JP2003009597A - 電動機駆動用電力変換装置の出力電圧モニタ装置 - Google Patents

電動機駆動用電力変換装置の出力電圧モニタ装置

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JP2003009597A
JP2003009597A JP2001185901A JP2001185901A JP2003009597A JP 2003009597 A JP2003009597 A JP 2003009597A JP 2001185901 A JP2001185901 A JP 2001185901A JP 2001185901 A JP2001185901 A JP 2001185901A JP 2003009597 A JP2003009597 A JP 2003009597A
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Tatsuya Yamada
達也 山田
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Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】電動機駆動用電力変換装置が備えている交流電
圧検出器での検出が困難な周波数で運転中でも、正確な
交流電圧を検出できるようにして、当該電力変換装置の
調整を容易にすることにある。 【解決手段】電動機17の一次電流を二次磁束に垂直な
T軸電流成分と平行なM軸電流成分とに分離し、各電流
成分をそれぞれの指令値に一致させるT軸電流調節器8
とM軸電流調節器9電流調節器を別個に備え、T軸電流
調節器8が出力するT軸電圧指令値VT * とM軸電流調
節器9が出力するM軸電圧指令値VM * とを交流電圧演
算回路31でのベクトル合成により交流電圧演算値を得
る。または、電力変換装置の出力電圧を検出する従来の
交流電圧検出回路と、前記交流電圧演算回路31で得ら
れる交流電圧演算値のいずれかを選択する電圧値選択回
路32を備え、電力変換装置の出力周波数に対応して、
誤差が少ないほうの交流電圧を選択する。

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、可変電圧・可変
周波数の交流電力を出力して電動機を可変速駆動させる
電力変換装置が出力する交流電圧をモニタする電動機駆
動用電力変換装置の出力電圧モニタ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図3はベクトル制御により可変電圧・可
変周波数の交流電力を出力して電動機を可変速駆動させ
る電力変換装置の従来例を示したブロック回路図であ
る。この従来例回路では、交流電源12からの交流電力
をインバータ13が所望の電圧と周波数の交流電力に変
換し、誘導電動機17を可変速運転させることにより、
負荷18を駆動する。符号16は誘導電動機17に結合
されてその回転速度を検出するパルスエンコーダであ
る。
【0003】速度設定器1は、誘導電動機17が運転す
べきωr # なる回転速度を設定している。速度指令演算
回路2は、その出力を予め定めた加速度に従って変化さ
せながら、最終的にはこれに入力する速度設定値ωr #
に一致した値となる速度指令値ωr * を出力する。一方
で、誘導電動機17に結合されているパルスエンコーダ
16からフィードバックされる信号は、速度演算器19
により処理されて電動機回転速度ωr となる。速度調節
器3は、これら速度指令値ωr * と電動機回転速度ωr
との偏差を入力して、調節動作によりその入力偏差を零
にするべき制御信号としてトルク指令値τ* を出力す
る。また磁束指令演算回路4は、前述の電動機回転速度
ωr を入力して、その回転速度に対応した二次磁束指令
値φ2 * を演算するのであるが、入力する電動機回転速
度ωr が基底回転速度に達するまでは100%指令を出
力するが、基底回転速度以上ではこれが出力する二次磁
束指令値φ2 * を、入力する回転速度に反比例して低下
させるものとする。
【0004】除算器5は、速度調節器3が出力するトル
