JPS591074B2 - 同期電動機の可変速駆動方式 - Google Patents
同期電動機の可変速駆動方式Info
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- JPS591074B2 JPS591074B2 JP54047873A JP4787379A JPS591074B2 JP S591074 B2 JPS591074 B2 JP S591074B2 JP 54047873 A JP54047873 A JP 54047873A JP 4787379 A JP4787379 A JP 4787379A JP S591074 B2 JPS591074 B2 JP S591074B2
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- magnetic flux
- calculator
- synchronous motor
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
- H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
- H02P25/022—Synchronous motors
- H02P25/024—Synchronous motors controlled by supply frequency
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、同期電動機の可変速駆動方式に関するもの
であり、更に詳しくは該方式において電動機の内部相差
角が９（ｆ’を超えないようにするための手段に関する
ものである。
であり、更に詳しくは該方式において電動機の内部相差
角が９（ｆ’を超えないようにするための手段に関する
ものである。
近年、可変周波・可変電圧出力をもつサイリスタ変換装
置の登場と共に、交流電動機の高性能な可変速駆動技術
が開発されつつある。
置の登場と共に、交流電動機の高性能な可変速駆動技術
が開発されつつある。
そして同期電動機について、供給電力が交流でありなが
ら、あたかも直流機であるかのように取り扱うことので
きる新しい速度制御システムとして、トランスベクトル
制御システムが知られるに至つている。この発明は、か
かるトランスベクトル制御システムとして知られる同期
電動機の可変速駆動方式に関するものであるが、先ずそ
のトランスベクトル制御システムについてその大要を説
明する。第１図は、同期電動機の交流理論に基づくベク
トル図（１相分、進み力率）である。界磁巻線電流によ
る磁束はψＦであるが、これに電機子電流による反作用
磁束ψａが干渉して実質的に存在する有効磁束はψとな
る。電機子電流Ｉを有効磁束ψと同相成分１１と直交成
分１２とに分解すれば、電動機の発生トルクＴは次式で
示される。Ｔ＝ＫＴ・ψ・１２・・・・・・・・・・・
・・・（ハ但し、ＫＴは定数、また第１図においてＥ。
ら、あたかも直流機であるかのように取り扱うことので
きる新しい速度制御システムとして、トランスベクトル
制御システムが知られるに至つている。この発明は、か
かるトランスベクトル制御システムとして知られる同期
電動機の可変速駆動方式に関するものであるが、先ずそ
のトランスベクトル制御システムについてその大要を説
明する。第１図は、同期電動機の交流理論に基づくベク
トル図（１相分、進み力率）である。界磁巻線電流によ
る磁束はψＦであるが、これに電機子電流による反作用
磁束ψａが干渉して実質的に存在する有効磁束はψとな
る。電機子電流Ｉを有効磁束ψと同相成分１１と直交成
分１２とに分解すれば、電動機の発生トルクＴは次式で
示される。Ｔ＝ＫＴ・ψ・１２・・・・・・・・・・・
・・・（ハ但し、ＫＴは定数、また第１図においてＥ。
は無負荷誘起電圧、Ｅは端子電圧、δは磁極角（相差角
ともいう）である。トランスベクトル制御の主題は、上
記（１）式における有効磁束ψとトルク成分電流１２を
、界磁巻線電流や電機子巻線電流など外部で観測できる
量から各種の演算によつて正確につかむことにあるとい
