KR20010033720A - 동기 전동기의 제어 장치 - Google Patents

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KR20010033720A
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Abstract

동기 전동기의 속도 기준치와 속도 검출값과의 편차로부터, 전력 변환기가 출력하는 유효 전류 기준치를 연산하는 속도 제어 수단(2-1)과, 동기 전동기의 전기자 전류와 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 위상 기준치로부터, 전력 변환기가 출력하는 유효 전류값ㆍ무효 전류값을 연산하는 3상 PQ 변환 수단(9)과, 유효 전류 기준치와 유효 전류값과의 편차로부터, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 위상 보상값을 연산하는 유효 전류 제어 수단(10)과, 전압 위상 보상값과 동기 전동기의 자극 위치 검출값으로부터, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 위상 기준치를 연산하는 전압 위상 연산 수단(11)과, 전압 위상 기준치와 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 진폭 기준치로부터, 전력 변환기가 출력하는 전압의 3상 전압 기준치를 연산하는 극좌표 3상 변환 수단(12)을 갖춘다.

Description

동기 전동기의 제어 장치{APPARATUS FOR CONTROLLING SYNCHRONOUS MOTOR}
도 1은, 예를 들면 " 특개평4-127893호공보"에 표시된, 이 종류의 종래 동기 전동기의 제어 장치의 구성예를 나타내는 기능 블록도이다.
도 1에 있어서, 동기 전동기의 제어 장치는, 속도 연산기(1)와, 속도 제어기(2)와, 3상 dq 변환기(3)와, 자속 연산기(4)와, dq 축전류 연산기(5)와, dq 축전류 제어기(6)와, dq 3상 변환기(7)와, 자계 전류 연산기(8)로 구성되고 있다.
속도 연산기(1)는, 도시하지 않는 동기 전동기의 자극 위치 검출값(θr)을 기초로 미분 연산을 행하고, 동기 전동기의 속도 검출값(ωr)에 의해 출력한다.
속도 제어기(2)는, 동기 전동기의 속도 기준치(ωr*)와 속도 연산기(1)로부터의 속도 검출값(ωr)과의 편차를 기초로 비례 적분 제어를 행하고, 동기 전동기의 자속 기준치(φ*)에 따른 동기 전동기의 토오크 전류 기준치(IT*)를 구하여 출력한다.
3상 dq 변환기(3)는, 동기 전동기의 3상 전기자 전류 검출값(Iu, Iv, Iw)과 자극 위치 검출값(θr)에 의거하여 동기 전동기의 자극 방향의 전류인 d축전류 검출값(Id)과 자극과 직교 방향의 전류인 q축 전류 검출값(Iq)을 구하여 출력한다.
자속 연산기(4)는, 동기 전동기의 d축 전류(Id) 및 q축 전류(Iq)와, 계자 전류 검출값(If)에 의거하여 동기 전동기의 정수를 이용해 dq 축갭 자속(φg d, φg q)을 연산하고, 또한 dq 축갭 자속(φg d, φg q)을 기초로 내부 상차각(internal phase difference angle)(δ)을 연산하여 출력한다.
dq 축전류 연산기(5)는, 토오크 전류 기준치(IT*)에 의거하여 내부 상차각(δ)을 이용해 dq 축전류 기준치(Id*, Iq*)를 연산하여 출력한다.
dq 축전류 제어기(6)는, dq 축전류 기준치(Id*, Iq*)와 dq 축전류 검출값(Id, Iq)과의 편차에 의거하여 d축, q축 각자 비례 적분 제어를 행하고, dq 축전압 기준치(Vd*, *Vq)를 구하여 출력한다.
dq 3상 변환기(7)는, dq 축전압 기준치(Vd*, Vq*)와 자극 위치 검출값(θr)에 의거하여 3상 전압 기준치(Vu*, Vv*, Vw*)를 구하여 출력한다.
동기 전동기의 전기자용 전력 변환기는, 이것들 3상 전압 기준치(Vu*, Vv*, Vw*)에 따라 전기자 전압을 제어한다.
계자 전류 연산기(8)는, 자속 기준치(φ*)에 따른 자계 전류 기준치(If*)를 구하여 출력한다.
동기 전동기의 계자용 전력 변환기는, 이 계자 전류 기준치(If*)에 의거하여 계자 전류를 제어한다.
그런데, 상술한 바와 같은 종래의 동기 전동기의 제어 장치에 있어서는, 동기 전동기의 전기자 전류는, dq 좌표상의 직류량으로 d축, q축이 각자 독립적으로 제어되고 있다. dq 축전류를 증감하기 위해서는, dq 축전압의 크기를 증감할 필요가 있지만, 이것은 3상 좌표상에서는 진폭을 증감하는 것에 상당한다. 따라서, 동기 전동기가 정격 전압으로 운전되고 있을 때에, 토오크를 증가하기 위해서 전기자 전류를 증가시킬 필요가 생긴 경우에는, 전력 변환기의 출력 전압을 정격 전압보다도 크게 하지 않으면 안된다.
이 때문에, 전력 변환기의 최대 출력 전압을 동기 전동기의 정격전압에 대해 크게 할 필요가 있고, 전력 변환기의 전압 이용 효율의 저하를 초래하고 있다.
또, 전력 변환기의 출력 전압이 최대 출력 전압이 되고, 출력 전압이 포화된 상태에서는, 전류 제어의 응답 속도가 저하되거나, 불안정해지는 경우가 있다.
본 발명의 목적은, 전력 변환기의 최대 출력 전압을 동기 전동기의 정격 전압과 동일하게 한 경우라도, 동기 전동기를 안정된 상태로 제어하는 것이 가능한 동기 전동기의 제어 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명은 전력 변환기에 의해 동기 전동기의 가변속 구동을 행하는 동기 전동기의 제어 장치에 관한 것으로, 특히 전력 변환기의 최대 출력 전압을 동기 전동기의 정격 전압과 동일하게 한 경우라도 동기 전동기를 안정된 상태로 제어할 수 있도록 한 동기 전동기의 제어 장치에 관한 것이다.
도 1은 종래의 동기 전동기 제어 장치의 구성예를 나타내는 기능 블록도.
도 2는 본 발명에 의한 동기 전동기 제어 장치의 제 1 실시예를 나타내는 기능 블록도.
도 3은 제 1 실시예의 동기 전동기 제어 장치에서의 동작을 설명하기 위한 전압ㆍ전류 벡터선도.
도 4는 본 발명에 의한 동기 전동기 제어 장치의 제 2 실시예를 나타내는 기능 블록도.
도 5는 제 2 실시예의 동기 전동기 제어 장치에서의 동작을 설명하기 위한 전압ㆍ전류 벡터선도.
도 6은 본 발명에 의한 동기 전동기 제어 장치의 제 3 실시예를 나타내는 기능 블록도.
도 7은 본 발명에 의한 동기 전동기 제어 장치의 제 4 실시예를 나타내는 기능 블록도.
도 8은 본 발명에 의한 동기 전동기 제어 장치의 제 5 실시예를 나타내는 기능 블록도.
도 9는 본 발명에 의한 동기 전동기 제어 장치의 제 6 실시예를 나타내는 기능 블록도.
도 10은 본 발명에 의한 동기 전동기 제어 장치의 제 7 실시예를 나타내는 기능 블록도.
도 11은 본 발명에 의한 동기 전동기 제어 장치의 제 8 실시예를 나타내는 기능 블록도.
도 12는 본 발명에 의한 동기 전동기 제어 장치의 제 9 실시예를 나타내는 기능 블록도.
도 13은 본 발명에 의한 동기 전동기 제어 장치의 제 10 실시예를 나타내는 기능 블록도.
도 14는 본 발명에 의한 동기 전동기 제어 장치의 제 11 실시예를 나타내는 기능 블록도.
도 15는 본 발명에 의한 동기 전동기 제어 장치의 제 12 실시예를 나타내는 기능 블록도.
도 16은 본 발명에 의한 동기 전동기 제어 장치의 제 13 실시예를 나타내는 기능 블럭도.
도 17은 본 발명에 의한 동기 전동기 제어 장치의 제 14 실시예를 나타내는 기능 블록도.
상기 목적은, 다음과 같은 장치에 의해 달성된다.
즉, 청구항 1의 발명은, 전력 변환기에 의해 동기 전동기의 가변속 구동을 행하는 동기 전동기의 제어 장치에 있어서, 동기 전동기의 속도 기준치와 동기 전동기의 속도 검출값과의 편차에 의거하여, 전력 변환기가 출력하는 유효 전류 기준치를 연산하는 속도 제어 수단과, 동기 전동기의 전기자 전류인 3상 전류 검출값과, 전력 변환기가 출력되는 전압의 전압 위상 기준치에 의거하여, 전력 변환기가 출력하는 유효 전류값 및 무효 전류값을 연산하는 3상 PQ 변환 수단과, 속도 제어 수단에 의해 연산된 유효 전류 기준치와 3상 PQ 변환 수단에 의해 연산된 유효 전류값과의 편차에 의거하여, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 위상 보상값을 연산하는 유효 전류 제어 수단과, 유효 전력 제어 수단에 의해 연산된 전압 위상 보상값과, 동기 전동기의 자극 위치 검출값에 의거하여, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 위상 기준치를 연산하는 전압 위상 연산 수단과, 전압 위상 연산 수단에 의해 연산된 전압 위상 기준치와, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 진폭 기준치에 의거하여, 전력 변환기가 출력되는 전압의 3상 전압 기준치를 연산하는 극좌표 3상 변환 수단을 갖춘 동기 전동기의 제어 장치이다.
따라서, 청구항 1의 발명의 동기 전동기의 제어 장치에 있어서는, 전력 변환기가 출력하는 전압의 진폭을 일정하게 유지시킨 상태에서, 전압의 위상을 변화시키는 것에 의해서, 전력 변환기가 출력하는 유효 전류를 제어하는 것이 가능해지기 때문에, 전력 변환기의 최대 출력 전압을 동기 전동기의 정격 전압과 동일하게 한 경우라도, 동기 전동기를 안정된 상태로 제어할 수 있다.
또한, 청구항 2의 발명은, 상기 청구항 1의 발명의 동기 전동기의 제어 장치에 있어서, 3상 PQ 변환 수단에 의해 연산된 무효 전류값과 전력 변환기가 출력하는 무효 전류 기준치와의 편차에 의거하여, 동기 전동기의 계자 전류 보상값을 연산하는 무효 전류 제어 수단과, 무효 전류 제어 수단에 의해 연산된 계자 전류 보상값과, 동기 전동기의 자속 기준치에 의거하여, 동기 전동기의 계자 전류 기준치를 연산하는 계자 전류 연산 수단을 부가한 동기 전동기의 제어 장치이다.
따라서, 청구항 2의 발명의 동기 전동기의 제어 장치에 있어서는, 전력 변환기가 출력하는 무효 전류를 임의의 값으로 제어할 수 있다. 특히, 무효 전류를 제로로 하는 것에 의해서, 전력 변환기의 역률(力率)을 1로 지킬 수 있다.
