JP5004759B2 - Synchronous machine control device and synchronous machine control method - Google Patents

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この発明は、同期機が空転状態であっても位置センサを用いずに起動可能な同期機の制御装置及び同期機の制御方法に関するものである。   The present invention relates to a synchronous machine control device and a synchronous machine control method that can be started without using a position sensor even when the synchronous machine is idling.

同期機の制御装置にあっては、コスト低減のため、同期機の回転位置を検出しないで同期機を駆動する位置センサレス制御を用いる機会が増している。一般的な同期機の位置センサレス制御は、同期機の電圧と電流に基づいて回転位置を推定する。同期機の電圧は、電圧検出器を用いて検出することができるが、同期機は電力変換手段(インバータ)に直接接続されていることが多く、同期機の電圧は電力変換手段の出力電圧に等しいと考えて良い。従って、電力変換手段の出力電圧値が指令値どおりであると見なせる場合、電力変換手段への出力電圧指令値を同期機の電圧と置き換えて同期機の回転位置推定を行うことができる。このため、端子電圧検出用の電圧検出器が不要であり、必要な検出量は同期機の電機子電流のみとなる。   In a control device for a synchronous machine, an opportunity to use position sensorless control for driving the synchronous machine without detecting the rotational position of the synchronous machine is increasing for cost reduction. In general synchronous machine position sensorless control, the rotational position is estimated based on the voltage and current of the synchronous machine. The voltage of the synchronous machine can be detected by using a voltage detector, but the synchronous machine is often directly connected to the power conversion means (inverter), and the voltage of the synchronous machine is the output voltage of the power conversion means. You can think that they are equal. Therefore, when the output voltage value of the power conversion means can be regarded as the command value, the rotational position of the synchronous machine can be estimated by replacing the output voltage command value to the power conversion means with the voltage of the synchronous machine. For this reason, a voltage detector for terminal voltage detection is unnecessary, and the required amount of detection is only the armature current of the synchronous machine.

しかるに、電力変換手段の停止時すなわち電力変換手段の半導体スイッチング素子がすべてオフである時には同期機に対する電圧指令が存在しないので、回転位置に関する情報は全く得られない。このため、電力変換手段が停止していて同期機が空転している場合には回転位置を知り得ないため、電力変換手段を介した同期機の再起動が不可能になる。従って、電力変換手段が停止していて同期機が空転している状態における位置センサレス制御での起動、例えば瞬停再起動やファンが外風によって空転している状態からの起動を行うには、例えば風が止んで同期機の回転が一旦停止するまで待たなくてはならず、極めて不便であった。   However, when the power conversion means is stopped, that is, when all the semiconductor switching elements of the power conversion means are off, there is no voltage command for the synchronous machine, so no information on the rotational position is obtained. For this reason, when the power conversion means is stopped and the synchronous machine is idling, the rotational position cannot be known, so that the synchronous machine cannot be restarted via the power conversion means. Therefore, in order to start with position sensorless control in a state where the power conversion means is stopped and the synchronous machine is idling, for example, restarting from a momentary power failure or starting from a state where the fan is idling due to outside wind, For example, it was very inconvenient to wait until the wind stopped and the rotation of the synchronous machine stopped.

この問題を解決するために、例えば特許文献1に記載の従来の同期機の制御装置は、同期機の電圧を検出し、この電圧と同位相の電圧を生成して同期機へ印加することで、位置センサレスでありながら同期機の起動を行なっている。
また、特許文献2に記載の従来の同期機の制御装置は、同期機が空転時に、電力変換手段の半導体スイッチング素子のうち少なくとも一つをオンさせて回転機の巻線を短絡させ、その際に同期機の空転によって流れる巻線電流を測定し、この巻線電流に基づき同期機の回転位置を推定して同期機を再起動している。
In order to solve this problem, for example, a conventional control device for a synchronous machine described in Patent Document 1 detects the voltage of the synchronous machine, generates a voltage having the same phase as this voltage, and applies it to the synchronous machine. The synchronous machine is activated while being positionless.
Further, the conventional control device for a synchronous machine described in Patent Document 2 is such that when the synchronous machine is idling, at least one of the semiconductor switching elements of the power conversion means is turned on to short-circuit the winding of the rotary machine. The winding current that flows due to the idling of the synchronous machine is measured, the rotational position of the synchronous machine is estimated based on this winding current, and the synchronous machine is restarted.

特開平5−83965号公報(段落0004、図2)Japanese Patent Laid-Open No. 5-83965 (paragraph 0004, FIG. 2) 特許第3636340号公報(段落0009、0022、0023、0024〜0043、図1〜3)Japanese Patent No. 3636340 (paragraphs 0009, 0022, 0023, 0024 to 0043, FIGS. 1 to 3)

特許文献1のような同期機の制御装置にあっては、同期機の電圧を検出する検出回路を設ける必要があり、検出回路のコストが必要になる上、検出回路の設置スペース確保の問題に起因して装置の規模が大きくなるという問題点があった。
また、特許文献2のような同期機の制御装置にあっては、短絡による過電流が長期にわたって半導体素子に流れるので、強風などにより空転している同期機の回転速度が高い場合、半導体素子が劣化するという問題があった。
さらに、特許文献2のような同期機の制御装置にあっては、同期機の電気的定数によっては、最大回転速度で空転している場合、半導体素子が破損することを防ぐため、短絡時間は数十μsec以下に設定しなければならなかった。その結果、回転位置を正確に演算するに足りるサンプリング回数を十分確保することができないという問題があった。電流検出時のノイズを除去するためには、ある程度の検出期間を確保し、一次遅れや移動平均などのフィルタを用いることが多いが、数十μsec以下の短絡電流で回転位置を推定するとサンプリング回数は1〜2回となってしまい、前記フィルタも利用できず、回転位置推定は電流検出ノイズの影響を受け易くなるという問題があった。
In the control device for a synchronous machine as in Patent Document 1, it is necessary to provide a detection circuit for detecting the voltage of the synchronous machine, which requires the cost of the detection circuit, and the problem of securing the installation space for the detection circuit. As a result, there has been a problem that the scale of the apparatus becomes large.
Further, in the synchronous machine control device as in Patent Document 2, since the overcurrent due to the short circuit flows to the semiconductor element over a long period of time, when the rotational speed of the synchronous machine idling due to strong wind is high, the semiconductor element is There was a problem of deterioration.
Furthermore, in the control device for a synchronous machine such as Patent Document 2, depending on the electrical constant of the synchronous machine, in order to prevent the semiconductor element from being damaged when idling at the maximum rotation speed, the short circuit time is It had to be set to tens of microseconds or less. As a result, there has been a problem that it is not possible to ensure a sufficient number of samplings sufficient to accurately calculate the rotational position. In order to remove noise at the time of current detection, a certain period of detection is secured and filters such as first order lag and moving average are often used. However, if the rotational position is estimated with a short-circuit current of tens of microseconds or less, the number of sampling 1 to 2 times, the filter cannot be used, and the rotational position estimation is easily affected by current detection noise.

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、電圧検出手段を用いたり同期機の巻線短絡を利用して位置推定したりすることなく、電流検出時の検出ノイズに対する耐力を備え、同期機が空転状態であっても位置センサを用いずに起動可能な同期機の制御装置及び同期機の制御方法を提供することを目的としている。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and it is possible to detect at the time of current detection without using voltage detection means or estimating the position using a winding short circuit of a synchronous machine. An object of the present invention is to provide a control device for a synchronous machine and a control method for the synchronous machine that have resistance against noise and can be started without using a position sensor even when the synchronous machine is idling.

この発明に係る同期機の制御装置は、同期機の電流を検出する電流検出手段と、この電流検出手段から得た前記同期機の電流の振幅が最大となる値を電流振幅最大値として記憶する電流振幅記憶手段と、前記同期機に印加すべき電圧指令を出力する電圧指令演算手段と、前記同期機への電圧印加を遮断させるための遮断信号を出力する遮断信号発生手段と、前記遮断信号がオンの場合には前記同期機への電圧印加を遮断し、前記遮断信号がオフの場合には前記電圧指令に基づいて前記同期機に電圧を印加する電力変換手段と、を備え、前記遮断信号発生手段は、起動時刻から第1の時刻までの間、遮断信号をオフし、前記第1の時刻から第2の時刻までの間、遮断信号をオンするとともに、前記電流振幅記憶手段から得た電流振幅最大値を予め設定した基準値と比較し、前記電流振幅最大値が前記基準値よりも小さい場合に、前記第2の時刻から第3の時刻までの間、遮断信号をオフし、前記電圧指令演算手段は、前記起動時刻から第1の時刻までの間、前記遮断信号発生手段からの遮断信号オフに基づき、少なくとも1回、前記同期機の少なくとも1相が短絡するような電圧指令を出力して前記電力変換手段を制御し、前記電流振幅記憶手段に前記電流振幅最大値を記憶させ、前記第2の時刻から前記第3の時刻までの間、前記遮断信号発生手段からの遮断信号がオフの場合に、前記電流検出手段から得た前記同期機の電流が零になるような電圧指令を出力して前記同期機を起動するように前記電力変換手段を制御するものである。 A control device for a synchronous machine according to the present invention stores current detection means for detecting a current of the synchronous machine, and a value obtained by maximizing the current amplitude of the synchronous machine obtained from the current detection means as a current amplitude maximum value. Current amplitude storage means, voltage command calculation means for outputting a voltage command to be applied to the synchronous machine, cutoff signal generating means for outputting a cutoff signal for blocking voltage application to the synchronous machine, and the cutoff signal Power conversion means for cutting off the voltage application to the synchronous machine when the power is on, and applying a voltage to the synchronous machine based on the voltage command when the cut-off signal is off. The signal generating means turns off the cutoff signal from the start time to the first time, turns on the cutoff signal from the first time to the second time, and obtains it from the current amplitude storage means. Predict the maximum current amplitude. Compared with a set reference value, when the current amplitude maximum value is smaller than the reference value, during the period from the second time to the third time, the cutoff signal is turned off, the voltage command calculation means, From the start time to the first time, based on the shutoff signal from the shutoff signal generating means, at least once, a voltage command is output so that at least one phase of the synchronous machine is short-circuited, and the power conversion The current amplitude maximum value is stored in the current amplitude storage means, and the cutoff signal from the cutoff signal generating means is off during the period from the second time to the third time, The power conversion means is controlled so as to start the synchronous machine by outputting a voltage command such that the current of the synchronous machine obtained from the current detecting means becomes zero .

この発明によれば、同期機が空転状態であっても、同期機の電流が零になるような電圧指令を出力するので、過電流になることなく確実に同期機を起動することができる、といった従来にない顕著な効果を奏する。   According to the present invention, even when the synchronous machine is idling, a voltage command is output so that the current of the synchronous machine becomes zero, so that the synchronous machine can be reliably started without overcurrent. There is a remarkable effect such as the above.

実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1における同期機の制御装置を含む全体構成を示すブロック図である。同期機1に電力変換手段(インバータ)2が接続され、同期機1と電力変換手段2とを接続している配線に流れる電流を検出できるように電流検出手段3が取り付けられている。
(起動時刻:0)<(第1の時刻:t1)<(第2の時刻:t2)<(第3の時刻:t3)と定義するとき、電流振幅記憶手段4は、前記電流検出手段3から得た電流振幅について、起動時刻から第1の時刻t1までの間で最大となる値を電流振幅最大値として記憶する。
遮断信号発生手段5は、前記同期機1への電圧印加を遮断させるための遮断信号を出力する。
電圧指令演算手段6は、起動時刻から第1の時刻t1までの間、少なくとも1回、前記同期機の少なくとも1相が短絡するような電圧指令を出力するとともに、第2の時刻t2から第3の時刻t3までの間、電流検出手段3から得た電流に基づいて同期機1の電流が零になるような電圧指令を出力して電力変換手段2を制御し、さらに該電圧指令に基づいて同期機の回転位置を推定する。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration including a synchronous machine control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. A power conversion means (inverter) 2 is connected to the synchronous machine 1, and a current detection means 3 is attached so that a current flowing through the wiring connecting the synchronous machine 1 and the power conversion means 2 can be detected.
When defining (start-up time: 0) <(first time: t1) <(second time: t2) <(third time: t3), the current amplitude storage means 4 includes the current detection means 3. As for the current amplitude obtained from the above, the maximum value between the start time and the first time t1 is stored as the current amplitude maximum value.
The shut-off signal generating means 5 outputs a shut-off signal for shutting off voltage application to the synchronous machine 1.
The voltage command calculation means 6 outputs a voltage command that causes at least one phase of the synchronous machine to be short-circuited at least once from the start time to the first time t1, and from the second time t2 to the third time. Until time t3, a voltage command is output so that the current of the synchronous machine 1 becomes zero based on the current obtained from the current detection unit 3, and the power conversion unit 2 is controlled. Further, based on the voltage command Estimate the rotational position of the synchronous machine.

以下、各ブロックの詳細内容について述べる。
前記同期機1は、U相、V相、W相の三相巻線を有する。本実施の形態における同期機は回転子に永久磁石を備えた同期機について説明するが、永久磁石の代わりに回転子に界磁巻線を備えた同期機についても同様の構成で実施することが可能である。
The detailed contents of each block will be described below.
The synchronous machine 1 has U-phase, V-phase, and W-phase three-phase windings. Although the synchronous machine in this Embodiment demonstrates the synchronous machine provided with the permanent magnet in the rotor, it can implement with the same structure also about the synchronous machine provided with the field winding in the rotor instead of the permanent magnet. Is possible.

前記電力変換手段2は、遮断信号発生手段5が出力する遮断信号がオンの場合には同期機1への電圧印加を遮断し、遮断信号がオフの場合には電圧指令演算手段6が出力する三相電圧指令vu0*、vv0*、vw0*に基づいて同期機1に電圧を印加する。   The power conversion means 2 cuts off the voltage application to the synchronous machine 1 when the cut-off signal output by the cut-off signal generating means 5 is on, and outputs the voltage command calculation means 6 when the cut-off signal is off. A voltage is applied to the synchronous machine 1 based on the three-phase voltage commands vu0 *, vv0 *, and vw0 *.

電流検出手段3は、同期機1のU相電流とV相電流を検出する。なお、電流検出手段3は、図1に示すようなU相電流及びV相電流を直接検出する方法以外に、公知の技術である電力変換手段2のDCリンク電流からU相電流及びV相電流を検出する方法(例えば、Y.Murai et al.、 "Three-Phase Current-Waveform-Detection on PWM Invertes from DC Link Current-Steps"、 Proceedings of IPEC-Yokohama 1995、 pp.271-275、 Yokohama、 Japan、 April 1995)を用いても良い。   The current detection means 3 detects the U-phase current and the V-phase current of the synchronous machine 1. In addition to the method of directly detecting the U-phase current and the V-phase current as shown in FIG. 1, the current detection means 3 is based on the DC link current of the power conversion means 2, which is a known technique, from the U-phase current and V-phase current (For example, Y. Murai et al., “Three-Phase Current-Waveform-Detection on PWM Invertes from DC Link Current-Steps”, Proceedings of IPEC-Yokohama 1995, pp.271-275, Yokohama, Japan April 1995).

電流振幅記憶手段4において、減算器10は電流検出手段3から得たU相電流及びV相電流に基づいた(1)式の演算によってW相電流を算出する。

iw=−iu−iv ・・・ (1)
但し、iu:U相電流、iv:V相電流、iw:W相電流

前記U相電流iuの絶対値と、前記V相電流ivの絶対値と、前記W相電流iwの絶対値は絶対値演算器11によって夫々演算され、最大値演算器12に入力される。スイッチ13には、最大値演算器12の出力と遅延回路15の出力が入力される。タイマー14は起動時刻を零として、現在の時刻を出力し、スイッチ13はタイマー14から得た時刻に基づいて、出力として「最大値演算器12の出力」か「遅延回路15の出力」の何れかを選択する。遅延回路15は、1サンプリング間隔だけその入力を遅らせて保持し、その値を最大値演算器12、スイッチ13および遮断信号選択器21へ出力する。なお、遅延回路15の初期値は零である。最大値演算器12は、「U相電流iuの絶対値」、「V相電流ivの絶対値」、「W相電流iwの絶対値」、「遅延回路15の出力」の中から最大値を出力する。スイッチ13は、タイマー14から得た時刻に基づいて、(起動時刻)から(第1の時刻)までの期間は「最大値演算器12の出力」を出力として選択し、(第1の時刻)以降の期間は「遅延回路15の出力」を出力する。
この一連の動作によって、電流振幅記憶手段4は起動時刻0から第1の時刻t1までの期間中の「最大電流振幅」を保持し、その結果を第1の時刻t1以降の期間に出力することができる。
In the current amplitude storage means 4, the subtractor 10 calculates the W phase current by the calculation of the equation (1) based on the U phase current and the V phase current obtained from the current detection means 3.

iw = -iu-iv (1)
However, iu: U-phase current, iv: V-phase current, iw: W-phase current

The absolute value of the U-phase current iu, the absolute value of the V-phase current iv, and the absolute value of the W-phase current iw are calculated by the absolute value calculator 11 and input to the maximum value calculator 12. The output of the maximum value calculator 12 and the output of the delay circuit 15 are input to the switch 13. The timer 14 outputs the current time with the start time set to zero, and the switch 13 outputs either “output of the maximum value calculator 12” or “output of the delay circuit 15” as an output based on the time obtained from the timer 14. Choose. The delay circuit 15 delays and holds the input by one sampling interval, and outputs the value to the maximum value calculator 12, the switch 13, and the cutoff signal selector 21. Note that the initial value of the delay circuit 15 is zero. The maximum value calculator 12 calculates a maximum value from “absolute value of U-phase current iu”, “absolute value of V-phase current iv”, “absolute value of W-phase current iw”, and “output of delay circuit 15”. Output. Based on the time obtained from the timer 14, the switch 13 selects “output of the maximum value calculator 12” as an output during the period from (start-up time) to (first time), and (first time) In the subsequent period, “output of delay circuit 15” is output.
By this series of operations, the current amplitude storage means 4 holds the “maximum current amplitude” during the period from the start time 0 to the first time t1, and outputs the result in the period after the first time t1. Can do.

遮断信号発生手段5において、タイマー20は起動時刻を零として、現在の時刻を出力し、遮断信号選択器21はタイマー20の時刻と前記「最大電流振幅」に基づいて、遮断信号を生成してこの遮断信号を出力させる(以下、オンという)か、または出力させない(以下、オフという)かのいずれか一方を選択する。遮断信号選択器21の動作について詳述すると、タイマー20から得た時刻が起動時刻0から第1の時刻t1の期間には遮断信号をオフし、第1の時刻t1から第2の時刻t2の期間には遮断信号をオンする。第2の時刻t2から第3の時刻t3の期間には前記「最大電流振幅」の大きさが所定値よりも大きければ遮断信号のオン出力をそのまま継続して同期機の起動を中止し、「最大電流振幅」の大きさが所定値よりも小さければ遮断信号をオフにする。前記「最大電流振幅」は同期機1が停止している場合には零であり、空転している場合には回転速度の大きさに比例した値を持つ。従って、「最大電流振幅」の大きさが所定値(上限値)よりも大きい場合には、遮断信号発生手段5が電力変換手段2へ出力する遮断信号をオンしておくことによって、同期機1が強風などによって過大な回転速度で空転している場合に発生する過電流や過電圧から電力変換手段2を保護することができる。
なお、同期機の起動を中止した後、再起動する場合には、再び起動時刻0から第1の時刻t1の期間の遮断信号オフ、第1の時刻t1から第2の時刻t2の期間の遮断信号オン、第2の時刻t2から第3の時刻t3の期間の「最大電流振幅」の大きさチェック、・・・の順に実行する。
In the shut-off signal generating means 5, the timer 20 outputs the current time with the start time set to zero, and the shut-off signal selector 21 generates a shut-off signal based on the time of the timer 20 and the "maximum current amplitude". Either one of outputting the cutoff signal (hereinafter referred to as “on”) or not outputting it (hereinafter referred to as “off”) is selected. The operation of the cutoff signal selector 21 will be described in detail. The cutoff signal is turned off during the period from the start time 0 to the first time t1 when the time obtained from the timer 20 is from the first time t1 to the second time t2. During the period, the cut-off signal is turned on. During the period from the second time t2 to the third time t3, if the magnitude of the “maximum current amplitude” is larger than a predetermined value, the on-output of the cutoff signal is continued and the start of the synchronous machine is stopped. If the “maximum current amplitude” is smaller than a predetermined value, the cutoff signal is turned off. The “maximum current amplitude” is zero when the synchronous machine 1 is stopped, and has a value proportional to the rotational speed when the synchronous machine 1 is idling. Accordingly, when the magnitude of the “maximum current amplitude” is larger than a predetermined value (upper limit value), the shut-off signal output from the shut-off signal generating means 5 to the power converting means 2 is turned on, so that the synchronous machine 1 It is possible to protect the power conversion means 2 from overcurrent and overvoltage that occur when the engine is idling at an excessive rotational speed due to strong winds or the like.
When the synchronous machine is stopped and then restarted, the shut-off signal is turned off again during the period from the start time 0 to the first time t1, and the shut-off is performed during the period from the first time t1 to the second time t2. The process is performed in the order of turning on the signal, checking the magnitude of the “maximum current amplitude” during the period from the second time t2 to the third time t3.

