JP2018198479A - Control device of synchronous motor - Google Patents

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Abstract

To provide a control device which makes the torque control of high accuracy possible to realize while increasing the maximum output of the synchronous motor.SOLUTION: The control device is for controlling the synchronous motor 80 by a semiconductor power converter 70. Of the control device with a current command computing unit 18 that calculates the current commands from the torque command values of the motor 80, the current command computing unit 18 includes a magnetic flux upper limit value computing unit that calculates the magnetic flux upper limit value from the torque command values, a magnetic flux lower limit value computing unit that calculates the magnetic flux lower limit value from the torque command values, a scaling converter that calculates the scaling magnetic flux command values which have scaled the magnetic flux command values of the motor 80 in accordance with the magnetic flux upper limit values and the magnetic flux lower limit values, and a current command generation part that calculates and outputs the current command values in accordance with the function that takes the torque command values and scaled flux command value as input.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、永久磁石同期電動機(以下、PMSM)やシンクロナスリラクタンスモータ(以下、SynRM)等の同期電動機の最大出力を増大させ、かつ、高精度なトルク制御を実現する技術に関するものである。   The present invention relates to a technique for increasing the maximum output of a synchronous motor such as a permanent magnet synchronous motor (hereinafter referred to as PMSM) or a synchronous reluctance motor (hereinafter referred to as SynRM) and realizing highly accurate torque control.

従来より、同期電動機の効率を向上し、かつ、高精度なトルク制御を実現する技術が開発されている。
例えば、特許文献1に記載されたPMSMの制御装置では、電動機の端子電圧が制限値よりも低い場合は、トルク/電流が最大になるように磁束指令値を制御し、端子電圧が制限値よりも高い場合は、端子電圧が制限値以下になるように磁束指令値を制御する。そして、電動機のトルクがトルク指令値に等しくなるように負荷角調節器により負荷角指令値を演算し、磁束指令値と負荷角指令値とから電流指令値を演算する。この電流指令値に従って電動機の電流を制御することにより、効率の向上及び高精度なトルク制御を可能にしている。
Conventionally, a technology for improving the efficiency of a synchronous motor and realizing highly accurate torque control has been developed.
For example, in the PMSM control device described in Patent Document 1, when the terminal voltage of the motor is lower than the limit value, the magnetic flux command value is controlled so that the torque / current is maximized, and the terminal voltage is lower than the limit value. Is higher, the magnetic flux command value is controlled so that the terminal voltage becomes equal to or lower than the limit value. Then, the load angle command value is calculated by the load angle controller so that the torque of the electric motor becomes equal to the torque command value, and the current command value is calculated from the magnetic flux command value and the load angle command value. By controlling the electric current of the electric motor according to the current command value, it is possible to improve efficiency and perform highly accurate torque control.

特開2009−124811号公報(図1〜図5等)JP 2009-124811 A (FIGS. 1-5, etc.)

特許文献1に記載された電流指令値の演算方法では、原理的に、負荷角がトルクの増加関数である必要がある。
一方、電動機の端子電圧を制限値に制御した場合、その出力が最大になるのはトルク/電圧が最大になる動作点であり、この動作点は、トルク/磁束が最大になる動作点にほぼ等しい。しかし、トルク/磁束が最大になる動作点では、負荷角がトルクの増加関数ではなくなるので、特許文献1に記載された技術では電流指令値を演算できなくなり、結果として電動機の最大出力まで運転することができないという問題がある。
In the current command value calculation method described in Patent Document 1, in principle, the load angle needs to be a torque increasing function.
On the other hand, when the terminal voltage of the motor is controlled to the limit value, the output is maximized at the operating point at which the torque / voltage is maximized. This operating point is almost the operating point at which the torque / magnetic flux is maximized. equal. However, since the load angle is not a torque increasing function at the operating point at which the torque / magnetic flux is maximized, the current command value cannot be calculated by the technique described in Patent Document 1, and as a result, the motor is operated up to the maximum output. There is a problem that can not be.

そこで、本発明の解決課題は、同期電動機の最大出力を増大させると共に効率を向上させ、高精度なトルク制御を実現可能とした同期電動機の制御装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a control apparatus for a synchronous motor that can increase the maximum output of the synchronous motor and improve the efficiency, thereby realizing highly accurate torque control.

