JP3764011B2 - Permanent magnet synchronous motor controller - Google Patents

Permanent magnet synchronous motor controller Download PDF

Info

Publication number
JP3764011B2
JP3764011B2 JP32478999A JP32478999A JP3764011B2 JP 3764011 B2 JP3764011 B2 JP 3764011B2 JP 32478999 A JP32478999 A JP 32478999A JP 32478999 A JP32478999 A JP 32478999A JP 3764011 B2 JP3764011 B2 JP 3764011B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
permanent magnet
armature winding
magnet synchronous
synchronous motor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP32478999A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2001145389A (en
Inventor
光弘 川村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP32478999A priority Critical patent/JP3764011B2/en
Publication of JP2001145389A publication Critical patent/JP2001145389A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3764011B2 publication Critical patent/JP3764011B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/10Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier

Landscapes

  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電機子巻線を有する固定子と永久磁石を有する回転子とを備え、交流電源により駆動される永久磁石同期電動機の制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
例えば、特開平4−4741号公報、特開平4−91651号公報に開示されているように、従来から、この種永久磁石同期電動機が各分野で適用されている。回転子に界磁巻線が不要で、回転子に銅損を発生することなく高効率で一定の回転速度が得られる利点がある。
そして、これら永久磁石同期電動機の始動を含む駆動動作は、インバータからの可変電圧可変周波数の交流電源によってなされる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来の永久磁石同期電動機はインバータによる駆動を前提としているので、当該インバータは永久磁石同期電動機の始動動作から定格負荷動作を達成するために必要な電圧、電流、周波数の変動範囲をカバーする容量を備えたものとしなくてはならず、大型高価になるという問題点があった。
この発明は以上のような問題点を解消するためになされたもので、高効率でかつ低価格で実現できる永久磁石同期電動機制御装置を得ることを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る永久磁石同期電動機制御装置は、交流電源の電圧より小さい変動幅で加減する電圧を、電機子巻線に直列に印加することにより、電機子巻線に印加する電圧を制御する電圧制御手段を備え、この電圧制御手段により上記電機子巻線に印加する電圧を制御することにより、上記交流電源側からみた電動機の力率を調整可能としたものである。
【0005】
また、この発明に係る永久磁石同期電動機制御装置は、その交流電源側に力率検出手段を備え、この力率検出値が所定の設定値となるよう、電圧制御手段により電機子巻線に印加する電圧を制御するようにしたものである。
【0006】
また、この発明に係る永久磁石同期電動機制御装置は、その三相Y結線の電機子巻線の中性点側に三相インバータの交流出力端子を挿入し、上記三相インバータの交流出力電圧を制御することにより、上記電機子巻線に印加する電圧を制御するようにしたものである。
【0007】
また、この発明に係る永久磁石同期電動機制御装置は、その交流電源と電機子巻線との間に挿入された第1の開閉手段、およびこの第1の開閉手段の負荷側端子と上記電機子巻線との間で三相を短絡する第2の開閉手段を備え、
上記第1の開閉手段を開、上記第2の開閉手段を閉とした状態で、三相インバータの交流出力の周波数、電圧を制御して電動機を始動し、始動動作が完了すると、上記第1の開閉手段を閉、上記第2の開閉手段を開とし、上記三相インバータの交流出力を交流電源の周波数でその電圧を制御することにより、上記電機子巻線に印加する電圧を制御するようにしたものである。
【0008】
また、この発明に係る永久磁石同期電動機制御装置は、その三相インバータの各相交流出力側を、複数のユニットで構成すると共にこれらユニットを直列または並列に接続切換する切換手段を備え、
周波数、電圧を制御して電動機を始動するときは上記ユニットを直列に接続し、交流電源の周波数でその電圧を制御して電動機の力率を調整するときは上記ユニットを並列に接続するようにしたものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1における永久磁石同期電動機およびその制御装置を示す回路構成図である。図において、1は三相商用周波数の交流電源である商用電源、2はこの商用電源1に第1の開閉手段としての三相の開閉器3を介して接続された三相Y結線の電機子巻線、4はその三相交流出力端子が電機子巻線2の中性点側に接続された三相のインバータで、その詳細は後述する。
3Aは開閉器3の開閉を操作する操作部、5は開閉器3の負荷側端子と電機子巻線2との間で三相を短絡する第2の開閉手段としての三相の開閉器、5Aは開閉器5の開閉を操作する操作部である。
【0010】
6は商用電源1の電圧を検出する電圧検出器、7は開閉器3の負荷側端子の電圧を検出する電圧検出器、8は電流検出器である。
9は運転モードスイッチ、10は力率指令器、11は電圧検出器7と電流検出器8との出力から力率を検出する力率検出手段としての力率検出器、12は減算器、13は各入力に基づきインバータ4を制御するとともに、開閉器3、5の操作部3A、5Aに開閉指令を送出する制御装置である。
【0011】
図2は図1のインバータ4の詳細構成を示すもので、インバータ4に関係する部分を中心に開示し、他の部分は適宜省略して示している。図において、14は商用電源1からインバータ4へ交流入力を供給する変圧器である。インバータ4は図に示すように、ここでは、各相が3つのインバータユニット40、50、60で構成され、その交流出力側に設けられた、接点式または半導体スイッチを使用した切替スイッチ41〜44、51〜54、61〜64により、その交流出力は、各相毎に直列/並列に切り替え可能となっている。
【0012】
図3は、図2の各インバータユニット40、50、60の内部構成を示す図で、ここでは、スイッチング素子としてIGBTを採用し、PWM制御により変圧器14からの三相交流電圧を直流に変換するコンバータ部とこの直流を所定の周波数、電圧の交流電圧に変換するインバータ部とからなる。これ自体周知の構成であるので、詳細な説明は省略する。
【0013】
ここで、動作の詳細説明に入る前に、本願発明になる永久磁石同期電動機制御装置の基本動作原理について図4を参照して説明する。
先ず、同図(a)に、永久磁石同期電動機の最も単純化した等価回路を示す。図において、各記号の意味は次の通りである。
VM:永久磁石の回転子が回転することにより生じる電圧で、回転数が一定ならば、VMの大きさも一定となる
X:永久磁石同期電動機のリアクタンス
I:永久磁石同期電動機の電機子電流
IX:リアクタンスXと電機子電流Iとの積で生じる電圧
V:永久磁石同期電動機の端子電圧
【0014】
図4(b)は、以上の各要素をベクトル図に表現したもので、ここでは、電機子電流Iは端子電圧Vに対して角度θ遅れているものとしている。
ところで、永久磁石同期電動機の電圧・電流特性を求めると、負荷の大きさをパラメータとして、図4(c)に示すような傾向となり、それぞれの負荷において、電流が最小、従って力率が最良となる電圧が存在する。
【0015】
この現象を図4(b)のベクトル図で考えてみると、ベクトルVM+ベクトルIX=ベクトルV、そして、電圧VMの大きさが一定という条件下で端子電圧Vの大きさを変化させると、IXのベクトルとしての方向、大きさが従属的に変化し、端子電圧Vと電機子電流Iとの位相差θおよび電機子電流Iの大きさが変化する。
【0016】
本願発明は、以上の現象に着目した中でなされたもので、交流電源電圧に、所定の変動幅の電圧を加減することにより電機子巻線に印加する電圧を制御することで、力率の改善を図り、電流が減少することで固定子の銅損を低減させ高効率運転を実現したものである。図4(c)からも判るように、電流を最小とするために変化させるべき電圧の変動幅は交流電源電圧全体の値よりは十分小さい値でよく、例えば30%程度の電圧変動幅で十分であり、この電圧を変動させる電圧制御手段の容量も小さいもので済む訳である。
【0017】
次に、図1〜3に戻り、この発明になる永久磁石同期電動機制御装置の動作について説明する。なお、この実施の形態1は、上記の動作原理で説明した、力率調整のために電機子巻線電圧を所定範囲で制御するために採用するインバータ4を、電動機の始動時に流用することで、始動巻線の省略を可能としたものである。
【0018】
以下、図5のタイミングチャートも参照して説明する。先ず、始動動作について説明する。運転モードスイッチ9を始動モードにすると、その指令を受けて制御装置13は操作部3A、5Aに信号を送り、開閉器3を開、開閉器5を閉とする。即ち、商用電源1との接続を断つとともに電機子巻線2の三相入力側端子を短絡する。更に図示しない操作信号をインバータ4の切替スイッチ41〜64に送り、各インバータユニット40、50、60の交流出力側を直列接続とする。
【0019】
以上の回路接続条件のもとで、制御装置13からインバータ4に制御信号を送り、インバータ4の出力を立ち上がらせ、その周波数、電圧を徐々に上げ、永久磁石同期電動機を停止状態から商用電源1で決まる同期速度まで回転数を上げる。回転数の上昇とともにインバータ4の電圧も上昇させる必要がある(図5の時間T0からT1)。
