JP2014110642A - Synchronous machine control device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a synchronous machine control device capable of improving stability and responsibility in current control even when an electric angular velocity of a synchronous machine and a direction of a control axis are changed.SOLUTION: A synchronous machine control device comprises a voltage compensation part 13 adding values obtained by calculating respective changed portions of a γ-axis voltage and a δ-axis voltage depending on change by an electric angular velocity of a synchronous machine 3 and change in a control axial direction of the synchronization machine 3, to a γ-axis voltage command and a δ-axis voltage command respectively. When a permanent magnet flux in the case that the synchronous machine is a permanent magnet synchronous machine, or a magnetic flux generated when a current is applied to a field coil in the case that the synchronous machine is a coil field type, is defined as a field magnetic flux, the voltage compensation part 13 calculates respective changed portions of the γ-axis voltage and the δ-axis voltage by using the electric angular velocity of the synchronous machine 3, the defined field magnetic flux, and a phase of the γ-axis to the d-axis that is a generation direction of the field magnetic flux.

Description

この発明は、同期機を回転駆動する電力変換手段を備えた同期機制御装置に関するものである。   The present invention relates to a synchronous machine control device provided with power conversion means for rotationally driving a synchronous machine.

回転子に永久磁石を有する永久磁石同期電動機や回転子の磁気的突極性を利用してトルクを発生させるリラクタンス電動機等の同期機をインバータ等の電力変換手段を有する同期機制御装置にて制御する際、従来は回転子に対して一定の位相方向に電機子電流ベクトルが向くように制御することが広く行われている。例えば、従来の永久磁石同期機では、電機子電流ベクトルを回転子の永久磁石磁束軸と直交する方向に制御し、所望のトルクに比例して電機子電流ベクトルの絶対値を制御する。   A synchronous machine such as a permanent magnet synchronous motor having a permanent magnet in the rotor or a reluctance motor that generates torque using the magnetic saliency of the rotor is controlled by a synchronous machine control device having power conversion means such as an inverter. Conventionally, it has been widely performed to control the armature current vector in a fixed phase direction with respect to the rotor. For example, in a conventional permanent magnet synchronous machine, the armature current vector is controlled in a direction orthogonal to the permanent magnet magnetic flux axis of the rotor, and the absolute value of the armature current vector is controlled in proportion to the desired torque.

また、前記リラクタンス電動機は、電機子電流ベクトルの絶対値と出力トルクとが比例せず、従来の制御方式では高精度なトルク制御が難しいことが知られている。
さらに、永久磁石同期電動機の回転速度が上昇すると、永久磁石磁束による誘起電圧に起因して電機子電圧が上昇し、該誘起電圧がインバータ等の電力変換手段の出力可能な電圧を超えるため、これを防ぐため永久磁石磁束軸方向に弱め電流と呼ばれる負の電機子電流ベクトルを発生させて電機子鎖交磁束を小さくする弱め磁束制御が行われる。
ただし、弱め電流が同じでも出力トルクが異なると電機子電圧は変化するため、トルクの大きさに応じて電機子電圧を所望の値に制御することは、従来の制御方式は困難であった。
In the reluctance motor, it is known that the absolute value of the armature current vector and the output torque are not proportional, and it is difficult to perform highly accurate torque control with the conventional control method.
Further, when the rotational speed of the permanent magnet synchronous motor increases, the armature voltage increases due to the induced voltage due to the permanent magnet magnetic flux, and this induced voltage exceeds the voltage that can be output by the power conversion means such as an inverter. In order to prevent this, a weak flux control is performed in which a negative armature current vector called a weak current is generated in the permanent magnet magnetic flux axis direction to reduce the armature linkage magnetic flux.
However, since the armature voltage changes when the output torque is different even if the weakening current is the same, it is difficult for the conventional control method to control the armature voltage to a desired value according to the magnitude of the torque.

このような課題の解決を図った同期機制御装置の一例として、例えば、特許第4531751号公報(特許文献1)に示されるものがある。
特許文献1に示されている同期機制御装置は、トルク指令と磁束指令とから電機子電流指令のトルク成分であるトルク電流指令を演算するトルク電流演算器、電機子電流が電力変換手段の電流制限値を越えないよう電機子電流指令の磁化成分である磁化電流指令と前記電流制限値とに基づいて発生可能なトルク電流指令最大値とを発生するトルク電流制限生成器、前記トルク電流指令最大値に基づいてトルク電流指令に制限を加えるリミッタの3つの構成要素とから成るトルク電流指令生成器と、該トルク電流指令生成器からのトルク電流指令に基づいて磁束指令を演算する磁束指令生成器と、同期機の電機子電流または電機子電流および電機子電圧に基づいて電機子鎖交磁束を演算する磁束演算器と、磁束指令と前記電機子鎖交磁束とが一致するように磁化電流指令を作成してトルク電流指令生成器に入力する磁束制御器とを備えている。
As an example of a synchronous machine control device that has solved such a problem, there is one disclosed in, for example, Japanese Patent No. 4531751 (Patent Document 1).
A synchronous machine control device disclosed in Patent Document 1 is a torque current calculator that calculates a torque current command that is a torque component of an armature current command from a torque command and a magnetic flux command. A torque current limit generator that generates a magnetizing current command that is a magnetization component of the armature current command and a maximum torque current command that can be generated based on the current limiting value so as not to exceed the limiting value; A torque current command generator comprising three components of a limiter for limiting the torque current command based on the value, and a magnetic flux command generator for calculating a magnetic flux command based on the torque current command from the torque current command generator A magnetic flux calculator that calculates an armature linkage flux based on an armature current or an armature current and an armature voltage of a synchronous machine, and a magnetic flux command and the armature linkage flux Create a magnetizing current command and a flux controller for input to the torque current command generator to.

特許文献1の同期機制御装置は、磁束指令と磁化電流指令とを参照しながらトルク電流指令を算出することで電力変換手段の出力電流の制限を考慮するとともに、トルク電流指令を参照しながら磁束指令を算出するので、前記の出力電流制限によるトルク電流指令の変動を反映した好適な磁束指令を生成することを可能とするものである。   The synchronous machine control device disclosed in Patent Document 1 considers the limitation on the output current of the power conversion means by calculating the torque current command while referring to the magnetic flux command and the magnetization current command, and the magnetic flux while referring to the torque current command. Since the command is calculated, it is possible to generate a suitable magnetic flux command reflecting the variation of the torque current command due to the output current limitation.

特許第4531751号公報Japanese Patent No. 4531751

特許文献1に示されている同期機制御装置では、電圧指令値を算出する際に電機子電流を所望の電機子電流指令に一致させるように、実電流値と電流指令とのみに基づいて周知のPI(比例積分)制御などによって電流制御演算を実施している。
そのため、電流変化の小さい定常状態における電流制御の安定性と応答性は確保できるものの、電機子電流が大きく変化したり、電機子電流以外の電気角速度が変化した場合に、電流制御の安定性と応答性が低下する恐れがある。
特に、電機子鎖交磁束の発生方向により、同期機の電気角速度で回転する回転子上に固定した軸(後述のdq軸)に対して制御軸の方向が常に変化するため、安定性と応答性をより確実にするためには、電気角速度の変化に加え、該制御軸の方向の変化も考慮しなければならない。
In the synchronous machine control device disclosed in Patent Document 1, it is well known based only on the actual current value and the current command so that the armature current matches the desired armature current command when calculating the voltage command value. Current control calculation is performed by PI (proportional integral) control or the like.
Therefore, although stability and responsiveness of current control in a steady state with small current change can be secured, when the armature current changes greatly or the electrical angular velocity other than the armature current changes, Responsiveness may be reduced.
In particular, the direction of the control axis always changes with respect to the axis (dq axis, which will be described later) fixed on the rotor rotating at the electrical angular speed of the synchronous machine depending on the direction of generation of the armature interlinkage magnetic flux. In order to ensure the reliability, in addition to the change in the electrical angular velocity, the change in the direction of the control axis must be taken into consideration.

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、電気角速度はもとより、制御軸の方向が変化した場合の電流制御の安定性と応答性とを向上させることを目的としている。   The present invention has been made to solve such problems, and aims to improve the stability and responsiveness of current control when the direction of the control axis changes as well as the electrical angular velocity. It is said.

この発明に係る同期機制御装置は、同期機の電機子鎖交磁束の発生方向であるγ軸および前記γ軸と直交する方向であるδ軸の二軸(γδ軸)上で前記同期機を制御する同期機制御装置において、前記同期機の電気角速度による変化と前記電気角速度で回転する回転子上に固定した軸に対する前記同期機の制御軸方向の変化とに応じたγ軸電圧とδ軸電圧の各々の変化分を演算した値を、それぞれγ軸電圧指令およびδ軸電圧指令に加算する電圧補償部を備え、前記同期機が永久磁石同期機である場合の永久磁石磁束あるいは前記同期機が巻線界磁型である場合に界磁巻線に電流を通流した時に発生する磁束を界磁磁束と定義した時、前記電圧補償部は、前記同期機の電気角速度と、定義された前記界磁磁束と、前記界磁磁束の発生方向であるd軸に対する前記γ軸の位相とを用いて、前記γ軸電圧とδ軸電圧の各々の変化分を演算するものである。   The synchronous machine control device according to the present invention includes the synchronous machine on two axes (γδ axis) of a γ-axis that is a direction perpendicular to the γ-axis and a γ-axis that is a generation direction of the armature linkage magnetic flux of the synchronous machine. In the synchronous machine control device to be controlled, a γ-axis voltage and a δ-axis corresponding to a change due to an electrical angular speed of the synchronous machine and a change in a control axis direction of the synchronous machine with respect to an axis fixed on a rotor rotating at the electrical angular speed A voltage compensator for adding a value obtained by calculating each change in voltage to a γ-axis voltage command and a δ-axis voltage command, respectively, and the permanent magnet magnetic flux when the synchronous machine is a permanent magnet synchronous machine or the synchronous machine Is defined as the electric angular velocity of the synchronous machine when the magnetic flux generated when the current is passed through the field winding is defined as the field magnetic flux. The field magnetic flux and the d-axis that is the generation direction of the field magnetic flux By using the phase of the γ-axis against, and thereby we calculate the variation of each of the γ-axis voltage and the δ-axis voltage.

本発明によれば、同期機の電気角速度や制御軸の方向が変化した場合でも電流制御の安定性と応答性とを向上させることができる同期機制御装置を提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide a synchronous machine control device that can improve the stability and responsiveness of current control even when the electrical angular velocity of the synchronous machine or the direction of the control axis changes.

