JP3259805B2 - Control device for synchronous motor - Google Patents

Control device for synchronous motor

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JP3259805B2
JP3259805B2 JP00738595A JP738595A JP3259805B2 JP 3259805 B2 JP3259805 B2 JP 3259805B2 JP 00738595 A JP00738595 A JP 00738595A JP 738595 A JP738595 A JP 738595A JP 3259805 B2 JP3259805 B2 JP 3259805B2
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synchronous motor
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control device
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博 大沢
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、同期電動機の制御装
置、特に歪んだ誘導電圧波形を持つ永久磁石式同期電動
機をトルク脈動なく、かつ高力率で制御することが可能
な制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control device for a synchronous motor, and more particularly to a control device capable of controlling a permanent magnet type synchronous motor having a distorted induced voltage waveform at a high power factor without torque pulsation.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、電力変換器により同期電動機の
トルクあるいは速度を制御する場合には、トルク脈動を
低減するため同期電動機の誘導電圧波形および電機子電
流波形は正弦波であることが望ましいとされている。し
かし、誘導電圧波形を厳密に正弦波とするためには、電
動機の設計に制約が加わって製作が困難でコスト増の要
因となったり、電動機の出力が低減するなどの問題が発
生する。
2. Description of the Related Art In general, when the torque or speed of a synchronous motor is controlled by a power converter, it is desirable that the induced voltage waveform and the armature current waveform of the synchronous motor are sine waves in order to reduce torque pulsation. Have been. However, in order to make the induced voltage waveform a sine wave strictly, the design of the motor is restricted, and it is difficult to manufacture the motor, resulting in an increase in cost and a reduction in the output of the motor.

【0003】このような問題に対処するため、出願人は
先に特願平4−246823号(平成4年9月16日出
願)を出願するとともに、「ひずんだ誘導起電力をもつ
永久磁石電動機の低トルク脈動・高出力制御」大沢他、
電気学会論文誌D,113巻10号,1993年,P.
1200〜1208を発表している(以下、これらをま
とめて、従来例ともいう)。
In order to cope with such a problem, the applicant has previously filed Japanese Patent Application No. 4-246823 (filed on Sep. 16, 1992), and referred to "Permanent Magnet Motor Having Distorted Induced Electromotive Force". Osawa et al.
IEEJ Transactions on Electronics, Vol. 113, No. 10, 1993, p.
1200 to 1208 have been announced (hereinafter collectively referred to as a conventional example).

【0004】図16は従来例を示す構成図である。すな
わち、従来例は電動機の基準誘導電圧波形をメモリ31
〜3nに記憶しておき、磁極の位置θに応じてこのメモ
リの内容を読み出すことによって、各相対応の基準誘導
電圧の瞬時値e01〜eonを得る。そして、電流指令値
(目標値)演算器4において、メモリ31〜3nから読
み出された基準誘起電圧の瞬時値e01〜eonと、トルク
目標値T* とから、次式にもとづき各相の電流目標値i
1 * 〜in * を求める。例えば、第k番目の電流目標値
k * は、 ik * =T* 0k/(e01 2 +e02 2 +…+eon 2 ) で与えられ、各相の基準誘起電圧の瞬時値の2乗和に反
比例し、トルク目標値と第k番目の基準誘起電圧の瞬時
値に比例した量となる。
FIG. 16 is a configuration diagram showing a conventional example. That is, in the conventional example, the reference induced voltage waveform of the motor is stored in the memory 31.
3n, and read out the contents of this memory in accordance with the position θ of the magnetic pole to obtain instantaneous values e 01 to e on of the reference induced voltage corresponding to each phase. Then, in the current command value (target value) calculator 4, the instantaneous values e 01 to e on of the reference induced voltages read from the memories 31 to 3n and the torque target value T * are used to calculate each phase based on the following equation. Current target value i
Seek 1 * ~i n *. For example, the k-th target current value i k * is, i k * = T * e 0k / given by (e 01 2 + e 02 2 + ... + e on 2), the instantaneous value of each phase of the reference induced voltage The amount is inversely proportional to the sum of squares and proportional to the instantaneous value of the torque target value and the k-th reference induced voltage.

