JP4859576B2 - Method and apparatus for calculating phase error of synchronous motor - Google Patents
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本発明は同期電動機の回転子の位相推定に関するもので、特に位相誤差演算手段を同期電動機の回転子の回転角周波数により切り替える場合、その切り替える回転角周波数を決定する手法を提案するものである。 The present invention relates to a phase estimation of a rotor of a synchronous motor, and particularly proposes a method for determining a rotation angular frequency to be switched when the phase error calculation means is switched according to the rotation angular frequency of the rotor of the synchronous motor.
図2に一例として永久磁石同期電動機の位相推定装置を示し、この図に基づいて従来技術を説明する。
永久磁石同期電動機2の回転子の永久磁石の推定された位相θをγ軸とし、γ軸と直交する軸をδ軸とする。
電力変換器1は、永久磁石同期電動機2に電力を供給する。電流検出器3は、永久磁石同期電動機2に流れる一次電流iを検出する。電圧検出器4は、永久磁石同期電動機2に印加される一次電圧vを検出する。電流成分変換器6は、一次電流iを推定された位相θに基づいて回転座標変換して、γ軸成分電流iγとδ軸成分電流iδとに分けて出力される。電圧成分変換器7は、一次電圧vを推定された位相θに基づいて回転座標変換して、γ軸成分電圧vγとδ軸成分電圧vδとに分けて出力される。電流制御器5は、γ軸成分電流iγとδ軸成分電流iδとが、それぞれ所定のγ軸成分電流指令とδ軸成分電流指令とに追従するような制御信号を電力変換器1に出力する。
FIG. 2 shows a phase estimation apparatus for a permanent magnet synchronous motor as an example, and the prior art will be described based on this figure.
The estimated phase θ of the permanent magnet of the rotor of the permanent magnet synchronous motor 2 is the γ axis, and the axis orthogonal to the γ axis is the δ axis.
The power converter 1 supplies power to the permanent magnet synchronous motor 2. The
第1位相誤差演算器8は、iγ、iδ、vγ、vδと永久磁石同期電動機2の回転子の推定された回転角周波数ωとを入力して、
The first
により、永久磁石同期電動機2の回転子の永久磁石の位相であるd軸の位相θRから前記γ軸の位相θを引いた位相誤差ΔθLを演算して出力する。ここで、Rは永久磁石同期電動機2の電機子巻線抵抗、Ldは永久磁石同期電動機2のd軸インダクタンス、Lqは永久磁石同期電動機2のq軸インダクタンス、φは永久磁石同期電動機2の回転子の永久磁石の磁束であり、p()は()内の時間微分を意味する。 Thus, a phase error ΔθL obtained by subtracting the phase θ of the γ axis from the phase θR of the d axis, which is the phase of the permanent magnet of the rotor of the permanent magnet synchronous motor 2, is calculated and output. Here, R is the armature winding resistance of the permanent magnet synchronous motor 2, Ld is the d axis inductance of the permanent magnet synchronous motor 2, Lq is the q axis inductance of the permanent magnet synchronous motor 2, and φ is the rotation of the permanent magnet synchronous motor 2. This is the magnetic flux of the permanent magnet of the child, and p () means time differentiation within () .
第2位相誤差演算器9は、iγ、iδ、vγ、vδと永久磁石同期電動機2の回転子の推定された回転角周波数ωとを入力して、 The second phase error calculator 9 inputs iγ, iδ, vγ, vδ and the estimated rotational angular frequency ω of the rotor of the permanent magnet synchronous motor 2,
により、永久磁石同期電動機2の回転子の永久磁石の位相であるd軸の位相θRから前記γ軸の位相θを引いた位相誤差ΔθHを演算して出力する。 Thus, the phase error ΔθH obtained by subtracting the phase θ of the γ axis from the phase θR of the d axis, which is the phase of the permanent magnet of the rotor of the permanent magnet synchronous motor 2, is calculated and output.
