JPS58144591A - 同期電動機の制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 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ψ
１３、から変換器９たとえば微分器により回転数実際値
ｎ１ｓｔが形成される。この回転数実際値’ｉｓｔは差
引き回路１ａにより回転数目標値ｎ　　　と比較される
。目標値と実際値とのｏＪＪ１ 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■Ｗ　ｓ　ｏ　７３７３が得られる。

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つの回転る。これらのベクト
ルの大きさは有効電流目標値■Ｗｓ。Ｕと一致している
。まだ、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■５ｏ１１
！Ｒ９■５ｏｕｓ。

ｌ５ｏ１７Ｔが対応する磁極電圧と同期するように、回
転子位置信号ψｉｓ□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”　Ｓｉｅ
ｍｅｎｓ−Ｚｅｉｔｓｃｈｒｉｆｔ　”第４５巻、１９
７１年１０月、第１０号、第７５７〜７６０頁所載の論
文１１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　Ｐｒ１ｎｚｉｐｄ
ｅｒ　Ｆｅｌｄｏｒｉｅｎｔｉｅｒｕｎｇ　、　ｄｉｅ
　Ｑｒｕｎｄｌａｇｅｆａｒ　ｄｉｅ　Ｔｒａｎｓｖｅ
ｋｔｏｒ−Ｒｅｇｅｌｕｎｇ　ｖｏｎ　Ｄｒｅｈ　−ｆ
ｅｌｄｍａｓｃｈｉｎｅｎ）”から公知である。

（７） こうして得られた三相の目標値■ｓｏ、ｇｌＲないしｌ
５ｏ７１Ｔは差引き回路４ａないし４Ｃで対応する実際
値’　ｉ　ｓ　ｔＲないし’１ｓｔＴと比較される。電
流実際値工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だ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（８） 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って最大のトルクを発生し
２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
■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、まだ
同期電動機の端子電圧の大きさＵＫｌは である。磁極電圧Ｅは同期電動機の回転数実際値ｎ１ｓ
ｔにも界磁強さにも比例している。所与の電流工および
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ＵＫ　ｉが変換装置６の最高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だめ、界磁強さを
減す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、まだ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。

従って、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
施のだめの制御装置を提供することである。

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ｌ’１ｓｔｌ／ｎ　ｏ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＋９
０°だけずれだ位相と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だめ、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。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。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だめの制御装置では、
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Ｉ　ｎ１ｓｔｌ／ｎｏ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ｌ　ｎ１ｓｔｌを与えられて１ｌｉｓｔｌ〈ｎｏ
であるときには零に等しく、１ｎｉｓｔｌ〉ｎｏである
と第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９００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。

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Ｉ’１ｓｔｌを与えられて１ｎｉ
ｓｔｌ）　ｎｏであるときには比率１ｎｉｓｔｌ／ｎｏ
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っている。

それにより第１の制限器は、１ｎｉｓｔｌ＞口。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１ｎｉｓｔｌを与えられかつ非反転入力端に回転数値
ｎ。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だはインバータ
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Ｉｎｋｓ□１を与えられかつ反転入力端に回転数値
ｎ。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１ｎｉｓｔｌ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−ｎＯ／１
　ｎ１ｓｔｌ　）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だめの制御
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だめ第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、従っ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。で回転し、電流■ｏが固定子巻線に流れている。

回転数ｎ。で回転する回転子は固定子巻線に磁極電圧Ｅ
ｏを誘起する。先に説明した調節に基づいて、固定子電
流■。

および磁極電圧Ｅ。は同相である。従って、電流ＩＯは
以下では有効電流とも呼ばれる。有効電流了０はリアク
タンスＸに、ベクトル図で磁極電圧Ｅｏに対して垂直な
電圧降下Ｘ・Ｔｏを生ずる。それにより電動機の端子に
は、ベクトルＥｏおよびの端子電圧ＵＫ　ｉの大きさは ｌＵＫ、、Ｉ−箔引ｌＩｏ　Ｉ’η′ である。１ＵＫｌｌ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Ｉ　ＵＫｌ’＝ＵＫ１ｍａｘ
のとき、磁極電圧Ｅｏに対応づけられる回転数ｎ。

