(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多相巻線を有する同期機の回転位置を検出する位置検出器と、
この位置検出器から得られた上記同期機の回転角速度を出力する速度検出器と、
回転二軸座標上の電流指令に対して任意の時定数を有する応答電流を演算する応答電流演算器と、
上記回転角速度、電流指令および応答電流に基づいて回転二軸座標上の電圧指令を演算する電圧指令演算器と、
上記回転位置と上記回転二軸座標上の電圧指令とに基づいて多相電圧指令を出力する座標変換器と、
上記多相電圧指令に従い上記同期機に電圧を印加する電圧印加手段と、
を備えたことを特徴とする回転機の制御装置。
【請求項２】
上記応答電流演算器は、上記回転二軸座標上の電流指令を入力とする一次遅れフィルタの出力を回転二軸座標上の応答電流とすることを特徴とする請求項１記載の回転機の制御装置。
【請求項３】
上記電圧指令演算器は、上記回転二軸座標上の応答電流に基づき、上記同期機のインダクタンスの飽和係数を出力する飽和テーブルを含むことを特徴とする請求項１または２記載の回転機の制御装置。
【請求項４】
上記電圧印加手段は、
上記回転位置と上記回転二軸座標上の応答電流とに基づいて多相応答電流を出力する第２の座標変換器と、
上記多相電圧指令と上記多相応答電流とに基づいてＰＷＭインバータの短絡防止時間の影響を補正し修正多相電圧指令を出力するＴｄ補正器と、
上記修正多相電圧指令に従い上記同期機に電圧を印加する上記ＰＷＭインバータと、
を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の回転機の制御装置。
【請求項５】
多相巻線を有する誘導機の回転角速度を検出する速度検出器と、
回転二軸座標上の電流指令に対して任意の時定数を有する応答電流を演算するとともに、該応答電流に基づいて応答二次磁束を計算する応答電流演算器と、
上記応答電流と応答二次磁束に基づいて上記誘導機のすべり角周波数を演算するすべり周波数演算器と、
上記回転角速度と上記すべり角周波数とを加算し、一次角周波数を出力する加算器と、
上記電流指令、応答電流、応答二次磁束および一次角周波数に基づいて回転二軸座標上の電圧指令を演算する電圧指令演算器と、
上記一次角周波数を積分し二次磁束位相を出力する積分器と、
上記二次磁束位相と上記回転二軸座標上の電圧指令とに基づいて多相電圧指令を出力する座標変換器と、
上記多相電圧指令に従い上記誘導機に電圧を印加する電圧印加手段と、
を備えたことを特徴とする回転機の制御装置。
【請求項６】
上記応答電流演算器は、上記回転二軸座標上の電流指令を入力とする一次遅れフィルタの出力を回転二軸座標上の応答電流とすることを特徴とする請求項５記載の回転機の制御装置。
【請求項７】
上記電圧指令演算器は、上記回転二軸座標上の応答電流に基づき、上記誘導機のインダクタンスの飽和係数を出力する飽和テーブルを含むことを特徴とする請求項５または６記載の回転機の制御装置。
【請求項８】
上記電圧印加手段は、
上記二次磁束位相と上記回転二軸座標上の応答電流とに基づいて多相応答電流を出力する第２の座標変換器と、
上記多相電圧指令と上記多相応答電流とに基づいてＰＷＭインバータの短絡防止時間の影響を補正し修正多相電圧指令を出力するＴｄ補正器と、
上記修正多相電圧指令に従い上記誘導機に電圧を印加するＰＷＭインバータと、
を含むことを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１項記載の回転機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電流検出器を用いることなく回転機を駆動する回転機の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に回転機の電流を所望の値に制御するためには電流検出器が不可欠である。しかしながら、定格電流が大きい回転機を扱う場合、電流検出器が高価になる問題があった。
【０００３】
図７は、例えば電気学会研究会資料「電流センサを使用しない小型同期モータの高効率制御」(半導体電力変換研究会SPC-00-13,平成12年)に示された従来の回転機の制御装置を示す構成図であり、電流検出器を用いずに回転機を制御するので、電流検出器が高価になる問題を解決するものである。
