JP4721801B2 - Control device for synchronous motor - Google Patents
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Description
この発明は、界磁巻線を有する同期電動機を位置検出器を用いずに始動し、可変速制御を行なう同期電動機の制御装置に関する。 The present invention relates to a synchronous motor control device that starts a synchronous motor having a field winding without using a position detector and performs variable speed control.
従来の同期電動機制御装置では同期電動機を可変速制御するために位置検出器を用いて、磁極位置及び速度を検出している(例えば、特許文献1参照。)。 In a conventional synchronous motor control device, a position detector is used for variable speed control of the synchronous motor, and the magnetic pole position and speed are detected (for example, see Patent Document 1).
また、特許文献2に示すように、位置検出器を用いず同期電動機を可変速制御する場合は、位置及び速度を推定する手段を持たず、開ループ制御を行なっている。
特許文献1に示されている従来の同期電動機の制御装置においては、位置検出器を用いて磁極位置及び速度を検出し、可変速制御を行なっているが、既設の同期電動機に電力変換器を用いた可変速制御を適用する場合、或いは新設の場合であっても、同期電動機の設置環境やその他の特定の条件によっては、同期電動機に位置検出器を取り付けることが困難な場合があった。
In the conventional synchronous motor control device disclosed in
また、特許文献2に示されている同期電動機の制御装置においては、位置検出器を用いず、速度基準に応じた電圧を印加すると共に無効電流を制御して界磁巻線を有する同期電動機の可変速制御を行なっているが、速度推定を行なっていないため負荷変動による速度変動などを検出することができず、同期はずれを発生しやすいという課題があった。さらに、無効電流を制御しているが、有効電流や界磁電流を制御していないため、安定に過電流保護を行ない難いという課題があった。
Further, in the synchronous motor control device disclosed in
従って本発明の同期電動機の制御装置は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、位置検出器を使用することなく、安定に閉ループの速度制御を行うことが可能な同期電動機の制御装置を提供することを目的とする。 Therefore, the synchronous motor control device of the present invention is made to solve the above-described problems, and can perform stable closed-loop speed control without using a position detector. An object of the present invention is to provide a control device.
上記目的を達成するため、本発明に係る同期電動機の制御装置は、可変電圧、可変周波数の交流を出力し、同期電動機を駆動する電力変換器と、この電力変換器の出力電流を検出する電流検出手段と、前記電力変換器の出力電圧を検出する電圧検出手段と、前記同期電動機の界磁巻線を励磁するための界磁装置と、前記電流検出手段及び前記電圧検出手段の出力に基づいて前記電力変換器及び前記界磁装置を制御するための制御部とを備え、前記制御部は、前記同期電動機の始動時に所定の電流指令を用いて電流制御を行なうと共に速度指令によって前記電力変換器の出力周波数を変化させるようにした開ループ速度制御手段と、前記同期電動機の始動後に速度推定値を用いて速度制御を行なう閉ループ速度制御手段と、前記開ループ速度制御手段から前記閉ループ速度制御手段に切換える切換手段とを有し、前記切換手段によって閉ループ速度制御手段に切換えたあと、前記出力電圧が速度指令に応じた値となるように界磁電流を調整することを特徴としている。
In order to achieve the above object, a control apparatus for a synchronous motor according to the present invention outputs a variable voltage, variable frequency alternating current to drive a synchronous motor, and a current for detecting an output current of the power converter. Based on detection means, voltage detection means for detecting an output voltage of the power converter, a field device for exciting a field winding of the synchronous motor, outputs of the current detection means and the voltage detection means A control unit for controlling the power converter and the field device, and the control unit performs current control using a predetermined current command when starting the synchronous motor, and converts the power conversion by a speed command. An open loop speed control means for changing the output frequency of the generator, a closed loop speed control means for performing speed control using a speed estimated value after the synchronous motor is started, and the open loop speed control. And a switching means for switching from the means to the closed loop speed control means, after switching to a closed loop speed control means by said switching means, said output voltage is adjusted so that the field current becomes a value corresponding to the speed command It is characterized by.
本発明によれば、始動時に所定の電流指令を用いて電流制御を行なうと共に速度指令によって速度を変化させる開ループ速度制御手段と、始動後に速度推定値を用いて速度制御を行なう閉ループ速度制御手段とを切換えるように構成したので、位置検出器を使用することなく、安定に閉ループの速度制御を行うことが可能な同期電動機の制御装置を提供することができる。 According to the present invention, an open loop speed control means for performing current control using a predetermined current command at the start and changing a speed by the speed command, and a closed loop speed control means for performing speed control using a speed estimated value after start. Therefore, it is possible to provide a control device for a synchronous motor capable of stably performing closed-loop speed control without using a position detector.