더욱이, 청구항 3의 발명으로, 상기 청구항 1의 발명의 동기 전동기의 제어 장치에 있어서, 3상 PQ 변환 수단에 의해 연산된 무효 전류값에 의거하여, 전압 위상 진동 보상값을 연산하는 하이 패스 필터(high-pass filter)를 부가하고, 전압 위상 연산 수단 대신에, 하이 패스 필터에 의해 연산된 전압 위상 진동 보상값과, 유효 전류 제어 수단에 의해 연산된 전압 위상 보상값과, 동기 전동기의 자극 위치 검출값에 의거하여, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 위상 기준치를 연산하는 전압 위상 연산 수단을 갖춘 동기 전동기의 제어 장치이다.
따라서, 청구항 3의 발명의 동기 전동기의 제어 장치에 있어서는, 전력 변환기가 출력하는 유효 전류를 전압 위상의 변화에 의해 제어하는 경우에, 전압 위상의 진동에 수반하여 발생하는 유효 전류의 진동을 제어할 수 있다.
한편, 청구항 4의 발명은, 상기 청구항 1의 발명의 동기 전동기의 제어 장치에 있어서, 상기 3상 dq 변환 수단 대신에, 동기 전동기의 전기자 전류인 3상 전류 검출값과, 동기 전동기의 자극 위치 검출값에 의거하여, 동기 전동기의 자극 방향의 전기자 전류인 d축 전류값 및 자극과 직교 방향의 전기자 전류인 q축 전류값을 연산하는 3상 dq 변환 수단을 갖추고, 3상 dq 변환 수단에 의해 연산된 d축 전류값 및 q축 전류값과, 동기 전동기의 계자 전류 검출값에 의거하여, 동기 전동기의 정수를 이용해 동기 전동기의 내부 상차각을 연산하는 자속 연산 수단을 부가하고, 상기 전압 위상 연산 수단 대신에, 자속 연산 수단에 의해 연산된 내부 상차각과, 유효 전류 제어 수단에 의해 연산된 전압 위상 보상값과, 동기 전동기의 자극 전동기의 자극 위치 검출값에 의거하여, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 위상 기준치를 연산하는 전압 위상 연산 수단을 갖춘 동기 전동기의 제어 장치이다.
따라서, 청구항 4의 발명의 동기 전동기의 제어 장치에 있어서는, 전력 변환기가 출력하는 유효 전류를 전압 위상의 변화에 의해 제어하는 경우에, 전압 위상 기준치를 피드 포워드(feed forward)적으로 보상하는 것에 의해서, 유효 전류의 응답 속도를 향상할 수 있다.
또한, 청구항 5의 발명은, 상기 청구항 1의 발명의 동기 전동기의 제어 장치에 있어서, 속도 제어 수단에 의해 연산된 유효 전류 기준치와, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 진폭 기준치에 의거하여, 동기 전동기의 정수를 이용해 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 위상 피드 포워드값을 연산하는 전압 위상 피드 포워드 연산 수단을 부가하고, 상기 전압 위상 연산 수단 대신에, 전압 위상 피드 포워드 연산 수단에 의해 연산된 전압 위상 피드 포워드값과, 유효 전류 제어 수단에 의해 연산된 전압 위상 보상값과, 동기 전동기의 자극 위치 검출값에 의거하여, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 위상 기준치를 연산하는 전압 위상 연산 수단을 갖춘 동기 전동기의 제어 장치이다.
따라서, 청구항 5의 발명의 동기 전동기의 제어 장치에 있어서는, 전력 변환기가 출력하는 유효 전류를 전압 위상의 변화에 의해 제어하는 경우에, 전압 위상 기준치를 피드 포워드적으로 보상하는 것에 의해서, 유효 전류의 응답 속도를 향상할 수 있다.
더욱이, 청구항 6의 발명은, 상기 청구항 1의 발명의 동기 전동기의 제어 장치에 있어서, 3상 PQ 변환 수단에 의해 연산된 유효 전류값과 속도 제어 수단에 의해 연산된 유효 전류 기준치와의 편차에 의거하여, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 진폭 보상값을 연산하는 증폭 수단과, 증폭 수단에 의해 연산된 전압 진폭 보상값과, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 진폭 기준치와를 가산해, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 진폭 기준치를 보상해 출력하는 가산 수단을 부가하고, 상기 극좌표 3상 변환 수단 대신에, 가산 수단에 의해 출력되는 보상한 전압 진폭 기준치와, 전압 위상 연산 수단에 의해 연산된 전압 위상 기준치에 의거하여, 전력 변환기가 출력하는 전압의 3상 전압 기준치를 연산하는 극좌표 3상 변환 수단을 갖춘 동기 전동기의 제어 장치이다.
따라서, 청구항 6의 발명의 동기 전동기의 제어 장치에 있어서는, 전력 변환기가 출력하는 유효 전류를 전압 위상의 변화에 의해 제어하는 경우에, 전압 진폭을 보상하는 것에 의해서, 유효 전류의 응답 속도를 향상할 수 있다.
더욱 또, 청구항 7의 발명은, 상기 청구항 2의 발명의 동기 전동기의 제어 장치에 있어서, 동기 전동기의 전기자 전류인 3상 전류 검출값과, 동기 전동기의 자극 위치 검출값에 의거하여, 동기 전동기의 자극 방향의 전기자 전류인 d축 전류값 및 자극과 직교 방향의 전기자 전류인 q축 전류값을 연산하는 3상 dq 변환 수단과, 3상 dq 변환 수단에 의해 연산된 d축 전류값 및 q축 전류값과, 동기 전동기의 계자 전류 검출값에 의거하여, 동기 전동기의 정수를 이용해 동기 전동기의 내부 상차각을 연산하는 자속 연산 수단과, 속도 제어 수단에 의해 연산된 유효 전류 기준치와, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 진폭 기준치에 의거하여, 동기 전동기의 정수를 이용해 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 위상 피드 포워드값을 연산하는 전압 위상 피드 포워드 연산 수단과, 자속 연산 수단에 의해 연산된 내부 상차각과, 전압 위상 피드 포워드 연산 수단에 의해 연산된 전압 위상 피드 포워드값과, 속도 제어 수단에 의해 연산된 유효 전류 기준치와, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 진폭 기준치에 의거하여, 동기 전동기의 정수를 이용해 동기 전동기의 계자 전류 피드 포워드값을 연산하는 계자 전류 피드 포워드 연산 수단을 부가하고, 상기 계자 전류 연산 수단 대신에, 계자 전류 피드 포워드 연산 수단에 의해 연산된 계자 전류 피드 포워드값과, 무효 전류 제어 수단에 의해 연산된 계자 전류 보상값과, 동기 전동기의 자속 기준치에 의거하여, 동기 전동기의 계자 전류 기준치를 연산하는 계자 전류 연산 수단을 갖춘 동기 전동기의 제어 장치이다.
따라서, 청구항 7의 발명의 동기 전동기의 제어 장치에 있어서는, 전력 변환기가 출력하는 무효 전류를 계자 전류를 조절하는 것에 의해 제어하는 경우에, 계자 전류 기준치를 피드 포워드적으로 보상하는 것에 의해서, 무효 전류의 응답 속도를 향상할 수 있다.
한편, 청구항 8의 발명은, 전력 변환기에 의해 동기 전동기의 가변속 구동을 행하는 동기 전동기의 제어 장치에 있어서, 동기 전동기의 속도 기준치와 동기 전동기의 속도 검출값과의 편차에 의거하여, 동기 전동기의 토오크 전류 기준치를 연산하는 속도 제어 수단과, 동기 전동기의 전기자 전류인 3상 전류 검출값과, 동기 전동기의 자극 위치 검출값에 의거하여, 동기 전동기의 자극 방향의 전기자 전류인 d축 전류값 및 자극과 직교 방향의 전기자 전류인 q축 전류값을 연산하는 3상 dq 변환 수단과, 3상 dq 변환 수단에 의해 연산된 d축 전류값 및 q축 전류값과, 동기 전동기의 계자 전류 검출값에 의거하여, 동기 전동기의 정수를 이용해 동기 전동기의 내부 상차각을 연산하는 자속 연산 수단과, 자속 연산 수단에 의해 연산된 내부 상차각과, 동기 전동기의 자극 위치 검출값과, 동기 전동기의 전기자 전류인 3상 전류 검출값에 의거하여, 동기 전동기의 자속 전류값 및 토오크 전류값을 연산하는 3상 MT 변환 수단과, 3상 MT 변환 수단에 의해 연산된 토오크 전류값과 속도 제어 수단에 의해 연산된 토오크 전류 기준치와의 편차에 의거하여, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 위상 보상값을 연산하는 토오크 전류 제어 수단과, 토오크 전류 제어 수단에 의해 연산된 전압 위상 보상값과, 동기 전동기의 자극 위치 검출값에 의거하여, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 위상 기준치를 연산하는 전압 위상 연산 수단과, 전압 위상 연산 수단에 의해 연산된 전압 위상 기준치와, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 진폭 기준치에 의거하여, 전력 변환기가 출력하는 전압의 3상 전압 기준치를 연산하는 극좌표 3상 변환 수단을 갖춘 동기 전동기의 제어장치이다.
따라서, 청구항 8의 발명의 동기 전동기의 제어 장치에 있어서는, 전력 변환기가 출력하는 전압의 진폭을 일정하게 유지시킨 상태에서, 전압의 위상을 변화시키는 것에 의해서, 동기 전동기의 토오크 전류를 제어하는 것이 가능해지기 때문에, 전력 변환기의 최대 출력 전압을 동기 전동기의 정격 전압과 동일하게 한 경우라도, 동기 전동기를 안정된 상태로 제어할 수 있다.
또, 청구항 9의 발명은, 상기 청구항 8의 발명의 동기 전동기의 제어 장치에 있어서, 3상 MT 변환 수단에 의해 연산된 자속 전류값과 동기 전동기의 자속 전류 기준치와의 편차에 의거하여, 동기 전동기의 계자 전류 보상값을 연산하는 자속 전류 제어 수단을 부가하고, 상기 계자 전류 연산 수단의 대신에, 자속 전류 제어 수단에 의해 연산된 계자 전류 보상값과, 동기 전동기의 자속 기준치에 의거하여, 동기 전동기의 계자 전류 기준치를 연산하는 계자 전류 연산 수단과를 갖춘 동기 전동기의 제어 장치이다.
따라서, 청구항 9의 발명의 동기 전동기의 제어 장치에 있어서는, 동기 전동기의 자속 전류를 임의의 값으로 제어할 수 있다. 특히, 자속 전류를 제로로 하는 것에 의해서, 동기 전동기의 역률을 1로 유지할 수 있다.
더욱이, 청구항 10의 발명은, 상기 청구항 8의 발명의 동기 전동기의 제어 장치에 있어서, 3상 MT 변환 수단에 의해 연산된 자속 전류값에 의거하여, 전압 위상 진동 보상값을 연산하는 하이 패스 필터를 부가하고, 상기 전압 위상 연산 수단 대신에, 하이 패스 필터에 의해 연산된 전압 위상 진동 보상값과, 토오크 전류 제어 수단에 의해 연산된 전압 위상 보상값과, 동기 전동기의 자극 위치 검출값에 의거하여, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 위상 기준치를 연산하는 전압 위상 연산 수단을 갖춘 동기 전동기의 제어 장치이다.
