできる。なお、d
軸とベクトルψ(・)との交角δは負荷角と呼ばれてい
る。
FIG. 5 shows a vector diagram of a synchronous motor. In particular, when paying attention to the vector amount, a dot "." Is added to the code, and the same applies hereinafter. Armature in FIG, [psi (·) is the armature flux linkage, this is the flux linkage ψ f (·) generated by the field current i f (·), caused by the armature current i (·) Reaction flux linkage ψ a
(.) v (•) is the armature voltage, and if the armature resistance is ignored, the armature interlinkage flux ψ (•)
Orthogonal to. In the vector control of the synchronous motor, the armature current i (•) is converted to a component i parallel to the armature linkage flux ψ (•).
Decomposes into M (•) and a component i T (•) that is also orthogonal,
The feature is that each component is controlled independently. Since i M (•) is a current component that directly affects the armature interlinkage magnetic flux, it is called an armature magnetizing current, and the torque is represented by the magnitude of ψ (•) and i T
Since it is proportional to the product of the magnitude of (•), i T (•) is called the torque current. If the armature magnetizing current i M (•) is controlled to zero, the vector directions of the armature voltage v (•) and the armature current i (•) match as shown in the vector diagram of FIG. The power factor of the motor can be reduced to one. Note that d
The angle of intersection δ between the axis and the vector ψ (•) is called the load angle.

【0004】図7は同期電動機のベクトル制御装置の従
来例を示す構成図で、電力変換器にサイクロコンバータ
1を用いた例である。サイクロコンバータは一般的に、
交流電源から直接可変電圧,可変周波数の交流電源を得
る電力変換器で、ここでは、同期電動機2(SM)に電
力を供給するとともに、減速時などでは同期電動機から
電源系統に電力を回生する。3は同期電動機の界磁用の
整流器、4は同期電動機の磁極位置を検出する位置検出
器である。サイクロコンバータの入力と界磁用の整流器
の入力は同一の電源につながれているが、一般に界磁電
圧は電機子電圧に比べて低いので、変圧器5で電圧を降
圧するようにしている。
FIG. 7 is a block diagram showing a conventional example of a vector control device for a synchronous motor.
This is an example using 1. Cycloconverters are generally
This is a power converter that directly obtains a variable voltage and variable frequency AC power supply from the AC power supply. Here, power is supplied to the synchronous motor 2 (SM), and power is regenerated from the synchronous motor to the power supply system during deceleration. 3 is a rectifier for the field of the synchronous motor, and 4 is a position detector for detecting the magnetic pole position of the synchronous motor. Although the input of the cycloconverter and the input of the rectifier for the field are connected to the same power supply, the field voltage is generally lower than the armature voltage.

