JP3289568B2

JP3289568B2 - 誘導電動機の制御装置

Info

Publication number: JP3289568B2
Application number: JP22492595A
Authority: JP
Inventors: 新一石井
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1995-09-01
Filing date: 1995-09-01
Publication date: 2002-06-10
Anticipated expiration: 2015-09-01
Also published as: JPH0974786A

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、ＰＷＭインバー
タで可変速駆動される誘導電動機の制御装置に関し、特
に誘導電動機の起動時の特性を改善する制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図３は、この種のＰＷＭインバータで可
変速駆動される誘導電動機の制御装置の従来例を示すブ
ロック構成図である。図３において制御装置１０は、外
部の周波数指令器１より指令される周波数指令値
（ｆ^*）をｆ−ｖ変換器１１に入力してｑ軸電圧値（Ｖ
ｑ’）に変換し、周波数指令値（ｆ^*）を積分演算器１
２に入力して回転角（θ）を演算し、電流検出器１３，
１４によりＰＷＭインバータ２０の出力に接続された誘
導電動機２のＵ相，Ｗ相の電流検出値（ｉ_U，ｉ_W）を
検出し、電流検出値（ｉ_U，ｉ_W）と回転角（θ）とを
座標変換演算器１５に入力してｑ軸電流（ｉｑ）を演算
し、周波数指令値（ｆ^*）とｑ軸電流（ｉｑ）と予め設
定される誘導電動機２のｄ軸電流値（ｉｄ^*）と一次抵
抗値（ｒ₁）と漏れインダクタンス（ｌσ）とを補償量
演算器１６に入力してｑ軸電圧補償量（ΔＶｑ）とｄ軸
電圧補償量（ΔＶｄ）とを演算し、ｑ軸電圧値（Ｖ
ｑ’）とｑ軸電圧補償量（ΔＶｑ）とを加算演算器１７
に入力してｑ軸電圧指令値（Ｖｑ）を演算し、ｄ軸電圧
補償量（ΔＶｄ）と予め設定されるｄ軸電圧（Ｖｄ’）
とを加算演算器１８に入力してｄ軸電圧指令値（Ｖｄ）
を演算し、ｑ軸電圧指令値（Ｖｑ）とｄ軸電圧指令値
（Ｖｄ）とを極座標変換演算器１９に入力して電圧指令
絶対値（｜Ｖ^*｜）と位相角（δ^*）とを演算し、電圧
指令絶対値（｜Ｖ^*｜）と位相角（δ^*）とをＰＷＭイ
ンバータ２０に入力して得られた電圧指令値（Ｖ_U ^*，
Ｖ_V ^*，Ｖ_W ^*）に基づく出力電圧を誘導電動機２に供
給する構成である。

【０００３】制御装置１０の動作を、誘導電動機の電圧
方程式を用いながら、以下に説明する。先ず、ｄ−ｑ座
標軸を用いた電圧方程式（定常状態）は式（１），
（２）で表される。

【０００４】

【数１】ｖ_1d＝ｒ₁・ｉ_1d−ω₁・ｌσ・ｉ_1q＋ω₁・φ_2q …（１）

【０００５】

【数２】ｖ_1q＝ｒ₁・ｉ_1q＋ω₁・ｌσ・ｉ_1d＋ω₁・φ_2d …（２）式（１），（２）における記号は以下の通りである。ｒ₁ ：誘導電動機の一次抵抗値ｌσ ：誘導電動機の漏れインダクタンス ω₁ ：誘導電動機の一次角周波数 φ_2d ：誘導電動機の二次磁束ｄ軸成分 φ_2q ：誘導電動機の二次磁束ｑ軸成分ｉ_1d ：誘導電動機の一次電流ｄ軸成分（励磁電流成
分）ｉ_1q ：誘導電動機の一次電流ｑ軸成分（トルク電流成
分）ｖ_1d ：誘導電動機の一次電圧ｄ軸成分ｖ_1q ：誘導電動機の一次電圧ｑ軸成分ここで、制御上の誘導電動機磁束軸を二次磁束ｄ軸成分
（φ_2d）と同じ軸上におくと、φ_2dは一定、φ_2q＝０と
なり、式（１），（２）は式（３），（４）に変形され
る。

【０００６】

【数３】ｖ_1d＝ｒ₁・ｉ_1d−ω₁・ｌσ・ｉ_1q …（３）

【０００７】

【数４】ｖ_1q＝ｒ₁・ｉ_1q＋ω₁・ｌσ・ｉ_1d＋ω₁・φ_2d …（４）よって、誘導電動機２に与える電圧（ＰＷＭインバータ
２０の出力電圧）として、極座標変換演算器１９に入力
されるｑ軸電圧指令値（Ｖｑ）とｄ軸電圧指令値（Ｖ
ｄ）は、式（５），（６）となる。

【０００８】

【数５】Ｖｄ＝ｒ₁・ｉｄ^*−２πｆ^*・ｌσ・ｉｑ …（５）

【０００９】

【数６】Ｖｑ＝ｒ₁・ｉｑ＋２πｆ^*・ｌσ・ｉｄ^*＋２πｆ^*・φ_2d …（６）すなわち、補償量演算器１６の出力のｄ軸電圧補償量
（ΔＶｄ）とｑ軸電圧補償量（ΔＶｑ）は、式（７），
（８）となる。

