JP2020010477A - 同期電動機の制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
同期電動機の回転子磁極方向に平行なd軸とこのd軸に直交するq軸とにより定められるd,q直交回転座標系とは別に定義される座標系であってγ軸とδ軸とにより定められるγ,δ直交回転座標系において、電力変換器により前記同期電動機に供給する電流及び電圧を制御する制御装置であって、
電動機鉄心の磁気飽和特性を少なくとも考慮した磁束モデルに基づいて演算する演算装置を備え、
前記演算装置は、
前記同期電動機のγ軸電流の直流成分を指令値に制御し、
前記γ軸に正弦波の交番電圧を印加し、
前記d軸のインダクタンスの演算と前記磁束モデルのパラメータの演算との少なくとも一方を行い、
前記同期電動機のγ軸電圧の基本波成分のフーリエ係数を演算し、
前記同期電動機のδ軸電流の基本波成分のフーリエ係数を演算し、
前記γ軸電圧の基本波成分のフーリエ係数と、前記δ軸電流の基本波成分のフーリエ係数とを用いて、前記d軸と前記γ軸が一致するように前記γ,δ直交回転座標系の位相を制御することを特徴とする、同期電動機の制御装置が提供される。
同期電動機の回転子磁極方向に平行なd軸とこのd軸に直交するq軸とにより定められるd,q直交回転座標系とは別に定義される座標系であってγ軸とδ軸とにより定められるγ,δ直交回転座標系において、電力変換器により前記同期電動機に供給する電流及び電圧を制御する制御装置であって、
電動機鉄心の磁気飽和特性を少なくとも考慮した磁束モデルに基づいて演算する演算装置を備え、
前記演算装置は、
前記同期電動機のγ軸電流の直流成分を指令値に制御し、
前記δ軸に正弦波の交番電圧を印加し、
前記q軸のインダクタンスの演算と前記磁束モデルのパラメータの演算との少なくとも一方を行い、
前記同期電動機のδ軸電圧の基本波成分のフーリエ係数を演算し、
前記同期電動機のγ軸電流の基本波成分のフーリエ係数を演算し、
前記δ軸電圧の基本波成分のフーリエ係数と、前記γ軸電流の基本波成分のフーリエ係数とを用いて、前記d軸と前記γ軸が一致するように前記γ,δ直交回転座標系の位相を制御することを特徴とする、同期電動機の制御装置が提供される。
同期電動機の回転子磁極方向に平行なd軸とこのd軸に直交するq軸とにより定められるd,q直交回転座標系とは別に定義される座標系であってγ軸とδ軸とにより定められるγ,δ直交回転座標系において、電力変換器により同期電動機に供給する電流及び電圧を制御する演算装置を備え、
前記演算装置は、
前記γ軸と前記δ軸のうちチューニング電流を流す一方の軸に直交する他方の軸に発生する振動電流を検出し、前記振動電流の検出値に基づいて、チューニング電流を流す位相を補正する、同期電動機の制御装置が提供される。
図4は、d‐q軸とγ‐δ軸を表す図である。d‐q軸は、同期電動機の実際の磁極位置と同期するd,q直交回転座標系を定める直交軸あり、d軸を磁極位置方向と定める。電動機の回転子の磁極(N極)方向をd軸、回転子磁極方向に平行なd軸から90°進み方向をq軸と定義する。一方、γ‐δ軸は、d,q直交回転座標系とは別に定義される任意のγ,δ直交回転座標系を定める直交軸である。本実施形態の制御装置は、γ‐δ軸をd‐q軸に追従させることで位置・速度センサレス制御を実現する。
(2.1)電流及び電圧の制御方法
まず、図1は、本開示に係る制御装置を主回路と共に示したブロック図であり、以下では、永久磁石型同期電動機(以下、単に電動機又はSMともいう)の電圧及び電流の制御方法を制御装置の構成と共に説明する。なお、電力変換器により同期電動機に供給する電圧及び電流の制御演算は、d,q直交回転座標系に一致するように制御されるγ,δ直交回転座標系の上で行うこととする。
図1の軸ずれ補償器19について、第1の実施形態における構成を説明する。はじめに、γ‐δ軸とd‐q軸により、軸ずれ量θerrの演算原理を説明する。数式6は、軸ずれ発生時のd‐q軸電圧の振幅である。これにより、d‐q軸には、数式7に示す振幅を持つ基本波電流が発生する。ただし、簡単のため電機子抵抗は無視する。
(3.1)電流及び電圧の制御方法
図1を参照して、第2の実施形態における、同期電動機1の電圧及び電流の制御方法を制御装置の構成と共に説明する。なお、電力変換器により同期電動機に供給する電圧及び電流の制御演算は、d,q直交回転座標系に一致するように制御されるγ,δ直交回転座標系の上で行うこととする。
図1の軸ずれ補償器19について、第2の実施形態における構成を説明する。はじめに、γ‐δ軸とd‐q軸により、軸ずれ量θerrの演算原理を説明する。数式22は、軸ずれ発生時のd‐q軸電圧の振幅である。これにより、d‐q軸には、数式7に示す振幅を持つ基本波電流が発生する。ただし、簡単のため電機子抵抗は無視する。
2 電力変換器
3 整流回路
4 三相交流電源
5a〜5c 積分器
6a,6b 交番電流指令演算器
7a〜7e 加算器
8 電流座標変換器
9u,9w 電流検出器
10a,10bローパスフィルタ
11a,11b 減算器
12a,12b 電流調節器
13 直流電機子抵抗補償器
14 電圧補償値演算器
15 インピーダンス推定器
16 フーリエ係数演算器
17 電機子抵抗補償器
18 磁束モデル係数推定器
19 軸ずれ補償器
20 電圧座標変換器
21 PWM回路
100 制御装置
