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JP3982091B2 - Control device for synchronous motor - Google Patents

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JP3982091B2
JP3982091B2 JP37281998A JP37281998A JP3982091B2 JP 3982091 B2 JP3982091 B2 JP 3982091B2 JP 37281998 A JP37281998 A JP 37281998A JP 37281998 A JP37281998 A JP 37281998A JP 3982091 B2 JP3982091 B2 JP 3982091B2
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Japan
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synchronous motor
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善尚 岩路
俊昭 奥山
佳稔 秋田
潤一 高橋
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同期電動機の制御装置に関わり、特に過負荷時のトルク抜け(脱調)の防止に関する。
【0002】
【従来の技術】
同期電動機のベクトル制御では、回転磁極座標のdq軸から負荷角δだけ回転した、回転磁界座標のMT軸を基準座標にして、電動機電流の励磁電流成分とトルク電流成分を制御する(図2)。ここで、T軸は、磁束Φの成分が零となるように選ぶ。即ちM軸は磁束の方向と一致するように選ぶことで、電動機の発生トルクを、T軸上の電流IT を用いて線形に制御できるようになる。これが同期電動機のベクトル制御の原理である。
【0003】
また、電機子電流のM軸成分IM を零とすることで、磁束と電流が直交し(Φ⊥I)、電動機力率を1に制御できる。この時の座標軸の関係は図2のようになる。磁束Φは、IT と界磁電流If の合成により、Iφ相当の起磁力でM軸上に存在するが、IM 自体は零である。
【0004】
ベクトル制御を用いて同期電動機を駆動した場合、負荷の大きさにより負荷角δが変化する。同期電動機を安定に駆動できる範囲は、負荷角δが−90度<δ<90度であることがわかっている。特に界磁弱め域で負荷が急変した場合、同期電動機の負荷角が過渡的に安定範囲を超えてしまい脱調等、制御不能になる問題がある。
【0005】
この問題を解決するため、例えば特開平3−212191 号に記載されたものがある。この方法は、負荷運転時に負荷角δが設定値δMAX を超えると安定運転の限界と判断し、トルク電流設定値を制限する可変リミッタ回路を具備したものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来方式等においては、設定値δMAX を低く設定すると、安定領域においてもIT が制限される場合が生じ、電動機の発生トルクが減少する。また、δMAX を大きく設定すると、一旦不安定な領域に入ってしまうと(δ>δMAX となると)、δが安定領域に戻るまでの回復時間が長くなる。δが不安定域にある場合は、同期電動機に取っては異常状態であり、できるだけ早い安定域への回復が望まれる。
【0007】
本発明は、δが不安定領域に入ってしまった場合に、速やかに安定領域に回復する制御装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明による同期電動機の制御装置は、負荷角δが、予め設定した値を超えると安定運転の限界と判断し、界磁電流指令を予め設定した大きな値の電流値に切り替えるか、あるいは界磁回路への印加電圧を、大きな値に切り替え、界磁電流を増加させることで、速やかに安定領域へ引き戻す。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図1に、本発明の一実施例である同期電動機可変速システムの構成を示す。図1において、1は二次側に界磁巻線を設けた巻線形同期電動機、2は、同期電動機1に回転速度の指令ωre*を与える速度指令発生器、3は、速度検出値ωreが、速度指令ωre* に一致するよう、トルク電流指令IT*を演算する速度制御器、4は、トルク電流指令IT*を、磁束位置を基準としたMT座標軸の値から、磁極位置(回転子位置)を基準にしたdq座標軸の値に座標変換する座標変換器、5は、同期電動機の電機子電流の検出値(IdFB,IqFB)が、座標変換器4の出力である電流指令値(Id*,Iq*)に一致するよう、電圧指令Vd*、ならびにVq*を演算する電機子電流制御器、6は、電圧指令Vd*、ならびにVq*を、三相交流軸上の電圧指令(Vu*,Vv*,Vw*)に変換する座標変換器、7は、電圧指令Vu*,Vv*,Vw*に基づいて、同期電動機1に電力を供給する電力変換器、8は、同期電動機に流れる電機子電流を検出する電流検出器、9は、同期電動機1に印加される電機子電圧を検出する電圧検出器、10は同期電動機1の回転速度、ならびに磁極位置を検出する速度/位置検出器、11は電機子電流、ならびに電機子電圧の検出値を、dq軸上の値に変換する座標変換器、12は、同期電動機1の電流、ならびに電圧検出値に基づいて、同期電動機1の磁束、及び負荷角を推定演算する磁束オブザーバ、13は、同期電動機の回転速度ωreに基づいて、磁束指令Φ* を演算する磁束指令演算器、14は、磁束指令Φ* 、ならびに磁束オブザーバ12において推定演算した磁束検出値Φc に基づいて、界磁電流指令If*を演算する界磁指令演算器、15は、界磁電流If