KR101389629B1

KR101389629B1 - 동기 기기의 자극 위치 검출 장치

Info

Publication number: KR101389629B1
Application number: KR1020127033238A
Authority: KR
Inventors: 히사노리 야마사키; 게이타 하타나카; 마사키 고노; 히데토시 기타나카
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2010-06-21
Filing date: 2011-04-11
Publication date: 2014-04-29
Also published as: CN102959854B; CA2803153A1; JP5256378B2; CN102959854A; US20130073252A1; EP2584694A4; WO2011162011A1; JP5619195B2; BR112012031730A2; JPWO2011162011A1; EP2584694B1; EP2584694A1; ES2707235T3; BR112012031730B1; JP2013066383A; KR20130034650A; CA2803153C; US9207061B2; MX2012015083A

Abstract

직류 전압원의 직류 전압의 변동에 관계없이 소망하는 자극 위치 검출 정밀도가 얻어지는 동기 기기의 자극 위치 검출 장치를 얻는 것을 목적으로 한다. 연산 수단(2a)은, 직류 전압원(5)의 직류 전압의 변동에 관계없이 소망하는 자극 위치 검출 정밀도가 얻어지도록, 펄스 폭 결정부(22a)에 의해 직류 전압 검출 값(Vdc)에 따라 펄스 폭(tp) 및 펄스 휴지 폭(tn)을 변화시키도록 함과 아울러, 샘플링 타이밍은 직류 전압 검출 값(Vdc)에 관계없이 각 전압 벡터의 펄스 폭(tp) 종단 시점에 고정하도록 제어하게 했다.

Description

동기 기기의 자극 위치 검출 장치{MAGNETIC POLE POSITION DETECTION DEVICE FOR SYNCHRONOUS MACHINE}

본 발명은, 동기 전동기/동기 발전기의 자극(磁極) 위치를, 위치 검출기를 이용하지 않고, 간이하고, 확실하며, 또한 고정밀도로 검출할 수 있는 동기 기기의 자극 위치 검출 장치에 관한 것이다.

이 동기 기기의 자극 위치를 검출하는 경우, 회전자의 전기각(자극 위치)을 인코더 등의 위치 검출기를 이용하여 직접 검출하는 것이 있다. 그러나, 회전자의 회전각을 직접 검출하는 데에는, 위치 검출기 등의 자극 위치 검출 전용의 센서를 동기 기기에 부가할 필요가 있고, 장치 구성의 규모가 커지는 것과 아울러, 경제성이 나쁘다고 하는 결점을 초래한다. 이 때문에, 위치 검출기를 이용하지 말고 동기 기기의 자극 위치를 검출하는 장치가 제안되고 있다.

위치 검출기를 이용하지 말고, 동기 기기의 자극 위치를 검출하는 방식으로서, 예를 들면, 동기 기기의 유기 전압을 이용한 것이나, 동기 기기의 돌극성(突極性)을 이용한 방식 등이 있다.

유기 전압을 이용한 위치 센서리스 제어는, 속도 제로에서는 유기 전압도 제로이기 때문에, 정확하게 회전자 위치를 추정할 수 없다. 또한, 돌극성을 이용한 방식은, 자극 위치 추정에 이용하는 돌극성이 자극 위치의 2배의 주기로 변경되기 때문에, 추정 위치도 자극 위치의 2배의 주기로 된다. 즉, 추정 위치는 동기 기기의 자극 위치가 0~180도와 180~360도에 있어서, 동일한 값으로 되어 자극 위치를 확실하게 검출한다고 하는 점에서 충분하다고는 말할 수 없다.

따라서, 적어도 동기 기기를 속도 제로 부근으로부터 기동할 때에는, 돌극성을 이용한 방식 이외에, 별도로 동기 기기의 자극 위치 정보를 추정하는 방식이 필요하다. 그 방식으로서, 예를 들면, 특허 문헌 1과 같은 동기 기기의 자기 포화를 이용한 것이 있다.

이것은, 서로 진폭이 동일하고 또한 등간격의 위상의 2n(n은 상수이며 3 이상의 자연수)개의 전압 벡터를 동기 기기에 인가하였을 때, 위상이 서로 180도 상이한 각 한 쌍의 전압 벡터 인가 시에 흐르는 전류 검출 값을 서로 가산한 가산 전류치로부터 자극 위치를 검출하는 것으로, 이 전압 벡터의 인가에 의해 동기 기기가 자기 포화 상태로 되는 것이 전제가 된다.

