JP2011083112A - Controller of permanent magnet-type three phase ac motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、永久磁石型三相交流電動機を制御する電動機制御装置に係り、特に永久磁石型三相交流電動機を弱め磁束制御する際の電圧リミッタに関するものである。 The present invention relates to an electric motor control device that controls a permanent magnet type three-phase AC motor, and more particularly to a voltage limiter for controlling magnetic flux by weakening a permanent magnet type three-phase AC motor.
従来の永久磁石型三相交流電動機の制御において電圧リミッタを設ける例は特許文献1に適用されている。
An example in which a voltage limiter is provided in the control of a conventional permanent magnet type three-phase AC motor is applied to
図3は特許文献1に適用されている永久磁石型三相交流電動機の制御の構成の一部を示したものであり、図3に基づいて従来の技術を説明する。
FIG. 3 shows a part of the control configuration of the permanent magnet type three-phase AC motor applied to
永久磁石型三相交流電動機1にはインバータ2により三相の平衡した交流電圧が印加され、三相交流電流が流れる。
A three-phase balanced AC voltage is applied to the permanent magnet type three-
永久磁石型三相交流電動機1に流れるU相電流iu、V相電流iv、W相電流iwは電流検出器31〜33により検出される。
The U-phase current iu, V-phase current iv, and W-phase current iw flowing through the permanent magnet type three-
三相−dq回転座標変換器6はU相電流値iu、V相電流値iv、W相電流値iwと永久磁石型三相交流電動機1に取り付けられた位置検出器7からの位置情報θにより、(1)と(2)式に基づいて三相―dq回転座標変換を行い、回転座標上において直流状態として扱えるd軸電流idとq軸電流iqを出力する。
The three-phase-dq rotational coordinate converter 6 is based on the U-phase current value iu, the V-phase current value iv, the W-phase current value iw and the position information θ from the
d軸電流idとq軸電流iqはフィードバックされ、d軸電流指令生成器11の出力となるd軸電流指令idrefとd軸電流idとの偏差がd軸電流制御器10に入力されd軸電圧指令Vdref1が出力され、q軸電流指令生成器8の出力であるq軸電流指令iqrefとq軸電流iqとの偏差がq軸電流制御器9に入力され、q軸電圧指令Vqref1が出力される。
The d-axis current id and the q-axis current iq are fed back, and the deviation between the d-axis current command idref and the d-axis current id, which is the output of the d-axis current command generator 11, is input to the d-axis
インバータ2が出力可能な電圧はインバータ直流電源4の電圧値によるので、q軸電圧指令Vqref1は、q軸電圧指令リミッタ13にてインバータ2が出力可能な範囲に制限される。
Since the voltage that can be output by the
q軸電圧指令リミッタ13はインバータ直流電源4が低いときには制限値を低くし、インバータ直流電源4が高いときには制限値を高くする。
The q-axis
q軸電圧指令リミッタ13をこのように変化させることにより永久磁石型交流電動機1に電力を適正に供給することができる。
By changing the q-axis voltage command limiter 13 in this way, electric power can be appropriately supplied to the permanent magnet type AC
しかしながら永久磁石型三相交流電動機1の回転速度が高くなると、大きな逆起電力を発生するため、q軸電圧指令リミッタ13による制限だけではインバータ直流電源4の電圧値で制限されるインバータ2が出力可能な電圧の範囲を超えてしまう恐れがある。
However, when the rotational speed of the permanent magnet type three-
インバータ2が出力可能な電圧の範囲を超えてしまう回転速度で永久磁石三相交流電動機1を制御する手法としては、負のd軸電流を流すことで磁束を弱める弱め磁束制御が知られている。
As a method of controlling the permanent magnet three-
弱め磁束制御を行う領域においてはd軸電流制御器10の出力であるd軸電圧指令Vdref1も大きくなるので、出力電圧をインバータが出力可能な範囲に抑えるためにはq軸電圧指令Vqref1とd軸電圧指令Vdref1の双方を考慮した電圧リミッタが必要となる。
Since the d-axis voltage command Vdref1 which is the output of the d-axis
解決しようとする問題点は、インバータが出力可能な電圧の範囲を超えてしまう回転速度で永久磁石三相交流電動機を弱め磁束制御を行う際に、インバータが出力可能な電圧の範囲内で、弱め磁束制御を確立しつつ、より多くのトルクを出力できるようにすることである。 The problem to be solved is that when the magnetic flux control is performed by weakening the permanent magnet three-phase AC motor at a rotational speed that exceeds the voltage range that the inverter can output, the voltage is weakened within the voltage range that the inverter can output. It is to be able to output more torque while establishing magnetic flux control.