上記課題を解決するため、請求項1に記載した発明は、
半導体電力変換器により同期電動機を制御するための制御装置であって、前記同期電動機のトルク指令値から電流指令値を演算する電流指令演算器を備えた制御装置において、
前記電流指令演算器は、
前記トルク指令値から磁束上限値を演算する磁束上限値演算手段と、
前記トルク指令値から磁束下限値を演算する磁束下限値演算手段と、
前記同期電動機の磁束指令値を前記磁束上限値及び前記磁束下限値により基準化して基準化磁束指令値を演算する基準化変換手段と、
前記トルク指令値及び前記基準化磁束指令値を入力とする関数により前記電流指令値を演算して出力する手段と、を備えたことを特徴とする。
これにより、同期電動機の最大出力まで安定的に運転することができ、しかもトルクを高精度に制御することが可能である。
In order to solve the above problem, the invention described in claim 1
A control device for controlling a synchronous motor by a semiconductor power converter, comprising a current command calculator for calculating a current command value from a torque command value of the synchronous motor,
The current command calculator is
Magnetic flux upper limit value calculating means for calculating a magnetic flux upper limit value from the torque command value;
Magnetic flux lower limit value calculating means for calculating a magnetic flux lower limit value from the torque command value;
Normalization conversion means for calculating a standardized magnetic flux command value by standardizing the magnetic flux command value of the synchronous motor with the magnetic flux upper limit value and the magnetic flux lower limit value;
Means for calculating and outputting the current command value by a function having the torque command value and the standardized magnetic flux command value as inputs.
Thereby, it is possible to stably operate up to the maximum output of the synchronous motor and to control the torque with high accuracy.

請求項2に記載した発明は、請求項1に記載した同期電動機の制御装置において、前記磁束上限値演算手段は、トルクがトルク指令値に等しく、かつ、トルク/電流を最大にするときの磁束を前記磁束上限値として演算することを特徴とする。
これにより、演算誤差を低減でき、トルク制御精度をより向上させることができる。
According to a second aspect of the present invention, there is provided the synchronous motor control device according to the first aspect, wherein the magnetic flux upper limit calculating means is configured such that the torque is equal to the torque command value and the magnetic flux when the torque / current is maximized. Is calculated as the magnetic flux upper limit value.
Thereby, a calculation error can be reduced and torque control accuracy can be further improved.

請求項3に記載した発明は、請求項1または2に記載した同期電動機の制御装置において、前記磁束下限値演算手段は、トルクがトルク指令値に等しく、かつ、トルク/磁束を最大にするときの磁束を前記磁束下限値として演算することを特徴とする。
これにより、演算誤差を低減でき、トルク制御精度をより向上させることができる。
According to a third aspect of the present invention, in the synchronous motor control device according to the first or second aspect, the magnetic flux lower limit value calculating means is configured such that the torque is equal to the torque command value and the torque / magnetic flux is maximized. Is calculated as the lower limit value of the magnetic flux.
Thereby, a calculation error can be reduced and torque control accuracy can be further improved.

請求項4に記載した発明は、請求項1または2に記載した同期電動機の制御装置において、前記磁束下限値演算手段は、前記同期電動機の電流が電流制限値以上になる場合には、トルクがトルク指令値に等しく、かつ、前記同期電動機の電流が電流制限値に等しいときの磁束を前記磁束下限値として演算することを特徴とする。
これにより、演算誤差を低減すると共にトルク制御精度を一層向上させることができる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the synchronous motor control device according to the first or second aspect, the magnetic flux lower limit value calculating means is configured such that when the current of the synchronous motor exceeds a current limit value, the torque is increased. The magnetic flux is calculated as the magnetic flux lower limit value, which is equal to the torque command value and the current of the synchronous motor is equal to the current limit value.
Thereby, it is possible to reduce the calculation error and further improve the torque control accuracy.

請求項5に記載した発明は、請求項1〜4の何れか1項に記載した同期電動機の制御装置において、前記磁束指令値からトルク制限値を演算するトルク制限値演算手段と、前記トルク制限値の範囲内に前記トルク指令値を制限する手段と、を備えたことを特徴とする。
これにより、磁束指令値に応じてトルクを適切に制限することができる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the synchronous motor control device according to any one of the first to fourth aspects, a torque limit value calculating means for calculating a torque limit value from the magnetic flux command value, and the torque limit Means for limiting the torque command value within a range of values.
Thereby, a torque can be restrict | limited appropriately according to magnetic flux command value.

