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WO2012049770A1 - 同期機起動装置 - Google Patents

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WO2012049770A1
WO2012049770A1 PCT/JP2010/068178 JP2010068178W WO2012049770A1 WO 2012049770 A1 WO2012049770 A1 WO 2012049770A1 JP 2010068178 W JP2010068178 W JP 2010068178W WO 2012049770 A1 WO2012049770 A1 WO 2012049770A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
position signal
synchronous machine
phase
signal
unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2010/068178
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
伸三 玉井
久徳 田口
靖彦 細川
彰修 安藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Original Assignee
Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp filed Critical Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority to EP10858416.0A priority Critical patent/EP2629414B1/en
Priority to PCT/JP2010/068178 priority patent/WO2012049770A1/ja
Priority to US13/878,836 priority patent/US9048770B2/en
Priority to JP2012538539A priority patent/JP5548777B2/ja
Publication of WO2012049770A1 publication Critical patent/WO2012049770A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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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
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/20—Arrangements for starting
    • 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
    • H02P1/00—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters
    • H02P1/16—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters
    • H02P1/46—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters for starting an individual synchronous motor
    • 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
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H02P21/18—Estimation of position or speed
    • 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
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/24—Vector control not involving the use of rotor position or rotor speed sensors
    • 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
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/34—Arrangements for starting

Definitions

  • the present invention relates to a synchronous machine starting device, and more particularly to a synchronous machine starting device that detects a rotor position of the synchronous machine.
  • Synchronous machine starting devices for starting synchronous machines such as generators and motors have been developed.
  • a mechanical distributor that detects the position of the rotor of the synchronous machine with a proximity switch or the like is used.
  • mechanical distributors are fragile and are susceptible to noise due to the large number of wires.
  • Patent Document 1 a synchronous machine starting device that eliminates the need for such a mechanical distributor and filed an application as an international patent application (see International Publication No. 2010/038282 (Patent Document 1)).
  • Patent Document 1 International Publication No. 2010/038282
  • the synchronous machine starting device includes a power conversion unit, an AC voltage detector, an AC current detector, a rotor position detection unit, and a power conversion control unit.
  • the AC voltage detector and the AC current detector detect a three-phase AC voltage and a three-phase AC current supplied to or generated by the armature of the synchronous machine, respectively, and detect the detected value to the rotor position detection unit. Output.
  • the rotor position detection unit includes a zero cross detection unit, a first PLL (Phase Locked Loop) unit, a second PLL unit, and a selection circuit.
  • the zero cross detection unit performs zero cross detection of the AC voltage detected by the AC voltage detector.
  • the first PLL unit outputs a position signal that is an AC signal having a predetermined frequency.
  • the predetermined frequency is a frequency corresponding to a predetermined rotation speed of the rotor during standby of the synchronous machine.
  • the first PLL unit adjusts the phase of the position signal based on the detection signal received from the zero cross detection unit.
  • the second PLL unit is configured to estimate the rotor position of the synchronous machine by feedback calculation based on the detection values received from the AC voltage detector and the AC current detector so that the error of the induced voltage of the armature is reduced. And a position signal obtained from the calculated estimated phase is output.
  • the selection circuit selects the detection signal from the zero-cross detection unit, the position signal from the first PLL unit, and the position signal from the second PLL unit in this order when the synchronous machine is started up, and selects the selected position signal. And output to the power conversion controller as a rotor position signal indicating the rotor position of the synchronous machine.
  • the rated rotational speed of the synchronous machine is, for example, 3000 rpm to 3600 rpm, while the rotational speed during standby is low, for example, several rpm.
  • the synchronous machine rotor keeps rotating for a while, so it does not immediately return to the standby rotational speed.
  • the above synchronous machine starting device is intended to stably start the synchronous machine in the standby state, so that it cannot be restarted for a while after the synchronous machine is stopped, and returns to the rotational speed of the standby state. It is necessary to restart from.
  • an object of the present invention is to provide a synchronous machine starting device capable of stably starting a synchronous machine not only in a standby state but also when the synchronous machine does not return to a rotational speed in a standby state after the synchronous machine is stopped. That is.
  • the synchronous machine starting device includes a power conversion unit, an AC voltage detection unit, an AC current detection unit, a rotor position detection unit, and a power conversion control unit.
  • the power converter converts the supplied power into AC power and supplies it to the armature of the synchronous machine.
  • the AC voltage detector detects an AC voltage supplied to the armature of the synchronous machine or generated by the armature.
  • the alternating current detection unit detects an alternating current supplied to the armature of the synchronous machine or generated by the armature.
  • a rotor position detection part detects the rotor position of a synchronous machine based on the detected alternating voltage and alternating current.
  • the power conversion control unit controls the power conversion unit based on the detected rotor position.
  • the rotor position detection unit includes a timing detection unit, a feedback calculation unit, a frequency detection unit, and a selection circuit.
  • the timing detection unit outputs a first position signal indicating the timing at which the detected AC voltage value passes a predetermined reference level.
  • the feedback calculation unit calculates an error of the estimated phase based on the estimated phase indicating the rotor position, the estimated rotational speed of the rotor of the synchronous machine, and the detected AC voltage and AC current, and based on the calculated phase error
  • the estimated phase and the estimated rotational speed are updated, and a second position signal indicating the updated estimated phase is output.
  • the frequency detection unit is used as an initial frequency corresponding to the initial value of the estimated rotational speed, so that the first corresponding to the rotational speed of the rotor of the synchronous machine when the synchronous machine starting device is started based on the first position signal.
  • the frequency of is detected.
  • the selection circuit selects the first position signal or a position signal obtained based on the first position signal, and outputs the first position signal as a signal indicating the rotor position of the synchronous machine to the power conversion control unit.
  • the second position signal is selected and output to the power conversion control unit as a signal indicating the rotor position of the synchronous machine.
  • the rotor position detection unit further includes an initial frequency selection unit that selects one of the first frequency and the predetermined second frequency as an initial frequency.
  • the second frequency is a frequency corresponding to a predetermined rotation speed of the rotor when the synchronous machine is on standby.
  • the initial frequency selection unit selects the first frequency when the absolute value of the detected AC voltage is greater than or equal to a predetermined value when the synchronous machine activation device is activated.
  • the initial frequency selection unit selects the second frequency when the absolute value of the detected AC voltage does not reach a predetermined value within a predetermined time when the synchronous machine starting device is started.
  • the initial frequency selection unit when the initial frequency selection unit includes the initial frequency selection unit that selects the first or second frequency as described above, the initial frequency selection unit is configured such that the value of the detected AC voltage is the reference level when the synchronous machine activation device is activated.
  • the first frequency is selected when the number of times that the frequency is passed within a predetermined time is equal to or greater than the predetermined number.
  • the initial frequency selection unit selects the second frequency when the value of the detected AC voltage that passes the reference level within a predetermined time is less than the predetermined number when the synchronous machine starting device is started.
  • the selection circuit of the first aspect described above first selects the first position signal and outputs it to the power conversion control unit, and then selects the second position signal. Output to the power conversion control unit.
  • the rotor position detection part of said 1st aspect has further said initial frequency, and the alternating current signal by which the phase was adjusted so that it might synchronize with a 1st position signal
  • An AC signal generation unit that outputs a third position signal.
  • the selection circuit selects the first position signal, the third position signal, and the second position signal in this order and outputs them to the power conversion control unit.
  • the rotor position detection part of said 1st aspect has further said initial frequency, and the alternating current signal by which the phase was adjusted so that it might synchronize with a 1st position signal
  • An AC signal generation unit that outputs a third position signal.
  • the selection circuit first selects and outputs the third position signal to the power conversion control unit, and then selects and outputs the second position signal to the power conversion control unit.
  • the rotor position detection part of said 1st aspect has further said initial frequency, and the alternating current signal by which the phase was adjusted so that it might synchronize with a 1st position signal
  • An AC signal generation unit that outputs a third position signal.
  • the selection circuit first selects the first position signal to the power conversion control unit when the absolute value of the detected AC voltage is equal to or greater than a predetermined value when the synchronous machine activation device is activated. Then, the second position signal is selected and output to the power conversion control unit.
  • the selection circuit when starting the synchronous machine starting device, when the absolute value of the detected AC voltage does not reach the predetermined value within the predetermined time, the first position signal, the third position signal, and the second Are selected in this order and output to the power conversion control unit.
  • the rotor position detection part of said 1st aspect has further said initial frequency, and the alternating current signal by which the phase was adjusted so that it might synchronize with a 1st position signal
  • An AC signal generation unit that outputs a third position signal.
  • the selection circuit when the synchronous machine starting device starts up, the selection circuit first starts when the number of times the detected AC voltage value passes the reference level within a predetermined time is equal to or more than a predetermined number of times. The position signal is selected and output to the power conversion control unit, and then the second position signal is selected and output to the power conversion control unit.
  • the selection circuit When the synchronous circuit activation device is activated, the selection circuit has a first position signal and a third position signal when the number of times the detected AC voltage value passes the reference level within a predetermined time is less than the predetermined number. , And the second position signal are selected in this order and output to the power conversion control unit.
  • the selection circuit preferably outputs the second position signal when the number of times the detected AC voltage value passes the reference level within a predetermined time exceeds the predetermined number. select.
  • the selection circuit preferably selects the second position signal when the detected absolute value of the AC voltage becomes equal to or greater than a predetermined value.
  • the selection circuit selects the second position signal when a predetermined time has elapsed after the absolute value of the detected AC voltage becomes equal to or greater than a predetermined value.
  • the selection circuit selects the third position signal when the detected absolute value of the AC voltage becomes a predetermined value or more.
  • the selection circuit selects the third position signal when a predetermined time has elapsed since the absolute value of the detected AC voltage becomes equal to or greater than a predetermined value.
  • the rotor position detection unit further includes a switching circuit that switches whether or not to output the first position signal to the feedback calculation unit.
  • the feedback calculation unit adjusts the phase of the second position signal based on the first position signal received from the switching circuit.
  • the selection circuit selects the second position signal after the feedback calculation unit adjusts the phase of the second position signal based on the first position signal.
  • the rotor position detection unit further includes a first switching circuit that switches whether or not to output the first position signal to the AC signal generation unit.
  • the AC signal generation unit adjusts the phase of the third position signal based on the first position signal received from the first switching circuit.
  • the selection circuit selects the third position signal after the AC signal generation unit adjusts the phase of the third position signal based on the first position signal.
  • the rotor position detection unit further includes a second switching circuit that switches whether or not to output the third position signal to the feedback calculation unit.
  • the feedback calculation unit adjusts the phase of the second position signal based on the third position signal received from the second switching circuit.
  • the selection circuit selects the second position signal after the feedback calculation unit adjusts the phase of the second position signal based on the third position signal.
  • the synchronous machine can be stably started not only in the standby state but also when the rotational speed of the synchronous machine is not returned after the synchronous machine is stopped.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a rotor position detection unit 11.
  • FIG. 3 is a diagram conceptually showing the configuration of a PLL unit 22. It is a figure which shows the waveform of phase signal PH1 and position signal POS1 which are produced
  • FIG. It is a figure which shows the phase adjustment of phase signal PH1 by the PLL part.
  • 3 is a diagram illustrating a configuration of a PLL unit 23.
  • FIG. 2 is a diagram conceptually showing the configuration of a PLL circuit 34.
  • FIG. It is a flowchart which shows the control procedure by the switching control part 27 of FIG.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of an integration unit in a PLL circuit 34 of a modification of the rotor position detection unit 11. It is a figure which shows the structure of the rotor position detection part which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. It is a figure which shows the structure of the integration part in the PLL circuit 34 which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the synchronous machine starting device according to the first embodiment of the present invention.
  • a synchronous machine starting device 101 includes a power conversion unit 71, an AC voltage detector 8, an AC current detector 9, a rotor position detection unit 11, an inverter control unit (power conversion control unit). 19).
  • the power conversion unit 71 includes a converter 1, an inverter 2, and a DC reactor 3.
  • the inverter control unit 19 includes a reference sine wave calculator 12, a gate pulse generator 13, and a ⁇ command circuit 14.
  • the synchronous machine 4 and the motor M are connected via an axis SH.
  • the synchronous machine 4 is a synchronous generator or a synchronous motor, for example, and has an armature and a rotor.
  • the motor M rotates at a predetermined speed when the synchronous machine 4 is on standby. This rotational speed is low, for example several rpm. On the other hand, the normal rotation speed is 3000 rpm to 3600 rpm. For this reason, the voltage applied to the armature of the synchronous machine 4 at the time of start-up is very small as 1/1000 of the steady state as described above, and the detection voltage by the AC voltage detector 8 is often distorted. It is difficult to detect accurately.
  • the converter 1 is composed of a plurality of elements such as thyristors, and converts AC power from the AC power source e1 into DC power.
  • the inverter 2 is composed of a plurality of elements such as thyristors, and drives the synchronous machine 4 by converting the DC power obtained by the converter 1 into AC power and supplying it to the armature of the synchronous machine 4.
  • the converter 1 and the inverter 2 are connected via a DC reactor 3.
  • the AC side of the inverter 2 is connected to the armature of the synchronous machine 4.
  • the AC voltage detector 8 detects a three-phase AC voltage (hereinafter referred to as an armature voltage) supplied to the armature of the synchronous machine 4 or generated by the armature, and detects the voltage detection values V1, V2, and V3. Output to the rotor position detector 11.
  • an armature voltage a three-phase AC voltage supplied to the armature of the synchronous machine 4 or generated by the armature
  • the AC current detector 9 detects a three-phase AC current (hereinafter referred to as an armature current) supplied to the armature of the synchronous machine 4 and sends the current detection values I1, I2, and I3 to the rotor position detection unit 11. Output.
  • an armature current a three-phase AC current supplied to the armature of the synchronous machine 4
  • the rotor position detector 11 detects the rotor position (phase) of the synchronous machine 4 based on the detection values received from the AC voltage detector 8 and the AC current detector 9, and the rotor position of the synchronous machine 4. Is output to the inverter control unit 19.
  • the inverter control unit 19 controls the inverter 2 based on the rotor position signal POS received from the rotor position detection unit 11.
  • the reference sine wave calculator 12 outputs a reference sine wave sin ⁇ based on the position signal POS received from the rotor position detection unit 11.
  • the ⁇ command circuit 14 calculates the control advance angle command value ⁇ and outputs it to the gate pulse generator 13.
  • Gate pulse generator 13 outputs a gate pulse to each element in inverter 2 based on reference sine wave sin ⁇ received from reference sine wave calculator 12 and control advance angle command value ⁇ received from ⁇ command circuit 14. To do.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the rotor position detection unit 11.
  • the rotor position detection unit 11 includes a zero-cross detection unit (timing detection unit) 21, a PLL (Phase Locked Loop) unit (AC signal generation unit) 22, and a PLL unit (feedback calculation unit) 23.
  • the selection circuit SEL includes switching circuits SW1 and SW2.
  • the zero-cross detection unit 21 performs zero-cross detection of the armature voltage of the synchronous machine 4 based on the voltage detection values V1, V2, V3 received from the AC voltage detector 8. That is, the zero cross detection unit 21 detects a timing at which the value of the armature voltage of the synchronous machine 4 passes substantially zero volts as a reference level, and outputs a detection signal ZDET indicating the detected timing. Further, the zero cross detector 21 outputs a detection signal SET indicating the phase of the rotor of the synchronous machine 4 estimated from the detection signal ZDET.
  • the switching circuit SW3 switches whether or not to output the detection signal SET received from the zero cross detection unit 21 to the PLL unit 22. Switching of the switching circuit SW3 is controlled by a control signal CTL2 output from the switching control unit 27.
  • the frequency detector 24 detects the frequency F1 corresponding to the rotational speed of the rotor of the synchronous machine 4 based on the detection signal SET received from the zero cross detector 21 when the synchronous machine starting device is started.