が、界磁電流指令If*に一致するように、界磁電圧指令Vf を演算する界磁電流制御器、16は、界磁電圧指令Vf に基づいて、界磁回路に電力を供給する界磁変換器、17は、界磁電流を検出する電流検出器、18は、界磁電流指令If*を、外部からの信号(F信号)により切り替える切り替え器、19は、切り替え器18が「1」側に切り替えられた時に界磁電流指令を与える設定器、20は、磁束オブザーバ12において推定演算した負荷角δc を入力し、このδc の絶対値が所定の設定値より小さい場合は「0」、大きな場合に「1」を出力する(F信号として出力する)比較器、201はδc の絶対値を演算する絶対値演算器、202はヒステリシス幅を設定できるヒステリシスコンパレータ、203はF信号を出力するδc のレベル(δon)を設定するδon設定器、204はF信号を「0」にするδc のレベル(δoff)を設定するδoff設定器である。
【0010】
次に、本実施例の動作の概要について説明する。まず、同期電動機1の回転速度ωreは速度/位置検出器10により検出される。速度検出値ωreと、速度指令発生器2からの指令値ωre* との偏差が速度制御器3に加えられ、偏差に応じたトルク電流指令IT*が演算され、これにより回転速度は該速度指令に一致するように制御される。前記速度制御ループの内側には図1に示すように電流制御ループが設けられ、電機子電流及び界磁電流は、電機子電流検出器8及び界磁電流検出器17により検出され、電機子電流と界磁電流の各指令値に一致するように電機子電流制御器5及び界磁電流制御器15により制御される。MT座標を用いてベクトル制御を行うためには、負荷角δ及びM軸上の磁束Φを検出する必要がある。このため、磁束オブザーバ12において電機子電流と電機子電圧から同期機内部の磁束推定値Φd ,Φq を演算し、これを用いてδc 及びΦc が演算される(制御器内の値ということで、δ、ならびにΦには記号「c」を付けて表記する)。演算されたδc は座標変換器4に用いられる。また、演算された磁束Φc と磁束指令演算器13からの指令値Φ* が界磁指令演算器14に加えられ、その出力である界磁電流指令If*に従い界磁電流が制御される。
【0011】
図2〜図4は、MT軸とdq軸、ならびにトルク電流IT と界磁電流If の関係をベクトルで示したものである。負荷が小さい(IT 、ならびにδが小である)場合は、図2のようなベクトル関係になる。負荷が大きい(IT 、ならびにδが大である)場合は、図3のような関係になり、負荷が大きくなるに従い、If を大きくする必要がある。同期電動機の電機子漏れインダクタンス、ならびに突極性を無視すると、If とδの関係は、
If =Iφ/cosδ (数1)
となる。ここで、Iφは、磁束Φに必要な励磁電流に相当するものである(If とIT の合成の電流)。
【0012】
磁束Φを一定に制御するには、Iφを一定にする必要があり、それにはIT に応じてIf を制御する必要がある。しかし、IT は電機子側で高速に制御されるのに対し、If をIT 並みに高速に制御するのは不可能である。If を高速に制御するには、定常値の数倍〜数10倍の容量の界磁変換器が必要となる。過渡応答のためだけに、大容量の界磁変換器を導入するのは不経済であるし、また、電動機の界磁巻線も大容量に耐え得るものにする必要が生じてしまう。通常の同期電動機では、回転子にダンパ巻線を備えており、界磁電流が必要量に達するまでの間、磁束が急変するのを防いでいる。よって、IT が極端に大きく変化した場合、ダンパ巻線だけでは磁束を維持することができなくなり、δが90を超えて脱調が生じてしまう。
【0013】
図4は、δが90度を超えた時のベクトル図である。δが90度を超えると、Iφが負の値になろうとして、磁束Φが急速に減少し始める。Φが減少すると、全体のトルクが不足し、結果的にIT を増加させることになり、δは益々大きくなっていく。これが脱調のメカニズムである。
【0014】
図5は、負荷トルクが急変した時のδ,If ,IT の動作波形を概念的に示したものである。負荷トルクの変化により、それに追従するようにIT が高速応答しているが、If の変化が遅いため、δが一気に90度へ達している。この結果、IT が発散し、脱調(トルク抜け)が生じる。
【0015】
よって、脱調を抑制するには、If を素早く増加させ、δを90度以内に引き戻す必要がある。数1に示したように、必要なIf の値は1/cosδ に比例するから、δ=90度においては、原理的に無限大のIf が必要になる。よって、δが90度(あるいは90度付近)に達した場合、界磁電流指令If*を大きな値に切り替えて、If を増加させればよい。
【0016】
前述したように、必要なIf の値は1/cosδ に比例するから、δ=90度で切り替えるのであれば、できるだけ大きな値に切り替えるのがよい。この大きさは、界磁変換器、あるいは同期機の界磁容量に耐え得る最大の値としておけば、δは最大限の速度で安定領域に引き戻されることになる。
【0017】
また、この切り替えは、δ以外の諸量(界磁電流の検出値、あるいは磁束推定値Φc 等)の状態に拘わらず、δのみを判断材料として、遮二無二に切り替えているため、切り替えによるショック(例えば過電流振動等)が心配されるが、それらは全く問題がない。δが90度近くにある場合は、界磁電流が磁束に与える影響は小さく、大きな磁束変動、あるいはトルク変動等の問題は生じない。むしろ、長い期間δを90近く(あるいは90度以上)にしておく方が、磁束の変動トルク減少等の原因になり、問題である。また、切り替える値を、前述したように界磁変換器が供給可能な値に設定しておけば、If が過電流になることもない。
【0018】