請求項6に記載した発明は、請求項5に記載した同期電動機の制御装置において、前記トルク制限値演算手段は、前記同期電動機の磁束が磁束指令値に等しく、かつ、トルク/磁束を最大にするときのトルクを前記トルク制限値として演算することを特徴とする。
これにより、トルクを同期電動機の最大トルク以下に制限することができる。
According to a sixth aspect of the present invention, in the synchronous motor control device according to the fifth aspect, the torque limit value calculating means is configured such that the magnetic flux of the synchronous motor is equal to the magnetic flux command value and the torque / magnetic flux is maximized. The torque at the time of performing is calculated as the torque limit value.
Thereby, a torque can be restrict | limited to below the maximum torque of a synchronous motor.

請求項7に記載した発明は、請求項5に記載した同期電動機の制御装置において、前記トルク制限値演算手段は、前記同期電動機の電流が電流制限値以上になる場合には、前記同期電動機の磁束が磁束指令値に等しく、かつ、前記同期電動機の電流が電流制限値に等しいときのトルクを前記トルク制限値として演算することを特徴とする。
これにより、同期電動機の電流を電流制限値以下に制御することができる。
According to a seventh aspect of the present invention, in the synchronous motor control device according to the fifth aspect, the torque limit value calculating means is configured to control the synchronous motor when the current of the synchronous motor is equal to or greater than a current limit value. The torque when the magnetic flux is equal to the magnetic flux command value and the current of the synchronous motor is equal to the current limit value is calculated as the torque limit value.
Thereby, the current of the synchronous motor can be controlled to be equal to or less than the current limit value.

請求項8に記載した発明は、請求項1〜7の何れか1項に記載した同期電動機の制御装置において、前記トルク指令値から前記磁束指令値を演算する磁束指令値演算手段を備え、 前記磁束指令値演算手段は、前記同期電動機のトルクが前記トルク指令値に等しく、かつ、トルク/電流を最大にするときの磁束を前記磁束指令値として演算することを特徴とする。
これにより、トルク/電流を最大に制御することができる。
The invention described in claim 8 is the synchronous motor control device according to any one of claims 1 to 7, further comprising magnetic flux command value calculation means for calculating the magnetic flux command value from the torque command value, The magnetic flux command value calculation means calculates the magnetic flux when the torque of the synchronous motor is equal to the torque command value and maximizes the torque / current as the magnetic flux command value.
Thereby, the torque / current can be controlled to the maximum.

請求項9に記載した発明は、請求項1〜8の何れか1項に記載した同期電動機の制御装置において、前記同期電動機の端子電圧が電圧制限値以下になるように前記磁束指令値を制御する手段を有することを特徴とする。
これにより、同期電動機の端子電圧を電圧制限値以下に制御することができる。
According to a ninth aspect of the present invention, in the synchronous motor control device according to any one of the first to eighth aspects, the magnetic flux command value is controlled so that a terminal voltage of the synchronous motor is equal to or lower than a voltage limit value. It has the means to do.
Thereby, the terminal voltage of a synchronous motor can be controlled below a voltage limit value.

本発明によれば、同期電動機の最大出力を増大させると共に、高精度なトルク制御を実現することができる。   According to the present invention, it is possible to increase the maximum output of the synchronous motor and realize highly accurate torque control.

本発明の実施形態に係る制御装置のブロック図である。It is a block diagram of a control device concerning an embodiment of the present invention. 図1における電流指令演算器のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of a current command calculator in FIG. 1. 図2における基準化変換器の入出力特性を示す図である。It is a figure which shows the input-output characteristic of the normalization converter in FIG. 図2における電流指令生成部のトルク指令値と基準化磁束指令値Ψa(Table) との関係を示すテーブルである。It is a table showing the relation between the current torque command value of the command generating unit and the standardized flux command value Ψ a (Table) * in FIG.

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
周知のように、同期電動機は、回転子に同期した直交回転座標を構成するd,q軸上で制御を行うことで、高性能なトルク制御や速度制御を実現することができる。
PMSMの場合、回転子の磁極のN極方向をd軸と定義し、このd軸から90°進み方向をq軸と定義する。また、SynRMの場合、インダクタンスが最大になる方向をd軸と定義し、このd軸から90°進み方向をq軸と定義する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
As is well known, the synchronous motor can realize high-performance torque control and speed control by performing control on the d and q axes constituting orthogonal rotation coordinates synchronized with the rotor.
In the case of PMSM, the N-pole direction of the rotor magnetic pole is defined as the d-axis, and the 90 ° advance direction from the d-axis is defined as the q-axis. In the case of SynRM, the direction in which the inductance is maximized is defined as the d-axis, and the direction advanced by 90 ° from the d-axis is defined as the q-axis.

