JP2002095298A - 電動機制御装置 - Google Patents
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- 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
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- H02P21/06—Rotor flux based control involving the use of rotor position or rotor speed sensors
- H02P21/08—Indirect field-oriented control; Rotor flux feed-forward control
- H02P21/09—Field phase angle calculation based on rotor voltage equation by adding slip frequency and speed proportional frequency
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- H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
- H02P21/22—Current control, e.g. using a current control loop
Abstract
(57)【要約】
【課題】 電動機をインパクトドロップから速やかに速
度回復させる。 【解決手段】 予めインパクトドロップ検出レベルとし
て設定しておく所定の単位時間当たりの負荷変化量基準
L*に対し、外部プラント制御装置から受け取る実際の負
荷変化量Lが基準レベルL*を超えた場合、ｄ軸界磁電流I
dをある制限量に抑えることにより、所定の界磁抑制期
間Tdのみｄ軸電圧基準Vd*ひいては電動機電機子電圧Eac
を抑制し、変換器出力電圧Vacと交流電動機の電機子電
圧Eacの間に大きな電位差(電圧余裕)を発生させ、電動
機の出力電流立ち上がりを早くする。その後本来のｄ軸
電圧基準Vd*まで電圧レベルを戻すことでインパクトド
ロップ後の電動機速度回復を速やかにする。
度回復させる。 【解決手段】 予めインパクトドロップ検出レベルとし
て設定しておく所定の単位時間当たりの負荷変化量基準
L*に対し、外部プラント制御装置から受け取る実際の負
荷変化量Lが基準レベルL*を超えた場合、ｄ軸界磁電流I
dをある制限量に抑えることにより、所定の界磁抑制期
間Tdのみｄ軸電圧基準Vd*ひいては電動機電機子電圧Eac
を抑制し、変換器出力電圧Vacと交流電動機の電機子電
圧Eacの間に大きな電位差(電圧余裕)を発生させ、電動
機の出力電流立ち上がりを早くする。その後本来のｄ軸
電圧基準Vd*まで電圧レベルを戻すことでインパクトド
ロップ後の電動機速度回復を速やかにする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電動機を駆動する
電力変換装置に係り、特に負荷急変による減速状態を補
う機能を備えた電動機制御装置に関する。
電力変換装置に係り、特に負荷急変による減速状態を補
う機能を備えた電動機制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電圧型インバータ方式の電動機制御装置
の一般的な構成を図８に示してある。図８に示す電動機
制御装置は、速度帰還、電流帰還制御を有するベクトル
制御方式のもので、入力された速度基準信号ωr*が速度
検出器１並びに１次磁束角演算器２、微分器３より演算
された速度帰還信号ω′と帰還演算され、演算結果が速
度制御器(ASPR)４によりトルク基準信号Tr*に変換さ
れ、この値を２次磁束基準φ2*で除算させることにより
ｑ軸トルク電流基準信号Iq*を算出する。一方、速度帰還
信号ω′より界磁弱め制御器(AFWR)５並びに磁束飽和パ
ターン器６によりｄ軸電流基準信号Id*を算出する。これ
らの電流基準信号Id*，Iq*に対して、ｄ軸並びにｑ軸電
流帰還(F.B.)信号Id′，Iq′との帰還演算によって、そ
れぞれの最終的な電流基準信号Id，Iqが生成され、ｄ軸
及びｑ軸それぞれの電流制御器(ACR)７，８により各々
の電圧基準Vd*，Vq*として出力される。そしてこれらの
電圧基準Vd*，Vq*に基づき、２−３軸座標/PWM変換器９
からの素子ゲート点弧パルス指令により電力変換器１０
が、直流電源から供給される直流電圧Vdcを所望の交流
電圧Vacに変換して出力し、電動機(IM)１１に所望の電
流を供給して駆動する。
の一般的な構成を図８に示してある。図８に示す電動機
制御装置は、速度帰還、電流帰還制御を有するベクトル
制御方式のもので、入力された速度基準信号ωr*が速度
検出器１並びに１次磁束角演算器２、微分器３より演算
された速度帰還信号ω′と帰還演算され、演算結果が速
度制御器(ASPR)４によりトルク基準信号Tr*に変換さ
れ、この値を２次磁束基準φ2*で除算させることにより
ｑ軸トルク電流基準信号Iq*を算出する。一方、速度帰還
信号ω′より界磁弱め制御器(AFWR)５並びに磁束飽和パ
ターン器６によりｄ軸電流基準信号Id*を算出する。これ
らの電流基準信号Id*，Iq*に対して、ｄ軸並びにｑ軸電
流帰還(F.B.)信号Id′，Iq′との帰還演算によって、そ
れぞれの最終的な電流基準信号Id，Iqが生成され、ｄ軸
及びｑ軸それぞれの電流制御器(ACR)７，８により各々
の電圧基準Vd*，Vq*として出力される。そしてこれらの
電圧基準Vd*，Vq*に基づき、２−３軸座標/PWM変換器９
からの素子ゲート点弧パルス指令により電力変換器１０
が、直流電源から供給される直流電圧Vdcを所望の交流
電圧Vacに変換して出力し、電動機(IM)１１に所望の電