図1に示す本発明の実施例は、この脱調防止機能を実現するものである。符号20の比較器においてδc を監視し、設定した値δonを上回った瞬間に、F信号を0から1に切り替える。この時、δc の絶対値を演算し、その値をもって切り替えの判断を行うことで、回生時においてもこのまま使用できるようになる。また、δon付近でF信号がばたつくのを防ぐため、比較器202をヒステリシスコンパレータとしている。F信号を0に戻すレベルは、δoff の値で設定する。比較器202から出力されたF信号は、切り替え器18を通常は「0」側にしておき、F信号が1の時には「1」に切り替え、If*を界磁変換器の流し得る最大値に切り替える。設定器19では、前述した通りに、界磁変換器、あるいは電動機の界磁回路が流し得る最大の値を設定しておく。
【0019】
図6に、本発明の各部動作波形を示す。負荷トルクの変化により、IT が急増し、δが一気に90度へ達するが、δonに達した時点でIf*が切り替わり、If が急増する。この結果、δは90度以内に引き戻され、脱調は防止される。
【0020】
次に、第二の実施例について、図7を用いて説明する。
【0021】
図7において、符号1〜18、ならびに20は、図1の実施例と同一のものである。19Aは、切り替え器18が「1」側に切り替えられた時の、界磁変換器への電圧指令を設定する電圧指令設定器である。本発明における各部の動作は、図1の実施例のものとほぼ同じであり、負荷角δc が、δonを上回った時に、切り替え器18を切り替える。この時、電圧指令設定器19Aの値を大きく設定しておけば、界磁変換器への印加電圧が増加し、If を増加させることができる。本実施例においては、界磁電流制御器15を介さずに、直接界磁電圧を増加させることができるため、界磁電流はさらに高速に増加する。電圧設定器19Aの設定値は、界磁回路に印加可能な最大の電圧値、あるいは、界磁変換器の出力できる最大の電圧値に設定しておけば、If を瞬時に増加させることができ、脱調を抑制できる。
【0022】
次に、第三の実施例について、図8を用いて説明する。
【0023】
図8において、符号2、ならびに4〜20は、図1の実施例と同一のものである。3Aは速度制御器、31は比例補償器、32は積分補償器、33は18と同じ切り替え器、34は零に設定された設定器である。本実施例の動作原理は、図1のものと同様であるので、特徴的な部分である3Aについて説明する。
【0024】
3Aは、基本的には比例積分補償からなる速度制御器である。ただし、比較器20の出力であるF信号が「1」の時に、切り替え器33を「1」側に切り替えて、積分補償器の入力を零にする。この結果、δがδonを超えた状態で、トルク電流指令IT*が増大し続けるのを防止することができる。IT*の増加が比例補償器31の成分のみになることで、δを90度以内に引き戻す効果が強くなり、安定領域へのより早い回復が可能になる。
【0025】
次に、第四の実施例について、図9を用いて説明する。
【0026】
第四の実施例は、図8における速度制御器3Aを、図9に示す速度制御器3Bに置き換えたものである。図9に示す速度制御器3Bは、前述のF信号による切り替え器33を、速度制御器の出力側にも設けている。符号35は、過去のトルク電流指令を保持しているメモリである。図9においては、F信号が「1」の時に、積分補償器の入力を零にすると同時に、その時のトルク電流指令IT* を維持し続けるように動作する。この結果、負荷角δが、δonを超えた時点でIT*が固定され、δを大きくする要素はなくなる。よって、δは、前述の実施例よりも、より高速に安定領域に回復する。
【0027】
なお、上記各実施例において速度/位置検出器に替えて、電動機巻線の電流・電圧から速度や位置を推定する速度/位置推定手段を用いてもよい。さらに、磁束オブザーバで磁束を推定する替わりに、磁束センサで検出される磁束の検出値を用いてもよい。
【0028】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、負荷急変により負荷角が増大し、不安定域に達した場合あるいは不安定域に達しそうな場合においても、速やかに負荷角δを90度以内の安定領域に引き戻すことが可能になる。この結果、過負荷による脱調を防止することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す同期電動機可変速制御システムのブロック構成図。
【図2】同期電動機の動作を説明するベクトル図(軽負荷時)。
【図3】同期電動機の動作を説明するベクトル図(過負荷時)。
【図4】同期電動機の動作を説明するベクトル図(δ>90°の異常時)。
【図5】従来方式における負荷トルク急変時の各動作波形。
【図6】実施例における負荷トルク急変時の各動作波形。
【図7】本発明の第二の実施例を示す同期電動機可変速制御システムのブロック構成図。
【図8】本発明の第三の実施例を示す同期電動機可変速制御システムのブロック構成図。
【図9】本発明の第四の実施例を示す同期電動機可変速制御システムのブロック構成図。
【符号の説明】
1…巻線形同期電動機、2…速度指令発生器、3…速度制御器、4…MT− dq座標変換器、5…電機子電流制御器、6…dq−三相座標変換器、7…電力変換器、8…電機子電流検出器、9…電圧検出器、10…速度/位置検出器、
11…三相−dq座標変換器、12…磁束オブザーバ、13…磁束指令演算器、14…界磁指令演算器、15…界磁電流制御器、16…界磁変換器、17…界磁電流検出器、18…切り替え器、19…設定器、20…比較器、201…絶対値演算器、202…ヒステリシスコンパレータ、203…δon設定器、204…δoff設定器。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for a synchronous motor, and more particularly to prevention of torque loss (step-out) during an overload.