電圧指令演算手段6において、座標変換器30は電流検出手段3から得た電流を電機子の位相θに同期して回転する回転二軸座標(d−q軸)上に座標変換し、d軸電流id及びq軸電流iqを出力する。タイマー31は起動時刻を零として現在の時刻tを出力し、電流指令発生器32はタイマー31から得た時刻に応じて回転二軸座標(d−q軸)上のd軸電流指令id*及びq軸電流指令iq*を出力する。   In the voltage command calculation means 6, the coordinate converter 30 converts the current obtained from the current detection means 3 into rotating biaxial coordinates (dq axes) that rotate in synchronization with the armature phase θ, and d-axis The current id and the q-axis current iq are output. The timer 31 outputs the current time t with the activation time set to zero, and the current command generator 32 outputs the d-axis current command id * on the rotating biaxial coordinates (dq axes) according to the time obtained from the timer 31. q-axis current command iq * is output.

電流指令発生器32の動作例としては、タイマー31から得た現在の時刻tが前記(第3の時刻:t3)以前の場合には、id*及びiq*として零を出力させ、タイマー31から得た現在の時刻tが前記(第3の時刻:t3)以降の場合には、iq*は零に保ちながらid*を所定の値にして出力させても良い。
また、タイマー31から得た現在の時刻tが前記(第3の時刻:t3)以前の場合には、id*及びiq*として零を出力させ、現在の時刻tが前記(第3の時刻:t3)以降の場合には、id*とiq*の夫々を独立した所定値として出力させても良い。
As an example of the operation of the current command generator 32, when the current time t obtained from the timer 31 is before the (third time: t3), zero is output as id * and iq * and the timer 31 When the obtained current time t is after the (third time: t3), the id * may be output with a predetermined value while iq * is kept at zero.
When the current time t obtained from the timer 31 is before the (third time: t3), zero is output as id * and iq *, and the current time t is the (third time: In the case after t3), each of id * and iq * may be output as an independent predetermined value.

電流制御器33はタイマー31から得た現在時刻が起動時刻以降の場合には、前記d軸電流id及びq軸電流iqが、上記d軸電流指令id*及びq軸電流指令iq*にそれぞれ一致するように、回転二軸座標(d−q軸)上のd軸電圧指令vd*及びq軸電圧指令vq*を出力する。
ここで、電流制御器33について詳細に述べる。
電流制御器33の構成を図2に示す。図2において、減算器80はd軸電流指令id*とd軸電流idの偏差を演算し、減算機81はq軸電流指令iq*とq軸電流iqの偏差を演算する。スイッチ82は、タイマー31から得た時刻tが起動時刻から第2の時刻t2の期間、増幅器83および増幅器84へ出力する信号として0を選択する。タイマー31から得た時刻tが時刻t2以降になると増幅器83への出力として減算器80の出力を選択するとともに、増幅器84への出力として減算器81の出力を選択する。増幅器83はスイッチ82から得た信号を増幅し、d軸電圧指令vd*として出力する。ここで増幅器83は比例演算によって入力を増幅しても良いし、或いは比例積分演算によって入力を増幅しても良い。増幅器84はスイッチ82から得た信号を増幅し、q軸電圧指令vq*として出力する。増幅器84も比例演算によって入力を増幅しても良いし、或いは比例積分演算によって入力を増幅しても良い。
When the current time obtained from the timer 31 is after the starting time, the current controller 33 matches the d-axis current command id * and the q-axis current command iq * with the d-axis current command id * and the q-axis current command iq *, respectively. As described above, the d-axis voltage command vd * and the q-axis voltage command vq * on the rotating biaxial coordinates (dq axes) are output.
Here, the current controller 33 will be described in detail.
The configuration of the current controller 33 is shown in FIG. In FIG. 2, the subtractor 80 calculates the deviation between the d-axis current command id * and the d-axis current id, and the subtractor 81 calculates the deviation between the q-axis current command iq * and the q-axis current iq. The switch 82 selects 0 as a signal to be output to the amplifier 83 and the amplifier 84 during a period in which the time t obtained from the timer 31 is the second time t2 from the activation time. When the time t obtained from the timer 31 is after time t2, the output of the subtractor 80 is selected as the output to the amplifier 83, and the output of the subtractor 81 is selected as the output to the amplifier 84. The amplifier 83 amplifies the signal obtained from the switch 82 and outputs it as a d-axis voltage command vd *. Here, the amplifier 83 may amplify the input by a proportional calculation or amplify the input by a proportional integration calculation. The amplifier 84 amplifies the signal obtained from the switch 82 and outputs it as a q-axis voltage command vq *. The amplifier 84 may also amplify the input by proportional calculation, or may amplify the input by proportional integration calculation.

位相演算器34は、d軸電圧指令vd*、q軸電圧指令vq*及びタイマー31から得た時刻に基づいて、位相θを出力する。
座標変換器35は前記d軸電圧指令vd*、q軸電圧指令vq*及び位相演算器34によって推定された位相θに基づいて座標変換を行い三相電圧指令vu*、vv*、vw*を出力する。
この座標変換器35については非特許文献「ACサーボシステムの理論と設計の実際」第2版杉本、小山、玉井著、1991年、総合電子出版社発行(123頁、図5.24)に記載されている。
PWM変調器36は前記三相電圧指令vu*、vv*、vw*のそれぞれをPWM変調し、電力変換手段2の各相がHiまたはLowを選択するための論理信号として出力する。
The phase calculator 34 outputs the phase θ based on the d-axis voltage command vd *, the q-axis voltage command vq * and the time obtained from the timer 31.
The coordinate converter 35 performs coordinate conversion based on the d-axis voltage command vd *, the q-axis voltage command vq *, and the phase θ estimated by the phase calculator 34, and outputs the three-phase voltage commands vu *, vv *, and vw *. Output.
The coordinate converter 35 is described in a non-patent document “Actual and Design of AC Servo System” Second Edition, Sugimoto, Koyama, Tamai, 1991, published by General Electronic Publishing Co., Ltd. (page 123, FIG. 5.24). Has been.
The PWM modulator 36 PWM-modulates each of the three-phase voltage commands vu *, vv *, and vw *, and outputs it as a logic signal for selecting each phase of the power conversion means 2 as Hi or Low.

短絡ベクトル発生器37は電力変換手段2の各相が選択するために、「三相ともHi」または「三相ともLow」の組合せで論理信号を出力する。スイッチ38はタイマー31から得た時刻に基づいて、電力変換手段2へ出力する論理信号を短絡ベクトル発生器37の出力にするか、PWM変調器36の出力にするかを選択する。特に短絡ベクトル発生器37が「三相ともLow」の組合せで論理信号を出力する場合、電力変換手段2の3相の各相毎に設けられた2つのスイッチング素子内の、直流電源の負極側スイッチング素子が短絡され、空転によって誘起される逆起電力によって電流が発生し、この電流が電流検出手段3によって検出される。   The short-circuit vector generator 37 outputs a logic signal with a combination of “Hi for all three phases” or “Low for all three phases” in order to select each phase of the power conversion means 2. Based on the time obtained from the timer 31, the switch 38 selects whether the logic signal to be output to the power conversion means 2 is the output of the short-circuit vector generator 37 or the output of the PWM modulator 36. In particular, when the short-circuit vector generator 37 outputs a logic signal in a combination of “low for all three phases”, the negative side of the DC power supply in the two switching elements provided for each of the three phases of the power conversion means 2 The switching element is short-circuited, and a current is generated by a counter electromotive force induced by idling. This current is detected by the current detection means 3.

なお、タイマー14、20、31は別々に記載しているが、1つのタイマーで実現することもできる。   Although the timers 14, 20, and 31 are described separately, they can be realized by one timer.

ここで、位相演算器34について詳細に述べる。
図3は、位相演算器34の内部構成を示すブロック図である。一次遅れ演算器40は前記d軸電圧指令vd*を入力とするカットオフ角周波数ωcの一次遅れ演算を行い、d軸磁束φdとして出力する。除算器41はq軸電圧指令vq*を前記d軸磁束φdで除算し、角周波数ω1として出力する。
信号発生器42は、予め設定しておいた角周波数ω*を出力する。ここでは、角周波数ω*を予め設定した値としたが、設定温度や外気温度などの要素に基づいて角周波数ω*を発生しても良い。減算器43は前記目標速度である周波数ω*から現在の速度を示す積分器45の出力を減算して、ゲイン演算器44に出力する。ゲイン演算器44は減算器43の出力を1/T0倍した結果を積分器45へ出力する。積分器45は前記タイマー31から得た時刻tが第3の時刻t3以前であれば積分値として前記ω1を空転時の速度として保持し、時刻tが第3の時刻t3以降であればゲイン演算器44の出力の積分演算値を起動時の速度として各周波数ω2を出力する。スイッチ46は、前記タイマー31から得た時刻tが第3の時刻t3以前であれば除算器41から得た角周波数ω1を出力し、前記タイマー31から得た時刻tが第3の時刻t3以降であれば積分器45から得た角周波数ω2を出力する。積分器47はスイッチ46が出力する角周波数ω1またはω2を積分して位相θとして出力する。
従って、起動時の初期速度は空転時の速度となり、起動時の初期位相は空転時の位相となる。
Here, the phase calculator 34 will be described in detail.
FIG. 3 is a block diagram showing the internal configuration of the phase calculator 34. The first-order lag calculator 40 performs first-order lag calculation of the cutoff angular frequency ωc with the d-axis voltage command vd * as an input, and outputs the result as a d-axis magnetic flux φd. The divider 41 divides the q-axis voltage command vq * by the d-axis magnetic flux φd and outputs it as an angular frequency ω1.
The signal generator 42 outputs a preset angular frequency ω *. Here, the angular frequency ω * is a preset value, but the angular frequency ω * may be generated based on factors such as the set temperature and the outside air temperature. The subtractor 43 subtracts the output of the integrator 45 indicating the current speed from the frequency ω * that is the target speed, and outputs the result to the gain calculator 44. The gain calculator 44 outputs the result obtained by multiplying the output of the subtractor 43 by 1 / T0 to the integrator 45. If the time t obtained from the timer 31 is before the third time t3, the integrator 45 holds the ω1 as an integral speed as the speed during idling, and calculates the gain if the time t is after the third time t3. Each frequency ω2 is output using the integral calculation value of the output of the unit 44 as the speed at the time of activation. The switch 46 outputs the angular frequency ω1 obtained from the divider 41 if the time t obtained from the timer 31 is before the third time t3, and the time t obtained from the timer 31 is after the third time t3. If so, the angular frequency ω2 obtained from the integrator 45 is output. The integrator 47 integrates the angular frequency ω1 or ω2 output from the switch 46 and outputs it as a phase θ.
Accordingly, the initial speed at the start is the idling speed, and the initial phase at the start is the idling phase.

ここで、時刻tが第2の時刻t2から第3の時刻t3の期間における位相演算器34の動作原理について説明する。任意の角周波数ωで回転している回転直交座標(d−q軸)上において、同期機1に発生する磁束は(2)、(3)式の関係を有する。
φd=∫(vd−R×id+ω×φq)dt ・・・ (2)
φq=∫(vq−R×iq−ω×φd)dt ・・・ (3)
ただし、φd:電機子に誘導されたd軸磁束、φq:電機子に誘導されたq軸磁束、R:電機子抵抗、id:電機子を流れるd軸の電流、iq:電機子を流れるq軸の電流、ω×φd:電機子に誘導されたd軸の逆起電力、ω×φq:電機子に誘導されたq軸の逆起電力
Here, the operation principle of the phase calculator 34 in the period from the second time t2 to the third time t3 will be described. The magnetic flux generated in the synchronous machine 1 on the rotation orthogonal coordinates (dq axes) rotating at an arbitrary angular frequency ω has the relationship of the expressions (2) and (3).
φd = ∫ (vd−R × id + ω × φq) dt (2)
φq = ∫ (vq−R × iq−ω × φd) dt (3)
Where φd: d-axis magnetic flux induced in the armature, φq: q-axis magnetic flux induced in the armature, R: armature resistance, id: d-axis current flowing through the armature, iq: q flowing through the armature Axis current, ω × φd: d-axis counter electromotive force induced in the armature, ω × φq: q-axis counter electromotive force induced in the armature

同期機の磁束位相とd−q軸のd軸が一致しているとき、q軸磁束φqは零であり、φq=0を(2)、(3)式に代入すると(4)、(5)式が成り立つ。

φd=∫(vd−R×id)dt ・・・ (4)
ω=(vq−R×iq)÷φd ・・・ (5)
When the magnetic flux phase of the synchronous machine and the d-axis of the dq axis coincide with each other, the q-axis magnetic flux φq is zero, and if φq = 0 is substituted into the equations (2) and (3), (4), (5 ) Formula holds.

φd = ∫ (vd−R × id) dt (4)
ω = (vq−R × iq) ÷ φd (5)

特に、同期機1の電流が零の状態においては、id=iq=0が成り立つので、この関係を(4)、(5)式に代入すると(6)、(7)式となる。
φd=∫(vd)dt ・・・ (6)
ω=vq÷φd ・・・ (7)
In particular, when the current of the synchronous machine 1 is zero, id = iq = 0 holds. Therefore, if this relationship is substituted into the equations (4) and (5), the equations (6) and (7) are obtained.
φd = ∫ (vd) dt (6)
ω = vq ÷ φd (7)

本実施の形態では、電圧の振幅であるq軸電圧指令vq*を同期機の磁束φdで除算する(7)式の演算によって得た角周波数を起動時の初期速度、即ち起動時の回転角速度とする。電圧指令ベクトルの回転角変化を利用して起動時の回転角周波数を求めようとすると、電圧指令ベクトルの回転角変化を得るために電圧指令の位相を微分する必要があるが、(5)式または(7)式のように電圧振幅を磁束で除算して起動時の回転角周波数を求めれば、微分演算が不要になる。一般的に微分演算は外乱に弱いことが知られており、測定ノイズなどの雑音が混入すると著しく精度が低下してしまうが、微分演算が不要な電圧振幅を磁束で除算して起動時の回転角周波数を求めることで測定ノイズなどの雑音が混入しても高い推定精度を保つことができる効果がある。   In the present embodiment, the angular frequency obtained by the calculation of the equation (7) for dividing the q-axis voltage command vq * which is the amplitude of the voltage by the magnetic flux φd of the synchronous machine is the initial speed at the start, that is, the rotational angular speed at the start And If an attempt is made to obtain the rotation angle frequency at the start-up using the rotation angle change of the voltage command vector, it is necessary to differentiate the phase of the voltage command in order to obtain the rotation angle change of the voltage command vector. Alternatively, if the voltage amplitude is divided by the magnetic flux to obtain the rotation angular frequency at the start-up as in equation (7), the differential operation becomes unnecessary. In general, differential calculations are known to be vulnerable to disturbances, and measurement noise and other noise can reduce the accuracy significantly. However, the voltage amplitude, which does not require differential calculations, is divided by the magnetic flux and rotated at startup. By obtaining the angular frequency, there is an effect that high estimation accuracy can be maintained even if noise such as measurement noise is mixed.

図3に示した位相演算器34は(6)、(7)式の電圧vd、vqの代わりに電圧指令vd*、vq*を与え、(6)の積分器の代わりに一次遅れ演算器40でカットオフ周波数ωcの一次遅れ演算を行い、(7)式の除算を除算器41で行うことで角周波数ωの演算結果をω1として得ている。
なお、積分器を用いず、一次遅れ演算器を用いる理由は、以下の通りである。積分器の機能はラプラス演算子をsとした場合に1/sで表され、このラプラス演算子sはjω(jは虚数、ωは角速度)に置換される。従って、同期機の起動開始直後の極低回転速度においてωの値はまだ零に近いため入力信号にわずかな誤差があっても、積分器ではその誤差がとてつもなく大幅に増幅されて出力されてしまう。その結果として制御に悪影響を与え支障をきたすおそれがある。これに対して、一次遅れ演算器の場合には、多少の時間遅れは生じるものの、カットオフ周波数ωcを用いることで極低回転速度での不要な誤差出力の発生を未然に防止できる。以上が積分器を用いず、一次遅れ演算器を用いる理由である
また、時刻tが第3の時刻t3以降では、第3の時刻t3における初期値をω1、最終値をω*とするような時定数T0の一次遅れ演算を、減算器43、ゲイン演算器44、積分器45によって実施する。
以上の構成によって位相演算器34は時刻tが第2の時刻t2から第3の時刻t3の期間、同期機1の磁束位相とd−q軸のd軸が一致する位相θを出力する。
The phase calculator 34 shown in FIG. 3 gives voltage commands vd * and vq * instead of the voltages vd and vq in the equations (6) and (7), and a first-order lag calculator 40 instead of the integrator of (6). The first-order lag calculation is performed at the cutoff frequency ωc, and the calculation result of the angular frequency ω is obtained as ω1 by performing the division of the equation (7) by the divider 41.
The reason for using the first-order lag calculator without using the integrator is as follows. The function of the integrator is expressed by 1 / s when the Laplace operator is s, and the Laplace operator s is replaced with jω (j is an imaginary number and ω is an angular velocity). Therefore, the value of ω is still close to zero at the extremely low rotation speed immediately after the start of the synchronous machine, so that even if there is a slight error in the input signal, the error is greatly amplified and output by the integrator. . As a result, the control may be adversely affected and may be hindered. On the other hand, in the case of the first-order lag calculator, although some time lag occurs, the use of the cut-off frequency ωc can prevent the generation of unnecessary error output at an extremely low rotational speed. The above is the reason why the first-order lag calculator is used without using the integrator. Further, when the time t is after the third time t3, the initial value at the third time t3 is ω1, and the final value is ω *. The first-order lag calculation of the time constant T0 is performed by the subtractor 43, the gain calculator 44, and the integrator 45.
With the above configuration, the phase calculator 34 outputs a phase θ in which the magnetic flux phase of the synchronous machine 1 coincides with the d-axis of the dq axis during the time t from the second time t2 to the third time t3.

従来の同期機の制御装置では同期機の電機子巻線を短絡させ、その際に流れる電流に基づき回転子の位置を推定して電力変換手段を再起動していたが、本実施の形態では電機子巻線を短絡させた際に流れる電流を用いて位置推定することなく、同期機1に流れる電流が零になるような電圧指令を出力して電力変換手段2を制御しつつ、同期機1の磁束位相とd−q軸のd軸が一致する位相θを演算するので、過電流や過電圧に対する電力変換手段の保護の必要がないという効果がある。また、短絡時間のような短時間で終了させなければならないといった制約もないので、位相θを正確に演算するに足りるサンプリング回数を十分確保することが容易になるといった効果がある。   In the conventional synchronous machine control device, the armature winding of the synchronous machine is short-circuited, the position of the rotor is estimated based on the current flowing at that time, and the power conversion means is restarted. The synchronous machine is controlled while outputting the voltage command so that the current flowing through the synchronous machine 1 becomes zero without estimating the position using the current flowing when the armature winding is short-circuited. Since the phase θ in which the magnetic flux phase of 1 coincides with the d-axis of the dq axis is calculated, there is an effect that it is not necessary to protect the power conversion means against overcurrent or overvoltage. Further, since there is no restriction such as a short circuit time that must be completed in a short time, there is an effect that it is easy to ensure a sufficient number of samplings sufficient to accurately calculate the phase θ.

図4は、本実施の形態1における一連の動作波形を示す一例であり、この図に従って本実施形態1の動作説明をする。図4の横軸は時刻であり、1段目は遮断信号発生手段5が出力する遮断信号、2段目は同期機1の相電流実効値、3段目は電流指令発生器32が出力するd軸電流指令id*、4段目は位相演算器34内部のスイッチ46が出力する角周波数ωである。図4において、起動時刻を零とする。   FIG. 4 is an example showing a series of operation waveforms in the first embodiment, and the operation of the first embodiment will be described with reference to this figure. The horizontal axis of FIG. 4 is time, the first stage is the cutoff signal output by the cutoff signal generating means 5, the second stage is the effective phase current value of the synchronous machine 1, and the third stage is output by the current command generator 32. The d-axis current command id * and the fourth stage are the angular frequency ω output from the switch 46 in the phase calculator 34. In FIG. 4, the activation time is set to zero.

