JP2003088198A - 誘導電動機の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】汎用的な可変電圧可変周波数インバータで駆動
される誘導電動機の可変速特性を改善する制御方法を提
供する。 【解決手段】インバータから誘導電動機２への出力電流
と、出力電圧又は該出力電圧を発生させるための該イン
バータへの出力電圧指令値とに基づいて誘導電動機２の
二次磁束演算値とトルク電流演算値とをそれぞれ導出
し、 二次磁束演算値により前記電圧指令値の振幅を補
正しつつ、トルク電流演算値により誘導電動機２のすべ
りを補償する。

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
波数インバータを用い誘導電動機の二次磁束を補正する
ような該インバータの出力電圧を発生しつつ、所謂、速
度センサレスで該電動機を可変速駆動する誘導電動機の
制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の誘導電動機の従来の制御方法と
しては、例えば特開昭５０−１２１７２４号公報に開示
されているように、可変電圧可変周波数インバータ（以
下、単にインバータとも称する）から誘導電動機に給電
される無効電力に基づいて該電動機の二次磁束演算値を
求め、この磁束演算値が該電動機の二次磁束の定格値に
なるように前記インバータの出力電圧を補正して、該イ
ンバータで駆動される誘導電動機の可変速特性を改善す
ることが行われていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来の誘導電動
機の制御方法では、誘導電動機の二次磁束の補正が行わ
れているが該電動機のすべりに対する補償が行われてお
らず、その結果、該電動機の負荷が変動すると、前記電
動機の回転速度もすべり分だけ変動するという難点があ
った。

【０００４】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を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この第１の発明は、可変
電圧可変周波数インバータを用い誘導電動機の二次磁束
を補正するような該インバータの出力電圧を発生しつ
つ、該電動機を可変速駆動する誘導電動機の制御方法に
おいて、前記可変電圧可変周波数インバータから前記誘
導電動機への出力電流と、該インバータから該電動機へ
の出力電圧又は該出力電圧を発生させるための該インバ
ータへの出力電圧指令値とに基づいて該電動機の二次磁
束演算値とトルク電流演算値とをそれぞれ導出し、前記
二次磁束演算値により前記電圧指令値の振幅を補正しつ
つ、前記トルク電流演算値により前記誘導電動機のすべ
り補償を行わせることを特徴とする。

【０００６】第２の発明は前記第１の発明の誘導電動機
の制御方法において、前記誘導電動機の二次磁束演算値
とトルク電流演算値とをそれぞれ導出する際には、前記
誘導電動機の電気定数としての励磁インダクタンスと漏
れインダクタンスとを用いることを特徴とする。

【０００７】また、第３の発明は前記誘導電動機の制御
方法において、前記可変電圧可変周波数インバータから
前記誘導電動機への出力電流と、該インバータから該電
動機への出力電圧又は該出力電圧を発生させるための該
インバータへの出力電圧指令値とに基づいて該電動機の
二次磁束演算値と軸トルク演算値とをそれぞれ導出し、
前記二次磁束演算値により前記電圧指令値の振幅を補正
しつつ、前記軸トルク演算値により前記誘導電動機のす
べり補償を行わせることを特徴とする。

【０００８】第４の発明は前記第３の発明の誘導電動機
の制御方法において、前記誘導電動機の二次磁束演算値
を導出する際には該電動機の電気定数としての励磁イン
ダクタンスと漏れインダクタンスとを用い、前記誘導電
動機の軸トルク演算値を導出する際には該電動機の電気
定数としての一次抵抗値を用いることを特徴とする。

【０００９】この発明によれば、可変電圧可変周波数イ
ンバータを介して誘導電動機の二次磁束を補正しつつ該
電動機を可変速度駆動するときに、後述の如き該電動機
のすべり補償機能を付加することにより、該インバータ
で駆動される誘導電動機の可変速特性をより改善するこ
とができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は、この発明の第１の実施の
形態を示す誘導電動機の制御装置の回路構成図である。