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本発明の実施例1に係る同期電動機の制御装置について、図1及び図2を参照して説明する。
A control apparatus for a synchronous motor according to
図1は本発明の実施例1を示すブロック構成図である。直流電源からの直流を入力としたインバータ1は可変電圧、可変周波数の交流を出力し、その出力で同期電動機2を駆動する。インバータ1は図示しないパワーデバイスをブリッジ接続した構成となっており、このパワーデバイスは制御部3からのオンオフ指令によって制御されている。インバータ1の出力電圧及び出力電流は夫々電圧検出器4及び電流検出器5によって検出され、制御部3に与えられる。また、同期電動機2は界磁装置6の出力によって励磁される界磁巻線を備えている。界磁装置6は、界磁電流検出器61と界磁電流制御器62と界磁巻線を励磁するための電圧を印加する電力変換器63から構成されている。尚、インバータ1は交流入力を直接交流出力する他の電力変換器、例えばマトリクスコンバータであっても良い。
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention. An
以下、制御部3の内部構成について説明する。
Hereinafter, the internal configuration of the
制御部3は、同期電動機2を開ループで始動させるための開ループ速度制御手段と、始動後に速度推定値を用いて速度制御を行なう閉ループ速度制御手段と、それらを円滑に切換える切換手段とで構成されている。
The
まず、上記の開ループ速度制御手段の構成を説明する。 First, the configuration of the above open loop speed control means will be described.
初期磁極位置検出器31は、電機子巻線の端子電圧を検出する電圧検出器4を入力として、同期電動機2が停止した状態の初期磁極位置θ0を検出する。この具体的検出方法は、例えば特開2005−39891号公報に示されているように、界磁装置6から励磁電圧を同期電動機2に供給したときの電圧検出器4が検出する同期電動機2の端子電圧VUVWから演算によって求める。
The initial magnetic
速度指令設定器32は、速度指令ωr0 *を設定し、この速度指令ωr0 *をレート設定器33によって所定のレートで変化させ実際の速度指令ωr *を得る。また、この速度指令ωr *を、前記初期磁極位置θ0を基準として積分器34で積分して位相角θr *を得る。
The speed command setter 32 sets a speed command ω r0 * and changes the speed command ω r0 * at a predetermined rate by the
一方、始動時の電流指令をD軸初期電流設定器35及びQ軸初期電流設定器36で夫々設定し、これらの設定電流と、電流検出器5によって検出された電流IUVを座標変換器37によって位相角θr *を基準として2軸座標系へ座標変換して得られるD軸電流IDとQ軸電流IQとを夫々比較する。そして上記比較された各々の差分を電流制御器38に入力する。この電流制御器38の出力はD軸電圧基準VD *及びQ軸電圧基準VQ *となる。尚、電流制御器38は1つの制御器として図示しているが、実際はD軸及びQ軸に対して夫々独立した2つの制御器で構成されている。上記D軸電圧基準VD *及びQ軸電圧基準VQ *を座標変換器39に与え、座標変換器39は位相角θr *を基準位相としてこれ等を3相電圧基準に変換し、図示しないPWM制御器を介してPWM変調し、インバータ1に与える。
On the other hand, a current command at start-up is set by the D-axis initial current setting unit 35 and the Q-axis initial
また、上記の開ループ速度制御手段が動作している時の界磁電流は、初期界磁電流設定器40によって、界磁電流指令If *=If0 *を設定する。そして、この設定値となるように界磁装置6は動作する。
The field current command I f * = I f0 * is set by the initial
次に、始動後に速度推定値を用いて速度制御を行なう閉ループ速度制御手段に関連する構成について説明する。 Next, the configuration related to the closed loop speed control means for performing speed control using the speed estimated value after starting will be described.