따라서, 청구항 10의 발명의 동기 전동기의 제어 장치에 있어서는, 동기 전동기의 토오크 전류를 전력 변환기가 출력하는 전압 위상의 변화에 의해 제어하는 경우에, 전압 위상의 진동에 수반하여 발생하는 토오크 전류의 진동을 억제할 수 있다.
한편, 청구항 11의 발명은, 상기 청구항 8의 발명의 동기 전동기의 제어 장치에 있어서, 상기 전압 위상 연산 수단 대신에, 자속 연산 수단에 의해 연산된 내부 상차각과, 토오크 전류 제어 수단에 의해 연산된 전압 위상 보상값과, 동기 전동기의 자극 위치 검출값에 의거하여, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 위상 기준치를 연산하는 전압 위상 연산 수단을 갖춘 동기 전동기의 제어 장치이다.
따라서, 청구항 11의 발명의 동기 전동기의 제어 장치에 있어서는, 동기 전동기의 토오크 전류를 전력 변환기가 출력하는 전압 위상의 변화에 의해 제어하는 경우에, 전압 위상 기준치를 피드 포워드적으로 보상하는 것에 의해서, 토오크 전류의 응답 속도를 향상할 수 있다.
또한, 청구항 12의 발명은, 상기 청구항 8의 발명의 동기 전동기의 제어 장치에 있어서, 속도 제어 수단에 의해 연산된 토오크 전류 기준치와, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 진폭 기준치에 의거하여, 동기 전동기의 정수를 이용해 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 위상 피드 포워드값을 연산하는 전압 위상 피드 포워드 연산 수단을 부가하고, 상기 전압 위상 연산 수단 대신에, 전압 위상 피드 포워드 연산 수단에 의해 연산된 전압 위상 피드 포워드값과, 토오크 전류 제어 수단에 의해 연산된 전압 위상 보상값과, 동기 전동기의 자극 위치 검출값에 의거하여, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 위상 기준치를 연산하는 전압 위상 연산 수단을 갖춘 동기 전동기의 제어 장치이다.
따라서, 청구항 12의 발명의 동기 전동기의 제어 장치에 있어서는, 동기 전동기의 토오크 전류를 전력 변환기가 출력하는 전압 위상의 변화에 의해 제어하는 경우에, 전압 위상 기준치를 피드 포워드적으로 보상하는 것에 의해서, 토오크 전류의 응답 속도를 향상할 수 있다.
더욱이, 청구항 13의 발명은, 상기 청구항 8의 발명의 동기 전동기의 제어 장치에 있어서, 3상 MT 변환 수단에 의해 연산된 토오크 전류값과 속도 제어 수단에 의해 연산된 토오크 전류 기준치와의 편차에 의거하여, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 진폭 보상값을 연산하는 증폭 수단과, 증폭 수단에 의해 연산된 전압 진폭 보상값과, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 진폭 기준치와를 가산해, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 진폭 기준치를 보상해 출력하는 가산 수단을 부가하고, 상기 극좌표 3상 변환 수단 대신에, 가산 수단에 의해 출력되는 보상한 전압 진폭 기준치와, 전압 위상 연산 수단에 의해 연산된 전압 위상 기준치에 의거하여, 전력 변환기가 출력하는 전압의 3상 전압 기준치를 연산하는 극좌표 3상 변환 수단을 갖춘 동기 전동기의 제어 장치이다.
따라서, 청구항 13의 발명의 동기 전동기의 제어 장치에 있어서는, 동기 전동기의 토오크 전류를 전력 변환기가 출력하는 전압 위상의 변화에 의해 제어하는 경우에, 전압 진폭을 보상하는 것에 의해서, 토오크 전류의 응답 속도를 향상할 수 있다.
더욱 또, 청구항 14의 발명은, 상기 청구항 9의 발명의 동기 전동기의 제어 장치에 있어서, 자속 연산 수단에 의해 연산된 내부 상차각과, 속도 제어 수단에 의해 연산된 토오크 전류 기준치와, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 진폭 기준치에 의거하여, 동기 전동기의 정수를 이용해 동기 전동기의 계자 전류 피드 포워드값을 연산하는 계자 전류 피드 포워드 연산 수단을 부가하고, 상기 계자 전류 연산 수단 대신에, 계자 전류 피드 포워드 연산 수단에 의해 연산된 계자 전류 피드 포워드값과, 자속 전류 제어 수단에 의해 연산된 계자 전류 보상값과, 동기 전동기의 자속 기준치에 의거하여, 동기 전동기의 계자 전류 기준치를 연산하는 계자 전류 연산 수단을 갖춘 동기 전동기의 제어 장치이다.
따라서, 청구항 14의 발명의 동기 전동기의 제어 장치에 있어서는, 동기 전동기의 자속 전류를 계자 전류를 조절하는 것에 의해 제어하는 경우에, 계자 전류 기준치를 피드 포워드적으로 보상하는 것에 의해서, 자속 전류의 응답 속도를 향상할 수 있다.
(제 1 실시예)
도 2는, 본실시의 형태에 의한 동기 전동기의 제어 장치의 구성예를 나타내는 기능 블록도이고, 도 1과 동일 요소에는 동일 부호를 붙여 그 설명을 생략하고, 여기서는 다른 부분에 대해 서술한다.
즉, 본실시 형태의 동기 전동기의 제어 장치는, 도 2에 나타내는 것처럼, 도 1에서의 속도 제어기(2), 3상 dq 변환기(3), 자속 연산기(4), dq 축전류 연산기(5), dq 축전류 제어기(6), 및 dq 3상 변환기(7)를 생략하고, 이들에 대신해 새로이, 속도 제어기(2-1)와, 3상 PQ 변환기(9)와, 유효 전류 제어기(10)와, 전압 위상 연산기(11)와, 극좌표 3상 변환기(12)를 갖춘 구성으로 하고 있다.
속도 제어기(2-1)는, 동기 전동기의 속도 기준치와 동기 전동기의 속도 검출값과의 편차에 의거하여, 전력 변환기가 출력되는 유효 전류 기준치를 연산한다.
3상 PQ 변환기(9)는, 동기 전동기의 전기자 전류인 3상 전류 검출값과, 전력 변환기가 출력되는 전압의 전압 위상 기준치에 의거하여, 전력 변환기가 출력되는 유효 전류값 및 무효 전류값을 연산한다.
유효 전류 제어기(10)는, 속도 제어기(2-1)에 의해 연산된 유효 전류 기준치와 3상 PQ 변환기(9)에 의해 연산된 유효 전류값과의 편차에 의거하여, 전력 변환기가 출력되는 전압의 전압 위상 보상값을 연산한다.
전압 위상 연산기(11)는, 유효 전력 제어기(10)에 의해 연산된 전압 위상 보상값과, 동기 전동기의 자극 위치 검출값에 의거하여, 전력 변환기가 출력되는 전압의 전압 위상 기준치를 연산한다.
극좌표 3상 변환기(12)는, 전압 위상 연산기(11)에 의해 연산된 전압 위상 기준치와, 전력 변환기가 출력되는 전압의 전압 진폭 기준치에 의거하여, 전력 변환기가 출력되는 전압의 3상 전압 기준치를 연산한다.
다음에, 이상과 같이 구성한 본실시 형태의 동기 전동기의 제어 장치의 동작에 대해서 설명한다.
도 2에 있어서, 속도 제어기(2-1)에서는, 동기 전동기의 속도 기준치(ωr*)와 속도 검출값(ωr)과의 편차에 의거하여 비례 적분 제어가 행해지고, 전력 변환기가 출력하는 유효 전류 기준치(Ip*)가 구해져 출력된다.
이 때, 유효 전류 기준치(Ip*)의 크기를 동기 전동기의 자속 기준치(φ*)에 반비례시키는 것에 의해서, 계자 약화영역에서의 토오크의 저하가 보상되고 있다.
3상 PQ 변환기(9)에서는, 동기 전동기의 3상 전기자 전류 검출값(Iu, Iv, Iw)과 전력 변환기가 출력하는 전압의 위상 기준치(θ*)에 의거하여, 전력 변환기가 출력하는 유효 전류값(Ip)과 무효 전류값(IQ)이 구해져 출력된다.
유효 전류 제어기(10)에서는, 유효 전류 기준치(Ip*)와 유효 전류값(Ip)과의 편차에 의거하여 비례 적분 제어가 행해지고, 전력 변환기가 출력되는 전압의 전압 위상 보상값(Δθ*)이 구해져 출력된다.
전압 위상 연산기(11)에서는, 전압 위상 보상값(Δθ*)과 동기 전동기의 자극 위치 검출값(θr)으로부터, 전력 변환기가 출력되는 전압의 전압 위상 기준치(θ*)가, 다음의 식과 같은 연산에 의해 구해져 출력된다.
θ* = θr + Δθ*
극좌표 3상 변환기(12)에서는, 전압 위상 기준치(θ*)와 전력 변환기가 출력되는 전압의 전압 진폭 기준치(V1*)로부터, 전력 변환기가 출력되는 전압의 3상 전압 기준치(Vu*, Vv*, Vw*)가, 다음 식과 같은 연산에 의해 구해져 출력된다.
Vu* = V1* cosθ*
Vv* = V1* cos(θ* - 120°)
Vw* = V1* cos(θ* - 240°)
전력 변환기에서는, 이와 같이 구해진 3상 전압 기준치(Vu*, Vv*, Vw*)에 의거하여, 동기 전동기의 전기자 전압이 제어된다.
다음에, 본실시 형태의 동기 전동기의 제어 장치의 동작에 대해서, 도 3을 이용해 보다 구체적으로 설명한다.
도 2는, 어느 순간에 있어서의 전압ㆍ전류 벡터선도를 나타내는 것이고, V1은 전력 변환기 출력 전압 벡터, I1은 동기 전동기의 전기자 전류 벡터, Vg는 동기 전동기 갭 전압 벡터, VL은 동기 전동기의 전기자 누설인, 인덕턴스 L1에 인가되는 전압 벡터이다.
각 전압 벡터는, 다음 식을 만족하고 있다.
V'L = V'1 - Vg
또한, 전기자 전류 벡터I1은 다음 식이 된다.
I1= VL / jωL1
단, ω: 전기각 주파수
이러한 상태로부터, 전력 변환기의 출력 전압 벡터를 V1으로부터 V1까지 크기를 고정해 위상을 △θ만큼 증가시킨 경우를 생각하면, 전기자 누설 인덕턴스 L에 인가되는 전압 벡터는, 다음 식과 같이 된다.
VL = V1 - Vg
또한, 전기자 전류 벡터는, 다음 식이 된다.
I'1= V'L / jωL1
이상으로부터, 위상을 증가시키는 것에 의해서, 전기자 전류가 증가되고, 이것에 포함되는 유효 전류 성분도 증가하는 것이 된다. 반대로, 위상을 감소시키는 것에 의해서, 유효 전류 성분을 감소할 수 있다.
상술한 것처럼, 본실시 형태의 동기 전동기의 제어 장치에서는, 전기자 전압의 진폭을 일정한 값으로 하고, 위상만을 변화시키도록 하고 있으므로, 전기자 전류를 제어할 수 있기 때문에, 전력 변환기의 최대 출력 전압을 동기 전동기의 정격 전압과 동일하게 한 경우라도, 동기 전동기를 안정된 상태로 제어하는 것이 가능해진다.
