JPS62155796A - 永久磁石同期電動機の高力率制御方法 - Google Patents

永久磁石同期電動機の高力率制御方法

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JPS62155796A
JPS62155796A JP60294175A JP29417585A JPS62155796A JP S62155796 A JPS62155796 A JP S62155796A JP 60294175 A JP60294175 A JP 60294175A JP 29417585 A JP29417585 A JP 29417585A JP S62155796 A JPS62155796 A JP S62155796A
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JP
Japan
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synchronous motor
magnet synchronous
current
control method
permanent magnet
Prior art date
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Pending
Application number
JP60294175A
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English (en)
Inventor
Takao Hirasa
平紗 多賀男
Hirotsugu Takeda
洋次 武田
Sokichi Uehara
壮吉 上原
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Toyo Electric Manufacturing Ltd
Original Assignee
Toyo Electric Manufacturing Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、永久磁石同期電動機の電流位相進み遅れ制御
において、電流位相と主磁束との直交性を故意にくずし
て突極機特有のリラクタンストルクを有効に活用する制
御方式の採用により、過負荷時の力率の改善とトルク限
界の上昇と共に電源設備の有効利用を図るため、用いる
永久磁石同期電動機の最適設計値を示すものである。
〔従来の技術とその問題点〕
磁極位置検出フィードバック方式同期電動機の制御方式
として、従来より電流位相進み遅れ制御方式が提唱され
ている。この方式は主磁束と電機子電流の直交性を故意
にくずして、突極機特有のリラクタンストルクを有効に
利用するもので、トルクの増加および力率の改善などの
メリットがある。
第2図は電流位相進み遅れ制御回路のブロック図で、三
相交流電源R,S、Tを、コンバータ10により整流し
、その直流電力をトランジスタブリ、ジインバータ11
により交流に変換して永久磁石同期電動機12を駆動す
るもの苓ある。
1は速度設定値8refと速度センサ15からの検出速
度の差を増幅する速度アンプ、2はA/Dコンバータ、
3は回転子位置センサ14からのパルスを計数するカウ
ンタ、4は正弦波ROMテーブル、5は乗算機能を持つ
D/Aコンバータで、U、V、W各相についてのii流
指令1aの瞬時値iaを出力する。
6は電流検出器13からの電機子電流iaの斜時値* 
    】 iaと電流指令iaの瞬時値1aの差を増幅する電流ア
ンプ、7はヒステリシリコンパレータ、8は三角波キャ
リヤ信号であり、ヒステリシリコンパレータ7の出力は
ベースドライブ回路9を経て、主回路インバータ11の
各相正負両パワートランジスタへの0N−OFF信号と
なる。7〜9の部分は本図では一部省略し、1相分のみ
を示しである。
第3図(alおよび(blはそれぞれ電流位相進み遅れ
制御方式における、電流位相遅れ時および電流位相進み
時の電圧電流ベクトル図である。iaは電機子電流、β
・は電流位相を表し、idおよびiqはそれぞれ電機子
電流の直軸成分および横軸成分、aは端子電圧位相(ト
ルク角)、■はモータ端子電圧、φfは主磁極による電
機子鎖交主磁束、EOは主磁束による電機子誘起電圧、
LdおよびLqはそれぞれ電機子の直軸および横軸イン
ダクタンス、伽は角周波数、rは電機子抵抗を示す。
