JP2007151290A - 誘導電動機のトルク制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２次抵抗を補正することにより、精度の高いトルク制御が実現できる誘導電動機のトルク制御装置を得る。
【解決手段】誘導電動機４の１次電流を２次導体に鎖交する磁束成分と、これに直交するトルク分に分離し、トルク指令値に従って制御するものにおいて、トルク基準からトルク指令値の実効値を演算するトルク実効値演算手段１０１と、電動機の放熱係数を設定する熱定数設定手段１０２と、前記放熱係数とトルク実効値と周囲温度から熱平衡時の２次導体温度を演算する温度演算手段１０３と、前記熱平衡時の２次導体温度演算値から熱遷移時の過渡温度を演算する一次遅れ演算手段１０４と、前記過渡温度から２次導体の抵抗値を演算する抵抗値演算手段１０５とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、誘導電動機のベクトル制御に係わり、特に温度変化による２次抵抗値変化を補償するようにした誘導電動機のトルク制御装置に関するものである。

従来の誘導電動機のトルク制御装置においては、電動機の１次導体温度を検出し、運転状態に応じた所定の関数演算により、１次導体温度検出値から２次導体温度を推定する方式が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、電動機のトルク電流指令値から２次導体の損失を算出し、２次導体温度を、２次導体損失に対し１次遅れ系として演算する方式が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開昭５７−８０２８４号公報 特開昭５８−１７２９８７号公報

特許文献１に記載された従来の方法によれば、温度検出する為に、電動機側に温度検出器を内蔵しなければならない。また電動機の温度検出器の特性と、制御装置の温度検出増幅器の特性を整合する必要がある。このため、電動機または制御装置の一方のみを更新する場合、特性が整合しない機器同士では更新ができないなどの問題点がある。
また、特許文献２に記載された２次導体損失から温度上昇を推定する従来の方法によれば、温度上昇と周囲温度の差による放熱効果の差などが考慮されていないため、正確な温度検出が難しいという問題点がある。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、誘導電動機の２次導体温度を電動機の温度検出器から求めるのに代え、電動機の熱モデルを利用することにより２次導体温度を求め、この温度検出値から２次抵抗を補正することにより、精度の高いトルク制御が実現できる誘導電動機のトルク制御装置を提供することを目的とする。

この発明に係る誘導電動機のトルク制御装置においては、誘導電動機の１次電流を２次導体に鎖交する磁束成分と、これに直交するトルク分に分離し、トルク指令値に従って制御するものにおいて、トルク基準からトルク指令値の実効値を演算するトルク実効値演算手段と、電動機の放熱係数を設定する熱定数設定手段と、前記放熱係数とトルク実効値と周囲温度から熱平衡時の２次導体温度を演算する温度演算手段と、前記熱平衡時の２次導体温度演算値から熱遷移時の過渡温度を演算する一次遅れ演算手段と、前記過渡温度から２次導体の抵抗値を演算する抵抗値演算手段と、を備えたものである。

この発明によれば、電動機の放熱係数と周囲温度とトルク指令実効値から熱平衡状態における電動機２次導体温度を演算し、さらに熱遷移状態の過渡温度を熱平衡状態温度と熱時定数を用いて演算することにより、２次導体温度を精度良く演算できる結果、高精度のトルク制御を実現できる。

さらに、これらはトルク指令値ならびに周囲温度を用いて演算する為、電動機の導体温度を検出する必要がない。このため、電動機導体温度を用いて２次抵抗を補償する方式のベクトル制御インバータに、この発明の温度演算手段の出力信号を電動機温度信号の代わりに入力することにより、電動機は温度検出器が不要となり、電動機とインバータの組合せの自由度が増すという効果がある。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１における誘導電動機のトルク制御装置を図１に基づいて説明する。図１において、１はトルク電流基準値Ｉ_２を発生するトルク基準発生手段、２はベクトル演算手段、３は電力変換手段、４は誘導電動機、５は速度検出手段、６は誘導電動機４の周囲温度を検出する温度検出手段、１０はこの発明による２次導体抵抗値演算手段である。この発明による２次導体抵抗値演算手段１０は、トルク基準からトルク指令値の実効値を演算するトルク実効値演算手段１０１と、誘導電動機４の放熱係数を設定する熱定数設定手段１０２と、前記放熱係数とトルク実効値と周囲温度から熱平衡時の２次導体温度を演算する温度演算手段１０３と、前記熱平衡時の２次導体温度演算値から熱遷移時の過渡温度を演算する一次遅れ演算手段１０４と、前記過渡温度から２次導体の抵抗値を演算する抵抗値演算手段１０５とから構成されている。

次に動作について説明する。先ず、ベクトル演算手段２について説明する。ベクトル演算手段２は、トルク基準発生手段１より出力したトルク電流Ｉ_２と図１には図示していない励磁電流発生基準より出力した励磁電流Ｉ_０から、一次電流値Ｉ_１、トルク電流と励磁電流との位相角θ、すべり周波数ωｓを次式に基き算出する。

