JP2010268579A - Permanent magnet synchronous electric motor system and magnetic field control method therefor - Google Patents
Permanent magnet synchronous electric motor system and magnetic field control method therefor Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010268579A JP2010268579A JP2009116872A JP2009116872A JP2010268579A JP 2010268579 A JP2010268579 A JP 2010268579A JP 2009116872 A JP2009116872 A JP 2009116872A JP 2009116872 A JP2009116872 A JP 2009116872A JP 2010268579 A JP2010268579 A JP 2010268579A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- permanent magnet
- magnet synchronous
- synchronous motor
- speed
- axis current
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
Description
本発明は、界磁制御によって定出力特性及び逓減出力特性を得る永久磁石同期電動機システム及びその界磁制御方法に関する。 The present invention relates to a permanent magnet synchronous motor system that obtains constant output characteristics and step-down output characteristics by field control and a field control method thereof.
例えば、特許文献1に記載のように、永久磁石同期電動機を、他励直流分巻電動機の界磁制御のように、電圧をほぼ一定にして、界磁弱めによって高速運転を行うには、永久磁石の磁束を弱める電流を固定子側から供給して磁束を弱め、永久磁石同期電動機の速度を大きくする方法が取られている。このために、直流電動機のように、速度増加に反比例して界磁電流を小さく制御すると云う方法は採用できず、速度増加にほぼ比例して大きくなる磁束弱め電流を電源から供給しなければならない。従って、界磁制御範囲が広い場合、例えば、定出力特性の要求に対して固定子電流がかなり大きくなるという問題があった。特に、可変電圧、可変周波数電源の必要電圧が、直流電動機の界磁弱め制御の場合に比べ非常に大きくなるという問題があった。このため、永久磁石同期電動機の広範囲の界磁制御には、標準化された電圧定格のインバータは、その適用が困難となっていた。そこで、インバータ電圧を昇圧する手段や、電動機の逆起電力を小さくするように永久磁石同期電動機の巻線を切替える方法(例えば、特許文献2参照)が提案され、実用に供されている。
For example, as described in
しかしながら、電動機の巻線を切替える方法では、巻線切替回路とその制御装置が必要になるため、永久磁石同期電動機を駆動するインバータと永久磁石同期電動機の間に巻線切替回路とその制御装置を配置するスペースを確保しなければならないという問題が生じる。また、永久磁石同期電動機から巻線切替に必要な本数の動力線が引出されるので、配線数が増加するという問題も生じる。 However, since the method of switching the windings of the motor requires a winding switching circuit and its control device, a winding switching circuit and its control device are provided between the inverter that drives the permanent magnet synchronous motor and the permanent magnet synchronous motor. There arises a problem that a space to be arranged must be secured. In addition, since the number of power lines necessary for switching the winding is drawn from the permanent magnet synchronous motor, there is a problem that the number of wirings increases.
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、簡単な構成で高精度かつ低コストで広範囲の界磁制御が可能な永久磁石同期電動機システム及びその界磁制御方法を提供する。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a permanent magnet synchronous motor system and a field control method thereof capable of performing a wide range of field control with a simple configuration with high accuracy and low cost.
前記目的に沿う本発明に係る永久磁石同期電動機システムは、電圧及び周波数が可変な電源を備え、永久磁石同期電動機の基底速度を超えた高速運転の際に、該永久磁石同期電動機の回転子に装着された永久磁石の磁束を弱める向きに、該永久磁石同期電動機の固定子側からd軸電流を流して界磁弱め制御を行う制御装置を有する永久磁石同期電動機システムにおいて、
前記永久磁石同期電動機の永久磁石の磁束は、前記基底速度に対応する定格磁束より小さい値に設計され、
前記制御装置は、前記基底速度以下の低速度領域で、前記d軸電流と直交するq軸電流の値を前記定格磁束に対応する定格q軸電流の値より大きくして、該永久磁石同期電動機に要求されるトルク特性を発生させる第1の速度制御系と、前記基底速度を超える高速度領域で、前記d軸電流及び前記q軸電流の値をそれぞれ調整して前記永久磁石同期電動機に要求される出力特性を発生させる第2の速度制御系とを有している。
A permanent magnet synchronous motor system according to the present invention that meets the above-mentioned object is provided with a power source having a variable voltage and frequency, and the rotor of the permanent magnet synchronous motor is used during high-speed operation exceeding the base speed of the permanent magnet synchronous motor. In a permanent magnet synchronous motor system having a control device that controls field weakening by flowing a d-axis current from the stator side of the permanent magnet synchronous motor in a direction to weaken the magnetic flux of the installed permanent magnet,
The magnetic flux of the permanent magnet synchronous motor is designed to be smaller than the rated magnetic flux corresponding to the base speed,
The control device increases the value of the q-axis current orthogonal to the d-axis current in a low speed region equal to or lower than the base speed to be larger than the value of the rated q-axis current corresponding to the rated magnetic flux. The permanent magnet synchronous motor is requested by adjusting the values of the d-axis current and the q-axis current in a first speed control system that generates torque characteristics required for the motor and a high speed region exceeding the base speed. And a second speed control system for generating the output characteristics to be generated.
本発明に係る永久磁石同期電動機システムにおいて、前記第1の速度制御系は、前記永久磁石同期電動機の固定子相電流が該永久磁石同期電動機の発生トルクに対して最小となるときの特性負荷角を演算し、該永久磁石同期電動機の負荷角を該特性負荷角に一致させることが好ましい。 In the permanent magnet synchronous motor system according to the present invention, the first speed control system has a characteristic load angle when a stator phase current of the permanent magnet synchronous motor becomes a minimum with respect to a torque generated by the permanent magnet synchronous motor. And the load angle of the permanent magnet synchronous motor is preferably matched with the characteristic load angle.
本発明に係る永久磁石同期電動機システムにおいて、前記第2の速度制御系は、前記永久磁石同期電動機の速度が予め設定された臨界速度以下の速度領域では、前記d軸電流を0又は前記永久磁石同期電動機の固定子相電流が該永久磁石同期電動機の発生トルクに対して最小となる特性負荷角に相当する値に保持して、前記q軸電流の値及び固定子相電圧を調整し、前記臨界速度を超える速度領域では、前記d軸電流の値を調整して界磁制御を行いながら前記q軸電流の値を調整することが好ましい。 In the permanent magnet synchronous motor system according to the present invention, the second speed control system may reduce the d-axis current to 0 or the permanent magnet in a speed region where the speed of the permanent magnet synchronous motor is equal to or lower than a preset critical speed. Holding the stator phase current of the synchronous motor at a value corresponding to the characteristic load angle that minimizes the torque generated by the permanent magnet synchronous motor, adjusting the q-axis current value and the stator phase voltage, In the speed region exceeding the critical speed, it is preferable to adjust the value of the q-axis current while adjusting the value of the d-axis current and performing field control.
