JPH05146191A - 同期電動機の制御装置 - Google Patents

同期電動機の制御装置

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JPH05146191A
JPH05146191A JP3305919A JP30591991A JPH05146191A JP H05146191 A JPH05146191 A JP H05146191A JP 3305919 A JP3305919 A JP 3305919A JP 30591991 A JP30591991 A JP 30591991A JP H05146191 A JPH05146191 A JP H05146191A
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JP
Japan
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current
axis
synchronous motor
calculator
value
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JP3305919A
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English (en)
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Hajime Yamamoto
肇 山本
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ベクトル制御による同期電動機の可変速制御
を行う同期電動機の制御装置において、dq軸間の干渉
を除き、急激な負荷変動に対しても安定に動作する電流
制御系を構成することを目的とする。 【構成】 dq軸の漏れ磁束による干渉成分をd軸電
流、q軸電流及び速度から演算でもとめることにより補
償する第1の電圧演算器14と磁束演算器6によってもと
めた空隙d軸磁束、空隙q軸磁束及び速度から、誘起電
圧に相当する値を演算でもとめ補償する第2の電圧演算
器15を電流制御器8の出力段に設ける。すなわち、電流
制御器8が出力した電圧指令に、演算によってもとめた
干渉成分に相当する値を補償したものをあらたな電圧指
令とする。その結果、電流制御器8は電機子電流の変化
分と電機子巻線抵抗の電圧降下に相当する電圧を出力す
るだけとなり、電流制御器8の出力が小さくなり、安定
度が高まる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は同期電動機をサイクロコ
ンバータやインバータ等の可変電圧、可変周波数電源で
駆動する際の同期電動機の制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】同期電動機を可変電圧、可変周波数で駆
動する方式には他励転流を用いた無整流子電動機やベク
トル制御を用いた駆動方式がある。このうちベクトル制
御は高性能な駆動が可能で、速い応答や精密な制御を要
する分野に適用されている。
【0003】図5は従来の同期電動機の制御装置の構成
図である。1は電力変換器、2は三相の同期電動機、21
は同期電動機2の界磁巻線、3は位置検出器、4は界磁
用電力変換器、5は位置検出器、6は磁束演算器、7は
電流指令演算器、8,10は電流制御器、9は座標変換
器、11, 12は電流検出器、13はdq軸電流演算器であ
る。
【0004】同期電動機2の電機子電流を電流検出器で
検出し、同期電動機2の界磁電流を電流検出器12で検出
する。一方、位置検出器3と位置演算器5では同期電動
機の回転子磁極の位置を演算する。磁束演算器6では、
検出電流と磁極位置から回転子磁極に並行なd軸磁束
と、これに直行するq軸磁束を演算する。電流指令演算
器7ではトルク電流指令iT * と前記磁束演算値とから
磁束方向に直行する電機子電流基準値id * ,iq *
演算する。この基準値と電流検出値の偏差を電流制御器
8で増幅し、電圧基準vd * ,vq * が得られる。vd
* ,vq * を座標変換器9で座標変換し、三相巻線電機
子電圧基準を得てこの基準に基づいて電力変換器1が駆
動される。同期電動機の界磁巻線21は、界磁電流基準値
f * と検出値からその偏差を増幅して界磁電圧基準を
得て、界磁電力変換器により電力を供給する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図5に示した装置で
は、dq座標上の直流量で電流制御を行っているので、
駆動周波数や、発生しているトルクの大きさによらず安
定で高精度の制御装置を実現できるが、d軸電流とq軸
電流の間に干渉が生じることになる。電流制御器8が干
渉を打ち消すのに十分な出力となるように電流制御器8
のゲインを調整しておけばこの干渉を打ち消すのに十分
な出力となるように電流制御器8のゲインを調整してお
けばこの干渉の影響は小さくできるが、電流制御器8の
出力が大きな値となり、過渡的に電流制御系の安定性に
悪影響を与えることがある。
【0006】そこで本発明の目的は電流制御系の過渡的
な安定性を高め、急激な負荷変動にたいしても安定に精
度よく電機子電流を供給できる同期電動機の制御装置を
提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに、本発明においては、電力変換器が同期電動機に供