○ (起動時刻:0)以前:遮断信号発生手段5が出力する遮断信号はオンであり、電力変換手段2は同期機1に対して電圧印加をせず、遮断状態を保っている。この例では同期機1は50[rad/s]で空転状態であることを想定している。 ○ (Starting time: 0) Before: The shut-off signal output by the shut-off signal generating means 5 is on, and the power conversion means 2 does not apply voltage to the synchronous machine 1 and maintains the shut-off state. In this example, it is assumed that the synchronous machine 1 is idling at 50 [rad / s].

○ (起動時刻:0)から(第1の時刻:t1)の期間:同期機の空転速度が強風などにより同期機の起動可能速度を超える場合には、過電流などにより同期機を損傷するという問題が発生する。そこで、同期機を起動する前に、果たして同期機の空転速度が起動可能限度内であるか否かを調べ、起動範囲外であれば、起動を中止して所定時間経過後、再度調べる必要がある。この調査のために、起動時刻0から第1の時刻t1の期間、回転機の巻線を短絡させ、その際に同期機の空転によって流れる巻線電流を測定して同期機の回転速度を算出する。
即ち、電圧指令演算手段6内部のスイッチ38は、タイマー31から得た時刻が起動時刻0から第1の時刻t1の期間、電力変換手段2へ出力する論理信号として短絡ベクトル発生器37の出力を選択する。遮断信号発生手段5が出力する遮断信号はオフとし、電圧指令演算手段6が出力する電圧指令に基づいて電力変換手段2は同期機1が三相短絡する電圧を印加する。同期機1が空転している場合、電力変換手段2が三相短絡となるような電圧を出力すると該同期機1の回転速度の大きさに比例した相電流実効値が発生する。電流振幅記憶手段4は起動時刻から第1の時刻t1までの期間中の「最大電流振幅」を保持しており、図4の場合には第1の時刻t1で相電流実効値が最大となるので、電流振幅記憶手段4が保持する電流も第1の時刻t1における値となる。
なお、前記短絡時に算出された回転速度に基づいて位相を算出することも可能であるが、過電流防止に対処する観点から短絡時間は短いほどよい。従って、測定時間も短くなるため測定精度は低くなる。従って、この期間で測定される情報の精度は、回転数が同期機の起動に適しているか否かをチェックするための目安を与える程度のものにすぎない。従って、過電流か否かを判定するための基準値も安全面を見越して若干低い値を設定しておくのが良い。より高精度の測定は(第2の時刻:t2)から(第3の時刻:t3)の期間で実施される。
○ From (starting time: 0) to (first time: t1): If the idling speed of the synchronous machine exceeds the startable speed of the synchronous machine due to strong winds, etc., the synchronous machine will be damaged by overcurrent etc. A problem occurs. Therefore, before starting the synchronous machine, it is necessary to check whether the idle speed of the synchronous machine is within the startable limit, and if it is out of the start range, it is necessary to stop the start and check again after a predetermined time. is there. For this investigation, the winding of the rotating machine is short-circuited during the period from the start time 0 to the first time t1, and at that time, the winding current flowing due to the idling of the synchronous machine is measured to calculate the rotational speed of the synchronous machine. To do.
That is, the switch 38 in the voltage command calculation means 6 outputs the output of the short-circuit vector generator 37 as a logic signal output to the power conversion means 2 during the period from the start time 0 to the first time t1 obtained from the timer 31. select. The shut-off signal output by the shut-off signal generating means 5 is turned off, and the power conversion means 2 applies a voltage at which the synchronous machine 1 is three-phase short-circuited based on the voltage command output by the voltage command calculating means 6. When the synchronous machine 1 is idling, a phase current effective value proportional to the magnitude of the rotational speed of the synchronous machine 1 is generated when the power conversion means 2 outputs a voltage that causes a three-phase short circuit. The current amplitude storage means 4 holds the “maximum current amplitude” during the period from the start time to the first time t1, and in the case of FIG. 4, the phase current effective value becomes the maximum at the first time t1. Therefore, the current held by the current amplitude storage unit 4 is also the value at the first time t1.
Although the phase can be calculated based on the rotation speed calculated at the time of the short circuit, the short circuit time is better from the viewpoint of dealing with overcurrent prevention. Accordingly, the measurement time is also shortened, so that the measurement accuracy is lowered. Therefore, the accuracy of the information measured during this period is only enough to provide a guide for checking whether the rotational speed is suitable for starting the synchronous machine. Therefore, it is preferable to set a reference value for determining whether or not an overcurrent is slightly low in consideration of safety. Higher-precision measurement is performed in a period from (second time: t2) to (third time: t3).

○ (第1の時刻:t1)から(第2の時刻:t2)の期間:遮断信号発生手段5が出力する遮断信号はオンとし、電力変換手段2は同期機1に対して電圧印加をせず、遮断状態となる。同期機1が空転している場合、第1の時刻t1で回転速度の大きさに比例した相電流実効値が同期機1に発生するが、遮断状態となると相電流実効値は零に収束する。この零収束により同期機1の電流は0となるため、次の(第2の時刻:t2)から(第3の時刻:t3)の期間における同期機1の電流0での起動との整合性が良くなり、迅速な立ち上げが可能となる。 ○ (First time: t1) to (Second time: t2) period: The shut-off signal output by the shut-off signal generating means 5 is turned on, and the power converting means 2 applies voltage to the synchronous machine 1. It will be in the interruption state. When the synchronous machine 1 is idling, a phase current effective value proportional to the magnitude of the rotational speed is generated in the synchronous machine 1 at the first time t1, but the phase current effective value converges to zero when the state is cut off. . Since the current of the synchronous machine 1 becomes 0 due to this zero convergence, the consistency with the start-up of the synchronous machine 1 with the current 0 in the next (second time: t2) to (third time: t3) period. Will be improved and quick start-up will be possible.

○ (第2の時刻:t2)から(第3の時刻:t3)の期間:遮断信号発生手段5において、遮断信号選択器21は、前記「最大電流振幅」の大きさが所定値よりも大きい場合には遮断信号のオンを継続して、同期機1を停止する。また、「最大電流振幅」の大きさが所定値よりも小さい場合には遮断信号をオフにする。電流指令発生器32は、d軸電流指令id*及びq軸電流指令iq*として零を出力する。電流制御器33は同期機1のd軸電流id及びq軸電流iqが前記d軸電流指令id*及びq軸電流指令iq*に一致するようなd軸電圧指令vd*及びq軸電圧指令vq*を出力する。時刻t3において電流制御器33が出力するd軸電圧指令vd*及びq軸電圧指令vq*の電圧初期値はそれぞれを零に設定して制御を開始してもよいし、所定の値を与えて制御を開始してもよい。その際、初期値の選び方は同期機1の最大誘起電圧の数%以下となるような範囲で選択すればよい。位相演算器34は、d軸電圧指令vd*、q軸電圧指令vq*に基づいて、位相θを演算し、座標変換器35は前記d軸電圧指令vd*、q軸電圧指令vq*及び位相θに基づいて三相電圧指令vu*、vv*、vw*を出力する。このとき、位相演算器34内部のスイッチ46は同期機1の磁束位相とd−q軸のd軸が一致する角周波数ω1を出力する。図4の例では、空転している回転角速度は50[rad/s]であり、(第2の時刻:t2)から(第3の時刻:t3)の期間に位相演算器34内部のスイッチ46が出力するωも50[rad/s]に一致する。PWM変調器36は前記三相電圧指令vu*、vv*、vw*のそれぞれをPWM変調し、電力変換手段2の各相がHiまたはLowを選択するための論理信号として出力する。スイッチ38はPWM変調器36の出力を選択して電力変換手段2へ出力する。
前記「最大電流振幅」の大きさが所定値よりも小さい場合には前記遮断信号がオフなので電力変換手段2は前記PWM変調器36の出力に基づいて前記三相電圧指令vu*、vv*、vw*と一致するような電圧を同期機1に印加する。ここで、d軸電流指令id*及びq軸電流指令iq*は零であり、電流制御器33はd軸電流idがd軸電流指令id*(=0)に一致するように制御するので同期機1のd軸電流idは零となり、また、電流制御器33はq軸電流iqがq軸電流指令iq*(=0)に一致するように制御するので同期機1のq軸電流iqも零となるので同期機1はトルクを発生せず、これにより空転している回転速度も変化しない。
○ (second time: t2) to (third time: t3) period: In the cut-off signal generating means 5, the cut-off signal selector 21 determines that the “maximum current amplitude” is larger than a predetermined value. In this case, the shutoff signal is kept on and the synchronous machine 1 is stopped. Further, when the “maximum current amplitude” is smaller than a predetermined value, the cutoff signal is turned off. The current command generator 32 outputs zero as the d-axis current command id * and the q-axis current command iq *. The current controller 33 includes a d-axis voltage command vd * and a q-axis voltage command vq such that the d-axis current id and the q-axis current iq of the synchronous machine 1 coincide with the d-axis current command id * and the q-axis current command iq *. * Is output. The initial voltage values of the d-axis voltage command vd * and the q-axis voltage command vq * output from the current controller 33 at time t3 may be set to zero to start control, or given a predetermined value. Control may be started. At this time, the initial value may be selected in a range that is several percent or less of the maximum induced voltage of the synchronous machine 1. The phase calculator 34 calculates the phase θ based on the d-axis voltage command vd * and the q-axis voltage command vq *, and the coordinate converter 35 outputs the d-axis voltage command vd *, the q-axis voltage command vq * and the phase. Based on θ, three-phase voltage commands vu *, vv *, and vw * are output. At this time, the switch 46 in the phase calculator 34 outputs an angular frequency ω1 at which the magnetic flux phase of the synchronous machine 1 coincides with the d-q d-axis. In the example of FIG. 4, the idling rotational angular velocity is 50 [rad / s], and the switch 46 in the phase calculator 34 is in the period from (second time: t2) to (third time: t3). The output ω also matches 50 [rad / s]. The PWM modulator 36 PWM-modulates each of the three-phase voltage commands vu *, vv *, and vw *, and outputs it as a logic signal for selecting each phase of the power conversion means 2 as Hi or Low. The switch 38 selects the output of the PWM modulator 36 and outputs it to the power conversion means 2.
When the magnitude of the “maximum current amplitude” is smaller than a predetermined value, the shut-off signal is off, so that the power conversion means 2 determines the three-phase voltage commands vu *, vv *, A voltage that matches vw * is applied to the synchronous machine 1. Here, the d-axis current command id * and the q-axis current command iq * are zero, and the current controller 33 controls the d-axis current id to match the d-axis current command id * (= 0). The d-axis current id of the machine 1 becomes zero, and the current controller 33 controls the q-axis current iq so as to coincide with the q-axis current command iq * (= 0). Since it becomes zero, the synchronous machine 1 does not generate torque, and thereby the idling rotational speed does not change.

○ (第3の時刻:t3)以降の期間:位相演算器34内部の積分器45は時刻tが第3の時刻t3以前であれば積分値として前記ω1を保持し、時刻tが第3の時刻t3以降であればゲイン演算器44の出力を積分した結果を角周波数ω2として出力する。前記ゲイン演算器44は減算器43の出力を1/T0倍した結果を前記積分器45へ出力する。スイッチ46は、前記タイマー31から得た時刻tが第3の時刻t3以降であれば積分器45から得た角周波数ω2を出力する。図4の例では目標の角周波数ω*を10[rad/s]、T0を2[秒]に設定してあり、角周波数ωは時刻t3の50[rad/s]からω*(=10[rad/s])へ時定数T0(=2)秒で変化する。図4では、電流指令発生器32は、時刻tが第3の時刻t3以降の場合には、q軸電流指令iq*を零に保ちながらd軸電流指令id*を所定の値(3[A])として出力している。角周波数ωが時刻t3の50[rad/s]からω*(=10[rad/s])へ変化するとき、同期機1の磁束位相に対してd−q軸のd軸がズレようとする。このとき、d軸電流の軸ずれ分に応じて同期機1の磁束はd軸に一致するようにその方向にトルクが発生し、その結果、同期機1の回転速度も時刻t3の50[rad/s]からω*(=10[rad/s])へ変化する。 Period after (third time: t3): If the time t is before the third time t3, the integrator 45 in the phase calculator 34 holds the ω1 as an integral value, and the time t is the third time. If it is after time t3, the result of integrating the output of the gain calculator 44 is output as the angular frequency ω2. The gain calculator 44 outputs the result obtained by multiplying the output of the subtractor 43 by 1 / T0 to the integrator 45. The switch 46 outputs the angular frequency ω2 obtained from the integrator 45 if the time t obtained from the timer 31 is after the third time t3. In the example of FIG. 4, the target angular frequency ω * is set to 10 [rad / s] and T0 is set to 2 [seconds], and the angular frequency ω is changed from 50 [rad / s] at time t3 to ω * (= 10 [rad / s]) with time constant T0 (= 2) seconds. In FIG. 4, the current command generator 32 sets the d-axis current command id * to a predetermined value (3 [A] while keeping the q-axis current command iq * at zero when the time t is after the third time t3. ]). When the angular frequency ω changes from 50 [rad / s] at time t3 to ω * (= 10 [rad / s]), the d-axis d-axis is shifted from the magnetic flux phase of the synchronous machine 1. To do. At this time, torque is generated in that direction so that the magnetic flux of the synchronous machine 1 coincides with the d-axis in accordance with the axis deviation of the d-axis current. As a result, the rotational speed of the synchronous machine 1 is also 50 [rad at time t3. / s] to ω * (= 10 [rad / s]).

以上のように、前記位相演算器は、前記第2の時刻から前記第3の時刻までの間、前記電流制御器から出力されたd軸電圧指令を一次遅れ演算してd軸磁束を出力する一次遅れ演算器と、前記第2の時刻から前記第3の時刻までの間、前記一次遅れ演算器の出力と前記電流制御器から出力されたq軸電圧指令で除算して第1の角周波数を出力する除算器と、
前記第2の時刻から前記第3の時刻までの間、前記除算器から出力される第1の角周波数を記憶する選択する選択スイッチと、この選択スイッチの出力を積分して位相を出力する第1の積分器と、前記除算器から出力される第1の角周波数を記憶する第2の積分器と、前記第3の時刻以降の所定期間において、予め設定しておいた角周波数を出力する信号発生器と、前記第3の時刻以降の所定期間において、前記信号発生器の出力と前記第2の積分器が記憶した第1の角周波数との偏差を出力する一次遅れ演算用減算器と、前記第3の時刻以降の所定期間において、前記一次遅れ演算用減算器の出力に所定の時定数を乗算するゲイン演算器と、を備え、前記第2の積分器は、前記第3の時刻以降の所定期間において、前記第1の角周波数を出力する代わりに、前記ゲイン演算器による乗算結果を積分し、積分結果を第2の角周波数として出力し、前記選択スイッチは、前記第3の時刻以降の所定期間において、前記第2の積分器から出力される第2の角周波数を選択することによって、同期機1を空転状態(=50[rad/s])から所定の回転速度ω*(=10[ra/s])で回転する状態に起動することができる。
以上のように、本実施の形態1の構成により、同期機が空転状態であっても、前記電圧指令演算手段6は前記電流検出手段3から得た電流に基づいて前記同期機1の電流が零になるような電圧指令を出力して前記電力変換手段を駆動するので、過電流になることなく確実に同期機を起動することができる効果がある。
As described above, the phase calculator calculates the first-order delay of the d-axis voltage command output from the current controller and outputs the d-axis magnetic flux from the second time to the third time. A first-order lag calculator and a first angular frequency divided by the q-axis voltage command output from the output of the first-order lag calculator and the current controller between the second time and the third time. A divider that outputs
A selection switch for selecting the first angular frequency output from the divider from the second time to the third time, and a first output for integrating the output of the selection switch to output a phase. 1 integrator, a second integrator that stores the first angular frequency output from the divider, and a preset angular frequency in a predetermined period after the third time. A signal generator, and a first-order lag calculation subtractor that outputs a deviation between the output of the signal generator and the first angular frequency stored in the second integrator in a predetermined period after the third time; A gain calculator that multiplies the output of the first-order lag calculation subtracter by a predetermined time constant in a predetermined period after the third time, and the second integrator has the third time In the subsequent predetermined period, the first angular frequency is output. Instead, the multiplication result by the gain calculator is integrated and the integration result is output as a second angular frequency, and the selection switch is connected to the second integrator in a predetermined period after the third time. By selecting the second angular frequency to be output, the synchronous machine 1 is changed from the idling state (= 50 [rad / s]) to the state of rotating at a predetermined rotational speed ω * (= 10 [ra / s]). Can be activated.
As described above, according to the configuration of the first embodiment, even when the synchronous machine is in the idling state, the voltage command calculation means 6 determines the current of the synchronous machine 1 based on the current obtained from the current detection means 3. Since the voltage conversion command that outputs zero is output to drive the power conversion means, there is an effect that the synchronous machine can be reliably started without overcurrent.

また、第2の時刻から第3の時刻までの間は、電流が零になるように電圧指令を出力し、この電圧指令に基づいて同期機1の位相を演算するので、従来の短絡電流から回転位置推定する装置よりも位相演算に長い時間を掛けることが可能であり、サンプリング回数を十分に確保することで電流検出に起因するノイズを除去するフィルタの利用などにより電流検出ノイズに対する耐力を高めることができる効果がある。   Further, during the period from the second time to the third time, a voltage command is output so that the current becomes zero, and the phase of the synchronous machine 1 is calculated based on this voltage command. The phase calculation can take a longer time than the device that estimates the rotational position, and the resistance to current detection noise is increased by using a filter that removes noise caused by current detection by ensuring a sufficient number of samplings. There is an effect that can.

また、同期機1が空転状態であって、前記遮断信号発生手段5は、前記電流振幅記憶手段4から得た電流振幅最大値が所定値より大きい場合には前記第2の時刻以降も所定期間遮断信号をオンするので、電力変換手段が過電流や過電圧になることを防ぐ効果がある。   Further, when the synchronous machine 1 is in the idling state, and the current signal maximum value obtained from the current amplitude memory means 4 is larger than a predetermined value, the shut-off signal generating means 5 has a predetermined period after the second time. Since the interruption signal is turned on, there is an effect of preventing the power conversion means from becoming overcurrent or overvoltage.

実施の形態2.
前記実施の形態1において、電圧指令演算手段6内部の位相演算器34は、第2の時刻t2から第3の時刻t3までの間、同期機1の電流が零になるような電圧指令に基づいて、同期機1の磁束位相とd−q軸のd軸が一致する位相θを出力していた。
この位相演算器は第2の時刻から第3の時刻までの間、同期機1に流れる電流と、電流が零になるような電圧指令に基づいて同期機1の磁束位相とd−q軸のd軸が一致する位相θを出力しても良い。この実施の形態2では、この態様について説明する。
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, the phase calculator 34 in the voltage command calculation means 6 is based on a voltage command that causes the current of the synchronous machine 1 to become zero from the second time t2 to the third time t3. Thus, the phase θ in which the magnetic flux phase of the synchronous machine 1 coincides with the d-axis of the dq axis is output.
This phase calculator calculates the magnetic flux phase of the synchronous machine 1 and the dq axis based on the current flowing through the synchronous machine 1 from the second time to the third time and the voltage command so that the current becomes zero. You may output phase (theta) in which a d-axis corresponds. In the second embodiment, this aspect will be described.

図5は、本発明の実施の形態2における同期機の制御装置を含む全体構成を示すブロック図であり、位相演算器34が位相演算器34aに置換した点が図1と異なる。位相演算器34aは、d軸電流id、q軸電流iq、d軸電圧指令vd*、q軸電圧指令vq*及びタイマー31から得た時刻に基づいて、位相θを出力する。その他の構成は実施の形態1の図1と同一のものであり、その説明を省略する。   FIG. 5 is a block diagram showing the overall configuration including the synchronous machine control apparatus according to Embodiment 2 of the present invention, which is different from FIG. 1 in that the phase calculator 34 is replaced with a phase calculator 34a. The phase calculator 34 a outputs the phase θ based on the d-axis current id, the q-axis current iq, the d-axis voltage command vd *, the q-axis voltage command vq *, and the time obtained from the timer 31. Other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG.

