JPH10243679A - 同期電動機の制御装置 - Google Patents
同期電動機の制御装置Info
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- JPH10243679A JPH10243679A JP9043074A JP4307497A JPH10243679A JP H10243679 A JPH10243679 A JP H10243679A JP 9043074 A JP9043074 A JP 9043074A JP 4307497 A JP4307497 A JP 4307497A JP H10243679 A JPH10243679 A JP H10243679A
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Abstract
ルクと電流の関係を線形化して制御特性を改善する。鎖
交磁束の上限を制限して磁気飽和を回避する。また、電
動機や電力変換器の利用率向上、小型・軽量化を図る。 【解決手段】 リラクタンストルクを利用した同期電動
機、例えば突極または逆突極性を有する永久磁石同期電
動機のトルクまたは速度を制御する制御装置であって、
トルク指令値と鎖交磁束指令値とから、トルクと鎖交磁
束とを線形に制御可能な電流指令値を演算する手段を備
えた制御装置に関する。トルク指令値が所定値より小さ
い場合に鎖交磁束指令値をトルク指令値に対する増加関
数とし、トルク指令値が所定値より大きい場合に鎖交磁
束指令値を上限値以下の一定値に制限する。
Description
クを利用した同期電動機、例えば突極形永久磁石同期電
動機等の突極性または逆突極性を有する永久磁石同期電
動機の制御装置に関するものである。
構造ＰＭモータの広範囲可変速制御」（電気学会論文誌
Ｄ，１１４巻６号，ｐ６６８〜ｐ６７３，平成６年６月
２０日発行）に掲載された突極形永久磁石同期電動機の
速度制御装置の構成を示す。なお、図において、１０は
加算器、２０は速度調節器、３０は直軸電流指令演算
器、４０は電流調節器、５０はＰＷＭ変調器、６０は三
相交流電源、７０はインバータ等の電力変換器、８０は
電流検出器、９０は位置検出器、１００は速度検出器、
ＰＭは突極形永久磁石同期電動機である。
検出値ωが速度指令値ω*に一致するように横軸電流指
令値Ｉq *を調節し、直軸電流指令値Ｉd *と共に電流調節
器４０に加える。ここで、突極形永久磁石同期電動機Ｐ
ＭのトルクＴは、直軸電流Ｉdと横軸電流Ｉqとから数式
１により表わすことができる。なお、数式１において、
Ｌdは直軸インダクタンス、Ｌqは横軸インダクタンス、
φmは永久磁石の鎖交磁束である。
しており、突極または逆突極性をもつ永久磁石同期電動
機では直軸電流Ｉdを積極的に流すことにより、電動機
出力を大きくすることができる。直軸電流指令値Ｉ
d *は、トルク／電流が最大となる条件から、数式２によ
り求める。
電圧が上昇するため、これを抑制する必要がある。数式
２に示したトルク／電流が最大の条件で端子電圧が電力
変換器の最大電圧より大きくなるとき、端子電圧が電力
変換器の最大出力電圧に等しくなるように直軸電流Ｉd
を数式３により演算する。なお、数式３において、Ｖ
maxは電力変換器の最大出力電圧である。
・横軸電流指令値と電流検出値及び位置検出値から電圧
指令を計算し、電圧指令はＰＷＭ変調器５０により電力
変換器７０のゲート信号に変換され、電力変換器７０が
制御される。この結果、同期電動機ＰＭの電流は指令値
に一致するように制御され、その速度ωを指令値ω*に
一致させることができる。
うに、突極形永久磁石同期電動機の電流とトルクとの関
係は非線形である。図８に示した従来技術のように、直
軸電流Ｉdを運転条件により積極的に制御する場合、速
度制御系の非線形性により速度調節器２０の応答を速く
設計できず、場合によっては速度制御が不安定になるこ
とがある。また、トルク指令から必要な電流を直接演算
できないため、高精度なトルク制御が要求される用途に
適用できない。
８０８８号公報や特開平７−３０８０８９号公報では、
所望のトルクと端子電圧を得る電流の振幅と位相角を補
償関数を用いて演算する方法を提案している。しかし、
調整が困難であり、また、種々の運転条件に対応するた
めには多大なメモリ容量を必要とするため高価格化の問
題があると考えられる。
束を得る電流指令値を発生させてトルクと鎖交磁束とを
高精度に制御可能であると共に、電動機や電力変換器の
利用効率を高めてシステム全体の小型化、低価格化を可
能にする、リラクタンストルクを利用した同期電動機の