前記目的に沿う本発明に係る永久磁石同期電動機システムの界磁制御方法は、電圧及び周波数が可変な電源を用いて、永久磁石同期電動機の基底速度を超えた高速運転の際に、該永久磁石同期電動機の回転子に装着された永久磁石の磁束を弱める向きに、該永久磁石同期電動機の固定子側からd軸電流を流して界磁弱め制御を行う永久磁石同期電動機システムの界磁制御方法において、
前記永久磁石同期電動機の永久磁石の磁束を、前記基底速度に対応する定格磁束より小さい値に設計し、
前記基底速度以下の低速度領域では、前記d軸電流と直交するq軸電流の値を前記定格磁束に対応する定格q軸電流の値より大きくして、該永久磁石同期電動機に要求されるトルク特性を発生させ、前記基底速度を超える高速度領域では、前記d軸電流及び前記q軸電流の値をそれぞれ調整して前記永久磁石同期電動機に要求される出力特性を発生させる。
A field control method for a permanent magnet synchronous motor system according to the present invention that meets the above-described object is provided by using a power source having a variable voltage and frequency at the time of high-speed operation exceeding the base speed of the permanent magnet synchronous motor. In a field control method of a permanent magnet synchronous motor system for performing field weakening control by flowing a d-axis current from the stator side of the permanent magnet synchronous motor in a direction to weaken the magnetic flux of the permanent magnet mounted on the rotor of the permanent magnet,
The permanent magnet synchronous motor magnetic flux of the permanent magnet is designed to be smaller than the rated magnetic flux corresponding to the base speed,
In the low speed region below the base speed, the torque required for the permanent magnet synchronous motor is set by making the q-axis current value orthogonal to the d-axis current larger than the rated q-axis current value corresponding to the rated magnetic flux. In the high speed region exceeding the base speed, the values of the d-axis current and the q-axis current are adjusted to generate the output characteristics required for the permanent magnet synchronous motor.
本発明に係る永久磁石同期電動機システムの界磁制御方法において、前記低速度領域では、前記永久磁石同期電動機の固定子相電流が該永久磁石同期電動機の発生トルクに対して最小となるときの特性負荷角を演算し、該永久磁石同期電動機の負荷角を該特性負荷角に一致させることが好ましい。 In the field control method for a permanent magnet synchronous motor system according to the present invention, the characteristic load angle when the stator phase current of the permanent magnet synchronous motor is minimum with respect to the torque generated by the permanent magnet synchronous motor in the low speed region. And the load angle of the permanent magnet synchronous motor is preferably matched with the characteristic load angle.
本発明に係る永久磁石同期電動機システムの界磁制御方法において、前記高速度領域では、前記永久磁石同期電動機の速度が予め設定された臨界速度以下の場合、前記d軸電流を0又は前記永久磁石同期電動機の固定子相電流が該永久磁石同期電動機の発生トルクに対して最小となる特性負荷角に相当する値に保持しながら前記q軸電流の値及び固定子相電圧を調整し、前記臨界速度を超える場合、前記d軸電流の値を調整して界磁制御を行いながら前記q軸電流の値を調整することが好ましい。 In the field control method for a permanent magnet synchronous motor system according to the present invention, in the high speed region, when the speed of the permanent magnet synchronous motor is equal to or lower than a preset critical speed, the d-axis current is set to 0 or the permanent magnet synchronous motor. The q-axis current value and the stator phase voltage are adjusted while maintaining the stator phase current at a value corresponding to the characteristic load angle at which the stator phase current is minimum with respect to the torque generated by the permanent magnet synchronous motor. When exceeding, it is preferable to adjust the value of the q-axis current while adjusting the value of the d-axis current and performing field control.
本発明に係る永久磁石同期電動機システム及びその界磁制御方法においては、永久磁石同期電動機の永久磁石の磁束を基底速度に対応する定格磁束より小さい値に設計しているので、電圧及び周波数が可変な電源を用いて永久磁石同期電動機の基底速度を超えた高速運転で界磁制御を行う際の最大電圧を低下させることが可能となり、例えば、電圧及び周波数が可変な電源の電圧を昇圧する昇圧装置又は電動機の巻線を切替える巻線切替回路及びその制御装置を付加する必要がなくなり、永久磁石同期電動機システムの構成が簡単になり、信頼性向上及びコスト低減が可能になる。
また、永久磁石同期電動機の永久磁石の磁束を定格磁束より小さい値に設計することで、例えば、高価な磁性材料であるレアメタルの使用を低減することができ、永久磁石同期電動機のコストを低減することができると共に、最近の脱レアメタルの要求にも合致できる。
In the permanent magnet synchronous motor system and its field control method according to the present invention, the magnetic flux of the permanent magnet of the permanent magnet synchronous motor is designed to be smaller than the rated magnetic flux corresponding to the base speed. It is possible to reduce the maximum voltage when performing field control at high speed operation exceeding the base speed of the permanent magnet synchronous motor using, for example, a booster or a motor for boosting the voltage of a power source whose voltage and frequency are variable There is no need to add a winding switching circuit for switching windings and a control device therefor, the configuration of the permanent magnet synchronous motor system is simplified, and reliability can be improved and costs can be reduced.
Further, by designing the permanent magnet magnetic flux of the permanent magnet synchronous motor to a value smaller than the rated magnetic flux, for example, the use of rare metal, which is an expensive magnetic material, can be reduced, and the cost of the permanent magnet synchronous motor can be reduced. It can meet the recent requirements for derare metal.
本発明に係る永久磁石同期電動機システム及びその界磁制御方法において、永久磁石同期電動機の固定子相電流が永久磁石同期電動機の発生トルクに対して最小となるときの特性負荷角を求め、永久磁石同期電動機の負荷角を特性負荷角に一致させる場合、磁石磁束を定格値より小さく設計したことに起因する固定子相電流の増加を抑制することができる。 In the permanent magnet synchronous motor system and the field control method thereof according to the present invention, the characteristic load angle when the stator phase current of the permanent magnet synchronous motor becomes the minimum with respect to the torque generated by the permanent magnet synchronous motor is obtained, and the permanent magnet synchronous motor When the load angle is matched with the characteristic load angle, it is possible to suppress an increase in stator phase current caused by designing the magnet magnetic flux to be smaller than the rated value.
本発明に係る永久磁石同期電動機システム及びその界磁制御方法において、永久磁石同期電動機の高速速度領域に臨界速度を予め設定し、臨界速度以下の速度領域では、d軸電流を0又は永久磁石同期電動機の固定子相電流が永久磁石同期電動機の発生トルクに対して最小となる特性負荷角に相当する値に保持して、q軸電流の値及び固定子相電圧を調整し、臨界速度を超える速度領域では、d軸電流の値を調整して界磁制御を行いながらq軸電流の値を調整する場合、磁石磁束を定格値より小さく設計したことに起因する固定子相電流の増加を抑制することができる。その結果、永久磁石同期電動機の基底速度を超えた高速運転での効率を向上できる。 In the permanent magnet synchronous motor system and the field control method thereof according to the present invention, a critical speed is preset in the high speed region of the permanent magnet synchronous motor, and the d-axis current is set to 0 or zero in the permanent magnet synchronous motor. Maintaining the stator phase current at a value corresponding to the characteristic load angle that minimizes the torque generated by the permanent magnet synchronous motor, adjusting the q-axis current value and stator phase voltage, and exceeding the critical speed range Then, when adjusting the value of the q-axis current while adjusting the value of the d-axis current and performing the field control, it is possible to suppress an increase in the stator phase current caused by designing the magnetic flux to be smaller than the rated value. . As a result, the efficiency at high speed operation exceeding the base speed of the permanent magnet synchronous motor can be improved.
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図1に示すように、本発明の一実施の形態に係る永久磁石同期電動機システム10は、永久磁石同期電動機11と、ベクトル制御による永久磁石同期電動機11の界磁制御を行う制御装置12を有している。ここで、永久磁石同期電動機11の永久磁石の磁束は、定格磁束より小さい値、例えば75%に設計されている。ここで、永久磁石の磁束設計の推奨値は、定格磁束の50%以上75%以下である。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings for understanding of the present invention.