図6は、位相演算器34aの内部構成を示すブロック図である。ゲイン演算器50はd軸電流idに電機子抵抗Rを乗算し、ゲイン演算器51はq軸電流iqに電機子抵抗Rを乗算する。減算器52はd軸電圧指令vd*からゲイン演算器50の出力を減算し、その値を一次遅れ演算器40へ出力する。減算器53はq軸電圧指令vq*からゲイン演算器51の出力を減算し、その値を除算器41に出力する。
同期機1の磁束位相とd−q軸のd軸が一致しているとき、(4)、(5)式が成り立つ。前記実施の形態1では、同期機1の電流が零の状態においては、id=iq=0が成り立つので、この関係を(4)、(5)式に代入した(6)、(7)式に基づいて位相演算器34を構成した。
図6に示した位相演算器34aは、過渡的にid=iq=0が成り立たないような場合でも正確な位相θを演算できるように(6)、(7)式でなく、(4)、(5)式に基づいて位相θの演算を行う。すなわち、(4)、(5)式の電圧vd、vqの代わりに電圧指令vd*、vq*で与え、(4)式の積分器の代わりに一次遅れ演算器40で一次遅れ演算を行い、(5)式の除算を除算器41で行うことで角周波数ωの演算結果をω1として得ている。
FIG. 6 is a block diagram showing the internal configuration of the phase calculator 34a. The gain calculator 50 multiplies the d-axis current id by the armature resistance R, and the gain calculator 51 multiplies the q-axis current iq by the armature resistance R. The subtractor 52 subtracts the output of the gain calculator 50 from the d-axis voltage command vd * and outputs the value to the first-order lag calculator 40. The subtractor 53 subtracts the output of the gain calculator 51 from the q-axis voltage command vq * and outputs the value to the divider 41.
When the magnetic flux phase of the synchronous machine 1 matches the d-axis of the dq axis, equations (4) and (5) are established. In the first embodiment, id = iq = 0 holds when the current of the synchronous machine 1 is zero. Therefore, this relationship is substituted into the equations (4) and (5) (6) and (7) The phase calculator 34 is configured based on the above.
The phase calculator 34a shown in FIG. 6 can calculate the accurate phase θ even when id = iq = 0 does not hold transiently, instead of the equations (6) and (7) (4), The phase θ is calculated based on the equation (5). That is, the voltage commands vd * and vq * are given instead of the voltages vd and vq in the equations (4) and (5), the first-order lag calculator 40 is used instead of the integrator in the equation (4), The calculation result of the angular frequency ω is obtained as ω1 by dividing the equation (5) by the divider 41.

以上の構成により、位相演算器34aは同期機1の電流が零になるような電圧指令と検出電流に基づいて位相θを出力するので、電流制御器33の制御遅れなどで過渡的にid=iq=0が成り立たないような場合であっても第2の時刻から第3の時刻までの間、同期機1の磁束位相とd−q軸のd軸を一致させることができる効果があり、その結果、同期機の制御装置をより確実に起動できる効果がある。   With the above configuration, the phase calculator 34a outputs the phase θ based on the voltage command and the detected current so that the current of the synchronous machine 1 becomes zero, so that id = transient due to the control delay of the current controller 33 or the like. Even if iq = 0 does not hold, there is an effect that the magnetic flux phase of the synchronous machine 1 and the d-axis of the dq axis can be matched between the second time and the third time. As a result, there is an effect that the control device of the synchronous machine can be started more reliably.

実施の形態3.
前記実施の形態1において、電流振幅記憶手段4は、前記電流検出手段3から得た電流振幅について、起動時刻から第1の時刻までの間で各相電流値の最大となる値を電流振幅最大値として記憶していた。
しかし、電流振幅記憶手段4を電流振幅記憶手段4bに置換することによって起動時刻から第1の時刻までの期間における相電流実効値の最大値を電流振幅最大値として記憶して出力しても良い。この場合、電流振幅値と相電流実効値との間には√2倍の差があるので、遮断信号選択器21が遮断信号をオン・オフする判定のための所定値は、前記電流振幅値と相電流実効値の差異を勘案して変更しておく。この実施の形態3では、この態様について説明する。
Embodiment 3 FIG.
In the first embodiment, the current amplitude storage unit 4 sets the current amplitude obtained from the current detection unit 3 to a maximum current amplitude value between the starting time and the first time. It was memorized as a value.
However, by replacing the current amplitude storage means 4 with the current amplitude storage means 4b, the maximum value of the phase current effective value in the period from the start time to the first time may be stored and output as the current amplitude maximum value. . In this case, since there is a difference of √2 between the current amplitude value and the phase current effective value, the predetermined value for the determination that the cutoff signal selector 21 turns on / off the cutoff signal is the current amplitude value. And take into account the difference in effective value of the phase current. In the third embodiment, this aspect will be described.

図7は本発明の実施の形態3における電流振幅記憶手段4bの内部構成を示す図であり、二乗値演算器60によってU相電流iuの二乗と、V相電流ivの二乗と、W相電流iwの二乗は夫々演算され、加算器61によって加算され、さらに1/2乗演算器62によって1/2乗されて、相電流実効値に比例する値がゲイン演算器63に出力される。ゲイン演算器63は所定の係数を乗算することで、相電流実効値を出力する。具体的にはゲイン演算器63は加算器61の出力を1/2乗演算器によって1/2乗し、この1/2乗演算器62の出力を1/√3倍する。最大値演算器12bには最大値演算器12の各相電流絶対値の代わりに相電流実効値が入力される。この場合、電流振幅値と相電流実効値との間には√2倍の差があるので、遮断信号選択器21が遮断信号をオン・オフする判定のための所定値は、前記電流振幅値と相電流実効値の差異を勘案して変更しておく。その他の構成は実施の形態1の図1と同一のものであり、その説明を省略する。   FIG. 7 is a diagram showing the internal configuration of the current amplitude storage means 4b according to the third embodiment of the present invention. The square value calculator 60 calculates the square of the U-phase current iu, the square of the V-phase current iv, and the W-phase current. The squares of iw are respectively calculated, added by the adder 61, and further raised by the 1/2 power by the 1/2 power calculator 62, and a value proportional to the phase current effective value is output to the gain calculator 63. The gain calculator 63 multiplies a predetermined coefficient to output a phase current effective value. Specifically, the gain calculator 63 halves the output of the adder 61 by a 1/2 power calculator and multiplies the output of the 1/2 power calculator 62 by 1 / √3. The maximum value calculator 12b receives the phase current effective value instead of the absolute value of each phase current of the maximum value calculator 12. In this case, since there is a difference of √2 between the current amplitude value and the phase current effective value, the predetermined value for the determination that the cutoff signal selector 21 turns on / off the cutoff signal is the current amplitude value. And take into account the difference in effective value of the phase current. Other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG.

この一連の動作によって、電流振幅記憶手段4bは(起動時刻)から(第1の時刻)までの期間における相電流実効値の最大値を「最大電流振幅」として保持し、その結果を(第1の時刻)以降の期間に出力することができる。同期機1が空転状態の場合、前記実施の形態のような各相電流の最大値を「最大電流振幅」として保持すると、同じ回転速度であっても回転位置によってその値が異なることがあったが、本実施の形態3の構成によって同期機1が空転しているときの回転速度と「最大電流振幅」の関係は回転位置に依存せず、一意に定まり、遮断信号発生手段5は、所定の速度より小さい場合だけ同期機の電流が零になるような電圧指令出力を、より正確に判断することができる効果がある。   Through this series of operations, the current amplitude storage means 4b holds the maximum value of the effective value of the phase current in the period from (starting time) to (first time) as “maximum current amplitude”, and the result is (first Can be output in the period after (time). When the synchronous machine 1 is idling, if the maximum value of each phase current is held as “maximum current amplitude” as in the above embodiment, the value may differ depending on the rotational position even at the same rotational speed. However, the relationship between the rotational speed and the “maximum current amplitude” when the synchronous machine 1 is idling by the configuration of the third embodiment is uniquely determined without depending on the rotational position. There is an effect that it is possible to more accurately determine a voltage command output in which the current of the synchronous machine becomes zero only when the speed is smaller than the speed of the motor.

実施の形態4.
前記実施の形態1では、遮断信号発生手段5が出力する遮断信号がオフの場合には電圧指令演算手段6が出力する三相電圧指令vu0*、vv0*、vw0*に基づいて同期機1に電圧を印加し、このときの角周波数をω*にすることで、同期機1の磁束位相に対してd−q軸のd軸がズレようとする。このとき、d軸電流の軸ずれ分に応じて同期機1の磁束はd軸に一致するようにその方向にトルクを発生させることで、同期機1の回転速度もω*に保つように制御していた。
しかし、一旦同期機1の回転速度をω*に保った後は、同期機1に対して公知の位置センサレス制御手法を利用して安定性や応答性の高い制御をしても良い。この実施の形態4では、この態様について説明する。
Embodiment 4 FIG.
In the first embodiment, when the shut-off signal output from the shut-off signal generating means 5 is off, the synchronous machine 1 is controlled based on the three-phase voltage commands vu0 *, vv0 *, vw0 * output from the voltage command calculating means 6. By applying a voltage and setting the angular frequency at this time to ω *, the d-axis d-axis tends to deviate from the magnetic flux phase of the synchronous machine 1. At this time, the magnetic flux of the synchronous machine 1 is controlled so as to keep the rotational speed of the synchronous machine 1 at ω * by generating torque in the direction so that the magnetic flux of the synchronous machine 1 coincides with the d-axis according to the axis deviation of the d-axis current. Was.
However, once the rotation speed of the synchronous machine 1 is maintained at ω *, the synchronous machine 1 may be controlled with high stability and responsiveness using a known position sensorless control method. In the fourth embodiment, this aspect will be described.

図8は本発明の実施の形態4における同期機の制御装置を示すブロック図であり、速度指令発生器70はタイマー31が出力する時刻に応じて回転速度指令を発生する。センサレス制御器71は、電流検出手段3から得た相電流iu、ivと速度指令発生器70から得た回転速度指令に基づいて同期機1の回転速度が前記回転速度指令に一致するような三相電圧指令を出力する。センサレス制御器71は、特願2001−518922号公報や特願2002−565151号公報などに記載の公知な手法で構成することができる。これらの手法ではd軸電流の軸ずれ分、同期機1の磁束はd軸に一致するようにその方向にトルクが発生することで、同期機の回転速度をω*に保つ制御よりも、安定性や応答性の高い制御性を行うことができる。スイッチ72は、タイマー31が出力する時刻に応じて三相電圧指令vu*、vv*、vw*として、前記座標変換器35から得た三相電圧指令か、センサレス制御器71から得た三相電圧指令のいずれかを選択し、PWM変調器36に出力する。具体的には第3の時刻t3以降の所定時刻として、第4の時刻t4を定義するとき、スイッチ72は、タイマー31が出力する時刻tが第4の時刻t4以前の場合は前記座標変換器35から得た三相電圧指令を選択して三相電圧指令vu*、vv*、vw*としてPWM変調器36に出力し、タイマー31が出力する時刻tが第4の時刻t4以降の場合はセンサレス制御器71から得た三相電圧指令を選択して三相電圧指令vu*、vv*、vw*としてPWM変調器36に出力する。
なお、本実施の形態における速度指令発生器70はタイマー31が出力する時刻に応じて回転速度指令を発生するものについて示したが、設定温度や外気温など時刻以外の要素に基づいて回転速度指令を発生するものについても同様であることは言うまでもない。
以上の構成により、第4の時刻t4以降は同期機1に対して公知の位置センサレス制御手法を利用するので、安定性や応答性の高い制御を行うことができる効果がある。
FIG. 8 is a block diagram showing a synchronous machine control apparatus according to Embodiment 4 of the present invention. A speed command generator 70 generates a rotational speed command according to the time output by the timer 31. Based on the phase currents iu and iv obtained from the current detection means 3 and the rotational speed command obtained from the speed command generator 70, the sensorless controller 71 is configured so that the rotational speed of the synchronous machine 1 matches the rotational speed command. Outputs phase voltage command. The sensorless controller 71 can be configured by a known method described in Japanese Patent Application No. 2001-518922 and Japanese Patent Application No. 2002-565151. In these methods, torque is generated in the direction so that the magnetic flux of the synchronous machine 1 coincides with the d-axis by the amount of the axis deviation of the d-axis current, which is more stable than the control for maintaining the rotational speed of the synchronous machine at ω *. Control with high performance and responsiveness can be performed. The switch 72 is either a three-phase voltage command obtained from the coordinate converter 35 or a three-phase voltage obtained from the sensorless controller 71 as a three-phase voltage command vu *, vv *, vw * according to the time output by the timer 31. One of the voltage commands is selected and output to the PWM modulator 36. Specifically, when the fourth time t4 is defined as a predetermined time after the third time t3, the switch 72 is configured such that when the time t output by the timer 31 is before the fourth time t4, the coordinate converter When the three-phase voltage command obtained from 35 is selected and output to the PWM modulator 36 as the three-phase voltage commands vu *, vv *, vw *, and the time t output by the timer 31 is after the fourth time t4 The three-phase voltage command obtained from the sensorless controller 71 is selected and output to the PWM modulator 36 as the three-phase voltage commands vu *, vv *, vw *.
Although the speed command generator 70 in the present embodiment has been described as generating a rotational speed command in accordance with the time output by the timer 31, the rotational speed command is based on factors other than the time such as the set temperature and the outside air temperature. It goes without saying that the same applies to those that generate.
With the above configuration, since a known position sensorless control method is used for the synchronous machine 1 after the fourth time t4, it is possible to perform control with high stability and responsiveness.

実施の形態5.
前記電力変換手段2は、例えば特開平5−137349号公報で公知のように、MOSFET、IGBTなどの絶縁ゲート入力を持つ半導体スイッチング素子を直流電源に対してブリッジ状に接続し、前記半導体スイッチング素子を駆動する駆動回路と、前記直流電源の負極側に接続された半導体スイッチング素子がオン状態の間に、前記直流電源の正極側に接続された半導体スイッチング素子の駆動回路の電源となるコンデンサを充電するチャージポンプ回路を設けた構成の電力変換手段を用いても良い。この実施の形態5では、この態様について説明する。
Embodiment 5 FIG.
For example, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-137349, the power conversion means 2 connects a semiconductor switching element having an insulated gate input, such as a MOSFET and an IGBT, in a bridge shape with respect to a DC power supply, and the semiconductor switching element And a capacitor serving as a power source for the driving circuit of the semiconductor switching element connected to the positive side of the DC power supply while the semiconductor switching element connected to the negative side of the DC power supply is in an ON state. A power conversion unit having a charge pump circuit may be used. In this fifth embodiment, this aspect will be described.

図9は電力変換手段2dの内部構成を示す図である。図において電力変換手段2dは直流電源90の直流電圧をU相、V相、W相の交流電圧に電力変換している。直流電源91は、直流電源90に対してブリッジ状に接続した半導体スイッチング素子92〜97のうち、負極側に接続された半導体スイッチング素子93、95、97の駆動回路の電源となる。また、直流電源90の正極側に接続された半導体スイッチング素子92、94、96の駆動回路の電源は、それぞれコンデンサ98、99、100を用いる。U相チャージポンプ回路は直流電源91、ダイオード101、コンデンサ98、半導体スイッチング素子93から構成される。同様に、V相チャージポンプ回路は直流電源91、ダイオード102、コンデンサ99、半導体スイッチング素子95から構成され、W相チャージポンプ回路は直流電源91、ダイオード103、コンデンサ100、半導体スイッチング素子97から構成される。NOR回路104は論理信号である遮断信号がオフ(Low)且つ論理信号である三相電圧指令vu0*がLowの場合はHiを、それ以外の場合はLowを出力する。同様にNOR回路105は論理信号である遮断信号がオフ(Low)且つ論理信号である三相電圧指令vv0*がLowの場合はHiを、それ以外の場合はLowを出力し、NOR回路106は論理信号である遮断信号がオフ(Low)且つ論理信号である三相電圧指令vw0*がLowの場合はHiを、それ以外の場合はLowを出力する。AND回路107は論理信号である遮断信号がオフ(Low)且つ論理信号である三相電圧指令vu0*がHiの場合はHiを、それ以外の場合はLowを出力する。同様にAND回路108は論理信号である遮断信号がオフ(Low)且つ論理信号である三相電圧指令vv0*がHiの場合はHiを、それ以外の場合はLowを出力し、AND回路109は論理信号である遮断信号がオフ(Low)且つ論理信号である三相電圧指令vw0*がHiの場合はHiを、それ以外の場合はLowを出力する。この構成により、遮断信号がオン(Hi)の場合、半導体スイッチング素子92〜97に入力される論理信号はすべてオフとなる。半導体スイッチング素子92〜97は入力された論理信号がHiの場合はオン、Lowの場合はOFFの動作をする。U相チャージポンプ回路は、半導体スイッチング素子93がオンした場合に直流電源91からコンデンサ98を充電することができる。同様にV相チャージポンプ回路は、半導体スイッチング素子95がオンした場合に直流電源91からコンデンサ99を充電することができ、W相チャージポンプ回路は、半導体スイッチング素子97がオンした場合に直流電源91からコンデンサ100を充電することができる。この構成を用いると、直流電源の正極側に接続されたスイッチング素子の駆動回路の電源をコンデンサで実現できるので、電力変換手段のコストを安価にすることができる効果がある。   FIG. 9 is a diagram showing an internal configuration of the power conversion means 2d. In the figure, the power conversion means 2d converts the DC voltage of the DC power supply 90 into U-phase, V-phase, and W-phase AC voltages. The DC power supply 91 is a power supply for the drive circuit of the semiconductor switching elements 93, 95, and 97 connected to the negative electrode side among the semiconductor switching elements 92 to 97 connected in a bridge shape to the DC power supply 90. Further, capacitors 98, 99, and 100 are used as power sources for the drive circuits of the semiconductor switching elements 92, 94, and 96 connected to the positive electrode side of the DC power source 90, respectively. The U-phase charge pump circuit includes a DC power supply 91, a diode 101, a capacitor 98, and a semiconductor switching element 93. Similarly, the V-phase charge pump circuit includes a DC power supply 91, a diode 102, a capacitor 99, and a semiconductor switching element 95, and the W-phase charge pump circuit includes a DC power supply 91, a diode 103, a capacitor 100, and a semiconductor switching element 97. The The NOR circuit 104 outputs Hi when the cutoff signal, which is a logic signal, is OFF (Low) and the three-phase voltage command vu0 *, which is a logic signal, is Low, and otherwise outputs Low. Similarly, the NOR circuit 105 outputs Hi when the cutoff signal, which is a logic signal, is off (Low) and the three-phase voltage command vv0 *, which is a logic signal, is Low, otherwise, the NOR circuit 106 outputs Low. When the cutoff signal, which is a logic signal, is OFF (Low) and the three-phase voltage command vw0 *, which is a logic signal, is Low, Hi is output, and otherwise, Low is output. The AND circuit 107 outputs Hi when the cutoff signal, which is a logical signal, is off (Low) and the three-phase voltage command vu0 *, which is a logical signal, is Hi, and otherwise outputs Low. Similarly, the AND circuit 108 outputs Hi when the cutoff signal, which is a logic signal, is off (Low) and the three-phase voltage command vv0 *, which is a logic signal, is Hi, and otherwise outputs Low, and the AND circuit 109 When the cutoff signal, which is a logical signal, is OFF (Low) and the three-phase voltage command vw0 *, which is a logical signal, is Hi, Hi is output, and otherwise, Low is output. With this configuration, when the cutoff signal is on (Hi), all the logic signals input to the semiconductor switching elements 92 to 97 are turned off. The semiconductor switching elements 92 to 97 are turned on when the input logic signal is Hi and turned off when it is Low. The U-phase charge pump circuit can charge the capacitor 98 from the DC power supply 91 when the semiconductor switching element 93 is turned on. Similarly, the V-phase charge pump circuit can charge the capacitor 99 from the DC power supply 91 when the semiconductor switching element 95 is turned on, and the W-phase charge pump circuit is connected to the DC power supply 91 when the semiconductor switching element 97 is turned on. From this, the capacitor 100 can be charged. If this configuration is used, the power source of the drive circuit for the switching element connected to the positive electrode side of the DC power source can be realized by a capacitor, so that the cost of the power conversion means can be reduced.

