JP2001238489A - 産業用タービン機関に連結された高速交流永久磁石同期モーターの制御方法及びその装置 - Google Patents
産業用タービン機関に連結された高速交流永久磁石同期モーターの制御方法及びその装置Info
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- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
- H02P9/08—Control of generator circuit during starting or stopping of driving means, e.g. for initiating excitation
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
- F02N11/08—Circuits or control means specially adapted for starting of engines
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- Power Engineering (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
- Supercharger (AREA)
- Motor And Converter Starters (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 タービン機関に連結された永久磁石同期モー
ターを、過渡電流及び定常電流が最小となる様に制御す
る方法及び装置の提供。 【解決手段】 電圧オフセット値、低速定格速度値、高
速定格速度値、上記タービン機関を暖機するための第１
目標速度、及び上記永久磁石同期モーター８の補助無し
に定格速度まで加速するのに充分なトルクを上記タービ
ン機関が発生する第２目標速度、の関数として、所定の
DCバス電圧に対してモーター８の加速特性を決定する工
程を有する方法。
ターを、過渡電流及び定常電流が最小となる様に制御す
る方法及び装置の提供。 【解決手段】 電圧オフセット値、低速定格速度値、高
速定格速度値、上記タービン機関を暖機するための第１
目標速度、及び上記永久磁石同期モーター８の補助無し
に定格速度まで加速するのに充分なトルクを上記タービ
ン機関が発生する第２目標速度、の関数として、所定の
DCバス電圧に対してモーター８の加速特性を決定する工
程を有する方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は産業用タービン機関
に関し、より具体的には、産業用タービン機関に連結さ
れる高速永久磁石モーターの制御方法に関する。
に関し、より具体的には、産業用タービン機関に連結さ
れる高速永久磁石モーターの制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】永久磁石同期モーター（permanent magn
et synchronous motors、略してPMSM）は、機構制御、
電気自動車、及び産業用タービン発電機（industrial t
urbo generators、略してITG）において広範に使用され
ている。PMSMは通常、比較的低回転時に機関をアシスト
するために、機関に連結されている。速度がゼロのと
き、タービン機関はそれ自体で始動することが出来無い
ので、その定格速度の約半分まで加速する際に上記ター
ビン機関をアシストするために、スターター・インバー
ターを用いたPMSMが必要とされる。その速度に達する
と、タービン機関はPMSMを用いなくてもその定格速度ま
で駆動されるのに充分なトルクを発生する。
et synchronous motors、略してPMSM）は、機構制御、
電気自動車、及び産業用タービン発電機（industrial t
urbo generators、略してITG）において広範に使用され
ている。PMSMは通常、比較的低回転時に機関をアシスト
するために、機関に連結されている。速度がゼロのと
き、タービン機関はそれ自体で始動することが出来無い
ので、その定格速度の約半分まで加速する際に上記ター
ビン機関をアシストするために、スターター・インバー
ターを用いたPMSMが必要とされる。その速度に達する
と、タービン機関はPMSMを用いなくてもその定格速度ま
で駆動されるのに充分なトルクを発生する。
【０００３】タービン機関、特に産業用タービン機関を
始動するために、スターター・インバーターは、上記タ
ービン機関に連結されたPMSMをタービン機関を暖機する
ための第１目標速度まで駆動する。直流（direct curre
nt、略してDC）を交流（alternating current 、略して