As shown in FIG. 1, a permanent magnet
そして、制御装置12は、永久磁石同期電動機11の速度(回転速度)が基底速度(定格回転速度)以下の低速度領域にある場合において、永久磁石同期電動機11で要求されるトルク特性が得られるように、d軸電流と直交するq軸電流の値を定格磁束に対応する定格q軸電流の値より大きくする運転制御を行う第1の速度制御系13と、永久磁石同期電動機11の回転速度が基底速度を超える高速度領域にある場合において、永久磁石同期電動機11で要求される出力特性、例えば定出力特性が得られるように、d軸電流及びq軸電流の値をそれぞれ調整する運転制御を行う第2の速度制御系14とを有している。以下詳細に説明する。
Then, the
第1、第2の速度制御系13、14は、永久磁石同期電動機11を運転する電圧及び周波数が可変な電源の一例であるPWMインバータ15と、運転中の永久磁石同期電動機11の負荷を検出する負荷検出器の一例である第1の絶対値エンコーダ16と、運転中の永久磁石同期電動機11の磁極位置(回転角度)θrを検出する磁極位置検出器の一例である第2の絶対値エンコーダ16aと、第2の絶対値エンコーダ16aの出力から永久磁石同期電動機11の回転速度ωrnを演算する速度検出器17と、永久磁石同期電動機システム10の図示しない運転操作盤から出力される速度指令ωrn *と速度検出器17から出力される回転速度ωrnを比較し、その偏差をPI増幅して原トルク指令Tecを生成する速度制御用のPI制御器18を有している。
The first and second
第1の速度制御系13は、PI制御器18から出力された原トルク指令Tecからトルク指令Ten *を生成するリミッタ19と、リミッタ19から出力されるトルク指令Ten *に基づいて原相電流指令isnv *及び原負荷角指令δv *をそれぞれ生成する関数発生器20、21とを有している。ここで、リミッタ19は、原トルク指令Tec(トルク要求)に対するトルク指令Ten *を許容値に制限するもので、例えば、トルク指令Ten *は−2.0p.u.〜+2.0p.u.の範囲にリミットされる。
The first
ここで、関数発生器20、21では、永久磁石同期電動機11の固定子相電流が永久磁石同期電動機11の発生トルクに対して最小となるときの(発生トルク/固定子相電流の比が最大になるときの)の特性負荷角を演算し、永久磁石同期電動機11の負荷角が特性負荷角に一致するように、トルク指令Ten *から原相電流指令isnv *及び原負荷角指令δv *を決定している。これによって、固定子相電流の増加を抑制しながら、永久磁石同期電動機11の永久磁石の磁束を定格磁束より小さい値に設計したことによるトルク低下を補うことができる。
Here, in the
第2の速度制御系14は、電圧及び界磁制御範囲にて、PI制御器18の出力である原トルク指令Tecと、速度検出器17の出力である回転速度ωrnに基づいて、永久磁石同期電動機11が要求される定出力特性となるように速度上昇に比例してq軸電流成分を低下せしめるように原q軸電流指令iqsn *を演算するq軸電流成分演算器22と、速度検出器17の出力である回転速度ωrnに基づいて、永久磁石同期電動機11の永久磁石の磁束を界磁制御中に弱めるd軸電流成分を決める指令信号を生成する原d軸電流指令idsn *を演算するd軸電流成分演算器23と、原q軸電流指令iqsn *及び原d軸電流指令idsn *からベクトル演算により原相電流指令isnF *及び原負荷角指令δF *をそれぞれ生成する電圧及び界磁制御相電流演算器24とを有している。これによって、永久磁石同期電動機11の速度が、予め設定された速度、例えば基底速度の150%に相当する臨界速度以下の速度領域では、例えば、d軸電流を永久磁石同期電動機11の固定子相電流が永久磁石同期電動機11の発生トルクに対して最小となる特性負荷角に相当する値に保持して、q軸電流の値及び固定子相電圧を調整することができ、臨界速度を超える速度領域では、d軸電流の値を調整して界磁制御を行いながらq軸電流の値を調整することができる。
The second
また、第1、第2の速度制御系13、14は、永久磁石同期電動機11の回転速度が基底速度以下では関数発生器20からの出力である原相電流指令isnv *を相電流指令isn *とし、永久磁石同期電動機11の回転速度が基底速度を超える場合に電圧及び界磁制御相電流演算器24からの出力である原相電流指令isnF *を相電流指令isn *とする相電流指令選定器25と、永久磁石同期電動機11の回転速度が基底速度以下では関数発生器21からの出力である原負荷角指令δv *を負荷角指令δ*とし、永久磁石同期電動機11の回転速度が基底速度を超える場合に電圧及び界磁制御相電流演算器24からの出力である原負荷角指令δF *を負荷角指令δ*とする負荷角指令選定器26とを有している。
The first, second
更に、第1、第2の速度制御系13、14は、負荷角指令選定器26から出力される負荷角指令δ*と第2の絶対値エンコーダ16aの出力である永久磁石同期電動機11の回転角度θrとの和として求まる位相角指令θs *及び相電流指令選定器25から出力される相電流指令isn *を、三相a、b、c座標の固定子相電流指令ias *、ibs *、ics *に変換してPWMインバータ15に入力する電流指令器27を有している。
Further, the first and second
ここで、PWMインバータ15から永久磁石同期電動機11に入力される固定子相電流ias、ibs、icsの中で、例えば、固定子相電流ics及びibsは電流センサ28、29でそれぞれ検出され、PWMインバータ15に入力される。一方、固定子相電流iasは、ics、ibsから公知のベクトル演算によって求める。そして、PWMインバータ15は、得られた固定子相電流ias、ibs、icsと電流指令器27から入力された固定子相電流指令ias *、ibs *、ics *を比較して、その偏差がゼロになるように電流制御を行う。
Here, among the stator phase currents i as , i bs , and i cs input from the
続いて、本発明の一実施の形態に係る永久磁石同期電動機システム10の界磁制御方法について説明する。
永久磁石同期電動機システム10の界磁制御方法は、電圧及び周波数が可変な電源の一例であるPWMインバータ15を用いて、永久磁石同期電動機11の基底速度を超えた高速運転の際に、永久磁石同期電動機11の回転子に装着された永久磁石の磁束を弱める向きに、永久磁石同期電動機11の固定子側からd軸電流を流して界磁弱め制御を行うもので、永久磁石同期電動機11の永久磁石の磁束を、基底速度に対応する定格磁束より小さい値に設計し、基底速度以下の低速度領域では、d軸電流と直交するq軸電流の値を定格磁束に対応する定格q軸電流の値より大きくして、永久磁石同期電動機11に要求されるトルク特性を発生させ、基底速度を超える高速度領域では、d軸電流及びq軸電流の値をそれぞれ調整して永久磁石同期電動機11に要求される出力特性を発生させている。以下、詳細に説明する。
Then, the field control method of the permanent magnet
The field control method of the permanent magnet
低速度領域では、永久磁石同期電動機11に要求トルクを発生させるためにq軸電流の値を大きくしなければならないが、このとき、PWMインバータ15の負荷を小さくするために、固定子相電流の増加を抑制する必要がある。ここで、永久磁石同期電動機11の固定子相電流は、d軸電流とq軸電流のベクトル和となるので、永久磁石同期電動機11の固定子相電流が永久磁石同期電動機11の発生トルクに対して最小となるとき、すなわち、発生トルク/固定子相電流の比が最大になるときの特性負荷角を求め、永久磁石同期電動機11の負荷角が特性負荷角に一致するようにd軸電流及びq軸電流を制御(永久磁石同期電動機11のベクトル制御)する。
In the low speed region, the value of the q-axis current must be increased in order to cause the permanent
いま、永久磁石同期電動機11の三相a、b、c座標の固定子相電流をias、ibs、icsとする。各固定子相電流は、
ias=issin(ωrt+δ) ・・・・・(1)
ibs=issin(ωrt+δ−2π/3) ・・・・・(2)
ics=issin(ωrt+δ+2π/3) ・・・・・(3)
で与えられる。ここで、isは固定子相電流の振幅値(A)、ωrは回転子速度(rad/sec)、δは負荷角(トルク角)で回転子磁界と固定子電流の各位相(rad)、tは時間(sec)である。
Now, let the stator phase currents of the three-phase a, b, and c coordinates of the permanent
i as = is s sin (ω r t + δ) (1)
i bs = i s sin (ω r t + δ−2π / 3) (2)
i cs = i s sin (ω r t + δ + 2π / 3) (3)
Given in. Here, i s is the amplitude value of the stator phase current (A), omega r is the rotor speed (rad / sec), [delta] is the load angle (torque angle) rotor field and the phase of the stator current (rad ) And t are time (sec).