える。第２図は、同期電動機のトランスベクトル制御シ
ステムの構成例を示すブロック図である。
ともいう）である。トランスベクトル制御の主題は、上
記（１）式における有効磁束ψとトルク成分電流１２を
、界磁巻線電流や電機子巻線電流など外部で観測できる
量から各種の演算によつて正確につかむことにあるとい
える。第２図は、同期電動機のトランスベクトル制御シ
ステムの構成例を示すブロック図である。
同図を参照する。同期電動機１７の電機子は、３相電源
２０からサイクロコンバータの如き変換装置１５を介し
て給電され、界磁は同じく３相電源２０からサイリスタ
整流器の如き変換装置１６を介して励磁されている。位
置検出器１８は、同期電動機１７の回転磁極の位置を電
気磁気的に検出する装置であり、該検出器１８の出力は
磁極位置演算器１４において演算されてＳｉｎθおよび
ＥＯｓθが出力される（ここにθは、固定子中心を原点
とする或る座標軸に対する磁極の偏位角である）。磁束
演算器５は、同期機１７の電機子電流（Ｉａ，ｉｂ，ｉ
ｃ）、界磁電流１ｆおよび上記Ｓｉｎθ，ＣＯｓθ を
与えられて、同期電動機１７に｝いてトルク発生に寄与
する有効磁束ψと、Ｓｉｎρ，ＣＯｓｐ訃よびＣＯｓδ
を演算し出力する（ここにρは、固定子中心を原点とす
る前記座標軸に対する有効磁束の偏位角であり、δは磁
極位置と有効磁束位置との偏位角つまり磁極角または相
差角である）。タコゼネレータ１９は、同期電動機１７
の回転速度ｎを検出して出力する。今、指令値入力端子
２１から、有効磁束についての指令値ψ米（米は指令値
を表わす）が入力されたとする。すると該指令値ψ米と
演算器５の出力である有効磁束ψとが比較され、その偏
差が零となる方向で磁束調節器２が磁化電流指令値ｈ米
を出力する。また指令値入力端子２２から同期電動機の
回転速度を指令する指令値ｎ米が入力されたとすると、
該ｎ米とタコゼネレータ１９の出力ｎとが比較され、そ
の差が零となる方向で速度調節器１が、そのために必要
なトルクの指令値Ｔ米を出力する。割算器３は前記（１
）式に基づき、トルク指令値τ米を有効磁束ψにより割
算してトルク成分電流指令値１２米を算出する。ここに
おいて、ψ，ψ米，Ｉｕ＊，Ｉ２米などはすべて直流量
であり、いわばＩｕ米は直流機における界磁電流に、ま
たＩ２米は電機子電流に相当するといえる。電流指令演
算器４は、これらの直流量を実際に電動機に必要な交流
電流の指令値１ａ米，Ｉｂ米，Ｉｃ米およびＩｆ米に変
換して出力する。電流調節器６乃至９は、指令直１ａ＊
乃至１ｆ米と電機子電流（Ｉａ乃至１ｃ）および界磁電
流１ｆをそれぞれ比較した結果の偏差が零となる方向で
調節出力を生じる。点弧角調整器１０乃至１３は、調節
器出力を受けて変換装置１５および１６を制御すること
により、同期電動機１７の電機子電流および界磁電流を
所定の値に調節する。以上の如くして、同期電動機のト
ランスベクトル制御システムにおいては、端子２１およ
び２２から指令値を直流で入力することにより、同期電
動機の速度を高性能に制御できるものである。次に磁束
演算器５の詳細を説明するが、それに先立ちベクトル諸
量の座標関係を明らかにして｝く。
２０からサイクロコンバータの如き変換装置１５を介し
て給電され、界磁は同じく３相電源２０からサイリスタ
整流器の如き変換装置１６を介して励磁されている。位
置検出器１８は、同期電動機１７の回転磁極の位置を電
気磁気的に検出する装置であり、該検出器１８の出力は
磁極位置演算器１４において演算されてＳｉｎθおよび
ＥＯｓθが出力される（ここにθは、固定子中心を原点
とする或る座標軸に対する磁極の偏位角である）。磁束
演算器５は、同期機１７の電機子電流（Ｉａ，ｉｂ，ｉ
ｃ）、界磁電流１ｆおよび上記Ｓｉｎθ，ＣＯｓθ を
与えられて、同期電動機１７に｝いてトルク発生に寄与
する有効磁束ψと、Ｓｉｎρ，ＣＯｓｐ訃よびＣＯｓδ
を演算し出力する（ここにρは、固定子中心を原点とす
る前記座標軸に対する有効磁束の偏位角であり、δは磁
極位置と有効磁束位置との偏位角つまり磁極角または相
差角である）。タコゼネレータ１９は、同期電動機１７