本発明の実施の形態1による同期機制御装置、電源および同期機とを含めた同期機制御システムの一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of the synchronous machine control system containing the synchronous machine control apparatus by 1st Embodiment of this invention, a power supply, and a synchronous machine. 実施の形態1における磁束演算器の構成の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a configuration of a magnetic flux calculator in the first embodiment. 実施の形態1における磁束演算器の他の構成例を示す図である。6 is a diagram illustrating another configuration example of a magnetic flux calculator in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における電流指令生成器の構成例を示す図である。3 is a diagram illustrating a configuration example of a current command generator according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における電圧補償部の構成の一例を示す図である。3 is a diagram illustrating an example of a configuration of a voltage compensation unit in the first embodiment. FIG. 実施の形態1における電圧補償部の他の構成例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing another configuration example of the voltage compensation unit in the first embodiment. 実施の形態1における電圧補償部の他の構成例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing another configuration example of the voltage compensation unit in the first embodiment. 実施の形態1における電圧補償部の他の構成例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing another configuration example of the voltage compensation unit in the first embodiment. 実施の形態1における電圧補償部の他の構成例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing another configuration example of the voltage compensation unit in the first embodiment. 実施の形態2による同期機制御装置、電源および同期機とを含めた同期機制御システムの一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of the synchronous machine control system containing the synchronous machine control apparatus by Embodiment 2, a power supply, and a synchronous machine. 実施の形態2における電圧補償部の構成の一例を示す図である。6 is a diagram illustrating an example of a configuration of a voltage compensation unit according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態2における電圧補償部の他の構成例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating another configuration example of the voltage compensation unit in the second embodiment. 実施の形態2における電圧補償部の他の構成例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating another configuration example of the voltage compensation unit in the second embodiment. 実施の形態2における電圧補償部の他の構成例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating another configuration example of the voltage compensation unit in the second embodiment.

以下、図面に基づいて、本発明の一実施の形態例について説明する。
なお、各図間において、同一符号は、同一あるいは相当のものであることを表す。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1による同期機制御装置、電源および同期機を含めた同期機制御システムの一例を示す構成図である。
以下、実施の形態1における同期機制御装置1の構成および各構成要素の機能について説明する。
まず、電力変換手段15の出力側から順に説明し、以降、電力変換手段15の入力側となる電圧指令の生成までの流れについて説明する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the drawings, the same reference numerals indicate the same or equivalent ones.
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an example of a synchronous machine control system including a synchronous machine control device, a power supply, and a synchronous machine according to Embodiment 1 of the present invention.
Hereinafter, the configuration of the synchronous machine control device 1 according to the first embodiment and the function of each component will be described.
First, description will be made in order from the output side of the power conversion means 15, and the flow until generation of a voltage command on the input side of the power conversion means 15 will be described.

本実施の形態における「同期機を駆動する同期機制御装置」の構成においては、電源2から供給される電力を多相交流電力へ変換する機能を有するインバータをはじめとする電力変換手段15と同期機3の電機子巻線とが接続されている。
そして、後述の構成によるγδ→UVW座標変換器14により得られる電圧指令vu*、vv*、vw* に基づいて、電力変換手段15は同期機3に電圧を印加し、同期機3を駆動する。その結果、同期機3の電機子巻線に出力電流が発生する。
なお、電源2は、直流電圧を出力する電源あるいは電池であり、単相あるいは三相の交流電源から周知のコンバータによって直流電圧を得るものも電源2の実施例として含まれる。
In the configuration of the “synchronous machine control device that drives the synchronous machine” in the present embodiment, it is synchronized with the power conversion means 15 including an inverter having a function of converting electric power supplied from the power source 2 into multiphase AC power. The armature winding of the machine 3 is connected.
Then, based on voltage commands vu *, vv *, vw * obtained by a γδ → UVW coordinate converter 14 having a configuration described later, the power conversion means 15 applies a voltage to the synchronous machine 3 to drive the synchronous machine 3. . As a result, an output current is generated in the armature winding of the synchronous machine 3.
The power source 2 is a power source or a battery that outputs a DC voltage. Examples of the power source 2 include a DC voltage obtained from a single-phase or three-phase AC power source by a known converter.

同期機3の出力電流である電機子巻線の電流(以下電機子電流と表記)は、電流センサをはじめとする電流検出手段16によって検出される。
なお、電流検出手段16は、「同期機3が三相回転機の場合、同期機3の三相の出力電流の内、全相の出力電流を検出する構成」、あるいは、「1つの相(例えばw相)の出力電流iwについては、検出した2つの相の出力電流iu、ivを用いてiw=−iu−ivの関係から求めるようにして、2つの相の出力電流を検出する構成」でも良い。
さらに、「各相の電流を直接検出する方法」以外に、周知の技術である「電源2と電力変換手段15との間を流れるDCリンク電流から前記出力電流を検出する方法」でも良い。
The armature winding current (hereinafter referred to as the armature current), which is the output current of the synchronous machine 3, is detected by the current detection means 16 including a current sensor.
The current detection means 16 is “a configuration in which, when the synchronous machine 3 is a three-phase rotating machine, the output current of all phases of the three-phase output current of the synchronous machine 3 is detected” or “one phase ( For example, the w-phase output current iw is detected from the relationship of iw = −iu−iv using the detected two-phase output currents iu and iv, and the two-phase output current is detected. But it ’s okay.
Further, in addition to the “method of directly detecting the current of each phase”, a “method of detecting the output current from the DC link current flowing between the power supply 2 and the power conversion unit 15” which is a well-known technique may be used.

位置検出手段18は、周知のレゾルバやエンコーダ等を用いて同期機3の回転子位置θを検出する。
速度演算器20は、検出した回転子位置θに基づいて微分演算を行い、同期機3の電気角速度ωを算出する。
本発明では、同期機3が永久磁石同期機である場合、永久磁石磁束を界磁磁束と定義し、また、同期機が巻線界磁型である場合、界磁巻線に電流を通流した時に発生する磁束を界磁磁束と定義する。
The position detection means 18 detects the rotor position θ of the synchronous machine 3 using a known resolver, encoder or the like.
The speed calculator 20 performs a differentiation operation based on the detected rotor position θ and calculates the electrical angular speed ω of the synchronous machine 3.
In the present invention, when the synchronous machine 3 is a permanent magnet synchronous machine, the permanent magnet magnetic flux is defined as a field magnetic flux, and when the synchronous machine is a winding field type, a current is passed through the field winding. The magnetic flux generated when the magnetic field is generated is defined as the field magnetic flux.

同期機3の回転子位置θとは、u相電機子巻線を基準に取った軸に対する前記界磁磁束(すなわち、定義された界磁磁束)のN極方向の角度を指し、同期機1の回転速度(電気角周波数)ωで回転する回転二軸座標(以下dq軸と表記)のd軸は前記界磁磁束のN極方向に定め、以下の説明もこれに従う。q軸はd軸に対して90°進んだ直交方向に定める。
なお、本発明では、電機子鎖交磁束の発生方向をγ軸、γ軸に対して90°進んだ直交方向をδ軸とし、以下γ軸とδ軸の二軸を総称してγδ軸と表記する。
The rotor position θ of the synchronous machine 3 refers to the angle in the N-pole direction of the field magnetic flux (that is, the defined field magnetic flux) with respect to the axis taken with reference to the u-phase armature winding. The d-axis of the rotating biaxial coordinates (hereinafter referred to as dq-axis) rotating at the rotational speed (electrical angular frequency) ω is determined in the N-pole direction of the field magnetic flux, and the following explanation follows this. The q axis is determined in an orthogonal direction advanced by 90 ° with respect to the d axis.
In the present invention, the generation direction of the armature interlinkage magnetic flux is the γ axis, the orthogonal direction advanced by 90 ° with respect to the γ axis is the δ axis, and hereinafter, the two axes of the γ axis and the δ axis are collectively referred to as the γδ axis. write.

磁束演算器19は、少なくとも電流検出手段16で検出した同期機3の出力電流iu、iv、iwと後述のγδ→UVW座標変換器14により得られる電圧指令vu*、vv*、vw* に基づいて、電機子鎖交磁束の推定値(以下、推定電機子鎖交磁束と表記)、具体的には、推定電機子鎖交磁束の絶対値|Φ|と推定電機子鎖交磁束の位相∠Φとを推定する。推定電機子鎖交磁束の位相∠Φとは、d軸に対する推定電機子鎖交磁束の方向(推定γ軸方向)の角度を指す。   The magnetic flux calculator 19 is based on at least the output currents iu, iv, iw of the synchronous machine 3 detected by the current detector 16 and the voltage commands vu *, vv *, vw * obtained by the γδ → UVW coordinate converter 14 described later. The estimated value of the armature linkage flux (hereinafter referred to as the estimated armature linkage flux), specifically, the absolute value of the estimated armature linkage flux | Φ | Estimate Φ. The phase ΦΦ of the estimated armature flux linkage refers to the angle of the direction of the estimated armature flux linkage (estimated γ-axis direction) with respect to the d-axis.

図2は、実施の形態1における磁束演算器19の構成図の一例である。
図2において、UVW→dq座標変換器101は次の式(1)の演算により、同期機3の出力電流iu、iv、iwを回転子位置θに基づいてdq軸上の電流id、iqに変換する。
FIG. 2 is an example of a configuration diagram of the magnetic flux calculator 19 in the first embodiment.
In FIG. 2, the UVW → dq coordinate converter 101 converts the output currents iu, iv, iw of the synchronous machine 3 into the currents id, iq on the dq axis based on the rotor position θ by the calculation of the following equation (1). Convert.

電流型磁束演算器102では、まず次の式(2)の演算により、dq軸推定鎖交磁束Φd、Φqを算出する。   The current-type magnetic flux calculator 102 first calculates dq-axis estimated flux linkages Φd and Φq by the calculation of the following equation (2).

ここで、Ld:d軸インダクタンス、Lq:q軸インダクタンス、Φm:同期機の界磁磁束
を表す。
そしてdq軸推定鎖交磁束Φd、Φqから、次式の演算により、推定電機子鎖交磁束の絶対値|Φ|と推定電機子鎖交磁束の位相∠Φとを算出し、出力する。
Here, Ld: d-axis inductance, Lq: q-axis inductance, and Φm: field magnetic flux of the synchronous machine.
Then, the absolute value | Φ | of the estimated armature linkage flux and the phase の Φ of the estimated armature linkage flux are calculated and output from the dq axis estimated linkage fluxes Φd and Φq by the following calculation.