AC）に変換するスターター・インバーターは、バッテリ
ーか或いは整流グリッドから電力を取得する。タービン
機関が暖機された後、回転部分は通常タービン機関の定
格速度の約半分の、第２目標速度に達する。その後ター
ビン機関は、ACモーターの補助無しで駆動するようにな
り、公称速度までの加速を継続することになる。
始動するために、スターター・インバーターは、上記タ
ービン機関に連結されたPMSMをタービン機関を暖機する
ための第１目標速度まで駆動する。直流（direct curre
nt、略してDC）を交流（alternating current 、略して
AC）に変換するスターター・インバーターは、バッテリ
ーか或いは整流グリッドから電力を取得する。タービン
機関が暖機された後、回転部分は通常タービン機関の定
格速度の約半分の、第２目標速度に達する。その後ター
ビン機関は、ACモーターの補助無しで駆動するようにな
り、公称速度までの加速を継続することになる。
【０００４】「開ループ」電圧対周波数制御方法は、一般
的に使用されるACモーター制御方法である。電圧対周波
数（V/f）アルゴリズムが、モーターを種々の速度で駆
動するのに使用される。V/fアルゴリズムは、より洗練
されたACモーター制御アルゴリズムと比べ、極めて単純
にまた安価に実行される。「開ループ」制御方法は、傾
き、つまり周波数と電圧の比を調整することにより、三
相出力周波数を変化させる。タービン機関がACモーター
の補助無しにそれ自体で所望の速度まで加速するのに充
分なトルクを発生することが出来る様なタービン解放速
度まで、ACモーターを駆動する、単一直線のV/f比が決
定されるのが普通である。検知装置が不要で、演算がよ
り単純でかつ消費電力がより小さく、より安価なモータ
ー制御ユニット（motor control unit、略してMCU）を
使用することが出来る。
的に使用されるACモーター制御方法である。電圧対周波
数（V/f）アルゴリズムが、モーターを種々の速度で駆
動するのに使用される。V/fアルゴリズムは、より洗練
されたACモーター制御アルゴリズムと比べ、極めて単純
にまた安価に実行される。「開ループ」制御方法は、傾
き、つまり周波数と電圧の比を調整することにより、三
相出力周波数を変化させる。タービン機関がACモーター
の補助無しにそれ自体で所望の速度まで加速するのに充
分なトルクを発生することが出来る様なタービン解放速
度まで、ACモーターを駆動する、単一直線のV/f比が決
定されるのが普通である。検知装置が不要で、演算がよ
り単純でかつ消費電力がより小さく、より安価なモータ
ー制御ユニット（motor control unit、略してMCU）を
使用することが出来る。
【０００５】「開ループ」制御方法に伴う問題の１つは、
DCバス電圧が広範に亘る可能性があること、及び産業用
タービン機関が0から550 S-1（33,000 rpm）まで加速す
るのにかかる時間が通常約12秒と短いことにより、「開
ループ」方法により演算される電圧と周波数の単一直線
で表される比が、充分な動的応答性を与えないことであ
る。加えて、「開ループ」制御方法は、高速時にライン電
流出力がより大きくなったり、あるいは短い加速時間が
望まれる際に低速時における定常電流を許容できなくな
ったりする状態を頻繁に生じる。
DCバス電圧が広範に亘る可能性があること、及び産業用
タービン機関が0から550 S-1（33,000 rpm）まで加速す
るのにかかる時間が通常約12秒と短いことにより、「開
ループ」方法により演算される電圧と周波数の単一直線
で表される比が、充分な動的応答性を与えないことであ
る。加えて、「開ループ」制御方法は、高速時にライン電
流出力がより大きくなったり、あるいは短い加速時間が
望まれる際に低速時における定常電流を許容できなくな
ったりする状態を頻繁に生じる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】それで、本発明の目的
は、上記開ループ制御方法に伴う問題を解決する、高速
PMSM用の制御方法を提供することにある。
は、上記開ループ制御方法に伴う問題を解決する、高速
PMSM用の制御方法を提供することにある。
【０００７】本発明の目的は、ゼロから極めて高回転に
至るまでのV/f特性を与える、超高速永久磁石モーター
用の制御方法を提供することにある。そのV/f特性は、
広範なDCバスの値を織込んでいて、永久磁石発電機（pe
rmanent magnet generator、略してPMG）モーターまで
のライン間電流（line to line current）を最小にす
る。
至るまでのV/f特性を与える、超高速永久磁石モーター
用の制御方法を提供することにある。そのV/f特性は、
広範なDCバスの値を織込んでいて、永久磁石発電機（pe
rmanent magnet generator、略してPMG）モーターまで