、* 第2図において、電流指令1aの大きさは速度アンプl
の出力によって決定される。一方、電流位相β・もやは
り速度アンプ1の出力によって決定されるが、A/Dコ
ンバータ2に演算機能を付加する* ことにより、電流指令iaの大きさと電流位相β。の間
に種々の特性を持たせることができる。
* 代表的なia−β・特性として以下に示す3例がある。
但し、いずれも βG≧0 とする。
方式1 %式%(1) 方式2 方式3 第4図(a) 、 (b) 、 (C)はそれぞれ方式
1.方式2゜方式3のベクトル図である。ここで、φf
は主磁束、iaは電機子電流iaJこよる磁束、φ・は
φfとiaの合成磁束である。
方式1は、ベクトル図から明らかなように、主磁束φf
と電機子電流iaは常に直交しており、出力トルクはi
aに比例する。
ところが、このような方式1は軽負荷時には問題ないが
、300〜500係もの過負荷時には端子電圧位相δが
極端に大きくなり、従って電動機力率が悪化し、その分
高い端子電圧が要求される。
一方、電源電圧にはおのずと限界があるので、高速回転
時には電源電圧の飽和によって、過負荷トルクが頭打ち
になってしまう。
直流機のようにフラッシュオーバを発生しないために、
高速回転時にも過負荷がかけられることが交流機の重要
な特徴(セールスポイント)である以上、これでは魅力
が半減してしまう。
これを避けるためには、電圧定数(すなわちトルク定数
)を下げるなどの対策により、十分な余裕を持たせたモ
ータ設計としなくてはならない。
しかし、トルク定数の低下によって電源の電流容量が必
要になり、いずれにしても電源設備が大型化するのを避
は得なかった。
これを改善するために提案されたのが、方式2位置(β
0=0)よりも更に進めることによって、突極機特有の
りラフタンストルクを有効に利用し、方式1で述べたよ
うな不都合を押えて電源設備の有効利用を図っている。
すなわち、(2)式または(3)式に従って速度アンプ
1の出力により電流位相β・を進みに設定すれば、過負
荷時の電圧上昇を抑え、更に高い力率での運転が可能と
なるものである。
方式2による制御方式は、負荷にかかわらず力率を常に
100%とする制御方式であり、ia−β・特性は(2
)式に従い、またベクトル図は第4図(b)に示される
通りである。
この方式2は前記の他に次のような特徴を持っている。
すなわち、電機子電流iaのトルクに対する直線性が、
負荷の増加に従って損なわれること。
また、負荷の増加により端子電圧Vは逆に減少してしま
うこと。特に問題となるのは、減磁電流となる電機子電
流1aのうちの直軸成分idの成分比が大きく、界磁極
の永久磁石を損なう危険性があることである。
次に、方式3による制御方式は、電機子鎖交磁束一定制
御と呼ばれ、電機子誘起電圧E・ひいては端子電圧Vを
ほぼ一定に保つ制御方式であり、ia−β・特性は(3
)式に従い、またベクトル図は第4図(C)に示される
通りである。
この方式の場合には、過負荷時にも端子電圧の変動は少
ないが、過負荷になるに従って力率が少しずつ悪くなる
。その他、方式2の場合はどではないが同様の問題点を
若干内在しているっすなわち、方式1と方式2との中間
的な制御方式といえる0 これら方式2と方式3の両者の長所を同時に兼ね備えた
制御方法、すなわち、負荷にかかわらず力率が常に10
0%近く、且つ端子電圧の変動がほとんど生じない制御
方法を得るのが本発明の目的である。
〔問題点を解決するための手段とその作用〕永久磁石同
期電動機の駆動電源を最大限に有効活用するために、前
記の方法2と方式3とを同時に満足する条件を求めると
、(2)式と(3)式を連立式として解き Lq     1 一=1±□      ・・・・・・・・・・・・(4
)Ld    cos /9@ を得る。ここで、1βl<f/2とすると、Lq≦0と
な衿 るため負符号は採用できず、正覚号の場合のみ実現可能
である。
電機子電流iaの電流位相β0は式(2)または(3)
によって決定されるが、今、仮に O≦β・≦r/4と
すると、2≦Lq/Ld≦2.41  となる。これは
、永久磁石同期電動機の横軸インダクタンスLqを直載
インダクタンスの2倍強となるように設計すれば、少な
くとも電流位相β舎の小さい範囲では、方式2と方式3
の両方の長所を生かした制御が可能なことを示している
、 すなわち、Lq/ Ld = 2〜2.4  となるよ
うに永久磁石同期電動機を設計製作し、且つ方式2また
は方式3、あるいはそれに近い制御方式を採用すれば、