  • the frequency F1 can be obtained as the reciprocal of the zero cross period of each phase.
  • the frequency storage unit 25 stores a preset frequency F2.
  • the frequency F2 is a frequency corresponding to a predetermined rotational speed of the rotor when the synchronous machine 4 is on standby.
  • the switching circuit SW8 selects one of the frequency F1 detected by the frequency detection unit 24 and the frequency F2 stored in the frequency storage unit 25, and inputs the selected frequency to the PLL units 22 and 23 as the initial frequency FI. Selection of the frequency F1 or F2 by the switching circuit SW8 is controlled by a control signal CTL3 output from the switching control unit 27.
  • the PLL unit 22 outputs a position signal POS1 that is an AC signal having an initial frequency FI input from the switching circuit SW8.
  • the PLL unit 22 adjusts the phase of the position signal POS1 based on the detection signal SET received from the switching circuit SW3.
  • FIG. 3 is a diagram conceptually showing the configuration of the PLL unit 22.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating waveforms of the phase signal PH1 and the position signal POS1 generated by the PLL unit 22.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the phase adjustment of the phase signal PH1 by the PLL unit 22.
  • the PLL unit 22 includes an integrator INT and a position signal generator PGEN.
  • the integrator INT integrates a value corresponding to the initial frequency FI input from the switching circuit SW8, converts it to a phase ⁇ , and outputs it as a phase signal PH1.
  • the integrator INT resets to 0 ° when the phase ⁇ reaches 360 °. That is, the phase signal PH1 is an AC signal whose value changes from 0 ° to 360 °.
  • the integrator INT corrects the phase ⁇ based on an angle such as 30 °, 90 °, 150 °, or the like indicated by the detection signal SET received from the zero-cross detection unit 21.
  • the position signal generator PGEN generates the position signal POS1 based on the phase indicated by the phase signal PH1 received from the integrator INT. As shown in FIG. 4, for example, the position signal generator PGEN converts the phase signal PH1 into a pulse-like AC signal similar to that of the conventional mechanical distributor and outputs it as the position signal POS1. More specifically, for example, in the position signal POS1, the logic level rises from the low level to the high level when the phase indicated by the phase signal PH1 changes from 360 ° to 0 °, and the phase indicated by the phase signal PH1 changes to 180 °. When transitioning, the logic level falls from the high level to the low level.
  • the phase ⁇ starts to increase at an arbitrary timing at first.
  • the phase ⁇ is adjusted by receiving the detection signal SET and is synchronized with the armature voltage of the synchronous machine 4, that is, the phases are matched. become.
  • the PLL unit 23 determines the estimated phase indicating the rotor position of the synchronous machine 4 (that is, a phase signal PH2 described later), the estimated rotational speed of the synchronous machine 4 rotor, and the AC voltage detector 8.
  • the estimated phase error is calculated based on the received voltage detection values V1, V2, V3 and the current detection values I1, I2, I3 received from the AC current detector 9, and the estimated phase and the estimated phase are calculated based on the calculated phase error.
  • Update the estimated rotation speed The PLL unit 23 outputs a position signal POS2 obtained from the updated estimated phase, and the updated estimated phase and the updated estimated rotational speed, and the voltage detection values V1 and V2 newly received from the AC voltage detector 8. , V3 and the current detection values I1, I2, and I3 newly received from the AC current detector 9, a feedback calculation for newly calculating an estimated phase error is performed.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of the PLL unit 23.
  • PLL unit 23 includes three-phase to two-phase conversion circuits 31 and 32, an induced voltage calculation circuit 33, a PLL circuit 34, and a position signal generator 35.
  • the three-phase to two-phase conversion circuit 31 performs three-phase to two-phase conversion (dq conversion) on the voltage detection values V1, V2, and V3 received from the AC voltage detector 8 based on the reference phase ⁇ .
  • the three-phase to two-phase conversion circuit 32 performs three-phase to two-phase conversion (dq conversion) on the current detection values I1, I2, and I3 received from the AC current detector 9 based on the reference phase ⁇ .
  • the induced voltage calculation circuit 33 is based on the voltage values Vd and Vq converted by the three-phase two-phase conversion circuit 31 and the current values Id and Iq converted by the three-phase two-phase conversion circuit 32, and the armature of the synchronous machine 4 Calculate the induced voltage induced by.
  • the three-phase two-phase conversion circuits 31 and 32 are given an initial value of the reference phase ⁇ when the synchronous machine starting device 101 is started, and coordinate conversion is performed. To do.
  • the induced voltage calculation circuit 33 generates a d-axis (in-phase component) -q-axis of the synchronous machine 4 based on the voltage value and current value on the dq-axis converted by the three-phase / two-phase conversion circuits 31 and 32. Calculate the induced voltage of the armature on the orthogonal component.
  • the rotational speed ⁇ is required, but since there is no position sensor, switching is performed as the initial frequency corresponding to the initial value of the rotational speed ⁇ of the synchronous machine 4 when the synchronous machine starting device 101 is started.
  • the frequency FI selected by the circuit SW8 is given to the induced voltage calculation circuit 33.
  • the PLL circuit 34 calculates the rotational speed ⁇ that causes the q-axis component Zq of the induced voltage to become zero, that is, the estimated rotational speed of the rotor of the synchronous machine 4, and the reference phase ⁇ , that is, the estimated phase of the rotor of the synchronous machine 4. To do.
  • FIG. 7 is a diagram conceptually showing the configuration of the PLL circuit 34.
  • PLL circuit 34 includes a PI controller 36 and an integrator INT.
  • the PI controller 36 performs a proportional calculation and an integral calculation on the q-axis component Zq of the induced voltage output from the induced voltage calculation circuit 33 in FIG. 6, and outputs the sum of the proportional calculation result and the integral calculation result.
  • the signal output from the PI controller 36 is the estimated rotational speed ⁇ of the rotor of the synchronous machine 4.
  • the integrator INT integrates the estimated rotational speed ⁇ output from the PI controller 36 and converts it to a phase ⁇ .
  • the integrator INT resets the value of the phase ⁇ to 0 ° when the phase ⁇ reaches 360 °. That is, in FIG. 7, the phase signal PH2 output from the integrator 70 including the integrator INT is an AC signal whose value changes from 0 ° to 360 °. The phase signal PH2 becomes the reference phase ⁇ of the rotor.
  • the reference phase ⁇ calculated by the PLL circuit 34 is fed back to the three-phase / two-phase conversion circuits 31 and 32 and output to the position signal generator 35. Then, the position signal generator 35 outputs a position signal POS2 having a pulse waveform similar to that of the mechanical distributor to the selection circuit SEL. Thereafter, the three-phase / two-phase conversion circuits 31 and 32 perform the three-phase / two-phase conversion based on the reference phase ⁇ from the PLL circuit 34.
  • the rotation speed ⁇ calculated by the PLL circuit 34 is given to the induced voltage calculation circuit 33. Thereafter, the induced voltage calculation circuit 33 calculates the induced voltage (in-phase component) Zd and the induced voltage (orthogonal component) Zq based on the rotational speed ⁇ from the PLL circuit 34.
  • the PLL circuit 34 is configured to calculate the rotational speed ⁇ and the reference phase ⁇ based only on the q-axis component Zq of the induced voltage.
  • the PLL circuit 34 may be configured to calculate the rotation speed ⁇ and the reference phase ⁇ based on the q-axis component Zq and the d-axis component Zd. With such a configuration, more accurate calculation is possible.
  • the selection circuit SEL selects any one of the detection signal ZDET, the position signal POS1 and the position signal POS2, and performs inverter control as a rotor position signal POS indicating the rotor position of the synchronous machine 4.
  • the control signal CTL1 output from the switching control unit 27.
  • the switching control unit 27 mainly controls the selection circuit SEL, the switching circuit SW3, and the switching circuit SW8 based on the amplitude of the armature voltage detected by the AC voltage detector 8. Then, the switching control unit 27 outputs control signals CTL1, CTL2, and CTL3 for controlling them to the selection circuit SEL, the switching circuit SW3, and the switching circuit SW8, respectively.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a control procedure by the switching control unit 27 of FIG. 2 and 8, when the synchronous machine starting device is started and the synchronous machine 4 is excited, an AC voltage corresponding to the current rotational speed of the rotor is applied to the armature winding of the synchronous machine 4. appear.
  • the switching control unit 27 controls the selection circuit SEL so that the detection signal ZDET from the zero cross detection unit 21 is output as the rotor position signal POS (step S1). Further, the switching control unit 27 turns on the switching circuit SW3 (step S2).
  • the switching control unit 27 determines whether or not the amplitude AMP of the armature voltage when starting the synchronous machine starting device is equal to or greater than a predetermined reference value R1.
  • the switching control unit 27 switches the switching circuit SW8 so that the frequency F1 detected by the frequency detection unit 24 is output as the initial frequency FI. Is controlled (step S5).
  • Whether the amplitude AMP is greater than or equal to the reference value R1 can be determined when the absolute value of the armature voltage reaches the reference value R1.
  • the PLL unit 22 outputs a position signal POS1 having a frequency and phase substantially equal to the detection signal ZDET output from the zero cross detection unit 21.
  • step S5 differs depending on whether the amplitude AMP of the armature voltage is greater than or equal to the reference value R2 (R2 is set to a value larger than R1).
  • R2 is set to a value larger than R1.
  • the switching control unit 27 outputs the position signal POS1 output from the PLL unit 22 immediately before the inverter 2 in FIG.
  • the position signal POS1 selected by the selection circuit SEL is output as the rotor position signal POS (step S7). Further, the switching control unit 27 turns off the switching circuit SW3 (step S8).
  • the switching control unit 27 selects and outputs the position signal POS2 output from the PLL unit 23 as the rotor position signal POS by the selection circuit SEL after starting the inverter 2 (step S9).
  • the switching control unit 27 selects the selection circuit.
  • the position signal POS2 output from the PLL unit 23 is selected as the rotor position signal POS (step S9).
  • step S4 If the amplitude AMP of the armature voltage is less than the reference value R1 in step S3 (NO in step S3), the synchronous machine starting device is reset (step S4), and the synchronous machine is started from the initial state (turning operation).
  • the A specific procedure is shown in FIG.
  • FIG. 9 is a flowchart showing a procedure for starting the synchronous machine from the initial state.
  • the armature voltage detected by the AC voltage detector 8 of FIG. 2 is a considerably small value and includes an offset. Therefore, since it is difficult for the frequency detector 24 to detect the frequency F1 corresponding to the rotational speed of the rotor, the predetermined frequency F2 is used as the initial frequency FI.
  • the switching control unit 27 controls the selection circuit SEL so that the detection signal ZDET from the zero cross detection unit 21 is output as the rotor position signal POS (step S1). . Further, the switching control unit 27 turns on the switching circuit SW3 (step S2) and controls the switching circuit SW8 so that the predetermined frequency F2 is output as the initial frequency FI (step S5A). As a result, the PLL unit 22 outputs a position signal POS1 having substantially the same frequency and phase as the detection signal ZDET output from the zero-cross detection unit 21. Thereafter, immediately before the inverter 2 of FIG.
  • the switching control unit 27 selects and outputs the position signal POS1 output from the PLL unit 22 as the rotor position signal POS by the selection circuit SEL (step S7). . Further, the switching control unit 27 turns off the switching circuit SW3 (step S8). As a result, the PLL unit 22 is in a free-running state without being affected by the zero-crossing detection unit 21, so that the influence of switching noise immediately after the start of the inverter 2 can be avoided.
  • the switching control unit 27 selects and outputs the position signal POS2 output from the PLL unit 23 as the rotor position signal POS by the selection circuit SEL after starting the inverter 2 (step S9).
  • FIG. 10 is a flowchart showing a modification of the control procedure of FIG. In steps S3 and S6 in FIG. 8, control is performed based on the amplitude AMP of the armature voltage, but in steps S3A and S6A in FIG. 10, control is performed based on the number of zero crossings within a predetermined time. That is, in step S3A in FIG. 10, the switching control unit 27 determines whether or not the number of zero crosses within a predetermined time is equal to or greater than the predetermined reference number N1 based on the detection signal ZDET of the zero cross detection unit 21. If the number of zero crossings within the predetermined time is greater than or equal to the reference number N1, the process proceeds to step S5. If less than the reference number N1, the process proceeds to step S4.
  • step S6A of FIG. 10 the switching control unit 27 determines whether or not the number of zero crossings within a predetermined time is equal to or greater than a predetermined reference number N2 (N2 is set to a value larger than N1). If the number of zero crossings within the predetermined time is greater than or equal to the reference number N2, the process proceeds to step S9. If less than the reference number N1, the process proceeds to step S7. Since the other points of FIG. 10 are the same as those of FIG. 8, the same or corresponding steps are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
  • FIG. 11 is a time chart showing the operation of the rotor position detector.
  • the control procedure of FIGS. 8 and 9 will be further described with reference to FIGS. 2 and 11.
  • the amplitude AMP of the armature voltage of the synchronous machine 4 is smaller than the reference value R2.
  • the selection circuit SEL selects the detection signal ZDET from the zero-cross detection unit 21 in accordance with the control signal CTL1 before the inverter 2 is started (that is, during the turning operation during standby or during inertial rotation immediately after the synchronous machine is stopped). (Step S1 in FIGS. 8 and 9). That is, the detection signal ZDET is output to the reference sine wave calculator 12 as the rotor position signal POS.
  • the switching circuit SW3 in FIG. 2 is turned on (step S2 in FIGS. 8 and 9), and the frequency F1 or F2 is selected by the switching circuit SW8 (step S5 in FIG. 8 and FIG. 9).
  • Step S5A The PLL unit 22 receives the detection signal SET from the zero cross detection unit 21, synchronizes with the zero cross detection unit 21, and outputs a position signal POS ⁇ b> 1 whose frequency and phase are substantially equal to the detection signal ZDET from the zero cross detection unit 21.
  • the selection circuit SEL selects the position signal POS1 from the PLL unit 22 according to the control signal CTL1 (step S7 in FIGS. 8 and 9). That is, the position signal POS1 is output to the reference sine wave calculator 12 as the rotor position signal POS.
  • the switching circuit SW3 is turned off in accordance with the control signal CTL2 (step S8 in FIGS. 8 and 9), so that the PLL unit 22 is not affected by the zero cross detection unit 21 and is in a free-running state.
  • the zero cross detector 21 when the synchronous machine 4 is started, particularly when the rotor is rotating at a very low speed during the turning operation, the armature voltage of the synchronous machine 4 is very small. For this reason, immediately after the start of the inverter 2, the zero cross detector 21 is easily affected by the switching noise of the inverter 2. That is, the zero cross detection unit 21 erroneously detects the zero cross point and outputs an erroneous detection signal ZDET as indicated by NZ in FIG.
  • the position signal POS1 from the PLL unit 22 is selected at the timing T1 and the PLL unit 22 is in a free-running state, so that the inverter 2 The influence of switching noise can be prevented.
  • the switching circuit SW3 is turned on to synchronize the PLL unit 22 and the zero-cross detection unit 21, so that the position signal POS1 and the phase of the armature voltage of the synchronous machine 4 in the self-running state are substantially matched. be able to.
  • the selection circuit SEL may be configured to select the position signal POS1 from the PLL unit 22 at the timing T1 when the absolute value of the armature voltage of the synchronous machine 4 is greater than a predetermined value. Good.
  • the PLL unit 22 synchronizes with the zero cross detecting unit 21 in a state where the amplitude of the armature voltage of the synchronous machine 4 is large enough to perform the zero cross detection. Can be taken.
  • the selection circuit SEL is configured to select the position signal POS1 from the PLL unit 22 at a timing T1 when a predetermined time has elapsed after the absolute value of the armature voltage of the synchronous machine 4 exceeds the predetermined value. May be.