図1は、この実施形態に係るPMSM等の同期電動機80の制御装置を示すブロック図である。
まず、図1に基づいて、同期電動機80の速度制御、電流制御、及び、電圧制御について説明する。
FIG. 1 is a block diagram showing a control device for a synchronous motor 80 such as PMSM according to this embodiment.
First, speed control, current control, and voltage control of the synchronous motor 80 will be described with reference to FIG.

位置・速度検出回路91は、同期電動機80に取り付けられた位置・速度センサ90の出力信号から、速度検出値ωと位置検出値θとを求める。なお、これらの検出値ω,θは、位置・速度センサ90及び位置・速度検出回路91を用いずに、電動機80の電流及び端子電圧から演算しても良い。 The position / speed detection circuit 91 obtains a speed detection value ω r and a position detection value θ r from the output signal of the position / speed sensor 90 attached to the synchronous motor 80. The detected values ω r and θ r may be calculated from the current and terminal voltage of the electric motor 80 without using the position / speed sensor 90 and the position / speed detection circuit 91.

減算器16は、速度指令値ω と速度検出値ωとの偏差を求め、速度調節器17は上記偏差を零にするように動作してトルク指令値τを演算する。電流指令演算器18は、トルク指令値τ、速度検出値ω、電圧制限値Valim、電圧指令値振幅V に基づいて、電動機80の端子電圧が電圧制限値Valim以下の条件で電動機80の効率を最大にし、かつ、トルクをトルク指令値τに制御するようなd,q軸電流指令値i ,i を演算する。 The subtractor 16 obtains a deviation between the speed command value ω r * and the speed detection value ω r, and the speed regulator 17 operates so as to make the deviation zero, and calculates the torque command value τ * . Based on the torque command value τ * , the speed detection value ω r , the voltage limit value V alim , and the voltage command value amplitude V a * , the current command calculator 18 determines that the terminal voltage of the electric motor 80 is less than the voltage limit value V alim. To calculate the d and q axis current command values i d * and i q * that maximize the efficiency of the electric motor 80 and control the torque to the torque command value τ * .

電圧振幅演算器21は、d,q軸電圧指令値v ,v のベクトル和から、電圧指令値振幅V を演算する。電圧制限値演算器22は、直流電圧検出回路12により得た直流電圧検出値Edcから、電圧制限値Valimを演算する。 The voltage amplitude calculator 21 calculates the voltage command value amplitude V a * from the vector sum of the d and q axis voltage command values v d * and v q * . The voltage limit value calculator 22 calculates the voltage limit value V align from the DC voltage detection value E dc obtained by the DC voltage detection circuit 12.

一方、u相電流検出器11u、w相電流検出器11wは、電動機80に流れる相電流i,iをそれぞれ検出する。座標変換器14は、これらの相電流検出値i,i、及び、演算により求めた残りのv相電流演算値iを、位置検出値θを用いて二相量のd,q軸電流検出値i,iに座標変換する。 On the other hand, the u-phase current detector 11 u and the w-phase current detector 11 w detect the phase currents i u and i w flowing through the electric motor 80, respectively. The coordinate converter 14 uses these position current detection values i u and i w and the remaining v-phase current calculation values i v obtained by the calculation as the two-phase quantities d and q using the position detection value θ r. Coordinates are converted to detected shaft current values i d and i q .

減算器19aは、d軸電流指令値i とd軸電流検出値iとの偏差を求め、d軸電流調節器20aは、上記偏差を零にするように動作してd軸電圧指令値v を演算する。また、減算器19bは、q軸電流指令値i とq軸電流検出値iとの偏差を求め、q軸電流調節器20bは、上記偏差を零にするように動作してq軸電圧指令値v を演算する。
座標変換器15は、d,q軸電圧指令値v ,v を、位置検出値θを用いて三相量の相電圧指令値v ,v ,v に座標変換し、PWM回路13に出力する。
The subtractor 19a obtains a deviation between the d-axis current command value i d * and the d-axis current detection value i d, and the d-axis current regulator 20a operates so as to make the deviation zero, and the d-axis voltage command The value v d * is calculated. The subtractor 19b obtains a deviation between the q-axis current command value i q * and the q-axis current detection value i q, and the q-axis current regulator 20b operates so as to make the deviation zero, The voltage command value v q * is calculated.
The coordinate converter 15 converts the d and q axis voltage command values v d * and v q * into the three phase voltage command values v u * , v v * , and v w * using the position detection value θ r. The coordinates are converted and output to the PWM circuit 13.