(선행 기술 문헌)

(특허 문헌)

특허 문헌 1 : 특허 제4271397호 공보(10페이지 18행~13페이지 50행, 단락 0045~0065, 도 1~5, 7)

특허 문헌 1의 자극 위치 검출법을 이용하는 경우, 전술한 바와 같이, 동기 기기가 자기 포화하는데 충분한 전류를 흘릴 필요가 있다. 이것은, 자기 포화가 발생하고 있지 않으면, 자극 위치에 가까운 위상의 전압 벡터를 인가하였을 때에 흐르는 전류가 자극 위치에 가까운 위상에 대해서 180도 위상이 상이한 전압 벡터를 인가하였을 때에 흐르는 전류와 동일하지만, 자기 포화가 발생하면, 전자가 후자보다 커져, 이 차이 전류로부터 자극 위치의 검출이 가능하게 된다고 하는 원리를 이용하고 있기 때문이다.

그 때문에, 필요한 자극 위치 검출 정밀도를 보상하는 자기 포화 상태가 얻어지도록, 동기 기기에 인가하는 전압 벡터 지령의 인가 시간을 미리 조정 설정해 둘 필요가 있다.

그런데, 이 전압 벡터를 발생시키는 전력 변환기로의 직류 전압원의 전압치가 일정하지 않은 제품 용도에 있어서는, 이 전압 벡터 인가 시간을 설정하는 것이 곤란하게 되는 경우가 있었다. 예를 들면, 전기 철도용 전력 변환기의 경우에는, 이 직류 전압은, 궤도상에 설치된 가선(架線)과 차량상의 팬토그래프(pantograph)를 거쳐서 공급되는 것이다. 이 경우, 직류 전압은, 동일 가선 구간에 존재하는 차량의 주행 상태와 변전소 용량에 크게 의존하여 시시각각 변동한다.

직류 전압이 낮은 경우에는, 전압 벡터 인가에 의한 통전이 충분하지 않게 되고, 동기 기기에 대해 충분한 자기 포화 상태를 인가하지 않게 되어, 전류치에 포함되는 자극 위치 정보가 작아져, 자극 위치 검출 정밀도가 열화하는 문제가 있다. 이 상황을 회피하는 데에는 전압 벡터 인가 시간을 길게 할 필요가 있지만, 반대로 직류 전압이 과도하게 커지면, 자기 포화가 광범위하고 자극 위치 검출 정밀도가 오히려 저하하는 경향이 된다.

본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 상기 직류 전압원의 직류 전압의 변동에 관계없이 소망하는 자극 위치 검출 정밀도가 얻어지는 동기 기기의 자극 위치 검출 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 동기 기기의 자극 위치 검출 장치는, 직류 전압원의 직류 전압을 전압 벡터 지령에 근거하는 전압 벡터로 변환하여 n(n은 3 이상의 자연수)상(相)의 권선을 갖는 동기 기기에 인가하는 회로 수단과, 동기 기기의 각 상 권선에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출 수단과, 전압 벡터 지령으로서 직류 전압원의 직류 전압으로 정해지는 서로 동일한 진폭을 갖고 1 주기(360도) 내에 등간격의 위상으로 서로 동일한 소정의 펄스 폭을 갖는 2n개의 전압 벡터를 연산하여 회로 수단에 출력함과 아울러 전류 검출 수단으로부터의 전류 검출 값을 전압 벡터 지령에 근거하는 소정의 샘플링 타이밍에서 취득하는 연산 수단을 구비하며,

또한, 연산 수단은, 전압 벡터 지령에 근거하는 각 전압 벡터를 동기 기기에 인가하였을 때, 위상이 서로 180도 상이한 각 한 쌍의 전압 벡터 인가 시의 샘플링 타이밍에 있어서의 전류 검출 값을 서로 가산한 n개의 가산 전류치를 연산하고, n개의 가산 전류치에 근거하여 동기 기기의 정지 시에 있어서의 자극 위치를 검출하도록 한 동기 기기의 자극 위치 검출 장치에 있어서,

