JP2861202B2 - 電動機の制御方法 - Google Patents
電動機の制御方法Info
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- JP2861202B2 JP2861202B2 JP2039728A JP3972890A JP2861202B2 JP 2861202 B2 JP2861202 B2 JP 2861202B2 JP 2039728 A JP2039728 A JP 2039728A JP 3972890 A JP3972890 A JP 3972890A JP 2861202 B2 JP2861202 B2 JP 2861202B2
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- Control Of Electric Motors In General (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は、同期電動機内部磁石形永久磁石電動機及び
リラクタンスモータ等の電動機の制御方法に関する。
リラクタンスモータ等の電動機の制御方法に関する。
B.発明の概要 固定子鉄心に備えた三相巻線にインバータにより三相
交流を流すに当り、この三相交流による電機子反作用起
磁力の空間分布の値が最大となる位置と回転子の直軸と
の空間角を一定にするように三相交流の位相を制御し、
しかも三相交流の振幅の瞬時値を制御することにより、
簡単な回路で従来のベクトル制御と同等の速応性を持た
せると共に運転時の特性も改善したものである。
交流を流すに当り、この三相交流による電機子反作用起
磁力の空間分布の値が最大となる位置と回転子の直軸と
の空間角を一定にするように三相交流の位相を制御し、
しかも三相交流の振幅の瞬時値を制御することにより、
簡単な回路で従来のベクトル制御と同等の速応性を持た
せると共に運転時の特性も改善したものである。
C.従来の技術とその課題 従来、直流電動機と同等のすぐれた制御性能を持つ交
流電動機の速度制御方式としては、いわゆるベクトル制
御が広く用いられている。このベクトル制御は、磁束の
ベクトルを検出し磁束の大きさが一定となるよう磁化電
流を調整すると共に、所要トルクに比例したトルク電流
を磁束と直角となるよう流すという原理に基づくもの
で、種々の回路定数から磁束ベクトルや電流ベクトルの
演算を行なっている。
流電動機の速度制御方式としては、いわゆるベクトル制
御が広く用いられている。このベクトル制御は、磁束の
ベクトルを検出し磁束の大きさが一定となるよう磁化電
流を調整すると共に、所要トルクに比例したトルク電流
を磁束と直角となるよう流すという原理に基づくもの
で、種々の回路定数から磁束ベクトルや電流ベクトルの
演算を行なっている。
しかしながら、このベクトル制御を行なうに当って
は、その過程にてdq変換や二相三相変換あるいは種々の
演算を行なうために、制御回路が複雑で調整に手間がか
かるという問題を有する。
は、その過程にてdq変換や二相三相変換あるいは種々の
演算を行なうために、制御回路が複雑で調整に手間がか
かるという問題を有する。
本発明は、同期電動機や内部磁石形永久磁石電動機あ
るいはリラクタンスモータを対象として上記ベクトル制
御より簡単な回路にてベクトル制御と同等の速応性を持
つとともに運転特性を改善した電動機の制御方法の提供
を目的とする。
るいはリラクタンスモータを対象として上記ベクトル制
御より簡単な回路にてベクトル制御と同等の速応性を持
つとともに運転特性を改善した電動機の制御方法の提供
を目的とする。
D.課題を解決するための手段 上述の目的を達成する本発明は、固定子鉄心に三相巻
線を備えた固定子と、界磁巻線による磁極を備えた回転
子、回転子鉄心内部に磁極として永久磁石を埋め込んだ
回転子、及び磁極を備えず直軸と横軸との磁気抵抗が異
なる回転子のいずれか一方の回転子とを有して、上記三
相巻線に流す三相交流をインバータによって制御する方
法において、上記三相巻線に流す電流により生ずる電機