本発明の請求項1では、永久磁石型三相交流電動機に三相交流電圧指令に基づいた電圧を印加するインバータと該永久磁石型三相交流電動機に流れる三相交流電流をそれぞれ検出する電流検出器と該三相交流電流の検出値をd軸電流とq軸電流に変換する三相―dq回転座標変換器と該d軸電流をフィードバックしd軸電流指令値と一致するように制御するd軸電流制御器と該q軸電流をフィードバックしq軸電流指令値と一致するように制御するq軸電流制御器と該d軸電流制御器の出力となるd軸電圧指令値を制限するd軸電圧リミッタと該q軸電流制御器の出力となるq軸電圧指令値を制限するq軸電圧リミッタと該d軸電圧リミッタを通過したd軸電圧指令と該q軸電圧リミッタを通過したq軸電圧指令を該三相交流電圧指令に変換するdq−三相回転座標変換器を具備し、該インバータの出力電圧はインバータの直流電源の電圧値により制限され、該d軸電圧指令値と該q軸電圧指令値のベクトル和が制限値を超過した場合にはd軸電流指令生成器にて該d軸電流指令値を負の方向に増加させ弱め磁束電流指令を生成することで、出力電圧飽和の回避を行いながら前記永久磁石型三相交流電動機を駆動する制御装置において、
前記d軸電圧リミッタは、前記インバータの直流電源の電圧値により決定される最大出力電圧値で制限し、前記q軸電圧リミッタは、前記インバータの直流電源の電圧値により決まる最大出力電圧と前記d軸電圧リミッタにて制限されたd軸電圧指令値から計算される可変のリミッタで制限されることを特徴とする。
According to
The d-axis voltage limiter is limited by the maximum output voltage value determined by the voltage value of the DC power supply of the inverter, and the q-axis voltage limiter is the maximum output voltage determined by the voltage value of the DC power supply of the inverter and the d It is limited by a variable limiter calculated from the d-axis voltage command value limited by the axis voltage limiter.
本発明の請求項2では、前記d軸電圧リミッタの制限値はインバータの直流電源の電圧値より(3)式により決定し、前記q軸電圧リミッタの制限値は前記インバータの直流電源の電圧値より決まる最大出力電圧と前記d軸電圧リミッタにて制限されたd軸電圧指令値から(4)式により決定することを特徴とする。
本発明の請求項3では、請求項1の前記d軸電流制御器および前記q軸電流制御器がそれぞれ比例器と積分器で構成される電流制御器において、前記d軸電流制御器の積分器の値は前記d軸電圧リミッタに制限され、前記q軸電流制御器の積分器の値は前記q軸電流リミッタに制限されることを特徴とする。
According to
永久磁石型三相交流電動機をインバータが出力可能な電圧を超えるような回転速度の領域で駆動する際に、インバータが出力可能な電圧の範囲内で弱め磁束制御を確立しつつ、より多くのトルクを出力することを可能にする。 When driving a permanent magnet type three-phase AC motor in a rotational speed range that exceeds the voltage that can be output by the inverter, more torque can be achieved while establishing flux-weakening control within the voltage range that the inverter can output. Can be output.
永久磁石型三相交流電動機をインバータの出力電圧が飽和する状態で、弱め磁束制御を確立しつつ、より多くのトルクを出力ように制御するという目的を実現した。 The purpose of controlling a permanent magnet type three-phase AC motor to output more torque while establishing flux-weakening control in a state where the output voltage of the inverter is saturated.
図1に本発明の請求項1および請求項2を永久磁石型三相交流電動機に適用した実施例を示し、図1に基づいて本発明の詳細な説明をする。 FIG. 1 shows an embodiment in which claims 1 and 2 of the present invention are applied to a permanent magnet type three-phase AC motor, and the present invention will be described in detail with reference to FIG.