직류 전압원의 직류 전압을 검출하는 직류 전압 검출 수단을 구비하며,

연산 수단은, 직류 전압원의 직류 전압의 변동에 관계없이 소망하는 자극 위치 검출 정밀도가 얻어지도록 직류 전압 검출 수단으로부터의 직류 전압 검출 값에 근거하여 펄스 폭 및 샘플링 타이밍을 제어하도록 한 것이다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 동기 기기의 자극 위치 검출 장치의 연산 수단은, 직류 전압 검출 수단으로부터의 직류 전압 검출 값에 근거하여 펄스 폭 및 샘플링 타이밍을 적정하게 제어하도록 했으므로, 직류 전압원의 직류 전압의 변동에 관계없이 소망하는 자극 위치 검출 정밀도가 얻어진다.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 의한 동기 기기의 자극 위치 검출 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태 1에 의한 연산 수단(2a)에 있어서의 전압 벡터 지령의 출력 타이밍과 전류 검출 값의 샘플링 타이밍의 관계를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태 1에 의한 자극 위치 검출의 원리로 되는 검출 전류의 처리 후의 가산 전류치 Δiu, Δiv, Δiw와 자극 위치의 관계를 나타내는 특성도이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 연산 수단(2a)의 내부 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태 2에 의한 동기 기기의 자극 위치 검출 장치의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태 2에 있어서의 연산 수단(2b)의 내부 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태 2에 의한 연산 수단(2b)에 있어서의 전압 벡터 지령의 출력 타이밍과 전류 검출 값의 샘플링 타이밍의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 형태 2에 있어서의, 전압 벡터 지령으로서 스위칭 모드 「V1」 또는 「V4」를 출력한 경우의 u상 전류의 펄스 폭 tp 내에서의 변화를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 8의 u상 전류의 특성에 대해, 스위칭 모드 「V1」인가 시의 u상 전류와 스위칭 모드 「V4」인가 시의 u상 전류로부터 구하는 S/N비를 나타낸 도면이다.

(실시 형태 1)

도 1은, 본 발명의 실시 형태 1에 의한 동기 기기의 자극 위치 검출 장치의 개략 구성을 나타내는 블럭도이다. 동기 기기(1)에 대해서 공급되는 전력의 흐름에 대해 설명하면, 직류 전압원(5)의 직류 전압 출력이 회로 수단(3)에 입력되고, 회로 수단(3)은 이것을 직류로부터 다상 교류로 전력 변환하여 동기 기기(1)에 교류 전력을 공급한다.

여기서, 동기 기기(1)는, 다상, 구체적으로는, n(n은 3 이상의 자연수)상(相)의 권선을 갖는, 예를 들면, 회전자에 영구 자석을 배치한 동기 전동기 혹은 동기 발전기이다. 또한, 회로 수단(3)은, IGBT 등의 반도체의 스위치(31~36)를 브리지 접속하여 이루어지는 PWM 인버터 등의 전력 변환기로 이루어지고, 직류 전압원(5)으로부터의 직류 전압을 다상 교류로 변환하여 동기 기기(1)에 출력한다.

직류 전압원(5)은, 궤도상에 설치된 가선에 급전되는 직류 전압을, 차량상의 팬토그래프 및 리액터와 콘덴서로 이루어지는 필터를 거쳐서 회로 수단(3)에 출력한다.

그리고, 이 직류 전압원(5)의 직류 전압은, 상술한 바와 같이, 동일 가선 구간에 존재하는 차량의 주행 상태와 변전소 용량에 크게 의존하여 시시각각 변동하게 되어, 이 전압 변동을 가미한 제어가 본원 발명의 요지로 되지만, 이에 대해서는 후단에서 상술하는 것으로 한다.

먼저, 도 1의 구성에 근거하여, 자극 위치 검출의 동작 원리에 대해 설명한다.

연산 수단(2a)은, 회로 수단(3)에 대해서 전압 벡터 지령을 출력한다. 전압 벡터 지령이란, 구체적으로는 회로 수단(3)이 구비하는 복수의 전력 변환 반도체 스위치(31~36)의 ON, OFF 지령의 조합이며, 예를 들면, 다음과 같이 9개의 스위칭 모드 「V0」~ 「V8」을 갖고 정의된다.