流を供給して駆動する。
【０００３】上記構成において、ベクトル制御における
電動機界磁成分であるｄ軸界磁電流Idは、界磁弱め制御
器５内にある１つの界磁パターンによって速度帰還信号
ω′に応じて２次磁束基準φ2*が演算される。この界磁
パターンは、電動機制御装置に接続される個々の電動機
により決定され、固定値として設定される。よって、あ
る大きさの速度帰還信号ω′が入力されると界磁パター
ンに沿った電動機のｄ軸界磁電流Idが演算される。また
１次磁束角演算器２により演算される１次磁束角θrと
電動機の必要とするトルクを与えるｑ軸トルク電流Iqを
基にすべり角θsを算出し、実際の電動機磁束角である
１次磁束角θrと加算されることで電動機の必要とする
２次磁束角θoが求められる。これを基にｄ−ｑ軸成分か
ら３相交流出力成分に変換され電動機１１に任意の電圧
が与えられることで電動機１１を駆動することができ
る。
電動機界磁成分であるｄ軸界磁電流Idは、界磁弱め制御
器５内にある１つの界磁パターンによって速度帰還信号
ω′に応じて２次磁束基準φ2*が演算される。この界磁
パターンは、電動機制御装置に接続される個々の電動機
により決定され、固定値として設定される。よって、あ
る大きさの速度帰還信号ω′が入力されると界磁パター
ンに沿った電動機のｄ軸界磁電流Idが演算される。また
１次磁束角演算器２により演算される１次磁束角θrと
電動機の必要とするトルクを与えるｑ軸トルク電流Iqを
基にすべり角θsを算出し、実際の電動機磁束角である
１次磁束角θrと加算されることで電動機の必要とする
２次磁束角θoが求められる。これを基にｄ−ｑ軸成分か
ら３相交流出力成分に変換され電動機１１に任意の電圧
が与えられることで電動機１１を駆動することができ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の電動機
制御装置では、速度基準ωr*は一定にもかかわらず、図
９に示されるように圧延機材料噛み込み時など負荷が急
変した際(「インパクトドロップ」と称する。)、電動機速
度の落ち込みが発生し、その落ち込んだ電動機速度をイ
ンパクトドロップ以前の目標速度とすべくｑ軸トルク電
流Iqを増加させ、それに伴い、すべり角θsを加味した
２次磁束角θo並びにｄ軸及びｑ軸電流制御器７，８に
より各々の電圧基準Vd*，Vq*を演算し、電動機１１に対
し電動機加速トルクを与えていた。この時、制御装置(変
換器)出力電圧の出力範囲の制限によりトルクの立ち上
がりに遅れが存在した。このように従来の電動機制御装
置においては、インパクトドロップ発生による電動機速
度の落ち込みを回復する時間が多く必要とされてきた。
制御装置では、速度基準ωr*は一定にもかかわらず、図
９に示されるように圧延機材料噛み込み時など負荷が急
変した際(「インパクトドロップ」と称する。)、電動機速
度の落ち込みが発生し、その落ち込んだ電動機速度をイ
ンパクトドロップ以前の目標速度とすべくｑ軸トルク電
流Iqを増加させ、それに伴い、すべり角θsを加味した
２次磁束角θo並びにｄ軸及びｑ軸電流制御器７，８に
より各々の電圧基準Vd*，Vq*を演算し、電動機１１に対
し電動機加速トルクを与えていた。この時、制御装置(変
換器)出力電圧の出力範囲の制限によりトルクの立ち上
がりに遅れが存在した。このように従来の電動機制御装
置においては、インパクトドロップ発生による電動機速
度の落ち込みを回復する時間が多く必要とされてきた。
【０００５】このインパクトドロップによる電動機速度
の落ち込みは、圧延プラントにおける品質維持並びに経
済的にも不利であり、従来の電動機制御装置にあって
は、この電動機のインパクトドロップの改善が強く望ま
れていた。
の落ち込みは、圧延プラントにおける品質維持並びに経
済的にも不利であり、従来の電動機制御装置にあって
は、この電動機のインパクトドロップの改善が強く望ま
れていた。
【０００６】本発明は、上記の技術的課題を解決するた
めになされたもので、急峻な負荷変化によるインパクト
ドロップが発生した際に、電動機電流の立ち上がりを改
善することでインパクトドロップによる電動機速度の落
ち込みを速やかに回復させることができる電動機制御装
置を提供することを目的とする。
めになされたもので、急峻な負荷変化によるインパクト
ドロップが発生した際に、電動機電流の立ち上がりを改
善することでインパクトドロップによる電動機速度の落
ち込みを速やかに回復させることができる電動機制御装
置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、外部
プラント制御装置より速度基準信号を入力し、その速度
基準信号に従い所望の交流電圧並びに周波数を出力する
ベクトル制御方式の電動機制御装置において、前記外部
プラント制御装置から入力される負荷情報より電動機の
負荷状況を判断する負荷状況判定手段と、前記負荷状況
判定手段が負荷変化が急峻であると判定したときに、ｄ
軸界磁電流Idをある制限量まで制限するｄ軸界磁電流制
限手段と、前記ｄ軸界磁電流制限手段によりｄ軸界磁電
流Idが抑制されたことによる電動機トルク不足分をｑ軸
トルク電流Iqを増やすことにより補償するｄ軸界磁トル
ク補償手段とを具備して成るものである。
プラント制御装置より速度基準信号を入力し、その速度
基準信号に従い所望の交流電圧並びに周波数を出力する
ベクトル制御方式の電動機制御装置において、前記外部
プラント制御装置から入力される負荷情報より電動機の
負荷状況を判断する負荷状況判定手段と、前記負荷状況
判定手段が負荷変化が急峻であると判定したときに、ｄ
軸界磁電流Idをある制限量まで制限するｄ軸界磁電流制
限手段と、前記ｄ軸界磁電流制限手段によりｄ軸界磁電
流Idが抑制されたことによる電動機トルク不足分をｑ軸
トルク電流Iqを増やすことにより補償するｄ軸界磁トル
ク補償手段とを具備して成るものである。
【０００８】請求項１の発明の電動機制御装置にあって