制御装置を提供しようとするものである。
め、請求項１記載の発明は、リラクタンストルクを利用
した同期電動機、例えば突極または逆突極性を有する永
久磁石同期電動機のトルクまたは速度を制御する制御装
置であって、トルク指令値と鎖交磁束指令値とから、ト
ルクと鎖交磁束とを線形に制御可能な電流指令値を演算
する手段を備えた制御装置において、トルク指令値が所
定値より小さい場合に鎖交磁束指令値をトルク指令値に
対する増加関数とし、トルク指令値が所定値より大きい
場合に鎖交磁束指令値を上限値以下の一定値に制限する
ものである。
クを利用した同期電動機、例えば突極または逆突極性を
有する永久磁石同期電動機のトルクまたは速度を制御す
る制御装置であって、トルク指令値と鎖交磁束指令値と
から、トルクと鎖交磁束とを線形に制御可能な電流指令
値を演算する手段を備えた制御装置において、鎖交磁束
指令値を上限値以下の範囲でトルク指令値に対する増加
関数とするものである。
記載の同期電動機の制御装置において、電動機速度に反
比例させて鎖交磁束指令値の前記上限値を変化させるも
のである。
流との関係を線形化し、かつ、端子電圧を任意に制御す
ることができる。トルクと電流との関係を線形化するこ
とにより、速度制御や位置制御の特性を向上でき、従来
不可能であった高精度なトルク制御が可能になる。ま
た、トルクと同時に端子電圧を制御できることから、定
出力運転可能な速度範囲を拡大でき、電力変換器の容量
低減が可能になる。更に、磁気飽和や電力変換器の最大
出力電圧を考慮して磁束指令値を与えるため、電動機や
電力変換器の利用効率を高めることができる。
態を説明する。図１は、この実施形態の基本的な全体構
成図であり、図８と同一の構成要素には同一符号を付し
てある。図１において、電流指令演算器２００は、速度
調節器２０から出力されるトルク指令値Ｔ*と突極また
は逆突極性を有する永久磁石同期電動機ＰＭの速度ωと
に基づき、所望のトルクを発生しかつ端子電圧が電力変
換器７０の最大出力電圧Ｖmax以下となるような直軸電
流指令値Ｉd *と横軸電流指令値Ｉq *とを計算して出力す
る。
電流指令演算器２００を詳細に示した図である。図２の
磁束指令演算器２０１は、トルク指令値Ｔ*と同期電動
機ＰＭの速度ωとから鎖交磁束指令値φ*を計算する。
なお、後述する図４の例では、鎖交磁束指令値φ*をト
ルク指令値Ｔ*のみから求めている。同期電動機ＰＭの
端子電圧Ｖは、電機子巻線の抵抗分が無視できる場合、
鎖交磁束φと速度ωとの積から求められる。従って、鎖
交磁束指令値φ*は、φ*≦Ｖ max/ωとする必要がある。
前述のように、Ｖmaxは電力変換器７０の最大出力電圧
である。
束と直交する成分であり、除算器２０２によりトルク指
令値Ｔ*を鎖交磁束指令値φ*により除算して求められ
る。一方、磁化電流指令値ＩM *は電流ベクトルの磁束方
向成分であり、磁化電流指令調節器２０６から出力され
る。これらのトルク電流指令値ＩT *、磁化電流指令値Ｉ
M *及び鎖交磁束指令値φ*は座標変換器２０４に入力さ
れる。
標軸（磁界軸上にとったフィールドオリエンテーション
座標）との関係を示す。図３の関係から、図２の座標変
換器２０４は磁化電流指令値ＩM *，トルク電流指令値Ｉ
T *及び鎖交磁束指令値φ*から直軸電流指令値Ｉd *，横
軸電流指令値Ｉq *を数式４に基づいて計算し、図１の電
流調節器４０及び図２の磁束演算器２０７に出力する。
ら出力される直軸電流指令値Ｉd *，横軸電流指令値Ｉq *
から、数式５により鎖交磁束φを演算する。
の偏差が加算器２０５により求められ、磁化電流指令調
節器２０６は、鎖交磁束演算値φが鎖交磁束指令値φ*
に一致するように磁化電流指令値ＩM *を調節する。この
磁化電流指令調節器２０６には、Ｉ（積分）調節器、Ｐ
Ｉ（比例・積分）調節器、あるいはＰＩＤ（比例・積分
・微分）調節器などを用いる。これにより、鎖交磁束演
算値φと鎖交磁束指令値φ*との定常偏差がなくなり、
高精度な磁束制御が実現されることになる。
施形態を示すブロック図であり、ここでは符号を２０１
Ａとしてある。なお、この実施形態の磁束指令演算器２
０１Ａでは、前述のように図２に示されている速度ωは
鎖交磁束指令値φ*の導出に使用されない。その動作と
しては、トルク指令値Ｔ*が絶対値に変換された後、メ
モリ２０８に入力され、この絶対値に対応する鎖交磁束
指令値φ*が出力される。以下、トルク指令値Ｔ*の関数
である鎖交磁束指令値φ*につき説明する。
化するＩd，Ｉqの関係が求まる。Ｉd，Ｉqの関係が求ま
ると、前記数式１からＩqとトルクＴとの関係が求ま