の回転速度ｎを検出して出力する。今、指令値入力端子
２１から、有効磁束についての指令値ψ米（米は指令値
を表わす）が入力されたとする。すると該指令値ψ米と
演算器５の出力である有効磁束ψとが比較され、その偏
差が零となる方向で磁束調節器２が磁化電流指令値ｈ米
を出力する。また指令値入力端子２２から同期電動機の
回転速度を指令する指令値ｎ米が入力されたとすると、
該ｎ米とタコゼネレータ１９の出力ｎとが比較され、そ
の差が零となる方向で速度調節器１が、そのために必要
なトルクの指令値Ｔ米を出力する。割算器３は前記（１
）式に基づき、トルク指令値τ米を有効磁束ψにより割
算してトルク成分電流指令値１２米を算出する。ここに
おいて、ψ，ψ米，Ｉｕ＊，Ｉ２米などはすべて直流量
であり、いわばＩｕ米は直流機における界磁電流に、ま
たＩ２米は電機子電流に相当するといえる。電流指令演
算器４は、これらの直流量を実際に電動機に必要な交流
電流の指令値１ａ米，Ｉｂ米，Ｉｃ米およびＩｆ米に変
換して出力する。電流調節器６乃至９は、指令直１ａ＊
乃至１ｆ米と電機子電流（Ｉａ乃至１ｃ）および界磁電
流１ｆをそれぞれ比較した結果の偏差が零となる方向で
調節出力を生じる。点弧角調整器１０乃至１３は、調節
器出力を受けて変換装置１５および１６を制御すること
により、同期電動機１７の電機子電流および界磁電流を
所定の値に調節する。以上の如くして、同期電動機のト
ランスベクトル制御システムにおいては、端子２１およ
び２２から指令値を直流で入力することにより、同期電
動機の速度を高性能に制御できるものである。次に磁束
演算器５の詳細を説明するが、それに先立ちベクトル諸
量の座標関係を明らかにして｝く。
先ず交流三相量を空間回転ベクトルでとらえるために三
相の二相（軸）変換が行なわれるが、その関係を第３図
および第４図を参照して説明する。第３図は、固定子の
三相（Ａ，ｂ，ｃ）のうちａ相の巻線軸上にα軸、それ
と直交してβ軸をとり、第４図の三相正弦波形ψＡ，ψ
Ｂ，ψ。
相の二相（軸）変換が行なわれるが、その関係を第３図
および第４図を参照して説明する。第３図は、固定子の
三相（Ａ，ｂ，ｃ）のうちａ相の巻線軸上にα軸、それ
と直交してβ軸をとり、第４図の三相正弦波形ψＡ，ψ
Ｂ，ψ。
において時点Ａにおける各瞬時量を、両軸上でψα，ψ
βとして二相に変換し表現したものであり、その算式は
次式で与えられている。ψα，ψβはそれぞれα，β軸
上で時間的に変化する量であるが、対称で平衡な三相系
では両者の合成量ψは、時間的に大きさが変化せず、三
相量の周波数で定まる速さで回転する回転ベクトルとな
る。
βとして二相に変換し表現したものであり、その算式は
次式で与えられている。ψα，ψβはそれぞれα，β軸
上で時間的に変化する量であるが、対称で平衡な三相系
では両者の合成量ψは、時間的に大きさが変化せず、三
相量の周波数で定まる速さで回転する回転ベクトルとな
る。
回転子上にも互いに直交するｄ−ｑ座標軸をとれば、固
定子、回転子ともに二軸で表現することが可能となる。
第５図は、このような空間回転座標を用いた諸量のベク
トル図である。
定子、回転子ともに二軸で表現することが可能となる。
第５図は、このような空間回転座標を用いた諸量のベク
トル図である。
すなわちａ相中心と同軸のα軸とこれに直交するβ軸が
固定軸であり、磁極の中心線上にとつたｄ軸（磁極軸と
いうこともある）と、これに直交するｑ軸は回転軸であ
り、また有効磁束ψの方向にとつた１軸とこれに直交す
る２軸も回転軸である。角度θおよびρは電動機の回転
につれて変化する値であり、磁極角または相差角δは、
ともに回転する座標系、ｄ−ｑ軸と１−２軸間の成す角
であるから時間的には変化しない。角度θは、例えば普
通の無整流子電動機と似た方法で磁極の電機子巻線に対
する相吋位置として検出することができる（第２図の磁
極位置検出器１８、演算器４）。以上を順備説明として
次に磁束演算について説明する。一般に、磁束ψをｄ−
ｑ軸座標系成分ψＤ，ψｑ（図示せず）で表示すると次
の式で与えられる。
固定軸であり、磁極の中心線上にとつたｄ軸（磁極軸と