【００１０】

【数７】 ΔＶｄ＝ｒ₁・ｉｄ^*−２πｆ^*・ｌσ・ｉｑ …（７）

【００１１】

【数８】 ΔＶｑ＝ｒ₁・ｉｑ＋２πｆ^*・ｌσ・ｉｄ^* …（８）また、式（６）の右辺の第３項のφ_2dは一定であるの
で、ｆ−ｖ変換器１１の出力のｑ軸電圧値（Ｖｑ’）が
相当する。従って、加算演算器１７の出力は、式（９）
となる。

【００１２】

【数９】Ｖｑ＝Ｖｑ’＋ΔＶｑ …（９）さらに、ｄ軸電圧（Ｖｄ’）は前述の如く零（φ_2q＝
０）となるので、加算演算器１８の出力は、式（１０）
となる。

【００１３】

【数１０】Ｖｄ＝ΔＶｄ …（１０）

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】図３に示した従来の誘
導電動機２の制御装置１０では、電流検出器１３，１４
と座標変換演算器１５と補償量演算器１６とを介して得
られる前記式（７），（８）で示したｄ軸電圧補償量
（ΔＶｄ）とｑ軸電圧補償量（ΔＶｑ）にはそれぞれ演
算遅れがあるために、特に誘導電動機２の起動時に、こ
の演算遅れによりＰＷＭインバータ２０の出力電圧が不
足の状態で起動することとなり、誘導電動機２の磁束が
十分に確立せず、誘導電動機２に過大な電流が流れＰＷ
Ｍインバータ２０が過電流により破損する恐れがあっ
た。

【００１５】この発明の目的は、上記問題点を解決する
誘導電動機の制御装置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この第１の発明は、外部
より指令される周波数指令値（ｆ^*）をｆ−ｖ変換器に
入力してｑ軸電圧値（Ｖｑ’）に変換し、周波数指令値
（ｆ^*）を積分演算器に入力して回転角（θ）を演算
し、電流検出器によりＰＷＭインバータの出力に接続さ
れた誘導電動機の各相の電流検出値（ｉ_U，ｉ_W）を検
出し、電流検出値（ｉ_U，ｉ_W）と回転角（θ）とを座
標変換演算器に入力してｑ軸電流（ｉｑ）を演算し、周
波数指令値（ｆ^*）と、ｑ軸電流（ｉｑ）と、予め設定
される誘導電動機のｄ軸電流値（ｉｄ^*）と一次抵抗値
（ｒ₁）と漏れインダクタンス（ｌσ）とを補償量演算
器に入力してｑ軸電圧補償量（ΔＶｑ）とｄ軸電圧補償
量（ΔＶｄ）とを演算し、外部より指令される起動指令
と周波数指令値（ｆ^*）とを起動検出器に入力して誘導
電動機の起動信号を検出し、起動信号が検出されたとき
より所定の時限までフォーシング量演算器によりｑ軸電
圧フォーシング量（Ｖｆｑ）とｄ軸電圧フォーシング量
（Ｖｆｄ）とをそれぞれ出力し、ｑ軸電圧値（Ｖｑ’）
とｑ軸電圧フォーシング量（Ｖｆｑ）とを第１の加算演
算器に入力して第１の加算値を演算し、第１の加算値と
ｑ軸電圧補償量（ΔＶｑ）とを第２の加算演算器に入力
してｑ軸電圧指令値（Ｖｑ）を演算し、ｄ軸電圧フォー
シング量（Ｖｆｄ）と予め設定されるｄ軸電圧（Ｖ
ｄ’）とを第３の加算演算器に入力して第３の加算値を
演算し、第３の加算値とｄ軸電圧補償量（ΔＶｄ）とを
第４の加算演算器に入力してｄ軸電圧指令値（Ｖｄ）を
演算し、ｑ軸電圧指令値（Ｖｑ）とｄ軸電圧指令値（Ｖ
ｄ）とを極座標変換演算器に入力して電圧指令絶対値
（｜Ｖ^*｜）と位相角（δ^*）とを演算し、電圧指令絶
対値（｜Ｖ^*｜）と位相角（δ^*）とをＰＷＭインバー
タに入力して得られた電圧指令値（Ｖ_U ^*，Ｖ_V ^*，Ｖ
_W ^*）に基づく出力電圧を誘導電動機に供給することを
手段とする。

