JP3276220B2 - 交流電動機の制御方式 - Google Patents
交流電動機の制御方式Info
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Description
制御方式に関するものである。
の一次電流や電圧,周波数を負荷に応じて任意に制御す
る制御方式では、直流−交流変換回路を構成する半導体
のパワー素子をスイッチング動作させることにより任意
の電流,電圧,周波数を得ている。
商用電源を整流して得られた直流を平滑し、この平滑さ
れた電源から、交流電動機の負荷に応じた電流/電圧/
周波数を得ている。
ル制御では、誘導電動機の一次電流をトルク分電流と磁
束分電流に分離し、誘導電動機の各相巻線U,V,W
に、電流を供給するのが一般的である。
制御の一例を示す。誘導電動機1の各相巻線U,V,W
に必要な電流を供給する場合、電流指令値IUR,IVR,
IWRを、電流制御器9に与え、電流帰還信号IUF,
IVF,IWFと比較演算した後、PWM制御器10に与
え、通常、スイッチング周波数設定器18からの一定の
三角波スイッチング(キャリーと呼ぶ)周波数でON−
OFFし、パルス幅変調された駆動パルスを生成し、パ
ワーユニット16を駆動するドライバ回路24へ入力す
る。
源制御回路では、主回路に設置されたパワー素子を、駆
動パルスでON−OFFし電流を制御する。
とにより、スイッチングロスと呼ばれる損失が発生し、
またパワー素子の飽和損失(定常損失とも呼ぶ)も加わ
って発熱し、パワーユニットとしての最大容量が熱的に
制限される。
発生する損失は、図2に示すようにスイッチングのON
−OFF時に発生するP ON,POFF 、定常時発生する損
失PSAT となって表われ、スイッチング周波数と定格電
流が定まれば、トータルの損失PT は一定となり、パワ
ーユニットの容量を冷却能力との関係をもとに設定する
ことができる。
波数を一定で制御する方式であるために、パワー素子の
温度を直接検出し保護する方式が多く採用されてきた。
御特性を向上させたり、また電動機や装置の騒音を低減
化するために、スイッチング速度を高め、より高周波で
制御する必要に迫られている。スイッチング速度を高め
ると損失が増加するために、装置の定格電流を減定格し
たり、保護機能の動作レベルを可変させる必要がある
が、従来の制御方式や保護機能では充分に対応できない
でいた。
ために、スイッチング周波数に応じて、保護機能レベル
を可変し、スイッチング周波数に応じた定格出力電流を
自動的に設定することにより、装置の能力を最大限に発
揮させる交流電動機の制御方式を提供することにある。
負荷に応じた電流/電圧/周波数を供給するための直流
−交流変換回路を具備し、この直流−交流変換回路を構
成する半導体のパワー素子をスイッチング動作させるこ
とにより、任意の電流/電圧/周波数を得る、交流電動
機の制御方式において、前記パワー素子のスイッチング
周波数に応じて、前記直流−交流変換回路の負荷率を演
算する負荷率演算器を備え、前記演算された負荷率が一
定値をオーバーすると、保護回路を作動させることを特
徴とする。
のベクトル制御方式を示す図である。
1の3相巻線U,V,Wに速度制御器5で得られた出力
を、誘導電動機1がその運転状態を維持するために必要
なトルク分電流として、ベクトル演算器7に供給する。
ベクトル演算器7では、このトルク分電流ITRと磁束分
電流設定器15で設定された磁束分電流IFRとを、軸回
転信号ωr とトルク分電流ITRで得られるすべり周波数
信号ωs から求められる電気角位相信号に基づいて、ベ
クトル合成する。ベクトル合成して得られた直交2相指
令信号Iα,Iβを、3相の相電流指令信号に変換する
ための2相−3相変換器8に供給する。2相−3相変換
器8で得られた3相の相電流指令信号IUR,IVR,IWR
は、3個の電流制御器9にそれぞれ供給される。これら
相電流指令信号には、 IUR+IVR+IWR=0 の関係がある。各電流制御器9では、供給された相電流
指令信号と、誘導電動機の各相に流れた実際電流IUF,
IVF,IWFとを比較演算し、偏差が零になるような電流
指令MU ,MV ,MW を作成し、PWM制御器10に供
給する。PWM制御器10では、3相の電流指令とスイ
ッチング周波数設定回路18からの三角波信号とを比較