[0002]
[Prior art]
In the vector control of the synchronous motor, the excitation current component and the torque current component of the motor current are controlled using the MT axis of the rotating magnetic field coordinate rotated by the load angle δ from the dq axis of the rotating magnetic pole coordinate as a reference coordinate (FIG. 2). . Here, the T-axis is selected so that the component of the magnetic flux Φ is zero. That is, by selecting the M-axis so as to coincide with the direction of the magnetic flux, the generated torque of the motor is changed to the current IT on the T-axis. It becomes possible to control linearly using. This is the principle of vector control of the synchronous motor.
[0003]
Also, the M-axis component IM of the armature current Is zero, the magnetic flux and current are orthogonal (Φ⊥I), and the motor power factor can be controlled to 1. The relationship of the coordinate axes at this time is as shown in FIG. Magnetic flux Φ is IT And field current If Is present on the M axis with a magnetomotive force equivalent to Iφ. Itself is zero.
[0004]
When the synchronous motor is driven using vector control, the load angle δ changes depending on the magnitude of the load. It is known that the range in which the synchronous motor can be driven stably is such that the load angle δ is −90 degrees <δ <90 degrees. In particular, when the load suddenly changes in the field weakening region, there is a problem that the load angle of the synchronous motor transiently exceeds the stable range and becomes out of control such as step-out.
[0005]
In order to solve this problem, for example, there is one described in JP-A-3-212191. In this method, the load angle δ is set to the set value δMAX during load operation. If it exceeds, it is judged that the limit of the stable operation, and a variable limiter circuit for limiting the torque current set value is provided.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional method described above, the set value δMAX If set to a low value, even in the stable region, IT Is limited, and the torque generated by the motor is reduced. Also, δMAX If you set a large value, once you enter an unstable region (δ> δMAX The recovery time until δ returns to the stable region becomes longer. When δ is in the unstable region, it is an abnormal state for the synchronous motor, and it is desired to recover to the stable region as soon as possible.
[0007]
An object of the present invention is to provide a control device that quickly recovers to a stable region when δ enters an unstable region.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
When the load angle δ exceeds a preset value, the synchronous motor control device according to the present invention determines that the stable operation limit has been reached, and switches the field current command to a preset large current value or By switching the applied voltage to the circuit to a large value and increasing the field current, it is quickly returned to the stable region.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows the configuration of a synchronous motor variable speed system according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a winding synchronous motor having a field winding on the secondary side, 2 a speed command generator for giving a rotational speed command ωre * to the synchronous motor 1, and 3 a speed detection value ωre , to match the speed command? re *, speed controller for calculating a torque current command IT *, 4 is a torque current command IT *, the value of MT coordinate axis relative to the magnetic flux position, the magnetic pole position (rotor position ) Is a coordinate converter that converts the value to the value of the dq coordinate axis, and 5 is a current command value (Id * ) in which the detected value (IdFB, IqFB) of the synchronous motor armature current is the output of the coordinate converter 4 . , to match the Iq *), the voltage command Vd *, and the armature current controller for calculating a Vq *, 6 is the voltage command Vd *, and the Vq *, the voltage command on the three-phase alternating current axis (Vu * , Vv * , Vw * ), the coordinate converter 7 is based on the voltage commands Vu * , Vv * , Vw * . Accordingly, a power converter that supplies power to the synchronous motor 1, 8 a current detector that detects an armature current flowing through the synchronous motor, and 9 a voltage detection that detects an armature voltage applied to the synchronous motor 1. 10 is a speed / position detector for detecting the rotational speed of the synchronous motor 1 and the magnetic pole position, and 11 is a coordinate converter for converting the detected values of the armature current and the armature voltage into values on the dq axis, 12 is a magnetic flux observer that estimates and calculates the magnetic flux and load angle of the synchronous motor 1 based on the current and voltage detection value of the synchronous motor 1, and 13 is a magnetic flux command Φ * based on the rotational speed ωre of the synchronous motor . Is a magnetic field command calculator for calculating a field current command If * based on a magnetic flux command Φ * and a magnetic flux detection value Φc estimated and calculated by the magnetic flux observer 12. Field Flow If is, to match the field current command If *, field current controller for calculating a field voltage command Vf, 16, based on the field voltage command Vf, supplies power to the field circuit The field converter 17 is a current detector that detects a field current, 18 is a switch that switches the field current command If * by an external signal (F signal), and 19 is a switch 18 The setting device 20 for giving a field current command when switched to the “1” side inputs the load angle δc estimated by the magnetic flux observer 12 and this δc A comparator that outputs “0” when the absolute value of is smaller than a predetermined set value, and outputs “1” when it is larger (outputs as an F signal), 201 is δc An absolute value calculator for calculating the absolute value of 202, 202 is a hysteresis comparator capable of setting a hysteresis width, and 203 is a δc that outputs an F signal. Δon setting device for setting the level (δon) of δc, 204 for setting the F signal to “0” This is a δoff setting device for setting the level (δoff) of.
