JP4641179B2 - 同期モータの制御方法および制御装置 - Google Patents
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Description
同期モータの端子間電圧が、予め定められる最大許容電圧に達するまでは、同期モータの出力トルクを示すトルク指令値に応じて、同期モータのq軸電流を示すq軸電流指令値を決定し、同期モータのd軸電流を示すd軸電流指令値をゼロとし、
同期モータの端子間電圧が、予め定められる最大許容電圧に達した場合には、トルク指令値に応じてq軸電流指令値を決定するとともに、同期モータの回転速度と前記トルク指令値とに基づいて、d軸電流指令値を決定し、
決定した各軸電流指令値では同期モータに流れる電流が、予め定められる最大許容電流を超える場合、トルク指令値に応じて決定したq軸電流指令値を変化させずに、同期モータに流す電流が最大許容電流以下となるようにd軸電流指令値を小さく決定し直し、同期モータの端子間電圧のうちのq軸成分を示すq軸調整電圧指令値を、q軸電流指令値から決定されるq軸電圧指令値から、回転速度に応じて設定される補償電圧値を減算して決定することを特徴とする同期モータの制御方法である。
同期モータの端子間電圧が、予め定められる最大許容電圧Vに達した場合には、次式、
Idc=Iqc・tan[K1・(ω−ωm1)] …(1)
を満たすように、d軸電流指令値を決定することを特徴とする。前記規定回転速度は、モータの特性によって決定される速度であり、同期モータ毎に予め規定される。本発明として正確な規定回転速度を得ることができない場合には、規定回転速度に近い値を(1)式におけるωm1として選択するようにしてもよい。
Vqe=K2・ω・Iqc+K3・ω・Id …(2)
を満たすように、前記補償電圧を決定することを特徴とする。
同期モータの回転速度を取得する速度取得手段と、
所望とする回転速度となるように、同期モータに流すべき電流を示す各軸電流指令値を決定する演算手段とを有し、
演算手段は、
速度取得手段によって取得した回転速度が、同期モータの端子間電圧が予め定められる最大許容電圧に達するときに最大トルクで回転可能な同期モータの回転速度となる規定回転速度以下であれば、同期モータの出力トルクを示すトルク指令値に応じて、同期モータのq軸電流を示すq軸電流指令値を決定し、同期モータのd軸電流を示すd軸電流指令値をゼロとし、
速度取得手段によって取得した回転速度が、前記規定回転速度を超えた場合には、トルク指令に応じてq軸電流指令値を決定するとともに、同期モータの回転速度と前記トルク指令値とに基づいて、d軸電流指令値を決定し、
決定した各軸電流指令値では同期モータに流れる電流が、予め定められる最大許容電流を超える場合、トルク指令値に応じて決定したq軸電流指令値を変化させずに、同期モータに流す電流が最大許容電流以下となるようにd軸電流指令値を小さく決定し直し、同期モータの端子間電圧のうちのq軸成分を示すq軸調整電圧指令値を、q軸電流指令値から決定されるq軸電圧指令値から、回転速度に応じて設定される補償電圧値を減算して決定することを特徴とする同期モータの制御装置である。
また、q軸電圧指令値を回転速度に応じて変化させることによって、トルク指令値から各軸電流指令値を求めるためのパラメータ、たとえば誘起電圧、温度によって変化するモータの抵抗およびリアクタンスなどのパラメータが正確でなくても、同期モータの端子間電圧を許容最大電圧以下にすることができる。また同期モータを流れる電流が許容電流を超えることを等価的に防ぐことができる。またq軸電圧指令値を、回転速度に応じて変化させることによって、回転速度に応じて変化する誘起電圧の補償を行うことができ、同期モータに与えられる電圧および電流が、許容最大電圧および許容最大電流を超えることを防ぐことができる。
化を図ることができ、同期モータの発熱を抑えるとともに力率を改善することができる。なお、規定回転速度は、モータの特性によって決定される速度であり、同期モータ毎に予め規定される。本発明として正確な規定回転速度を得ることができない場合には、規定回転速度に近い値を規定回転速度として選択するようにしてもよい。