【0005】図7で破線により囲んだ10は制御装置で
あり、以下、この発明と関係する部分についてのみ説明
する。速度調節器10aは、速度指令ω*と速度(検出
値)ωとの偏差を増幅して、速度のフィードバック制御
を行なう。速度調節器10aの出力はトルク指令T*
なり、これを電機子鎖交磁束指令ψ*で割って、トルク
電流指令iT *とする。一方、磁化電流指令iM *は同期電
動機の力率を1に制御するためゼロに設定する。磁束演
算器10bはiTとiMの指令であるiT *,iM *およびi
f *から電機子鎖交磁束の大きさψと負荷角δを演算す
る。iT *とiM *は、座標変換器10cにより図8に示す
ように、座標軸を磁極位置θとδとの和だけ回転させ
て、電機子座標系の電流指令iα,iβに変換される。
さらに、iα*,iβ*は2相/3相変換器10dにより
3相の電流指令ia *,ib *,ic *に変換され、電流調節
器10eで指令した3相電流が得られるようにフィード
バック制御される。その結果、指令したiT *,iM *に一
致したiT,iMが流れるように、電機子電流が制御され
る。一方、ψ*とψとの偏差を磁束調節器10fで増幅
し、その出力をcosδで割って、界磁電流指令if *
演算される。さらに、ifとif *との偏差を界磁電流調
節器10gで増幅して、界磁電流ifをif *に一致させ
るように制御する。
[0005] In Fig. 7, reference numeral 10 denotes a control device surrounded by a broken line, and only the portions related to the present invention will be described below. The speed adjuster 10a amplifies the deviation between the speed command ω * and the speed (detected value) ω, and performs speed feedback control. The output of the speed controller 10a becomes a torque command T * , which is divided by an armature interlinkage flux command ψ * to obtain a torque current command i T * . On the other hand, the magnetizing current command i M * is set to zero in order to control the power factor of the synchronous motor to 1. Flux calculator 10b is the command i T and i M i T *, i M * and i
The armature interlinkage magnetic flux magnitude 子 and the load angle δ are calculated from f * . As shown in FIG. 8, the coordinate converter 10c rotates the coordinate axes by the sum of the magnetic pole positions θ and δ to convert the currents i T * and i M * into current commands i α and i β in the armature coordinate system. .
Furthermore, iα *, * the two-phase / three-phase by three-phase converter 10d current command i a *, i b *, are converted into i c *, 3-phase current commands in a current regulator 10e is obtained Feedback control. As a result, the armature current is controlled so that i T and i M that match the instructed i T * and i M * flow. On the other hand, the deviation between ψ * and ψ is amplified by the magnetic flux adjuster 10f, and its output is divided by cos δ to calculate the field current command if * . Further, by amplifying the difference between the i f and i f * by the field current controller 10 g, controls to match the field current i f to i f *.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】サイクロコンバータ
は、通常は同期電動機に電力を供給するが、同期電動機
を減速させるような場合には、回転方向とは逆方向のト
ルク、すなわち制動トルクを出力する。このとき、サイ
クロコンバータは電動機やそれに接続された機械の慣性
に蓄えられた運動エネルギーを電気エネルギーに変換し
て電源に電力を回生する。しかし、商用電源につながれ
ていない電源から給電するときには、回生できる電力量
に制限が生じることがある。例えば、船舶の電気推進装
置では、電源は一般にディーゼルエンジンと発電機とか
ら構成される。ところが、ディーゼルエンジンにはエネ
ルギーを吸収する能力はほとんどない。無理に電源に電
力を回生すると、エンジンの回転速度が上昇するなど機
器の故障につながる事態を招いたり、エンジンの寿命が
低下したりするなどの問題が生じるので、回生電力を制
限する必要がある。このため、従来の制御方式では電源
に回生できる電力が非常に小さくなり、制動トルクはほ
ぼゼロに制限されて電動機の減速時間が非常に長くなる
場合があり、船体の運行に支障をきたすという問題が生
じている。抵抗と開閉用のスイッチを電源に接続して制
動トルクを出力する場合には、上記開閉用スイッチを閉
じて、抵抗で回生電力を消費すれば制動トルクを大きく
できるが、抵抗や開閉用スイッチの分だけ装置が大型化
するという問題もある。したがって、この発明の課題は
抵抗などの付帯機器を増加することなく、回生電力をゼ
ロまたは最小にして、同期電動機に大きな制動トルクを
得られるようにすることにある。
The cycloconverter normally supplies electric power to the synchronous motor, but when the synchronous motor is decelerated, outputs a torque in a direction opposite to the rotational direction, that is, a braking torque. . At this time, the cycloconverter converts the kinetic energy stored in the inertia of the electric motor and the machine connected thereto into electric energy to regenerate electric power to the power supply. However, when power is supplied from a power supply that is not connected to a commercial power supply, the amount of power that can be regenerated may be limited. For example, in an electric propulsion device for a ship, a power source generally includes a diesel engine and a generator. However, diesel engines have little ability to absorb energy. Forcibly regenerating power to the power supply may cause problems such as an increase in engine speed, which may lead to equipment failure, or a reduction in engine life.Therefore, it is necessary to limit regenerative power. . For this reason, in the conventional control method, the power that can be regenerated to the power supply becomes very small, and the braking torque is limited to almost zero, so that the deceleration time of the electric motor may become extremely long, which hinders the operation of the hull. Has occurred. When connecting a resistor and an opening / closing switch to a power source to output a braking torque, the braking torque can be increased by closing the opening / closing switch and consuming regenerative power by the resistor. There is also a problem that the size of the apparatus is increased accordingly. Therefore, an object of the present invention is to make it possible to obtain a large braking torque in a synchronous motor by reducing or minimizing regenerative power without increasing ancillary equipment such as a resistor.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、請求項1の発明では、同期電動機の電流および
磁束をベクトルとしてとらえ、電機子電流を電機子鎖交
磁束ベクトルに平行する第1の電流成分と直交する第2
の電流成分とに分解して、それぞれの電流成分を独立し
て制御する同期電動機の制御装置において、前記同期電
動機が回転方向と逆方向のトルク(制動トルク)を出力
するときのみ、前記第1の電流成分を電機子鎖交磁束を
減磁する極性に流すとともに界磁電流を増加させて電動
機の力率を低減させる力率低減手段を設けたことを特徴
とする。
In order to solve such a problem, in the invention of claim 1, the current and the magnetic flux of the synchronous motor are taken as a vector, and the armature current is parallel to the armature interlinkage magnetic flux vector. The second orthogonal to the current component 1
In a synchronous motor control device that separates the current components into independent current components and independently controls the respective current components, the first motor only outputs the torque (braking torque) in the direction opposite to the rotational direction when the synchronous motor outputs And a power factor reducing means for reducing the power factor of the electric motor by increasing the field current and flowing the current component to the polarity for demagnetizing the armature interlinkage magnetic flux.