給する電力を制御することで、同期電動機の可変速制御
を行う同期電動機の制御装置において、同期電動機の電
機子電流を検出し、電機子電流値を出力する電機子電流
検出器と、同期電動機の回転子速度を検出し、回転子速
度信号を出力する回転子速度検出器と、同期電動機の回
転子磁極の位置を検出し、位置信号を出力する回転子位
置検出器と、この回転子位置検出器の出力する位置信号
から、電機子電流検出器が出力する電機子電流値の回転
子磁極と同一方向であるd軸と、直行する方向であるq
軸の成分を演算し、dq軸電流値として出力する軸電流
演算部と、同期電動機の界磁電流を検出し、界磁電流値
を出力する界磁電流検出器と、軸電流演算部から入力さ
れるdq軸電流値と、界磁電流検出器から入力される界
磁電流値により、同期電動機の空隙d軸磁束と空隙q軸
磁束と、内部相差を演算し、空隙d軸磁束値と空隙q軸
磁束値と内部相差値を出力する磁束演算器と、同期電動
機へのトルク電流指令と磁束演算器から入力される内部
相差値より、dq軸電流指令値を演算し、出力する電流
指令演算器と、軸電流演算部からのdq軸電流値と、電
流指令演算器からのdq軸電流指令値の偏差から、dq
軸上の電圧指令値を演算し、出力する電流制御器と、回
転子速度検出器から入力される回転子速度信号と、軸電
流演算部から入力されるdp軸電流値により、電流制御
器から入力される電圧指令値を補正し、出力する第1の
電圧演算器と、磁束演算器から入力される空隙d軸磁束
値と空隙q軸磁束値と、回転子速度検出器から入力され
る回転子速度信号により、第1の電圧演算器から入力さ
れる電圧指令値を補正して出力する第2の電圧演算器
と、この第2の電圧演算器から入力されるdq軸座標上
の電圧指令値を電機子巻線座標上の電圧指令値に変換し
て出力する座標変換器とを有し、この座標変換器の出力
する電圧指令値により電力変換器が同期電動機に供給す
る電力を制御して、同期電動機の可変速制御を行うこと
を特徴とするものである。
【0008】
【作用】本発明では、dq軸の漏れ磁束による干渉成分
をdq軸電流値及び回転子速度信号から演算でもとめる
ことにより補償する第1の電圧演算器と、磁束演算器に
よってもとめた空隙d軸磁束値、空隙q軸磁束値及び回
転子速度信号から、誘起電圧に相当する値を演算でもと
め補償する第2の電圧演算器と電流制御器の出力段に設
ける。
【0009】すなわち、電流制御器が出力した電圧指令
値に、演算によってもとめた干渉成分に相当する値を補
償したものをあらたな電圧指令値とする。その結果、電
流制御器は電機子電流の変化分と電機子巻線抵抗の電圧
降下に相当する電圧を出力する。
【0010】
【実施例】本発明による実施例を図面によって説明す
る。
【0011】図1は、本発明の一実施例を示す構成図で
ある。なお、図5で示したものと同一構成要素に対して
は同一番号を符して説明を省略する。図において、14,
15はそれぞれ第1、第2の電圧演算器を表している。16
は回転子の速度を演算する速度演算器である。図2は図
1に示した磁束演算回路6の詳細なブロック図を示した
構成例であり、61, 64は進み遅れ器、62, 63, 65, 66は
比較器、67は角度演算器である。図3は第1の電圧演算
器14の詳細な構成例であり、141, 142は比例器、143, 1
44は乗算器である。図4は第2の電圧演算器15の詳細な
構成例であり、151, 152は乗算器である。
【0012】電流検出器11で検出した三相電機子電流
は、dq軸電流演算器13で位置演算器5からの位置信号
とともにdq軸上での電流検出器として演算される。こ
の値と界磁電流検出値とから磁束演算器6により磁束が
演算される。図2で示した磁束演算器は、dq軸上で表
した同期電動機の電圧方程式から出発し、dq軸上の磁
束を演算する演算式をブロック図で表したものである。
d軸磁束Φd とq軸磁束Φq は次式で示される。 Φd =Lad(1+Td2S)/(1+Td1S)*(id +if ) +1a *(id +if ) Φq =Laq(1+Tq2S)/(1+Tq1S)*iq +la *iq
【0013】ここでSはラプラス演算子、Lad,Laq
dq軸の相互インダクタンス、laは電機子もれインダ
クタンス、Td1,Tq1はそれぞれdq軸のダンパ抵抗と
同期インダクタンスにかかわる時定数、Td2,Tq2はそ
れぞれdq軸のダンパ抵抗とダンパもれインダクタンス
にかかわる時定数である。d軸磁束は界磁電流とd軸電
機子電流の和から演算され、q軸磁束はq軸電流から演
算される。δは磁束のd軸方向に対する角度で、 δ=tan-1(Φq /Φd ) で演算される。図1の電流演算器7は、トルク分電流i
T * からdq軸の電流基準id ,iqは次式で演算され
る。 id =−iT * ・sinδ iq =−iT * ・cosδ
【0014】すなわち、トルク分電流は演算された磁束
と直行するように指令する。演算された電流基準値は検
出値と比較され、電流制御器8によって電圧指令vd1
q1が演算される。電流制御器8は通常比例積分器によ
り構成される。電流制御器8によって求めた電圧指令は
電圧演算器14において電機子漏れインダクタンスによる
干渉量が補償される。電機子漏れインダクタンスによる
干渉を補償したdq軸電圧指令vd2,vq2は次式とな
る。 vd2=vd1+w*la *iq q2=vq1+w*la *iq ここで、la は電機子漏れインダクタンス、wは回転電
気角速度を表している。第2の電圧演算器15は、誘起電