【0005】51〜5nは電流調節器(ACR)であ
り、電流目標値i1 * 〜in * と電流検出値i1 〜in
との偏差を増幅する。ACR51〜5nの出力をパルス
幅変調(PWM)し、各単相インバータ11〜1nに対
しパルス発生器(PG)61’〜6n’からゲートパル
スを発生して、そのオン,オフ制御を行なうようにした
ものである。これにより、歪んだ誘導電圧をもつ同期電
動機をトルク脈動が少なく、かつ所定の電流実効値で最
大の出力を得られるようにするものである。
[0005] 51~5n is a current regulator (ACR), the current target value i 1 * ~i n * and the current detection value i 1 through i n
And amplify the deviation. The outputs of the ACRs 51 to 5n are subjected to pulse width modulation (PWM), and gate pulses are generated from pulse generators (PG) 61 'to 6n' for each of the single-phase inverters 11 to 1n, so that on / off control is performed. It was made. As a result, the synchronous motor having a distorted induction voltage has a small torque pulsation and a maximum output with a predetermined effective current value.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
従来例においては、電動機の利用率は最大限に向上する
が、検討の結果、負荷の増大にともなって電動機の端子
電圧ピーク値が大きくなり必要な変換器容量が大きくな
る、という問題が残されていることが判明した。したが
って、この発明の課題は誘導電圧が歪んだ同期電動機、
特に永久磁石同期電動機をトルク脈動なくかつ電動機の
利用率をあまり低下させることなく、変換器の利用率を
改善することにある。
However, in the conventional example described above, the utilization rate of the motor is improved to the maximum, but as a result of examination, as the load increases, the terminal voltage peak value of the motor increases. It has been found that there remains a problem that the required converter capacity increases. Therefore, an object of the present invention is to provide a synchronous motor in which an induced voltage is distorted,
In particular, it is an object of the present invention to improve the converter utilization without causing torque pulsation in the permanent magnet synchronous motor and without significantly reducing the utilization of the motor.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め、請求項1の発明では、電力変換器を介して給電され
る多相(n相)同期電動機の制御装置において、各相の
誘導電圧をe1 ,e2 ,…en とし、これらの誘導電圧
に対して少なくとも基本波成分の位相がφだけずれた関
数をe1 ’,e2 ’,…en ’とするとき、任意のk番
目の電機子電流の目標値ik * を、 ik * =K・ek ’/(e1 1 ’+e2 2 ’+…e
n n ’) (K:係数)なる関数として演算する演算手段と、この
演算結果にもとづき電機子電流を制御する電流制御手段
とを設けたことを特徴としている。
In order to solve this problem, according to the present invention, in a control device for a multi-phase (n-phase) synchronous motor supplied with electric power via a power converter, an induction voltage of each phase is provided. the e 1, e 2, ... and e n, at least a function whose phase is shifted by φ of the fundamental wave component e 1 to these induced voltages when ', e 2', ... and e n ', any k-th of the armature current target value i k *, i k * = k · e k '/ (e 1 e 1' + e 2 e 2 '+ ... e
n e n ') (K: is a calculating means for calculating a coefficient) becomes a function, characterized by comprising a current control means for controlling the armature current based on the calculation result.

【0008】請求項1の発明では、前記各相の誘導電圧
1 ,e2 ,…en を記憶する第1の記憶手段と、前記
各相の誘導電圧に対して少なくとも基本波成分の位相が
φだけずれた関数e1 ’,e2 ’,…en ’を記憶する
第2の記憶手段とを設け、これら第1,第2記憶手段の
内容を共通の磁極位置信号に応じて読み出して電機子電
流の目標値を求めることができ(請求項2の発明)、ま
たは、前記各相の誘導電圧e1 ,e2 ,…en を記憶す
る記憶手段を設け、この記憶手段に所定の磁極位置信号
を与えて前記各相の誘導電圧を読み出す一方、前記各相
の誘導電圧に対して少なくとも基本波成分の位相がφだ
けずれた関数を、前記磁極位置信号に位相φを加算した
値で読み出して電機子電流の目標値を求めることができ
る(請求項3の発明)。
[0008] In the present invention of claim 1, the induced voltage e 1 of the phase, e 2, ... a first storage means for storing e n, at least the fundamental wave component phase relative to the phase of the induced voltage There φ shifted function e 1 ', e 2', ... is provided and a second storage means for storing e n ', read in accordance with these first, the contents of the second storage means to a common magnetic pole position signal Te can obtain a target value of the armature current (the invention of claim 2), or, the induced voltage e 1, e 2 of the respective phases, provided storage means for storing ... e n, predetermined in the storage means While the magnetic pole position signal is given to read out the induced voltage of each phase, a function in which at least the phase of the fundamental wave component is shifted by φ with respect to the induced voltage of each phase, a phase φ is added to the magnetic pole position signal. The target value of the armature current can be obtained by reading the value (the invention of claim 3).

【0009】上記請求項1〜3の発明では、前記位相φ
をトルク指令に関連付け、トルク指令の増加にともなっ
てφを大きくすることができ(請求項4の発明)、また
は、前記位相φを電動機の回転速度に関連付け、中,低
速時にはφ=0とし、高速時にはφ≠0とすることがで
き(請求項5の発明)、もしくは、前記位相φをトルク
指令と電動機の回転速度とに関連付け、中,低速時には
φ=0とし、トルク指令と電動機の回転速度の増加にと
もなってφを大きくすることができる(請求項6の発
明)。請求項1〜6の発明では、前記e1 ’,e2 ’,
…en ’を、零相成分を含まない関数とすることができ
(請求項7の発明)、また、請求項7の発明では、前記
関数を正弦波とすることができる(請求項8の発明)。
[0009] In the invention of the first to third aspects, the phase φ
Can be related to a torque command, and φ can be increased with an increase in the torque command (the invention of claim 4), or the phase φ can be related to the rotation speed of the electric motor, and φ = 0 at medium and low speeds, At high speed, φ ≠ 0 can be established (the invention of claim 5), or the phase φ is associated with the torque command and the rotation speed of the motor. Φ can be increased as the speed increases (the invention of claim 6). In the invention of claims 1 to 6, the e 1 ′, e 2 ′,
The ... e n ', can be a function that does not include the zero-phase component (the invention of claim 7), and in the invention of claim 7, the function can be a sine wave (of claims 8 invention).

