JP5999416B2 - Control device for synchronous motor - Google Patents
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Description
本発明は、同期電動機の運転中に磁極位置誤差を補正して効率を改善するようにした同期電動機の制御装置に関するものである。 The present invention relates to a control apparatus for a synchronous motor that improves the efficiency by correcting a magnetic pole position error during operation of the synchronous motor.
同期電動機は、自らを直流励磁することで磁極位置0°を検出し、その後、検出した磁極位置0°を基準としてトルクを制御している。しかし、このような磁極位置検出方法によると、軸受部の静止摩擦等に起因して磁極位置検出値と真の磁極位置との間に誤差が生じる場合がある。 The synchronous motor detects a magnetic pole position of 0 ° by direct current excitation, and then controls torque based on the detected magnetic pole position of 0 °. However, according to such a magnetic pole position detection method, an error may occur between the magnetic pole position detection value and the true magnetic pole position due to static friction of the bearing portion or the like.
一方、永久磁石同期電動機の磁極位置誤差を検出し、その誤差を補正してトルク制御精度の向上を図る従来技術が、特許文献1に開示されている。
図5は、上記特許文献1に記載された磁極位置誤差補正回路の構成図である。
図5において、主回路内の1は直流電源、2はインバータ、3は同期電動機、4は速度検出器、5は磁極位置検出器、6は電圧検出器、7は電流検出器である。
また、磁極位置誤差を補正するための制御回路において、8は、直流電圧検出値と直流電流検出値とを乗算して直流入力電力PDCを演算する乗算器、9は、速度検出値Nとトルク指令値T*とを乗算して機械出力Pmを求める乗算器、10は、直流入力電力PDCと機械出力Pmとの誤差電力ΔPが設定値以上になったときに磁極位置誤差の発生を示す報知信号を出力するウィンドウコンパレータである。更に、11は、同期電動機3の速度及び誤差電力ΔPの大きさに応じて所定の極性の補正量Δθfを演算し、出力する補正量演算手段、12は前記報知信号によりオンするスイッチ、13は、磁極位置検出値θfと補正量Δθfとを加算して補正後の磁極位置θf’を求める加算器である。
On the other hand,
FIG. 5 is a configuration diagram of the magnetic pole position error correction circuit described in
In FIG. 5, 1 is a DC power source, 2 is an inverter, 3 is a synchronous motor, 4 is a speed detector, 5 is a magnetic pole position detector, 6 is a voltage detector, and 7 is a current detector.
In the control circuit for correcting the magnetic pole position error, 8, multiplier for calculating a DC input power P DC by multiplying the DC current detection value and the DC voltage detection value, 9, and the speed detection value N multiplier for obtaining the mechanical output P m by multiplying the torque
この従来技術では、誤差電力ΔPが正の場合には磁極位置検出値θfを小さくし、誤差電力ΔPが負の場合には磁極位置検出値θfを大きくするように補正が行われ、結果として誤差電力ΔPが小さくなるように同期電動機3のトルクが制御される。これにより、同期電動機3の磁極位置誤差を補正しつつトルク制御精度を向上させている。
In this prior art, when the error power ΔP is positive to reduce the magnetic pole position detection value theta f, when the error power ΔP is negative correction is performed so as to increase the magnetic pole position detection value theta f, results The torque of the
特許文献1には、補正量Δθfの設定方法として、誤差電力ΔPの絶対値に関係なく一定値とする、誤差電力ΔPの絶対値に比例させる、あるいは、誤差電力ΔPの絶対値の時間積分値に比例させる、等の方法が開示されている。しかし、この従来技術は、誤差電力ΔPに着目して磁極位置ずれの発生を検出し、磁極位置誤差を補正してトルク制御精度を向上させることを主眼としており、例えば、同期電動機の効率に着目して同期電動機の定格運転中にリアルタイムで磁極位置補正を行うための具体的手段は開示されていない。
そこで、本発明の解決課題は、同期電動機の効率の最大化を目的としてその運転中に磁極位置誤差を補正可能とした制御装置を提供することにある。
In
Accordingly, an object of the present invention is to provide a control device that can correct a magnetic pole position error during operation for the purpose of maximizing the efficiency of a synchronous motor.