子反作用起磁力の空間分布の値が最大となる位置と上記
回転子の直軸とのなす空間角を一定値に保つように上記
三相交流の位相を制御し、かつこの制御とは独立に上記
三相交流の振幅の瞬時値を直接制御することにより瞬時
トルクを制御することを特徴とする。
線を備えた固定子と、界磁巻線による磁極を備えた回転
子、回転子鉄心内部に磁極として永久磁石を埋め込んだ
回転子、及び磁極を備えず直軸と横軸との磁気抵抗が異
なる回転子のいずれか一方の回転子とを有して、上記三
相巻線に流す三相交流をインバータによって制御する方
法において、上記三相巻線に流す電流により生ずる電機
子反作用起磁力の空間分布の値が最大となる位置と上記
回転子の直軸とのなす空間角を一定値に保つように上記
三相交流の位相を制御し、かつこの制御とは独立に上記
三相交流の振幅の瞬時値を直接制御することにより瞬時
トルクを制御することを特徴とする。
E.作用と原理 電機子反作用起磁力の空間分布の値が最大となる位置
と回転子の直軸とのなす空間角φを一定に保つように位
相ωｔ＊を求め、この位相ωｔ＊と指令角速度ωｍ ＊に
基づく電流振幅im ＊とにより三相巻線電流iu ＊,iv ＊,iw
＊を得てインバータを制御することにより、電動機の瞬
時トルクを制御することができる。
と回転子の直軸とのなす空間角φを一定に保つように位
相ωｔ＊を求め、この位相ωｔ＊と指令角速度ωｍ ＊に
基づく電流振幅im ＊とにより三相巻線電流iu ＊,iv ＊,iw
＊を得てインバータを制御することにより、電動機の瞬
時トルクを制御することができる。
ここで、上記作用を更に具体化して本発明の原理を第
１図を参照しつつ以下に説明する。第１図は同期機の起
磁力とギャップ磁束密度との関係を示す説明図で、下部
分は回転子の一部を示し、上部分は回転子上にとった座
標θ２においてｑ軸（横軸）ｄ軸（直軸）に対する起磁
力等の関係を示している。第１図において、F1は電機子
電流による反作用起磁力であって回転子と同期して回転
するもの、F2は回転子起磁力の基本波成分、Bgは起磁力
F1とF2との合成起磁力によって生ずるギャップ磁束密度
の基本波成分、acは電機子電流密度分布である。このう
ち、ｄ軸とギャップ磁束密度Bgのピークとのなす角δが
内部相差角であり、この内部相差角δをパラメータとし
て従来では同期機理論が構成される。
１図を参照しつつ以下に説明する。第１図は同期機の起
磁力とギャップ磁束密度との関係を示す説明図で、下部
分は回転子の一部を示し、上部分は回転子上にとった座
標θ２においてｑ軸（横軸）ｄ軸（直軸）に対する起磁
力等の関係を示している。第１図において、F1は電機子
電流による反作用起磁力であって回転子と同期して回転
するもの、F2は回転子起磁力の基本波成分、Bgは起磁力
F1とF2との合成起磁力によって生ずるギャップ磁束密度
の基本波成分、acは電機子電流密度分布である。このう
ち、ｄ軸とギャップ磁束密度Bgのピークとのなす角δが
内部相差角であり、この内部相差角δをパラメータとし
て従来では同期機理論が構成される。
本発明ではｄ軸と電機子電流起磁力F1のピークとの位
相差φをパラメータとして理論を構成する。そして、こ
の基準となるｄ軸は回転子起磁力F2のピーク位置でもあ
るので、φは両起磁力F1とF2との位相差（起磁力相差角
という）でもある。
相差φをパラメータとして理論を構成する。そして、こ
の基準となるｄ軸は回転子起磁力F2のピーク位置でもあ
るので、φは両起磁力F1とF2との位相差（起磁力相差角
という）でもある。
この起磁力相差角φを用いてトルクを表わすに、同期
機の固定子三相巻線に次式（１）の振幅imで示す三相交
流iu,iv,iwを流した場合の発生トルクＴは（２）式とな
る。
機の固定子三相巻線に次式（１）の振幅imで示す三相交
流iu,iv,iwを流した場合の発生トルクＴは（２）式とな
る。
この場合、Ｐは極対数、Ｋは設計諸元できまる定数、
Bfmは界磁起磁力によって生ずるギャップ磁束密度の基
本波成分のピーク値、Ladは直軸電機子反作用インダク
タンス、Laqは横軸電機子反作用インダクタンスであ
る。