また、図1において、前記磁束演算器19の代わりに以下に示す磁束演算器19aを用いても良い。   In FIG. 1, a magnetic flux calculator 19 a shown below may be used instead of the magnetic flux calculator 19.

図3は、実施の形態1における磁束演算器の他の構成例を示す図である。
磁束演算器19aは、前記磁束演算器19における電流型磁束演算器102の代わりに電圧型磁束演算器104を有する。
図3において、UVW→dq座標変換器103は、次の式(5)の演算により、電圧指令vu*、vv*、vw*を回転子位置θに基づいてdq軸上の電圧指令vd*、vq*に変換する。
FIG. 3 is a diagram illustrating another configuration example of the magnetic flux calculator in the first embodiment.
The magnetic flux calculator 19 a includes a voltage-type magnetic flux calculator 104 instead of the current-type magnetic flux calculator 102 in the magnetic flux calculator 19.
In FIG. 3, the UVW → dq coordinate converter 103 converts the voltage commands vu *, vv *, and vw * into voltage commands vd * on the dq axis based on the rotor position θ by the calculation of the following equation (5). Convert to vq *.

ただし、式(5)において電流検出手段16で検出された同期機3の電機子電流iu、iv、iwの値に基づく制御演算が、電力変換手段15から出力される三相電圧vu、vv、vwに反映されるまでの制御演算遅れ時間(無駄時間)を考慮し、回転子位置θに対し、前記制御演算遅れ時間に基づく位相補正量θd1分補正した位相で座標変換しても良い。
電圧型磁束演算器104では、まず、dq軸推定鎖交磁束Φd、Φqを算出する。
However, the control calculation based on the values of the armature currents iu, iv, iw of the synchronous machine 3 detected by the current detection means 16 in the equation (5) is the three-phase voltages vu, vv, Considering the control calculation delay time (dead time) until it is reflected in vw, coordinate conversion may be performed on the rotor position θ with a phase corrected by the phase correction amount θd1 based on the control calculation delay time.
The voltage-type magnetic flux calculator 104 first calculates dq-axis estimated flux linkages Φd and Φq.

ここで、Rは同期機の電機子巻線の抵抗を表す。
そしてdq軸推定鎖交磁束Φd、Φqから、式(3)、式(4)の演算により、推定電機子鎖交磁束の絶対値|Φ|と推定電機子鎖交磁束の位相∠Φとを算出し、出力する。
Here, R represents the resistance of the armature winding of the synchronous machine.
Then, the absolute value | Φ | of the estimated armature linkage flux and the phase の Φ of the estimated armature linkage flux are calculated from the dq axis estimated linkage fluxes Φd and Φq by the calculations of Equations (3) and (4). Calculate and output.

図2に示した電流型磁束演算器102を有する磁束演算器19は、回転速度にかかわらず磁束の推定が可能であるが、磁束推定にインダクタンス値を使用するので、磁気飽和等による同期機3の特性変動の影響を受けやすい。
一方、図3に示した電圧型磁束演算器104を有する磁束演算器19aは、インダクタンス値を用いないので同期機3の特性変動の影響を受けにくいが、回転速度が小さい、あるいは、電機子電圧が低い場合には、外乱等の影響によって推定精度が低下することがある。
The magnetic flux calculator 19 having the current-type magnetic flux calculator 102 shown in FIG. 2 can estimate the magnetic flux regardless of the rotational speed, but uses the inductance value for the magnetic flux estimation. Susceptible to fluctuations in characteristics.
On the other hand, the magnetic flux calculator 19a having the voltage-type magnetic flux calculator 104 shown in FIG. 3 does not use the inductance value and is not easily influenced by the characteristic fluctuation of the synchronous machine 3, but has a low rotational speed or an armature voltage. When is low, the estimation accuracy may decrease due to the influence of disturbance or the like.

これらの問題を解決する方法として、電流型磁束演算器102と電圧型磁束演算器104とを併用して、回転速度が小さい、あるいは電圧指令(変調率)が小さい領域では電流型磁束演算器102を主に使用し、これらが上昇すると電圧型磁束演算器104を主に使用するように、磁束演算器を切り換える方法を用いても良い。
さらに、細やかな切り換えを行えるように、回転速度ωあるいは電圧指令(変調率)を参照した重み付けを行いながら前記2種類の磁束演算器の出力を平均化するなどの方法を用いても良い。
As a method of solving these problems, the current-type magnetic flux calculator 102 and the voltage-type magnetic flux calculator 104 are used together, and the current-type magnetic flux calculator 102 is used in a region where the rotation speed is low or the voltage command (modulation factor) is small. A method of switching the magnetic flux calculators may be used so that the voltage type magnetic flux calculator 104 is mainly used when these are increased.
Further, a method may be used in which the outputs of the two types of magnetic flux calculators are averaged while performing weighting with reference to the rotational speed ω or voltage command (modulation rate) so that fine switching can be performed.

以上、電力変換手段15の出力側の動作について説明した。以降、電力変換手段15の入力側となる電圧指令の生成までの流れについて順に説明する。
UVW→γδ座標変換器17は、同期機3の出力電流iu、iv、iwを次の式(7)の演算により、γδ軸上の電流(検出値)iγ、iδに変換する。
The operation on the output side of the power conversion unit 15 has been described above. Hereinafter, a flow until generation of a voltage command on the input side of the power conversion unit 15 will be described in order.
The UVW → γδ coordinate converter 17 converts the output currents iu, iv, iw of the synchronous machine 3 into currents (detected values) iγ, iδ on the γδ axis by the calculation of the following equation (7).

電流指令生成器11は、トルク指令値τ*、PN間電圧Vpn、電気角速度ω、電機子鎖交磁束の絶対値|Φ|より、γδ軸電流指令値iγ*、iδ*を算出する。
図4は、実施の形態1における電流指令生成器の構成例を示す図である。
電流指令生成器11は、トルク電流指令生成器201、磁束指令生成器202と、磁束制御器203とから構成される。
トルク電流指令生成器201は、同期機制御装置外部から与えられるトルク指令τ*と後述の磁束指令調整器24から出力される電機子鎖交磁束指令Φ*とに基づいて、次の式(8)により、トルク電流指令iδ*を算出する。
The current command generator 11 calculates γδ-axis current command values iγ * and iδ * from the torque command value τ *, the PN voltage Vpn, the electrical angular velocity ω, and the absolute value | Φ |
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the current command generator in the first embodiment.
The current command generator 11 includes a torque current command generator 201, a magnetic flux command generator 202, and a magnetic flux controller 203.
The torque current command generator 201 is based on a torque command τ * given from the outside of the synchronous machine control device and an armature linkage magnetic flux command Φ * output from a magnetic flux command adjuster 24 described later (8) ) To calculate the torque current command iδ *.

ここで、Pm:同期機3の極対数を表す。
磁束指令生成器202は、入力されたトルク電流指令iδ*に対して好適な電機子鎖交磁束指令Φ*を出力する。なお、出力する磁束指令Φ*は、(同期機1の電機子巻線の)電流ベクトルiの絶対値|i|一定の条件下において、最大のトルクを出力するような磁束指令でも良いし、同期機3を動作させる上で発生する損失(銅損、鉄損、機械損などを含む)を最小とするような磁束指令でもよい。
磁束制御器203は、(電機子鎖交)磁束誤差ΔΦが0になるよう調整し、磁束誤差ΔΦに基づいて磁化電流指令iγ*を生成する。磁束誤差ΔΦは、推定電機子鎖交磁束の絶対値|Φ|を磁束指令生成器202により生成される電機子鎖交磁束指令Φ*から減じて算出される値であり、該演算式は次の式(9)となる。
Here, Pm: represents the number of pole pairs of the synchronous machine 3.
The magnetic flux command generator 202 outputs a suitable armature flux linkage command Φ * for the input torque current command iδ *. The output magnetic flux command Φ * may be a magnetic flux command that outputs the maximum torque under a certain condition of the absolute value of the current vector i (of the armature winding of the synchronous machine 1) | i | A magnetic flux command that minimizes losses (including copper loss, iron loss, mechanical loss, etc.) that occur when operating the synchronous machine 3 may be used.
The magnetic flux controller 203 adjusts the (armature linkage) magnetic flux error ΔΦ to 0, and generates a magnetization current command iγ * based on the magnetic flux error ΔΦ. The magnetic flux error ΔΦ is a value calculated by subtracting the absolute value | Φ | of the estimated armature interlinkage magnetic flux from the armature interlinkage magnetic flux command Φ * generated by the magnetic flux command generator 202. Equation (9) is obtained.

γ軸電流iγは同期機の磁化成分である磁化電流であるので、γ軸電流により電機子鎖交磁束を操作することができる。具体的には、磁化電流の増減量と電機子鎖交磁束の増減量はγ軸方向インダクタンスLγを比例係数にして比例関係となり、磁束誤差ΔΦが0になるよう調整するための制御器としては直達項を持たない積分器が好適であり、次の式(10)のような積分制御演算を用いて、磁化電流指令iγ*を生成する。 Since the γ-axis current iγ is a magnetization current that is a magnetization component of the synchronous machine 3 , the armature flux linkage can be manipulated by the γ-axis current. Specifically, the increase / decrease amount of the magnetizing current and the increase / decrease amount of the armature linkage flux are proportional to each other with the γ-axis inductance Lγ as a proportional coefficient, and a controller for adjusting the magnetic flux error ΔΦ to be 0 An integrator that does not have a direct term is suitable, and the magnetizing current command iγ * is generated by using an integral control calculation such as the following equation (10).

ここで、Kf:磁束制御器の積分項ゲイン、s:ラプラス演算子を表す。
電流制御器12は、γδ軸電流指令iγ*、iδ*とγδ軸電流iγ、iδとの偏差に基づいて、次の式(11)に示す比例積分制御(PI制御)を行い、PI制御に基づくγδ軸電圧指令vγ*pi、vδ*piを生成する。
Here, Kf: integral term gain of the magnetic flux controller, s: Laplace operator.
The current controller 12 performs proportional-integral control (PI control) shown in the following equation (11) based on the deviation between the γδ-axis current commands iγ *, iδ * and the γδ-axis currents iγ, iδ. Based on the γδ axis voltage commands vγ * pi and vδ * pi.