【0010】[0010]

【作用】n相同期電動機の誘導電圧をe1 ,e2 ,…,
n 、これらの誘導電圧に対して基本波成分の位相がφ
だけずれた関数をe1 ’,e2 ’,…,en ’とすると
き、任意のk番目の電機子電流の目標値ik を、Kを比
例定数として、 ik * =K・ek ’/(e1 1 ’+ e2 2 ’+…+en n ’) …(1) なる関数として演算し、この演算結果にもとづき電機子
電流を制御することによってトルク脈動を発生させず、
しかも負荷の増大にともなう電動機端子電圧の上昇を抑
制して必要な変換器容量を低減させ、高力率かつ高効率
な制御を可能とする。
[Function] The induced voltages of the n-phase synchronous motor are represented by e 1 , e 2 ,.
e n , the phase of the fundamental wave component is φ
Shifted by function e 1 ', e 2', ..., when the e n ', the target value i k for any k-th of the armature current, the K as proportionality factor, i k * = K · e k '/ (e 1 e 1 ' + e 2 e 2 '+ ... + e n e n') ... (1) consisting calculated as a function, it generates a torque pulsation by controlling the armature current based on the calculation result Without letting
In addition, the increase in the motor terminal voltage due to the increase in the load is suppressed to reduce the necessary converter capacity, thereby enabling high power factor and high efficiency control.

【0011】以下、(1)式の導出過程を順次示しなが
ら、この発明の原理について説明する。いま、n相永久
磁石同期電動機において、永久磁石による各相の誘導電
圧の瞬時値e1 ,e2 ,…,en からなるベクトルを次
の(2)式のように、 e(→)=(e1 ,e2 ,…,en ) …(2) とする。なお、(→)なる記号を付してベクトル量を表
わすものとし、以下同様とする。また、各相の電機子電
流の瞬時値i1 ,i2 ,…,in からなるベクトルを、 i(→)=(i1 ,i2 ,…,in ) …(3) とする。このとき、電動機の出力は、 P=e1 1 +e2 2 +…+en n …(4) となる。
Hereinafter, the principle of the present invention will be described while sequentially showing the derivation process of equation (1). Now, the n-phase permanent magnet synchronous motor, the instantaneous value e 1, e 2 of the induced voltage of each phase by the permanent magnets, ..., a vector of e n as in the following equation (2), e (→) = (e 1, e 2, ... , e n) and (2). Note that a vector amount is represented by adding a symbol (→), and so on. Further, the instantaneous value i 1, i 2 of each phase of the armature current, ..., a vector of i n, i (→) = (i 1, i 2, ..., i n) and (3). At this time, the output of the electric motor becomes P = e 1 i 1 + e 2 i 2 + ... + e n i n ... (4).

【0012】このように、出力Pはベクトルe(→)と
i(→)の内積で与えられ、次式のようになる。 P=e(→)・i(→)=|e(→)||i(→)|cosφ0 …(5) ここに、 |e(→)|=(e1 2 +e2 2 +…+en 2 1/2 …(5−1) |i(→)|=(i1 2 +i2 2 +…+in 2 1/2 …(5−2) であり、φ0 はe(→)とi(→)の交角を示す。
As described above, the output P is given by the inner product of the vectors e (→) and i (→), and is expressed by the following equation. P = e (→) · i (→) = | e (→) || i (→) | cosφ 0 ... (5) here, | e (→) | = (e 1 2 + e 2 2 + ... + e n 2) 1/2 ... (5-1) | i (→) | = (i 1 2 + i 2 2 + ... + i n 2) is 1/2 ... (5-2), φ 0 is e (→ ) And i (→).

【0013】上記の従来例では、所定の出力に対する抵
抗損を最小とする、換言すれば所定の電流実効値に対す
る出力を最大にするため、cosφ0 =1(φ0
0)、すなわち、 i(→)=ae(→) …(6) が成立する制御方法を提案していると言える。しかる
に、この方法は前述のように、電力変換器の利用率が低
減する。
[0013] In the conventional example described above, to minimize the resistance loss for a given output, to maximize output for a given current effective value other words, cosφ 0 = 1 (φ 0 =
0), that is, a control method in which i (→) = ae (→) (6) holds. However, this method reduces the power converter utilization, as described above.

