JPH11146700A - Control method of synchronous motor - Google Patents
Control method of synchronous motorInfo
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- JPH11146700A JPH11146700A JP9304751A JP30475197A JPH11146700A JP H11146700 A JPH11146700 A JP H11146700A JP 9304751 A JP9304751 A JP 9304751A JP 30475197 A JP30475197 A JP 30475197A JP H11146700 A JPH11146700 A JP H11146700A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 同期電動機の電機子反作用リアクタンスが磁
気飽和現象のため磁束が大きくなると値が低下すること
による磁束演算によって算定される磁束と実際の磁束と
のずれを解消し得る同期電動機の磁気飽和モデルを求め
る。
【解決手段】 同期電動機で無負荷飽和特性たる磁気飽
和モデルに関しての唯一の実測値である直軸電機子反作
用リアクタンスの磁気飽和特性Xad(id ,0)=Xad
(if ,0)を得(S1 )、直軸電機子電流id と横軸
電機子電流iq との組合せで磁気ベクトルポテンシャル
の基本波の正弦成分Ad (id ,iq )、余弦成分Aq
(id ,iq )を求め(S2 )、更に横軸電機子反作用
リアクタンスの不飽和値Xaq(0,0)を得(S3 )、
この実測値と磁界解析値とを組合せることで(S4 )横
軸電機子反作用リアクタンスの飽和特性を求める
(S6 )。
(57) [Problem] To solve the difference between the magnetic flux calculated by the magnetic flux calculation and the actual magnetic flux due to a decrease in the value of the armature reaction reactance of the synchronous motor when the magnetic flux increases due to the magnetic saturation phenomenon. Find the magnetic saturation model of the synchronous motor. SOLUTION: The magnetic saturation characteristic X ad ( id , 0) = X ad of a linear-axis armature reaction reactance, which is the only measured value of a magnetic saturation model as a no-load saturation characteristic in a synchronous motor.
(I f, 0) and the resulting (S 1), sine component A d of the fundamental wave of the magnetic vector potential in combination with the direct axis armature current i d and the horizontal axis armature current i q (i d, i q ) , The cosine component A q
(I d, i q) the calculated (S 2), further unsaturated value X aq (0,0) to obtain the horizontal axis armature reaction reactance (S 3),
By combining this measured value and the magnetic field analysis value (S 4 ), the saturation characteristic of the horizontal axis armature reaction reactance is determined (S 6 ).
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はベクトル制御のため
の磁束演算に用いる同期電動機の磁気飽和モデルとし
て、実測値である無負荷飽和特性を用いて有限要素法に
よる磁界解析で実測不可能な運転状態下での磁気飽和特
性を補うことで精度のよい磁気飽和モデルを用いた同期
電動機の制御方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic saturation model of a synchronous motor used for magnetic flux calculation for vector control, which is an operation that cannot be measured by a finite element method magnetic field analysis using a no-load saturation characteristic which is a measured value. The present invention relates to a synchronous motor control method using a high-accuracy magnetic saturation model by compensating magnetic saturation characteristics under a state.
【0002】[0002]
【従来の技術】図5は本発明においても用いられるが、
従来においても用いられてきた一般的な同期電動機の駆
動制御装置の基本的構成を示すブロック図であり、図中
1は速度指令値Nに基づいて電力を供給する駆動制御装
置、2は駆動制御対象である同期電動機を示している。
駆動制御装置1は速度制御器11、磁束制御器12、電
流制御器13、座標変換器14、電力供給器15、同期
電動機2の回転子の回転速度n及び磁極の位置を検出す
る速度・位置検出器16及び磁束演算器17等を備えて
いる。2. Description of the Related Art FIG. 5 is also used in the present invention,
FIG. 2 is a block diagram showing a basic configuration of a drive control device of a general synchronous motor that has been used in the related art, wherein 1 is a drive control device that supplies electric power based on a speed command value N, and 2 is a drive control device. 3 shows a synchronous motor as an object.
The drive control device 1 includes a speed controller 11, a magnetic flux controller 12, a current controller 13, a coordinate converter 14, a power supply 15, a rotational speed n of the rotor of the synchronous motor 2, and a speed / position for detecting the position of the magnetic pole. A detector 16 and a magnetic flux calculator 17 are provided.
【0003】速度制御器11は外部から与えられる速度
指令値Nと、速度・位置検出器16で検出した同期電動
機2における回転子の回転速度nとを比較し、この比較
結果に基づいてトルク電流指令値を演算し、これを電流
制御器13へ出力する。磁束制御器12は同期電動機2
の磁束の大きさを、磁束基準値設定器19から入力され
る磁束基準値、換言すれば磁束指令値に一致させるに必
要な励磁電流指令値を演算し、これを電流制御器13へ
出力する。なお同期電動機2の内部の磁束の大きさは直
接測定することができないので、磁束演算器17が算定
する磁束の大きさを用いる。The speed controller 11 compares a speed command value N given from the outside with the rotation speed n of the rotor of the synchronous motor 2 detected by the speed / position detector 16, and based on the comparison result, determines the torque current. The command value is calculated and output to the current controller 13. The magnetic flux controller 12 is a synchronous motor 2
Is calculated from the magnetic flux reference value input from the magnetic flux reference value setting unit 19, in other words, the excitation current command value required to match the magnetic flux command value, and outputs this to the current controller 13. . Since the magnitude of the magnetic flux inside the synchronous motor 2 cannot be directly measured, the magnitude of the magnetic flux calculated by the magnetic flux calculator 17 is used.
【0004】電流制御器13は速度制御器11から入力
されるトルク電流指令値及び磁束制御器12から入力さ
れる励磁電流指令値と、座標変換器18から入力される
起磁力が磁束の方向と直交するトルク電流及び起磁力が
磁束の方向となる励磁電流とを比較し、その比較結果か
ら電流制御信号を演算し、これを座標変換器14へ出力
する。座標変換器14は磁束演算器17が算定した磁束
の方向を基準として入力された電流制御信号を、3相交
流及び界磁電流の制御信号に座標変換し、これを電力供
給器15へ出力する。電力供給器15はインバータ等で
構成されており、座標変換器14から入力される制御信
号に対応した3相交流及び界磁電流を同期電動機2へ供
給する。The current controller 13 determines a torque current command value input from the speed controller 11 and an exciting current command value input from the magnetic flux controller 12 and a magnetomotive force input from the coordinate converter 18 to determine the direction of magnetic flux. The orthogonal torque current and the exciting current whose magnetomotive force is in the direction of the magnetic flux are compared, a current control signal is calculated from the comparison result, and this is output to the coordinate converter 14. The coordinate converter 14 converts the current control signal input based on the direction of the magnetic flux calculated by the magnetic flux calculator 17 into a control signal of three-phase AC and field current, and outputs this to the power supply 15. . The power supply 15 is composed of an inverter or the like, and supplies the synchronous motor 2 with a three-phase alternating current and a field current corresponding to a control signal input from the coordinate converter 14.
