JP2002136196A - 誘導電動機の制御方法とその制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】誘導電動機をベクトル制御により可変速制御す
る際に、該電動機の始動時の応答特性を改善する。 【解決手段】トルク指令値を指令する指令値発生手段１
１から電圧指令値演算回路１４の経路に、タイマ２２と
リミッタ設定値演算手段２２とトルクリミッタ２３とを
挿入し、始動信号発生回路１６からの始動信号が有効と
なってからの時間をタイマ２１で計測し、この計測値に
基づいてリミッタ設定値演算手段２２でトルクリミッタ
値を演算し、このトルクリミッタ値以下にトルク指令値
を制限した値を新たなトルク指令値とすることにより、
滑らかな始動を行わせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ベクトル制御に
より誘導電動機を可変速制御する誘導電動機の制御方法
とその制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は、この種の誘導電動機の制御方法
とその制御装置の従来例を示す回路構成図である。

【０００３】図５において、１は自己消弧形素子とダイ
オードの逆並列回路を三相のブリッジ接続してなる電力
変換回路、２は電力変換回路１から後述の座標変換回路
１５で演算された一次電圧ベクトル（Ｖ₁ ^* ）に基づく
交流電圧が供給される誘導電動機、３は電力変換回路２
から誘導電動機２への一次電流ベクトル（Ｉ₁ ）を検出
する電流検出器、１１は誘導電動機２の一次周波数指令
値（ω₁ ^* ）と励磁電流指令値（ｉ_1d ^* ）とトルク指令
値（τ^* ）とを演算する指令値発生手段、１２は前記一
次周波数指令値（ω₁ ^* ）を時間積分した位相角指令値
（θ^* ）を出力する積分回路、１３は前記一次電流ベク
トル（Ｉ₁ ）を前記位相角指令値（θ^* ）に基づく座標
変換を行い、誘導電動機２の励磁電流演算値（ｉ_1d）と
トルク電流演算値（ｉ_1q）とを出力する座標変換器、１
４は前記励磁電流指令値（ｉ_1d ^* ）とトルク指令値（τ
^* ）と励磁電流演算値（ｉ_1d）とトルク電流演算値（ｉ
_1q）とから誘導電動機２の励磁電圧指令値（ｖ_1d ^* ）と
トルク電圧指令値（ｖ_1q ^* ）とを演算する電圧指令値演
算回路、１５は前記励磁電圧指令値（ｖ_1d ^*）とトルク
電圧指令値（ｖ_1q ^* ）とを前記位相角指令値（θ^* ）に
基づく座標変換を行い、誘導電動機２の一次電圧ベクト
ル（Ｖ₁ ^* ）を演算して出力する座標演算回路、１６は
誘導電動機２を始動させるための始動信号を発生する始
動信号発生回路であり、この始動信号が発せられると指
令値発生手段１１が前記一次周波数指令値（ω₁ ^* ）と
励磁電流指令値（ｉ_1d ^* ）とトルク指令値（τ^* ）とを
出力するとともに、電力変換回路２も前記動作を開始す
る。

【０００４】ここで、図６に示す誘導電動機２の等価回
路により一次周波数（ω₁ ）で回転する回転座標系（ｄ
−ｑ軸）から観測した誘導電動機２の電圧方程式は下記
数１の式で表される。なお、行列の肩に文字Ｔを付して
転置行列を示す。

【０００５】

【数１】 ここで、上記数１の式において、ｄ軸の方向と二次磁束
ベクトル（Φ₂ ）の方向とを一致させると、φ_2q＝０と
なる。さらに、誘導電動機２が停止状態からの始動時を
考えて前記ω₁ ＝０，ω_r ＝０とすると、下記数２の式
と数３の式とが導出される。

【０００６】

【数２】

【０００７】

【数３】 ここで、Ｔ₁ ＝Ｌσ／Ｒ₁ は誘導電動機２の一次回路
（図６参照）の時定数、Ｔ₂ ＝Ｌ_m ／Ｒ₂ は誘導電動機
２の二次回路（図６参照）の時定数である。誘導電動機
においては、一般的に、Ｔ₁ ＜Ｔ₂ の関係がある。

【０００８】すなわち、前記数２の式から明らかなよう
に、ｄ軸一次電流（励磁電流とも称する）（ｉ_1d）はｄ
軸一次電圧（ｖ_1d）に対して時定数Ｔ₁ の遅れで立ち上
がる関係にあり、同様に、前記数３の式よりｄ軸二次磁
束（φ_2d）は励磁電流（ｉ_1d）に対して時定数Ｔ₂ の遅
れで立ち上がる関係にある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】誘導電動機のベクトル
制御において、トルクτを発生させるために必要なｑ軸
一次電流（トルク電流とも称する）（ｉ_1q）は下記数４
の式で表される。