【0014】そこで、この発明では、 i(→)=ae’(→) …(7) とし、e(→)とe’(→)とは、基本波の力率角がφ
だけ位相差があるものとする。(7)式を(5)式に代
入してaを求めると、 a=P/e(→)・e’(→) …(8) となる。(8)式を(7)式に代入してPをその目標値
* に置き換えると、 |i(→)|=P* e’(→)/e(→)・e’(→) …(9) となる。この(9)式はP* を一定とすると出力が一
定、すなわちトルク脈動を発生しないベクトルを表わし
ている。なお、(9)式をベクトルの各成分で表わして
一般化したのが、先の(1)式である。
Therefore, in the present invention, i (→) = ae ′ (→) (7) where e (→) and e ′ (→) are such that the power factor angle of the fundamental wave is φ
Assume that there is only a phase difference. Substituting equation (7) into equation (5) to obtain a, a = P / e (→) · e ′ (→) (8) Substituting equation (8) into equation (7) and replacing P with its target value P * , | i (→) | = P * e ′ (→) / e (→) · e ′ (→) (9) This equation (9) represents a vector in which the output is constant when P * is constant, that is, a vector in which torque pulsation does not occur. The above equation (1) is a generalization of the equation (9) by expressing each component of the vector.

【0015】次に、(1)または(9)式の変形を試み
る。誘導電圧のベクトルe(→)は、回転角速度ωに比
例するので、 e(→)=ωe0 (→) …(10) にて与えられる誘導電圧の基準となるベクトルe
0 (→)を考える。また、ベクトルe’(→)について
も同様に、 e’(→)=ωe0 ’(→) …(11) とする。また、出力PはωとトルクTとの積で表わせる
ので、(9)式は、T*をトルクの目標値として、 |i(→)|=T* 0 ’(→)/e0 (→)・e0 ’(→) …(12) となる。
Next, a modification of equation (1) or (9) will be attempted. Since the vector e (→) of the induced voltage is proportional to the rotational angular velocity ω, the vector e as the reference of the induced voltage given by e (→) = ωe 0 (→) (10)
Consider 0 (→). Similarly, the vector e ′ (→) is set to e ′ (→) = ωe 0 ′ (→) (11). In addition, since the output P can be expressed by the product of the ω and the torque T, as (9), the target value of the torque T *, | i (→) | = T * e 0 '(→) / e 0 (→) · e 0 ′ (→) (12)

【0016】(12)式をベクトルの各成分で表わす
と、次式となる。 ik * =T* ・e0k’/(e0101’+e0202’+…e0n0n’) …(13)
When the equation (12) is represented by each component of the vector, the following equation is obtained. i k * = T * · e 0k '/ (e 01 e 01' + e 02 e 02 '+ ... e 0n e 0n') ... (13)

【0017】[0017]

【実施例】図1はこの発明の1実施例を示す構成図、図
2はこの発明が適用される電力変換器主回路構成図であ
る。図2に示すように、電力変換器1はここでは11〜
1nのn組の単相インバータからなり、同期電動機2は
n組の独立した巻線21〜2nを持つ永久磁石式n相同
期電動機とする。2’は磁極の位置を検出する磁極位置
センサである。
FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram of a main circuit of a power converter to which the present invention is applied. As shown in FIG. 2, the power converter 1 has 11 to 11 here.
The synchronous motor 2 is a permanent magnet type n-phase synchronous motor having n sets of independent windings 21 to 2n. 2 ′ is a magnetic pole position sensor for detecting the position of the magnetic pole.

【0018】図1について説明する。先に説明したe0
(→)の各成分e01,e02…e0nは磁極位置だけの関数
なので、これを図1のメモリ3Aに記憶しておき、磁極
の位置θに応じてこのメモリ3Aの内容を読み出すこと
により、e01〜eonを得ることができる。e0 ’(→)
についても同様であり、θに応じてe0 ’(→)の各成
分e01’,e02’…e 0n’をメモリ3Bから読み出す。
4は電流指令値(目標値)を演算する演算器であり、メ
モリ3A,3Bから読み出した信号と、トルク目標値T
* とから先の(13)式にもとづき各相の電流目標値i
1 * 〜in * を求める。
Referring to FIG. E described earlier0
Each component e of (→)01, E02… E0nIs a function of only the magnetic pole position
Therefore, this is stored in the memory 3A of FIG.
The contents of this memory 3A according to the position θ of
Gives e01~ EonCan be obtained. e0’(→)
Is the same, and e depends on θ.0’(→)
Minute e01’, E02’… E 0n'From the memory 3B.
Numeral 4 denotes a calculator for calculating a current command value (target value).
The signals read from the rims 3A and 3B and the torque target value T
*And the current target value i for each phase based on equation (13) above.
1 *~ In *Ask for.

【0019】51〜5nは電流調節器(ACR)であ
り、電流目標値i1 * 〜in * と電流検出値i1 〜in
との偏差を増幅する。61〜6nは例えばACR51〜
5nの出力をパルス幅変調(PWM)し、各単相インバ
ータ11〜1nに対してベース電流を与えるドライブ回
路である。
[0019] 51~5n is a current regulator (ACR), the current target value i 1 * ~i n * and the current detection value i 1 through i n
And amplify the deviation. 61 to 6n are, for example, ACR51 to
This is a drive circuit that performs pulse width modulation (PWM) on the output of 5n and supplies a base current to each of the single-phase inverters 11 to 1n.