また、q軸電圧指令値を回転速度に応じて変化させることによって、トルク指令値から各軸電流指令値を求めるためのパラメータ、たとえば誘起電圧、温度によって変化するモータの抵抗およびリアクタンスなどのパラメータが正確でなくても、同期モータの端子間電圧を許容最大電圧以下にすることができる。また同期モータを流れる電流が許容電流を超えることを等価的に防ぐことができる。またq軸電圧指令値を、回転速度に応じて変化させることによって、回転速度に応じて変化する誘起電圧の補償を行うことができ、同期モータに与えられる電圧および電流が、許容最大電圧および許容最大電流を超えることを防ぐことができる。
Id=A・Iu+B・Iv
Iq=C・Iu+D・Iv
ここで、A=(2/3)・{cosθe−cos(θe−240°)}
B=(2/3)・{cos(θe−120°)−cos(θe−240°)}
C=(2/3)・{sinθe−sin(θe−240°)}
D=(2/3)・{sin(θe−120°)−sin(θe−240°)}
であり、Idはd軸電流検出値を示し、Iqはq軸電流検出値を示す。またIuは、電流検出手段28から与えられる2つのうち1つの電流検出値を示し、Ivは、電流検出手段28から与えられる2つのうち他の1つの電流検出値を示す。またcosは、三角関数の余弦を示し、sinは、三角関数の正弦を示す。またθeは、dq軸座標系における電気角を表わす。
Vu=Vd・cosθe+Vq・sinθe
Vv=Vd・cos(θe−120°)+Vq・sin(θe−120°)
Vw=−Vu−Vv
ここで、Vuは、三相電圧指令値のうちの第1の電圧指令値である。Vvは、三相電圧指令値のうちの第2の電圧指令値である。Vwは、三相電圧指令値のうちの第3の電圧指令値である。また、Vdはd軸電圧指令値であり、Vqはq軸電圧指令値である。
ω=(V−Iq・r)/(L2・φa) …(3)
ここで、ωは回転速度であり、Vは端子間電圧であり、rはモータの電機子巻線抵抗であり、Iqはq軸検出電流であり、L2は予め定められる定数であり、φaは界磁による磁束であって、誘起電圧定数またはトルク定数と称される場合もある。
V=Ve+E …(4)
Ve=Iq・r …(5)
E=L2・φa・ω …(6)
ここで、Vは端子間電圧であり、Veは電機子電圧であり、Eは誘起電圧であり、L2は、予め定められる定数である。その他の記号は、上述と同様である。
T=L1・φa・Iq …(7)
ここで、Tは出力トルクであり、L1は、予め定められる定数である。その他の記号は、上述と同様である。したがって出力トルクは、q軸電流Iqの減少とともに減少する。すなわち、図4に示すように、モータの回転速度ωが規定回転速度ωm1を超えると、出力可能な最大トルクが減少する。
Idc1=Iqc1・tanθa …(8)
θa=K1・(ω−ωm1) …(9)
ここで、Iqc1はトルク指令値そのままの値となる第1q軸電流指令値Iqc1であり、Idc1はトルク指令値と回転速度とに基づいて決定される第1d軸電流指令値Idc1である。tanは三角関数の正接を表わし、K1は予め定められる定数または変数であり、ωは速度検出値であり、ωm1は、前記規定回転速度ωm1である。なお、規定回転速度ωm1は、上述したように、正確な規定回転速度ωm1近傍の値ωm1’であってもよい。またθaは、回転速度ωに関する速度変数となる。ただし、K1>0で、ω<ωm1である場合には、θa=0が与えられる。表1にモータの一例を示す。
|Imax|<((Idc1)2+(Iqc1)2)0.5 …(10)
同期モータに流す電流が最大許容電流以下となるように、第2q軸電流指令値Iqc2とd軸電流指令値Idc2とを決定する。具体的には、次式を満たすように、第2q軸電流指令値Iqc2と第2d軸電流指令値Idc2を求め、それらを各軸電流指令値Iqc,Idcとして決定しなおす。
|Imax|=((Idc2)2+(Iqc2)2)0.5 …(11)
Idc2=Iqc2・tanθa …(12)
|Imax|=((Idc3)2+(Iqc1)2)0.5 …(13)
Vqe=K2・ω・Iqc+K3・ω・Id …(14)
ここで、Vqeは補償電圧値であり、K2およびK3は予め定められる定数または変数であり、Iqcはトルク指令値によって決定されるq軸電流指令値であり、Idはd軸電流検出値であり、ωは回転速度である。