のライン間電流（line to line current）を最小にす
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】好適な本発明の観点の一
つは、永久磁石同期モーター（PMSM）が、産業用タービ
ン機関に連結される。バッテリー又は他のDC電力供給源
が、DC電圧をスターター・インバーターに送り、そのイ
ンバーターがDCバス電圧を三相AC電圧に変調してそれを
上記PMSMに送る。産業用タービン機関がPMSMモーターの
補助無しで加速するのに充分なトルクを発生する速度、
通常上記産業用タービン機関の定格速度の約半分まで、
上記PMSMを駆動するために、PMSM制御器は、与えられた
DCバス電圧に対するV/f特性を決定するV/fアルゴリズム
を持つ。上記アルゴリズムは、定常及び過渡電流が最小
となる様な行程に従うV/f特性を生成する。上記V/fアル
ゴリズムにより生成されるV/f特性は、求められた電圧
オフセット値、実低速定格速度値、及び実高速定格速度
値の関数である。そのアルゴリズムは、時間によって異
なる充電レベルを持ち得るバッテリーからのDCバス電圧
値が、広範に亘る可能性を考慮している。
つは、永久磁石同期モーター（PMSM）が、産業用タービ
ン機関に連結される。バッテリー又は他のDC電力供給源
が、DC電圧をスターター・インバーターに送り、そのイ
ンバーターがDCバス電圧を三相AC電圧に変調してそれを
上記PMSMに送る。産業用タービン機関がPMSMモーターの
補助無しで加速するのに充分なトルクを発生する速度、
通常上記産業用タービン機関の定格速度の約半分まで、
上記PMSMを駆動するために、PMSM制御器は、与えられた
DCバス電圧に対するV/f特性を決定するV/fアルゴリズム
を持つ。上記アルゴリズムは、定常及び過渡電流が最小
となる様な行程に従うV/f特性を生成する。上記V/fアル
ゴリズムにより生成されるV/f特性は、求められた電圧
オフセット値、実低速定格速度値、及び実高速定格速度
値の関数である。そのアルゴリズムは、時間によって異
なる充電レベルを持ち得るバッテリーからのDCバス電圧
値が、広範に亘る可能性を考慮している。
【０００９】本発明の他の目的及び利点は、以下の詳細
な説明と添付の請求項を添付の図面を参照しながら読む
ことにより、明確となろう。
な説明と添付の請求項を添付の図面を参照しながら読む
ことにより、明確となろう。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１は、モーター駆動システムの
概略システム図である。スターター・インバーター４へ
の入力は、バス電圧レベル（Vdc）で供給を行うDC電力
供給源２（又はバッテリー）である。インバーター４か
らの出力は、超高速永久磁石（permanent magnet、略し
てPM）モーター８を駆動するための三相AC電圧信号（V
a、Vb、Vc）である。マイクロプロセッサーをベースと
したものが好ましい制御器６が、PMモーター８にゼロか
ら目標速度まで過渡及び定常電流を最小化するよう駆動
させるべく、スターター・インバーター４を制御する。
制御器６は、電圧オフセット値、低速定格速度値、及び
高速定格速度値の関数であるV/f特性に従って、モータ
ー８を駆動する。電圧オフセット値、低速定格速度値、
及び高速定格速度値は、モーター８とDC電力供給源２の
それぞれの特性に基づく特定のDCバス電圧に対して、制
御器６により決定される。
概略システム図である。スターター・インバーター４へ
の入力は、バス電圧レベル（Vdc）で供給を行うDC電力
供給源２（又はバッテリー）である。インバーター４か
らの出力は、超高速永久磁石（permanent magnet、略し
てPM）モーター８を駆動するための三相AC電圧信号（V
a、Vb、Vc）である。マイクロプロセッサーをベースと
したものが好ましい制御器６が、PMモーター８にゼロか
ら目標速度まで過渡及び定常電流を最小化するよう駆動
させるべく、スターター・インバーター４を制御する。
制御器６は、電圧オフセット値、低速定格速度値、及び
高速定格速度値の関数であるV/f特性に従って、モータ
ー８を駆動する。電圧オフセット値、低速定格速度値、
及び高速定格速度値は、モーター８とDC電力供給源２の
それぞれの特性に基づく特定のDCバス電圧に対して、制
御器６により決定される。
【００１１】図２は、好ましい実施形態による制御方法
のロジックを示すフローチャートである。ステップ10に
おいて、機関に連結されたPMSM/タービンの特性が、ス
テーターの極数（p）を含めて決定される。タービン始
動速度（タービン機関が点火される速度で、通常133 S
-1（8,000 rpm）付近）、タービン機関の暖機速度、及
びタービン解放速度などの、動作に必要とされる目標速
