KR101623672B1

KR101623672B1 - 교류 회전 기기의 제어 장치

Info

Publication number: KR101623672B1
Application number: KR1020147021588A
Authority: KR
Inventors: 요스케 하치야; 마사토 이토; 사토루 데라시마
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2012-02-02
Filing date: 2012-10-19
Publication date: 2016-05-23
Also published as: TW201334397A; TWI450490B; JP5745105B2; CN104094516B; TW201442413A; EP2811643A4; TWI565219B; EP2811643A1; JPWO2013114688A1; CN104094516A; RU2576246C1; KR20140116896A; US20140340018A1; WO2013114688A1; US9231511B2; EP2811643B1

Abstract

전류 벡터 지령과 검출 전류 벡터를 입력하고, 교류 회전 기기로의 전압 벡터 지령을 출력하는 제어 수단과, 상기 검출 전류 벡터를 입력하여, 상기 전압 벡터 지령에 대한 평행 성분과 직교 성분 중 적어도 한쪽의 교류 전류 진폭을 연산하는 교류 전류 진폭 연산 수단과, 상기 전류 벡터 지령으로부터 교류 전류 진폭 지령을 생성하는 교류 전류 진폭 지령 생성 수단과, 상기 교류 회전 기기의 추정 자극 위치를 연산하는 자극 위치 연산 수단을 갖고, 상기 자극 위치 연산 수단은, 상기 교류 전류 진폭이 상기 교류 전류 진폭 지령에 일치하도록 하여 상기 추정 자극 위치를 연산하도록 했다.

Description

교류 회전 기기의 제어 장치{DEVICE FOR CONTROLLING ALTERNATING CURRENT ROTATING MACHINE}

본 발명은, 유도기나 동기기라고 하는 교류 회전 기기의 회전자 위치를, 위치 센서를 이용하는 일 없이 얻을 수 있는 교류 회전 기기의 제어 장치에 관한 것이다.

교류 회전 기기의 제어에 있어서, 회전 기기를 소망하는 출력이나 회전수로 회전시키기 위해서, 통상은 속도 센서나 위치 센서를 이용하여 행한다. 그러나, 이러한 센서를 마련하는 방법은, 고 비용, 배선에 따른 성능 저하를 수반하여, 내고장성이나 유지 보수의 면에서 불리하게 되는 문제가 있었다. 그래서, 센서를 이용하는 일 없이, 교류 회전 기기의 자극(磁極) 위치나 회전 속도를 검출하는 방법이 제안되어 있다.

이러한 방법으로서, 유기 전압을 이용한 방법이 공지이며, 주로 유기 전압이 큰 고속 영역에서의 운전에서 유리하다. 한편, 제로 속도나 저속 영역 등 유기 전압을 이용하는 것이 곤란한 속도 영역에 있어서는, 교류 회전 기기에 기본 주파수와 상이한 주파수의 전압이나 전류를 중첩하여 인덕턴스의 돌극성(突極性)을 이용하여 자극 위치를 추정하는 기술이 알려져 있다.

예를 들면, 특허 문헌 1에 기재된 발명은, 고주파 교류 전압을 인가하여, 그 직교 방향으로 흐르는 고주파 전류의 진폭이 0으로 되도록 자극 위치를 추정하는 방법이 개시되어 있다.

또한, 특허 문헌 2에 기재된 발명은, 회전 기기에 고주파 교류 전압을 인가하여, 얻어지는 고주파 전류값을, 추정각으로부터 45도 지연시킨 위상에서 d-q축 좌표로 변환하고, 그것으로부터 얻어지는 고주파 임피던스 Zdm와 Zqm이 일치하도록 자극 위치를 추정하고, 고부하시의 보정에는, 전류 지령값의 토크 성분에 비례 정수를 승산함으로써 연산한 보상각 θ^r만큼을, 추정한 자극 위치로부터 감산하여, 추정 위치 θ^c를 연산하는 방법이 개시되어 있다.

(선행 기술 문헌)

(특허 문헌)

특허 문헌 1 : 일본 특허 제3312472호 공보

특허 문헌 2 : 일본 특개 제2002－291283호 공보

특허 문헌 3 : 일본 특허 제4672236호 공보

특허 문헌 1에 기재된 발명은, 고주파 교류 전압을 인가하는 방향의 직교 성분의 진폭이 0이 되도록, 고주파 교류 전압을 인가하는 축을 조정하고 있기 때문에, 부하 전류가 흐르고 있을 때에 인덕턴스가 자기 포화하면 추정 위치가 실제의 자극 위치로부터 어긋나 버린다.

또한, 특허 문헌 2에 기재된 발명은, 고주파 임피던스가 일치하도록 하는 축에 고주파 교류 전압을 인가하기 때문에, 무부하시에는, 고주파 교류 전압을 인가하는 축과, 토크가 발생하지 않는 축이 일치하지만, 부하시에는 고주파 교류 전압을 인가하는 축이, 토크가 발생하지 않는 축으로부터 어긋나 버려, 진동이나 소음의 원인이 되는 문제가 있었다.

본 발명에 따른 교류 회전 기기의 제어 장치는, 교류 회전 기기의 전류 벡터를 검출하는 전류 벡터 검출 수단과, 전류 벡터 지령과 상기 검출 전류 벡터를 입력하고, 상기 교류 회전 기기를 구동하기 위한 기본파 전압 벡터 지령과 임의의 축에 교번하는 교류 전압 벡터 지령을 가산한 전압 벡터 지령을 출력하는 제어 수단과, 상기 전압 벡터 지령에 근거하여 상기 교류 회전 기기에 전압을 인가하는 전압 인가 수단과, 상기 전류 벡터 검출 수단에서 검출된 전류 벡터를 입력하여, 상기 교류 전압 벡터 지령에 대한 평행 성분과 직교 성분 중 적어도 한쪽의 교류 전류 진폭을 연산하는 교류 전류 진폭 연산 수단과, 상기 전류 벡터 지령으로부터 교류 전류 진폭 지령을 생성하는 교류 전류 진폭 지령 생성 수단과, 상기 교류 회전 기기의 추정 자극 위치를 연산하는 자극 위치 연산 수단을 구비하며, 상기 자극 위치 연산 수단은, 상기 교류 전류 진폭이 상기 교류 전류 진폭 지령에 일치하도록 하여 상기 추정 자극 위치를 연산하는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명에 의하면, 교류 전류 진폭을 교류 전류 진폭 지령에 일치하도록 추정 위치를 연산함으로써, 자극 위치를 추정하기 위해서 인가하는 고주파 교류 전압을 항상 토크가 발생하지 않는 축에 인가한 채로 자극 위치의 추정을 행할 수 있고, 또한 자기 포화에 의한 추정 위치 오차의 영향을 받지 않기 때문에, 회전 기기의 진동이나 소음을 억제할 수 있다.