【0020】
回転数は徐々に連続的に上昇させるので、電機子巻線2には大きな電流を流す必要がなく、インバータ4としては高電圧小電流(Vs、Is)の定格でよい。即ち、インバータユニット40等を各相ですべて直列接続している構成は、この高電圧小電流の交流出力を得るのに都合がよい訳である。
【0021】
永久磁石同期電動機の回転数が定格値に達すると(図5の時間T1)、運転モードスイッチ9を運転モードに切り替え、これにより、開閉器5を開き、インバータ4の切替スイッチ41等を操作してインバータユニット40等を並列接続とする。電圧検出器7によって検出される電機子巻線2の電圧および位相と、電圧検出器6で検出される商用電源1の電圧および位相が、互いに所定の許容範囲内で一致したことを確認した状態で開閉器3を閉じ、電機子巻線2を商用電源1に接続する。その後、永久磁石同期電動機で駆動する負荷機械の運転を開始、例えば、粉砕機が負荷機械の場合は、被粉砕物を投入し定格負荷に至る(図5の時間T2)。
【0022】
図5に示す例では、時間T2から定格負荷が続いた後、時間T3から負荷が減少している。この負荷減少に伴い、図4(c)に示したように力率が変化する。力率検出器11は電圧検出器7と電流検出器8との検出出力からこの力率の変化を検出する。そして、検出した力率値と力率指令器10で設定された高力率値との偏差を減算器12で求め、このフィードバック制御により制御装置13はこの偏差が零となるよう、従って、力率が1に近づくようインバータ4の出力電圧を制御する。結果として、図5(d)に示すように、時間T3以降、インバータ4は電機子巻線2の電圧を減少させる方向にその電圧を出力し、力率が上昇し、電機子巻線電流が減少する(図5(e))。
即ち、常に高効率運転が実現する訳である。
【0023】
この運転モードにおけるインバータ4の出力は、低電圧大電流(Vp、Ip)の定格となるが、このモードでは、インバータユニット40等を各相ですべて並列接続しているので、支障はない。
即ち、この実施の形態1では、力率を制御して高効率運転が実現するとともに、このために必要となるインバータ4を複数のインバータユニットで構成し、高電圧、小電流の使用となる始動モードでは、これらインバータユニットを直列接続し、また、低電圧、大電流の使用となる運転モード(力率制御を行う)では、これらインバータユニットを並列接続するようにしたので、設備容量を最少限に留めた低価格のインバータを適用することができる。
【0024】
実施の形態2.
実施の形態1では、インバータ4を永久磁石同期電動機の始動動作と運転モードにおける力率制御動作とに共用する構成としたが、永久磁石同期電動機の回転子に始動巻線が設けられている場合には、インバータを運転モード時の力率制御のためのみの仕様とすることができ、この場合は、切替スイッチ41等は不要となりこの分構成が簡単になるとともに、インバータユニットの構成も必要な定格に応じた最適なものとすることができる。
もっとも、始動巻線が有り商用電源1で自己始動できるが、大きな始動電流を流したくない場合は、実施の形態1と同様の構成とすればよい。
【0025】
また、実施の形態1では、インバータユニットを各相3個でこれを直並列に切り替える構成としたが、始動時に要求される電圧、電流仕様と、運転モードにおける力率制御時に要求される電圧、電流仕様とに応じて、各相2個、4個など種々の個数を選定してもよいことは勿論であり、その場合も上記で説明したと同等の効果を奏する。
【0026】
更に、実施の形態1のインバータユニットは、変圧器14を介して商用電源1から変圧絶縁して交流電力を導入し、図3に示したように、この三相交流を直流に変換するIGBTによるPWM変換器と、コンデンサによる直流リンク部と、直流から単相交流に変換するIGBTによるPWM変換器と、並列接続時のユニット間の短絡を防止するためのリアクトルとで構成しているが、直列接続と並列接続との両方で使用可能で、周波数と電圧を制御できる変換装置であれば、図3と異なる構成のものであってもよい。
また、インバータの入力は必ずしも商用電源1から導入せず、他の電源を使用するようにしてもよい。
【0027】
更に、商用電源の電圧に、所定の変動幅の電圧を加減することにより電機子巻線に印加する電圧を制御する電圧制御手段としては、インバータに限られることはなく、例えば電圧変化手段を備えた変圧器で構成するようにしてもよい。
【0028】
【発明の効果】
以上のように、この発明に係る永久磁石同期電動機制御装置は、交流電源の電圧より小さい変動幅で加減する電圧を、電機子巻線に直列に印加することにより、電機子巻線に印加する電圧を制御する電圧制御手段を備え、この電圧制御手段により上記電機子巻線に印加する電圧を制御することにより、上記交流電源側からみた電動機の力率を調整可能としたので、比較的小さい容量の電圧制御手段による力率調整が可能となり、高効率運転を経済的に実現することができる。
【0029】
また、この発明に係る永久磁石同期電動機制御装置は、その交流電源側に力率検出手段を備え、この力率検出値が所定の設定値となるよう、電圧制御手段により電機子巻線に印加する電圧を制御するようにしたので、いわゆるフィードバック制御により常に高効率な運転動作が達成される。
【0030】
また、この発明に係る永久磁石同期電動機制御装置は、その三相Y結線の電機子巻線の中性点側に三相インバータの交流出力端子を挿入し、上記三相インバータの交流出力電圧を制御することにより、上記電機子巻線に印加する電圧を制御するようにしたので、力率調整のための電圧制御が円滑になされる。
【0031】
また、この発明に係る永久磁石同期電動機制御装置は、その交流電源と電機子巻線との間に挿入された第1の開閉手段、およびこの第1の開閉手段の負荷側端子と上記電機子巻線との間で三相を短絡する第2の開閉手段を備え、
上記第1の開閉手段を開、上記第2の開閉手段を閉とした状態で、三相インバータの交流出力の周波数、電圧を制御して電動機を始動し、始動動作が完了すると、上記第1の開閉手段を閉、上記第2の開閉手段を開とし、上記三相インバータの交流出力を交流電源の周波数でその電圧を制御することにより、上記電機子巻線に印加する電圧を制御するようにしたので、同じ三相インバータを、電動機の始動時と力率調整のための電圧制御を行う運転時とに共用できるので、始動巻線を要することなく低コストによる高効率運転が可能となる。
【0032】
また、この発明に係る永久磁石同期電動機制御装置は、その三相インバータの各相交流出力側を、複数のユニットで構成すると共にこれらユニットを直列または並列に接続切換する切換手段を備え、
周波数、電圧を制御して電動機を始動するときは上記ユニットを直列に接続し、交流電源の周波数でその電圧を制御して電動機の力率を調整するときは上記ユニットを並列に接続するようにしたので、三相インバータの実質的な容量を低減して経済性を更に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1における永久磁石同期電動機およびその制御装置を示す回路構成図である。
【図2】 図1のインバータ4を中心にその詳細構成を示す図である。
【図3】 図2のインバータユニット40等の内部構成を示す図である。
【図4】 本願発明の動作原理を説明するための図である。
【図5】 図1の永久磁石同期電動機制御装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【符号の説明】
1 商用電源、2 電機子巻線、3,5 開閉器、4 インバータ、
6,7 電圧検出器、8 電流検出器、9 運転モードスイッチ、
10 力率指令器、11 力率検出器、12 減算器、13 制御装置、
40,50,60 インバータユニット、41〜64 切替スイッチ。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for a permanent magnet synchronous motor that includes a stator having armature windings and a rotor having permanent magnets and is driven by an AC power supply.
[0002]
[Prior art]
For example, as disclosed in JP-A-4-4741 and JP-A-4-91651, this type of permanent magnet synchronous motor has been conventionally applied in various fields. The rotor does not require a field winding, and there is an advantage that a constant rotation speed can be obtained with high efficiency without causing copper loss in the rotor.
The drive operation including starting of the permanent magnet synchronous motor is performed by an AC power source having a variable voltage and a variable frequency from an inverter.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, since the conventional permanent magnet synchronous motor is premised on driving by an inverter, the inverter has a voltage, current, and frequency fluctuation range necessary for achieving the rated load operation from the starting operation of the permanent magnet synchronous motor. There was a problem that it had to have a capacity to cover the battery, and it was large and expensive.
