JP2011004492A - Controller of induction motor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、任意の周波数・振幅の電圧を出力する電力変換装置を介しつつ、誘導電動機を可変速制御する誘導電動機の制御装置に関し、特に、該誘導電動機を可変速制御する際に用いられる電気定数を導出するための定数演算手段に関する。 The present invention relates to an induction motor control device that performs variable speed control of an induction motor through a power conversion device that outputs a voltage having an arbitrary frequency and amplitude, and more particularly, to an electric motor used for variable speed control of the induction motor. The present invention relates to a constant calculation means for deriving a constant.
図3は、この種の誘導電動機の制御装置の従来例を示す回路構成図である。 FIG. 3 is a circuit configuration diagram showing a conventional example of this type of induction motor control device.
図3において、1は入力される三相の電圧指令vU *,vV *,vW *(交流量)それぞれをPWM演算して内蔵するそれぞれの半導体スイッチへのオン・オフ信号に変換し、これらのオン・オフ信号に基づき三相の交流電圧を出力する電力変換装置である。2は電力変換装置1から給電される誘導電動機である。3は電力変換装置1から誘導電動機2への電流、すなわち、誘導電動機2の一次電流i1を検出する電流検出器である。また、10は指令値演算手段11と積分手段12と座標変換手段13,14と定数測定手段15とから形成され、電力変換装置1を介して誘導電動機2を可変速制御する制御装置である。
In FIG. 3,
この制御装置10において、指令値演算手段11では指令される誘導電動機2の一次角周波数指令値ω1 *と、この一次角周波数指令値ω1 *を積分手段12による時間積分演算して得られる位相角指令値θ1 *により誘導電動機2の一次電流i1を座標変換手段13による三相―二相変換およびd−q軸変換して得られるi1d,i1qと、定数測定手段15で得られた誘導電動機2の電気定数としての励磁インダクタンス演算値Lm #や他の電気定数とに基づき、周知の技術を用いつつ、誘導電動機2のd軸電圧指令値v1d *とq軸電圧指令値v1q *とを出力している。また、座標変換手段14では前記位相角指令値θ1 *により前記d軸電圧指令値v1d *およびq軸電圧指令値v1q *をα―β変換および二相―三相変換した前記電圧指令vU *,vV *,vW *を生成している。
In the
この定数測定手段15としては、下記特許文献1や特許文献2に開示されているものなどが知られている。
As the constant measuring means 15, those disclosed in the following
上記特許文献1の記載されている定数測定手段15としての定数演算器では、所定の電圧・周波数の交流電圧を誘導電動機に印加して無負荷状態で回転させ、このときの電圧と電流とを測定し、この測定した値に基づいて誘導電動機の励磁インダクタンス演算値などを求めているが、この場合、前記誘導電動機が機械装置などに組み込まれ、無負荷状態で回転させることができない用途では測定が困難であった。
In the constant calculator as the constant measuring means 15 described in
また、上記特許文献2の記載されている定数測定手段15としての定数演算器では、所定の直流電圧を誘導電動機に印加して回転させない状態にし、このときの電圧と電流とを測定し、この測定した値に基づいて誘導電動機の励磁インダクタンス演算値を求めている。しかしながら、励磁インダクタンスを測定する際に印加する電圧が低いと、電圧誤差,電流誤差,他の電気定数(一次抵抗,漏れインダクタンス、二次抵抗等)の設定誤差の影響が大きく、また、得られた測定値には測定タイミング誤差も含まれていることから、誤差が大きくて十分な精度が得られないという難点があり、上記誤差を小さくするためには、高精度・高価格の測定回路を必要とするという問題があった。
Further, in the constant calculator as the constant measuring means 15 described in
この発明の目的は、上記問題点を解消できる誘導電動機の制御装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a control device for an induction motor that can solve the above problems.
この第1の発明は、任意の周波数・振幅の電圧を出力する電力変換装置を介して誘導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、
この制御装置には、前記誘導電動機の定格値に基づいて、該誘導電動機の電気定数を導出する演算を行う定数演算手段を備えたことを特徴とする。
This first invention is a control device for an induction motor that performs variable speed control of an induction motor via a power conversion device that outputs a voltage of arbitrary frequency and amplitude.