り、更に、前記数式５からＩqと鎖交磁束φとの関係が
求まる。これにより、トルク／電流を最大化するトルク
Ｔと鎖交磁束φとの関係を求めることができる。
鎖交磁束指令値φ*との関係を示す第１実施例であり、
破線で示した関係はトルクの増加に伴って鎖交磁束が増
加する特徴を持つ。しかるに、電動機を構成する鉄心に
は磁気飽和があるため、所定値以上に磁束を増加させる
ことはできない。磁気飽和を無視して界磁磁束指令値を
増加させると、例えばトルクが所望の値に制御されず、
制御性能を低下させる。この点に鑑み、この第１実施例
では磁気飽和に達する以前に実線で示す如く鎖交磁束指
令値φ*を一定値φ1に抑えることにより、磁気飽和及び
制御性能の低下を未然に防ぐようにしている。すなわ
ち、この第１実施例は請求項１記載の発明の実施例に相
当するもので、トルク指令値Ｔ*が所定値より小さい場
合には鎖交磁束指令値φ*をトルク指令値Ｔ*に対して増
加関数とし、トルク指令値Ｔ*が所定値より大きくなる
と鎖交磁束指令値φ*を上限値以下の一定値に保つもの
である。
Ｔ*|と鎖交磁束指令値φ*との関係を線形状にした第２
実施例であり、トルク指令値Ｔ*の増加に伴って鎖交磁
束指令値φ*も増加させている。なお、鎖交磁束指令値
φ*の最大値は磁気飽和から決まるため、その上限値を
図５と同様の一定値φ1に制限している。この第２実施
例は請求項２記載の発明の実施例に相当しており、鎖交
磁束指令値φ*を上限値以下の範囲でトルク指令値Ｔ*に
対して増加関数としたものである。
形態を示すブロック図であり、ここでは符号を２０１Ｂ
としてある。この実施形態では、トルク指令値Ｔ*の絶
対値｜Ｔ*|に応じてメモリ２０８から出力される補助的
な鎖交磁束指令値φ**が制限器２０９に入力される。制
限器２０９では、下記の数式６に示されるように、速度
ωに反比例させて鎖交磁束指令値φ*の上限値φlim（前
述のφ1に相当）を変化させる。数式６におけるφ
maxは、図５、図６に示した磁気飽和による磁束の上限
値とする。また、数式６のωBは基底速度である。この
実施例が、請求項３に記載した発明の実施例に相当す
る。
Bを超えて高速回転する場合に鎖交磁束指令値φ*の上限
値を減少させ、鎖交磁束φと速度ωとの積に比例する電
動機端子電圧を一定に制御して電力変換器の容量を低減
することができる。
ンストルクを利用した同期電動機、例えば突極性または
逆突極性を有する永久磁石同期電動機の制御装置におい
て、所望のトルクと鎖交磁束を発生し、かつ端子電圧が
電力変換器の最大出力電圧以下となるような電流指令値
を演算して出力することにより、トルク、鎖交磁束及び
端子電圧を高精度に制御することができる。また、トル
ク／電流の向上と共に磁気飽和や電力変換器の最大出力
電圧を考慮して界磁磁束指令値を与えるので、電動機や
電力変換器の利用率が向上し、駆動システムを小型化、
低価格化することが可能になる。
である。
ある。
の関係を示すベクトル図である。
示すブロック図である。
係を示す第１実施例の説明図である。
係を示す第２実施例の説明図である。
示すブロック図である。
Claims (3)
- 【請求項１】 リラクタンストルクを利用した同期電動
機のトルクまたは速度を制御する制御装置であって、ト
ルク指令値と鎖交磁束指令値とから、トルクと鎖交磁束
とを線形に制御可能な電流指令値を演算する手段を備え
た制御装置において、 トルク指令値が所定値より小さい場合に鎖交磁束指令値
をトルク指令値に対する増加関数とし、トルク指令値が
所定値より大きい場合に鎖交磁束指令値を上限値以下の
一定値に制限することを特徴とする同期電動機の制御装
置。 - 【請求項２】 リラクタンストルクを利用した同期電動
機のトルクまたは速度を制御する制御装置であって、ト
ルク指令値と鎖交磁束指令値とから、トルクと鎖交磁束
とを線形に制御可能な電流指令値を演算する手段を備え
た制御装置において、 鎖交磁束指令値を上限値以下の範囲でトルク指令値に対
する増加関数とすることを特徴とする同期電動機の制御
装置。 - 【請求項３】 請求項１または２記載の同期電動機の制
御装置において、電動機速度に反比例させて鎖交磁束指
令値の前記上限値を変化させることを特徴とする同期電
動機の制御装置。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
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-
1997
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