固定子相電流をias、ibs、icsの回転子基準座標d、q座標に於けるd軸電流ids、q軸電流iqsは、(4)式で与えられる。 The d-axis current i ds and the q-axis current i qs at the rotor reference coordinates d and q coordinates of the stator phase currents i as , i bs , and i cs are given by equation (4).
(4)式に(1)、(2)、(3)式を代入することにより、(5)式が得られる。 By substituting the equations (1), (2), and (3) into the equation (4), the equation (5) is obtained.
他方、回転子基準座標d、q軸で表した永久磁石同期電動機11の電圧Vds(V)、Vqs(V)は、(6)式によって与えられる。
On the other hand, the voltages V ds (V) and V qs (V) of the permanent
また、トルクTe(N−m)は(7)式によって与えられる。
Te=(3/2)・(P/2)・〔λafiqs+(Ld−Lq)iqsids〕 ・・・・・(7)
なお、RSは、q軸、d軸の固定子巻線抵抗(Ω)、Lq、Ldは、q軸、d軸インダクタンス(H)、λafは回転子磁束鎖交(Wb−turn)、pは微分演算子=d/dt、Pは極数である。
The torque Te (N−m) is given by the equation (7).
Te = (3/2) · (P / 2) · [λ af i qs + (L d −L q ) i qs ids ] (7)
Note that RS is q-axis and d-axis stator winding resistance (Ω), L q and L d are q-axis and d-axis inductance (H), and λaf is rotor flux linkage (Wb-turn). ), P is the differential operator = d / dt, and P is the number of poles.
ここで、発明の記述を簡明にするために、電圧、電流、速度、トルク、固定子巻線抵抗、d軸インダクタンス、及びq軸インダクタンスを単位法(p.u.法)で表す。
いま、ベース電圧をVB(V)、ベース電流をIB(A)、ベース速度(基底速度)をωB(rad/sec)、ベース回転子磁束鎖交をλafB(Wb−turn)とすると、ベース抵抗RBはVB/IB(Ω)、ベースインダクタンスLBはVB/(ωB・IB)(H)となり、単位法で表した固定子巻線抵抗RSnはRS/RB(p.u.)、単位法で表したd軸インダクタンスLdn及びq軸インダクタンスLdnはそれぞれLd/LB(p.u.)、Lq/LB(p.u.)と決定できる。また、単位法で表したq軸電圧Vqsn及びd軸電圧VdsnはそれぞれVqs/VB(p.u.)、Vds/VB(p.u.)となり、単位法で表した回転子速度ωrnはωr/ωB(p.u.)、単位法で表した回転子磁束鎖交λafnはλaf/λafBとなる。
Here, in order to simplify the description of the invention, voltage, current, speed, torque, stator winding resistance, d-axis inductance, and q-axis inductance are expressed by a unit method (pu method).
Now, the base voltage is V B (V), the base current is I B (A), the base speed (base speed) is ω B (rad / sec), and the base rotor flux linkage is λ afB (Wb-turn). Then, the base resistance R B becomes V B / I B (Ω), the base inductance L B becomes V B / (ω B · I B ) (H), and the stator winding resistance R Sn expressed by the unit method is R S / R B (p.u.), respectively d-axis inductance L dn and the q-axis inductance L dn expressed in unit normal L d / L B (p.u. ), L q / L B (p.u .). Further, the q-axis voltage V qsn and the d-axis voltage V dsn expressed by the unit method are V qs / V B (pu) and V ds / V B (pu), respectively, and are expressed by the unit method. The rotor speed ω rn is ω r / ω B (pu), and the rotor flux linkage λ afn expressed in the unit method is λ af / λ afB .
ここで、ベーストルクTB(N−m)を、TB(N−m)=(3/2)・(P/2)・λafB・IBと定義する。そうすると、トルクのp.u.値はTen=Te/TBで表される。その結果、(6)式は(8)式のように単位法で表すことができる。 Here, the base torque T B (N-m), is defined as T B (N-m) = (3/2) · (P / 2) · λ afB · I B. Then, the torque p. u. The value is expressed as T en = T e / T B. As a result, equation (6) can be expressed by the unit method as equation (8).
また、(7)式は(9)式のように単位法で表すことができる。
Ten=isn〔λafnsinδ+(1/2)(Ldn−Lqn)isnsin2δ〕 ・・・(9)
Moreover, (7) Formula can be represented by a unit method like (9) Formula.
T en = i sn [λ afn sin δ + (1/2) (L dn −L qn ) i sn sin 2δ] (9)
本実施の形態の永久磁石同期電動機システム10の界磁制御方法では、単位法で表した回転子磁束鎖交λafnを1.0p.u.より小さく、例えば、0.75p.u.に設計するので、1.0p.u.トルクを発生する固定子相電流isnが1.0p.u.より大きくなる。このため、固定子相電流isnが1.0p.u.より大きくなるのを抑制するため、Ten/isnの比が最大になる負荷角δを演算し、この負荷角δを指令値として永久磁石同期電動機11の負荷角がこの値δに一致するように、固定子相電流isnの位相角を制御する。この場合、固定子相電流isnと負荷角δ(rad)の関係は、(9)式を、Ten/isnの形にして、d(Ten/isn)/dδ=0として求めることができる。その結果は、(10)式のようになる。ここで、a1=Ldn−Lqn である。
δ=cos−1〔(−(λafn/4a1isn)−((λafn/4a1isn)2
+(1/2))1/2) ・・・(10)
従って、Ten/isnを最大にする負荷角δは、Ldn、Lqn、λafnが既知であれば、isnに対して決定できることになる。
In the field control method of the permanent magnet
δ = cos −1 [(− (λ afn / 4a 1 i sn ) − ((λ afn / 4a 1 i sn ) 2
+ (1/2)) 1/2 ) (10)
Therefore, the load angle δ that maximizes T en / i sn can be determined for i sn if L dn , L qn , and λ afn are known.
図2に、Ldn=0.4347p.u.、Lqn=0.6988p.u.、λafn=1.0と0.75p.u.として、固定子相電流isnに対する負荷角δを(10)式から、トルクTenを(9)式からそれぞれ計算した結果を示す。図2に示すように、λafnが0.75p.u.の場合、1.0p.u.のトルクを発生するには、約1.3p.u.の固定子相電流、2.0p.u.トルクを発生するには、約2.3p.u.の固定子相電流を要することが判る。λafnを1.0p.u.に設計し、Ten/isnを最大にする制御を採用した比較例に比べ、確かに性能が低下している。 In FIG. 2, L dn = 0.4347 p. u. , L qn = 0.6988 p. u. , Λ afn = 1.0 and 0.75 p. u. As the load angle δ with respect to the stator phase current i sn from equation (10) shows a result of calculation, respectively torque T en from (9). As shown in FIG. 2, λ afn is 0.75 p. u. In the case of 1.0 p. u. Of about 1.3 p. u. Stator phase current of 2.0 p. u. To generate torque, approximately 2.3 p. u. It can be seen that the stator phase current is required. 1.0p the λ afn. u. Compared with the comparative example which designed and adopted control which maximizes T en / i sn , the performance is certainly lowered.