The control device includes constant calculation means for performing calculation for deriving an electric constant of the induction motor based on a rated value of the induction motor.
また第2の発明は、前記第1の発明の誘導電動機の制御装置において、
前記定数演算手段では、前記誘導電動機の定格出力値と定格電圧値と定格電流値とを入力し、前記定格電圧値に所定の係数を乗算演算して前記誘導電動機の定格誘起電圧演算値を算出し、前記定格出力値を定格誘起電圧演算値で除算演算して前記誘導電動機の定格トルク電流演算値を算出し、前記定格電流値の2乗値から定格トルク電流演算値の2乗値を減算演算し、この減算演算した値の平方根を導出し、この導出した平方根を前記誘導電動機の定格磁化電流演算値として出力することを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the induction motor control device of the first aspect,
The constant calculation means inputs a rated output value, a rated voltage value, and a rated current value of the induction motor, and calculates a rated induced voltage calculation value of the induction motor by multiplying the rated voltage value by a predetermined coefficient. The rated output value is divided by the rated induced voltage calculated value to calculate the rated torque current calculated value of the induction motor, and the square value of the rated torque current calculated value is subtracted from the square value of the rated current value. A square root of the value obtained by the calculation and the subtraction operation is derived, and the derived square root is output as a calculated value of the rated magnetization current of the induction motor.
第3の発明は、前記第1の発明の誘導電動機の制御装置において、
前記定数演算手段では、前記誘導電動機の定格出力値と定格電圧値と定格電流値と定格周波数とを入力し、前記定格電圧値に所定の係数を乗算演算して前記誘導電動機の定格誘起電圧演算値を算出し、前記定格出力値を定格誘起電圧演算値で除算演算して前記誘導電動機の定格トルク電流演算値を算出し、前記定格電流値の2乗値から定格トルク電流演算値の2乗値を減算演算し、この減算演算した値の平方根を導出し、この導出した平方根を前記誘導電動機の定格磁化電流演算値とし、また、定格誘起電圧演算値を前記定格周波数と定格磁化電流演算値との積で除算演算して前記誘導電動機の励磁インダクタンス演算値を導出し、前記導出した定格磁化電流演算値と励磁インダクタンス演算値とを出力することを特徴とする。
A third invention is a control device for an induction motor according to the first invention, wherein:
The constant calculation means inputs a rated output value, a rated voltage value, a rated current value, and a rated frequency of the induction motor, calculates a rated induced voltage of the induction motor by multiplying the rated voltage value by a predetermined coefficient. And calculating the rated torque current calculation value of the induction motor by dividing the rated output value by the rated induction voltage calculation value, and calculating the square of the rated torque current calculation value from the square value of the rated current value. The value is subtracted, the square root of the subtracted value is derived, the derived square root is set as the rated magnetizing current calculated value of the induction motor, and the rated induced voltage calculated value is calculated as the rated frequency and rated magnetizing current calculated value. The excitation inductance calculation value of the induction motor is derived by dividing the product by the product of, and the derived rated magnetization current calculation value and excitation inductance calculation value are output.
さらに第4の発明は、前記第1から第3の発明の誘導電動機の制御装置において、
前記定数演算手段により導出した電気定数を前記制御装置の制御定数として、前記誘導電動機を可変速制御することを特徴とする。
Furthermore, a fourth invention is the control apparatus for induction motors according to the first to third inventions,
The induction motor is subjected to variable speed control using the electric constant derived by the constant calculating means as a control constant of the control device.
この発明は、前記誘導電動機の定格値としての定格出力値,定格電圧値などに基づいて、該誘導電動機の電気定数を導出していることから、この導出のために、前記誘導電動機に電圧を印加する必要が無く、また、高精度の測定回路なども必要としない。 Since the present invention derives the electric constant of the induction motor based on the rated output value, the rated voltage value, etc. as the rated value of the induction motor, the voltage is applied to the induction motor for this derivation. There is no need to apply it, nor is a highly accurate measurement circuit required.