は、予めインパクトドロップ検出レベルとして設定して
おく所定の単位時間当たりの負荷変化量基準L*に対し、
外部プラント制御装置から受け取る実際の負荷変化量L
が基準レベルL*を超えた場合、ｄ軸界磁電流Idをある制
限量に抑えることにより、所定の界磁抑制期間Tdのみｄ
軸電圧基準Vd*ひいては電動機電機子電圧Eacを抑制し、
変換器出力電圧Vacと交流電動機の電機子電圧Eacの間に
大きな電位差(電圧余裕)を発生させ、電動機の出力電流
立ち上がりを早くする。その後、本来のｄ軸電圧基準Vd*
まで電圧レベルを戻すことでインパクトドロップ後の電
動機速度回復を速やかにすることができる。
は、予めインパクトドロップ検出レベルとして設定して
おく所定の単位時間当たりの負荷変化量基準L*に対し、
外部プラント制御装置から受け取る実際の負荷変化量L
が基準レベルL*を超えた場合、ｄ軸界磁電流Idをある制
限量に抑えることにより、所定の界磁抑制期間Tdのみｄ
軸電圧基準Vd*ひいては電動機電機子電圧Eacを抑制し、
変換器出力電圧Vacと交流電動機の電機子電圧Eacの間に
大きな電位差(電圧余裕)を発生させ、電動機の出力電流
立ち上がりを早くする。その後、本来のｄ軸電圧基準Vd*
まで電圧レベルを戻すことでインパクトドロップ後の電
動機速度回復を速やかにすることができる。
【０００９】請求項２の発明は、請求項１の電動機制御
装置において、前記ｄ軸界磁電流制限手段が、前記負荷
状況判定手段が負荷変化が急峻であると判定したとき
に、界磁パターンを低くシフトさせ抑えることにより、
ｄ軸界磁電流を低く抑え、ひいては電動機電圧を所定の
時間だけ所定量だけ低く抑えることを特徴とする。
装置において、前記ｄ軸界磁電流制限手段が、前記負荷
状況判定手段が負荷変化が急峻であると判定したとき
に、界磁パターンを低くシフトさせ抑えることにより、
ｄ軸界磁電流を低く抑え、ひいては電動機電圧を所定の
時間だけ所定量だけ低く抑えることを特徴とする。
【００１０】請求項２の発明の電動機制御装置では、イ
ンパクトドロップが発生した際に、ｄ軸界磁電流Idを速
度帰還信号ω′から所定の界磁弱めパターンにより算出
するが、この界磁弱めパターン全体をある所望の帰還だ
け低くシフトさせることでｄ軸界磁電流を低く抑え、同
時に電動機トルクを保つためｑ軸トルク電流Iqを増やて
し補償することにより、電動機電機子電圧Eacを所望の
時間だけ低く抑え、変換器出力と電動機の間に電位差
(電圧余裕)を持たせて電流立ち上がり(di/dt)を改善
し、インパクトドロップ直後の電動機速度回復を速やか
にすることができる。
ンパクトドロップが発生した際に、ｄ軸界磁電流Idを速
度帰還信号ω′から所定の界磁弱めパターンにより算出
するが、この界磁弱めパターン全体をある所望の帰還だ
け低くシフトさせることでｄ軸界磁電流を低く抑え、同
時に電動機トルクを保つためｑ軸トルク電流Iqを増やて
し補償することにより、電動機電機子電圧Eacを所望の
時間だけ低く抑え、変換器出力と電動機の間に電位差
(電圧余裕)を持たせて電流立ち上がり(di/dt)を改善
し、インパクトドロップ直後の電動機速度回復を速やか
にすることができる。
【００１１】請求項３の発明は、請求項１の電動機制御
装置において、前記負荷状況判定手段が、外部ロードリ
レーから入力される負荷信号に基づき、負荷状況を判定
することを特徴とする。
装置において、前記負荷状況判定手段が、外部ロードリ
レーから入力される負荷信号に基づき、負荷状況を判定
することを特徴とする。
【００１２】請求項３の発明の電動機制御装置では、イ
ンパクトドロップ発生を外部ロードリレーからの信号に
よって判定し、ｄ軸界磁電流を抑えることににより変換
器出力と電動機の間に電位差(電圧余裕)を持たせ、電動
機速度回復を速やかにすることができる。
ンパクトドロップ発生を外部ロードリレーからの信号に
よって判定し、ｄ軸界磁電流を抑えることににより変換
器出力と電動機の間に電位差(電圧余裕)を持たせ、電動
機速度回復を速やかにすることができる。
【００１３】請求項４の発明は、請求項１の電動機制御
装置において、前記負荷状況判定手段が、電動機速度の
変化量から負荷状況を判定することを特徴とする。
装置において、前記負荷状況判定手段が、電動機速度の
変化量から負荷状況を判定することを特徴とする。
【００１４】請求項４の発明の電動機制御装置では、電
動機の速度帰還信号をある単位時間内における速度変化
量に換算し、その変化量が予め任意に設定した速度変化
量基準より大きい場合にインパクトドロップと判定する
ことにより、電機子電圧抑制を電動機速度に要する時間
に比して極めて短い期間だけ実施し、その電動機電機子
電圧の電圧余裕によりインパクトドロップからの電動機
速度回復を速やかにすることが可能となる。
動機の速度帰還信号をある単位時間内における速度変化
量に換算し、その変化量が予め任意に設定した速度変化
量基準より大きい場合にインパクトドロップと判定する
ことにより、電機子電圧抑制を電動機速度に要する時間
に比して極めて短い期間だけ実施し、その電動機電機子
電圧の電圧余裕によりインパクトドロップからの電動機
速度回復を速やかにすることが可能となる。
【００１５】請求項５の発明は、請求項１の電動機制御
装置において、前記負荷状況判定手段が、当該装置内で
演算されるｑ軸トルク電流の大きさと予め設定される内
部インパクトドロップ基準量から負荷変化が急峻である
かどうか判定することを特徴とする。
装置において、前記負荷状況判定手段が、当該装置内で
演算されるｑ軸トルク電流の大きさと予め設定される内
部インパクトドロップ基準量から負荷変化が急峻である
かどうか判定することを特徴とする。
【００１６】請求項５の発明の電動機制御装置では、ベ
クトル制御の過程で演算されるトルク基準信号をある単
位時間内におけるトルク電流変化量に換算し、その変化
量が予め任意に設定したインパクトドロップ相当の変化