  • the predetermined time is set such that zero cross detection can be accurately performed. Thereby, the armature voltage of the synchronous machine 4 can be detected more accurately.
  • the selection circuit SEL selects the position signal POS2 from the PLL unit 23 according to the control signal CTL1 (step S9 in FIGS. 8 and 9). ). That is, the position signal POS2 is output to the reference sine wave calculator 12 as the rotor position signal POS.
  • the amplitude of the armature voltage of the synchronous machine 4 becomes larger than that at the time of activation, so that the influence of the switching noise of the inverter 2 is almost eliminated, and the synchronous machine
  • the rotor position can be estimated more accurately by using the armature voltage and the armature current of 4, and the synchronous machine 4 can be rotated stably.
  • the selection circuit SEL sets the timing T3 when the absolute value of the armature voltage of the synchronous machine 4 exceeds a predetermined value after the timing T2 when the inverter 2 is activated.
  • the configuration may be such that the position signal POS2 is selected.
  • the selection circuit SEL sets a timing T3 when a predetermined time elapses after the absolute value of the armature voltage of the synchronous machine 4 exceeds a predetermined value after the timing T2 when the inverter 2 is activated, and a position signal from the PLL unit 23 It may be configured to select POS2.
  • the selection circuit SEL may, when the number of zero crosses within a predetermined time obtained by the zero cross detection unit 21 exceeds a predetermined number after the timing T2 when the inverter 2 is activated (that is, the current rotational speed of the synchronous machine). (When the frequency corresponding to 1 exceeds a predetermined frequency) may be the timing T3, and the position signal POS2 from the PLL unit 23 may be selected.
  • the function of the rotor position detecting unit 11 is realized by software, for example, by incorporating the function of the rotor position detecting unit 11 into a DSP (Digital Signal Processor) that performs various controls in the synchronous machine starting device 101, for example. Cost can be reduced.
  • DSP Digital Signal Processor
  • the rotor position detection unit 11 is configured to include the zero-cross detection unit 21, the PLL unit 22, and the PLL unit 23. It is not limited to. Even if the rotor position detection unit 11 does not include the PLL unit 22, that is, when the synchronous machine 4 is activated, the detection signal ZDET from the zero-cross detection unit 21 and the PLL unit 23 are used as the rotor position signal POS. Even in the configuration in which the position signal POS2 is selected in this order, the armature voltage of the synchronous machine 4 can be detected with high accuracy at the time of startup, so that the synchronous machine 4 can be started stably. .
  • the timing T3 is after the timing T2 when the predetermined time has elapsed from the timing T2, and the absolute value of the armature voltage of the synchronous machine 4 is the predetermined value. Can be set at any time after timing T2 and when a predetermined time has elapsed since the absolute value of the armature voltage of the synchronous machine 4 exceeded the predetermined value.
  • the timing T3 is after the timing T2, and when the number of zero crosses within a predetermined time obtained by the zero cross detection unit 21 exceeds a predetermined number (that is, the frequency corresponding to the current rotational speed of the synchronous machine is a predetermined frequency). Can also be set.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of a modified example of the rotor position detection unit 11.
  • the rotor position detection unit 81 includes a zero cross detection unit (timing detection unit) 21, a PLL unit (AC signal generation unit) 22, a PLL unit (feedback calculation unit) 23, and a frequency detection unit. 24, a frequency storage unit 25, a switching control unit 27, a selection circuit SEL, a switching circuit SW3, and a switching circuit (initial frequency selection unit) SW8.
  • the selection circuit SEL includes switching circuits SW1 and SW2.
  • the selection circuit SEL omits the position signal POS1 from the PLL unit 22, and directly switches the detection signal ZDET from the zero cross detection unit 21 to the position signal POS2 from the PLL unit 23 (step S9 in FIG. 8). .
  • the switching circuit SW3 in FIG. 12 switches whether or not to output the detection signal SET received from the zero-cross detection unit 21 to the PLL units 22 and 23.
  • the PLL unit 23 adjusts the phase of the position signal POS2 based on the detection signal SET received from the switching circuit SW3.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of the integration unit 72 in the PLL circuit 34 according to a modification of the rotor position detection unit 11.
  • the PLL circuit 34 includes an integration unit 72 instead of the integration unit 70 of FIG.
  • the integrating unit 72 has the same configuration as the PLL unit 22 shown in FIG. That is, the integrator INT integrates the rotational speed ⁇ calculated by the PI controller 36 of FIG. 7 to convert it into the phase ⁇ , and outputs it as the reference phase ⁇ , that is, the phase signal PH2.
  • the integrator INT resets to 0 ° when the phase ⁇ reaches 360 °.
  • the integrator INT corrects the phase ⁇ based on an angle such as 30 °, 90 °, 150 °, or the like indicated by the detection signal SET received from the zero-cross detection unit 21.
  • the integrator 72 starts increasing the phase ⁇ at an arbitrary timing at first, but receives the detection signal SET, adjusts the phase ⁇ , and synchronizes with the armature voltage of the synchronous machine 4, that is, matches the phase. become.
  • the selection circuit SEL selects the detection signal ZDET, and then selects the position signal POS2 after the PLL unit 23 adjusts the phase of the position signal POS2 based on the detection signal SET.
  • the rotor position detection unit 81 can synchronize the position signal POS2 early to the armature voltage of the synchronous machine 4 after switching from the detection signal ZDET to the position signal POS2. it can.
  • the power conversion unit 71 is configured to include the converter 1, the inverter 2, and the DC reactor 3.
  • the present invention is not limited to this. Absent.
  • the power conversion unit 71 may include a circuit such as a matrix converter that converts the supplied power into AC power and supplies it to the armature of the synchronous machine 4 instead of the converter 1, the inverter 2, and the DC reactor 3. That's fine.
  • the present embodiment relates to a synchronous machine starting device in which the function for adjusting the initial phase of the position signal POS2 is changed as compared with the synchronous machine starting device according to the first embodiment.
  • the contents other than those described below are the same as those of the synchronous machine starting device according to the first embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration of a rotor position detection unit according to the second embodiment of the present invention.
  • the rotor position detector 82 further includes a switching circuit SW4 as compared with the rotor position detector 11 according to the first embodiment of the present invention.
  • the switching circuit SW4 switches whether or not to output the phase signal PH1 received from the PLL unit 22 to the PLL unit 23.
  • the PLL unit 23 adjusts the phase of the position signal POS2 based on the phase signal PH1 received from the switching circuit SW4.
  • the selection circuit SEL selects the position signal POS1 in accordance with the control signal CTL1, and then selects the position signal POS2 after the PLL unit 23 adjusts the phase of the position signal POS2 based on the phase signal PH1.
  • FIG. 15 is a diagram showing a configuration of an integrating unit in the PLL circuit 34 according to the second embodiment of the present invention.
  • the PLL circuit 34 includes an integration unit 73 instead of the integration unit 70 of FIG. Integration unit 73 has the same configuration as PLL unit 22 shown in FIG. That is, the integrator INT integrates the rotational speed ⁇ calculated by the PI controller 36 of FIG. 7 to convert it into the phase ⁇ , and outputs it as the reference phase ⁇ , that is, the phase signal PH2.
  • the integrator INT resets to 0 ° when the phase ⁇ reaches 360 °. Further, integrator INT corrects phase ⁇ based on the angle indicated by phase signal PH1 received from PLL unit 22.
  • the integrator 73 starts increasing the phase ⁇ at an arbitrary timing at first, but receives the phase signal PH1 and adjusts the phase ⁇ so as to synchronize with the armature voltage of the synchronous machine 4, that is, to match the phases. become.
  • the phase signal PH2 is generated based on the voltage detection values V1, V2, V3 received from the AC voltage detector 8 and the current detection values I1, I2, I3 received from the AC current detector 9.
  • the selection by the selection circuit SEL is switched from the position signal POS1 to the position signal POS2. Since this timing T3 is in a transition period until the amplitude of the armature voltage of the synchronous machine 4 becomes sufficiently large, when the integrating unit 73 is operated at an arbitrary timing, the position signal POS2 is added to the armature voltage of the synchronous machine 4. May take some time to synchronize.
  • the initial position value of the phase signal PH2 is adjusted to the phase signal PH1, thereby estimating the rotor position of the synchronous machine 4 by the PLL unit 23. 4 can be started from a phase that approximately matches the armature voltage of 4. That is, after switching from the position signal POS1 to the position signal POS2, the position signal POS2 can be synchronized with the armature voltage of the synchronous machine 4 at an early stage.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration of a modification of the integrating unit in the synchronous machine starting device according to the second embodiment of the present invention.
  • the integration unit 74 includes an integrator INT and switching circuits SW5, SW6, SW7.
  • the integration unit 74 is shared by the PLL units 22 and 23.
  • the switching circuit SW6 switches whether or not the detection signal SET received from the zero cross detection unit 21 is supplied to the integrator INT.
  • the switching circuit SW7 switches whether to output the phase ⁇ from the integrator INT to the position signal generator as the phase signal PH1 or to the position signal generator as the phase signal PH2.
  • the integrating unit 74 has the same configuration as the PLL unit 22 shown in FIG. That is, the integrator INT integrates the frequency FI or the rotational speed ⁇ given from the switching circuit SW5, converts it to the phase ⁇ , and outputs it. The integrator INT resets to 0 ° when the phase ⁇ reaches 360 °. Furthermore, the integrator INT corrects the phase ⁇ based on an angle such as 30 °, 90 °, 150 °, or the like indicated by the detection signal SET received from the zero-cross detection unit 21.
  • the increase in the phase ⁇ is started from an arbitrary initial phase at first, but the phase ⁇ is adjusted by receiving the detection signal SET, and is synchronized with the armature voltage of the synchronous machine 4, that is, the phases match. It becomes like this.
  • the operation of the integration unit 74 will be described.
  • the selection circuit SEL selects the position signal POS1 from the PLL unit 22 in accordance with the control signal CTL1
  • the switching circuits SW5, SW6, SW7 are switched to the terminal a side. That is, the switching circuit SW5 gives the frequency FI to the integrator INT, the switching circuit SW6 gives the detection signal SET received from the zero cross detector 21 to the integrator INT, and the switching circuit SW7 uses the phase ⁇ from the integrator INT as a phase signal. Output to the position signal generator as PH1.
  • the switching circuits SW5 and SW7 are switched to the terminal b side, and the switching circuit SW6 is opened. That is, the switching circuit SW5 gives the rotational speed ⁇ calculated by the PI controller 36 to the integrator INT, and the switching circuit SW6 does not give the detection signal SET received from the zero cross detector 21 to the integrator INT.
  • SW7 outputs the phase ⁇ from the integrator INT to the position signal generator as the phase signal PH2.
  • the integration units in the PLL units 22 and 23 can be shared, so that the size can be reduced.
  • the integrator INT may perform the integration operation by taking over the integration result immediately before the timing T3 when the selection by the selection circuit SEL is switched from the position signal POS1 to the position signal POS2. With such a configuration, the circuit configuration can be simplified.
  • the present embodiment relates to a synchronous machine starting device configured such that the detection signal ZDET is not selected as the rotor position signal POS compared to the synchronous machine starting device according to the first embodiment.
  • the contents other than those described below are the same as those of the synchronous machine starting device according to the first embodiment.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating a configuration of a rotor position detection unit according to the third embodiment of the present invention.
  • the rotor position detection unit 83 has a configuration in which the selection circuit SEL does not include the switching circuit SW1 as compared with the rotor position detection unit 11 according to the first embodiment of the present invention.
  • the selection circuit SEL selects one of the position signal POS1 and the position signal POS2 and outputs it to the inverter control unit 19 as a rotor position signal POS indicating the rotor position of the synchronous machine 4.
  • FIG. 18 is a flowchart showing a control procedure by the switching control unit 27 of FIG. Referring to FIGS. 17 and 18, when the synchronous machine starting device is started and the synchronous machine 4 is excited, a voltage corresponding to the current rotational speed of the rotor is generated in the armature winding of the synchronous machine 4. To do.
  • the switching control unit 27 turns on the switching circuit SW3 (step S2).
  • the switching control unit 27 determines whether or not the amplitude AMP of the armature voltage when starting the synchronous machine starting device is equal to or greater than a predetermined reference value R1.
  • the switching control unit 27 switches the switching circuit so that the frequency F1 detected by the frequency detection unit 24 is output as the initial frequency FI. SW8 is controlled (step S5).
  • the PLL unit 22 outputs a position signal POS1 having a frequency and phase substantially equal to the detection signal ZDET output from the zero cross detection unit 21.
  • the switching control unit 27 causes the selection circuit SEL to output the position signal POS1 output from the PLL unit 22 as the rotor position signal POS (step S7). Further, the switching control unit 27 turns off the switching circuit SW3 (step S8). As a result, the PLL unit 22 is in a self-running state without being affected by the zero cross detection unit 21. The switching control unit 27 causes the selection circuit SEL to output the position signal POS2 output from the PLL unit 23 as the rotor position signal POS after the inverter 2 is started (step S9).
  • step S3 that is, if the amplitude AMP of the armature voltage is less than the reference value R1
  • the synchronous machine starting device is reset (step S4), and the synchronous machine starts from the initial state (turning operation). It is activated.
  • a specific procedure is shown in FIG.
  • FIG. 19 is a flowchart showing a procedure for starting the synchronous machine from the initial state.
  • switching control unit 27 turns on switching circuit SW3 (step S2), and switching circuit SW8 so that predetermined frequency F2 is output as initial frequency FI. Is controlled (step S5A).
  • the PLL unit 22 outputs a position signal POS1 having substantially the same frequency and phase as the detection signal ZDET output from the zero-cross detection unit 21.
  • the switching control unit 27 selects and outputs the position signal POS1 output from the PLL unit 22 as the rotor position signal POS by the selection circuit SEL (step S7). .
  • the switching control unit 27 turns off the switching circuit SW3 (step S8).
  • the PLL unit 22 is in a free-running state without being affected by the zero-crossing detection unit 21, so that the influence of switching noise immediately after the start of the inverter 2 can be avoided.
  • the switching control unit 27 selects and outputs the position signal POS2 output from the PLL unit 23 as the rotor position signal POS by the selection circuit SEL after starting the inverter 2 (step S9).
  • FIG. 20 is a flowchart showing a modification of the control procedure of FIG. In step S3 in FIG. 18, control is performed based on the amplitude AMP of the armature voltage, but in step S3A in FIG. 20, control is performed based on the number of zero crossings within a predetermined time. That is, in step S3A of FIG. 20, the switching control unit 27 determines whether or not the number of zero crosses within a predetermined time is equal to or greater than the predetermined reference number N1 based on the detection signal ZDET of the zero cross detection unit 21. If the number of zero crossings within the predetermined time is greater than or equal to the reference number N1, the process proceeds to step S5. If less than the reference number N1, the process proceeds to step S4. 20 are the same as those in FIG. 18, the same or corresponding steps are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
  • the selection circuit SEL Before the inverter 2 is activated (that is, during a turning operation during standby or during inertial rotation immediately after the synchronous machine stops), the selection circuit SEL first selects the position signal POS1 from the PLL unit 22 in accordance with the control signal CTL1 ( Step S7 in FIGS. 18 and 19). That is, the position signal POS1 is output to the reference sine wave calculator 12 as the rotor position signal POS.
  • the switching circuit SW3 is turned on (step S2 in FIGS. 18 and 19), and the frequency F1 or F2 is selected by the switching circuit SW8 (step S5 in FIG. 18 and step 5A in FIG. 19).
  • the PLL unit 22 receives the detection signal SET from the zero cross detection unit 21, synchronizes with the zero cross detection unit 21, and outputs a position signal POS ⁇ b> 1 whose frequency and phase are substantially equal to the detection signal ZDET from the zero cross detection unit 21.
  • the switching circuit SW3 is turned off according to the control signal CTL2 (step S8 in FIGS. 18 and 19). For this reason, the PLL unit 22 is not affected by the zero cross detection unit 21 and is in a self-running state.