以下に記載するこの発明の実施例において、図3に記載した従来の誘導電動機の制御装置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。 In the embodiment of the present invention described below, components having the same functions as those of the conventional induction motor control device described in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted here.
図1は、この発明の第1の実施例を示す誘導電動機の回路構成図である。 FIG. 1 is a circuit configuration diagram of an induction motor showing a first embodiment of the present invention.
この制御装置20は、指令値演算手段21と積分手段12と座標変換手段13,14と定数演算手段22とから形成されている。
The
先ず、定数演算手段22では、誘導電動機2の定格出力値PRATE[W]と、定格電圧値VRATE[V]と、定格電流値IRATE[A]とを入力し、下記数1式〜数5式に基づいて、誘導電動機2の定格磁化電流演算値IMO #を導出している。
[数1]
E20=K×VRATE
ここで、E20は誘導電動機2の定格誘起電圧値[V]、Kは係数である。
First, in the constant calculation means 22, the rated output value P RATE [W], the rated voltage value V RATE [V], and the rated current value I RATE [A] of the
[Equation 1]
E 20 = K × V RATE
Here, E 20 is the rated induced voltage value [V] of the
この定格誘起電圧値E20は、誘導電動機2が定格磁束,定格周波数において、該誘導電動機の励磁インダクタンスに誘起される電圧であり、定格電圧値VRATEより若干小さい値であり、従って、係数Kは、0.8〜0.9程度の値を予め設定しておく。
The rated induced voltage value E 20 is a voltage induced in the excitation inductance of the
また、誘導電動機2を3相誘導電動機とすると、定格出力値PRATEと定格誘起電圧値E20と定格トルク電流値ITO[A]との間には数2式の関係がある。
[数2]
PRATE=3×E20×ITO
この数2式を変形して、数3式が得られる。
[数3]
ITO=PRATE/(3×E20)
誘導電動機2の定格電流値IRATEは、該誘導電動機の定格磁束、定格トルク時の電流なので、数4式の関係がある。
[数4]
IRATE={(IMO #)2+ITO 2}1/2
この数4式を変形して、数5式が得られる。
[数5]
IMO #=(IRATE 2−ITO 2)1/2
すなわち、定数演算手段22では、上記数5式により得られた誘導電動機2の定格磁化電流演算値IMO #を出力している。
Further, when the
[Equation 2]
P RATE = 3 × E 20 × I TO
Equation (3) is obtained by modifying Equation (2).
[Equation 3]
I TO = P RATE / (3 × E 20 )
Since the rated current value I RATE of the
[Equation 4]
I RATE = {(I MO # ) 2 + I TO 2 } 1/2
Equation (5) is obtained by modifying Equation (4).
[Equation 5]
I MO # = (I RATE 2 −I TO 2 ) 1/2
That is, the constant calculation means 22 outputs the rated magnetization current calculation value I MO # of the
このように、誘導電動機2の定格値としての定格出力値,定格電圧値,定格電流値に基づいて、該誘導電動機の電気定数を導出していることから、この導出のために、誘導電動機2に特別な電圧を印加する必要が無く、また、高精度・高価格の測定回路も必要としない。
Thus, since the electric constant of the induction motor is derived based on the rated output value, rated voltage value, and rated current value as the rated values of the
また、この制御装置20においては、指令値演算手段21では指令される誘導電動機2の一次角周波数指令値ω1 *と、この一次角周波数指令値ω1 *を積分手段12による時間積分演算して得られる位相角指令値θ1 *により誘導電動機2の一次電流i1を座標変換手段13による三相―二相変換およびd−q軸変換して得られるi1d,i1qと、定数演算手段22で得られた誘導電動機2の電気定数としての定格磁化電流演算値IMO #や他の電気定数とに基づき、周知の技術を用いつつ、誘導電動機2のd軸電圧指令値v1d *とq軸電圧指令値v1q *とを出力している。
Further, in this
図2は、この発明の第2の実施例を示す誘導電動機の回路構成図である。 FIG. 2 is a circuit configuration diagram of an induction motor showing a second embodiment of the present invention.