도 1은 실시 형태 1에 있어서의 교류 회전 기기의 제어 장치의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 실시 형태 1의 제어 수단(3)의 내부 구성을 설명하는 개략 구성도이다.
도 3은 실시 형태 1의 교류 전류 진폭 연산 수단(5)의 내부 구성을 나타내는 개략 구성도이다.
도 4는 도 3의 필터(51)의 내부 구성을 설명하는 설명도이다.
도 5는 도 3의 직교 성분 추출기(52)의 내부 구성을 설명하는 설명도이다.
도 6은 실시 형태 1의 교류 회전 기기의 동작을 벡터로 설명하는 도면이다.
도 7은 실시 형태 1의 교류 회전 기기의 부하시에 나타나는 인덕턴스 분포를 무부하시와 비교하여 나타낸 동작 설명도이다.
도 8은 도 7 상태를 벡터로 설명하는 도면이다.
도 9는 특허 문헌 2의 동작을 설명하기 위한 설명도이다.
도 10은 실시 형태 1의 자극 위치 연산 수단(6)의 내부 구성을 나타내는 개략 구성도이다.
도 11은 실시 형태 2에 있어서의 교류 회전 기기의 제어 장치의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 12는 실시 형태 2의 자극 위치 연산 수단(6)의 내부 구성을 나타내는 개략 구성도이다.
도 13은 실시 형태 2의 편차 증폭부(64)의 내부 구성을 나타내는 개략 구성도이다.
도 14는 실시 형태 2의 편차 증폭부(64)의 다른 구성예를 나타내는 개략 구성도이다.
도 15는 실시 형태 2의 적응 관측부(65)의 내부 구성을 나타내는 개략 구성도이다.
도 16은 실시 형태 2의 상태 관측기(652)의 내부 구성을 나타내는 개략 구성도이다.
도 17은 실시 형태 2의 동작을 벡터로 설명하기 위한 설명도이다.
도 18은 실시 형태 2의 교류 전류 진폭 연산 수단(5)의 내부 구성을 나타내는 개략 구성도이다.
도 19는 실시 형태 2의 교류 진폭 추출기(53)의 내부 구성을 나타내는 개략 구성도이다.
도 20은 실시 형태 3에 있어서의 교류 회전 기기의 제어 장치의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 21은 실시 형태 3에 있어서의 교류 회전 기기의 제어 장치의 다른 구성예를 나타내는 도면이다.
도 22는 실시 형태 4에 있어서의 교류 회전 기기의 정(定) 토크 곡선을 나타내는 도면이다.
도 23은 실시 형태 4의 동작을 설명하기 위한 설명도이다.
도 24는 실시 형태 4의 동작을 설명하기 위한 설명도이다.

(실시 형태 1)

도 1은, 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 교류 회전 기기의 제어 장치의 전체 구성을 나타내는 것이다. 도면에 있어서, 교류 회전 기기(1)는 동기 전동기이며, 여기에서는, 영구자석을 이용한 동기기이다. 본 실시 형태에서는, 동기 전동기를 예로 들어 설명하지만, 다른 종류의 회전 기기이더라도 마찬가지의 원리로 구성하는 것이 가능하다.

교류 회전 기기(1)에는, 교류 회전 기기(1)의 전류 벡터를 검출하는 전류 벡터 검출 수단(2)과, 전압을 인가하는 인버터 등의 전력 변환기가 상당하는 전압 인가 수단(4)이 접속되어 있다.

전류 벡터 검출 수단(2)은, 교류 회전 기기(1)의 3상 전류 iu, iv, iw의 전류를 검출하고, 좌표 변환기(21)에 있어서, 후술하는 추정 자극 위치 θ0을 이용하여, 교류 회전 기기(1)의 회전자에 동기하여 회전하는 직교 좌표로서 공지인 d-q축상의 전류로 좌표 변화하여, 이것을 검출 전류 벡터(ids, iqs)로서 출력한다.

3상 전류를 검출하는 데에는, 전류를 3상으로도 검출하는 것 이외에, 2상분(相分)을 검출하여 3상 전류의 합이 제로인 것을 이용하여 3상 전류를 구해도 좋고, 인버터 모선 전류나 스위칭 소자에 흐르는 전류와 스위칭 소자의 상태로부터 3상 전류를 연산해도 좋다.

제어 수단(3)은, 상세하게는 도 2의 구성도와 같이, 가감산기(31)에 의해, 외부로부터 주어지는 전류 벡터 지령(id＿ref, iq＿ref)으로부터 상기 검출 전류 벡터(ids, iqs)를 각각 감산한다. 전류 제어기(32)에서는, 가감산기(31)의 출력인 전류 벡터 지령과 검출 전류 벡터의 편차가 없어지도록, 비례 적분 제어하여 기본파 전압 벡터 지령(vdf, vqf)을 출력한다. 고주파 교류 전압 벡터 발생기(33)는, d, q축상의 고주파 교류 전압 벡터 지령(vdh, vqh)을 출력한다.

본 실시 형태에서는, vqh=0으로서 d축 방향으로만 인가하는 교류 전압으로 한다. 가감산기(34)에서는, 상기 기본파 전압 벡터 지령과 고주파 교류 전압 벡터 지령을 가산한 전압 벡터 지령(vd, vq)을 출력하고, 좌표 변환기(35)에서는 추정 위치 θ0을 사용하여 가감산기(34)의 출력인 전압 벡터 지령(vd, vq)을 d-q축으로부터 정지 좌표의 3상 전압 벡터 지령(vu, vv, vw)으로 변환하여 출력한다.

또한, 본 실시 형태에서는, 제어 수단(3)은 비례 적분 제어를 이용하여 전압 지령 벡터를 생성하는 방법을 취하고 있지만, 예를 들면 V/f 제어 등의 제어 방식이어도 고주파 교류 전압 벡터 지령을 가산하면 마찬가지의 원리로 구성하는 것이 가능하다.

전압 인가 수단(4)은, 인버터 등의 전력 변환기이며, 제어 수단(3)으로부터 출력되는 전압 벡터 지령에 근거하여, 교류 회전 기기(1)에 전압을 인가한다. 교류 전류 진폭 연산 수단(5)은, 상세하게는 도 3의 구성도와 같이, 검출 전류 벡터로부터, 필터(51)를 이용하여 얻어지는 고주파 전류 벡터를 추출하고, 직교 성분 추출기(52)를 이용하여, 고주파 전류의 직교 성분의 진폭을 연산하여, 교류 전류 진폭으로서 출력한다.

상기 필터(51)는, 검출 전류 벡터로부터 고주파 전류 벡터를 추출하는 필터이며, 검출 전류 벡터로부터 상기 고주파 교류 전압 벡터 지령(vdh, vqh)과 동일 주파수 성분을 추출할 수 있는 것이라면 어떠한 것을 이용해도 좋다. 예를 들면, 도 4에 나타낸 바와 같이, 협대역의 밴드 스톱 필터(band-stop filter)로서 공지인 노치 필터(511)를 이용하여, 고주파 전류 벡터를 추출한다. 도 4의 노치 필터(511)에서는, (1)식의 고주파 교류 전압 벡터의 각주파수 ωh를 제거하는 노치 필터링을 검출 전류 벡터에 실시하여, 검출 전류 벡터로부터 각주파수 ωh 성분을 제거한다. 가감산기(512)에서는 검출 전류 벡터로부터 노치 필터(511)의 출력을 감산함으로써, 검출 전류 벡터로부터 각주파수 ωh 성분의 고주파 전류 벡터를 연산한다. 또한, 식(1)의 s는 라플라스 연산자, qx는 노치의 깊이이다.

[수 1]

도 5는 도 3의 직교 성분 추출기(52)의 구성도이다. 직교 성분 추출기(52)에서는, 직교 성분 선택기(521)에서, 고주파 전류 벡터(idh, iqh)에 행렬(0, 1)^T를 승산함으로써 d축과 직교 방향의 고주파 전류 벡터인 iqh만을 선택한다. 진폭 연산기(522)에서는 식(2)의 연산을 함으로써, iqh의 크기(진폭)인 ｜iqh｜를 연산하여 출력한다. 또한, 식(2) 중의 T는 iqh의 주기이다.