度も決定される。その後、ステップ20において、目標周
波数（w又はf）が、ステップ10にて決定された上記目標
速度に基づき式 [f=(回転速度（S-1）)(p)/2（f=(RPM)
(p)/120）]を用いて求められる。
のロジックを示すフローチャートである。ステップ10に
おいて、機関に連結されたPMSM/タービンの特性が、ス
テーターの極数（p）を含めて決定される。タービン始
動速度（タービン機関が点火される速度で、通常133 S
-1（8,000 rpm）付近）、タービン機関の暖機速度、及
びタービン解放速度などの、動作に必要とされる目標速
度も決定される。その後、ステップ20において、目標周
波数（w又はf）が、ステップ10にて決定された上記目標
速度に基づき式 [f=(回転速度（S-1）)(p)/2（f=(RPM)
(p)/120）]を用いて求められる。
【００１２】ステップ30において、電圧オフセット値が
求められ、そしてその電圧オフセット値と低速及び高速
定格速度値とから、低速及び高速運転時のV/f特性が決
定される。上記V/f特性は、DCバス電圧がとり得る全て
の値を織込んだものである。ステップ30の詳細を、図３
を参照しながら以下に説明する。
求められ、そしてその電圧オフセット値と低速及び高速
定格速度値とから、低速及び高速運転時のV/f特性が決
定される。上記V/f特性は、DCバス電圧がとり得る全て
の値を織込んだものである。ステップ30の詳細を、図３
を参照しながら以下に説明する。
【００１３】ステップ40において、三相（a、b、及び
c）に対応する正弦波がV/f特性に応じて生成され、そし
てステップ50において三相インバーターに送られる。ス
テップ50において、三相インバーターは、バッテリーか
或いは整流グリッドから直流電流（DC）を取得し（ステ
ップ45）、そのDC電流を相A、相B、及び相Cと示される
三相を持つAC電流に変調する。その三相電流は、ステッ
プ60において、PMモーターのステーター巻線に供給さ
れ、連結されたタービン機関（不図示）を目標速度まで
加速する様にモーター動作を行わせる。
c）に対応する正弦波がV/f特性に応じて生成され、そし
てステップ50において三相インバーターに送られる。ス
テップ50において、三相インバーターは、バッテリーか
或いは整流グリッドから直流電流（DC）を取得し（ステ
ップ45）、そのDC電流を相A、相B、及び相Cと示される
三相を持つAC電流に変調する。その三相電流は、ステッ
プ60において、PMモーターのステーター巻線に供給さ
れ、連結されたタービン機関（不図示）を目標速度まで
加速する様にモーター動作を行わせる。
【００１４】図３は、DCバス電圧がとり得る全ての値に
対して図２のステップ30にて求められる、電圧オフセッ
ト値とV/f特性を決定するためのV/f特性決定サブルーチ
ンを示す。V/f特性（アルゴリズム）は、公称動作周波
数（つまり定格周波数（w＿rated））までは、周波数と
AC電圧の両方を比例的に制御する。その周波数を超える
と、AC電圧は最大値（V＿max）に維持される一方、周波
数のみが変更される。速度がゼロの際の低ブースト電圧
（v＿offset）は、モーターの電圧降下（IR drop）と所
望の始動トルクに、主に依存する。
対して図２のステップ30にて求められる、電圧オフセッ
ト値とV/f特性を決定するためのV/f特性決定サブルーチ
ンを示す。V/f特性（アルゴリズム）は、公称動作周波
数（つまり定格周波数（w＿rated））までは、周波数と
AC電圧の両方を比例的に制御する。その周波数を超える
と、AC電圧は最大値（V＿max）に維持される一方、周波
数のみが変更される。速度がゼロの際の低ブースト電圧
（v＿offset）は、モーターの電圧降下（IR drop）と所
望の始動トルクに、主に依存する。
【００１５】まず、ステップ100において、低DC電圧レ
ベル（Vl）と高DC電圧レベル（Vh）が、スターター・イ
ンバーターにDC電流を供給するバッテリーについて既知
の方法により決定される。本発明の好ましい実施形態に
おいては、Vlは300ボルトで、Vhは450ボルトである。
ベル（Vl）と高DC電圧レベル（Vh）が、スターター・イ
ンバーターにDC電流を供給するバッテリーについて既知
の方法により決定される。本発明の好ましい実施形態に
おいては、Vlは300ボルトで、Vhは450ボルトである。
【００１６】続いて、ステップ110において、Vlに対応
する低DC電圧についての電圧オフセット値（Vosl）と、
高DC電圧オフセット（Vosh）が既知の経験則に基づいて
決定される。
する低DC電圧についての電圧オフセット値（Vosl）と、
高DC電圧オフセット（Vosh）が既知の経験則に基づいて
決定される。
【００１７】その後、ステップ130において、ステップ1
10にて設定されたDCバス電圧の関数である電圧オフセッ