制御して、パルス幅変調された駆動パルスPU ,PV ,
PW を、直流電源から交流電源を取り出すパワーユニッ
ト16のドライバ回路24に供給し、パワー回路のパワ
ー素子、例えばトランジスタやIGBTをスイッチング
動作させて電圧源を作り、誘導電動機1の3相巻線U,
V,Wに電圧/電流を供給する。 パワー回路では、パ
ワー素子S1 とS2 ,S3 とS4 ,S5 とS6 がそれぞ
れ上下に接続されており、各素子のON−OFFの幅を
変えることで出力電流/電圧/周波数を可変することが
できる。
(speed ref)と、誘導電動機1に取り付けら
れた速度検出器2で得られる誘導電動機の実際速度から
得られるパルス信号φA ,φB を周波数−電圧変換する
ための周波数/電圧変換器(FVC)3を介して得られ
る速度帰還信号とを比較演算し、誘導電動機1に必要な
トルク分電流を取り出す。
に供給される電流の位相は、sinθ/cosθ RO
Mテーブル14からベクトル演算器7へ入力される一次
電流位相信号により定められる。
プ/ダウン(up/down)・カウンタ4から入力さ
れる誘導電動機の一次電流周波数に相当する信号に基づ
いて、テーブルの内容が読み出される。
器2で得られるパルス信号φA ,φB で得られる誘導電
動機の軸回転信号ωr と、誘導電動機の二次抵抗補正回
路6,絶対値演算器12,電圧/周波数変換器(VF
C)11を介して取り出した、誘導電動機のトルク分電
流に相当するすべり周波数信号ωs とを加減算し、誘導
電動機の一次電流周波数に該当する信号に変換した後、
この信号をアドレス信号としてsinθ/cosθ R
OMテーブル14の内容を読み出し、ベクトル演算器7
へ供給する誘導電動機の一次電流位相信号を取り出す。
(FVC)3で電圧に変換されて、速度制御器5に入力
される。
の二次抵抗の温度変化分を補償するための回路であり、
誘導電動機に設けられた温度検出器17から温度情報が
入力される。
は、極性判別器13の指示により行われる。アップ/ダ
ウン・カウンタ4のカウント値は、sinθ/cosθ
ROMテーブル14にアドレス信号として入力され
る。ROMテーブルでは、アドレスに相当する番地のデ
ータを、それぞれsinθテーブルおよびcosθテー
ブルより読み出し、データsinθおよびcosθとし
てベクトル演算器7へ入力する。
指令信号Iα,Iβを次式より演算する。
は、2相−3相変換器8,電流制御器9,PWM制御器
10へと供給される。
常、一定周期の三角波のキャリア信号を発生し、図4に
示すように、PWM制御器10を介してスイッチングの
パルス幅を制御する。
1 とS2 のパワー素子が同時にONするのを防止するた
めのDead BAND(Time)の回路を経由して
駆動パルスをパワーユニット16に供給するのが一般的
である。
制御器9のエラー信号に基づきスイッチング波形が作り
出されパワーユニット16に供給され、前述したように
パワーユニット16では任意の電流を得るために、パワ
ー素子をONする際図2に示すように大きな損失
(PON,POFF )が発生し問題になる。
パワーユニット16の負荷率、言い換えれば、パワーユ
ニット上で発生する損失を、負荷率演算器19でトルク
分電流指令ITRや出力電流(U,V,W相電流)から算
出し、負荷率演算器19で、パワーユニットが有してい
る連続定格や短時間定格以上の負荷が検出されると装置
を停止したり、トルク分電流を減らす等の保護処置を行
う訳であるが、パワー素子部で発生する損失は、スイッ
チング周波数に比例するために、このときの負荷率を、
スイッチング周波数に基づいて補正する必要がある。
回路18の出力信号を補正関数発生器20を介して負荷
率演算器19へ供給している。
数に応じ図5のごとく、スイッチング周波数に応じた関
数として減定格率(係数)を出力する仕組みになってお
り、この関数とトルク分電流から算出した負荷率とを乗
算し、スイッチング周波数による損失分を加味した負荷
率を算出し、定格表示や保護動作回路上に反映すること
ができる。
められる減定格率(係数)は、素子の特性等により任意
の関数にすることができる。
ワーユニット16は熱時定数をもっているため、その負
荷率は、過負荷トルク時の負荷率ηm ,定格トルク時の
負荷率ηO ,過負荷時および定格トルク時の各トルク電
流(指令)をIm ,IO とすると、負荷率は、電流の2