[0010]
Next, an outline of the operation of this embodiment will be described. First, the rotational speed ωre of the synchronous motor 1 is detected by the speed / position detector 10. The deviation between the speed detection value ωre and the command value ωre * from the speed command generator 2 is added to the speed controller 3, and the torque current command IT * corresponding to the deviation is calculated. It is controlled to match. A current control loop is provided inside the speed control loop as shown in FIG. 1, and the armature current and the field current are detected by the armature current detector 8 and the field current detector 17, and the armature current is detected. Are controlled by the armature current controller 5 and the field current controller 15 so as to coincide with the command values of the field current. In order to perform vector control using the MT coordinate, it is necessary to detect the load angle δ and the magnetic flux Φ on the M axis. Therefore, in the magnetic flux observer 12, the estimated magnetic flux Φd in the synchronous machine is determined from the armature current and the armature voltage. , Φq Is used to calculate δc And Φc Is calculated (because it is a value in the controller, δ and Φ are represented with the symbol “c”). Calculated δc Is used in the coordinate converter 4. Also, the calculated magnetic flux Φc And the command value Φ * from the magnetic flux command calculator 13 are added to the field command calculator 14, and the field current is controlled according to the field current command If * which is the output.
[0011]
2 to 4 show the MT and dq axes and the torque current IT. And field current If Is represented by a vector. Low load (IT , And δ are small), the vector relationship is as shown in FIG. Heavy load (IT , And δ are large), the relationship becomes as shown in FIG. Need to be larger. If the armature leakage inductance and saliency of the synchronous motor are ignored, If And δ is
If = Iφ / cosδ (Equation 1)
It becomes. Here, Iφ corresponds to the excitation current required for the magnetic flux Φ (If And IT Composite current).
[0012]
In order to control the magnetic flux Φ to be constant, it is necessary to make Iφ constant, and it is necessary to control If according to IT. However, while IT is controlled at high speed on the armature side, it is impossible to control If as fast as IT. In order to control If at high speed, a field converter having a capacity several times to several tens times the steady value is required. It is uneconomical to introduce a large-capacity field converter only for the transient response, and the field windings of the motor need to be able to withstand the large capacity. In a normal synchronous motor, the rotor is provided with a damper winding, and the magnetic flux is prevented from changing suddenly until the field current reaches a necessary amount. Therefore, when IT changes extremely greatly, the magnetic flux cannot be maintained with only the damper winding, and δ exceeds 90 degrees , resulting in step-out.
[0013]
FIG. 4 is a vector diagram when δ exceeds 90 degrees. When δ exceeds 90 degrees, the magnetic flux Φ starts to decrease rapidly as Iφ becomes negative. When Φ decreases, the overall torque becomes insufficient, resulting in IT Δ will increase, and δ will continue to increase. This is the mechanism of step-out.
[0014]
FIG. 5 shows δ, If when the load torque changes suddenly. , IT The operation waveforms of are conceptually shown. IT to follow the change in load torque Is responding fast, but If Since δ changes slowly, δ reaches 90 degrees at a stretch. As a result, IT Diverges and step-out (torque loss) occurs.
[0015]
Therefore, If Needs to be increased quickly and δ must be pulled back within 90 degrees. As shown in Equation 1, if The value of is proportional to 1 / cos δ. Is required. Therefore, when δ reaches 90 degrees (or around 90 degrees), the field current command If * is switched to a large value, and If Can be increased.