  • the zero cross detector 21 erroneously detects the zero-cross point, and generates an erroneous detection signal ZDET as indicated by NZ in FIG. 11, thereby outputting an erroneous detection signal SET.
  • the influence of the switching noise of the inverter 2 can be prevented by the configuration in which the PLL unit 22 is in a free-running state at the timing T1. Since the switching circuit SW3 is turned on before the timing T1 to synchronize the PLL unit 22 and the zero cross detection unit 21, the position signal POS1 and the phase of the armature voltage of the synchronous machine 4 are substantially omitted even in the free-running state. Can be matched.
  • the rotor position detecting unit 83 is configured to set the PLL unit 22 to a self-running state at the timing T1 when the absolute value of the armature voltage of the synchronous machine 4 is larger than a predetermined value. Also good. Thus, after the synchronous machine 4 is excited, the PLL unit 22 synchronizes with the zero cross detecting unit 21 in a state where the amplitude of the armature voltage of the synchronous machine 4 is large enough to perform the zero cross detection. Can be taken.
  • the rotor position detection unit 83 has a configuration in which the time when a predetermined time has elapsed after the absolute value of the armature voltage of the synchronous machine 4 is greater than a predetermined value is set as the timing T1, and the PLL unit 22 is in a free-running state. There may be.
  • the predetermined time is set such that zero cross detection can be accurately performed. Thereby, the armature voltage of the synchronous machine 4 can be detected more accurately.
  • the selection circuit SEL selects the position signal POS2 from the PLL unit 23 according to the control signal CTL1 (step S9 in FIGS. 18 and 19). ). That is, the position signal POS2 is output to the reference sine wave calculator 12 as the rotor position signal POS.
  • the amplitude of the armature voltage of the synchronous machine 4 becomes larger than that at the time of activation, so that the influence of the switching noise of the inverter 2 is almost eliminated, and the synchronous machine
  • the rotor position can be estimated more accurately by using the armature voltage and the armature current of 4, and the synchronous machine 4 can be rotated stably.
  • the selection circuit SEL sets the timing T3 when the absolute value of the armature voltage of the synchronous machine 4 exceeds a predetermined value after the timing T2 when the inverter 2 is activated.
  • the configuration may be such that the position signal POS2 is selected.
  • the selection circuit SEL sets a timing T3 when a predetermined time elapses after the absolute value of the armature voltage of the synchronous machine 4 exceeds a predetermined value after the timing T2 when the inverter 2 is activated, and a position signal from the PLL unit 23 It may be configured to select POS2.
  • the selection circuit SEL may, when the number of zero crosses within a predetermined time obtained by the zero cross detection unit 21 exceeds a predetermined number after the timing T2 when the inverter 2 is activated (that is, the current rotational speed of the synchronous machine). (When the frequency corresponding to 1 exceeds a predetermined frequency) may be the timing T3, and the position signal POS2 from the PLL unit 23 may be selected.
  • the PLL unit 22 adjusts the phase of the position signal POS1 based on the detection signal SET received from the zero cross detection unit 21.
  • the rotor position of the synchronous machine 4 can be detected well by selecting the position signal POS1 as the rotor position signal POS without selecting the detection signal ZDET from the zero cross detector 21 as the rotor position signal POS.
  • the selection circuit SEL can be configured not to include the switching circuit SW1, so that the synchronous machine starting device can be downsized.
  • the present embodiment relates to a synchronous machine starting device in which the function for adjusting the initial phase of the position signal POS2 is changed as compared with the synchronous machine starting device according to the third embodiment.
  • the contents other than those described below are the same as those of the synchronous machine starting device according to the third embodiment.
  • FIG. 21 is a diagram illustrating a configuration of a rotor position detection unit according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the rotor position detector 84 further includes a switching circuit SW4 as compared with the rotor position detector 83 according to the third embodiment of the present invention.
  • the switching circuit SW4 switches whether or not to output the phase signal PH1 received from the PLL unit 22 to the PLL unit 23.
  • the PLL unit 23 adjusts the phase of the position signal POS2 based on the phase signal PH1 received from the switching circuit SW4.
  • the selection circuit SEL selects the position signal POS1 in accordance with the control signal CTL1, and then selects the position signal POS2 after the PLL unit 23 adjusts the phase of the position signal POS2 based on the phase signal PH1.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Motor And Converter Starters (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

　同期機起動装置に備えられた回転子位置検出部（１１）は、同期機の電機子電圧の値が所定の基準レベルを通過するタイミングを示す第１の位置信号を出力するタイミング検出部（２１）と、回転子位置を示す推定位相、回転子の推定回転速度、電機子電圧、および電機子電流に基づいて推定位相の誤差を算出し、算出された位相誤差に基づいて推定位相および推定回転速度を更新し、更新された推定位相を示す第２の位置信号を出力するフィードバック演算部（２３）と、推定回転速度の初期値に対応する初期周波数として、第１の位置信号に基づいて同期機の回転子の現在の回転速度を示す第１の周波数を検出する周波数検出部（２４）と、第１の位置信号または第１の位置信号に基づいて得られる位置信号、第２の位置信号の順に選択し、選択した位置信号を電力変換制御部（１９）へ出力する選択回路（ＳＥＬ）とを含む。

Description

同期機起動装置
　本発明は、同期機起動装置に関し、特に、同期機の回転子位置を検出する同期機起動装置に関する。
　発電機および電動機等の同期機を起動するための同期機起動装置が開発されている。従来、同期機起動装置では、同期機の回転子の位置を近接スイッチ等により検出する機械式分配器が用いられている。しかしながら、機械式分配器は壊れやすく、配線が多いためにノイズの影響を受けやすい。
　本願の発明者らは、このような機械式分配器を不要とする同期機起動装置を発明し、国際特許出願として出願した（国際公開第２０１０／０３８２８２号（特許文献１）参照）。以下、この特許文献に記載された実施の一形態に従う同期機器同装置について説明する。
　この同期機起動装置は、電力変換部と、交流電圧検出器と、交流電流検出器と、回転子位置検出部と、電力変換制御部とを備える。交流電圧検出器および交流電流検出器は、同期機の電機子に供給されるまたは電機子で生成される三相交流電圧および三相交流電流をそれぞれ検出し、検出値を回転子位置検出部へ出力する。回転子位置検出部は、ゼロクロス検出部と、第１のＰＬＬ（Phase　Locked　Loop）部と、第２のＰＬＬ部と、選択回路とを含む。ゼロクロス検出部は、交流電圧検出器によって検出された交流電圧のゼロクロス検出を行なう。第１のＰＬＬ部は、所定周波数を有する交流信号である位置信号を出力する。ここで、所定周波数は、同期機の待機時における回転子の予め定められた回転速度に対応する周波数である。第１のＰＬＬ部は、ゼロクロス検出部から受けた検出信号に基づいて位置信号の位相を調整する。第２のＰＬＬ部は、交流電圧検出器および交流電流検出器から受けた検出値に基づいて、電機子の誘起電圧の誤差が小さくなるようにフィードバック演算によって同期機の回転子位置を示す推定位相を算出し、算出した推定位相から得られる位置信号を出力する。選択回路は、同期機の起動時、ゼロクロス検出部からの検出信号、第１のＰＬＬ部からの位置信号、および第２のＰＬＬ部からの位置信号をこの順番で選択し、選択した位置信号を、同期機の回転子位置を示す回転子位置信号として電力変換制御部へ出力する。
国際公開第２０１０／０３８２８２号
　ところで、同期機の定格回転速度は、たとえば、３０００ｒｐｍ～３６００ｒｐｍであるのに対して、待機時の回転速度は低速であり、たとえば、数ｒｐｍである。同期機を停止した場合には、同期機の回転子はしばらくの間は惰性で回転し続けるので、すぐには待機時の回転速度まで戻らない。
　上記の同期機起動装置は、待機状態にある同期機を安定して起動することを目的としているため、同期機の停止後しばらくの間は再起動がかけられず、待機状態の回転速度に戻ってから再起動する必要がある。
　それゆえに、本発明の目的は、待機状態だけでなく、同期機の停止後で待機状態の回転速度に戻っていないときでも同期機を安定して起動することができる同期機起動装置を提供することである。
