JPH0153000B2

JPH0153000B2 -

Info

Publication number: JPH0153000B2
Application number: JP58016864A
Authority: JP
Inventors: Shueejitsuhi Gyuntaa; Fuookuto Harutomuuto; Fuosu Eeritsuhi; Tsuandaa Hansuheruman
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1982-02-05
Filing date: 1983-02-03
Publication date: 1989-11-10
Also published as: EP0085871A1; JPS58144591A; US4460860A; EP0085871B1; DE3360482D1; DE3203911A1

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、一定の界磁強さを有する同期電動機
が変換装置を介して給電され、この変換装置に有
効電流目標値が与えられ、その位相が同期電動機
の回転子の位置に関係して調節されかつその振幅
が回転数目標値に関係して調節される場合に、同
期電動機の最大回転数を通常可能とされる値より
も高めることを可能にする制御方法に関する。

変換装置を介して同期電動機に給電することは
公知である。このような自己制御同期電動機とも
呼ばれる装置の構成例が第１図に示されている。
変換装置６を介して給電される同期電動機７の軸
に回転子位置発信器８が取付けられている。回転
子位置信号_istから変換器９たとえば微分器によ
り回転数実際値n_istが形成される。この回転数実
際値n_istは差引き回路１ａにより回転数目標値n_spll
と比較される。目標値と実際値との間の偏差は
PI特性を有する回転数調節器１に与えられる。
回転数調節器１の後には係数乗算器２が接続され
ている。係数乗算器２の出力端に有効電流の振幅
に対する目標値I_Wspllが得られる。この目標値はベ
クトル回転器３に与えられる。ベクトル回転器３
の制御入力端には回転子位置発信器８の出力信号
が与えられる。それにより同期電動機の個々の相
の電流目標値に対する３つの回転ベクトルＩ→_spllR、
Ｉ→_spllS、Ｉ→_spllTが形成される。これらのベクトル
の
大きさは有効電流目標値I_Wspllと一致している。ま
た、これらのベクトルの位相は、同期電動機の対
応する磁極電圧と同相になるように、すなわちＩ→
_{ｓｐｌｌＲ}、Ｉ→_spllS、Ｉ→_spllTが対応する磁極電圧
と同期す
るように、回転子位置信号_istにより制御される。
ここで必要とされる種類のベクトル回転器はたと
えば雑誌“Siemens−Zeitschrift”第45巻、1971
年10月、第10号、第757〜760頁所載の論文“磁界
オリエンテーシヨンの原理：回転磁界機のトラン
スベクトル制御の基本（Das Prinzipder
Feldorientierung、die Grundlage fu″r die
Transvektor−Regelung von
Drehfeldmaschinen）”から公知である。

こうして得られた三相の目標値Ｉ→_spllRないしＩ→_s
_ｐｌｌＴは差引き回路４ａないし４ｃで対応する実際
値I_istRないしI_istTと比較される。電流実際値I_istは
同期電動機７の相線に接続されている変流器によ
り得られる。電動機電流の調節のため変換装置６
の出力電圧が操作量として用いられる。そのため
に、差引き回路４ａないし４ｃの後に接続されて
いる電流調節器５ａないし５ｃにより、電流目標
値からの電流実際値の偏差を零にするために必要
な出力電圧が形成されて、変換装置６の制御入力
端に与えられる。変換装置６の出力電圧は公知の
仕方でたとえばパルス幅変調により変えられる。

対称三相系では３つの正弦波状相電流のベクト
ル和は常に零であるから、実際にはベクトル回転
および電流調節は、たいていの場合、２つの相に
対してのみ実施される。そして、第３の相に対す
る電流値は他の２つの相の電流値のベクトル和を
形成することにより得られる。

上記の制御装置により同期電動機には、そのつ
ど誘起される磁極電圧と同相であり従つて最大の
トルクを発生し得る正弦波状電流が流される。

第２図には、同期電動機の定常的経過に対して
簡単化された単相等価回路が示されている。この
等価回路では、固定子巻線のオーム抵抗は無視さ
れており、また漏れリアクタンスおよび同期リア
クタンスはリアクタンスＸにまとめられている。
第１図で説明した調節により保証されているよう
に電流Ｉが磁極電圧Ｅと同相であれば、リアクタ
ンスＸにおける電圧降下はベクトル図でＥに対し
て垂直であり、また同期電動機の端子電圧の大き
さU_Klは U_Kl＝√²＋（・）² である。磁極電圧Ｅは同期電動機の回転数実際値
n_istにも界磁強さにも比例している。所与の電流
Ｉおよび一定の界磁強さでは、同期電動機の最大
回転数は、端子電圧U_Klが変換装置６の最高可能
な出力電圧と等しくなるときに得られる。逆変換
装置出力電圧の所与の限界において最大回転数を
高めるため、界磁強さを減ずることは知られてい
る。しかし、この方法は界磁電流に対する固有の
制御装置が設けられていることを前提としてお
り、またたとえば永久磁石界磁の同期電動機では
実行不可能である。

