JP3121525B2 - 誘導電動機のベクトル制御方法及びその装置 - Google Patents
誘導電動機のベクトル制御方法及びその装置Info
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- JP3121525B2 JP3121525B2 JP07178929A JP17892995A JP3121525B2 JP 3121525 B2 JP3121525 B2 JP 3121525B2 JP 07178929 A JP07178929 A JP 07178929A JP 17892995 A JP17892995 A JP 17892995A JP 3121525 B2 JP3121525 B2 JP 3121525B2
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Description
トル制御方法及びその装置に関する。
回路を制御モデルとして制御するため等価回路の定数を
正確に設定する必要がある。特にすべり角周波数ωsは
二次抵抗、磁束指令、トルク電流指令から(1)式より
演算し、
波数として制御するため二次抵抗の設定誤差は速度精度
に大きく影響する。
は、二次抵抗及びそれに準ずる要素を自動検出するとき
に、一次電圧が電源電圧以上になると一次インダクタン
スの設定値と励磁電流指令値を乗算して求めた磁束指令
値を小さく(弱めの磁界制御)することによって、一次
電圧を下げ、これにより一次電圧の飽和を防ぎ、ベクト
ル制御の劣化を防ぐことができる。しかし、磁束指令値
を小さくすると励磁電流が小さくなってしまう。
れに準ずる要素の演算に用いると、正確な値が求められ
ないという問題点がある。また、二次抵抗及びそれに準
ずる要素を自動検出する際において、誘導電動機の回転
速度を残留電圧がなくなるまでに遅くならないものとし
て検出しているので、誘導電動機に負荷が接続されてい
ると、回転速度が減速してしまう。
で、その目的とするところは、簡単な構成で正確に二次
抵抗を測定する誘導電動機のベクトル制御方法及び装置
を提供するにある。
に、請求項1の発明では、誘導電動機をインバータによ
り制御し、誘導電動機の励磁分電圧とトルク分電圧から
求めた一次電圧によって電圧形インバータの指令電圧を
得るとともに、誘導電動機の一次電流から検出される励
磁電流及びトルク電流により一次周波数及び一次電圧が
制御され、励磁電流指令値と一次抵抗の設定値を乗算し
た値に、励磁電流指令値から励磁電流を減算して得た値
を加算し、その加算値から、漏れ係数と一次インダクタ
ンス値の乗算値にトルク電流値を乗算した値と、一次周
波数とを乗算したものを減算することによって励磁分電
圧を求め、一次抵抗値の設定値とトルク電流とを乗算し
て求められた乗算値と、磁束指令値と一次周波数とを乗
算して求められた乗算値とからトルク分電圧を求め、励
磁分電圧とトルク分電圧から求めた一次電圧によって制
御する誘導電動機のベクトル制御装置に用いられ、運転
中の誘導電動機の電源側を開路したときに誘導電動機の
端子間電圧が基準電圧に減衰するまでの減衰時間を検出
する手段と、開路直前の印加電圧を基準電圧で除算した
除算値の対数演算値及び減衰時間により、誘導電動機の
磁束指令値を励磁電流で除算した除算値を除算して、二
次抵抗又はそれに準ずる要素を求める演算手段とを備
え、第1の設定周波数で誘導電動機を駆動してそのとき
の励磁電流を記憶し、その後、第2の設定周波数で誘導
電動機を駆動した後、誘導電動機の電源側を開路して端
子間電圧が基準電圧に減衰するまでの時間を検出し、該
検出時間と記憶していた励磁電流とで二次抵抗又はそれ
に準ずる要素を求めるもので、第1の設定周波数を、そ
の設定周波数で得られた一次電圧が電源電圧以下になる
設定周波数とし、第2の設定周波数は、第2の設定周波
数で得られた一次電圧が電源電圧となる設定周波数とし
たことを特徴とし、一次電圧が飽和を起こさないので、