【０００４】
図７において、１は電流指令と推定電流とに基づいて回転二軸座標(ｄ−ｑ軸)上の電圧指令を演算す電流制御器、２は回転位置と回転二軸座標(ｄ−ｑ軸)上の電圧指令とに基づいて三相電圧指令を出力する座標変換器、３は電圧印加手段、４は上記三相電圧指令と三相推定電流とに基づいてＰＷＭインバータ６の短絡防止時間の影響を補正し修正三相電圧指令を出力するＴｄ補正器、５はリミッタ、６はＰＷＭインバータ、７は三相巻線を有する同期機、８は同期機７の回転位置を検出する位置検出器、９はＴｄ逆補正器、１０は座標変換器、１１は位置検出器８から得られた回転位置を微分し回転角速度を出力する速度検出器、１２は回転二軸座標(ｄ−ｑ軸)上の電流を推定する推定電流演算器、１３は上記回転位置と推定電流演算器１２から得られる回転二軸座標(ｄ−ｑ軸)上の推定電流に基づいて三相推定電流を出力する座標変換器である。
【０００５】
次に、動作について説明する。電流制御器１は回転二軸(ｄ−ｑ軸)上の電流指令 ids* 及び iqs* が、回転二軸(ｄ−ｑ軸)上の推定電流 ids0 及び iqs0 にそれぞれ一致するようにids*とids0の偏差及びiqs*とiqs0の偏差を増幅し、回転二軸(ｄ−ｑ軸)上の電圧指令 vds* と vqs* として出力する。
【０００６】
座標変換器２は、位置検出器８から得られた回転位置 th に基づいて上記回転二軸(ｄ−ｑ軸)上の電圧指令 vds* と vqs* を座標変換して、三相電圧指令 vus*, vvs*, vws* を出力する。
【０００７】
電圧印加手段３はＴｄ補正器４、リミッタ５、ＰＷＭインバータ６、座標変換器１３から構成されており、上記三相電圧指令 vus*, vvs*, vws* と回転二軸(ｄ−ｑ軸)上の推定電流 ids0 及び iqs0 と位置検出器８から得られた回転位置 th とに基づいて、同期機７に三相電圧を印加する。
【０００８】
座標変換器１３は、位置検出器８から得られた回転位置thに基づいて上記回転二軸(ｄ−ｑ軸)上の推定電流 ids0 と iqs0 を座標変換して、三相推定電流 ius0, ivs0, iws0 を出力する。
【０００９】
ＰＷＭインバータ６は短絡防止時間(Ｔｄ)とよばれる期間の影響により、所望の電圧に対して誤差を持つ。この誤差は各相の電流極性に依存するため、Ｔｄ補正器４では上記三相推定電流 ius0, ivs0, iws0 の各極性に応じて三相電圧指令に補正を施し、修正三相電圧指令 vus1*, vvs1*, vws1* として出力する。
【００１０】
リミッタ５は、ＰＷＭインバータ６が出力可能な電圧振幅になるように上記修正三相電圧指令 vus1*, vvs1*, vws1* を制限し、vus2*, vvs2*, vws2* として出力する。
【００１１】
ＰＷＭインバータ６は上記 vus2*, vvs2*, vws2* に従い、同期機７に三相電圧を印加する。ここで、ＰＷＭインバータ６が実際に印加する三相電圧は、上記 vus2*, vvs2*, vws2* に対して短絡防止時間(Ｔｄ)の影響による誤差が発生する。従って、実際に印加した三相電圧を得るには、上記 vus2*, vvs2*, vws2* に対して短絡防止時間の影響を逆補正すれば良い。
【００１２】
即ち、Ｔｄ逆補正器９は上記三相推定電流 ius0, ivs0, iws0 の各極性に応じてＴｄ補正器で補正した補正量をvus2*, vvs2*, vws2* にそれぞれ減算し、ＰＷＭインバータ６が実際に印加する三相電圧に相当する値として vus3*, vvs3*, vws3* を出力する。
【００１３】
座標変換器１０は位置検出器８から得られた回転位置 th に基づいて上記 vus3*, vvs3*, vws3* を座標変換して、上記回転二軸(ｄ−ｑ軸)上の電圧 vds3* と vqs3* を出力する。
【００１４】
速度検出器１１は、位置検出器８から得られた回転位置 th を微分し、回転角速度 wr を出力する。推定電流演算器１２は、同期機７の電圧と電流に関する回転二軸(ｄ−ｑ軸)上の関係式に上記電圧 vds3*, vqs3* と上記回転位置 th を代入し、推定電流 ids0, iqs0 を出力する。