Bfmは界磁起磁力によって生ずるギャップ磁束密度の基
本波成分のピーク値、Ladは直軸電機子反作用インダク
タンス、Laqは横軸電機子反作用インダクタンスであ
る。
この（２）式であるトルクＴは、全ての同期機に対し
て成立する一般式であり、式中第１項は界磁磁束による
トルク、第２項は突極形のようにｄ軸とｑ軸とが異なる
磁気抵抗を持つ場合にのみ存在する反作用トルクであ
る。したがつて、円筒形回転子の場合第２項は存在せ
ず、リラクタンスモータの場合第２項のみとなる。そし
て、式から判明するように、起磁力相差角φを一定に保
つように電流位相を制御すれば、トルクＴは電流振幅の
瞬時値imに依存することになる。
て成立する一般式であり、式中第１項は界磁磁束による
トルク、第２項は突極形のようにｄ軸とｑ軸とが異なる
磁気抵抗を持つ場合にのみ存在する反作用トルクであ
る。したがつて、円筒形回転子の場合第２項は存在せ
ず、リラクタンスモータの場合第２項のみとなる。そし
て、式から判明するように、起磁力相差角φを一定に保
つように電流位相を制御すれば、トルクＴは電流振幅の
瞬時値imに依存することになる。
ここで、空間角をすべて電気角で表わし、回転子の角
速度ωｍも電気角を用いる場合、電機子反作用起磁力F1
が回転子と同期して回転するためには、電流式（１）の
ωはωｍに等しくなければならない。
速度ωｍも電気角を用いる場合、電機子反作用起磁力F1
が回転子と同期して回転するためには、電流式（１）の
ωはωｍに等しくなければならない。
また、固定子においてｕ相巻線の巻線軸を原点とし
て、電気角で表わした固定子座標を考えるとき、この座
標系でのｄ軸位置θｄとすると、φが一定の運転状態で
は次式（３）を得る。
て、電気角で表わした固定子座標を考えるとき、この座
標系でのｄ軸位置θｄとすると、φが一定の運転状態で
は次式（３）を得る。
θｄ＝ωmt−φ …（３） よって、この（３）式によればθｄをセンサにて検出
し一定に保つべきφをφ＊とした場合、（４）式とな
る。
し一定に保つべきφをφ＊とした場合、（４）式とな
る。
（ωｔ）＊＝ωmt＝θｄ＋φ＊ …（４） こうして指定値（ωｔ）＊を得ることができる。
したがって、（１）式の（ωｔ）が（４）式の（ω
ｔ）＊となるように三相巻線に流す電流位相を制御すれ
ば、電機子反作用起磁力F1は、そのピーク値とｄ軸との
間にφ＊の角を保ちつつ回転子と同期して角速度ωｍに
て回転することができる。
ｔ）＊となるように三相巻線に流す電流位相を制御すれ
ば、電機子反作用起磁力F1は、そのピーク値とｄ軸との
間にφ＊の角を保ちつつ回転子と同期して角速度ωｍに
て回転することができる。
この結果、電流の位相制御によってφを一定に保つこ
とができ、このとき（２）式から電流振幅の瞬時値imに
依存してトルクの瞬時値が決まることになる。したがっ
て、固定子の三相巻線に流す電流の瞬時値iu,iv,iwが次
の（５）式となるようにインバータを制御すれば、電動
機の瞬時トルクを制御することができる。
とができ、このとき（２）式から電流振幅の瞬時値imに
依存してトルクの瞬時値が決まることになる。したがっ
て、固定子の三相巻線に流す電流の瞬時値iu,iv,iwが次
の（５）式となるようにインバータを制御すれば、電動
機の瞬時トルクを制御することができる。
F.実 施 例 ここで、本発明による制御方法の一実施例を具体的制
御回路を参照しつつ説明する。電流制御形インバータ20
により電動機21が制御されるが、この電動機21に備えら
れるロータリエンコーダ等の位置検出器22では、回転子
のｄ軸位置θｄが得られる。電流位相演算回路23では、
あらかじめ設定された起磁力相差角指定値φ＊にもとづ
いて作成された二つのROMテーブルから、入力されたθ
ｄに対応する を取り出す。
御回路を参照しつつ説明する。電流制御形インバータ20
により電動機21が制御されるが、この電動機21に備えら
れるロータリエンコーダ等の位置検出器22では、回転子
のｄ軸位置θｄが得られる。電流位相演算回路23では、
あらかじめ設定された起磁力相差角指定値φ＊にもとづ