[수 2]

이상이, 교류 전류 진폭 연산 수단(5)의 구성이다.

도 1로 돌아가서, 자극 위치 연산 수단(6)은, 교류 전류 진폭과 후술하는 교류 전류 진폭 지령 생성 수단(7)이 출력하는 교류 전류 진폭 지령에 근거하여 추정 자극 위치를 연산한다.

우선, 고주파 교류 전압을 인가하여 자극 위치를 연산하는 방법에 대해 설명한다. 먼저, 전술한 고주파 교류 전압 벡터 발생기(33)가 고주파 교류 전압 벡터 vdh, vqh를 출력할 때에, 교류 회전 기기(1)에 흐르는 고주파 전류 벡터의 수식에 대해 설명한다.

도 6과 같이, 회전자 자속 벡터 방향을 dm축, 그 직교 방향을 qm축으로 하여, 고주파 교류 전압 벡터를 인가함으로써 얻어지는 추정 자극 위치 θ0이 나타내는 방향을 d축, 그 직교 방향을 q축으로 한다. 또한, d축과 dm축의 편차가 Δθ인 것으로 한다. 또한, 도 6에서는, 교류 회전 기기(1)가 무부하인 때의 상태를 나타내는 것으로, d축은 정상적으로는 dm축과 일치하도록 동작한다. 도 6은 순간적으로 Δθ의 편차가 생겼을 경우의 도면이다. 이 때, 고주파 교류 전압 벡터 vdh, vqh를 각각, d축, q축에 인가할 때의 교류 회전 기기(1)의 수식은 (3)식과 같이 표현할 수 있다. 또한, 식 중의 P는 미분 연산자를 나타낸다.

[수 3]

고주파 교류 전압을 이용하여 자극 위치를 검출하는 경우, 고회전 영역에서는 고주파의 전압이나 전류가 발생하는 만큼, 운전 효율이나 전압 이용률, 최대 전류라고 하는 점에서 불리하기 때문에, 제로속이나 저속에서 사용하는 쪽이 좋고, 고회전 영역에서는 공지의 적응 관측기 등을 이용한 자극 위치 검출 수단을 이용하는 것이 좋다. 그래서, 여기에서는 제로속∼저속에 있어서 고주파 전압을 이용하는 것으로 하여, 회전 속도 ωr≒0으로 놓으면 식(3)으로부터, 식(4)을 얻을 수 있다.

[수 4]

또한 우변 제 2 항은, 고주파 전류의 미분이며, 고주파 전류의 미분은 고주파 전압의 각주파수 ωh배로 되기 때문에, 우변 제 2 항≫우변 제 1 항이 되어, 우변 제 1 항은 무시할 수 있고, 그 결과 식(5)을 얻을 수 있다.

[수 5]

여기서, 고주파 전압 벡터가 식(6)과 같이 주어진다고 하면, 고주파 전류 벡터 idh, iqh는 식(5)에 식(6)을 대입하여, 양변을 적분함으로써, 식(7)과 같이 된다.

[수 6]

[수 7]

자극 위치 추정에는, 편차 △θ를 0으로 하도록 하는 θ0을 연산한다. 여기서, 식(7)의 고주파 전류의 진폭 성분을 이용하면, △θ을 전류 진폭의 함수로 나타낼 수 있다. 여기에서는, 고주파 전류의 직교 성분 iqh의 진폭 ｜iqh｜를 이용하면, 식(7)으로부터 식(8)을 얻을 수 있다.

[수 8]

또한, 식(8)을 △θ의 식으로 다시 쓰면 식(9)이 된다.

[수 9]

식(9)으로부터, △θ를 제로에 접근시키는 것은 ｜iqh｜를 제로에 접근시키는 것과 동일하다. 따라서 추정 위치 θ0은 비례 적분기를 이용하여 식(10)으로 나타낼 수 있다.

[수 10]

또한, 고주파 전압의 각주파수 ωh와 고주파 전압 진폭 Vh는 고주파 교류 전압 벡터 발생기(33)에서 임의로 설정할 수 있는 것이기 때문에 기지이고, L, l는 식(3)의 단서로부터 Ld, Lq로부터 구할 수 있는 것이며, Ld, Lq는 사전에 측정함으로써 파악할 수 있기 때문에 L, l도 기지이다.

이상과 같이, 고주파 전압 벡터를 인가한 축으로부터 편차 △θ는 ｜iqh｜에 근거하여 연산할 수 있다.

다음에, 부하시의 인덕턴스 자기 포화에 의한 추정 위치의 오차에 대해 설명한다.

전술한 바와 같이, 부하시에는 교류 회전 기기의 인덕턴스가 자기 포화하기 때문에, 임의의 부하시에 위치 오차 θe가 발생하는 것으로 하면, 도 7에 나타낸 바와 같이, 임의의 부하시의 인덕턴스 분포는, 무부하시의 분포에 비해 θe만큼 변화한다. 이 변화를 식(3)으로 나타내기 위해, Ldc, Lqc, Ldqc를 식(11)으로 다시 정의한다.

[수 11]

식(11)을 이용하여 식(3)을 전개하면 식(12)을 얻을 수 있다. 또한, 고주파 전류 벡터 iqh의 크기 ｜iqh｜는 식(13)이 된다.

[수 12]

[수 13]

여기서, ｜iqh｜가 제로에 가까워지도록 식(10)의 비례 적분기를 구성하면, 식(13)으로부터, (△θ－θe)가 제로에 가까워진다. 즉, △θ은 θe에 수속하기 때문에, 도 8에 나타낸 바와 같이, 추정 자극 위치 θ0이 나타내는 d축은, 실제의 자극 위치 dm축으로부터 θe 어긋난 위치에서 검출된다.

특허 문헌 2에 기재된 발명은, 보상각을 이용하여 추정 자극 위치를 보상하고 있지만, 도 9에 나타낸 바와 같이, 추정 자극 위치 θ0으로부터 ±45°떨어진 축의 고주파 임피던스가 일치하도록 하는 축에 고주파 전압을 인가하기 때문에, 고주파 전압을 인가하는 축(d축)이 토크가 발생하지 않는 축(dm축)으로부터 어긋나 있고, 고주파 전압에 의한 토크에 따른 회전 기기의 진동이나 소음의 요인으로 되어 있었다.

그래서, 상기 자극 위치 연산 수단(6)의 추정 자극 위치의 연산에서는, 고주파 교류 전압 벡터를 인가하는 축을 항상 dm축으로 하여, 고주파 전압의 토크에 의한 회전 기기의 진동이나 소음의 발생을 억제한다. 이것은, 즉 실제의 자극 위치인 dm축과 추정 자극 위치인 d축의 편차 △θ를 제로로 하는 것을 의미한다. 여기서 식(13)으로부터, △θ를 제로에 접근시키면, ｜iqh｜는 식(14)으로 나타내어진다.

[수 14]

즉, ｜iqh｜의 값이 식(14)의 우변의 값에 가까워지면, △θ은 제로에 가까워진다. 이 때, θe는 미지이기 때문에 식(14)의 우변은 실시간으로 연산할 수 없지만, θe가 부하 전류의 크기에 따라 변화하는 특징이 있기 때문에, 미리 측정해 두는 것이 가능하다. 그래서, 후술하는 교류 전류 진폭 지령 생성 수단(7)의 출력인 교류 전류 진폭 지령 ｜iqh＿ref｜를 식(15)으로 설정하여, ｜iqh＿ref｜에 ｜iqh｜가 일치하도록, 비례 적분기를 이용하여, 추정 자극 위치 θ0을 식(16)으로 구성함으로써, ｜iqh｜가 지령값 ｜iqh＿ref｜에 접근할 수 있고, 그 결과, 추정 자극 위치인 d축을 dm축에 일치시킴과 아울러, 고주파 전압 벡터가 인가되는 방향을 dm축으로 하여, 토크에 의한 회전 기기의 진동이나 소음의 발생을 억제할 수 있다. 또한, ｜iqh＿ref｜의 설정 방법은 후술한다.