量基準より大きい場合にインパクトドロップと判定する
ことにより、電機子電圧抑制をある極僅かな期間だけ実
施し、それにより得られる電動機電機子電圧の電圧余裕
によりインパクトドロップからの電動機速度回復を速や
かにすることが可能となる。
クトル制御の過程で演算されるトルク基準信号をある単
位時間内におけるトルク電流変化量に換算し、その変化
量が予め任意に設定したインパクトドロップ相当の変化
量基準より大きい場合にインパクトドロップと判定する
ことにより、電機子電圧抑制をある極僅かな期間だけ実
施し、それにより得られる電動機電機子電圧の電圧余裕
によりインパクトドロップからの電動機速度回復を速や
かにすることが可能となる。
【００１７】請求項６の発明は、請求項１の電動機制御
装置において、ｄ軸界磁電流、ひいては電動機電圧を低
く抑える期間TdLとｄ軸界磁電流抑制レベルIdLをある単
位時間当たりの速度帰還信号変化量に基づいて判断する
ことを特徴とする。
装置において、ｄ軸界磁電流、ひいては電動機電圧を低
く抑える期間TdLとｄ軸界磁電流抑制レベルIdLをある単
位時間当たりの速度帰還信号変化量に基づいて判断する
ことを特徴とする。
【００１８】請求項６の発明は、請求項１の電動機制御
装置において、前記ｄ軸界磁電流制限手段が、前記ｄ軸
界磁電流Idを低く抑える期間TdLとその際のｄ軸界磁電
流制限量とを単位時間当たりの電動機速度の変化量に応
じて演算し、それらをインパクトドロップ量に応じて動
的並びに線形に変化させることを特徴とする。
装置において、前記ｄ軸界磁電流制限手段が、前記ｄ軸
界磁電流Idを低く抑える期間TdLとその際のｄ軸界磁電
流制限量とを単位時間当たりの電動機速度の変化量に応
じて演算し、それらをインパクトドロップ量に応じて動
的並びに線形に変化させることを特徴とする。
【００１９】請求項６の発明の電動機制御装置では、あ
る単位時間当たりの速度帰還信号変化量に応じて、ｄ軸
界磁電流Id、ひいては電動機電機子電圧Eacを低く抑え
る期間TdLとそのｄ軸界磁電流抑制レベルIdLを、動的並
びに線形に変化させることにより、変換器出力と電動機
の間に電位差を発生させ、所定の期間並びに大きさの電
圧余裕を持たせることでインパクトドロップ量に応じた
滑らかかつ速やかな補償が可能となる。
る単位時間当たりの速度帰還信号変化量に応じて、ｄ軸
界磁電流Id、ひいては電動機電機子電圧Eacを低く抑え
る期間TdLとそのｄ軸界磁電流抑制レベルIdLを、動的並
びに線形に変化させることにより、変換器出力と電動機
の間に電位差を発生させ、所定の期間並びに大きさの電
圧余裕を持たせることでインパクトドロップ量に応じた
滑らかかつ速やかな補償が可能となる。
【００２０】請求項７の発明は、請求項１の電動機制御
装置において、サイクロコンバータ、２レベルインバー
タ又はNPCタイプ３レベルインバータのベクトル制御方
式に適用したものである。
装置において、サイクロコンバータ、２レベルインバー
タ又はNPCタイプ３レベルインバータのベクトル制御方
式に適用したものである。
【００２１】請求項７の発明の電動機制御装置では、ｄ
軸界磁電流抑制によるインパクトドロップ補償が、サイ
クロコンバータ、２レベルインバータ又はNPCタイプ３
レベルインバータのベクトル制御方式にも適用できる。
軸界磁電流抑制によるインパクトドロップ補償が、サイ
クロコンバータ、２レベルインバータ又はNPCタイプ３
レベルインバータのベクトル制御方式にも適用できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて詳説する。図１は、本発明の第１の実施の形態
の電動機制御装置の構成を示すブロック図である。同図
に示す電動機制御装置は、上位の外部プラント制御装置
から入力される速度基準信号ωr*と１次磁束各演算器２
及び微分器３より演算される速度帰還信号ω′を帰還演
算させ、速度基準信号をトルク基準信号Tr*に変換する
速度制御器(ASPR)４、速度帰還信号ω′を２次磁束基準
φ2*に変換する界磁弱め制御器(AWFWR)５、界磁弱め制
御器５からの２次磁束基準φ2*をｄ軸界磁電流基準信号
Id*に変換する磁束飽和パターン器６、磁束飽和パター
ン器６からのｄ軸界磁電流基準信号Id*とｄ軸電流帰還
(F.B.)信号Id′の帰還演算結果をｄ軸電圧基準信号Vd*
に変換する電流制御器７、速度制御器４からのトルク基
準信号Tr*を界磁弱め制御器５からの２次磁束基準φ2*
で除算して得られるｑ軸トルク電流基準信号Iq*とｑ軸
電流帰還(F.B.)信号Iq′との帰還演算結果をｑ軸電圧基
準信号Vq*に変換する電流制御器(ACR)８を備えている。
基づいて詳説する。図１は、本発明の第１の実施の形態
の電動機制御装置の構成を示すブロック図である。同図
に示す電動機制御装置は、上位の外部プラント制御装置
から入力される速度基準信号ωr*と１次磁束各演算器２
及び微分器３より演算される速度帰還信号ω′を帰還演
算させ、速度基準信号をトルク基準信号Tr*に変換する
速度制御器(ASPR)４、速度帰還信号ω′を２次磁束基準
φ2*に変換する界磁弱め制御器(AWFWR)５、界磁弱め制
御器５からの２次磁束基準φ2*をｄ軸界磁電流基準信号
Id*に変換する磁束飽和パターン器６、磁束飽和パター
ン器６からのｄ軸界磁電流基準信号Id*とｄ軸電流帰還
(F.B.)信号Id′の帰還演算結果をｄ軸電圧基準信号Vd*
に変換する電流制御器７、速度制御器４からのトルク基
準信号Tr*を界磁弱め制御器５からの２次磁束基準φ2*
で除算して得られるｑ軸トルク電流基準信号Iq*とｑ軸
電流帰還(F.B.)信号Iq′との帰還演算結果をｑ軸電圧基
準信号Vq*に変換する電流制御器(ACR)８を備えている。
【００２３】本実施の形態の電動機制御装置はまた、２
つのｄ軸及びｑ軸電圧基準信号Vd*、Vq*から２−３軸変
換しPWM(パルス幅変調)信号を生成する２−３軸/PWM変