いて作成された二つのROMテーブルから、入力されたθ
ｄに対応する を取り出す。
一方、位置検出器22からの信号をFV変換器24にて変換
して回転角速度信号ωｍが得られる。この速度信号ωｍ
と速度指定値ωｍ ＊とを比較して、PI制御器25を介して
必要なトルクを得るための電流振幅im ＊を得る。
して回転角速度信号ωｍが得られる。この速度信号ωｍ
と速度指定値ωｍ ＊とを比較して、PI制御器25を介して
必要なトルクを得るための電流振幅im ＊を得る。
この振幅im ＊とマルチプライング形D/A変換器26にてD
/A変換された とをかけて、Ｕ相及びＷ相の電流指令値iu ＊及びiw ＊が
得られる。そして、iu＋iv＋iw＝０の関係を用いてiv ＊
演算回路27から、Ｖ相電流指令値iv ＊が得られる。
/A変換された とをかけて、Ｕ相及びＷ相の電流指令値iu ＊及びiw ＊が
得られる。そして、iu＋iv＋iw＝０の関係を用いてiv ＊
演算回路27から、Ｖ相電流指令値iv ＊が得られる。
指令値iu ＊,iv ＊iw ＊どおり電流を電動機21に供給す
るように電圧形インバータ20を制御すれば、負荷トルク
が変動してもωｍ ＊の角速度で安定な運転を行なうこと
ができる。
るように電圧形インバータ20を制御すれば、負荷トルク
が変動してもωｍ ＊の角速度で安定な運転を行なうこと
ができる。
また、トルクＴの式は周波数に無関係であるので、PI
制御器の出力側にリミッタ28を設け、加速及び減速時に
は、一定電流値を流すことによって一定トルクを発生さ
せることができる。
制御器の出力側にリミッタ28を設け、加速及び減速時に
は、一定電流値を流すことによって一定トルクを発生さ
せることができる。
更にこの実施例ではヒステリシスコンパレータ29によ
って、（ωｍ ＊−ωｍ）の符号の正負に従って、これが
正の場合にはφ＊の値も正として電動機運転で加速し、
逆に負の場合にはφ＊の値も負として発電機運転で回生
制動を行うようになっている。
って、（ωｍ ＊−ωｍ）の符号の正負に従って、これが
正の場合にはφ＊の値も正として電動機運転で加速し、
逆に負の場合にはφ＊の値も負として発電機運転で回生
制動を行うようになっている。
本実施例では、同期電動機及びリラクタンスモータの
構造を持つすべての回転機に適用できるが、その構造に
応じてφの最適値を選定する。この場合、ピークトルク
を生ずるφの値に近い値にて、効率、力率等が良好な特
性を有するφの値を選定する。また、瞬時過負荷の時に
は、相応する電流を流せるように電源電圧を設定するこ
とで対応できる。
構造を持つすべての回転機に適用できるが、その構造に
応じてφの最適値を選定する。この場合、ピークトルク
を生ずるφの値に近い値にて、効率、力率等が良好な特
性を有するφの値を選定する。また、瞬時過負荷の時に
は、相応する電流を流せるように電源電圧を設定するこ
とで対応できる。
G.発明の効果 以上説明の如く本発明によれば次の効果を有する。
（１） ベクトル制御にくらべて著しく簡単な制御方法
で瞬時トルクの制御を行なうことが出来る。
で瞬時トルクの制御を行なうことが出来る。
（２） 従来の同期電動機は始動、同期引入れ、脱調等
を考慮してダンパー巻線が設けられているが、本方法は
回転子の位置を検出して制御しているため、これ等の問
題は全く無い。従ってダンパー巻線は必要としないので
構造が簡単となる。また従来の同期電動機では脱調を考
慮してピークトルクの1/1.5〜1/2程度のトルクを定格ト
ルクとしているが、本方法ではピークトルクに近いトル
クを定格トルクとすることができるので電動機を小型化
できる。
を考慮してダンパー巻線が設けられているが、本方法は
回転子の位置を検出して制御しているため、これ等の問
題は全く無い。従ってダンパー巻線は必要としないので
構造が簡単となる。また従来の同期電動機では脱調を考
慮してピークトルクの1/1.5〜1/2程度のトルクを定格ト
ルクとしているが、本方法ではピークトルクに近いトル
クを定格トルクとすることができるので電動機を小型化
できる。
（３） また効率、力率等の運転特性も従来の同期機に