[수 15]

[수 16]

이상이, 자극 위치 연산 수단(6)에 의한 자극 위치 추정의 연산 방법에 대한 설명이다.

다음에, 자극 위치 연산 수단(6)의 구성에 대해 설명한다.

자극 위치 연산 수단(6)은, 도 10과 같이, 교류 전류 진폭 지령과 교류 전류 진폭의 편차를 출력하는 가감산기(61)와, 상기 편차로부터 추정 자극 위치를 출력하는 자극 위치 추정기(62)로 구성한다. 자극 위치 추정기(62)는, 가감산기(61)로부터 입력되는 편차값에 근거하여, 식(16)을 이용하여 추정 자극 위치를 출력한다. 이상이, 자극 위치 연산 수단(6)의 구성이다.

또한, 교류 전류 진폭 지령 생성 수단(7)은, 전류 벡터 지령(id＿ref, iq＿ref)에, 증폭값 (Kd, Kq)의 전치 행렬인 (Kd, Kq)^T(T는 전치 행렬의 의미)를 승산하여, 교류 전류 진폭 지령 ｜iqh＿ref｜를 생성한다. 증폭값 (Kd, Kq)는, 단순한 일정값을 취할 수도 있고, 테이블을 이용하여, 전류 벡터 지령에 근거하여 변경함으로써 교류 전류 진폭 지령값의 정밀도를 높일 수도 있다. 또한, Kd=0으로 놓음으로써, 전류 벡터 지령의 토크 성분으로부터만 교류 전류 진폭 지령을 생성해도 좋다.

또한, 증폭값은, 교류 회전 기기(1)에 고주파 교류 전압 벡터와 부하 전류를 인가했을 때에 식(2)에서 얻어지는 ｜iqh｜의 값을 미리 측정해 두고, 상기 전류 벡터 지령과 ｜iqh｜로부터 증폭값을 결정한다. 이에 의해, 미지의 θe에 관계없이, 전류 진폭 지령값 ｜iqh＿ref｜를 구할 수 있다. 측정에는, 예를 들면 전자계 해석 등으로부터 해석적으로 전류 지령 벡터에 대한 지령값을 구해도 좋고, 실제 기기를 이용하여 측정해도 좋다. 이들은 사전의 측정을 행해 두면, 즉시 센서리스(ensorless)로의 운전에 적용할 수 있다.

이상과 같이, 본 실시 형태의 구성에 의해, 추정 자극 위치 θ0은, 교류 전류 진폭이 교류 전류 진폭 지령에 일치하도록 고주파 교류 전압 벡터를 인가함으로써, 항상 토크가 발생하지 않는 축을 향해 교류 전압을 인가하는 것이 가능해지기 때문에, 회전 기기의 진동이나 소음을 억제할 수 있다.

(실시 형태 2)

실시 형태 1에서는, 고주파 전압을 이용하여, 부하시에도 자극 위치 오차를 발생시키지 않는 자극 위치 추정 방법을 나타냈다. 그러나, 이 방법은 전술한 바와 같이, 고회전 영역에서 고주파 전압을 인가하는 것은 운전 효율이나 전압 이용률, 최대 전류의 면에서 불리하다.

실시 형태 2에서는, 저속∼고속의 전체 속도 영역에서 자극 위치 추정을 행하기 위해 자극 위치 연산 수단(6)이 적응 관측기(65)를 갖고, 전체 속도 영역에서 적응 관측기(6)를 이용하여 자극 위치를 연산한다. 그 중에서, 유기 전압이 작고 자속 벡터를 연산하기 어려운 저속 영역에서는 고주파 교류 전압을 이용하여 자속 벡터를 연산하여, 적응 관측기(6)가 불리한 저속 영역에서의 자극 위치 추정을 보상하여, 전체 속도 영역에서 자극 위치 추정을 가능하게 한다.

도 11은, 본 발명의 실시 형태 2에 있어서의 교류 회전 기기의 제어 장치의 전체 구성을 나타내는 것이다. 본 실시 형태에서는, 자극 위치 연산 수단(6)에 교류 전류 진폭과 교류 전류 진폭 지령과 전압 지령 벡터와 검출 전류 벡터를 입력한다. 그 이외의 구성은 실시 형태 1과 마찬가지이기 때문에 설명은 생략한다. 도 12에 본 실시 형태에 있어서의 자극 위치 연산 수단(6)의 구성을 나타낸다.

본 실시 형태에 있어서, 자극 위치 연산 수단(6)은, 교류 전류 진폭 지령과 교류 전류 진폭으로부터 회전자 자속 벡터를 검출하여, 검출 자속 벡터로서 출력하는 자속 벡터 검출부(66)와, 추정 전류 벡터와 검출 전류 벡터의 편차인 전류 편차 벡터와 추정 자속 벡터와 상기 검출 자속 벡터의 편차인 자속 편차 벡터를 출력하는 편차 벡터 연산부(63)와, 상기 전류 편차 벡터와 자속 편차 벡터를 증폭하여 증폭 편차 벡터로서 출력하는 편차 증폭부(64)와, 교류 회전 기기(1)의 추정 전류 벡터와 추정 자속 벡터와 추정 자극 위치를 출력하는 적응 관측부(65)를 가지고 있다.

편차 벡터 연산부(63)는, 가감산기(631)에 의해 후술하는 적응 관측부(65)의 출력인 추정 전류 벡터(ids0, iqs0)로부터 전류 벡터 검출 수단(2)의 출력인 검출 전류 벡터(ids, iqs)를 감산한 전류 편차 벡터(eids, eiqs)를 출력하고, 가감산기(632)에 의해 후술하는 적응 관측부(65)의 출력인 추정 자속 벡터(φdr0, φqr0)로부터 후술하는 자속 벡터 검출부의 출력인 검출 자속 벡터(φdrD, φqrD)를 감산한 자속 편차 벡터(eφdr, eφqr)를 출력한다.

도 13은 편차 증폭부(64)의 구성도이다. 도 13의 이득 행렬(641)은 전류 편차 벡터(eids, eiqs)의 전치 행렬인 (eids, eiqs)^T에 행렬 Hc를 승산한 결과를 출력하고, 이득 행렬(642)은 자속 편차 벡터(eφdr, eφqr)^T에 행렬 Hf를 승산한 결과를 출력한다. 여기서, 행렬 Hc, Hf는 식(17)으로 정의하는 이득 행렬이며, 식(17)의 h11∼h44는 증폭 이득이다. h11∼h44는 임의로 설정 가능한 값이지만, 예를 들면, 행렬 Hc의 h11∼h42는, 특허 문헌 3(특허 제4672236호)의 제9도에 기재되어 있는 바와 같이 추정 속도 ωr0에 의해 각 증폭 이득의 값을 변경하도록 한다. 마찬가지로 이득 행렬 Hf의 h13∼h44의 값도 추정 속도 ωr0에 의해 각 증폭 이득의 값을 변경하도록 하더라도 좋다. 또한 이 경우, 도 14와 같이 후술하는 적응 관측부(65)로부터 추정 속도 ωr0도 출력하도록 하고, 편차 증폭부(64)는 이득 행렬(644, 645)에 추정 속도 ωr0을 입력하도록 한다.