ここで、Kpγ:電流制御γ軸比例ゲイン、Kiγ:電流制御γ軸積分ゲイン、Kpδ:電流制御δ軸比例ゲイン、Kiδ:電流制御δ軸積分ゲインを表す。
電圧補償部13は、前記PI制御に基づくγδ軸電圧指令vγ*pi、vδ*piに対して、電気角速度ωやd軸に対する制御軸(すなわちγ軸)の角度である推定電機子鎖交磁束の位相∠Φの変化によるγδ軸電圧の変化分vγ*de、vδ*deを補償し、補償後のγδ軸電圧指令vγ*、vδ*を算出し、出力する。
以下、前記γδ軸電圧の変化分vγ*de、vδ*deの導出について説明する。
d軸電圧vdq軸電圧 vq は以下の式(12)により表される。
Here, Kpγ: current control γ-axis proportional gain, Kiγ: current control γ-axis integral gain, Kpδ: current control δ-axis proportional gain, and Kiδ: current control δ-axis integral gain.
The voltage compensator 13 estimates an armature flux linkage that is an angle of a control axis (that is, a γ axis) with respect to the electrical angular velocity ω and the d axis with respect to the γδ axis voltage commands vγ * pi and vδ * pi based on the PI control. Γδ axis voltage changes vγ * de and vδ * de due to the change in phase ∠Φ of the γδ axis are compensated, and the compensated γδ axis voltage commands vγ * and vδ * are calculated and output.
Described below is the derivation of the changes vγ * de and vδ * de of the γδ axis voltage.
The d-axis voltage vdq-axis voltage vq is expressed by the following equation (12).

ここで、p:微分演算子(=d/dt)を表す。
式(12)において、id、iqの時間変化が小さい場合、vd、vq は以下の式(13)に
より表される。
Here, p: represents a differential operator (= d / dt).
In the equation (12), when id and iq change little, vd and vq are expressed by the following equation (13).

γ軸電圧 vγ、δ軸電圧 vδは以下の式(14)により表される。   The γ-axis voltage vγ and the δ-axis voltage vδ are expressed by the following formula (14).

式(14)に式(13)のvd、vqを代入すると、vγ、vδは、以下の式(15)により表される。   When vd and vq of Expression (13) are substituted into Expression (14), vγ and vδ are expressed by the following Expression (15).

γ軸電流iγ、δ軸電流iδは、以下の式(16)により表される。   The γ-axis current iγ and the δ-axis current iδ are expressed by the following formula (16).

式(16)より、vγ、vδは、以下の式(17)により表される。   From the equation (16), vγ and vδ are expressed by the following equation (17).

ここで、   here,

とおくと、vγ、vδは、以下の式(19)により表される。   In other words, vγ and vδ are expressed by the following equation (19).

式(19)より、前記PI制御に基づくγδ軸電圧指令vγ*pi、vδ*piに対して、補償すべきγδ軸電圧の変化分vγ*de、vδ*deを、例えば次の式(20)により定義する。   From the equation (19), the γδ axis voltage changes vγ * de and vδ * de to be compensated for the γδ axis voltage commands vγ * pi and vδ * pi based on the PI control are expressed by, for example, the following equation (20 ).

補償すべきγδ軸電圧の変化分vγ*de、vδ*deを式(20)とすることにより、d軸に
対して制御軸(γ軸)の方向が変化した場合の電流制御の安定性と応答性とを向上させることができる。
By using the expression (20) for the changes vγ * de and vδ * de of the γδ axis voltage to be compensated, the stability of the current control when the direction of the control axis (γ axis) changes with respect to the d axis Responsiveness can be improved.

図5は、実施の形態1における電圧補償部の構成図の一例である。
電圧補償部13は、界磁磁束記憶器301と、γ軸電圧補償器302と、δ軸電圧補償器303とから構成される。
界磁磁束記憶器301は、同期機の界磁石磁束Φmを記憶している。
γ軸電圧補償器302とδ軸電圧補償器303は、式(20)に基づいて、γδ軸電圧の変化分vγ*de、vδ*deを算出する。
γδ→uvw座標変換器14は、電圧補償部13による補償後のγδ軸電圧指令vγ*、vδ*を、次の式(21)に基づいて、uvw相電圧指令vu*、vv*、vw* へ座標変換する。
FIG. 5 is an example of a configuration diagram of the voltage compensation unit in the first embodiment.
The voltage compensator 13 includes a field magnetic flux memory 301, a γ-axis voltage compensator 302, and a δ-axis voltage compensator 303.
The field magnetic flux memory 301 stores the field magnet magnetic flux Φm of the synchronous machine.
The γ-axis voltage compensator 302 and the δ-axis voltage compensator 303 calculate γδ-axis voltage changes vγ * de and vδ * de based on Expression (20).
The γδ → uvw coordinate converter 14 converts the γδ axis voltage commands vγ * and vδ * after compensation by the voltage compensator 13 into uvw phase voltage commands vu *, vv * and vw * based on the following equation (21). Convert coordinates to.

ただし、式(21)において電流検出手段5で検出された同期機3の出力電流iu、iv、iwの値に基づく制御演算が電力変換手段4から出力される三相電圧vu、vv、vwに反映されるまでの制御演算遅れ時間(無駄時間)を考慮し、(θ+∠Φ)に対し、前記制御演算遅れ時間に基づく位相補正量θd2分補正した位相で座標変換しても良い。
電力変換手段15は、前記の通り、電圧指令vu*、vv*、vw*に基づいて同期機3に電圧vu、vv、vwを印加する。
However, the control calculation based on the values of the output currents iu, iv, iw of the synchronous machine 3 detected by the current detection means 5 in the equation (21) is applied to the three-phase voltages vu, vv, vw output from the power conversion means 4. In consideration of the control calculation delay time (dead time) until the reflection, coordinate conversion may be performed with respect to (θ + ∠Φ) with a phase corrected by the phase correction amount θd2 based on the control calculation delay time.
As described above, the power conversion means 15 applies the voltages vu, vv, vw to the synchronous machine 3 based on the voltage commands vu *, vv *, vw *.

本実施の形態によれば、電気角速度ωやd軸に対する制御軸(すなわちγ軸)の角度である推定電機子鎖交磁束の位相∠Φの変化に応じたγδ軸電圧の変化分を補償するので、特許文献1の同期機制御装置と比較して電流制御安定性と応答性とが向上する。
さらに、実際のγδ軸電流(検出値)の変化をも考慮することにより、電機子電流が大きく変化した時の電流制御の応答性がより向上する。
According to the present embodiment, the amount of change in the γδ axis voltage corresponding to the change in the phase ΦΦ of the estimated armature flux linkage that is the angle of the control axis (ie, the γ axis) with respect to the electrical angular velocity ω and the d axis is compensated. Therefore, compared with the synchronous machine control device disclosed in Patent Document 1, the current control stability and responsiveness are improved.
Furthermore, by taking into account the actual change in the γδ-axis current (detected value), the responsiveness of the current control when the armature current changes greatly is further improved.

図6は、実施の形態1における電圧補償部の他の構成例を示す図であって、前記電圧補償部13とは異なる構成の電圧補償部13aを示している。
電圧補償部13aは、界磁磁束記憶器301と、γ軸電圧補償器302aと、δ軸電圧補償器303aと、δ軸インダクタンス記憶器304と、γ軸インダクタンス記憶器305とから構成される。
δ軸インダクタンス記憶器304、γ軸インダクタンス記憶器305は、それぞれδ軸インダクタンスLδ、γ軸インダクタンスLγを記憶している。
γ軸電圧補償器302aと、δ軸電圧補償器303aは、次の式(22)に基づいて、γδ軸電圧の変化分vγ*de、vδ*deを算出する。
FIG. 6 is a diagram illustrating another configuration example of the voltage compensation unit in the first embodiment, and illustrates a voltage compensation unit 13 a having a configuration different from that of the voltage compensation unit 13.
The voltage compensator 13a includes a field magnetic flux memory 301, a γ-axis voltage compensator 302a, a δ-axis voltage compensator 303a, a δ-axis inductance memory 304, and a γ-axis inductance memory 305.
The δ-axis inductance memory 304 and the γ-axis inductance memory 305 store a δ-axis inductance Lδ and a γ-axis inductance Lγ, respectively.
The γ-axis voltage compensator 302a and the δ-axis voltage compensator 303a calculate γδ-axis voltage changes vγ * de and vδ * de based on the following equation (22).

γδ軸電圧の変化分vγ*de、vδ*deに、式(22)の右辺第1項の「−ω・Lδ・iδ」、「ω・Lγ・iγ」を含めることにより、電圧補償部13を用いる場合と比較して、電機子電流が大きく変化した時の電流制御の応答性がより向上する。
また、γδ軸電圧の変化分vγ*de、vδ*deを算出する際に、γδ軸電流(検出値)の代わりに、検出時のノイズ等の影響を受けないγδ軸電流指令値を用いてもよい。
The voltage compensator 13 is obtained by including “−ω · Lδ · iδ” and “ω · Lγ · iγ” in the first term on the right side of the equation (22) in the changes vγ * de and vδ * de of the γδ axis voltage. Compared with the case of using, the current control response when the armature current greatly changes is further improved.
In addition, when calculating the γδ axis voltage changes vγ * de and vδ * de, instead of the γδ axis current (detected value), a γδ axis current command value that is not affected by noise at the time of detection is used. Also good.

図7は、実施の形態1における電圧補償部の他の構成例を示す図であって、前記電圧補償部13、電圧補償部13aとは異なる構成の電圧補償部13bを示している。
電圧補償部13bは、界磁磁束記憶器301と、γ軸電圧補償器302bと、δ軸電圧補償器303bと、δ軸インダクタンス記憶器304と、γ軸インダクタンス記憶器305とから構成される。γ軸電圧補償器302bと、δ軸電圧補償器303bは、次の式(23)に基づいて、γδ軸電圧の変化分vγ*de、vδ*deを算出する。
FIG. 7 is a diagram showing another configuration example of the voltage compensation unit in the first embodiment, and shows a voltage compensation unit 13b having a configuration different from the voltage compensation unit 13 and the voltage compensation unit 13a.
The voltage compensator 13b includes a field magnetic flux memory 301, a γ-axis voltage compensator 302b, a δ-axis voltage compensator 303b, a δ-axis inductance memory 304, and a γ-axis inductance memory 305. The γ-axis voltage compensator 302b and the δ-axis voltage compensator 303b calculate γδ-axis voltage changes vγ * de and vδ * de based on the following equation (23).