スイッチ12は、永久磁石同期電動機2の回転子の推定された回転角周波数ωが所定値ωchよりも大きければΔθHを選択し、小さい時はΔθLを選択して出力する。ΔθLは(1)式より求めているが、分母が0となる可能性がある。そこで、高周波発生器13により永久磁石同期電動機2に高周波の電流が流れるような信号を出力し、スイッチ12と同様に、推定された回転角周波数ωが前記所定値ωchよりも小さい時は高周波発生器13の出力を選択し、大きければ0を選択して出力するスイッチ14を設けている。また、永久磁石同期電動機2を高速で運転すると、電力変換器1の電圧飽和により高周波電流を流すことが不可能となるために、第1位相誤差演算器8と第2位相誤差演算器9とを設けている。
The
速度演算器10は、一次電流iと一次電圧vと推定された位相θとスイッチ12の出力とを入力して、永久磁石同期電動機2の回転子の回転角周波数ωを推定して出力する。位置推定器11は、推定された回転角周波数ωを入力して、永久磁石同期電動機2の回転子の永久磁石の位相θを推定して出力する。(たとえば、特許文献1)
The
電力変換器1が電圧飽和にならなければ第2位相誤差演算器9は必要ないが、第1位相誤差演算器8を用いると高周波電流を流すために損失と音の発生の問題が出る。そこで、出来るだけ低速で第2位相誤差演算器9に切り替えることが好ましい。しかし、第2位相誤差演算器9で演算するΔθHは、(2)式の分母に推定された回転角周波数ωを使用しているため、ωが低いとΔθHの演算が出来なくなる。よって、第1位相誤差演算器8と第2位相誤差演算器9とを切り替える回転角周波数ωchは、ΔθHの演算が可能な回転角周波数によって決まるが、ωchを決定する方法は無く調整が必要となる。
If the power converter 1 does not become voltage saturated, the second phase error calculator 9 is not necessary. However, if the first
上記問題点を解決するために、本発明は第1位相誤差演算器8と第2位相誤差演算器9とを切り替える回転角周波数ωchを決定する方法を持ち合わせた同期電動機の位相推定装置を提供することにある。
In order to solve the above problems, the present invention provides a phase estimation apparatus for a synchronous motor having a method for determining a rotational angular frequency ωch for switching between a first
前述した問題点を解決するために、同期電動機の回転子の実際の位相と前記回転子の推定された位相との位相誤差を演算する手段を少なくとも2種類以上準備し、該位相誤差を演算する手段を前記同期電動機の回転子の回転角周波数で切り替えるように構成した同期電動機の位相誤差演算方法において、前記切り替える回転角周波数を前記同期電動機の電機子巻線の抵抗と前記同期電動機の定格電流と前記同期電動機の定格周波数とに比例させ、前記同期電動機の定格電圧に反比例させ算出することを特徴とする。
さらに、同期電動機の回転子の実際の位相と前記回転子の推定された位相との位相誤差を演算する手段を少なくとも2種類以上具備し、該位相誤差を演算する手段を前記同期電動機の回転子の回転角周波数で切り替えるように構成した同期電動機の位相誤差演算装置において、前記切り替える回転角周波数を前記同期電動機の電機子巻線の抵抗と前記同期電動機の定格電流と前記同期電動機の定格周波数とに比例させ、前記同期電動機の定格電圧に反比例させ算出する演算手段を具備することを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, at least two kinds of means for calculating the phase error between the actual phase of the rotor of the synchronous motor and the estimated phase of the rotor are prepared , and the phase error is calculated. In the method for calculating the phase error of the synchronous motor configured to switch the means at the rotational angular frequency of the rotor of the synchronous motor, the rotational angular frequency to be switched is determined by the resistance of the armature winding of the synchronous motor and the rated current of the synchronous motor. the synchronous motor is proportional to the rated frequency of, characterized that you calculated is inversely proportional to the rated voltage of the synchronous motor with.
Further, at least two kinds of means for calculating the phase error between the actual phase of the rotor of the synchronous motor and the estimated phase of the rotor are provided, and the means for calculating the phase error is provided as the rotor of the synchronous motor. In the phase error calculation apparatus for a synchronous motor configured to be switched at a rotational angular frequency of And calculating means for calculating in inverse proportion to the rated voltage of the synchronous motor.
本発明により、調整することなく広範囲な速度領域で永久磁石同期電動機の回転子の回転角周波数と回転子の永久磁石の位相を推定することが出来る。 According to the present invention, the rotational angular frequency of the rotor of the permanent magnet synchronous motor and the phase of the permanent magnet of the rotor can be estimated in a wide speed range without adjustment.
位相誤差演算可能な回転角周波数を調整無しに決定することが出来た。 It was possible to determine the rotational angular frequency that can be used for phase error calculation without adjustment.
図1は、本発明の1実施例のブロック図である。
図2の従来技術と異なるのはスイッチ12’とスイッチ14’とである。スイッチ12’は永久磁石同期電動機2の回転子の推定された回転角周波数ωが所定値ωchよりも大きければΔθHを選択し、小さい時はΔθLを選択して出力し、スイッチ14’は推定された回転角周波数ωが前記所定値ωchよりも小さい時は高周波発生器13の出力を選択し、大きければ0を選択して出力しているが、前記所定値の回転角周波数ωchを、
FIG. 1 is a block diagram of one embodiment of the present invention.