は最大到達可能な回転数ｎ。に等しい。第３図のベクト
ル図かられかるように、到達可能な回転数ｎ　は最大可
能な端子電圧ＵＫ１ｍａｘに比例している。ｎｏ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っている。さ
らに、到達可能な回転数ｎ。と有効電流■ｏとの間には
ある関係が存在する。たとえば固定子電流’ＹＯ−Ｑで
あれば、リアクタンスＸにおける電圧降下は生ぜず、従
って磁で移動し得る。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■。

との関係は無視するものとする。そして回転数値ｎｏ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ＩＯ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。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Ｅ１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・Ｔ
ｏも増大する。そのだめ端子電圧ＵＫ　ｌ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Ｅ１において
も端流が値Ｉ＋ｗに減ぜられる。この値は、回転数がｎ
ｏよりも高い場合のりアクタンスの値は回転数がｎｏ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・ＩＩＷが回転数ｎ　におけ
るリアクタンス電圧降下Ｘ・■０と等しい大きさにとど
まるように選定されている。

そのだめに有効電流ＩＷは、ｎｏを越える回転数では、
比率ｎ　／　ｎ　ｏ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■ｏ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無効電流■ＩＢが
加えられる。この無効電流■ＩＢがリアクタンスＸに生
ずる電圧降下ＵＢＸは無効電流■ＩＢにくらべて９０°
、従ってまだ磁極電圧Ｅにくらべて１８０°だけ位相が
ずれている。すなわち、ＵＢＸはＥに対して逆向きであ
る。無効電流（１９） Ｉｐｌ　　１−ＩＦｎ÷ｌ　　　ｒ−１１１４ｎ　　ｊ
−’；　ｌ−にｌｙ　　Ｐ　　ｋ＋　　−戸丘ｈａ）ｉ
ｍｉｉ−ｘ分ΔＥをちょ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、 ＵＢＸ　””ΔＥ １Ｂ・２πｎＩＩＬ−ｐ（ｎ−ｎｏ） の関係式が成り立つので、無効電流成分ＩＢは（１−ｎ
ｏ／ｎ　）に比例する値に選定されなければならない。

有効電流■ｗは、前記のように、ｎｏを越える回転数で
は、比率ｎ／ｎ　ｏ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　ＩＷ／を工１ｗに対して逆極
性とするだけでよく、他方無効電流■ＩＢｌは■ＩＢと
同一のものが用いられる。

（４）） ハ４１釘Ｎ大嬰し同性１ｒ　　量１豐養開赦１　リヂロ
市二着ｊ口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
力も感くなるので、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シ
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、を実施するだめの制御装Ｖ市Ｉ
Ｊ側ｊ茨直と同体に１左うＩざＵ鮒１ａ−Ｃ凹鴨猷日標
値ｎ５ａｌｔ’Ｉｔと回転数実際値ｎ１ｓｔ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ψｉｓ
ｔ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ψｉｓｔと同相
であり、このことはベクトル回転器３のブロック内に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！　’１ｓｔｌ〉’ｏであるときには回
転数調節器１の出力信号を比率Ｉｎ１ｓｔｌ／ｎｏ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を制御するだ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ｎｉ８□が
、負の実際値を正の実際値に変換する絶対値形成回路１
８を介して、入力量ｌ　ｎ１ｓｔｌと境界回転数値ｎ。

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ＵＮに比例しているので、
電源電圧ＵＮ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。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工　　の無効電流成分ｏｌｌ を形成する第２の分岐ルートを有する。６−基暑・　　
　　　　　　　　この第２分岐ルートは、係数乗算器１
２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ψ１，１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ｓｉｎψおよびｃｏｓψに対する入力端を交換し
、かつｃｏｓψ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、５ｉｎ（９
０°＋ψ）＝ＣＯ８ψまたｃｏｓ（９０°＋ｃｐ　）　
：＝−３ｉｎ　ｃｐ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
＃≠４＃ミ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■５ｏ
ｌｌＪＲないし■５ｏｌｌＴ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
電流調節のだめに用いられる。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Ｉｎ１ｓｔｌが、棟だパラメータとして同じく境
界回転数値ｎ。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−ｎｏ／１ｎｉｓｔｌ）でろる。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ｎｏ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の部用力信号を後に接続されている制限器１１ｂで
直線Ｂに従っ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、寸だその先
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　および１ｎｉｓｔ　ｌは抵抗ｌｉｄ、ｌｉｅ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１’１ｓｔｌ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１１Ｇの出力端に向けて
いるダイオードｌｌｋを介して、増幅器１１Ｃの出力端
はダイオード１１７．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１１７と抵抗１１ｈとの
間の接続点が別の抵抗１１１を介して演算増幅器１１Ｇ
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Ｉ　ｎ１ｓｔｌ　　’Ｏ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ｌｌｋおよびＩＩｌにより、特性曲
線の望ましくない負範囲を切離す理想整流器回路が形成
される。