整流回路60は、三相交流電源50を整流して得た直流電圧をインバータ等の電力変換器70に供給する。
PWM回路13は、電力変換器70の出力電圧を相電圧指令値v ,v ,v に制御するためのゲート信号を生成する。電力変換器70は、ゲート信号に基づいて内部の半導体スイッチング素子を制御し、電動機80の端子電圧を相電圧指令値v ,v ,v に制御する。
以上に述べた制御により、電動機80の速度及びトルク等を指令値通りに制御することができる。
The rectifier circuit 60 supplies a DC voltage obtained by rectifying the three-phase AC power supply 50 to a power converter 70 such as an inverter.
The PWM circuit 13 generates a gate signal for controlling the output voltage of the power converter 70 to the phase voltage command values v u * , v v * , v w * . The power converter 70 controls the internal semiconductor switching element based on the gate signal, and controls the terminal voltage of the electric motor 80 to the phase voltage command values v u * , v v * , v w * .
With the control described above, the speed, torque, and the like of the electric motor 80 can be controlled as instructed.

次に、図1における電流指令演算器18の詳細を、図2に基づいて説明する。
図2において、磁束指令演算器121は、トルク指令値τから磁束指令値ΨaMTPAを演算する。この磁束指令値ΨaMTPAは、トルクがトルク指令値τに等しく、かつ、トルク/電流を最大にするときの磁束とする。なお、ΨaMTPAを演算式により求めるのは困難であるため、折線近似関数を利用して演算する。
Next, details of the current command calculator 18 in FIG. 1 will be described with reference to FIG.
In FIG. 2, the magnetic flux command calculator 121 calculates a magnetic flux command value Ψ aMTPA from the torque command value τ * . The magnetic flux command value Ψ aMTPA is a magnetic flux when the torque is equal to the torque command value τ * and the torque / current is maximized. Since it is difficult to obtain Ψ aMTPA by an arithmetic expression, it is calculated using a polygonal line approximation function.

磁束制限値演算器122は、磁束制限値Ψalimを数式1により演算する。

Figure 2018198479
The magnetic flux limit value calculator 122 calculates the magnetic flux limit value ψ alim by Equation 1.
Figure 2018198479

磁束指令演算器121から出力された磁束指令値ΨaMTPAは、出力制限器123により上限値が磁束制限値Ψalimに制限され、磁束指令値Ψa0 として出力される。 The magnetic flux command value Ψ aMTPA output from the magnetic flux command calculator 121 is limited to the magnetic flux limit value Ψ alim by the output limiter 123 and is output as the magnetic flux command value Ψ a0 * .

また、電圧制限値Valimと電圧指令値振幅V との偏差を減算器124により求める。積分調節器からなる磁束調節器125は、上記偏差を零にするように動作して磁束補正係数KΨaを演算し、この磁束補正係数KΨaは、出力制限器126により上限値が1.0倍、下限値が零に制限される。 Further, the subtractor 124 obtains a deviation between the voltage limit value V alim and the voltage command value amplitude V a * . Flux adjuster 125 having integrated regulator, operate to zero the deviation calculates the flux correction factor K [psi, the flux correction factor K [psi is an upper limit by the output limiter 126 1.0 Double, lower limit is limited to zero.

出力制限器123,126からそれぞれ出力された磁束指令値Ψa0 と磁束補正係数KΨaとは乗算器127により乗算され、磁束指令値Ψ が演算される。これにより、電動機80の端子電圧を電圧制限値Valim以下に制御するための磁束指令値Ψ を演算することができる。 The magnetic flux command value Ψ a0 * and the magnetic flux correction coefficient K Ψa respectively output from the output limiters 123 and 126 are multiplied by the multiplier 127, and the magnetic flux command value Ψ a * is calculated. Thereby, the magnetic flux command value Ψ a * for controlling the terminal voltage of the electric motor 80 to be equal to or less than the voltage limit value V alim can be calculated.

磁束指令値Ψ はトルク制限値演算器131に入力されてトルク制限値τlimが演算される。
このトルク制限値τlimは、磁束が磁束指令値Ψ に等しく、かつ、トルク/磁束を最大にするときのトルクとする。ただし、電流が電流制限値以上になる場合は、磁束が磁束指令値Ψ に等しく、かつ、電流が電流制限値に等しいときのトルクとする。
トルク制限値τlimを演算式により求めるのは困難であるため、折線近似関数を利用して演算する。
The magnetic flux command value Ψ a * is input to the torque limit value calculator 131 to calculate the torque limit value τ lim .
The torque limit value τ lim is a torque when the magnetic flux is equal to the magnetic flux command value ψ a * and the torque / magnetic flux is maximized. However, when the current is equal to or greater than the current limit value, the torque is the same when the magnetic flux is equal to the magnetic flux command value Ψ a * and the current is equal to the current limit value.
Since it is difficult to obtain the torque limit value τ lim by an arithmetic expression, the torque limit value τ lim is calculated using a polygonal line approximation function.