永久磁石型三相交流電動機1にはインバータ2により三相の平衡した交流電圧が印加され、三相交流電流が流れる。
A three-phase balanced AC voltage is applied to the permanent magnet type three-
永久磁石型三相交流電動機1に流れるU相電流iu、V相電流iv、W相電流iwは電流検出器31〜33により検出される。
The U-phase current iu, V-phase current iv, and W-phase current iw flowing through the permanent magnet type three-
三相−dq回転座標変換器6はU相電流値iu、V相電流値iv、W相電流値iwと永久磁石型三相交流電動機1に取り付けられた位置検出器7からの位置情報θにより、(5)と(6)式に基づいて三相―dq回転座標変換を行い、回転座標上において直流状態として扱えるd軸電流idとq軸電流iqを出力する。
The three-phase-dq rotational coordinate converter 6 is based on the U-phase current value iu, the V-phase current value iv, the W-phase current value iw and the position information θ from the
d軸電流idとq軸電流iqはフィードバックされ、d軸電流指令生成器11の出力となるd軸電流指令idrefとd軸電流idとの偏差がd軸電流制御器10に入力されd軸電圧指令Vdref1が出力され、q軸電流指令生成器8の出力であるq軸電流指令iqrefとq軸電流iqとの偏差がq軸電流制御器9に入力され、q軸電圧指令Vqref1が出力される。
The d-axis current id and the q-axis current iq are fed back, and the deviation between the d-axis current command idref and the d-axis current id, which is the output of the d-axis current command generator 11, is input to the d-axis
インバータ2が出力可能な電圧はインバータ直流電源4の関数となりインバータ直流電源4の直流電圧値をVdcとするとインバータ2が出力可能な電圧Vmaxは(7)式で表される。
The voltage that can be output by the
d軸電圧指令リミッタ12のリミット値Vdlmitはインバータ直流電源4の直流電圧値Vdcを入力とした(8)式とし、d軸電圧指令vdref1はd軸電圧指令リミッタ12で制限されd軸電圧指令Vdref2が出力される。
The limit value Vdlmit of the d-axis voltage command limiter 12 is an equation (8) in which the DC voltage value Vdc of the inverter
q軸電圧指令リミッタ13のリミット値Vqlmitはd軸電圧指令Vdref2とインバータが出力可能な電圧Vmaxを入力とし(9)式に基づいて計算され、q軸電圧指令Vqref1はq軸電圧指令リミッタ13で制限されq軸電圧指令Vqref2が出力される。
The limit value Vqlmit of the q-axis
d軸電圧指令Vdref2とq軸電圧指令Vqref1のベクトル和がインバータの出力可能な電圧Vmaxを超過する場合には、負のd軸電流指令idrefを生成し弱め磁束制御を行う。 When the vector sum of the d-axis voltage command Vdref2 and the q-axis voltage command Vqref1 exceeds the voltage Vmax that can be output from the inverter, a negative d-axis current command idref is generated to perform the flux weakening control.
d軸電流指令生成器11はq軸電流制御器9の出力でq軸電圧指令リミッタ13の前のq軸電圧指令Vqref1とd軸電圧リミッタ12の出力となるd軸電圧指令Vdref2を入力として、(10)式となる場合にはd軸電流指令値idrefを負の方向に増加させる。
The d-axis current command generator 11 receives the q-axis voltage command Vqref1 before the q-axis
逆に(11)式となる場合にはd軸電流指令値を正の方向に増加させる。 On the other hand, in the case of formula (11), the d-axis current command value is increased in the positive direction.
ただし、d軸電流指令値は0以下の値となるようにリミットされる。 However, the d-axis current command value is limited to a value of 0 or less.
q軸電圧指令vqref2とd軸電圧指令vdref2はdq−三相回転座標変換器5に入力され、永久磁石型三相交流電動機1に取り付けられた位置検出器7の位置情報θにより(12)と(13)式に基づいてdq−三相座標変換を行なわれ、平衡した三相交流電圧指令vuref,vvref,vwrefに変換される。
インバータ2は三相交流電圧指令vuref,vvref,vwrefに基づいた三相交流電圧を永久磁石型三相交流電動機1に印加する。
The
本発明の請求項1および請求項2を永久磁石型三相交流電動機に適用することで、d軸電流制御による弱め磁束制御を確立しつつ、インバータが出力可能な電圧の範囲内で最大のq軸電圧を出力することが可能となる。
By applying
図2に本発明の請求項3を永久磁石型三相交流電動機に適用した実施例を示し、図2に基づいて本発明の詳細な説明をする。
FIG. 2 shows an embodiment in which
d軸電流制御器10にはd軸電流指令生成器11からのd軸電流指令idrefとd軸電流idとの偏差が入力されd軸電圧指令Vdref1が出力され、q軸電流制御器9にはq軸電流指令生成器8からのq軸電流指令iqrefとq軸電流iqとの偏差が入力されq軸電圧指令Vqref1が出力される。
A deviation between the d-axis current command idref and the d-axis current id from the d-axis current command generator 11 is input to the d-axis
d軸電圧指令Vdref1はインバータ直中電源4の直中電圧値Vdcにより決まるd軸電圧指令リミッタ12のリミット値Vdlmitで制限され、d軸電圧指令Vdref2が出力され、q軸電圧指令Vqref1はインバータ直中電源4の直中電圧値Vdcとd軸電圧指令Vdref2により決まるq軸電圧指令リミッタ13のリミット値Vqlmitで制限され、q軸電圧指令Vqref2が出力される。
The d-axis voltage command Vdref1 is limited by the limit value Vdlmit of the d-axis voltage command limiter 12 determined by the mid-line voltage value Vdc of the
d軸電流制御器10はd軸電流制御比例器101とd軸電流制御積分器102より構成され、d軸電流制御積分器102の積分値はd軸電圧指令リミッタ12のリミット値Vdlmitに制限する。
The d-axis