【００１０】

【数４】 ここで、前記数２，数３の式より、誘導電動機２は一次
電圧の発生から励磁電流及び二次磁束が立ち上がるまで
に時間を要するため、図５に示した従来の回路構成にお
いて、二次磁束（φ_2d）が立ち上がる前にトルク指令値
（τ^* ）を立ち上げた場合、上記数４の式により過大な
トルク電流（ｉ_1q）が流れ、この電流が突入電流となっ
てショックを発生するため、滑らかな始動が行えないと
いう難点があった。

【００１１】この発明の目的は、上記問題点を解決する
誘導電動機の制御方法とその制御装置を提供することに
ある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この第１の発明は、誘導
電動機の一次周波数指令値と励磁電流指令値とトルク指
令値とに基づくベクトル制御により該電動機を可変速制
御する誘導電動機の制御方法において、前記誘導電動機
への始動信号が有効となってからの時間の経過に伴った
トルクリミッタ設定値を演算し、前記トルク指令値が前
記トルクリミッタ設定値を超えているときには、該トル
ク指令値を該トルクリミッタ設定値に制限した値を新た
なトルク指令値として前記誘導電動機を始動させること
を特徴とする。

【００１３】また第２の発明は、指令値発生手段が出力
する誘導電動機の一次周波数指令値と励磁電流指令値と
トルク指令値とに基づくベクトル制御により該電動機を
可変速制御する誘導電動機の制御装置において、前記誘
導電動機への始動信号が有効となってからの時間を計測
するタイマと、該タイマの計測結果に伴ったトルクリミ
ッタ設定値を演算するリミッタ設定値演算手段と、前記
トルク指令値が前記トルクリミッタ設定値を超えている
ときには、トルク指令値を該トルクリミッタ値に制限す
るトルクリミッタとを備え、前記トルク指令値が前記ト
ルクリミッタで制限されたときは、前記トルクリミッタ
値を新たなトルク指令値として前記誘導電動機を始動さ
せることを特徴とする。

【００１４】第３の発明は前記第２の発明の誘導電動機
の制御装置において、前記リミッタ設定値演算手段には
第１の設定時間と、該第１の設定時間より長い第２の設
定時間とを設け、前記始動信号が有効になってから前記
第１の設定時間までは前記トルクリミッタ設定値を零と
し、前記第１の設定時間から第２の設定時間までは前記
トルクリミッタ値を前記零から所定の値まで連続的に増
大させることを特徴とする。

【００１５】第４の発明は前記第３の発明の誘導電動機
の制御装置において、前記指令値発生手段には前記誘導
電動機の速度指令値と、速度検出値又は速度推定値とか
ら前記トルク指令値を調節演算する速度調節器を設け、
前記始動信号が有効になってから前記第１の設定時間ま
では前記速度指令値を所定の値に保持することを特徴と
する。

【００１６】第５の発明は前記第３又は第４の発明の誘
導電動機の制御装置において、前記第１の設定時間を前
記誘導電動機の一次回路の時定数に対応した値としたこ
とを特徴とする。

【００１７】第６の発明は前記第３又は第４の発明の誘
導電動機の制御装置において、前記第２の設定時間を前
記誘導電動機の二次回路の時定数に対応した値としたこ
とを特徴とする。

【００１８】この発明によれば、前記誘導電動機への始
動信号が有効となってからの時間の経過に伴ったトルク
リミッタ設定値を演算し、前記トルク指令値を該トルク
リミッタ設定値に制限した値を新たなトルク指令値とし
て該誘導電動機を始動させると、該誘導電動機への前述
の突入電流が抑制され、滑らかな始動が行える。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１は、この発明の第１の実施例
を示す誘導電動機の制御方法とその制御装置の回路構成
図であり、図５に示した従来例構成と同一機能を有する
ものには同一符号を付して、ここでは重複する説明を省
略する。

【００２０】すなわち、図１に示した回路構成が図５に
示した従来例構成と異なる点は、指令値発生手段１１が
出力するトルク指令値（τ^* ）から電圧指令値演算回路
１４への経路に、誘導電動機への始動信号が有効になっ
てからの時間を計測するタイマ２１と、タイマ２１の計
測結果をもとにトルクリミッタ設定値を演算するリミッ
タ設定値演算手段２２と、トルク指令値（τ^* ）の大き
さを制限するトルクリミッタ２３とが付加されているこ
とである。