예를 들면, 전압 벡터 지령으로서, 스위칭 모드 「V0」⇒「V1」⇒「V0」⇒「V2」⇒「V0」⇒「V3」⇒「V0」⇒「V4」⇒「V0」⇒「V5」⇒「V0」⇒「V6」과 같이 순서대로 인가하고, 그 때에, 동기 기기(1)의 각 상(U상, V상, W상)에 흐르는 전류의 크기를 나타낸 것이 도 2이다.

연산 수단(2a)에는, 전류 검출 수단(4)에 의해 취득되는 각 상 전류 iu, iv, iw가 입력되고, 스위칭 모드 「V1」에 의해 인가되는 전압 벡터의 인가 종료 시를 샘플링 타이밍으로 하여, iu, iv, iw의 값을 iu1, iv1, iw1로서 샘플링하여 기억한다. 마찬가지로, 계속해서, 각 스위칭 모드에 의한 전압 벡터 인가 종료 시의 샘플링 타이밍에서의 각 상 전류치를 기억한다. 도 2의 각 상 전류 특성상에 나타낸 원형 표시의 값이 상당한다.

샘플 전류치의 명칭을, 표 1과 같이 정의한다.

전압 벡터 지령으로서, 각 스위칭 모드 「V1」「V2」「V3」「V4」「V5」「V6」에 의해 인가되는 전압 벡터의 펄스 폭 tp는 서로 동일하게 인가되고, 각 전압 벡터 간에 삽입되는 전체 스위치 오프 기간 「V0」의 길이에 상당하는 펄스 휴지 폭 tn은, 전류가 0으로 정정하는 시간을 가미하여 인가된다.

스위칭 모드 「V1」 와「V4」에 의해 인가되는 전압 벡터는, 동기 기기(1)에 있어서는 정확히 180도 반전한 방향, u상에 대해서 정 및 부의 전압 벡터의 쌍으로 되고, 그 때에 발생하는 u상 전류 iu1 및 iu4는, 동기 기기(1)의 유도 계수의 포화가 없으면, 크기가 동일하고 부호가 역의 관계로 된다. 즉, 다음의 (1)식에 의해 가산 전류치 Δiu를 정의하면 0으로 된다.

그러나, 포화 상태로 되면, 영구 자석을 갖는 동기 기기(1)에 있어서는, 자석 자속의 영향에 의해 전압 인가의 정부 방향에 의해 자기 포화의 상황이 상이하으로, iu1와 iu4의 크기가 상이하게 된다. 즉, 가산 전류치 Δiu는 0이 아니고, 자극 방향에 따른 값을 갖게 된다.

마찬가지로, v상 전류, w상 전류에 대해, 이하의 식과 같이, 가산 전류치 Δiv, Δiw를 정의한다.

도 2와 같이, 전압 벡터 지령의 스위칭 모드로서, 「V1」∼「V6」의 순서로 전압 벡터를 인가한 경우에 있어서의, 자극 위치 θ에 대한 가산 전류치 Δiu, Δiv, Δiw의 변화를 나타낸 예가 도 3이다. 상기에서 기술한 바와 같이, 자극 위치에 따른 자기 포화의 상황 변화로부터, 가산 전류치 Δiu, Δiv, Δiw가 자극 위치 θ에 따른 특성을 갖는다.

연산 수단(2a)에 있어서는, 도 3의 특성 변화를 이용하여, 자극 위치의 검출을 행한다. 구체적으로는, 표 2에 나타낸 바와 같이, 가산 전류치 Δiu, Δiv, Δiw의 절대치 중, 어느 하나가 최대로 되는지, 또한 그 최대를 나타낸 신호의 부호가 정인가 부인지에 주목함으로써, 실제의 자극 위치의 60도마다의 존재 구간 m을 검출하는 것이 가능해진다.

도 4는, 본 발명의 실시 형태 1에 의한 동기 기기의 자극 위치 검출 장치에 있어서의 연산 수단(2a)의 내부 구성을 나타내는 블럭도이다.

본 실시 형태 1은, 상술한 동작 원리로 자극 위치를 검출하는 경우에, 각 전압 벡터의 펄스 폭 tp를, 직류 전압 검출 수단(6)에 의해 검출되는 직류 전압원(5)의 직류 전압치에 따라 변화시키도록 한 것이다.