21 同期モータ
22 インバータ回路
23 直流電源
24 制御装置
30 位置制御部
31 速度制御部
32 電流指令値作成部
33 電流制御部
Claims (5)
- 同期モータを流れる電流をdq軸変換した値に基づいて、同期モータに流すべき電流を決定して同期モータを制御する同期モータの制御方法であって、
同期モータの端子間電圧が、予め定められる最大許容電圧に達するまでは、同期モータの出力トルクを示すトルク指令値に応じて、同期モータのq軸電流を示すq軸電流指令値を決定し、同期モータのd軸電流を示すd軸電流指令値をゼロとし、
同期モータの端子間電圧が、予め定められる最大許容電圧に達した場合には、トルク指令値に応じてq軸電流指令値を決定するとともに、同期モータの回転速度と前記トルク指令値とに基づいて、d軸電流指令値を決定し、
決定した各軸電流指令値では同期モータに流れる電流が、予め定められる最大許容電流を超える場合、トルク指令値に応じて決定したq軸電流指令値を変化させずに、同期モータに流す電流が最大許容電流以下となるようにd軸電流指令値を小さく決定し直し、同期モータの端子間電圧のうちのq軸成分を示すq軸調整電圧指令値を、q軸電流指令値から決定されるq軸電圧指令値から、回転速度に応じて設定される補償電圧値を減算して決定することを特徴とする同期モータの制御方法。 - 予め定められる最大許容電圧に達するときに最大トルクで回転可能な同期モータの回転速度となる規定回転速度をωm1とし、同期モータの回転速度をωとし、K1を予め定められる定数または変数とし、トルク指令値に応じて決定されるq軸電流指令値をIqcとし、d軸電流指令値をIdcとすると、
同期モータの端子間電圧が、予め定められる最大許容電圧Vに達した場合には、次式、
Idc=Iqc・tan[K1・(ω−ωm1)] …(1)
を満たすように、d軸電流指令値を決定することを特徴とする請求項1記載の同期モータの制御方法。 - 前記決定したd軸電流指令値が、同期モータの界磁を弱めることが限界となる弱め界磁限度電流値を超える場合、前記弱め界磁限度電流値となるようにd軸電流指令値を決定し直すことを特徴とする請求項1または2記載の同期モータの制御方法。
- q軸電流指令値をIqcとし、同期モータに流れるd軸電流をIdとし、同期モータの回転速度をωとし、K2およびK3を予め定められる定数または変数とし、前記補償電圧をVqeとすると、次式、
Vqe=K2・ω・Iqc+K3・ω・Id …(2)
を満たすように、前記補償電圧を決定することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の同期モータの制御方法。 - 同期モータを流れる電流をdq軸変換した値に基づいて、同期モータに流すべき電流を決定して同期モータを制御する同期モータの制御装置であって、
同期モータの回転速度を取得する速度取得手段と、
所望とする回転速度となるように、同期モータに流すべき電流を示す各軸電流指令値を決定する演算手段とを有し、
演算手段は、
速度取得手段によって取得した回転速度が、同期モータの端子間電圧が予め定められる最大許容電圧に達するときに最大トルクで回転可能な同期モータの回転速度となる規定回転速度以下であれば、同期モータの出力トルクを示すトルク指令値に応じて、同期モータのq軸電流を示すq軸電流指令値を決定し、同期モータのd軸電流を示すd軸電流指令値をゼロとし、
速度取得手段によって取得した回転速度が、前記規定回転速度を超えた場合には、トルク指令に応じてq軸電流指令値を決定するとともに、同期モータの回転速度と前記トルク指令値とに基づいて、d軸電流指令値を決定し、
決定した各軸電流指令値では同期モータに流れる電流が、予め定められる最大許容電流を超える場合、トルク指令値に応じて決定したq軸電流指令値を変化させずに、同期モータに流す電流が最大許容電流以下となるようにd軸電流指令値を小さく決定し直し、同期モータの端子間電圧のうちのq軸成分を示すq軸調整電圧指令値を、q軸電流指令値から決定されるq軸電圧指令値から、回転速度に応じて設定される補償電圧値を減算して決定することを特徴とする同期モータの制御装置。
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