【００１１】図１において、１は後述の制御装置１０か
らの各相の電圧指令ｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ _w ^*（交流量）をＰＷ
Ｍ演算して内蔵するインバータ主回路を形成するそれぞ
れの半導体スイッチへのオン，オフ駆動信号に変換し、
このオン，オフ駆動信号に基づき前記インバータ主回路
から三相の出力電圧を発生するインバータ、２はインバ
ータ１から給電される誘導電動機、３はインバータ１か
ら誘導電動機２に流れる各相の電流ｉ_u，ｉ_v，ｉ_wを検
出する電流検出器、１０はインバータ１を介した誘導電
動機２を可変速制御する制御装置である。

【００１２】この制御装置１０には磁束指令演算器１１
と、乗算演算器１２と、加算演算器１３，１４と、電圧
指令演算器１５と、積分演算器１６と、ベクトル回転器
１７と、磁束・トルク電流演算器１８と、加算演算器１
９と、磁束調節器２０と、すべり演算器２１とを備えて
いる。

【００１３】図1に示した制御装置１０において、先
ず、磁束指令演算器１１は外部から指令される角周波数
指令ω^*を誘導電動機２の二次磁束指令φ₂ ^*に変換する
演算を行うが、図示の如く角周波数指令ω^*が誘導電動
機２の定格角周波数までは一定値の二次磁束指令φ₂ ^*を
出力し、該定格角周波数を越えると角周波数指令ω^*に
反比例した値の二次磁束指令φ₂ ^*を出力する。加算演算
器１３は角周波数指令ω ^*と後述のすべり角周波数の演
算値ω_slとを加算した誘導電動機２の一次角周波数指令
ω₁ ^*を出力する。乗算演算器１２では二次磁束指令φ₂ ^*
と一次角周波数指令ω₁ ^*とを乗算して得られる誘導電動
機２の一次電圧基準値を出力するが、周知の如く、角周
波数指令ω^*に比してすべり周波数の演算値ω_slの値は
僅かであるため、前記一次電圧基準値は角周波数指令ω
^*が前記定格角周波数までは角周波数指令ω^*にほぼ比例
して増大し、前記定格角周波数を越えると、この領域で
は前記一次電圧基準値はほぼ一定値となる。

【００１４】次に、加算演算器１４は前記一次電圧基準
値に後述の磁束調節器２０の出力である誘導電動機２の
二次磁束補正のための一次電圧補正値とを加算した誘導
電動機２の一次電圧Ｖ₁の絶対値（大きさ）に対応した
出力電圧指令値｜Ｖ₁ ^*｜を出力する。電圧指令演算器１
５では前記出力電圧指令値｜Ｖ₁ ^*｜に対応した振幅と
し、前記一次角周波数指令ω₁ ^*を積分演算器１６での時
間積分演算で得られる角度指令θ^*に基づいた三相の電
圧指令ｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ_w ^*それぞれに変換している。

【００１５】また、ベクトル回転器１７では電流検出器
２で得られた検出値ｉ_u，ｉ_v，ｉ_wを前記角度指令θ^*に
基づくベクトル回転演算により直交した２軸（ｄ−ｑ
軸）の値ｉ_1d，ｉ_1qに変換している。

【００１６】以下に、図1に示した実施形態回路構成図
におけるこの発明の主要な構成要素である磁束・トルク
電流演算器１８，加算演算器１９，磁束調節器２０，す
べり演算器２１それぞれの動作を、図２に示す誘導電動
機のＴ−１形等価回路図を参照しつつ、説明する。

【００１７】図２において、誘導電動機の無効電力Ｑは
該電動機の一次角周波数をω₁とすると、下記式（１）
で表される。

【００１８】

【数１】

【００１９】また、誘導電動機の二次磁束φ₂は、下記
式（２）で表される。

【００２０】

【数２】

【００２１】上記式（１），式（２）から二次磁束φ₂
は下記式（３）となる。

【００２２】

【数３】

【００２３】すなわち磁束・トルク電流演算器１８では
一方の演算動作として、前記ω₁ ^*と｜Ｖ₁ ^*｜とｉ_1dとｉ
_1qとをそれぞれ入力し、実効値Ｉ₁及びＩ_1dを求め、前
記Ｑと等価なＶ₁ ^*・Ｉ_1dを演算し、これらの値と誘導電
動機２の電気定数として温度変化による影響の無い励磁
インダクタンスＬｍと漏れインダクタンスＬσとを前記
式（３）に当てはめた誘導電動機２の二次磁束演算値φ
_2Eを導出している。