この制御装置30は、指令値演算手段31と積分手段12と座標変換手段13,14と定数演算手段32とから形成されている。
The
この定数演算手段32では、誘導電動機2の定格出力値PRATE[W]と、定格電圧値VRATE[V]と、定格電流値IRATE[A]と、定格周波数F[Hz]とを入力し、先ず、前記数1式〜数5式により、誘導電動機2の定格磁化電流演算値IMO #を導出している。次に、下記数6式〜数7式に基づいて、誘導電動機2の励磁インダクタンス演算値Lm #を導出している。
In this constant calculation means 32, the rated output value P RATE [W], the rated voltage value V RATE [V], the rated current value I RATE [A], and the rated frequency F [Hz] of the
すなわち、誘導電動機2の定格誘起電圧値E20は励磁インダクタンスに定格磁化電流値が流れたときの電圧であるため、下記数6式が成り立つ。
[数6]
E20=ω1RATE×Lm #×IMO #
ここで、ω1RATEは誘導電動機2の定格周波数Fに対応する一次角周波数であり、Lm #は励磁インダクタンス演算値であり、IMO #は定格磁化電流演算値である。
That is, since the rated induced voltage value E 20 of the
[Equation 6]
E 20 = ω 1RATE × L m # × I MO #
Here, ω 1RATE is a primary angular frequency corresponding to the rated frequency F of the
この数6式を変形して、数7式が得られる。
[数7]
Lm #=E20/(ω1RATE×IMO #)
すなわち、定数演算手段32では、前記数5式により得られた誘導電動機2の定格磁化電流演算値IMO #と、上記数7式で得られた励磁インダクタンス演算値Lm #とを出力している。
Equation (7) is obtained by transforming Equation (6).
[Equation 7]
L m # = E 20 / (ω 1RATE × I MO # )
That is, the constant calculation means 32 outputs the rated magnetizing current calculation value I MO # of the
このように、誘導電動機2の定格値としての定格出力値,定格電圧値,定格電流値,定格周波数に基づいて、該誘導電動機の電気定数を導出していることから、この導出のために、誘導電動機2に特別な電圧を印加する必要が無く、また、高精度・高価格の測定回路も必要としない。
Thus, since the electrical constant of the induction motor is derived based on the rated output value, rated voltage value, rated current value, and rated frequency as the rated value of the
また、この制御装置30においては、指令値演算手段21では指令される誘導電動機2の一次角周波数指令値ω1 *と、この一次角周波数指令値ω1 *を積分手段12による時間積分演算して得られる位相角指令値θ1 *により誘導電動機2の一次電流i1を座標変換手段13による三相―二相変換およびd−q軸変換して得られるi1d,i1qと、定数演算手段32で得られた誘導電動機2の電気定数としての定格磁化電流演算値IMO #および励磁インダクタンス演算値Lm #と、他の電気定数とに基づき、周知の技術を用いつつ、誘導電動機2のd軸電圧指令値v1d *とq軸電圧指令値v1q *とを出力している。
In the
1…電力変換装置、2…誘導電動機、3…電流検出器、10…制御装置、11…指令値演算手段、12…積分手段、13,14…座標変換手段、15…定数測定手段、20…制御装置、21…指令値演算手段、22…定数演算手段、30…制御装置、31…指令値演算手段、32…定数演算手段。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
この制御装置には、前記誘導電動機の定格値に基づいて、該誘導電動機の電気定数を導出する演算を行う定数演算手段を備えたことを特徴とする誘導電動機の制御装置。 In a control device for an induction motor that performs variable speed control of an induction motor via a power conversion device that outputs a voltage of arbitrary frequency and amplitude,
The control apparatus for an induction motor according to claim 1, further comprising constant calculation means for performing calculation for deriving an electric constant of the induction motor based on a rated value of the induction motor.