同様にq軸電流制御器9はq軸電流制御比例器91とq軸電流制御積分器92より構成され、q軸電流制御積分器92の積分値はq軸電圧指令リミッタ13のリミット値Vqlmitに制限する。
Similarly, the q-axis
本発明の請求項3を永久磁石型三相交流電動機に適用することで、d軸電流制御積分器およびq軸電流制御積分器の飽和を防ぐことができ、電流の制御性・応答性を改善できる。
By applying
本発明によりインバータが出力可能な電圧の範囲内で弱め磁束制御を確立しつつ、より多くのトルクを出力することができ、また電流制御の制御性・応答性を改善できるので産業上の利用の可能性は大いにある。 According to the present invention, it is possible to output more torque while establishing flux-weakening control within the voltage range that the inverter can output, and to improve the controllability and responsiveness of current control. The potential is great.
1 永久磁石型三相交流電動機
2 インバータ
31〜33 電流検出器
4 インバータ直流電源
5 dq−三相回転座標変換器
6 三相―dq回転座標変換器
7 位置検出器
8 q軸電流指令生成器
9 q軸電流制御器
10 d軸電流制御器
11 d軸電流指令生成器
12 d軸電圧指令リミッタ
13 q軸電圧指令リミッタ
91 q軸電流制御比例器
92 q軸電流制御積分器
101 d軸電流制御比例器
102 d軸電流制御積分器
DESCRIPTION OF
5 dq-three-phase rotational coordinate converter 6 three-phase-dq rotational coordinate
Claims (3)
前記d軸電圧リミッタは、前記インバータの直流電源の電圧値により決定される最大出力電圧値で制限し、前記q軸電圧リミッタは、前記インバータの直流電源の電圧値により決まる最大出力電圧と前記d軸電圧リミッタにて制限されたd軸電圧指令値から計算される可変のリミッタで制限されることを特徴とする永久磁石型三相交流電動機の制御装置。 An inverter that applies a voltage based on a three-phase AC voltage command to a permanent magnet type three-phase AC motor, a current detector that detects a three-phase AC current flowing through the permanent magnet type three-phase AC motor, and a three-phase AC current A three-phase-dq rotational coordinate converter that converts a detected value into a d-axis current and a q-axis current, a d-axis current controller that feeds back the d-axis current and controls it to coincide with a d-axis current command value, and the q-axis A q-axis current controller that feeds back current and controls to match the q-axis current command value, a d-axis voltage limiter that limits a d-axis voltage command value that is output from the d-axis current controller, and the q-axis current control The three-phase AC voltage command includes a q-axis voltage limiter that limits a q-axis voltage command value that is an output of the detector, a d-axis voltage command that passes through the d-axis voltage limiter, and a q-axis voltage command that passes through the q-axis voltage limiter. Dq to convert to three-phase rotation coordinates An inverter, the output voltage of the inverter is limited by the voltage value of the DC power supply of the inverter, and when the vector sum of the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value exceeds the limit value, the d-axis A control device for driving the permanent magnet type three-phase AC motor while avoiding output voltage saturation by increasing the d-axis current command value in the negative direction and generating a flux-flux current command by a current command generator In
The d-axis voltage limiter is limited by the maximum output voltage value determined by the voltage value of the DC power supply of the inverter, and the q-axis voltage limiter is the maximum output voltage determined by the voltage value of the DC power supply of the inverter and the d A controller for a permanent magnet type three-phase AC motor, characterized by being limited by a variable limiter calculated from a d-axis voltage command value limited by an axis voltage limiter.
前記d軸電圧リミッタの制限値はインバータの直流電源の電圧値より(1)式により決定し、前記q軸電圧リミッタの制限値は前記インバータの直流電源の電圧値より決まる最大出力電圧と前記d軸電圧リミッタにて制限されたd軸電圧指令値から(2)式により決定することを特徴とする永久磁石型三相交流電動機の制御装置。
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Citations (3)
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2009
- 2009-10-07 JP JP2009232946A patent/JP2011083112A/en active Pending
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