JPH0530774A - 同期電動機の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 ｄｑ軸電圧基準ｖ_d ^* ，ｖ_q ^* に応じて同期
電動機（２）の電機子に電力を供給する制御電源（１，
14）と、界磁電流指令ｉ_f ^* に応じて該電動機（２）の
界磁電流ｉf を制御する励磁手段（４，10，12）と、ｄ
ｑ軸成分電流ｉ_d，ｉ_q と該ｉ_f からｄｑ軸成分磁束の
角度δを得る磁束演算手段（６）と、トルク指令Ｔ^* と
磁束指令Φ^* 及び該角度δからｄｑ軸電流基準ｉ_d ^* ，
ｉ_q ^* 及び前記ｉ_f ^* を得る電流基準演算手段（７）
と、該ｉ_d ^* ，ｉ_q ^* と該ｉ_d ，ｉ_qの偏差に応じ前記
ｖ_d ^* ，ｖ_q ^* を得る電圧基準演算手段（９）を備え、
該ｖ_d ^* ，ｖ_q ^* のベクトル和が所定値を越えたとき磁
束補正量Φ_c を得る電圧制限手段（20）を設け、このΦ
_c に応じて該Φ^* を減少するように補正したものであ
る。 【効果】 高負荷時において出力を制限することなく端
子電圧を所定値に制限することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はベクトル制御を用いた同
期電動機の制御装置に係り、特に高負荷時においても所
定の電圧で運転することができる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。図２にベクトル制御を用い
た従来の装置の要部構成を示す。

【０００３】図２において、電力変換器１は３相の電圧
指令に応じて３相同期電動機２に電力を供給する。位置
検出器３は同期電動機２の回転子位置（角度）を検出す
る。界磁巻線21は回転子側に設けられ、界磁用の電力変
換器４によって直流励磁される。

【０００４】同期電動機２の電機子電流と界磁電流は、
電流検出器11と12により検出される。位置演算器５は位
置検出器３の検出信号から回転子磁極の位置に対応して
座標変換を行うための位置信号を演算出力する。ｄｑ軸
電流演算器13は電流検出器11で検出された電機子電流を
位置演算器５からの位置信号により磁極と同方向（ｄ
軸）と直交方向（ｑ軸）の成分電流ｉ_d ，ｉ_q に変換す
る。磁束演算器６は界磁電流の検出信号ｉ_f と上記
ｉ_d ，ｉ_q から、回転子磁極と同方向のｄ軸磁束と、こ
れに直交するｑ軸磁束を演算し合成磁束の回転角δを演
算する。磁束演算器６は図３に示すように、ｄｑ軸上で
表した同期電動機の電圧方程式（１）（２）を基にｄｑ
軸上の磁束を模擬するものである。ｄ軸磁束Φ_d とｑ軸
磁束Φ_q は次式で示される。 Φ_d ＝Ｌ_ad（１＋Ｔ_d2Ｓ）／（１＋Ｔ_d1Ｓ）×（ｉ_d ＋ｉ_f ）＋１_a ×ｉ_d （１） Φ_q ＝Ｌ_aq（１＋Ｔ_q2Ｓ）／（１＋Ｔ_q1Ｓ）×（ｉ_q ＋ｉ_f ）＋１_a ×ｉ_q （２）

【０００５】ここでＳはラプラス演算子、Ｌ_ad，Ｌ_aqは
ｄｑ軸の相互インダクタンス、１_a は電機子もれインダ
クタンス、Ｔ_d1，Ｔ_q1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、Ｔ_d2，Ｔ_q2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方向に対する角度で、 δ＝ｔａｎ^-1（Φ_q ／Φ_d ） （３） で演算される。

【０００６】電流基準演算器７は、トルク指令Ｔ^* と磁
束指令Φ^* 及び（３）式の演算結果角度δから、磁束分
電流基準ｉ_d ^* 、トルク分電流基準ｉ_q ^* と界磁電流基
準ｉ_f ^* を次式により演算する。 ｉ_T ^* ＝Ｔ^* ／Φ^* （４） ｉ_d ^* ＝−ｉ_T ^* ・ｓｉｎδ （５） ｉ_q ^* ＝ ｉ_T ^* ・ｃｏｓδ （６） ｉ_f ^* ＝（Φ^* ・ｃｏｓδ−（Ｌ_ad×１_a ）×ｉ_d ^* ）／Ｌ_ad （７）