換器９、この２−３軸/PWM変換器９からのPWM信号を電
動機駆動用交流電圧に変換して電動機(IM)１１に所望の
電流を供給して駆動する電力変換器１０、電動機１１の
回転速度を検出する速度検出器(SS)１、電動機１１に流
れる電流を検出する電流検出器１２、この電流検出器１
２から検出する電流帰還信号を３-２軸及びｄ−ｑ軸変
換しベクトル制御におけるｄ軸帰還電流Id′及びｑ軸帰
還電流Iq′とする電流帰還座標変換器１３、界磁弱め制
御器５からの２次磁束基準φ2*とｑ軸トルク電流基準信
号Iq*からすべりωsを演算しすべりωsを積分するすべ
り積分器１４を備えている。
つのｄ軸及びｑ軸電圧基準信号Vd*、Vq*から２−３軸変
換しPWM(パルス幅変調)信号を生成する２−３軸/PWM変
換器９、この２−３軸/PWM変換器９からのPWM信号を電
動機駆動用交流電圧に変換して電動機(IM)１１に所望の
電流を供給して駆動する電力変換器１０、電動機１１の
回転速度を検出する速度検出器(SS)１、電動機１１に流
れる電流を検出する電流検出器１２、この電流検出器１
２から検出する電流帰還信号を３-２軸及びｄ−ｑ軸変
換しベクトル制御におけるｄ軸帰還電流Id′及びｑ軸帰
還電流Iq′とする電流帰還座標変換器１３、界磁弱め制
御器５からの２次磁束基準φ2*とｑ軸トルク電流基準信
号Iq*からすべりωsを演算しすべりωsを積分するすべ
り積分器１４を備えている。
【００２４】本実施の形態の電動機制御装置はさらに、
磁束飽和パターン器６から出力されるｄ軸界磁電流基準
Id*とｄ軸帰還電流Id′の帰還演算により演算されるｄ
軸界磁電流Idを制限するｄ軸界磁電流制限器２１、外部
プラント監視装置のロードリレーの出力から負荷状況を
検知する負荷状況判定器２２、そして、電動機トルク自
体を抑制しないように、２次磁束基準φ2*を減ずること
によりｑ軸トルク電流Iqに対してｄ軸界磁電流抑制分を
補償するｄ軸界磁トルク補償器２３を備えている。な
お、これらの電動機制御装置の構成要素のうち、ｄ軸界
磁電流制限器２１、負荷状況判定器２２及びｄ軸界磁ト
ルク補償器２３を除くほかの構成要素は図８に示した従
来の電動機制御装置の構成要素と同じである。
磁束飽和パターン器６から出力されるｄ軸界磁電流基準
Id*とｄ軸帰還電流Id′の帰還演算により演算されるｄ
軸界磁電流Idを制限するｄ軸界磁電流制限器２１、外部
プラント監視装置のロードリレーの出力から負荷状況を
検知する負荷状況判定器２２、そして、電動機トルク自
体を抑制しないように、２次磁束基準φ2*を減ずること
によりｑ軸トルク電流Iqに対してｄ軸界磁電流抑制分を
補償するｄ軸界磁トルク補償器２３を備えている。な
お、これらの電動機制御装置の構成要素のうち、ｄ軸界
磁電流制限器２１、負荷状況判定器２２及びｄ軸界磁ト
ルク補償器２３を除くほかの構成要素は図８に示した従
来の電動機制御装置の構成要素と同じである。
【００２５】負荷状況判定器２２では、予めインパクト
ドロップ検出レベルとして設定しておく任意の単位時間
当たりの負荷変化量基準レベルL*に対し、外部プラント
制御装置から受け取る実際の負荷変化量Lが基準レベル
を超えた場合、ｄ軸界磁電流Idがｄ軸界磁電流制限器２
１を通過するように選択される。
ドロップ検出レベルとして設定しておく任意の単位時間
当たりの負荷変化量基準レベルL*に対し、外部プラント
制御装置から受け取る実際の負荷変化量Lが基準レベル
を超えた場合、ｄ軸界磁電流Idがｄ軸界磁電流制限器２
１を通過するように選択される。
【００２６】ｄ軸界磁電流制限器２１を通ることで、図
２に示すように界磁抑制期間Tsにおいてｄ軸界磁電流Id
を本来の個々の電動機により決定される大きさよりも抑
えることで、ｄ軸電圧基準Vd*、ひいては出力交流電圧V
acを抑えこむことができる。この界磁抑制期間Ts後、本
来の界磁パターンで決定されるｄ軸界磁電流基準Id*に
戻すことにより、ｄ軸電圧基準Vd*ひいては電機子電圧E
acを界磁抑制期間電圧Vdsから本来の電機子電圧Vdtまで
変化させることができる(この時、速度を回復させるた
め、制御装置は出力電圧限界まで出力する)。この変換器
出力と電動機１１の間に電位差を発生させ電圧余裕を持
たせることが電動機電流のdi/dtを大きくすること、即
ち立ち上がりを改善することにつながり、インパクトド
ロップ時の電動機速度落ち込みを速やかに回復させるこ
とを可能とする。この場合、２次磁束基準φ2*あるいは
ｄ軸界磁電流Idが抑制されたことによる電動機トルクの
不足分を補うため、ｄ軸界磁トルク補償器２３を通して
ｑ軸トルク電流Iqは増加する方向に補償される。
２に示すように界磁抑制期間Tsにおいてｄ軸界磁電流Id
を本来の個々の電動機により決定される大きさよりも抑
えることで、ｄ軸電圧基準Vd*、ひいては出力交流電圧V
acを抑えこむことができる。この界磁抑制期間Ts後、本
来の界磁パターンで決定されるｄ軸界磁電流基準Id*に
戻すことにより、ｄ軸電圧基準Vd*ひいては電機子電圧E
acを界磁抑制期間電圧Vdsから本来の電機子電圧Vdtまで
変化させることができる(この時、速度を回復させるた
め、制御装置は出力電圧限界まで出力する)。この変換器
出力と電動機１１の間に電位差を発生させ電圧余裕を持
たせることが電動機電流のdi/dtを大きくすること、即
ち立ち上がりを改善することにつながり、インパクトド
ロップ時の電動機速度落ち込みを速やかに回復させるこ
とを可能とする。この場合、２次磁束基準φ2*あるいは
ｄ軸界磁電流Idが抑制されたことによる電動機トルクの
不足分を補うため、ｄ軸界磁トルク補償器２３を通して
ｑ軸トルク電流Iqは増加する方向に補償される。
【００２７】このようにして、本発明の第１の実施の形
態では、急峻な負荷変化によるインパクトドロップが発
生した際、図２に示すように期間Tsのみ、ｄ軸界磁電流
Idを抑えることで交流電動機１１に発生する電機子電圧
Eacを抑制する。この際、ｄ軸界磁電流Idが抑制されたこ