110 マイクロコンピュータ
Claims (8)
- 同期電動機の回転子磁極方向に平行なd軸とこのd軸に直交するq軸とにより定められるd,q直交回転座標系とは別に定義される座標系であってγ軸とδ軸とにより定められるγ,δ直交回転座標系において、電力変換器により前記同期電動機に供給する電流及び電圧を制御する制御装置であって、
電動機鉄心の磁気飽和特性を少なくとも考慮した磁束モデルに基づいて演算する演算装置を備え、
前記演算装置は、
前記同期電動機のγ軸電流の直流成分を指令値に制御し、
前記γ軸に正弦波の交番電圧を印加し、
前記d軸のインダクタンスの演算と前記磁束モデルのパラメータの演算との少なくとも一方を行い、
前記同期電動機のγ軸電圧の基本波成分のフーリエ係数を演算し、
前記同期電動機のδ軸電流の基本波成分のフーリエ係数を演算し、
前記γ軸電圧の基本波成分のフーリエ係数と、前記δ軸電流の基本波成分のフーリエ係数とを用いて、前記d軸と前記γ軸が一致するように前記γ,δ直交回転座標系の位相を制御することを特徴とする、同期電動機の制御装置。 - 前記演算装置は、
前記γ軸電流の基本波成分のフーリエ係数を演算し、
前記γ軸電流の基本波成分のフーリエ係数を更に用いて、前記d軸と前記γ軸が一致するように前記γ,δ直交回転座標系の位相を制御する、請求項1に記載の同期電動機の制御装置。 - 前記演算装置は、
前記δ軸電流の基本波成分のフーリエ係数と前記γ軸電流の基本波成分のフーリエ係数とを用いて、前記δ軸に発生する振動電流を検出し、
前記γ軸電圧の基本波成分と前記振動電流の検出値とを用いて、前記d軸と前記γ軸が一致するように前記γ,δ直交回転座標系の位相を制御する、請求項2に記載の同期電動機の制御装置。 - 同期電動機の回転子磁極方向に平行なd軸とこのd軸に直交するq軸とにより定められるd,q直交回転座標系とは別に定義される座標系であってγ軸とδ軸とにより定められるγ,δ直交回転座標系において、電力変換器により前記同期電動機に供給する電流及び電圧を制御する制御装置であって、
電動機鉄心の磁気飽和特性を少なくとも考慮した磁束モデルに基づいて演算する演算装置を備え、
前記演算装置は、
前記同期電動機のγ軸電流の直流成分を指令値に制御し、
前記δ軸に正弦波の交番電圧を印加し、
前記q軸のインダクタンスの演算と前記磁束モデルのパラメータの演算との少なくとも一方を行い、
前記同期電動機のδ軸電圧の基本波成分のフーリエ係数を演算し、
前記同期電動機のγ軸電流の基本波成分のフーリエ係数を演算し、
前記δ軸電圧の基本波成分のフーリエ係数と、前記γ軸電流の基本波成分のフーリエ係数とを用いて、前記d軸と前記γ軸が一致するように前記γ,δ直交回転座標系の位相を制御することを特徴とする、同期電動機の制御装置。 - 前記演算装置は、
前記同期電動機のδ軸電流の基本波成分のフーリエ係数を演算し、
前記δ軸電流の基本波成分のフーリエ係数を更に用いて、前記d軸と前記γ軸が一致するように前記γ,δ直交回転座標系の位相を制御する、請求項4に記載の同期電動機の制御装置。 - 前記演算装置は、
前記γ軸電流の基本波成分のフーリエ係数と前記δ軸電流の基本波成分のフーリエ係数とを用いて、前記γ軸に発生する振動電流を検出し、
前記δ軸電圧の基本波成分と前記振動電流の検出値とを用いて、前記d軸と前記γ軸が一致するように前記γ,δ直交回転座標系の位相を制御する、請求項5に記載の同期電動機の制御装置。 - 同期電動機の回転子磁極方向に平行なd軸とこのd軸に直交するq軸とにより定められるd,q直交回転座標系とは別に定義される座標系であってγ軸とδ軸とにより定められるγ,δ直交回転座標系において、電力変換器により同期電動機に供給する電流及び電圧を制御する演算装置を備え、
前記演算装置は、
前記γ軸と前記δ軸のうちチューニング電流を流す一方の軸に直交する他方の軸に発生する振動電流を検出し、前記振動電流の検出値に基づいて、チューニング電流を流す位相を補正する、同期電動機の制御装置。 - 前記演算装置は、
前記振動電流の検出値に基づいて前記同期電動機の磁極位置のずれ量を演算し、前記ずれ量の演算値に基づいてチューニング電流を流す位相を補正する、請求項7に記載の同期電動機の制御装置。
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---|---|---|---|---|
JP2009273283A (ja) * | 2008-05-09 | 2009-11-19 | Fuji Electric Systems Co Ltd | 永久磁石形同期電動機の制御装置 |
JP2013066302A (ja) * | 2011-09-16 | 2013-04-11 | Fuji Electric Co Ltd | 永久磁石形同期電動機の制御装置 |
JP2015144502A (ja) * | 2014-01-31 | 2015-08-06 | 富士電機株式会社 | 永久磁石形同期電動機の制御装置 |
JP2015154620A (ja) * | 2014-02-17 | 2015-08-24 | 富士電機株式会社 | 永久磁石形同期電動機の制御装置 |
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2018
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