　この発明の第１の局面に係る同期機起動装置は、電力変換部と、交流電圧検出部と、交流電流検出部と、回転子位置検出部と、電力変換制御部とを備える。電力変換部は、供給された電力を交流電力に変換して同期機の電機子に供給する。交流電圧検出部は、同期機の電機子に供給されるまたは電機子で生成される交流電圧を検出する。交流電流検出部は、同期機の電機子に供給されるまたは電機子で生成される交流電流を検出する。回転子位置検出部は、検出された交流電圧および交流電流に基づいて、同期機の回転子位置を検出する。電力変換制御部は、検出された回転子位置に基づいて、電力変換部を制御する。上記の回転子位置検出部は、タイミング検出部と、フィードバック演算部と、周波数検出部と、選択回路とを含む。タイミング検出部は、検出された交流電圧の値が所定の基準レベルを通過するタイミングを示す第１の位置信号を出力する。フィードバック演算部は、回転子位置を示す推定位相、同期機の回転子の推定回転速度、ならびに検出された交流電圧および交流電流に基づいて推定位相の誤差を算出し、算出された位相誤差に基づいて推定位相および推定回転速度を更新し、更新された推定位相を示す第２の位置信号を出力する。周波数検出部は、推定回転速度の初期値に対応する初期周波数として用いるために、第１の位置信号に基づいて同期機起動装置の起動時における同期機の回転子の回転速度に対応する第１の周波数を検出する。選択回路は、第１の位置信号または第１の位置信号に基づいて得られる位置信号を選択して、同期機の回転子位置を示す信号として電力変換制御部へ出力し、第１の位置信号または第１の位置信号に基づいて得られる位置信号の選択を解除した後に、第２の位置信号を選択して同期機の回転子位置を示す信号として電力変換制御部へ出力する。
　好ましくは、回転子位置検出部は、さらに、上記の第１の周波数および所定の第２の周波数のいずれか一方を初期周波数として選択する初期周波数選択部を含む。この場合、第２の周波数は、同期機の待機時における回転子の予め定められた回転速度に対応する周波数である。初期周波数選択部は、同期機起動装置の起動時に、検出された交流電圧の絶対値が所定値以上の場合に第１の周波数を選択する。初期周波数選択部は、同期機起動装置の起動時に、検出された交流電圧の絶対値が所定時間内に所定値に達しない場合に第２の周波数を選択する。
　もしくは、上記のように第１または第２の周波数を選択する初期周波数選択部を含む場合に、初期周波数選択部は、同期機起動装置の起動時において、検出された交流電圧の値が基準レベルを所定時間内に通過する回数が所定回数以上の場合に第１の周波数を選択する。初期周波数選択部は、同期機起動装置の起動時において、検出された交流電圧の値が基準レベルを所定時間内に通過する回数が所定回数未満の場合に第２の周波数を選択する。
　この発明の第２の局面において、上記の第１の局面の選択回路は、最初に第１の位置信号を選択して電力変換制御部へ出力し、次に第２の位置信号を選択して電力変換制御部へ出力する。
　この発明の第３の局面において、上記の第１の局面の回転子位置検出部は、さらに、上記の初期周波数を有し、第１の位置信号に同期するように位相が調整された交流信号である第３の位置信号を出力する交流信号生成部を含む。第３の局面では、選択回路は、第１の位置信号、第３の位置信号および第２の位置信号をこの順番で選択して電力変換制御部へ出力する。
　この発明の第４の局面において、上記の第１の局面の回転子位置検出部は、さらに、上記の初期周波数を有し、第１の位置信号に同期するように位相が調整された交流信号である第３の位置信号を出力する交流信号生成部を含む。第４の局面では、選択回路は、最初に第３の位置信号を選択して電力変換制御部へ出力し、次に第２の位置信号を選択して電力変換制御部へ出力する。
　この発明の第５の局面において、上記の第１の局面の回転子位置検出部は、さらに、上記の初期周波数を有し、第１の位置信号に同期するように位相が調整された交流信号である第３の位置信号を出力する交流信号生成部を含む。第５の局面では、選択回路は、同期機起動装置の起動時に、検出された交流電圧の絶対値が所定値以上の場合に、最初に第１の位置信号を選択して電力変換制御部へ出力し、次に第２の位置信号を選択して電力変換制御部へ出力する。そして、選択回路は、同期機起動装置の起動時に、検出された交流電圧の絶対値が所定時間内に所定値に達しない場合に、第１の位置信号、第３の位置信号、および第２の位置信号をこの順番で選択して電力変換制御部へ出力する。
　この発明の第６の局面において、上記の第１の局面の回転子位置検出部は、さらに、上記の初期周波数を有し、第１の位置信号に同期するように位相が調整された交流信号である第３の位置信号を出力する交流信号生成部を含む。第６の局面では、選択回路は、同期機起動装置の起動時において、検出された交流電圧の値が基準レベルを所定時間内に通過する回数が所定回数以上の場合に、最初に第１の位置信号を選択して電力変換制御部へ出力し、次に第２の位置信号を選択して電力変換制御部へ出力する。選択回路は、同期機起動装置の起動時において、検出された交流電圧の値が基準レベルを所定時間内に通過する回数が所定回数未満の場合に、第１の位置信号、第３の位置信号、および第２の位置信号をこの順番で選択して電力変換制御部へ出力する。
　上記の第２～第４の局面において、好ましくは、選択回路は、検出された交流電圧の値が基準レベルを所定時間内に通過する回数が所定回数を超えたとき、第２の位置信号を選択する。
　上記の第２～第４の局面において、好ましくは、選択回路は、検出された交流電圧の絶対値が所定値以上となったとき、第２の位置信号を選択する。
　上記の第２～第４の局面において、好ましくは、選択回路は、検出された交流電圧の絶対値が所定値以上となってから所定時間経過したとき、第２の位置信号を選択する。
　上記の第３の局面において、好ましくは、選択回路は、検出された交流電圧の絶対値が所定値以上となったとき、第３の位置信号を選択する。
　上記の第３の局面において、好ましくは、選択回路は、検出された交流電圧の絶対値が所定値以上となってから所定時間経過したとき、第３の位置信号を選択する。
　上記の第２および第３の局面において、好ましくは、回転子位置検出部は、さらに、第１の位置信号をフィードバック演算部へ出力するか否かを切り替える切り替え回路を含む。フィードバック演算部は、切り替え回路から受けた第１の位置信号に基づいて第２の位置信号の位相を調整する。選択回路は、フィードバック演算部が第１の位置信号に基づいて第２の位置信号の位相を調整した後、第２の位置信号を選択する。
　上記の第３および第４の局面において、好ましくは、回転子位置検出部は、さらに、第１の位置信号を交流信号生成部へ出力するか否かを切り替える第１の切り替え回路を含む。交流信号生成部は、第１の切り替え回路から受けた第１の位置信号に基づいて第３の位置信号の位相を調整する。選択回路は、交流信号生成部が第１の位置信号に基づいて第３の位置信号の位相を調整した後、第３の位置信号を選択する。
　上記の第３および第４の局面において、さらに好ましくは、回転子位置検出部は、さらに、第３の位置信号をフィードバック演算部へ出力するか否かを切り替える第２の切り替え回路を含む。フィードバック演算部は、第２の切り替え回路から受けた第３の位置信号に基づいて第２の位置信号の位相を調整する。選択回路は、フィードバック演算部が第３の位置信号に基づいて第２の位置信号の位相を調整した後、第２の位置信号を選択する。
　本発明によれば、待機状態だけでなく、同期機の停止後で待機状態の回転速度に戻っていないときでも、同期機を安定して起動することができる。
本発明の第１の実施の形態に係る同期機起動装置の構成を示す図である。 回転子位置検出部１１の構成を示す図である。 ＰＬＬ部２２の構成を概念的に示す図である。 ＰＬＬ部２２によって生成される位相信号ＰＨ１および位置信号ＰＯＳ１の波形を示す図である。 ＰＬＬ部２２による位相信号ＰＨ１の位相調整を示す図である。 ＰＬＬ部２３の構成を示す図である。 ＰＬＬ回路３４の構成を概念的に示す図である。 図２の切り替え制御部２７による制御手順を示すフローチャートである。 同期機を初期状態から起動する場合の手順を示すフローチャートである。 図８の制御手順の変形例を示すフローチャートである。 回転子位置検出部の動作を示すタイムチャートである。 回転子位置検出部１１の変形例の構成を示す図である。 回転子位置検出部１１の変形例のＰＬＬ回路３４における積分部の構成を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る回転子位置検出部の構成を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係るＰＬＬ回路３４における積分部の構成を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る同期機起動装置における積分部の変形例の構成を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係る回転子位置検出部の構成を示す図である。 図１７の切り替え制御部２７による制御手順を示すフローチャートである。 同期機を初期状態から起動する場合の手順を示すフローチャートである。 図１８の制御手順の変形例を示すフローチャートである。 本発明の第４の実施の形態に係る回転子位置検出部の構成を示す図である。
　以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
　＜第１の実施の形態＞
　図１は、本発明の第１の実施の形態に係る同期機起動装置の構成を示す図である。
　図１を参照して、同期機起動装置１０１は、電力変換部７１と、交流電圧検出器８と、交流電流検出器９と、回転子位置検出部１１と、インバータ制御部（電力変換制御部）１９とを備える。電力変換部７１は、コンバータ１と、インバータ２と、直流リアクトル３とを含む。インバータ制御部１９は、基準正弦波演算器１２と、ゲートパルス発生器１３と、β指令回路１４とを含む。
　同期機４およびモータＭは、軸ＳＨを介して接続されている。同期機４はたとえば同期発電機または同期電動機であり、電機子および回転子を有する。モータＭは、同期機４の待機時、所定速度で回転する。この回転速度は低速であり、たとえば数ｒｐｍである。これに対して、通常時の回転速度は３０００ｒｐｍ～３６００ｒｐｍである。このため、起動時に同期機４の電機子に印加される電圧は、前述のように定常時の１／１０００と非常に小さく、交流電圧検出器８による検出電圧は歪んでいる場合も多いことから、正確に検出することは困難である。
　コンバータ１は、サイリスタなどの複数の素子からなり、交流電源ｅ１からの交流電力を直流電力に変換する。
　インバータ２は、サイリスタなどの複数の素子からなり、コンバータ１により得られる直流電力を交流電力に変換して同期機４の電機子に供給することにより、同期機４を駆動する。
　コンバータ１およびインバータ２は、直流リアクトル３を介して接続されている。インバータ２の交流側は同期機４の電機子に接続されている。
　交流電圧検出器８は、同期機４の電機子に供給されるまたは電機子で生成される三相交流電圧（以下、電機子電圧と称する）を検出し、電圧検出値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を回転子位置検出部１１へ出力する。
　交流電流検出器９は、同期機４の電機子に供給される三相交流電流（以下、電機子電流と称する）を検出し、電流検出値Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３を回転子位置検出部１１へ出力する。
　回転子位置検出部１１は、交流電圧検出器８および交流電流検出器９から受けた各検出値に基づいて、同期機４の回転子位置（位相）を検出し、同期機４の回転子位置を示す回転子位置信号ＰＯＳをインバータ制御部１９へ出力する。
　インバータ制御部１９は、回転子位置検出部１１から受けた回転子位置信号ＰＯＳに基づいてインバータ２を制御する。
　インバータ制御部１９において、基準正弦波演算器１２は、回転子位置検出部１１から受けた位置信号ＰＯＳに基づいて、基準正弦波ｓｉｎφを出力する。
　β指令回路１４は、制御進み角指令値βを演算し、ゲートパルス発生器１３へ出力する。
　ゲートパルス発生器１３は、基準正弦波演算器１２から受けた基準正弦波ｓｉｎφと、β指令回路１４から受けた制御進み角指令値βとに基づいて、インバータ２における各素子へゲートパルスを出力する。
　図２は、回転子位置検出部１１の構成を示す図である。
　図２を参照して、回転子位置検出部１１は、ゼロクロス検出部（タイミング検出部）２１と、ＰＬＬ（Phase　Locked　Loop）部（交流信号生成部）２２と、ＰＬＬ部（フィードバック演算部）２３と、周波数検出部２４と、周波数記憶部２５と、切り替え制御部２７と、選択回路ＳＥＬと、切り替え回路ＳＷ３と、切り替え回路（初期周波数選択部）ＳＷ８とを含む。選択回路ＳＥＬは、切り替え回路ＳＷ１およびＳＷ２を含む。
　ゼロクロス検出部２１は、交流電圧検出器８から受けた電圧検出値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３に基づいて、同期機４の電機子電圧のゼロクロス検出を行なう。すなわち、ゼロクロス検出部２１は、同期機４の電機子電圧の値が基準レベルとしての略ゼロボルトを通過するタイミングを検出し、検出したタイミングを示す検出信号ＺＤＥＴを出力する。さらに、ゼロクロス検出部２１は、検出信号ＺＤＥＴから推定される同期機４の回転子の位相を示す検出信号ＳＥＴを出力する。
　切り替え回路ＳＷ３は、ゼロクロス検出部２１から受けた検出信号ＳＥＴをＰＬＬ部２２へ出力するか否かを切り替える。切り替え回路ＳＷ３の切り替えは、切り替え制御部２７から出力された制御信号ＣＴＬ２によって制御される。
　周波数検出部２４は、同期機起動装置の起動時に、ゼロクロス検出部２１から受けた検出信号ＳＥＴに基づいて、同期機４の回転子の回転速度に対応する周波数Ｆ１を検出する。たとえば、周波数Ｆ１は、各相のゼロクロス周期の逆数として求めることができる。
　周波数記憶部２５は、予め設定された周波数Ｆ２を記憶する。周波数Ｆ２は、同期機４の待機時における回転子の予め定められた回転速度に対応する周波数である。
　切り替え回路ＳＷ８は、周波数検出部２４によって検出された周波数Ｆ１および周波数記憶部２５に記憶された周波数Ｆ２のうち一方を選択し、選択した周波数を初期周波数ＦＩとしてＰＬＬ部２２および２３へ入力する。切り替え回路ＳＷ８による周波数Ｆ１またはＦ２の選択は、切り替え制御部２７から出力された制御信号ＣＴＬ３によって制御される。
　ＰＬＬ部２２は、切り替え回路ＳＷ８から入力された初期周波数ＦＩを有する交流信号である位置信号ＰＯＳ１を出力する。ＰＬＬ部２２は、切り替え回路ＳＷ３から受けた検出信号ＳＥＴに基づいて位置信号ＰＯＳ１の位相を調整する。
　図３は、ＰＬＬ部２２の構成を概念的に示す図である。図４は、ＰＬＬ部２２によって生成される位相信号ＰＨ１および位置信号ＰＯＳ１の波形を示す図である。図５は、ＰＬＬ部２２による位相信号ＰＨ１の位相調整を示す図である。
　図３～図５を参照して、ＰＬＬ部２２は、積分器ＩＮＴと、位置信号生成器ＰＧＥＮとを含む。積分器ＩＮＴは、切り替え回路ＳＷ８から入力された初期周波数ＦＩに相当する値を積分して位相θに変換し、位相信号ＰＨ１として出力する。積分器ＩＮＴは、位相θが３６０°になると０°にリセットする。すなわち、位相信号ＰＨ１は、０°から３６０°まで値が変化する交流信号である。さらに、積分器ＩＮＴは、ゼロクロス検出部２１から受けた検出信号ＳＥＴが示す３０°、９０°、１５０°等の角度に基づいて、位相θを補正する。位置信号生成器ＰＧＥＮは、積分器ＩＮＴから受けた位相信号ＰＨ１の示す位相に基づいて位置信号ＰＯＳ１を生成する。図４に示すように、たとえば、位置信号生成器ＰＧＥＮは、位相信号ＰＨ１を従来の機械式分配器と同様のパルス状の交流信号に変換し、位置信号ＰＯＳ１として出力する。より詳細には、たとえば、位置信号ＰＯＳ１は、位相信号ＰＨ１の示す位相が３６０°から０°に遷移したときに論理レベルがローレベルからハイレベルへ立ち上がり、位相信号ＰＨ１の示す位相が１８０°に遷移したときに論理レベルがハイレベルからローレベルへ立ち下がる。
　ＰＬＬ部２２では、最初は任意のタイミングで位相θの増加が開始されるが、検出信号ＳＥＴを受けて位相θが調整され、同期機４の電機子電圧と同期する、すなわち位相が一致するようになる。
　再び図２を参照して、ＰＬＬ部２３は、同期機４の回転子位置を示す推定位相（すなわち後述する位相信号ＰＨ２）、同期機４の回転子の推定回転速度、交流電圧検出器８から受けた電圧検出値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３、および交流電流検出器９から受けた電流検出値Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３に基づいて推定位相の誤差を算出し、算出された位相誤差に基づいて推定位相および推定回転速度を更新する。そして、ＰＬＬ部２３は、更新した推定位相から得られる位置信号ＰＯＳ２を出力するとともに、更新した推定位相および更新した推定回転速度と、新たに交流電圧検出器８から受けた電圧検出値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３および新たに交流電流検出器９から受けた電流検出値Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３とに基づいて推定位相の誤差を新たに算出するフィードバック演算を行なう。