トルク指令値τは、出力制限器132により上限値がトルク制限値τlim、下限値が(−τlim)に制限され、トルク指令値τ**として出力される。これにより、磁束指令値Ψ に応じてトルクを電動機80の最大トルク以下に制限し、かつ、電流を電流制限値以下に制限することができる。 The torque command value τ * is output as a torque command value τ ** by the output limiter 132 with the upper limit value being limited to the torque limit value τ lim and the lower limit value being (−τ lim ). Thereby, according to magnetic flux command value (PSI) a * , a torque can be restrict | limited to below the maximum torque of the electric motor 80, and an electric current can be restrict | limited to a current limit value or less.

基準化変換器141は、図3に示す入出力特性に基づき、後述の磁束上限値Ψamax、磁束下限値Ψaminを含む磁束指令値Ψ に応じた基準化磁束指令値Ψa(Table) を演算し、電流指令生成部144に出力する。 The standardization converter 141 is based on the input / output characteristics shown in FIG. 3, and a standardized magnetic flux command value Ψ a (Table) corresponding to a magnetic flux command value Ψ a * including a magnetic flux upper limit value Ψ amax and a magnetic flux lower limit value Ψ amin described later. ) * Is calculated and output to the current command generator 144.

また、前述のトルク指令値τ**は磁束上限値演算器142及び磁束下限値演算器143に入力され、磁束上限値Ψamax及び磁束下限値Ψaminがそれぞれ演算される。ここで、磁束上限値Ψamaxは、トルクがトルク指令値τ**に等しく、かつ、トルク/電流を最大にするときの磁束とする。磁束下限値Ψaminは、トルクがトルク指令値τ**に等しく、かつ、トルク/磁束を最大にするときの磁束とする。
ただし、電流が制限値以上になる場合は、トルクがトルク指令値τ**に等しく、かつ、電流が制限値に等しいときの磁束とする。磁束上限値Ψamax及び磁束下限値Ψaminを演算式により求めるのは困難であるため、折線近似関数を利用して演算する。
The torque command value τ ** is input to the magnetic flux upper limit value calculator 142 and the magnetic flux lower limit value calculator 143, and the magnetic flux upper limit value Ψ amax and the magnetic flux lower limit value Ψ amin are respectively calculated. Here, the magnetic flux upper limit value Ψ amax is a magnetic flux when the torque is equal to the torque command value τ ** and the torque / current is maximized. The magnetic flux lower limit Ψ amin is a magnetic flux when the torque is equal to the torque command value τ ** and the torque / magnetic flux is maximized.
However, when the current exceeds the limit value, it is the magnetic flux when the torque is equal to the torque command value τ ** and the current is equal to the limit value. Since it is difficult to obtain the magnetic flux upper limit value Ψ amax and the magnetic flux lower limit value Ψ amin by an arithmetic expression, it is calculated using a polygonal line approximation function.

電流指令生成部144は、トルク指令値τ**及び基準化磁束指令値Ψa(Table) に基づいて、トルクをトルク指令値τ**に制御し、かつ、磁束を基準化磁束指令値Ψa(Table) に制御するようなd,q軸電流指令値i ,i を演算する。この演算を演算式により行うのは困難であるため、トルク指令値τ**と基準化磁束指令値Ψa(Table) とを入力とし、d,q軸電流指令値i ,i を出力とするテーブルを線形補間することにより、d,q軸電流指令値i ,i を演算する。 The current command generation unit 144 controls the torque to the torque command value τ ** based on the torque command value τ ** and the standardized magnetic flux command value ψa (Table) * , and the magnetic flux is the standardized magnetic flux command value. The d and q axis current command values i d * and i q * are controlled so as to be controlled to Ψ a (Table) * . Since it is difficult to perform this calculation using an arithmetic expression, the torque command value τ ** and the standardized magnetic flux command value ψa (Table) * are input, and the d and q-axis current command values i d * and i q are input. The d and q axis current command values i d * and i q * are calculated by linearly interpolating a table that outputs * .