【0008】請求項2の発明では、同期電動機の電流お
よび磁束をベクトルとしてとらえ、電機子電流を電機子
鎖交磁束ベクトルに平行する第1の電流成分と直交する
第2の電流成分とに分解して、それぞれの電流成分を独
立して制御する同期電動機の制御装置において、前記同
期電動機が回転方向と逆方向のトルク(制動トルク)を
出力するときのみ、前記第1の電流成分を電機子鎖交磁
束を減磁する極性に流すとともに界磁電流を増加させて
電動機の力率を低減させる力率低減手段と、同期電動機
を含む機器の損失を演算する損失演算手段と、同期電動
機が制動トルクを出力するときのみ、同期電動機の軸出
力の上限を前記損失に関連付けて制限する制限手段とを
設けたことを特徴とする。
According to the second aspect of the present invention, the current and the magnetic flux of the synchronous motor are taken as a vector, and the armature current is decomposed into a first current component parallel to the armature linkage magnetic flux vector and a second current component orthogonal to the armature linkage magnetic flux vector. In the control device for a synchronous motor that independently controls each current component, the first current component is set to an armature only when the synchronous motor outputs a torque (braking torque) in a direction opposite to a rotation direction. Power factor reduction means for reducing the power factor of the motor by increasing the field current while flowing the linkage flux to the demagnetizing polarity, loss calculation means for calculating the loss of equipment including the synchronous motor, and braking of the synchronous motor Limiting means for limiting the upper limit of the shaft output of the synchronous motor in association with the loss only when outputting torque is provided.

【0009】請求項3の発明では、同期電動機の電流お
よび磁束をベクトルとしてとらえ、電機子電流を電機子
鎖交磁束ベクトルに平行する第1の電流成分と直交する
第2の電流成分とに分解して、それぞれの電流成分を独
立して制御する同期電動機の制御装置において、同期電
動機を含む機器の損失を演算する損失演算手段と、前記
同期電動機が回転方向と逆方向のトルク(制動トルク)
を出力するときのみ、同期電動機の軸出力の上限を前記
損失に関連付けて制限する制限手段と、前記軸出力が制
限されたときのみ、前記第1の電流成分を電機子鎖交磁
束を減磁する極性に流すとともに界磁電流を増加させて
電動機の力率を低減させる力率低減手段とを設けたこと
を特徴とする。
According to the third aspect of the present invention, the current and the magnetic flux of the synchronous motor are taken as a vector, and the armature current is decomposed into a first current component parallel to the armature linkage flux vector and a second current component orthogonal to the armature linkage magnetic flux vector. A synchronous motor control device for controlling each current component independently, a loss calculating means for calculating a loss of a device including the synchronous motor, and a torque (braking torque) in a direction opposite to a rotational direction of the synchronous motor.
Only when the output is output, limiting means for limiting the upper limit of the shaft output of the synchronous motor in association with the loss, and only when the shaft output is limited, the first current component is demagnetized to the armature interlinkage magnetic flux. And a power factor reducing means for reducing the power factor of the electric motor by increasing the field current while flowing in the same polarity.