[수 17]

가감산기(643)는 도 13의 이득 행렬(641)과 이득 행렬(642) 또는 도 14의 이득 행렬(644)과 이득 행렬(645)의 출력 벡터를 가산하여, 증폭 편차 벡터(e1, e2, e3, e4)^T를 출력한다.

또한, 후술하는 적응 관측부(65)가 출력하는 추정 속도나 추정 자극 위치는, 고회전으로 되면, 검출 자속 벡터와 추정 자속 벡터의 편차인 자속 편차 벡터를 이용하지 않아도 양호하게 속도나 위치를 추정할 수 있기 때문에, 이득 행렬(642) 또는 이득 행렬(645)에 있어서, 추정 속도의 절대치가 큰 경우에는, h13∼h44의 값이 영으로 되도록 하고, 고회전 영역에서 이득 행렬(642) 또는 이득 행렬(645)의 출력은 영으로 한다. 그 결과, 자속 벡터 검출부(66)의 연산을 정지함으로써 연산량을 저감할 수 있음과 아울러, 제어 수단(3) 내부의 고주파 교류 전압 벡터 발생기(33)의 출력 vdh, vqh도 제로로 함으로써, vdh, vqh에 의해 발생하는 고주파 전류도 없어져, 고주파 전류에 의한 손실도 없앨 수 있다.

적응 관측부(65)는 도 15와 같이, 좌표 변환기(651)와 상태 관측기(652)와 적분기(653)로 구성된다.

우선, 적응 관측부(65)의 동작에 대해 설명한다. 교류 회전 기기(1)의 전기자 저항을 R, d축 방향의 전기자 인덕턴스를 Ld, q축 방향의 전기자 인덕턴스를 Lq, 추정 속도를 ωr0, 전원 각주파수를 ω로 하여, 행렬 A, B, C1, C2를 (18)식으로 정의한다.

[수 18]

또한, d－q축상의 추정 전기자 반작용 벡터의 d축 성분을 φds0, q축 성분을 φqs0, d－q축상의 전압 지령 벡터의 d축 성분을 vds, q축 성분을 vqs라고 정의하면, 식(19)과 같이 추정 전기자 반작용 벡터 φds0, φqs0과 추정 자속 벡터 φdr0, φqr0을 얻을 수 있다.

[수 19]

또한, 라플라스 연산자(미분 연산자)를 s, kp를 비례 이득, ki를 적분 이득이라고 정의하고, (18)식의 행렬 A의 내부 파라미터인 추정 속도 ωr0은, 전류 편차 벡터 Δids, Δiqs와 추정 자속 벡터 φdr0, φqr0을 이용하여 (20)식에 의해 주어진다.

[수 20]

추정 위치 θ0은, (21)식과 같이 추정 속도를 적분함으로써 얻을 수 있다.

[수 21]

또한, 추정 전류 벡터 ids0, iqs0은 (22)식으로부터 구할 수 있다.

[수 22]

마찬가지로, 추정 자속 벡터 φdr0, φqr0은 (23)식으로부터 구할 수 있다.

[수 23]

이상과 같이, 식(18)∼(23)를 이용하면, 전압 지령 벡터와 증폭 편차 벡터와 전류 편차 벡터에 근거하여, 추정 위치와 추정 전류 벡터와 추정 자속 벡터를 산출하는 것이 가능하다.

이것을 근거로 하여 적응 관측부(65)의 구성도인 도 15에 대해 설명한다. 도 15에 있어서, 좌표 변환기(651)는 제어 수단의 출력인 3상 교류의 전압 지령 벡터를 직교 회전 좌표인 d-q축의 전압 지령 벡터 vds, vqs로 변환하여, 상태 관측기(652)에 출력한다.

도 16에 상세를 나타내는 상태 관측기(652)에서는, 좌표 변환기(651)의 출력인 전압 지령 벡터(vds, vqs)^T에 이득 행렬 연산기(6521)로 행렬 B를 승산한 결과를 출력한다. 가감산기(6522)는 이득 행렬 연산기(6521)의 출력과 이득 행렬 연산기(6523)의 출력과 편차 증폭 벡터(e1, e2, e3, e4)^T를 가감산한 벡터를 출력한다. 적분기(6524)는 가감산기(6522)가 출력하는 벡터를 각 요소마다 적분하여, 벡터(φds0, φqs0, φdr0, φqr0)^T로서 출력한다. 이상이 식(19)의 우변에 상당하는 부분이다. 또한, 식(19)의 좌변은 적분기(6524)의 입력 부분에 상당한다.

이득 행렬 연산기(6525)는 행렬 C1에 벡터(φds0, φqs0, φdr0, φqr0)^T를 승산함으로써, 추정 전류 벡터(φds0, φqs0)^T를 출력한다. 이 부분은 식(22)에 상당한다. 이득 행렬 연산기(6526)는 행렬 C2에 벡터(φds0, φqs0, φdr0, φqr0)^T를 승산함으로써, 추정 자속 벡터(φdr0, φqr0)^T를 출력한다. 이 부분은 식(23)에 상당한다.

도 15의 적분기(653)는 식(21)과 같이, 상태 관측기(652)의 출력인 추정 속도 ωr0을 적분함으로써 추정 위치 θ0을 구한다.

이상이 적응 관측부(65)의 동작이다.

자속 벡터 검출부(66)는, 전술한 바와 같이, 교류 전류 진폭과 교류 전류 진폭 지령으로부터 검출 자속 벡터를 연산하지만, 먼저 검출 자속 벡터에 대해 설명한다.

도 17과 같이, 회전자 자속 벡터 Φr는 dm축과 동일 방향이다. 여기서, 회전자 자속 벡터 Φr를, 고주파 전압 벡터와 평행 방향, 즉 d축 방향의 ΦdrD와, 고주파 전압 벡터와 직교 방향, 즉, q축 방향의 ΦqrD에 투영한다. 이 d축과 q축에 투영한 ΦdrD와 ΦqrD를 검출 자속 벡터로 하여, 수식으로 나타내면 식(24)과 같이 표현할 수 있다.

[수 24]

식(24)의 φf는 회전자 자속 벡터 Φr의 크기이며, 이것은 미리 측정해 둘 수 있다. 따라서, 식(24)으로부터 검출 자속 벡터를 연산하기 위해서는, Δθ을 알 수 있으면 좋다.

실시 형태 1에 있어서, 회전자 자속 방향 dm축과 추정 자극 위치 d축의 편차 △θ는, 식(9)으로 나타내어진다. 적응 관측부(65)는, 정상적으로는 △θ이 제로에 가까워지도록 동작하기 때문에, 2△θ≒0이므로 sin2△θ≒2△θ로 해도 좋다. 따라서, 식(9)으로부터 식(25)을 얻을 수 있다.

[수 25]

따라서, 식(24), (25)로부터, ｜iqh｜를 이용하여 검출 자속 벡터를 연산할 수 있다.

여기서 부하시의 동작에 대해 생각한다. 부하시에는 부하 전류에 따라 인덕턴스 분포가 변화하여, 추정 자극 위치가 나타내는 d축과 회전자 자속 방향의 dm축의 사이에 오차가 생기기 때문에, 식(8)은, 식(13)으로 변화하는 것을 전술했다. 여기서, 식(13)을 전개하면 식(26)이 된다.