【0020】図3に図1の変形例を示す。図3ではメモ
リ3を共用しており、メモリ3の前段に加算器(AD
D)7を設け、e01〜eonはφ=0とし磁極位置θに対
応してメモリ3の内容を読み出し、e01’〜e0n’は加
算器7において磁極位置θにφを加算した値(θ+φ)
によってメモリ3の内容を読み出すようにする。すなわ
ち、この例ではe01〜eonとe01’〜e0n’の波形は同
形で、位相がφだけずれた関数となる。
FIG. 3 shows a modification of FIG. In FIG. 3, the memory 3 is shared, and an adder (AD
D) 7 to provided, e 01 to e on the corresponding to the magnetic pole position θ and phi = 0 reads the contents of the memory 3, e 01 '~e 0n' is obtained by adding the phi to the magnetic pole position θ in the adder 7 Value (θ + φ)
To read the contents of the memory 3. That is, in the same shape the waveform of the e 01 to e on the e 01 In the example 'to e 0n', is a function whose phase is shifted by phi.

【0021】ここで、この発明の効果につき図4〜図7
を参照して説明する。永久磁石同期電動機の巻線を例え
ば図4のように、互いに30度の位相差を持つ2組の3
相巻線から構成されているものとすると、かかる場合の
各相の誘導電圧波形、すなわちe01〜eonの波形は例え
ば図5のようになる。また、e01’〜e0n’の波形はe
01〜eonの波形とそれぞれ同形で、例えば10度だけ進
んでいる(φ=10°)とする。
Here, the effect of the present invention will be described with reference to FIGS.
This will be described with reference to FIG. For example, as shown in FIG. 4, the windings of the permanent magnet synchronous motor are divided into two sets of three coils having a phase difference of 30 degrees from each other.
Assuming that consists phase winding, each phase of the induced voltage waveform of this case, namely the waveform of e 01 to e on is as shown in FIG. 5, for example. The waveforms of e 01 ′ to e 0n ′ are e
It is assumed that the waveforms have the same shape as the waveforms of 01 to e on , for example, advance by 10 degrees (φ = 10 °).

【0022】このようにした場合の、この発明による電
流,電圧およびトルクの各波形の計算結果を、図6に示
す。同図からも明らかなように、電動機の端子電圧ピー
ク値は誘導電圧ピーク値の1.3倍程度であり、トルク
は一定で脈動はない。一方、従来例のようにした場合、
すなわちφ=0の場合には、図7のようにトルクは図6
と同じである。しかし、端子電圧ピーク値は誘導電圧ピ
ーク値の1.7倍程度で、この発明の場合に比べて30
%増加する。また、電流実効値はこの発明の場合に比べ
て2%減少し、その割合は微小である。このように、こ
の発明によれば、所定の出力またはトルクに対し、従来
の制御方法に比べて電流実効値は若干増加するが端子電
圧ピーク値が大幅に低減され、その結果、電力変換器容
量を低減することができる。
FIG. 6 shows the calculation results of the current, voltage and torque waveforms according to the present invention in such a case. As can be seen from the figure, the terminal voltage peak value of the motor is about 1.3 times the induced voltage peak value, the torque is constant and there is no pulsation. On the other hand, in the case of the conventional example,
That is, when φ = 0, as shown in FIG.
Is the same as However, the peak value of the terminal voltage is about 1.7 times the peak value of the induced voltage, which is 30 times that of the present invention.
%To increase. Further, the effective current value is reduced by 2% as compared with the case of the present invention, and the ratio is minute. As described above, according to the present invention, for a predetermined output or torque, the effective current value is slightly increased as compared with the conventional control method, but the peak value of the terminal voltage is greatly reduced. Can be reduced.

【0023】端子電圧は主に、永久磁石による誘導電圧
と同期電動機の同期リアクタンスによるリアクタンス電
圧降下との和で与えられる。リアクタンス電圧降下は電
機子電流に比例するので、電機子電流の増加とともに端
子電圧も大きくなる。つまり、軽負荷時の端子電圧は誘
導電圧とほぼ等しく、端子電圧ピーク値は小さい。図8
はこの点に鑑みなされた実施例である。
The terminal voltage is mainly given by the sum of the induced voltage by the permanent magnet and the reactance voltage drop by the synchronous reactance of the synchronous motor. Since the reactance voltage drop is proportional to the armature current, the terminal voltage increases as the armature current increases. That is, the terminal voltage at light load is almost equal to the induced voltage, and the terminal voltage peak value is small. FIG.
Is an example in consideration of this point.

【0024】すなわち、トルク目標(指令)値T* に応
じた位相出力φを得る関数発生器8Aを設け、切換器9
によって「0」と「φ」を切り換え、加算器(ADD)
7により磁極位置信号θと加算して、メモリ3の内容を
読み出すようにしたものである。このことにより、端子
電圧ピーク値が小さい軽負荷時には、φを小さくして同
期電動機の効率向上を図り、端子電圧ピーク値が大きく
なる重負荷時には、φを大きくして端子電圧ピーク値の
上昇を抑制し、電力変換器の利用率を向上させることが
できる。
That is, a function generator 8A for obtaining a phase output φ corresponding to a torque target (command) value T * is provided, and a switch 9
Switch between "0" and "φ" by the adder (ADD)
7, the content of the memory 3 is read out by adding to the magnetic pole position signal θ. Thus, at light loads with small terminal voltage peak values, φ is reduced to improve the efficiency of the synchronous motor, and at heavy loads with large terminal voltage peak values, φ is increased to increase the terminal voltage peak values. It is possible to suppress and improve the utilization rate of the power converter.