電圧検出器4で検出された同期電動機2の端子電圧VUVWは、座標変換器41に与えられる。この座標変換器41は、後述する角度推定値θPLLを基準位相としてこの電圧をD軸電圧VDとQ軸電圧VQに分解し、これらをPLL回路42に供給する。PLL回路42は所謂フェーズロックドループ回路であり、例えばD軸電圧VDをゼロにするような角度を導出する方法で速度推定値ωPLLと角度推定値θPLLを推定する。角度推定値θPLLが所定範囲内に収束して上記PLL回路42がロックすると、速度推定値ωPLLと端子電圧VUVWの角周波数が等しくなり正しい周波数検出が行われたこととなる。このPLL回路42のロック判定信号により、前述の開ループ速度制御手段から閉ループ速度制御手段への切換が行われる。この切換は図1に図示した4個の切換スイッチSW1を、図示の始動側から閉ループ速度制御側に切換えることにより行う。
The terminal voltage V UVW of the
この閉ループ速度制御手段における速度指令は、開ループ制御時と同様、レート設定器33の出力である速度指令ωr *であり、この速度指令ωr *はPLL回路42の出力である速度推定値ωPLLと比較され、その差分が速度制御器43の入力となる。この速度制御器43の制御出力である電流指令IT *は、前述の開ループ制御手段におけるQ軸初期電流設定器36で設定された設定値に代えてQ軸の電流基準IQ *となる。
The speed command in the closed-loop speed control means is the speed command ω r * that is the output of the
次に、D軸の電流基準と界磁電流を適切な値に制御するための構成を説明する。 Next, a configuration for controlling the D-axis current reference and the field current to appropriate values will be described.
上記の閉ループ速度制御手段に切り換わった後のステップとして、スイッチSW2を閉路して調整器44によって界磁電流指令If *を増大させる。この状態で座標変換器41の2軸出力であるD軸電圧VD及びQ軸電圧VQは増大するので、これを絶対値演算器45で演算した検出電圧|V|は増大する。この検出電圧|V|と、速度基準からV/ω設定器46で求めた電圧基準|V*|とを比較し、その差分VerrをSW3を動作させた状態で調整器47によって増幅し、その出力Im *をD軸電流基準として制御する。この状態でスイッチSW4をオンし、上記差分Verrを入力として界磁側の電圧制御器48による電圧制御ループを生かすようにし、更に、スイッチSW5を操作することにより、調整器47の出力であるIm *をゼロにして、力率1の運転を達成する。
As a step after switching to the closed loop speed control means, the switch SW2 is closed and the
尚上記の閉ループ速度制御に切換えるスイッチSW1が動作したときの調整器47のプリセット値PD1と速度制御器43のプリセット値PD2は、D軸初期電流設定器35及びQ軸初期電流設定器36を座標変換器49により位相基準θr *と角度推定値θPLLで2軸変換して求める。同様に、電流制御器38のD軸及びQ軸のプリセット値PD3及びPD4の設定も必要となるが、PD3=0とし、PD4は夫々の電流制御出力であるD軸電圧基準VD *及びQ軸電圧基準VQ *から電圧の大きさを絶対値回路50で求めた値とする。
The preset value PD1 of the
開ループ速度制御手段と閉ループ速度制御手段を円滑に切り替える切換え手段は、上記閉ループ制御手段の説明と重複するが、切り替えスイッチであるSW1とSW3とSW4と、オンスイッチであるSW2と、オフスイッチであるSW5と、前述の電流指令ID0 *、IQ0 *を設定するためのD軸初期電流設定器35及びQ軸初期電流設定器36を角度推定値θPLLで座標変換し電流指令のプリセットデータPD1とPD2を導出する座標変換器49と、プリセットされたD軸電流指令ID *を定常的に所定の値にするために例えば電圧指令|V*|と検出電圧|V|の偏差に従ってD軸電流指令ID *を変化させる調整器47と、電圧指令VD *、VQ *から電圧指令のプリセットデータPD3とPD4を求める絶対値演算器50で構成されている。そして、前述したように、開ループ速度制御制御から閉ループ速度制御手段に切換えるときはスイッチSW1の操作によるが、その後スイッチSW2乃至SW5を操作して界磁電流を速度に見合う値に制御し、また同期電動機2を力率1で駆動するように切換える。
The switching means for smoothly switching between the open loop speed control means and the closed loop speed control means overlaps with the description of the closed loop control means described above. However, the switching switches SW1, SW3 and SW4, the on switch SW2 and the off switch are used. A certain SW5 and D-axis initial current setting device 35 and Q-axis initial
次に、本発明の実施例1の動作について、図1及び図2を参照して説明する。図2は本発明の実施例1に係る同期電動機の制御装置の動作タイミングチャートである。
Next, the operation of the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is an operation timing chart of the synchronous motor control apparatus according to
まず、図2の時刻t=T1において初期磁極位置の検出動作を行う。例えば界磁電流指令If *=If0 *を設定して励磁動作を行い、このときの電圧検出器4が検出する端子電圧VUVWを初期磁極位置検出器31で演算して初期磁極位置θ0を導出し、積分器34にセットする。