【0010】すなわち、従来のベクトル制御では同期電
動機の力率は1に制御されるので、電動機およびサイク
ロコンバータの損失はきわめて小さい。ところで、同期
電動機の損失は電機子の損失と界磁の損失に分けられ
る。同期電動機の力率を低下させれば同一の制動トルク
に対して、電機子電流が増加し、電機子の損失が増加す
る。さらに、力率を減磁方向に低下させれば、同一の制
動トルクに対して界磁電流が増加し、界磁損失も増加す
る。制動トルク時の回生電力は同期電動機の軸出力から
機器の損失を差し引いた電力であるので、機器の損失が
増加すればその分だけ電源に回生される電力が低減でき
る。この発明はこの点に鑑みなされたもので、制動トル
クを出力する場合にだけ、同期電動機の力率を減磁方向
に低下させて電機子の損失と界磁損失を増加させ、その
分電源に回生される回生電力を低減またはゼロに制御す
る。
That is, in the conventional vector control, since the power factor of the synchronous motor is controlled to 1, the loss of the motor and the cycloconverter is extremely small. Incidentally, the loss of the synchronous motor is divided into armature loss and field loss. If the power factor of the synchronous motor is reduced, the armature current increases for the same braking torque, and the armature loss increases. Furthermore, if the power factor is reduced in the demagnetizing direction, the field current increases for the same braking torque, and the field loss also increases. Since the regenerative power at the time of the braking torque is power obtained by subtracting the loss of the device from the shaft output of the synchronous motor, if the loss of the device increases, the power regenerated by the power supply can be reduced accordingly. The present invention has been made in view of this point, and only when a braking torque is output, the power factor of the synchronous motor is reduced in the demagnetizing direction to increase the armature loss and the field loss. The regenerative power to be regenerated is reduced or controlled to zero.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】図1はこの発明の第1の実施の形
態を示す構成図である。これは、図7に示す従来構成の
ものに、一点斜線で囲む部分を付加して構成される。以
下、その相違点について説明する。いま、速度とトルク
の極性が一致していれば、同期電動機は駆動トルクを出
力しており、上記極性が不一致ならば制動トルクを出力
している。このため、モード判別器10hは、速度ωと
トルク指令T*の極性の一致,不一致を判別し、極性が
不一致の場合に同期電動機は制動トルクを出力している
と判断する。そして、制動トルクを出力していると判断
したらスイッチ10iを図示と逆方向に閉じ、電流の急
変を防止するためにランプ関数(発生器)10jを介し
て電機子磁化電流指令に負極性の所定値iM0 *を設定す
る。これにより、iMが負の極性に増加し、その分だけ
電機子電流が増加する。
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention. This is configured by adding a portion surrounded by a one-point oblique line to the conventional configuration shown in FIG. Hereinafter, the differences will be described. If the polarities of the speed and the torque match, the synchronous motor outputs the driving torque, and if the polarities do not match, the synchronous motor outputs the braking torque. For this reason, the mode discriminator 10h discriminates whether the polarity of the speed ω and the polarity of the torque command T * match, and determines that the synchronous motor is outputting the braking torque when the polarities do not match. When it is determined that the braking torque is output, the switch 10i is closed in the opposite direction to that shown in the figure, and a predetermined negative polarity is applied to the armature magnetizing current command via the ramp function (generator) 10j to prevent a sudden change in the current. Set the value i M0 * . As a result, i M increases to a negative polarity, and the armature current increases accordingly.

【0012】一方、磁束調節器10fの出力に電流指令
iμ0 *を加えて、界磁電流を増加させる。このiμ0 *
アンプ10kにより、iM0 *に負極性の係数kを乗じた
値とすることにより、iM0 *の如何に関わらず電機子鎖
交磁束は一定に保たれる。なお、磁束調節器10fの作
用により、上記iμ0 *がゼロでも定常状態では電機子鎖
交磁束が一定になるように界磁電流が制御されるが、i
μ0 *を加えることによって磁束制御の応答性が改良され
る。このように、モード判別器10h,スイッチ10
i,ランプ関数10j,アンプ10kおよびiM0 *の設
定器等からなる力率低減手段を設けることで、同期電動
機の制動トルクを変えずに電機子電流と界磁電流を増加
でき、その結果同期電動機の損失を増加でき、もって制
動トルク時に電源に回生する回生電力を低減することが
できる。
On the other hand, the current command iμ 0 * is added to the output of the magnetic flux adjuster 10f to increase the field current. The armature interlinkage magnetic flux is kept constant irrespective of i M0 * by setting the i μ 0 * to a value obtained by multiplying i M0 * by a negative coefficient k by the amplifier 10k. The field current is controlled by the action of the magnetic flux adjuster 10f so that the armature interlinkage magnetic flux is constant in a steady state even when the above iμ 0 * is zero.
Adding μ 0 * improves the responsiveness of the magnetic flux control. Thus, the mode discriminator 10h and the switch 10
By providing a power factor reduction means including a setter for i, a ramp function 10j, an amplifier 10k, and i M0 * , the armature current and the field current can be increased without changing the braking torque of the synchronous motor. The loss of the motor can be increased, and the regenerative electric power regenerated to the power supply at the time of the braking torque can be reduced.