前記定数演算手段では、前記誘導電動機の定格出力値と定格電圧値と定格電流値とを入力として前記誘導電動機の定格磁化電流演算値を演算することを特徴とする誘導電動機の制御装置。 In the control apparatus of the induction motor according to claim 1,
The induction motor control apparatus according to claim 1, wherein the constant calculation means calculates a rated magnetizing current calculation value of the induction motor by using a rated output value, a rated voltage value, and a rated current value of the induction motor as inputs.
前記定数演算手段では、前記誘導電動機の定格出力値と定格電圧値と定格電流値とを入力し、前記定格電圧値に所定の係数を乗算演算して前記誘導電動機の定格誘起電圧演算値を算出し、前記定格出力値を定格誘起電圧演算値で除算演算して前記誘導電動機の定格トルク電流演算値を算出し、前記定格電流値の2乗値から定格トルク電流演算値の2乗値を減算演算し、この減算演算した値の平方根を導出し、
この導出した平方根を前記誘導電動機の定格磁化電流演算値として出力することを特徴とする誘導電動機の制御装置。 In the control apparatus of the induction motor according to claim 2,
The constant calculation means inputs a rated output value, a rated voltage value, and a rated current value of the induction motor, and calculates a rated induced voltage calculation value of the induction motor by multiplying the rated voltage value by a predetermined coefficient. The rated output value is divided by the rated induced voltage calculated value to calculate the rated torque current calculated value of the induction motor, and the square value of the rated torque current calculated value is subtracted from the square value of the rated current value. Calculate the square root of the subtracted value,
The derived square root is output as a calculated value of the rated magnetization current of the induction motor.
前記定数演算手段では、前記誘導電動機の定格出力値と定格電圧値と定格電流値と定格周波数とを入力として前記誘導電動機の励磁インダクタンス演算値を演算することを特徴とする誘導電動機の制御装置。 In the control apparatus of the induction motor according to claim 1,
The induction motor control apparatus according to claim 1, wherein the constant calculation means calculates an excitation inductance calculation value of the induction motor by using a rated output value, a rated voltage value, a rated current value, and a rated frequency of the induction motor as inputs.
前記定数演算手段では、前記誘導電動機の定格出力値と定格電圧値と定格電流値と定格周波数とを入力し、前記定格電圧値に所定の係数を乗算演算して前記誘導電動機の定格誘起電圧演算値を算出し、前記定格出力値を定格誘起電圧演算値で除算演算して前記誘導電動機の定格トルク電流演算値を算出し、前記定格電流値の2乗値から定格トルク電流演算値の2乗値を減算演算し、この減算演算した値の平方根を導出し、この導出した平方根を前記誘導電動機の定格磁化電流演算値とし、また、定格誘起電圧演算値を前記定格周波数と定格磁化電流演算値との積で除算演算して前記誘導電動機の励磁インダクタンス演算値を導出し、
前記導出した定格磁化電流演算値と励磁インダクタンス演算値とを出力することを特徴とする誘導電動機の制御装置。 In the induction motor control device according to claim 4,
The constant calculation means inputs a rated output value, a rated voltage value, a rated current value, and a rated frequency of the induction motor, calculates a rated induced voltage of the induction motor by multiplying the rated voltage value by a predetermined coefficient. And calculating the rated torque current calculation value of the induction motor by dividing the rated output value by the rated induction voltage calculation value, and calculating the square of the rated torque current calculation value from the square value of the rated current value. The value is subtracted, the square root of the subtracted value is derived, the derived square root is set as the rated magnetizing current calculated value of the induction motor, and the rated induced voltage calculated value is calculated as the rated frequency and rated magnetizing current calculated value. To calculate the exciting inductance calculation value of the induction motor,
An induction motor control device that outputs the calculated rated magnetization current value and the calculated excitation inductance value.
前記定数演算手段により導出した電気定数を前記制御装置の制御定数として、前記誘導電動機を可変速制御することを特徴とする誘導電動機の制御装置。 In the induction motor control device according to any one of claims 1 to 5,
An induction motor control device characterized in that the induction motor is subjected to variable speed control using the electric constant derived by the constant calculation means as a control constant of the control device.
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