[수 26]

△ θ는 정상적으로 제로가 되도록 동작한다고 하면, 2△θ≒0이기 때문에 sin2△θ≒2△θ, cos2△θ≒1로 하여, 식(26)으로부터 식(27)을 얻는다.

[수 27]

여기서, 식(27)의 우변 제 2 항은, 식(15)과 동일하다. 그래서, 식(15)으로부터 식(27)을 감산하면, 식(28)이 된다.

[수 28]

식(28)으로부터 △θ의 식(29)을 얻을 수 있다.

[수 29]

식(29)에는, 미지의 값 cos2θe가 남아 있기 때문에, 이대로 식(24)에 적용할 수 없다.

그래서, 고주파 전류의 평행 성분 idh를 이용하여 cos2θe를 연산한다. 식(12)으로부터, 고주파 전류의 평행 성분 idh는, 식(30)으로 나타낼 수 있고, 그 크기(진폭) ｜idh｜는 식(31)이 된다.

[수 30]

[수 31]

△ θ는 정상적으로 제로가 되도록 동작한다고 하면, △θ≒0으로부터 식(32)이 얻어진다.

[수 32]

여기서, 식(32)에 있어서의 우변은, cos2θe를 제외하고 기지이며, ｜idh｜는 ｜iqh｜과 마찬가지로 검출 전류 벡터의 고주파 성분으로부터 연산할 수 있다. 즉, cos2θe는, 식(33)을 이용하여 온라인으로 연산할 수 있다.

[수 33]

따라서, 식(29), (33)로부터 △θ를 연산함으로써, 식(24)의 검출 자속 벡터를 연산할 수 있다.

또한, 이 경우, 교류 전류 진폭 연산 수단(5)은 도 18에 나타낸 바와 같이, 교류 진폭 추출기(53)에 의해 고주파 전류 벡터로부터 교류 전류 진폭 행렬 (｜idh｜, ｜iqh｜)를 출력하고, 교류 진폭 추출기(53)는, 도 19에 나타낸 바와 같이, 직교 성분 선택기(531), 진폭 연산기(532)에 부가하여, 평행 성분 선택기(533)를 갖고, 평행 성분 선택기는 고주파 전류 벡터에 (1, 0)^T를 승산하여 idh를 선택하고, 진폭 연산기는 식(34)으로부터 진폭 ｜idh｜를 산출하도록 한다.

[수 34]

이상으로부터, 고주파 전류 진폭과 고주파 전류 진폭 지령으로부터 회전자 자속 방향 dm축과 추정 자극 위치 d축의 편차 △θ를 연산할 수 있기 때문에, 미리 자극 위치를 구해 두는 일 없이 검출 자속 벡터를 계산할 수 있고, 연산량을 저감할 수 있다.

또한, 추정 자극 위치에 오차가 나타나는 부하시에 있더라도 교류 전류 진폭과 교류 전류 진폭 지령으로부터 검출 자속 벡터를 구하고, 검출 자속 벡터와 추정 자속 벡터의 편차인 자속 편차 벡터와 검출 전류 벡터와 추정 전류 벡터의 편차인 전류 편차 벡터를 구하고, 자속 편차 벡터를 증폭한 증폭 편차 벡터로부터 적응 관측부(65)가 자극 위치를 추정함으로써, 부하에 의한 자극 위치 추정 오차의 영향을 받는 일 없이 전체 속도 영역에서의 자극 위치의 추정을 할 수 있다.

(실시 형태 3)

실시 형태 1에서는, 교류 전류 진폭 지령 생성 수단(7)은, 전류 벡터 지령으로부터 교류 전류 진폭 지령을 생성하고 있다. 교류 회전 기기(1)의 검출 전류 벡터는, 제어 수단(3)에 의해, 정상적으로는 전류 벡터 지령에 일치하도록 제어되므로, 교류 전류 진폭 지령을 검출 전류 벡터로부터 작성해도 좋다.

본 실시 형태의 교류 회전 기기의 제어 장치의 구성을 도 20에 나타낸다. 도 20에 있어서, 교류 전류 진폭 지령 생성 수단(7)은 검출 전류 벡터로부터 교류 전류 진폭 지령을 생성한다. 그 외의 구성은, 실시 형태 1과 마찬가지이다.

교류 전류 진폭 지령 생성 수단(7)은, 검출 전류 벡터(ids, iqs)에 증폭값 (Kd, Kq)^T를 승산하여, 교류 전류 진폭 지령을 생성한다. 증폭값 (Kd, Kq)는, 단순한 일정값을 취할 수도 있고, 전류 벡터 지령에 근거하는 테이블 값을 가짐으로써 교류 전류 진폭 지령값의 정밀도를 높일 수도 있다. 또한, Kd=0으로 둠으로써, 검출 전류 벡터의 토크 성분으로부터만 교류 전류 지령을 생성해도 좋다.

이상과 같이, 교류 전류 진폭 지령 생성 수단(7)은, 검출 전류 벡터를 이용하여 교류 전류 진폭 지령을 생성함으로써, 교류 회전 기기의 내부 상태와 일치하는 교류 전류 진폭 지령을 이용하여, 자극 위치를 연산할 수 있다.

또한, 실시 형태 3에 기재된 교류 전류 진폭 지령 생성 수단(7)은, 실시 형태 2에도 마찬가지로 적용할 수 있다. 그 경우, 도 21에 나타내는 구성을 취하여, 교류 전류 진폭 지령 생성 수단(7)은, 실시 형태 3과 마찬가지로 구성된다.

(실시 형태 4)

실시 형태 1 내지 3에 따른 교류 회전 기기의 제어 장치에서는, 교류 회전 기기의 회전자 자속인 dm축 방향으로 고주파 전압을 인가하고 있었다. 그러나, Ld와 Lq의 비(이하, 돌극비라 칭함)가 큰 교류 회전 기기에 있어서, 고주파 전압에 의한 토크의 발생을 억제하는 축은 dm축으로는 한정되지 않는다.

본 실시 형태에서는, 돌극비가 큰 교류 회전 기기에 대해서도, 고주파 교류 전압에 의한 토크의 발생을 억제하는 방향으로 고주파 전압을 인가하는 교류 회전 기기의 제어 장치에 대해 서술한다.

우선, 고주파 교류 전압에 의해 토크가 발생하는 원인 및 토크의 발생을 억제하는 방법에 대해 서술한다.

교류 회전 기기(1)가, 영구자석을 이용한 동기기인 경우, 발생하는 토크 τ는, 식(35)으로서 공지이다.

[수 35]

또한, 식(35)을 식(36)으로 변형하여, 토크 τ를 일정 값으로 놓으면, iq는 id의 쌍곡선으로서 나타낼 수 있다. 이 때의 (id, iq)축상에서의 전류 벡터의 궤적(정 토크 곡선)은 도 22와 같이 된다.

[수 36]

여기서, 정 토크 곡선은, 이 곡선상의 어떤 전류값에 있어서도 토크가 일정하여, 곡선상을 전류 벡터가 이동해도 토크는 변화하지 않는다. 즉, 고주파 교류 전압에 의해 변동하는 전류 벡터가, 이 곡선상에 있으면, 고주파 교류 전압에 의한 토크는 발생하지 않는다고 하는 것이다.

교류 회전 기기(1)를 구동하기 위해서 기본파 전류 벡터가 인가되어, 토크가 발생하고 있다고 하면, 그 토크의 정 토크 곡선이 존재한다. 이 때 고주파 교류 전압을 dm축 방향으로 인가하면, 고주파 전류 벡터의 궤적은 도 23에 나타내는 고주파 전류 벡터로 된다. 이 벡터 궤적은, 정 토크 곡선상에 없기 때문에 토크가 변동한다. 그 때문에 회전 기기에 진동이나 소음이 발생하는 경우가 있다.