First, an initial magnetic pole position detection operation is performed at time t = T1 in FIG. For example, the field current command I f * = I f0 * is set to perform the excitation operation, and the terminal voltage V UVW detected by the voltage detector 4 at this time is calculated by the initial magnetic
次に時刻t=T2ではQ軸即ち磁極に直交するトルク軸方向に所定の電流指令IQ *=IQ0 *を与える。また時刻t=T2から時刻t=T3までの間、レート設定器33によって速度指令ωr *を徐々に増大させる。この間に、電圧検出器4と座標変換器41とPLL回路42によって、速度推定値ωPLLと角度推定値θPLLを導出し、電流指令プリセットデータPD1とPD2、電圧指令プリセットデータPD3とPD4も計算しておく。
Next, at time t = T2, a predetermined current command I Q * = I Q0 * is applied in the direction of the torque axis perpendicular to the Q axis, that is, the magnetic pole. Further, the speed command ω r * is gradually increased by the
PLL回路42がロックし、速度推定値ωPLLと角度推定値θPLLが導出できれば、時刻t=T4でSW1を切換える。SW1を切換えると電流指令ID *、IQ *と電圧指令VD *、VQ *がプリセットされるとともに、速度制御器42が速度推定値ωPLLを用いて制御を開始し、座標変換器37と座標変換器39で基準位相として使用している角度が速度指令の積分値θr *から角度推定値θPLLへと切換えられる。この切換え時の速度はPLL回路42によって検出されるD軸電圧VD及びQ軸電圧VQから速度および角度を推定することが十分に可能な所定の速度とする。
If the
次に時刻t=T5においてSW2をオンし、界磁電流指令If *を増加させる。例えば時刻t=T5からt=T6の間にQ軸電流指令IQに応じて界磁電流指令If *を所定のレートで増加させる。続いて時刻t=T7でSW3を切り替え、調整器47を用いて例えば電圧制御を行ない、D軸電流指令ID *を変化させる。調整器47を電圧制御とした場合は、電機子の端子電圧である検出電圧|V|がD軸電流指令ID *によって、電圧指令|V*|となるように制御される。そして時刻t=T8でSW4を切換え、電圧制御器48によって、界磁電流指令から検出電圧|V|を電圧指令|V*|どおりに制御する。そして時刻t=T9ではSW5をオフにし、時刻t=T9からt=T10かけてD軸電流指令ID *を定常的にゼロにする。尚、図2のT1乃至T10は動作の順序を説明するためのものであり、必ずしも各々の時間間隔が図示の通りとなるとは限らない。
Next, at time t = T5, SW2 is turned on to increase the field current command If * . For example, between time t = T5 of t = T6 depending on the Q-axis current command I Q increases the field current command I f * at a predetermined rate. Subsequently, SW3 is switched at time t = T7, voltage control is performed using the
この実施例1においては、時刻t=T1からt=T2で同期電動機2の停止時に初期磁極位置検出を行ない、時刻t=T2からt=T4にかけて検出電圧が小さくPLL回路42で十分に速度および角度を推定できない間は開ループ速度制御で始動し、角度及び速度が推定できれば推定値ωPLL、θPLLを用いて時刻t=T4からt=T10にかけて適切な界磁電流と力率1制御への切換え処理を行ない、時刻t=T10以降では速度推定値ωPLLを用いて閉ループ速度制御を行なっていることがポイントである。
In the first embodiment, the initial magnetic pole position is detected when the
PLL回路42の角度推定の方法を、D軸電圧VDをゼロにする角度を推定する方法とすれば、時刻t=T10以降D軸電流指令ID *を定常的にゼロにするようにして力率1を実現することができる。更に、角度の切換えと同時に電流指令と電圧指令をプリセットしているため、時刻t=T4の前後で同期電動機2の電機子巻線に印加される電圧波形の位相は連続性が保たれ、切換えの影響がない。また、時刻t=T5とt=T6の間や時刻t=T7において指令値がなめらかに変わる処理を採用することにより、円滑な切換え動作を実現することができる。
If the angle estimation method of the
ところで、上記説明は制御の一例を示したものである。図2においては速度指令が一定である時に切換えを行なっているが、速度が推定できていれば一定に限定する必要は無い。また、時刻t=T7で調整器47によって電圧制御を行ない、時刻t=T9からt=T10で定常的に電流指令ID *をゼロにする例を示したが、最終的に電流指令ID *をゼロにすれば良く、途中の過程は図2の限りではない。そして、PLL回路42はD軸電圧をゼロにする角度を推定する方法で行なうと説明したが、DQ軸を入れ替えて行うことも可能である。
The above description shows an example of control. In FIG. 2, switching is performed when the speed command is constant. However, if the speed can be estimated, there is no need to limit the speed command. Further, it performs voltage control by
本発明の実施例2に係る同期電動機の制御装置について図3及び図4を参照して説明する。図3は実施例2のQ軸電流指令の補正制御部のブロック構成図であり、図4は実施例2の動作タイミングチャートである。