とによる電動機トルクの補償を２次磁束基準φ2*を減じ
ｑ軸トルク電流Iqを増加させることで実現する。この界
磁抑制期間Tsは，インパクトドロップによる電動機速度
の回復に比して極僅かな期間である。この界磁抑制期間T
s後、ｄ軸界磁電流Idを本来の界磁弱め制御器５と磁束
飽和パターン器６で決定される値に戻し、図２に示され
るように電動機電圧を界磁抑制期間出力電圧Vdsから本
来の出力電圧Vdtまで変化させることにより変換器出力
電圧と電動機電圧に電位差を生じさせ、電圧余裕を大き
く持たせる。これにより、電動機電流の立ち上がりを改
善することでインパクトドロップ時の電動機速度落ち込
みを速やかに回復させることができるのである。
態では、急峻な負荷変化によるインパクトドロップが発
生した際、図２に示すように期間Tsのみ、ｄ軸界磁電流
Idを抑えることで交流電動機１１に発生する電機子電圧
Eacを抑制する。この際、ｄ軸界磁電流Idが抑制されたこ
とによる電動機トルクの補償を２次磁束基準φ2*を減じ
ｑ軸トルク電流Iqを増加させることで実現する。この界
磁抑制期間Tsは，インパクトドロップによる電動機速度
の回復に比して極僅かな期間である。この界磁抑制期間T
s後、ｄ軸界磁電流Idを本来の界磁弱め制御器５と磁束
飽和パターン器６で決定される値に戻し、図２に示され
るように電動機電圧を界磁抑制期間出力電圧Vdsから本
来の出力電圧Vdtまで変化させることにより変換器出力
電圧と電動機電圧に電位差を生じさせ、電圧余裕を大き
く持たせる。これにより、電動機電流の立ち上がりを改
善することでインパクトドロップ時の電動機速度落ち込
みを速やかに回復させることができるのである。
【００２８】次に、本発明の第２の実施の形態の電動機
制御装置について、図３及び図４に基づいて説明する。
第２の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に
対して界磁シフト演算器２３を追加的に備えたことを特
徴とする。すなわち、負荷状況判定器２２が負荷の急峻
な変化を検知した際、界磁シフト演算器２３により、ｄ
軸界磁電流Idを速度帰還信号ω′から界磁弱め制御器５
の持つ界磁弱めパターン全体をある界磁抑制期間Tsにお
いてパターン全体を低くシフトさせることにより２次磁
束基準φ2*を減じｄ軸界磁電流Idを低く抑える。この場
合にも、２次磁束基準φ2*あるいはｄ軸界磁電流Idが抑
制されたことによる電動機トルクの不足分を補うため、
ｄ軸界磁トルク補償器２３を通してｑ軸トルク電流Iqは
増加する方向に補償される。
制御装置について、図３及び図４に基づいて説明する。
第２の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に
対して界磁シフト演算器２３を追加的に備えたことを特
徴とする。すなわち、負荷状況判定器２２が負荷の急峻
な変化を検知した際、界磁シフト演算器２３により、ｄ
軸界磁電流Idを速度帰還信号ω′から界磁弱め制御器５
の持つ界磁弱めパターン全体をある界磁抑制期間Tsにお
いてパターン全体を低くシフトさせることにより２次磁
束基準φ2*を減じｄ軸界磁電流Idを低く抑える。この場
合にも、２次磁束基準φ2*あるいはｄ軸界磁電流Idが抑
制されたことによる電動機トルクの不足分を補うため、
ｄ軸界磁トルク補償器２３を通してｑ軸トルク電流Iqは
増加する方向に補償される。
【００２９】これにより、電機子電圧Eacをある所望の
界磁抑制時間Tsだけ所定量だけ低く抑え電圧変化幅(電
圧余裕)を持たせることができ、電流立ち上がりを改善
し、インパクトドロップ後の電動機速度回復を速やかに
行うことが可能となる。
界磁抑制時間Tsだけ所定量だけ低く抑え電圧変化幅(電
圧余裕)を持たせることができ、電流立ち上がりを改善
し、インパクトドロップ後の電動機速度回復を速やかに
行うことが可能となる。
【００３０】次に、本発明の第３の実施の形態の電動機
制御装置を、図５に基づいて説明する。第３の実施の形
態は図５に示す構成であり、特に負荷状況判定器２２が
速度帰還信号ω′に基づいて負荷状況を判定するように
した点に特徴を有し、図１に示した第１の実施の形態の
電動機制御装置に対して、速度変換器２５を追加的に備
えている。
制御装置を、図５に基づいて説明する。第３の実施の形
態は図５に示す構成であり、特に負荷状況判定器２２が
速度帰還信号ω′に基づいて負荷状況を判定するように
した点に特徴を有し、図１に示した第１の実施の形態の
電動機制御装置に対して、速度変換器２５を追加的に備
えている。
【００３１】この第３の実施の形態では、速度変換器２
５が速度帰還信号ω′をある単位時間内における速度変
化量(＝L)に換算し、負荷状況判定器２２がその速度変
化量Lが予めインパクトドロップ検出レベルとして設定
した変化量基準レベルL*より大きい場合にインパクトド
ロップ発生と判定することにより、電機子電圧抑制を界
磁抑制期間Tsのみ実施し、電機子電圧Eacの電圧余裕の
拡大によりインパクトドロップからの回復を速やかにす
る。
５が速度帰還信号ω′をある単位時間内における速度変
化量(＝L)に換算し、負荷状況判定器２２がその速度変
化量Lが予めインパクトドロップ検出レベルとして設定
した変化量基準レベルL*より大きい場合にインパクトド
ロップ発生と判定することにより、電機子電圧抑制を界
磁抑制期間Tsのみ実施し、電機子電圧Eacの電圧余裕の
拡大によりインパクトドロップからの回復を速やかにす
る。
【００３２】次に、本発明の第４の実施の形態の電動機
制御装置を、図６に基づいて説明する。第４の実施の形
態の特徴は、単位時間当たりのｑ軸トルク電流Iq*の変
化量Lを演算するｑ軸トルク電流変化量演算器２６を設
け、負荷状況判定器２２内に予めインパクトドロップ検
出レベルとして設定しておく単位時間当たりのｑ軸トル
ク電流変化量基準レベルL*に対して、ｑ軸トルク電流変
化量演算器２６が算出したｑ軸トルク電流変化量Lが基