그래서, 도 24와 같이 고주파 전류의 벡터 궤적이 정 토크 곡선의 접선에 접근하면, 고주파 전류 벡터에 의한 토크의 변동을 억제할 수 있다. 식(36)을 id로 미분하면 접선의 기울기가 식(37)으로 얻어지고, 또한 식(35)을 이용하여 변형하면 식(38)으로 나타낼 수 있다.

[수 37]

[수 38]

또한, dm축과 정 토크 곡선의 접선의 편차를 η로 하면, 임의의 기본파 전류 벡터(id1, iq1)에 있어서의 편차 η는 식(39)으로 나타내어진다.

[수 39]

즉, 고주파 전압을 dm축으로부터 η만큼 어긋나게 하여 인가함으로써, 고주파 전류 벡터에 의한 토크의 발생을 억제할 수 있다.

이상, 고주파 전압에 의해 토크가 발생하는 원인 및 토크의 발생을 억제하는 방법에 대해 설명했다.

실시 형태 1 내지 3의 형태에 있어서, dm축으로부터 η만큼 떨어진 축에 고주파 전압을 인가하는 데에는, 고주파 전압 벡터 지령(vdh, vqh)을 변경하면 좋다. 구체적으로는, 식(40)으로 주어짐으로써 실현할 수 있다.

[수 40]

이 때, ｜iqh＿ref｜의 설정 방법에 대해 설명한다.

고주파 전압 벡터 지령을 dm축으로부터 η만큼 떨어진 dc축에 인가할 때, 식(13) 중의 △θ은, dc축으로부터의 순간적인 편차 △θ1을 이용하여, (η＋△θ1)으로 치환할 수 있어, qm축의 고주파 전류 진폭은 식(41)으로 나타내어진다.

[수 41]

순간적인 오차 △θ1은 제로로 수속하기 때문에, 결국, 식(42)이 얻어진다.

[수 42]

따라서 식(42)은, 식(14)의 우변의 정현항에 (2η)가 가해질 뿐이며, 그 외의 구성은, 실시 형태 1 내지 3과 마찬가지이고, ｜iqh＿ref｜를 전자계 해석이나 사전의 실제 기기 측정 등으로 파악함으로써, 고주파 전압 벡터 지령을 인가하는 방향을 dm축으로부터 변경했을 경우에도, 실시 형태 1 내지 3에 적용할 수 있다. 이에 의해, 고주파 전압을 토크의 발생을 억제하는 방향으로 인가할 수 있다.

이상과 같이, 돌극비가 큰 교류 회전 기기에 있어서도 고주파 전압을 인가하는 축을 정 토크 곡선의 접선 방향으로 취함으로써, 고주파 전압에 기인하는 토크 변동에 의한 회전 기기의 진동이나 소음을 억제할 수 있다.

1 : 교류 회전 기기
2 : 전류 벡터 검출 수단
3 : 제어 수단
4 : 전압 인가 수단
5 : 교류 전류 진폭 연산 수단
6 : 자극 위치 연산 수단
7 : 교류 전류 진폭 지령 생성 수단
21, 35, 651 : 좌표 변환기
31, 34, 512, 61, 643, 6522 : 가감산기
32 : 전류 제어기
33 : 고주파 교류 전압 벡터 발생기
51 : 필터
52 : 직교 성분 추출기
511 : 노치 필터
521, 531 : 직교 성분 선택기
522, 532, 534 : 진폭 연산기
533 : 평행 성분 선택기
62 : 자극 위치 추정기
63 : 편차 벡터 연산부
64 : 편차 증폭부
65 : 적응 관측부
66 : 자속 벡터 검출부
641, 642, 644, 645 : 이득 행렬
652 : 상태 관측기
653 : 적분기
6521, 6523∼6526 : 이득 행렬 연산기
6527 : 속도 추정기