γδ軸電圧の変化分vγ*de、vδ*deの算出に、検出ノイズ等の影響を受けないγδ軸電流指令値を用いることにより、電圧補償部13を用いる場合と比較して、電機子電流が大きく変化した時の電流制御の安定性がより向上する。
また、γδ軸電圧の変化分vγ*de、vδ*deを算出する際に、γδ軸電流(検出値)の代わりに、iγとiγ*との重み平均値と、iδとiδ*との重み平均値とを用いてもよい。
By using a γδ-axis current command value that is not affected by detection noise or the like in calculating γδ-axis voltage changes vγ * de and vδ * de, the armature current is compared with the case where the voltage compensator 13 is used. As a result, the stability of the current control when the value changes greatly is improved.
In addition, when calculating the changes vγ * de and vδ * de of the γδ-axis voltage, instead of the γδ-axis current (detected value), the weighted average value of iγ and iγ * and the weight of iδ and iδ * An average value may be used.

図8は、実施の形態1における電圧補償部の他の構成例を示す図であって、前記電圧補償部13、電圧補償部13a、電圧補償部13bとは異なる構成の電圧補償部13cを示している。
電圧補償部13cは、界磁磁束記憶器301と、γ軸電圧補償器302cと、δ軸電圧補償器303cと、δ軸インダクタンス記憶器304と、γ軸インダクタンス記憶器305と、δ軸電流重み係数記憶器306と、数値記憶器307、307aと、γ軸電流重み係数記憶器308とから構成される。
δ軸電流重み係数記憶器306、γ軸電流重み係数記憶器308は、それぞれδ軸電流重み係数kδ、γ軸電流重み係数kγを記憶している。
数値記憶器307、307aは、1という数値を記憶している。
γ軸電圧補償器302cとδ軸電圧補償器303cは、次の式(24)に基づいてγδ軸電圧の変化分vγ*de、vδ*deを算出する。
FIG. 8 is a diagram illustrating another configuration example of the voltage compensation unit in the first embodiment, and illustrates a voltage compensation unit 13c having a configuration different from the voltage compensation unit 13, the voltage compensation unit 13a, and the voltage compensation unit 13b. ing.
The voltage compensator 13c includes a field magnetic flux memory 301, a γ-axis voltage compensator 302c, a δ-axis voltage compensator 303c, a δ-axis inductance memory 304, a γ-axis inductance memory 305, and a δ-axis current weight. A coefficient storage unit 306, numerical storage units 307 and 307a, and a γ-axis current weighting coefficient storage unit 308 are configured.
The δ-axis current weighting factor storage unit 306 and the γ-axis current weighting factor storage unit 308 store a δ-axis current weighting factor kδ and a γ-axis current weighting factor kγ, respectively.
The numerical storage units 307 and 307a store a numerical value of 1.
The γ-axis voltage compensator 302c and the δ-axis voltage compensator 303c calculate γδ-axis voltage changes vγ * de and vδ * de based on the following equation (24).

γδ軸電圧の変化分vγ*de、vδ*deの算出に、iγとiγ*との重み平均値と、iδとiδ*との重み平均値とを用いることにより、電圧補償部13を用いる場合と比較して、電機子電流が大きく変化した時の電流制御の応答性と安定性の両方がより向上する。
また、式(18)に示すように、Lγ、Lδの値は、γδ軸電流iγ、iδ、dq電流id、iq、∠Φによって変化する値であるため、逐次Lγ、Lδの値を補正するような構成としてもよい。
When the voltage compensator 13 is used by calculating the weighted average value of iγ and iγ * and the weighted average value of iδ and iδ * for calculating the changes vγ * de and vδ * de of the γδ axis voltage As compared with, both the responsiveness and stability of the current control when the armature current changes greatly are improved.
Further, as shown in the equation (18), the values of Lγ and Lδ are values that change depending on the γδ axis currents iγ, iδ, dq currents id, iq, and ΦΦ, and therefore the values of Lγ and Lδ are sequentially corrected. It is good also as such a structure.

図9は、実施の形態1における電圧補償部の他の構成例を示す図であって、前記電圧補償部13、電圧補償部13a〜電圧補償部13cとは異なる構成の電圧補償部13dを示している。
電圧補償部13dは、界磁磁束記憶器301と、γ軸電圧補償器302cと、δ軸電圧補償器303cと、δ軸電流重み係数記憶器306と、数値記憶器307、307aと、γ軸電流重み係数記憶器308と、δ軸インダクタンス演算器309と、γ軸インダクタンス演算器310とから構成される。
δ軸インダクタンス演算器309とγ軸インダクタンス演算器310は、それぞれトルク指令τ*や電気角速度ωを入力として、Lδ、Lγの値を演算して出力する。
FIG. 9 is a diagram illustrating another configuration example of the voltage compensation unit according to the first embodiment, and illustrates the voltage compensation unit 13 and the voltage compensation unit 13d having a configuration different from the voltage compensation unit 13a to the voltage compensation unit 13c. ing.
The voltage compensator 13d includes a field magnetic flux memory 301, a γ-axis voltage compensator 302c, a δ-axis voltage compensator 303c, a δ-axis current weight coefficient memory 306, numerical value memories 307 and 307a, a γ-axis The current weight coefficient storage unit 308, the δ-axis inductance calculator 309, and the γ-axis inductance calculator 310 are configured.
The δ-axis inductance calculator 309 and the γ-axis inductance calculator 310 calculate and output the values of Lδ and Lγ with the torque command τ * and the electrical angular velocity ω as inputs, respectively.

Lγ、Lδの値は、式(18)に示すようにγδ軸電流iγ、iδ、dq電流id、iq、∠Φの複数のパラメータに基づく関数として表されるが、これら複数のパラメータの関数としてLγ、Lδの値を演算する代わりに、トルク指令τ*と電気角速度ωとよって変化する値と見なして、トルク指令τ*と電気角速度ωとを入力としてLγ、Lδの値を出力するようなテーブル、あるいは数式という形で前記δ軸インダクタンス演算器309と、γ軸インダクタンス演算器310とを実現する。該テーブルや数式は、予め解析や実測に基づいて作成しておく。
逐次Lγ、Lδの値を補正することにより、電圧補償部13cを用いる場合と比較して、電圧補償精度がより向上し、より電流制御の安定性と応答性とを向上できる。
The values of Lγ and Lδ are expressed as functions based on a plurality of parameters of γδ axis currents iγ, iδ, dq currents id, iq, and ΦΦ as shown in Expression (18). Instead of calculating the values of Lγ and Lδ, it is assumed that the values change depending on the torque command τ * and the electrical angular velocity ω, and the values of Lγ and Lδ are output with the torque command τ * and the electrical angular velocity ω as inputs. The δ-axis inductance calculator 309 and the γ-axis inductance calculator 310 are realized in the form of a table or a mathematical expression. The table and mathematical formula are created in advance based on analysis and actual measurement.
By sequentially correcting the values of Lγ and Lδ, the voltage compensation accuracy can be further improved and the stability and responsiveness of the current control can be further improved as compared with the case where the voltage compensator 13c is used.

以上説明したように、実施の形態1による同期機制御装置は、同期機3の電機子鎖交磁束の発生方向であるγ軸および前記γ軸と直交する方向であるδ軸の二軸(γδ軸)上で前記同期機3を制御する同期機制御装置において、前記同期機3の電気角速度による変化と前記電気角速度で回転する回転子上に固定した軸に対する前記同期機の制御軸方向の変化とに応じたγ軸電圧とδ軸電圧の各々の変化分を演算した値を、それぞれγ軸電圧指令およびδ軸電圧指令に加算する電圧補償部13を備え、前記同期機3が永久磁石同期機である場合の永久磁石磁束あるいは前記同期機3が巻線界磁型である場合に界磁巻線に電流を通流した時に発生する磁束を界磁磁束と定義した時、前記電圧補償部13は、前記同期機3の電気角速度と、定義された前記界磁磁束と、前記界磁磁束の発生方向であるd軸に対する前記γ軸の位相とを用いて、前記γ軸電圧とδ軸電圧の各々の変化分を演算する。
従って、従来例と比較して、電気角速度、同期機の電気角速度で回転する回転子上に固定した軸に対する制御軸の方向の変化に応じたγ軸電圧とδ軸電圧の各々の変化分を補償することが可能となり、同期機制御装置電流制御の安定性と応答性とが向上する。
As described above, the synchronous machine control device according to the first embodiment has two axes (γδ) of the γ axis that is the direction in which the armature flux linkage of the synchronous machine 3 is generated and the direction that is orthogonal to the γ axis. In the synchronous machine control device for controlling the synchronous machine 3 on the shaft), the change due to the electrical angular speed of the synchronous machine 3 and the change in the control axis direction of the synchronous machine with respect to the shaft fixed on the rotor rotating at the electrical angular speed And a voltage compensator 13 for adding the calculated values of the γ-axis voltage and the δ-axis voltage to the γ-axis voltage command and the δ-axis voltage command, respectively. When the magnetic flux generated when a current is passed through a field winding when the synchronous machine 3 is a winding field type when the synchronous machine 3 is a winding field type, the voltage compensation unit 13 is the electrical angular velocity of the synchronous machine 3 and the defined And magnetic flux, using the phase of the γ-axis with respect to the d-axis is the generating direction of the field magnetic flux, we calculate the variation of each of the γ-axis voltage and the δ-axis voltage.
Therefore, compared with the conventional example, the electrical angular velocity, the change amount of each of the γ-axis voltage and the δ-axis voltage according to the change in the direction of the control axis with respect to the shaft fixed on the rotor rotating at the electrical angular velocity of the synchronous machine, Compensation is possible, and the stability and response of the synchronous machine controller current control are improved.