도 4에 있어서, 펄스 폭 결정부(22a)는, 펄스 폭 tp[sec], 펄스 휴지 폭 tn[sec]를, 직류 전압 검출 수단(6)에 의해 검출된 직류 전압 검출 값 Vdc에 따라 결정한다.

예를 들면, 이하의 식과 같이, 펄스 폭 tp, 펄스 휴지 폭 tn을 인가한다.

여기서,

Vdcnominal： 기준이 되는 정격 직류 전압치

tpnominal： 기준이 되는 정격 펄스 폭

kn： 휴지 폭 설정 계수이다.

즉, 펄스 폭 tp를, 실제의 직류 전압 검출 값 Vdc의 크기에 반비례시켜 설정하고, 직류 전압 검출 값 Vdc가 정격 직류 전압치 Vdcnominal보다 작은 경우에는 펄스 폭 tp를 크게 설정하고, 반대로, 직류 전압 검출 값 Vdc가 정격 직류 전압치보다 큰 경우에는, 펄스 폭 tp를 작게 설정한다. 또한, kn은, 펄스 휴지 폭 tn의 펄스 폭 tp에 대한 비이며, 동기 기기(1)의 정수나 주 회로 특성에 좌우되는, 전압 펄스 인가 종료 후의 전류 감쇠 시간을 가미하여, 대략 1~1.5 정도로 한다.

전압 지령 생성 수단(21a)은, 이와 같이 하여 펄스 폭 결정부(22a)로부터 출력된 펄스 폭 tp, 펄스 휴지 폭 tn에 근거하여, 스위칭 모드 「V1」「V2」「V3」「V4」「V5」「V6」 및 휴지 모드 「V0」에 의한 전압 벡터를 각 기간 폭으로 출력한다.

한편, 자극 위치 검출 수단(23a)에서는, 상기한 바와 같이 기간이 설정된 각 펄스 폭의 인가 종료 시를 샘플링 타이밍으로 하여, 전류 검출 수단(4)으로부터의 전류 검출 값을 샘플링하여, 표 1의 전류치를 기록하고, 이에 근거하여 표 2의 판정을 실시하여 자극 위치 판정치를 출력한다.

또한, 이상의 설명에 있어서는, 펄스 폭 tp, 펄스 휴지 폭 tn을, 식(4), 식(5)과 같이 함수화해 두었지만, 직류 전압 검출 값의 감소(증가)에 따라, 펄스 폭을 증가(감소)시키는 특성이면 다른 함수나, 테이블화된 특성을 참조 사용해도 좋다.

실제의 동기 기기(1)의 자기 포화 특성은 복잡하고, 펄스 폭 tp의 길이와, 동기 기기(1)에 흐르는 전류치의 피크와는 완전하게 비례하는 것은 아니며, 또한 직류 전압 검출 값에 완전하게 반비례하는 것도 아니다. 따라서, Vdc와 tp와 iu, iv, iw의 관계를, 사전에 전자계 해석이나, 실제 기기 시험에 의해 기록하고, 이에 근거하여 제품에 실장하는 Vdc에 대한 tp의 관계 특성을 결정하며, 함수화나 테이블화하여 펄스 폭 결정부(22a)에 실장하면 또한 바람직하다.

이상의 실시 형태 1에 의하면, 펄스 폭 tp를, 직류 전압 검출 값 Vdc에 따라 결정하기 때문에, 직류 전압 검출 값 Vdc가 정격 직류 전압치보다 작은 경우에는, 펄스 폭 tp를 길게 함으로써, 자기 포화에 충분한 상 전류를 동기 기기(1)에 발생시킬 수 있어, 자극 위치 검출의 S/N비를 개선하여, 자극 위치의 검출 정밀도를 개선하는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 직류 전압 검출 값 Vdc가 정격 직류 전압치보다 큰 경우에는, 펄스 폭 tp를 줄임으로써, 자기 포화가 과도하게 광범위하고 또한 자극 위치 검출 정밀도가 저하하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상 전류가 너무 흘러 주 회로의 보호가 수행된다고 하는 것도 방지되고 자극 위치 검출을 안정하게 실행할 수 있다고 하는 효과를 얻을 수 있다.