ト値（V＿offset）が自動的に求められ、それは以下の
様に決定される： (V＿offset = Vosl + ((Vosh − Vosl)/(Vh − Vl))(Vd
c − Vl)) ここでVdcは、スターター・インバーターが切替えられ
ない際にシステムについて測定されるDCバス電圧であ
る。
10にて設定されたDCバス電圧の関数である電圧オフセッ
ト値（V＿offset）が自動的に求められ、それは以下の
様に決定される： (V＿offset = Vosl + ((Vosh − Vosl)/(Vh − Vl))(Vd
c − Vl)) ここでVdcは、スターター・インバーターが切替えられ
ない際にシステムについて測定されるDCバス電圧であ
る。
【００１８】続いてステップ140において、低DCバス電
圧に対する、低速運転時の最適定格速度値（w＿rated＿
l＿l）及び高速運転時の最適定格速度値（w＿rated＿l
＿h）が、既知の方法により決定される。また、高DCバ
ス電圧に対する、低速運転時の最適定格速度値（w＿rat
ed＿h＿l）及び高速運転時の最適定格速度値（w＿rated
＿h＿h）が、既知の方法により決定される。
圧に対する、低速運転時の最適定格速度値（w＿rated＿
l＿l）及び高速運転時の最適定格速度値（w＿rated＿l
＿h）が、既知の方法により決定される。また、高DCバ
ス電圧に対する、低速運転時の最適定格速度値（w＿rat
ed＿h＿l）及び高速運転時の最適定格速度値（w＿rated
＿h＿h）が、既知の方法により決定される。
【００１９】V/f特性における低速運転と高速運転の境
界を決定するために、ステップ150において低速運転に
ついての実際の定格速度値（w＿rated＿l）と高速運転
についての実際の定格速度値（w＿rated＿h）が求めら
れねばならない。w＿rated＿lとw＿rated＿hを求めるた
めの演算は、以下のものである： w＿rated＿l =(w＿rated＿l＿l + ((w＿rated＿l＿h −
w＿rated＿l＿l)/[Vh-Vl))(Vdc-Vl)) w＿rated＿h =(w＿rated＿h＿l + ((w＿rated＿h＿h −
w＿rated＿h＿l)/[Vh-Vl))(Vdc-Vl))
界を決定するために、ステップ150において低速運転に
ついての実際の定格速度値（w＿rated＿l）と高速運転
についての実際の定格速度値（w＿rated＿h）が求めら
れねばならない。w＿rated＿lとw＿rated＿hを求めるた
めの演算は、以下のものである： w＿rated＿l =(w＿rated＿l＿l + ((w＿rated＿l＿h −
w＿rated＿l＿l)/[Vh-Vl))(Vdc-Vl)) w＿rated＿h =(w＿rated＿h＿l + ((w＿rated＿h＿h −
w＿rated＿h＿l)/[Vh-Vl))(Vdc-Vl))
【００２０】次に、V＿offsetの値及び上記の様に求め
られた上記２つの定格速度値を織込んだV/f特性が、ス
テップ160において設定される。ステップ160におけるV
＿offset及び上記２つの定格速度値が、図４にプロット
されている。Y軸上にプロットされた電圧値は、AC電圧
としてのものである点に留意すべきである。上記特性を
設定するために、まず速度がゼロの際のV＿offsetがプ
ロットされる。V＿offsetは、ステーターの抵抗と始動
トルクに打勝つ様に始動電流を調整するために、必要で
ある。次に、Vl（V＿max）におけるw＿rated＿lがプロ
ットされ、そして図４にて202として示される直線によ
り、上記２点が結ばれる。引き続いて、Vh（V＿max）に
おけるw＿rated＿hがプロットされ、そして図４にて200
として示される直線により、上記２点が結ばれる。その
様にして、PMSMモーターが如何に所定の速度まで加速す
ることになるかを決定するのに用いられる特性が、設定
される。
られた上記２つの定格速度値を織込んだV/f特性が、ス
テップ160において設定される。ステップ160におけるV
＿offset及び上記２つの定格速度値が、図４にプロット
されている。Y軸上にプロットされた電圧値は、AC電圧
としてのものである点に留意すべきである。上記特性を
設定するために、まず速度がゼロの際のV＿offsetがプ
ロットされる。V＿offsetは、ステーターの抵抗と始動
トルクに打勝つ様に始動電流を調整するために、必要で
ある。次に、Vl（V＿max）におけるw＿rated＿lがプロ
ットされ、そして図４にて202として示される直線によ
り、上記２点が結ばれる。引き続いて、Vh（V＿max）に
おけるw＿rated＿hがプロットされ、そして図４にて200
として示される直線により、上記２点が結ばれる。その
様にして、PMSMモーターが如何に所定の速度まで加速す
ることになるかを決定するのに用いられる特性が、設定