また、電圧補償部13a(図6参照)は、γδ軸上のインダクタンスとγδ軸上の電流検出値を用いて、γ軸電圧とδ軸電圧の各々の変化分を演算する。
従って、図5に示した電圧補償部13を用いた場合と比較して、実際のγδ軸電流値の変化をも考慮することが可能となり、電機子電流が大きく変化した時の電流制御の応答性がより向上する。
また、電圧補償部13b(図7参照)は、γδ軸上のインダクタンスとγδ軸上の電流指令値を用いて、γ軸電圧とδ軸電圧の各々の変化分を演算する。
従って、図5に示した電圧補償部13を用いた場合と比較して、検出ノイズの影響が無いγδ軸上の電流指令値を用いながら、γδ軸電流値の変化を考慮することが可能となり、電機子電流が大きく変化した時の電流制御の安定性がより向上する。
Further, the voltage compensator 13a (see FIG. 6) calculates a change amount of each of the γ-axis voltage and the δ-axis voltage using the inductance on the γδ axis and the detected current value on the γδ axis.
Therefore, compared with the case where the voltage compensator 13 shown in FIG. 5 is used, it is possible to consider the actual change in the γδ axis current value, and the response of the current control when the armature current changes greatly. More improved.
Further, the voltage compensator 13b (see FIG. 7) calculates each change amount of the γ-axis voltage and the δ-axis voltage using the inductance on the γδ axis and the current command value on the γδ axis.
Therefore, it is possible to consider the change in the γδ axis current value while using the current command value on the γδ axis that is not affected by the detection noise, as compared with the case where the voltage compensator 13 shown in FIG. 5 is used. The stability of the current control when the armature current changes greatly is further improved.

また、電圧補償部13c(図8参照)は、γδ軸上のインダクタンスと、γδ軸上の電流検出値とγδ軸上の電流指令値との重み平均値を用いて、γ軸電圧とδ軸電圧の各々の変化分を演算する。
従って、図5に示した電圧補償部13を用いた場合と比較して、γδ軸上の電流検出値と電流指令値との両方を用いてγδ軸電圧の変化分を演算することが可能となり、電機子電流が大きく変化した時の電流制御の応答性と安定性の両方がより向上する。
また、電圧補償部13d(図9参照)は、電気角速度とトルク指令とに基づいてLγ、Lδの値を補正する。
従って、図6〜図8に示した電圧補償部を用いた場合と比較して、γδ軸上のインダクタンスの値が一定ではない場合において、トルク指令や電気角速度に応じて逐次γδ軸上のインダクタンスの値を補正することが可能となり、電圧補償精度がより向上し、電流制御の安定性と応答性とを向上できる。
Further, the voltage compensator 13c (see FIG. 8) uses the weighted average value of the inductance on the γδ axis, the detected current value on the γδ axis, and the current command value on the γδ axis, and the γ-axis voltage and the δ-axis. The change of each voltage is calculated.
Therefore, as compared with the case where the voltage compensator 13 shown in FIG. 5 is used, it is possible to calculate the change in the γδ axis voltage using both the current detection value on the γδ axis and the current command value. Both the responsiveness and stability of the current control when the armature current changes greatly are improved.
Further, the voltage compensation unit 13d (see FIG. 9) corrects the values of Lγ and Lδ based on the electrical angular velocity and the torque command.
Accordingly, when the inductance value on the γδ axis is not constant as compared with the case where the voltage compensator shown in FIGS. 6 to 8 is used, the inductance on the γδ axis is sequentially increased according to the torque command and the electrical angular velocity. Can be corrected, the voltage compensation accuracy can be further improved, and the stability and responsiveness of current control can be improved.

実施の形態2.
前述した実施の形態1における同期機制御装置では、γδ軸インダクタンスLγ、Lδが一定値でない場合において、予め解析や実測に基づいて作成したテーブルあるいは数式に基づいて、トルク指令τ*や電気角速度ωの値からLγ、Lδの値を算出し、逐次Lγ、Lδの値を補正している。
しかしながら、トルク指令τ*や電気角速度ωの値からLγ、Lδの値を算出するための前記テーブルあるいは数式を予め解析や実測に基づいて作成することは容易ではなく、多くの工数を要する。
Embodiment 2. FIG.
In the synchronous machine control device according to the first embodiment described above, when the γδ-axis inductances Lγ and Lδ are not constant values, the torque command τ * and the electrical angular velocity ω are based on a table or mathematical formula created based on analysis or measurement in advance. From these values, the values of Lγ and Lδ are calculated, and the values of Lγ and Lδ are successively corrected.
However, it is not easy to previously create the table or the mathematical formula for calculating the values of Lγ and Lδ from the values of the torque command τ * and the electrical angular velocity ω based on analysis and actual measurement, and requires a lot of man-hours.

一般的に、dq軸上のインダクタンスLd、Lqは、dq軸電流id、iqのみに依存して変化することが多く、さらに、飽和の影響を無視すれば一定値として扱うことができ、γδ軸上のインダクタンスLγ、Lδと比較して演算処理上扱い易い。
このことを鑑み、実施の形態2では、dq軸上のインダクタンスLd、Lqを用いて、前記γδ軸電圧の変化分vγ*de、vδ*deを算出する構成とする。
In general, the inductances Ld and Lq on the dq axis often change depending only on the dq axis currents id and iq, and can be treated as a constant value if the influence of saturation is ignored. Compared to the above inductances Lγ and Lδ, it is easy to handle in terms of arithmetic processing.
In view of this, in the second embodiment, the γδ-axis voltage changes vγ * de and vδ * de are calculated using the inductances Ld and Lq on the dq-axis.

図10は、実施の形態2における同期機制御装置1aと電源2と同期機3とを含めた同期機制御システムを示すものである。
実施の形態2における同期機制御装置1aの構成は、実施の形態1における同期機制御装置1の構成とほぼ同じであるが、磁束演算器19の出力信号としてdq軸電流id、iqが追加されていることと、γδ→dq座標変換器21が追加されていることと、電圧補償部13eの構成が異なる。
γδ→dq座標変換器21は、γδ軸電流指令iγ*、iδ*をdq軸電流指令id*、iq* へ座標変換する。
FIG. 10 shows a synchronous machine control system including the synchronous machine control device 1a, the power source 2, and the synchronous machine 3 in the second embodiment.
The configuration of the synchronous machine control device 1a in the second embodiment is substantially the same as the configuration of the synchronous machine control device 1 in the first embodiment, but dq-axis currents id and iq are added as output signals of the magnetic flux calculator 19. And the addition of the γδ → dq coordinate converter 21 and the configuration of the voltage compensator 13e are different.
The γδ → dq coordinate converter 21 converts the γδ axis current commands iγ * and iδ * into the dq axis current commands id * and iq *.

図11は、実施の形態2における電圧補償部13eの構成図の一例である。
電圧補償部13eは、界磁磁束記憶器301と、γ軸電圧補償器302eと、δ軸電圧補償器303eと、d軸インダクタンス記憶器311と、q軸インダクタンス記憶器312とから構成される。
d軸インダクタンス記憶器311、q軸インダクタンス記憶器312は、それぞれd軸インダクタンスLd、q軸インダクタンスLqを記憶している。
γ軸電圧補償器302eと、δ軸電圧補償器303eは、次の式(26)の演算により前記γδ軸電圧の変化分vγ*de、vδ*deを算出する。
FIG. 11 is an example of a configuration diagram of the voltage compensator 13e according to the second embodiment.
The voltage compensator 13e includes a field magnetic flux memory 301, a γ-axis voltage compensator 302e, a δ-axis voltage compensator 303e, a d-axis inductance memory 311, and a q-axis inductance memory 312.
The d-axis inductance memory 311 and the q-axis inductance memory 312 store a d-axis inductance Ld and a q-axis inductance Lq, respectively.
The γ-axis voltage compensator 302e and the δ-axis voltage compensator 303e calculate the γδ-axis voltage changes vγ * de and vδ * de by the calculation of the following equation (26).

本実施の形態によれば、電気角速度ωやd軸に対する制御軸(すなわちγ軸)の角度である推定電機子鎖交磁束の位相∠Φの変化に応じたγδ軸電圧の変化分を補償する際、実際のdq軸電流(検出値)の変化をdq軸インダクタンスに基づいて考慮することにより、前記テーブルあるいは数式を予め解析や実測に基づいて作成する工数が減少し、演算処理も容易となるとともに、電機子電流が大きく変化した時の電流制御の応答性もより向上する。
また、γδ軸電圧の変化分vγ*de、vδ*deを算出する際に、dq軸電流(検出値)の代わりに、検出時のノイズ等の影響を受けないdq軸電流指令値を用いてもよい。
According to the present embodiment, the amount of change in the γδ axis voltage corresponding to the change in the phase ΦΦ of the estimated armature flux linkage that is the angle of the control axis (ie, the γ axis) with respect to the electrical angular velocity ω and the d axis is compensated. At this time, considering the actual change in the dq-axis current (detected value) based on the dq-axis inductance, the number of steps for preparing the table or formula in advance based on analysis or actual measurement is reduced, and the calculation process is facilitated. In addition, the responsiveness of current control when the armature current changes greatly is further improved.
In addition, when calculating the changes vγ * de and vδ * de of the γδ axis voltage, a dq axis current command value that is not affected by noise at the time of detection is used instead of the dq axis current (detected value). Also good.

図12は、実施の形態2における電圧補償部の他の構成例を示す図であって、前記電圧補償部13eとは異なる電圧補償部13fの構成を示している。
電圧補償部13fは、界磁磁束記憶器301と、γ軸電圧補償器302fと、δ軸電圧補償器303fと、d軸インダクタンス記憶器311と、q軸インダクタンス記憶器312とから構成される。
γ軸電圧補償器302fと、δ軸電圧補償器303fとは、次式の演算により前記γδ軸電圧の変化分vγ*de、vδ*deを算出する。
FIG. 12 is a diagram illustrating another configuration example of the voltage compensation unit according to the second embodiment, and illustrates a configuration of a voltage compensation unit 13f different from the voltage compensation unit 13e.
The voltage compensator 13f includes a field magnetic flux memory 301, a γ-axis voltage compensator 302f, a δ-axis voltage compensator 303f, a d-axis inductance memory 311, and a q-axis inductance memory 312.
The γ-axis voltage compensator 302f and the δ-axis voltage compensator 303f calculate the γδ-axis voltage changes vγ * de and vδ * de by calculating the following equation.

電圧補償部13fを用いてγδ軸電圧の変化分vγ*de、vδ*deを算出することにより、電圧補償部13を用いる場合と比較して、電機子電流が大きく変化した時の電流制御の安定性がより向上する。
また、電圧補償部13eを用いた場合と同様に、前記γδ軸上のインダクタンスを補正するためのテーブルあるいは数式を予め解析や実測に基づいて作成する工数が減少し、演算処理も容易となる。
また、γδ軸電圧の変化分vγ*de、vδ*deを算出する際に、dq軸電流(検出値)の代わりに、idとid*の重み平均値とiqとiq*の重み平均値を用いてもよい。
By calculating the γδ-axis voltage changes vγ * de and vδ * de using the voltage compensator 13f, compared with the case where the voltage compensator 13 is used, the current control when the armature current changes greatly is obtained. Stability is further improved.
Similarly to the case of using the voltage compensation unit 13e, the number of steps for preparing a table or formula for correcting the inductance on the γδ axis in advance based on analysis or actual measurement is reduced, and calculation processing is facilitated.
Also, when calculating the vγ * de and vδ * de changes in the γδ axis voltage, the weighted average value of id and id * and the weighted average value of iq and iq * are used instead of the dq axis current (detected value). It may be used.