【００２１】図１に示した誘導電動機の制御装置の動作
を、図２に示す動作波形図を参照しつつ、以下に説明す
る。

【００２２】図２において、時刻Ｔ₀ で始動信号発生回
路１６からの始動信号（図２（イ）参照）が有効になる
と、このタイミングで指令値発生手段１１からの誘導電
動機２の一次周波数指令値（ω₁ ^* ）と励磁電流指令値
（ｉ_1d ^* ，図２（ロ）参照）とトルク指令値（τ^* ，図
２（ハ）参照）とが立ち上がる。

【００２３】また、タイマ２１は前記時刻Ｔ₀ より時間
の計測を開始し、この計測値がリミッタ設定値演算手段
２２に取り込まれ、このリミッタ設定値演算手段２２で
は、図２（ニ）に示す如く、該計測値がｔ₁ まではトル
クリミッタ設定値を零に保持し、該計測値がｔ₁ 〜ｔ₂
まではトルクリミッタ設定値を計測値がｔ₂のときに所
定の値になるように零からほぼ直線状に増大させ、該計
測値がｔ₂ を超えるとトルクリミッタ設定値を一定値と
する演算を行っている。

【００２４】従って、図２（ハ）に示すトルク指令値
（τ^* ）がトルクリミッタ２３を通過すると、図２
（ホ）に示す如く、上述のトルクリミッタ設定値により
制限され、この制限された値を新たなトルク指令値（τ
^**）として電圧指令値演算回路１４に入力している。

【００２５】なお、図２（ホ）においては、ｔ₂´時点
でトルク指令値（τ^* ）がトルクリミッタ設定値よりも
小さくなったため、トルク指令値（τ^* ）そのまま新た
なトルク指令値（τ^**）となっている。

【００２６】ここで、前記計測値ｔ₁ を先述の誘導電動
機２の一次回路の時定数Ｔ₁ （＝Ｌσ／Ｒ₁ ）の３〜４
倍程度に設定し、また、前記計測値ｔ₂ を誘導電動機２
の二次回路の時定数Ｔ₂ （＝Ｌ_m ／Ｒ₂ ）の３〜４倍程
度に設定することにより、誘導電動機２の励磁電流（ｉ
_1d）がほぼ確立後、トルク指令値（τ^**）が零からトル
ク指令値（τ^* ）まで滑らかに増大していくので、過大
なトルク電流（ｉ_1q）が抑制され、誘導電動機２を滑ら
かに始動することができる。

【００２７】図３は、この発明の第２の実施例を示す誘
導電動機の制御装置の回路構成図であり、図１に示した
第１の実施例構成と同一機能を有するものには同一符号
を付して、ここでは重複する説明を省略する。

【００２８】すなわち、図３に示した回路構成が図１に
示した回路構成と異なる点は、指令値発生手段１１に代
えて指令値発生手段３１を備え、さらに、速度推定値演
算回路３２が付加されていることである。

【００２９】この速度推定値演算回路３２では、前記励
磁電圧指令値（ｖ_1d ^* ）とトルク電圧指令値（ｖ_1q ^* ）
と励磁電流演算値（ｉ_1d）とトルク電流演算値（ｉ_1q）
とを入力し、周知の技術により誘導電動機２の速度推定
値（ω_rE）を得ている。

【００３０】従って、指令値発生手段３１では誘導電動
機２の速度指令値（ω_r ^* ）と前記速度推定値（ω_rE）
との偏差を零にする調節演算を行う速度調節器を内蔵さ
せ、この演算結果をトルク指令値（τ^* ）として出力す
るようにしている。また、このトルク指令値（τ^* ），
二次抵抗（Ｒ₂ ）などから、周知の技術により、誘導電
動機２の滑り周波数（ω_s ）を求め、この滑り周波数
（ω_s ）と前記速度推定値（ω_rE）とを加算した値を誘
導電動機２の一次周波数指令値（ω₁ ^* ）として出力し
ている。さらに、タイマ２１が計測する計測値が前記ｔ
₁ になるまでは、前記速度調節器への速度指令値を一定
値（例えば、「０」）に保持する機能が追加されてい
る。

【００３１】その結果、誘導電動機２を速度指令値（ω
_r ^* ）になるように始動させるときには、誘導電動機２
の励磁電流（ｉ_1d）がほぼ確立後、前記速度調節器が調
節演算動作を開始し、この演算結果としてのトルク指令
値（τ^* ）も前記ｔ₁ より出力し始めるので、過大なト
ルク電流（ｉ_1q）が抑制され、誘導電動機２を滑らかに
速度指令値（ω_r ^* ）まで加速させることができる。