[0016]
As mentioned above, if Since the value of is proportional to 1 / cosδ, if it is switched at δ = 90 degrees, it is better to switch to as large a value as possible. If this size is set to the maximum value that can withstand the field capacity of the field converter or the synchronous machine, δ is pulled back to the stable region at the maximum speed.
[0017]
This switching is performed because only δ is used as a judgment material regardless of the state of various quantities other than δ (detected value of field current or estimated magnetic flux Φc, etc.). Although there are concerns about shocks (eg, overcurrent , vibrations, etc.), they are not a problem at all. When δ is close to 90 degrees, the influence of the field current on the magnetic flux is small, and problems such as large magnetic flux fluctuations or torque fluctuations do not occur. Rather, keeping the long period δ close to 90 degrees (or more than 90 degrees) causes a fluctuation in magnetic flux, a decrease in torque, and the like, which is a problem. If the value to be switched is set to a value that can be supplied by the field converter as described above, If does not become an overcurrent.
[0018]
The embodiment of the present invention shown in FIG. 1 realizes this step-out prevention function. Δc is monitored in the comparator of reference numeral 20 , and the F signal is switched from 0 to 1 at the moment when the set value δon is exceeded. At this time, the absolute value of δc is calculated, and switching is determined based on that value, so that it can be used as it is even during regeneration. Further, in order to prevent the F signal from flapping near δon, the comparator 202 is a hysteresis comparator. The level for returning the F signal to 0 is set by the value of δoff. For the F signal output from the comparator 202, the switch 18 is normally set to the “0” side, and when the F signal is 1, it is switched to “1” to set If * to the maximum value that the field converter can flow. Switch. As described above, the setting unit 19 sets the maximum value that can be flowed by the field converter or the field circuit of the electric motor.
[0019]
FIG. 6 shows an operation waveform of each part of the present invention. Due to changes in load torque, IT Suddenly increases and δ reaches 90 degrees at once, but when δon is reached, If * switches to If Increase rapidly. As a result, δ is pulled back within 90 degrees and step-out is prevented.
[0020]
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG.
[0021]
In FIG. 7, reference numerals 1 to 18 and 20 are the same as those in the embodiment of FIG. 19A is a voltage command setter that sets a voltage command to the field converter when the switch 18 is switched to the “1” side. The operation of each part in the present invention is almost the same as that of the embodiment of FIG. 1, and the switch 18 is switched when the load angle δc exceeds δon. At this time, if the value of the voltage command setter 19A is set large, the applied voltage to the field converter increases, and If can be increased. In the present embodiment, since the field voltage can be directly increased without using the field current controller 15, the field current increases at a higher speed. If the set value of the voltage setting unit 19A is set to the maximum voltage value that can be applied to the field circuit or the maximum voltage value that can be output from the field converter, If can be increased instantaneously. , Step out can be suppressed.
[0022]
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG.
[0023]
In FIG. 8, reference numerals 1 , 2, and 4 to 20 are the same as those in the embodiment of FIG. 3A is a speed controller, 31 is a proportional compensator, 32 is an integral compensator, 33 is the same switcher as 18 and 34 is a setter set to zero. Since the operating principle of the present embodiment is the same as that of FIG. 1, the characteristic part 3A will be described.
[0024]
3A is a speed controller basically comprising proportional integral compensation. However, when the F signal which is the output of the comparator 20 is “1”, the switch 33 is switched to the “1” side, and the input of the integral compensator is made zero. As a result, it is possible to prevent the torque current command IT * from continuing to increase while δ exceeds δon. Since the increase in IT * is only the component of the proportional compensator 31, the effect of pulling δ back within 90 degrees becomes stronger, and faster recovery to the stable region becomes possible.
[0025]
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG.
[0026]
In the fourth embodiment, the speed controller 3A in FIG. 8 is replaced with a speed controller 3B shown in FIG. The speed controller 3B shown in FIG. 9 is provided with the above-described switch 33 based on the F signal on the output side of the speed controller. Reference numeral 35 is a memory over holding the past torque current command. In FIG. 9, when the F signal is “1”, the input of the integral compensator is made zero, and at the same time, the torque current command IT * at that time is continuously maintained. As a result, when the load angle δ exceeds δon, IT * is fixed, and there is no element that increases δ. Therefore, δ recovers to the stable region at a higher speed than in the previous embodiment.
[0027]
In each of the above embodiments, instead of the speed / position detector, speed / position estimation means for estimating the speed and position from the current / voltage of the motor winding may be used. Furthermore, instead of estimating the magnetic flux by the magnetic flux observer, the detected value of the magnetic flux detected by the magnetic flux sensor may be used.
[0028]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the load angle increases due to a sudden load change, and even when the unstable angle region is reached or is likely to reach the unstable region, the load angle δ is quickly stabilized within 90 degrees. It becomes possible to pull back to the area. As a result, step-out due to overload can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a synchronous motor variable speed control system showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a vector diagram for explaining the operation of the synchronous motor (at light load).
