JP2000245181A - 交流電動機の制御装置 - Google Patents

交流電動機の制御装置

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JP2000245181A
JP2000245181A JP11046323A JP4632399A JP2000245181A JP 2000245181 A JP2000245181 A JP 2000245181A JP 11046323 A JP11046323 A JP 11046323A JP 4632399 A JP4632399 A JP 4632399A JP 2000245181 A JP2000245181 A JP 2000245181A
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Takeshi Ando
安藤  武
Masahito Suzuki
鈴木  優人
Tokunosuke Tanamachi
棚町  徳之助
Kiyoshi Nakada
仲田  清
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 トルク発生を開始或いは停止する際に振動の
発生を抑制し、かつ、トルクの変化が開始されるまでの
時間を短くするための制御を簡便な手段により実現し、
更に電動機のカ行或いは回生状態から惰行状態に入る際
には、トルクの発生を停止した後に余計な電力を消費し
ない制御を提供することにある。 【解決手段】 トルクの発生開始及び停止を指令Sする
手段3と、励磁電流指令Idpとトルク電流指令Iqpを発
生する手段4と、インバータ2に与える電圧指令Vcと
周波数指令Finvを演算する手段5を有し、IdpとIqp
を共に0の状態から立ち上げる際、或いは所定の値から
共に0まで立ち下げる際に、IdpとIqpを共に経過時間
の一次関数で変化させる。このとき、Idpが所定値に達
する前にIqpの立ち上げを開始する。IdpとIqpを立ち
下げる際には、Idpが0に達する前にIqpが0に達する
ようにそれぞれの変化率を設定する。また、Idpが0に
達した時点でIdpを0にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ベクトル制御を適
用したインバータにより駆動する交流電動機の制御装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】ベクトル制御を適用したインバータによ
り交流電動機を駆動する装置で、電動機が停止或いは惰
行している状態からトルクを発生させるときの制御技術
について、以下の従来技術がある。特開昭57−160
382号公報「誘導機の制御装置」(以下、従来技術1
と呼ぶ。)に、誘導電動機が惰行している状態からトル
クを発生するときに、まず励磁電流分だけを流し、その
後トルク電流分を併せて流し、運転する旨の記載があ
る。また、特開平9−261999号公報「電気車制御
装置」(以下、従来技術2と呼ぶ。)に、誘導電動機の
磁束が立ち上がっていない状態からトルクを発生すると
きに、磁束指令値に対して誘導電動機の二次時定数で決
まる一時遅れで実磁束を推定し、これとトルク指令値を
用いてトルク電流指令を演算により求める旨の記載があ
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】交流電動機とそれを制
御するインバータからなる交流電動機駆動装置におい
て、電動機が停止或いは惰行している状態からトルクを
発生させるときや、カ行或いは回生運転でトルクを発生
している状態から惰行或いは停止のためにトルク発生を
停止する場合には、次のような課題がある。第一の課題
は、トルクを変化させる際に振動を発生させないように
することである。これは電気車の乗り心地をよくした
り、車体や電動機と車輪の間にあるギアに機械的なスト
レスをかけないようにするためである。第二の課題は、
制御指令としてトルク発生開始や停止を指示する指令が
与えられてから電動機が実際にトルク発生開始したり、
停止したりし始めるまでの時間をできるだけ短縮するこ
とである。例えばこの装置を電気車駆動に適用する場合
に、運転士が操作を行った後、実際にトルクの変化が始
まるまでの時間差が長いと運転士が違和感を感じたり、
また、特に起動時において、上り坂での発進時にトルク
を速やかに立ち上げないと、車両が後退してしまう問題
がある。また、自動運転装置を組み合わせて電気車の制
御を行う場合にも、起動指令などの制御指令に対し、電
動機が速やかに応答することが望ましいためである。上
記従来技術1には、上述の二点の課題のうち、第二番目
の起動時間を短縮することが目的であると記述されてい
るが、励磁電流とトルク電流の立ち上げの具体的な方法
についての記述がない。上記従来技術2では、上述の二
点の課題のうち、第二番目の起動時間を短縮すると共
に、乗り心地のよい起動制御を行なうことが目的である
と記述されているが、磁束推定手段等、制御系が複雑化
する。
【0004】本発明の課題は、これらの点に鑑み、トル
ク発生を開始したり、停止したりする際に振動を発生さ
せないようにし、かつ、トルクの変化が開始されるまで
の時間を短くするための制御を簡便な手段により実現す
ることにある。また、本発明の他の課題は、更に電動機
がカ行或いは回生している状態から惰行状態に入る際に
は、トルクの発生を停止した後に余計な電力を消費しな
い制御を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題は、励磁電流指
令とトルク電流指令を共に0の状態から所定の値まで立
ち上げる際、或いは、所定の値から共に0まで立ち下げ
る際に、励磁電流指令とトルク電流指令を共に経過時間
の一次関数で変化させることにより、解決される。ここ
で、励磁電流指令とトルク電流指令を立ち上げる際に、
励磁電流指令が所定値に達する前にトルク電流指令の立
ち上げを開始する。励磁電流指令とトルク電流指令を立
ち下げる際には、励磁電流指令が0に達する前にトルク
電流指令が0に達するようにそれぞれの変化率を設定す
る。また、トルク電流指令が0に達した時点で励磁電流
指令を0にする。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。図1は、本発明の一実施形態による交
流電動機の制御装置の構成図である。図1において、1
は誘導電動機、2は誘導電動機1を駆動するためのイン