【００１５】
以上の構成により、従来の回転機の制御装置は電流検出器を用いることなく、同期機７の電流を所望の値に制御することが可能である。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように構成された従来の回転機の制御装置は、推定電流演算器において電圧vds3*, vqs3*に基づいて推定電流 ids0, iqs0 を演算する必要があり、この過程で積分要素を２つ以上含む上に電流制御器１でも積分要素を２つ以上含むので、少なくとも積分要素を４つ以上必要とする。積分演算を精度良く行うためには、短い演算周期で計算可能な計算機が必要である上に、積分要素が多いほど、計算は複雑になる。従って、従来の回転機の制御装置のような複雑な演算を、安価な計算機で実現することは困難であるという問題があった。
【００１７】
また、従来の回転機の制御装置では、回転機として同期機しか示されていないが、同様の手法で誘導機の電流を制御するには、推定電流演算器において電圧vds3*, vqs3*に基づいて推定電流 ids0, iqs0 を演算する過程で積分要素を４つ以上含むため、電流制御器の積分要素と合わせ、少なくとも積分要素を６つ以上必要とするので、安価な計算機で実現することは困難であるという問題があった。
【００１８】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、電流検出器を用いることなく回転機の電流を制御する回転機の制御装置において、推定電流の演算を省略することによって全体の計算量を削減し、安価な計算機で実現した回転機の制御装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的に鑑み、この発明は、多相巻線を有する同期機の回転位置を検出する位置検出器と、この位置検出器から得られた回転位置を微分し回転角速度を出力する速度検出器と、回転二軸座標上の電流指令に対して任意の時定数を有する応答電流を演算する応答電流演算器と、上記回転角速度、電流指令および応答電流に基づいて回転二軸座標上の電圧指令を演算する電圧指令演算器と、上記回転位置と上記回転二軸座標上の電圧指令とに基づいて多相電圧指令を出力する座標変換器と、上記多相電圧指令に従い上記同期機に電圧を印加する電圧印加手段と、を備えたことを特徴とする回転機の制御装置にある。
【００２０】
また、上記応答電流演算器は、上記回転二軸座標上の電流指令を入力とする一次遅れフィルタの出力を回転二軸座標上の応答電流とすることを特徴とする。
【００２１】
また、上記電圧指令演算器は、上記回転二軸座標上の応答電流に基づき、上記同期機のインダクタンスの飽和係数を出力する飽和テーブルを含むことを特徴とする。
【００２２】
また、上記電圧印加手段は、上記回転位置と上記回転二軸座標上の応答電流とに基づいて多相応答電流を出力する第２の座標変換器と、上記多相電圧指令と上記多相応答電流とに基づいてＰＷＭインバータの短絡防止時間の影響を補正し修正多相電圧指令を出力するＴｄ補正器と、上記修正多相電圧指令に従い上記同期機に電圧を印加する上記ＰＷＭインバータと、を含むことを特徴とする。
【００２３】
また、多相巻線を有する誘導機の回転角速度を検出する速度検出器と、回転二軸座標上の電流指令に対して任意の時定数を有する応答電流を演算するとともに、該応答電流に基づいて応答二次磁束を計算する応答電流演算器と、上記応答電流と応答二次磁束に基づいて上記誘導機のすべり角周波数を演算するすべり周波数演算器と、上記回転角速度と上記すべり角周波数とを加算し、一次角周波数を出力する加算器と、上記電流指令、応答電流、応答二次磁束および一次角周波数に基づいて回転二軸座標上の電圧指令を演算する電圧指令演算器と、上記一次角周波数を積分し二次磁束位相を出力する積分器と、上記二次磁束位相と上記回転二軸座標上の電圧指令とに基づいて多相電圧指令を出力する座標変換器と、上記多相電圧指令に従い上記誘導機に電圧を印加する電圧印加手段と、を備えたことを特徴とする回転機の制御装置にある。
【００２４】
また、上記応答電流演算器は、上記回転二軸座標上の電流指令を入力とする一次遅れフィルタの出力を回転二軸座標上の応答電流とすることを特徴とする。