従つて、本発明の目的は、所与の界磁強さおよ
び端子電圧において同期電動機の最大回転数を通
常可能とされる値よりも高めることを可能にする
制御方法およびその実施のための制御装置を提供
することである。

この目的は、本発明によれば、回転数実際値
n_istの大きさが｜n_ist｜＞n_p（ここにn_pは同期電動機
の磁極電圧と固定子巻線電圧降下との和が変換装
置の最大可能な出力電圧と等しくなるときの回転
数として予め定められる回転数の値）であるとき
には、有効電流目標値の振幅が比率｜n_ist｜／n_p
に逆比例する値に制限され、かつ有効電流目標値
にそれに対して＋90゜だけずれた位相と（１−
n_p／｜n_ist｜）に比例する振幅とを有する無効電流目標値が加えられることにより達成される。

無効電流目標値を加えることにより、リアクタ
ンスＸに磁極電圧Ｅと逆向きの電圧降下が生ず
る。それにより磁極電圧はこの電圧降下だけ変換
装置の出力電圧よりも大きくなり得る。すなわち
同期電動機の最大回転数を高めることが可能にな
る。回転数の上昇とともに有効電流によりリアク
タンスＸに生ずる電圧降下が増大しないようにす
るため、有効電流は回転数に逆比例して減ぜられ
る。

回転数の値n_pが変換装置に給電する電源の電源
電圧に比例していることは有利である。それによ
り、有効電流目標値の減少および無効電流目標値
の追加が開始される回転数の値n_pが変換装置の最
大出力電圧に合わされる。

本発明による制御方法を実施するための制御装
置では、同期電動機の回転数目標値からの回転数
実際値の偏差を与えられる回転数調節器の後に第
１の係数乗算器を介して、制御入力端で回転子位
置発信器と接続されている第１のベクトル回転器
が接続されており、この第１のベクトル回転器の
出力端から有効電流目標値が取出されている制御
装置において、回転数調節器の後に回転数調節器
の出力信号を比率｜n_ist｜／n_pに逆比例する値に
制限する第１の制限器が接続されており、また回
転数実際値｜n_ist｜を与えられて｜n_ist｜＜n_pであ
るときには零に等しく、｜n_ist｜＞n_pであるときに
は（１−n_p／｜n_ist｜）に比例する量を形成する第１の関数発生器が設けられており、この第１の関数
発生器の出力端に第２の係数乗算器を介して、制
御入力端で回転子位置発信器と接続されており回
転子位置信号に対して90゜だけ回転した出力信号
を生ずる第２のベクトル回転器が接続されてお
り、また両ベクトル回転器の互いに対応する出力
端が各１つの加算器と接続されており、その出力
端から電流目標値が取出されていることは有利で
ある。

それにより、少数の要素から成る装置で本発明
による方法を実施することができる。

回転数実際値の大きさ｜n_ist｜を与えられて｜
n_ist｜＞n_pであるときには比率｜n_ist｜／n_pに逆比
例する出力信号を生ずる第２の関数発生器が設け
られており、この出力信号が第１の制限器の制御
入力端に与えられていることは目的にかなつてい
る。それにより第１の制限器は、｜n_ist｜＞n_pであ
るときに有効電流目標値が減ぜられるように第２
の関数発生器により制御される。

第２の関数発生器が、反転入力端に回転数実際
値の大きさ｜n_ist｜を与えられかつ非反転入力端
に回転数値n_pを与えられる第１の加算増幅器を含
んでおり、第１の加算増幅器は帰還ダイオードに
より理想整流器として接続されており、第１の加
算増幅器の出力端は抵抗を介して第２の加算増幅
器の一方の入力端と接続されており、また第２の
加算増幅器の前記一方の入力端に有効電流目標値
に対する最大値が与えられていることは有利であ
る。このような関数発生器では関数１／ｎが直線
的に下降する関数により近似される。しかし、こ
の近似は制御の対象となる回転数範囲に対しては
十分である。

第１の制限器が逆極数で互いに接続された２つ
の理想ダイオード回路を含んでおり、両回路の相
互接続点は抵抗を介して回転数調節器の出力端と
接続されており、また両回路は相互接続点と反対
側で直接にまたはインバータを介して第２の関数
発生器の出力端と接続されていることは有利であ
る。それにより第１の制限器が２つの理想ダイオ
ード回路で実現され得る。