【００２４】加算演算器１９では前記φ₂ ^*とφ_2Eとの偏
差を求め、この偏差を零にする調節演算を磁束調節器２
０に行わせ、この調節演算結果を誘導電動機２の二次磁
束φ ₂を補正するための一次電圧補正値として出力する
ことにより、インバータ１で駆動される誘導電動機２の
可変速特性を改善している。

【００２５】また、図２において、一次電流Ｉ₁とトル
ク電流Ｉ_Tと励磁電流Ｉ_Mには下記式（４）の関係があ
る。

【００２６】

【数４】

【００２７】前記式（２），式（３）から励磁電流Ｉ_M
は下記式（５）で表される。

【００２８】

【数５】

【００２９】上記式（４），式（５）からトルク電流Ｉ
_Tは、下記式（６）で表される。

【００３０】

【数６】

【００３１】すなわち磁束・トルク電流演算器１８では
他方の演算動作として、前記ω₁ ^*と｜Ｖ₁ ^*｜とｉ_1dとｉ
_1qとをそれぞれ入力し、実効値Ｉ₁及びＩ_1dを求め、前
記Ｑと等価なＶ₁ ^*・Ｉ_1dを演算し、これらの値と誘導電
動機２の電気定数としての励磁インダクタンスＬｍと漏
れインダクタンスＬσとを前記式（６）に当てはめた誘
導電動機２のトルク電流演算値Ｉ_TEを導出している。

【００３２】すべり演算器２１では前記φ₂ ^*とＩ_TEとを
入力し、さらに誘導電動機２の二次抵抗Ｒ₂を用いて、
該電動機のすべり角周波数の演算値ω_slとして、下記式
（７）の演算を行っている。

【００３３】

【数７】

【００３４】図３は、この発明の第２の実施の形態を示
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の実施形態回路と同一機能を有するものには同
一符号を付して、ここではその説明を省略する。

【００３５】すなわち、図３に示した制御装置３０が図
1に示した制御装置１０と異なる点は、磁束・トルク電
流演算器１８とすべり演算器２１に代えて、磁束演算器
３１とトルク演算器３２とすべり演算器３３とを備えて
いることである。

【００３６】磁束演算器３１は前記ω₁ ^*と｜Ｖ₁ ^*｜とｉ
_1dとｉ_1qとをそれぞれ入力し、実効値Ｉ₁及びＩ_1dを求
め、前記Ｑと等価なＶ₁ ^*・Ｉ_1dを演算し、これらの値と
誘導電動機２の電気定数としての励磁インダクタンスＬ
ｍと漏れインダクタンスＬσとを前記式（３）に当ては
めた誘導電動機２の二次磁束演算値φ_2Eを導出してい
る。

【００３７】また、トルク演算器３２では、前記ω₁ ^*と
｜Ｖ₁ ^*｜とｉ_1dとｉ_1qとをそれぞれ入力し、実効値Ｉ_1d
及びＩ_1qを求め、さらに誘導電動機２の一次電圧ベクト
ルＶ _1d及びＶ_1qを求め、誘導電動機２の一次抵抗Ｒ₁を
用いると、誘導電動機２の軸トルクの演算値τ_Eは誘導
電動機２の一次磁束ベクトルφ_1d及びφ_1qと前記ｉ_1d及
びｉ_1qの外積から、下記式（８）のように表される。

【００３８】

【数８】

【００３９】すべり演算器３３では前記φ₂ ^*とτ_Eとを
入力し、トルク電流演算値Ｉ_TEとしてＩ_TE＝τ_E／φ₂ ^*
を求め、さらに誘導電動機２の二次抵抗Ｒ₂を用いて該
電動機のすべり角周波数の演算値ω_slとして、前記式
（７）の演算を行っている。