ここで、前記電圧指令演算手段が、起動時刻から第1の時刻までの間、直流電源90の負極側に接続された半導体スイッチング素子93,95,97を少なくとも1回、オン短絡するような電圧指令vu0*,vv0*,vw0*を出力すると、各相チャージポンプ回路によってコンデンサ98,99,100が充電され、波形出力開始時に下アーム(半導体スイッチング素子93,95,97)または上アーム(半導体スイッチング素子92,94,96)のいずれのオン信号を先に与えても、与えられた電圧指令通りに電力変換手段2dが動作し、半導体スイッチング素子をオン/オフさせることができ、第2の時刻t2以降も乱れのない電圧波形を出力することができる効果が得られる。特に半導体スイッチング素子93,95,97を同時にオンする場合は、同期機1のU相−V相−W相の間を短絡するとともに、各相チャージポンプ回路のコンデンサ98,99,100を充電することができる。前記実施の形態に記載したように電圧指令演算手段は、起動時刻から第1の時刻までの間、少なくとも1回、半導体スイッチング素子93,95,97が同時にオンするような電圧指令を出力すると、同期機1を短絡させる動作で各相チャージポンプ回路のコンデンサ98,99,100を充電する動作を兼ねることができるので、効率よく起動できる。   Here, a voltage that causes the voltage command calculation means to short-circuit the semiconductor switching elements 93, 95, and 97 connected to the negative electrode side of the DC power supply 90 at least once from the start time to the first time. When the commands vu0 *, vv0 *, and vw0 * are output, the capacitors 98, 99, and 100 are charged by the charge pump circuits of each phase, and when the waveform output starts, the lower arm (semiconductor switching elements 93, 95, and 97) or the upper arm (semiconductor) Even if any of the ON signals of the switching elements 92, 94, 96) is given first, the power conversion means 2d operates in accordance with the given voltage command, and the semiconductor switching elements can be turned on / off. Even after time t2, an effect of outputting a voltage waveform without disturbance is obtained. In particular, when the semiconductor switching elements 93, 95, and 97 are simultaneously turned on, the U-phase, V-phase, and W-phase of the synchronous machine 1 are short-circuited and the capacitors 98, 99, and 100 of each phase charge pump circuit are charged. be able to. As described in the above embodiment, the voltage command calculation means outputs a voltage command such that the semiconductor switching elements 93, 95, and 97 are simultaneously turned on at least once from the start time to the first time. Since the operation of short-circuiting the synchronous machine 1 can also serve as the operation of charging the capacitors 98, 99, 100 of each phase charge pump circuit, it can be started up efficiently.

このように構成した電力変換手段2dを前記実施の形態4に適用したときの流れ図が図10である。なお、この実施の形態5では図8における電力変換手段2を前記電力変換手段2dに置き換えたものが用いられる。また、この構成において、電圧指令演算手段6cの各機能をマイクロコンピュータにより実現することも可能であり、この場合には、図示しないCPUが図示しないROM内に搭載された各機能に対応するソフトウェアを図示しないメモリ上に読み出して個別に実行することで各機能が所定のタイミングで実現される。以下、実施の形態5について図8〜図10を参照して説明する。図10は同期機1が空転している状態(S101)から説明を始めている。起動時刻(時刻0)から起動開始する(S102)。遮断信号発生手段5は遮断信号をオフし、電圧指令演算手段6cは短絡ベクトル発生器37の出力を電圧指令として出力し、電力変換手段2dは遮断状態を解除して直流電源の負極側に接続された半導体スイッチング素子をオン短絡する(S103)。S103の動作により、電力変換手段2dのチャージポンプ回路のコンデンサ充電ができる(S104)。このとき、電流振幅記憶手段4bは電流検出手段3から得た検出電流から相電流実効値を演算し、電流振幅最大値を保持する(S105)。   FIG. 10 is a flowchart when the power conversion means 2d configured as described above is applied to the fourth embodiment. In the fifth embodiment, the power conversion means 2 in FIG. 8 is replaced with the power conversion means 2d. In this configuration, each function of the voltage command calculation means 6c can be realized by a microcomputer. In this case, a CPU (not shown) installs software corresponding to each function installed in a ROM (not shown). Each function is realized at a predetermined timing by reading it onto a memory (not shown) and executing it individually. The fifth embodiment will be described below with reference to FIGS. FIG. 10 starts the description from the state where the synchronous machine 1 is idling (S101). The activation starts from the activation time (time 0) (S102). The shut-off signal generating means 5 turns off the shut-off signal, the voltage command calculating means 6c outputs the output of the short-circuit vector generator 37 as a voltage command, and the power conversion means 2d releases the shut-off state and is connected to the negative side of the DC power supply. The formed semiconductor switching element is short-circuited on (S103). By the operation of S103, the capacitor of the charge pump circuit of the power conversion means 2d can be charged (S104). At this time, the current amplitude storage means 4b calculates the phase current effective value from the detected current obtained from the current detection means 3, and holds the current amplitude maximum value (S105).

時刻tが第1の時刻t1に到達していない場合(S106)は、遮断信号発生手段5は遮断信号を所定時間オンし、電力変換手段2dを遮断状態にすることで、一旦、同期機1に発生する短絡電流を零にし(S107)、その後、電力変換手段2dは遮断状態を解除して短絡する動作を繰り返す(S103)。   When the time t has not reached the first time t1 (S106), the shut-off signal generating means 5 turns on the shut-off signal for a predetermined time and puts the power conversion means 2d in the shut-off state, thereby once the synchronous machine 1 (S107), after that, the power conversion means 2d repeats the operation of releasing the cutoff state and short-circuiting (S103).

時刻tが第1の時刻t1に到達した場合(S106)は、遮断信号発生手段5は遮断信号をオンし、電力変換手段2dを遮断状態にする(S108)。電流振幅記憶手段4bが保持している電流振幅最大値が所定値よりも大きい場合(S109)には、電力変換手段2dの過電流や過電圧から保護するために、起動処理を中止する(S110)。起動処理状態になって、所定の時間が過ぎた場合は、S102の処理から動作を始めてもよい。   When the time t has reached the first time t1 (S106), the cutoff signal generating means 5 turns on the cutoff signal and puts the power conversion means 2d in the cutoff state (S108). When the maximum current amplitude value held by the current amplitude storage unit 4b is larger than a predetermined value (S109), the start-up process is stopped in order to protect the power conversion unit 2d from overcurrent and overvoltage (S110). . If the predetermined time has passed after entering the activation processing state, the operation may be started from the processing of S102.

電流振幅記憶手段4bが保持している電流振幅最大値が所定値よりも小さい場合(S109)、時刻tが第2の時刻t2に到達する(S111)と、遮断信号発生手段5の遮断信号をオフする(S112)。遮断信号をオフすると電力変換手段2dは電圧指令演算手段6cが出力する電圧指令が更新されるまで初期値電圧を発生する。この初期値電圧はゼロであっても良いし、最大誘起電圧に対して十分小さい範囲であれば所定の値でも良い。例えば、同期機1の最大誘起電圧が200Vの場合、各相の初期値電圧の選び方は−2〜+2Vとなるような範囲で選択しておけば良い。そして、電流検出手段3は電流を検出し(S113)、電圧指令演算手段6cは該電流が零になるように電圧指令を出力(S114)するとともに、位相演算器34は同期機1の磁束位相とd−q軸のd軸が一致する位相θを演算する(S115)。
時刻tが第3の時刻t3に到達していない場合(S116)、電圧指令演算手段6cは、電流が零になるように電圧指令を出力し続けるとともに前記位相θの演算をする。
When the current amplitude maximum value held by the current amplitude storage means 4b is smaller than a predetermined value (S109), when the time t reaches the second time t2 (S111), the cutoff signal of the cutoff signal generating means 5 is Turn off (S112). When the cut-off signal is turned off, the power conversion means 2d generates the initial value voltage until the voltage command output from the voltage command calculation means 6c is updated. This initial value voltage may be zero, or may be a predetermined value as long as it is in a sufficiently small range with respect to the maximum induced voltage. For example, when the maximum induced voltage of the synchronous machine 1 is 200V, the initial value voltage for each phase may be selected in a range of −2 to + 2V. The current detection means 3 detects the current (S113), the voltage command calculation means 6c outputs a voltage command so that the current becomes zero (S114), and the phase calculator 34 detects the magnetic flux phase of the synchronous machine 1. And the phase θ where the d-axis of the dq axis coincides with each other (S115).
When the time t has not reached the third time t3 (S116), the voltage command calculation means 6c continues to output the voltage command so that the current becomes zero and calculates the phase θ.

時刻tが第3の時刻t3に到達した場合(S116)、電流指令発生器32は、q軸電流指令iq*を零に保ちながらd軸電流指令id*を零から所定値に変更し(S117)、位相演算器34内部のスイッチ46が出力する角周波数ωを予め設定した角周波数ω*に時定数T0で変化させる(S118)と、空転している同期機1の回転数もこれに同期して角周波数ω*で回転する。時刻tが第4の時刻t4に到達する(S119)と、電圧指令演算手段6cはセンサレス制御手段71が演算する三相電圧指令を出力する(S120)。   When the time t reaches the third time t3 (S116), the current command generator 32 changes the d-axis current command id * from zero to a predetermined value while keeping the q-axis current command iq * at zero (S117). ) When the angular frequency ω output from the switch 46 in the phase calculator 34 is changed to the preset angular frequency ω * with a time constant T0 (S118), the rotational speed of the idler 1 is also synchronized with this. And rotate at an angular frequency ω *. When the time t reaches the fourth time t4 (S119), the voltage command calculation means 6c outputs a three-phase voltage command calculated by the sensorless control means 71 (S120).

この一連の動作に示すように、「チャージポンプ回路のコンデンサ充電」と「同期機が空転状態であって、所定の速度より大きいか否かの判断」を起動時刻から前記第1の時刻までの短絡動作によって同時に行うことができるので、「チャージポンプ回路のコンデンサ充電」のための短絡と「同期機がフリーラン状態であって、所定の速度より大きいか否かの判断」のための短絡を別々に行うよりも、起動処理時間を短縮できる効果がある。   As shown in this series of operations, "charge pump circuit capacitor charging" and "determination of whether the synchronous machine is idling and greater than a predetermined speed" from the start time to the first time. Since it can be performed simultaneously by a short-circuit operation, a short-circuit for “charge pump circuit capacitor charging” and a short-circuit for “determination of whether the synchronous machine is in a free-run state and is greater than a predetermined speed” are performed. There is an effect that the start-up processing time can be shortened rather than separately.

また、電力変換手段2dの構成を用いると、直流電源の正極側に接続された半導体スイッチング素子の駆動回路の電源をコンデンサで実現できるので、電力変換手段のコストを安価にすることができる効果がある。   Further, if the configuration of the power conversion means 2d is used, the power source of the drive circuit of the semiconductor switching element connected to the positive electrode side of the DC power supply can be realized with a capacitor, so that the cost of the power conversion means can be reduced. is there.

また、前記電圧指令演算手段6cは、起動時刻から第1の時刻までの間、直流電源の負極側に接続された複数の半導体スイッチング素子を少なくとも1回、オン短絡するような電圧指令を出力することによって、チャージポンプ回路のコンデンサが順次に充電され、時刻t2以降の波形出力開始時に下アームまたは上アームのいずれのオン信号を先に与えても、与えられた電圧指令通りに電力変換手段2が動作し、第2の時刻t2以降も半導体スイッチング素子をオン/オフさせることができ、第2の時刻t2以降も乱れのない電圧波形を出力することができる効果がある。   Further, the voltage command calculation means 6c outputs a voltage command that short-circuits the plurality of semiconductor switching elements connected to the negative electrode side of the DC power supply at least once from the start time to the first time. As a result, the capacitors of the charge pump circuit are sequentially charged, and the power conversion means 2 according to the given voltage command regardless of whether the lower arm or the upper arm is turned on at the start of waveform output after time t2. The semiconductor switching element can be turned on / off even after the second time t2, and an undistorted voltage waveform can be output after the second time t2.

実施の形態6.
前記実施の形態5においては、電力変換手段に設けたチャージポンプ回路によって、起動時刻から第1の時刻までの間、少なくとも1回、前記直流電源90の負極側に接続された半導体スイッチング素子がオン状態の間に、前記直流電源90の正極側に接続された半導体スイッチング素子の駆動回路の電源となるコンデンサを充電する。このとき、前記直流電源90の負極側に接続された半導体スイッチング素子93,95,97の3つを同時にオンしていたので、前記直流電源91は前記コンデンサ98、99、100の3つを同時に充電する必要があり、そのときに多大な電流が発生する。その結果、直流電源91の正極側と各相チャージポンプ回路を結ぶ配線を十分な太さにする必要があった。また、該配線を十分な太さにできない場合、この配線抵抗が大きくなり、コンデンサ98、99、100の3つを同時に充電したときの電流によって損失が発生する問題があった。また、前記直流電源91は前記コンデンサ98、99、100の3つを同時に充電するだけの電源容量が必要であった。或いは、前記直流電源91の電流容量が大きくならないように突入電流防止のための抵抗を前記配線に挿入する必要があり、抵抗設置のためのコストやスペース及び抵抗で消費する損失について課題があった。
Embodiment 6 FIG.
In the fifth embodiment, the semiconductor switching element connected to the negative electrode side of the DC power supply 90 is turned on at least once from the start time to the first time by the charge pump circuit provided in the power conversion means. During the state, the capacitor serving as the power source of the driving circuit of the semiconductor switching element connected to the positive electrode side of the DC power source 90 is charged. At this time, since the three semiconductor switching elements 93, 95, and 97 connected to the negative electrode side of the DC power supply 90 were simultaneously turned on, the DC power supply 91 simultaneously connected the three capacitors 98, 99, and 100. A large amount of current is generated at that time. As a result, the wiring connecting the positive electrode side of the DC power supply 91 and each phase charge pump circuit has to be made sufficiently thick. Further, when the wiring cannot be made sufficiently thick, the wiring resistance increases, and there is a problem that loss occurs due to current when the capacitors 98, 99, and 100 are charged simultaneously. Further, the DC power supply 91 needs to have a power capacity sufficient to charge the capacitors 98, 99, and 100 simultaneously. Alternatively, it is necessary to insert a resistor for preventing an inrush current into the wiring so that the current capacity of the DC power supply 91 does not increase, and there is a problem regarding the cost for installing the resistor, the space, and the loss consumed by the resistor. .

そこで、起動時刻から第1の時刻までの間、前記直流電源90の負極側に接続された3つの半導体スイッチング素子のうち1つだけがオンするような電圧指令を少なくとも3回出力するようにして、各相チャージポンプ回路にそれぞれ接続されたコンデンサ98、99、100を1つずつ、別々に充電するようにしても良い。そこで、本実施の形態6では、前記実施の形態における遮断信号発生手段をU相、V相、W相のそれぞれに対して遮断信号を出力する遮断信号発生手段に置換するとともに、電力変換手段をU相、V相、W相のそれぞれに対して得た該遮断信号発生手段の遮断信号に応じてU相、V相、W相のそれぞれを独立に遮断できるようにすることによって、前記コンデンサ98、99、100を1つずつ、別々に充電する。   Therefore, a voltage command is output at least three times so that only one of the three semiconductor switching elements connected to the negative electrode side of the DC power supply 90 is turned on from the start time to the first time. The capacitors 98, 99, and 100 respectively connected to the respective phase charge pump circuits may be charged separately one by one. Therefore, in the sixth embodiment, the interruption signal generating means in the above embodiment is replaced with an interruption signal generating means that outputs an interruption signal for each of the U phase, the V phase, and the W phase, and the power conversion means is changed. The capacitor 98 is configured such that each of the U phase, the V phase, and the W phase can be independently blocked according to the cutoff signal of the cutoff signal generating means obtained for each of the U phase, the V phase, and the W phase. , 99, 100 are charged separately one by one.

図11は、本実施の形態における同期機の制御装置を含む全体構成を示すブロック図である。遮断信号発生手段5eは、U相、V相、W相のそれぞれに対して遮断信号xu,xv,xwを出力する。遮断信号発生手段5eにおいて、タイマー20は起動時刻を零として、現在の時刻を出力し、遮断信号選択器21eはタイマー20の時刻と電流振幅記憶手段4bから得た「最大電流振幅」に基づいて、遮断信号xu,xv,xwのそれぞれに対してオンまたはオフを選択して出力する。
電力変換手段2eは、前記遮断信号xu,xv,xwのそれぞれに応じて、U相、V相、W相を独立に遮断する。図12は電力変換手段2eの内部構成を示す図であり、論理回路104eは、遮断信号xuがオンの場合、U相電圧指令vu0*の値に係わらず、半導体スイッチング素子93がオフになるような信号を出力するとともに、遮断信号xuがオフの場合、vu0*の論理否定を出力する。同様に、論理回路105eは、遮断信号xvがオンの場合、V相電圧指令vv0*の値に係わらず、半導体スイッチング素子95がオフになるような信号を出力するとともに、遮断信号xvがオフの場合、vv0*の論理否定を出力する。
論理回路106eは、遮断信号xwがオンの場合、W相電圧指令vw0*の値に係わらず、半導体スイッチング素子97がオフになるような信号を出力するとともに、遮断信号xwがオフの場合、vw0*の論理否定を出力する。論理回路107eは、遮断信号xuがオンの場合、U相電圧指令vu0*の値に係わらず、半導体スイッチング素子92がオフになるような信号を出力するとともに、遮断信号xuがオフの場合、vu0*の値を出力する。同様に、論理回路108eは、遮断信号xvがオンの場合、V相電圧指令vv0*の値に係わらず、半導体スイッチング素子94がオフになるような信号を出力するとともに、遮断信号xvがオフの場合、vv0*の値を出力する。論理回路109eは、遮断信号xwがオンの場合、W相電圧指令vw0*の値に係わらず、半導体スイッチング素子96がオフになるような信号を出力するとともに、遮断信号xwがオフの場合、vw0*の値を出力する。また、図9と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。
FIG. 11 is a block diagram showing an overall configuration including a control device for a synchronous machine in the present embodiment. The cutoff signal generating means 5e outputs cutoff signals xu, xv, xw for the U phase, V phase, and W phase, respectively. In the cutoff signal generating means 5e, the timer 20 outputs the current time with the start time set to zero, and the cutoff signal selector 21e is based on the time of the timer 20 and the “maximum current amplitude” obtained from the current amplitude storage means 4b. Then, on or off is selected for each of the cutoff signals xu, xv, xw and output.
The power conversion means 2e independently shuts off the U phase, the V phase, and the W phase according to the shut-off signals xu, xv, and xw. FIG. 12 is a diagram showing the internal configuration of the power conversion means 2e. The logic circuit 104e allows the semiconductor switching element 93 to turn off regardless of the value of the U-phase voltage command vu0 * when the cutoff signal xu is on. When the cutoff signal xu is off, a logical negation of vu0 * is output. Similarly, when the interruption signal xv is on, the logic circuit 105e outputs a signal that turns off the semiconductor switching element 95 regardless of the value of the V-phase voltage command vv0 *, and the interruption signal xv is off. Output a logical negation of vv0 *.
The logic circuit 106e outputs a signal that turns off the semiconductor switching element 97 regardless of the value of the W-phase voltage command vw0 * when the cutoff signal xw is on, and vw0 when the cutoff signal xw is off. Output a logical negation of *. The logic circuit 107e outputs a signal that turns off the semiconductor switching element 92 regardless of the value of the U-phase voltage command vu0 * when the cutoff signal xu is on, and vu0 when the cutoff signal xu is off. Outputs the value of *. Similarly, when the cutoff signal xv is on, the logic circuit 108e outputs a signal that turns off the semiconductor switching element 94 regardless of the value of the V-phase voltage command vv0 *, and the cutoff signal xv is off. Output the value of vv0 *. The logic circuit 109e outputs a signal that turns off the semiconductor switching element 96 regardless of the value of the W-phase voltage command vw0 * when the cutoff signal xw is on, and vw0 when the cutoff signal xw is off. Outputs the value of *. Moreover, what attached | subjected the code | symbol same as FIG. 9 is the same or it corresponds to this.

図13は、タイマー20から得た時刻が起動時刻から第1の時刻t1の期間における遮断信号選択器21eが出力する遮断信号xu, xv, xwと、同期機1の三相電流iu, iv, iwの関係を示す図である。この図を用いて遮断信号選択器21eの動作について詳述する。図13において、時刻t10〜t18はそれぞれ起動時刻から第1の時刻t1の期間の時刻であり、起動時刻から第1の時刻t1の期間、前記短絡ベクトル発生器37は電力変換手段2eの各相が選択するために、「三相ともLow」の組合せで三相電圧指令vu0*,vv0*,vw0*を出力している。時刻t10から100μsの期間、遮断信号xuをオフ、xv, xwをオンすると電力変換手段2eの半導体スイッチング素子93だけがオンし、それ以外の半導体スイッチング素子はオフする。同期機1が停止している場合は、半導体スイッチング素子93だけをオンしても三相電流iu,iv,iwは発生しない。また、同期機1が空転状態であっても三相電流iu,iv,iwが発生する場合もあれば、発生しない場合もある。図13は、同期機1が空転状態の場合であるが、半導体スイッチング素子93だけをオンしても三相電流iu,iv,iwが発生しない例を示している。時刻t10から100μsが経過すると、遮断信号選択器21eは遮断信号xu, xv, xwのすべてをオンする。   FIG. 13 shows the cutoff signals xu, xv, xw output from the cutoff signal selector 21e during the period from the start time to the first time t1 from the start time, and the three-phase currents iu, iv, It is a figure which shows the relationship of iw. The operation of the cutoff signal selector 21e will be described in detail with reference to this figure. In FIG. 13, times t10 to t18 are times from the start time to the first time t1, and during the period from the start time to the first time t1, the short-circuit vector generator 37 is connected to each phase of the power conversion means 2e. Therefore, the three-phase voltage commands vu0 *, vv0 *, and vw0 * are output in the combination of “Low for all three phases”. When the cutoff signal xu is turned off and xv and xw are turned on for a period of 100 μs from time t10, only the semiconductor switching element 93 of the power conversion means 2e is turned on, and the other semiconductor switching elements are turned off. When the synchronous machine 1 is stopped, the three-phase currents iu, iv and iw are not generated even if only the semiconductor switching element 93 is turned on. Further, even when the synchronous machine 1 is idling, the three-phase currents iu, iv, iw may be generated or may not be generated. FIG. 13 shows an example in which the synchronous machine 1 is in the idling state, but the three-phase currents iu, iv, iw are not generated even if only the semiconductor switching element 93 is turned on. When 100 μs elapses from time t10, the cutoff signal selector 21e turns on all of the cutoff signals xu, xv, xw.