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to obtain a permanent magnet synchronous motor control device that can be realized with high efficiency and low cost.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The permanent magnet synchronous motor control device according to the present invention is a voltage that controls the voltage applied to the armature winding by applying a voltage that is adjusted in a fluctuation range smaller than the voltage of the AC power supply in series to the armature winding. Control means is provided, and by controlling the voltage applied to the armature winding by the voltage control means, the power factor of the motor viewed from the AC power supply side can be adjusted.
[0005]
The permanent magnet synchronous motor control device according to the present invention further includes power factor detection means on the AC power supply side, and is applied to the armature winding by the voltage control means so that the power factor detection value becomes a predetermined set value. The voltage to be controlled is controlled.
[0006]
Further, the permanent magnet synchronous motor control device according to the present invention inserts the AC output terminal of the three-phase inverter at the neutral point side of the armature winding of the three-phase Y connection, and supplies the AC output voltage of the three-phase inverter. By controlling, the voltage applied to the armature winding is controlled.
[0007]
The permanent magnet synchronous motor control device according to the present invention includes a first opening / closing means inserted between the AC power source and the armature winding, a load side terminal of the first opening / closing means, and the armature. A second opening / closing means for short-circuiting the three phases with the winding;
When the first opening / closing means is open and the second opening / closing means is closed, the motor is started by controlling the frequency and voltage of the AC output of the three-phase inverter. The voltage applied to the armature winding is controlled by closing the open / close means and opening the second open / close means and controlling the voltage of the AC output of the three-phase inverter at the frequency of the AC power supply. It is a thing.
[0008]
Further, the permanent magnet synchronous motor control device according to the present invention comprises switching means for configuring each phase AC output side of the three-phase inverter with a plurality of units and switching connection of these units in series or in parallel.
When starting the motor by controlling the frequency and voltage, connect the units in series.When adjusting the power factor of the motor by controlling the voltage with the frequency of the AC power supply, connect the units in parallel. It is a thing.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing a permanent magnet synchronous motor and its control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes a commercial power source which is an AC power source having a three-phase commercial frequency, and reference numeral 2 denotes a three-phase Y-connected armature connected to the commercial power source 1 via a three-phase switch 3 as a first switching means. The windings 4 are three-phase inverters whose three-phase AC output terminals are connected to the neutral point side of the armature winding 2, and details thereof will be described later.
3A is an operation unit for operating opening and closing of the switch 3, and 5 is a three-phase switch as a second switching means for short-circuiting the three phases between the load side terminal of the switch 3 and the armature winding 2, Reference numeral 5A denotes an operation unit for operating opening / closing of the switch 5.
[0010]
Reference numeral 6 denotes a voltage detector that detects the voltage of the commercial power source 1, reference numeral 7 denotes a voltage detector that detects the voltage at the load side terminal of the switch 3, and reference numeral 8 denotes a current detector.
9 is an operation mode switch, 10 is a power factor command device, 11 is a power factor detector as power factor detection means for detecting the power factor from the outputs of the voltage detector 7 and the current detector 8, 12 is a subtractor, 13 Is a control device that controls the inverter 4 based on each input and sends an opening / closing command to the operation units 3A and 5A of the switches 3 and 5.
[0011]
FIG. 2 shows a detailed configuration of the inverter 4 of FIG. 1, which mainly discloses portions related to the inverter 4 and omits other portions as appropriate. In the figure, 14 is a transformer for supplying AC input from the commercial power source 1 to the inverter 4. As shown in the figure, the inverter 4 is composed of three inverter units 40, 50, 60 in each phase, and is provided on the AC output side of the inverters 41-44 using contact type or semiconductor switches. 51 to 54 and 61 to 64, the AC output can be switched in series / parallel for each phase.