正碓な励磁電流を記憶することができ、正碓な二次抵抗
またはそれに準ずる要素を求めることができる。
ータにより制御し、誘導電動機の励磁分電圧とトルク分
電圧から求めた一次電圧によって電圧形インバータの指
令電圧を得るとともに、誘導電動機の一次電流から検出
される励磁電流及びトルク電流により一次周波数及び一
次電圧が制御され、励磁電流指令値と一次抵抗の設定値
を乗算した値に、励磁電流指令値から励磁電流を減算し
て得た値を加算し、その加算値から、漏れ係数と一次イ
ンダクタンス値の乗算値にトルク電流値を乗算した値
と、一次周波数とを乗算したものを減算することによっ
て励磁分電圧を求め、一次抵抗値の設定値とトルク電流
とを乗算して求められた乗算値と、磁束指令値と一次周
波数とを乗算して求められた乗算値とからトルク分電圧
を求め、励磁分電圧とトルク分電圧から求めた一次電圧
によって制御する誘導電動機のベクトル制御装置に用い
られ、運転中の誘導電動機の電源側を開路したときに誘
導電動機の端子間電圧が基準電圧に減衰するまでの時間
を検出する手段と、開路直前の印加電圧を基準電圧で除
算した除算値の対数演算値及び減衰時間により、誘導電
動機の磁束指令値を励磁電流で除算した除算値を除算し
て、二次抵抗又はそれに準ずる要素を求める演算手段と
を備えるとともに、第1の設定周波数で誘導電動機を駆
動してそのときの励磁電流を記憶し、その後、第2の設
定周波数で誘導電動機を駆動した後、誘導電動機の電源
側を開路して端子間電圧が基準電圧に減衰するまでの時
間を検出し、該検出時間と記憶していた励磁電流とで二
次抵抗又はそれに準ずる要素を求め手段と、誘導電動機
に負荷が接続されているかどうかを検出する負荷検出手
段とを設けて、負荷が接続されていれば二次抵抗及びそ
れに準ずる要素を設定しないことを特徴とし、二次抵抗
又はそれに準ずる要素を自動検出する際において、誘導
電動機に負荷が接続されているかどうかを検出できるの
で、誘導電動機の回転速度が遅くなることによる二次抵
抗及びそれに準ずる要素の演算誤差を無くすことができ
る。
制御方式の原理について図4に基づいて述べる。誘導電
動機の電圧方程式は、二次鎖交磁束の角周波数(一次周
波数)ωで回転する直交座標系(以下d−q座標系とす
る)において(2)式で与えられる。
及び二次抵抗値を、L 1 、L2 は夫々漏れインダクタン
ス分を含んだ一次及び二次インダクタンス値を、Mは一
次巻線と二次巻線間の相互インタクタンス値を、σは1
−M2 /(L1L2 )なる漏れ係数を、ωsはすべり角
周波数を、pはd/dtなる微分演算子を、V1d、V1q
は夫々一次電圧のd軸及びq軸成分を、i1d、i1qは夫
々一次電流のd軸及びq軸成分すなわち励磁電流、トル
ク電流を、φ2d、φ2qは夫々二次鎖交磁束のd軸及びq
軸成分を表す。
る。 φ2d=Mi1d+L2 i2d φ2q=Mi1q+L2 i2q …(3) i2d、i2qは夫々二次電流のd軸及びq軸成分を示す。
ベクトル制御とは、φ2d=Mi1d(一定)、φ2q=0と
なるように一次電圧或いは一次電流を制御することであ
り、この条件が成立すればすべり角周波数ωsは(1)
式で与えられる。
合には、定常状態(微分項が零)において、上記(2)
式にφ2d=Mi1d(一定)、φ2q=0を代入して、
(4)式で与えられる電圧を印加することで実現でき
る。
れ、すべり角周波数ωsは(5)式のようになる。
(4)式を代入してωsについて解くことで得られる。
明する。ベクトル演算装置1は励磁電流指令i1d * と一
次抵抗r1 の設定値を乗算したものに励磁電流指令i1d
*から励磁電流i1d を減算して得た補正値Δi1dを電流
制御器12 を通じて得た値とを加算し、その加算値から
漏れ係数σと一次インタクタンスL1の乗算値σL1にト
ルク電流値i1qを乗算した値と、一次周波数ωとを乗算
器13で乗算したものを、減算することによって励磁分
電圧V1d *を求める。
設定値を乗算したものと、乗算器1 1 で磁束指令値φと