続いて、時刻t11から100μsの期間、遮断信号xvをオフ、xu, xwをオンすると電力変換手段2eの半導体スイッチング素子95だけがオンし、それ以外の半導体スイッチング素子はオフする。時刻t10の時と同様に、半導体スイッチング素子95だけをオンした場合、同期機1が空転状態であっても三相電流iu,iv,iwが発生することもあれば、発生しない場合もある。この例では、半導体スイッチング素子95だけをオンしたにも係わらず、iu,iv,iwの三相それぞれに電流が発生している。このとき、電流振幅記憶手段4b内部のゲイン演算器63が出力する電流振幅は図13の下段のようになる。時刻t11から100μsが経過すると、遮断信号選択器21eは遮断信号xu, xv, xwのすべてをオンする。
続いて、時刻t12から100μsの期間、遮断信号xwをオフ、xu, xvをオンすると電力変換手段2eの半導体スイッチング素子97だけがオンし、それ以外の半導体スイッチング素子はオフする。時刻t10の時と同様に、半導体スイッチング素子97だけをオンした場合、同期機1が空転状態であっても三相電流iu,iv,iwが発生することもあれば、発生しない場合もある。この例では、半導体スイッチング素子97だけをオンしたにも係わらず、iu,iv,iwの三相それぞれに電流が発生している。このとき、電流振幅記憶手段4b内部のゲイン演算器63が出力する電流振幅は図13の下段のようになり、半導体スイッチング素子95だけをオンしたときよりも電流振幅は小さい。時刻t12から100μsが経過すると、遮断信号選択器21eは遮断信号xu, xv, xwのすべてをオンする。この一連の動作の繰り返しをt13〜t18にかけて行う。電流振幅記憶手段4bは起動時刻から第1の時刻t1の期間における電流振幅最大値を出力するので、図13の場合、時刻t11、t14、t17のいずれかから100μs経過後の値を出力することになる。
Subsequently, when the cutoff signal xv is turned off and xu and xw are turned on for a period of 100 μs from time t11, only the semiconductor switching element 95 of the power conversion means 2e is turned on, and the other semiconductor switching elements are turned off. Similarly to the time t10, when only the semiconductor switching element 95 is turned on, the three-phase currents iu, iv, iw may or may not be generated even when the synchronous machine 1 is idle. In this example, although only the semiconductor switching element 95 is turned on, current is generated in each of the three phases iu, iv, and iw. At this time, the current amplitude output from the gain calculator 63 in the current amplitude storage means 4b is as shown in the lower part of FIG. When 100 μs elapses from time t11, the cutoff signal selector 21e turns on all of the cutoff signals xu, xv, xw.
Subsequently, when the cutoff signal xw is turned off and xu and xv are turned on for a period of 100 μs from time t12, only the semiconductor switching element 97 of the power conversion means 2e is turned on, and the other semiconductor switching elements are turned off. Similarly to the time t10, when only the semiconductor switching element 97 is turned on, the three-phase currents iu, iv, iw may or may not be generated even when the synchronous machine 1 is idling. In this example, although only the semiconductor switching element 97 is turned on, current is generated in each of the three phases iu, iv, and iw. At this time, the current amplitude output from the gain calculator 63 in the current amplitude storage means 4b is as shown in the lower part of FIG. 13, and the current amplitude is smaller than when only the semiconductor switching element 95 is turned on. When 100 μs elapses from time t12, the cutoff signal selector 21e turns on all of the cutoff signals xu, xv, xw. This series of operations is repeated from t13 to t18. Since the current amplitude storage means 4b outputs the maximum value of current amplitude in the period from the start time to the first time t1, in the case of FIG. 13, the value after 100 μs has elapsed from any of the times t11, t14, and t17. become.

図14は前記時刻t10,t11,t12における動作を繰り返し実施した時の同期機1の相電圧と電流振幅記憶手段4b内部のゲイン演算器63が出力する電流振幅の関係を示す図である。図において、上段は相電圧を、下段は電流振幅を表しており、共に横軸は同時刻を表している。図14では、同期機1がある速度で空転している場合の様子を示しているが、空転速度が異なると、図14の波形の周期や大きさは異なるものの、相似形となる。図14を見て分かるように、ゲイン演算器63が出力する電流振幅の最大値は時刻1.0msから時刻2.2msにかけて最大の0.2Aよりも減少することがある。最大となる相電圧の絶対値よりも最小となる相電圧の絶対値の方が大きくなる区間で電流振幅の最大値は0.2Aよりも減少しているが、このような区間は相電圧の1/6周期毎に存在する。換言すると、相電圧の1周期に対して1/6倍以上の期間、前記時刻t10,t11,t12における動作を繰り返し実施すれば、電流振幅は相電圧の位相に係わらず、空転速度によって一意に定まる電流振幅を得ることができる。この方法によって得られた電流振幅は空転速度に比例し、その値は、前記実施の形態5における電流振幅記憶手段4bが出力する値と同じになる。   FIG. 14 is a diagram showing the relationship between the phase voltage of the synchronous machine 1 and the current amplitude output from the gain calculator 63 in the current amplitude storage means 4b when the operations at the times t10, t11, and t12 are repeatedly performed. In the figure, the upper part represents the phase voltage, the lower part represents the current amplitude, and the horizontal axis represents the same time. FIG. 14 shows a state in which the synchronous machine 1 is idling at a certain speed. However, if the idling speed is different, the period and size of the waveform in FIG. As can be seen from FIG. 14, the maximum value of the current amplitude output by the gain calculator 63 may decrease from the maximum of 0.2 A from time 1.0 ms to time 2.2 ms. While the absolute value of the minimum phase voltage is larger than the absolute value of the maximum phase voltage, the maximum value of the current amplitude is less than 0.2A. Exists every 1/6 cycle. In other words, if the operation at the times t10, t11, t12 is repeated for a period of 1/6 times or more with respect to one cycle of the phase voltage, the current amplitude is uniquely determined by the idling speed regardless of the phase of the phase voltage. A fixed current amplitude can be obtained. The current amplitude obtained by this method is proportional to the idling speed, and the value thereof is the same as the value output by the current amplitude storage means 4b in the fifth embodiment.

本実施の形態6における同期機の制御装置では、図15に示す流れ図に基づいて動作を行う。図15は同期機1が空転している状態(S201)から説明を始めている。起動時刻から起動開始する(S202)。現在の時刻tに100μsec加算した値を変数txとして記憶する(S203)。本実施の形態では変数txは時刻tに100μsecを加算した値としたが、この100μsecという値は同期機1の電気的定数や定格速度、あるいは電力変換手段2eの定格容量などを勘案した値であっても良い。以下、図15に記載している100μsecや200μsecという値についても同様である。遮断信号発生手段5eは遮断信号xuをオフするとともに、スイッチ38はタイマー31から得た時刻に基づいて短絡ベクトル発生器37の出力を選択する。この動作によって、電力変換手段2eの半導体スイッチング素子93だけがオンし、それ以外の半導体スイッチング素子はオフの状態になる。その結果、電力変換手段2eのU相が遮断解除となり、直流電源負極側U相半導体スイッチング素子が短絡となる(S204)。これによりコンデンサ98が充電され、U相チャージポンプ充電動作が行われる(S205)。このとき、電流振幅記憶手段4bは電流検出手段3から得た検出電流から相電流実効値を演算し、電流振幅最大値を保持する(S206)。この段階で現在の時刻が前記変数txよりも小さければ(S207でNo)、S204からS206までの一連の動作を繰り返す。また、この段階で現在の時刻tが前記変数txよりも大きければ(S207でYes)、遮断信号発生手段5eは遮断信号xuをオンすることにより、電力変換手段2eの半導体スイッチング素子93はオフとなり、電力変換手段2eの半導体スイッチング素子92〜97はいずれもオフの状態になる(S208)。現在の時刻が前記変数txに200μsec加算した値よりも大きくなるまでこの状態を維持する(S209)。   The synchronous machine control apparatus according to the sixth embodiment operates based on the flowchart shown in FIG. FIG. 15 starts the description from a state where the synchronous machine 1 is idling (S201). Start-up starts from the start time (S202). A value obtained by adding 100 μsec to the current time t is stored as a variable tx (S203). In the present embodiment, the variable tx is a value obtained by adding 100 μsec to the time t, but this value of 100 μsec is a value that takes into account the electrical constant and rated speed of the synchronous machine 1 or the rated capacity of the power conversion means 2e. There may be. The same applies to the values of 100 μsec and 200 μsec described in FIG. The cutoff signal generator 5e turns off the cutoff signal xu, and the switch 38 selects the output of the short-circuit vector generator 37 based on the time obtained from the timer 31. By this operation, only the semiconductor switching element 93 of the power conversion means 2e is turned on, and the other semiconductor switching elements are turned off. As a result, the U phase of the power conversion means 2e is released from the cutoff, and the DC power supply negative electrode side U phase semiconductor switching element is short-circuited (S204). Thereby, the capacitor 98 is charged, and the U-phase charge pump charging operation is performed (S205). At this time, the current amplitude storage means 4b calculates the phase current effective value from the detected current obtained from the current detection means 3, and holds the current amplitude maximum value (S206). If the current time is smaller than the variable tx at this stage (No in S207), a series of operations from S204 to S206 is repeated. At this stage, if the current time t is greater than the variable tx (Yes in S207), the cutoff signal generation means 5e turns on the cutoff signal xu, thereby turning off the semiconductor switching element 93 of the power conversion means 2e. The semiconductor switching elements 92 to 97 of the power conversion means 2e are all turned off (S208). This state is maintained until the current time becomes larger than the value obtained by adding 200 μsec to the variable tx (S209).

現在の時刻が前記変数txに100μsec加算した値よりも大きくなったら、変数txを現在の時刻tに100μsec加算した値を更新する(S210)。遮断信号発生手段5eは遮断信号xvをオフする。このとき、スイッチ38はタイマー31から得た時刻に基づいて短絡ベクトル発生器37の出力選択を維持している。この動作によって、電力変換手段2eの半導体スイッチング素子95だけがオンし、それ以外の半導体スイッチング素子はオフの状態になる。その結果、電力変換手段2eのV相が遮断解除となり、直流電源負極側V相半導体スイッチング素子が短絡となる(S211)。これによりコンデンサ99が充電され、V相チャージポンプ充電動作が行われる(S212)。このとき、電流振幅記憶手段4bは電流検出手段3から得た検出電流から相電流実効値を演算し、電流振幅最大値を保持する(S212)。この段階で現在の時刻が前記変数txよりも小さければ(S214でNo)、S211からS213までの一連の動作を繰り返す。また、この段階で現在の時刻tが前記変数txよりも大きければ(S214でYes)、遮断信号発生手段5eは遮断信号xvをオンすることにより、電力変換手段2eの半導体スイッチング素子95はオフとなり、電力変換手段2eの半導体スイッチング素子92〜97はいずれもオフの状態になる(S215)。現在の時刻が前記変数txに200μsec加算した値よりも大きくなるまでこの状態を維持する(S216)。   When the current time becomes larger than the value obtained by adding 100 μsec to the variable tx, the value obtained by adding 100 μsec to the current time t is updated (S210). The cutoff signal generating means 5e turns off the cutoff signal xv. At this time, the switch 38 maintains the output selection of the short-circuit vector generator 37 based on the time obtained from the timer 31. By this operation, only the semiconductor switching element 95 of the power conversion means 2e is turned on, and the other semiconductor switching elements are turned off. As a result, the V phase of the power conversion means 2e is released from the cutoff, and the DC power source negative side V phase semiconductor switching element is short-circuited (S211). Thereby, the capacitor 99 is charged, and the V-phase charge pump charging operation is performed (S212). At this time, the current amplitude storage means 4b calculates the phase current effective value from the detected current obtained from the current detection means 3, and holds the current amplitude maximum value (S212). If the current time is smaller than the variable tx at this stage (No in S214), a series of operations from S211 to S213 is repeated. If the current time t is greater than the variable tx at this stage (Yes in S214), the cutoff signal generating means 5e turns on the cutoff signal xv, thereby turning off the semiconductor switching element 95 of the power conversion means 2e. The semiconductor switching elements 92 to 97 of the power conversion means 2e are all turned off (S215). This state is maintained until the current time becomes larger than the value obtained by adding 200 μsec to the variable tx (S216).

現在の時刻が前記変数txに100μsec加算した値よりも大きくなったら、変数txを現在の時刻tに100μsec加算した値を更新する(S217)。遮断信号発生手段5eは遮断信号xwをオフする。このとき、スイッチ38はタイマー31から得た時刻に基づいて短絡ベクトル発生器37の出力選択を維持している。この動作によって、電力変換手段2eの半導体スイッチング素子97だけがオンし、それ以外の半導体スイッチング素子はオフの状態になる。その結果、電力変換手段2eのW相が遮断解除となり、直流電源負極側W相半導体スイッチング素子が短絡となる(S218)。これによりコンデンサ100が充電され、W相チャージポンプ充電動作が行われる(S219)。このとき、電流振幅記憶手段4bは電流検出手段3から得た検出電流から相電流実効値を演算し、電流振幅最大値を保持する(S220)。この段階で現在の時刻が前記変数txよりも小さければ(S221でNo)、S218からS220までの一連の動作を繰り返す。また、この段階で現在の時刻tが前記変数txよりも大きければ(S221でYes)、遮断信号発生手段5eは遮断信号xwをオンすることにより、電力変換手段2eの半導体スイッチング素子97はオフとなり、電力変換手段2eの半導体スイッチング素子92〜97はいずれもオフの状態になる(S222)。現在の時刻が前記変数txに200μsec加算した値よりも大きくなるまでこの状態を維持する(S223)。
現在の時刻が前記変数txに200μsec加算した値よりも大きくなった時点で、時刻tが第1の時刻t1よりも小さい場合は、前記S203からのステップを繰り返す(S224)。また、S224の時点で、時刻tが第1の時刻t1よりも大きい場合は図8のS109以降と同じ処理を施す。
When the current time becomes larger than the value obtained by adding 100 μsec to the variable tx, the value obtained by adding 100 μsec to the current time t is updated (S217). The cutoff signal generating means 5e turns off the cutoff signal xw. At this time, the switch 38 maintains the output selection of the short-circuit vector generator 37 based on the time obtained from the timer 31. By this operation, only the semiconductor switching element 97 of the power conversion means 2e is turned on, and the other semiconductor switching elements are turned off. As a result, the W phase of the power conversion means 2e is released from cutoff, and the DC power source negative electrode side W phase semiconductor switching element is short-circuited (S218). Thereby, the capacitor 100 is charged, and the W-phase charge pump charging operation is performed (S219). At this time, the current amplitude storage means 4b calculates the effective value of the phase current from the detected current obtained from the current detection means 3, and holds the maximum current amplitude value (S220). If the current time is smaller than the variable tx at this stage (No in S221), a series of operations from S218 to S220 is repeated. At this stage, if the current time t is larger than the variable tx (Yes in S221), the cutoff signal generating means 5e turns on the cutoff signal xw, thereby turning off the semiconductor switching element 97 of the power conversion means 2e. The semiconductor switching elements 92 to 97 of the power conversion means 2e are all turned off (S222). This state is maintained until the current time becomes larger than the value obtained by adding 200 μsec to the variable tx (S223).
When the current time becomes larger than the value obtained by adding 200 μsec to the variable tx, if the time t is smaller than the first time t1, the steps from S203 are repeated (S224). If the time t is greater than the first time t1 at the time of S224, the same processing as that after S109 in FIG. 8 is performed.

この一連の動作に示すように、「チャージポンプ回路のコンデンサ充電」はU相、V相、W相の1相ずつ行うようにしたので、「チャージポンプ回路のコンデンサ充電」のための短絡と「同期機がフリーラン状態であって、所定の速度より大きいか否かの判断」のための短絡を別々に行うよりも起動処理時間を短縮できる上に「チャージポンプ回路のコンデンサ充電」に起因する大きな電流の発生を1/3倍に抑制することができる効果がある。その結果、直流電源91の正極側と各相チャージポンプ回路を結ぶ配線の損失を抑制できる効果がある。また、前記直流電源91は前記コンデンサ98、99、100の3つを同時に充電するだけの電源容量は不要であり、前記コンデンサ98、99、100のいずれか一つを充電できる電源容量で済むという効果がある。或いは、前記直流電源91の電流容量が大きくならないように突入電流防止のために挿入した抵抗を省略、若しくは低抵抗化することが可能となり、抵抗設置のためのコストやスペース、抵抗の損失を抑制できる効果がある。   As shown in this series of operations, “capacitor charging of the charge pump circuit” is performed for each phase of the U phase, V phase, and W phase. The start-up processing time can be shortened compared to the case where the short circuit for determining whether the synchronous machine is in a free-running state and is faster than a predetermined speed is separately performed, and also due to “capacitor charging of the charge pump circuit” There exists an effect which can suppress generation | occurrence | production of a big electric current 1/3 times. As a result, there is an effect that the loss of the wiring connecting the positive electrode side of the DC power supply 91 and each phase charge pump circuit can be suppressed. Further, the DC power source 91 does not need a power source capacity for charging the three capacitors 98, 99, and 100 at the same time, and only needs a power source capacity that can charge any one of the capacitors 98, 99, and 100. effective. Alternatively, it is possible to omit or reduce the resistance inserted in order to prevent inrush current so that the current capacity of the DC power supply 91 does not increase, thereby suppressing the cost, space and resistance loss for installing the resistor. There is an effect that can be done.

実施の形態7.
前記実施の形態6においては、起動時刻から第1の時刻までの間、前記直流電源90の負極側に接続された3つの半導体スイッチング素子のうち1つだけがオンするような電圧指令を少なくとも3回出力するようにして、各相チャージポンプ回路にそれぞれ接続されたコンデンサ98、99、100を1つずつ、別々に充電するようにしていたが、起動時刻から第1の時刻までの間、前記直流電源90の負極側に接続された3つの半導体スイッチング素子のうち2つだけがオンするような電圧指令を少なくとも3回出力するようにして、各相チャージポンプ回路にそれぞれ接続されたコンデンサ98、99、100を2つずつ、別々に充電するようにしても良い。
Embodiment 7 FIG.
In the sixth embodiment, at least 3 voltage commands are issued so that only one of the three semiconductor switching elements connected to the negative electrode side of the DC power supply 90 is turned on from the start time to the first time. The capacitors 98, 99, and 100 connected to the respective phase charge pump circuits are separately charged one by one so that they are output once, but during the period from the start time to the first time, Capacitors 98 respectively connected to the respective phase charge pump circuits so as to output a voltage command such that only two of the three semiconductor switching elements connected to the negative electrode side of the DC power supply 90 are turned on at least three times. You may make it charge separately 99 and 100 2 each.