【0025】また、誘導電圧の大きさは電動機の回転速
度Nに比例するので、低,中速度時はたとえ重負荷であ
っても、端子電圧のピーク値は大きな値とはならない。
そこで、図9のように位相出力φを回転速度Nの関数と
する関数発生器8Bを設け、中,低速時にはφ=0と
し、高速時にはφ≠0とする。関数発生器が8Aから8
Bに変わった他は図8と同様なので、詳細は省略する。
Since the magnitude of the induced voltage is proportional to the rotation speed N of the motor, the peak value of the terminal voltage does not become large at low and medium speeds even if the load is heavy.
Therefore, as shown in FIG. 9, a function generator 8B for providing the phase output φ as a function of the rotation speed N is provided, and φ = 0 at medium and low speeds, and φ ≠ 0 at high speed. Function generator from 8A to 8
8 is the same as that in FIG.

【0026】図10は図8と図9を組み合わせたもの
で、位相出力φをトルク目標値T* の関数とする関数発
生器8Aと、位相出力φを電動機の回転速度Nの関数と
する関数発生器8Bと、両者の出力を乗算する乗算器1
0とを設け、中,低速時にはφ=0とし、トルク指令T
* と電動機の回転速度Nの増加にともなってφを大きく
するようにしたものである。
FIG. 10 is a combination of FIG. 8 and FIG. 9 and shows a function generator 8A that uses the phase output φ as a function of the torque target value T * and a function generator that uses the phase output φ as a function of the rotation speed N of the motor. A generator 8B and a multiplier 1 for multiplying both outputs
0 at the time of medium and low speeds, φ = 0, and the torque command T
* , Φ is increased with an increase in the rotation speed N of the electric motor.

【0027】ところで、一般に広く適用されている三相
インバータは図11の如きものであり、かかる場合は、
3相の電流を合成したものは零、つまり零相電流は零で
なければならない。しかるに、図6に示した電流波形に
は3の倍数の高調波が含まれている。3の倍数の高調波
は零相成分であるため、3相の電流を合成した電流は零
ではない。
By the way, a three-phase inverter generally applied widely is as shown in FIG.
The sum of the three-phase currents must be zero, that is, the zero-phase current must be zero. However, the current waveform shown in FIG. 6 includes harmonics that are multiples of three. Since the harmonic of a multiple of 3 is a zero-phase component, the current obtained by combining the three-phase currents is not zero.

【0028】そこで、この発明では誘導電圧に対し位相
がφだけずれた成分e01’,e02’…e0n’には零相成
分が含まれないようにする。つまり、下式のような関係
を持たせる。なお、制御装置の構成は図1,図3,図8
〜図10のいずれによっても良い。 e01’+e02’+e03’=0 …(14) このようにした場合の各成分の波形例を図12に示す。
なお、この場合の(13)式で求まる電流目標値は、 i1 * +i2 * +i3 * =0 …(15) となる。すなわち、零相電流は零であり、三相インバー
タを介して目標とする電流を、同期電動機に供給するこ
とが可能となる。その場合の電流波形例を図13に示
す。
Therefore, in the present invention, the components e 01 ′, e 02 ′,... E 0n ′ whose phases are shifted by φ with respect to the induced voltage do not include the zero-phase component. That is, the following relationship is provided. The configuration of the control device is shown in FIGS.
10 may be used. e 01 '+ e 02 ' + e 03 '= 0 (14) FIG. 12 shows a waveform example of each component in this case.
In this case, the current target value obtained by Expression (13) is as follows: i 1 * + i 2 * + i 3 * = 0 (15) That is, the zero-phase current is zero, and a target current can be supplied to the synchronous motor via the three-phase inverter. FIG. 13 shows an example of the current waveform in that case.

【0029】図13では、電流実効値に対する電流ピー
ク値が大きい。電流ピーク値が大きい場合、インバータ
を構成する自己消弧形デバイスの最大電流制約より、許
容される電流実効値を低減する必要が生じる場合があ
る。このような問題に対処するため、この発明では誘導
電圧に対し位相がφだけずれた成分e01’,e02’…e
0n’を、正弦波とする。この場合の目標とする電流波形
例を図14に示す。すなわち、電流波形は若干の高調波
成分を含んだ正弦波状の波形となり、図13の場合に比
べてピーク値を低減できる。
In FIG. 13, the current peak value with respect to the current effective value is large. When the current peak value is large, it may be necessary to reduce the allowable effective current value due to the maximum current constraint of the self-extinguishing device constituting the inverter. In order to cope with such a problem, in the present invention, the components e 01 ′, e 02 ′,.
Let 0n 'be a sine wave. FIG. 14 shows an example of a target current waveform in this case. That is, the current waveform becomes a sinusoidal waveform containing some harmonic components, and the peak value can be reduced as compared with the case of FIG.