準レベルL*を超えた場合にインパクトドロップが発生し
たと判定するようにした点にある。
制御装置を、図６に基づいて説明する。第４の実施の形
態の特徴は、単位時間当たりのｑ軸トルク電流Iq*の変
化量Lを演算するｑ軸トルク電流変化量演算器２６を設
け、負荷状況判定器２２内に予めインパクトドロップ検
出レベルとして設定しておく単位時間当たりのｑ軸トル
ク電流変化量基準レベルL*に対して、ｑ軸トルク電流変
化量演算器２６が算出したｑ軸トルク電流変化量Lが基
準レベルL*を超えた場合にインパクトドロップが発生し
たと判定するようにした点にある。
【００３３】この第４の実施の形態によれば、負荷状況
判定器２２において、予めインパクトドロップ検出レベ
ルとして設定してある単位時間当たりのｑ軸トルク電流
変化量基準レベルL*に対してｑ軸トルク電流変化量演算
器２６が算出したｑ軸トルク電流変化量Lが超えた場合
にインパクトドロップが発生したと判定し、ｄ軸界磁電
流Idがｄ軸界磁電流制限器２１を通過するように選択
し、出力電圧抑制を界磁抑制期間Tsのみ実施し、それに
より得られる電機子電圧余裕によりインパクトドロップ
からの回復を速やかにする。
判定器２２において、予めインパクトドロップ検出レベ
ルとして設定してある単位時間当たりのｑ軸トルク電流
変化量基準レベルL*に対してｑ軸トルク電流変化量演算
器２６が算出したｑ軸トルク電流変化量Lが超えた場合
にインパクトドロップが発生したと判定し、ｄ軸界磁電
流Idがｄ軸界磁電流制限器２１を通過するように選択
し、出力電圧抑制を界磁抑制期間Tsのみ実施し、それに
より得られる電機子電圧余裕によりインパクトドロップ
からの回復を速やかにする。
【００３４】次に、本発明の第５の実施の形態の電動機
制御装置を、図７に基づいて説明する。第５の実施の形
態では、負荷状況判定器２２として界磁抑制演算器２７
を備えたことを特徴とする。この界磁抑制演算器２７
は、速度換算器２５からある単位時間の速度帰還信号変
化量Lを入力させ、予めインパクトドロップ検出レベル
として設定される単位時間当たりの速度変化量基準レベ
ルL*を速度帰還変化量Lが超えた場合、そのインパクト
ドロップ量に比例した電圧抑制期間TdL並びに電圧抑制
レベルIdLを動的あるいは線形に算出し、ｄ軸界磁電流I
dがｄ軸界磁電流制限器２１を通過するように選択し、
ｄ軸界磁電流Idを界磁抑制期間TdLだけ電圧抑制レベルI
dLに抑制する。
制御装置を、図７に基づいて説明する。第５の実施の形
態では、負荷状況判定器２２として界磁抑制演算器２７
を備えたことを特徴とする。この界磁抑制演算器２７
は、速度換算器２５からある単位時間の速度帰還信号変
化量Lを入力させ、予めインパクトドロップ検出レベル
として設定される単位時間当たりの速度変化量基準レベ
ルL*を速度帰還変化量Lが超えた場合、そのインパクト
ドロップ量に比例した電圧抑制期間TdL並びに電圧抑制
レベルIdLを動的あるいは線形に算出し、ｄ軸界磁電流I
dがｄ軸界磁電流制限器２１を通過するように選択し、
ｄ軸界磁電流Idを界磁抑制期間TdLだけ電圧抑制レベルI
dLに抑制する。
【００３５】こうして、電圧抑制期間TdLの間だけ、電
圧抑制レベルIdLによりｄ軸界磁電流を抑制することに
より、前述した各実施の形態と同様にインパクトドロッ
プ量に応じた電機子電圧余裕を与えることができ、イン
パクトドロップからの回復をより速やかかつ無駄なく実
行することができる。
圧抑制レベルIdLによりｄ軸界磁電流を抑制することに
より、前述した各実施の形態と同様にインパクトドロッ
プ量に応じた電機子電圧余裕を与えることができ、イン
パクトドロップからの回復をより速やかかつ無駄なく実
行することができる。
【００３６】なお、以上に説明した、電圧変化幅(余裕
度)を持たせ、インパクトドロップからの回復を速やか
に実施する方式は、サイクロコンバータ方式、２レベル
インバータ方式並びにNPCタイプ３レベルインバータ方
式など他の制御方式にも適用することが可能である。
度)を持たせ、インパクトドロップからの回復を速やか
に実施する方式は、サイクロコンバータ方式、２レベル
インバータ方式並びにNPCタイプ３レベルインバータ方
式など他の制御方式にも適用することが可能である。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
急峻な負荷変化によるインパクトドロップが発生した際
に、電動機電流の立ち上がりを改善することでインパク
トドロップによる電動機速度の落ち込みを速やかに回復
させることができる。
急峻な負荷変化によるインパクトドロップが発生した際
に、電動機電流の立ち上がりを改善することでインパク
トドロップによる電動機速度の落ち込みを速やかに回復
させることができる。
【図１】本発明の第１の実施の形態の電動機制御装置の
ブロック図。
ブロック図。
【図２】上記の実施の形態におけるインパクトドロップ
発生時の速度基準、電動機速度、ｑ軸トルク電流帰還、
ｄ軸界磁電流帰還、電動機電機子電圧の関係を示したグ
ラフ。
発生時の速度基準、電動機速度、ｑ軸トルク電流帰還、
ｄ軸界磁電流帰還、電動機電機子電圧の関係を示したグ
ラフ。
【図３】本発明の第２の実施の形態の電動機制御装置の
ブロック図。
ブロック図。
【図４】上記の実施の形態における界磁弱めパターンと
ｄ軸界磁電流の関係を示したグラフ。
ｄ軸界磁電流の関係を示したグラフ。
【図５】本発明の第３の実施の形態の電動機制御装置の
ブロック図。
ブロック図。
【図６】本発明の第４の実施の形態の電動機制御装置の
ブロック図。
ブロック図。
【図７】本発明の第５の実施の形態の電動機制御装置の
ブロック図。
ブロック図。
【図８】従来の電動機制御装置のブロック図。
【図９】従来の電動機制御装置におけるインパクトドロ
ップ発生時の速度基準、電動機速度、ｑ軸トルク電流帰
還、ｄ軸界磁電流帰還、電動機電機子電圧の関係を示し
たグラフ。