一次周波数ωを乗算したものとを加算することによりト
ルク分電圧V1q * を求める。座標変換器3は、インバー
タ2の3相の出力電圧を求めるところで、(7)式のよ
うな演算を行い、一次電圧V1 を求め、またこの一次電
圧V1 と、一次周波数ωから演算を行い、3相の出力電
圧を求める。
装置1はφ2d=Mi1d(一定)、φ2q=0となるように
励磁電流指令i1d * 、トルク電流i1q及び一次周波数ω
より一次電圧のd軸及びq軸成分V1d * 、V1q * を上述
のように演算し、具体的には(4)式により与えられ
る。座標変換器3は演算装置1よりの電圧指令V1d * 、
V1q * を二次鎖交磁束ベクトルの位相角指令θに従って
固定座標系に変換するものであり、インバータ2は座標
変換器3よりの電圧指令Vu* 、Vv* 、Vw* によっ
て誘導電動機IMへの印加電圧を制御するPWMインバ
ータからなり、誘導電動機IMはインバータ2により速
度制御される。電流検出器5は誘導電動機IMの相電流
iu、iv、iwを検出するものである。座標変換器6
は相電流iu、iv、iwを二次鎖交磁束ベクトルの位
相角指令θに従って回転座標系に変換し励磁電流i1d、
トルク電流i1qを出力する。遅延回路7はトルク電流i
1qを遅延させて遅延トルク電流i1q’を出力する。乗算
器8は遅延トルク電流i1q’とすべり定数(Km)を乗
算してすべり角周波数ωsを出力する。加算器9はすべ
り角周波数ωsに回転速度ωr* を加算して一次周波数
ωを出力する。積分器10は一次周波数ωを積分して二
次鎖交磁束ベクトルの位相角指令θを出力する。乗算器
11 は一次インダクタンスL1 と励磁電流指令i1d * を
乗算して得られる磁束指令値φとして初期値が設定され
ており、この磁束指令値φに一次周波数ωを乗算して出
力する。インダクタンス同定器11は励磁電流i1dと励
磁電流指令i1d * の差を入力としてその差Δi1dが零と
なるように励磁電流指令の初期値i1d **から補正量を減
算して励磁電流指令i1d * を求める。二次抵抗測定器1
2は、二次抵抗演算器121 と端子電圧検出回路122
とで構成され、誘導電動機IMの端子電圧からすべり定
数(Km)を求め乗算器8に設定する。
構成され、減算器71 はトルク電流i1q から遅延トル
ク電流i1q’との差を制御器72 に出力し、制御器72
はその差が零となるように遅延トルク電流i1q’を出力
するものである。図5は端子電圧検出回路122 の具体
回路を示しており、この回路では抵抗R1 、ツェナーダ
イオードZD1で図6(a)に示す誘導電動機IMの端
子電圧Vaをツェナー電圧以下に制限された電圧Va’
と、直流電源Eの電源電圧を抵抗R2 、R3 を分圧して
得られる基準電圧Vref とをコンパーレータQ1 で比較
してパルス電圧に変換し、フォトカプラQ2 で絶縁して
二次抵抗演算器121 ヘ図6(b)に示すパルス電圧V
out を出力する。図6は端子電圧Va、パルス電圧V
out の関係を示し、この図から端子電圧Vaが低くなる
と、パルス電圧Voutの周期がt2、t3というように変
化していることが分かる。そして端子電圧Vaの振幅が
基準電圧Vref より小さくなればパルス電圧Voutの出
力は停止する。二次抵抗演算器121の構成を図7に示
す。この二次抵抗演算器121 のパルス幅測定器aはパ
ルス電圧Vout から誘導電動機IMの電源側回路からパ
ルス電圧Vout の出力が停止するまでの減衰時間t1 を
求める。次段の演算器bは、演算器dで磁束指令値φを
励磁電流i1dで除算した除算値L2 ’を開路直前の印加
電圧V0を基準電圧Vref で除算した除算値の対数演算
値K及び前記減衰時間t1で除算して二次抵抗測定値r2
を求める。演算器cは求まった二次抵抗測定値r2 を
磁束指令値φで除算してすべり定数Kmを求めて乗算器
8の乗算値を設定する。尚図5における制御回路CTは
二次抵抗測定器12とインバータ2のスイッチング回路