しかしながら、通常採用されている負荷角が90°(π/2rad)一定制御に比べた場合、Ten/isnを最大にする制御を採用することによって、性能が改善されていることが説明できる。すなわち、負荷角=π/2(rad)一定の従来方法では、1.0p.u.のトルクに対して、1.0p.u.の固定子電流、2.0p.u.のトルクに対して2.0p.u.の固定子電流となるが、永久磁石の磁束を0.75p.u.と小さく設計したにもかかわらず、本発明の方法では、2.0p.u.トルクでは必要な固定子相電流は、2.67p.u.ではなくて、約2.3p.u.となって固定子相電流が小さくなっている。もし、a1=Ldn−Lqn =−0.2641p.u.ではなくて、−0.3169p.u.であれば、2.0p.u.トルクに必要な固定子電流は、約2.2p.u.とすることができる。 However, it can be explained that the performance is improved by adopting the control that maximizes T en / i sn when the load angle is usually 90 ° (π / 2 rad) constant control. . That is, in the conventional method in which the load angle = π / 2 (rad) is constant, 1.0 p. u. 1.0 p. u. Stator current of 2.0 p. u. 2.0 p. u. The permanent magnet magnetic flux is 0.75 p. u. In spite of the small design, 2.0 p. u. The required stator phase current for torque is 2.67 p. u. Rather, about 2.3 p. u. And the stator phase current is small. If a 1 = L dn −L qn = −0.2641 p. u. Not -0.3169 p. u. Then 2.0 p. u. The stator current required for torque is about 2.2 p. u. It can be.
なお、図2に示す特性から、トルクTenに対する固定子相電流isnと負荷角δを求めることができるので、(10)式の関数を関数発生器20に設定すると、トルク指令Ten *に基づいて原相電流指令isnv *を生成することができ、(9)式の関数を関数発生器21に設定すると、トルク指令Ten *に基づいて原負荷角指令δv *を生成することができる。
Note that the characteristics shown in FIG. 2, it is possible to determine the load angle δ stator phase currents i sn for the torque T en, set to function
図3に、Ldn=0.4347p.u.、Lqn=0.6988p.u.、λafn=0.75p.u.として、固定子相電流isnが2.3p.u.及び1.3p.u.の場合における(10)式で表される負荷角δと(9)式で表されるトルクTenの関係を示す。また、図3には、負荷角90°一定の従来方法における固定子相電流isnが2.0p.u.及び1.0p.u.の場合におけるトルクと負荷角の関係も併せて示している。図3は、2.0p.u.トルクを発生させるためには、負荷角90°一定の従来方法に比べて、固定子相電流isnを2.3p.u.に増加し、負荷角を90°のB点からB’点の角度まで大きくすることで、トルクはA点をA‘点に移動し、同一トルクが発生可能であることを示している。 In FIG. 3, L dn = 0.4347 p. u. , L qn = 0.6988 p. u. , Λ afn = 0.75 p. u. The stator phase current i sn is 2.3 p. u. And 1.3 p. u. It shows the (10) the relationship of the torque T en represented by load angle δ and (9) of the formula in the case of. FIG. 3 shows that the stator phase current i sn in the conventional method with a constant load angle of 90 ° is 2.0 p. u. And 1.0 p. u. The relationship between torque and load angle in the case of is also shown. FIG. 3 shows 2.0 p. u. In order to generate the torque, the stator phase current i sn is set to 2.3 p. u. By increasing the load angle from 90 ° B point to B ′ point, the torque moves from point A to point A ′, indicating that the same torque can be generated.
一方、高速度領域では、永久磁石同期電動機11の速度が、予め設定された速度、例えば基底速度の150%に相当する臨界速度以下の速度領域では、d軸電流を永久磁石同期電動機11の固定子相電流が永久磁石同期電動機11の発生トルクに対して最小となる特性負荷角に相当する値に保持しながらq軸電流の値及び固定子相電圧を調整し、臨界速度を超えた速度領域では、d軸電流の値を調整して界磁制御を行いながらq軸電流の値を調整している。ここで、界磁制御の方法としては、永久磁石の磁束弱め電流成分であるd軸電流を永久磁石同期電動機11の速度だけの関数として与える直接界磁弱め制御方式と、永久磁石同期電動機11の速度及びトルクの関数として磁束弱め電流成分を与える間接界磁弱め制御方式の二つがある。ここでは、最も簡単な直接界磁弱め制御方式の場合について説明する。
On the other hand, in the high speed region, the d-axis current is fixed to the permanent
ある速度で運転中の永久磁石同期電動機11の電圧は、(8)式でp=0とおいて(11)、(12)式のようになる。
Vqsn=Rsniqsn+ωrn(Ldnidsn+λafn) ・・・(11)
Vdsn=−ωrnLqniqsn+Rsnidsn ・・・(12)
ここで、iqsn=0の場合の相電圧Vsnは、(13)式で求まる。
Vsn 2=Vqsn 2+Vdsn 2
=ωrn 2(Ldnidsn+λafn)2+Rsn 2idsn 2 ・・・(13)
The voltage of the permanent
V qsn = R sn i qsn + ω rn (L dn i dsn + λ afn ) (11)
V dsn = −ω rn L qn i qsn + R sn i dsn (12)
Here, the phase voltage V sn in the case of i qsn = 0 is obtained by the equation (13).
V sn 2 = V qsn 2 + V dsn 2
= Ω rn 2 (L dn i dsn + λ afn ) 2 + R sn 2 i dsn 2 (13)
(13)式から、界磁弱め制御で達成可能な最大速度ωrn(max)が(14)式として求まり、最大許容界磁弱めd軸電流成分idsnが(15)式として求まる。
ωrn(max)=(Vsn 2−Rsn 2idsn 2)1/2/(λafn+Ldnidsn)・・・(14)
idsn<−λafn/Ldn ・・・(15)
すなわち、直接界磁制御では、(15)式の制限を満足し、永久磁石同期電動機11の速度の関数としてidsnの指令値を発生せしめることになる。従って、図1のd軸電流成分演算器23では、(14)、(15)式に基づいてidsnの指令値を演算して出力する。
From the equation (13), the maximum speed ω rn (max) achievable by the field weakening control is obtained as the equation (14), and the maximum allowable field weakening d-axis current component i dsn is obtained as the equation (15).
ω rn (max) = (V sn 2 −R sn 2 i dsn 2 ) 1/2 / (λ afn + L dn i dsn ) (14)
i dsn <−λ afn / L dn (15)
That is, in the direct field control, the limit of the equation (15) is satisfied, and the command value of i dsn is generated as a function of the speed of the permanent
図4は、永久磁石同期電動機11の速度の関数として求めた、永久磁石の磁束を弱めるd軸電流指令idsn *の特性の例を示している。この場合、臨界速度(基底速度より1.5倍の速度)までは、トルク/電流比を最大にする負荷角となるd軸電流成分idsnを、例えばidsn=−0.4p.u.に設定する。図4に示すように、速度に対するd軸電流指令idsn *が決定されると、定出力特性を得るためのトルクからq軸電流指令iqsn *が計算できる。これは、iqsnb×(1/ωrn)を最初の近似値iqsn1として採用し、idsn *とのベクトル和でisn1を求め(9)式でトルクTenを計算する。
FIG. 4 shows an example of the characteristic of the d-axis current command i dsn * that weakens the magnetic flux of the permanent magnet, which is obtained as a function of the speed of the permanent
ここに、iqsnb1は、臨界速度のq軸電流である。この値と定出力特性のトルクを比較し、その差が小さくなるように収束計算を行ってisnnnを求め、求まったisnnnを、iqsn *として決定する。図4のiqsn *は、永久磁石の磁束が定格の75%に設計した場合の100%出力に対するiqsn *を以上に述べた手順で計算したものである。図4では、基底速度で定格トルクを発生するために、基底速度以下で電流が100%以上の値となっている。 Here, i qsnb1 is a critical axis q-axis current. This value is compared with the torque of the constant output characteristic, and convergence calculation is performed so that the difference is reduced to obtain i snnn , and the obtained i snnn is determined as i qsn * . I qsn * in FIG. 4 is calculated by the procedure described above for i qsn * for 100% output when the magnetic flux of the permanent magnet is designed to be 75% of the rating. In FIG. 4, in order to generate the rated torque at the base speed, the current is 100% or more below the base speed.