される。
【００２１】運転中には、本発明が実施される産業用タ
ービン機関について、そして与えられたDCバス電圧につ
いて、PMSMモーターが、ゼロから、ここでタービン暖機
速度として示される約350 S-1（21,000 rpm）の速度ま
で駆動され、その速度でPMSMモーターに連結された産業
用タービン機関は最大60秒間暖機される。産業用タービ
ン機関は、約133 S-1（8,000 rpm）の速度にて点火され
るとともに、PMSM及びスターター・インバーターとの連
結を維持される。PMSMモーターはその後、約350S-1（2
1,000 rpm）から約550 S-1（33,000 rpm）、すなわち産
業用タービン機関に対する定格速度の半分程度まで、加
速される。約550 S-1（33,000 rpm）に達すると、ター
ビン解放速度において、スターター・インバーターが停
止されることになり、そして産業用タービン機関は目標
速度、通常産業用タービン機関の定格速度付近まで、そ
れ自体で加速することになる。スターター・インバータ
ーが停止されタービン機関がその定格速度に達した時点
で、タービン機関はPMSMを駆動して発電させる。この時
点では、PMSMが発電機として使用されている。
ービン機関について、そして与えられたDCバス電圧につ
いて、PMSMモーターが、ゼロから、ここでタービン暖機
速度として示される約350 S-1（21,000 rpm）の速度ま
で駆動され、その速度でPMSMモーターに連結された産業
用タービン機関は最大60秒間暖機される。産業用タービ
ン機関は、約133 S-1（8,000 rpm）の速度にて点火され
るとともに、PMSM及びスターター・インバーターとの連
結を維持される。PMSMモーターはその後、約350S-1（2
1,000 rpm）から約550 S-1（33,000 rpm）、すなわち産
業用タービン機関に対する定格速度の半分程度まで、加
速される。約550 S-1（33,000 rpm）に達すると、ター
ビン解放速度において、スターター・インバーターが停
止されることになり、そして産業用タービン機関は目標
速度、通常産業用タービン機関の定格速度付近まで、そ
れ自体で加速することになる。スターター・インバータ
ーが停止されタービン機関がその定格速度に達した時点
で、タービン機関はPMSMを駆動して発電させる。この時
点では、PMSMが発電機として使用されている。
【００２２】図５は、本発明の好ましい実施形態に従っ
てPMSMモーターをゼロからタービン解放速度まで駆動す
るに際しての、電圧変化を時間の関数として（図５にお
いて400と示される）、及び速度変化を時間の関数とし
て（図５において500と示される）、表したものであ
る。
てPMSMモーターをゼロからタービン解放速度まで駆動す
るに際しての、電圧変化を時間の関数として（図５にお
いて400と示される）、及び速度変化を時間の関数とし
て（図５において500と示される）、表したものであ
る。
【００２３】図５において、与えられたDCバス電圧につ
いて、スターター・インバーターは、図４にて上述され
た低速V/f特性線に従ってゼロからタービン暖機速度ま
で、産業用タービン・モーターに連結されたPMSMを駆動
する。タービン機関は、ゼロとタービン暖機速度の間で
低速V/f特性に沿ったある点におけるタービン始動速度
（不図示）において、点火される。PMSMモーターはその
後、産業用タービン機関が暖機を完了するまで（最大60
秒間）、対応する電圧（V＿warmupと示される）にてタ
ービン暖機速度に維持される。PMSMモーターはその後、
特性切替速度に達するまで、低速V/f特性に従って加速
される。PMSMモーターはその後、V＿maxすなわちシステ
ムに許容された最大AC電圧に達するまで、図４にて説明
された高速V/f特性に従って加速することになる。そし
て、PMSMモーターは、周波数を増加させることによりタ
ービン解放速度まで加速される一方、電圧はV＿maxに維
持される。産業用タービン機関は、それ自体で駆動する
様になり、そして定格速度又は、目標速度までの加速を
継続することになる。特性切替速度は、V＿warmupとV＿
maxの間の値であることに留意すべきである。
いて、スターター・インバーターは、図４にて上述され
た低速V/f特性線に従ってゼロからタービン暖機速度ま
で、産業用タービン・モーターに連結されたPMSMを駆動
する。タービン機関は、ゼロとタービン暖機速度の間で
低速V/f特性に沿ったある点におけるタービン始動速度
（不図示）において、点火される。PMSMモーターはその
後、産業用タービン機関が暖機を完了するまで（最大60
秒間）、対応する電圧（V＿warmupと示される）にてタ
ービン暖機速度に維持される。PMSMモーターはその後、
特性切替速度に達するまで、低速V/f特性に従って加速