【0013】この発明の原理について、図2を参照して
説明する。図2は同期電動機が制動トルクを出力してい
る場合のベクトル図である。なお、図5,図6は駆動ト
ルクを出力している場合のベクトル図である。図2
(a)は従来の制御を行なった場合のベクトル図であ
り、制動トルクを出力する場合には力率が−1になる。
図2(b)はこの発明の場合のベクトル図であり、電機
子磁化電流iM(・)を磁束ψ(・)と逆方向に流し
て、故意に力率を低下させた場合の例である。図2
(a),(b)の両場合とも、電機子鎖交磁束ψ(・)
の大きさと、これと直交する電機子電流成分、すなわち
トルク電流iT(・)は同一であるので、トルクは同一
となる。ただし、図2(b)は図2(a)に比べて電機
子電流も界磁電流も増加しており、同期電動機および電
力変換器の損失が増加する。その損失が増加した分だけ
電源に回生される回生電力を低減できるので、制動トル
クを増加できるわけである。
The principle of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a vector diagram when the synchronous motor is outputting a braking torque. FIGS. 5 and 6 are vector diagrams when the driving torque is output. FIG.
(A) is a vector diagram in the case where the conventional control is performed, and when the braking torque is output, the power factor becomes -1.
FIG. 2B is a vector diagram in the case of the present invention, in which the armature magnetizing current i M (·) is caused to flow in the opposite direction to the magnetic flux ψ (·) to intentionally lower the power factor. is there. FIG.
In both cases (a) and (b), the armature interlinkage flux ψ (•)
And the armature current component orthogonal to this, that is, the torque current i T (•) is the same, so that the torque is the same. However, in FIG. 2B, both the armature current and the field current increase compared to FIG. 2A, and the loss of the synchronous motor and the power converter increases. Since the regenerative power regenerated by the power supply can be reduced by the increased loss, the braking torque can be increased.

【0014】図3はこの発明の第2の実施の形態を示す
構成図で、従来構成に一点斜線で囲む部分を付加して構
成されている。付加された機能は図1に示すものに対
し、さらにトルクの制限機能を付加したものなので、こ
の付加された機能についてのみ以下に説明する。ここで
は、制動トルク時に大きな電流を流すので、同期電動機
の銅損が支配的になる。そこで損失演算器10mを設
け、同期電動機の電機子電流と界磁電流とから、下記
(1)式にもとづき巻線の銅損PLを演算する。 PL=Ra(iM *2+iT *2)+Rfif *2 …(1) ただし、Raは電機子抵抗、Rfは界磁抵抗である。な
お、(1)式では電流の指令値を用いて銅損を演算して
いるが、電流の検出値を用いて演算することもできるの
は勿論である。
FIG. 3 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention, which is configured by adding a portion surrounded by a one-point oblique line to the conventional configuration. Since the added function is the one shown in FIG. 1 with a torque limiting function further added, only the added function will be described below. Here, since a large current flows at the time of the braking torque, the copper loss of the synchronous motor becomes dominant. Therefore, a loss calculator 10m is provided to calculate the copper loss P L of the winding from the armature current and the field current of the synchronous motor based on the following equation (1). P L = Ra (i M * 2 + i T * 2) + Rfi f * 2 ... (1) However, Ra is armature resistance, Rf is a field resistance. In the equation (1), the copper loss is calculated using the current command value. However, it is needless to say that the calculation can be performed using the detected current value.