図16は、本実施の形態7におけるタイマー20から得た時刻が起動時刻から第1の時刻t1の期間における遮断信号選択器21eが出力する遮断信号xu, xv, xwと、同期機1の三相電流iu, iv, iwの関係を示す図である。この図を用いて遮断信号選択器21eの動作について詳述する。図16において、時刻t20〜t22はそれぞれ起動時刻から第1の時刻t1の期間の時刻であり、起動時刻から第1の時刻t1の期間、前記短絡ベクトル発生器37は電力変換手段の各相が選択するために、「三相ともLow」の組合せで三相電圧指令vu0*,vv0*,vw0*を出力している。時刻t20から100μsの期間、遮断信号xuとxvをオフ、 xwをオンすると電力変換手段2eの半導体スイッチング素子93と95がオンし、それ以外の半導体スイッチング素子はオフする。同期機1が停止している場合は、半導体スイッチング素子93と95をオンしても三相電流iu,iv,iwは発生しない。また、同期機1が空転状態であれば三相電流iu,iv,iwのうち、少なくとも2つが発生する。図16は、同期機1が空転状態の場合であるが、半導体スイッチング素子93と95をオンした結果、三相電流のうちiu,ivが発生した例を示している。時刻t20から100μsが経過すると、遮断信号選択器21eは遮断信号xu, xv, xwのすべてをオンする。このとき、電流振幅記憶手段4b内部のゲイン演算器63が出力する電流振幅は図16の下段のようになる。   FIG. 16 shows the cutoff signals xu, xv, xw output by the cutoff signal selector 21e during the period from the start time to the first time t1 obtained from the timer 20 in the seventh embodiment, and the synchronous machine 1. It is a figure which shows the relationship between phase current iu, iv, iw. The operation of the cutoff signal selector 21e will be described in detail with reference to this figure. In FIG. 16, times t20 to t22 are times from the start time to the first time t1, and during the period from the start time to the first time t1, the short-circuit vector generator 37 has each phase of the power conversion means. In order to select, the three-phase voltage commands vu0 *, vv0 *, and vw0 * are output in the combination of “Low for all three phases”. During a period of 100 μs from time t20, when the cutoff signals xu and xv are turned off and xw is turned on, the semiconductor switching elements 93 and 95 of the power conversion means 2e are turned on, and the other semiconductor switching elements are turned off. When the synchronous machine 1 is stopped, the three-phase currents iu, iv, iw are not generated even when the semiconductor switching elements 93 and 95 are turned on. Further, if the synchronous machine 1 is idling, at least two of the three-phase currents iu, iv, iw are generated. FIG. 16 shows an example where the synchronous machine 1 is in the idling state, and iu and iv of the three-phase current are generated as a result of turning on the semiconductor switching elements 93 and 95. When 100 μs elapses from time t20, the cutoff signal selector 21e turns on all of the cutoff signals xu, xv, xw. At this time, the current amplitude output from the gain calculator 63 in the current amplitude storage means 4b is as shown in the lower part of FIG.

続いて、時刻t21から100μsの期間、遮断信号xvと xwをオフ、xuをオンすると電力変換手段2eの半導体スイッチング素子95と97がオンし、それ以外の半導体スイッチング素子はオフする。時刻t20の時と同様に、半導体スイッチング素子95と97をオンした場合、同期機1が空転状態であれば三相電流iu,iv,iwのうち、少なくとも2つが発生する。この例では、半導体スイッチング素子95と97だけをオンしたにも拘わらず、iu,iv,iwの三相それぞれに電流が発生している。このとき、電流振幅記憶手段4b内部のゲイン演算器63が出力する電流振幅は図16の下段のようになり、半導体スイッチング素子93と95をオンしたときよりも電流振幅は大きいので、電流振幅記憶手段4bが記憶する最大電流振幅の値は更新される。時刻t21から100μsが経過すると、遮断信号選択器21eは遮断信号xu, xv, xwのすべてをオンする。   Subsequently, when the cutoff signals xv and xw are turned off and xu is turned on for a period of 100 μs from time t21, the semiconductor switching elements 95 and 97 of the power conversion means 2e are turned on, and the other semiconductor switching elements are turned off. Similarly to the time t20, when the semiconductor switching elements 95 and 97 are turned on, at least two of the three-phase currents iu, iv, and iw are generated if the synchronous machine 1 is idle. In this example, although only the semiconductor switching elements 95 and 97 are turned on, current is generated in each of the three phases iu, iv, and iw. At this time, the current amplitude output from the gain calculator 63 in the current amplitude storage means 4b is as shown in the lower part of FIG. 16, and the current amplitude is larger than when the semiconductor switching elements 93 and 95 are turned on. The value of the maximum current amplitude stored in the means 4b is updated. When 100 μs elapses from time t21, the cutoff signal selector 21e turns on all of the cutoff signals xu, xv, xw.

続いて、時刻t22から100μsの期間、遮断信号xuと xwをオフ、xvをオンすると電力変換手段2eの半導体スイッチング素子93と97がオンし、それ以外の半導体スイッチング素子はオフする。時刻t20の時と同様に、半導体スイッチング素子93と97をオンした場合、同期機1が空転状態であれば三相電流iu,iv,iwのうち、少なくとも2つが発生する。この例では、同期機1が空転状態の場合であるが、半導体スイッチング素子93と97をオンした結果、iu,iv,iwの三相それぞれに電流が発生している。このとき、電流振幅記憶手段4b内部のゲイン演算器63が出力する電流振幅は図16の下段のようになり、半導体スイッチング素子95と97をオンしたときと電流振幅は同じである。時刻t22から100μsが経過すると、遮断信号選択器21eは遮断信号xu, xv, xwのすべてをオンする。   Subsequently, when the cutoff signals xu and xw are turned off and xv is turned on for a period of 100 μs from time t22, the semiconductor switching elements 93 and 97 of the power conversion means 2e are turned on, and the other semiconductor switching elements are turned off. Similarly to the time t20, when the semiconductor switching elements 93 and 97 are turned on, at least two of the three-phase currents iu, iv, and iw are generated if the synchronous machine 1 is idle. In this example, the synchronous machine 1 is in the idling state, but as a result of turning on the semiconductor switching elements 93 and 97, current is generated in each of the three phases iu, iv, and iw. At this time, the current amplitude output from the gain calculator 63 in the current amplitude storage means 4b is as shown in the lower part of FIG. 16, and the current amplitude is the same as when the semiconductor switching elements 95 and 97 are turned on. When 100 μs elapses from time t22, the cutoff signal selector 21e turns on all of the cutoff signals xu, xv, xw.

図17は前記時刻t20,t21,t22における一連の動作を繰り返し実施した時の同期機1の相電圧と電流振幅記憶手段4b内部のゲイン演算器63が出力する電流振幅の関係を示す図である。図17では、同期機1はある速度で空転している場合の様子であるが、空転速度が異なると、図17の波形の周期や大きさは異なるものの、相似形となる。図17を見て分かるように、ゲイン演算器63が出力するパルス状の電流振幅は3回のうち少なくとも一回は所定の値になることが判る。換言すると、前記時刻t20,t21,t22における一連の動作を一度行えば、3つあるパルス状の電流振幅の最大電流振幅値は所定の値になる。
前記実施の形態6の場合、前記時刻t10,t11,t12における一連の動作を繰り返し行って最大電流振幅値を得ることによって所定の値を得ようとしていたが、本実施の形態7の場合、時刻t20,t21,t22における一連の動作を繰り返し行う必要はない。
FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the phase voltage of the synchronous machine 1 and the current amplitude output from the gain calculator 63 in the current amplitude storage means 4b when a series of operations at the times t20, t21, and t22 are repeatedly performed. . FIG. 17 shows a state in which the synchronous machine 1 is idling at a certain speed. However, if the idling speed is different, the period and size of the waveform in FIG. As can be seen from FIG. 17, it can be seen that the pulsed current amplitude output by the gain calculator 63 has a predetermined value at least once out of three times. In other words, once the series of operations at the times t20, t21, and t22 is performed, the maximum current amplitude value of the three pulsed current amplitudes becomes a predetermined value.
In the case of the sixth embodiment, a predetermined value is obtained by repeatedly performing a series of operations at the times t10, t11, and t12 to obtain a maximum current amplitude value. It is not necessary to repeat a series of operations at t20, t21, and t22.

本実施の形態7における同期機の制御装置では、図18に示す流れ図に基づいて動作を行う。図18は同期機1が空転している状態(S301)から説明を始めている。起動時刻から起動開始する(S302)。現在の時刻tに100μsec加算した値を変数txとして記憶する(S303)。本実施の形態では変数txは時刻tに100μsecを加算した値としたが、この100μsecという値は同期機1の電気的定数や定格速度、あるいは電力変換手段2eの定格容量などを勘案した値であっても良い。以下、図18に記載している100μsecや200μsecという値についても同様である。遮断信号発生手段5eは遮断信号xu, xvをオフするとともに、スイッチ38はタイマー31から得た時刻に基づいて短絡ベクトル発生器37の出力を選択する。この動作によって、電力変換手段2eの半導体スイッチング素子93、95がオンし、それ以外の半導体スイッチング素子はオフの状態になる。その結果、電力変換手段2eのU相、V相が遮断解除となり、直流電源負極側U相半導体スイッチング素子とV相半導体スイッチング素子が短絡となる(S304)。これによりコンデンサ98、99が充電され、U相とV相でチャージポンプ充電動作が行われる(S305)。このとき、電流振幅記憶手段4bは電流検出手段3から得た検出電流から相電流実効値を演算し、電流振幅最大値を保持する(S306)。この段階で現在の時刻が前記変数txよりも小さければ(S307でNo)、S304からS306までの一連の動作を繰り返す。また、この段階で現在の時刻tが前記変数txよりも大きければ(S307でYes)、遮断信号発生手段5eは遮断信号xu, xvをオンすることにより、電力変換手段2eの半導体スイッチング素子93、95はオフとなり、電力変換手段2eの半導体スイッチング素子92〜97はいずれもオフの状態になる(S308)。現在の時刻が前記変数txに200μsec加算した値よりも大きくなるまでこの状態を維持する(S309)。   In the synchronous machine control apparatus according to the seventh embodiment, the operation is performed based on the flowchart shown in FIG. FIG. 18 starts the description from the state where the synchronous machine 1 is idling (S301). Start-up is started from the start time (S302). A value obtained by adding 100 μsec to the current time t is stored as a variable tx (S303). In the present embodiment, the variable tx is a value obtained by adding 100 μsec to the time t, but this value of 100 μsec is a value that takes into account the electrical constant and rated speed of the synchronous machine 1 or the rated capacity of the power conversion means 2e. There may be. The same applies to the values of 100 μsec and 200 μsec shown in FIG. The cutoff signal generator 5e turns off the cutoff signals xu and xv, and the switch 38 selects the output of the short-circuit vector generator 37 based on the time obtained from the timer 31. By this operation, the semiconductor switching elements 93 and 95 of the power conversion means 2e are turned on, and the other semiconductor switching elements are turned off. As a result, the U phase and V phase of the power conversion means 2e are released from the cutoff, and the DC power source negative electrode side U phase semiconductor switching element and the V phase semiconductor switching element are short-circuited (S304). Thereby, the capacitors 98 and 99 are charged, and the charge pump charging operation is performed in the U phase and the V phase (S305). At this time, the current amplitude storage means 4b calculates the effective value of the phase current from the detected current obtained from the current detection means 3, and holds the maximum current amplitude value (S306). If the current time is smaller than the variable tx at this stage (No in S307), a series of operations from S304 to S306 are repeated. At this stage, if the current time t is larger than the variable tx (Yes in S307), the cutoff signal generating means 5e turns on the cutoff signals xu and xv, so that the semiconductor switching element 93 of the power conversion means 2e, 95 is turned off, and the semiconductor switching elements 92 to 97 of the power conversion means 2e are all turned off (S308). This state is maintained until the current time becomes larger than the value obtained by adding 200 μsec to the variable tx (S309).

現在の時刻が前記変数txに100μsec加算した値よりも大きくなったら、変数txを現在の時刻tに100μsec加算した値を更新する(S310)。遮断信号発生手段5eは遮断信号xv, xwをオフする。このとき、スイッチ38はタイマー31から得た時刻に基づいて短絡ベクトル発生器37の出力選択を維持している。この動作によって、電力変換手段2eの半導体スイッチング素子95、97がオンし、それ以外の半導体スイッチング素子はオフの状態になる。その結果、電力変換手段2eのV相とW相が遮断解除となり、直流電源負極側V相半導体スイッチング素子とW相半導体スイッチング素子が短絡となる(S311)。これによりコンデンサ99、100が充電され、V相とW相でチャージポンプ充電動作が行われる(S312)。このとき、電流振幅記憶手段4bは電流検出手段3から得た検出電流から相電流実効値を演算し、電流振幅最大値を保持する(S313)。この段階で現在の時刻が前記変数txよりも小さければ(S314でNo)、S311からS313までの一連の動作を繰り返す。また、この段階で現在の時刻tが前記変数txよりも大きければ(S314でYes)、遮断信号発生手段5eは遮断信号xv, xwをオンすることにより、電力変換手段2eの半導体スイッチング素子95、97はオフとなり、電力変換手段2eの半導体スイッチング素子92〜97はいずれもオフの状態になる(S315)。現在の時刻が前記変数txに200μsec加算した値よりも大きくなるまでこの状態を維持する(S316)。   When the current time becomes larger than the value obtained by adding 100 μsec to the variable tx, the value obtained by adding 100 μsec to the current time t is updated (S310). The shut-off signal generating means 5e turns off the shut-off signals xv and xw. At this time, the switch 38 maintains the output selection of the short-circuit vector generator 37 based on the time obtained from the timer 31. By this operation, the semiconductor switching elements 95 and 97 of the power conversion means 2e are turned on, and the other semiconductor switching elements are turned off. As a result, the V phase and the W phase of the power conversion means 2e are released from the cutoff, and the DC power source negative electrode side V phase semiconductor switching element and the W phase semiconductor switching element are short-circuited (S311). Thereby, the capacitors 99 and 100 are charged, and the charge pump charging operation is performed in the V phase and the W phase (S312). At this time, the current amplitude storage unit 4b calculates the effective value of the phase current from the detected current obtained from the current detection unit 3, and holds the maximum value of current amplitude (S313). If the current time is smaller than the variable tx at this stage (No in S314), a series of operations from S311 to S313 are repeated. At this stage, if the current time t is larger than the variable tx (Yes in S314), the cutoff signal generating means 5e turns on the cutoff signals xv and xw, so that the semiconductor switching element 95 of the power conversion means 2e, 97 is turned off, and the semiconductor switching elements 92 to 97 of the power conversion means 2e are all turned off (S315). This state is maintained until the current time becomes larger than the value obtained by adding 200 μsec to the variable tx (S316).

現在の時刻が前記変数txに100μsec加算した値よりも大きくなったら、変数txを現在の時刻tに100μsec加算した値を更新する(S317)。遮断信号発生手段5eは遮断信号xu, xwをオフする。このとき、スイッチ38はタイマー31から得た時刻に基づいて短絡ベクトル発生器37の出力選択を維持している。この動作によって、電力変換手段2eの半導体スイッチング素子93、97がオンし、それ以外の半導体スイッチング素子はオフの状態になる。その結果、電力変換手段2eのU相とW相が遮断解除となり、直流電源負極側U相半導体スイッチング素子とW相半導体スイッチング素子が短絡となる(S318)。これによりコンデンサ98、100が充電され、U相とW相のチャージポンプ充電動作が行われる(S319)。このとき、電流振幅記憶手段4bは電流検出手段3から得た検出電流から相電流実効値を演算し、電流振幅最大値を保持する(S320)。この段階で現在の時刻が前記変数txよりも小さければ(S321でNo)、S318からS320までの一連の動作を繰り返す。また、この段階で現在の時刻tが前記変数txよりも大きければ(S321でYes)、遮断信号発生手段5eは遮断信号xu, xwをオンすることにより、電力変換手段2eの半導体スイッチング素子93、97はオフとなり、電力変換手段2eの半導体スイッチング素子92〜97はいずれもオフの状態になる(S322)。そして現在の時刻tが、前記変数txに200μsec加算した値よりも大きくなるまでこの状態を維持し、現在の時刻tが前記変数txに200μsec加算した値よりも大きくなった時点で(S323)、図8のS109以降と同じ処理を施する。なお、本実施の形態では、ステップS323における時刻に対して200μsec加算した時刻が、第1の時刻に相当する。   When the current time becomes larger than the value obtained by adding 100 μsec to the variable tx, the value obtained by adding 100 μsec to the current time t is updated (S317). The cutoff signal generating means 5e turns off the cutoff signals xu and xw. At this time, the switch 38 maintains the output selection of the short-circuit vector generator 37 based on the time obtained from the timer 31. By this operation, the semiconductor switching elements 93 and 97 of the power conversion means 2e are turned on, and the other semiconductor switching elements are turned off. As a result, the U phase and the W phase of the power conversion means 2e are released from the cutoff, and the DC power source negative electrode side U phase semiconductor switching element and the W phase semiconductor switching element are short-circuited (S318). As a result, the capacitors 98 and 100 are charged, and the U-phase and W-phase charge pump charging operations are performed (S319). At this time, the current amplitude storage means 4b calculates the effective value of the phase current from the detected current obtained from the current detection means 3, and holds the maximum current amplitude value (S320). If the current time is smaller than the variable tx at this stage (No in S321), a series of operations from S318 to S320 are repeated. At this stage, if the current time t is larger than the variable tx (Yes in S321), the cutoff signal generating means 5e turns on the cutoff signals xu and xw, so that the semiconductor switching element 93 of the power conversion means 2e, 97 is turned off, and the semiconductor switching elements 92 to 97 of the power conversion means 2e are all turned off (S322). This state is maintained until the current time t becomes larger than the value obtained by adding 200 μsec to the variable tx, and when the current time t becomes larger than the value obtained by adding 200 μsec to the variable tx (S323), The same processing as S109 and after in FIG. 8 is performed. In the present embodiment, the time obtained by adding 200 μsec to the time in step S323 corresponds to the first time.

この一連の動作に示すように、「チャージポンプ回路のコンデンサ充電」と「同期機が空転状態であって、所定の速度より大きいか否かの判断」を起動時刻から前記第1の時刻までの短絡動作によって同時に行うことに加え、「チャージポンプ回路のコンデンサ充電」はU相、V相、W相のうち2相ずつ行うようにしたので、「チャージポンプ回路のコンデンサ充電」のための短絡と「同期機がフリーラン状態であって、所定の速度より大きいか否かの判断」のための短絡を別々に行うよりも起動処理時間を短縮できる上に「チャージポンプ回路のコンデンサ充電」に起因する大きな電流の発生を2/3倍に抑制することができる効果がある。その結果、直流電源91の正極側と各相チャージポンプ回路を結ぶ配線の損失を抑制できる効果がある。また、前記直流電源91は前記コンデンサ98、99、100の3つを同時に充電するだけの電源容量は不要であり、前記コンデンサ98、99、100のうち2つを充電できる電源容量で済むという効果がある。或いは、前記直流電源91の電流容量が大きくならないように突入電流防止のために挿入した抵抗を省略、若しくは低抵抗化することが可能となり、抵抗設置のためのコストやスペース、抵抗の損失を抑制できる効果がある。   As shown in this series of operations, “capacitor charging of the charge pump circuit” and “determination of whether the synchronous machine is idling and greater than a predetermined speed” from the start time to the first time In addition to simultaneous charging by short-circuit operation, “charging capacitor of charge pump circuit” is performed every two phases of U phase, V phase and W phase. Start-up processing time can be shortened compared to separate short-circuiting for “determination of whether the synchronous machine is in a free-running state and is faster than a predetermined speed”, and also due to “charge pump circuit capacitor charging” It is possible to suppress the generation of a large current to 2/3 times. As a result, there is an effect that the loss of the wiring connecting the positive electrode side of the DC power supply 91 and each phase charge pump circuit can be suppressed. Further, the DC power supply 91 does not need a power supply capacity for charging the three capacitors 98, 99, and 100 at the same time, and the power supply capacity that can charge two of the capacitors 98, 99, and 100 is sufficient. There is. Alternatively, it is possible to omit or reduce the resistance inserted in order to prevent inrush current so that the current capacity of the DC power supply 91 does not increase, thereby suppressing the cost, space and resistance loss for installing the resistor. There is an effect that can be done.