(실시 형태 2)

도 5는, 본 발명의 실시 형태 2에 의한 동기 기기의 자극 위치 검출 장치의 개략 구성을 나타내는 블럭도이다. 연산 수단(2b)의 내용 이외에 대해서는 실시 형태 1의 동기 기기(1), 회로 수단(3), 전류 검출 수단(4), 직류 전압원(5), 직류 전압 검출 수단(6)과 동등하고, 그 설명을 생략한다.

연산 수단(2b)의 내부 구성을 도 6에 나타낸다. 연산 수단(2b)은, 전압 지령 생성 수단(21b), 자극 위치 검출 수단(23b), 샘플링 타이밍 결정부(24b)로 이루어진다.

전압 지령 생성 수단(21b)은, 실시 형태 1의 전압 지령 생성 수단(21a)과 마찬가지로, 스위칭 모드로서 「V0」 및 표 1에 나타낸 「V1」「V2」「V3」「V4」「V5」「V6」을 출력하지만, 펄스 폭 tp, 펄스 휴지 폭 tn의 설정에 대해서는, 직류 전압 검출 값 Vdc에 관계없이 일정하게 설정한다.

한편, 샘플링 타이밍 결정부(24b)는, 스위칭 모드 「V1」「V2」「V3」「V4」「V5」「V6」가 전압 벡터 지령으로서 회로 수단(3)에 출력되어 전류 검출 수단(4)에 전류가 흐르기 시작하고 나서 ts초의 시점을 샘플링 타이밍으로 하여, 자극 위치 검출 수단(23b)에 샘플링 지령을 출력하고, 자극 위치 검출 수단(23b)에서는, 그 시점의 전류 검출 값을 샘플링하여 기억하고, 표 1의 iu1, iv1, iw1∼iu6, iv6, iw6을 차례대로 기억한다.

이 동작을 나타낸 것이 도 7이다. 샘플링 타이밍 결정부(24b)에 있어서의 ts의 결정 방법에 대해 이하에 설명한다.

도 8은, 자극 위치 θ=0[deg]인 때에, 전압 벡터 지령으로서, 스위칭 모드 「V1」「V4」를 인가하였을 때의 u상 전류의 절대치의 동작을 나타내는 모식도이다. 각각에 대해 직류 전압 검출 값 Vdc가 130%인 경우와 70%인 경우에 대해, 횡축을 펄스 인가 시간(펄스 폭)으로서 나타내고 있다.

스위칭 모드 「V1」「V4」는 이미 서술한 바와 같이, 전압의 위상각으로서는 u상에 따라 정반대의 방향이며, 이 때에 발생하는 u상 전류는, 서로 부호가 반대로 된다. 그리고, 자극에 의한 자기 포화가 없으면 동일한 크기의 전류로 되지만, 실제는 자극에 의한 자기 포화의 영향에 의해, 도 8에 나타낸 바와 같이, 「V1」인가 시와 「V4」인가 시에서는 전류의 크기가 상이하게 된다. 이것을 이용하여, 자극 위치의 검출이 가능해지는 것이지만, 여기서, 직류 전압 검출 값 Vdc가 정격치보다 큰 경우, 펄스 인가 후, 전류가 커져, 보다 빠르게 자기 포화의 영향이 나타난다. 동기 기기(1)가 갖는 자기 포화 특성에도 의존하지만, 일례로서는, 도 8과 같이, 펄스 인가 시간 ts130[sec]인 때에, 전압 지령 「V1」인가 시와 「V4」인가 시의 차이가 극대화한다. S/N비의 지표로서, 분자를 (「V1」인가 시의｜iu｜－「V4」인가 시의｜iu｜) , 분모를 「V1」인가 시의｜iu｜으로 하였을 때의 일례를 도 9에 나타낸다.

이 예에서는, Vdc=130% 시에는, 펄스 인가 시간이 ts130[sec]인 시점에서 전류를 샘플링하고, 이것을 iu1, iu4로 하면, 가장 S/N비가 높고, 나아가서는 자극 검출 정밀도가 최선으로 되는 것을 알 수 있다.