FIG. 3 is a vector diagram for explaining the operation of the synchronous motor (at the time of overload).
FIG. 4 is a vector diagram for explaining the operation of the synchronous motor (at the time of abnormality of δ> 90 °).
FIG. 5 shows operation waveforms at the time of sudden change in load torque in the conventional method.
FIG. 6 shows operation waveforms at the time of sudden change in load torque in the embodiment.
FIG. 7 is a block diagram of a synchronous motor variable speed control system showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a block diagram of a synchronous motor variable speed control system showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a block diagram of a synchronous motor variable speed control system showing a fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Winding type synchronous motor, 2 ... Speed command generator, 3 ... Speed controller, 4 ... MT-dq coordinate converter, 5 ... Armature current controller, 6 ... dq-three-phase coordinate converter, 7 ... Electric power Converter, 8 ... armature current detector, 9 ... voltage detector, 10 ... speed / position detector,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Three-phase-dq coordinate converter, 12 ... Magnetic flux observer, 13 ... Magnetic flux command calculator, 14 ... Field command calculator, 15 ... Field current controller, 16 ... Field converter, 17 ... Field current Detector: 18 ... Switcher, 19 ... Setter, 20 ... Comparator, 201 ... Absolute value calculator, 202 ... Hysteresis comparator, 203 ... δon setter, 204 ... δoff setter.

Claims (6)

同期電動機の回転磁極位置を検出あるいは推定する手段と、前記同期電動機の磁束を検出あるいは推定する手段を備え、前記磁極位置ならびに磁束位置の検出値あるいは推定値に基づいて、前記同期電動機の電機子電流をトルク電流成分と励磁電流成分とに座標変換し、前記電機子電流を制御する手段と、前記同期電動機の磁束指令を演算する手段と、前記磁束検出値あるいは推定値が前記磁束指令値に一致するように、前記同期電動機の界磁回路に対して、界磁電流指令を与える界磁指令演算器と、前記界磁電流指令に前記同期電動機の界磁電流が一致するように、前記界磁電流を制御する界磁電流制御器を備えた同期電動機の制御装置において、
該制御装置が、前記同期電動機に回転速度指令を与える手段と、前記同期電動機の回転速度を検出、あるいは推定する手段と、前記回転速度検出値あるいは推定値と、前記回転速度指令の偏差に対して積分補償器と、該補償器の出力をトルク電流の指令値とする速度制御器とを備え、
前記磁極位置、ならびに磁束位置により、推定あるいは検出される負荷角δと、予め設定した設定値δMAX とを比較し、前記負荷角δが、前記設定値δMAX を上回った場合に、前記同期電動機の界磁電流を増加させると同時に、前記速度制御器内の積分補償器の入力を零に切り替えることを特徴とした同期電動機の制御装置。
Means for detecting or estimating the rotating magnetic pole position of the synchronous motor and means for detecting or estimating the magnetic flux of the synchronous motor, and based on the detected value or estimated value of the magnetic pole position and the magnetic flux position, the armature of the synchronous motor Coordinate conversion of current into torque current component and excitation current component, means for controlling the armature current, means for calculating a magnetic flux command of the synchronous motor, and the detected magnetic flux value or the estimated value as the magnetic flux command value A field command calculator for giving a field current command to the field circuit of the synchronous motor so as to match, and the field current of the synchronous motor matches the field current command. In a synchronous motor control device having a field current controller for controlling a magnetic current,
The control device provides means for giving a rotational speed command to the synchronous motor, means for detecting or estimating the rotational speed of the synchronous motor, the detected rotational speed value or the estimated value, and the deviation of the rotational speed command. An integral compensator, and a speed controller that uses the output of the compensator as a command value of the torque current,
The load angle δ estimated or detected based on the magnetic pole position and the magnetic flux position is compared with a preset set value δMAX, and when the load angle δ exceeds the set value δMAX, the synchronous motor A control apparatus for a synchronous motor , wherein a field current is increased and simultaneously an input of an integral compensator in the speed controller is switched to zero .
請求項1記載の同期電動機の制御装置において、
前記負荷角δが、前記設定値δMAXを上回った場合に、前記同期電動機の界磁電流指令値を、前記同期電動機の界磁回路に流し得る最大の値、あるいは、前記界磁回路に電力を供給する電力変換器が出力し得る最大の電流値に切り替え、前記界磁電流を増加させることを特徴とした同期電動機の制御装置。
In the synchronous motor control device according to claim 1,
When the load angle δ exceeds the set value δMAX, the maximum value that can flow the field current command value of the synchronous motor to the field circuit of the synchronous motor, or power to the field circuit A control apparatus for a synchronous motor, wherein the field current is increased by switching to a maximum current value that can be output by a power converter to be supplied.