図13は、実施の形態2における電圧補償部の他の構成例を示す図であって、前記電圧補償部13eとは異なる電圧補償部13gの構成を示している。
電圧補償部13gは、界磁磁束記憶器301と、γ軸電圧補償器302gと、δ軸電圧補償器303gと、数値記憶器307b、307cと、d軸インダクタンス記憶器311と、q軸インダクタンス記憶器312と、d軸電流重み係数記憶器313と、γ軸電流重み係数記憶器314とから構成される。
γ軸電圧補償器302gとδ軸電圧補償器303gは、次の式(28)の演算により前記γδ軸電圧の変化分vγ*de、vδ*deを算出する。数値記憶器307b、307cは、1という数値を記憶している。d軸電流重み係数記憶器313とq軸電流重み係数記憶器314は、それぞれd軸電流重み係数kd、q軸電流重み係数kqを記憶している。γ軸電圧補償器302gと、δ軸電圧補償器303gとは、次の式(28)の演算により前記γδ軸電圧の変化分vγ*de、vδ*deを算出する。
FIG. 13 is a diagram showing another configuration example of the voltage compensation unit in the second embodiment, and shows a configuration of a voltage compensation unit 13g different from the voltage compensation unit 13e.
The voltage compensator 13g includes a field magnetic flux memory 301, a γ-axis voltage compensator 302g, a δ-axis voltage compensator 303g, numerical memory 307b and 307c, a d-axis inductance memory 311, and a q-axis inductance memory. 312, a d-axis current weighting coefficient storage unit 313, and a γ-axis current weighting coefficient storage unit 314.
The γ-axis voltage compensator 302g and the δ-axis voltage compensator 303g calculate the γδ-axis voltage changes vγ * de and vδ * de by the calculation of the following equation (28). The numerical storage units 307b and 307c store a numerical value of 1. The d-axis current weighting factor storage unit 313 and the q-axis current weighting factor storage unit 314 store a d-axis current weighting factor kd and a q-axis current weighting factor kq, respectively. The γ-axis voltage compensator 302g and the δ-axis voltage compensator 303g calculate the γδ-axis voltage changes vγ * de and vδ * de by the calculation of the following equation (28).

電圧補償部13gを用いてγδ軸電圧の変化分vγ*de、vδ*deを算出することにより、電圧補償部13を用いる場合と比較して、電機子電流が大きく変化した時の電流制御の応答性と安定性の両方がより向上する。
また、電圧補償部13eを用いた場合と同様に、前記γδ軸上のインダクタンスを補正するためのテーブルあるいは数式を予め解析や実測に基づいて作成する工数が減少し、演算処理も容易となる。
また、一般的にdq軸電流id、iqが変化すると、磁束飽和の影響でdq軸インダクタンスLd、Lqは変化することから、磁気飽和の影響を考慮するような構成としても良い。
By calculating the changes vγ * de and vδ * de of the γδ axis voltage using the voltage compensator 13g, compared to the case where the voltage compensator 13 is used, the current control when the armature current changes greatly. Both responsiveness and stability are improved.
Similarly to the case of using the voltage compensation unit 13e, the number of steps for preparing a table or formula for correcting the inductance on the γδ axis in advance based on analysis or actual measurement is reduced, and calculation processing is facilitated.
In general, when the dq-axis currents id and iq change, the dq-axis inductances Ld and Lq change due to the influence of magnetic flux saturation, so that the influence of magnetic saturation may be considered.

図14は、実施の形態2における電圧補償部の他の構成例を示す図であって、前記電圧補償部13eとは異なる電圧補償部13hの構成を示している。
電圧補償部13hは、界磁磁束記憶器301と、γ軸電圧補償器302gと、δ軸電圧補償器303gと、数値記憶器307b、307cと、d軸電流重み係数記憶器313と、γ軸電流重み係数記憶器314と、d軸インダクタンス演算器315と、q軸インダクタンス演算器316とから構成される。
d軸インダクタンス演算器315は、dq軸電流id、iqよりd軸インダクタンスLdを算出する。q軸インダクタンス演算器316は、dq軸電流id、iqよりq軸インダクタンスLqを算出する。d軸インダクタンス演算器315と、q軸インダクタンス演算器316は、例えばidとid*の重み平均値と、iqとiq*の重み平均値とを入力として、Ld、Lqの値を出力するようなテーブル、あるいは数式という形で実現する。
磁束飽和を考慮して逐次Ld、Lqの値を補正することにより、電圧補償部13gを用いる場合と比較して、電圧補償精度がより向上し、より電流制御の安定性と応答性の両方を向上できる。
FIG. 14 is a diagram showing another configuration example of the voltage compensation unit in the second embodiment, and shows a configuration of a voltage compensation unit 13h different from the voltage compensation unit 13e.
The voltage compensator 13h includes a field magnetic flux storage device 301, a γ-axis voltage compensator 302g, a δ-axis voltage compensator 303g, numerical storage devices 307b and 307c, a d-axis current weight coefficient storage device 313, and a γ-axis. The current weight coefficient storage unit 314, the d-axis inductance calculator 315, and the q-axis inductance calculator 316 are configured.
The d-axis inductance calculator 315 calculates the d-axis inductance Ld from the dq-axis currents id and iq. The q-axis inductance calculator 316 calculates the q-axis inductance Lq from the dq-axis currents id and iq. The d-axis inductance calculator 315 and the q-axis inductance calculator 316, for example, receive the weighted average value of id and id * and the weighted average value of iq and iq * and output the values of Ld and Lq. This is realized in the form of a table or a mathematical expression.
By sequentially correcting the values of Ld and Lq in consideration of magnetic flux saturation, the voltage compensation accuracy is further improved as compared with the case where the voltage compensator 13g is used, and both current control stability and responsiveness are improved. It can be improved.

以上説明したように、実施の形態2による同期機制御装置の電圧補償部13e(図11参照)は、電気角速度と、該電気角速度で回転する回転子上に固定し、界磁磁束の発生方向であるd軸およびd軸と直交する方向であるq軸の二軸(dq軸)上におけるインダクタンスと、dq軸上の電流検出値を用いて、γ軸電圧とδ軸電圧の各々の変化分を演算する。
従って、図5に示した電圧補償部13を用いた場合と比較して、実際のdq軸電流値の変化をも考慮することにより、電機子電流が大きく変化した時の電流制御の応答性がより向上するとともに、図9に示した電圧補償部13dを用いた場合と比較して、電気角速度とトルク指令とに基づいてγδ軸上のインダクタンスを補正するためのテーブルあるいは数式を予め解析や実測に基づいて作成する工数が減少し、演算処理も容易となる。
As described above, the voltage compensator 13e (see FIG. 11) of the synchronous machine control device according to the second embodiment is fixed on the rotor that rotates at the electric angular velocity and the electric angular velocity, and the generation direction of the field magnetic flux. The change in each of the γ-axis voltage and the δ-axis voltage using the inductance on the two axes (dq axis) of the q axis that is perpendicular to the d axis and the d axis, and the current detection value on the dq axis. Is calculated.
Therefore, compared with the case where the voltage compensator 13 shown in FIG. 5 is used, the responsiveness of the current control when the armature current greatly changes can be obtained by considering the actual change of the dq axis current value. As compared with the case where the voltage compensator 13d shown in FIG. 9 is used, the table or formula for correcting the inductance on the γδ axis based on the electrical angular velocity and the torque command is analyzed or measured in advance. The number of man-hours to be created based on this reduces, and the arithmetic processing becomes easy.

また、電圧補償部13f(図12参照)は、dq軸上のインダクタンスと、dq軸上の電流指令値を用いて、γ軸電圧とδ軸電圧の各々の変化分を演算する。
従って、図5に示した電圧補償部13を用いた場合と比較して、検出ノイズの影響が無いdq軸上の電流指令値を用いながら、dq軸電流値の変化を考慮することにより、電機子電流が大きく変化した時の電流制御の安定性がより向上するとともに、図11に示した電圧補償部13eを用いた場合と同様に、前記γδ軸上のインダクタンスを補正するためのテーブルあるいは数式を予め解析や実測に基づいて作成する工数が減少し、演算処理も容易となる。
Further, the voltage compensator 13f (see FIG. 12) calculates each change amount of the γ-axis voltage and the δ-axis voltage using the inductance on the dq axis and the current command value on the dq axis.
Therefore, compared with the case where the voltage compensator 13 shown in FIG. 5 is used, the change in the dq-axis current value is taken into account while using the current command value on the dq-axis that is not affected by the detection noise. The stability of current control when the child current changes greatly is improved, and the table or formula for correcting the inductance on the γδ axis is the same as in the case of using the voltage compensator 13e shown in FIG. The number of man-hours for creating the data in advance based on the analysis and the actual measurement is reduced, and the arithmetic processing becomes easy.

また、電圧補償部13g(図13参照)は、dq軸上のインダクタンスとdq軸上の電流検出値とdq軸上の電流指令値との重み平均値を用いて、γ軸電圧とδ軸電圧の各々の変化分を演算する。
従って、図5に示した電圧補償部13を用いた場合と比較して、dq軸上の電流検出値と電流指令値との両方を用いてγδ軸電圧の変化分を演算することにより、電機子電流が大きく変化した時の電流制御の応答性と安定性の両方がより向上するとともに、図11に示した電圧補償部13eを用いた場合と同様に、γδ軸上のインダクタンスを補正するためのテーブルあるいは数式を予め解析や実測に基づいて作成する工数が減少し、演算処理も容易となる。
Further, the voltage compensator 13g (see FIG. 13) uses the weighted average value of the inductance on the dq axis, the current detection value on the dq axis, and the current command value on the dq axis, to calculate the γ axis voltage and the δ axis voltage. The change of each is calculated.
Therefore, as compared with the case where the voltage compensator 13 shown in FIG. 5 is used, by calculating the change in the γδ axis voltage using both the current detection value and the current command value on the dq axis, Both responsiveness and stability of the current control when the child current changes greatly are improved, and the inductance on the γδ axis is corrected similarly to the case where the voltage compensator 13e shown in FIG. 11 is used. The number of steps for preparing the table or formula in advance based on analysis or actual measurement is reduced, and the arithmetic processing is facilitated.