図4は、電流指令生成部144におけるトルク指令値と基準化磁束指令値Ψa(Table) とのテーブルの例を示している。
磁束のテーブルは、通常使用する磁束上限値Ψamaxと磁束下限値Ψaminとの間を0〜1[pu]の範囲で用意しておく。これにより、テーブル数を低減し、線形補間に起因する誤差を低減できると共に線形補間演算を簡素化することができる。
また、弱め磁束制御を行う場合には速度が高いため、小さな磁束制御誤差が大きな電圧制御誤差になりやすい。そこで、図4に示すように磁束とトルクとが小さい領域では、テーブルを多く設けることにより、線形補間に起因する磁束制御誤差を低減する。
FIG. 4 shows an example of a table of torque command values and standardized magnetic flux command values ψ a (Table) * in the current command generation unit 144.
The magnetic flux table is prepared in the range of 0 to 1 [pu] between the normally used magnetic flux upper limit value Ψ amax and magnetic flux lower limit value Ψ amin . As a result, the number of tables can be reduced, errors due to linear interpolation can be reduced, and linear interpolation calculation can be simplified.
In addition, since the speed is high when the flux-weakening control is performed, a small magnetic flux control error tends to be a large voltage control error. Therefore, as shown in FIG. 4, in a region where the magnetic flux and the torque are small, a large number of tables are provided to reduce the magnetic flux control error caused by linear interpolation.

本発明は、PMSMやSynRM等の各種の同期電動機をインバータ等の電力変換器により駆動する制御装置として利用することができる。   The present invention can be used as a control device for driving various synchronous motors such as PMSM and SynRM by a power converter such as an inverter.

50 三相交流電源
60 整流回路
70 電力変換器
80 同期電動機
90 位置・速度センサ
91 位置・速度検出回路
11u u相電流検出器
11w w相電流検出器
12 直流電圧検出回路
13 PWM回路
14 座標変換器
15 座標変換器
16 減算器
17 速度調節器
18 電流指令演算器
19a,19b 減算器
20a d軸電流調節器
20b q軸電流調節器
21 電圧振幅演算器
22 電圧制限値演算器
121 磁束指令演算器
122 磁束制限値演算器
123 出力制限器
124 減算器
125 磁束調節器
126 出力制限器
127 乗算器
131 トルク制限値演算器
132 出力制限器
141 基準化変換器
142 磁束上限値演算器
143 磁束下限値演算器
144 電流指令生成部
50 three-phase AC power supply 60 rectifier circuit 70 power converter 80 synchronous motor 90 position / speed sensor 91 position / speed detection circuit 11u u-phase current detector 11w w-phase current detector 12 DC voltage detection circuit 13 PWM circuit 14 coordinate converter 15 Coordinate converter 16 Subtractor 17 Speed controller 18 Current command calculator 19a, 19b Subtractor 20a d-axis current controller 20b q-axis current controller 21 Voltage amplitude calculator 22 Voltage limit value calculator 121 Magnetic flux command calculator 122 Magnetic flux limit value calculator 123 Output limiter 124 Subtractor 125 Magnetic flux regulator 126 Output limiter 127 Multiplier 131 Torque limit value calculator 132 Output limiter 141 Standardization converter 142 Magnetic flux upper limit value calculator 143 Magnetic flux lower limit value calculator 144 Current command generator

Claims (9)