いうこともある）と、これに直交するｑ軸は回転軸であ
り、また有効磁束ψの方向にとつた１軸とこれに直交す
る２軸も回転軸である。角度θおよびρは電動機の回転
につれて変化する値であり、磁極角または相差角δは、
ともに回転する座標系、ｄ−ｑ軸と１−２軸間の成す角
であるから時間的には変化しない。角度θは、例えば普
通の無整流子電動機と似た方法で磁極の電機子巻線に対
する相吋位置として検出することができる（第２図の磁
極位置検出器１８、演算器４）。以上を順備説明として
次に磁束演算について説明する。一般に、磁束ψをｄ−
ｑ軸座標系成分ψＤ，ψｑ（図示せず）で表示すると次
の式で与えられる。
Ｇｄ（Ｐ），Ｇｑ（Ｐ） ：電動機の機器定数で決まる
遅れ要素を含む項Ｉｄ，ｉ，：ｄ−ｑ軸座標系成分で表
示した電機子電流１５１Ｕ−一ｉ▲ また有効磁束ψと、α軸と１軸の成す角ρと、ｄ軸と１
軸との成す磁極角δは次式で表わされる。
遅れ要素を含む項Ｉｄ，ｉ，：ｄ−ｑ軸座標系成分で表
示した電機子電流１５１Ｕ−一ｉ▲ また有効磁束ψと、α軸と１軸の成す角ρと、ｄ軸と１
軸との成す磁極角δは次式で表わされる。
上記（４）乃至（９）式に基づいて構成された磁束演算
器のプロツク図を第６図に示す。第６図を参照する。
器のプロツク図を第６図に示す。第６図を参照する。
三相／α・β軸座標変換器５１７は、各相電流１ａ，ｉ
ｂ，ｉｃを、上記（６）式に従つてα・β軸座標成分の
電流１ｄ，ｉβに変換して出力する。α・β／ｄ−ｑ軸
座標変換器５２０は、Ｉｄ，ｉβと磁極位置演算器１４
よりのＳｉｎθ，ＣＯｓθを入力されると、上記（ト）
式に従つてｄ−ｑ軸座標成分の電流１ｄ，ｉ，に変換し
て出力する。ψｄ演算器５２１は、ＩｄとＩｆの和を入
力されると、上記（４）式に従つてψｄを演算して出力
する。ψ，演算器５２２も同様にＩ，を入力され、ψ，
を演算して出力する。ｄ−ｑ／α・β軸座標変換器５２
３は、磁極位置演算器１４よりＳｉｎθ，ＣＯｓθを入
力され、ｄ−ｑ軸座標成分の磁束ψＤ，ψ９を上言αη
式に従つてα・β軸座標成分の磁束ψ（＄，ψβに変換
して出力する。磁束成分演算器５１８は、上記（ト）式
による演算を行なつて磁束ψ，Ｓｉｎρ，ＣＯｓρを出
力する。磁極角演算器５１９も上記（９）式に示す演算
を行なつてＣＯｓδ，Ｓｉｎδを出力する。次に電流指
令演算器４の詳細を説明する。
ｂ，ｉｃを、上記（６）式に従つてα・β軸座標成分の
電流１ｄ，ｉβに変換して出力する。α・β／ｄ−ｑ軸
座標変換器５２０は、Ｉｄ，ｉβと磁極位置演算器１４
よりのＳｉｎθ，ＣＯｓθを入力されると、上記（ト）
式に従つてｄ−ｑ軸座標成分の電流１ｄ，ｉ，に変換し
て出力する。ψｄ演算器５２１は、ＩｄとＩｆの和を入
力されると、上記（４）式に従つてψｄを演算して出力
する。ψ，演算器５２２も同様にＩ，を入力され、ψ，
を演算して出力する。ｄ−ｑ／α・β軸座標変換器５２
３は、磁極位置演算器１４よりＳｉｎθ，ＣＯｓθを入
力され、ｄ−ｑ軸座標成分の磁束ψＤ，ψ９を上言αη
式に従つてα・β軸座標成分の磁束ψ（＄，ψβに変換
して出力する。磁束成分演算器５１８は、上記（ト）式
による演算を行なつて磁束ψ，Ｓｉｎρ，ＣＯｓρを出
力する。磁極角演算器５１９も上記（９）式に示す演算
を行なつてＣＯｓδ，Ｓｉｎδを出力する。次に電流指
令演算器４の詳細を説明する。
この演算器は、第２図に示したように、磁束演算器５、
磁束調節器２訃よび速度調節器１などから与えられる諸
信号を入力として、電機子および界磁の各巻線に供給す
べき電流を演算するものである。有効磁束ψは、電機子
電流１のうち１軸成分の電流１，で作られる磁束をψ，
とすると、第５図から明らかな４うにとなり、ψＦは界
磁巻線電流１ｆで作られるから、有効磁束ψを作る有効
な磁化電流１ｕは次式で示される。
磁束調節器２訃よび速度調節器１などから与えられる諸
信号を入力として、電機子および界磁の各巻線に供給す
べき電流を演算するものである。有効磁束ψは、電機子
電流１のうち１軸成分の電流１，で作られる磁束をψ，
とすると、第５図から明らかな４うにとなり、ψＦは界
磁巻線電流１ｆで作られるから、有効磁束ψを作る有効