ただし、Ｒ２は電動機の２次抵抗値、Ｌ２は２次インダクタンスである。

さらにすべり周波数ωｓと速度検出手段５の出力である速度検出値ωｎを加算し、１次角周波数ω０を求める。電力変換手段３は、１次電流Ｉ１と位相角θと１次角周波数ω０から一次電流Ｉ_Ｒ、Ｉ_Ｓ、Ｉ_Ｔを求め、この電流指令に従って誘導電動機４に電力を供給する。

以上のようなベクトル制御において、誘導電動機４の温度上昇により２次導体の抵抗値が変化すると、（数１）で明らかなようにすべり周波数の変動となり、ひいては１次電流の位相ずれとなり正確なベクトル制御ができなくなる。そこで、この発明では次に示す方法により２次導体の温度上昇を演算し、正確な２次抵抗値を求める。

ここで、２次導体の温度上昇はそのほとんどが２次銅損Ｑによるものであり、２次抵抗Ｒ_２と２次電流Ｉ_２を用いて次のように表される。

ただし、αは２次導体Ｒ_２の温度係数（Ω／°K）、Ｔｍは２次導体温度（°K）である。

次に、誘導電動機４の放熱量は次式で表される。

ただし、Ｈは放熱係数（Ｗ／ｄｅｇ）、Ｔａは周囲温度（°K）である。放熱係数は、強制風冷の場合定数となり、自冷の場合電動機回転数の関数で表される。

２次電流Ｉ_２が一定で十分時間が経過した熱平衡状態では、Ｑ＝Ｑ０となるので（数２）（数３）より２次導体温度Ｔmは次のように表される。

ここで熱平衡状態が崩れ、導体温度Ｔ_０の状態から、次の熱平衡状態へ遷移する過渡温度Ｔ（t）は次式となる。

ただし、τは熱時定数（°K／ｓｅｃ）である。

通常、電動機電流、周囲温度等の条件は常に変動しており、変動の履歴によって電動機温度が決まる。このため、この発明では２次導体抵抗値演算手段１０の演算動作を、電動機熱時定数の１／１００〜１／１０００程度の間隔で演算を繰り返し、かつ前回の温度演算結果を基に次回の温度変化を求めることにより、条件変動の履歴を演算結果に反映できる。２次導体抵抗値演算手段１０の動作を以下に説明する。

２次導体抵抗値演算手段１０の演算間隔をΔｔ、演算タイミングをｔ１、ｔ２、‥ｔｎとし、まずｔ＝ｔ１における演算を次のように行なう。
トルク実効値演算手段１０１にて、演算間隔Δｔ間のトルク実効値を演算し、温度演算手段１０３に入力する。温度演算手段１０３では、トルク実効値と熱定数設定手段１０２で設定した放熱係数と温度検出手段６で検出した周囲温度を用い、（数４）に基づき平衡温度Ｔｍ１を求める。次に、１次遅れ演算手段１０４で過渡温度Ｔ(t1)を求める。過渡温度Ｔ(t1)は、（数５）にＴｍ＝Ｔｍ１、Ｔ０＝Ｔａ、ｔ＝Δｔを代入し求める。そして抵抗値演算手段１０５にて、（数２）に基づき２次導体の抵抗値に換算する。
次に、t＝t２にタイミングでは、実効値演算手段１０１にてt１からt２までのトルク実効値を求め、この値と放熱係数ならびに周囲温度を用い温度演算手段１０３にて平衡温度Ｔm2を求める。このとき（数５）のパラメータとして、Ｔ０には前回の演算値Ｔm1を代入する。
同様に演算を繰り返すことにより、各タイミングにおける２次抵抗値を推定でき、この値をベクトル制御に使うことにより、精度の高いトルク制御を実現することができる。

この発明の実施の形態１における誘導電動機のトルク制御装置を示すブロック構成図である。

符号の説明

１ トルク基準発生手段
２ ベクトル演算手段
３ 電力変換手段
４ 誘導電動機
５ 速度検出手段
６ 温度検出手段
１０ ２次導体抵抗値演算手段
１０１ トルク実効値演算手段
１０２ 熱定数設定手段
１０３ 温度演算手段
１０４ 一次遅れ演算手段
１０５ 抵抗値演算手段

Claims (1)

1. 誘導電動機の１次電流を２次導体に鎖交する磁束成分と、これに直交するトルク分に分離し、トルク指令値に従って制御する誘導電動機のトルク制御装置において、
   トルク基準からトルク指令値の実効値を演算するトルク実効値演算手段と、電動機の放熱係数を設定する熱定数設定手段と、前記放熱係数とトルク実効値と周囲温度から熱平衡時の２次導体温度を演算する温度演算手段と、前記熱平衡時の２次導体温度演算値から熱遷移時の過渡温度を演算する一次遅れ演算手段と、前記過渡温度から２次導体の抵抗値を演算する抵抗値演算手段とを備えたことを特徴とする誘導電動機のトルク制御装置。

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