　図６は、ＰＬＬ部２３の構成を示す図である。
　図６を参照して、ＰＬＬ部２３は、三相二相変換回路３１および３２と、誘起電圧演算回路３３と、ＰＬＬ回路３４と、位置信号生成器３５とを含む。
　三相二相変換回路３１は、基準位相φに基づいて、交流電圧検出器８から受けた電圧検出値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を三相二相変換（ｄ－ｑ変換）する。
　三相二相変換回路３２は、基準位相φに基づいて、交流電流検出器９から受けた電流検出値Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３を三相二相変換（ｄ－ｑ変換）する。
　誘起電圧演算回路３３は、三相二相変換回路３１によって変換された電圧値ＶｄおよびＶｑならびに三相二相変換回路３２によって変換された電流値ＩｄおよびＩｑに基づいて、同期機４の電機子に誘起される誘起電圧を演算する。
　三相二相変換回路３１および３２によって電圧および電流の座標変換すなわち三相二相変換を行なうためには、同期機４の回転子の回転に同期した基準位相が必要になる。ところが、機械式分配器などの位置センサが無い場合、この信号が直接得られない。
　そこで、本発明の第１の実施の形態に係る同期機起動装置では、三相二相変換回路３１および３２は、同期機起動装置１０１の起動時に基準位相φの初期値が与えられ、座標変換を行なう。
　そして、誘起電圧演算回路３３は、三相二相変換回路３１および３２によって変換されたｄ－ｑ軸上の電圧値および電流値に基づいて同期機４のｄ軸（同相成分）－ｑ軸（直交成分）上での電機子の誘起電圧を計算する。誘起電圧を計算するためには、回転速度ωが必要になるが、位置センサがないため、同期機起動装置１０１の起動時に同期機４の回転速度ωの初期値に対応する初期周波数として、切り替え回路ＳＷ８によって選択された周波数ＦＩが誘起電圧演算回路３３に与えられる。
　誘起電圧演算回路３３によって計算された誘起電圧のｑ軸成分Ｚｑすなわち基準位相φに対する直交成分がゼロでない場合には、計算結果が基準位相φに対してずれている。この誘起電圧のｑ軸成分Ｚｑが、同期機４における回転子の推定位相の誤差に相当する。そこで、誘起電圧のｑ軸成分Ｚｑがゼロとなるような制御を行なうＰＬＬ回路３４を設ける。ＰＬＬ回路３４は、誘起電圧のｑ軸成分Ｚｑがゼロになるような回転速度ωすなわち同期機４の回転子の推定回転速度と、基準位相φすなわち同期機４の回転子の推定位相とを算出する。
　図７は、ＰＬＬ回路３４の構成を概念的に示す図である。
　図７を参照して、ＰＬＬ回路３４は、ＰＩ制御器３６と、積分器ＩＮＴとを含む。ＰＩ制御器３６は、図６の誘起電圧演算回路３３から出力された誘起電圧のｑ軸成分Ｚｑに対して比例演算および積分演算を行ない、比例演算結果と積分演算結果との和を出力する。ＰＩ制御器３６から出力された信号は、同期機４の回転子の推定回転速度ωとなる。積分器ＩＮＴは、ＰＩ制御器３６から出力された推定回転速度ωを積分して位相θに変換する。積分器ＩＮＴは、位相θが３６０°になると位相θの値を０°にリセットする。すなわち、図７において積分器ＩＮＴを含む積分部７０から出力される位相信号ＰＨ２は、０°から３６０°まで値が変化する交流信号である。位相信号ＰＨ２は、回転子の基準位相φとなる。
　再び図６を参照して、ＰＬＬ回路３４によって算出された基準位相φは、三相二相変換回路３１および３２にフィードバックされるとともに、位置信号生成器３５へ出力される。そして、位置信号生成器３５によって機械式分配器と同様のパルス状波形を有する位置信号ＰＯＳ２が選択回路ＳＥＬへ出力される。三相二相変換回路３１および３２は、以後、ＰＬＬ回路３４からの基準位相φに基づいて三相二相変換を行なう。
　ＰＬＬ回路３４によって算出された回転速度ωは、誘起電圧演算回路３３に与えられる。誘起電圧演算回路３３は、以後、ＰＬＬ回路３４からの回転速度ωに基づいて、誘起電圧（同相成分）Ｚｄおよび誘起電圧（直交成分）Ｚｑを演算する。
　本発明の第１の実施の形態に係る同期機起動装置では、ＰＬＬ回路３４は、誘起電圧のｑ軸成分Ｚｑのみに基づいて回転速度ωおよび基準位相φを算出する構成であるとしたが、これに限定するものではない。ＰＬＬ回路３４は、ｑ軸成分Ｚｑおよびｄ軸成分Ｚｄに基づいて回転速度ωおよび基準位相φを算出する構成であってもよい。このような構成により、さらに正確な演算が可能となる。
　再び図２を参照して、選択回路ＳＥＬは、検出信号ＺＤＥＴ、位置信号ＰＯＳ１および位置信号ＰＯＳ２のいずれか１つを選択し、同期機４の回転子位置を示す回転子位置信号ＰＯＳとしてインバータ制御部１９へ出力する。選択回路ＳＥＬによる検出信号ＺＤＥＴ、位置信号ＰＯＳ１、および位置信号ＰＯＳ２の選択は、切り替え制御部２７から出力された制御信号ＣＴＬ１によって制御される。
　切り替え制御部２７は、主として、交流電圧検出器８によって検出された電機子電圧の振幅に基づいて、選択回路ＳＥＬ、切り替え回路ＳＷ３、および切り替え回路ＳＷ８を制御する。そして、切り替え制御部２７は、これらを制御するための制御信号ＣＴＬ１，ＣＴＬ２，ＣＴＬ３を、選択回路ＳＥＬ、切り替え回路ＳＷ３、および切り替え回路ＳＷ８にそれぞれ出力する。
　図８は、図２の切り替え制御部２７による制御手順を示すフローチャートである。
　図２、図８を参照して、同期機起動装置が起動され、同期機４が励磁されると、同期機４の電機子巻線には現在の回転子の回転速度に応じた交流電圧が発生する。切り替え制御部２７は、ゼロクロス検出部２１からの検出信号ＺＤＥＴが回転子位置信号ＰＯＳとして出力されるように、選択回路ＳＥＬを制御する（ステップＳ１）。さらに、切り替え制御部２７は、切り替え回路ＳＷ３をオン状態にする（ステップＳ２）。
　次のステップＳ３で、切り替え制御部２７は、同期機起動装置の起動時における電機子電圧の振幅ＡＭＰが所定の基準値Ｒ１以上であるか否かを判定する。電機子電圧の振幅ＡＭＰが基準値Ｒ１以上の場合（ステップＳ３でＹＥＳ）、切り替え制御部２７は、周波数検出部２４で検出された周波数Ｆ１が初期周波数ＦＩとして出力されるように、切り替え回路ＳＷ８を制御する（ステップＳ５）。振幅ＡＭＰが基準値Ｒ１以上であることは、電機子電圧の絶対値が基準値Ｒ１に達した時点で判定できる。以上の切り替え回路ＳＷ３，ＳＷ８の切り替えによって、ＰＬＬ部２２は、ゼロクロス検出部２１から出力される検出信号ＺＤＥＴと周波数および位相が略等しい位置信号ＰＯＳ１を出力する。
　ステップＳ５より後の制御手順は、電機子電圧の振幅ＡＭＰが基準値Ｒ２（Ｒ２はＲ１よりさらに大きな値に設定される）以上であるか否かによって異なる。電機子電圧の振幅ＡＭＰが基準値Ｒ２未満の場合には（ステップＳ６でＮＯ）、切り替え制御部２７は、図１のインバータ２が起動する直前に、ＰＬＬ部２２から出力された位置信号ＰＯＳ１を選択回路ＳＥＬによって選択し、選択した位置信号ＰＯＳ１を回転子位置信号ＰＯＳとして出力させる（ステップＳ７）。さらに、切り替え制御部２７は、切り替え回路ＳＷ３をオフ状態にする（ステップＳ８）。この結果、ＰＬＬ部２２は、ゼロクロス検出部２１の影響を受けずに自走状態となるので、インバータ２の起動直後のスイッチングノイズの影響を避けることができる。切り替え制御部２７は、インバータ２の起動後に選択回路ＳＥＬによって、ＰＬＬ部２３から出力された位置信号ＰＯＳ２を回転子位置信号ＰＯＳとして選択して出力させる（ステップＳ９）。
　一方、電機子電圧の振幅ＡＭＰが基準値Ｒ２以上の場合には（ステップＳ６でＹＥＳ）、インバータ２の起動直後のスイッチングノイズは問題とならないので、上記のステップＳ７，Ｓ８は実行されない。この場合、切り替え制御部２７は、たとえば、所定時間内のゼロクロス回数が所定回数に達すると（すなわち、同期機の回転子の現在の回転速度に対応する周波数が所定周波数を超えると）、選択回路ＳＥＬによって、ＰＬＬ部２３から出力された位置信号ＰＯＳ２を回転子位置信号ＰＯＳとして選択する（ステップＳ９）。
　ステップＳ３において、電機子電圧の振幅ＡＭＰが基準値Ｒ１未満の場合には（ステップＳ３でＮＯ）、同期機起動装置はリセットされ（ステップＳ４）、同期機は初期状態（ターニング運転）から起動される。具体的な手順は図９に示される。
　図９は、同期機を初期状態から起動する場合の手順を示すフローチャートである。同期機を初期状態（ターニング運転）から起動する場合には、図２の交流電圧検出器８によって検出される電機子電圧はかなり小さな値でありオフセットも含んでいる。したがって、周波数検出部２４によって回転子の回転速度に対応する周波数Ｆ１を検出することは困難であるので、初期周波数ＦＩとして所定の周波数Ｆ２が用いられる。
　図２、図９を参照して、まず、切り替え制御部２７は、ゼロクロス検出部２１からの検出信号ＺＤＥＴが回転子位置信号ＰＯＳとして出力されるように、選択回路ＳＥＬを制御する（ステップＳ１）。さらに、切り替え制御部２７は、切り替え回路ＳＷ３をオン状態にするとともに（ステップＳ２）、所定の周波数Ｆ２が初期周波数ＦＩとして出力されるように、切り替え回路ＳＷ８を制御する（ステップＳ５Ａ）。これによって、ＰＬＬ部２２は、ゼロクロス検出部２１から出力される検出信号ＺＤＥＴと周波数および位相が略等しい位置信号ＰＯＳ１を出力する。その後、切り替え制御部２７は、図１のインバータ２が起動する直前に、選択回路ＳＥＬによって、ＰＬＬ部２２から出力された位置信号ＰＯＳ１を回転子位置信号ＰＯＳとして選択して出力させる（ステップＳ７）。さらに、切り替え制御部２７は、切り替え回路ＳＷ３をオフ状態にする（ステップＳ８）。この結果、ＰＬＬ部２２は、ゼロクロス検出部２１の影響を受けずに自走状態となるので、インバータ２の起動直後のスイッチングノイズの影響を避けることができる。切り替え制御部２７は、インバータ２の起動後に選択回路ＳＥＬによって、ＰＬＬ部２３から出力された位置信号ＰＯＳ２を回転子位置信号ＰＯＳとして選択して出力させる（ステップＳ９）。
　図１０は、図８の制御手順の変形例を示すフローチャートである。図８のステップＳ３，Ｓ６では電機子電圧の振幅ＡＭＰに基づいて制御が行われたが、図１０のステップＳ３Ａ，Ｓ６Ａでは所定時間内のゼロクロス回数に基づいて制御が行われる。すなわち、図１０のステップＳ３Ａでは、切り替え制御部２７は、ゼロクロス検出部２１の検出信号ＺＤＥＴに基づいて、所定時間内のゼロクロス回数が所定の基準回数Ｎ１以上であるか否かを判定する。所定時間内のゼロクロス回数が基準回数Ｎ１以上の場合には処理はステップＳ５に進み、基準回数Ｎ１未満の場合には処理はステップＳ４に進む。図１０のステップＳ６Ａでは、切り替え制御部２７は、所定時間内のゼロクロス回数が所定の基準回数Ｎ２（Ｎ２はＮ１より大きな値に設定される）以上であるか否かを判定する。所定時間内のゼロクロス回数が基準回数Ｎ２以上の場合には処理はステップＳ９に進み、基準回数Ｎ１未満の場合には処理はステップＳ７に進む。図１０のその他の点は図８と同じであるので、同一または相当するステップには同一の参照符号を付して説明を繰返さない。
　図１１は、回転子位置検出部の動作を示すタイムチャートである。
　以下、図２、図１１を参照して図８、図９の制御手順についてさらに説明する。以下の説明では、同期機４の電機子電圧の振幅ＡＭＰは基準値Ｒ２より小さいとする。
　まず、インバータ２の起動前（すなわち、待機時のターニング運転中または同期機停止直後の惰性回転中）に、選択回路ＳＥＬは、制御信号ＣＴＬ１に従って、ゼロクロス検出部２１からの検出信号ＺＤＥＴを選択する（図８、図９のステップＳ１）。すなわち、検出信号ＺＤＥＴが回転子位置信号ＰＯＳとして基準正弦波演算器１２へ出力される。
　インバータ２の起動前には、図２の切り替え回路ＳＷ３はオンされ（図８、図９のステップＳ２）、切り替え回路ＳＷ８によって周波数Ｆ１またはＦ２が選択される（図８のステップＳ５、図９のステップＳ５Ａ）。ＰＬＬ部２２は、ゼロクロス検出部２１から検出信号ＳＥＴを受けてゼロクロス検出部２１と同期し、ゼロクロス検出部２１からの検出信号ＺＤＥＴと周波数および位相が略等しい位置信号ＰＯＳ１を出力する。
　次に、インバータ２が起動されるタイミングＴ２の直前のタイミングＴ１において、選択回路ＳＥＬは、制御信号ＣＴＬ１に従って、ＰＬＬ部２２からの位置信号ＰＯＳ１を選択する（図８、図９のステップＳ７）。すなわち、位置信号ＰＯＳ１が回転子位置信号ＰＯＳとして基準正弦波演算器１２へ出力される。
　タイミングＴ１においては、制御信号ＣＴＬ２に従って、切り替え回路ＳＷ３がオフされる（図８、図９のステップＳ８）ため、ＰＬＬ部２２はゼロクロス検出部２１の影響を受けず、自走状態となる。
　ここで、同期機４の起動時においては、特にターニング運転中で回転子が極めて低速で回転している場合には、同期機４の電機子電圧は非常に小さい。このため、インバータ２の起動直後において、ゼロクロス検出部２１はインバータ２のスイッチングノイズの影響を受けやすい。すなわち、ゼロクロス検出部２１がゼロクロス点を誤検出してしまい、図１１のＮＺで示すように誤った検出信号ＺＤＥＴを出力してしまう。
　しかしながら、本発明の第１の実施の形態に係る同期機起動装置では、タイミングＴ１においてＰＬＬ部２２からの位置信号ＰＯＳ１を選択し、かつＰＬＬ部２２を自走状態とする構成により、インバータ２のスイッチングノイズの影響を防ぐことができる。タイミングＴ１より前において切り替え回路ＳＷ３をオンしてＰＬＬ部２２とゼロクロス検出部２１との同期をとることにより、自走状態における位置信号ＰＯＳ１と同期機４の電機子電圧の位相とを略一致させることができる。
　上記の構成に代えて、選択回路ＳＥＬは、同期機４の電機子電圧の絶対値が所定値より大きくなる時をタイミングＴ１とし、ＰＬＬ部２２からの位置信号ＰＯＳ１を選択する構成であってもよい。これにより、同期機４の励磁が行なわれた後、同期機４の電機子電圧の振幅が、ゼロクロス検出を行なうために十分な大きさとなった状態において、ＰＬＬ部２２がゼロクロス検出部２１と同期をとることができる。
　起動直後は同期機４の回転速度が低速であるため、同期機４の電機子電圧の周期が長い場合がある。このため、選択回路ＳＥＬは、同期機４の電機子電圧の絶対値が所定値より大きくなってから所定時間経過した時をタイミングＴ１とし、ＰＬＬ部２２からの位置信号ＰＯＳ１を選択する構成であってもよい。この所定時間は、ゼロクロス検出を正確に行なうことが可能となるような時間が設定される。これにより、同期機４の電機子電圧をより正確に検出することができる。
　次に、インバータ２が起動されるタイミングＴ２から所定時間経過したタイミングＴ３において、選択回路ＳＥＬは、制御信号ＣＴＬ１に従って、ＰＬＬ部２３からの位置信号ＰＯＳ２を選択する（図８、図９のステップＳ９）。すなわち、位置信号ＰＯＳ２が回転子位置信号ＰＯＳとして基準正弦波演算器１２へ出力される。
　インバータ２が起動されるタイミングＴ２から所定時間経過したタイミングＴ３では、同期機４の電機子電圧の振幅は起動時と比べて大きくなることから、インバータ２のスイッチングノイズの影響はほぼなくなり、同期機４の電機子電圧および電機子電流を用いてより正確に回転子位置を推定することができ、同期機４を安定して回転させることができる。
　上記の構成に代えて、選択回路ＳＥＬは、インバータ２が起動されるタイミングＴ２の後、同期機４の電機子電圧の絶対値が所定値を超えた時をタイミングＴ３とし、ＰＬＬ部２３からの位置信号ＰＯＳ２を選択する構成であってもよい。
　選択回路ＳＥＬは、インバータ２が起動されるタイミングＴ２の後、同期機４の電機子電圧の絶対値が所定値を超えてから所定時間経過したときをタイミングＴ３とし、ＰＬＬ部２３からの位置信号ＰＯＳ２を選択する構成であってもよい。
　もしくは、選択回路ＳＥＬは、インバータ２が起動されるタイミングＴ２の後で、ゼロクロス検出部２１で得られた所定時間内のゼロクロス回数が所定回数を超えたとき（すなわち、同期機の現在の回転速度に対応する周波数が所定周波数を超えたとき）をタイミングＴ３とし、ＰＬＬ部２３からの位置信号ＰＯＳ２を選択する構成であってもよい。