(제 2 실시예)
도 4는, 본실시 형태에 의한 동기 전동기의 제어 장치의 구성예를 나타내는 기능 블록도이고, 도 2와 동일 요소에는 동일 부호를 붙여 그 설명을 생략하고, 여기서는 다른 부분에 대해서만 서술한다.
즉, 본실시 형태의 동기 전동기의 제어 장치는, 도 4에 나타내는 것처럼, 도 2에 무효 전류 제어기(13)를 부가하고, 더욱이 상기 계자 전류 연산기(8) 대신에, 새롭게 계자 전류 연산기(8-1)를 갖춘 구성으로 하고 있다.
무효 전류 제어기(13)는, 상기 3상 PQ 변환기(9)에 의해 연산된 무효 전류값과 전력 변환기가 출력되는 무효 전류 기준치와의 편차에 의거하여, 동기 전동기의 계자 전류 보상값을 연산한다.
자계 전류 연산기(8-1)는, 무효 전류 제어기(13)에 의해 연산된 자계 전류 보상값과, 동기 전동기의 자속 기준치에 의거하여, 동기 전동기의 자계 전류 기준치를 연산한다.
다음에, 이상과 같이 구성한 본실시 형태의 동기 전동기의 제어 장치의 동작에 대해서 설명한다.
또한, 도 2와 동일 부분의 동작에 있어서는 그 설명을 생략하고, 여기서는 다른 부분의 동작에 대해서만 설명한다.
도 4에 있어서, 무효 전류 제어기(13)에서는, 전력 변환기가 출력하는 무효 전류 기준치(IQ*)와 무효 전류값(IQ)과의 편차에 의거하여 비례 적분 제어가 행해지고, 동기 전동기의 계자 전류 보상값(△If*)이 구해져 출력된다.
계자 전류 연산기(8-1)에서는, 계자 전류 보상값(△If*)과 자속 기준치(φ*)로부터, 동기 전동기의 계자 전류 기준치(If*)가, 다음 식 같은 연산에 의해 구해져 출력된다.
1f* = φ* / Md - △If*
단, Md: 동기 전동기 d축 상호 인덕턴스
전력 변환기에서는, 이와 같이 구해진 계자 전류 기준치(If*)에 의거하여, 동기 전동기의 계자 전류가 제어된다.
다음에, 본실시 형태의 동기 전동기의 제어 장치의 동작에 대해서, 도 5를 이용해 보다 구체적으로 설명한다.
도 5는, 상기 도 3과 같이, 어느 순간에서의 전압ㆍ전류 벡터선도를 나타내는 것이다.
여기서, 무효 전류 기준치가 제로인 경우를 생각한다. 무효 전류 제어기의 동작에 의해, 동기 전동기의 계자 전류를 조절해, 동기 전동기의 갭 전압 벡터를 Vg 로부터 V'g로 증가시킨 경우를 생각하면, 전기자 누설 인덕턴스에 인가되는 전압 벡터는 VL로부터 V'L로 변화한다.
이 때, 전력 변환기의 출력 전압 벡터 V1과 전기자 누설 인덕턴스 L에 인가되는 전압 벡터 V'L이 직교 관계에 있으면, 전력 변환기의 출력 전압 벡터 V1과 전기자 전류 벡터 I1은 동상(同相)이 되고, 전력 변환기가 출력하는 무효 전류는 제로가 된다.
마찬가지로, 무효 전류 기준치가 제로 이외의 값인 경우에도, 무효 전류 제어기(13)의 동작에 의해, 전력 변환기가 출력하는 무효 전류를 기준치로 추종시킬 수 있다.
상술한 것처럼, 본실시 형태의 동기 전동기의 제어 장치에서는, 상기 제 1 실시의 형태와 같은 효과를 얻을 수 있는 외에, 전력 변환기가 출력하는 무효 전류를 임의의 값에 제어하는 것이 가능해진다. 특히, 무효 전류를 제로로 하는 것에 의해서, 전력 변환기의 역률을 1로 유지하는 것이 가능해진다.
(제 3 실시예)
도 6은, 본실시 형태에 의하는 동기 전동기의 제어 장치의 구성예를 나타내는 기능 블록도이고, 도 2와 동일 요소에는 동일 부호를 붙여 그 설명을 생략하고, 여기서는 다른 부분에 대해서만 서술한다.
즉, 본실시 형태의 동기 전동기의 제어 장치는, 도 6에 나타내는 것처럼, 도 2에 하이 패스 필터(14)를 부가하고, 더욱 상기 전압 위상 연산기(11) 대신에, 새롭게 전압 위상 연산기(11-1)를 갖춘 구성으로 하고 있다.
하이 패스 필터(14)는, 상기 3상 PQ 변환기(9)에 의해 연산된 무효 전류값에 의거하여, 전압 위상 진동 보상값을 연산한다.
전압 위상 연산기(11-1)는, 하이 패스 필터(14)에 의해 연산된 전압 위상 진동 보상값과, 상기 유효 전류 제어기(10)에 의해 연산된 전압 위상 보상값과, 동기 전동기의 자극 위치 검출값에 의거하여, 전력 변환기가 출력되는 전압의 전압 위상 기준치를 연산한다.
다음에, 이상과 같이 구성한 본실시 형태의 동기 전동기의 제어 장치의 동작에 대해서 설명한다.
또한, 도 2와 동일 부분의 동작에 대해서는 그 설명을 생략하고, 여기서는 다른 부분의 동작에 대해서만 서술한다.
도 6에 있어서, 하이 패스 필터(14)에서는, 전력 변환기가 출력하는 무효 전류값(IQ)으로부터 직류 성분을 제거하는 것에 의해서, 무효 전류에 포함되는 진동 성분이 검출되고, 이것에 적당한 계수를 곱셈하는 것에 의해서, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 위상 진동 보상값(θd*)이 구해져 출력된다.
전압 위상 연산기(11-1)에서는, 전압 위상 진동 보상값(θd*)과 전압 위상 보상값(△θ*)과 동기 전동기의 자극 위치 검출값(θr)으로부터, 전력 변환기가 출력되는 전압의 전압 위상 기준치(θ*)가, 다음 식과 같은 연산에 의해 구해져 출력된다.
θ* = θr + △θ* + θd*
상술한 것처럼, 본실시 형태의 동기 전동기의 제어 장치에서는, 상기 제 1 실시예의 형태와 같은 효과를 얻을 수 있는 외에, 전력 변환기가 출력하는 유효 전류를 전압 위상의 변화에 의해 제어하는 경우에, 전압 위상의 진동에 수반하여 발생하는 유효 전류의 진동을 억제하는 것이 가능해진다.
(제 4 실시예)
도 7은, 본실시 형태에 의한 동기 전동기의 제어 장치의 구성예를 나타내는 기능 블록도이고, 도 2와 동일 요소에는 동일 부호를 붙여 그 설명을 생략하고, 여기서는 다른 부분에 대해서만 서술한다.
즉, 본실시 형태의 동기 전동기의 제어 장치는, 도 7에 나타내는 것처럼, 도 2에 자속 연산기(4)를 부가하고, 또한 상기 3상 dq 변환기(3), 및 전압 위상 연산기(11) 대신에, 새롭게 3상 dq 변환기(3), 및 전압 위상 연산기(11-2)를 갖춘 구성으로 하고 있다.
3상 dq 변환기(3)는, 동기 전동기의 전기자 전류인 3상 전류 검출값과, 동기 전동기의 자극 위치 검출값에 의거하여, 동기 전동기의 자극 방향의 전기자 전류인 d축 전류값 및 자극과 직교 방향의 전기자 전류인 q축 전류값을 연산한다.
자속 연산기(4)는, 3상 dq 변환기(3)에 의해 연산된 d축 전류값 및 q축 전류값과, 동기 전동기의 계자 전류 검출값에 의거하여, 동기 전동기의 정수를 이용해 동기 전동기의 내부 상차각을 연산한다.
전압 위상 연산기(11-2)는, 자속 연산기(4)에 의해 연산된 내부 상차각과, 상기 유효 전류 제어기(10)에 의해 연산된 전압 위상 보상값과, 동기 전동기의 자극 전동기의 자극 위치 검출값에 의거하여, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 위상 기준치를 연산한다.
다음에, 이상과 같이 구성한 본실시 형태의 동기 전동기의 제어 장치의 동작에 대해서 설명한다.
또한, 도 2와 동일 부분의 동작에 대해서는 그 설명을 생략하고, 여기서는 다른 부분의 동작에 대해서만 서술한다.
도 7에 있어서, 3상 dq 변환기(3)에서는, 동기 전동기의 전기자 전류인 3상 전류 검출값(Iu, Iv, Iw)과 동기 전동기의 자극 위치 검출값(θr)에 의거하여, 동기 전동기의 자극 방향의 전기자 전류인 d축 전류값(Id) 및 자극과 직교 방향의 전기자 전류인 q축 전류값(Iq)이 구해져 출력된다.
자속 연산기(4)에서는, 동기 전동기의 d q축 전류값(Id, Iq)과 계자 전류 검출값(If)으로부터, 동기 전동기의 dq축 갭 자속(φgd, φgq)및 내부 상차각(δ)이, 다음 식과 같은 연산에 의해 구해져 출력된다.
φgd = Md(Id + 1f)
φgq = MqㆍIq
δ= tan-1(φgq / φgd)
단, Md, Mq: 동기 전동기 d q축 상호 인덕턴스
또한, 갭 자속의 연산을, 동기 전동기의 댐퍼 전류를 고려해 행하도록 해도 좋다.
전압 위상 연산기(11-2)에서는, 내부 상차각(δ)과 전압 위상 보상값(△θ*)과 동기 전동기의 자극 위치 검출값(θr)으로부터, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 위상 기준치(θ*)가, 다음 식과 같은 연산에 의해 구해져 출력된다.
θ* = θr + △θ* + δ
상술한 것처럼, 본실시 형태의 동기 전동기의 제어 장치에서는, 상기 제 1 실시의 형태와 같은 효과를 얻을 수 있는 외에, 전력 변환기가 출력하는 유효 전류를 전압 위상의 변화에 의해 제어하는 경우에, 전압 위상 기준치(θ*)를 피드 포워드적으로 보상하도록 하고 있으므로, 유효 전류 제어의 응답 속도를 향상하는 것이 가능해진다.
(제 5 실시예)
도 8은, 본실시 형태에 의한 동기 전동기의 제어 장치의 구성예를 나타내는 기능 블록도이고, 도 2와 동일 요소에는 동일 부호를 붙여 그 설명을 생략하고, 여기서는 다른 부분에 대해서만 서술한다.
즉, 본실시 형태의 동기 전동기의 제어 장치는, 도 8에 나타내는 것처럼, 도 2에 전압 위상 피드 포워드 연산기(15)를 부가하고, 또한 상기 전압 위상 연산기(11) 대신에, 전압 위상 연산기(11-3)를 갖춘 구성으로 하고 있다.
전압 위상 피드 포워드 연산기(15)는, 상기 속도 제어기(2-1)에 의해 연산된 유효 전류 기준치와, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 진폭 기준치에 의거하여, 동기 전동기의 정수를 이용해 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 위상 피드 포워값을 연산한다.