第１の関数発生器が、非反転入力端に回転数実
際値の大きさ｜n_ist｜を与えられかつ反転入力端
に回転数値n_pを与えられる加算増幅器を含んでお
り、この加算増幅器は帰還ダイオードにより理想
整流器として接続されており、この加算増幅器の
後に抵抗が接続されており、この抵抗の他端がイ
ンピーダンス変換器を介して関数発生器出力端と
接続されており、また抵抗とインピーダンス変換
器との間の接続点に理想ダイオード回路を介して
回転数実際値の大きさ｜n_ist｜が与えられている
ことは有利である。それにより所望の関数（１−
n_p／｜n_ist｜）を十分正確に近似する関数が得ら
れる。

本発明による制御方法およびそれを実施するた
めの制御装置を以下に例として第３図ないし第８
図により一層詳細に説明する。

本発明による制御方法を説明するため第３図に
は同期電動機のベクトル図が示されている。最初
に同期電動機が常時作動中であり、従つて本発明
による制御がまだ開始されていない状態について
説明する。同期電動機は回転数n_pで回転し、電流
Ｉ→₀が固定子巻線に流れている。回転数n_pで回転
する回転子は固定子巻線に磁極電圧Ｅ→₀を誘起す
る。先に説明した調節に基づいて、固定子電流Ｉ→
_０および磁極電圧Ｅ→₀は同相である。従つて、電流
Ｉ→₀は以下では有効電流とも呼ばれる。有効電流
Ｉ→₀はリアクタンスＸに、ベクトル図で磁極電圧
Ｅ→₀に対して垂直な電圧降下Ｘ・Ｉ→₀を生ずる。そ
れにより電動機の端子には、ベクトルＥ→₀および
Ｘ・Ｉ→₀の和である端子電圧U_Klが生ずる。この端
子電圧Ｕ→_Klの大きさは｜U_Kl｜＝√₀ ²＋（｜₀｜・）² である。｜U_Kl｜が変換装置６の最大到達可能な出
力電圧であるとき、すなわち｜U_Kl｜＝U_Klnaxの
とき、磁極電圧Ｅ→₀に対応づけられる回転数n_pは
最大到達可能な回転数n_pに等しい。第３図のベク
トル図からわかるように、到達可能な回転数n_pは
最大可能な端子電圧U_Klnaxに比例している。n_pは
さらに同期電動機の界磁強さに比例している。し
かし、これらの量は変更し得ないことが前提条件
となつている。さらに、到達可能な回転数n_pと有
効電流Ｉ→₀との間にはある関係が存在する。たと
えば固定子電流Ｉ→₀＝０であれば、リアクタンス
Ｘにおける電圧降下は生ぜず、従つて磁極電圧Ｅ→
_０は最大端子電圧Ｕ→_Klnaxと等しくなり得る。すな
わち、Ｅ→₀の先端は第３図中の点Ｆまで移動し得
る。このことは回転数を相応に高め得ることを意
味する。

しかし、以下では、最大回転数と有効電流Ｉ→₀
との関係は無視するものとする。そして回転数値
n_pとしては、たとえば本発明による方法で最大期
待し得る固定子電流Ｉ→₀に対応づけられている固
定値が選択される。それにより有効電流制限およ
び無効電流追加がより小さい回転数では本来必要
な時点よりも若干早くに開始されるが、このこと
は同期電動機の動特性にわずかしか影響しない。

回転数ｎをn_pを越える値に高めれば、磁極電圧
Ｅ→はたとえば第３図中に示されている値Ｅ→₁に増
大する。回転数に比例して、リアクタンスＸにお
ける電圧降下Ｘ・Ｉ→₀も増大する。そのため端子
電圧U_Klは、追加的対策が講じられていなければ、
第３図中にＡで示されている点までで増大しなけ
ればならないが、それは前記の理由から可能でな
い。図示されている磁極電圧Ｅ→₁においても端子
電圧をＵ→_Klnaxにとどめるため、先ず有効電流が値
Ｉ→_1Wに減ぜられる。この値は、回転数がn_pよりも
高い場合のリアクタンスの値は回転数がn_pの場合
の値Ｘよりも高い値X₁を有するにもかかわらず、
リアクタンス電圧降下X₁・Ｉ→_1Wが回転数n_pにお
けるリアクタンス電圧降下Ｘ・Ｉ→₀と等しい大き
さにとどまるように選定されている。そのために
有効電流Ｉ→_Wは、n_pを越える回転数では、比率
ｎ／n_pに逆比例する値に制限される。それにより
端子電圧ベクトルの先端はベクトル図中の点Ｂと
なる。さらに、電流Ｉ→₀と同じく磁極電圧Ｅ→と同
相の電流すなわち純粋な有効電流である電流Ｉ→_1W
に、磁極電圧Ｅ→よりも90゜進んでいる無効電流Ｉ→₁
_Ｂが加えられる。この無効電流Ｉ→_1Bがリアクタン
スＸに生ずる電圧降下Ｕ→_BXは無効電流Ｉ→_1Bにくら
べて90゜、従つてまた磁極電圧Ｅにくらべて180゜
だけ位相がずれている。すなわちＵ→_BXはＥ→に対し
て逆向きである。無効電流成分Ｉ→_1Bは、それによ
り生ずる電圧降下Ｕ→_BXが、n_pを越える回転数上昇
に基づく磁極電圧の増加分ΔＥ→をちようど補償す
るように選定されている。すなわち、漏れインダ
クタンスおよび同期インダクタンスの和がＬであ
り、かつ磁極電圧Ｅ→がｐ×ｎに等しければ、 U_BX＝ΔＥ→ I_B・2πn・Ｌ＝ｐ（ｎ−n_p） I_B＝ｐ／2πL（１−n_p／ｎ）の関係式が成り立つので、無効電流成分I_Bは（１
−n_p／ｎ）に比例する値に選定されなければなら
ない。

有効電流I_Wは、前記のように、n_pを越える回転
数では、比率ｎ／n_pに逆比例する値に制限されな
ければならない。

これまでに述べた考察は電動機運転に対してあ
てはまる。しかし、以上の考察は第３図のベクト
ル図の右側部分に示されている発電機運転にも同
様に応用し得る。その場合には、有効電流Ｉ→_1W
′をI_1Wに対して逆極性とするだけでよく、他方無
効電流Ｉ→_1B′はＩ→_1Bと同一のものが用いられる。

以上に示した制御方法により、所与の界磁強さ
および供給電圧において同期電動機の最大回転数
を通常可能とされる値よりも高めることが可能に
なる。回転数上昇に対する限界は、有効電流の減
少とともにもちろん同期電動機のトルクも減少す
ることにより与えられている。トルクが減少すれ
ば同期電動機の加速能力も低くなるので、高いほ
うの回転数範囲では同期電動機の動特性が悪くな
る。しかし、この制約はたとえば早戻り運動中は
ほとんど無負荷状態となる工作機械の送り駆動の
際には支障とならない。試験結果では、最大回転
数を通常可能とされる値の２倍に容易に高めるこ
とができた。もちろん同期電動機に給電する変換
装置６は追加される無効電流による負荷に耐える
能力を有していなければならないし、また同期電
動機の熱的過負荷が生じないように同期電動機の
電流負荷耐力が超過されてはならない。

本発明による制御方法を実施するための制御装
置が第４図に示されている。第１図に示した公知
の制御装置と同様に、差引き回路１ａで回転数目
標値n_spllと回転数実際値n_istとの間の偏差が形成さ
れる。この偏差は回転数調節器１および係数乗算
器２を介して、回転子位置発信器の出力信号_ist
により制御されるベクトル回転器３に与えられ
る。ベクトル回転器３の出力信号は位置実際値
_istと同相であり、このことはベクトル回転器３
のブロツク内に0゜と記入することにより示されて
いる。この分岐ルートでは公知の制御装置との唯
一の相違点として回転数調節器１と係数乗算器２
との間に、本発明の制御方法により回転数実際値
が｜n_ist｜＞n_pであるときには回転数調節器１の
出力信号を比率｜n_ist｜／n_pに逆比例して制限す
る制限器１０が挿入されている。制限器１０を制
御するための信号は関数発生器１７が与える。そ
のために関数発生器１７には回転数実際値n_istが、
負の実際値を正の実際値に変換する絶対値形成回
路１８を介して、入力量｜n_ist｜として与えられ
る。本発明による制御が開始される境界回転数値
n_p記は固定的に予め与えられてもよいし、電源電
圧が可変の場合には電源電圧に関係づけて与えら
れてもよい。後者の場合、同期電動機の回転数限
界は、追加的対策が講じられていなければ、電源
電圧U_Nに比例しているので、電源電圧U_Nの測定
値が係数乗算器１９に与えられ、その出力信号が
境界回転数値n_pとして関数発生器１７のパラメー
タ入力端に与えられる。

制御装置は電流目標値I_spllの無効電流成分を形
成する第２の分岐ルートを有する。この第２分岐
ルートは、係数乗算器１２を介して第２のベクト
ル回転器１３の入力端と接続されている関数発生
器１１を含んでいる。第２のベクトル回転器１３
も前記引用文献に示されているように構成されて
いてよい。しかし、ベクトル回転器１３の出力信
号は位置実際値_istに対して90゜の位相ずれを有す
る。このことは、前記引用文献の第７図に示され
ている回路でsinおよびcosに対する入力端を
交換し、かつcosに対する入力端にインバータ
を追加することにより簡単に達成される。なぜな
らば、sin（90゜＋）＝cosまたcos（90゜＋）＝
−
sinだからである。ベクトル回転器１３の出力端
に個々の相に対する無効電流目標値が得られる。
各相に対する無効電流目標値は、対応する相に対
する有効電流目標値をそれぞれ一方の入力端に与
えられている各１つの加算器１４ないし１６の他
方の入力端に与えられる。加算器１４ないし１６
の出力端にそれぞれ、個々の相に対する合成され
た電流目標値I_spllRないしI_spllTが得られる。これら
の電流目標値は第１図に示した公知の制御装置の
場合と同様に電流調節のために用いられる。電流
調節回路の図示は第４図では省略されている。

関数発生器１１には入力量として同じく回転数
実際値の大きさ｜n_ist｜が、またパラメータとし
て同じく境界回転数値n_pが与えられる。関数発生
器１１が本来発生すべき関数は、前記のように、
第５図に示されている関数（１−n_p／｜n_ist｜）
である。しかし、ここで制御の対象とする範囲で
は、この関数は零点を通る第１の直線と境界回転
数値n_pを通る第２の直線とから成る折線により近
似され得る。この近似は、先ず関数発生器１１の
部分１１ａで直線Ａを回転数｜n_ist｜および境界
回転数値n_pに関係して形成し、次いで部分１１１
ａの出力信号を後に接続されている制限器１１ｂ
で直線Ｂに従つて制限することにより実現され
る。それにより、両直線Ａ、Ｂの交点までは直線
Ａが、またその先では直線Ｂが有効になる。

第６図には関数発生器１１の実施例が示されて
いる。値n_pおよび｜n_ist｜は抵抗１１ｄ，１１ｅ
を介して演算増幅器１１ｃの入力端に与えられ
る。その際、信号｜n_ist｜は抵抗１１ｆを介して
接地されている非反転入力端に与えられる。演算
増幅器１１ｃの出力端は、陽極を演算増幅器１１
ｃの出力端に向けているダイオード１１ｋを介し
て、その反転入力端と接続されている。さらに、
演算増幅器１１ｃの出力端はダイオード１１ｌ、
抵抗１１ｈおよびインピーダンス変換器１１ｉを
介して関数発生器１１の出力端と接続されてい
る。さらに、ダイオード１１ｌと抵抗１１ｈとの
間の接続点が別の抵抗１１ｇを介して演算増幅器
１１ｃの反転入力端と接続されている。関数発生
器１１のこの部分により、差｜n_ist｜−n_pに比例
する出力信号すなわち特性直線Ａに相当する出力
信号が形成される。帰還ダイオード１１ｋおよび
１１ｌにより、特性曲線の望ましくない負範囲を
切離する理想整流器回路が形成される。

特性直線Ｂに従つて出力信号を制限するため、
抵抗１１ｈとインピーダンス変換器１１ｉとの間
の接続点は別のダイオード１１ｍを介して演算増
幅器１１ｎの出力端と接続されている。演算増幅
器１１ｎの反転入力端は抵抗１１ｈとインピーダ
ンス変換器１１ｉとの間の接続点と接続されてお
り、また演算増幅器１１ｎの非反転入力端には回
転数実際値の大きさ｜n_ist｜が与えられている。
この演算増幅器１１ｎおよびダイオード１１ｍに
よりスレシホルド値のない理想ダイオード回路が
実現されており、この回路は抵抗１１ｈとインピ
ーダンス変換器１１ｉとの間の接続点における電
圧が回転数実際値の大きさ｜n_ist｜よりも大きく
なれば直ちに導通する。それにより出力信号は特
性直線Ｂに従つて回転数実際値の大きさ｜n_ist｜
に比例する値に制限される。

第７図には関数発生器１７および制限器１０の
実施例が示されている。回転数実際値の大きさ｜
n_ist｜は抵抗１７ｂを介して演算増幅器１７ａの
反転入力端に、また回転数値n_pは抵抗１７ｃを介
して演算増幅器１７ａの非反転入力端に与えられ
る。非反転入力端は抵抗１７ｄを介して制御装置
の基準電位と接続されている。演算増幅器１７ａ
の出力端は、陽極を演算増幅器１７ａの出力端の
ほうに向けている帰還ダイオード１７ｆを介して
その反転入力端と接続されている。演算増幅器１
７ａの出力端の後にはダイオード１７ｇが、その
陰極を演算増幅器１７ａの出力端のほうに向けて
接続されている。ダイオード１７ｇの陽極は抵抗
１７ｅを介して演算増幅器１７ａの反転入力端と
接続されている。この理想整流回路として接続さ
れた演算増幅器１７ａにより差n_p−｜n_ist｜が形
成され、その際負値のみが伝達される。すなわ
ち、回転数実際値の大きさ｜n_ist｜が境界回転数
値n_pよりも小さければ、演算増幅器１７ａの出力
電圧は零である。もし｜n_ist｜がn_pよりも大きけ
れば、負に傾斜の特性直線が得られる。それから
所望の特性直線を得るためには、最大の電流目標
値に相当する一定値I_naxが加えられなければなら
ない。これは、反転入力端で抵抗１７ｈを介して
ダイオード１７ｇと接続されておりかつ抵抗１７
ｌを介して値I_naxを与えられる演算増幅器１７ｋ
により行なわれる。演算増幅器１７ｋはその出力
端とその反転入力端との間に帰還抵抗１７ｉを有
する。こうして演算増幅器１７ｋの入力端に、｜
n_ist｜＜n_pであるかぎりはI_naxに等しく、｜n_ist｜＜
n_pであればI_nax−（｜n_ist｜−n_p）に等しい電圧が
得られる。上記の関数発生器１７により、本来望
まれる正確な関数１／｜n_ist｜が制御対象範囲で
は十分良好に近似される。

関数発生器１７の出力端は制限器１０の入力端
と接続されている。この制限器はそれぞれ演算増
幅器１０ａまたは１０ｃとダイオード１０ｂまた
は１０ｄとの直列回路から成る２つの理想ダイオ
ード回路を含んでいる。ダイオード１０ｂまたは
１０ｄの第２の端子はそれぞれ対応する演算増幅
器１０ａまたは１０ｃの反転入力端と接続されて
いる。演算増幅器１０ａまたは１０ｃの出力端と
反対側のダイオード１０ｂまたは１０ｄの端子は
１つの接続点で互いに接続されており、その際両
ダイオード１０ｂまたは１０ｄは互いに逆極性に
接続されている。回転数調節器１の制限すべき出
力信号は抵抗１０ｆを介して両ダイオード１０
ｂ，１０ｄ間の接続点に与えられている。関数発
生器１７の出力信号は演算増幅器１０ｃの非反転
入力端に直接に、また演算増幅器１０ａの非反転
入力端にインバータ１０ｅを介して与えられてい
る。回転数調節器１の出力信号が関数発生器１７
の出力信号とその反転された値との間にあるかぎ
り、両理想ダイオード回路１０ａ，１０ｂまたは
１０ｃ，１０ｄは阻止状態にあるので、回転数調
節器１の出力信号は無変更で制限器１０の出力端
に伝達される。しかし、回転数調節器１の出力信
号が上記の範囲を越えると、両ダイオード１０ｂ
または１０ｄの１つが対応する演算増幅器１０ａ
または１０ｃにより導通状態に切換えられ、制限
器１０の出力信号は関数発生器１７の出力信号に
制限される。

第８図にはベクトル回転器３および１３の実施
例が示されている。定義により値I_WspllおよびI_Bspll
は、Ｘ方向に位置しかつ回転磁界形成のため回転
ベクトルに変換されるべきベクトルである。その
際、無効電流目標値I_Bspllは有効電流目標値I_Wspllに
くらべて＋90゜だけ位相がずれているものとする。
Ｘ軸のまわりに角度だけ回転されたベクトルは
三角関数公式により直交座標系では下記の成分を
有する。

I_spllX＝I_spll・cos I_spllY＝I_spll・sin このようなベクトルをさらに90゜だけ回転すれ
ば、ベクトルの直交座標成分は下式で表わされ
る。

I_spllX＝−I_spll・sin I_spllY＝I_spll・cos すなわち、ベクトル回転のためには、位置発信
器８から与えられたデイジタルの位置測定信号
_istのサインおよびコサインが形成されなければ
ならない。これはたとえばアドレス入力端に位置
実際値_istを与えられる各１つの固定値メモリ２
０または２１によつて行なわれる。すなわち、固
定値メモリ内で位置実際値_istに対応するcos_ist
またはsin_istの値がアドレス指定されて、出力端
にデイジタルに出力される。固定値メモリ２０の
出力端は乗算機能付きデイジタル−アナログ変換
器３ａと、また固定値メモリ２１の出力端は乗算
機能付きデイジタル−アナログ変換器３ｂと接続
されている。両デイジタル−アナログ変換器３
ａ，３ｂの乗算入力端にはそれぞれアナログの有
効電流目標値I_Wspllが与えられている。従つて、デ
イジタル−アナログ変換器３ａにより積I_Wspll・
cos_istが、またデイジタル−アナログ変換器３ｂ
により積I_Wspll・sin_istが形成される。こうして、
回転された有効電流ベクトルＩ→_WspllのＸ成分がデ
イジタル−アナログ変換器３ａの出力端に、また
そのＹ成分がデイジタル−アナログ変換器３ｂの
出力端に得られる。

無効電流ベクトルＩ→_Bspllの回転のためには、第
２のベクトル回転器１３において固定値メモリ２
０の出力端が乗算機能付きデイジタル−アナログ
変換器１３ｂの入力端と、また固定値メモリ２１
の出力端が乗算機能付きデイジタル−アナログ変
換器１３ａの入力端と接続されている。両デイジ
タル−アナログ変換器１３ａ，１３ｂの乗算入力
端にはそれぞれアナログの無効電流目標値I_Bspllが
与えられている。従つて、デイジタル−アナログ
変換器１３ａにより積I_Bspll・sin_istが、またデイ
ジタル−アナログ変換器１３ｂにより積I_Bspll・
cos_istが形成される。こうして、回転された無効
電流ベクトルＩ→_BspllのＸ成分がデイジタル−アナ
ログ変換器１３ａの出力端に、またその一Ｙ成分
がデイジタル−アナログ変換器１３ｂの出力端に
得られる。

有効電流ベクトルのＸおよびＹ成分I_WspllXまた
はI_WspllYと無効電流ベクトルのＸおよび−Ｙ成分
I_BspllXまたは−I_BspllYはそれぞれ加算器１４または
１５で加算される。その際、成分−I_BspllYは加算
器１５の差引き入力端に与えられている。加算器
１４の出力端には全電流目標値のＸ成分I_spllXが、
また加算器１５の出力端にはそのＹ成分I_spllYが得
られる。

これらの二相の量はさらに座標変換器２２によ
り三相系の量I_spllR、I_spllS、I_spllTに変換されなけれ
ばならない。このような座標変換器はたとえば
1981年９月２日付ヨーロツパ特許出願第81101184
号明細書の第７頁に記載されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は公知の制御装置の回路図、第２図は同
期電動機の簡単化した等価回路図、第３図は本発
明による制御方法を説明するためのベクトル図、
第４図は本発明による制御装置の回路図、第５図
は第１の関数発生器の特性を示す線図、第６図は
第１の関数発生器の実施例の回路図、第７図は第
２の関数発生器および制限器の実施例の回路図、
第８図はベクトル回転器の実施例の回路図であ
る。１……回転数調節器、１ａ……差引き回路、２
……係数乗算器、３……ベクトル回転器、４ａ〜
４ｃ……差引き回路、５ａ〜５ｃ……電流調節
器、６……変換装置、７……同期電動機、８……
回転子位置発信器、９……変換器（たとえば微分
器）、１０……制限器、１１……関数発生器、１
２……係数乗算器、１３……ベクトル回転器、１
４〜１６……加算器、１７……関数発生器、１８
……絶対値形成回路、１９……係数乗算器、２
０，２１……固定値メモリ、２２……座標変換
器。

Claims

【特許請求の範囲】１一定の界磁強さを有する同期電動機が変換装
置を介して給電され、この変換装置に有効電流目
標値が与えられ、その位相が同期電動機の回転子
の位置に関係して調節されかつその振幅が回転数
目標値に関係して調節される場合に、同期電動機
の最大回転数を通常可能とされる値よりも高める
ことを可能にする制御方法において、回転数実際
値（n_ist）の大きさが｜n_ist｜＞n_p（ここにn_pは同期
電動機の磁極電圧(E)と固定子巻線電圧降下との和
が変換装置の最大可能な出力電圧（U_Klnax）と等
しくなるときの回転数として予め定められる回転
数の値）であるときには、有効電流目標値（Ｉ→_Ws
_ｐｌｌ）の振幅（I_Wspll）が比率｜n_ist｜／n_pに逆比例
す
る値に制限され、かつ有効電流目標値（Ｉ→_Wspll）
にそれに対して＋90゜だけずれた位相と（１−
n_p／｜n_ist｜）に比例する振幅とを有する無効電流目標値（Ｉ→_Bspll）が加えられることを特徴とする同
期電動機の制御方法。２特許請求の範囲第１項記載の制御方法におい
て、回転数の値n_pが変換装置に給電する電源の電
源電圧（U_N）に比例していることを特徴とする
同期電動機の制御方法。３一定の界磁強さを有する同期電動機が変換装
置を介して給電され、この変換装置に有効電流目
標値が与えられ、その位相が同期電動機の回転子
の位置に関係して調節されかつその振幅が回転数
目標値に関係して調節される場合に、同期電動機
の最大回転数を通常可能とされる値よりも高める
ことを可能にするため、回転数実際値（n_ist）の
大きさが｜n_ist｜＞n_p（ここにn_pは同期電動機の磁
極電圧(E)と固定子巻線電圧降下との和が変換装置
の最大可能な出力電圧（U_Klnax）と等しくなると
きの回転数として予め定められる回転数の値）で
あるときには、有効電流目標値（Ｉ→_Wspll）の振幅
（I_Wspll）が比率｜n_ist｜／n_pに逆比例する値に制限
され、かつ有効電流目標値（Ｉ→_Wspll）にそれに対
して＋90゜だけずれた位相と（１−n_p／｜n_ist｜）に比例する振幅とを有する無効電流目標値（Ｉ→_Bspll）
が加えられるようにする制御装置であつて、同期
電動機の回転数目標値からの回転数実際値の偏差
を与えられる回転数調節器の後に第１の係数乗算
器を介して、制御入力端で回転子位置発信器と接
続されている第１のベクトル回転器が接続されて
おり、この第１のベクトル回転器の出力端から有
効電流目標値が取出されている制御装置におい
て、回転数調節器の後に回転数調節器の出力信号
を比率｜n_ist｜／n_pに逆比例する値に制限する第
１の制限器が接続されており、また回転数実際値
（｜n_ist｜）を与えられて｜n_ist｜＜n_pであるとき
には零に等しく、｜n_ist｜＞n_pであるときには（１
−n_p／｜n_ist｜）に比例する量（I_B ^*）を形成する第１の関数発生器が設けられており、この第１の関
数発生器の出力端に第２の係数乗算器を介して、
制御入力端で回転子位置発信器と接続されており
回転子位置信号に対して90゜だけ回転した出力信
号を生ずる第２のベクトル回転器が接続されてお
り、また両ベクトル回転器の互いに対応する出力
端が各１つの加算器と接続されており、その出力
端から電流目標値（I_spll）が取出されていること
を特徴とする同期電動機の制御装置。４特許請求の範囲第３項記載の制御装置におい
て、回転数実際値の大きさ（｜n_ist｜）を与えら
れて｜n_ist｜＞n_pであるときには比率｜n_ist｜／n_p
に逆比例する出力信号を生ずる第２の関数発生器
が設けられており、この出力信号が第１の制限器
の制御入力端に与えられていることを特徴とする
同期電動機の制御装置。５特許請求の範囲第４項記載の制御装置におい
て、第２の関数発生器が、反転入力端に回転数実
際値の大きさ（｜n_ist｜）を与えられかつ非反転
入力端に回転数値n_pを与えられる第１の加算増幅
器を含んでおり、第１の加算増幅器は帰還ダイオ
ードにより理想整流器として接続されており、第
１の加算増幅器の出力端は抵抗を介して第２の加
算増幅器の一方の入力端と接続されており、また
第２の加算増幅器の前記一方の入力端に有効電流
目標値（Ｉ→_Wspll）に対する最大値が与えられてい
ることを特徴とする同期電動機の制御装置。６特許請求の範囲第４項または第５項記載の制
御装置において、第１の制限器が逆極性で互いに
接続された２つの理想ダイオード回路を含んでお
り、両回路の相互接続点は抵抗を介して回転数調
節器の出力端と接続されており、また両回路は相
互接続点と反対側で直接にまたはインバータを介
して第２の関数発生器の出力端と接続されている
ことを特徴とする同期電動機の制御装置。７特許請求の範囲第３項ないし第６項のいずれ
かに記載の制御装置において、第１の関数発生器
が、非反転入力端に回転数実際値の大きさ（｜
n_ist｜）を与えられかつ反転入力端に回転数値
（n_p）を与えられる加算増幅器を含んでおり、こ
の加算増幅器は帰還ダイオードにより理想整流器
として接続されており、この加算増幅器の後に抵
抗が接続されており、この抵抗の他端がインピー
ダンス変換器を介して関数発生器出力端と接続さ
れており、また抵抗とインピーダンス変換器との
間の接続点に理想ダイオード回路を介して回転数
実際値の大きさ（｜n_ist｜）が与えられているこ
とを特徴とする同期電動機の制御装置。