　ここで、回転子位置検出部１１の機能をソフトウェアによって実現する、たとえば同期機起動装置１０１において各種制御を行なうＤＳＰ（Digital　Signal　Processor）などに回転子位置検出部１１の機能を組み込むことにより、製造コストを低減することができる。
　さらに、同期機４およびモータＭが設置される場所に分配器を取り付ける手間を省くことができる。
　本発明の第１の実施の形態に係る同期機起動装置では、回転子位置検出部１１は、ゼロクロス検出部２１と、ＰＬＬ部２２と、ＰＬＬ部２３とを含む構成であるとしたが、これに限定するものではない。回転子位置検出部１１がＰＬＬ部２２を備えない構成であっても、すなわち、同期機４の起動時、回転子位置信号ＰＯＳとして、ゼロクロス検出部２１からの検出信号ＺＤＥＴおよびＰＬＬ部２３からの位置信号ＰＯＳ２をこの順番で選択する構成であっても、起動時において同期機４の電機子電圧を高精度で検出することができるため、同期機４を安定して起動することが可能である。
　回転子位置検出部１１がＰＬＬ部２２を備えない場合においても、タイミングＴ３は、タイミングＴ２から所定時間経過したとき、タイミングＴ２の後であって同期機４の電機子電圧の絶対値が所定値を超えたとき、タイミングＴ２の後であって同期機４の電機子電圧の絶対値が所定値を超えてから所定時間経過したときのいずれかに設定することができる。タイミングＴ３は、タイミングＴ２の後であって、ゼロクロス検出部２１で得られた所定時間内のゼロクロス回数が所定回数を超えたとき（すなわち、同期機の現在の回転速度に対応する周波数が所定周波数を超えたとき）に設定することもできる。
　図１２は、回転子位置検出部１１の変形例の構成を示す図である。
　図１２を参照して、回転子位置検出部８１は、ゼロクロス検出部（タイミング検出部）２１と、ＰＬＬ部（交流信号生成部）２２と、ＰＬＬ部（フィードバック演算部）２３と、周波数検出部２４と、周波数記憶部２５と、切り替え制御部２７と、選択回路ＳＥＬと、切り替え回路ＳＷ３と、切り替え回路（初期周波数選択部）ＳＷ８とを含む。選択回路ＳＥＬは、切り替え回路ＳＷ１およびＳＷ２を含む。
　図８で説明したように、同期機起動装置の起動時において、電機子電圧の振幅ＡＭＰが基準値Ｒ２以上の場合（図８のステップＳ６でＹＥＳ）、交流電圧検出器８による検出電圧がインバータ２の起動直後におけるスイッチングノイズの影響を受けにくい。この場合には、選択回路ＳＥＬが、ＰＬＬ部２２からの位置信号ＰＯＳ１を省略し、ゼロクロス検出部２１からの検出信号ＺＤＥＴをＰＬＬ部２３からの位置信号ＰＯＳ２に直接切り替える（図８のステップＳ９）。
　このように、選択回路ＳＥＬが検出信号ＺＤＥＴを位置信号ＰＯＳ２に直接切り替える場合には、位置信号ＰＯＳ２を電機子電圧に早期に同期させる必要がある。そこで、図１２の切り替え回路ＳＷ３は、ゼロクロス検出部２１から受けた検出信号ＳＥＴをＰＬＬ部２２および２３へ出力するか否かを切り替える。
　ＰＬＬ部２３は、切り替え回路ＳＷ３から受けた検出信号ＳＥＴに基づいて位置信号ＰＯＳ２の位相を調整する。
　図１３は、回転子位置検出部１１の変形例のＰＬＬ回路３４における積分部７２の構成を示す図である。
　図１３を参照して、ＰＬＬ回路３４は、図７の積分部７０に代えて積分部７２を含む。積分部７２は、図３に示すＰＬＬ部２２と同様の構成を有する。すなわち、積分器ＩＮＴは、図７のＰＩ制御器３６によって算出された回転速度ωを積分して位相θに変換し、基準位相φすなわち位相信号ＰＨ２として出力する。積分器ＩＮＴは、位相θが３６０°になると０°にリセットする。さらに、積分器ＩＮＴは、ゼロクロス検出部２１から受けた検出信号ＳＥＴが示す３０°、９０°、１５０°等の角度に基づいて、位相θを補正する。
　積分部７２では、最初は任意のタイミングで位相θの増加が開始されるが、検出信号ＳＥＴを受けて位相θが調整され、同期機４の電機子電圧と同期する、すなわち位相が一致するようになる。
　再び図１２を参照して、選択回路ＳＥＬは、検出信号ＺＤＥＴを選択し、その後、ＰＬＬ部２３が検出信号ＳＥＴに基づいて位置信号ＰＯＳ２の位相を調整した後、位置信号ＰＯＳ２を選択する。
　上記の積分部７２の構成とすることによって、回転子位置検出部８１では、検出信号ＺＤＥＴから位置信号ＰＯＳ２へ切り替えた後、同期機４の電機子電圧に位置信号ＰＯＳ２を早期に同期させることができる。
　本発明の第１の実施の形態に係る同期機起動装置では、電力変換部７１は、コンバータ１と、インバータ２と、直流リアクトル３とを含む構成であるとしたが、これに限定するものではない。電力変換部７１は、コンバータ１、インバータ２および直流リアクトル３の代わりに、マトリックスコンバータ等、供給された電力を交流電力に変換して同期機４の電機子に供給する何らかの回路を含む構成であればよい。
　次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
　＜第２の実施の形態＞
　本実施の形態は、第１の実施の形態に係る同期機起動装置と比べて位置信号ＰＯＳ２の初期位相の調整機能を変更した同期機起動装置に関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る同期機起動装置と同様である。
　図１４は、本発明の第２の実施の形態に係る回転子位置検出部の構成を示す図である。
　図１４を参照して、回転子位置検出部８２は、本発明の第１の実施の形態に係る回転子位置検出部１１と比べて、さらに、切り替え回路ＳＷ４を含む。
　切り替え回路ＳＷ４は、ＰＬＬ部２２から受けた位相信号ＰＨ１をＰＬＬ部２３へ出力するか否かを切り替える。
　ＰＬＬ部２３は、切り替え回路ＳＷ４から受けた位相信号ＰＨ１に基づいて位置信号ＰＯＳ２の位相を調整する。
　たとえば、選択回路ＳＥＬは、制御信号ＣＴＬ１に従って、位置信号ＰＯＳ１を選択し、その後、ＰＬＬ部２３が位相信号ＰＨ１に基づいて位置信号ＰＯＳ２の位相を調整した後、位置信号ＰＯＳ２を選択する。
　図１５は、本発明の第２の実施の形態に係るＰＬＬ回路３４における積分部の構成を示す図である。
　図１５を参照して、ＰＬＬ回路３４は、図７の積分部７０に代えて積分部７３を含む。積分部７３は、図３に示すＰＬＬ部２２と同様の構成を有する。すなわち、積分器ＩＮＴは、図７のＰＩ制御器３６によって算出された回転速度ωを積分して位相θに変換し、基準位相φすなわち位相信号ＰＨ２として出力する。積分器ＩＮＴは、位相θが３６０°になると０°にリセットする。さらに、積分器ＩＮＴは、ＰＬＬ部２２から受けた位相信号ＰＨ１が示す角度に基づいて、位相θを補正する。
　積分部７３では、最初は任意のタイミングで位相θの増加が開始されるが、位相信号ＰＨ１を受けて位相θが調整され、同期機４の電機子電圧と同期する、すなわち位相が一致するようになる。
　ところで、位相信号ＰＨ２は、交流電圧検出器８から受けた電圧検出値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３および交流電流検出器９から受けた電流検出値Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３に基づいて生成される。インバータ２が起動されるタイミングＴ２から所定時間経過したタイミングＴ３において、選択回路ＳＥＬによる選択が位置信号ＰＯＳ１から位置信号ＰＯＳ２へ切り替えられる。このタイミングＴ３は、同期機４の電機子電圧の振幅が十分に大きくなるまでの過渡期にあるため、積分部７３を任意のタイミングで動作させると、同期機４の電機子電圧に位置信号ＰＯＳ２が同期するまでに時間を要する場合がある。
　しかしながら、本発明の第２の実施の形態に係る同期機起動装置では、位相信号ＰＨ２の初期値を位相信号ＰＨ１に合わせることにより、ＰＬＬ部２３による同期機４の回転子位置推定を、同期機４の電機子電圧と略一致した位相から開始することができる。すなわち、位置信号ＰＯＳ１から位置信号ＰＯＳ２へ切り替えた後、同期機４の電機子電圧に位置信号ＰＯＳ２を早期に同期させることができる。
　図１６は、本発明の第２の実施の形態に係る同期機起動装置における積分部の変形例の構成を示す図である。
　図１６を参照して、積分部７４は、積分器ＩＮＴと、切り替え回路ＳＷ５，ＳＷ６，ＳＷ７とを含む。積分部７４は、ＰＬＬ部２２および２３によって共有されている。
　より詳細には、切り替え回路ＳＷ５は、図１４の切り替え回路ＳＷ８によって選択された周波数ＦＩを積分器ＩＮＴに与えるか図７のＰＩ制御器３６によって算出された回転速度ωを積分器ＩＮＴに与えるかを切り替える。
　切り替え回路ＳＷ６は、ゼロクロス検出部２１から受けた検出信号ＳＥＴを積分器ＩＮＴに与えるか否かを切り替える。
　切り替え回路ＳＷ７は、積分器ＩＮＴからの位相θを位相信号ＰＨ１として位置信号生成器へ出力するか位相信号ＰＨ２として位置信号生成器へ出力するかを切り替える。
　積分部７４は、図３に示すＰＬＬ部２２と同様の構成を有する。すなわち、積分器ＩＮＴは、切り替え回路ＳＷ５から与えられた周波数ＦＩまたは回転速度ωを積分して位相θに変換して出力する。積分器ＩＮＴは、位相θが３６０°になると０°にリセットする。さらに、積分器ＩＮＴは、ゼロクロス検出部２１から受けた検出信号ＳＥＴが示す３０°、９０°、１５０°等の角度に基づいて、位相θを補正する。
　積分部７４では、最初は任意の初期位相から位相θの増加が開始されるが、検出信号ＳＥＴを受けて位相θが調整され、同期機４の電機子電圧と同期する、すなわち位相が一致するようになる。
　次に、積分部７４の動作について説明する。
　まず、選択回路ＳＥＬが制御信号ＣＴＬ１に従ってＰＬＬ部２２からの位置信号ＰＯＳ１を選択しているときには、切り替え回路ＳＷ５，ＳＷ６，ＳＷ７を端子ａ側に切り替える。すなわち、切り替え回路ＳＷ５は周波数ＦＩを積分器ＩＮＴに与え、切り替え回路ＳＷ６はゼロクロス検出部２１から受けた検出信号ＳＥＴを積分器ＩＮＴに与え、切り替え回路ＳＷ７は積分器ＩＮＴからの位相θを位相信号ＰＨ１として位置信号生成器へ出力する。
　次に、選択回路ＳＥＬが制御信号ＣＴＬ１に従ってＰＬＬ部２３からの位置信号ＰＯＳ２を選択するのと同時に、切り替え回路ＳＷ５，ＳＷ７を端子ｂ側に切り替え、切り替え回路ＳＷ６を開放状態とする。すなわち、切り替え回路ＳＷ５は、ＰＩ制御器３６によって算出された回転速度ωを積分器ＩＮＴに与え、切り替え回路ＳＷ６は、ゼロクロス検出部２１から受けた検出信号ＳＥＴを積分器ＩＮＴに与えず、切り替え回路ＳＷ７は、積分器ＩＮＴからの位相θを位相信号ＰＨ２として位置信号生成器へ出力する。
　このように、積分部７４によれば、ＰＬＬ部２２および２３における積分部を共通化することができるため、小型化を図ることができる。図１４に示す回転子位置検出部８２と比べて、ＰＬＬ部２２および２３間において位相信号ＰＨ１を受け渡すことが不要となる。すなわち、積分器ＩＮＴは、選択回路ＳＥＬによる選択が位置信号ＰＯＳ１から位置信号ＰＯＳ２へ切り替えられるタイミングＴ３の直前の積分結果をそのまま引き継いで積分動作を行なえばよい。このような構成により、回路構成の簡略化を図ることができる。
　その他の構成および動作は第１の実施の形態に係る同期機起動装置と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。
　次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
　＜第３の実施の形態＞
　本実施の形態は、第１の実施の形態に係る同期機起動装置と比べて回転子位置信号ＰＯＳとして検出信号ＺＤＥＴを選択しない構成とした同期機起動装置に関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る同期機起動装置と同様である。
　図１７は、本発明の第３の実施の形態に係る回転子位置検出部の構成を示す図である。
　図１７を参照して、回転子位置検出部８３は、本発明の第１の実施の形態に係る回転子位置検出部１１と比べて、選択回路ＳＥＬが切り替え回路ＳＷ１を含まない構成である。
　選択回路ＳＥＬは、位置信号ＰＯＳ１および位置信号ＰＯＳ２のいずれか一方を選択し、同期機４の回転子位置を示す回転子位置信号ＰＯＳとしてインバータ制御部１９へ出力する。
　図１８は、図１７の切り替え制御部２７による制御手順を示すフローチャートである。
　図１７、図１８を参照して、同期機起動装置が起動され、同期機４が励磁されると、同期機４の電機子巻線には現在の回転子の回転速度に応じた電圧が発生する。切り替え制御部２７は、切り替え回路ＳＷ３をオン状態にする（ステップＳ２）。
　次のステップＳ３で、切り替え制御部２７は、同期機起動装置の起動時における電機子電圧の振幅ＡＭＰが所定の基準値Ｒ１以上であるか否かを判定する。電機子電圧の振幅ＡＭＰが基準値Ｒ１以上の場合は（ステップＳ３でＹＥＳ）、切り替え制御部２７は、周波数検出部２４で検出された周波数Ｆ１が初期周波数ＦＩとして出力されるように、切り替え回路ＳＷ８を制御する（ステップＳ５）。以上の切り替え回路ＳＷ３，ＳＷ８の切り替えによって、ＰＬＬ部２２は、ゼロクロス検出部２１から出力される検出信号ＺＤＥＴと周波数および位相が略等しい位置信号ＰＯＳ１を出力する。
　その後、図１のインバータ２が起動する直前に、切り替え制御部２７は、選択回路ＳＥＬによって、ＰＬＬ部２２から出力された位置信号ＰＯＳ１を回転子位置信号ＰＯＳとして出力させる（ステップＳ７）。さらに、切り替え制御部２７は、切り替え回路ＳＷ３をオフ状態にする（ステップＳ８）。この結果、ＰＬＬ部２２は、ゼロクロス検出部２１の影響を受けずに自走状態となる。切り替え制御部２７は、インバータ２の起動後に選択回路ＳＥＬによって、ＰＬＬ部２３から出力された位置信号ＰＯＳ２を回転子位置信号ＰＯＳとして出力させる（ステップＳ９）。
　一方、ステップＳ３でＮＯの場合（すなわち、電機子電圧の振幅ＡＭＰが基準値Ｒ１未満の場合）には、同期機起動装置はリセットされ（ステップＳ４）、同期機は初期状態（ターニング運転）から起動される。具体的な手順は図１９に示される。
　図１９は、同期機を初期状態から起動する場合の手順を示すフローチャートである。
　図１７、図１９を参照して、まず、切り替え制御部２７は、切り替え回路ＳＷ３をオン状態にするとともに（ステップＳ２）、所定の周波数Ｆ２が初期周波数ＦＩとして出力されるように、切り替え回路ＳＷ８を制御する（ステップＳ５Ａ）。これによって、ＰＬＬ部２２は、ゼロクロス検出部２１から出力される検出信号ＺＤＥＴと周波数および位相が略等しい位置信号ＰＯＳ１を出力する。その後、切り替え制御部２７は、図１のインバータ２が起動する直前に、選択回路ＳＥＬによって、ＰＬＬ部２２から出力された位置信号ＰＯＳ１を回転子位置信号ＰＯＳとして選択して出力させる（ステップＳ７）。さらに、切り替え制御部２７は、切り替え回路ＳＷ３をオフ状態にする（ステップＳ８）。この結果、ＰＬＬ部２２は、ゼロクロス検出部２１の影響を受けずに自走状態となるので、インバータ２の起動直後のスイッチングノイズの影響を避けることができる。切り替え制御部２７は、インバータ２の起動後に選択回路ＳＥＬによって、ＰＬＬ部２３から出力された位置信号ＰＯＳ２を回転子位置信号ＰＯＳとして選択して出力させる（ステップＳ９）。
　図２０は、図１８の制御手順の変形例を示すフローチャートである。図１８のステップＳ３では電機子電圧の振幅ＡＭＰに基づいて制御が行われたが、図２０のステップＳ３Ａでは所定時間内のゼロクロス回数に基づいて制御が行われる。すなわち、図２０のステップＳ３Ａでは、切り替え制御部２７は、ゼロクロス検出部２１の検出信号ＺＤＥＴに基づいて、所定時間内のゼロクロス回数が所定の基準回数Ｎ１以上であるか否かを判定する。所定時間内のゼロクロス回数が基準回数Ｎ１以上の場合には処理はステップＳ５に進み、基準回数Ｎ１未満の場合には処理はステップＳ４に進む。図２０のその他の点は図１８と同じであるので、同一または相当するステップには同一の参照符号を付して説明を繰返さない。
　再び図１１を参照して図１８、図１９の制御手順についてさらに説明する。
　インバータ２の起動前（すなわち、待機時のターニング運転中または同期機停止直後の惰性回転中）に、まず、選択回路ＳＥＬは、制御信号ＣＴＬ１に従って、ＰＬＬ部２２からの位置信号ＰＯＳ１を選択する（図１８、図１９のステップＳ７）。すなわち、位置信号ＰＯＳ１が回転子位置信号ＰＯＳとして基準正弦波演算器１２へ出力される。
　インバータ２の起動前には、切り替え回路ＳＷ３はオンされ（図１８、図１９のステップＳ２）、切り替え回路ＳＷ８によって周波数Ｆ１またはＦ２が選択される（図１８のステップＳ５、図１９のステップ５Ａ）。ＰＬＬ部２２は、ゼロクロス検出部２１から検出信号ＳＥＴを受けてゼロクロス検出部２１と同期し、ゼロクロス検出部２１からの検出信号ＺＤＥＴと周波数および位相が略等しい位置信号ＰＯＳ１を出力する。