A control apparatus for a synchronous motor according to
この実施例2の補正制御部は、開ループ速度制御手段において始動後にQ軸電流指令IQ *が最適な値より大きかったと判明した場合に、より適した電流値に調整する手段である。時刻t=T11で初期磁極位置検出を実施後、t=T12から所定の電流指令IQ *=IQ0 *で始動する。そして始動後、図3に示したように角度演算器51と52を用いて、電流指令ID *、IQ *と電圧指令VD *、VQ *から電流指令ベクトルαiと電圧指令ベクトルαvを求め、これらのベクトルの角度差αを求める。時刻t=T13で、αの値が所定の値α*より大きくなると、t=T14でαが所定の値α*より小さくなるまで、Q軸電流指令IQ *の大きさを調整器53を用いて調整する。
The correction control unit according to the second embodiment is a unit that adjusts the current value to a more suitable current value when it is determined by the open loop speed control unit that the Q-axis current command I Q * is greater than the optimum value after startup. After detecting the initial magnetic pole position at time t = T11, the engine is started with a predetermined current command I Q * = I Q0 * from t = T12. After the start, the current command vectors α i and voltage command vectors are obtained from the current commands I D * and I Q * and the voltage commands V D * and V Q * using the angle calculators 51 and 52 as shown in FIG. α v is obtained, and the angle difference α between these vectors is obtained. When the value of α becomes larger than the predetermined value α * at time t = T13, the
以上の補正制御部手段を用いれば、負荷の大きさが分からず、適切な電流指令値が不明であっても、Q軸初期電流指令IQ0 *を大きめに設定して開ループ速度制御で始動し、始動後にQ軸電流指令IQ *を適切な値に調整することが可能となる。 By using the above correction control means, even if the magnitude of the load is unknown and the appropriate current command value is unknown, the Q-axis initial current command I Q0 * is set to a large value and started with open loop speed control. Thus, the Q-axis current command I Q * can be adjusted to an appropriate value after starting.
尚、上記説明では便宜上、調整する電流指令をQ軸電流指令IQ *としたが、制御によってはこの限りではなく例えばD軸電流指令ID *で行っても良い。 Incidentally, in the above description for convenience, but the current command to adjust it was Q-axis current command I Q *, may be carried out in this rather example D-axis current command as far as I D * is the control.
図5は本発明の実施例3に係る同期電動機の制御装置の動作タイミングチャートである。この実施例3は、開ループ速度制御手段において、負荷の状態が不明の時に、負荷に対応した最適な電流指令で始動させる制御手段を有している。
FIG. 5 is an operation timing chart of the synchronous motor control apparatus according to
図5において時刻t=T21で初期磁極位置検出を実施後、角度を初期位置θ0に固定したまま、時刻t=T22から所定のレートでQ軸電流指令IQ *を増加させる。時刻t=T23でロータが動き始めれば、インバータの周波数とモータの周波数差のために検出電圧|V|の大きさに変化が現れるのでこの電気量を検出し、時刻t=T24から角度と速度を増加させるとともに、Q軸電流指令IQ *の値を固定する。 In FIG. 5, after detecting the initial magnetic pole position at time t = T21, the Q-axis current command I Q * is increased at a predetermined rate from time t = T22 while the angle is fixed at the initial position θ 0 . If the rotor starts to move at time t = T23, a change appears in the magnitude of the detected voltage | V | due to the difference between the inverter frequency and the motor frequency, so this amount of electricity is detected, and the angle and speed from time t = T24. And the value of the Q-axis current command I Q * is fixed.