【0015】または、銅損PLを、M−T座標軸におけ
る電機子電圧vM,vTおよびvfを用いて電動機の入力
電力を演算し、これから軸出力を引く、下記(2)式か
ら演算するようにしても良い。 PL=vMM *+vTT *+vff−ωT* …(2) この場合には、同期電動機の鉄損も含む同期電動機の損
失を演算することができる。
[0015] Alternatively, the copper loss P L, computes the input power of the motor using the armature voltage v M, v T and v f in M-T coordinates, subtracting therefrom the shaft output, from the following equation (2) The calculation may be performed. P L = v if M i M * + v T i T * + v f i f -ωT * ... (2) This can calculate the loss of the synchronous motor including iron loss of the synchronous motor.

【0016】若しくは、同期電動機の損失と電力変換器
の損失からなる機器損失は、変換器の入力電力から同期
電動機の軸出力を引いても演算できる。この場合の演算
式を次の(3)式に示す。 PL=vUU+vVV+vWW−ωT* …(3) ただし、vU,vV,vWは電力変換器の入力相電圧、
U,iV,iWは電力変換器の入力相電流である。上記
(1)ないし(3)式のいずれかで演算された損失PLを速
度ωで割って、トルク指令の制限値TLIMとする。トル
ク指令T*がTLIMを超えないようにトルク制限器10n
でトルク指令を制限することにより、軸出力は機器の損
失以下となり、電源に電力を回生することが回避され
る。
Alternatively, the equipment loss including the loss of the synchronous motor and the loss of the power converter can be calculated by subtracting the shaft output of the synchronous motor from the input power of the converter. The operation equation in this case is shown in the following equation (3). P L = v U i U + v V i V + v W i W -ωT * ... (3) However, v U, v V, v W input phase voltage of the power converter,
i U , i V , and i W are input phase currents of the power converter. the above
The loss PL calculated by any of the equations (1) to (3) is divided by the speed ω to obtain a torque command limit value T LIM . Torque limiter 10n so that torque command T * does not exceed T LIM
By limiting the torque command by the above, the shaft output becomes equal to or less than the loss of the device, and regenerating power to the power supply is avoided.

【0017】図4はこの発明の第3の実施の形態を示す
構成図で、従来構成に一点斜線で囲む部分を付加して構
成されている。この付加された機能についてのみ、以下
に説明する。損失演算器10mは機器の損失PLを演算
し、その出力を速度ωで割って、トルク指令の制限値T
LIMとする。モード判別器10hは速度ωとトルク指令
*の極性の一致,不一致を判別し、極性が不一致の場
合は同期電動機は制動トルクを出力していると判断し、
この場合はスイッチ10iを閉じて、トルク指令T*
LIMを超えないように、トルク制限器10nでトルク
指令を制限する。速度調節器10aの出力T**とトルク
制限後のトルク指令T*との偏差を、アンプ10pで増
幅する。ただし、アンプ10pは、その出力が負になる
ように極性を変換する機能を有し、10pの出力を電機
子磁化電流指令iM0 *とする。同時に界磁電流も増加さ
せることは、図1,図3の場合と同様である。こうして、
同期電動機の軸出力が機器の損失を超えないようにトル
クが制限されるとともに、トルクが制限された場合は同
時に電機子電流と界磁電流が増加して機器の損失が増加
するのでトルク制限値TLIMが大きくなり、大きな制動
トルクを得ることができる。
FIG. 4 is a block diagram showing a third embodiment of the present invention, which is configured by adding a portion surrounded by a one-point oblique line to the conventional configuration. Only the added function will be described below. The loss calculator 10m calculates the loss PL of the device, divides the output by the speed ω, and obtains the torque command limit value T.
LIM . The mode discriminator 10h discriminates whether the polarity of the speed ω and the polarity of the torque command T * match or not, and when the polarities do not match, determines that the synchronous motor is outputting the braking torque.
In this case, the switch 10i is closed, and the torque command is limited by the torque limiter 10n so that the torque command T * does not exceed T LIM . The difference between the output T ** of the speed controller 10a and the torque command T * after the torque limitation is amplified by the amplifier 10p. However, the amplifier 10p has a function of converting the polarity so that its output becomes negative, and the output of 10p is used as the armature magnetizing current command i M0 * . Simultaneously increasing the field current is the same as in the case of FIGS. Thus,
The torque is limited so that the shaft output of the synchronous motor does not exceed the loss of the equipment. T LIM increases, and a large braking torque can be obtained.