What is different from the prior art of FIG. 2 is a switch 12 'and a switch 14'. The
とする。ここで、Irは前記永久磁石同期電動機2の定格電流、Frは前記永久磁石同期電動機2の定格周波数、Vrは前記同期電動機の定格電圧、Kは比例ゲインである。 And Here, Ir is a rated current of the permanent magnet synchronous motor 2, Fr is a rated frequency of the permanent magnet synchronous motor 2, Vr is a rated voltage of the synchronous motor, and K is a proportional gain.
以下に、切り替える回転角周波数ωchについて説明する。
第2位相誤差演算器9は(2)式によりΔθHを演算している。(2)式には様々な永久磁石同期電動機の電動機定数を用いているが、その中でも永久磁石同期電動機の電機子巻線の抵抗Rは、温度により大きく変化する。よって、特に回転角周波数が低い場合、Rの精度が悪いとΔθHの演算に影響を及ぼし、永久磁石同期電動機の回転角周波数ωや位相θの推定精度が悪くなる。
Rは(2)式の分子に用いられており、さらに(2)式の分子は電圧である。よって、定格電圧に対するRの電圧降下の割合を評価値として導入することで、出来るだけ低い回転角周波数かつ、R誤差がΔθHの演算に影響しないような切り替え回転角周波数ωchを(3)式で求めることが可能となる。
The rotation angular frequency ωch to be switched will be described below.
The second phase error calculator 9 calculates ΔθH by equation (2). In equation (2), motor constants of various permanent magnet synchronous motors are used. Among them, the resistance R of the armature winding of the permanent magnet synchronous motor varies greatly with temperature. Therefore, especially when the rotational angular frequency is low, if the accuracy of R is poor, the calculation of ΔθH is affected, and the estimation accuracy of the rotational angular frequency ω and phase θ of the permanent magnet synchronous motor is degraded.
R is used for the numerator of formula (2), and the numerator of formula (2) is a voltage. Therefore, by introducing the ratio of the voltage drop of R with respect to the rated voltage as an evaluation value, the rotational angular frequency ωch that is as low as possible and the switching rotational angular frequency ωch that does not affect the calculation of ΔθH is expressed by the equation (3). It can be obtained.
説明では永久磁石同期電動機を用いているが、同期電動機であれば同様な効果が得られる。 In the description, a permanent magnet synchronous motor is used, but a similar effect can be obtained with a synchronous motor.
本発明により、調整無しで同期電動機の回転子の回転角周波数や位相を推定することが出来ることから、産業上の利用の可能性は大いにある。 According to the present invention, since the rotational angular frequency and phase of the rotor of the synchronous motor can be estimated without adjustment, there is great industrial applicability.
1 電力変換器
2 永久磁石同期電動機
3 電流検出器
4 電圧検出器
5 電流制御器
6 電流成分変換器
7 電圧成分変換器
8 第1位相誤差演算器
9 第2位相誤差演算器
10 速度推定器
11 位置推定器
12、12’ スイッチ
13 高周波発生器
14、14’ スイッチ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power converter 2 Permanent magnet
Claims (2)
前記切り替える回転角周波数を前記同期電動機の電機子巻線の抵抗と前記同期電動機の定格電流と前記同期電動機の定格周波数とに比例させ、前記同期電動機の定格電圧に反比例させ算出することを特徴とする同期電動機の位相誤差演算方法。 At least two types of means for calculating the phase error between the actual phase of the rotor of the synchronous motor and the estimated phase of the rotor are prepared , and the means for calculating the phase error is the rotation of the rotor of the synchronous motor. In the phase error calculation method of the synchronous motor configured to switch at the angular frequency,
In proportion to the rotational angular frequency in which the switching to the rated frequency of the synchronous motor to the rated current of the synchronous motor and the resistance of the armature winding of the synchronous motor, characterized that you calculated it is inversely proportional to the rated voltage of the synchronous motor A phase error calculation method for a synchronous motor.
前記切り替える回転角周波数を前記同期電動機の電機子巻線の抵抗と前記同期電動機の定格電流と前記同期電動機の定格周波数とに比例させ、前記同期電動機の定格電圧に反比例させる演算手段を具備することを特徴とする同期電動機の位相誤差演算装置。 At least two types of means for calculating the phase error between the actual phase of the rotor of the synchronous motor and the estimated phase of the rotor are provided, and the means for calculating the phase error is the rotation of the rotor of the synchronous motor. In the phase error calculation device of the synchronous motor configured to switch at the angular frequency,
Computation means for making the rotation angular frequency to be switched proportional to the resistance of the armature winding of the synchronous motor, the rated current of the synchronous motor, and the rated frequency of the synchronous motor, and inversely proportional to the rated voltage of the synchronous motor. A phase error calculation device for a synchronous motor characterized by the above.
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