半導体電力変換器により同期電動機を制御するための制御装置であって、前記同期電動機のトルク指令値から電流指令値を演算する電流指令演算器を備えた制御装置において、
前記電流指令演算器は、
前記トルク指令値から磁束上限値を演算する磁束上限値演算手段と、
前記トルク指令値から磁束下限値を演算する磁束下限値演算手段と、
前記同期電動機の磁束指令値を前記磁束上限値及び前記磁束下限値により基準化して基準化磁束指令値を演算する基準化変換手段と、
前記トルク指令値及び前記基準化磁束指令値を入力とする関数により前記電流指令値を演算して出力する手段と、
を備えたことを特徴とする同期電動機の制御装置。
A control device for controlling a synchronous motor by a semiconductor power converter, comprising a current command calculator for calculating a current command value from a torque command value of the synchronous motor,
The current command calculator is
Magnetic flux upper limit value calculating means for calculating a magnetic flux upper limit value from the torque command value;
Magnetic flux lower limit value calculating means for calculating a magnetic flux lower limit value from the torque command value;
Normalization conversion means for calculating a standardized magnetic flux command value by standardizing the magnetic flux command value of the synchronous motor with the magnetic flux upper limit value and the magnetic flux lower limit value;
Means for calculating and outputting the current command value by a function having the torque command value and the normalized magnetic flux command value as inputs;
A control apparatus for a synchronous motor, comprising:
請求項1に記載した同期電動機の制御装置において、
前記磁束上限値演算手段は、トルクがトルク指令値に等しく、かつ、トルク/電流を最大にするときの磁束を前記磁束上限値として演算することを特徴とする同期電動機の制御装置。
In the synchronous motor control device according to claim 1,
The control apparatus for a synchronous motor, wherein the magnetic flux upper limit calculating means calculates a magnetic flux when torque is equal to a torque command value and when torque / current is maximized as the magnetic flux upper limit value.
請求項1または2に記載した同期電動機の制御装置において、
前記磁束下限値演算手段は、トルクがトルク指令値に等しく、かつ、トルク/磁束を最大にするときの磁束を前記磁束下限値として演算することを特徴とする同期電動機の制御装置。
In the synchronous motor control device according to claim 1 or 2,
The control apparatus for a synchronous motor, wherein the magnetic flux lower limit calculating means calculates a magnetic flux when torque is equal to a torque command value and when torque / magnetic flux is maximized as the magnetic flux lower limit.
請求項1または2に記載した同期電動機の制御装置において、
前記磁束下限値演算手段は、前記同期電動機の電流が電流制限値以上になる場合には、トルクがトルク指令値に等しく、かつ、前記同期電動機の電流が電流制限値に等しいときの磁束を前記磁束下限値として演算することを特徴とする同期電動機の制御装置。
In the synchronous motor control device according to claim 1 or 2,
When the current of the synchronous motor is greater than or equal to the current limit value, the magnetic flux lower limit value calculating means calculates the magnetic flux when the torque is equal to the torque command value and the current of the synchronous motor is equal to the current limit value. A control device for a synchronous motor, wherein the control device calculates the lower limit of magnetic flux.
請求項1〜4の何れか1項に記載した同期電動機の制御装置において、
前記磁束指令値からトルク制限値を演算するトルク制限値演算手段と、
前記トルク制限値の範囲内に前記トルク指令値を制限する手段と、
を備えたことを特徴とする同期電動機の制御装置。
In the synchronous motor control device according to any one of claims 1 to 4,
Torque limit value calculating means for calculating a torque limit value from the magnetic flux command value;
Means for limiting the torque command value within a range of the torque limit value;
A control apparatus for a synchronous motor, comprising:
請求項5に記載した同期電動機の制御装置において、
前記トルク制限値演算手段は、前記同期電動機の磁束が磁束指令値に等しく、かつ、トルク/磁束を最大にするときのトルクを前記トルク制限値として演算することを特徴とする同期電動機の制御装置。
In the synchronous motor control device according to claim 5,
The torque limit value calculating means calculates a torque when the magnetic flux of the synchronous motor is equal to a magnetic flux command value and maximizes the torque / magnetic flux as the torque limit value. .
請求項5に記載した同期電動機の制御装置において、
前記トルク制限値演算手段は、前記同期電動機の電流が電流制限値以上になる場合には、前記同期電動機の磁束が磁束指令値に等しく、かつ、前記同期電動機の電流が電流制限値に等しいときのトルクを前記トルク制限値として演算することを特徴とする同期電動機の制御装置。
In the synchronous motor control device according to claim 5,
When the current of the synchronous motor is equal to or greater than the current limit value, the torque limit value calculating means is configured such that the magnetic flux of the synchronous motor is equal to a magnetic flux command value and the current of the synchronous motor is equal to the current limit value. A control device for a synchronous motor, wherein the torque is calculated as the torque limit value.
請求項1〜7の何れか1項に記載した同期電動機の制御装置において、
前記トルク指令値から前記磁束指令値を演算する磁束指令値演算手段を備え、
前記磁束指令値演算手段は、前記同期電動機のトルクが前記トルク指令値に等しく、かつ、トルク/電流を最大にするときの磁束を前記磁束指令値として演算することを特徴とする同期電動機の制御装置。
In the synchronous motor control device according to any one of claims 1 to 7,
Magnetic flux command value calculating means for calculating the magnetic flux command value from the torque command value,
The magnetic flux command value calculation means calculates the magnetic flux when the torque of the synchronous motor is equal to the torque command value and maximizes the torque / current as the magnetic flux command value. apparatus.
請求項1〜8の何れか1項に記載した同期電動機の制御装置において、
前記同期電動機の端子電圧が電圧制限値以下になるように前記磁束指令値を制御する手段を有することを特徴とする同期電動機の制御装置。
In the control apparatus of the synchronous motor described in any one of Claims 1-8,
A control apparatus for a synchronous motor, comprising means for controlling the magnetic flux command value so that a terminal voltage of the synchronous motor is equal to or lower than a voltage limit value.
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