【００２５】
また、上記電圧指令演算器は、上記回転二軸座標上の応答電流に基づき、上記誘導機のインダクタンスの飽和係数を出力する飽和テーブルを含むことを特徴とする。
【００２６】
また、上記電圧印加手段は、上記二次磁束位相と上記回転二軸座標上の応答電流とに基づいて多相応答電流を出力する第２の座標変換器と、上記多相電圧指令と上記多相応答電流とに基づいてＰＷＭインバータの短絡防止時間の影響を補正し修正多相電圧指令を出力するＴｄ補正器と、上記修正多相電圧指令に従い上記誘導機に電圧を印加するＰＷＭインバータと、を含むことを特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下この発明を、各実施の形態に従って説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による回転機の制御装置の構成を示す図である。図１において、図７に示す従来のものと同一もしくは相当部分は同一符号で示す。３ａは電圧印加手段、６ａはＰＷＭインバータ、２０は応答電流演算器、２１は電圧指令演算器である。
【００２８】
応答電流演算器２０は、ｄ軸電流指令ids*に追従すべき電流応答(応答電流ids1)を演算するとともに、ｑ軸電流指令iqs*に追従すべき電流応答(応答電流iqs1)を演算をする。
【００２９】
電圧指令演算器２１は、ｄ軸電流指令ids*、ｑ軸電流指令iqs*、応答電流演算器２０から得た ids1、iqs1、および速度検出器１１から得た回転角速度wrとに基づいて回転二軸(ｄ−ｑ軸)上の電圧指令 vds* と vqs* を出力する。
【００３０】
電圧印加手段３ａは、ＰＷＭインバータ６ａによって構成されている。ＰＷＭインバータ６ａは、入力が座標変換器２から得られた vus*,vvs*,vws* である点以外は、ＰＷＭインバータ６と同一である。
【００３１】
続いて、本実施の形態による回転機の制御装置の動作原理について説明する。回転機である同期機７の電圧と電流の関係式は公知のとおり(１)、(２)式で示される。
【００３２】
【数１】
0004161064.tif 000002
【００３３】
但し、
vds：同期機７のｄ軸電圧
vqs：同期機７のｑ軸電圧
ids：同期機７のｄ軸電流
iqs：同期機７のｑ軸電流
Ld：同期機７のｄ軸インダクタンス
Lq：同期機７のｑ軸インダクタンス
R：同期機７の巻線抵抗
wr：同期機７の回転角速度
Ph：同期機７の回転子磁束
【００３４】
上記応答電流 ids1、iqs1とids、iqsが一致している時のvds、vqsは、上記(１)式及び(２)式に、上記応答電流 ids1、ids2を代入することにより得られ、その値は(３)式及び(４)式で与えられる。
【００３５】
【数２】
0004161064.tif 000003
【００３６】
従って、回転二軸座標(ｄ−ｑ軸)上の電圧指令 vds*、vqs*の値を(３)、(４)式の vds、vqsでそれぞれ与えれば、上記応答電流 ids1、iqs1に、上記 ids、iqsが一致する。
【００３７】
例えば電流指令 ids*、iqs* に対して電流 ids、iqs が一次遅れで追従させたい場合を考える。この時、応答電流 ids1 と iqs1 は、(５)、(６)式で与えれば良い。
【００３８】
【数３】
0004161064.tif 000004
【００３９】
但し、
Tcd：ｄ軸応答電流の時定数
Tcq：ｑ軸応答電流の時定数
そして、(３)、(４)式に(５)、(６)式を代入した(７)、(８)式で電圧指令 vds*、vqs* の値を与えれば、同期機７の電流 ids、iqs は ids1、iqs1 と一致する。
【００４０】
【数４】
0004161064.tif 000005
【００４１】
但し、
s：ラプラス演算子(=d/dt)
ところで、(７)式の右辺第１項及び(８)式の右辺第２項は、(９)、(１０)式のように変形できる。
【００４２】
【数５】
0004161064.tif 000006
【００４３】
以上のことから、電圧指令 vds*、vqs* を、(９)、(１０)式を(７)、(８)式に代入した(１１)、(１２)式でそれぞれ与えれば、同期機７の電流 ids、iqs を ids1、iqs1 に一致させることができる。