バータ、3は制御指令を出力する運転制御手段、4は制
御指令に従い励磁電流指令Idpとトルク電流指令Iqpを
発生する電流指令発生手段である。この電流指令発生手
段4は、誘導電動機1が停止或いは惰行している状態か
らトルクの発生を開始する際に、経過時間に応じて励磁
電流指令Idpとトルク電流指令Iqpを変化させる機能を
有し、経過時間をキーとしたテーブルや関数発生器など
により実現する。5は励磁電流指令Idpとトルク電流指
令Iqpに基づいてインバータ2に与える電圧指令Vcと
周波数指令Finvを、一般に知られているベクトル制御
演算により計算するベクトル制御演算手段である。ここ
で、本発明は、図1の制御装置において電動機1が停止
或いは惰行している状態から、制御指令の例としてトル
クの発生開始及び発生停止を指示する指令(ここでは、
トルク発生指令Sと呼ぶことにする。)が電流指令発生
手段4に与えられてトルクの発生を開始或いは停止する
際に、電流指令発生手段4から出力される励磁電流指令
Idpとトルク電流指令Iqpがそれぞれ所定値或いは0に
達するまでの立ち上げ及び立ち下げに関するものであ
る。
【0007】まず、発明が解決しようとする課題の項で
述べたように、電動機が停止或いは惰行している状態か
ら力行或いは回生のためにトルクを発生を開始する場合
や、逆にカ行或いは回生運転の状態から停止或いは惰行
のためにトルク発生を停止する場合において、経過時間
に対して一定の変化率でトルクを変化させることは従来
から行われていた。例えば、電気車駆動用の電動機制御
において、トルクの変化が長時間で行なわれる場合は、
電気車の乗り心地などに影響が出ることは殆どないが、
短時間のうちにトルクを変化させる場合、急激にトルク
が加わったような感覚を乗客が感じることがあったり、
車体が振動したりすることがある。これに対し、本発明
では、トルク発生開始や停止の指令が入ってから実際に
トルクが所定値に到達するまでの時間を変えずに、振動
を発生させない制御装置を提供する。
【0008】本発明の実施形態では、トルクの発生を開
始する際のトルクの変化のさせ方として、図2のトルク
τに示すように立ち上げ始めの部分で傾きを緩やかにす
る。また、トルクの発生を停止する際には、図3のトル
クτに示すようにトルクが0になる直前の傾きを緩やか
にする。誘導電動機が発生するトルクτは、図4に示す
誘導電動機のT形等価回路の定数と励磁電流Id、トル
ク電流Iqを用いて、
【数1】 p :誘導電動機の極対数、 lm:誘導電動機の励磁インダクタンス、 l2:誘導電動機の二次インダクタンス と表わされるから、図2、図3に示したトルクの変化を
簡便に実現するためには、励磁電流Idとトルク電流Iq
の指令である励磁電流指令Idp、トルク電流指令Iqpを
それぞれ経過時間の一次関数で変化させればよい。これ
によりトルクτは経過時間に対して二次関数で変化し、
上述の傾きの特性が実現できる。トルク発生開始時及び
停止時の励磁電流指令Idp、トルク電流指令Iqpを併せ
て図2、図3にそれぞれ示す。なお、図2、図3に記載
のトルク発生指令Sは、1のときにトルクを発生してい
る状態、0のときにトルク発生を停止している状態を表
わす。
【0009】ここで、前述のように、トルクτを経過時
間に対する二次関数で変化させるためには、励磁電流指
令Idpとトルク電流指令Iqpがオーバーラップしている
期間が必要である。従ってトルク発生を開始する際に
は、励磁電流指令Idpが所定の値に到達する前にトルク
電流指令Iqpの立ち上げを開始する。これにより、発明
が解決しようとする課題の項で述べたように、トルク発
生指令Sが変化してから実際にトルクτが変化を開始す
るまでの時間をできるだけ短縮する効果が発揮される。
同様に、トルク発生を停止する際には、励磁電流指令I
dpが0に達する前にトルク電流指令Iqpが0に達するよ
うにする。なお、トルク電流指令Iqpが0に達した時点
でトルクτは0になり、その後励磁電流を流しておく必
要はなくなる。そこで、この時点で図3に示すように励
磁電流指令Idpを強制的に0とする。これにより、余計
な電力を消費しないようにすることができる。
【0010】本実施形態では、励磁電流指令Idpとトル
ク電流指令Iqpの立ち上げ及び立ち下げの制御をそれぞ
れ経過時間の一次関数で変化させるように、図1の電流
指令発生手段4で実現する。これにより、トルク発生を
開始したり、停止したりする際に振動を発生させず、か
つ、トルクの変化が開始されるまでの時間を短くするた
めの制御を簡便に実現することが可能となる。なお、こ
こでは、誘導電動機に本発明を適用する例について説明
したが、同期電動機を制御する場合にも同様に本発明を
適用することができる。
【0011】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
交流電動機が停止或いは惰行している状態からトルクを
発生させる際に、励磁電流指令とトルク電流指令を経過
時間の一次関数で変化させることにより、トルクが振動
的になるのを抑制することができると共に、トルク発生
指令が変化してから実際にトルクが変化し始めるまでの
時間を短縮することが可能となる。また、トルク発生を
停止する際に余計な電力を消費しないようにすることが
可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態による交流電動機の制御装
置の構成図
【図2】トルク発生を開始する場合の起動指令、励磁電
流指令、トルク電流指令、トルクを示す図
【図3】トルク発生を停止する場合の起動指令、励磁電
流指令、トルク電流指令、トルクを示す図
【図4】誘導電動機のT形等価回路を示す図
【符号の説明】
1…誘導電動機、2…インバータ、3…運転制御手段、
4…電流指令発生手段、5…ベクトル制御演算手段
フロントページの続き (72)発明者 鈴木 優人 茨城県ひたちなか市市毛1070番地 株式会 社日立製作所水戸工場内 (72)発明者 棚町 徳之助 茨城県ひたちなか市市毛1070番地 株式会 社日立製作所水戸工場内 (72)発明者 仲田 清 茨城県ひたちなか市市毛1070番地 株式会 社日立製作所水戸工場内 Fターム(参考) 5H001 AA02 AC02 5H530 AA03 BB24 CC15 CC19 CD20 CE21 CF02 DD03 DD12 5H576 AA01 BB02 BB04 CC01 DD04 EE01 EE18 FF01 FF05 GG04 HA01 HB01 KK08 LL14 LL38