[0012]
FIG. 3 is a diagram showing the internal configuration of each inverter unit 40, 50, 60 in FIG. 2. Here, an IGBT is adopted as a switching element, and the three-phase AC voltage from the transformer 14 is converted to DC by PWM control. And a converter unit for converting the direct current into an alternating voltage having a predetermined frequency and voltage. Since this is a known configuration per se, a detailed description thereof will be omitted.
[0013]
Here, before entering into a detailed description of the operation, the basic operation principle of the permanent magnet synchronous motor control device according to the present invention will be described with reference to FIG.
First, FIG. 2A shows the most simplified equivalent circuit of a permanent magnet synchronous motor. In the figure, the meaning of each symbol is as follows.
VM: Voltage generated by the rotation of the rotor of the permanent magnet. If the rotation speed is constant, the magnitude of VM is also constant. X: Reactance of the permanent magnet synchronous motor I: Armature current IX of the permanent magnet synchronous motor: Voltage V generated by product of reactance X and armature current I: terminal voltage of permanent magnet synchronous motor
FIG. 4B represents each of the above elements in a vector diagram. Here, the armature current I is assumed to be delayed by an angle θ with respect to the terminal voltage V.
By the way, when the voltage / current characteristics of the permanent magnet synchronous motor are obtained, the load size is used as a parameter, and the tendency is as shown in FIG. 4 (c). A voltage exists.
[0015]
Considering this phenomenon in the vector diagram of FIG. 4B, if the magnitude of the terminal voltage V is changed under the condition that the vector VM + the vector IX = the vector V and the magnitude of the voltage VM is constant, IX The direction and magnitude as a vector change dependently, and the phase difference θ between the terminal voltage V and the armature current I and the magnitude of the armature current I change.
[0016]
The present invention was made in view of the above phenomenon, and by controlling the voltage applied to the armature winding by adjusting the voltage of a predetermined fluctuation range to the AC power supply voltage, Improvements have been made to reduce the copper loss of the stator by reducing the current, realizing high-efficiency operation. As can be seen from FIG. 4C, the fluctuation range of the voltage to be changed in order to minimize the current may be sufficiently smaller than the value of the entire AC power supply voltage. For example, a voltage fluctuation width of about 30% is sufficient. Therefore, the capacity of the voltage control means for changing the voltage can be small.
[0017]
Next, returning to FIGS. 1 to 3, the operation of the permanent magnet synchronous motor control device according to the present invention will be described. In the first embodiment, the inverter 4 used for controlling the armature winding voltage in a predetermined range for power factor adjustment described in the above operating principle is used at the start of the motor. The start winding can be omitted.
[0018]
Hereinafter, description will be given with reference to the timing chart of FIG. First, the starting operation will be described. When the operation mode switch 9 is set to the start mode, in response to the instruction, the control device 13 sends a signal to the operation units 3A and 5A to open the switch 3 and close the switch 5. That is, the connection with the commercial power source 1 is disconnected and the three-phase input side terminal of the armature winding 2 is short-circuited. Further, an operation signal (not shown) is sent to the changeover switches 41 to 64 of the inverter 4, and the AC output side of each inverter unit 40, 50, 60 is connected in series.
[0019]
Under the above circuit connection conditions, a control signal is sent from the control device 13 to the inverter 4, the output of the inverter 4 is raised, its frequency and voltage are gradually increased, and the permanent magnet synchronous motor is stopped from the commercial power supply 1 Increase the rotational speed to the synchronous speed determined by. It is necessary to increase the voltage of the inverter 4 as the rotational speed increases (from time T0 to time T1 in FIG. 5).
[0020]
Since the rotation speed is gradually increased continuously, it is not necessary to pass a large current through the armature winding 2, and the inverter 4 may be rated for a high voltage and a small current (Vs, Is). That is, the configuration in which the inverter units 40 and the like are all connected in series in each phase is convenient for obtaining this high voltage and small current AC output.