【０００７】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ｉ_d
^* ，ｉ_q ^* は検出値ｉ_d ，ｉ_q と比較され、増幅器９に
よってｄｑ軸の電圧基準値ｖ_d ^* ，ｖ_q ^* として出力さ
れる。増幅器９は通常比例積分器により構成される。こ
の電圧基準値は位置演算器５の出力との合成で３相の電
圧指令ｖ_u ^* ，ｖ_v ^* ，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。

【０００８】一方同期電動機の界磁電流は基準値ｉ_f ^*
と検出値ｉ_f とを比較し、その偏差に応じて増幅器10に
より界磁電圧基準ｖ_f ^* を得て、界磁用電力変換器４が
駆動される。

【０００９】このように、電機子電流と界磁電流とから
ｄｑ軸上の磁束を演算し、電機子のトルク分電流を、演
算した磁束と直行するように流すことにより、同一の電
機子電流でも高いトルクが得られる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ベクトル制御では常に
力率１００％で電流がコントロールされ、磁束は式
（１）、（２）の定まる値にコントロールされ、内部誘
起電圧（ωΦ）は磁束指令Φ^* によりコントロール可能
であるが、端子電圧は内部誘起電圧に対して損失（ＩＲ
降下）の分だけ上昇する。抵抗損などで代表される損失
による電圧上昇は、電流にほぼ比例するため、高負荷時
ほど顕著となり、磁束飽和の危険が生じる。磁束飽和が
生じるとベクトル制御が正しく機能しなくなる。また、
一般に同期電動機の特性は、Ｖ／ｆ比一定（定出力速度
領域ではＶ一定）にて設計されるので、この観点から
も、端子電圧上昇は好ましくはない。

【００１１】本発明は上記欠点を改良するためになされ
たもので、高負荷時における磁束飽和の危険を防止し電
流増加による端子電圧の上昇を一定に制限し、同期電動
機を安全に駆動することのできる同期電動機の制御装置
を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、電圧指令に応じて可変電圧可変周波数の
電力を回転界磁形同期電動機の電機子に供給する電力変
換手段と、界磁電流指令に応じて該同期電動機の界磁電
流ｉ_f を制御する励磁手段を備えた装置において、該同
期電動機の回転子位置をを検出する位置検出手段と、該
同期電電動機の電機子電流と回転子位置から回転子磁極
と同方向（ｄ軸）と直交方向（ｑ軸）の成分電流ｉ_d と
ｉ_q を得る電流演算手段と、該成分電流ｉ_d ，ｉ_q と該
界磁電流ｉ_f からｄ軸、ｑ軸の成分磁束Φ_d ，Φ_q を演
算し、角度δ＝ｔａｎ^-1（Φ_q ／Φ_d ）を得る磁束演算
手段と、トルク指令Ｔ^* と磁束指令Φ^* 及び該角度δか
らδ軸、ｑ軸の電流基準ｉ_d ^* ，ｉ_q ^* 及び界磁電流指
令ｉ_f ^* を得る電流基準演算手段と、該電流基準
ｉ_d ^* ，ｉ_q ^* と該成分電流ｉ_d ，ｉ_q をそれぞれ比較
してｄ軸，ｑ軸の電圧基準ｖ_d ^* ，ｖ_q ^* を得る電圧基
準演算手段と、該電圧基準ｖ_d ^* ，ｖ_q ^* と回転子位置
から前記電圧指令を得る電圧指令演算手段と、該電圧基
準ｖ_d ^* ，ｖ_q ^* のベクトル和Ｖを演算しこの値が所定
値を越えたとき、磁束補正量Φ_c を出力する電圧制御手
段を設け、この磁束補正量Φ_cに応じて前記磁束指令Φ
_* を補正し、該同期電動機の電機子電圧を制限するよう
に同期電動機の制御装置を構成する。

【００１３】

【作用】上記構成により、同期電動機の負荷が増大して
端子電圧が所定電圧を越えると、電圧基準ｖ_d ^* ，ｖ_q
^* のベクトル和が所定値を越え、電圧制限手段から磁束
補正値Φ_c が出力される。このΦ_c により磁束指令Φ*
と界磁電流指令ｉ_f ^* が減少し端子電圧は所定電圧に制
限される。一方、トルク分電流基準はΦ_c により増加し
電動機出力は変化しない。