また、電圧補償部13h(図14参照)は、dq軸上の電流指令値とdq軸上の電流検出値の内の少なくても一つ以上を用いてd軸インダクタンスを演算するd軸インダクタンス演算器と、q軸インダクタンスを演算するq軸インダクタンス演算器とを備える。
従って、磁気飽和によりLd、Lqが変化する場合、図11、図12、図13に示した電圧補償部を用いた場合と比較して、dq軸インダクタンスLd、Lqが変化することを考慮してγ軸電圧とδ軸電圧の各々の変化分を補償するので、電圧補償精度がより向上し、電流応答性も向上する。
The voltage compensator 13h (see FIG. 14) calculates the d-axis inductance using at least one of the current command value on the dq axis and the detected current value on the dq axis. And a q-axis inductance calculator for calculating q-axis inductance.
Therefore, when Ld and Lq change due to magnetic saturation, the dq axis inductances Ld and Lq change in consideration of the case where the voltage compensator shown in FIGS. 11, 12, and 13 is used. Since each change of the γ-axis voltage and the δ-axis voltage is compensated, the voltage compensation accuracy is further improved and the current response is also improved.

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形省略することが可能である。   In the present invention, it is possible to combine the respective embodiments within the scope of the invention or to appropriately modify and omit the respective embodiments.

本発明は、同期機の電気角速度や制御軸の方向が変化した場合でも、電流制御の安定性と応答性とを向上させることができる同期機制御装置の実現に有用である。   The present invention is useful for realizing a synchronous machine control device that can improve the stability and responsiveness of current control even when the electrical angular velocity of the synchronous machine and the direction of the control axis change.

1,1a 同期機制御装置 2 電源 3 同期機
11 電流指令生成器 12 電流制御器
13、13a〜13h 電圧補償部
14 γδ→uvw座標変換器 15 電力変換手段
16 電流検出手段 17 uvw→γδ座標変換器
18 位置検出手段 19、19a 磁束演算器
20 速度演算器 21 γδ→dq座標変換器
101 uvw→dq座標変換器 102 電流型磁束演算器
103 uvw→dq座標変換器 104 電圧型磁束演算器
201 トルク電流生成器 202 磁束指令生成器
203 磁束制御器 301 界磁磁束記憶器
302、302a〜302g γ軸電圧補償器
303、303a〜303g δ軸電圧補償器
304 δ軸インダクタンス記憶器 305 γ軸インダクタンス記憶器
306 δ軸電流重み係数記憶器
307、307a〜307c 数値記憶器
308 γ軸電流重み係数記憶器 309 δ軸インダクタンス演算器
310 γ軸インダクタンス演算器 311 d軸インダクタンス記憶器
312 q軸インダクタンス記憶器 313 d軸電流重み係数記憶器
314 q軸電流重み係数記憶器 315 d軸インダクタンス演算器
316 q軸インダクタンス演算器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1a Synchronous machine control apparatus 2 Power supply 3 Synchronous machine 11 Current command generator 12 Current controller 13, 13a-13h Voltage compensation part 14 γδ → uvw coordinate converter 15 Power conversion means 16 Current detection means 17 uvw → γδ coordinate conversion Unit 18 Position detection means 19, 19a Magnetic flux calculator 20 Speed calculator 21 γδ → dq coordinate converter 101 uvw → dq coordinate converter 102 Current type magnetic flux calculator 103 uvw → dq coordinate converter 104 Voltage type magnetic flux calculator 201 Torque Current generator 202 Magnetic flux command generator 203 Magnetic flux controller 301 Field magnetic flux memory 302, 302a to 302g γ-axis voltage compensator 303, 303a to 303g δ-axis voltage compensator 304 δ-axis inductance memory 305 γ-axis inductance memory 306 δ-axis current weighting coefficient storage unit 307, 307a to 307c 308 γ-axis current weighting coefficient storage unit 309 δ-axis inductance computing unit 310 γ-axis inductance computing unit 311 d-axis inductance storage unit 312 q-axis inductance storage unit 313 d-axis current weighting factor storage unit 314 q-axis current weighting factor storage unit 315 d-axis inductance calculator 316 q-axis inductance calculator

Claims (9)

同期機の電機子鎖交磁束の発生方向であるγ軸および前記γ軸と直交する方向であるδ軸の二軸(γδ軸)上で前記同期機を制御する同期機制御装置において、
前記同期機の電気角速度による変化と前記電気角速度で回転する回転子上に固定した軸に対する前記同期機の制御軸方向の変化とに応じたγ軸電圧とδ軸電圧の各々の変化分を演算した値を、それぞれγ軸電圧指令およびδ軸電圧指令に加算する電圧補償部を備え、
前記同期機が永久磁石同期機である場合の永久磁石磁束あるいは前記同期機が巻線界磁型である場合に界磁巻線に電流を通流した時に発生する磁束を界磁磁束と定義した時、
前記電圧補償部は、前記同期機の電気角速度と、定義された前記界磁磁束と、前記界磁磁束の発生方向であるd軸に対する前記γ軸の位相とを用いて、前記γ軸電圧とδ軸電圧の各々の変化分を演算することを特徴とする同期機制御装置。
In a synchronous machine control device that controls the synchronous machine on two axes of a γ axis that is a generation direction of an armature interlinkage magnetic flux of the synchronous machine and a δ axis that is a direction perpendicular to the γ axis (γδ axis),
Calculates each change of γ-axis voltage and δ-axis voltage according to the change due to the electrical angular velocity of the synchronous machine and the change in the control axis direction of the synchronous machine with respect to the shaft fixed on the rotor rotating at the electrical angular speed A voltage compensation unit for adding the obtained values to the γ-axis voltage command and the δ-axis voltage command,
A field magnet flux is defined as a permanent magnet magnetic flux when the synchronous machine is a permanent magnet synchronous machine or a magnetic flux generated when a current is passed through a field winding when the synchronous machine is a winding field type. Time,
The voltage compensator uses the electrical angular velocity of the synchronous machine, the defined field magnetic flux, and the phase of the γ axis with respect to the d axis, which is the direction of generation of the field magnetic flux, A synchronous machine control device that calculates a change amount of each δ-axis voltage.
前記電圧補償部は、前記γδ軸上のインダクタンスと前記γδ軸上の電流検出値を用いて、前記γ軸電圧とδ軸電圧の各々の変化分を演算することを特徴とする請求項1に記載の同期機制御装置。   The voltage compensator calculates a change amount of each of the γ-axis voltage and the δ-axis voltage using the inductance on the γδ axis and the detected current value on the γδ axis. The synchronous machine control device described. 前記電圧補償部は、前記γδ軸上のインダクタンスと前記γδ軸上の電流指令値を用いて、前記γ軸電圧とδ軸電圧の各々の変化分を演算することを特徴とする請求項1に記載の同期機制御装置。   The voltage compensator calculates a change amount of each of the γ-axis voltage and the δ-axis voltage using the inductance on the γδ axis and a current command value on the γδ axis. The synchronous machine control device described. 前記電圧補償部は、前記γδ軸上のインダクタンスと前記γδ軸上の電流検出値と前記γδ軸上の電流指令値との重み平均値を用いて、前記γ軸電圧とδ軸電圧の各々の変化分を演算することを特徴とする請求項1に記載の同期機制御装置。   The voltage compensator uses a weighted average value of the inductance on the γδ axis, the current detection value on the γδ axis, and the current command value on the γδ axis, and each of the γ-axis voltage and the δ-axis voltage. The synchronous machine control device according to claim 1, wherein a change is calculated. 前記電圧補償部は、前記電気角速度とトルク指令とに基づいて、前記γ軸上のインダクタンスおよびδ軸上のインダクタンスの値を補正することを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載の同期機制御装置。   The said voltage compensation part correct | amends the value of the inductance on the said (gamma) axis | shaft and the inductance on the (delta) axis based on the said electrical angular velocity and a torque instruction | command. The synchronous machine control device described. 前記電圧補償部は、前記電気角速度と、前記電気角速度で回転する回転子上に固定し、前記界磁磁束の発生方向であるd軸および前記d軸と直交する方向であるq軸の二軸(dq軸)上におけるインダクタンスと前記dq軸上の電流検出値を用いて、前記γ軸電圧とδ軸電圧の各々の変化分を演算することを特徴とする請求項1に記載の同期機制御装置。   The voltage compensator is fixed on the rotor that rotates at the electrical angular velocity and the electrical angular velocity, and the two axes of the d-axis that is the generation direction of the field magnetic flux and the q-axis that is the direction orthogonal to the d-axis. 2. The synchronous machine control according to claim 1, wherein a change amount of each of the γ-axis voltage and the δ-axis voltage is calculated using an inductance on (dq axis) and a current detection value on the dq axis. apparatus. 前記電圧補償部は、前記dq軸上のインダクタンスと、前記dq軸上の電流指令値を用いて、前記γ軸電圧とδ軸電圧の各々の変化分を演算することを特徴とする請求項6に記載の同期機制御装置。   The voltage compensator calculates a change amount of each of the γ-axis voltage and the δ-axis voltage using the inductance on the dq axis and a current command value on the dq axis. A synchronous machine control device according to claim 1. 前記電圧補償部は、前記dq軸上のインダクタンスと、前記dq軸上の電流検出値と前記dq軸上の電流指令値との重み平均値を用いて、前記γ軸電圧とδ軸電圧の各々の変化分を演算することを特徴とする請求項6に記載の同期機制御装置。   The voltage compensator uses the weighted average value of the inductance on the dq axis, the current detection value on the dq axis, and the current command value on the dq axis, respectively, for each of the γ-axis voltage and the δ-axis voltage. 7. The synchronous machine control device according to claim 6, wherein a change amount of the synchronous machine is calculated. 前記電圧補償部は、前記dq軸上の電流指令値と前記dq軸上の電流検出値の内の少なくても一つ以上を用いてd軸インダクタンスを演算するd軸インダクタンス演算器と、q軸インダクタンスを演算するq軸インダクタンス演算器とを備えることを特徴とする請求項6〜8のいずれか1項に記載の同期機制御装置。   The voltage compensator includes a d-axis inductance calculator that calculates a d-axis inductance using at least one of a current command value on the dq axis and a current detection value on the dq axis, and a q-axis The synchronous machine control device according to any one of claims 6 to 8, further comprising a q-axis inductance calculator that calculates an inductance.
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