特性直線Ｂに従って出力信号を制限すえだめ、抵抗１１
ｈとインピーダンス変換器１１１との間の接続点は別の
ダイオードｌ１ｍ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１１１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
には回この演算増幅器１１ｎおよびダイオードｌ１ｍ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１１１〕とインピーダンス変
換器１１１との間の接続点における電圧が回転数実際値
の大きさｌ　ｎ１ｓｔｌよりも太きくな〃れば直ちに導
通する。それにより出力信号は特性直線Ｂに従って回転
数実際値の大きさ１ｎｉｓｔ　Ｉ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Ｉｎ１ｓｔｌ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。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。この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Ｌ７ｆを介
してその反転入力端と接続されている。演算増幅器１７
ａの出力端の後にはダイオード１７ｆが、翰 しく、１ｎｉｓｔ１〈ｎｏであればＩｍａｘ　　（Ｉｎ
ｉｓｔｌ−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。この理想整流器回路として接続された演算
増幅器１７ａにより差ｎ。−１ｎｉｓｔｌ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１ｎｉｓｔｌが境界回転数値ｎ。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ｌ
　ｎ１ｓｔｌがｎ。よりも太きければ、負の傾斜の特性
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■ｍａｘが加え
られなければならない。これは、反転入力端で抵抗１７
ｈを介してダイオード１７ｇと接続されており、かつ抵
抗１７１を介して値■ｍａｘを与えられる演算増幅器１
７ｋにより行なわれる。演算増幅器１７にはその出力端
とその反転入力端との間に帰還抵抗１７１を有する。こ
うして演算増幅器１７にの出力端に、ｌ　ｎ１ｓｔｌ　
〈ｎｏであるかぎりは■□、Ｘに等（ハ） 端に直接に、まだ演算増幅器１０ａの非反転入力ｎｏ）
に等しい電圧が得られる。上記の関数発生器１７により
、本来値まれる正確な関数１／１ｎｉｓ□Ｉ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ｌＯ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まだは１０ｄの第２の端子はそれぞれ対応
する演算増幅器１０ａまだはＩＯＣの反転入力端と接続
されている。演算増幅器１０ａまだはＩＯｃの出力端と
反対側のダイオード１０ｂまだは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１
０ｂ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１０ｂ。

１０ｄ間の接続点に与えられている。関数発生器端にイ
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シ、両理想ダイオ
ード回路１０ａ　、１０ｂまだは１０Ｃ２１０ｄ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１′Ｏｄの１つが対応する演算増幅器１０
ａまたは１０Ｃにより導通状態に切換えられ、制限器１
０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Ｉｗｓｏｌｌおよび■Ｂｓ。Ｕ
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■Ｂ８ｏｌｌは有効電れているものとする。Ｘ軸
のまわりに角度ψ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　　　　＝Ｉ ＳＯｌｌＸＳＯｌ１０００Ｓψ 工５ＯｌｌＪＹ：■５Ｏｌｌ＠ｓｉ０ψこめようなベク
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。

■５ＯｌｌＸ−−■５Ｏｌ１１５１０ψ■５ｏｌｌＹ−
■５ｏｌｌ°００８ψ すなわち、ベクトル回転のだめには、位置発信器８から
与えられたディジタルの位置測定信号ψ１８、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ψ１８□を与えられ
る各１つの固定値メモリ２０または２１によって行なわ
れる。すなわち、ディ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ィジタル−アナログ変
換器３ａと、まだ固定値メモリ２１の出力端は乗算機能
付きディジタル−アナログ変換器３ｂと接続されている
。両ディジタルーアナログ変換器３ａ。