上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、
電力変換装置により駆動される同期電動機の磁極位置を検出する位置検出手段と、
前記位置検出手段による磁極位置検出値から同期電動機の回転速度を求める演算手段と、
前記演算手段による回転速度検出値が回転速度指令に一致するようにトルク指令を生成するトルク指令手段と、
前記磁極位置検出値、前記回転速度検出値、前記トルク指令、及び、前記電力変換装置の出力電流に基づいて、前記電力変換装置の半導体スイッチング素子に対する駆動信号を生成する制御手段と、を有する同期電動機の制御装置において、
前記同期電動機の入力電力と出力電力とから効率を求める効率演算手段と、
補正開始指令が入力され、予め設定された磁極位置初期値に加算される第1補正値を演算する初期値補正演算手段と、
前記第1補正値を増減させながら前記磁極位置初期値に加算して第2補正値を求め、この第2補正値を前記磁極位置検出値に加算して前記磁極位置検出値を補正する補正手段と、を備え、
前記トルク指令手段は、前記同期電動機が定格回転速度かつ定格トルクでの運転状態になったことを検出して前記補正開始指令を出力し、前記補正手段により補正された磁極位置検出値を用いて前記同期電動機を運転した際の効率を前記効率演算手段により逐次演算し、前記効率が最大値になる時の前記第2補正値を用いて前記磁極位置検出値を補正するものである。
In order to solve the above problem, the invention according to
Position detecting means for detecting the magnetic pole position of the synchronous motor driven by the power converter;
Calculation means for obtaining the rotational speed of the synchronous motor from the magnetic pole position detection value by the position detection means,
Torque command means for generating a torque command so that the rotation speed detection value by the calculation means matches the rotation speed command;
Control means for generating a drive signal for the semiconductor switching element of the power converter based on the magnetic pole position detection value, the rotation speed detection value, the torque command, and the output current of the power converter. In the motor control device,
Efficiency calculating means for obtaining efficiency from input power and output power of the synchronous motor;
An initial value correction calculating means for calculating a first correction value that is inputted with a correction start command and is added to a preset magnetic pole position initial value;
Correction means for obtaining the second correction value by adding to the initial value of the magnetic pole position while increasing or decreasing the first correction value, and correcting the detected magnetic pole position value by adding the second correction value to the detected magnetic pole position value And comprising
The torque command means detects that the synchronous motor is in an operating state at a rated rotational speed and a rated torque, outputs the correction start command, and uses the magnetic pole position detection value corrected by the correction means. The efficiency when the synchronous motor is operated is sequentially calculated by the efficiency calculation means, and the magnetic pole position detection value is corrected using the second correction value when the efficiency reaches the maximum value.
本発明によれば、同期電動機の運転中に逐次演算した効率が最大になるような補正値を用いて磁極位置検出値を補正することにより、同期電動機を運転しながら効率を改善することができる。 According to the present invention, it is possible to improve efficiency while operating a synchronous motor by correcting the magnetic pole position detection value using a correction value that maximizes the efficiency calculated sequentially during the operation of the synchronous motor. .