전압 위상 연산기(11-3)는, 전압 위상 피드 포워드 연산기(15)에 의해 연산된 전압 위상 피드 포워드값과, 상기 유효 전류 제어기(10)에 의해 연산된 전압 위상 보상값과, 동기 전동기의 자극 위치 검출값에 의거하여, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 위상 기준치를 연산한다.
다음에, 이상과 같이 구성한 본실시 형태의 동기 전동기의 제어 장치의 동작에 대해서 설명한다.
또한, 도 2와 동일 부분의 동작에 있어서는 그 설명을 생략하고, 여기서는 다른 부분의 동작에 대해서만 서술한다.
도 8에 있어서, 전압 위상 피드 포워드 연산기(15)에서는, 전력 변환기가 출력하는 유효 전류 기준값(Ip*)과 전압 진폭 기준치(V1*)로부터 전압 위상 피드 포워드값(θFF*)이, 다음 식과 같은 연산에 의해 구해져 출력된다.
θFF * = tan-1(XLㆍIp* / (V1* - RaㆍIp*))
단, XL: 동기 전동기 전기자 누설 인덕턴스
Ra: 동기 전동기 전기자 저항
전압 위상 연산기(11-3)에서는, 전압 위상 피드 포워드값(θFF*)과 전압 위상 보상값(△θ*)과 동기 전동기의 자극 위치 검출값(θr)으로부터, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 위상 기준치(θ*)가, 다음 식과 같은 연산에 의해 구해져 출력된다.
θ* = θr + △θ* + θFF*
상술한 것처럼, 본실시 형태의 동기 전동기의 제어 장치에서는, 상기 제 1 실시예의 형태와 같은 효과를 얻을 수 있는 외에, 전력 변환기가 출력하는 유효 전류를 전압 위상의 변화에 의해 제어하는 경우에, 전압 위상 기준치(θ*)를 피드 포워드적으로 보상하도록 하고 있으므로, 유효 전류 제어의 응답 속도를 향상하는 것이 가능해진다.
(제 6 실시예)
도 9는, 본실시 형태에 의한 동기 전동기의 제어 장치의 구성예를 나타내는 기능 블록도이고, 도 2와 동일 요소에는 동일 부호를 붙여 그 설명을 생략하고, 여기서는 다른 부분에 대해서만 말한다.
즉, 본실시 형태의 동기 전동기의 제어 장치는, 도 9에 나타내는 것처럼, 도 2에 증폭기(16), 및 가산기(17)를 부가하고, 또한 상기 극좌표 3상 변환기(12) 대신에, 새롭게 극좌표 3상 변환기(12-1)를 갖춘 구성으로 하고 있다.
증폭기(16)는, 상기 3상 PQ 변환기(9)에 의해 연산된 유효 전류값과 상기 속도 제어기(2-1)에 의해 연산된 유효 전류 기준치와의 편차에 의거하여, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 진폭 보상값을 연산한다.
가산기(17)는, 증폭기(16)에 의해 연산된 전압 진폭 보상값과, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 진폭 기준치와를 가산해, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 진폭 기준치를 보상해 출력한다.
다음에, 이상과 같이 구성한 본실시 형태의 동기 전동기의 제어 장치의 동작에 대해서 설명한다.
또한, 도 2와 동일 부분의 동작에 대해서는 그 설명을 생략하고, 여기서는 다른 부분의 동작에 대해서만 서술한다.
도 9에 있어서, 증폭기(16)에서는, 전력 변환기가 출력하는 유효 전류 기준치(Ip*)와 유효 전류값(Ip)과의 편차가, 적당한 계수로 증폭되는 것에 의해서, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 진동 보상값(△V1*)이, 다음 식과 같은 연산에 의해 구해져 출력된다.
△V1* = K(Ip* - Ip)
단, K: 증폭기의 계수
가산기(17)에서는, 전압 진폭 보상값(△V1*)과 전압 진폭 기준치(V1*)가 가산되어 새로운 전압 진폭 기준치(V1**)가 출력된다.
극좌표 3상 변환기(12-1)에서는, 전압 진폭 기준치(V1**)와 전압 위상 기준치(θ*)로부터, 전력 변환기가 출력하는 전압의 3상 전압 기준치(Vu*, Vv*, Vw*)가, 다음 식과 같은 연산에 의해 구해져 출력된다.
Vu* = V1** cosθ*
Vv* = V1** cos(θ* - 120°)
Vw* = V1** cos(θ* - 240°)
상술한 것처럼, 본실시 형태의 동기 전동기의 제어 장치에서는, 상기 제 1 실시의 형태와 같은 효과를 얻을 수 있는 외에, 전력 변환기가 출력하는 유효 전류를 전압 위상의 변화에 의해 제어하는 경우에, 전압 진폭을 보상하도록 하고 있으므로, 유효 전류 제어의 응답 속도를 향상하는 것이 가능해진다.
(제 7 실시예)
도 10은, 본실시 형태에 의한 동기 전동기의 제어 장치의 구성예를 나타내는 기능 블록도이고, 도 4와 동일 요소에는 동일 부호를 붙여 그 설명을 생략하고, 여기서는 다른 부분에 대해서만 말한다.
즉, 본실시 형태의 동기 전동기의 제어 장치는, 도 10에 나타내는 것처럼, 도 4에 3상 dq 변환기(3), 자속 연산기(4), 전압 위상 피드 포워드 연산기(15), 및 계자 전류 피드 포워드 연산기(18)를 부가하고, 더욱 상기 계자 전류 연산기(8) 대신에, 새롭게 계자 전류 연산기(8-2)를 갖춘 구성으로 하고 있다.
3상 d q 변환기(3)는, 동기 전동기의 전기자 전류인 3상 전류 검출값과, 동기 전동기의 자극 위치 검출값에 의거하여, 동기 전동기의 자극 방향의 전기자 전류인 d축 전류값 및 자극과 직교 방향의 전기자 전류인 q축 전류값을 연산한다.
자속 연산기(4)는, 3상 d q 변환기(3)에 의해 연산된 d축 전류값 및 q축 전류값과, 동기 전동기의 계자 전류 검출값에 의거하여, 동기 전동기의 정수를 이용해 동기 전동기의 내부 상차각을 연산한다.
전압 위상 피드 포워드 연산기(15)는, 상기 속도 제어기(2-1)에 의해 연산된 유효 전류 기준치와, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 진폭 기준치에 의거하여, 동기 전동기의 정수를 이용해 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 위상 피드 포워드값을 연산한다.
계자 전류 피드 포워드 연산기(18)는, 자속 연산기(4)에 의해 연산된 내부 상차각과, 전압 위상 피드 포워드 연산기(15)에 의해 연산된 전압 위상 피드 포워드값과, 상기 속도 제어기(2-1)에 의해 연산된 유효 전류 기준치와, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 진폭 기준치에 의거하여, 동기 전동기의 정수를 이용해 동기 전동기의 계자 전류 피드 포워드값을 연산한다.
계자 전류 연산기(8-2)는, 계자 전류 피드 포워드 연산기(18)에 의해 연산된 계자 전류 피드 포워드값과, 상기 무효 전류 제어기(13)에 의해 연산된 계자 전류 보상값과, 동기 전동기의 자속 기준치에 의거하여, 동기 전동기의 계자 전류 기준치를 연산한다.
다음에, 이상과 같이 구성한 본실시 형태의 동기 전동기의 제어 장치의 동작에 대해서 설명한다.
또한, 도 4와 동일 부분의 동작에 대해서는 그 설명을 생략하고, 여기서는 다른 부분의 동작에 대해서만 서술한다.
도 10에 있어서, 3상 d q 변환기(3)에서는, 동기 전동기의 3상 전기자 전류 검출값(Iu, Iv, Iw)과 자극 위치 검출값(θr)으로부터, 동기 전동기의 자극 방향의 전류인 d축 전류 검출값(Id)과 자극과 직교 방향의 전류인 q축 전류 검출값(Iq)이 구해져 출력된다.
자속 연산기(4)에서는, 동기 전동기의 d축 전류(Id) 및 q축 전류(Iq)와 계자 전류 검출값(If)으로부터, 동기 전동기의 정수를 이용해 d q축 갭 자속(φgd, φgq)이 연산되고, 더욱 d q축 갭 자속(φgd, φgq)으로부터, 내부 상차각(δ)이 연산되어 출력된다.
전압 위상 피드 포워드 연산기(15)에서는, 유효 전류 기준값(Ip*)과 전압의 전압 진폭 기준치(V1*)로부터, 동기 전동기의 정수를 이용해 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 위상 피드 포워드값(θFF*)이 구해져 출력된다.
계자 전류 피드 포워드 연산기(18)에서는, 전력 변환기가 출력하는 유효 전류 기준치(Ip*)와 전압 진폭 기준치(V1*)와 전압 위상 피드 포워드 연산값(θFF*)과 동기 전동기의 내부 상차각(δ)으로부터, 동기 전동기의 계자 전류 피드 포워드값(IfFF*)이, 다음 식과 같은 연산에 의해 구해져 출력된다.
단, Xad, Xaq: 동기 전동기 d q축 상호 리액턴스
계자 전류 연산기(8-2)에서는, 계자 전류 피드 포워드값(IfFF*)과 자계 전류 보상값(△If*)과 자속 기준치(φ*)로부터, 동기 전동기의 계자 전류 기준치(If*)가, 다음 식과 같은 연산에 의해 구해져 출력된다.
If* = φ* / Md + IfFF* - △If*
상술한 것처럼, 본실시 형태의 동기 전동기의 제어 장치에서는, 상기 제 2 실시예의 형태와 같은 효과를 얻을 수 있는 외에, 전력 변환기가 출력하는 무효 전류를 계자 전류를 조절하는 것에 의해 제어하는 경우에, 계자 전류 기준치를 피드 포워드적으로 보상하도록 하고 있으므로, 무효 전류 제어의 응답 속도를 향상하는 것이 가능해진다.
(제 8 실시예)
상기 제 1 실시 형태에서는, 전력 변환기가 출력하는 유효 전류에 주목해 제어를 행하도록 하고 있는데 대해, 본실시 형태의 경우에는, 동기 전동기의 토오크 전류에 주목해 제어를 행하도록 하고 있다.
도 11은, 본실시 형태에 의한 동기 전동기의 제어 장치의 구성예를 나타내는 기능 블록도이고, 도 2와 동일 요소에는 동일 부호를 붙여 그 설명을 생략하고, 여기서는 다른 부분에 대해서만 말한다.
즉, 본실시 형태의 동기 전동기의 제어 장치는, 도 11에 나타내는 것처럼, 도 2에서의 속도 제어기(2-1), 3상 PQ 변환기(9), 및 유효 전류 제어기(10)를 생략하고, 이들 대신해 새롭게, 속도 제어기(2)와, 3상 d q 변환기(3)와, 자속 연산기(4)와, 3상 MT 변환기(19)와, 토오크 전류 제어기(20)를 갖춘 구성으로 하고 있다.
속도 제어기(2)는, 동기 전동기의 속도 기준치와 동기 전동기의 속도 검출값과의 편차에 의거하여, 동기 전동기의 토오크 전류 기준치를 연산한다.