な磁化電流１ｕは次式で示される。
Ｉ，は正負の極性をとり、第５図の状態はＩ，くＯであ
る。従つて界磁巻線の電流がＩｆなる値にある状態で有
効磁束ψを確保するため、すなわち所定の磁化電流１ｕ
米 （なお米は指令値を表わすものであることは先にも
述べた）を維持するために電機子側から供給すべき磁化
電流は次式となる。
る。従つて界磁巻線の電流がＩｆなる値にある状態で有
効磁束ψを確保するため、すなわち所定の磁化電流１ｕ
米 （なお米は指令値を表わすものであることは先にも
述べた）を維持するために電機子側から供給すべき磁化
電流は次式となる。
ＩｌＪＵ轟１ＶＶＶ▼
Ｒｗｌ電機子側のトルク成分電流の指令値１２米
は、トルク指令値Ｔ米から（１）式の関係を用いて演算
されているから、ｉ１米，Ｉ２米なる回転座標上の各指
令値は、次式に従つて固定のα・β軸上の指令値ｉα米
，ｉβ米に変換される。
Ｒｗｌ電機子側のトルク成分電流の指令値１２米
は、トルク指令値Ｔ米から（１）式の関係を用いて演算
されているから、ｉ１米，Ｉ２米なる回転座標上の各指
令値は、次式に従つて固定のα・β軸上の指令値ｉα米
，ｉβ米に変換される。
． Ｎ乙 −． Ｓ乙 − ｌ コJ■■次い
で次式に従つて最終的に必要な三相量に変換されて電機
子電流の指令値１ａ米，Ｉｂ米・Ｉｃ米となる。
で次式に従つて最終的に必要な三相量に変換されて電機
子電流の指令値１ａ米，Ｉｂ米・Ｉｃ米となる。
）
次に界磁巻線に供給すべき電流１ｆ米を決定する。
第５図を参照して１・２軸系からみた電機子反作用磁束
ψ１，ψ２は電流１１，ｉ２で作られ、また有効磁束ψ
の磁化電流はＩｕであるから、これらの電流（起磁力）
と界磁巻線電流１ｆとめ間には次式の関係がある。トル
図を参照して力率角τに注目すると、電機子電流１のう
ちのＩ，成分を零にすれば、定常状態の電動機の力率は
１００１）となる。
ψ１，ψ２は電流１１，ｉ２で作られ、また有効磁束ψ
の磁化電流はＩｕであるから、これらの電流（起磁力）
と界磁巻線電流１ｆとめ間には次式の関係がある。トル
図を参照して力率角τに注目すると、電機子電流１のう
ちのＩ，成分を零にすれば、定常状態の電動機の力率は
１００１）となる。
１＝０とするには、とりもな卦さず上式でＩ，＝０とす
ればよいから、界磁巻線に供給すべき電流の指令値を次
式のように求める。
ればよいから、界磁巻線に供給すべき電流の指令値を次
式のように求める。
上記００）乃至ｌ式に基づいて構成された電流指令演算
器のプロツク図を第７図に示す。
器のプロツク図を第７図に示す。
第７図を参照する。
掛算器５２４は、界磁電流Ｉｆと磁束演算器５よりのＣ
Ｏｓδを掛算してその結果１ｆＣ０Ｓδを出力する。こ
の出力値と磁化電流指令値１ｕ半とが上記（代）式に従
つて減算されることにより磁化電流指令値１，米が作ら
れる。１・２／α・β軸座標変換器５２５は、上述の磁
化電流指令値１１とトルク成分電流指令値１２米と磁束
演算器５よりのＳｉｎρ，ＣＯｓρとを入力され、上記
（自）による演算を行なつてα・β軸上に変換されたＩ
ｄ米，ｉβ米を出力する。
Ｏｓδを掛算してその結果１ｆＣ０Ｓδを出力する。こ
の出力値と磁化電流指令値１ｕ半とが上記（代）式に従
つて減算されることにより磁化電流指令値１，米が作ら
れる。１・２／α・β軸座標変換器５２５は、上述の磁
化電流指令値１１とトルク成分電流指令値１２米と磁束
演算器５よりのＳｉｎρ，ＣＯｓρとを入力され、上記
（自）による演算を行なつてα・β軸上に変換されたＩ
ｄ米，ｉβ米を出力する。
次にα・β／三相座標変換器５２７が、これらＩｄ米，
ｉβ米を上記０２）式に従つて、最終的に必要な三相量
１ａ（，Ｉｂ米，１０米に変換して出力する。また界磁
電流指令演算器５２６は上記ａ試による演算を行なつて
界磁電流指令値を出力する。一般に界磁巻線には大きな
インダクタンスがあるので、界磁電流を急変させること
は難しい。
ｉβ米を上記０２）式に従つて、最終的に必要な三相量
１ａ（，Ｉｂ米，１０米に変換して出力する。また界磁
電流指令演算器５２６は上記ａ試による演算を行なつて
界磁電流指令値を出力する。一般に界磁巻線には大きな