この実施例3の始動時の制御手段を用いれば、負荷の大きさが分からず、適切な電流指令値が不明であっても、始動時に急激なトルクを発生することなく、開ループ速度制御で滑らかに始動することができる。 If the control means at the time of start in Example 3 is used, even if the magnitude of the load is unknown and the appropriate current command value is unknown, the open loop speed control can be performed without generating a sudden torque at the start. It can start smoothly.
尚、上記説明では便宜上、調整する電流指令をQ軸電流指令IQ *としたが、制御によってはこの限りではない。また、ロータが動き出したことを検出する方法は、上記のインバータの周波数とモータの周波数差のために生ずる電圧の変化を用いる方法だけでなく、角度ずれに影響のない程度の短期間インバータ1のゲートブロックを行ないその時の誘起電圧を検出する方法など別の方法を使用しても良い。また検出対象となる誘起電圧は必ずしも界磁磁束による基本波電圧とは限らず、例えば界磁巻線のスロットリプルを検出するようにしても良い。界磁巻線のスロットリプルは基本波に対して高次の高調波となるのでロータが動き始めたことを検出するのに好適である。
In the above description, for convenience, the current command to be adjusted is the Q-axis current command I Q * . However, this is not limited depending on the control. In addition, the method of detecting that the rotor has started moving is not only a method using the voltage change caused by the frequency difference between the inverter frequency and the motor, but also the short-
図6は本発明の実施例4に係る同期電動機の制御装置の電流指令の一例を示した図である。この実施例4は、開ループ速度制御手段において、負荷のトルク−速度特性が判明している場合に、電流指令をインバータ1の出力周波数に対してパターン化する手段を有している。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a current command of the control device for the synchronous motor according to the fourth embodiment of the present invention. The fourth embodiment includes means for patterning the current command with respect to the output frequency of the
図6においては始動トルクが大きい二乗トルク負荷の例を示したが、他の負荷特性の負荷にも応用できる。また上記説明では便宜上、調整する電流指令をQ軸電流指令IQ *としたが、制御によってはこの限りではない。 Although FIG. 6 shows an example of a square torque load having a large starting torque, the present invention can be applied to loads having other load characteristics. In the above description, for convenience, the current command to be adjusted is the Q-axis current command I Q * , but this is not limited depending on the control.
図7は本発明の実施例5に係る同期電動機の制御装置の動作タイミングチャートである。この実施例5は、開ループ速度制御手段において、初期磁極位置検出を行なわず、始動する手段を有している。 FIG. 7 is an operation timing chart of the synchronous motor control apparatus according to Embodiment 5 of the present invention. In the fifth embodiment, the open loop speed control means has means for starting without detecting the initial magnetic pole position.
時刻t=T31で界磁電流を流し、t=T32でQ軸電流指令をIQ *=IQ0 *にセットする。同時に速度指令ωr *を極低速に設定する。速度指令ωr *の積分が角度θr *である。界磁電流と直交方向にQ軸電流が流れた時にトルクが最大になり、時刻t=T33でロータが動き始める。t=T33でロータが動き始めれば、インバータの周波数とモータの周波数差によって検出電圧|V|の大きさに変化が現れるのでこの電気量を検出し、時刻t=T34から角度と速度を増加させる。 A field current is passed at time t = T31, and a Q-axis current command is set to I Q * = I Q0 * at t = T32. At the same time, the speed command ω r * is set to an extremely low speed. The integral of the speed command ω r * is the angle θ r * . When the Q-axis current flows in a direction orthogonal to the field current, the torque becomes maximum, and the rotor starts to move at time t = T33. If the rotor starts to move at t = T33, a change appears in the magnitude of the detected voltage | V | due to the difference between the inverter frequency and the motor frequency, so this amount of electricity is detected, and the angle and speed are increased from time t = T34. .
この手段を用いれば、初期磁極位置検出を行なわない場合も、開ループ速度制御で始動することが可能となる。 If this means is used, even if the initial magnetic pole position is not detected, it is possible to start with open loop speed control.
尚、上記説明では便宜上調整する電流指令をQ軸電流指令IQ *としたが、制御によってはこの限りではない。また、ロータが動き出したことを検出する方法は、実施例3の説明で述べたように、短期間のゲートブロックを行ない誘起電圧を検出する方法やスロットリプルを検出する方法を使用しても良い。 In the above description, the current command to be adjusted for convenience is the Q-axis current command I Q * , but this is not limited depending on the control. Further, as described in the description of the third embodiment, the method of detecting that the rotor has started moving may be a method of performing a short-time gate block and detecting an induced voltage or a method of detecting slot ripple. .