[0021]
When the rotation speed of the permanent magnet synchronous motor reaches the rated value (time T1 in FIG. 5), the operation mode switch 9 is switched to the operation mode, thereby opening the switch 5 and operating the changeover switch 41 of the inverter 4 and the like. Thus, the inverter unit 40 and the like are connected in parallel. A state in which the voltage and phase of the armature winding 2 detected by the voltage detector 7 and the voltage and phase of the commercial power source 1 detected by the voltage detector 6 are matched with each other within a predetermined allowable range. Then, the switch 3 is closed and the armature winding 2 is connected to the commercial power source 1. Thereafter, the operation of the load machine driven by the permanent magnet synchronous motor is started. For example, when the pulverizer is a load machine, an object to be crushed is input to reach the rated load (time T2 in FIG. 5).
[0022]
In the example shown in FIG. 5, after the rated load continues from time T2, the load decreases from time T3. As the load decreases, the power factor changes as shown in FIG. The power factor detector 11 detects this change in power factor from the detection outputs of the voltage detector 7 and the current detector 8. Then, the deviation between the detected power factor value and the high power factor value set by the power factor commander 10 is obtained by the subtractor 12, and the feedback control makes the controller 13 so that the deviation becomes zero. The output voltage of the inverter 4 is controlled so that the rate approaches 1. As a result, as shown in FIG. 5 (d), after time T3, the inverter 4 outputs the voltage in the direction of decreasing the voltage of the armature winding 2, the power factor is increased, and the armature winding current is increased. It decreases (FIG. 5 (e)).
That is, highly efficient operation is always realized.
[0023]
The output of the inverter 4 in this operation mode is rated for low voltage and large current (Vp, Ip), but in this mode, the inverter unit 40 and the like are all connected in parallel in each phase, so there is no problem.
That is, in the first embodiment, high efficiency operation is realized by controlling the power factor, and the inverter 4 required for this is constituted by a plurality of inverter units, and the start which uses high voltage and small current is performed. In this mode, these inverter units are connected in series, and in the operation mode (power factor control is performed) where low voltage and large current are used, these inverter units are connected in parallel. It is possible to apply a low-priced inverter that is limited to the above.
[0024]
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, the inverter 4 is used for both the starting operation of the permanent magnet synchronous motor and the power factor control operation in the operation mode. However, the starting winding is provided in the rotor of the permanent magnet synchronous motor. In this case, the inverter can be designed only for power factor control in the operation mode. In this case, the changeover switch 41 and the like are not required, and the configuration is simplified and the configuration of the inverter unit is also necessary. It can be optimized according to the rating.
Of course, although there is a starting winding and self-starting can be performed with the commercial power supply 1, if a large starting current is not desired to flow, the same configuration as in the first embodiment may be used.
[0025]
Further, in the first embodiment, the inverter unit is configured to be switched in series and parallel with three phases for each phase, but the voltage required at the start, the current specification, and the voltage required at the power factor control in the operation mode, Of course, various numbers such as two or four for each phase may be selected according to the current specification, and in this case, the same effect as described above can be obtained.
[0026]
Further, the inverter unit of the first embodiment is an IGBT that transforms and insulates from the commercial power source 1 through the transformer 14 and introduces AC power, and converts the three-phase AC to DC as shown in FIG. It is composed of a PWM converter, a DC link unit using a capacitor, a PWM converter using an IGBT that converts direct current to single-phase alternating current, and a reactor for preventing a short circuit between units when connected in parallel. As long as it is a converter that can be used for both connection and parallel connection and can control the frequency and voltage, it may have a configuration different from that shown in FIG.