ップ発生時の速度基準、電動機速度、ｑ軸トルク電流帰
還、ｄ軸界磁電流帰還、電動機電機子電圧の関係を示し
たグラフ。
１ 速度検出器 ２ １次磁束角演算器 ３ 微分器 ４ 速度制御器 ５ 界磁弱め制御器 ６ 磁束飽和パターン ７ ｄ軸電流制御器 ８ ｑ軸電流制御器 ９ ２−３軸/PWM変換器 １０ 電力変換器 １１ 電動機 １２ 電流検出器 １３ 電流帰還座標変換器 １４ すべり積分器 ２１ ｄ軸界磁電流制限器 ２２ 負荷状況判定器 ２３ ｄ軸界磁トルク補償器 ２４ 界磁シフト演算器 ２５ 速度換算器 ２６ ｑ軸電流変化量演算器 ２７ 界磁抑制演算器
Claims (7)
- 【請求項１】 外部プラント制御装置より速度基準信号
を入力し、その速度基準信号に従い所望の交流電圧並び
に周波数を出力するベクトル制御方式の電動機制御装置
において、 前記外部プラント制御装置から入力される負荷情報より
電動機の負荷状況を判断する負荷状況判定手段と、 前記負荷状況判定手段が負荷変化が急峻であると判定し
たときに、d軸界磁電流をある制限量まで制限するd軸界
磁電流制限手段と、 前記d軸界磁電流制限手段によりd軸界磁電流が抑制され
たことによる電動機トルク不足分をq軸トルク電流を増
やすことにより補償するd軸界磁トルク補償手段とを具
備して成る電動機制御装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載の電動機制御装置におい
て、前記d軸界磁電流制限手段は、前記負荷状況判定手
段が負荷変化が急峻であると判定したときに、界磁パタ
ーンを低くシフトさせ抑えることにより、d軸界磁電流
を低く抑え、ひいては電動機電圧を所定の時間だけ所定
量だけ低く抑えることを特徴とする電動機制御装置。 - 【請求項３】 請求項１に記載の電動機制御装置におい
て、前記負荷状況判定手段は、外部ロードリレーから入
力される負荷信号に基づき、負荷状況を判定することを
特徴とする電動機制御装置。 - 【請求項４】 請求項１に記載の電動機制御装置におい
て、前記負荷状況判定手段は、電動機速度の変化量から
負荷状況を判定することを特徴とする電動機制御装置。 - 【請求項５】 請求項１に記載の電動機制御装置におい
て、前記負荷状況判定手段は、当該装置内で演算される
q軸トルク電流の大きさと予め設定される内部インパク
トドロップ基準量から負荷変化が急峻であるかどうか判
定することを特徴とする電動機制御装置。 - 【請求項６】 請求項１に記載の電動機制御装置におい
て、前記d軸界磁電流制限手段は、前記d軸界磁電流を低
く抑える期間とその際のd軸界磁電流制限量とを単位時
間当たりの電動機速度の変化量に応じて演算し、それら
をインパクトドロップ量に応じて動的並びに線形に変化
させることを特徴とする電動機制御装置。 - 【請求項７】 請求項１に記載の電動機制御装置におい
て、サイクロコンバータ、２レベルインバータ又はNPC
タイプ３レベルインバータのベクトル制御方式に適用し
たことを特徴とする電動機制御装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000280865A JP2002095298A (ja) | 2000-09-14 | 2000-09-14 | 電動機制御装置 |
| KR10-2001-0054002A KR100435243B1 (ko) | 2000-09-14 | 2001-09-04 | 벡터 제어 기능이 있는 전동기 제어 장치 |
| TW090122002A TW538590B (en) | 2000-09-14 | 2001-09-05 | Motor control device with vector control function |
| CNB011326956A CN1223078C (zh) | 2000-09-14 | 2001-09-07 | 具有矢量控制功能的电动机控制装置 |
| US09/952,027 US6541937B2 (en) | 2000-09-14 | 2001-09-14 | Motor control device with vector control function |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000280865A JP2002095298A (ja) | 2000-09-14 | 2000-09-14 | 電動機制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002095298A true JP2002095298A (ja) | 2002-03-29 |
Family
ID=18765617
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000280865A Pending JP2002095298A (ja) | 2000-09-14 | 2000-09-14 | 電動機制御装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6541937B2 (ja) |
| JP (1) | JP2002095298A (ja) |
| KR (1) | KR100435243B1 (ja) |
| CN (1) | CN1223078C (ja) |
| TW (1) | TW538590B (ja) |
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| JP2012253889A (ja) * | 2011-06-02 | 2012-12-20 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp | 電動機駆動システム |
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