【００４４】
【数６】
0004161064.tif 000007
【００４５】
以上、本実施の形態の回転機の制御装置の動作原理について説明した。図２は図１の応答電流演算器２０の構成の一例を示す図である。図において、２２はｄ軸電流指令 ids* に追従すべき応答電流 ids1 を演算する一次遅れフィルタ、２３はｑ軸電流指令 iqs* に追従すべき応答電流 iqs1 を演算する一次遅れフィルタである。
【００４６】
一次遅れフィルタ２２は上記(５)式に従い、ids* に基づいて ids1 を演算する。同様に一次遅れフィルタ２３は上記(６)式に従い、iqs* に基づいて iqs1 を演算する。
【００４７】
図３は図１の電圧指令演算器２１の構成の一例を示す図である。図におてい、２４〜２６は減算器、２７〜３０は加算器、３１〜３７は入力を定数倍する増幅器、３８、３９は乗算器である。
【００４８】
(１１)式右辺第１項は、増幅器３３によって計算できる。(１１)式右辺第２項は、減算器２４と増幅器３１によって計算できる。(１１)式右辺第３項は、増幅器３６と乗算器３８によって計算できる。(１１)式の右辺第１項と右辺第２項と右辺第３項の合計は減算器２６と加算器２７によって計算できる。従って、減算器２６の出力が(１１)式の計算結果であるから、減算器２６の出力をd軸電圧指令 vds* とする。
【００４９】
(１２)式右辺第１項は、増幅器３４と乗算器３９によって計算できる。(１２)式右辺第２項は、増幅器３５によって計算できる。(１２)式右辺第３項は、減算器２５と増幅器３２によって計算できる。(１２)式右辺第４項は、増幅器３７によって計算できる。(１２)式右辺第１項と右辺第２項と右辺第３項と右辺第４項の合計は、加算器２８と加算器２９と加算器３０によって計算できる。従って、加算器３０の出力が(１２)式の計算結果であるから、加算器３０の出力をq軸電圧指令 vqs* とする。
【００５０】
図７に示す従来の回転機の制御装置では電流制御器１により電流応答を調整しており、この過程で積分要素を少なくとも２つ含む上に、推定電流演算器１２において推定電流 ids0, iqs0 を演算する過程で積分要素を少なくとも２つ含むので、合計で４つ以上の積分要素が必要となり、安価な計算機では実現が困難である問題があった。
【００５１】
本実施の形態で示した回転機の制御装置では、図２の応答電流演算器２０の一次遅れフィルタ２２及び２３にそれぞれ１つずつ積分要素を用いるだけであり、図３に示す加算器、減算器、増幅器、乗算器だけで構成する電圧指令演算器２１には積分要素を用いることなく構成する。従って、本実施の形態で示した回転機の制御装置は、従来の回転機の制御装置より演算が容易になり、安価な計算機でも実現が可能になる。
【００５２】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２による回転機の制御装置の構成を示す図である。図におてい、図１及び図７と同一もしくは相当部分は同一符号で示す。
【００５３】
図４において、３ｂは電圧印加手段、４ｂはＴｄ補正器、６ｂはＰＷＭインバータ、１３ｂは座標変換器である。電圧印加手段３ｂは、座標変換器１３ｂとＴｄ補正器４ｂとＰＷＭインバータ６ｂとから構成する。座標変換器１３ｂは、入力を回転二軸(ｄ−ｑ軸)上の応答電流 ids1,iqs1、出力を三相(多相)応答電流 ius1, ivs1, iws1 とする点以外は図７の座標変換器１３と同一であり、回転位置ｔｈと回転二軸座標(ｄ−ｑ軸)上の応答電流 ids1,iqs1 とに基づいて三相応答電流ius1, ivs1, iws1 を出力する。
【００５４】
Ｔｄ補正器４ｂは入力を三相推定電流 ius0, ivs0, iws0 の代わりに三相応答電流 ius1, ivs1, iws1 とする点以外は図７のＴｄ補正器４と同一であり、三相電圧指令 vus*, vvs*, vws* と多相応答電流 ius1, ivs1, iws1 とに基づいてＰＷＭインバータの短絡防止時間の影響を補正し修正三相電圧指令 vus1*,vvs1*,vws1* を出力する。
【００５５】
ＰＷＭインバータ６ｂは、Ｔｄ補正器４ｂの出力 vus1*,vvs1*,vws1* を入力とする点以外は、ＰＷＭインバータ６ａと同一であり、上記三相多相電圧指令 vus1*,vvs1*,vws1* に従い回転機７に電圧を印加する。