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 トルクの発生開始を指示する起動指令を
    発生し、前記起動指令を受けて励磁電流指令とトルク電
    流指令を発生し、前記励磁電流指令と前記トルク電流指
    令に従ってインバータに与える電圧指令と周波数指令を
    演算して交流電動機をインバータによって制御する交流
    電動機の制御装置において、 前記励磁電流指令と前記トルク電流指令を共に0の状態
    から所定の値まで立ち上げる際に、前記励磁電流指令と
    前記トルク電流指令を共に経過時間の一次関数で立ち上
    げる手段を備え、 前記励磁電流指令が所定値に達する前に前記トルク電流
    指令の立ち上げを開始することを特徴とする交流電動機
    の制御装置。
  2. 【請求項2】 トルクの発生開始を指示する起動指令を
    発生し、前記起動指令を受けて励磁電流指令とトルク電
    流指令を発生し、前記励磁電流指令と前記トルク電流指
    令に従ってインバータに与える電圧指令と周波数指令を
    演算して交流電動機をインバータによって制御する交流
    電動機の制御装置において、 前記励磁電流指令と前記トルク電流指令を所定値から0
    に下げる際に、前記励磁電流指令と前記トルク電流指令
    を共に経過時間の一次関数で立ち下げる手段を備え、 前記励磁電流指令が0に達する前に、前記トルク電流指
    令が0に達することを特徴とする交流電動機の制御装
    置。
  3. 【請求項3】 請求項2において、前記トルク電流指令
    が0に達した時点で前記励磁電流指令を強制的に0とす
    ることを特徴とする交流電動機の制御装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108494310A (zh) * 2018-02-09 2018-09-04 福建睿能科技股份有限公司 悬停力矩检测方法、升降电机及计算机存储介质

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108494310A (zh) * 2018-02-09 2018-09-04 福建睿能科技股份有限公司 悬停力矩检测方法、升降电机及计算机存储介质
CN108494310B (zh) * 2018-02-09 2020-06-23 福建睿能科技股份有限公司 悬停力矩检测方法、升降电机及计算机存储介质

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