iqsn *の演算は、図1のq軸電流成分演算器22によって行われる。この関係を、運転速度をパラメータとして、トルクとq軸電流特性として求めたものが図5である。図5から、界磁電流が大きくなる高速運転では、同一トルク要求に対して、q軸電流指令iqsn *が若干小さくなっている。なお、q軸電流成分演算器22では、図5に示す特性の中で、例えばωrnを4.0p.u.に固定して、図4のiqsn *の近似値を発生するようにしてもよい。また、図5の特性から決まる正確なiqsn *をq軸電流成分演算器22で発生することもできる。
The calculation of i qsn * is performed by the q-axis
このようにして、界磁制御においては、永久磁石の磁束の弱めに対応して小さくなる永久磁石同期電動機11のトルクを界磁電流指令から計算し、速度制御器の制御偏差をPI増幅したトルク要求トルクTecに一致するq軸電流指令iqsn *を演算して設定している。ここで、idsn *とiqsn *が求まると、電圧及び界磁制御相電流演算器24によって、原相電流指令isnF *と原負荷角指令δF *が次式で計算される。
isnF *=(idsn *2+iqsn *2)1/2 ・・・(16)
δF *=tan−1(iqsn */idsn *) ・・・(17)
In this way, in the field control, the torque of the permanent
i snF * = (i dsn * 2 + i qsn * 2 ) 1/2 (16)
δ F * = tan −1 (i qsn * / i dsn * ) (17)
電圧及び界磁制御相電流演算器24の出力であるisnF *とδF *は、電流指令器27に与えられ、基底速度を超える高速度領域での電圧及び界磁制御のベクトル制御を遂行する。但し、求めた原相電流指令isnF *がPWMインバータ15の最大許容電流を超える場合には、isnF *を許容電流に制限する。ここで、この機能は、電圧及び界磁制御相電流演算器24に設けられている。なお、図4のidsn *の最大値、すなわち、(15)式が与える界磁制御最大電流は、idsn<−0.75/0.4.347=−1.725p.u.を満足している。
The outputs of the voltage and field control phase
図6は、変形例に係る永久磁石同期電動機システム10の界磁制御方法であって、1:6と云う広範囲の界磁制御の要求に対して、永久磁石の磁束を定格磁束の75%、電圧制御範囲1:1.5、界磁制御範囲1:4として設計した場合で、Ldn=0.4p.u.、Lqn=0.616p.u.、Rsn=0.042p.u.であるときの、電圧、トルク、相電流と速度の関係を示したものである。
FIG. 6 shows a field control method of the permanent magnet
図7は、1:6と云う広範囲の界磁制御の要求に対して、永久磁石の磁束を定格磁束の75%、電圧制御範囲1:1.5、界磁制御範囲1:4として設計した場合で、Ldn=0.4p.u.、Lqn=0.616p.u.、Rsn=0.042p.u.であるときに、臨界速度以下の高速度領域で固定子相電圧の調整を行わない場合の速度とトルク、電圧、及び相電流の関係を示す説明図である。 FIG. 7 shows a case where the magnetic flux of the permanent magnet is designed to be 75% of the rated magnetic flux, the voltage control range is 1: 1.5, and the field control range is 1: 4 in response to the wide field control requirement of 1: 6. dn = 0.4 p. u. , L qn = 0.616 p. u. , R sn = 0.042 p. u. FIG. 8 is an explanatory diagram showing the relationship between the speed, torque, voltage, and phase current when the stator phase voltage is not adjusted in the high speed region below the critical speed.
図6に示すように、基底速度の6倍と云う高速運転を行うにもかかわらず、必要電圧の最大値は、ベース電圧の約250%に抑えられている。しかも、最高速度に於ける相電流が、図7に示す1:1.5の電圧制御を行わない場合の特性より若干低下している。但し、この場合、電圧は、250%以下である。 As shown in FIG. 6, the maximum value of the necessary voltage is suppressed to about 250% of the base voltage despite the high speed operation of 6 times the base speed. Moreover, the phase current at the maximum speed is slightly lower than the characteristic when the voltage control of 1: 1.5 shown in FIG. 7 is not performed. However, in this case, the voltage is 250% or less.
図8は、永久磁石の磁束を定格磁束の100%として、界磁制御範囲1:6とする従来方法の界磁制御を行った場合の特性を求めたものである。最高速度に於ける電圧は、約350%と高くなっている。確かに、図6の場合では、基底速度以下の電流が100%を超えているが、界磁制御範囲においては、磁石磁束を100%に設計した場合の図8の電流より小さくなっている。このことは、界磁制御最高速度での永久磁石同期電動機11の効率が改善されることを意味する。
FIG. 8 shows the characteristics obtained when the conventional field control is performed with the magnetic flux of the permanent magnet as 100% of the rated magnetic flux and the field control range of 1: 6. The voltage at maximum speed is as high as about 350%. Indeed, in the case of FIG. 6, the current below the base speed exceeds 100%, but in the field control range, it is smaller than the current of FIG. 8 when the magnet magnetic flux is designed to be 100%. This means that the efficiency of the permanent
図9は、鉄損を無視し、機械損を定格容量の1%、風損を最高速度で定格容量の2%と仮定した場合の効率特性を計算したものである。図示のように、基底速度以下では、磁束を定格以下に設計したため銅損の増加よって効率が低下しているが、速度が4p.uを超える最高速度側では、本発明の効率が従来方法より高くなっている。 Fig. 9 shows the calculated efficiency characteristics when the iron loss is ignored, the mechanical loss is assumed to be 1% of the rated capacity, and the windage loss is assumed to be 2% of the rated capacity at the maximum speed. As shown in the figure, below the base speed, the magnetic flux was designed below the rated value, so the efficiency decreased due to the increase in copper loss, but the speed was 4 p. On the maximum speed side exceeding u, the efficiency of the present invention is higher than that of the conventional method.
以上説明したように、本実施の形態では、永久磁石の磁束を定格値の100%より小さく設計して界磁制御での電圧上昇を抑制すると共に、同一トルク特性を得るための電流の増加を抑制するために、基底速度以下の低速度領域では、トルク/電流比が最大になる負荷角を演算指令する。また、臨界速度以下の高速度領域では、トルク/電流比が最大になる負荷角を演算指令すると共に固定子相電圧を調整して定出力特性を実現することにより電流増加を抑制する。更に、臨界速度を超える高速度領域では、d軸電流を調整して界磁制御を行いながらq軸電流を調整する。 As described above, in the present embodiment, the magnetic flux of the permanent magnet is designed to be smaller than 100% of the rated value to suppress the voltage increase in the field control and to suppress the increase in current for obtaining the same torque characteristics. For this reason, in the low speed region below the base speed, an operation command is given for the load angle at which the torque / current ratio is maximized. Further, in the high speed region below the critical speed, the load angle at which the torque / current ratio is maximized is commanded, and the stator phase voltage is adjusted to achieve constant output characteristics, thereby suppressing an increase in current. Further, in the high speed region exceeding the critical speed, the q-axis current is adjusted while adjusting the d-axis current and performing field control.