【００５６】
本実施の形態では、Ｔｄ逆補正器を用いることなく、上記実施の形態１と同様に２つの積分要素で回転機の制御装置を構成することができるので、従来の回転機の制御装置より演算が容易になり、安価な計算機でも実現が可能になる。
【００５７】
実施の形態３．
上記実施の形態では 同期機７のｄ軸インダクタンスLd及び 同期機７のｑ軸インダクタンスLqは一定であるとしたが、電流が大きい場合、磁気飽和が発生し、インダクタンスの値は変化する。そこで、本実施の形態では、応答電流 ids1 及び iqs1 に応じて Ld、Lq が変化する場合について説明する。
【００５８】
上記(１１)、(１２)式において、Ld、Lqがそれぞれkd倍、kq倍に変化した時、(１１)、(１２)式はそれぞれ、(１３)、(１４)式になる。なお、本実施の形態においては、公知のように係数 kd、kq の値は電流の関数とする。
【００５９】
【数７】
0004161064.tif 000008
【００６０】
図５は本実施の形態における電圧指令演算器の構成の一例を示す図であり、それ以外の構成は、上記実施の形態で示した図１あるいは図４と同一である。図におてい、図３と同一もしくは相当部分は同一符号で示す。図５において、４０は飽和テーブル、４１〜４４は乗算器である。飽和テーブル４０は、応答電流 ids1、iqs1 に基づいて係数 kd, kq を出力する。
【００６１】
(１３)式右辺第１項は、増幅器３３によって計算できる。(１３)式右辺第２項は、減算器２４と増幅器３１と乗算器４１によって計算できる。(１３)式右辺第３項は、増幅器３６と乗算器３８と乗算器４４によって計算できる。(１３)式の右辺第１項と右辺第２項と右辺第３項の合計は減算器２６と加算器２７によって計算できる。従って、減算器２６の出力が(１３)式の計算結果であるから、減算器２６の出力をd軸電圧指令vds*とする。
【００６２】
(１４)式右辺第１項は、増幅器３４と乗算器３９と乗算器４３によって計算できる。(１４)式右辺第２項は、増幅器３５によって計算できる。(１４)式右辺第３項は、減算器２５と増幅器３２と乗算器４２によって計算できる。(１４)式右辺第４項は、増幅器３７によって計算できる。(１４)式右辺第１項と右辺第２項と右辺第３項と右辺第４項の合計は、加算器２８と加算器２９と加算器３０によって計算できる。従って、加算器３０の出力が(１４)式の計算結果であるから、加算器３０の出力をq軸電圧指令vqs*とする。
【００６３】
本実施の形態で示した回転機の制御装置では、応答電流演算器２０の一次遅れフィルタ２２及び２３にそれぞれ１つずつ積分要素を用いるだけであり、安価な計算機でも実現が可能であると同時に、飽和テーブルを用いることにより、インダクタンスの値が変化しても、同期機７の電流 ids、iqs を応答電流 ids1、iqs1 に一致させることが可能になる。
【００６４】
実施の形態４．
上記実施の形態では、回転機として同期機を利用した場合について説明したが、同期機の代わりに誘導機を利用してもよい。図６は本実施の形態における回転機の制御装置の構成を示す図であり、図におてい、上記実施の形態と同一もしくは相当部分は同一符号で示す。７ｃは誘導機、８ｃは速度検出器、２０ｃは応答電流演算器、２１ｃは電圧指令演算器、５０はすべり演算器、５１は加算器、５２は二次磁束位相を出力する積分器である。
【００６５】
まず、本実施の形態による回転機の制御装置の動作原理について説明する。公知の通り、誘導機機７ｃにおいて、二次磁束と同期して回転する回転座標(ｄ−ｑ軸)上での電圧と電流の関係式は(１５)〜(１８)式で示される。
【００６６】
【数８】
0004161064.tif 000009
【００６７】
但し、
vds：誘導機７ｃのｄ軸一次電圧
vqs：誘導機７ｃのｑ軸一次電圧
ids：誘導機７ｃのｄ軸一次電流
iqs：誘導機７ｃのｑ軸一次電流
φdr：誘導機７ｃの二次磁束
M：誘導機７ｃの相互インダクタンス
Ls：誘導機７ｃの一次インダクタンス
Lr：誘導機７ｃの二次インダクタンス
σ：誘導機７ｃの漏れ係数
Rs：誘導機７ｃの一次巻線抵抗
Rr：誘導機７ｃの二次巻線抵抗
wr：誘導機７ｃの回転角速度