【0030】図15は2組の三相インバータを用いた場
合の構成例で、11〜13で一方の三相インバータを、
14〜16で他方の三相インバータを構成している。こ
の場合には、 i1 * +i2 * +i3 * =0 i4 * +i5 * +i6 * =0 …(16) であることが必要となる。また、このときのe01’〜e
06’は、 e01’+e02’+e03’=0 e04’+e05’+e06’=0 …(17) となるようにする。
FIG. 15 shows an example of a configuration in which two sets of three-phase inverters are used.
14 to 16 constitute the other three-phase inverter. In this case, i 1 * + i 2 * + i 3 * = 0 i 4 * + i 5 * + i 6 * = 0 ... it is necessary is (16). At this time, e 01 ′ to e
06 ′ is set so that e01 ′ + e02 ′ + e03 ′ = 0 e04 ′ + e05 ′ + e06 ′ = 0 (17).

【0031】[0031]

【発明の効果】この発明によれば、誘導電圧の波形に応
じて上記(1)式の関数で電動機の各相電流を制御する
ようにしたので、トルク脈動がなく、かつ、負荷の増大
に伴う電動機の端子電圧の上昇を抑制でき、必要な変換
器容量を低減すること、さらには高力率で高効率な制御
が可能となる利点が得られる。
According to the present invention, each phase current of the motor is controlled by the function of the above equation (1) according to the waveform of the induced voltage, so that there is no torque pulsation and the load can be increased. As a result, it is possible to suppress an increase in the terminal voltage of the electric motor, to reduce the required capacity of the converter, and to obtain an advantage that a high power factor and highly efficient control can be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の第1実施例を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図2】この発明が適用される電力変換器と同期電動機
との関係を説明するための概要図である。
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a relationship between a power converter to which the present invention is applied and a synchronous motor.

【図3】図1の変形例を示す構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram showing a modification of FIG. 1;

【図4】永久磁石式同期電動機の巻線例を説明するため
の説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining a winding example of a permanent magnet type synchronous motor.

【図5】図4の場合の各相誘導電圧波形例を示す波形図
である。
FIG. 5 is a waveform diagram showing an example of a waveform of each phase induced voltage in the case of FIG. 4;

【図6】この発明による制御を行なった場合の各相電流
波形と出力波形を示す波形図である。
FIG. 6 is a waveform diagram showing a current waveform and an output waveform of each phase when control according to the present invention is performed.

【図7】この発明による制御を行なわない場合、つまり
従来の制御方法による各相電流波形と出力波形を示す波
形図である。
FIG. 7 is a waveform diagram showing a current waveform and an output waveform of each phase according to a conventional control method when control according to the present invention is not performed.

【図8】この発明の第2の実施例を示す要部構成図であ
る。
FIG. 8 is a main part configuration diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図9】この発明の第3の実施例を示す要部構成図であ
る。
FIG. 9 is a main part configuration diagram showing a third embodiment of the present invention.

【図10】この発明の第4の実施例を示す要部構成図で
ある。
FIG. 10 is a main part configuration diagram showing a fourth embodiment of the present invention.

【図11】一般的な3相インバータを示す回路図であ
る。
FIG. 11 is a circuit diagram showing a general three-phase inverter.

【図12】図11の場合の、誘導電圧に対し一定の位相
差を持つ電圧波形例を示す波形図である。
12 is a waveform diagram showing an example of a voltage waveform having a constant phase difference with respect to an induced voltage in the case of FIG.

【図13】図11の3相インバータに供給すべき電流波
形例を示す波形図である。
13 is a waveform chart showing an example of a current waveform to be supplied to the three-phase inverter of FIG.

【図14】図12の電圧波形例を正弦波とした場合の3
相インバータに供給すべき電流波形例を示す波形図であ
る。
FIG. 14 shows a case where the voltage waveform example of FIG. 12 is a sine wave;
FIG. 6 is a waveform diagram showing an example of a current waveform to be supplied to a phase inverter.

【図15】2組の3相インバータを示す回路図である。FIG. 15 is a circuit diagram showing two sets of three-phase inverters.

【図16】従来例を示す構成図である。FIG. 16 is a configuration diagram showing a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…電力変換器、11〜16…単相インバータ、2…同
期電動機(同期機)、21〜2n…同期電動機巻線、
2’…磁極位置センサ、3A,3B,31〜3n…メモ
リ、4…電流指令演算器、51〜5n…電流調節器(A
CR)、61〜6n…ドライブ回路(PWM)、7…加
算器(ADD)、8A,8B…関数発生器、9…切換
器、10…乗算器。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Power converter, 11-16 ... Single phase inverter, 2 ... Synchronous motor (synchronous machine), 21-2n ... Synchronous motor winding,
2 ′: magnetic pole position sensor, 3A, 3B, 31 to 3n: memory, 4: current command calculator, 51 to 5n: current controller (A
CR), 61 to 6n: Drive circuit (PWM), 7: Adder (ADD), 8A, 8B: Function generator, 9: Switcher, 10: Multiplier.