Claims

삭제
교류 회전 기기의 전류 벡터를 검출하는 전류 벡터 검출 수단과,
전류 벡터 지령과 상기 검출 전류 벡터를 입력하고, 상기 교류 회전 기기를 구동하기 위한 기본파 전압 벡터 지령과 임의의 축에 교번하는 교류 전압 벡터 지령을 가산한 전압 벡터 지령을 출력하는 제어 수단과,
상기 전압 벡터 지령에 근거하여 상기 교류 회전 기기에 전압을 인가하는 전압 인가 수단과,
상기 전류 벡터 검출 수단에서 검출된 전류 벡터를 입력하여, 상기 교류 전압 벡터 지령에 대한 평행 성분과 직교 성분 중 적어도 한쪽의 교류 전류 진폭을 연산하는 교류 전류 진폭 연산 수단과,
상기 전류 벡터 지령 혹은 상기 검출 전류 벡터로부터 교류 전류 진폭 지령을 생성하는 교류 전류 진폭 지령 생성 수단과,
상기 교류 회전 기기의 추정 자극(磁極) 위치를 연산하는 자극 위치 연산 수단을 구비하며,
상기 자극 위치 연산 수단은, 상기 교류 전류 진폭이 상기 교류 전류 진폭 지령에 일치하도록 하여 상기 추정 자극 위치를 연산하되,
상기 제어 수단은, 전류 벡터 지령으로부터 상기 검출 전류 벡터를 감산하는 가감산기와,
상기 가감산기의 출력으로부터 상기 전류 벡터 지령과 상기 검출 전류 벡터의 편차가 없어지도록 제어하여 기본파 전압 벡터 지령을 생성하는 전류 제어기와,
d―q축상의 교류 전압 벡터 지령을 발생하는 교류 전압 벡터 발생기와,
상기 기본파 전압 벡터 지령과 상기 교류 전압 벡터 지령을 가산하여 전압 벡터 지령을 발생하는 가감산기
로 구성된 것을 특징으로 하는 교류 회전 기기의 제어 장치.
교류 회전 기기의 전류 벡터를 검출하는 전류 벡터 검출 수단과,
전류 벡터 지령과 상기 검출 전류 벡터를 입력하고, 상기 교류 회전 기기를 구동하기 위한 기본파 전압 벡터 지령과 임의의 축에 교번하는 교류 전압 벡터 지령을 가산한 전압 벡터 지령을 출력하는 제어 수단과,
상기 전압 벡터 지령에 근거하여 상기 교류 회전 기기에 전압을 인가하는 전압 인가 수단과,
상기 전류 벡터 검출 수단에서 검출된 전류 벡터를 입력하여, 상기 교류 전압 벡터 지령에 대한 평행 성분과 직교 성분 중 적어도 한쪽의 교류 전류 진폭을 연산하는 교류 전류 진폭 연산 수단과,
상기 전류 벡터 지령 혹은 상기 검출 전류 벡터로부터 교류 전류 진폭 지령을 생성하는 교류 전류 진폭 지령 생성 수단과,
상기 교류 회전 기기의 추정 자극(磁極) 위치를 연산하는 자극 위치 연산 수단을 구비하며,
상기 자극 위치 연산 수단은, 상기 교류 전류 진폭이 상기 교류 전류 진폭 지령에 일치하도록 하여 상기 추정 자극 위치를 연산하되,
상기 자극 위치 연산 수단은, 교류 전류 진폭 지령과 교류 전류 진폭의 편차를 출력하는 가감산기와,
상기 편차로부터 추정 자극 위치를 출력하는 자극 위치 추정기
로 구성된 것을 특징으로 하는 교류 회전 기기의 제어 장치.
교류 회전 기기의 전류 벡터를 검출하는 전류 벡터 검출 수단과,
전류 벡터 지령과 상기 검출 전류 벡터를 입력하고, 상기 교류 회전 기기를 구동하기 위한 기본파 전압 벡터 지령과 임의의 축에 교번하는 교류 전압 벡터 지령을 가산한 전압 벡터 지령을 출력하는 제어 수단과,
상기 전압 벡터 지령에 근거하여 상기 교류 회전 기기에 전압을 인가하는 전압 인가 수단과,
상기 전류 벡터 검출 수단에서 검출된 전류 벡터를 입력하여, 상기 교류 전압 벡터 지령에 대한 평행 성분과 직교 성분 중 적어도 한쪽의 교류 전류 진폭을 연산하는 교류 전류 진폭 연산 수단과,
상기 전류 벡터 지령 혹은 상기 검출 전류 벡터로부터 교류 전류 진폭 지령을 생성하는 교류 전류 진폭 지령 생성 수단과,
상기 교류 회전 기기의 추정 자극(磁極) 위치를 연산하는 자극 위치 연산 수단을 구비하며,
상기 자극 위치 연산 수단은, 상기 교류 전류 진폭이 상기 교류 전류 진폭 지령에 일치하도록 하여 상기 추정 자극 위치를 연산하되,
상기 자극 위치 연산 수단에는, 상기 교류 전류 진폭과 상기 교류 전류 진폭 지령과 상기 전압 벡터 지령과 상기 검출 전류 벡터가 입력되는 것을 특징으로 하는 교류 회전 기기의 제어 장치.
교류 회전 기기의 전류 벡터를 검출하는 전류 벡터 검출 수단과,
전류 벡터 지령과 상기 검출 전류 벡터를 입력하고, 상기 교류 회전 기기를 구동하기 위한 기본파 전압 벡터 지령과 임의의 축에 교번하는 교류 전압 벡터 지령을 가산한 전압 벡터 지령을 출력하는 제어 수단과,
상기 전압 벡터 지령에 근거하여 상기 교류 회전 기기에 전압을 인가하는 전압 인가 수단과,
상기 전류 벡터 검출 수단에서 검출된 전류 벡터를 입력하여, 상기 교류 전압 벡터 지령에 대한 평행 성분과 직교 성분 중 적어도 한쪽의 교류 전류 진폭을 연산하는 교류 전류 진폭 연산 수단과,
상기 전류 벡터 지령 혹은 상기 검출 전류 벡터로부터 교류 전류 진폭 지령을 생성하는 교류 전류 진폭 지령 생성 수단과,
상기 교류 회전 기기의 추정 자극(磁極) 위치를 연산하는 자극 위치 연산 수단을 구비하며,
상기 자극 위치 연산 수단은, 상기 교류 전류 진폭이 상기 교류 전류 진폭 지령에 일치하도록 하여 상기 추정 자극 위치를 연산하되,
상기 자극 위치 연산 수단은, 상기 교류 전류 진폭과 상기 교류 전류 진폭 지령으로부터 검출 자속 벡터를 연산하는 자속 벡터 검출부와,
상기 교류 회전 기기의 추정 전류 벡터와 추정 자속 벡터와 추정 자극 위치를 출력하는 적응 관측부와,
상기 추정 전류 벡터와 상기 검출 전류 벡터의 편차인 전류 편차 벡터와 상기 추정 자속 벡터와 상기 검출 자속 벡터의 편차인 자속 편차 벡터를 출력하는 편차 벡터 연산부와,
상기 전류 편차 벡터와 상기 자속 편차 벡터를 증폭하여 증폭 편차 벡터로서 상기 적응 관측부에 출력하는 편차 증폭부를 갖고,
상기 적응 관측부가 출력하는 추정 자극 위치는, 상기 추정 전류 벡터와 상기 추정 자속 벡터와 상기 증폭 편차 벡터와 상기 전압 벡터 지령에 근거하여 연산하는 것을 특징으로 하는 교류 회전 기기의 제어 장치.
교류 회전 기기의 전류 벡터를 검출하는 전류 벡터 검출 수단과,
전류 벡터 지령과 상기 검출 전류 벡터를 입력하고, 상기 교류 회전 기기를 구동하기 위한 기본파 전압 벡터 지령과 임의의 축에 교번하는 교류 전압 벡터 지령을 가산한 전압 벡터 지령을 출력하는 제어 수단과,
상기 전압 벡터 지령에 근거하여 상기 교류 회전 기기에 전압을 인가하는 전압 인가 수단과,
상기 전류 벡터 검출 수단에서 검출된 전류 벡터를 입력하여, 상기 교류 전압 벡터 지령에 대한 평행 성분과 직교 성분 중 적어도 한쪽의 교류 전류 진폭을 연산하는 교류 전류 진폭 연산 수단과,
상기 전류 벡터 지령 혹은 상기 검출 전류 벡터로부터 교류 전류 진폭 지령을 생성하는 교류 전류 진폭 지령 생성 수단과,
상기 교류 회전 기기의 추정 자극(磁極) 위치를 연산하는 자극 위치 연산 수단을 구비하며,
상기 자극 위치 연산 수단은, 상기 교류 전류 진폭이 상기 교류 전류 진폭 지령에 일치하도록 하여 상기 추정 자극 위치를 연산하되,
상기 교류 전류 진폭 지령 생성 수단은, 상기 검출 전류 벡터 혹은 상기 전류 벡터 지령의 토크 성분으로부터 교류 진폭 전류 지령을 연산하는 것을 특징으로 하는 교류 회전 기기의 제어 장치.
교류 회전 기기의 전류 벡터를 검출하는 전류 벡터 검출 수단과,
전류 벡터 지령과 상기 검출 전류 벡터를 입력하고, 상기 교류 회전 기기를 구동하기 위한 기본파 전압 벡터 지령과 임의의 축에 교번하는 교류 전압 벡터 지령을 가산한 전압 벡터 지령을 출력하는 제어 수단과,
상기 전압 벡터 지령에 근거하여 상기 교류 회전 기기에 전압을 인가하는 전압 인가 수단과,
상기 전류 벡터 검출 수단에서 검출된 전류 벡터를 입력하여, 상기 교류 전압 벡터 지령에 대한 평행 성분과 직교 성분 중 적어도 한쪽의 교류 전류 진폭을 연산하는 교류 전류 진폭 연산 수단과,
상기 전류 벡터 지령 혹은 상기 검출 전류 벡터로부터 교류 전류 진폭 지령을 생성하는 교류 전류 진폭 지령 생성 수단과,
상기 교류 회전 기기의 추정 자극(磁極) 위치를 연산하는 자극 위치 연산 수단을 구비하며,
상기 자극 위치 연산 수단은, 상기 교류 전류 진폭이 상기 교류 전류 진폭 지령에 일치하도록 하여 상기 추정 자극 위치를 연산하되,
상기 교류 전압 벡터 지령은, 인가시에 토크가 발생하지 않는 축에 교번하는 것을 특징으로 하는 교류 회전 기기의 제어 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 제어 수단은, 임의의 일정 토크를 발생할 때에, 상기 교류 전압 벡터 지령이, 상기 전류 벡터의 d-q축상에서의 궤적의 접선 방향으로 취하도록 한 것을 특징으로 하는 교류 회전 기기의 제어 장치.