w：誘導機７ｃの一次角周波数
【００６８】
ここで、上記実施の形態と同様に応答電流 ids1、iqs1 を定義し、ids1、iqs1と ids、iqs が一致している時の vds、vqs は、上記(１５)〜(１８)式に上記応答電流 ids1、ids2 を代入することにより得られ、その値は(１９)〜(２２)式で与えられる。
【００６９】
【数９】
0004161064.tif 000010
【００７０】
但し、
φdr1：誘導機７ｃの応答二次磁束
従って、回転二軸座標(ｄ−ｑ軸)上の電圧指令 vds*、vqs* の値を(１９)〜(２１)式から導出されるvds、vqsで与え、且つ一次角周波数 w を(２２)式で与えれば、上記応答電流 ids1、iqs1 に、上記 ids、iqs が一致する。
【００７１】
なお、本実施の形態では、上記実施の形態と同様に応答電流 ids1 と iqs1 を、(５)、(６)式で与える。この時、(１９)、(２０)式の左辺は(２３)、(２４)式で与えられる。
【００７２】
【数１０】
0004161064.tif 000011
【００７３】
(２３)、(２４)式を(１９)、(２０)式に代入すると、(２５)、(２６)式を得る。
【００７４】
【数１１】
0004161064.tif 000012
【００７５】
従って、(２５)、(２６)式に基づいて電圧指令 vds*、vqs* を演算すれば、誘導機７ｃの電流 ids、iqs は応答電流 ids1、iqs1 にそれぞれ一致する。
【００７６】
以上、本実施の形態の回転機の制御装置の動作原理について説明した。図６において、応答電流演算器２０ｃは、ids*、iqs* に基づいて(５)、(６)式に従い ids1、iqs1 を演算するとともに、(２１)式から導出できる(２７)式によりφdr1を演算する。
【００７７】
【数１２】
0004161064.tif 000013
【００７８】
すべり演算器５０は、(２２)式の右辺第２項、即ち(２８)式を演算し、すべり角周波数wsを出力する。速度検出器８ｃは誘導機７ｃの回転角速度wrを検出する。加算器５１は上記wrとwsとを加算し、一次角周波数wを出力する。積分器５２は上記wを積分し、二次磁束位相th2を出力する。電圧指令演算器２１ｃは上記電流指令 ids*、iqs*、応答電流 ids1、iqs1、応答二次磁束φdr1、および一次角周波数wに基づいて(２５)、(２６)式に従い電圧指令vds*、vqs*を出力する。
【００７９】
以上の構成により、電流検出器を用いることなく誘導機７ｃの電流を制御することが可能である。
【００８０】
なお、上記実施の形態４では、応答二次磁束φdr1を一次遅れフィルタにより演算する手法について説明したが、ids*を一定にして制御する場合、φdr1はids*に比例させてもよく、上記実施の形態４と同様の効果がある。
【００８１】
また、上記実施の形態３と同様に、上記実施の形態４に加え、上記回転二軸座標(ｄ−ｑ軸)上の応答電流に基づき、上記回転機のインダクタンスの飽和係数を出力する飽和テーブルを備えることにより、磁気飽和によりインダクタンスが変化する誘導機でも、所望の電流に制御することができることは言うまでもない。
【００８２】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、多相巻線を有する同期機の回転位置を検出する位置検出器と、この位置検出器から得られた回転位置を微分し回転角速度を出力する速度検出器と、回転二軸座標上の電流指令に対して任意の時定数を有する応答電流を演算する応答電流演算器と、上記回転角速度、電流指令および応答電流に基づいて回転二軸座標上の電圧指令を演算する電圧指令演算器と、上記回転位置と上記回転二軸座標上の電圧指令とに基づいて多相電圧指令を出力する座標変換器と、上記多相電圧指令に従い上記同期機に電圧を印加する電圧印加手段と、を備えたことを特徴とする回転機の制御装置としたので、推定電流演算器や電流検出器を用いることなく同期機の電流を所望の値に制御することができる効果がある。
【００８３】
また、上記応答電流演算器は、上記回転二軸座標上の電流指令を入力とする一次遅れフィルタの出力を回転二軸座標上の応答電流とすることを特徴としたので、簡単な一次遅れ計算だけで応答電流の演算が可能であり、安価な計算機で実現できる効果がある。