高力率運転も可能になる。
〔実施例〕
第1図(a) 、 (b)および(C1は本発明にかか
る永久磁石同期電動機の高力率制御方法を実現するため
の永久磁石同期電動機の回転子の、4極機におけるそれ
ぞれ別の実施例の斜視図である。
第1図(alは、磁極用のマグネット21を増り付ける
回転子鉄心20を、その4隅部分が固定子鉄心(図示せ
ず)の内周Cとほぼ内接する正4角柱構造にすることが
特徴である。これによって、横軸方向の磁路を確保する
ことができ、   7.−÷妾傑す斗肴寺キ4→千構軸
インダクタンスの大きい゛iM動機の覗作が可能である
。一方、このような回転子構造とすると、直軸インダク
タンスは電機子漏れ磁束分がほとんどであるから、LQ
/Ldが2を超える電動機を製作することができる。
第1図(b)は、磁気回路設計上磁極用のマグネット3
1の厚みが必要な場合の回転子構造で、回転子鉄心30
のマグネット磁極間の部分を補極状に突出せしめて、固
定子鉄心(図示せず)の内周にほぼ内接せしめるように
し、横軸方向の磁路を確保したものである。
第1図(cjは、第1図(blと同様の理由で、回転子
鉄心40にマグネット41を取り付け、マグネット磁極
間の部分に補極状の鉄心42をボルト等で回転子鉄心4
0に取り付け、その外周部分をほぼ固定子鉄心(図示せ
ず)の内周に内接するようにして、横軸方向の磁路を確
保したものである。
なお、以上の実施例としては4極機のみを取り上げたが
、2極機や6極機以上でも同様の回転子構造とすること
により、本発明の目的を達成することができる。
〔発明の効果〕
従来から、電機子電流iaの大きさによって電流位相β
・を制御し、突@i機特有のりラフタンストルクを積極
的に活用する方式1J4唱されているが、この特性は電
動機定数に大きく依存していた。
本発明は、永久磁石同期電動機を電流位相進み遅れ制御
する際に、リラクタンストルクに直接関係する、直軸方
向および@軸方向の電機子インダクタンスの最適比を与
えるものであり、これによって端子電圧の上昇を抑え、
高い力率での運転が可能になる。ひいては、電源の有効
利用により、設備の小形化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a) 、 (b)および(C)は本発明にかか
る永久磁石同期電動機の高力率制御方法を実現するため
の永久磁石同期電動機の回転子の、4極機におけるそれ
ぞれ別の実施例の斜視図であり、第2図は電流位相進み
遅れ制御回路のプロ、り図、第3図(a)および(b)
はそれぞれ電流位相進み遅れ制御方式における、電流位
相遅れ時および電流位相進み時の電圧電流ベクトル図、
第4図(al 、 (bl 、 (C1は′電流位相進
み遅れ制御方式に用いられる代表的な電機子ワ  ト 電流−電流位相特性の3方式のペルドル図である。 1・・・・・・速度アンプ、2・・・・・・A/Dコン
バータ、3・・・・・・カウンタ、4・・・・・・正弦
波ROMテーブル、5・・・・・・D/Aコンバータ、
6・・・・・・電流アンプ、7・・・・・・ヒステリシ
スコンパレータ、8・・・・・・三角波キャリヤ信号、
9・・・・・・ベースドライブ回路、10・・・・・・
コンバータ、11・・・・・・インバータ、12・・・
・・・永久磁石同期電動機、13・・・・・・電流検出
器、14・・・・・・回転位室−センサ、15・・・・
・・速度センサ、20,30.40・・・・・・回転子
鉄心、21.31.41・・・・・・マグネット、42
・・・・・・鉄心。 特許量π人 東洋電機製造株式会社 代表者 土 井   厚 扇 ! 肥 (C) 第2 図 /W−8

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 回転子の磁極位置を検出しフィードバックする方式の電
    流制御型PWMインバータで運転される永久磁石同期電
    動機の電流位相進み遅れ制御において、前記永久磁石同
    期電動機の横軸インダクタンスLqが直軸インダクタン
    スLdの2〜2.4倍であるような永久磁石同期電動機
    を利用することを特徴とした永久磁石同期電動機の高力
    率制御方法。
JP60294175A 1985-12-26 1985-12-26 永久磁石同期電動機の高力率制御方法 Pending JPS62155796A (ja)

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