インダクタンスがあるので、界磁電流を急変させること
は難しい。
そこで電機子電流を急変させる負荷トルク外乱やサイリ
スタ変換装置への供給電源の電圧変動などに対しても、
有効磁束を所定の値に維持させるために電機子電流の指
令値には、第７図（座標変換器５２５の入力）に示すよ
うにｉ１米を加算する。こうすることによつて過渡的な
磁束の過不足が補償され、電動機の制御の速応性が高め
られる。以上、概要を説明したことにより、トランスベ
クトル制御システムとして知られる同期電動機の可変速
駆動方式が理解できたと思われる。さて、同期電動機の
電機子電流のうち、トルク発生に寄与する成分をＩ２、
磁束発生に寄与する成分をＩ，（第５図参照）とすると
、電機子相電流のピーク値はＶ『戸丁Ｔ〒７「となる。
スタ変換装置への供給電源の電圧変動などに対しても、
有効磁束を所定の値に維持させるために電機子電流の指
令値には、第７図（座標変換器５２５の入力）に示すよ
うにｉ１米を加算する。こうすることによつて過渡的な
磁束の過不足が補償され、電動機の制御の速応性が高め
られる。以上、概要を説明したことにより、トランスベ
クトル制御システムとして知られる同期電動機の可変速
駆動方式が理解できたと思われる。さて、同期電動機の
電機子電流のうち、トルク発生に寄与する成分をＩ２、
磁束発生に寄与する成分をＩ，（第５図参照）とすると
、電機子相電流のピーク値はＶ『戸丁Ｔ〒７「となる。
従つて従来、電動機における相電流の最大許容量を１１
とすると、を制限していた。
とすると、を制限していた。
ところで上述の同期電動機可変速駆動方式においては、
電動機力率を１にするため、電機子電流の磁束発生に寄
与する成分電流１１が零となるように界磁電流１ｆを調
整することが一般に行なわれている。関係諸量のベクト
ル図である第８図を参照して更に説明を続ける。第８図
において、ψＦは界磁電流１ｆにより発生されるｄ軸上
の磁束成分、ψ２は電機子電流のトルク成分電流１２に
より発生される磁束成分、ψは有効磁束、δは相差角（
磁極角）である。今、界磁電流１ｆ（ψＦ）が電動機の
定格許容電流により制限されるものと仮定すると、この
状態でトルク成分電流１２（ψ２ ）が増大すると、相
差角δが大きくなり、場合によつては９０度を超えるこ
とになる。トルク成分電流１２は一応上記Ａ４）式によ
る制限を受けているわけであるが、Ａ４）式による制限
では、相差角δが９０度を超えないという保証には、そ
の式の性質上、なり得ないわけである。相差角δが９０
度を超えた場合、乱調現象が起きることは周知の通りで
ある。この発明は、上述の如き、従来の同期電動機可変
速駆動方式における不安定動作の要因を除去するために
なされたものであり、従つてこの発明の目的は、どんな
場合にも内部相差角δが９０度を超えることがなく、そ
れ故乱調現象が起き得ないようにした同期電動機の可変
速駆動方式を提供することにある。
電動機力率を１にするため、電機子電流の磁束発生に寄
与する成分電流１１が零となるように界磁電流１ｆを調
整することが一般に行なわれている。関係諸量のベクト
ル図である第８図を参照して更に説明を続ける。第８図
において、ψＦは界磁電流１ｆにより発生されるｄ軸上
の磁束成分、ψ２は電機子電流のトルク成分電流１２に
より発生される磁束成分、ψは有効磁束、δは相差角（
磁極角）である。今、界磁電流１ｆ（ψＦ）が電動機の
定格許容電流により制限されるものと仮定すると、この
状態でトルク成分電流１２（ψ２ ）が増大すると、相
差角δが大きくなり、場合によつては９０度を超えるこ
とになる。トルク成分電流１２は一応上記Ａ４）式によ
る制限を受けているわけであるが、Ａ４）式による制限
では、相差角δが９０度を超えないという保証には、そ
の式の性質上、なり得ないわけである。相差角δが９０
度を超えた場合、乱調現象が起きることは周知の通りで
ある。この発明は、上述の如き、従来の同期電動機可変
速駆動方式における不安定動作の要因を除去するために
なされたものであり、従つてこの発明の目的は、どんな
場合にも内部相差角δが９０度を超えることがなく、そ