【0018】[0018]

【発明の効果】この発明によれば、同期電動機が駆動ト
ルクを出力している場合は、同期電動機の力率が1に制
御されるので、同期電動機や電力変換器を高効率かつ小
形にできる。一方、同期電動機が制動トルクを出力して
いる場合は、減磁方向に力率が低下するので、電機子電
流と界磁電流が増加して機器の損失が増加し、これによ
って電源に電力を回生せずに、または少ない回生電力で
大きな制動トルクを得ることができる。電源に電力を回
生できない用途、例えばディーゼルエンジンを動力源と
する船舶電気推進装置において、安定した運行,エンジ
ンの異常な速度上昇による故障の回避,エンジンの長寿
命化などに効果的である。
According to the present invention, when the synchronous motor is outputting the driving torque, the power factor of the synchronous motor is controlled to 1 so that the synchronous motor and the power converter can be made highly efficient and compact. . On the other hand, when the synchronous motor is outputting the braking torque, the power factor decreases in the demagnetization direction, so that the armature current and the field current increase, and the loss of the equipment increases, thereby supplying power to the power supply. A large braking torque can be obtained without regeneration or with small regenerative power. It is effective for stable operation, avoidance of trouble due to abnormal increase in speed of the engine, and prolonging the life of the engine in applications in which power cannot be regenerated to the power supply, for example, in a marine electric propulsion device using a diesel engine as a power source.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の第1の実施の形態を示す構成図であ
る。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図2】この発明の原理を説明するためのベクトル図で
ある。
FIG. 2 is a vector diagram for explaining the principle of the present invention.

【図3】この発明の第2の実施の形態を示す構成図であ
る。
FIG. 3 is a configuration diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図4】この発明の第3の実施の形態を示す構成図であ
る。
FIG. 4 is a configuration diagram showing a third embodiment of the present invention.

【図5】一般的な同期電動機駆動時の力率≠1の場合の
ベクトル図である。
FIG. 5 is a vector diagram when a power factor is ≠ 1 when a general synchronous motor is driven.

【図6】一般的な同期電動機駆動時の力率=1の場合の
ベクトル図である。
FIG. 6 is a vector diagram when a power factor = 1 when a general synchronous motor is driven.

【図7】同期電動機の制御装置の従来例を示すブロック
図である。
FIG. 7 is a block diagram showing a conventional example of a control device for a synchronous motor.

【図8】座標軸の関係説明図である。FIG. 8 is a diagram illustrating the relationship between coordinate axes.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…サイクロコンバータ、2…同期電動機(SM)、3
…整流器、4…位置検出器、5…変圧器、10…制御装
置、10a…速度調節器、10b…磁束演算器、10c
…座標変換器、10d…2相/3相変換器、10e…電
流調節器、10f…磁束調節器、10g…界磁電流調節
器、10h…モード判別器、10i…スイッチ、10j
…ランプ関数(発生器)、10k,10p……アンプ、
10m…損失演算器、10n…トルク制限器。
1. Cyclo converter, 2. Synchronous motor (SM), 3.
... Rectifier, 4 ... Position detector, 5 ... Transformer, 10 ... Control device, 10a ... Speed regulator, 10b ... Flux calculator, 10c
... Coordinate converter, 10d ... 2-phase / 3-phase converter, 10e ... Current regulator, 10f ... Flux regulator, 10g ... Field current regulator, 10h ... Mode discriminator, 10i ... Switch, 10j
... Ramp function (generator), 10k, 10p ... Amplifier,
10m: Loss calculator, 10n: Torque limiter.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村山 勝宏 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 Fターム(参考) 5H576 AA20 BB06 CC06 DD02 DD05 EE01 EE02 EE09 GG02 GG04 GG10 HB04 JJ28 LL22 LL34 LL41 LL60  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Katsuhiro Murayama 1-1-1 Tanabe Nitta, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa F-term in Fuji Electric Co., Ltd. 5H576 AA20 BB06 CC06 DD02 DD05 EE01 EE02 EE09 GG02 GG04 GG10 HB04 JJ28 LL22 LL34 LL41 LL60