한편, 직류 전압 검출 값 Vdc가 작고, 예를 들면, 정격치의 70%인 때에는, 이에 따라 발생 전류가 작아져서, 자기 포화의 영향이 나타나는데 보다 시간이 걸린다. 도 8, 도 9의 예에서는, ts130보다 긴 시간인 ts70의 타이밍에서 자기 포화의 영향이 현저하게 되기 때문에, 이 타이밍에서 샘플링한 전류 검출 값을 iu1, iu4로 하여 자극 위치 검출 수단(23b)에 기록하면, 검출 S/N비가 최선으로 된다. 따라서, 미리, 사전에 전자계 해석이나, 실제 기기 시험에 의해, 직류 전압 검출 값 Vdc의 각 값마다, S/N비가 최선으로 되는 샘플링 타이밍 ts를 취득해 두고, 이것을 직류 전압 검출 값와 샘플링 타이밍의 관계 특성으로 하여 샘플링 타이밍 결정부(24b)에 실장해 두고, 실제의 운전 시에는, 직류 전압 검출 값 Vdc에 따라 샘플링 타이밍 ts를 결정하여 자극 위치 검출 수단(23b)으로 전류를 샘플링하면, 전압 지령 생성 수단(21b)이 출력하는 전압 지령의 펄스 폭 tp 및 펄스 휴지 폭 tn가 고정이어도, 자극 위치 검출의 정밀도를 최선으로 유지한 동작으로 된다.

이상의 실시 형태 2에 의하면, 전류 검출 값의 샘플링 타이밍 ts를 직류 전압 검출 값 Vdc의 변화에 따라 결정하여, 자극에 의한 자기 포화의 영향이 필요 충분하게 나타난 타이밍에서 S/N비가 좋은 전류 검출 값의 샘플링이 가능해지기 때문에, 자극 위치 검출의 S/N비를 높은 레벨로 유지하여, 자극 위치의 검출 정밀도를 개선하는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 직류 전압 검출 값 Vdc에 관계없이 펄스 폭 tp와 펄스 휴지 폭 tn은 고정으로 되기 때문에, 자극 위치 검출에 필요한 전체의 시간은 직류 전압 검출 값 Vdc에 관계없이 일정하게 되기 때문에, 자극 위치 검출 결과를 이용하는 후단의 연산 처리나, 병행하여 동작시키는 연산 처리의 제휴 동작의 설계가 하기 쉽다고 하는 효과도 얻을 수 있다.

또한, 도 8 및 도 9에 의해 설명한, S/N비가 최적으로 되는 샘플링 타이밍 ts의 결정 방법에 대해서는, 실시 형태 1에도 적용 가능하다. 즉, 실시 형태 1에서는 펄스 폭 tp의 인가 종료 시가 샘플링 타이밍이기 때문에, 도 8, 도 9에서 설명한 S/N비가 최적으로 되는 타이밍 시간을, 미리, 사전에 전자계 해석이나, 실제 기기 시험에 의해, 직류 전압 검출 값 Vdc의 각 값마다, S/N비가 최선으로 되는 펄스 폭 tp를 취득해 두면, 자극 위치의 검출 정밀도를 보다 개선하는 효과를 얻을 수 있다.