部2aを除いた図4の他の回路を含むものである。また
Eは電源を示す。
たすべり定数Kmを求める原理を採用した本発明の実施
形態を図1乃至図3により説明する。本実施形態で用い
る装置の構成は、上記図4及び図7に示す構成と基本的
には同じであるが、図1に示すように定常運転モードと
二次抵抗測定モードの設定周波数を加算器9に出力する
ことと、二次抵抗測定中において第1の設定周波数で誘
導電動機IMを駆動した後、そのときの励磁電流を記憶
するように励磁電流記憶器14に指令することと、第2
の設定周波数で誘導電動機IMを駆動する設定周波数指
令器13と、設定周波数指令器13からの信号を受けて
励磁電流値を記憶し、その記憶した励磁電流値を二次抵
抗測定器12に出力する前記励磁電流記憶器と、トルク
電流i1qがある値を越えたかどうかを判断し、越えた場
合に二次抵抗測定器12に信号を出力する判断器15
と、三相電流が一つでもある値を越えたかどうかを判断
し、越えた場合に二次抵抗測定器12に信号を出力する
判断器16とを追加したものである。
のように設定周波数を変化させる。つまり第1の設定周
波数は、その設定周波数で得られた図3(b)に示すよ
うに一次電圧が電源電圧未満になる設定周波数、第2の
設定周波数は、その設定周波数で得られた一次電圧が電
源電圧以上となるものである。ここで、第1の設定周波
数で誘導電動機IMを駆動させて、励磁電流記憶器14
でそのとき(ta)の励磁電流を記憶させ、第2の設定
周波数で誘導電動機IMを駆動する。そこで、誘導電動
機IMの電源側を急に開路(tb)し、誘導電動機IM
の電源側開路からパルス電圧Vout の出力が停止するま
での減衰時間t1 をパルス電圧Vout から求める。演算
器dは磁束指令値φを励磁電流記憶器14で記憶された
励磁電流i1dで除算し、そのた除算値L2 ’を演算器b
に与える。演算器bは、開路直前の印加電圧V0を基準
電圧Vref で除算した除算値の対数演算値Kと前記減衰
時間t1 とを乗算し、その乗算値で上記除算値L2 ’を
除算して二次抵抗r2 の測定値を求める。演算器cは二
次抵抗r2 の測定値を磁束指令値φで除算してすべり定
数Kmを求めて乗算器8の乗算値を設定する。ここで、
トルク電流i1qがある値を越えていると判断器15が判
断した場合は、演算で求めたすべり定数Kmを乗算器8
に設定せず、乗算器8の乗算の乗算値のままにしてお
く。また判断器16が、三相電流の−つでもある値を越
えていると判断した場合、同様に、演算で求めたすべり
定数Kmを乗算器8に設定せず、乗算器8の乗算値のま
まにしておく。つまりこれら判断器15、16が負荷検
出手段を構成する。
素を求めるようにしても良い。
ータにより制御し、誘導電動機の励磁分電圧とトルク分
電圧から求めた一次電圧によって電圧形インバータの指
令電圧を得るとともに、誘導電動機の一次電流から検出
される励磁電流及びトルク電流により一次周波数及び一
次電圧が制御され、励磁電流指令値と一次抵抗の設定値
を乗算した値に、励磁電流指令値から励磁電流を減算し
て得た値を加算し、その加算値から漏れ係数と一次イン
ダクタンス値の乗算値にトルク電流値を乗算した値と、
一次周波数とを乗算したものを減算することによって励
磁分電圧を求め、一次抵抗値の設定値とトルク電流とを
乗算して求められた乗算値と、磁束指令値と一次周波数
とを乗算して求められた乗算値とからトルク分電圧を求
め、励磁分電圧とトルク分電圧から求めた一次電圧によ
って制御する誘導電動機のベクトル制御装置に用いら
れ、運転中の誘導電動機の電源側を開路したときに誘導
電動機の端子間電圧が基準電圧に減衰するまでの減衰時
間を検出する手段と、開路直前の印加電圧を基準電圧で
除算した除算値の対数演算値及び減衰時間により、誘導
電動機の磁束指令値を励磁電流で除算した除算値を除算
して、二次抵抗又はそれに準ずる要素を求める演算手段
とを備え、第1の設定周波数で誘導電動機を駆動してそ
のときの励磁電流を記憶し、その後、第2の設定周波数