ク指令値τ* を磁束指令演算回路4で演算された二次磁
束指令値φ2 * で除算する演算(数式1を参照)を行う
ことにより、誘導電動機17の一次電流の二次磁束に垂
直な電流指令値(以下ではT軸電流指令値と称する)I
T * を出力する。
【0005】
【数1】IT * =τ* /φ2 * また、M軸電流指令値演算器7は、磁束指令演算回路4
が演算する二次磁束指令値φ2 * を入力して、下記の数
式2に示す演算を行うことで、誘導電動機17の一次電
流の二次磁束に平行な電流指令値(以下ではM軸電流指
令値と称する)IM * を出力する。但しLm は誘導電動
機17の励磁インダクタンスである。
【0006】
【数2】IM * =φ2 * /Lm 2組の電流センサ14は、誘導電動機17の一次側を流
れるU,V,W各相を流れる電流IU ,IV ,IW を検
出する。これら各相検出電流は、第2座標変換器11で
一次電流の二次磁束に平行な電流(以下ではM軸電流検
出値と称する)IM と、一次電流の二次磁束に垂直な電
流(以下ではT軸電流検出値と称する)IT とに変換さ
れる。ここでU相巻線と電動機二次磁束とのなす角度を
Γ2 とすると、下記の数式3と数式4に示す変換が行わ
れる。
【0007】
【数3】IT =IU ・ cosΓ2 +IV ・ cos(Γ2 − 2
π/3)+IW ・ cos(Γ2 + 2π/3)
【0008】
【数4】IM =IU ・ sinΓ2 +IV ・ sin(Γ2 − 2
π/3)+IW ・ sin(Γ2 + 2π/3) T軸電流調節器8は、前述したT軸電流指令値IT *
T軸電流検出値IT との偏差を入力し、当該調節器の調
節動作により、その入力偏差を零にするT軸電圧指令値
T * を出力する。M軸電流調節器9も同様に、M軸電
流指令値IM *とM軸電流検出値IM との偏差を入力し
て、調節動作によりその入力偏差を零にするM軸電圧指
令値VM * を出力する。
【0009】第1座標変換器10は、これに入力するT
軸電圧指令値VT * とM軸電圧指令値VM * から、下記
の数式5,数式6および数式7に示す演算により、U相
電圧指令値VU * とV相電圧指令値VV * とW相電圧指
令値VW * とを得る。
【0010】
【数5】 VU * =VM * ・ cosΓ2 +VT * ・ sinΓ2
【0011】
【数6】VV * =VM * ・ cos(Γ2 − 2π/3)+VT
* ・ sin(Γ2 − 2π/3)
【0012】
【数7】VW * =VM * ・ cos(Γ2 + 2π/3)+VT
* ・ sin(Γ2 + 2π/3) これら各相電圧指令値VU * ,VV * ,VW * は、イン
バータ13により所望の電圧と周波数の交流電力に変換
されて誘導電動機17へ供給される。
【0013】滑り周波数演算器6は、T軸電流指令値I
T * と二次磁束指令値φ2 * を入力し、数式8に従って
滑り周波数ωslを演算する。但しR2 は誘導電動機17
の二次時定数である。
【0014】
【数8】ωsl=R2 ・IT * /φ2 * また、ロータ周波数演算器20は、電動機回転速度ωr
を入力して数式9によりロータ周波数ω2 を演算する。
但しPは誘導電動機17の極数である。
【0015】
【数9】ω2 =ωr ・P/2 このようにして得られた滑り周波数ωslとロータ周波数
ω2 とを加算し、この加算結果であるωl を積分器15
で積分演算することにより、U相巻線と電動機二次磁束
とのなす角度Γ2 が得られ、これを第1座標変換器10
と第2座標変換器11での座標変換演算に使用される。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】図3の従来例回路にお
いて、電動機駆動装置であるインバータ13が出力する
交流電圧は、例えば計器用変圧器で構成されている電圧
センサ22と交流電圧検出回路23とで検出・処理がな
された後に、電圧表示器24によって表示されることに
より、外部での電圧確認が可能になる。しかしながら電
動機を駆動する周波数が高くなって、例えば1000ヘ
ルツ程度まで上昇すると、電圧センサ22で検出可能な