【００３２】図４は、この発明の第３の実施例を示す誘
導電動機の制御装置の回路構成図であり、図３に示した
第２の実施例構成と同一機能を有するものには同一符号
を付して、ここでは重複する説明を省略する。

【００３３】すなわち、図４に示した回路構成が図３に
示した回路構成と異なる点は、速度推定値演算回路３２
が省略され、代わりに、速度検出器４が誘導電動機２の
出力軸に付加されていることである。

【００３４】従って、指令値発生手段３１での上述の演
算には速度推定値（ω_rE）に代えて、速度検出器４から
の速度検出値（ω_r ）による演算を行えばよい。

【００３５】

【発明の効果】この発明によれば、誘導電動機への始動
時に、この始動時から時間の経過に伴ったトルクリミッ
タ設定値により該誘導電動機のトルク指令値を制限し、
この制限したトルク指令値に基づくベクトル制御により
該誘導電動機を始動させるので、該誘導電動機の滑らか
な始動が行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例を示す回路構成図

【図２】図１の動作を説明する波形図

【図３】この発明の第２の実施例を示す回路構成図

【図４】この発明の第３の実施例を示す回路構成図

【図５】従来例を示す回路構成図

【図６】誘導電動機の等価回路図

【符号の説明】

１…電力変換回路、２…誘導電動機、３…電流検出器、
４…速度検出器、１１…指令値発生手段、１２…積分回
路、１３…座標変換回路、１４…電圧指令値演算回路、
１５…座標変換回路、１６…始動信号発生回路、２１…
タイマ、２２…リミッタ設定値演算手段、２３…トルク
リミッタ、３１…指令値発生手段、３２…速度推定値演
算回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H576 DD02 DD04 EE01 FF01 GG02 GG04 HB01 JJ04 JJ05 JJ18 JJ22 JJ28 LL07 LL14 LL22 LL30 MM02

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 誘導電動機の一次周波数指令値と励磁電
   流指令値とトルク指令値とに基づくベクトル制御により
   該電動機を可変速制御する誘導電動機の制御方法におい
   て、 前記誘導電動機への始動信号が有効となってからの時間
   の経過に伴ったトルクリミッタ設定値を演算し、 前記トルク指令値が前記トルクリミッタ設定値を超えて
   いるときには、該トルク指令値を該トルクリミッタ設定
   値に制限した値を新たなトルク指令値として前記誘導電
   動機を始動させることを特徴とする誘導電動機の制御方
   法。
2. 【請求項２】 指令値発生手段が出力する誘導電動機の
   一次周波数指令値と励磁電流指令値とトルク指令値とに
   基づくベクトル制御により該電動機を可変速制御する誘
   導電動機の制御装置において、 前記誘導電動機への始動信号が有効となってからの時間
   を計測するタイマと、 該タイマの計測結果に伴ったトルクリミッタ設定値を演
   算するリミッタ設定値演算手段と、 前記トルク指令値が前記トルクリミッタ設定値を超えて
   いるときには、該トルク指令値を該トルクリミッタ値に
   制限するトルクリミッタとを備え、 前記トルク指令値が前記トルクリミッタで制限されたと
   きは、前記トルクリミッタ値を新たなトルク指令値とし
   て前記誘導電動機を始動させることを特徴とする誘導電
   動機の制御装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の誘導電動機の制御装置
   において、 前記リミッタ設定値演算手段には第１の設定時間と、該
   第１の設定時間より長い第２の設定時間とを設け、 前記始動信号が有効になってから前記第１の設定時間ま
   では前記トルクリミッタ設定値を零とし、 前記第１の設定時間から第２の設定時間までは前記トル
   クリミッタ値を前記零から所定の値まで連続的に増大さ
   せることを特徴とする誘導電動機の制御装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の誘導電動機の制御装置
   において、 前記指令値発生手段には前記誘導電動機の速度指令値
   と、速度検出値又は速度推定値とから前記トルク指令値
   を調節演算する速度調節器を設け、 前記始動信号が有効になってから前記第１の設定時間ま
   では前記速度指令値を所定の値に保持することを特徴と
   する誘導電動機の制御装置。
5. 【請求項５】 請求項３又は４に記載の誘導電動機の制
   御装置において、 前記第１の設定時間を前記誘導電動機の一次回路の時定
   数に対応した値としたことを特徴とする誘導電動機の制
   御装置。
6. 【請求項６】 請求項３又は４に記載の誘導電動機の制
   御装置において、 前記第２の設定時間を前記誘導電動機の二次回路の時定
   数に対応した値としたことを特徴とする誘導電動機の制
   御装置。