請求項1記載の同期電動機の制御装置において、
前記負荷角δが、前記設定値δMAX を上回った場合に、前記同期電動機の界磁回路に印加される界磁電圧を、前記界磁回路に印加できる最大の値、あるいは、前記界磁回路に電力を供給する電力変換器が出力し得る最大の電圧値に切り替え、前記界磁電流を増加させることを特徴とした同期電動機の制御装置。
In the synchronous motor control device according to claim 1,
When the load angle δ exceeds the set value δMAX, the field voltage applied to the field circuit of the synchronous motor is the maximum value that can be applied to the field circuit, or the field circuit A control apparatus for a synchronous motor, wherein the field current is increased by switching to a maximum voltage value that can be output by a power converter that supplies power.
同期電動機の回転磁極位置を検出あるいは推定する手段と、前記同期電動機の磁束を検出あるいは推定する手段を備え、前記磁極位置ならびに磁束位置の検出値あるいは推定値に基づいて、前記同期電動機の電機子電流をトルク電流成分と励磁電流成分とに座標変換し、前記電機子電流を制御する手段と、前記同期電動機の磁束指令を演算する手段と、前記磁束検出値あるいは推定値が前記磁束指令値に一致するように、前記同期電動機の界磁回路に対して、界磁電流指令を与える界磁指令演算器と、前記界磁電流指令に前記同期電動機の界磁電流が一致するように、前記界磁電流を制御する界磁電流制御器を備えた同期電動機の制御装置において、
該制御装置が、前記同期電動機の回転速度指令を与える手段と、前記同期電動機の回転速度を検出、あるいは推定する手段を備え、前記回転速度検出値、あるいは推定値が、前記回転速度指令に一致するように制御する速度制御器を備え、
前記磁極位置、ならびに磁束位置により、推定あるいは検出される負荷角δと、予め設定した設定値δ MAX とを比較し、
前記負荷角δが、前記δMAX を上回った場合に、前記同期電動機の界磁電流を増加させるのと同時に、前記速度制御器の出力を、前記負荷角δが、前記δMAX を上回る直前の値に固定し、前記負荷角δが、再び前記δMAX を下回るまで、あるいはδMAX とは異なる別の設定値を下回るまで、その値を維持し続けることを特徴とした同期電動機の制御装置。
Means for detecting or estimating the rotating magnetic pole position of the synchronous motor and means for detecting or estimating the magnetic flux of the synchronous motor, and based on the detected value or estimated value of the magnetic pole position and the magnetic flux position, the armature of the synchronous motor Coordinate conversion of current into torque current component and excitation current component, means for controlling the armature current, means for calculating a magnetic flux command of the synchronous motor, and the detected magnetic flux value or the estimated value as the magnetic flux command value A field command calculator for giving a field current command to the field circuit of the synchronous motor so as to match, and the field current of the synchronous motor matches the field current command. In a synchronous motor control device having a field current controller for controlling a magnetic current ,
The control device includes means for giving a rotational speed command for the synchronous motor and means for detecting or estimating the rotational speed of the synchronous motor, and the detected rotational speed value or the estimated value matches the rotational speed command. Equipped with a speed controller to control
The load angle δ estimated or detected by the magnetic pole position and the magnetic flux position is compared with a preset set value δ MAX ,
When the load angle δ exceeds the δMAX, at the same time as increasing the field current of the synchronous motor, the output of the speed controller is set to a value immediately before the load angle δ exceeds the δMAX. A control device for a synchronous motor, which is fixed and maintains the value until the load angle δ falls below δMAX again or falls below another set value different from δMAX.
請求項4に記載の同期電動機の制御装置において、In the synchronous motor control device according to claim 4,
前記負荷角δが、前記設定値δThe load angle δ is equal to the set value δ. MAX MAX を上回った場合に、前記同期電動機の界磁電流指令値を、前記同期電動機の界磁回路に流し得る最大の値、あるいは、前記界磁回路に電力を供給する電力変換器が出力し得る最大の電流値に切り替え、前記界磁電流を増加させることを特徴とした同期電動機の制御装置。The maximum value that can be supplied to the field circuit of the synchronous motor, or the maximum value that can be output by the power converter that supplies power to the field circuit. The synchronous motor control device is characterized in that the field current is increased by switching to a current value of.
請求項4に記載の同期電動機の制御装置において、
前記負荷角δが、前記設定値δMAX を上回った場合に、前記同期電動機の界磁回路に印加される界磁電圧を、前記界磁回路に印加できる最大の値、あるいは、前記界磁回路に電力を供給する電力変換器が出力し得る最大の電圧値に切り替え、前記界磁電流を増加させることを特徴とした同期電動機の制御装置。
In the synchronous motor control device according to claim 4,
When the load angle δ exceeds the set value δMAX, the field voltage applied to the field circuit of the synchronous motor is the maximum value that can be applied to the field circuit, or the field circuit A control apparatus for a synchronous motor, wherein the field current is increased by switching to a maximum voltage value that can be output by a power converter that supplies power.
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