【0005】速度・位置検出器16は同期電動機2にお
ける回転子に設けた回転数検出器にて回転速度n及び磁
極の位置を検出し、回転速度nを速度制御器11及び磁
束基準値設定器19へ、また磁極の位置は座標変換器1
8へ出力する。磁束基準値設定器19は入力された回転
子の回転速度nに応じた大きさの磁束を決定し、これを
磁束制御器12へ出力する。また座標変換器18は磁束
演算器17が算定した磁束の方向を基準として速度・位
置検出器16で検出した回転子の磁極の位置毎に、電力
供給器15から同期電動機2への給電線に設けた電流検
出器SEu ,SEW 及びSEf にて検出されたu相、w
相及び界磁の各電流iu 、iW 、if をその起磁力が磁
束の方向に直交するトルク電流及び起磁力が磁束の方向
の励磁電流に座標変換し、これらを電流制御器13へ出
力する。磁束の方向は磁束演算器17が算定した値を用
いる。磁束演算器17に予め入力されている図6、図7
に示す如き特性データ、即ち同期電動機の磁気飽和モデ
ルに基づいて磁束の方向及び大きさを算出し、これを座
標変換器14、18及び磁束制御器12へ出力してい
る。A speed / position detector 16 detects a rotation speed n and a position of a magnetic pole by a rotation speed detector provided on a rotor of the synchronous motor 2, and determines the rotation speed n by a speed controller 11 and a magnetic flux reference value setting device. 19, and the position of the magnetic pole is
8 is output. The magnetic flux reference value setting unit 19 determines a magnetic flux having a magnitude corresponding to the input rotation speed n of the rotor, and outputs this to the magnetic flux controller 12. The coordinate converter 18 is connected to the power supply line from the power supply 15 to the synchronous motor 2 for each position of the magnetic pole of the rotor detected by the speed / position detector 16 based on the direction of the magnetic flux calculated by the magnetic flux calculator 17. U phase, w detected by the provided current detectors SE u , SE W and SE f
The respective currents i u , i W , and i f of the phase and the field are coordinate-transformed into torque currents whose magnetomotive force is orthogonal to the direction of the magnetic flux and exciting currents whose magnetomotive force is in the direction of the magnetic flux. Output. As the direction of the magnetic flux, a value calculated by the magnetic flux calculator 17 is used. 6 and 7 previously input to the magnetic flux calculator 17
The direction and magnitude of the magnetic flux are calculated based on the characteristic data as shown in FIG. 2, that is, the magnetic saturation model of the synchronous motor, and are output to the coordinate converters 14, 18 and the magnetic flux controller 12.
【0006】図6は励磁電流i0 に対する磁束φの飽和
特性を示す特性図であり、横軸に励磁電流i0 を、また
縦軸に磁束φをとって示してある。図7は磁束φ0 ,φ
s を励磁電流i0 で除算して求めた電機子反作用リアク
タンスの励磁電流i0 に対する飽和特性(磁気飽和モデ
ル)を示す特性図であり、横軸に励磁電流i0 を、また
縦軸に電機子反作用リアクタンスφ/i0 をとって示し
てある。FIG. 6 is a characteristic diagram showing a saturation characteristic of the magnetic flux φ with respect to the exciting current i 0 , and the horizontal axis represents the exciting current i 0 and the vertical axis represents the magnetic flux φ. FIG. 7 shows the magnetic flux φ 0 , φ
FIG. 9 is a characteristic diagram showing saturation characteristics (magnetic saturation model) of the armature reaction reactance obtained by dividing s by the exciting current i 0 with respect to the exciting current i 0 , and the horizontal axis represents the exciting current i 0 , and the vertical axis represents the motor current. The child reaction reactance φ / i 0 is shown.
【0007】同期電動機2は、トルク電流と磁束の大き
さの積に対応したトルクを発生するので、その制御には
トルク電流と磁束の大きさを正確に設定制御する必要が
あり、磁束演算器17が算定する磁束の方向に基づき座
標変換されるトルク電流の精度及び磁束演算器17が算
定する磁束の大きさの精度が悪いと、正確なトルク制御
が困難となる。従って、磁束演算器17が算定する磁束
の方向と大きさを実際の同期電動機2内部の磁束のそれ
と一致させることが正確なトルク制御のために重要とな
る。Since the synchronous motor 2 generates a torque corresponding to the product of the torque current and the magnitude of the magnetic flux, it is necessary to accurately set and control the magnitude of the torque current and the magnitude of the magnetic flux. If the accuracy of the torque current coordinate-converted based on the direction of the magnetic flux calculated by the magnetic flux calculator 17 and the accuracy of the magnitude of the magnetic flux calculated by the magnetic flux calculator 17 are poor, accurate torque control becomes difficult. Therefore, it is important for accurate torque control to match the direction and magnitude of the magnetic flux calculated by the magnetic flux calculator 17 with that of the actual magnetic flux inside the synchronous motor 2.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】ところで図7に示す磁
気飽和モデルは、図8に示す無負荷飽和特性を示す特性
図から求める。無負荷飽和特性は、電機子電流を流さな
い無負荷条件下で、界磁電流のみ流して生じる直軸磁束
による電機子電圧を測定して求める。即ち、図7に示す
磁気飽和モデルは、同期電動機2の磁極方向である直軸
の起磁力による直軸の磁束の磁気飽和特性を表現してい
る。図9は、同期電動機2における電機子の磁極片にお
ける無負荷運転条件下での磁束を示す概念図である。The magnetic saturation model shown in FIG. 7 is obtained from the characteristic diagram showing the no-load saturation characteristic shown in FIG. The no-load saturation characteristic is obtained by measuring an armature voltage due to a direct-axis magnetic flux generated by flowing only a field current under no-load conditions in which no armature current flows. That is, the magnetic saturation model shown in FIG. 7 expresses the magnetic saturation characteristics of the magnetic flux of the direct axis due to the magnetomotive force of the direct axis, which is the direction of the magnetic pole of the synchronous motor 2. FIG. 9 is a conceptual diagram showing the magnetic flux of the pole piece of the armature in the synchronous motor 2 under the no-load operation condition.
【0009】一方、電機子電流を流す負荷条件下では、
図10に示す直軸電機子電流による磁極方向の直軸磁束
と、図11に示す横軸電機子電流による磁極と直交する
横軸磁束とが存在する。図12は、界磁電流による図9
に示す磁束、直軸電機子電流による図10に示す直軸磁
束、横軸電機子電流による図11に示す横軸磁束が混在
して存在する負荷条件下での磁束を示す概念図である。On the other hand, under a load condition in which an armature current flows,
There is a direct magnetic flux in the magnetic pole direction due to the direct axis armature current shown in FIG. 10, and a horizontal magnetic flux perpendicular to the magnetic pole due to the horizontal axis armature current shown in FIG. FIG. 12 is a diagram showing FIG.
FIG. 11 is a conceptual diagram showing a magnetic flux under a load condition in which a magnetic flux shown in FIG. 10, a direct-axis magnetic flux shown in FIG. 10 based on a direct-axis armature current, and a horizontal-axis magnetic flux shown in FIG.
【0010】磁束が複雑な流れとなる負荷条件下では、
図9に示す磁束のみに基づいて求めた図7に示す磁気飽
和モデルを用いたのでは、同期電動機2の磁束を正確に
表現できず、その結果、駆動制御装置1の磁束演算器1
7で算定する磁束の大きさ、方向が制御の対象となる同
期電動機2の実際の磁束の大きさ、方向と一致しない。Under the load condition where the magnetic flux becomes a complicated flow,
If the magnetic saturation model shown in FIG. 7 obtained based only on the magnetic flux shown in FIG. 9 is used, the magnetic flux of the synchronous motor 2 cannot be represented accurately, and as a result, the magnetic flux calculator 1 of the drive control device 1
The magnitude and direction of the magnetic flux calculated in step 7 do not match the actual magnitude and direction of the magnetic flux of the synchronous motor 2 to be controlled.
【0011】負荷条件下での磁気飽和特性と無負荷条件
下での磁気飽和特性とに大きな差が生じる場合には、ト
ルク制御精度の悪化、制御安定性の悪化が生じることと
なり、運転領域を限定するか、または負荷条件下での磁
気飽和特性と無負荷条件下での磁気飽和特性に大きな差
が生じないように同期電動機2の体格を大きくする、換
言すれば高価な同期電動機を製作しなければならないと
いう問題があった。If there is a large difference between the magnetic saturation characteristics under the load condition and the magnetic saturation characteristics under the no-load condition, the torque control accuracy and control stability will deteriorate, and the operating range will be reduced. Limiting or increasing the size of the synchronous motor 2 so as not to cause a large difference between the magnetic saturation characteristics under the load condition and the magnetic saturation characteristics under the no-load condition, in other words, manufacturing an expensive synchronous motor There was a problem that had to be.