【００８４】
また、上記電圧指令演算器は、上記回転二軸座標上の応答電流に基づき、上記同期機のインダクタンスの飽和係数を出力する飽和テーブルを含むことを特徴としたので、磁気飽和によりインダクタンスが変化する同期機においても、所望の電流に制御することができる効果がある。
【００８５】
また、上記電圧印加手段は、上記回転位置と上記回転二軸座標上の応答電流とに基づいて多相応答電流を出力する第２の座標変換器と、上記多相電圧指令と上記多相応答電流とに基づいてＰＷＭインバータの短絡防止時間の影響を補正し修正多相電圧指令を出力するＴｄ補正器と、上記修正多相電圧指令に従い上記同期機に電圧を印加する上記ＰＷＭインバータと、を含むことを特徴としたので、電流検出器や推定電流演算器を用いることなく、ＰＷＭインバータの短絡防止時間の影響を補正することができる効果がある。
【００８６】
また、多相巻線を有する誘導機の回転角速度を検出する速度検出器と、回転二軸座標上の電流指令に対して任意の時定数を有する応答電流を演算するとともに、該応答電流に基づいて応答二次磁束を計算する応答電流演算器と、上記応答電流と応答二次磁束に基づいて上記誘導機のすべり角周波数を演算するすべり周波数演算器と、上記回転角速度と上記すべり角周波数とを加算し、一次角周波数を出力する加算器と、上記電流指令、応答電流、応答二次磁束および一次角周波数に基づいて回転二軸座標上の電圧指令を演算する電圧指令演算器と、上記一次角周波数を積分し二次磁束位相を出力する積分器と、上記二次磁束位相と上記回転二軸座標上の電圧指令とに基づいて多相電圧指令を出力する座標変換器と、上記多相電圧指令に従い上記誘導機に電圧を印加する電圧印加手段と、を備えたことを特徴とする回転機の制御装置としたので、推定電流演算器や電流検出器を用いることなく誘導機の電流を所望の値に制御することができる効果がある。
【００８７】
また、上記応答電流演算器は、上記回転二軸座標上の電流指令を入力とする一次遅れフィルタの出力を回転二軸座標上の応答電流とすることを特徴としたので、簡単な一次遅れ計算だけで応答電流の演算が可能であり、安価な計算機で実現できる効果がある。
【００８８】
上記電圧指令演算器は、上記回転二軸座標上の応答電流に基づき、上記誘導機のインダクタンスの飽和係数を出力する飽和テーブルを含むことを特徴としたので、磁気飽和によりインダクタンスが変化する誘導機でも、所望の電流に制御することができる効果がある。
【００８９】
また、上記電圧印加手段は、上記二次磁束位相と上記回転二軸座標上の応答電流とに基づいて多相応答電流を出力する第２の座標変換器と、上記多相電圧指令と上記多相応答電流とに基づいてＰＷＭインバータの短絡防止時間の影響を補正し修正多相電圧指令を出力するＴｄ補正器と、上記修正多相電圧指令に従い上記誘導機に電圧を印加するＰＷＭインバータと、を含むことを特徴としたので、電流検出器や推定電流演算器を用いることなく、ＰＷＭインバータの短絡防止時間の影響を補正することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１による回転機の制御装置の構成を示す図である。
【図２】  この発明の実施の形態１による応答電流演算器の構成の一例を示す図である。
【図３】  この発明の実施の形態１による電圧指令演算器の構成の一例を示す図である。
【図４】  この発明の実施の形態２による回転機の制御装置の構成を示す図である。
【図５】  この発明の実施の形態３による電圧指令演算器の構成の一例を示す図である。
【図６】  この発明の実施の形態４による回転機の制御装置の構成を示す図である。
【図７】  従来の回転機の制御装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
２  座標変換器、３ａ  電圧印加手段、６ａ  ＰＷＭインバータ、７  同期機、８  位置検出器、１１  速度検出器、２０  応答電流演算器、２１  電圧指令演算器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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