くらべて向上させることができる。
くらべて向上させることができる。
以上のことがらから明らかなように、本方法は簡単な
制御回路ですぐれた特性を有することができ、また省資
源、省エネルギーの効果をあげることができる。
制御回路ですぐれた特性を有することができ、また省資
源、省エネルギーの効果をあげることができる。
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の原理説明図、第２図は本発明の実施に
供する制御回路図である。 図中、 F1は電機子電流起磁力、 F2は回転子起磁力、 Bgはギャップ磁束密度、 21は電動機、 23は電流位相計算回路、 24はF/V変換器である。
供する制御回路図である。 図中、 F1は電機子電流起磁力、 F2は回転子起磁力、 Bgはギャップ磁束密度、 21は電動機、 23は電流位相計算回路、 24はF/V変換器である。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H02P 6/00 - 6/02 H02P 5/408 - 5/412 H02P 7/628 - 7/632 H02P 21/00
Claims (1)
- 【請求項１】固定子鉄心に三相巻線を備えた固定子と、
界磁巻線による磁極を備えた回転子、回転子鉄心内部に
磁極として永久磁石を埋め込んだ回転子、及び磁極を備
えず直軸と横軸との磁気抵抗が異なる回転子のいずれか
一方の回転子とを有して、上記三相巻線に流す三相交流
をインバータによって制御する方法において、 上記三相巻線に流す電流により生ずる電機子反作用起磁
力の空間分布の値が最大となる位置と上記回転子の直軸
とのなす空間角を一定値に保つように上記三相交流の位
相を制御し、かつこの制御とは独立に上記三相交流の振
幅の瞬時値を直接制御することにより瞬時トルクを制御
することを特徴とする電動機の制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2039728A JP2861202B2 (ja) | 1990-02-22 | 1990-02-22 | 電動機の制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2039728A JP2861202B2 (ja) | 1990-02-22 | 1990-02-22 | 電動機の制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03245792A JPH03245792A (ja) | 1991-11-01 |
| JP2861202B2 true JP2861202B2 (ja) | 1999-02-24 |
Family
ID=12561040
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2039728A Expired - Fee Related JP2861202B2 (ja) | 1990-02-22 | 1990-02-22 | 電動機の制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2861202B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0697801B2 (ja) * | 1986-09-29 | 1994-11-30 | 日産自動車株式会社 | 同期モ−タの制御装置 |
-
1990
- 1990-02-22 JP JP2039728A patent/JP2861202B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03245792A (ja) | 1991-11-01 |
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Legal Events
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