で誘導電動機を駆動した後、誘導電動機の電源側を開路
して端子間電圧が基準電圧に減衰するまでの時間を検出
し、該検出時間と記憶していた励磁電流とで二次抵抗又
はそれに準ずる要素を求めるもので、第1の設定周波数
を、その設定周波数で得られた一次電圧が電源電圧以下
になる設定周波数とし、第2の設定周波数は、第2の設
定周波数で得られた一次電圧が電源電圧となる設定周波
数としたので、一次電圧が飽和を起こさないので、正碓
な励磁電流を記憶することができ、正碓な二次抵抗また
はそれに準ずる要素を求めることができるという効果を
奏する。
タにより制御し、誘導電動機の励磁分電圧とトルク分電
圧から求めた一次電圧によって電圧形インバータの指令
電圧を得るとともに、誘導電動機の一次電流から検出さ
れる励磁電流及びトルク電流により一次周波数及び一次
電圧が制御され、励磁電流指令値と一次抵抗の設定値を
乗算した値に、励磁電流指令値から励磁電流を減算して
得た値を加算し、その加算値から漏れ係数と一次インダ
クタンス値の乗算値にトルク電流値を乗算した値と、一
次周波数とを乗算したものを減算することによって励磁
分電圧を求め、一次抵抗値の設定値とトルク電流とを乗
算して求められた乗算値と、磁束指令値と一次周波数と
を乗算して求められた乗算値とからトルク分電圧を求
め、励磁分電圧とトルク分電圧から求めた一次電圧によ
って制御する誘導電動機のベクトル制御装置に用いら
れ、運転中の誘導電動機の電源側を開路したときに誘導
電動機の端子間電圧が基準電圧に減衰するまでの時間を
検出する手段と、開路直前の印加電圧を基準電圧で除算
した除算値の対数演算値及び減衰時間により、誘導電動
機の磁束指令値を励磁電流で除算した除算値を除算し
て、二次抵抗又はそれに準ずる要素を求める演算手段と
を備えるとともに、第1の設定周波数で誘導電動機を駆
動してそのときの励磁電流を記憶し、その後、第2の設
定周波数で誘導電動機を駆動した後、誘導電動機の電源
側を開路して端子間電圧が基準電圧に減衰するまでの時
間を検出し、該検出時間と記憶していた励磁電流とで二
次抵抗又はそれに準ずる要素を求め手段と、誘導電動機
に負荷が接続されているかどうかを検出する負荷検出手
段とを設けて、負荷が接続されていれば二次抵抗及びそ
れに準ずる要素を設定しないので、二次抵抗又はそれに
準ずる要素を自動検出する際において、誘導電動機に負
荷が接続されているかどうかを検出でき、そのため誘導
電動機の回転速度が遅くなることによる二次抵抗及びそ
れに準ずる要素の演算誤差を無くすことができるという
効果を奏する。
実施態様であり、請求項2の発明と同様な効果を奏す
る。
Claims (4)
- 【請求項1】誘導電動機をインバータにより制御し、誘
導電動機の励磁分電圧とトルク分電圧から求めた一次電
圧によって電圧形インバータの指令電圧を得るととも
に、誘導電動機の一次電流から検出される励磁電流及び
トルク電流により一次周波数及び一次電圧が制御され、
励磁電流指令値と一次抵抗の設定値を乗算した値に、励
磁電流指令値から励磁電流を減算して得た値を加算し、
その加算値から、漏れ係数と一次インダクタンス値の乗
算値にトルク電流値を乗算した値と、一次周波数とを乗
算したものを減算することによって励磁分電圧を求め、
一次抵抗値の設定値とトルク電流とを乗算して求められ
た乗算値と、磁束指令値と一次周波数とを乗算して求め
られた乗算値とからトルク分電圧を求め、励磁分電圧と
トルク分電圧から求めた一次電圧によって制御する誘導
電動機のベクトル制御装置に用いられ、運転中の誘導電
動機の電源側を開路したときに誘導電動機の端子間電圧
が基準電圧に減衰するまでの減衰時間を検出する手段
と、開路直前の印加電圧を基準電圧で除算した除算値の
対数演算値及び減衰時間により、誘導電動機の磁束指令
値を励磁電流で除算した除算値を除算して、二次抵抗又
はそれに準ずる要素を求める演算手段とを備え、第1の
設定周波数で誘導電動機を駆動してそのときの励磁電流
を記憶し、その後、第2の設定周波数で誘導電動機を駆