れ故乱調現象が起き得ないようにした同期電動機の可変
速駆動方式を提供することにある。
この発明の構成の要点は、トルク成分電流１２の大きさ
を界磁電流１ｆ、相差角δに関連づけて制限し、相差角
δが９０度を超えないようにした点にある。
を界磁電流１ｆ、相差角δに関連づけて制限し、相差角
δが９０度を超えないようにした点にある。
Ｉ２の制限が発生トルクの制限につながるものであるこ
とはいうまでもない。次にこの発明の原理を説明する。
とはいうまでもない。次にこの発明の原理を説明する。
第８図において、Ｉｆ＝Ｉ２ｓｉｎδとなつたとき、相
差角δが９０度になることは図示のベクトル関係から明
らかである。そこでＩ２〈（Ｉｆ／Ｓｉｎδ）なる条件
を満足するようにＩ２を制限すればよいことが分る。第
９図はこの発明の一実施例を示すプロツク図である。
差角δが９０度になることは図示のベクトル関係から明
らかである。そこでＩ２〈（Ｉｆ／Ｓｉｎδ）なる条件
を満足するようにＩ２を制限すればよいことが分る。第
９図はこの発明の一実施例を示すプロツク図である。
同図を参照する。従来方式を示した第２図と相違すると
ころは、割算器３と電流指令演算器４との間に電流制限
器２３を配置し、かつ該制限器２３における電流制限値
を割算器２４により指示するようにした点である。割算
器２４は、界磁電流１ｆを、磁束演算器５より与えられ
るＳｉｎδにて除算し、その結果を制限値として電流制
限器２３に与えている。従つて割算器３からの指令値１
２米は、電流制限器２３において、必ず１２〈（Ｉｆ／
Ｓｉｎδ）なる条件を満足するような制限されてから電
流指令演算器４に入力される。
ころは、割算器３と電流指令演算器４との間に電流制限
器２３を配置し、かつ該制限器２３における電流制限値
を割算器２４により指示するようにした点である。割算
器２４は、界磁電流１ｆを、磁束演算器５より与えられ
るＳｉｎδにて除算し、その結果を制限値として電流制
限器２３に与えている。従つて割算器３からの指令値１
２米は、電流制限器２３において、必ず１２〈（Ｉｆ／
Ｓｉｎδ）なる条件を満足するような制限されてから電
流指令演算器４に入力される。
以上説明した通りであるから、この発明によれば、同期
電動機の可変速駆動方式に｝いて、如何なる場合にも内
部相差角（磁極角）が９０度を超えることがなく、従つ
て乱調現象も起きず、安定した運転がなされ得るという
利点がある。
電動機の可変速駆動方式に｝いて、如何なる場合にも内
部相差角（磁極角）が９０度を超えることがなく、従つ
て乱調現象も起きず、安定した運転がなされ得るという
利点がある。
第１図は、同期電動機の交流理論に基づくベクトル図、
第２図は同期電動機のトランスベクトル制御システムの
構成例を示すプロツク図、第３図は対称三相量の２軸成
分への変換関係を説明する説明図、第４図は三相交流の
流形図、第５図はベクトル諸量の座標関係を示すベクト
ル図、第６図は磁束演算器を示すプロツク図、第７図は
電流指令演算器を示すプロツク図、第８図は関係諸量の
ベクトル図、第９図はこの発明の一実施例を示すブロツ
ク図である。 図において、１は速度調節器、２は磁束調節器、３は割
算器、４は電流指令演算器、５は磁束演算器、６乃至９
はそれぞれ電流調節器、１０乃至１３はそれぞれ点弧角
調整器、１４は磁極位置演算器、１５は変換装置（例え
ばサイクロコンバータ）、１６は界磁用変換装置、１７
は同期電動機、１８は磁極位置検出器、１９はタコゼネ
レータ、２０は３相交流電源、２１と２２はそれぞれ指
令値入力端子、２３は電流制限器、２４は割算器、５１
７は三相／α・β軸座標変換器、５１８は磁束成分演算
器、５１９は磁極角演算器、５２０はα・β／ｄ−ｑ軸
座標変換器、５２１はψｄ演算器、５２２はψｑ演算器
、５２３はｄ−ｑ／ａ・β軸変換器、５２５は１・２／
α・β軸座標変換器、５２６は界磁電流指令演算器、５
２７はα・β／三相座標変換器、を示す。
第２図は同期電動機のトランスベクトル制御システムの
構成例を示すプロツク図、第３図は対称三相量の２軸成
分への変換関係を説明する説明図、第４図は三相交流の
流形図、第５図はベクトル諸量の座標関係を示すベクト