図8は本発明の実施例6に係る同期電動機の制御装置のブロック構成図である。この実施例6の各部について、図1の実施例1に係る同期電動機の制御装置のブロック構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例6が実施例1と異なる点は、特定の電気量を入力とするフィルタ回路54を追加し、このフィルタ回路54の出力をレート設定器33の出力に加算する構成とした点である。
FIG. 8 is a block diagram of a synchronous motor control apparatus according to Embodiment 6 of the present invention. In the sixth embodiment, the same parts as those in the block diagram of the synchronous motor control device according to the first embodiment shown in FIG. The sixth embodiment is different from the first embodiment in that a
開ループ速度制御の状態では、電流指令が大きければ始動時のトルク変動は大きいが速度振動の減衰は速い。従って、電流指令が最適値に近ければ滑らかに始動するが、その反面一度発生した速度振動が減衰しにくい傾向にある。このため図8のように所定の電気量、例えば指令値であるD軸電圧指令VD *、Q軸電圧指令VQ *または電圧指令|V*|、若しくは検出値である電圧検出値|V|、D軸電流検出値ID、またはQ軸電流検出値IQを、フィルタ回路54に通し、このフィルタ回路54の出力で速度制御ループに補正をかける。
In the open loop speed control state, if the current command is large, the torque fluctuation at the start is large, but the speed vibration is rapidly attenuated. Therefore, if the current command is close to the optimum value, the engine starts smoothly. On the other hand, the velocity vibration once generated tends to be difficult to attenuate. Therefore, as shown in FIG. 8, a predetermined amount of electricity, for example, a D-axis voltage command V D * , which is a command value, a Q-axis voltage command V Q * or a voltage command | V * |, or a detected voltage value | V |, D-axis current detection value I D, or Q-axis current detection value I Q,, passed through a
ここでフィルタ回路54はハイパスフィルタとローパスフィルタを組み合わせることにより、速度振動を減衰させる振動成分を抽出できるフィルタを適用する。
Here, the
このような手段を用いれば、開ループ速度制御時に発生した速度振動を減衰させることができ、機械共振などの誘発の恐れを軽減することができる。またこの振動抑制制御は、閉ループ速度制御に切換わってからも有効に作用する場合もある。 By using such means, it is possible to attenuate the speed vibration generated during the open loop speed control, and to reduce the possibility of induction such as mechanical resonance. Further, this vibration suppression control may be effective even after switching to closed loop speed control.
1 インバータ
2 同期電動機
3 制御部
31 初期磁極位置検出器
32 速度指令
33 レート設定器
34 積分器
35 D軸初期電流指令
36 Q軸初期電流指令
37 座標変換器
38 電流制御器
39 座標変換器
40 初期界磁電流指令
41 座標変換器
42 PLL回路
43 速度制御器
44 調整器
45 絶対値演算器
46 電圧指令演算器
47 調整器
48 電圧制御器
49 座標変換器
50 絶対値演算器
51、52 角度演算器
53 調整器
54 フィルタ回路
4 電圧検出器
5 電流検出器
6 界磁装置
61 電流検出器
62 界磁電流制御器
63 電力変換器
DESCRIPTION OF
Claims (7)
この電力変換器の出力電流を検出する電流検出手段と、
前記電力変換器の出力電圧を検出する電圧検出手段と、
前記同期電動機の界磁巻線を励磁するための界磁装置と、
前記電流検出手段及び前記電圧検出手段の出力に基づいて前記電力変換器及び前記界磁装置を制御するための制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記同期電動機の始動時に所定の電流指令を用いて電流制御を行なうと共に速度指令によって前記電力変換器の出力周波数を変化させるようにした開ループ速度制御手段と、
前記同期電動機の始動後に速度推定値を用いて速度制御を行なう閉ループ速度制御手段と、前記開ループ速度制御手段から前記閉ループ速度制御手段に切換える切換手段と
を有し、
前記切換手段によって閉ループ速度制御手段に切換えたあと、
前記出力電圧が速度指令に応じた値となるように界磁電流を調整することを特徴とする同期電動機の制御装置。 A power converter that outputs AC of variable voltage and variable frequency and drives a synchronous motor;
Current detection means for detecting the output current of the power converter;
Voltage detection means for detecting the output voltage of the power converter;
A field device for exciting the field winding of the synchronous motor;
A control unit for controlling the power converter and the field device based on outputs of the current detection unit and the voltage detection unit;
The controller is
Open-loop speed control means for performing current control using a predetermined current command when starting the synchronous motor and changing the output frequency of the power converter by the speed command;
Closed loop speed control means for performing speed control using a speed estimated value after starting the synchronous motor; and switching means for switching from the open loop speed control means to the closed loop speed control means;
Have
After switching to the closed loop speed control means by the switching means,
A control apparatus for a synchronous motor, wherein a field current is adjusted so that the output voltage becomes a value corresponding to a speed command.