動した後、誘導電動機の電源側を開路して端子間電圧が
基準電圧に減衰するまでの時間を検出し、該検出時間と
記憶していた励磁電流とで二次抵抗又はそれに準ずる要
素を求めるもので、第1の設定周波数を、その設定周波
数で得られた一次電圧が電源電圧以下になる設定周波数
とし、第2の設定周波数は、第2の設定周波数で得られ
た一次電圧が電源電圧となる設定周波数としたことを特
徴とする誘導電動機のベクトル制御方法。 - 【請求項2】誘導電動機をインバータにより制御し、誘
導電動機の励磁分電圧とトルク分電圧から求めた一次電
圧によって電圧形インバータの指令電圧を得るととも
に、誘導電動機の一次電流から検出される励磁電流及び
トルク電流により一次周波数及び一次電圧が制御され、
励磁電流指令値と一次抵抗の設定値を乗算した値に、励
磁電流指令値から励磁電流を減算して得た値を加算し、
その加算値から、漏れ係数と一次インダクタンス値の乗
算値にトルク電流値を乗算した値と、一次周波数とを乗
算したものを減算することによって励磁分電圧を求め、
一次抵抗値の設定値とトルク電流とを乗算して求められ
た乗算値と、磁束指令値と一次周波数とを乗算して求め
られた乗算値とからトルク分電圧を求め、励磁分電圧と
トルク分電圧から求めた一次電圧によって制御する誘導
電動機のベクトル制御装置に用いられ、運転中の誘導電
動機の電源側を開路したときに誘導電動機の端子間電圧
が基準電圧に減衰するまでの時間を検出する手段と、開
路直前の印加電圧を基準電圧で除算した除算値の対数演
算値及び減衰時間により、誘導電動機の磁束指令値を励
磁電流で除算した除算値を除算して、二次抵抗又はそれ
に準ずる要素を求める演算手段とを備えるとともに、第
1の設定周波数で誘導電動機を駆動してそのときの励磁
電流を記憶し、その後、第2の設定周波数で誘導電動機
を駆動した後、誘導電動機の電源側を開路して端子間電
圧が基準電圧に減衰するまでの時間を検出し、該検出時
間と記憶していた励磁電流とで二次抵抗又はそれに準ず
る要素を求め手段と、誘導電動機に負荷が接続されてい
るかどうかを検出する負荷検出手段とを設けて、負荷が
接続されていれば二次抵抗及びそれに準ずる要素を設定
しないことを特徴とする誘導電動機のベクトル制御装
置。 - 【請求項3】前記負荷検出手段が、一次電流で負荷を検
出することを特徴とする請求項2記載の誘導電動機のベ
クトル制御装置。 - 【請求項4】負荷検出手段が、トルク電流で負荷を検出
することを特徴とする請求項2記載の誘導電動機のベク
トル制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP07178929A JP3121525B2 (ja) | 1995-07-14 | 1995-07-14 | 誘導電動機のベクトル制御方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP07178929A JP3121525B2 (ja) | 1995-07-14 | 1995-07-14 | 誘導電動機のベクトル制御方法及びその装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH0937599A JPH0937599A (ja) | 1997-02-07 |
JP3121525B2 true JP3121525B2 (ja) | 2001-01-09 |
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CN108196121B (zh) * | 2018-01-16 | 2020-05-19 | 天津瑞能电气有限公司 | 一种智能微电网动态频率检测方法 |
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1995
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