乗にほぼ比例するので、次式が成り立つ。
て、時々刻々に変化する負荷率ηt は、その時刻をtと
すると、次式で表される。
て予め設定された補正係数Ks を乗算することで負荷率
ηt が得られる。
ると保護回路を作動する等の処置を実施することができ
る。
アナログ回路を中心に説明したが、これと同じ機能をソ
フトウェアで実現できることは明らかである。
分電流基準のみならず、一般には、装置の出力電流をも
とに、負荷率を算出することも可能である。
場合であるが、本発明の制御方式は他の交流電動機、例
えば同期電動機にも適用できる。
例を示す。
各相電流をIU ,IV ,IW 、電流の振幅をIa ,有効
磁束をφ,回転位置をθ0 とすると、
器、32は3相電流指令器、33は電流制御器、34は
PWM制御器、35はパワーユニット、36は周波数/
電圧変換器、37は速度検出器、38は同期電動機、3
9はスイッチング周波数発生器、40は負荷率演算器、
41は補正関数発生器である。負荷率演算器40および
補正関数発生器41の動作は基本的に図3の実施例と同
じである。
応じて、保護機能レベルを可変し、スイッチング周波数
に応じて定格出力電流を自動的に設定することにより、
装置の能力を最大限に発揮させる交流電動機の制御方式
を実現できる。
よび定常時に発生する損失を示す図である。
である。
る。
図である。
である。
Claims (2)
- 【請求項1】交流電動機の負荷に応じた電流/電圧/周
波数を供給するための直流−交流変換回路を具備し、こ
の直流−交流変換回路を構成する半導体のパワー素子を
スイッチング動作させることにより、任意の電流/電圧
/周波数を得る、交流電動機の制御方式において、 前記パワー素子のスイッチング周波数に応じて、前記直
流−交流変換回路の負荷率を演算する負荷率演算器を備
え、前記演算された負荷率が一定値をオーバーすると、
保護回路を作動させることを特徴とする交流電動機の制
御方式。 - 【請求項2】前記交流電動機は、誘導電動機または同期
電動機であることを特徴とする請求項1記載の交流電動
機の制御方式。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24225693A JP3276220B2 (ja) | 1993-09-29 | 1993-09-29 | 交流電動機の制御方式 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24225693A JP3276220B2 (ja) | 1993-09-29 | 1993-09-29 | 交流電動機の制御方式 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07107784A JPH07107784A (ja) | 1995-04-21 |
JP3276220B2 true JP3276220B2 (ja) | 2002-04-22 |
Family
ID=17086567
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP24225693A Expired - Lifetime JP3276220B2 (ja) | 1993-09-29 | 1993-09-29 | 交流電動機の制御方式 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3276220B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4807352B2 (ja) | 2007-12-25 | 2011-11-02 | 三菱電機株式会社 | 温度検出システム |
JP5343662B2 (ja) * | 2009-03-30 | 2013-11-13 | 日産自動車株式会社 | インバータ回路 |
-
1993
- 1993-09-29 JP JP24225693A patent/JP3276220B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH07107784A (ja) | 1995-04-21 |
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