3상 d q 변환기(3)는, 동기 전동기의 전기자 전류인 3상 전류 검출값과, 동기 전동기의 자극 위치 검출값에 의거하여, 동기 전동기의 자극 방향의 전기자 전류인 d축 전류값및 자극과 직교 방향의 전기자 전류인 q축 전류값을 연산한다.
자속 연산기(4)는, 3상 d q 변환기(3)에 의해 연산된 d축 전류값 및 q축 전류값과, 동기 전동기의 계자 전류 검출값에 의거하여, 동기 전동기의 정수를 이용해 동기 전동기의 내부 상차각을 연산한다.
3상 MT 변환기(19)는, 자속 연산기(4)에 의해 연산된 내부 상차각과, 동기 전동기의 자극 위치 검출값과, 동기 전동기의 전기자 전류인 3상 전류 검출값에 의거하여, 동기 전동기의 자속 전류값 및 토오크 전류값을 연산한다.
토오크 전류 제어기(20)는, 3상 MT 변환기(19)에 의해 연산된 토오크 전류값과 속도 제어기(2)에 의해 연산된 토오크 전류 기준치와의 편차에 의거하여, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 위상 보상값을 연산한다.
다음에, 이상과 같이 구성한 본실시 형태의 동기 전동기의 제어 장치의 동작에 대해서 설명한다.
또한, 도 2와 동일 부분의 동작에 대해서는 그 설명을 생략하고, 여기서는 다른 부분의 동작에 대해서만 서술한다.
도 11에 있어서, 속도 제어기(2)에서는, 동기 전동기의 속도 기준치(ωr*)와 속도 연산기(1)로부터의 속도 검출값(ωr)과의 편차에 의거하여 비례 적분 제어가 행해지고, 동기 전동기의 자속 기준치(φ*)에 따른 동기 전동기의 토오크 전류 기준치(IT*)가 구해져 출력된다.
3상 d q 변환기(3)에서는, 동기 전동기의 전기자 전류인 3상 전류 검출값(Iu, Iv, Iw)과 동기 전동기의 자극 위치 검출값(θr)에 의거하여, 동기 전동기의 자극 방향의 전기자 전류인 d축 전류값(Id) 및 자극과 직교 방향의 전기자 전류인 q축 전류값(Iq)이 구해져 출력된다.
자속 연산기(4)에서는, 동기 전동기의 d q축 전류값(Id, Iq)과 계자 전류 검출값(If)으로부터, 동기 전동기의 d q축 갭 자속(φgd, φgq) 및 내부 상차각(δ)이, 상기 제 4 실시예의 형태와 같은 연산에 의해 구해져 출력된다.
3상 MT 변환기(19)에서는, 동기 전동기의 3상 전기자 전류 검출값(Iu, Iv, Iw)과 동기 전동기의 내부 상차각(δ)과 자극 위치 검출값(θr)으로부터, 동기 전동기의 토오크 전류값(IT)과 자속 전류값(IM)이 구해져 출력된다.
토오크 전류 제어기(2O)에서는, 토오크 전류 기준치(IT*)와 토오크 전류값(IT)과의 편차에 의거하여 비례 적분 제어가 행해지고, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 위상 보상값(△θ*)이 구해져 출력된다.
상술한 것처럼, 본실시 형태의 동기 전동기의 제어 장치에서는, 전기자 전압의 진폭을 일정한 값으로 하고, 위상만을 변화시키도록 하고 있으므로, 전기자 전류를 제어할 수 있기 때문에, 전력 변환기의 최대 출력 전압을 동기 전동기의 정격전압과 동일하게 한 경우라도, 동기 전동기를 안정된 상태로 제어하는 것이 가능해진다.
(제 9 실시예)
도 12는, 본실시 형태에 의한 동기 전동기의 제어 장치의 구성예를 나타내는 기능 블록도이고, 도 11과 동일 요소에는 동일 부호를 붙여 그 설명을 생략하고, 여기서는 다른 부분에 대해서만 서술한다.
즉, 본실시 형태의 동기 전동기의 제어 장치는, 도 12에 나타내는 것처럼, 도 11에 자속 전류 제어기(21)를 부가하고, 또한 상기 계자 전류 연산기(8) 대신에, 계자 전류 연산기(8-1)를 갖춘 구성으로 하고 있다.
자속 전류 제어기(21)는, 상기 3상 MT 변환기(19)에 의해 연산된 자속 전류값과 동기 전동기의 자속 전류 기준치와의 편차에 의거하여, 동기 전동기의 계자 전류 보상값을 연산한다.
계자 전류 연산기(8-1)는, 자속 전류 제어기(21)에 의해 연산된 계자 전류 보상값과, 동기 전동기의 자속 기준치에 의거하여, 동기 전동기의 계자 전류 기준치를 연산한다.
다음에, 이상과 같이 구성한 본실시 형태의 동기 전동기의 제어 장치의 동작에 대해서 설명한다.
또한, 도 11과 동일 부분의 동작에 대해서는 그 설명을 생략하고, 여기서는 다른 부분의 동작에 대해서만 서술한다.
도 12에 있어서, 자속 전류 제어기(21)에서는, 동기 전동기의 자속 전류 기준치(IM*)와 자속 전류값(IM)과의 편차에 의거하여 비례 적분 제어가 행해지고, 동기 전동기의 계자 전류 보상값(△If*)이 구해져 출력된다.
계자 전류 연산기(8-1)에서는, 계자 전류 보상값(△1f*)와 동기 전동기의 자속 기준치(φ*)로부터, 동기 전동기의 계자 전류 기준치(If*)가 구해져 출력된다.
상술한 것처럼, 본실시 형태의 동기 전동기의 제어 장치에서는, 상기 제 8 실시의 형태와 같은 효과를 얻을 수 있는 외에, 동기 전동기의 자속 전류를 임의의 값에 제어하는 것이 가능해진다. 특히, 자속 전류를 제로로 하는 것에 의해서, 동기 전동기의 역률을 1로 유지하는 것이 가능해진다.
(제 10 실시예)
도 13은, 본실시 형태에 의한 동기 전동기의 제어 장치의 구성예를 나타내는 기능 블록도이고, 도 11과 동일 요소에는 동일 부호를 붙여 그 설명을 생략하고, 여기서는 다른 부분에 대해서만 설명한다.
즉, 본실시 형태의 동기 전동기의 제어 장치는, 도 13에 나타내는 것처럼, 도 11에 하이 패스 필터(14-1)를 부가하고, 또한 상기 전압 위상 연산기(11) 대신에, 전압 위상 연산기(11-1)를 갖춘 구성으로 하고 있다.
하이 패스 필터(14-1)는, 상기 3상 MT 변환기(19)에 의해 연산된 자속 전류값에 의거하여, 전압 위상 진동 보상값을 연산한다.
전압 위상 연산기(11-1)는, 하이 패스 필터(14-1)에 의해 연산된 전압 위상 진동 보상값과, 상기 토오크 전류 제어기(20)에 의해 연산된 전압 위상 보상값과, 동기 전동기의 자극 위치 검출값에 의거하여, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 위상 기준치를 연산한다.
다음에, 이상과 같이 구성한 본실시 형태의 동기 전동기의 제어 장치의 동작에 대해서 설명한다.
또한, 도 11과 동일 부분의 동작에 대해서는 그 설명을 생략하고, 여기서는 다른 부분의 동작에 대해서만 서술한다.
도 13에 있어서, 하이 패스 필터(14-1)에서는, 동기 전동기의 자속 전류값(IM)으로부터 직류 성분이 제거되는 것에 의해서, 자속 전류에 포함되는 진동 성분이 검출되고, 이것에 적당한 계수가 곱셈되는 것에 의해서, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 위상 진동 보상값(θd*)이 구해져 출력된다.
전압 위상 연산기(11-1)에서는, 전압 위상 진동 보상값(θd*)과 전압 위상 보상값(△θ*)과 동기 전동기의 자극 위치 검출값(θr)으로부터, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 위상 기준치(θ*)가, 상기 제 3 실시 형태와 같은 연산에 의해 구해져 출력된다.
상술한 것처럼, 본실시 형태의 동기 전동기의 제어 장치에서는, 상기 제 8 실시의 형태와 같은 효과를 얻을 수 있는 외에, 동기 전동기의 토오크 전류를 전력 변환기가 출력하는 전압 위상의 변화에 의해 제어하는 경우에, 전압 위상의 진동에 수반하여 발생하는 토오크 전류의 진동을 억제하는 것이 가능해진다.
(제 11 실시예)
도 14는, 본실시 형태에 의하는 동기 전동기의 제어 장치의 구성예를 나타내는 기능 블록도이고, 도 11과 동일 요소에는 동일 부호를 붙여 그 설명을 생략하고, 여기서는 다른 부분에 대해서만 서술한다.
즉, 본실시 형태의 동기 전동기의 제어 장치는, 도 14에 나타내는 것처럼, 도 11에서의 전압 위상 연산기(11) 대신에, 전압 위상 연산기(11-2)를 갖춘 구성으로 하고 있다.
전압 위상 연산기(11-2)는, 상기 자속 연산기(4)에 의해 연산된 내부 상차각과, 상기 토오크 전류 제어기(20)에 의해 연산된 전압 위상 보상값과, 동기 전동기의 자극 위치 검출값에 의거하여, 전력 변환기가 출력되는 전압의 전압 위상 기준치를 연산한다.
다음에, 이상과 같이 구성한 본실시 형태의 동기 전동기의 제어 장치의 동작에 대해서 설명한다.
또한, 도 11과 동일 부분의 동작에 있어서는 그 설명을 생략하고, 여기서는 다른 부분의 동작에 대해서만 서술한다.
도 14에 있어서, 전압 위상 연산기(11-2)에서는, 내부 상차각(δ)과 전압 위상 보상값(△θ*)과 동기 전동기의 자극 위치 검출값(θr)으로부터, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 위상 기준치(θ*)가 구해져 출력된다.
상술한 것처럼, 본실시 형태의 동기 전동기의 제어 장치에서는, 상기 제 8 실시예의 형태와 같은 효과를 얻을 수 있는 외에, 동기 전동기의 토오크 전류를 전력 변환기가 출력하는 전압 위상의 변화에 의해 제어하는 경우에, 전압 위상 기준치를 피드 포워드적으로 보상하도록 하고 있으므로, 토오크 전류 제어의 응답 속도를 향상하는 것이 가능해진다.
(제 12 실시예)
도 15는, 본실시 형태에 의한 동기 전동기의 제어 장치의 구성예를 나타내는 기능 블럭도이고, 도 11과 동일 요소에는 동일 부호를 붙여 그 설명을 생략하고, 여기서는 다른 부분에 대해서만 서술한다.
즉, 본실시 형태의 동기 전동기의 제어 장치는, 도 15에 나타내는 것처럼, 도 11에 전압 위상 피드 포워드 연산기(15-1)를 부가하고, 또한 상기 전압 위상 연산기(11) 대신에, 전압 위상 연산기(11-3)를 갖춘 구성으로 하고 있다.