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 同期電動機の電流および磁束をベクトル
としてとらえ、電機子電流を電機子鎖交磁束ベクトルに
平行する第1の電流成分と直交する第2の電流成分とに
分解して、それぞれの電流成分を独立して制御する同期
電動機の制御装置において、 前記同期電動機が回転方向と逆方向のトルク(制動トル
ク)を出力するときのみ、前記第1の電流成分を電機子
鎖交磁束を減磁する極性に流すとともに界磁電流を増加
させて電動機の力率を低減させる力率低減手段を設けた
ことを特徴とする同期電動機の制御装置。
1. An electric current and a magnetic flux of a synchronous motor are taken as vectors, and an armature current is decomposed into a first current component parallel to an armature interlinkage magnetic flux vector and a second current component orthogonal to the armature linkage magnetic flux vector. In a synchronous motor control device for independently controlling a current component, the armature interlinkage magnetic flux is reduced by reducing the first current component only when the synchronous motor outputs a torque (braking torque) in a direction opposite to a rotation direction. A control device for a synchronous motor, characterized in that a power factor reducing means for reducing the power factor of the motor by flowing the current to the magnetizing polarity and increasing the field current is provided.
【請求項2】 同期電動機の電流および磁束をベクトル
としてとらえ、電機子電流を電機子鎖交磁束ベクトルに
平行する第1の電流成分と直交する第2の電流成分とに
分解して、それぞれの電流成分を独立して制御する同期
電動機の制御装置において、 前記同期電動機が回転方向と逆方向のトルク(制動トル
ク)を出力するときのみ、前記第1の電流成分を電機子
鎖交磁束を減磁する極性に流すとともに界磁電流を増加
させて電動機の力率を低減させる力率低減手段と、 同期電動機を含む機器の損失を演算する損失演算手段
と、 同期電動機が制動トルクを出力するときのみ、同期電動
機の軸出力の上限を前記損失に関連付けて制限する制限
手段とを設けたことを特徴とする同期電動機の制御装
置。
2. The current and magnetic flux of the synchronous motor are taken as vectors, and the armature current is decomposed into a first current component parallel to the armature interlinkage flux vector and a second current component orthogonal to the armature flux vector. In a synchronous motor control device for independently controlling a current component, the armature interlinkage magnetic flux is reduced by reducing the first current component only when the synchronous motor outputs a torque (braking torque) in a direction opposite to a rotation direction. Power factor reducing means for reducing the power factor of the motor by increasing the field current while flowing to the magnetizing polarity; loss calculating means for calculating the loss of equipment including the synchronous motor; and when the synchronous motor outputs braking torque. Limiting means for limiting the upper limit of the shaft output of the synchronous motor in association with the loss.
【請求項3】 同期電動機の電流および磁束をベクトル
としてとらえ、電機子電流を電機子鎖交磁束ベクトルに
平行する第1の電流成分と直交する第2の電流成分とに
分解して、それぞれの電流成分を独立して制御する同期
電動機の制御装置において、 同期電動機を含む機器の損失を演算する損失演算手段
と、 前記同期電動機が回転方向と逆方向のトルク(制動トル
ク)を出力するときのみ、同期電動機の軸出力の上限を
前記損失に関連付けて制限する制限手段と、 前記軸出力が制限されたときのみ、前記第1の電流成分
を電機子鎖交磁束を減磁する極性に流すとともに界磁電
流を増加させて電動機の力率を低減させる力率低減手段
とを設けたことを特徴とする同期電動機の制御装置。
3. The current and magnetic flux of the synchronous motor are taken as vectors, and the armature current is decomposed into a first current component parallel to the armature linkage flux vector and a second current component orthogonal to the armature linkage flux vector. In a synchronous motor control device for independently controlling a current component, a loss calculating means for calculating a loss of a device including the synchronous motor, and only when the synchronous motor outputs a torque (braking torque) in a direction opposite to a rotational direction. Limiting means for limiting the upper limit of the shaft output of the synchronous motor in association with the loss; and only when the shaft output is limited, the first current component is supplied to a polarity that demagnetizes the armature interlinkage magnetic flux. A control device for a synchronous motor, comprising: a power factor reducing means for increasing a field current to reduce a power factor of the motor.
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