Further, the input of the inverter is not necessarily introduced from the commercial power supply 1, but another power supply may be used.
[0027]
Furthermore, the voltage control means for controlling the voltage applied to the armature winding by adding or subtracting a voltage having a predetermined fluctuation range to the voltage of the commercial power supply is not limited to the inverter, and includes, for example, a voltage changing means. You may make it comprise with a transformer.
[0028]
【The invention's effect】
As described above, the permanent magnet synchronous motor control device according to the present invention applies to the armature winding by applying a voltage that is increased or decreased in a fluctuation range smaller than the voltage of the AC power supply in series to the armature winding. A voltage control means for controlling the voltage is provided, and the voltage applied to the armature winding is controlled by the voltage control means, so that the power factor of the motor viewed from the AC power supply side can be adjusted. The power factor can be adjusted by the capacity voltage control means, and high-efficiency operation can be realized economically.
[0029]
The permanent magnet synchronous motor control device according to the present invention further includes power factor detection means on the AC power supply side, and is applied to the armature winding by the voltage control means so that the power factor detection value becomes a predetermined set value. Since the voltage to be controlled is controlled, a highly efficient driving operation is always achieved by so-called feedback control.
[0030]
Further, the permanent magnet synchronous motor control device according to the present invention inserts the AC output terminal of the three-phase inverter at the neutral point side of the armature winding of the three-phase Y connection, and supplies the AC output voltage of the three-phase inverter. Since the voltage applied to the armature winding is controlled by the control, the voltage control for adjusting the power factor is smoothly performed.
[0031]
The permanent magnet synchronous motor control device according to the present invention includes a first opening / closing means inserted between the AC power source and the armature winding, a load side terminal of the first opening / closing means, and the armature. A second opening / closing means for short-circuiting the three phases with the winding;
When the first opening / closing means is open and the second opening / closing means is closed, the motor is started by controlling the frequency and voltage of the AC output of the three-phase inverter. The voltage applied to the armature winding is controlled by closing the open / close means and opening the second open / close means and controlling the voltage of the AC output of the three-phase inverter at the frequency of the AC power supply. As a result, the same three-phase inverter can be used both when starting the motor and during operation where voltage control for power factor adjustment is performed, thus enabling high-efficiency operation at low cost without requiring a start winding. .
[0032]
Further, the permanent magnet synchronous motor control device according to the present invention comprises switching means for configuring each phase AC output side of the three-phase inverter with a plurality of units and switching connection of these units in series or in parallel.
When starting the motor by controlling the frequency and voltage, connect the units in series.When adjusting the power factor of the motor by controlling the voltage with the frequency of the AC power supply, connect the units in parallel. As a result, the substantial capacity of the three-phase inverter can be reduced to further increase the economy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing a permanent magnet synchronous motor and a control device thereof according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a detailed configuration centering on an inverter 4 of FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram showing an internal configuration of the inverter unit 40 and the like of FIG.
FIG. 4 is a diagram for explaining the operating principle of the present invention.
5 is a timing chart for explaining the operation of the permanent magnet synchronous motor control device of FIG. 1; FIG.
[Explanation of symbols]
1 commercial power source, 2 armature winding, 3, 5 switch, 4 inverter,
6, 7 Voltage detector, 8 Current detector, 9 Operation mode switch,
10 power factor commander, 11 power factor detector, 12 subtractor, 13 controller,
40, 50, 60 Inverter unit, 41-64 selector switch.