周波数範囲を越えることになり、表示される交流電圧の
値に大きな誤差を含むようになる。すなわち電圧表示器
24による表示値が正しくないことから、この電圧表示
器24の表示値を参照しながら当該インバータ13を含
む制御装置を調整するわけにはいかない。従って、調整
にあたっては別途の計測機器が必要になる。また、別途
の計測機器を使用できない場合は、特定の技術者による
調整が必要になるなどの不便を生じることになる。
【0017】そこでこの発明の目的は、電動機駆動用電
力変換装置が備えている交流電圧検出器での検出が困難
な周波数で運転中でも、正確な交流電圧を検出できるよ
うにして、当該電力変換装置の調整を容易にすることに
ある。
【0018】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、この発明の電動機駆動用電力変換装置の出力電圧
モニタ装置は、電動機の一次電流を二次磁束に平行な成
分と垂直な成分とに分離し、各電流成分をそれぞれの指
令値に一致させる電流調節器を別個に備えて指令値通り
の電流を流すことにより、前記電動機のトルクと速度を
制御する電動機駆動用電力変換装置において、前記各電
流調節器の出力値をベクトル合成して交流電圧を演算す
る交流電圧演算回路を備える。
【0019】または、前記電力変換装置が出力する交流
電力の電圧を検出する交流電圧検出回路と、前記各電流
調節器の出力値をベクトル合成して交流電圧を演算する
交流電圧演算回路と、これら交流電圧検出回路の出力値
と交流電圧演算回路の出力値のいずれかを選択する電圧
値選択回路とを備え、当該電力変換装置が出力する交流
電力の周波数に対応していずれかの交流電圧を選択す
る。
【0020】
【発明の実施の形態】図1は本発明の第1実施例を表し
たブロック回路図であるが、この第1実施例回路は、図
3で既述の従来例回路に交流電圧演算回路31と電圧値
選択回路32を付加した構成であって、これ以外は全て
図3の従来例回路と同じであるから、同じ部分の説明は
省略する。
【0021】交流電圧演算回路31は、T軸電流調節器
8が出力するT軸電圧指令値VT *とM軸電流調節器9
が出力するM軸電圧指令値VM * とを入力し、この両者
をベクトル合成する。すなわち下記の数式10に示す演
算によりベクトル合成がなされて、交流電圧演算値VAC
が得られる。
【0022】
【数10】VAC={(VT * 2 +(VM * 2 1/2 図2は図1の実施例回路に記載の電圧値選択回路の構成
を表した回路構成図であって、回路切り換え器33とヒ
ステリシスコンパレータ34とで電圧値選択回路32を
構成している。
【0023】図2において、回路切り換え器33は、交
流電圧検出回路23から得られる交流電圧Vと交流電圧
演算回路31が演算する交流電圧演算値VACのいずれか
を選択して電圧表示器24へ出力する。またヒステリシ
スコンパレータ34は、滑り周波数ωslとロータ周波数
ω2 の和である交流周波数ωl を入力して、この交流周
波数ωl が予め定めた値に到達したときに回路切り換え
器33へ切り換え信号を発する。このコンパレータには
ヒステリシスを持たせてあるので、交流周波数ωl が切
り換え値付近にあっても、切り換え動作にばたつきを生
じるのを防止することができる。
【0024】交流電圧検出回路23が出力する交流電圧
Vに含まれる誤差は、周波数の上昇と共に増大する。ま
た交流電圧演算回路31が演算する交流電圧演算値VAC
には、インバータ13の変換に伴う誤差が含まれている
ので、周波数が低いときには後者の誤差は前者よりも大
である。しかし誘導電動機17を可変速運転させる際に
は、電圧/周波数の比率が常に一定値となるように制御
するから、周波数が高くなるのに従って電圧も高くなる
から、インバータ13の変換誤差の影響は小さくなる。
すなわちω0 以下の周波数領域では交流電圧Vに含まれ
る誤差のほうが小さく、ω0 を越える周波数領域では交
流電圧演算値VACに含まれる誤差のほうが小さくなる。
そこでこの周波数ω0 をヒステリシスコンパレータ34
の動作点にすれば良い。
【0025】
【発明の効果】可変電圧・可変周波数の交流電力を出力