本発明の実施の形態1における同期機の制御装置の全体構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole structure of the control apparatus of the synchronous machine in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における電流制御器33の内部構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the internal structure of the current controller 33 in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における位相演算器34の内部構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the internal structure of the phase calculator 34 in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における一連の動作波形を示す一例である。It is an example which shows a series of operation | movement waveforms in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2における同期機の制御装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control apparatus of the synchronous machine in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における位相演算器34aの内部構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the internal structure of the phase calculator 34a in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3における電流振幅記憶手段4bの内部構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the internal structure of the current amplitude memory | storage means 4b in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4における同期機の制御装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control apparatus of the synchronous machine in Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態5における電力変換手段2dの内部構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the internal structure of the power conversion means 2d in Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態5における電力変換手段を実施の形態4に適用したときの同期機の制御装置の流れ図である。It is a flowchart of the control apparatus of a synchronous machine when the power conversion means in Embodiment 5 of this invention is applied to Embodiment 4. 本発明の実施の形態6における同期機の制御装置の全体構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole structure of the control apparatus of the synchronous machine in Embodiment 6 of this invention. 本発明の実施の形態6における電力変換手段の内部構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the internal structure of the power conversion means in Embodiment 6 of this invention. 本発明の実施の形態6における起動時刻から第1の時刻の期間における遮断信号選択器が出力する遮断信号と、同期機の三相電流の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the interruption | blocking signal which the interruption | blocking signal selector outputs in the period of the 1st time from the starting time in Embodiment 6 of this invention, and the three-phase current of a synchronous machine. 本発明の実施の形態6における第1の時刻における動作を繰り返し実施した時の同期機の相電圧と電流振幅記憶手段内部のゲイン演算器が出力する電流振幅との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the phase voltage of a synchronous machine when the operation | movement in 1st time in Embodiment 6 of this invention is repeatedly implemented, and the current amplitude which the gain calculator inside a current amplitude memory means outputs. 本発明の実施の形態6における同期機の制御装置の流れ図である。It is a flowchart of the control apparatus of the synchronous machine in Embodiment 6 of this invention. 本発明の実施の形態7における起動時刻から第1の時刻の期間における遮断信号選択器が出力する遮断信号と、同期機の三相電流の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the interruption | blocking signal which the interruption | blocking signal selector outputs in the period of the 1st time from the starting time in Embodiment 7 of this invention, and the three-phase current of a synchronous machine. 本発明の実施の形態7における第1の時刻における動作を繰り返し実施した時の同期機の相電圧と電流振幅記憶手段内部のゲイン演算器が出力する電流振幅との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the phase voltage of a synchronous machine when the operation | movement at the 1st time in Embodiment 7 of this invention is repeatedly implemented, and the current amplitude which the gain calculator inside a current amplitude memory means outputs. 本発明の実施の形態7における同期機の制御装置の流れ図である。It is a flowchart of the control apparatus of the synchronous machine in Embodiment 7 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 同期機、2、2d、2e 電力変換手段、3 電流検出手段、4、4b 電流振幅記憶手段、5、5e 遮断信号発生手段、6、6c 電圧指令演算手段、10 減算器、11 絶対値演算器、12 最大値演算器、13 スイッチ、14 タイマー、15 遅延回路、20 タイマー、21、21e 遮断信号選択器、30 座標変換器、31 タイマー、32 電流指令発生器、33 電流制御器、34、34a、34b 位相演算器、35 座標変換器、36 PWM変調器、37 短絡ベクトル発生器、38 スイッチ、40 一次遅れ演算器、41 除算器、42 信号発生器、43 減算器、44 ゲイン演算器、45 積分器、46 スイッチ、47 積分器、50 ゲイン演算器、51 ゲイン演算器、52 減算器、53 減算器、60 二乗値演算器、61 加算器、62 1/2乗演算器、63 ゲイン演算器、70 速度指令発生器、71 センサレス制御器、72 スイッチ、80 減算器、81 減算器、82 スイッチ、83 増幅器、90、91 直流電源、92〜97 半導体スイッチング素子、98〜100 コンデンサ、101〜103 ダイオード、104〜106、104e〜106e NOR回路、107〜109、107e〜109e AND回路。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Synchronous machine, 2, 2d, 2e Power conversion means, 3 Current detection means, 4, 4b Current amplitude memory means, 5, 5e Breaking signal generation means, 6, 6c Voltage command calculation means, 10 Subtractor, 11 Absolute value calculation , 12 maximum value calculator, 13 switch, 14 timer, 15 delay circuit, 20 timer, 21, 21e cutoff signal selector, 30 coordinate converter, 31 timer, 32 current command generator, 33 current controller, 34, 34a, 34b Phase calculator, 35 coordinate converter, 36 PWM modulator, 37 short-circuit vector generator, 38 switch, 40 first-order lag calculator, 41 divider, 42 signal generator, 43 subtractor, 44 gain calculator, 45 integrator, 46 switch, 47 integrator, 50 gain calculator, 51 gain calculator, 52 subtractor, 53 subtractor, 60 square Calculator, 61 adder, 62 1/2 power calculator, 63 gain calculator, 70 speed command generator, 71 sensorless controller, 72 switch, 80 subtractor, 81 subtractor, 82 switch, 83 amplifier, 90, 91 DC power supply, 92-97 semiconductor switching element, 98-100 capacitor, 101-103 diode, 104-106, 104e-106e NOR circuit, 107-109, 107e-109e AND circuit.

Claims (12)

同期機の電流を検出する電流検出手段と、
この電流検出手段から得た前記同期機の電流の振幅が最大となる値を電流振幅最大値として記憶する電流振幅記憶手段と、
前記同期機に印加すべき電圧指令を出力する電圧指令演算手段と、
前記同期機への電圧印加を遮断させるための遮断信号を出力する遮断信号発生手段と、
前記遮断信号がオンの場合には前記同期機への電圧印加を遮断し、前記遮断信号がオフの場合には前記電圧指令に基づいて前記同期機に電圧を印加する電力変換手段と、を備え、
前記遮断信号発生手段は、起動時刻から第1の時刻までの間、遮断信号をオフし、
前記第1の時刻から第2の時刻までの間、遮断信号をオンするとともに、前記電流振幅記憶手段から得た電流振幅最大値を予め設定した基準値と比較し、前記電流振幅最大値が前記基準値よりも小さい場合に、前記第2の時刻から第3の時刻までの間、遮断信号をオフし、
前記電圧指令演算手段は、前記起動時刻から第1の時刻までの間、前記遮断信号発生手段からの遮断信号オフに基づき、少なくとも1回、前記同期機の少なくとも1相が短絡するような電圧指令を出力して前記電力変換手段を制御し、前記電流振幅記憶手段に前記電流振幅最大値を記憶させ、
前記第2の時刻から前記第3の時刻までの間、前記遮断信号発生手段からの遮断信号がオフの場合に、前記電流検出手段から得た前記同期機の電流が零になるような電圧指令を出力して前記同期機を起動するように前記電力変換手段を制御することを特徴とする同期機の制御装置。
Current detection means for detecting the current of the synchronous machine;
Current amplitude storage means for storing, as a current amplitude maximum value, a value at which the current amplitude of the synchronous machine obtained from the current detection means is maximum;
Voltage command calculation means for outputting a voltage command to be applied to the synchronous machine;
Shut-off signal generating means for outputting a shut-off signal for shutting off voltage application to the synchronous machine;
Power conversion means for cutting off voltage application to the synchronous machine when the cut-off signal is on, and applying voltage to the synchronous machine based on the voltage command when the cut-off signal is off. ,
The shut-off signal generating means turns off the shut-off signal from the start time to the first time,
During the period from the first time to the second time, the cut-off signal is turned on, the current amplitude maximum value obtained from the current amplitude storage means is compared with a preset reference value, and the current amplitude maximum value is When it is smaller than the reference value, the cutoff signal is turned off during the period from the second time to the third time,
The voltage command calculation means is a voltage command that causes at least one phase of the synchronous machine to be short-circuited at least once based on the shut-off signal from the shut-off signal generating means from the start time to the first time. To control the power conversion means, to store the current amplitude maximum value in the current amplitude storage means,
A voltage command such that the current of the synchronous machine obtained from the current detection means becomes zero when the interruption signal from the interruption signal generating means is OFF during the period from the second time to the third time. To control the power conversion means so as to start the synchronous machine.
前記電圧指令演算手段は、前記起動時刻から第1の時刻までの間、前記遮断信号発生手段からの遮断信号オフに基づき、前記同期機の1相が短絡するような電圧指令を各相毎に少なくとも1回出力して前記電力変換手段を制御し、前記電流振幅記憶手段は、各相毎の短絡における振幅のなかで最大となる電流振幅を前記電流振幅最大値として記憶することを特徴とする請求項記載の同期機の制御装置。 The voltage command calculation means, for each phase, outputs a voltage command that causes one phase of the synchronous machine to be short-circuited based on the cutoff signal off from the cutoff signal generation means between the start time and the first time. The power conversion means is controlled by outputting at least once, and the current amplitude storage means stores a current amplitude that is maximum among the amplitudes in a short circuit for each phase as the current amplitude maximum value. The synchronous machine control device according to claim 1 . 前記電圧指令演算手段は、前記起動時刻から第1の時刻までの間、前記遮断信号発生手段からの遮断信号オフに基づき、前記同期機の2相が短絡するような電圧指令を各線間毎に少なくとも1回出力して前記電力変換手段を制御し、前記電流振幅記憶手段は、各線間毎の短絡における振幅のなかで最大となる電流振幅を前記電流振幅最大値として記憶することを特徴とする請求項記載の同期機の制御装置。 The voltage command calculation means outputs a voltage command that causes the two phases of the synchronous machine to be short-circuited for each line based on the shut-off signal from the shut-off signal generating means from the start time to the first time. The power conversion means is controlled by outputting at least once, and the current amplitude storage means stores a current amplitude that is maximum among the amplitudes in a short circuit between each line as the current amplitude maximum value. The synchronous machine control device according to claim 1 . 前記電圧指令演算手段は、前記第2の時刻から前記第3の時刻までの間、出力する電流が零になるような電圧指令に基づいて、前記同期機の位相を演算することを特徴とする請求項のいずれかに記載の同期機の制御装置。 The voltage command calculation means calculates the phase of the synchronous machine based on a voltage command that causes an output current to become zero during the period from the second time to the third time. The control device for a synchronous machine according to any one of claims 1 to 3 . 前記電圧指令演算手段は、
少なくとも1相が短絡するような電圧指令を出力する短絡ベクトル発生器と、
前記起動時刻から前記第1の時刻までの間、前記短絡ベクトル発生器の出力を選択して前記電力変換手段へ出力する切替スイッチと、
前記電流検出手段の検出結果を前記同期機の電機子の回転に同期して回転するd−q軸座標上に変換してd軸電流およびq軸電流を出力する第1の座標変換器と、
前記起動時刻から前記第3の時刻までの間、前記d−q軸座標系上のd軸電流指令およびq軸電流指令として零電流を出力する電流指令発生器と、
この電流指令発生器からの出力に一致するように前記第1の座標変換器からの出力を制御するような前記d−q軸座標上のd軸電圧指令およびq軸電圧指令を出力する電流制御器と、
この電流制御器からの出力に基づいて前記同期機の磁束位相と前記d−q軸座標上のd軸が一致する回転位相を算出する位相演算器と、
この位相演算器の出力と前記電流制御器の出力とに基づいて、3相の電圧指令を出力する第2の座標変換器と、
この第2の座標変換器の出力に基づいてPWM変調を行うPWM変調器と、を備え、
前記切替スイッチは、前記第2の時刻から前記第3の時刻までの間、前記PWM変調器の出力を選択して前記電力変換手段へ出力することを特徴とする請求項のいずれかに記載の同期機の制御装置。
The voltage command calculation means is
A short-circuit vector generator that outputs a voltage command such that at least one phase is short-circuited;
A changeover switch that selects the output of the short-circuit vector generator and outputs it to the power conversion means from the start-up time to the first time;
A first coordinate converter that converts the detection result of the current detection means onto dq axis coordinates that rotate in synchronization with the rotation of the armature of the synchronous machine, and outputs a d axis current and a q axis current;
A current command generator that outputs a zero current as a d-axis current command and a q-axis current command on the dq-axis coordinate system from the start time to the third time;
Current control for outputting the d-axis voltage command and the q-axis voltage command on the dq-axis coordinate so as to control the output from the first coordinate converter so as to coincide with the output from the current command generator. And
A phase calculator that calculates a rotational phase in which a magnetic flux phase of the synchronous machine and a d-axis on the dq-axis coordinate coincide with each other based on an output from the current controller;
A second coordinate converter for outputting a three-phase voltage command based on the output of the phase calculator and the output of the current controller;
A PWM modulator that performs PWM modulation based on the output of the second coordinate converter,
The changeover switch, until the third time from the second time, any one of claims 1 to 4, selects the output of the PWM modulator and outputs to the power converter The control device of the synchronous machine as described in 1.
前記位相演算器は、
前記第2の時刻から前記第3の時刻までの間、前記電流制御器から出力されたd軸電圧指令を一次遅れ演算してd軸磁束を出力する一次遅れ演算器と、
前記電流制御器から出力されたq軸電圧指令を前記一次遅れ演算器の出力で除算して角周波数を出力する除算器と、
前記除算器から出力される角周波数を
積分して位相を出力する積分器と、
を備えたことを特徴とする請求項記載の同期機の制御装置。
The phase calculator is
A first-order lag calculator for calculating a first-order lag for the d-axis voltage command output from the current controller and outputting a d-axis magnetic flux from the second time to the third time;
A divider for dividing the q-axis voltage command output from the current controller by the output of the first-order lag calculator to output an angular frequency;
An integrator that integrates the angular frequency output from the divider and outputs a phase;
The control device for a synchronous machine according to claim 5, further comprising:
前記第1の座標変換器から出力されたd軸電流に前記電機子の抵抗値を乗算する第1の乗算回路と、
前記第1の座標変換器から出力されたq軸電流に前記電機子の抵抗値を乗算する第2の乗算回路と、
前記電流制御器から出力されたd軸電圧指令と前記第1の乗算回路の乗算結果との偏差を出力する第1の減算手段と、
前記電流制御器から出力されたq軸電圧指令と前記第2の乗算回路の乗算結果との偏差を出力する第2の減算手段と、を備え、
前記一次遅れ演算器は、前記第2の時刻から前記第3の時刻までの間、前記電流制御器から出力されたd軸電圧指令を一次遅れ演算してd軸磁束を出力する代わりに、
前記第2の時刻から前記第3の時刻までの間、前記第1の減算手段の出力を一次遅れ演算してd軸磁束を出力し、
前記除算器は、前記一次遅れ演算器の出力で前記電流制御器から出力されたd軸電圧指令を除算して角周波数を出力する代わりに、
前記一次遅れ演算器の出力で前記第2の減算器の出力を除算して角周波数を出力することを特徴とする請求項記載の同期機の制御装置。
A first multiplication circuit for multiplying a d-axis current output from the first coordinate converter by a resistance value of the armature;
A second multiplication circuit that multiplies the q-axis current output from the first coordinate converter by the resistance value of the armature;
First subtraction means for outputting a deviation between a d-axis voltage command output from the current controller and a multiplication result of the first multiplication circuit;
Second subtracting means for outputting a deviation between the q-axis voltage command output from the current controller and the multiplication result of the second multiplication circuit;
Instead of outputting the d-axis magnetic flux by calculating the first-order lag of the d-axis voltage command output from the current controller during the period from the second time to the third time, the first-order lag calculator
During the period from the second time to the third time, the output of the first subtracting means is subjected to first order lag calculation to output a d-axis magnetic flux,
The divider divides the d-axis voltage command output from the current controller by the output of the first-order lag calculator, and outputs an angular frequency.
7. The control apparatus for a synchronous machine according to claim 6 , wherein the output of the second subtracter is divided by the output of the first-order lag calculator to output an angular frequency.
時刻に応じて回転速度指令を発生する速度指令発生器と、
この速度指令発生器の出力と、前記電流検出手段の出力とに基づいて前記同期機の回転速度が前記速度指令発生器の出力する回転速度指令に一致するような三相電圧指令を出力するセンサレス制御器と、
前記第2の時刻から第4の時刻までの間、前記第2の座標変換器の出力を選択し、前記第4の時刻以降の所定期間において、前記センサレス制御器の出力を選択する位相・速度切替器と、を備え、
前記切替スイッチは、前記第2の時刻から前記第3の時刻までの間、前記PWM変調器の出力を選択して前記電力変換手段へ出力する代わりに、
前記第2の時刻から前記第3の時刻までの間、前記位相・速度切替器の出力を選択して前記電力変換手段へ出力することを特徴とする請求項のいずれかに記載の同期機の制御装置。
A speed command generator for generating a rotational speed command according to time,
Based on the output of the speed command generator and the output of the current detection means, a sensorless sensor that outputs a three-phase voltage command so that the rotational speed of the synchronous machine matches the rotational speed command output by the speed command generator. A controller;
Phase / speed for selecting the output of the second coordinate converter from the second time to the fourth time, and selecting the output of the sensorless controller in a predetermined period after the fourth time. A switch, and
The changeover switch, instead of selecting the output of the PWM modulator and outputting it to the power conversion means during the period from the second time to the third time,
Until the third time from the second time, and selects the output of the phase-speed switching device according to any one of claims 5-7, characterized in that the output to the power conversion means Control device for synchronous machine.
前記遮断信号発生手段は、前記電流振幅記憶手段から得た電流振幅最大値が前記所定値より大きい場合には前記第2の時刻以降も所定期間遮断信号をオンすることを特徴とする請求項のいずれかに記載の同期機の制御装置。 The blocking signal generating means, according to claim 1 wherein the current when the current amplitude maximum value obtained from the amplitude memory means is greater than the predetermined value, characterized in that on the predetermined period shutdown signal even after the second time control system for a synchronous machine according to any of the 1-8. 前記電流振幅記憶手段の代わりに、起動時刻から前記第1の時刻までの間、前記電流検出手段から得た電流値に基づいて相電流実効値を算出し、この相電流実効値が最大となる値を電流振幅最大値として記憶する電流振幅記憶手段を備えたことを特徴とする請求項のいずれかに記載の同期機の制御装置。 Instead of the current amplitude storage means, the phase current effective value is calculated based on the current value obtained from the current detection means from the start time to the first time, and this phase current effective value becomes the maximum. control system for a synchronous machine according to any of claims 1 to 9, characterized in that with a current amplitude storage means for storing the value as a current amplitude maximum value. 前記電力変換手段は、
半導体スイッチング素子を直流電源に対してブリッジ状に接続し、前記半導体スイッチング素子を駆動する駆動回路と、
前記直流電源の負極側に接続された半導体スイッチング素子がオンの間に、前記直流電源の正極側に接続された半導体スイッチング素子の駆動回路の電源となるコンデンサを充電するチャージポンプ回路とを備え、
前記電圧指令演算手段は、前記起動時刻から前記第1の時刻までの間、少なくとも1回、前記電力変換手段の直流電源の負極側に接続された半導体スイッチング素子の少なくとも1相が短絡するような電圧指令を出力することを特徴とする請求項10のいずれかに記載の同期機の制御装置。
The power conversion means includes
A driving circuit for connecting the semiconductor switching element to a DC power source in a bridge shape and driving the semiconductor switching element;
A charge pump circuit that charges a capacitor serving as a power source for a drive circuit of the semiconductor switching element connected to the positive electrode side of the DC power supply while the semiconductor switching element connected to the negative electrode side of the DC power supply is on;
The voltage command calculation means is configured such that at least one phase of the semiconductor switching element connected to the negative electrode side of the DC power source of the power conversion means is short-circuited at least once from the start time to the first time. The control device for a synchronous machine according to any one of claims 1 to 10, wherein a voltage command is output.
起動時刻から第1の時刻までの間、遮断信号発生手段により遮断信号をオフする第1のステップと、
この第1のステップでの遮断信号オフに基づき、前記起動時刻から前記第1の時刻までの間、電圧指令演算手段によって、少なくとも1回、同期機の少なくとも1相が短絡するような電圧指令を出力して電力変換手段を制御する第2のステップと、
前記起動時刻から第1の時刻までの間、電流検出手段によって前記同期機の電流を検出し、電流振幅記憶手段によって前記検出された電流の振幅が最大となる値を電流振幅最大値として保存する第3のステップと、
前記第1の時刻から第2の時刻までの間、遮断信号発生手段によって、遮断信号をオンするとともに、前記第3のステップで保存された電流振幅最大値を予め設定した基準値と比較し、前記電流振幅最大値が前記基準値より小さい場合に、前記第2の時刻から第3の時刻までの間、遮断信号をオフする第4のステップと、
この第4のステップで遮断信号がオフされた場合に、前記第2の時刻から前記第3の時刻までの間、前記電流検出手段によって前記同期機の電流を検出し、電圧指令演算手段によって前記電流が零になるような電圧指令を出力して前記同期機を起動するように前記電力変換手段を制御するステップと、を備えたことを特徴とする同期機の制御方法。
A first step of turning off the shut-off signal by the shut-off signal generating means between the start time and the first time;
Based on the shutoff signal off in the first step, a voltage command that causes at least one phase of the synchronous machine to be short-circuited at least once by the voltage command calculation means from the start time to the first time. A second step of outputting and controlling the power conversion means;
Between the start time and the first time, the current of the synchronous machine is detected by current detection means, and the value at which the detected current amplitude is maximum is stored as the current amplitude maximum value by the current amplitude storage means. A third step;
Between the first time and the second time, the cutoff signal generating means turns on the cutoff signal and compares the current amplitude maximum value stored in the third step with a preset reference value, A fourth step of turning off the cutoff signal during the period from the second time to the third time when the current amplitude maximum value is smaller than the reference value;
When the shut-off signal is turned off in the fourth step, the current of the synchronous machine is detected by the current detection means from the second time to the third time, and the voltage command calculation means And a step of controlling the power conversion means so as to start up the synchronous machine by outputting a voltage command so that the current becomes zero.
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