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図1は、この実施形態に係る制御装置を主回路と共に示したブロック図である。図1に示す主回路において、図5と同様に、1は直流電源、2はインバータ、3は同期電動機、5はレゾルバ等の磁極位置検出器、6は電圧検出器、7は電流検出器、20は同期電動機3によって駆動される負荷である。また、この実施形態では、インバータ2の出力電流Iを検出する電流検出器8が設けられている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a control device according to this embodiment together with a main circuit. In the main circuit shown in FIG. 1, as in FIG. 5, 1 is a DC power source, 2 is an inverter, 3 is a synchronous motor, 5 is a magnetic pole position detector such as a resolver, 6 is a voltage detector, 7 is a current detector,
制御装置100においては、まず、電圧検出値Vinと電流検出値Iinとが乗算手段101により乗算され、入力電力Pinが算出される。
また、磁極位置検出器5の出力が位置検出手段102に入力されており、磁極位置θ0が検出される。この磁極位置検出値θ0は、加算手段103において後述する第2補正値θ12と加算され、補正後の磁極位置検出値θ2として微分手段104に入力されている。この微分手段104では、磁極位置検出値θ2を微分することにより速度検出値ωが演算される。
In the
The output of the magnetic pole position detector 5 are input to the
105は運転指令が入力されるトルク指令手段であり、このトルク指令手段105により、前記速度検出値ωが回転速度指令ω*に一致するようにトルク指令T*が演算される。
トルク指令T*、インバータ2の出力電流検出値I、磁極位置検出値θ2及び速度検出値ωはインバータ制御手段106に入力されており、これらに基づいてインバータ2の半導体スイッチング素子に対する駆動信号(ゲート信号)が生成される。
トルク指令T*と速度検出値ωとは乗算手段107により乗算され、同期電動機3の出力電力Poutが演算される。この出力電力Poutは前記入力電力Pinと共に効率演算手段108に入力され、Pout/Pinの演算によって同期電動機3の効率ηが演算される。
The torque command T * , the output current detection value I of the
The torque command T * and the speed detection value ω are multiplied by the multiplication means 107, and the output power P out of the
磁極位置補正を行う場合には、トルク指令手段105が、運転指令、回転速度指令ω*、回転速度検出値ω及びトルク指令T*に基づいて同期電動機3が特定の運転状態になったことを検出し、補正開始指令を出力する。ここで、特定の運転状態とは、例えば、同期電動機3の定格運転状態である。
When performing magnetic pole position correction, the torque command means 105 confirms that the
初期値補正演算手段109は、上記補正開始指令が入力されると、磁極位置の初期値θ1を補正するための第1補正値θ11を演算する。この第1補正値θ11は、特定の微小量Δθを単位として初期値θ1に加算され、第2補正値θ12を正方向または負方向に変化させるものである。
すなわち、第1補正値θ11は加算手段110により初期値θ1と加算され、その加算結果である第2補正値θ12が加算手段103に入力される。前述したように、第2補正値θ12は加算手段103にて磁極位置検出値θ0と加算されることにより、磁極位置検出値θ0がθ2に補正されることになる。
Initial value
That is, the first correction value θ 11 is added to the initial value θ 1 by the adding
次に、この実施形態の動作を、図2〜図4を参照しつつ更に説明する。
トルク指令手段105が同期電動機3の定格運転状態を検出すると、補正開始指令が初期値補正演算手段109に入力される。初期値補正演算手段109では、図2に示すように、第1補正値θ11をゼロとし、その時の効率ηをη0として記憶しておく。この状態では、図1における加算手段110の出力、つまり第2補正値θ12は初期値θ1に等しい。
Next, the operation of this embodiment will be further described with reference to FIGS.
When the
次いで、初期値補正演算手段109は、微小量Δθを単位として第1補正値θ11を逐次増加させ、加算手段110の出力である第2補正値θ12を正方向(図2の矢印(1)方向)に変化させる。そして、加算手段103により第2補正値θ12を磁極位置検出値θ0に加算して補正した磁極位置検出値θ2を用いて運転を継続し、その都度、効率ηをピークホールドする動作により、第1補正値θ11(言い換えれば第2補正値θ12)を増加させていく過程で効率ηの最大値を記憶する。
この動作は、前回のΔθ加算時よりも効率ηが改善される(大きくなる)限り続行し、第2補正値θ12及び効率ηをその都度、記憶しておく。
Then, the initial value
This operation is the (larger) improves efficiency eta than the previous Δθ addition continues as long as, in each case the second correction value theta 12 and efficiency eta, and stored.
また、第1補正値θ11を増加させていく過程で前回のΔθ加算時よりも効率ηが悪化したら(小さくなったら)、Δθを単位として第1補正値θ11を逐次減少させ、加算手段110の出力である第2補正値θ12を負方向(図3の矢印(2)方向)に変化させる。
この状態で、前記同様に第2補正値θ12を磁極位置検出値θ0に加算して得た磁極位置検出値θ2を用いて運転を継続し、その都度、効率ηをピークホールドする動作により、第2補正値θ12を減少させていく過程で第2補正値θ12及び効率ηを記憶する。
Further, when the first correction value theta 11 efficiency η than the previous Δθ added in the allowed to continue the process increase is degraded (If smaller), sequentially reducing the first correction value theta 11 and Δθ units, addition means 110 is an output of the second correction value theta 12 in the negative direction is varied (arrow in FIG. 3 (2) direction).