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02P 5/408 - 5/412 H02P 7/628 - 7/632 H02P 21/00 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H02P 5/408-5/412 H02P 7/628-7/632 H02P 21/00

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 電力変換器を介して給電される多相(n
相)同期電動機の制御装置において、 各相の誘導電圧をe1 ,e2 ,…en とし、これらの誘
導電圧に対して少なくとも基本波成分の位相がφだけず
れた関数をe1 ’,e2 ’,…en ’とするとき、任意
のk番目の電機子電流の目標値ik * を、 ik * =K・ek ’/(e1 1 ’+e2 2 ’+…e
n n ’) (K:係数)なる関数として演算する演算手段と、この
演算結果にもとづき電機子電流を制御する電流制御手段
とを設けたことを特徴とする同期電動機の制御装置。
1. A multi-phase (n) power supply via a power converter
Phase) The control apparatus for a synchronous motor, e 1, e 2 of each phase of the induced voltage, ... and e n, e 1 function whose phase is shifted by φ of at least the fundamental wave component with respect to those induced voltage ', e 2 ', ... e n' when the, target value i k * for any k-th of the armature current, i k * = K · e k '/ (e 1 e 1' + e 2 e 2 '+ … E
n e n ') (K: coefficient) and calculating means for calculating as a function that is, the control apparatus for a synchronous motor, characterized by comprising a current control means for controlling the armature current based on the calculation result.
【請求項2】 前記各相の誘導電圧e1 ,e2 ,…en
を記憶する第1の記憶手段と、前記各相の誘導電圧に対
して少なくとも基本波成分の位相がφだけずれた関数e
1 ’,e2 ’,…en ’を記憶する第2の記憶手段とを
設け、これら第1,第2記憶手段の内容を共通の磁極位
置信号に応じて読み出して電機子電流の目標値を求める
ことを特徴とする請求項1に記載の同期電動機の制御装
置。
2. The induced voltages e 1 , e 2 ,.
And a function e in which the phase of at least the fundamental wave component is shifted by φ with respect to the induced voltage of each phase.
1 ', e 2', ... is provided and a second storage means for storing e n ', these first, the target value of the armature current is read in accordance with the common pole position signal the contents of the second storage means The control device for a synchronous motor according to claim 1, wherein
【請求項3】 前記各相の誘導電圧e1 ,e2 ,…en
を記憶する記憶手段を設け、この記憶手段に所定の磁極
位置信号を与えて前記各相の誘導電圧を読み出す一方、
前記各相の誘導電圧に対して少なくとも基本波成分の位
相がφだけずれた関数を、前記磁極位置信号に位相φを
加算した値で読み出して電機子電流の目標値を求めるこ
とを特徴とする請求項1に記載の同期電動機の制御装
置。
3. The induced voltages e 1 , e 2 ,.
Is provided, and a predetermined magnetic pole position signal is given to the storage means to read out the induced voltage of each phase.
A function in which the phase of at least the fundamental wave component is shifted by φ with respect to the induced voltage of each phase is read out as a value obtained by adding the phase φ to the magnetic pole position signal to obtain a target value of the armature current. The control device for a synchronous motor according to claim 1.
【請求項4】 前記位相φをトルク指令に関連付け、ト
ルク指令の増加にともなってφを大きくすることを特徴
とする請求項1ないし3のいずれかに記載の同期電動機
の制御装置。
4. The synchronous motor control device according to claim 1, wherein the phase φ is associated with a torque command, and φ is increased with an increase in the torque command.
【請求項5】 前記位相φを電動機の回転速度に関連付
け、中,低速時にはφ=0とし、高速時にはφ≠0とす
ることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載
の同期電動機の制御装置。
5. The synchronous motor according to claim 1, wherein the phase φ is related to a rotation speed of the motor, and φ = 0 at medium and low speeds, and φ ≠ 0 at high speeds. Control device.
【請求項6】 前記位相φをトルク指令と電動機の回転
速度とに関連付け、中,低速時にはφ=0とし、トルク
指令と電動機の回転速度の増加にともなってφを大きく
することを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記
載の同期電動機の制御装置。
6. The phase φ is associated with a torque command and a rotation speed of a motor, φ = 0 at medium and low speeds, and φ is increased with an increase in the torque command and the rotation speed of the motor. A control device for a synchronous motor according to any one of claims 1 to 3.
【請求項7】 前記e1 ’,e2 ’,…en ’を、零相
成分を含まない関数とすることを特徴とする請求項1な
いし6のいずれかに記載の同期電動機の制御装置。
Wherein said e 1 ', e 2', ... and e n ', the control system for a synchronous motor according to any one of claims 1 to 6, characterized in that a function without the zero-phase component .
【請求項8】 前記関数を正弦波とすることを特徴とす
る請求項7に記載の同期電動機の制御装置。
8. The control device according to claim 7, wherein the function is a sine wave.
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