【００４０】なお、図１及び図３に示したこの発明の実
施形態回路では、インバータ１の出力電圧指令値を用い
た回路構成であるが、この出力電圧指令値の代わりにイ
ンバータ１の出力電圧を検出して誘導電動機２を制御し
てもよい。

【００４１】

【発明の効果】この発明によれば、誘導電動機が定格周
波数以内の運転では出力電圧と出力周波数の比をほぼ一
定にし、定格周波数以上の運転では前記出力電圧をほぼ
一定にし出力周波数のみ可変にする可変電圧可変周波数
インバータ（一般に、ＶＶＶＦインバータと称される）
において、該電動機の二次磁束の補正に加えて、前記電
動機のすべりに対する補償も行う制御機能を付加するこ
とにより、前記インバータで駆動される誘導電動機の可
変速特性をより改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第1の実施の形態を示す誘導電動機
の制御装置の回路構成図

【図２】誘導電動機のＴ−１形等価回路図

【図３】この発明の第２の実施の形態を示す誘導電動機
の制御装置の回路構成図

【符号の説明】

1…インバータ、２…誘導電動機、３…電流検出器、１
０…制御装置、１１…磁束指令演算器、１２…乗算演算
器、１３，１４…加算演算器、１５…電圧指令演算器、
１６…積分演算器、１７…ベクトル回転器、１８…磁束
・トルク電流演算器、１９…加算演算器、２０…磁束調
節器、２１…すべり演算器、３０…制御装置、３１…磁
束演算器、３２…トルク演算器、３３…すべり演算器。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H576 BB10 DD02 DD04 EE01 EE03 EE07 GG10 HB01 JJ05 JJ06 JJ22 JJ24 JJ25 JJ28 LL22 LL30 LL34 LL38

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可変電圧可変周波数インバータを用い誘
   導電動機の二次磁束を補正するような該インバータの出
   力電圧を発生しつつ、該電動機を可変速駆動する誘導電
   動機の制御方法において、 前記可変電圧可変周波数インバータから前記誘導電動機
   への出力電流と、該インバータから該電動機への出力電
   圧又は該出力電圧を発生させるための該インバータへの
   出力電圧指令値とに基づいて該電動機の二次磁束演算値
   とトルク電流演算値とをそれぞれ導出し、 前記二次磁束演算値により前記電圧指令値の振幅を補正
   しつつ、前記トルク電流演算値により前記誘導電動機の
   すべり補償を行わ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】 請求項１に記載の誘導電動機の制御方法
   において、 前記誘導電動機の二次磁束演算値とトルク電流演算値と
   をそれぞれ導出する際には、前記誘導電動機の電気定数
   としての励磁インダクタンスと漏れインダクタンスとを
   用いることを特徴とする誘導電動機の制御方法。
3. 【請求項３】 可変電圧可変周波数インバータを用い誘
   導電動機の二次磁束を補正するような該インバータの出
   力電圧を発生しつつ、該電動機を可変速駆動する誘導電
   動機の制御方法において、 前記可変電圧可変周波数インバータから前記誘導電動機
   への出力電流と、該インバータから該電動機への出力電
   圧又は該出力電圧を発生させるための該インバータへの
   出力電圧指令値とに基づいて該電動機の二次磁束演算値
   と軸トルク演算値とをそれぞれ導出し、 前記二次磁束演算値により前記電圧指令値の振幅を補正
   しつつ、前記軸トルク演算値により前記誘導電動機のす
   べり補償を行わせることを特徴とする誘導電動機の制御
   方法。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の誘導電動機の制御方法
   において、 前記誘導電動機の二次磁束演算値を導出する際には、該
   電動機の電気定数としての励磁インダクタンスと漏れイ
   ンダクタンスとを用い、 前記誘導電動機の軸トルク演算値を導出する際には、該
   電動機の電気定数としての一次抵抗値を用いることを特
   徴とする誘導電動機の制御方法。