このように制御することによって、PWMインバータ15の最大電圧を定格電圧以下に抑えることが可能になり、広範囲の定出力、界磁制御を実現することが可能になる。つまり、ハイブリッドカーで要求される1:6という界磁制御による広範囲な定出力制御において、PWMインバータ15の電圧を昇圧する手段やあるいは、モータの巻線を切替え使用する等の手段が必要でなくなる。それだけ、制御装置12が簡単になり、ハイブリッドカー用として信頼性が向上し、コストが低下する利点がある。
By controlling in this way, it becomes possible to suppress the maximum voltage of the
また、永久磁石の磁束を定格値以下に設計した場合の基底速度以下での電流増加の問題を、トルク/電流比が最大になる負荷角を演算して指令することによって、必要トルクに対する電流を極力小さくする対策を説明した。勿論、電流増加に起因する永久磁石同期電動機11の温度上昇を低減する対策としては、永久磁石同期電動機11の冷却能力の増加や永久磁石同期電動機11の固定子抵抗を小さく設計するという公知の対策が採用できる。永久磁石同期電動機11の固定子抵抗を小さく設計する対策を採用すれば、図10に示すように、速度制御全範囲において、従来方法よりも効率が優れた特性が得られる。なお、図10には、図9と同じ条件で固定子抵抗を60%に設計した場合を示している。
In addition, the problem of current increase below the base speed when the magnetic flux of the permanent magnet is designed to be below the rated value is commanded by calculating the load angle at which the torque / current ratio is maximized. Explained how to make it as small as possible. Of course, as a measure for reducing the temperature rise of the permanent
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載した構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。
例えば、界磁制御方式として、直接界磁弱め制御方式による場合で説明したが、間接界磁弱め制御方式にも適用可能であることは当然である。この場合には、公知のように、相互磁束鎖交と永久磁石同期電動機の最大トルクがほぼ直線の関係になることを利用して、界磁制御時の最適なd軸電流指令idsn *を試行錯誤的に求め、次に、必要なq軸電流指令iqsn *をトルクから逆算して決定する方法が取られる。図1の関数発生器が、このような手順で求めた電流を発生するようにすれば、間接界磁弱め制御方式による永久磁石同期電動機システム及びその界磁制御方法が実現できることは明らかである。
また、永久磁石同期電動機の速度が臨界速度以下の速度領域では、d軸電流を0とし、q軸電流の値及び固定子相電圧を調整し、臨界速度を超えた速度領域で、d軸電流の値を調整して界磁制御を行いながらq軸電流の値を調整するようにしてもよい。
As described above, the present invention has been described with reference to the embodiment. However, the present invention is not limited to the configuration described in the above-described embodiment, and the matters described in the scope of claims. Other embodiments and modifications conceivable within the scope are also included.
For example, although the direct field weakening control method has been described as the field control method, it is naturally applicable to the indirect field weakening control method. In this case, as is well known, the optimum d-axis current command i dsn * at the time of field control is determined by trial and error by utilizing the fact that the mutual flux linkage and the maximum torque of the permanent magnet synchronous motor have a substantially linear relationship. Next, a method is employed in which the necessary q-axis current command i qsn * is determined by calculating back from the torque. If the function generator of FIG. 1 generates the current obtained by such a procedure, it is clear that the permanent magnet synchronous motor system by the indirect field weakening control method and its field control method can be realized.
In the speed range where the speed of the permanent magnet synchronous motor is lower than the critical speed, the d-axis current is set to 0, the q-axis current value and the stator phase voltage are adjusted, and the d-axis current is exceeded in the speed range exceeding the critical speed. The q-axis current value may be adjusted while performing field control by adjusting the value of.
10:永久磁石同期電動機システム、11:永久磁石同期電動機、12:制御装置、13:第1の速度制御系、14:第2の速度制御系、15:PWMインバータ、16:第1の絶対値エンコーダ、16a:第2の絶対値エンコーダ、17:速度検出器、18:PI制御器、19:リミッタ、20、21:関数発生器、22:q軸電流成分演算器、23:d軸電流成分演算器、24:電圧及び界磁制御相電流演算器、25:相電流指令選定器、26:負荷角指令選定器、27:電流指令器、28、29:電流センサ 10: permanent magnet synchronous motor system, 11: permanent magnet synchronous motor, 12: control device, 13: first speed control system, 14: second speed control system, 15: PWM inverter, 16: first absolute value Encoder, 16a: second absolute encoder, 17: speed detector, 18: PI controller, 19: limiter, 20, 21: function generator, 22: q-axis current component calculator, 23: d-axis current component Calculator: 24: Voltage and field control phase current calculator, 25: Phase current command selector, 26: Load angle command selector, 27: Current commander, 28, 29: Current sensor
Claims (6)
前記永久磁石同期電動機の永久磁石の磁束は、前記基底速度に対応する定格磁束より小さい値に設計され、
前記制御装置は、前記基底速度以下の低速度領域で、前記d軸電流と直交するq軸電流の値を前記定格磁束に対応する定格q軸電流の値より大きくして、該永久磁石同期電動機に要求されるトルク特性を発生させる第1の速度制御系と、前記基底速度を超える高速度領域で、前記d軸電流及び前記q軸電流の値をそれぞれ調整して前記永久磁石同期電動機に要求される出力特性を発生させる第2の速度制御系とを有することを特徴とする永久磁石同期電動機システム。 The permanent magnet is provided with a power supply having a variable voltage and frequency so that the magnetic flux of the permanent magnet attached to the rotor of the permanent magnet synchronous motor is weakened during high-speed operation exceeding the base speed of the permanent magnet synchronous motor. In a permanent magnet synchronous motor system having a control device that controls field weakening by flowing d-axis current from the stator side of the synchronous motor,
The magnetic flux of the permanent magnet synchronous motor is designed to be smaller than the rated magnetic flux corresponding to the base speed,
The control device increases the value of the q-axis current orthogonal to the d-axis current in a low speed region equal to or lower than the base speed to be larger than the value of the rated q-axis current corresponding to the rated magnetic flux. The permanent magnet synchronous motor is requested by adjusting the values of the d-axis current and the q-axis current in a first speed control system that generates torque characteristics required for the motor and a high speed region exceeding the base speed. And a second speed control system for generating the output characteristics to be output.