Claims (5)

電機子巻線を有する固定子と永久磁石を有する回転子とを備え交流電源により駆動される永久磁石同期電動機の制御装置において、
上記交流電源の電圧より小さい変動幅で加減する電圧を、上記電機子巻線に直列に印加することにより、上記電機子巻線に印加する電圧を制御する電圧制御手段を備え、この電圧制御手段により上記電機子巻線に印加する電圧を制御することにより、上記交流電源側からみた電動機の力率を調整可能としたことを特徴とする永久磁石同期電動機制御装置。
In a control device for a permanent magnet synchronous motor provided with a stator having an armature winding and a rotor having a permanent magnet and driven by an AC power supply,
Voltage control means is provided for controlling the voltage applied to the armature winding by applying in series to the armature winding a voltage that is adjusted with a fluctuation range smaller than the voltage of the AC power supply , and this voltage control means By controlling the voltage applied to the armature winding by means of the above, it is possible to adjust the power factor of the motor as viewed from the AC power supply side.
交流電源側に力率検出手段を備え、この力率検出値が所定の設定値となるよう、電圧制御手段により電機子巻線に印加する電圧を制御するようにしたことを特徴とする請求項1記載の永久磁石同期電動機制御装置。The power factor detection means is provided on the AC power supply side, and the voltage applied to the armature winding is controlled by the voltage control means so that the power factor detection value becomes a predetermined set value. The permanent magnet synchronous motor control device according to 1. 三相Y結線の電機子巻線の中性点側に三相インバータの交流出力端子を挿入し、上記三相インバータの交流出力電圧を制御することにより、上記電機子巻線に印加する電圧を制御するようにしたことを特徴とする請求項1または2に記載の永久磁石同期電動機制御装置。By inserting the AC output terminal of the three-phase inverter to the neutral point side of the armature winding of the three-phase Y connection, and controlling the AC output voltage of the three-phase inverter, the voltage applied to the armature winding The permanent magnet synchronous motor control device according to claim 1, wherein the permanent magnet synchronous motor control device is controlled. 交流電源と電機子巻線との間に挿入された第1の開閉手段、およびこの第1の開閉手段の負荷側端子と上記電機子巻線との間で三相を短絡する第2の開閉手段を備え、
上記第1の開閉手段を開、上記第2の開閉手段を閉とした状態で、三相インバータの交流出力の周波数、電圧を制御して電動機を始動し、始動動作が完了すると、上記第1の開閉手段を閉、上記第2の開閉手段を開とし、上記三相インバータの交流出力を交流電源の周波数でその電圧を制御することにより、上記電機子巻線に印加する電圧を制御するようにしたことを特徴とする請求項3記載の永久磁石同期電動機制御装置。
A first opening / closing means inserted between the AC power source and the armature winding, and a second opening / closing means for short-circuiting the three phases between the load side terminal of the first opening / closing means and the armature winding With means,
When the first opening / closing means is open and the second opening / closing means is closed, the motor is started by controlling the frequency and voltage of the AC output of the three-phase inverter. The voltage applied to the armature winding is controlled by closing the open / close means and opening the second open / close means and controlling the voltage of the AC output of the three-phase inverter at the frequency of the AC power supply. 4. The permanent magnet synchronous motor control device according to claim 3, wherein
三相インバータの各相交流出力側を、複数のユニットで構成すると共にこれらユニットを直列または並列に接続切換する切換手段を備え、
周波数、電圧を制御して電動機を始動するときは上記ユニットを直列に接続し、交流電源の周波数でその電圧を制御して電動機の力率を調整するときは上記ユニットを並列に接続するようにしたことを特徴とする請求項4記載の永久磁石同期電動機制御装置。
Each phase AC output side of the three-phase inverter is composed of a plurality of units and includes switching means for switching the units connected in series or in parallel.
When starting the motor by controlling the frequency and voltage, connect the units in series.When adjusting the power factor of the motor by controlling the voltage with the frequency of the AC power supply, connect the units in parallel. The permanent magnet synchronous motor control device according to claim 4, wherein the permanent magnet synchronous motor control device is provided.
JP32478999A 1999-11-16 1999-11-16 Permanent magnet synchronous motor controller Expired - Fee Related JP3764011B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP32478999A JP3764011B2 (en) 1999-11-16 1999-11-16 Permanent magnet synchronous motor controller