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ＩｗｓｏｌＩＪが与えられている。従って、ディジタ
ル−アナログ変換器３ａにより積’ＷｓｏｌｌＪ・ＣＯ
Ｓψｉｓｔが、またディジタル−アナログ変換器３ｂに
より積■ｗｓｏｌｔｌ−８１ｎψ１，１が形成される。

こうして、回転された有効電流ベクトル’Ｗｓｏｌｌの
Ｘ成・分がディジタル−アナログ変換器３ａの出力端に
、またそのＸ成分がディジタル−アナログ変換器３ｂの
出力端に得られる〇 無効電流ベクトルＩＢｓｏｌ！ｌ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２０の出
力端が乗算機能付きディジタル−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
付きディジタル−アナログ変換器１３ａの入力端と接続
されている。両ディジタルーアナログ変換器１３ａ、１
３ｂの乗算入力端にはそれぞれアナログの無効電流目標
値■Ｂｓ。Ｕが与えられている。従って、ディジタル−
アナログ変換器１３ａにより積■Ｂｓｏｌｌ””１ｎ９
’ｉｓｔが、まだディジタル−アナログ変換器１３ｂに
より積ＩＢ８ｏｌｌｌ−ＣＯ５ψｉｓｔが形成される。

こうして、回転された無効電流ベクトルＩＢｓｏｌｌの
Ｘ成分がディジタル−アナログ変換器１３ａの出力端に
、またその−ＹＸ成分ディジタル−アナログ変換器１３
ｂ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ＩＷｓｏｌｌｌＸま
だは■ｗｓｏｌｌＹと無効電流ベクトルのＸおよび−Ｙ
Ｘ成分Ｂｓｏ１７Ｘまたは一■ＢｓｏｌｌＹはそれぞれ
加算器１４まだは１５で加算される。その際、成分−■
Ｂｓｏ７７Ｙ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■
、。１ｌＪＸが、まだ加算器１５の出力端にはそのＸ成
分１ｓｏｌｌＪＹ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日付ヨーロッパ特許出願第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
法を説明するだめのベクトル図、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
。 ｌ・・・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）、数乗算器、　１３・・・ベクトル回転器、　１４
〜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
。 、（６１１８）代理人弁理士冨村　溝

Claims (1)

1. 【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（ｎｉｓｔ）の大きさが１ｎｉｓｔｌ〉ｎｏ
   　（ここにｎ。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（
   ＵＫｌｍａｘ）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
   （”ＷｓｏｌＩりの振幅（ＩＷｓｏ７７）が比率１　ｎ
   １ｓｔｌ／ｎｏ　に逆比Ｗｓｏ＃）にそれに対して＋９
   ０°だけずれた位る無効電流目標値（ＩＢ５ｏｌｌ）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　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だめ、回転数実際値（
   ｎｉｓｔ）の大きさが１ｎｉｓｔｌ〉ｎｏ（ここにｎ。 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（■Ｗｓ。 Ｕ）の振幅（１ｗ８ｏｌｌ）が比率１ｎｉｓｔｌ／ｎｏ
   　　に逆比例する値に制限され、かつ有効電流目標値（
   Ｙ　　　）にそれに対して＋９０°だけずれ５ｏｌｌ を有する無効電流目標値（Ｉ　　　　’）が加え５ｏ１
   ７ られるようにする制御装置であって、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
   （Ｉｎ、８□１）零に等しく、ｌ　ｎ１ｓｔ　ｌ〉ｎ□
   であるときにはする第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、まだ
   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
   　　　）が取出されていることｏｌＪｌ 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く　＋ｎ１ｓｔ＋）−＋与えられて
   Ｉｎ１ｓｔｌ＞ｎｏであるときには比率ｌ　ｎ１ｓｔ　
   ｌ／ｎｏ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
   制御入力端に与えを与えられて１ｎ１ｓｔｌ＜ｎ。であ
   るときには（３） 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
   く１ｎｉ８□１）を与えられかつ非反転入力端に回転数
   値ｎ。を与えられる第１の加算増幅器を含んでおシ、第
   １の加算増幅器は帰還ダイオードによシ理想整流器とし
   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（■ｗｓｏｕ）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項まだは第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
   おられていることを特徴とする同期電動機の制（４） にまだ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く１ｎｉｓｔ１）を与えら
   れかつ反転入力端に回転数値（ｎｏ）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、まだ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
   く１ｎｉｓｔｌ）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。