【0012】本発明は上記のような課題を解決するため
になされたものであって、安定な制御を可能とする制御
限界を拡大し、負荷条件下と無負荷条件下とで磁気飽和
特性に大きな差が生じる体格の小さい、安価な同期電動
機においても制御安定性が良好な同期電動機のベクトル
制御を可能とする同期電動機の磁気飽和モデルを提供す
ることを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and has expanded a control limit enabling stable control, and has improved magnetic saturation characteristics under a load condition and a no-load condition. It is an object of the present invention to provide a magnetic saturation model of a synchronous motor that enables vector control of a synchronous motor having good control stability even in an inexpensive synchronous motor having a small size and a large difference.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明に係
る同期電動機の制御方法は、無負荷飽和特性試験から求
めた無負荷運転条件下での直軸電機子反作用リアクタン
スの飽和特性の実測値と、直軸と横軸の電流の関数とし
て有限要素法にて求めた飽和特性の磁界解析値とを組合
せ、直軸電機子反作用リアクタンス及び横軸電機子反作
用リアクタンス夫々を直軸と横軸の電流の関数として定
めた同期電動機の磁気飽和モデルを用いることを特徴と
する。According to a first aspect of the present invention, there is provided a synchronous motor control method for measuring a saturation characteristic of a linear shaft armature reaction reactance under no-load operation conditions obtained from a no-load saturation characteristic test. The values are combined with the magnetic field analysis values of the saturation characteristics obtained by the finite element method as a function of the currents on the direct and horizontal axes, and the direct-axis armature reaction reactance and the horizontal-axis armature reaction reactance are respectively plotted on the direct and horizontal axes. A magnetic saturation model of the synchronous motor determined as a function of the current of the motor.
【0014】請求項2記載の発明に係る同期電動機の制
御方法は、磁束を求めるための横軸電機子反作用リアク
タンスとして、界磁電流と直軸電機子電流夫々の絶対値
の和に比例する補正量を差し引いた値を用いることを特
徴とする。According to a second aspect of the present invention, there is provided the synchronous motor control method, wherein the horizontal axis armature reaction reactance for obtaining the magnetic flux is corrected in proportion to the sum of the absolute values of the field current and the direct axis armature current. It is characterized in that a value obtained by subtracting the amount is used.
【0015】[0015]
【発明の実施の形態】以下本発明をその実施の形態を示
す図面に基づき具体的に説明する。 (実施の形態1)本発明の実施の形態1においては図5
に示す従来の同期電動機の駆動制御装置を磁束演算器1
7において用いる同期電動機の磁気飽和モデルを除いて
そのまま用いる。本願発明に係る同期電動機の制御方法
を実施する制御装置は図5において速度指令値Nに基づ
いて電力を供給する駆動制御装置1、駆動制御対象であ
る同期電動機2を示している。駆動制御装置1は速度制
御器11、磁束制御器12、電流制御器13、座標変換
器14、電力供給器15、同期電動機2の回転子の回転
速度n及び磁極の位置を検出する速度・位置検出器16
及び磁束演算器17等を備えている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings showing the embodiments. (Embodiment 1) In Embodiment 1 of the present invention, FIG.
The conventional synchronous motor drive control device shown in FIG.
7 except for the magnetic saturation model of the synchronous motor used in FIG. FIG. 5 shows a drive control device 1 that supplies electric power based on a speed command value N and a synchronous motor 2 that is a drive control target in a control device that implements the synchronous motor control method according to the present invention. The drive control device 1 includes a speed controller 11, a magnetic flux controller 12, a current controller 13, a coordinate converter 14, a power supply 15, a rotational speed n of the rotor of the synchronous motor 2, and a speed / position for detecting the position of the magnetic pole. Detector 16
And a magnetic flux calculator 17.
【0016】速度制御器11は外部から与えられる速度
指令値Nと、速度・位置検出器16で検出した同期電動
機2における回転子の回転速度nとを比較し、この比較
結果に基づいてトルク電流指令値を演算し、これを電流
制御器13へ出力する。磁束制御器12は同期電動機2
の磁束の大きさを、磁束基準値設定器19から入力され
る磁束基準値、換言すれば磁束指令値に一致させるに必
要な励磁電流指令値を演算し、これを電流制御器13へ
出力する。同期電動機2の内部の磁束の大きさは直接測
定することができないので、磁束演算器17が算定する
磁束の大きさを用いる。電流制御器13は速度制御器1
1から入力されるトルク電流指令値及び磁束制御器12
から入力される励磁電流指令値と、座標変換器18から
入力される起磁力が磁束の方向と直交するトルク電流及
び起磁力が磁束の方向となる励磁電流とを比較し、その
比較結果から電流制御信号を演算し、これを座標変換器
14へ出力する。座標変換器14は磁束演算器17が算
定した磁束の方向を基準として入力された電流制御信号
を、3相交流及び界磁電流の制御信号に座標変換し、こ
れを電力供給器15へ出力する。電力供給器15はイン
バータ等で構成されており、座標変換器14から入力さ
れる制御信号に対応した3相交流及び界磁電流を同期電
動機2へ供給する。The speed controller 11 compares a speed command value N given from the outside with the rotation speed n of the rotor of the synchronous motor 2 detected by the speed / position detector 16, and based on the comparison result, determines the torque current. The command value is calculated and output to the current controller 13. The magnetic flux controller 12 is a synchronous motor 2
Is calculated from the magnetic flux reference value input from the magnetic flux reference value setting unit 19, in other words, the excitation current command value required to match the magnetic flux command value, and outputs this to the current controller 13. . Since the magnitude of the magnetic flux inside the synchronous motor 2 cannot be directly measured, the magnitude of the magnetic flux calculated by the magnetic flux calculator 17 is used. The current controller 13 is the speed controller 1
Command value and magnetic flux controller 12 input from 1
Is compared with an exciting current command value inputted from the coordinate converter 18 and a torque current whose magnetomotive force is orthogonal to the direction of magnetic flux and an exciting current whose magnetomotive force is in the direction of magnetic flux. The control signal is calculated and output to the coordinate converter 14. The coordinate converter 14 converts the current control signal input based on the direction of the magnetic flux calculated by the magnetic flux calculator 17 into a control signal of three-phase AC and field current, and outputs this to the power supply 15. . The power supply 15 is composed of an inverter or the like, and supplies the synchronous motor 2 with a three-phase alternating current and a field current corresponding to a control signal input from the coordinate converter 14.
【0017】速度・位置検出器16は同期電動機2にお
ける回転子に設けた回転数検出器にて回転速度n及び磁
極の位置を検出し、回転速度nを速度制御器11及び磁
束基準値設定器19へ、また磁極の位置は座標変換器1
8へ出力する。磁束基準値設定器19は入力された回転
子の回転速度nに応じた大きさの磁束を決定し、これを
磁束制御器12へ出力する。A speed / position detector 16 detects a rotation speed n and a position of a magnetic pole by a rotation speed detector provided on a rotor of the synchronous motor 2, and determines the rotation speed n by a speed controller 11 and a magnetic flux reference value setting device. 19, and the position of the magnetic pole is
8 is output. The magnetic flux reference value setting unit 19 determines a magnetic flux having a magnitude corresponding to the input rotation speed n of the rotor, and outputs this to the magnetic flux controller 12.
【0018】また座標変換器18は磁束演算器17が算
定した磁束の方向を基準として速度・位置検出器16で
検出した回転子の磁極の位置毎に、電力供給器15から
同期電動機2への給電線に設けた電流検出器SEu ,S
EW 及びSEf にて検出されたu相、w相及び界磁の各
電流iu 、iW 、if をその起磁力が磁束の方向に直交
するトルク電流及び起磁力が磁束の方向の励磁電流に座
標変換し、これらを電流制御器13へ出力する。磁束の
方向は磁束演算器17が算定した値を用いる。磁束演算
器17は以下に示すような新たな同期電動機の磁気飽和
モデルに基づいて磁束の方向及び大きさを算出し、これ
を座標変換器14、18及び磁束制御器12へ出力して
いる。The coordinate converter 18 converts the power from the power supply 15 to the synchronous motor 2 for each position of the rotor magnetic pole detected by the speed / position detector 16 based on the direction of the magnetic flux calculated by the magnetic flux calculator 17. Current detectors SE u and S provided on the feeder line
E W u phase detected by and SE f, the current i u and w phase and magnetic field, i W, the torque current and magnetomotive force its magnetomotive force a i f is orthogonal to the direction of the magnetic flux in the direction of the magnetic flux The coordinates are converted into an exciting current, and these are output to the current controller 13. As the direction of the magnetic flux, a value calculated by the magnetic flux calculator 17 is used. The magnetic flux calculator 17 calculates the direction and magnitude of the magnetic flux based on a new magnetic saturation model of the synchronous motor as described below, and outputs this to the coordinate converters 14 and 18 and the magnetic flux controller 12.
【0019】以下本発明において用いる同期電動機の磁
気飽和モデルの導出過程を図1に示す説明図に従って説
明する。図1は本発明に係る同期電動機の磁気飽和モデ
ルの導出過程を示す説明図であり、無負荷飽和特性が磁
気飽和モデルに関する唯一可能な実測値であることを活
かし、有限要素法の磁界解析で事実上実測不可能な運転
領域における磁気飽和特性を補い、無負荷条件下のみな
らず、負荷条件下においても精度良く同期電動機の磁気
飽和特性を表現することができる磁気飽和モデルを求め
る。Hereinafter, the process of deriving the magnetic saturation model of the synchronous motor used in the present invention will be described with reference to the explanatory diagram shown in FIG. FIG. 1 is an explanatory diagram showing a process of deriving a magnetic saturation model of a synchronous motor according to the present invention. The no-load saturation characteristic is the only possible measured value for the magnetic saturation model, and is analyzed by a finite element method magnetic field analysis. A magnetic saturation model that compensates for the magnetic saturation characteristics in an operation region where measurement is practically impossible and that can accurately express the magnetic saturation characteristics of the synchronous motor not only under no-load conditions but also under load conditions is obtained.
【0020】(a) 図1においてS1 は無負荷飽和特性
試験から直軸電機子反作用リアクタンスの磁気飽和特性
を表わす関数Xad(id ,0)を示している。無負荷飽
和特性試験では、界磁電流の励磁による直軸電機子反作
用リアクタンスの磁気飽和特性が測定される。この磁気
飽和特性を単位法で表現すると図8に示す電圧と図6に
示す磁束とはその値が略一致し、図7に示すように磁束
を界磁電流で除することで直軸電機子反作用リアクタン
スが求まる。即ち、界磁電流i f の励磁による直軸電機
子反作用リアクタンスXadの磁気飽和特性を表現する関
数Xad (if ) の実測値が得られる。図9に示される界
磁電流のみを流した場合の磁束と、図10に示される直
軸電機子電流のみを流した場合の直軸磁束とは、N極と
S極とが逆となる点を除いて略等しいと見做せるから、
界磁電流if のみ流した場合の直軸電機子反作用リアク
タンスの飽和特性を表わす関数Xad (if) と、直軸電
機子電流id のみを流した場合の直軸電機子反作用リア
クタンスの飽和特性を表わす関数Xad (id ) とは単位
法で表現すると略一致する。この飽和特性を表わす関数
を横軸電機子電流iq の影響も考慮できるようXad (i
d ,iq ) のようにid とiq の2変数の関数表現とす
れば、横軸電機子電流iq =0の条件での直軸電機子反
作用リアクタンスXad (id , iq ) の特性、即ちX ad
(id , 0) =Xad (if , 0) が実測値として得られ
る。(A) In FIG. 1, S1Is the no-load saturation characteristic
Magnetic Saturation Characteristics of Direct-axis Armature Reaction Reactance from Test
Function X representingad(Id, 0). No load
In the sum characteristics test, the reciprocation of the
The magnetic saturation characteristics of the reactance are measured. This magnet
When the saturation characteristics are expressed by the unit method, the voltage shown in FIG.
The value is almost the same as the magnetic flux shown, and as shown in FIG.
Armature reaction reactor by dividing
Is found. That is, the field current i fShaft electric machine by excitation of
Child reaction reactance XadExpressing the magnetic saturation characteristics of
Number Xad (if) Is obtained. The field shown in FIG.
The magnetic flux when only the magnetic current flows is compared with the magnetic flux shown in FIG.
The direct-axis magnetic flux when only the shaft armature current flows is the N pole
Since they can be considered almost equal except that the S pole is opposite,
Field current if-Axis armature reaction reactor when flowing only
Function X representing saturation characteristicsad (if) And
Armature current id-Axis armature reaction rear when only flowing
Function X representing the saturation characteristic of the reactancead (id) Is a unit
It is almost the same when expressed by the law. Function representing this saturation characteristic
Is the horizontal axis armature current iqX so that the effects ofad (i
d, Iq) Like idAnd iqFunction expression of two variables
Then, the horizontal axis armature current iq= 0 armature anti-axis armature condition
Action reactance Xad (id, iq), Ie, X ad
(id, 0) = Xad (if, 0) is obtained as the measured value.
You.
【0021】(b) 図1においてS2 は磁界解析で求め
た電機子内径の磁気ベクトルポテンシャルAd (id ,
iq ) ,Aq ( id , iq ) を示している。[0021] (b) the magnetic vector potential of the armature inner diameter S 2 is determined by magnetic field analysis in FIG. 1 A d (i d,
iq ) and Aq ( id , iq ).
【0022】直軸電機子電流id と横軸電機子電流iq
の組合せで有限要素法による磁界解析を行う。図2は直
軸を電気角を0度とし、0度から180度までの1極分
の領域を、周期境界条件で実施した磁界解析図である。
磁束密度をB、磁気ベクトルポテンシャルをA、透磁率
をμ、電流密度をJとすると磁界解析の基本式は(1)式
で示される。The direct axis armature current id and the horizontal axis armature current iq
The magnetic field analysis by the finite element method is performed with the combination of. FIG. 2 is a magnetic field analysis diagram in which an electric angle is set to 0 degree on the direct axis and an area of one pole from 0 to 180 degrees is performed under a periodic boundary condition.
Assuming that the magnetic flux density is B, the magnetic vector potential is A, the magnetic permeability is μ, and the current density is J, the basic equation of the magnetic field analysis is expressed by equation (1).
【0023】[0023]
【数1】 (Equation 1)
【0024】直軸電機子電流id と横軸電機子電流iq
とを組合せて実施する磁界解析結果より、同期電動機の
電機子内径に沿って磁気ベクトルポテンシャルAについ
てフーリエ展開する。電気角0度から180度の範囲で
フーリエ展開した磁気ベクトルポテンシャルの基本波の
正弦(sin) 成分をAd (id ,iq )、余弦(co
s)成分をAq (id ,iq )とすれば、磁束の直軸成
分φad(id ,iq )、磁束の横軸成分φaq(id ,i
q )との間に(2) 式の如き比例関係が成立する。The straight axis armature current id and the horizontal axis armature current iq
From the results of the magnetic field analysis performed in combination with the above, the Fourier expansion is performed on the magnetic vector potential A along the inner diameter of the armature of the synchronous motor. The fundamental wave of a sine (sin) component of the magnetic vector potential of Fourier expansion in the range of electrical angle 0 ° 180 ° A d (i d, i q ), cosine (co
Assuming that the s) component is A q ( id , iq ), the magnetic flux direct axis component φ ad ( id , iq ) and the magnetic flux horizontal axis component φ aq ( id , i
q ) and a proportional relationship such as equation (2) holds.
【0025】[0025]
【数2】 (Equation 2)
【0026】前述の如く横軸電機子電流iq =0の条件
での直軸電機子反作用リアクタンスXad( id , iq )
の磁気飽和特性、即ちXad( id , 0) が実測値として
得られており、図1に示す如くS4 にて前記無負荷条件
での実測値に次式で磁界解析値を組み合わせると、直軸
電機子電流id と横軸電機子電流iq との関数である直
軸電機子反作用リアクタンスの飽和特性を示す関数Xad
(id ,iq )を下記(3) 式で求めることができる。[0026] The foregoing as abscissa armature current i direct-axis armature reaction reactance at the conditions of q = 0 X ad (i d , i q)
Magnetic saturation characteristic, i.e. X ad (i d, 0) are obtained as the measured value, the combination of magnetic field analysis value by the following equation to the measured values in the no-load condition at S 4 as shown in FIG. 1 , the function X ad showing the saturation characteristic of the direct-axis armature reaction reactance is a function of the direct-axis armature current i d and the horizontal axis armature current i q
( Id , iq ) can be obtained by the following equation (3).
【0027】[0027]
【数3】 (Equation 3)
【0028】(c) 図1においてS3 は横軸電機子反作
用リアクタンスの不飽和値Xaq(0,0)を求める過程
を示すブロックである。横軸電機子反作用リアクタンス
Xaqの飽和特性を実測することは困難である。そこで直
軸電機子電流id と横軸電機子電流iq が極めて小さい
条件(id ≒iq ≒0)での不飽和値、即ちXaq(0,
0)の1点のみ実測値が得られることを利用して図1に
示す如くS4 にてこの実測値に磁界解析値を組み合わ
せ、直軸電機子電流id と横軸電機子電流iq の関数と
して横軸電機子反作用リアクタンスの飽和特性を表わす
関数Xaq(id ,i q )が(4) 式として求まる。なお、
(4) 式で用いているiq0はiq =0の条件に代えて用い
る磁気飽和を起こさない程度の小さな横軸電機子電流で
ある。(C) S in FIG.ThreeIs the horizontal axis armature
Value of reactance XaqProcess for finding (0,0)
It is a block showing. Horizontal axis armature reaction reactance
XaqIt is difficult to actually measure the saturation characteristics of. There
Shaft armature current idAnd the horizontal axis armature current iqIs extremely small
Condition (id≒ iq不 0) the unsaturated value, ie Xaq(0,
FIG. 1 shows that only one point of 0) can be measured.
S as shownFourCombine this measured value with the magnetic field analysis value
And the direct-axis armature current idAnd the horizontal axis armature current iqFunction and
Represents the saturation characteristics of the abscissa armature reaction reactance
Function Xaq(Id, I q) Is obtained as equation (4). In addition,
I used in equation (4)q0Is iqUsed in place of = 0
With a small horizontal armature current that does not cause magnetic saturation
is there.
【0029】[0029]
【数4】 (Equation 4)
【0030】(d) 図1においてS5 は(3) 式の結果を
表形式で示した直軸電機子反作用リアクタンスの磁気飽
和モデルであり、その具体的数値を表1に示す。この磁
気飽和モデルでは、直軸電機子電流id =0〜1.5に
対する7点の直軸電機子反作用リアクタンス実測値Xad
(id ,0)と、横軸電機子電流iq =0〜1.5に対
する6点を組合せた7×6=42点で実施した磁界解析
結果Ad (id ,iq )を用いて求めた直軸電機子反作
用リアクタンスの磁気飽和モデルを単位法で表現したも
のである。この42点で構成される磁気飽和モデルを図
5に示す駆動制御装置1の磁束演算器17に入力する。
磁束演算器17は入力された42点の値から補間式を作
成し、界磁電流if と直軸電機子電流id との合成直軸
電流if +id 、横軸電機子電流iq の任意の組合せに
対してXad(if +id ,iq )を求めて磁束の演算を
実施する。(D) In FIG. 1, S 5 is a magnetic saturation model of the linear axis armature reaction reactance in which the results of equation (3) are shown in table form, and specific numerical values are shown in Table 1. In this magnetic saturation model, the direct-axis armature current i d = direct-axis armature reaction reactance measured value of 7 points for 0 to 1.5 X ad
Using a (i d, 0), the horizontal axis armature current i q = magnetic field analysis result of performing at 7 × 6 = 42 points a combination of six points for 0~1.5 A d (i d, i q) with Is a magnetic saturation model of the direct-axis armature reaction reactance determined by the unit method. The magnetic saturation model composed of these 42 points is input to the magnetic flux calculator 17 of the drive control device 1 shown in FIG.
Flux calculator 17 creates an interpolation equation from the value of 42 points is input, the field current i f and the direct-axis armature current i Synthesis of d direct axis current i f + i d, the horizontal axis armature current i q X ad ( if + id , iq ) is obtained for an arbitrary combination of the above and the calculation of the magnetic flux is performed.
【0031】[0031]
【表1】 [Table 1]
【0032】(e) 図1においてS6 は(4) 式の結果を
表形式で示した横軸電機子反作用リアクタンスの磁気飽
和モデルであり、その具体的数値を表2に示す。この磁
気飽和モデルでは、横軸電機子反作用リアクタンスの不
飽和実測値Xaq (0, 0) の1点と、直軸電機子電流i
d =0〜1.5に対する7点、横軸電機子電流iq =0
〜1.5に対する6点を組合せ、7×6=42点で実施
した磁界解析結果Aq (id ,iq )を用いて求めた横
軸電機子反作用リアクタンスの磁気飽和モデルを単位法
で表現したものである。この42点から構成する磁気飽
和モデルを図5に示す駆動制御装置1の磁束演算器17
へ入力する。磁束演算器17は入力された42点の値か
ら補間式を作成し、界磁電流if と直軸電機子電流id
の合成直軸電機子電流if +id 、横軸電機子電流iq
の任意の組合せに対して関数Xaq(if +id ,iq )
を求めて磁束の演算を実施する。このようにして求めた
表1及び表2に示す磁気飽和モデルを図5に示す磁気演
算器17に設定して同期電動機2に対するベクトル制御
に基づく駆動制御を行う。(E) In FIG. 1, S 6 is a magnetic saturation model of the abscissa armature reaction reactance in which the results of equation (4) are shown in table form, and the specific numerical values are shown in Table 2. In this magnetic saturation model, one point of the measured unsaturated value X aq ( 0,0 ) of the horizontal-axis armature reaction reactance and the direct-axis armature current i
7 points for d = 0 to 1.5, the horizontal axis armature current i q = 0
Combining 6 points for ~1.5, 7 × 6 = 42 magnetic field analysis result of performing at point A q (i d, i q ) with unit normal magnetic saturation model of horizontal axis armature reaction reactance determined using It is an expression. The magnetic saturation model composed of these 42 points is used to calculate the magnetic flux calculator 17 of the drive control device 1 shown in FIG.
Enter Flux calculator 17 creates an interpolation equation from the value of 42 points is input, the field current i f and the direct-axis armature current i d
Combined axis-axis armature current if + id , horizontal-axis armature current iq
X aq ( if + id , iq ) for any combination of
And calculate the magnetic flux. The magnetic saturation models shown in Tables 1 and 2 obtained in this way are set in the magnetic calculator 17 shown in FIG. 5, and drive control based on vector control for the synchronous motor 2 is performed.
【0033】[0033]
【表2】 [Table 2]
【0034】次に動作について説明する。図5に示す同
期電動機の駆動制御装置1では座標変換器18が電流検
出器SE u 、SEW 、SEf より検出された電流iu 、
iW 、if を、磁束演算器17から入力された磁束の方
向、大きさに基づきその起磁力が磁束の方向と直交する
トルク電流と、起磁力が磁束の方向の励磁電流とに座標
変換し、電流制御器13へ出力する。この座標変換は具
体的には次の2段階で行われる。即ち、まず3相交流の
電機子電流iu 、iW を下記(5) 式に示す変換式により
直軸電機子電流id と横軸電機子電流iq に変換され
る。(5) 式中のθは同期電動機2の電機子のu相巻線の
起磁力方向と界磁巻線の起磁力方向のなす電気角であ
り、速度・位置検出器16で検出される。Next, the operation will be described. FIG.
In the drive control device 1 for the starting motor, the coordinate converter 18 detects the current.
Dispenser SE u, SEW, SEfCurrent i detected fromu,
iW, IfIs the direction of the magnetic flux input from the magnetic flux calculator 17.
The magnetomotive force is orthogonal to the direction of the magnetic flux based on the direction and size
Coordinates the torque current and the exciting current whose magnetomotive force is in the direction of the magnetic flux.
The current is converted and output to the current controller 13. This coordinate transformation is
Physically, it is performed in the following two stages. That is, first of all,
Armature current iu, IWBy the conversion formula shown in the following equation (5)
Direct-axis armature current idAnd the horizontal axis armature current iqIs converted to
You. Θ in the equation (5) is the u-phase winding of the armature of the synchronous motor 2.
The electrical angle between the direction of the magnetomotive force and the direction of the magnetomotive force of the field winding.
And the speed / position detector 16 detects it.
【0035】[0035]
【数5】 (Equation 5)
【0036】次に、その起磁力が磁束の方向と直交する
トルク電流と起磁力とが磁束方向の励磁電流に座標変換
する。座標変換の基準となる磁束の方向は磁束演算器1
7により以下のように算定される。例えば、界磁電流i
f =1.4、直軸電機子電流id =−0.6、横軸電機
子電流iq =0.7の場合、界磁電流if と直軸電機子
電流id の合成直軸電流はif +id =1.4−0.6
=0.8となり、横軸電機子電流iq =0.7であるか
ら、表1に示す直軸電機子反作用リアクタンスの磁気飽
和モデルを参照すれば、Xad(0.8,0.7)=1.
018が求まる。同様に、表2に示す横軸電機子反作用
リアクタンスの磁気飽和モデルを参照すればXaq(0.
8,0.7)=0.610が求まる。即ち、無負荷条件
下のみならず負荷条件下においても、任意の界磁電流と
電機子電流の組み合せに対し、夫々直軸電機子反作用リ
アクタンスXadと横軸電機子反作用リアクタンスXaqが
求まる。このXadとXaqとは別途求めた定数の電機子漏
れリアクタンスX1 から、直軸電機子鎖交磁束φd 、横
軸電機子鎖交磁束φq 及び電機子鎖交磁束の方向を示す
電気角θs が夫々下記(6) 式で与えられる。Next, the torque current and the magnetomotive force whose magnetomotive force is orthogonal to the direction of the magnetic flux are coordinate-converted into the exciting current in the magnetic flux direction. The direction of the magnetic flux used as the reference for coordinate transformation is the magnetic flux calculator 1
7 is calculated as follows. For example, the field current i
f = 1.4, direct-axis armature current i d = -0.6, if the horizontal axis armature current i q = 0.7, the synthesis direct axis of the field current i f and the direct-axis armature current i d current i f + i d = 1.4-0.6
= 0.8, and the because the horizontal axis armature current i q = 0.7, referring to magnetic saturation model of the direct-axis armature reaction reactance shown in Table 1, X ad (0.8,0.7 ) = 1.
018 is obtained. Similarly, referring to the magnetic saturation model of the horizontal axis armature reaction reactance shown in Table 2, X aq (0.
8, 0.7) = 0.610. In other words, under the load condition as well as the no-load condition, the direct-axis armature reaction reactance X ad and the horizontal-axis armature reaction reactance X aq are obtained for any combination of the field current and the armature current. X ad and X aq indicate the directions of the armature flux linkage φ d , the armature flux linkage q q and the armature flux linkage on the horizontal axis from the armature leakage reactance X 1 obtained separately. The electrical angle θ s is given by the following equation (6).
【0037】[0037]
【数6】 (Equation 6)
【0038】磁束制御器12は、同期電動機2の電機子
鎖交磁束の大きさが、速度・位置検出器16で検出され
た速度に応じ、磁束基準値設定器19で決められる磁束
指令値に一致するよう制御を行う。なお同期電動機内部
の磁束の大きさは直接測定することができないので、磁
束演算器17が算定する磁束の大きさφが用いられる。
この磁束の大きさφは、前述の直軸電機子鎖交磁束φd
と横軸電機子鎖交磁束φq とから下記(7) 式で与えられ
る。The magnetic flux controller 12 adjusts the magnitude of the armature interlinkage magnetic flux of the synchronous motor 2 to the magnetic flux command value determined by the magnetic flux reference value setting device 19 according to the speed detected by the speed / position detector 16. Control is performed so that they match. Since the magnitude of the magnetic flux inside the synchronous motor cannot be directly measured, the magnitude φ of the magnetic flux calculated by the magnetic flux calculator 17 is used.
The magnitude φ of this magnetic flux is the above-mentioned direct-axis armature linkage flux φ d
And the horizontal axis armature interlinkage magnetic flux φ q is given by the following equation (7).
【0039】[0039]
【数7】 (Equation 7)
【0040】電流制御器13は、その起磁力が磁束の方
向に直交するトルク電流及び起磁力が磁束の方向となる
励磁電流として制御信号を演算する。その制御信号は、
座標変換器14により3相交流及び界磁電流に変換さ
れ、電力供給器15を通じて同期電動機2に電力を供給
する。この座標変換においても、磁束演算器17が算定
する前述の磁束の方向が基準となる。The current controller 13 calculates a control signal as a torque current whose magnetomotive force is orthogonal to the direction of magnetic flux and an exciting current whose magnetomotive force is in the direction of magnetic flux. The control signal is
The electric current is converted into a three-phase alternating current and a field current by the coordinate converter 14 and supplied to the synchronous motor 2 through the power supply 15. Also in this coordinate conversion, the direction of the magnetic flux calculated by the magnetic flux calculator 17 is used as a reference.
【0041】このような実施の形態1においては、無負
荷条件のみならず負荷条件における任意の界磁電流と電
機子電流の組合せに対して磁束の方向と大きさを算定で
きることとなり、任意の運転条件における磁束演算器1
7で算定される磁束の方向と大きさを実際の同期電動機
2の磁束に一致させることができ、正確なトルク制御が
可能となる効果がある。In the first embodiment, the direction and magnitude of the magnetic flux can be calculated for any combination of the field current and the armature current under the load condition as well as the no-load condition. Flux calculator 1 under conditions
The direction and magnitude of the magnetic flux calculated in step 7 can be made to match the actual magnetic flux of the synchronous motor 2, and there is an effect that accurate torque control becomes possible.
【0042】(実施の形態2)同期電動機2の負荷が極
めて大きくなると、正の界磁電流if と負の直軸電機子
電流id が共に極めて大きな値となり、界磁電流if に
よる磁束を直軸電機子電流id による磁束が殆ど打ち消
す状態となる。このような状態では、図3に示すように
打ち消し合った磁束の残差として残る界磁巻線漏れ磁束
と横軸磁束とが重畳し、磁極片の端部で局部的な磁気飽
和が生じる場合がある。この局部的な磁気飽和が生じる
場合には、実施の形態1で述べた表2の横軸電機子反作
用リアクタンスXaqに代えて、図4で示すようにその値
を小さく補正した値を用いて磁束演算の精度向上を図
る。[0042] When the load (Embodiment 2) synchronous motor 2 becomes extremely large, positive field current i f and the negative direct axis armature current i d both become very large value, the magnetic flux due to the field current i f flux by the direct-axis armature current i d is a state of canceling little. In such a state, as shown in FIG. 3, the field winding leakage flux remaining as a residual of the canceled magnetic flux and the horizontal axis flux are superimposed, and local magnetic saturation occurs at the end of the pole piece. There is. When this local magnetic saturation occurs, instead of the horizontal axis armature reaction reactance X aq of Table 2 described in the first embodiment, a value obtained by correcting the value to a small value as shown in FIG. 4 is used. Improve the accuracy of magnetic flux calculation.
【0043】図4は実施の形態2に示す磁気飽和モデル
の導出過程を示す説明図であり、この実施の形態2にお
いては正の界磁電流if と負の直軸電機子電流id 夫々
の絶対値が非常に大きく、直軸の合成電流if +id に
比べif −id が大きいので、if −id に注目した補
正をする。即ち、図4におけるS11に示す如く横軸電機
子反作用リアクタンスXaqとして、正の界磁電流if と
負の直軸電機子電流i d 夫々の絶対値の和に比例する補
正量K(if −id )を差し引いてその値を小さくした
横軸電機子反作用リアクタンスXaqの値を用いる。界磁
電流if 、直軸電機子電流id 、横軸電機子電流iq の
3変数の関数となる横軸電機子反作用リアクタンスの補
正結果をXaq(if ,id ,iq )、図4で示される直
軸合成電流if +id と横軸電機子電流iq の2変数の
関数である補正前の横軸電機子反作用リアクタンスXaq
(if +id ,iq )、比例係数をk、正の界磁電流i
fと負の直軸電機子電流id 夫々の絶対値の和をif −
id とした場合、この磁気飽和モデルは下記(8) 式で示
される。FIG. 4 shows a magnetic saturation model according to the second embodiment.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a derivation process of
And the positive field current ifAnd the negative straight-axis armature current idRespectively
Is very large, and the combined current i on the direct axis isf+ IdTo
Comparison if−idIs large, so if−idA supplement focused on
Do positive. That is, S in FIG.11Horizontal electric motor as shown
Child reaction reactance XaqAs positive field current ifWhen
Negative direct axis armature current i dA complement proportional to the sum of the respective absolute values
Positive amount K (if−id) To reduce that value
Horizontal axis armature reaction reactance XaqIs used. Field
Current if, The direct-axis armature current id, The horizontal axis armature current iqof
Complement of the horizontal axis armature reaction reactance as a function of three variables
X for positive resultaq(If, Id, Iq), As shown in FIG.
Axis composite current if+ IdAnd the horizontal axis armature current iqOf two variables
Horizontal axis armature reaction reactance X before correction, which is a functionaq
(If+ Id, Iq), The proportional coefficient is k, and the positive field current i
fAnd the negative straight-axis armature current idI is the sum of the absolute values off−
idThen, this magnetic saturation model is expressed by the following equation (8).
Is done.
【0044】[0044]
【数8】 (Equation 8)
【0045】例えば、界磁電流if =2.1、直軸電機
子電流id =−1.9、横軸電機子電流iq =0.5の
場合、界磁電流if と直軸電機子電流id の合成直軸電
流はif +id =2.1−1.9=0.2、横軸の電流
はiq =0.5であるから、表2に示す横軸電機子反作
用リアクタンスXaqの磁気飽和モデルを参照するとX aq
(0.2,0.5)=0.700が求まる。ここまでの
処理は実施の形態1と同じである。実施の形態2では、
更に比例係数k=0.035、正の界磁電流と負の直軸
電機子電流夫々の絶対値の和if −id =2.1+1.
9=4.0、これらから0.56=0.700−0.0
35×4.0と横軸電機子反作用リアクタンスXaqの値
を0.70から0.56に補正する。なお、ここで用い
る比例係数kの値は、if 、id 、iq を個別に与えた
磁界解析から見出すことが可能である。また、調整運転
により最適な値を見出すことも可能である。For example, the field current if= 2.1, direct shaft electric
Child current id= -1.9, horizontal armature current iq= 0.5
The field current ifAnd direct-axis armature current idThe composite straight-axis
The flow is if+ Id= 2.1-1.9 = 0.2, current on the horizontal axis
Is iq= 0.5, so the horizontal axis armature counteraction shown in Table 2
Reactance XaqReferring to the magnetic saturation model of aq
(0.2, 0.5) = 0.700 is obtained. So far
The processing is the same as in the first embodiment. In the second embodiment,
Further, a proportional coefficient k = 0.035, a positive field current and a negative direct axis
Sum i of the absolute values of each armature currentf−id= 2.1 + 1.
9 = 4.0, from which 0.56 = 0.700-0.0
35 × 4.0 and horizontal axis armature reaction reactance XaqThe value of the
From 0.70 to 0.56. Used here
The value of the proportional coefficient k is if, Id, IqIndividually given
It can be found from magnetic field analysis. In addition, adjustment operation
It is also possible to find an optimal value.
【0046】以上のように、実施の形態1に横軸電機子
反作用リアクタンスの補正を付加した実施の形態2で
は、無負荷条件や通常の負荷条件のみならず極めて大き
な負荷条件においても、任意の界磁電流と電機子電流の
組み合わせに対して磁束の方向と大きさを算定できるよ
うにしたので、磁束演算器17で算定する磁束を実際の
同期電動機2の磁束に一致させる範囲を実施の形態1の
みの場合より拡大でき、正確なトルク制御を可能とする
運転範囲を拡大できる効果がある。As described above, in the second embodiment, in which the correction of the horizontal axis armature reaction reactance is added to the first embodiment, not only under no-load conditions and normal load conditions, but also under an extremely large load condition, Since the direction and magnitude of the magnetic flux can be calculated for the combination of the field current and the armature current, the range in which the magnetic flux calculated by the magnetic flux calculator 17 matches the actual magnetic flux of the synchronous motor 2 is described in the embodiment. There is an effect that the operating range in which accurate torque control is possible can be expanded as compared with the case of only one.
【0047】[0047]
【発明の効果】以上のように、請求項1記載の発明によ
れば、無負荷飽和特性の試験結果から求めた無負荷運転
条件の直軸電機子反作用リアクタンス飽和特性の実測値
と、直軸と横軸との電流の関数から有限要素法で計算し
た飽和特性の磁界解析値とを組み合わせ、直軸電機子反
作用リアクタンスと横軸電機子反作用リアクタンスとを
直軸と横軸との電流の関数として同期電動機の磁気飽和
モデルを定めるから負荷条件の磁気飽和特性が無負荷条
件の磁気飽和特性と差が生じる場合にも、磁束演算器で
算定する磁束と実際の同期電動機の磁束を一致させるこ
とができ、制御安定性を良好にすることができると共に
制御限界を拡大でき、また、同期電動機の体格を小さく
製作することにより複雑な磁気飽和現象が現れる場合に
も精度良く磁束の算定ができるので、体格の小さな安価
な同期電動機を用いることができる効果がある。As described above, according to the first aspect of the present invention, the measured value of the linear axis armature reaction reactance saturation characteristic under the no-load operation condition obtained from the test result of the no-load saturation characteristic, and the linear axis The linear axis armature reaction reactance and the horizontal axis armature reaction reactance are combined with the magnetic field analysis value of the saturation characteristic calculated by the finite element method from the current function on the horizontal axis and the current on the horizontal axis. Even if the magnetic saturation characteristics under load conditions differ from the magnetic saturation characteristics under no-load conditions, the magnetic flux calculated by the magnetic flux calculator must match the actual magnetic flux of the synchronous motor even if the magnetic saturation characteristics under load conditions differ from the magnetic saturation models of synchronous motors. The control stability can be improved, the control limit can be expanded, and the size of the synchronous motor can be increased. The constant can be an effect which can be used a small inexpensive synchronous motor physique.
【0048】請求項2記載の発明によれば、請求項1記
載の横軸電機子反作用リアクタンスとして、界磁電流と
直軸電機子電流夫々の絶対値の和に比例する補正量を差
し引いてその値を小さくした横軸電機子反作用リアクタ
ンスの値を用いるようにしたので、極めて大きな負荷条
件の場合にも、磁束演算器で算定する磁束と実際の同期
電動機の磁束を一致させることがてき、請求項1記載の
発明のみ適用する場合より制御安定性を良好にすること
ができると共に制御限界を拡大できる。さらに、同期電
動機の体格を小さく製作することにより複雑な磁気飽和
現象が現れる場合にも精度良く磁束の算定ができるの
で、請求項1記載の発明のみ適用する場合より、体格の
小さな安価な同期電動機を用いることができる効果があ
る。According to the second aspect of the present invention, the horizontal axis armature reaction reactance according to the first aspect is obtained by subtracting a correction amount proportional to the sum of the absolute values of the field current and the direct axis armature current. Since the value of the abscissa armature reaction reactance with a smaller value is used, even under extremely large load conditions, the magnetic flux calculated by the magnetic flux calculator and the magnetic flux of the actual synchronous motor can be matched. The control stability can be improved and the control limit can be expanded as compared with the case where only the invention described in Item 1 is applied. In addition, since the magnetic flux can be calculated with high accuracy even when a complicated magnetic saturation phenomenon appears by manufacturing the synchronous motor with a small size, an inexpensive synchronous motor having a small size compared to the case where only the invention according to claim 1 is applied. There is an effect that can be used.
【図1】 本発明の実施の形態1による同期電動機の磁
気飽和モデルの導出過程を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing a process of deriving a magnetic saturation model of a synchronous motor according to a first embodiment of the present invention.
【図2】 直軸電機子電流と横軸電機子電流の組合せに
ついて実施する有限要素法による磁界解析結果の磁気ベ
クトルポテンシャル等高線を示す磁束線図である。FIG. 2 is a magnetic flux diagram showing magnetic vector potential contours as a result of a magnetic field analysis by a finite element method performed on a combination of a direct axis armature current and a horizontal axis armature current.
【図3】 本発明の実施の形態2で考慮する、磁極片の
端部において干渉する界磁巻線漏れ磁束と横軸磁束を示
す概念図である。FIG. 3 is a conceptual diagram showing a field winding leakage flux and a horizontal axis flux that interfere at an end of a pole piece and are considered in a second embodiment of the present invention.
【図4】 本発明の実施の形態2による同期電動機の磁
気飽和モデルの導出過程を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a process of deriving a magnetic saturation model of a synchronous motor according to a second embodiment of the present invention.
【図5】 ベクトル制御による同期電動機の駆動制御装
置を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram showing a drive control device for a synchronous motor by vector control.
【図6】 従来の磁気飽和特性(磁気飽和モデル)を示
す特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram showing a conventional magnetic saturation characteristic (magnetic saturation model).
【図7】 従来の磁気飽和特性(磁気飽和モデル)を示
す特性図である。FIG. 7 is a characteristic diagram showing a conventional magnetic saturation characteristic (magnetic saturation model).
【図8】 無負荷飽和特性を示す特性図である。FIG. 8 is a characteristic diagram showing a no-load saturation characteristic.
【図9】 界磁電流のみを流す無負荷条件で生じる直軸
磁束を示す概念図である。FIG. 9 is a conceptual diagram showing a direct-axis magnetic flux generated under a no-load condition in which only a field current flows.
【図10】 直軸電機子電流のみを流した場合の直軸磁
束を示す概念図である。FIG. 10 is a conceptual diagram showing a direct-axis magnetic flux when only a direct-axis armature current flows.
【図11】 横軸電機子電流のみを流した場合の横軸磁
束を示す概念図である。FIG. 11 is a conceptual diagram showing a horizontal axis magnetic flux when only a horizontal axis armature current flows.
【図12】 負荷条件において直軸磁束と横軸磁束が混
在する場合の磁束を示す概念図である。FIG. 12 is a conceptual diagram showing magnetic flux when a direct-axis magnetic flux and a horizontal-axis magnetic flux are mixed under a load condition.
1 駆動制御装置、2 同期電動機、11 速度制御
器、12 磁束制御器、13 電流制御器、14 座標
変換器、15 電力供給器、16 速度・位置検出器、
17 磁束演算器、18 座標変換器、19 磁束基準
値設定器、SEu,SEW ,SEf 電流検出器。1 drive control device, 2 synchronous motor, 11 speed controller, 12 flux controller, 13 current controller, 14 coordinate converter, 15 power supply, 16 speed / position detector,
17 flux calculator, 18 coordinate converter, 19 magnetic flux reference value setter, SE u, SE W, SE f current detector.
Claims (2)
転条件下での直軸電機子反作用リアクタンスの飽和特性
の実測値と、直軸と横軸の電流の関数として有限要素法
にて求めた飽和特性の磁界解析値とを組合せ、直軸電機
子反作用リアクタンス及び横軸電機子反作用リアクタン
ス夫々を直軸と横軸の電流の関数として定めた同期電動
機の磁気飽和モデルを用いることを特徴とする同期電動
機の制御方法。1. A finite element method as a function of a measured value of a saturation characteristic of a linear axis armature reaction reactance under a no-load operating condition obtained from a no-load saturation characteristic test and a current of a linear axis and a horizontal axis. And a magnetic saturation model of a synchronous motor in which the linear-axis armature reaction reactance and the horizontal-axis armature reaction reactance are determined as a function of the currents on the linear and horizontal axes, respectively. To control a synchronous motor.
界磁電流と直軸電機子電流夫々の絶対値の和に比例する
補正量を差し引いた値を用いることを特徴とする請求項
1記載の同期電動機の制御方法。2. As a horizontal axis armature reaction reactance,
2. The synchronous motor control method according to claim 1, wherein a value obtained by subtracting a correction amount proportional to a sum of absolute values of the field current and the direct-axis armature current is used.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9304751A JPH11146700A (en) | 1997-11-06 | 1997-11-06 | Control method of synchronous motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9304751A JPH11146700A (en) | 1997-11-06 | 1997-11-06 | Control method of synchronous motor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11146700A true JPH11146700A (en) | 1999-05-28 |
Family
ID=17936794
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9304751A Pending JPH11146700A (en) | 1997-11-06 | 1997-11-06 | Control method of synchronous motor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11146700A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2186475A1 (en) * | 1999-06-07 | 2003-05-01 | Honda Motor Co Ltd | Riding detection device of motorcycle |
| CN103810384A (en) * | 2014-01-28 | 2014-05-21 | 华中科技大学 | Method for establishing permanent magnet synchronous motor model in consideration of saturation effect |
| CN114499320A (en) * | 2022-01-12 | 2022-05-13 | 武汉科技大学 | Step-by-step parameter identification method of electric excitation synchronous motor based on mayfly optimization algorithm |
-
1997
- 1997-11-06 JP JP9304751A patent/JPH11146700A/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2186475A1 (en) * | 1999-06-07 | 2003-05-01 | Honda Motor Co Ltd | Riding detection device of motorcycle |
| CN103810384A (en) * | 2014-01-28 | 2014-05-21 | 华中科技大学 | Method for establishing permanent magnet synchronous motor model in consideration of saturation effect |
| CN114499320A (en) * | 2022-01-12 | 2022-05-13 | 武汉科技大学 | Step-by-step parameter identification method of electric excitation synchronous motor based on mayfly optimization algorithm |
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