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP32478999A JP3764011B2 (en) 1999-11-16 1999-11-16 Permanent magnet synchronous motor controller

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2001145389A JP2001145389A (en) 2001-05-25
JP3764011B2 true JP3764011B2 (en) 2006-04-05

Family

ID=18169706

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP32478999A Expired - Fee Related JP3764011B2 (en) 1999-11-16 1999-11-16 Permanent magnet synchronous motor controller

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3764011B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6958478B2 (en) * 2018-05-16 2021-11-02 株式会社デンソー Rotating machine

Also Published As

Publication number Publication date
JP2001145389A (en) 2001-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8648562B2 (en) Single power supply dual converter open-winding machine drive
EP1953907B1 (en) Systems and methods for improved motor drive power factor control
US5029263A (en) Electric start control of a VSCF system
JP4112930B2 (en) Inverter device
EP0251068B1 (en) Ac motor drive apparatus
CN109560744B (en) Motor driving system and wiring switching method of open winding structure motor
WO2000069061A1 (en) Variable-speed drive for single-phase motors
Smith et al. High-efficiency operation of an open-ended winding induction motor using constant power factor control
CN104868821B (en) The arrangements for speed regulation and speed regulating method of single phase induction motor
JP6201867B2 (en) Inverter control device
JPWO2019065882A1 (en) Inverter control device
JP5319139B2 (en) Winding switching device and winding switching method for three-phase AC motor
JP3764011B2 (en) Permanent magnet synchronous motor controller
Im et al. Novel winding changeover method for a high efficiency AC motor drive
Green et al. Inverter AC-drive efficiency
US4652807A (en) Starting method for induction motors
EP3562028B1 (en) Externally modulated independent speed variable frequency generator
JPH0662597A (en) Ac variable-speed driver
JP2000092879A (en) Motor drive
US6212085B1 (en) Integrated dual voltage sourced inverter
Chen et al. A hybrid inverter/cycloconverter-based variable-speed three-phase induction motor drive for single-phase inputs
Titus et al. Sensorless Vector Control for a Load Commutated Inverter fed Active-Reactive Induction Motor Drive
JPH06315299A (en) Starting equipment for ac excitation type synchronous machine
US11711041B2 (en) Motor drive system comprising power network between inverter and motor
Nos et al. The bypass power supply implementation for medium voltage AC drive with cascaded H-bridge converter

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20041129

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20041214

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050112

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20060117

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20060118

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100127

Year of fee payment: 4

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees