JPH0974800A - Control apparatus for ac motor - Google Patents
Control apparatus for ac motorInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、交流電動機制御装
置に関するものであり、より詳しくは、高回転数領域で
の運転特性を改善する技術に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an AC motor control device, and more particularly to a technique for improving operating characteristics in a high rotation speed range.
【0002】[0002]
【従来の技術】交流電動機は運転されると速度起電力を
生じ、磁束一定であれば速度起電力の大きさは回転数に
比例する。したがって、磁束一定であれば印加可能な電
圧の値を速度起電力の値が越えてしまう回転数が存在す
る。この回転数以下を一般にトルク領域、以上を定出力
領域と読んでいる。定トルク領域では、磁束を一定に保
てばよいので制御は比較的簡単である。定出力領域で
は、磁束制御の可能な同期電動機や誘導電動機ではおお
よそ回転数に対して磁束を反比例に制御することが行な
われ、また、磁束制御の不可能な永久磁石電動機では電
動機巻線のインダクタンスによる電圧降下を増加させる
ことが行われている。2. Description of the Related Art An AC electric motor produces a speed electromotive force when it is operated, and if the magnetic flux is constant, the magnitude of the speed electromotive force is proportional to the rotational speed. Therefore, there is a rotational speed at which the value of the speed electromotive force exceeds the value of the voltage that can be applied if the magnetic flux is constant. Below this number of revolutions is generally read as the torque region, and above is read as the constant output region. In the constant torque range, the magnetic flux only needs to be kept constant, so control is relatively simple. In the constant output region, the magnetic flux is controlled in inverse proportion to the number of revolutions in a synchronous motor or induction motor that can control the magnetic flux, and in the permanent magnet motor in which the magnetic flux cannot be controlled, the inductance of the motor winding is reduced. To increase the voltage drop due to.
【0003】これら交流電動機の電流制御はd−q軸電
流制御でおこなわれることが多い。過去には交流電流の
瞬時値を同じく交流の指令値に追従制御させるべく、P
I制御器に交流動作させることも行われていたが、高周
波での追従性に欠けるため電動機の運転周波数を高くで
きなかった。しかし、d−q軸電流制御により電動機の
運転範囲拡大が可能となった。The current control of these AC motors is often performed by dq axis current control. In the past, in order to control the instantaneous value of the AC current to follow the AC command value as well, P
The I controller was also operated by alternating current, but the operating frequency of the electric motor could not be increased because of lack of followability at high frequency. However, the dq axis current control has made it possible to expand the operating range of the electric motor.
【0004】ところが、d−q軸電流制御によっても電
動機の能力をフルに発揮しているとは言いがたい点があ
った。これを図4の永久磁石電動機の制御装置の従来例
に基づいて説明する。図4において、1は直流電源、2
はコンデンサ、3はインバータ、4は永久磁石電動機、
5はパルスエンコーダ、6U,6Wは永久磁石電動機の
U相,W相の電線に装着されたホールCT等の電流検出
器である。直流電源1はバッテリが用いられる場合、交
流電源と整流装置で構成される場合等いろいろである。
インバータ3は制御回路10により制御され、永久磁石
電動機4に可変電圧可変周波数の電圧を印加する。However, there is a point that it is hard to say that the electric power of the electric motor is fully exhibited by the dq axis current control. This will be described based on the conventional example of the controller for the permanent magnet motor shown in FIG. In FIG. 4, 1 is a DC power source, 2
Is a capacitor, 3 is an inverter, 4 is a permanent magnet motor,
Reference numeral 5 is a pulse encoder, and 6U and 6W are current detectors such as Hall CT mounted on the U-phase and W-phase electric wires of the permanent magnet motor. The DC power supply 1 is of various types such as a case where a battery is used and a case where it is composed of an AC power supply and a rectifier.
The inverter 3 is controlled by the control circuit 10 and applies a variable voltage variable frequency voltage to the permanent magnet motor 4.
【0005】制御回路10は、パルスエンコーダ5の出
力信号を入力され永久磁石電動機4の回転数ωr ,回転
角θr 等の回転情報を出力する回転検出器11と、電流
検出器6U,6Wの出力信号を受け、電流検出信号
iU ,iW を出力する電流検出回路12と、永久磁石電
動機4の回転角θr に基づき電流検出信号iU ,iW に
対してUVW静止座標系から電動機の磁極の回転に同期
したd−q回転座標系への変換を行い永久磁石の作る磁
束と同相の電流成分id 、永久磁石の作る磁束と直角方
向の電流成分iq を得るUVW/d−q座標変換回路1
3と、インバータ3の直流部電圧vDCを検出するための
電圧検出器14と、永久磁石電動機4の回転数ωr とイ
ンバータの直流部電圧vDCとに基づいて永久磁石電動機
4に流すべきd軸電流成分の指令値id * を出力するd
軸電流指令器15と、同じく永久磁石電動機の回転数ω
r とインバータ3の直流部電圧vDCとに基づいて永久磁
石電動機4に流すことのできるq軸電流成分の最大値i
qmaxを求め、その値で図示しない回路から与えられるq
軸電流指令値iq **をリミットして永久磁石電動機4に
流すことの可能なq軸電流指令値iq * を出力するq軸
電流指令値リミット回路16と、d軸電流指令値id *
およびq軸電流指令値iq * にそれぞれの電流検出
id ,iq が追従するようd−q軸における電圧指令値
vd * およびvq * を出力するd−q軸電流制御回路1
7と、電圧指令値vd * およびvq * を直流部電圧vDC
で割算して電圧指令値vd * およびvq * を制御率αd
* およびαq *に変換する割算器18d,18qと、永
久磁石電動機4の回転角θr に基づき制御率αd * およ
びαq * に対してd−q回転座標系からUVW静止座標
系への変換を行い制御率αU * ,αV * ,αW * を出力
するd−q/UVW座標変換回路19と、制御率
αU * ,αV * ,αW * を入力してPWM信号を出力す
るPWM制御回路20と、から構成されている。The control circuit 10 receives the output signal of the pulse encoder 5 and outputs the rotation information such as the rotation speed ω r and the rotation angle θ r of the permanent magnet motor 4 and the current detectors 6U and 6W. receiving the output signal, the current detection signal i U, a current detecting circuit 12 for outputting a i W, the current detection signal based on the rotation angle theta r of the permanent magnet motor 4 i U, from UVW stationary coordinate system relative to i W UVW / d to obtain a current component i d in phase with the magnetic flux produced by the permanent magnet and a current component i q in the direction perpendicular to the magnetic flux produced by the permanent magnet by performing conversion into a dq rotational coordinate system synchronized with the rotation of the magnetic poles of the electric motor. -Q coordinate conversion circuit 1
3, the voltage detector 14 for detecting the DC voltage v DC of the inverter 3, the rotational speed ω r of the permanent magnet motor 4 and the DC voltage v DC of the inverter should be applied to the permanent magnet motor 4. d that outputs the command value i d * of the d-axis current component
Similarly to the shaft current commander 15, the rotation speed ω of the permanent magnet motor
The maximum value i of the q-axis current component that can be passed through the permanent magnet motor 4 based on r and the DC voltage v DC of the inverter 3
Find qmax , and use that value to give q given by a circuit not shown.
A q-axis current command value limit circuit 16 that outputs a q-axis current command value i q * capable of flowing to the permanent magnet motor 4 by limiting the axis current command value i q ** , and a d-axis current command value i d. *
And d-q axis current control circuit 1 which outputs voltage command values v d * and v q * on the d-q axes so that the current detections id and iq follow the q-axis current command value i q *.
7, the voltage command values v d * and v q * DC section voltage v DC
By dividing the voltage command values v d * and v q * by the control rate α d
Based on the dividers 18d and 18q for converting to * and α q * , and the control ratios α d * and α q * based on the rotation angle θ r of the permanent magnet motor 4, from the dq rotating coordinate system to the UVW stationary coordinate system. control rate alpha U * performs conversion to, alpha V *, the d-q / UVW coordinate converting circuit 19 for outputting alpha W *, the control factor α U *, α V *, PWM enter the alpha W * And a PWM control circuit 20 that outputs a signal.
【0006】PWM制御回路20の詳細図は省略する
が、これは、三角波発生器と、三角波発生器の出力三角
波と制御率αU * ,αV * ,αW * とを比較して3相の
PWM信号を出力するコンパレータと、PWM信号それ
ぞれの極性反転信号を得る極性反転回路と、コンパレー
タ出力と極性反転回路出力のオフ論理からオン論理への
変化時に所定の時間遅れを持たせるデッドタイム回路と
からなる、ごく一般的なPWM制御回路である。先に述
べた割算器18d,18qは三角波発生器の出力三角波
の振幅とインバータ直流部電圧vDCの大きさとの比例関
係を一定に保ち、インバータ直流部電圧vDCの変動にか
かわらずd−q軸電流制御回路17のPI制御のループ
ゲインを一定に保つ役割をしている。Although a detailed diagram of the PWM control circuit 20 is omitted, this is a three-phase generator in which a triangular wave generator, an output triangular wave of the triangular wave generator, and control rates α U * , α V * , and α W * are compared. , A polarity inversion circuit that obtains the respective polarity inversion signals of the PWM signals, and a dead time circuit that delays a predetermined time when the comparator output and the polarity inversion circuit output change from the OFF logic to the ON logic. And is a very general PWM control circuit. The dividers 18d and 18q described above keep the proportional relationship between the amplitude of the output triangular wave of the triangular wave generator and the magnitude of the inverter DC section voltage v DC constant, regardless of the variation of the inverter DC section voltage v DC. It plays a role of keeping the PI gain of the q-axis current control circuit 17 constant.
【0007】PWM制御回路の出力する6個のPWM信
号は、図示しないゲート回路を介して、インバータ3に
与えられ、d軸電流指令値id * およびq軸電流指令値
iq * に永久磁石電動機4のd軸電流およびq軸電流が
追従するよう制御される。d軸と永久磁石の磁束方向と
を一致させ、q軸を永久磁石の磁束と直角方向にとって
いることから、永久磁石の発生トルクはq軸電流のみに
よって決まる。このことから、q軸電流はトルク分電流
とも呼ばれる。一方、d軸電流はトルクに無関係で、定
出力領域での運転を可能とするために制御される。この
ことから、d軸電流は、励磁分電流とも呼ばれる。The six PWM signals output from the PWM control circuit are given to the inverter 3 via a gate circuit (not shown ), and the permanent magnets are supplied to the d-axis current command value i d * and the q-axis current command value i q *. The d-axis current and the q-axis current of the electric motor 4 are controlled so as to follow. Since the d-axis and the magnetic flux direction of the permanent magnet are aligned and the q-axis is oriented in the direction perpendicular to the magnetic flux of the permanent magnet, the torque generated by the permanent magnet is determined only by the q-axis current. For this reason, the q-axis current is also referred to as the torque component current. On the other hand, the d-axis current is irrelevant to the torque and is controlled to enable the operation in the constant output region. For this reason, the d-axis current is also called an excitation current.
【0008】定出力領域で永久磁石電動機にあるトルク
分電流iq を流すときどれだけのid を流さねばならな
いかを図5及び図6のベクトル図に基づいて説明する。
ただし、図5及び図6では簡単のため永久磁石電動機4
の巻線の抵抗分を無視し、インダクタンスLのみとして
描いている。図5は無負荷、つまりトルク分電流iqが
ゼロの場合である。永久磁石による磁束をφm とすると
きEm =ωr ・Φm の速度起電力が生じている。図5に
おける円弧はインバータ3の出力可能最大電圧VIMAXの
半径の円弧で、この円弧内であればインバータ3が出力
可能である。したがって、誘起電圧が円弧内にあれば励
磁電流id を流す必要はない。定出力領域では、図の通
り速度起電力の方が大きいのでその差電圧をインダクタ
ンスによる電圧ドロップωr L・id で負担せねばらな
らない。したがって、無負荷時には、 id =(VIMAX−Em )/ωr L=(VIMAX−ωr ・Φ
m )/ωr L のd軸電流が必要である。定出力領域では(VIMAX−ω
r ・Φm )<0なので、id の値は負である。この式は
回転数が上昇すればするほど、必要なid が増えること
を示している。How much i d has to flow when a certain torque current i q flows through the permanent magnet motor in the constant output region will be described with reference to the vector diagrams of FIGS. 5 and 6.
However, in FIGS. 5 and 6, for simplicity, the permanent magnet motor 4 is used.
The resistance of the winding wire is ignored, and only the inductance L is drawn. FIG. 5 shows no load, that is, the torque current i q is zero. When the magnetic flux from the permanent magnet is φ m , a velocity electromotive force of E m = ω r · Φ m is generated. The arc in FIG. 5 is an arc having a radius of the maximum voltage V IMAX that can be output by the inverter 3, and the inverter 3 can output within this arc. Therefore, if the induced voltage is within the arc, it is not necessary to flow the exciting current i d . In the constant output area, there is no burden Senebaranara in the voltage drop ω r L · i d due to the inductance and the difference voltage is greater is more of the street speed electromotive force of the figure. Therefore, at no load, i d = (V IMAX −E m ) / ω r L = (V IMAX −ω r · Φ
A d-axis current of m ) / ω r L is required. In the constant output region (V IMAX −ω
Since r · Φ m ) <0, the value of i d is negative. This equation shows that the higher the rotational speed, the more the required i d .
【0009】図6は正のトルク分電流iq を流している
場合である。トルク分電流iq によりωr L・iq の電
圧降下が図のようにd軸の負方向に生じる。この場合も
インバータ3の出力電圧は半径VIMAXの円弧内に収めね
ばならない。このとき、トルク分電流iq と励磁分電流
id のベクトル和すなわち全電流it のインピーダンス
ドロップωr L・it のベクトルと速度起電力Em のベ
クトルとインバータ出力電圧VIMAXのベクトルとで三角
形が形作られるので、余弦定理から、FIG. 6 shows a case in which a positive torque current i q is flowing. The torque component current i q causes a voltage drop of ω r L · i q in the negative direction of the d-axis as shown in the figure. In this case as well, the output voltage of the inverter 3 must be within the arc of the radius V IMAX . In this case, the vector of the vector and the inverter output voltage V IMAX of torque current i q and the exciting component current impedance drop of the vector sum ie total current i t of i d ω r L · i t of the vector and the speed electromotive force E m Since a triangle is formed by, from the cosine theorem,
【0010】[0010]
【数1】 のd軸電流が必要となる。すなわち、同一回転数でもq
軸電流が大きくなると上式に応じて大きなid が要求さ
れる。逆にいえば、上式を満すだけのid を流せば十分
であり、回転数やトルク電流iq の値に応じてid を制
御すればよい。[Equation 1] D-axis current is required. That is, q
When the axial current becomes large, a large i d is required according to the above formula. Conversely, it suffices to let i d to satisfy the above equation, and i d should be controlled according to the value of the rotation speed and the torque current i q .
【0011】ところが、現実の永久磁石電動機の制御装
置では上式の関係を満足する値よりもかなり大きな値の
id を流さねばならない。なぜなら、上式は定常状態で
の関係であり、id ,iq の値を変化させようとする過
渡時には図5及び図6に示したよりも大きな電圧余裕が
必要になることがあり、しかも、過渡的に電圧が不足す
ると、制御不能に陥っていまうことがあるからである。
そして、一旦、制御不能に陥ると回転数、トルク電流指
令の何れかを大幅に低下させなければ制御を復帰させる
ことができない。However, in the actual controller of the permanent magnet motor, i d of a value much larger than the value satisfying the above relation must be flowed. This is because the above equation is a relation in the steady state, and a voltage margin larger than those shown in FIGS. 5 and 6 may be required during a transition in which the values of i d and i q are changed, and This is because if the voltage is transiently insufficient, control may be lost.
Once the control is lost, control cannot be restored unless either the rotational speed or the torque current command is significantly reduced.
【0012】これを図7に基づき説明する。図7はd−
q軸電流制御回路17の構成の一例である。図7におい
て、31d,31qは減算器、32d,32qはPI制
御回路、33d,33qは乗算器、34は減算器、35
は加算器、36は永久磁石電動機の回転数ωr を入力
し、永久磁石のインダクタンスのゲインL倍してωr ・
Lを出力する倍率器、37は同じく永久磁石電動機の回
転数ωr を入力し、永久磁石の作る磁束のゲインΦm 倍
してωr ・Φm を出力する倍率器である。減算器31d
で励磁分電流指令id * から電流検出id が減算され、
その偏差がPI制御器32dでPI制御される。PI制
御器32dの出力は減算器34で乗算器33qの出力が
減算され、d軸電圧指令vd * とされる。q軸側も、同
様に、減算器32q,PI制御器32q,加算器35を
介して、q軸電圧指令vq * とされる。加算器35で
は、PI制御器32qの出力に倍率器37の出力と乗算
器33dの出力とを加算している。乗算器33d,33
qはそれぞれ電流検出id ,iq に倍率器36の出力ω
r Lを乗算し、ωr L・id ,ωr L・iq を出力す
る。This will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows d-
3 is an example of a configuration of a q-axis current control circuit 17. 7, 31d and 31q are subtractors, 32d and 32q are PI control circuits, 33d and 33q are multipliers, 34 is a subtractor, and 35
Is an adder, and 36 is the rotation speed ω r of the permanent magnet motor, and is multiplied by the gain L of the inductance of the permanent magnet to obtain ω r
Similarly, a multiplier 37 for outputting L is a multiplier for inputting the rotational speed ω r of the permanent magnet motor and multiplying the gain Φ m of the magnetic flux produced by the permanent magnet, and outputting ω r · Φ m . Subtractor 31d
The current detection i d is subtracted from the excitation current command i d * at
The deviation is PI-controlled by the PI controller 32d. The output of the PI controller 32d is subtracted from the output of the multiplier 33q by the subtractor 34 to obtain a d-axis voltage command v d * . q-axis side, similarly, the subtracter 32q, PI controller 32q, through the adder 35, is a q-axis voltage command v q *. The adder 35 adds the output of the multiplier 37d and the output of the multiplier 37d to the output of the PI controller 32q. Multipliers 33d, 33
q is the current detection i d , i q and the output ω of the multiplier 36
multiplied by the r L, ω r L · i d, and outputs the ω r L · i q.
【0013】永久磁石電動機の電圧電流方程式はThe voltage-current equation of a permanent magnet motor is
【0014】[0014]
【数2】 と表わすことができるが、減算器34、加算器35はそ
れぞれ上の2式の右辺の第2項以下をPI制御器32
d,32qの出力に加算するものである。それぞれ上の
2式の右辺の第2項をPI制御器出力に加算あるいは減
算することにより、直交しているd−q軸それぞれに流
れている電流が互いに直交軸に及ぼす影響を除去するこ
とができ、また、q軸側の式の右辺第3項を加算するこ
とにより、回転数による速度起電力変化の影響を除去す
ることができる。これにより、PI制御器32d,32
qは、自相の抵抗分、インダクタンス分と設定定数の誤
差分だけを負担すればよくなる。以上のような構成の電
流制御回路により、定トルク領域では良好な電流制御が
可能となる。[Equation 2] , The subtractor 34 and the adder 35 respectively calculate the second term and the following terms on the right side of the above two equations from the PI controller 32.
It is added to the outputs of d and 32q. By adding or subtracting the second term on the right side of each of the above two equations to the PI controller output, it is possible to remove the influence of the currents flowing in the orthogonal d-q axes on the orthogonal axes. In addition, by adding the third term on the right side of the equation on the q-axis side, it is possible to remove the influence of the change in speed electromotive force due to the rotation speed. As a result, the PI controllers 32d, 32
It suffices for q to bear only the resistance component of its own phase, the inductance component, and the error component of the setting constant. The current control circuit having the above-described configuration enables good current control in the constant torque region.
【0015】次に、定出力領域で、トルク電流指令iq
* に大振幅のステップ変化を与えて急増させた場合を考
えてみる。定出力領域なので速度起電力Em =ωr ・Φ
m はすでにインバータの出力可能な最大電圧ベクトルの
大きさVIMAXを上回っている。このため、負の励磁分電
流id を流して、q軸成分電圧を下げている。このとき
のid の値としては、与えられるトルク電流指令iq *
のステップ変化後の値に見合うトルク電流が流れたとき
にも、インバータ電圧が出力可能なだけの電流であるも
のとする。すなわち、ステップ変化後の指令値に見合う
電流が流れても、定常状態ではq軸成分電圧、d軸成分
電圧のベクトル和すなわちインバータ出力電圧ベクトル
の大きさV1 は、VIMAXよりわずかに低い値であるとす
る。ここで、トルク電流指令iq * が大振幅ステップで
急増すると、q軸のPI制御器32qの出力が最大値ま
で増加して、q軸成分電圧指令値vq * の大きさが最大
値VIMAXを越えてしまう。ところが、インバータは実際
には最大値VIMAX以上の電圧は出力し得ないので、iq
の増加はゆるやかである。トルク電流iq が、指令値i
q * に達したらq軸のPI制御器32qの出力は減少
し、出力電圧指令値のベクトルとしての大きさは最大値
VIMAX以下の値に復帰できる。しかし、iq が指令値i
q * に達しなければ、PI制御器32qの出力は最大値
を出力しつづけるので、そのまま制御不能となってしま
う。しかも、iq を急速に増加させようとしてPI制御
器32qの出力が最大値を出力しているというそのこと
自体によって、iq が指令値iq * に追従しにくくなる
のである。Next, in the constant output region, the torque current command i q
Consider the case where a large amplitude step change is applied to * and the value is rapidly increased. Since it is in the constant output region, the speed electromotive force E m = ω r · Φ
m has already exceeded the magnitude V IMAX of the maximum voltage vector that can be output by the inverter. Therefore, the negative excitation current i d is passed to reduce the q-axis component voltage. As the value of i d at this time, the given torque current command i q *
Even when a torque current commensurate with the value after the step change of flows, the inverter voltage is a current that can be output. That is, even if the current corresponding to the command value after the step change flows, the vector sum of the q-axis component voltage and the d-axis component voltage, that is, the magnitude V 1 of the inverter output voltage vector is a value slightly lower than V IMAX in the steady state. Suppose Here, when the torque current command i q * rapidly increases in a large amplitude step, the output of the q-axis PI controller 32q increases to the maximum value, and the q-axis component voltage command value v q * has the maximum value V. It exceeds IMAX . However, since the inverter cannot actually output a voltage higher than the maximum value V IMAX , i q
The increase in is slow. The torque current i q is the command value i
When q * is reached, the output of the q-axis PI controller 32q decreases, and the magnitude of the output voltage command value as a vector can be returned to a value equal to or lower than the maximum value V IMAX . However, i q is the command value i
If it does not reach q * , the output of the PI controller 32q continues to output the maximum value, and the control becomes impossible. Moreover, by the fact itself that the output of the PI controller 32q is outputting the maximum value i q in an attempt to rapidly increase, i q is the less likely to follow the command value i q *.
【0016】これを図8のベクトル図で説明する。図8
において、vq1 * ,vd1 * はトルク電流指令のステップ
変化前の値iq1 * の時のd−q軸電圧指令成分ベクト
ル、vt1 * はその合成ベクトルでその値はインバータが
実際に出力している電圧のベクトルvt1と等しい。トル
ク電流指令がiq1 * からiq2 * に増加した後のある時点
での、q軸電圧指令値がvq2 * である。d軸電圧指令値
が以前と同じ値vd1 * であるとすると、それらのベクト
ル和はvt2 * となり、インバータが出力可能な範囲を越
えている。実際に出力される電圧ベクトルは円弧上のv
t2である。このため、実際に出力されるd−q軸電圧成
分はvd2,vq2となる。d軸電圧成分vd2の大きさが減
少している。d軸成分電圧の減少は励磁電流分id の減
少をうながし、励磁電流分id の減少はq軸における速
度起電力に対する励磁電流による電圧降下の減少につな
がる。すなわち、q軸電流の増加を妨げる方向に働く。
d軸電流が減少したため、d軸側のPI制御器32dが
動作し、d軸電流を復帰させるべくvd * を増加させる
が、q軸側のPI制御器32qの出力が最大値を出力し
ており、vq2 * はそれに速度起電力が加算されているの
で、そのベクトル長はvd * のベクトル長よりもはるか
におおきい。結果として、d軸側のPI制御器32dが
飽和しても、必要なd軸電流を流すようなベクトル関係
になりえないことがあり得、そのような場合には、双方
の制御器が飽和してしまうという事態に陥る。This will be described with reference to the vector diagram of FIG. FIG.
In the above, v q1 * and v d1 * are dq axis voltage command component vectors when the value i q1 * before the step change of the torque current command, v t1 * is a composite vector thereof, and the values are actually output by the inverter. Is equal to the vector of the voltage being applied, v t1 . The q-axis voltage command value is v q2 * at some point after the torque current command has increased from i q1 * to i q2 * . Assuming that the d-axis voltage command value is the same value v d1 * as before, the vector sum of these is v t2 * , which exceeds the range that the inverter can output. The voltage vector actually output is v on the arc.
t2 . Therefore, the d- and q-axis voltage components actually output are v d2 and v q2 . The magnitude of the d-axis voltage component v d2 has decreased. A decrease in the d-axis component voltage promotes a decrease in the exciting current component i d , and a decrease in the exciting current component i d leads to a decrease in the voltage drop due to the exciting current with respect to the speed electromotive force on the q-axis. That is, it works in the direction of hindering the increase of the q-axis current.
Since the d-axis current has decreased, the PI controller 32d on the d-axis side operates and v d * is increased to restore the d-axis current, but the output of the PI controller 32q on the q-axis side outputs the maximum value. Since v q2 * has velocity electromotive force added to it, its vector length is much larger than the vector length of v d * . As a result, even if the PI controller 32d on the d-axis side saturates, it may not be possible to have a vector relationship that allows a necessary d-axis current to flow. In such a case, both controllers are saturated. Fall into the situation of doing.
【0017】さて図4にもどり、このような事態を避け
るため、過渡状態においても十分に電圧余裕を確保でき
るだけの負の励磁電流を流さなければならない。このた
め、d軸電流指令器15により、トルク電流指令が最大
のときにも充分で、またトルク電流指令が急変しても安
定な制御が可能なだけの大きさのid * が回転数と直流
電圧とに応じて与えられる。これにより、インバータの
出力可能最大電流がitmaxであるとすると、q軸には
(itmax 2 −id *2)1/2 (本明細書では、ルート記号
を使用できないので、以下、このように平方根を1/2
のべき指数で表わす。)以上のトルク電流を流すことが
できなくなる。つまり、id * を大きくした分だけ定出
力における発生可能トルクが小さくなる。これをq軸電
流指令値リミット回路16で与えている。Returning to FIG. 4, in order to avoid such a situation, it is necessary to flow a negative exciting current sufficient to secure a sufficient voltage margin even in a transient state. Therefore, the d-axis current commander 15 is sufficient even when the torque current command is maximum, and i d * of a magnitude sufficient for stable control even when the torque current command changes suddenly is the rotation speed. It is given according to the DC voltage. Thus, when the output enable maximum current of the inverter is assumed to be i tmax, the q-axis in the (i tmax 2 -i d * 2 ) 1/2 ( herein, can not be used to route symbol, hereinafter, this So the square root is 1/2
Expressed as a power index. ) The above torque current cannot be applied. That is, the torque that can be generated at the constant output is reduced by the amount that i d * is increased. This is given by the q-axis current command value limit circuit 16.
【0018】[0018]
【発明が解決しようとする課題】このため、永久磁石電
動機4の回転数−トルク曲線は図9のようになる。点線
部分が、定常状態に達することができれば出力可能な回
転数−トルク曲線であり、実線部分が、過渡状態まで含
めて考えたときに出力可能な回転数−トルク曲線であ
る。id * を充分に流すことにより定トルク領域が狭く
なり、定出力領域でのトルクが制限されている。また、
高回転数になるほどトルクが出し得なくなることから、
実際に使用できる運転周波数範囲も狭くなっている。さ
らに、励磁電流をよけいに流すため、効率も低下したも
のとなっている。Therefore, the rotational speed-torque curve of the permanent magnet motor 4 becomes as shown in FIG. The dotted line portion is the rotational speed-torque curve that can be output if the steady state can be reached, and the solid line portion is the rotational speed-torque curve that can be output when considering the transient state. The constant torque region is narrowed by sufficiently flowing i d * , and the torque in the constant output region is limited. Also,
Since the torque cannot be generated as the rotation speed becomes higher,
The operating frequency range that can be actually used is also narrow. Furthermore, since the exciting current is passed to the side, the efficiency is lowered.
【0019】本発明は、定常状態では必要最小限の励磁
電流を流すと共に、過渡的に励磁電流の増加が必要な場
合には自動的に励磁電流の量を制御するようにし、もっ
て制御装置が制御不能に陥ることなく、交流電動機の出
力容量アップ、運転周波数範囲拡大、高効率化、定出力
範囲における制御の安定性向上を図ることができる交流
電動機制御装置を提供することを目的としている。According to the present invention, the minimum required exciting current is supplied in the steady state, and when the exciting current is transiently required to be increased, the exciting current amount is automatically controlled. An object of the present invention is to provide an AC motor control device capable of increasing the output capacity of an AC motor, expanding the operating frequency range, improving efficiency, and improving the stability of control in a constant output range without falling into control failure.
【0020】[0020]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、請求項1記載の発明は、電力変換器から
交流電動機に流される電流を、交流電動機の磁束方向に
もとづき、磁束方向に平行なd軸と磁束方向に直角なq
軸とからなるd−q軸座標上の成分id ,iqとして検
出し、与えられるトルク電流指令にもとづいて作成され
るq軸電流指令値iq * にq軸電流iq が追従するよう
q軸電圧指令値vq * を制御し、前記電力変換器の出力
可能な電圧にもとづいて作成されるd軸電流指令値id
* にd軸電流id が追従するようd軸電圧指令値vd *
を制御し、前記q軸電圧指令値vq * およびd軸電圧指
令値vd * にもとづいて前記電力変換器の出力電圧を制
御する交流電動機制御装置において、前記電力変換器の
出力可能電圧に関連する所定値|vIMAX|と前記d軸電
圧指令値vd * と前記q軸電圧指令値vq * とに基づい
て、前記d軸電流指令値id * を制御し、前記電力変換
器の出力可能な電流に関連する所定値|iIMAX|と前記
d軸電流指令値id * とに基づいて前記トルク電流指令
をリミットしてq軸電流指令値iq * とする、ことを特
徴とする。As a means for solving the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 is directed to a current flowing from an electric power converter to an AC electric motor in a magnetic flux direction based on a magnetic flux direction of the AC electric motor. Q perpendicular to the parallel d-axis and the magnetic flux direction
Component i d on d-q-axis coordinate consisting of a shaft, is detected as i q, such that q-axis current command value is created based on the given torque current command i q * on the q-axis current i q to follow The d-axis current command value i d is created based on the voltage that the power converter can output by controlling the q-axis voltage command value v q *.
* D-axis voltage command value so that the d-axis current i d to follow the v d *
In the AC motor controller for controlling the output voltage of the power converter based on the q-axis voltage command value v q * and the d-axis voltage command value v d *. The d-axis current command value i d * is controlled based on the related predetermined value | v IMAX |, the d-axis voltage command value v d *, and the q-axis voltage command value v q *, and the power converter is controlled. The torque current command is limited based on a predetermined value │i IMAX │ related to the current that can be output and the d-axis current command value i d * to obtain a q-axis current command value i q *. And
【0021】請求項2記載の発明は、請求項1記載の発
明において、前記電力変換器の出力可能電圧に関連する
所定値|vIMAX|と前記d軸電圧指令値vd * とからv
q **=(|vIMAX|2 −vd *2)1/2 で第2のq軸電圧
指令値vq **を求め、第2のq軸電圧指令値vq **と前
記q軸電圧指令値vq * との比較に基づいて前記d軸電
流指令値id * の大きさを制御するようにし、また、前
記電力変換器の出力可能な電流に関連する所定値|i
IMAX|と前記d軸電流指令値id * とに基づく値(|v
IMAX|2 −id *2)1/2 によって前記トルク電流指令の
大きさを制限して前記q軸電圧指令値iq * とするよう
にした、ことを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, a predetermined value | v IMAX | related to the outputtable voltage of the power converter and the d-axis voltage command value v d *
The second q-axis voltage command value v q ** is obtained by q ** = (| v IMAX | 2 −v d * 2 ) 1/2 , and the second q-axis voltage command value v q ** and the q The magnitude of the d-axis current command value i d * is controlled based on the comparison with the shaft voltage command value v q *, and a predetermined value | i related to the current that can be output by the power converter.
A value (| v based on IMAX | and the d-axis current command value i d *
IMAX | 2 -i d * 2) to limit the magnitude of the torque current command by 1/2 and so that said q-axis voltage command value i q *, it is characterized.
【0022】請求項3記載の発明は、請求項1又は2記
載の発明において、前記電力変換器として電圧形PWM
インバータを用い、このインバータの直流部電圧の検出
に基いて、q軸電圧指令値vq * およびd軸電圧指令値
vd * と実際にインバータから出力されるq軸電圧vq
およびd軸電圧vd との比例関係が保たれるべく、PW
M制御の制御率とq軸電圧指令値vq * およびd軸電圧
指令値vd * の関係を補正し、かつ前記直流部電圧の検
出にもとづいて前記電力変換器の出力可能電圧に関連す
る所定値|vIMAX|を決定する、ことを特徴とする。According to a third aspect of the invention, in the invention of the first or second aspect, the power converter is a voltage source PWM.
Using an inverter, the q-axis voltage command value v q * and the d-axis voltage command value v d * and the q-axis voltage v q actually output from the inverter are detected based on the detection of the DC voltage of the inverter.
And the d-axis voltage v d are maintained proportionally, PW
The relationship between the control rate of M control and the q-axis voltage command value v q * and the d-axis voltage command value v d * is corrected, and is related to the outputtable voltage of the power converter based on the detection of the DC voltage. It is characterized in that a predetermined value | v IMAX | is determined.
【0023】請求項4記載の発明は、請求項2又は3記
載の発明において、前記交流電動機が誘導電動機であ
り、前記電力変換器の出力可能電圧に関連する所定値|
vIMAX|とd軸電圧指令値vd * とからq軸電圧リミッ
ト値(|vIMAX|2 −vd *2)1/2 を求め、誘導電動機
の回転数に比例して与えられる前記q軸電圧指令値を前
記q軸電圧リミット値(|vIMAX|2 −vd *2)1/2 に
よりリミットして前記第2のq軸電圧指令値vq **を
得、この第2のq軸電圧指令値vq **と前記q軸電圧指
令値vq * との比較に基づいて前記d軸電流指令値id
* の大きさを制御し、前記電力変換器の出力可能な電流
に関連する所定値|iIMAX|と前記d軸電流指令値id
* とに基づく値(|iIMAX|2 −id *2)1/2 によって
前記トルク電流指令の大きさを制限して前記q軸電圧指
令値iq * とする、ことを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, in the second or third aspect of the invention, the AC motor is an induction motor, and a predetermined value | associated with the outputtable voltage of the power converter.
The q-axis voltage limit value (| v IMAX | 2 −v d * 2 ) 1/2 is calculated from v IMAX | and the d-axis voltage command value v d *, and q is given in proportion to the rotation speed of the induction motor. The axis voltage command value is limited by the q-axis voltage limit value (| v IMAX | 2- vd * 2 ) 1/2 to obtain the second q-axis voltage command value vq **, and the second q-axis voltage command value vq ** is obtained. Based on the comparison between the q-axis voltage command value v q ** and the q-axis voltage command value v q * , the d-axis current command value i d
The magnitude of * is controlled, and a predetermined value | i IMAX | related to the outputtable current of the power converter and the d-axis current command value i d
* Value based on the (| i IMAX | 2 -i d * 2) to limit the magnitude of the torque current command by 1/2 and the q-axis voltage command value i q *, it is characterized.
【0024】従来例で説明したように、制御不能に陥る
原因は、回転数増加、トルク電流指令の急増等の運転条
件の変化時にd軸電流がその指令値に追従できないでい
る間に、q軸側の出力電圧指令値が増大して、ベクトル
としてインバータの出力可能な電圧以上の指令値が与え
られ、結果としてd軸電流を制御するのに十分なd軸電
圧が確保できなくなることにある。本発明では、d軸側
の制御を優先し、制御不能とならないよう、q軸側の電
圧を制御する。インバータの出力可能な最大値はq軸電
圧とd軸電圧とのベクトル和であることに着目し、イン
バータ出力電圧最大値をベクトル長|vIMAX * |で規定
し、q軸側の第2の電圧指令値として、vq **=(|v
IMAX * |2 −vd *2)1/2 を与え、d−q軸電流制御の
結果として定まる先の第1のq軸電圧指令値vq * が第
2の電圧指令値vd **を越えるとd軸電流指令値id *
を負方向へ増加させるようにPI制御する。また、イン
バータの出力最大電流をitmax * としたとき、トルク電
流指令値iq **の絶対値を(iimax *2−id *2)1/2 で
リミットしてq軸側電流基準iq * として電流制御回路
に与える。As explained in the conventional example, the reason why the control becomes uncontrollable is that while the d-axis current is not able to follow the command value when the operating condition changes, such as an increase in the number of revolutions or a sudden increase in the torque current command, q The output voltage command value on the axis side increases, and a command value greater than the voltage that can be output by the inverter is given as a vector, and as a result, it becomes impossible to secure a d-axis voltage sufficient to control the d-axis current. . In the present invention, the control on the d-axis side is prioritized, and the voltage on the q-axis side is controlled so as not to be out of control. Paying attention to the fact that the maximum value that the inverter can output is the vector sum of the q-axis voltage and the d-axis voltage, the maximum value of the inverter output voltage is defined by the vector length | v IMAX * | As the voltage command value, v q ** = (| v
IMAX * | 2 -v d * 2 ) 1/2 gives, first q-axis voltage command value of the previous determined as a result of the d-q axis current control v q * are the second voltage command value v d ** D-axis current command value i d *
PI is controlled so as to increase in the negative direction. Further, when the maximum output current of the inverter was set to i tmax *, the absolute value of the torque current command value i q ** (i imax * 2 -i d * 2) q -axis side current reference and limit 1/2 It is given to the current control circuit as i q * .
【0025】すなわち、トルク分電流指令値iq **、あ
るいは回転数の増加などでd−q軸電流制御回路のp軸
側出力vq * が第2の電圧指令値vq **を超えると、q
軸側電圧のPI制御によりd軸電流指令値id * が負方
向へ増加し、d軸電流を定常時よりも多く流そうとす
る。これにより、d−q軸電流制御回路のd軸側出力v
d * は負方向へ増加し、vq **=(|v* IMAX|2 −v
d *2)1/2 で定まる第2の電圧指令値vq **が小さくな
り、ますますd軸電流指令値id * は負方向へ増加させ
られる。d−q軸電流制御のq軸電流制御のq軸側電流
基準iq * としてはiq **を(i*2 tmax−id *2)1/2
でリミットしたものが与えられるので、id * が負方向
へ増加するに連れてq軸側電流基準iq * の絶対値は減
少してゆく。d−q軸電流制御のq軸側出力vq * はい
ったん増加し、トルク電流指令値id * のステップ量が
大きい場合などには飽和しているが、q軸電流基準iq
* の絶対値は減少してくるので、そのうちにiq * がi
q と等しくなり偏差ゼロとなる。これにより、vd * が
減少して、インバータ出力電圧ベクトルの長さが|v*
IMAX|より小さくなり、d−q軸電流制御のd軸側の制
御が有効に働くようになる。つまり、id がid * に追
従できるようになる。これにより、d−q軸電流制御の
d軸側の制御出力vd * の大きさは減少しはじめ、第2
の電圧基準vq **=(|v* IMAX|2 −vd *2)1/2 は
増加に転じる。したがって、id * は正方向へ変化す
る。すなわち、大きさとしてはid * は少しずつ減少す
る。iq *もこれにつれて少しずつ増加する。インバー
タ出力電圧ベクトルの長さが|v* IMAX|より小さくな
っているので、d軸,q軸とも電流制御が有効に働き、
電流id ,iq のどちらも指令値の変化に追従してゆ
く。最終的にiq * が安定しiq がその値に追従する
と、d−q軸電流制御回路のq軸側出力が減少し、q軸
電圧制御によりid * も減少する。That is, the torque component current command value i q ** , or the p-axis side output v q * of the dq axis current control circuit exceeds the second voltage command value v q ** due to an increase in the number of revolutions. And q
The d-axis current command value i d * increases in the negative direction by the PI control of the axis-side voltage, and the d-axis current tends to flow more than in the steady state. As a result, the d-axis side output v of the d-q-axis current control circuit
d * increases in the negative direction, and vq ** = (| v * IMAX | 2- v
The second voltage command value v q ** determined by d * 2 ) 1/2 becomes smaller, and the d-axis current command value i d * is gradually increased in the negative direction. The q-axis side current reference of the q-axis current control d-q axis current control i q * i q a ** (i * 2 tmax -i d * 2) 1/2
Since the limit value is given by, the absolute value of the q-axis side current reference i q * decreases as i d * increases in the negative direction. The q-axis side output v q * of the d-q axis current control increases once and is saturated when the step amount of the torque current command value i d * is large, but the q-axis current reference i q.
The absolute value of * decreases, so that i q * is i
It becomes equal to q and the deviation is zero. As a result, v d * is reduced, and the length of the inverter output voltage vector is | v *.
It becomes smaller than IMAX |, and the d-axis side control of the dq axis current control works effectively. That is, i d can follow i d * . As a result, the magnitude of the control output v d * on the d-axis side of the d-q axis current control starts to decrease, and
The voltage reference v q ** = (| v * IMAX | 2- vd * 2 ) 1/2 turns to increase. Therefore, i d * changes in the positive direction. That is, as the size, i d * gradually decreases. i q * also gradually increases accordingly. Since the length of the inverter output voltage vector is smaller than | v * IMAX |, current control works effectively for both the d-axis and the q-axis.
Both the currents i d and i q follow the change in the command value. When i q * finally stabilizes and i q follows the value, the q-axis side output of the dq axis current control circuit decreases, and the q axis voltage control also decreases i d * .
【0026】これにより、vd * の値が減少するので、
q軸側の第2の電圧指令値vq **は増加し、定常状態に
おける値まで復帰していく。d軸電流指令値id * の大
きさも定常状態において必要な最低限の電流値まで下が
ってゆく。This reduces the value of v d *
The second voltage command value v q ** on the q-axis side increases and returns to the value in the steady state. The magnitude of the d-axis current command value i d * also drops to the minimum current value required in the steady state.
【0027】[0027]
【発明の実施の態様】図1は本発明の実施形態の構成を
示すブロック図である。図1において、1〜6wおよび
11〜14,17〜20の構成要素は図4の従来例と同
一の構成要素であるため重複した説明を省略する。51
は電圧ベクトル長最大値設定器でインバータ直流電圧の
大きさvDCを入力され、インバータ出力電圧ベクトル長
最大値|v* IMAX|を出力する。|v* IMAX|の値はイ
ンバータが真に出力可能な最大電圧ベクトル長よりわず
かに小さく設定される。52はq軸電圧最大値設定器
で、d−q軸電流制御回路17のd軸側出力信号vd *
とインバータ出力電圧ベクトル長最大値|v* IMAX|と
を入力されq軸側の第2の電圧指令値(vq **=(|v
* IMAX|2 −vd *2)1/2 を出力する。53はq軸側の
第2の電圧指令値とd−q軸電流制御回路17のq軸側
出力vq * との偏差をとる減算器である。54は減算器
53の出力を入力し、d−q軸電流制御回路17のq軸
側出力vq *がq軸側の第2の電圧指令値vq **を超え
ないように制御するPI制御器である。PI制御器54
にはその出力の最大値として定数設定器55からゼロが
与えられている。すなわち、vq **>vq * であればP
I制御器54の出力はゼロであり、vq * がvq **を超
えようとすると負の値を出力する。PI制御器54の出
力はd軸電流指令id * としてd−q軸電流制御回路1
7へ与えられる。PI制御器54の出力はq軸電流最大
値設定器56にも与えられる。q軸電流最大値設定器5
6はid * を入力し、インバータの所定の出力最大電流
i* tmaxとid *とに基づいてq軸電流最大値(i*2
tmax−id *2)1/2 を出力する。57はリミッタで、ト
ルク分電流指令iq **とq軸電流最大値(i*2 tmax−i
d *2)1/2 とに基づきq軸側電流基準iq * をd−q軸
電流制御回路17に出力する。1 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of the present invention. In FIG. 1, components 1 to 6w and 11 to 14 and 17 to 20 are the same as those in the conventional example of FIG. 51
Is a voltage vector length maximum value setting unit, which receives the inverter DC voltage magnitude v DC, and outputs an inverter output voltage vector length maximum value | v * IMAX |. The value of | v * IMAX | is set to be slightly smaller than the maximum voltage vector length that the inverter can truly output. 52 is a q-axis voltage maximum value setting device, which is the d-axis side output signal v d * of the d-q axis current control circuit 17 .
And the inverter output voltage vector length maximum value | v * IMAX | are input, and the second voltage command value ( vq ** = (| v
* IMAX | 2 −v d * 2 ) 1/2 is output. Reference numeral 53 is a subtractor that takes the deviation between the second voltage command value on the q-axis side and the q-axis side output v q * of the dq axis current control circuit 17. Reference numeral 54 denotes a PI which receives the output of the subtractor 53 and controls so that the q-axis side output v q * of the dq axis current control circuit 17 does not exceed the q-axis side second voltage command value v q **. It is a controller. PI controller 54
Is given a zero from the constant setter 55 as the maximum value of its output. That is, if vq ** > vq * , then P
The output of the I controller 54 is zero and outputs a negative value when v q * exceeds v q ** . The output of the PI controller 54 is the d-q current control circuit 1 as the d-axis current command i d *.
Given to 7. The output of the PI controller 54 is also given to the q-axis current maximum value setter 56. q-axis current maximum value setter 5
6 inputs the i d *, based on the i d * and a predetermined maximum output current i * tmax inverter q-axis current maximum value (i * 2
and outputs the tmax -i d * 2) 1/2. Reference numeral 57 is a limiter for the torque component current command i q ** and the maximum q-axis current value (i * 2 tmax -i
Based on d * 2 ) 1/2 , the q-axis side current reference i q * is output to the dq axis current control circuit 17.
【0028】次に、図1の動作を図2を参照しつつ説明
する。図2はトルク電流指令としたときの各部動作波形
図である。図2には、トルク分電流指令iq **、d−q
軸電流制御回路17のd軸側出力信号vd * 、q軸側出
力信号vq * 、q軸側の第2の電圧指令値vq **、d軸
電流指令id * 、d軸電流id 、d軸電流のPI制御出
力PIid、q軸側電流基準iq * 、q軸電流iq 、q軸
電流の制御出力PIiqが示されている。Next, the operation of FIG. 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is an operation waveform diagram of each part when the torque current command is used. FIG. 2 shows the torque current commands i q ** , d−q.
D-axis side output signal of the axis current control circuit 17 v d *, q-axis side output signal v q *, the second voltage command value of the q-axis side v q **, d-axis current command i d *, d-axis current i d, PI control output PI id of the d-axis current, q-axis side current reference i q *, q-axis current i q, the control output PI iq of the q-axis current is shown.
【0029】図2において、時刻t1 にてトルク分電流
指令iq **にゼロから大電流のステップ変化が与えられ
る。d−q軸電流制御回路17に入力されるq軸側電流
基準iq * はリミット値(i*2 1max−id *2)1/2 でリ
ミットされるので、もしiq **がリミット値を超えてい
ればリミット値が与えられる。q軸側電流基準iq *の
ステップ変化により、d−q軸電流制御回路17のq軸
側PI制御回路32qの出力PIiqも増加する。この例
ではiq **のステップ量が大きいので、PIiqは直ちに
最大値まで達する。これにより、d−q軸電流制御回路
17のq軸側出力信号vq * もPIiqの増加分だけ増加
するが、インバータの出力可能電圧を超えた指令値を与
えても実際にはそれだけの電圧は出力し得ない。このた
めq軸電流iq の増加はゆるやかである。In FIG. 2, at time t 1, a step change from zero to a large current is given to the torque component current command i q ** . Since d-q axis current control circuit 17 q-axis side current reference is inputted to the i q * is a limit in the limit value (i * 2 1max -i d * 2) 1/2, if i q ** the limit If the value is exceeded, a limit value will be given. Due to the step change of the q-axis side current reference i q * , the output PI iq of the q-axis side PI control circuit 32q of the dq axis current control circuit 17 also increases. In this example, since the step amount of i q ** is large, PI iq reaches the maximum value immediately. As a result, the q-axis side output signal v q * of the d-q axis current control circuit 17 also increases by the increase in PI iq , but even if a command value exceeding the outputtable voltage of the inverter is given, that much is actually. No voltage can be output. Therefore, the q-axis current i q increases slowly.
【0030】従来は電圧不足のためやがて増加率が減少
し、最終的に増加率ゼロとなって、PIiqが飽和したま
まで制御不能となる場合があった。本発明では第2の電
圧指令値vq **に基づくq軸側の電圧制御をPI制御器
54で行っている。第2の電圧指令値vq **は、vq **
=(|v* IMAX|2 −vd *2)1/2 で与えられる。すな
わち、第2の電圧指令値vq **はq軸側出力信号vq *
がこの値以下に抑えられていれば、d軸側の制御を防げ
ることがないという値である。Conventionally, the rate of increase eventually decreased due to insufficient voltage, and eventually the rate of increase became zero, and PI iq remained saturated and could not be controlled. In the present invention, the PI controller 54 performs voltage control on the q-axis side based on the second voltage command value v q ** . The second voltage command value v q ** is v q **
= (| V * IMAX | 2- vd * 2 ) 1/2 . That is, the second voltage command value v q ** is the q-axis side output signal v q *.
Is less than this value, the control on the d-axis side cannot be prevented.
【0031】q軸側電流基準iq * のステップ変化によ
りq軸側出力信号vq * が第2の電圧指令値vq **を超
えると、PI制御器54はd軸電流基準id * を負方向
へ増加させる。d軸側電流のPI制御によりd−q軸電
流制御回路17のd軸側出力vd * もそれにより負側へ
増加するので、d軸電圧最大値設定器52により、vq
**=(|v* IMAX|2 −vd *2)1/2 で与えられる第2
の電圧指令値vq **は減少し、d軸電流基準id * をま
すます負方向へ増加させる。これにより、d−q軸電流
制御回路17のd軸側出力vd * が負側へ増加し、q軸
電圧最大値設定器52により、vq **=(|v* IMAX|
2 −vd *2)1/2 で与えられる第2の電圧指令値vq **
が減少し、d軸電流基準id * がさらにますます負方向
へ増加する、という正帰還のループが形成される。この
正帰還ループにより、d−q軸電流制御回路17のq軸
側出力信号vq * が第2の電圧指令値vq **よりも小さ
くなるか、第2の電圧指令値vq **がゼロになるまで、
第2の電圧指令値vq **は減少しつづける。図2の場合
には電圧指令値vq **はゼロに達している。これによ
り、d軸電流基準id * は急速に負方向へ増加してゆ
く。When the q-axis side output signal v q * exceeds the second voltage command value v q ** due to the step change of the q-axis side current reference i q * , the PI controller 54 causes the d-axis current reference i d *. Is increased in the negative direction. Since the d-axis side output v d * of the d-q-axis current control circuit 17 also increases to the negative side by the PI control of the d-axis side current, the d-axis voltage maximum value setting unit 52 causes v q to change.
The second given by ** = (| v * IMAX | 2- vd * 2 ) 1/2
The voltage command value v q ** of is decreased, and the d-axis current reference i d * is further increased in the negative direction. As a result, the d-axis side output v d * of the d-q axis current control circuit 17 increases to the negative side, and the q-axis voltage maximum value setter 52 sets v q ** = (| v * IMAX |
2 −v d * 2 ) 1/2 second voltage command value v q **
Decreases, and the d-axis current reference i d * further increases in the negative direction, forming a positive feedback loop. This positive feedback loop, d-q-axis q-axis side output signal of the current control circuit 17 v q * Do becomes smaller than the second voltage command value v q **, the second voltage command value v q ** Until becomes zero,
The second voltage command value v q ** continues to decrease. In the case of FIG. 2, the voltage command value v q ** has reached zero. As a result, the d-axis current reference id * rapidly increases in the negative direction.
【0032】電圧指令値vq **がゼロになった後も、d
軸電流基準id * は負方向へ増加しつづける。一方、q
軸側電流基準iq * はq軸電流最大値設定器55の出力
(i*2 tmax−id *2)1/2 でリミットされるので、d軸
電流基準id * の負方向への増加とともに減少してゆ
く。q軸電流iq は電圧不足によりほとんど増加できな
くなっているが、q軸側電流基準iq * のほうが減少し
つづけることにより偏差は小さくなってゆき、q軸側電
流基準iq * がq軸電流iq とほとんど同じ大きさにま
で減少する時刻t2 に至って、d−q軸電流制御回路1
7のq軸側PI制御回路32qの出力PIiqが飽和から
解け、急速に減少しはじめる。これにより、d−q軸電
流制御回路17のq軸側出力信号vq * も小さくなり、
インバータの出力電圧指令値がベクトルとして制御可能
な範囲に復帰する。これにより、d軸側の電流制御が有
効に動作するようになり、d軸電流id の値がd軸電流
基準id * に追従しやすくなる。Even after the voltage command value v q ** becomes zero, d
The shaft current reference id * continues to increase in the negative direction. On the other hand, q
Since the shaft side current reference i q * is limited at the output (i * 2 tmax -i d * 2) 1/2 for q-axis current maximum value setter 55, to the d-axis current reference i d * in the negative direction It decreases with an increase. The q-axis current i q can hardly be increased due to insufficient voltage, but the deviation decreases as the q-axis side current reference i q * continues to decrease, and the q-axis side current reference i q * becomes the q-axis side. At time t 2 when the current i q is reduced to almost the same level, the dq axis current control circuit 1 is reached.
The output PI iq of the q-axis side PI control circuit 32q of 7 is released from saturation and begins to decrease rapidly. As a result, the q-axis side output signal v q * of the d-q axis current control circuit 17 also becomes small,
The output voltage command value of the inverter returns to a controllable range as a vector. Thus, now the current control of the d-axis side to operate effectively, the values of d-axis current i d is likely to follow the d-axis current reference i d *.
【0033】時刻t3 で、d軸電流id がd軸電流基準
id * に十分に近い値となり、d−q軸電流制御回路1
7のd軸側出力vd * が充分に減少している。これによ
り、ゼロになっていた第2の電圧指令値vq **が増加し
はじめる。第2の電圧指令値vq **ががd−q軸電流制
御回路17のq軸側出力信号vq * に等しくなるとd軸
電流基準id * にこれまでの負方向への増加を停止し、
d軸電流id はその値に制御される。また、q軸電流指
令iq * はそのときのd軸電流基準id * の値に基づ
き、(i*2 tmax−id *2)1/2 でリミットされた値とな
り、q軸電流iqはその値に等しく制御される。これに
より、d−q軸電流制御回路17のd軸側出力vd * 、
q軸側出力信号vq * とも定常状態における値へと低下
してゆく。最終的には(vq *2+vd *2)1/2 =|v*
IMAX|となるd軸側出力信号vd *、q軸側出力信号v
q * を出力するような値で、第2の電圧指令値vq **、
d軸電流基準id * 、q軸電流基準iq * は安定する。[0033] At time t 3, the d-axis current i d is a value sufficiently close to the d-axis current reference i d *, d-q-axis current control circuit 1
The d-axis side output v d * of 7 is sufficiently reduced. As a result, the second voltage command value v q ** , which has been zero, begins to increase. When the second voltage command value v q ** becomes equal to the q-axis side output signal v q * of the dq axis current control circuit 17, the d-axis current reference id d * stops increasing in the negative direction so far. Then
The d-axis current i d is controlled to that value. Further, q-axis current command i q * based on the d-axis current reference i d * of the value at that time becomes a limit value by (i * 2 tmax -i d * 2) 1/2, q -axis current i q is controlled equal to its value. Accordingly, the d-axis side output v d * of the d-q axis current control circuit 17,
Both the q-axis side output signal v q * decreases to the value in the steady state. Finally, (v q * 2 + v d * 2 ) 1/2 = | v *
DMAX side output signal v d * , which is IMAX |, q axis side output signal v
The second voltage command value v q ** with a value that outputs q * ,
The d-axis current reference i d * and the q-axis current reference i q * are stable.
【0034】さて、以上の制御によって、定常状態にお
いては永久磁石電動機の電流id ,iq について、d−
q軸電流制御回路17のd軸側出力vd * とq軸側出力
vq * のベクトル和(vq *2+vd *2)1/2 が電圧ベク
トル長最大値設定器51の出力|v* IMAX|に等しくな
るような値に制御されている。これは、インバータ出力
電圧を|v* IMAX|に保つための最低のd軸電流id が
流され、可能な限りのq軸電流iq が流されていること
を意味している。[0034] Now, the control of the above, the current i d of the permanent magnet motor is in a steady state, for i q, d-
The vector sum (v q * 2 + v d * 2 ) 1/2 of the d-axis side output v d * and the q-axis side output v q * of the q-axis current control circuit 17 is the output of the voltage vector length maximum value setting unit 51 | It is controlled to a value equal to v * IMAX |. This means that the minimum d-axis current i d for keeping the inverter output voltage at | v * IMAX | is passed, and the q-axis current i q is passed as much as possible.
【0035】このように、インバータ出力電圧を|v*
IMAX|に保つための最低のd軸電流id が流され、可能
な限りのq軸電流iq が流されている状態で回転数上昇
が生じたときの動作について考えてみる。回転数上昇に
より速度起電力が増加するので、制御回路17のq軸側
出力vq * も増加する。これにより、上記と同様にし
て、第2の電圧指令値vq **がさがるが、すでに、d軸
電流id 、q軸電流iqのベクトル和がインバータ最大
電流i* tmaxに達しているので、第2の電圧指令値vq
**によるq軸電圧制御により、d軸電流基準id * が負
方向へ増加すると、それとともにq軸電流指令iq * が
直ちに絞られる。回転数変化がゆるやかであれば、q軸
電流指令iq * が絞られることにより、制御回路17の
q軸側出力vq * が下がるので、vq * は第2の電圧指
令値vq **に追従することができ、回転数上昇とともに
徐々にd軸電流id が負方向へ増加、q軸電流の大きさ
iqが減少するよう制御される。In this way, the inverter output voltage is changed to | v *
Let us consider the operation when the minimum d-axis current i d for keeping IMAX | is flowed and the q-axis current i q is flowed as much as possible and the rotation speed is increased. Since the speed electromotive force increases as the rotation speed increases, the q-axis side output v q * of the control circuit 17 also increases. As a result, the second voltage command value v q ** is found in the same manner as described above, but the vector sum of the d-axis current i d and the q-axis current i q has already reached the inverter maximum current i * tmax . Therefore, the second voltage command value v q
By the q-axis voltage control by ** , when the d-axis current reference id * increases in the negative direction, the q-axis current command iq * is immediately narrowed down. If the change in the number of revolutions is slow, the q-axis current command i q * is narrowed down, and the q-axis side output v q * of the control circuit 17 is lowered. Therefore, v q * is the second voltage command value v q *. * Can be followed, and the d-axis current i d is gradually increased in the negative direction and the magnitude i q of the q-axis current is controlled to decrease as the rotation speed increases.
【0036】回転数変化が急峻で速度起電力の増加速度
が速く、第2の電圧指令値vq **の低下に制御回路17
のq軸側出力vq * が追従できない場合には、第2の電
圧指令値vq **の低下、d軸電流基準id * の負方向へ
の増加、それによるd軸側出力vd * の増加、第2の電
圧指令値vq **のますますの低下という、最初に説明し
たトルク電流指令の急変時と同様の正帰還が生じる。こ
れにより、d軸電流基準id * が過渡的に十分に増加せ
しめられ、q軸電流指令iq * が十分に絞られるので、
制御不能になることはなく、回転数変化後の定常状態で
はインバータ出力電圧を|v* IMAX|に保つための最低
のd軸電流id が流され、可能な限りのq軸電流iq が
流される。The control circuit 17 reduces the second voltage command value v q ** due to a rapid change in the rotation speed and a rapid increase in speed electromotive force.
If the q-axis side output v q * cannot follow, then the second voltage command value v q ** decreases, the d-axis current reference id * increases in the negative direction, and the d-axis side output v d thereby increases. Positive feedback similar to that at the time of the abrupt change of the torque current command described at the beginning, that is, increase of * and further decrease of the second voltage command value v q ** occurs. As a result, the d-axis current reference i d * is transiently sufficiently increased, and the q-axis current command i q * is sufficiently narrowed.
Not become uncontrollable, the inverter output voltage in the steady state after speed change | v * IMAX | minimum d-axis current i d to keep the shed, the q-axis current i q as possible Shed
【0037】回転数が十分に低く速度起電力の小さなト
ルク一定領域で、制御回路17のq軸側出力vq * が第
2の電圧指令値vq **を超えなければ、以上のような制
御は動作せず、d軸電流基準id * はゼロのままでd軸
側のみで制御が行われる。すなわち従来の制御装置のト
ルク一定領域での動作と同一となる。If the q-axis side output v q * of the control circuit 17 does not exceed the second voltage command value v q ** in the torque constant region where the rotation speed is sufficiently low and the speed electromotive force is small, The control does not operate, the d-axis current reference i d * remains zero, and the control is performed only on the d-axis side. That is, the operation is the same as that of the conventional control device in the constant torque region.
【0038】乗算器18d,18qにより、直流電圧変
動時に電流制御ループゲインが一定に保たれること、d
−q軸電流制御回路17のd軸側出力vd * 、q軸側出
力vq * と実際に出力されているとd軸電圧vd 、q軸
電圧vq との間に、d軸側出力vd * 、q軸側出力vq
* の値がPWM制御回路の三角波の振幅を超えない限り
比例関係を持つようになること、という二つの効果が得
られる。本発明では電圧指令vd * ,vq * と実際に出
力されている電圧vd ,vq とが比例関係を持つことを
積極的に利用している。The multipliers 18d and 18q keep the current control loop gain constant when the DC voltage changes, and d
The d-axis side of the -q-axis current control circuit 17 outputs v d *, q-axis side output v q * when actually being output the d-axis voltage v d, between the q-axis voltage v q, d-axis side Output v d * , q-axis side output v q
There are two effects that the value becomes proportional as long as the value of * does not exceed the amplitude of the triangular wave of the PWM control circuit. The present invention positively utilizes the fact that the voltage commands v d * , v q * and the actually output voltages v d , v q have a proportional relationship.
【0039】すなわち、電圧検出に基づき電圧ベクトル
長最大値設定器51の出力|v* IM AX|を制御し、可能
な限りの電圧指令vd * ,vq * を与えるよう制御す
る。従来例には示されなかったが、このように電圧指令
vd * ,vq * が|v* IMAX|を超えないように制御す
るということも、実際には、すでに行われていた。しか
し、従来は制御の安定性を確保するためにかなりの電圧
余裕をみて|v* IMAX|の値を決定せねばならなかっ
た。これに対し、本発明によれば|v* IMAX|を定常状
態においてインバータが出力可能な最大電圧よりわずか
に低い値に設定すればよく、従来より高い設定電圧が可
能となる。すなわち、電圧利用率を向上させることがで
きる。ただし、これらを望まなければ電圧検出回路14
および、乗算器18d,18qは省略可能である。この
場合、電圧ベクトル長最大値設定器51はインバータ直
流電圧がもっとも低いときにも出力できる値を|v*
IMAX|として設定せねばならない。この場合にも、本発
明によって、電圧検出回路14を持たない従来のシステ
ムよりは|v* IMAX|の値を高くできる。That is, the output | v * IM AX | of the voltage vector length maximum value setting unit 51 is controlled based on the voltage detection, and the voltage commands v d * and v q * are controlled as much as possible. Although not shown in the conventional example, the control so that the voltage commands v d * and v q * do not exceed | v * IMAX | has already been actually performed. However, conventionally, the value of | v * IMAX | had to be determined with a considerable voltage margin in order to ensure control stability. On the other hand, according to the present invention, | v * IMAX | may be set to a value slightly lower than the maximum voltage that can be output by the inverter in the steady state, and a higher set voltage than the conventional one is possible. That is, the voltage utilization rate can be improved. However, if these are not desired, the voltage detection circuit 14
Also, the multipliers 18d and 18q can be omitted. In this case, the voltage vector length maximum value setter 51 sets the value that can be output even when the inverter DC voltage is the lowest | v *.
Must be set as IMAX |. Also in this case, according to the present invention, the value of | v * IMAX | can be made higher than that of the conventional system having no voltage detection circuit 14.
【0040】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、永久磁石電動機の制御装置において、制御の安定性
確保のために必要以上のd軸電流id を流すことが不要
となる。しかも、トルク電流指令の急変時、回転数変化
時等には自動的にd軸電流idを急速に増加し、q軸電
流iq については変化率を制御可能な範囲に制限しなが
ら徐々にトルク分電流指令iq **に近付けていく。トル
ク分電流指令iq **にみあったq軸電流iq を流すこと
ができる場合には、もちろんそれだけの電流を流すよう
制御し、それが不可能な場合には、定常状態においてイ
ンバータ出力電圧を|v* IMAX|に保つための最低のd
軸電流id および可能な限りのq軸電流iq が自動的に
流される。したがって、永久磁石電動機のトルク特性を
図9の点線で示した理論値に近付けることが可能とな
る。すなわち、永久磁石電動機の出力容量アップ、運転
周波数範囲拡大、高効率化が可能となり、電動機の出力
容量が同一でよい場合には変換器を小型化できることに
なる。As described above, according to the present embodiment, it becomes unnecessary for the controller of the permanent magnet motor to flow the d-axis current i d more than necessary to secure the stability of control. Moreover, the d-axis current i d is automatically and rapidly increased when the torque current command suddenly changes or the rotational speed changes, and the q-axis current i q is gradually increased while limiting the rate of change to a controllable range. It approaches the torque current command i q ** . If the q-axis current i q matching the torque current command i q ** can be made to flow, of course, control is made so that that much current is made to flow. Minimum d to keep voltage at | v * IMAX |
The axial current i d and the q-axis current i q as much as possible are automatically supplied. Therefore, the torque characteristic of the permanent magnet motor can be brought close to the theoretical value shown by the dotted line in FIG. That is, the output capacity of the permanent magnet motor can be increased, the operating frequency range can be expanded, and the efficiency can be increased, and the converter can be downsized when the output capacity of the motor is the same.
【0041】ところで、これまでは変換器がインバータ
の場合について述べてきたが、本発明はサイクロコンバ
ータに対しても有効である。この場合、PWM制御回路
の代わりに位相制御回路が用いられる。電圧ベクトル長
最大値設定器51に入力する電圧信号は直流電圧が存在
しないため入力側交流電圧の大きさとなる。また、サイ
クロコンバータは周波数が上昇すると出力可能電圧が下
がるので、電圧ベクトル長最大値設定器51は電圧のみ
でなく周波数の関数ともなる。出力可能な電圧が周波数
によって変わる点が異なるのみで他の作用、効果等は上
記の第1の実施形態と同様である。すなわち、本発明は
電圧形変換器でd−q軸電流制御しているシステムであ
れば適用可能なものである。By the way, although the case where the converter is an inverter has been described so far, the present invention is also effective for a cycloconverter. In this case, a phase control circuit is used instead of the PWM control circuit. The voltage signal input to the voltage vector length maximum value setting unit 51 has the magnitude of the input side AC voltage because there is no DC voltage. Further, in the cycloconverter, the outputtable voltage decreases as the frequency increases, so that the voltage vector length maximum value setting device 51 functions not only as a voltage but also as a frequency. Other functions and effects are similar to those of the above-described first embodiment except that the voltage that can be output changes depending on the frequency. That is, the present invention can be applied to any system in which the voltage-type converter controls the dq axis current.
【0042】また、電動機が同期電動機の場合にも図1
と同一の回路構成で対応できる。ただし、d−q軸電流
制御回路17が同期電動機の電圧電流方程式を反映した
ものとなる。しかし、d−q軸電流制御回路17をブラ
ックボックスとしてみた場合の動作は永久磁石電動機の
場合と同じであるので、その内容については省略する。
同期電動機では界磁制御が行われる点が異なるが、界磁
一定の範囲の制御に関しては永久磁石電動機の場合と同
様に動作する。同期電動機では、高速域でも定常的には
電機子側からd軸電流を流さなくてよいように、高速域
では界磁が弱められる。しかし、界磁制御に対する磁束
の応答には時間遅れがあるので、回転数上昇時の過渡現
象等を考慮して、やはり電圧の余裕を見なければならな
かった。本発明を同期電動機に適用すれば、この磁束の
応答の時間遅れを電機子側から供給するd軸電流で補
い、制御の安定性を確保することができる。本発明を同
期電動機に適用すると、高速域でも十分に磁束が弱まっ
ていれば速度起電力が小さくなることから、第2の電圧
指令値vq **の値に比べd−q軸電流制御回路17のd
軸側出力vd * がかなり小さな値となり、高速域でも定
常状態ではd軸電流id はゼロに制御されることが永久
磁石電動機の場合との相違である。過渡時に界磁制御に
よる磁束弱めが不足する場合に、第1の実施形態で説明
したのと同様に、負のd軸電流id を流し、一方でq軸
電流iq を制限して、制御の安定性を確保する。これに
より、次回弱め制御開始点を従来より高回転とすること
が可能となる。すなわち、永久磁石電動機の場合と同様
な効果が得られる。Further, when the electric motor is a synchronous electric motor, FIG.
The same circuit configuration can be used. However, the dq axis current control circuit 17 reflects the voltage-current equation of the synchronous motor. However, since the operation when the dq axis current control circuit 17 is viewed as a black box is the same as that of the permanent magnet electric motor, its contents are omitted.
The synchronous motor is different in that field control is performed, but the control in the constant field range operates in the same manner as in the permanent magnet motor. In the synchronous motor, the field is weakened in the high speed region so that the d-axis current does not have to flow from the armature side constantly even in the high speed region. However, since there is a time delay in the response of the magnetic flux to the field control, it was necessary to take a margin of the voltage into consideration, taking into consideration the transient phenomenon when the rotational speed increases. When the present invention is applied to the synchronous motor, the time delay of the response of the magnetic flux can be compensated by the d-axis current supplied from the armature side, and the control stability can be ensured. When the present invention is applied to the synchronous motor, the speed electromotive force becomes small if the magnetic flux is sufficiently weakened even in the high speed region. Therefore, compared to the second voltage command value v q ** , the dq axis current control circuit 17 d
The shaft-side output v d * has a considerably small value, and the d-axis current i d is controlled to zero in the steady state even in the high speed region, which is a difference from the case of the permanent magnet motor. When the magnetic flux weakening due to the field control is insufficient during the transition, the negative d-axis current i d is caused to flow, while the q-axis current i q is limited to stabilize the control, as described in the first embodiment. Secure the sex. As a result, the next weakening control start point can be set to a higher rotation speed than before. That is, the same effect as in the case of the permanent magnet motor can be obtained.
【0043】本発明を誘導機駆動システムへ適用した場
合の実施形態を図3に示す。図3において、60は誘導
電動機である。図1においてid * をゼロあるいは負の
値の範囲とするため用いられていた定数設定器55は省
略されている。すなわち、id * は正の値を取りうる。
61は定トルク領域における磁束の大きさを指示する定
数設定器、62は乗算器で、定数設定器61の出力と回
転検出器11が出力する回転数信号ωr とを乗算した結
果を出力する。63はリミッタで、d軸電圧最大値設定
器52の出力により乗算器62の出力をリミットする。
リミッタ63の出力が第2のq軸電圧指令vq **とし
て、減算器53に与えられる。d−q軸電流制御回路1
7は誘導電動機の電圧電流方程式を反映したものとす
る。FIG. 3 shows an embodiment in which the present invention is applied to an induction machine drive system. In FIG. 3, 60 is an induction motor. The constant setter 55 used for setting i d * in the range of zero or a negative value in FIG. 1 is omitted. That is, i d * can take a positive value.
Reference numeral 61 is a constant setter that indicates the magnitude of the magnetic flux in the constant torque region, and 62 is a multiplier that outputs the result of multiplying the output of the constant setter 61 and the rotation speed signal ω r output by the rotation detector 11. . A limiter 63 limits the output of the multiplier 62 by the output of the d-axis voltage maximum value setting device 52.
The output of the limiter 63 is given to the subtractor 53 as the second q-axis voltage command v q ** . dq axis current control circuit 1
Reference numeral 7 reflects the voltage-current equation of the induction motor.
【0044】以上の構成により、低回転では第2の電圧
指令値vq **として、乗算器62の出力が与えられる。
したがって、q軸電圧指令値vq * は回転数ωr に比例
して制御される。これにより、第1の実施形態の場合と
異なり、定トルク領域でもPI制御器54が動作し、磁
束一定となるようなd軸電圧指令値id * がd−q軸電
流制御回路17に与えられる。回転数が高くなり、乗算
器62の出力がq軸電圧最大値設定器52の出力より大
きくなると、q軸電圧最大値設定器52の出力が第2の
電圧指令値vq **として与えられるようになり、第1の
実施形態と同様に、定常状態においてはインバータ出力
電圧を|v* IMAX|に保つための最低のd軸電流id お
よび可能な限りのq軸電流iq に制御し、過渡時に電圧
が不足する場合にはd軸電流id を弱め、一方でq軸電
流iq を制限して、制御の安定性を確保するように自動
的に制御する。これにより永久磁石電動機の場合と同様
な効果が得られる。With the above configuration, the output of the multiplier 62 is given as the second voltage command value v q ** at low speed.
Therefore, the q-axis voltage command value v q * is controlled in proportion to the rotation speed ω r . As a result, unlike the case of the first embodiment, the PI controller 54 operates even in the constant torque region, and the d-axis voltage command value i d * that makes the magnetic flux constant is given to the d-q-axis current control circuit 17. To be When the rotation speed becomes higher and the output of the multiplier 62 becomes larger than the output of the q-axis voltage maximum value setting unit 52, the output of the q-axis voltage maximum value setting unit 52 is given as the second voltage command value v q **. Therefore, as in the first embodiment, in the steady state, the inverter output voltage is controlled to the minimum d-axis current id and the q-axis current i q for maintaining | v * IMAX |. When the voltage becomes insufficient during the transition, the d-axis current i d is weakened, while the q-axis current i q is limited, and the control is automatically controlled so as to ensure the control stability. As a result, the same effect as in the case of the permanent magnet motor can be obtained.
【0045】[0045]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
交流電動機の制御装置において定常状態では必要最小限
のd軸電流id を流すことで、定出力領域で可能なトル
ク分電流を従来よりも増加させることが可能となる。ま
た、運転状態の変化時には自動的にd軸電流id を急速
に増加し、q軸電流iq を制御可能な範囲に制限して、
安定な制御を実現する。これにより交流電動機のトルク
特性を定常状態での理論値に近付けることが可能とな
る。As described above, according to the present invention,
In the steady state of the control device for the AC motor, the minimum required d-axis current i d is flowed, so that the torque component current that can be generated in the constant output region can be increased as compared with the related art. Further, when the operating state changes, the d-axis current i d is automatically and rapidly increased to limit the q-axis current i q to a controllable range.
Achieve stable control. This makes it possible to bring the torque characteristics of the AC motor closer to the theoretical value in the steady state.
【0046】以上により、交流電動機の出力容量アッ
プ、運転周波数範囲拡大、高効率化、変換器の小型化が
可能となる。As described above, it is possible to increase the output capacity of the AC motor, expand the operating frequency range, improve efficiency, and downsize the converter.
【図1】本発明の実施形態の構成図。FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of the present invention.
【図2】図1の動作を説明するための波形図。FIG. 2 is a waveform chart for explaining the operation of FIG.
【図3】本発明の他の実施形態の構成図。FIG. 3 is a configuration diagram of another embodiment of the present invention.
【図4】従来例の構成図。FIG. 4 is a configuration diagram of a conventional example.
【図5】図4の動作を説明するためのベクトル図。5 is a vector diagram for explaining the operation of FIG.
【図6】図4の動作を説明するためのベクトル図。FIG. 6 is a vector diagram for explaining the operation of FIG.
【図7】図4におけるd−q軸電流制御回路の構成を示
すブロック図。7 is a block diagram showing a configuration of a dq axis current control circuit in FIG.
【図8】図4の動作を説明するためのベクトル図。FIG. 8 is a vector diagram for explaining the operation of FIG.
【図9】従来例の特性図。FIG. 9 is a characteristic diagram of a conventional example.
【符号の説明】 3 インバータ 4 永久磁石電動機(交流電動機) 11 回転検出器 12 電流検出器 13 UVW/d−q座標変換回路 14 電圧検出器 17 d−q軸電流制御回路 19 d−q/UVW座標変換回路 51 電圧ベクトル長最大値設定器 52 q軸電圧最大値設定器 54 PI制御器 55 定数設定器 56 q軸電圧最大値設定器 57 リミッタ[Explanation of Codes] 3 Inverter 4 Permanent magnet motor (AC motor) 11 Rotation detector 12 Current detector 13 UVW / dq coordinate conversion circuit 14 Voltage detector 17 dq axis current control circuit 19 dq / UVW Coordinate conversion circuit 51 Voltage vector length maximum value setter 52 q-axis voltage maximum value setter 54 PI controller 55 Constant setter 56 q-axis voltage maximum value setter 57 Limiter
Claims (4)
を、交流電動機の磁束方向にもとづき、磁束方向に平行
なd軸と磁束方向に直角なq軸とからなるd−q軸座標
上の成分id ,iq として検出し、与えられるトルク電
流指令にもとづいて作成されるq軸電流指令値iq * に
q軸電流iq が追従するようq軸電圧指令値vq * を制
御し、前記電力変換器の出力可能な電圧にもとづいて作
成されるd軸電流指令値id * にd軸電流id が追従す
るようd軸電圧指令値vd * を制御し、前記q軸電圧指
令値vq * およびd軸電圧指令値vd * にもとづいて前
記電力変換器の出力電圧を制御する交流電動機制御装置
において、 前記電力変換器の出力可能電圧に関連する所定値|v
IMAX|と前記d軸電圧指令値vd * と前記q軸電圧指令
値vq * とに基づいて、前記d軸電流指令値id * を制
御し、前記電力変換器の出力可能な電流に関連する所定
値|iIMAX|と前記d軸電流指令値id * とに基づいて
前記トルク電流指令をリミットしてq軸電流指令値iq
* とする、 ことを特徴とする交流電動機制御装置。1. A current flowing from an electric power converter to an AC electric motor is based on a magnetic flux direction of the AC electric motor on dq axis coordinates composed of a d axis parallel to the magnetic flux direction and a q axis perpendicular to the magnetic flux direction. The q-axis voltage command value v q * is controlled so that the q-axis current i q follows the q-axis current command value i q * created based on the torque current command given as the components i d and i q. , The d-axis voltage command value v d * is controlled so that the d-axis current i d follows the d-axis current command value i d * created based on the output voltage of the power converter, and the q-axis voltage In an AC motor controller that controls the output voltage of the power converter based on the command value v q * and the d-axis voltage command value v d * , a predetermined value | v related to the outputtable voltage of the power converter
Based on IMAX |, the d-axis voltage command value v d *, and the q-axis voltage command value v q * , the d-axis current command value i d * is controlled to obtain a current that can be output by the power converter. The q-axis current command value i q is limited by limiting the torque current command based on the related predetermined value | i IMAX | and the d-axis current command value i d *.
* The AC motor control device characterized by the following.
て、 前記電力変換器の出力可能電圧に関連する所定値|v
IMAX|と前記d軸電圧指令値vd * とからvq **=(|
vIMAX|2 −vd *2)1/2 で第2のq軸電圧指令値vq
**を求め、第2のq軸電圧指令値vq **と前記q軸電圧
指令値vq * との比較に基づいて前記d軸電流指令値i
d * の大きさを制御するようにし、また、前記電力変換
器の出力可能な電流に関連する所定値|iIMAX|と前記
d軸電流指令値id * とに基づく値(|vIMAX|2 −i
d *2)1/2 によって前記トルク電流指令の大きさを制限
して前記q軸電圧指令値iq * とするようにした、 ことを特徴とする交流電動機制御装置。2. The AC motor control device according to claim 1, wherein a predetermined value | v related to the outputtable voltage of the power converter.
From IMAX | and the d-axis voltage command value v d * , v q ** = (|
v IMAX | 2 −v d * 2 ) 1/2 and the second q-axis voltage command value v q
** , and the d-axis current command value i based on the comparison between the second q-axis voltage command value v q ** and the q-axis voltage command value v q *.
The magnitude of d * is controlled, and a value (| v IMAX | based on a predetermined value | i IMAX | related to the current that can be output by the power converter and the d-axis current command value i d * 2- i
The AC motor control device is characterized in that the magnitude of the torque current command is limited by d * 2 ) 1/2 to obtain the q-axis voltage command value i q * .
において、 前記電力変換器として電圧形PWMインバータを用い、
このインバータの直流部電圧の検出に基いて、q軸電圧
指令値vq * およびd軸電圧指令値vd * と実際にイン
バータから出力されるq軸電圧vq およびd軸電圧vd
との比例関係が保たれるべく、PWM制御の制御率とq
軸電圧指令値vq * およびd軸電圧指令値vd * の関係
を補正し、かつ前記直流部電圧の検出にもとづいて前記
電力変換器の出力可能電圧に関連する所定値|vIMAX|
を決定する、 ことを特徴とする交流電動機の制御装置。3. The AC motor control device according to claim 1, wherein a voltage source PWM inverter is used as the power converter,
Based on the detection of the DC voltage of the inverter, the q-axis voltage command value v q * and the d-axis voltage command value v d *, and the q-axis voltage v q and the d-axis voltage v d actually output from the inverter.
In order to maintain the proportional relationship with
A predetermined value | v IMAX | that corrects the relationship between the axial voltage command value v q * and the d-axis voltage command value v d * and is related to the outputtable voltage of the power converter based on the detection of the DC part voltage.
A control device for an AC electric motor, characterized in that
において、 前記交流電動機が誘導電動機であり、 前記電力変換器の出力可能電圧に関連する所定値|v
IMAX|とd軸電圧指令値vd * とからq軸電圧リミット
値(|vIMAX|2 −vd *2)1/2 を求め、誘導電動機の
回転数に比例して与えられる前記q軸電圧指令値を前記
q軸電圧リミット値(|vIMAX|2 −vd *2)1/2 によ
りリミットして前記第2のq軸電圧指令値vq **を得、
この第2のq軸電圧指令値vq **と前記q軸電圧指令値
vq * との比較に基づいて前記d軸電流指令値id * の
大きさを制御し、前記電力変換器の出力可能な電流に関
連する所定値|iIMAX|と前記d軸電流指令値id * と
に基づく値(|iIMAX|2 −id *2)1/2 によって前記
トルク電流指令の大きさを制限して前記q軸電圧指令値
iq * とする、 ことを特徴とする交流電動機制御装置。4. The AC motor control device according to claim 2, wherein the AC motor is an induction motor, and the predetermined value | v related to the outputtable voltage of the power converter.
The q-axis voltage limit value (| v IMAX | 2 −v d * 2 ) 1/2 is obtained from IMAX | and the d-axis voltage command value v d *, and the q-axis is given in proportion to the rotation speed of the induction motor. The voltage command value is limited by the q-axis voltage limit value (| v IMAX | 2 −v d * 2 ) 1/2 to obtain the second q-axis voltage command value v q ** ,
The magnitude of the d-axis current command value i d * is controlled based on the comparison between the second q-axis voltage command value v q ** and the q-axis voltage command value v q *, and the power converter i IMAX | | and the d-axis current command value i d * and the value based on (| i IMAX | 2 -i d * 2) the magnitude of the torque current command by 1/2 a predetermined value associated with the output current that can be Is set to the q-axis voltage command value i q * , and the AC motor control device is characterized in that:
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