전압 위상 피드 포워드 연산기(15-1)는, 상기 속도 제어기(2)에 의해 연산된 토오크 전류 기준치와, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 진폭 기준치에 의거하여, 동기 전동기의 정수를 이용해 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 위상 피드 포워드값을 연산한다.
전압 위상 연산기(11-3)는, 전압 위상 피드 포워드 연산기(15-1)에 의해 연산된 전압 위상 피드 포워드값과, 상기 토오크 전류 제어기(20)에 의해 연산된 전압 위상 보상값과, 동기 전동기의 자극 위치 검출값에 의거하여, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 위상 기준치를 연산한다.
다음에, 이상과 같이 구성한 본실시 형태의 동기 전동기의 제어 장치의 동작에 대해서 설명한다.
또한, 도 11과 동일 부분의 동작에 대해서는 그 설명을 생략하고, 여기서는 다른 부분의 동작에 대해서만 서술한다.
도 15에 있어서, 전압 위상 피드 포워드 연산기(15-1)에서는, 동기 전동기의 토오크 전류 기준치(IT*)와 전력 변환기가 출력하는 전압 진폭 기준치(V1*)로부터, 전압 위상 피드 포워드값(θFF*)이, 다음 식과 같은 연산에 의해 구해져 출력된다.
θFF* = sin-1(XLㆍIT* / V1*)
전압 위상 연산기(11-3)에서는, 전압 위상 피드 포워드값(θFF*)과 전압 위상 보상값(△θ*)과 동기 전동기의 자극 위치 검출값(θr)으로부터, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 위상 기준치(θ*)가 구해져 출력된다.
상술한 것처럼, 본실시 형태의 동기 전동기의 제어 장치에서는, 상기 제 8 실시 형태와 같은 효과를 얻을 수 있는 외에, 동기 전동기의 토오크 전류를 전력 변환기가 출력하는 전압 위상의 변화에 의해 제어하는 경우에, 전압 위상 기준치를 피드 포워드적으로 보상하도록 하고 있으므로, 토오크 전류 제어의 응답 속도를 향상하는 것이 가능해진다.
(제 13 실시예)
도 16은, 본실시 형태에 의한 동기 전동기의 제어 장치의 구성예를 나타내는 기능 블록도이고, 도 11과 동일 요소에는 동일 부호를 붙여 그 설명을 생략하고, 여기서는 다른 부분에 대해서만 서술한다.
즉, 본실시 형태의 동기 전동기의 제어 장치는, 도 16에 나타내는 것처럼, 도 11에 증폭기(16-1)와, 가산기(17)를 부가하고, 또한 상기 극좌표 3상 변환기(12) 대신에, 극좌표 3상 변환기(12-1)를 갖춘 구성으로 하고 있다.
증폭기(16-1)는, 상기 3상 MT 변환기(19)에 의해 연산된 토오크 전류값과 상기 속도 제어기(2)에 의해 연산된 토오크 전류 기준치와의 편차에 의거하여, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 진폭 보상값을 연산한다.
가산기(17)는, 증폭기(16-1)에 의해 연산된 전압 진폭 보상값과, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 진폭 기준치와를 가산해, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 진폭 기준치를 보상해 출력한다.
극좌표 3상 변환기(12-1)는, 가산기(17)에 의해 출력되는 보상한 전압 진폭 기준치와, 상기 전압 위상 연산기(11)에 의해 연산된 전압 위상 기준치에 의거하여, 전력 변환기가 출력하는 전압의 3상 전압 기준치를 연산한다.
다음에, 이상과 같이 구성한 본실시 형태의 동기 전동기의 제어 장치의 동작에 대해서 설명한다.
또한, 도 11과 동일 부분의 동작에 대해서는 그 설명을 생략하고, 여기서는 다른 부분의 동작에 대해서만 서술한다.
도 16에 있어서, 증폭기(16-1)에서는, 동기 전동기의 토오크 전류 기준치(IT*)와 토오크 전류값(IT)과의 편차가, 적당한 계수로 증폭되는 것에 의해서, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 진폭 보상값(△V1*)이, 다음 식과 같은 연산에 의해 구해져 출력된다.
△V1* = K(IT*ㆍIT)
가산기(17)에서는, 전압 진폭 보상값(△V1*)과 전압 진폭 기준치(V1*)가 가산되어, 새롭게 전압 진폭 기준치(V1**)가 출력된다.
극좌표 3상 변환기(12-1)에서는, 전압 진폭 기준치(V1**)와 전압 위상 기준치(θ*)로부터, 전력 변환기가 출력하는 전압의 3상 전압 기준치(Vu*, Vv*, Vw*)가, 상기 제 6 실시 형태와 같은 연산에 의해 구해져 출력된다.
상술한 것처럼, 본실시 형태의 동기 전동기의 제어 장치에서는, 상기 제 8 실시 형태와 같은 효과를 얻을 수 있는 외에, 동기 전동기의 토오크 전류를 전력 변환기가 출력하는 전압 위상의 변화에 의해 제어하는 경우에, 전압 진폭을 보상하도록 하고 있으므로, 토오크 전류 제어의 응답 속도를 향상하는 것이 가능해진다.
(제 14 실시예)
도 17은, 본실시 형태에 의한 동기 전동기의 제어 장치의 구성예를 나타내는 기능 블록도이고, 도 12와 동일 요소에는 동일 부호를 붙여 그 설명을 생략하고, 여기서는 다른 부분에 대해서만 서술한다.
즉, 본실시 형태의 동기 전동기의 제어 장치는, 도 17에 나타내는 것처럼, 도 12에 계자 전류 피드 포워드 연산기(18-1)를 부가하고, 더욱 상기 계자 전류 연산기(8-1) 대신에, 계자 전류 연산기(8-2)를 갖춘 구성으로 하고 있다.
계자 전류 피드 포워드 연산기(18-1)는, 상기 자속 연산기(4)에 의해 연산된 내부 상차각과, 상기 속도 제어기(2)에 의해 연산된 토오크 전류 기준치와, 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 진폭 기준치에 의거하여, 동기 전동기의 정수를 이용해 동기 전동기의 계자 전류 피드 포워드값을 연산한다.
계자 전류 연산기(8-2)는, 계자 전류 피드 포워드 연산기(18-1)에 의해 연산된 계자 전류 피드 포워드값과, 자속 전류 제어기(21)에 의해 연산된 계자 전류 보상값과, 동기 전동기의 자속 기준치에 의거하여, 동기 전동기의 계자 전류 기준치를 연산한다.
다음에, 이상과 같이 구성한 본실시 형태의 동기 전동기의 제어 장치의 동작에 대해서 설명한다.
또한, 도 12와 동일 부분의 동작에 대해서는 그 설명을 생략하고, 여기서는 다른 부분의 동작에 대해서만 서술한다.
도 17에 있어서, 계자 전류 피드 포워드 연산기(18-1)에서는, 전력 변환기가 출력하는 전압 진폭 기준치(V1*)와 동기 전동기의 토오크 전류 기준치(IT*)와 내부 상차각(δ)으로부터, 동기 전동기의 계자 전류 피드 포워드값(IfFF*)이, 다음 식과 같은 연산에 의해 구해져 출력된다.
계자 전류 연산기(8-2)에서는, 연산된 계자 전류 피드 포워드값(IfFF*)과 계자 전류 보상값(△If*)과 동기 전동기의 자속 기준치(φ*)로부터, 동기 전동기의 계자 전류 기준치(If*)가 구해져 출력된다.
상술한 것처럼, 본실시 형태의 동기 전동기의 제어 장치에서는, 상기 제 9 실시 형태와 같은 효과를 얻을 수 있는 외에, 동기 전동기의 자속 전류를 계자 전류를 조절하는 것에 의해 제어하는 경우에, 자계 전류 기준치를 피드 포워드적으로 보상하도록 하고 있으므로, 자속 전류 제어의 응답 속도를 향상하는 것이 가능해진다.
이상 설명한 것처럼, 본 발명의 동기 전동기의 제어 장치에 의하면, 전력 변환기의 출력 전압의 진폭을 일정하게 하고, 위상을 변화시키도록 하고 있으므로, 동기 전동기의 전류 제어를 안정된 상태로 행할 수 있기 때문에, 전력 변환기의 최대 출력 전압을 동기 전동기의 정격 전압과 동일하게 한 경우라도, 동기 전동기를 안정한 상태로 제어하는 것이 가능해진다.