前記出力電圧が速度指令に応じた値となるように界磁電流を調整したあと、
前記同期電動機の運転力率が1となるように前記同期電動機の励磁軸電流を調整す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。 The controller is
After adjusting the field current so that the output voltage becomes a value according to the speed command,
Control system for a synchronous motor according to claim 1 operating power factor of the synchronous motor is characterized by the Turkey to adjust the excitation axis current of the synchronous motor to be 1.
この電力変換器の出力電流を検出する電流検出手段と、
前記電力変換器の出力電圧を検出する電圧検出手段と、
前記同期電動機の界磁巻線を励磁するための界磁装置と、
前記電流検出手段及び前記電圧検出手段の出力に基づいて前記電力変換器及び前記界磁装置を制御するための制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記同期電動機の始動時に所定の電流指令を用いて電流制御を行なうと共に速度指令によって前記電力変換器の出力周波数を変化させるようにした開ループ速度制御手段と、
前記同期電動機の始動後に速度推定値を用いて速度制御を行なう閉ループ速度制御手段と、前記開ループ速度制御手段から前記閉ループ速度制御手段に切換える切換手段と
を有し、
前記開ループ速度制御手段は、
前記同期電動機の初期磁極位置を検出したあと、所定の電流指令で始動し、始動中に電流指令ベクトルと電圧指令ベクトルの角度差が所定の値以下となるように前記電流制御の電流指令を調整する手段を備えたことを特徴とする同期電動機の制御装置。 A power converter that outputs AC of variable voltage and variable frequency and drives a synchronous motor;
Current detection means for detecting the output current of the power converter;
Voltage detection means for detecting the output voltage of the power converter;
A field device for exciting the field winding of the synchronous motor;
A control unit for controlling the power converter and the field device based on outputs of the current detection unit and the voltage detection unit;
With
The controller is
Open-loop speed control means for performing current control using a predetermined current command when starting the synchronous motor and changing the output frequency of the power converter by the speed command;
Closed loop speed control means for performing speed control using a speed estimated value after starting the synchronous motor; and switching means for switching from the open loop speed control means to the closed loop speed control means;
Have
The open loop speed control means includes:
After detecting the initial magnetic pole position of the synchronous motor, start with a predetermined current command, and adjust the current command of the current control so that the angle difference between the current command vector and the voltage command vector is less than a predetermined value during startup controller of synchronous motor characterized in that it comprises means for.
前記同期電動機の初期磁極位置を検出したあと、前記電力変換器の出力周波数をゼロにした状態で電流指令を徐々に増大し、所定の検出電気量からロータが動いたことを確認して、前記出力周波数を増加するようにした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。 The open loop speed control means includes:
After detecting the initial magnetic pole position of the synchronous motor, gradually increase the current command in a state where the output frequency of the power converter is zero, confirm that the rotor has moved from a predetermined detected amount of electricity, 2. The synchronous motor control device according to claim 1, wherein the output frequency is increased.
前記電力変換器の出力周波数を極低速に設定して、所定の電流指令で始動し、所定の検出電気量からロータが動いたことを確認して、出力周波数を増加するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の同期電動機制御装置。 The open loop speed control means includes:
The output frequency of the power converter is set to an extremely low speed, is started with a predetermined current command, is confirmed that the rotor has moved from a predetermined detected electric quantity, and the output frequency is increased. The synchronous motor control device according to claim 1.
所定の検出電気量または電気量の指令値の振動成分に応じて前記電力変換器の出力周波数を調整する手段を備えた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。 The controller is
The synchronous motor control device according to claim 1, further comprising means for adjusting an output frequency of the power converter in accordance with a predetermined detected electric quantity or a vibration component of a command value of the electric quantity.
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