される。PMSMモーターはその後、V＿maxすなわちシステ
ムに許容された最大AC電圧に達するまで、図４にて説明
された高速V/f特性に従って加速することになる。そし
て、PMSMモーターは、周波数を増加させることによりタ
ービン解放速度まで加速される一方、電圧はV＿maxに維
持される。産業用タービン機関は、それ自体で駆動する
様になり、そして定格速度又は、目標速度までの加速を
継続することになる。特性切替速度は、V＿warmupとV＿
maxの間の値であることに留意すべきである。
【００２４】本発明を好ましい実施形態について説明し
たが、本発明はそれに限定されるものではなく、当業者
であれば特に上記の教示を考慮して変形例を想到するこ
とが出来ることが、言うまでも無く理解されよう。
たが、本発明はそれに限定されるものではなく、当業者
であれば特に上記の教示を考慮して変形例を想到するこ
とが出来ることが、言うまでも無く理解されよう。
【００２５】
【発明の効果】本発明によれば、広範なDCバスの値を織
込んだ、定常及び過渡電流を最小にするV/f特性を持つ
超高速永久磁石モーター用の制御方法を提供することが
出来る。
込んだ、定常及び過渡電流を最小にするV/f特性を持つ
超高速永久磁石モーター用の制御方法を提供することが
出来る。
【図１】モーター駆動システムの概略システム図であ
る。
る。
【図２】好ましい実施形態による制御方法のためのロジ
ックを示すフローチャートである。
ックを示すフローチャートである。
【図３】定常及び過渡電流を最小化する、電圧オフセッ
ト値と、低速及び高速運転についての実速度値を決定す
るための、図１におけるステップ30のV/f特性決定サブ
ルーチンである。
ト値と、低速及び高速運転についての実速度値を決定す
るための、図１におけるステップ30のV/f特性決定サブ
ルーチンである。
【図４】図３におけるステップ160において決定されたV
/f特性である。
/f特性である。
【図５】PMSMモーターをゼロからタービン解放速度まで
駆動するに際しての電圧変化を、時間の関数としてプロ
ットとしたグラフ、及びPMSMモーターをゼロからタービ
ン解放速度まで駆動するに際しての速度変化を、時間の
関数としてプロットとしたグラフである。
駆動するに際しての電圧変化を、時間の関数としてプロ
ットとしたグラフ、及びPMSMモーターをゼロからタービ
ン解放速度まで駆動するに際しての速度変化を、時間の
関数としてプロットとしたグラフである。
８ 回転機械（モーター）
Claims (8)
- 【請求項１】 タービン機関に連結された回転機械を所
定のDCバス電圧で駆動する方法であって、 電圧オフセット値、実低速定格速度値、及び実高速定格
速度値の関数として、上記回転機械の速度を制御する工
程を有する方法。 - 【請求項２】 上記回転機械についての、最小電圧オフ
セット値、最大電圧オフセット値、最小DCバス電圧、最
大DCバス電圧、及びDCバス電圧の関数として、電圧オフ
セット値を決定する工程を更に有する、請求項１に記載
の方法。 - 【請求項３】 上記回転機械についての、最適低速低DC
電圧定格速度値、最適低速高DC電圧定格速度値、最小DC
バス電圧、最大DCバス電圧、及びDCバス電圧の関数とし
て、実低速定格速度値を決定する工程を更に有する、請
求項１に記載の方法。 - 【請求項４】 上記回転機械についての、最適高速低DC
電圧定格速度値、最適高速高DC電圧定格速度値、最小DC
バス電圧、最大DCバス電圧、及びDCバス電圧の関数とし
て、実高速定格速度値を決定する工程を更に有する、請
求項１に記載の方法。 - 【請求項５】 所定のDCバス電圧を要する回転機械に連
結されたタービン機関を始動する方法であって、 低速V/f特性に従ってタービン暖機速度まで上記回転機
械を加速させる工程と、 上記タービン暖機速度より小さいタービン始動速度にて
上記タービン機関を始動する工程と、 上記タービン機関を暖機する様に、所定の期間上記回転
機械を上記タービン暖機速度に維持する工程と、 その後、第一の傾きを持つ上記低速V/f特性に従って、
上記タービン暖機速度から特性切替速度まで上記回転機
械を加速する工程と、 その後、第二の傾きを持つ高速V/f特性に従って、上記
特性切替速度から第二の速度まで上記回転機械を加速す
る工程と、 その後、上記第二の速度からタービン解放速度まで上記
回転機械を加速する工程と、 上記タービン機関から上記回転機械の連結を解除する工
程と、 上記タービン解放速度から所定の速度まで上記タービン
機関を加速する工程と、 を有する方法。 - 【請求項６】 上記低速V/f特性が、電圧オフセット値
と実低速定格速度値の関数である、請求項５に記載の方
法。 - 【請求項７】 最小DCバス電圧、最大DCバス電圧、最小
電圧オフセット値、最大電圧オフセット値、及び上記DC
バス電圧の関数として、上記電圧オフセット値を決定す