ル図、第６図は磁束演算器を示すプロツク図、第７図は
電流指令演算器を示すプロツク図、第８図は関係諸量の
ベクトル図、第９図はこの発明の一実施例を示すブロツ
ク図である。 図において、１は速度調節器、２は磁束調節器、３は割
算器、４は電流指令演算器、５は磁束演算器、６乃至９
はそれぞれ電流調節器、１０乃至１３はそれぞれ点弧角
調整器、１４は磁極位置演算器、１５は変換装置（例え
ばサイクロコンバータ）、１６は界磁用変換装置、１７
は同期電動機、１８は磁極位置検出器、１９はタコゼネ
レータ、２０は３相交流電源、２１と２２はそれぞれ指
令値入力端子、２３は電流制限器、２４は割算器、５１
７は三相／α・β軸座標変換器、５１８は磁束成分演算
器、５１９は磁極角演算器、５２０はα・β／ｄ−ｑ軸
座標変換器、５２１はψｄ演算器、５２２はψｑ演算器
、５２３はｄ−ｑ／ａ・β軸変換器、５２５は１・２／
α・β軸座標変換器、５２６は界磁電流指令演算器、５
２７はα・β／三相座標変換器、を示す。
Claims (1)
- １ 同期電動機のトルク発生に寄与する有効磁束を電機
子電流、界磁電流に基づき算出する磁束演算器と、該演
算器により算出された有効磁束と外部から指令される有
効磁束の指令値およびトルクの指令値に基づき同期電動
機の運転上実際に必要な電機子電流、界磁電流を算出し
て指令する電流指令演算器と、該演算器よりの電流指令
値に基づき電動機の電機子電流、界磁電流を制御する調
節手段とを備えて成る同期電動機の可変速駆動方式にお
いて、前記トルクの指令値は、電流指令演算器に指令と
して入力されるに当り、電機子電流のトルク成分電流値
に変換され、かつその値が磁極位置と有効磁束位置との
偏位角である磁極角の正弦値にて界磁電流を除算して得
られる値以下に制限された状態で入力されるようにした
ことを特徴とする同期電動機の可変速駆動方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP54047873A JPS591074B2 (ja) | 1979-04-20 | 1979-04-20 | 同期電動機の可変速駆動方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP54047873A JPS591074B2 (ja) | 1979-04-20 | 1979-04-20 | 同期電動機の可変速駆動方式 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS55141995A JPS55141995A (en) | 1980-11-06 |
| JPS591074B2 true JPS591074B2 (ja) | 1984-01-10 |
Family
ID=12787491
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP54047873A Expired JPS591074B2 (ja) | 1979-04-20 | 1979-04-20 | 同期電動機の可変速駆動方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS591074B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU746555B2 (en) * | 1998-10-30 | 2002-05-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Apparatus for controlling synchronous motor |
-
1979
- 1979-04-20 JP JP54047873A patent/JPS591074B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS55141995A (en) | 1980-11-06 |
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