圧を補償する。補償を行った結果、dq軸の電圧基準v
d * ,vq * は次式となる。 vd * =vd2−w*φ2d q * =vq2−w*φ2q ここでφ2d,φ2qは空隙磁束のdq軸方向成分を表して
おり、次式で表される。 φ2d=Lad(1+Td2S)/(1+Td1S)*(id +if ) φ2q=Laq(1+Tq2S)/(1+Tq1S)*iq
【0015】上式のφ2d,φ2qは、磁束演算器の詳細を
表わした図2において、φ2d,φ2qの名称で示している
量に対応しており、d軸磁束φd 、q軸磁束φq を演算
する途中経過として演算される。
【0016】この電圧基準値vd * ,vq * と位置演算
器5の出力との合成で三相巻線電圧vu * ,vv * ,v
w * を得る。この値は回転電気角周波数で変化する交流
量となる。
【0017】一方同期電動機の界磁電流は基準値if *
と検出値とを比較し、その偏差に応じて電流制御器10に
より界磁電圧基準を得て、界磁用電力変換器4が駆動さ
れる。
【0018】以上の説明によれば、本実施例では、漏れ
インダクタンスによる干渉および誘起電圧を演算により
もとめ補償しているので、電流制御器8は電機子電流の
変化分や電機子巻線抵抗の電圧降下分に対応する電圧を
出力すればよく、従来例に比べて安定な制御系が構成で
きる。
【0019】
【発明の効果】以上の説明により、本発明により急激な
負荷変動などの電機子電流の急激な変化に対しても、電
機子電流を安定に精度よく供給できる同期電動機の制御
装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の一実施例を示す構成図である。
【図2】図2は磁束演算器のブロック図である。
【図3】図3は第1の電圧演算器の詳細な構成図であ
る。
【図4】図4は第2の電圧演算器の詳細な構成図であ
る。
【図5】図5は従来の同期電動機の制御装置を示す構成
図である。
【符号の説明】
1…電力変換器、2…同期電動機、3…位置検出器、4
…界磁用電力変換器、5…位置演算器、6…磁束演算
器、7…電流指令演算器、8,10…電流制御器、9…座
標変換器、11, 12…電流検出器、13…dq電流演算器、
14, 15…電圧演算器、21…界磁巻線、61, 64…進み遅れ
器、62, 63, 65, 66…比較器、67…角度演算器、141, 1
42…比較器、143, 144…乗算器、151, 152…乗算器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電力変換器が同期電動機に供給する電力
    を制御することで、同期電動機の可変速制御を行う同期
    電動機の制御装置において、 同期電動機の電機子電流を検出し、電機子電流値を出力
    する電機子電流検出器と、 同期電動機の回転子速度を検出し、回転子速度信号を出
    力する回転子速度検出器と、 同期電動機の回転子磁極の位置を検出し、位置信号を出
    力する回転子位置検出器と、 この回転子位置検出器の出力する位置信号から、電機子
    電流検出器が出力する電機子電流値の回転子磁極と同一
    方向であるd軸と、直行する方向であるq軸の成分を演
    算し、dq軸電流値として出力する軸電流演算部と、 同期電動機の界磁電流を検出し、界磁電流値を出力する
    界磁電流検出器と、 軸電流演算部から入力されるdq軸電流値と、界磁電流
    検出器から入力される界磁電流値により、同期電動機の
    空隙d軸磁束と空隙q軸磁束と、内部相差を演算し、空
    隙d軸磁束値と空隙q軸磁束値と内部相差値を出力する
    磁束演算器と、 同期電動機へのトルク電流指令と磁束演算器から入力さ
    れる内部相差値より、dq軸電流指令値を演算し、出力
    する電流指令演算器と、 軸電流演算部からのdq軸電流値と、電流指令演算器か
    らのdq軸電流指令値の偏差から、dq軸上の電圧指令
    値を演算し、出力する電流制御器と、 回転子速度検出器から入力される回転子速度信号と、軸
    電流演算部から入力されるdp軸電流値により、電流制
    御器から入力される電圧指令値を補正し、出力する第1
    の電圧演算器と、 磁束演算器から入力される空隙d軸磁束値と空隙q軸磁
    束値と、回転子速度検出器から入力される回転子速度信
    号により、第1の電圧演算器から入力される電圧指令値
    を補正して出力する第2の電圧演算器と、 この第2の電圧演算器から入力されるdq軸座標上の電
    圧指令値を電機子巻線座標上の電圧指令値に変換して出
    力する座標変換器とを有し、この座標変換器の出力する
    電圧指令値により電力変換器が同期電動機に供給する電
    力を制御して、同期電動機の可変速制御を行うことを特
    徴とする同期電動機の制御装置。
JP3305919A 1991-11-21 1991-11-21 同期電動機の制御装置 Pending JPH05146191A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2000027024A1 (fr) * 1998-10-30 2000-05-11 Kabushiki Kaisha Toshiba Appareil pour commander un moteur synchrone
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