Claims

직류 전압원의 직류 전압을 전압 벡터 지령에 근거하는 전압 벡터로 변환하여 n(n은 3 이상의 자연수)상(相)의 권선을 갖는 동기 기기에 인가하는 회로 수단과,
상기 동기 기기의 각 상 권선에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출 수단과,
상기 전압 벡터 지령으로서 상기 직류 전압원의 직류 전압으로 정해지는 서로 동일한 진폭을 갖고 1 주기(360도) 내에 등간격의 위상으로 서로 동일한 소정의 펄스 폭을 갖는 2n개의 전압 벡터를 연산하여 상기 회로 수단에 출력함과 아울러 상기 전류 검출 수단으로부터의 전류 검출 값을 상기 전압 벡터 지령에 근거하는 소정의 샘플링 타이밍에서 취득하는 연산 수단을 구비하며,
또한, 상기 연산 수단은, 상기 전압 벡터 지령에 근거하는 각 전압 벡터를 상기 동기 기기에 인가하였을 때, 위상이 서로 180도 상이한 각 한 쌍의 전압 벡터 인가 시의 상기 샘플링 타이밍에 있어서의 상기 한 쌍의 전압 벡터 각각에 대한 전류 검출 값을 서로 가산한 상기 n개의 가산 전류치를 연산하고, 상기 n개의 가산 전류치에 근거하여 상기 동기 기기의 정지 시에 있어서의 자극(磁極) 위치를 검출하도록 한 동기 기기의 자극 위치 검출 장치에 있어서,
상기 직류 전압원의 직류 전압을 검출하는 직류 전압 검출 수단을 구비하며,
상기 연산 수단은, 상기 직류 전압원의 직류 전압의 변동에 관계없이 소망하는 자극 위치 검출 정밀도가 얻어지도록 상기 직류 전압 검출 수단으로부터의 직류 전압 검출 값에 근거하여 상기 펄스 폭 및 상기 샘플링 타이밍을 제어하도록 한
동기 기기의 자극 위치 검출 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 연산 수단은, 상기 직류 전압 검출 값에 따라 상기 펄스 폭을 변화시키도록 함과 아울러, 상기 샘플링 타이밍이 상기 직류 전압 검출 값에 관계없이 상기 각 전압 벡터의 상기 펄스 폭 종단 시점에 고정하도록 상기 펄스 폭 및 상기 샘플링 타이밍을 제어하도록 한 동기 기기의 자극 위치 검출 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 펄스 폭을 tp, 시간적으로 인접하는 상기 전압 벡터의 간격폭으로부터 상기 펄스 폭 tp를 공제한 펄스 휴지 폭을 tn, 상기 직류 전압 검출 값을 Vdc, 기준이 되는 정격 직류 전압치를 Vdcnominal, 기준이 되는 정격 펄스 폭을 tpnominal로 하였을 때, 상기 연산 수단은, 이하의 식

(단, kn은 정수)
에 근거하여, 상기 펄스 폭 tp 및 펄스 휴지 폭 tn을 제어하도록 한 동기 기기의 자극 위치 검출 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 직류 전압원의 직류 전압과 소망하는 자극 위치 검출 정밀도가 얻어지는 상기 펄스 폭의 관계 특성을 미리 실험 또는 해석에 의해 구해 두고,
상기 연산 수단은, 상기 직류 전압 검출 값에 따라 상기 관계 특성으로부터 상기 펄스 폭을 구하도록 한 동기 기기의 자극 위치 검출 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 직류 전압원의 직류 전압과 상기 펄스 폭의 관계 특성은, 기지의 자극 위치에 상당하는 전압 벡터 인가 시의 전류 검출 값을 i1로 하고, 해당 전압 벡터와 위상이 서로 180도 상이한 전압 벡터 인가 시의 전류 검출 값을 i2로 하였을 때, 이하의 식

에 근거하는 S/N비가 최대로 되는 타이밍을 상기 직류 전압원의 직류 전압에 따라 미리 실험 또는 해석에 의해 구한 결과로부터 작성하도록 한 동기 기기의 자극 위치 검출 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 연산 수단은, 상기 펄스 폭이 상기 직류 전압 검출 값에 관계없이 일정 값으로 제어함과 아울러, 상기 직류 전압원의 직류 전압과 상기 펄스 폭 내에서 소망하는 자극 위치 검출 정밀도가 얻어지는 상기 샘플링 타이밍의 관계 특성을 미리 실험 또는 해석에 의해 구해 두고, 상기 직류 전압 검출 값에 따라 상기 관계 특성으로부터 상기 샘플링 타이밍을 구하도록 한 동기 기기의 자극 위치 검출 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 직류 전압원의 직류 전압과 상기 샘플링 타이밍의 관계 특성은, 기지의 자극 위치에 상당하는 전압 벡터 인가 시의 전류 검출 값을 i1로 하고, 해당 전압 벡터와 위상이 서로 180도 상이한 전압 벡터 인가 시의 전류 검출 값을 i2로 하였을 때, 이하의 식

에 근거하는 S/N비가 최대로 되는 상기 펄스 폭 내에서의 타이밍을 상기 직류 전압원의 직류 전압에 따라 미리 실험 또는 해석에 의해 구한 결과로부터 작성하도록 한 동기 기기의 자극 위치 검출 장치.