前記永久磁石同期電動機の永久磁石の磁束を、前記基底速度に対応する定格磁束より小さい値に設計し、
前記基底速度以下の低速度領域では、前記d軸電流と直交するq軸電流の値を前記定格磁束に対応する定格q軸電流の値より大きくして、該永久磁石同期電動機に要求されるトルク特性を発生させ、前記基底速度を超える高速度領域では、前記d軸電流及び前記q軸電流の値をそれぞれ調整して前記永久磁石同期電動機に要求される出力特性を発生させることを特徴とする永久磁石同期電動機システムの界磁制御方法。 In the direction of weakening the magnetic flux of the permanent magnet mounted on the rotor of the permanent magnet synchronous motor during high speed operation exceeding the base speed of the permanent magnet synchronous motor using a power source with variable voltage and frequency, In the field control method of a permanent magnet synchronous motor system that controls field weakening by flowing d-axis current from the stator side of the magnet synchronous motor,
The permanent magnet synchronous motor magnetic flux of the permanent magnet is designed to be smaller than the rated magnetic flux corresponding to the base speed,
In the low speed region below the base speed, the torque required for the permanent magnet synchronous motor is set by making the q-axis current value orthogonal to the d-axis current larger than the rated q-axis current value corresponding to the rated magnetic flux. And generating output characteristics required for the permanent magnet synchronous motor by adjusting the values of the d-axis current and the q-axis current in a high speed region exceeding the base speed, respectively. Field control method for permanent magnet synchronous motor system.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009116872A JP2010268579A (en) | 2009-05-13 | 2009-05-13 | Permanent magnet synchronous electric motor system and magnetic field control method therefor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009116872A JP2010268579A (en) | 2009-05-13 | 2009-05-13 | Permanent magnet synchronous electric motor system and magnetic field control method therefor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010268579A true JP2010268579A (en) | 2010-11-25 |
Family
ID=43365064
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009116872A Pending JP2010268579A (en) | 2009-05-13 | 2009-05-13 | Permanent magnet synchronous electric motor system and magnetic field control method therefor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2010268579A (en) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013236508A (en) * | 2012-05-10 | 2013-11-21 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp | Drive system of reverse rolling electric motor |
CN104734591A (en) * | 2014-12-30 | 2015-06-24 | 黄志坚 | Stable speed regulation method of cascade system for field-oriented control of automobile electric steering motor |
CN104917436A (en) * | 2015-07-08 | 2015-09-16 | 沈阳工业大学 | Adaptive second-order terminal sliding-mode control system and method of permanent magnet linear synchronous motor |
CN105577058A (en) * | 2015-12-28 | 2016-05-11 | 江苏大学 | Novel fuzzy active disturbance rejection controller based five-phase fault-tolerant permanent magnet motor speed control method |
JP2016082790A (en) * | 2014-10-21 | 2016-05-16 | ダイキン工業株式会社 | Electric motor control device, electric motor control system |
CN105790660A (en) * | 2016-03-03 | 2016-07-20 | 南京理工大学 | Rotary speed adaptive robust control system and method for ultra-high-speed permanent magnet synchronous motor |
CN105978425A (en) * | 2015-12-01 | 2016-09-28 | 西安科技大学 | Flux weakening speed regulation control determination method of alternating current permanent-magnet synchronous motor of electric car |
CN110138285A (en) * | 2019-06-13 | 2019-08-16 | 安徽首智新能源科技有限公司 | A kind of permanent magnet synchronous motor rising film condensation method and system |
CN112152536A (en) * | 2020-08-21 | 2020-12-29 | 江苏大学 | A Transient Current Planning Method for Ultra-high-speed Permanent Magnet Synchronous Motors to Improve Speed Regulation Response |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07336919A (en) * | 1994-04-13 | 1995-12-22 | Toyota Motor Corp | Permanent magnet motor |
JPH10191700A (en) * | 1996-12-20 | 1998-07-21 | Yaskawa Electric Corp | Control method for synchronous motor |
JP2000341983A (en) * | 1999-05-31 | 2000-12-08 | Sanyo Denki Co Ltd | Controller for embedded magnet type synchronous motor |
-
2009
- 2009-05-13 JP JP2009116872A patent/JP2010268579A/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07336919A (en) * | 1994-04-13 | 1995-12-22 | Toyota Motor Corp | Permanent magnet motor |
JPH10191700A (en) * | 1996-12-20 | 1998-07-21 | Yaskawa Electric Corp | Control method for synchronous motor |
JP2000341983A (en) * | 1999-05-31 | 2000-12-08 | Sanyo Denki Co Ltd | Controller for embedded magnet type synchronous motor |
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013236508A (en) * | 2012-05-10 | 2013-11-21 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp | Drive system of reverse rolling electric motor |
JP2016082790A (en) * | 2014-10-21 | 2016-05-16 | ダイキン工業株式会社 | Electric motor control device, electric motor control system |
CN104734591B (en) * | 2014-12-30 | 2017-06-16 | 黄志坚 | Stable speed regulation method for cascade system of automobile electric steering motor magnetic field directional control |
CN104734591A (en) * | 2014-12-30 | 2015-06-24 | 黄志坚 | Stable speed regulation method of cascade system for field-oriented control of automobile electric steering motor |
CN104917436A (en) * | 2015-07-08 | 2015-09-16 | 沈阳工业大学 | Adaptive second-order terminal sliding-mode control system and method of permanent magnet linear synchronous motor |
CN105978425B (en) * | 2015-12-01 | 2018-02-23 | 西安科技大学 | Electric Vehicle's Alternating permasyn morot weak-magnetic speed-regulating controls decision method |
CN105978425A (en) * | 2015-12-01 | 2016-09-28 | 西安科技大学 | Flux weakening speed regulation control determination method of alternating current permanent-magnet synchronous motor of electric car |
CN105577058A (en) * | 2015-12-28 | 2016-05-11 | 江苏大学 | Novel fuzzy active disturbance rejection controller based five-phase fault-tolerant permanent magnet motor speed control method |
CN105577058B (en) * | 2015-12-28 | 2018-08-21 | 江苏大学 | The five mutually fault-tolerant magneto method for control speed based on fuzzy automatic disturbance rejection controller |
CN105790660A (en) * | 2016-03-03 | 2016-07-20 | 南京理工大学 | Rotary speed adaptive robust control system and method for ultra-high-speed permanent magnet synchronous motor |
CN105790660B (en) * | 2016-03-03 | 2019-02-22 | 南京理工大学 | Speed Adaptive Robust Control System and Method of Ultra-high-speed Permanent Magnet Synchronous Motor |
CN110138285A (en) * | 2019-06-13 | 2019-08-16 | 安徽首智新能源科技有限公司 | A kind of permanent magnet synchronous motor rising film condensation method and system |
CN110138285B (en) * | 2019-06-13 | 2022-04-01 | 安徽首智新能源科技有限公司 | Permanent magnet synchronous motor speed-up control method and system |
CN112152536A (en) * | 2020-08-21 | 2020-12-29 | 江苏大学 | A Transient Current Planning Method for Ultra-high-speed Permanent Magnet Synchronous Motors to Improve Speed Regulation Response |
CN112152536B (en) * | 2020-08-21 | 2021-12-21 | 江苏大学 | A Transient Current Planning Method for Ultra-High-Speed Permanent Magnet Synchronous Motors |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2010268579A (en) | Permanent magnet synchronous electric motor system and magnetic field control method therefor | |
JP5357232B2 (en) | Synchronous machine controller | |
US8975841B2 (en) | Motor control device | |
KR100850415B1 (en) | Vector controller of induction motor | |
CN109874396B (en) | Inverter control device and motor drive system | |
JP5549751B1 (en) | Inverter device, control method for inverter device, and motor drive system | |
US9935568B2 (en) | Control apparatus of rotary electric machine | |
US7235947B2 (en) | Synchronous motor control method and synchronous motor control system | |
US20020109474A1 (en) | Motor control device | |
JP7126910B2 (en) | MOTOR CONTROL DEVICE AND MOTOR CONTROL METHOD | |
CN113646204A (en) | Driving device of permanent magnet synchronous motor, torque compensation method of permanent magnet synchronous motor and electric vehicle | |
US7626352B2 (en) | Control device for stepping motor | |
JP2010200430A (en) | Drive controller for motors | |
KR102676718B1 (en) | Control method and control system of motor rotation speed | |
JP6115392B2 (en) | Motor control device | |
WO2015056541A1 (en) | Drive device for electric motor | |
JP6216215B2 (en) | Control device for synchronous motor | |
JP6080996B1 (en) | Electric motor drive system | |
US9231514B2 (en) | Motor control apparatus and motor control method | |
JPWO2018142445A1 (en) | Control device of synchronous motor | |
JP2015073396A (en) | Control apparatus and control method for electric motor | |
US11196373B2 (en) | Control device and control method for synchronous electric motor | |
JP2016100997A (en) | Control device of electric motor | |
JP2021111986A (en) | Motor controller | |
JP7033973B2 (en) | Motor control device and motor control method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110509 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20121114 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20121120 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20130319 |