Claims (14)

  1. 전력 변환기에 의해 동기 전동기의 가변속 구동을 행하는 동기 전동기의 제어 장치에 있어서,
    상기 동기 전동기의 속도 기준치와 상기 동기 전동기의 속도 검출값과의 편차에 의거하여, 상기 전력 변환기가 출력하는 유효 전류 기준치를 연산하는 속도 제어 수단과,
    상기 동기 전동기의 전기자 전류인 3상 전류 검출값과, 상기 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 위상 기준치에 의거하여, 상기 전력 변환기가 출력하는 유효 전류값 및 무효 전류값을 연산하는 3상 PQ 변환 수단과,
    상기 속도 제어 수단에 의해 연산된 유효 전류 기준치와 상기 3상 PQ 변환 수단에 의해 연산된 유효 전류값과의 편차에 의거하여, 상기 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 위상 보상값을 연산하는 유효 전류 제어 수단과,
    상기 유효 전류 제어 수단에 의해 연산된 전압 위상 보상값과, 상기 동기 전동기의 자극 위치 검출값에 의거하여, 상기 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 위상 기준치를 연산하는 전압 위상 연산 수단과,
    상기 전압 위상 연산 수단에 의해 연산된 전압 위상 기준치와, 상기 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 진폭 기준치에 의거하여, 상기 전력 변환기가 출력하는 전압의 3상 전압 기준치를 연산하는 극좌표 3상 변환 수단을 갖추어 구성되는 것을 특징으로 하는 동기 전동기의 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 3상 PQ 변환 수단에 의해 연산된 무효 전류값과 상기 전력 변환기가 출력하는 무효 전류 기준치와의 편차에 의거하여, 상기 동기 전동기의 계가 전류 보상값을 연산하는 무효 전류 제어 수단과,
    상기 무효 전류 제어 수단에 의해 연산된 계자 전류 보상값과, 상기 동기 전동기의 자속 기준치에 의거하여, 상기 동기 전동기의 계자 전류 기준치를 연산하는 계자 전류 연산 수단을 부가해 구성되는 것을 특징으로 하는 동기 전동기의 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 3상 PQ 변환 수단에 의해 연산된 무효 전류값에 에 의거하여, 전압 위상 진동 보상값을 연산하는 하이 패스 필터를 부가하고,
    상기 전압 위상 연산 수단 대신에, 상기 하이 패스 필터에 의해 연산된 전압 위상 진동 보상값과, 상기 유효 전류 제어 수단에 의해 연산된 전압 위상 보상값과, 상기 동기 전동기의 자극 위치 검출값에 의거하여, 상기 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 위상 기준치를 연산하는 전압 위상 연산 수단을 갖추어 구성되는 것을 특징으로 하는 동기 전동기의 제어 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 3상 PQ 변환 수단 대신에, 상기 동기 전동기의 전기자 전류인 3상 전류 검출값과, 상기 동기 전동기의 자극 위치 검출값에 의거하여, 상기 동기 전동기의 자극 방향의 전기자 전류인 d축 전류값 및 자극과 직교 방향의 전기자 전류인 q축 전류값을 연산하는 3상 d q 변환 수단을 갖추고,
    상기 3상 d q 변환 수단에 의해 연산된 d축 전류값 및 q축 전류값과, 상기 동기 전동기의 계자 전류 검출값과에 기초를 두어, 상기 동기 전동기의 정수를 이용해 상기 동기 전동기의 내부 상차각을 연산하는 자속 연산 수단을 부가하고,
    상기 전압 위상 연산 수단 대신에, 상기 자속 연산 수단에 의해 연산된 내부 상차각과, 상기 유효 전류 제어 수단에 의해 연산된 전압 위상 보상값과, 상기 동기 전동기의 자극 전동기의 자극 위치 검출값과에 기초를 두어, 상기 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 위상 기준치를 연산하는 전압 위상 연산 수단을 갖추어 구성되는 것을 특징으로 하는 동기 전동기의 제어 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 속도 제어 수단에 의해 연산된 유효 전류 기준치와, 상기 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 진폭 기준치에 의거하여, 상기 동기 전동기의 정수를 이용해 상기 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 위상 피드 포워드값을 연산하는 전압 위상 피드 포워드 연산 수단을 부가하고,
    상기 전압 위상 연산 수단 대신에, 상기 전압 위상 피드 포워드 연산 수단에 의해 연산된 전압 위상 피드 포워드값과, 상기 유효 전류 제어 수단에 의해 연산된 전압 위상 보상값과, 상기 동기 전동기의 자극 위치 검출값과에 의거하여, 상기 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 위상 기준치를 연산하는 전압 위상 연산 수단을 갖추어 구성되는 것을 특징으로 하는 동기 전동기의 제어 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 3상 PQ 변환 수단에 의해 연산된 유효 전류값과 상기 속도 제어 수단에 의해 연산된 유효 전류 기준치와의 편차에 의거하여, 상기 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 진폭 보상값을 연산하는 증폭 수단과,
    상기 증폭 수단에 의해 연산된 전압 진폭 보상값과, 상기 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 진폭 기준치와를 가산해, 상기 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 진폭 기준치를 보상해 출력하는 가산 수단을 부가하고,
    상기 극좌표 3상 변환 수단 대신에, 상기 가산 수단에 의해 출력되는 보상한 전압 진폭 기준치와, 상기 전압 위상 연산 수단에 의해 연산된 전압 위상 기준치에 의거하여, 상기 전력 변환기가 출력하는 전압의 3상 전압 기준치를 연산하는 극좌표 3상 변환 수단을 갖추어 구성되는 것을 특징으로 하는 동기 전동기의 제어 장치.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 동기 전동기의 전기자 전류인 3상 전류 검출값과, 상기 동기 전동기의 자극 위치 검출값에 의거하여, 상기 동기 전동기의 자극 방향의 전기자 전류인 d축 전류값 및 자극과 직교 방향의 전기자 전류인 q축 전류값을 연산하는 3상 d q 변환 수단과,
    상기 3상 d q 변환 수단에 의해 연산된 d축 전류값 및 q축 전류값과, 상기 동기 전동기의 계자 전류 검출값에 의거하여, 상기 동기 전동기의 정수를 이용해 상기 동기 전동기의 내부 상차각을 연산하는 자속 연산 수단과,
    상기 속도 제어 수단에 의해 연산된 유효 전류 기준치와, 상기 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 진폭 기준치에 의거하여, 상기 동기 전동기의 정수를 이용해 상기 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 위상 피드 포워드값을 연산하는 전압 위상 피드 포워드 연산 수단과,
    상기 자속 연산 수단에 의해 연산된 내부 상차각과, 상기 전압 위상 피드 포워드 연산 수단에 의해 연산된 전압 위상 피드 포워드값과, 상기 속도 제어 수단에 의해 연산된 유효 전류 기준치와, 상기 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 진폭 기준치에 의거하여, 상기 동기 전동기의 정수를 이용해 상기 동기 전동기의 계자 전류 피드 포워드값을 연산하는 계자 전류 피드 포워드 연산 수단을 부가하고,
    상기 계자 전류 연산 수단 대신에, 상기 계자 전류 피드 포워드 연산 수단에 의해 연산된 계자 전류 피드 포워드값과, 상기 무효 전류 제어 수단에 의해 연산된 계자 전류 보상값과, 상기 동기 전동기의 자속 기준치에 의거하여, 상기 동기 전동기의 계자 전류 기준치를 연산하는 계자 전류 연산 수단을 갖추어 구성되는 것을 특징으로 하는 동기 전동기의 제어 장치.
  8. 전력 변환기에 의해 동기 전동기의 가변속 구동을 행하는 동기 전동기의 제어 장치에 있어서,
    상기 동기 전동기의 속도 기준치와 상기 동기 전동기의 속도 검출값과의 편차에 의거하여, 상기 동기 전동기의 토오크 전류 기준치를 연산하는 속도 제어 수단과,
    상기 동기 전동기의 전기자 전류인 3상 전류 검출값과, 상기 동기 전동기의 자극 위치 검출값에 의거하여, 상기 동기 전동기의 자극 방향의 전기자 전류인 d축 전류값 및 자극과 직교 방향의 전기자 전류인 q축 전류값을 연산하는 3상 d q 변환 수단과,
    상기 3상 d q 변환 수단에 의해 연산된 d축 전류값 및 q축 전류값과, 상기 동기 전동기의 계자 전류 검출값에 의거하여, 상기 동기 전동기의 정수를 이용해 상기 동기 전동기의 내부 상차각을 연산하는 자속 연산 수단과,
    상기 자속 연산 수단에 의해 연산된 내부 상차각과, 상기 동기 전동기의 자극 위치 검출값과, 상기 동기 전동기의 전기자 전류인 3상 전류 검출값에 의거하여, 상기 동기 전동기의 자속 전류값 및 토오크 전류값을 연산하는 3상 MT 변환 수단과,
    상기 3상 MT 변환 수단에 의해 연산된 토오크 전류값과 상기 속도 제어 수단에 의해 연산된 토오크 전류 기준치와의 편차에 의거하여, 상기 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 위상 보상값을 연산하는 토오크 전류 제어 수단과,
    상기 토오크 전류 제어 수단에 의해 연산된 전압 위상 보상값과, 상기 동기 전동기의 자극 위치 검출값에 의거하여, 상기 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 위상 기준치를 연산하는 전압 위상 연산 수단과,
    상기 전압 위상 연산 수단에 의해 연산된 전압 위상 기준치와, 상기 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 진폭 기준치에 의거하여, 상기 전력 변환기가 출력하는 전압의 3상 전압 기준치를 연산하는 극좌표 3상 변환 수단을 갖추어 구성되는 것을 특징으로 하는 동기 전동기의 제어 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 3상 MT 변환 수단에 의해 연산된 자속 전류값과 상기 동기 전동기의 자속 전류 기준치와의 편차에 의거하여, 상기 동기 전동기의 계자 전류 보상값을 연산하는 자속 전류 제어 수단을 부가하고,
    상기 계자 전류 연산 수단 대신에, 상기 자속 전류 제어 수단에 의해 연산된 계자 전류 보상값과, 상기 동기 전동기의 자속 기준치에 의거하여, 상기 동기 전동기의 계자 전류 기준치를 연산하는 계자 전류 연산 수단을 갖추어 구성되는 것을 특징으로 하는 동기 전동기의 제어 장치.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 3상 MT 변환 수단에 의해 연산된 자속 전류값에 의거하여, 전압 위상 진동 보상값을 연산하는 하이 패스 필터를 부가하고,
    상기 전압 위상 연산 수단 대신에, 상기 하이 패스 필터에 의해 연산된 전압 위상 진동 보상값과, 상기 토오크 전류 제어 수단에 의해 연산된 전압 위상 보상값과, 상기 동기 전동기의 자극 위치 검출값에 의거하여, 상기 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 위상 기준치를 연산하는 전압 위상 연산 수단을 갖추어 구성되는 것을 특징으로 하는 동기 전동기의 제어 장치.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 전압 위상 연산 수단 대신에, 상기 자속 연산 수단에 의해 연산된 내부 상차각과, 상기 토오크 전류 제어 수단에 의해 연산된 전압 위상 보상값과, 상기 동기 전동기의 자극 위치 검출값에 의거하여, 상기 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 위상 기준치를 연산하는 전압 위상 연산 수단을 갖추어 구성되는 것을 특징으로 하는 동기 전동기의 제어 장치.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 속도 제어 수단에 의해 연산된 토오크 전류 기준치와, 상기 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 진폭 기준치에 의거하여, 상기 동기 전동기의 정수를 이용해 상기 전력변환기가 출력하는 전압의 전압 위상 피드 포워드값을 연산하는 전압 위상 피드 포워드 연산 수단을 부가하고,
    상기 전압 위상 연산 수단 대신에, 상기 전압 위상 피드 포워드 연산 수단에 의해 연산된 전압 위상 피드 포워드값과, 상기 토오크 전류 제어 수단에 의해 연산된 전압 위상 보상값과, 상기 동기 전동기의 자극 위치 검출값에 의거하여, 상기 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 위상 기준치를 연산하는 전압 위상 연산 수단을 갖추어 구성되는 것을 특징으로 하는 동기 전동기의 제어 장치.
  13. 제 8 항에 있어서, 상기 3상 MT 변환 수단에 의해 연산된 토오크 전류값과 상기 속도 제어 수단에 의해 연산된 토오크 전류 기준치와의 편차에 의거하여, 상기 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 진폭 보상값을 연산하는 증폭 수단과, 상기 증폭 수단에 의해 연산된 전압 진폭 보상값과, 상기 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 진폭 기준치와를 가산해, 상기 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 진폭 기준치를 보상해 출력하는 가산 수단을 부가하고,
    상기 극좌표 3상 변환 수단 대신에, 상기 가산 수단에 의해 출력되는 보상한 전압 진폭 기준치와, 상기 전압 위상 연산 수단에 의해 연산된 전압 위상 기준치에 의거하여, 상기 전력 변환기가 출력하는 전압의 3상 전압 기준치를 연산하는 극좌표 3상 변환 수단을 갖추어 구성되는 것을 특징으로 하는 동기 전동기의 제어 장치.
  14. 제 9 항에 있어서, 상기 자속 연산 수단에 의해 연산된 내부 상차각과, 상기 속도 제어 수단에 의해 연산된 토오크 전류 기준치와, 상기 전력 변환기가 출력하는 전압의 전압 진폭 기준치에 의거하여, 상기 동기 전동기의 정수를 이용해 상기 동기 전동기의 계자 전류 피드 포워드값을 연산하는 계자 전류 피드 포워드 연산 수단을 부가하고,
    상기 계자 전류 연산 수단 대신에, 상기 계자 전류 피드 포워드 연산 수단에 의해 연산된 계자 전류 피드 포워드값과, 상기 자속 전류 제어 수단에 의해 연산된 계자 전류 보상값과, 상기 동기 전동기의 자속 기준치에 의거하여, 상기 동기 전동기의 계자 전류 기준치를 연산하는 계자 전류 연산 수단을 갖추어 구성되는 것을 특징으로 하는 동기 전동기의 제어 장치.
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