するベクトル制御インバータは、その出力する交流電力
の電圧と周波数の比率を一定に保ちながら周波数を変化
させることにより、交流電動機を所望の回転速度で駆動
する。このときの出力周波数が例えば1000ヘルツ程
度の高い値に達する場合には、通常の交流電圧検出器で
は、周波数が高くなるのに従って検出する交流電圧に含
まれる誤差が大きくなる。よってこの誤差を含んだ交流
電圧を、例えば装置の調整に使用すると不具合を生じて
しまう。これに対して本発明では、インバータを制御す
るT軸電圧指令値とM軸電圧指令値とをベクトル合成す
ることで交流電圧を得ているので、高い周波数領域での
誤差は、従来の交流電圧検出装置よりも小さくなり、調
整に特別な計測装置が不要になる効果が得られる。更
に、特定の周波数に達すれば従来の交流電圧検出装置か
らベクトル合成による交流電圧の演算に切り換えること
で、検出する交流電圧に含まれる誤差を小さい値に抑制
できる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を表したブロック回路図
【図2】図1の実施例回路に記載の電圧選択回路の構成
を表した回路構成図
【図3】ベクトル制御により可変電圧・可変周波数の交
流電力を出力して電動機を可変速駆動させる電力変換装
置の従来例を示したブロック回路図
【符号の説明】
3 速度調節器 4 磁束指令演算回路 5 除算器 6 滑り周波数演算器 7 M軸電流指令値演算器 8 T軸電流調節器 9 M軸電流調節器 14 電流センサ 22 電圧センサ 23 交流電圧検出回路 24 電圧表示器 31 交流電圧演算回路 32 電圧値選択回路 33 回路切り換え器 34 ヒステリシスコンパレータ IM * M軸電流指令値 IT * T軸電流指令値 VM * M軸電圧指令値 VT * T軸電圧指令値 ωr 電動機回転速度

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電動機の一次電流を二次磁束に平行な成分
    と垂直な成分とに分離し、各電流成分をそれぞれの指令
    値に一致させる電流調節器を別個に備えて指令値通りの
    電流を流すことにより、前記電動機のトルクと速度を制
    御する電動機駆動用電力変換装置において、 前記各電流調節器の出力値をベクトル合成して交流電圧
    を演算する交流電圧演算回路を備えることを特徴とする
    電動機駆動用電力変換装置の出力電圧モニタ装置。
  2. 【請求項2】電動機の一次電流を二次磁束に平行な成分
    と垂直な成分とに分離し、各電流成分をそれぞれの指令
    値に一致させる電流調節器を別個に備えて指令値通りの
    電流を流すことにより、前記電動機のトルクと速度を制
    御する電動機駆動用電力変換装置において、 前記電力変換装置が出力する交流電力の電圧を検出する
    交流電圧検出回路と、前記各電流調節器の出力値をベク
    トル合成して交流電圧を演算する交流電圧演算回路と、
    これら交流電圧検出回路の出力値と交流電圧演算回路の
    出力値のいずれかを選択する電圧値選択回路とを備え、
    当該電力変換装置が出力する交流電力の周波数に対応し
    ていずれかの交流電圧を選択することを特徴とする電動
    機駆動用電力変換装置の出力電圧モニタ装置。
JP2001185901A 2001-06-20 2001-06-20 電動機駆動用電力変換装置の出力電圧モニタ装置 Pending JP2003009597A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100559191C (zh) * 2006-06-19 2009-11-11 富士电机系统株式会社 高频电源装置的直流电流检测方法和装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN100559191C (zh) * 2006-06-19 2009-11-11 富士电机系统株式会社 高频电源装置的直流电流检测方法和装置

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