In this state, the operation is continued using the magnetic pole position detection value θ 2 obtained by adding the second correction value θ 12 to the magnetic pole position detection value θ 0 in the same manner as described above, and the efficiency η is peak-held each time. Accordingly, storing a second correction value theta 12 and efficiency η in the process of decreasing the second correction value theta 12.
上記の動作を繰り返すことにより、図4に示すように効率ηmaxが最大値になる時の第1補正値θ11ひいては第2補正値θ12が求められ、この第2補正値θ12を磁極位置検出値θ0に加算して補正した磁極位置検出値θ2を用いて運転を継続することにより、同期電動機3の運転中に、磁極位置を適正値に補正しつつ効率を改善することができる。
By repeating the above operation, the first correction value theta 11 thus second correction value theta 12 when efficiency eta max is the maximum value is determined as shown in FIG. 4, the magnetic poles of the second correction value theta 12 By continuing operation using the magnetic pole position detection value θ 2 corrected by adding to the position detection value θ 0 , the efficiency can be improved while correcting the magnetic pole position to an appropriate value during the operation of the
1:直流電源
2:インバータ
3:同期電動機
5:磁極位置検出器
6:電圧検出器
7,8:電流検出器
20:負荷
100:制御装置
101,107:乗算手段
102:位置検出手段
103,110:加算手段
104:微分手段
105:トルク指令手段
106:インバータ制御手段
108:効率演算手段
109:初期値補正演算手段
1: DC power supply 2: Inverter 3: Synchronous motor 5: Magnetic pole position detector 6: Voltage detector 7, 8: Current detector 20: Load 100:
Claims (1)
前記位置検出手段による磁極位置検出値から同期電動機の回転速度を求める演算手段と、
前記演算手段による回転速度検出値が回転速度指令に一致するようにトルク指令を生成するトルク指令手段と、
前記磁極位置検出値、前記回転速度検出値、前記トルク指令、及び、前記電力変換装置の出力電流に基づいて、前記電力変換装置の半導体スイッチング素子に対する駆動信号を生成する制御手段と、を有する同期電動機の制御装置において、
前記同期電動機の入力電力と出力電力とから効率を求める効率演算手段と、
補正開始指令が入力され、予め設定された磁極位置初期値に加算される第1補正値を演算する初期値補正演算手段と、
前記第1補正値を増減させながら前記磁極位置初期値に加算して第2補正値を求め、この第2補正値を前記磁極位置検出値に加算して前記磁極位置検出値を補正する補正手段と、
を備え、
前記トルク指令手段は、前記同期電動機が定格回転速度かつ定格トルクでの運転状態になったことを検出して前記補正開始指令を出力し、前記補正手段により補正された磁極位置検出値を用いて前記同期電動機を運転した際の効率を前記効率演算手段により逐次演算し、前記効率が最大値になる時の前記第2補正値を用いて前記磁極位置検出値を補正することを特徴とする同期電動機の制御装置。 Position detecting means for detecting the magnetic pole position of the synchronous motor driven by the power converter;
Calculation means for obtaining the rotational speed of the synchronous motor from the magnetic pole position detection value by the position detection means,
Torque command means for generating a torque command so that the rotation speed detection value by the calculation means matches the rotation speed command;
Control means for generating a drive signal for the semiconductor switching element of the power converter based on the magnetic pole position detection value, the rotation speed detection value, the torque command, and the output current of the power converter. In the motor control device,
Efficiency calculating means for obtaining efficiency from input power and output power of the synchronous motor;
An initial value correction calculating means for calculating a first correction value that is inputted with a correction start command and is added to a preset magnetic pole position initial value;
Correction means for obtaining the second correction value by adding to the initial value of the magnetic pole position while increasing or decreasing the first correction value, and correcting the detected magnetic pole position value by adding the second correction value to the detected magnetic pole position value When,
With
The torque command means detects that the synchronous motor is in an operating state at a rated rotational speed and a rated torque, outputs the correction start command, and uses the magnetic pole position detection value corrected by the correction means. The efficiency when the synchronous motor is operated is sequentially calculated by the efficiency calculation means, and the magnetic pole position detection value is corrected using the second correction value when the efficiency reaches a maximum value. Electric motor control device.
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