　次に、インバータ２が起動されるタイミングＴ２の直前のタイミングＴ１において、制御信号ＣＴＬ２に従って、切り替え回路ＳＷ３がオフされる（図１８、図１９のステップＳ８）。このため、ＰＬＬ部２２はゼロクロス検出部２１の影響を受けず、自走状態となる。
　ここで、同期機４の起動時においては、特にターニング運転中で回転子が極めて低速で回転している場合には、同期機４の電機子電圧は非常に小さい。このため、インバータ２の起動直後において、ゼロクロス検出部２１はインバータ２のスイッチングノイズの影響を受けやすい。すなわち、ゼロクロス検出部２１がゼロクロス点を誤検出してしまい、図１１のＮＺで示すように誤った検出信号ＺＤＥＴを生成してしまうことにより、誤った検出信号ＳＥＴを出力してしまう。
　しかしながら、本発明の第３の実施の形態に係る同期機起動装置では、タイミングＴ１においてＰＬＬ部２２を自走状態とする構成により、インバータ２のスイッチングノイズの影響を防ぐことができる。タイミングＴ１より前において切り替え回路ＳＷ３をオンしてＰＬＬ部２２とゼロクロス検出部２１との同期をとっているため、自走状態においても位置信号ＰＯＳ１と同期機４の電機子電圧の位相とを略一致させることができる。
　上記の構成に代えて、回転子位置検出部８３は、同期機４の電機子電圧の絶対値が所定値より大きくなる時をタイミングＴ１とし、ＰＬＬ部２２を自走状態とする構成であってもよい。これにより、同期機４の励磁が行なわれた後、同期機４の電機子電圧の振幅が、ゼロクロス検出を行なうために十分な大きさとなった状態において、ＰＬＬ部２２がゼロクロス検出部２１と同期をとることができる。
　起動直後は同期機４の回転速度が低速であるため、同期機４の電機子電圧の周期が長い場合がある。このため、回転子位置検出部８３は、同期機４の電機子電圧の絶対値が所定値より大きくなってから所定時間経過した時をタイミングＴ１とし、ＰＬＬ部２２を自走状態とする構成であってもよい。この所定時間は、ゼロクロス検出を正確に行なうことが可能となるような時間が設定される。これにより、同期機４の電機子電圧をより正確に検出することができる。
　次に、インバータ２が起動されるタイミングＴ２から所定時間経過したタイミングＴ３において、選択回路ＳＥＬは、制御信号ＣＴＬ１に従って、ＰＬＬ部２３からの位置信号ＰＯＳ２を選択する（図１８、図１９のステップＳ９）。すなわち、位置信号ＰＯＳ２が回転子位置信号ＰＯＳとして基準正弦波演算器１２へ出力される。
　インバータ２が起動されるタイミングＴ２から所定時間経過したタイミングＴ３では、同期機４の電機子電圧の振幅は起動時と比べて大きくなることから、インバータ２のスイッチングノイズの影響はほぼなくなり、同期機４の電機子電圧および電機子電流を用いてより正確に回転子位置を推定することができ、同期機４を安定して回転させることができる。
　上記の構成に代えて、選択回路ＳＥＬは、インバータ２が起動されるタイミングＴ２の後、同期機４の電機子電圧の絶対値が所定値を超えた時をタイミングＴ３とし、ＰＬＬ部２３からの位置信号ＰＯＳ２を選択する構成であってもよい。
　選択回路ＳＥＬは、インバータ２が起動されるタイミングＴ２の後、同期機４の電機子電圧の絶対値が所定値を超えてから所定時間経過した時をタイミングＴ３とし、ＰＬＬ部２３からの位置信号ＰＯＳ２を選択する構成であってもよい。
　もしくは、選択回路ＳＥＬは、インバータ２が起動されるタイミングＴ２の後で、ゼロクロス検出部２１で得られた所定時間内のゼロクロス回数が所定回数を超えたとき（すなわち、同期機の現在の回転速度に対応する周波数が所定周波数を超えたとき）をタイミングＴ３とし、ＰＬＬ部２３からの位置信号ＰＯＳ２を選択する構成であってもよい。
　本発明の第３の実施の形態に係る同期機起動装置では、ＰＬＬ部２２は、ゼロクロス検出部２１から受けた検出信号ＳＥＴに基づいて位置信号ＰＯＳ１の位相を調整する。これにより、回転子位置信号ＰＯＳとしてゼロクロス検出部２１からの検出信号ＺＤＥＴを選択しなくても、回転子位置信号ＰＯＳとして位置信号ＰＯＳ１を選択することで同期機４の回転子位置を良好に検出することが可能である。このような構成により、選択回路ＳＥＬが切り替え回路ＳＷ１を含まない構成とすることができるため、同期機起動装置の小型化を図ることができる。
　その他の構成および動作は第１の実施の形態に係る同期機起動装置と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。
　次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
　＜第４の実施の形態＞
　本実施の形態は、第３の実施の形態に係る同期機起動装置と比べて位置信号ＰＯＳ２の初期位相の調整機能を変更した同期機起動装置に関する。以下で説明する内容以外は第３の実施の形態に係る同期機起動装置と同様である。
　図２１は、本発明の第４の実施の形態に係る回転子位置検出部の構成を示す図である。
　図２１を参照して、回転子位置検出部８４は、本発明の第３の実施の形態に係る回転子位置検出部８３と比べて、さらに、切り替え回路ＳＷ４を含む。
　切り替え回路ＳＷ４は、ＰＬＬ部２２から受けた位相信号ＰＨ１をＰＬＬ部２３へ出力するか否かを切り替える。
　ＰＬＬ部２３は、切り替え回路ＳＷ４から受けた位相信号ＰＨ１に基づいて位置信号ＰＯＳ２の位相を調整する。
　たとえば、選択回路ＳＥＬは、制御信号ＣＴＬ１に従って、位置信号ＰＯＳ１を選択し、その後、ＰＬＬ部２３が位相信号ＰＨ１に基づいて位置信号ＰＯＳ２の位相を調整した後、位置信号ＰＯＳ２を選択する。
　回転子位置検出部８４のＰＬＬ回路３４における積分部７３および７４の構成および動作は本発明の第２の実施の形態と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。
　その他の構成および動作は第３の実施の形態に係る同期機起動装置と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１　コンバータ、２　インバータ、３　直流リアクトル、８　交流電圧検出器、９　交流電流検出器、１１，８１，８２，８３，８４　回転子位置検出部、１２　基準正弦波演算器、１３　ゲートパルス発生器、１４　β指令回路、１９　インバータ制御部（電力変換制御部）、２１　ゼロクロス検出部（タイミング検出部）、２２　ＰＬＬ部（交流信号生成部）、２３　ＰＬＬ部（フィードバック演算部）、２４　周波数検出部、２５　周波数記憶部、２７　切り替え制御部、３１，３２　三相二相変換回路、３３　誘起電圧演算回路、３４　ＰＬＬ回路、７１　電力変換部、１０１　同期機起動装置、ＳＥＬ　選択回路、ＳＷ１～ＳＷ７　切り替え回路、ＳＷ８　切り替え回路（初期周波数選択部）、ＩＮＴ　積分器、３５，ＰＧＥＮ　位置信号生成器。

Claims (16)

  1. 　同期機起動装置であって、
    　供給された電力を交流電力に変換して同期機（４）の電機子に供給する電力変換部（７１）と、
    　前記同期機（４）の電機子に供給されるまたは電機子で生成される交流電圧を検出する交流電圧検出部（８）と、
    　前記同期機（４）の電機子に供給されるまたは電機子で生成される交流電流を検出する交流電流検出部（９）と、
    　前記検出された交流電圧および交流電流に基づいて、前記同期機（４）の回転子位置を検出する回転子位置検出部（１１，８１，８２，８３，８４）と、
    　前記検出された回転子位置に基づいて、前記電力変換部（７１）を制御する電力変換制御部（１９）とを備え、
    　前記回転子位置検出部（１１，８１，８２，８３，８４）は、
    　前記検出された交流電圧の値が所定の基準レベルを通過するタイミングを示す第１の位置信号を出力するタイミング検出部（２１）と、
    　前記回転子位置を示す推定位相、前記同期機の回転子の推定回転速度、ならびに前記検出された交流電圧および交流電流に基づいて前記推定位相の誤差を算出し、前記算出された位相誤差に基づいて前記推定位相および前記推定回転速度を更新し、前記更新された推定位相を示す第２の位置信号を出力するフィードバック演算部（２３）と、
    　前記推定回転速度の初期値に対応する初期周波数として用いるために、前記第１の位置信号に基づいて前記同期機起動装置の起動時における前記同期機（４）の回転子の回転速度に対応する第１の周波数を検出する周波数検出部（２４）と、
    　前記第１の位置信号または前記第１の位置信号に基づいて得られる位置信号を選択して、前記同期機（４）の回転子位置を示す信号として前記電力変換制御部（１９）へ出力し、前記第１の位置信号または前記第１の位置信号に基づいて得られる位置信号の選択を解除した後に、前記第２の位置信号を選択して前記同期機（４）の回転子位置を示す信号として前記電力変換制御部（１９）へ出力する選択回路（ＳＥＬ）とを含む同期機起動装置。
  2. 　前記回転子位置検出部（１１，８１，８２，８３，８４）は、さらに、前記第１の周波数および所定の第２の周波数のいずれか一方を前記初期周波数として選択する初期周波数選択部（ＳＷ８）を含み、
    　前記第２の周波数は、前記同期機（４）の待機時における前記回転子の予め定められた回転速度に対応する周波数であり、
    　前記初期周波数選択部（ＳＷ８）は、前記同期機起動装置の起動時に、前記検出された交流電圧の絶対値が所定値以上の場合に前記第１の周波数を選択し、
    　前記初期周波数選択部（ＳＷ８）は、前記同期機起動装置の起動時に、前記検出された交流電圧の絶対値が所定時間内に前記所定値に達しない場合に前記第２の周波数を選択する請求の範囲第１項に記載の同期機起動装置。
  3. 　前記回転子位置検出部（１１，８１，８２，８３，８４）は、さらに、前記第１の周波数および所定の第２の周波数のいずれか一方を前記初期周波数として選択する初期周波数選択部（ＳＷ８）を含み、
    　前記第２の周波数は、前記同期機（４）の待機時における前記回転子の予め定められた回転速度に対応する周波数であり、
    　前記初期周波数選択部（ＳＷ８）は、前記同期機起動装置の起動時において、前記検出された交流電圧の値が前記基準レベルを所定時間内に通過する回数が所定回数以上の場合に前記第１の周波数を選択し、
    　前記初期周波数選択部（ＳＷ８）は、前記同期機起動装置の起動時において、前記検出された交流電圧の値が前記基準レベルを前記所定時間内に通過する回数が前記所定回数未満の場合に前記第２の周波数を選択する請求の範囲第１項に記載の同期機起動装置。
  4. 　前記選択回路（ＳＥＬ）は、最初に前記第１の位置信号を選択して前記電力変換制御部（１９）へ出力し、次に前記第２の位置信号を選択して前記電力変換制御部（１９）へ出力する請求の範囲第１項に記載の同期機起動装置。
  5. 　前記回転子位置検出部（１１，８１，８２）は、さらに、前記初期周波数を有し、前記第１の位置信号に同期するように位相が調整された交流信号である第３の位置信号を出力する交流信号生成部（２２）を含み、
    　前記選択回路（ＳＥＬ）は、前記第１の位置信号、前記第３の位置信号、および前記第２の位置信号をこの順番で選択して前記電力変換制御部（１９）へ出力する請求の範囲第１項に記載の同期機起動装置。
  6. 　前記回転子位置検出部（８３，８４）は、さらに、前記初期周波数を有し、前記第１の位置信号に同期するように位相が調整された交流信号である第３の位置信号を出力する交流信号生成部（２２）を含み、
    　前記選択回路（ＳＥＬ）は、最初に前記第３の位置信号を選択して前記電力変換制御部（１９）へ出力し、次に前記第２の位置信号を選択して前記電力変換制御部（１９）へ出力する請求の範囲第１項に記載の同期機起動装置。
  7. 　前記回転子位置検出部（１１，８１，８２）は、さらに、前記初期周波数を有し、前記第１の位置信号に同期するように位相が調整された交流信号である第３の位置信号を出力する交流信号生成部（２２）を含み、
    　前記選択回路（ＳＥＬ）は、前記同期機起動装置の起動時に、前記検出された交流電圧の絶対値が所定値以上の場合に、最初に前記第１の位置信号を選択して前記電力変換制御部（１９）へ出力し、次に前記第２の位置信号を選択して前記電力変換制御部（１９）へ出力し、
    　前記選択回路（ＳＥＬ）は、前記同期機起動装置の起動時に、前記検出された交流電圧の絶対値が所定時間内に前記所定値に達しない場合に、前記第１の位置信号、前記第３の位置信号、および前記第２の位置信号をこの順番で選択して前記電力変換制御部（１９）へ出力する請求の範囲第１項に記載の同期機起動装置。
  8. 　前記回転子位置検出部（１１，８１，８２）は、さらに、前記初期周波数を有し、前記第１の位置信号に同期するように位相が調整された交流信号である第３の位置信号を出力する交流信号生成部（２２）を含み、
    　前記選択回路（ＳＥＬ）は、前記同期機起動装置の起動時において、前記検出された交流電圧の値が前記基準レベルを所定時間内に通過する回数が所定回数以上の場合に、最初に前記第１の位置信号を選択して前記電力変換制御部（１９）へ出力し、次に前記第２の位置信号を選択して前記電力変換制御部（１９）へ出力し、
    　前記選択回路（ＳＥＬ）は、前記同期機起動装置の起動時において、前記検出された交流電圧の値が前記基準レベルを前記所定時間内に通過する回数が前記所定回数未満の場合に、前記第１の位置信号、前記第３の位置信号、および前記第２の位置信号をこの順番で選択して前記電力変換制御部（１９）へ出力する請求の範囲第１項に記載の同期機起動装置。
  9. 　前記選択回路（ＳＥＬ）は、前記検出された交流電圧の値が前記基準レベルを所定時間内に通過する回数が所定回数を超えたとき、前記第２の位置信号を選択する、請求の範囲第４～６項のいずれか１項に記載の同期機起動装置。
  10. 　前記選択回路（ＳＥＬ）は、前記検出された交流電圧の絶対値が所定値以上となったとき、前記第２の位置信号を選択する請求の範囲第４～６項のいずれか１項に記載の同期機起動装置。
  11. 　前記選択回路（ＳＥＬ）は、前記検出された交流電圧の絶対値が所定値以上となってから所定時間経過したとき、前記第２の位置信号を選択する請求の範囲第４～６項のいずれか１項に記載の同期機起動装置。
  12. 　前記選択回路（ＳＥＬ）は、前記検出された交流電圧の絶対値が所定値以上となったとき、前記第３の位置信号を選択する請求の範囲第５項に記載の同期機起動装置。
  13. 　前記選択回路（ＳＥＬ）は、前記検出された交流電圧の絶対値が所定値以上となってから所定時間経過したとき、前記第３の位置信号を選択する請求の範囲第５項に記載の同期機起動装置。
  14. 　前記回転子位置検出部（１１，８１，８２）は、さらに、前記第１の位置信号を前記フィードバック演算部（２３）へ出力するか否かを切り替える切り替え回路（ＳＷ３）を含み、
    　前記フィードバック演算部（２３）は、前記切り替え回路（ＳＷ３）から受けた前記第１の位置信号に基づいて前記第２の位置信号の位相を調整し、
    　前記選択回路（ＳＥＬ）は、前記フィードバック演算部（２３）が前記第１の位置信号に基づいて前記第２の位置信号の位相を調整した後、前記第２の位置信号を選択する請求の範囲第４または５項に記載の同期機起動装置。
  15. 　前記回転子位置検出部（１１，８１，８２，８３，８４）は、さらに、前記第１の位置信号を前記交流信号生成部（２２）へ出力するか否かを切り替える第１の切り替え回路（ＳＷ３）を含み、
    　前記交流信号生成部（２２）は、前記第１の切り替え回路（ＳＷ３）から受けた前記第１の位置信号に基づいて前記第３の位置信号の位相を調整し、
    　前記選択回路（ＳＥＬ）は、前記交流信号生成部（２２）が前記第１の位置信号に基づいて前記第３の位置信号の位相を調整した後、前記第３の位置信号を選択する請求の範囲第５または６項に記載の同期機起動装置。
  16. 　前記回転子位置検出部（１１，８１，８２，８３，８４）は、さらに、前記第３の位置信号を前記フィードバック演算部（２３）へ出力するか否かを切り替える第２の切り替え回路（ＳＷ４）を含み、
    　前記フィードバック演算部（２３）は、前記第２の切り替え回路（ＳＷ４）から受けた前記第３の位置信号に基づいて前記第２の位置信号の位相を調整し、
    　前記選択回路（ＳＥＬ）は、前記フィードバック演算部（２３）が前記第３の位置信号に基づいて前記第２の位置信号の位相を調整した後、前記第２の位置信号を選択する請求の範囲第１５項に記載の同期機起動装置。
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