【００１４】

【実施例】本発明による実施例を図１に示す。本実施例
では、従来の装置に加えて、新たに電圧制限手段20と減
算手段21を設けている。電圧制限手段20は、ｄ，ｑ軸の
電圧基準値Ｖ_d ^* ，Ｖ_q ^* から を演算し、電圧制限値Ｖ_LMT と比較して、Ｖ＞Ｖ_LMT の
ときその差分を比例積分処理して磁束補償量Φ_c を出力
する。減算手段21は磁束指令Φ_s ^* から磁束補償量Φ_c
を減算した値を実際の磁束指令値Φ^* として出力する。

【００１５】上記構成とすることにより、高負荷時に同
期電動機の端子電圧が上昇し、（８）式の演算値Ｖが電
圧制限値Ｖ_LMT を越えると磁束補償量Φ_c が増加して磁
束指令Φ^* が減少する。その結果、界磁電流ｉ^f 、内部
磁束Φの低減をともない、端子電圧は電圧制限値Ｖ_LMT
に抑えられる。

【００１６】また、磁束指令Φ^* が減少すると、電流基
準演算器７によりトルク分電流基準ｉ_T ^* が増加し、ｉ
_d ^* ，ｉ_q ^* が増加するので同期電動機の出力としては
変化がない。

【００１７】本実施例によれば、高負荷時に電機子電流
が増加し端子電圧が増加する場合においても同期電動機
の出力を制限することなく端子電圧を所定電圧に制限す
ることが可能となる。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、同期電動機の運転時に
おいて、負荷が増大し、端子電圧が増大する場合でも磁
束を低減して出力を制限することなく端子電圧を所定電
圧に制限することができ、磁束飽和の危険のない安全な
運転を行うことができ、信頼性の向上した同期電動機の
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】本発明の同期電動機の制御装置による一実施例
の構成図

【図２】従来の装置の構成図

【図３】磁束演算器６の詳細図

【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…電流基準演算器 ９，10…増幅器 11，12…電流検出器 13…ｄｑ軸電流演算器 14…座標変換器 20…電圧制限手段 21…減算手段

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 電圧指令に応じて可変電圧可変周波数の
   電力を回転界磁形同期電動機の電機子に供給する電力変
   換手段と、界磁電流指令に応じて該同期電動機の界磁電
   流ｉ_f を制御する励磁手段を備えた装置において、 該同期電動機の回転子位置を検出する位置検出手段と、 該同期電電動機の電機子電流と回転子位置から回転子磁
   極と同方向（ｄ軸）と直交方向（ｑ軸）の成分電流ｉ_d
   とｉ_q を得る電流演算手段と、該成分電流ｉ_d，ｉ_q と
   該界磁電流ｉ_f からｄ軸、ｑ軸の成分磁束Φ_d ，Φ_q を
   演算し、角度δ＝ｔａｎ^-1（Φ_q ／Φ_d ）を得る磁束演
   算手段と、トルク指令Ｔ^* と磁束指令Φ^* 及び該角度δ
   からδ軸、ｑ軸の電流基準ｉ_d ^* ，ｉ_q ^* 及び界磁電流
   指令ｉ_f ^* を得る電流基準演算手段と、該電流基準ｉ_d ^*
   ，ｉ_q ^* と該成分電流ｉ_d ，ｉ_q をそれぞれ比較して
   ｄ軸，ｑ軸の電圧基準ｖ_d ^* ，ｖ_q ^* を得る電圧基準演
   算手段と、該電圧基準ｖ_d ^* ，ｖ_q ^* と回転子位置から
   前記電圧指令を得る電圧指令演算手段と、該電圧基準ｖ
   _d ^* ，ｖ_q ^* のベクトル和Ｖを演算しこの値が所定値を
   越えたとき、磁束補正量Φ_c を出力する電圧制御手段を
   設け、この磁束補正量Φ_c に応じて前記磁束指令Φ^* を
   補正し、該同期電動機の電機子電圧を制限することを特
   徴とする同期電動機の制御装置。