る工程を更に有する、請求項６に記載の方法。 - 【請求項８】 最適低速低DC電圧定格速度値、最適低速
高DC電圧定格速度値、最小DCバス電圧、最大DCバス電
圧、及び所定のDCバス電圧の関数として、上記実低速定
格速度値を決定する工程を更に有する、請求項６に記載
の方法。
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|---|---|---|---|
| US09/495,443 US6307275B1 (en) | 2000-01-31 | 2000-01-31 | Method and apparatus for controlling a high-speed AC permanent magnet synchronous motor coupled to an industrial turbo engine |
| US09/495443 | 2000-01-31 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001238489A true JP2001238489A (ja) | 2001-08-31 |
| JP4609971B2 JP4609971B2 (ja) | 2011-01-12 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2001018377A Expired - Fee Related JP4609971B2 (ja) | 2000-01-31 | 2001-01-26 | 産業用タービン機関に連結された高速交流永久磁石同期モーターの制御方法及びその装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (3) | US6307275B1 (ja) |
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| WO2013094433A1 (ja) * | 2011-12-22 | 2013-06-27 | 川崎重工業株式会社 | ガスタービンエンジンとその始動方法 |
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| US7468595B2 (en) * | 2005-07-26 | 2008-12-23 | Eaton Corporation | System and method of controlling the start-up of an adjustable speed motor drive based sinusoidal output power conditioner |
| TWI439041B (zh) | 2011-12-19 | 2014-05-21 | Ind Tech Res Inst | 永磁同步馬達驅動方法與裝置 |
| JPWO2013094432A1 (ja) * | 2011-12-22 | 2015-04-27 | 川崎重工業株式会社 | 熱交換器を備えたガスタービンエンジンとその始動方法 |
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| US3840799A (en) | 1973-09-11 | 1974-10-08 | Westinghouse Electric Corp | Commutatorless dc motor drive arrangement |
| DE2811123C2 (de) | 1978-03-15 | 1983-09-29 | Barmag Barmer Maschinenfabrik Ag, 5630 Remscheid | Verfahren zum Anfahren und Hochfahren eines Synchronmotors auf Betriebsdrehzahl mit Hilfe eines Umrichters |
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- 2001-07-06 US US09/900,774 patent/US6501244B2/en not_active Expired - Fee Related
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| US20020047681A1 (en) | 2002-04-25 |
| US6307275B1 (en) | 2001-10-23 |
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| US6501244B2 (en) | 2002-12-31 |
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