【００１７】また、第２の発明は、外部より指令される
周波数指令値（ｆ^*）をｆ−ｖ変換器に入力してｑ軸電
圧値（Ｖｑ’）に変換し、周波数指令値（ｆ^*）を積分
演算器に入力して回転角（θ）を演算し、電流検出器に
よりＰＷＭインバータの出力に接続された誘導電動機の
各相の電流検出値（ｉ_U，ｉ_W）を検出し、電流検出値
（ｉ_U，ｉ_W）と回転角（θ）とを座標変換演算器に入
力してｑ軸電流（ｉｑ）を演算し、周波数指令値
（ｆ^*）と、ｑ軸電流（ｉｑ）と、予め設定される誘導
電動機のｄ軸電流値（ｉｄ^*）と一次抵抗値（ｒ₁）と
漏れインダクタンス（ｌσ）とを補償量演算器に入力し
てｑ軸電圧補償量（ΔＶｑ）とｄ軸電圧補償量（ΔＶ
ｄ）とを演算し、外部より指令される起動指令と周波数
指令値（ｆ^*）とを起動検出器に入力して誘導電動機の
起動信号を検出し、起動信号が検出されたときより所定
の時限までフォーシング量演算器により絶対値フォーシ
ング量（｜ΔＶ｜）を出力し、ｑ軸電圧値（Ｖｑ’）と
ｑ軸電圧補償量（ΔＶｑ）とを第１の加算演算器に入力
してｑ軸電圧指令値（Ｖｑ）を演算し、ｄ軸電圧補償量
（ΔＶｄ）と予め設定されるｄ軸電圧（Ｖｄ’）とを第
２の加算演算器に入力してｄ軸電圧指令値（Ｖｄ）を演
算し、ｑ軸電圧指令値（Ｖｑ）とｄ軸電圧指令値（Ｖ
ｄ）とを極座標変換演算器に入力して電圧指令絶対値
（｜Ｖ^*｜）と位相角（δ ^*）とを演算し、電圧指令絶
対値（｜Ｖ^*｜）と絶対値フォーシング量（｜ΔＶ｜）
とを第３の加算演算器に入力して第３の加算値を演算
し、第３の加算値と位相角（δ^*）とをＰＷＭインバー
タに入力して得られた電圧指令値（Ｖ_U ^*，Ｖ _V ^*，Ｖ
_W ^*）に基づく出力電圧を誘導電動機に供給することを
手段とする。

【００１８】この第１の発明によれば、誘導電動機の起
動時にフォーシング量演算器によりｑ軸電圧フォーシン
グ量（Ｖｆｑ）とｄ軸電圧フォーシング量（Ｖｆｄ）と
をそれぞれｑ軸電圧指令値とｄ軸電圧指令値に加算する
ことにより、ＰＷＭインバータから誘導電動機の起動に
十分な電圧を与えることができる。また、第２の発明に
よれば、誘導電動機の起動時にフォーシング量演算器に
より絶対値フォーシング量（｜ΔＶ｜）を電圧指令絶対
値（｜Ｖ^*｜に加算してＰＷＭインバータに入力するこ
とにより、誘導電動機の起動に十分な電圧を与えること
ができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に説明するこの発明の実施例
において、図３に示した従来例と同一機能を有するもの
には同一符号を付してその説明を省略し、図３と異なる
機能を中心に説明する。図１は、この発明の第１の実施
例を示す誘導電動機の制御装置のブロック構成図であ
り、制御装置３０には、起動検出器３１，フォーシング
量演算器３２，加算演算器３３，３４を備えている。

【００２０】起動検出器３１は、周波数指令値（ｆ^*）
と外部から指令される起動指令とを入力して、起動指令
有りで且つ周波数指令値（ｆ^*）有りの条件で起動信号
を出力する。フォーシング量演算器３２は、前記起動信
号が入力されると、例えば１０ミリ秒の期間だけｑ軸電
圧フォーシング量（Ｖｆｑ）とｄ軸電圧フォーシング量
（Ｖｆｄ）とをそれぞれ出力し、加算演算器３３，３４
によりそれぞれｑ軸電圧指令値とｄ軸電圧指令値に加算
するようにしている。

【００２１】ｑ軸電圧フォーシング量（Ｖｆｑ）はｑ軸
電圧指令値の定格値の１０％程度であり、また、ｄ軸電
圧フォーシング量（Ｖｆｄ）はｄ軸電圧指令値の定格値
の１０％程度であり、この加算したフォーシング量によ
りＰＷＭインバータ２０から誘導電動機２に十分な出力
電圧を与えられ、誘導電動機２の磁束が確立し、誘導電
動機２は加速する。

【００２２】図２は、この発明の第２の実施例を示す誘
導電動機の制御装置のブロック構成図であり、図１と同
一機能を有するものには同一符号を付している。図２の
制御装置４０には、起動検出器３１，フォーシング量演
算器４１，加算演算器４２を備えている。フォーシング
量演算器４１は、起動検出器３１より起動信号が入力さ
れると、例えば１０ミリ秒の期間は絶対値フォーシング
量（｜ΔＶ｜）を出力し、加算演算器４２により電圧指
令絶対値（｜Ｖ^*｜）に加算するようにしている。

【００２３】絶対値フォーシング量（｜ΔＶ｜）は電圧
指令絶対値の定格値の１０％程度であり、この加算した
フォーシング量によりＰＷＭインバータ２０から誘導電
動機２に十分な出力電圧を与えられ、誘導電動機２の磁
束が確立し、誘導電動機２は加速する。

【００２４】

【発明の効果】この発明によれば、誘導電動機の起動時
に所定の期間だけフォーシング量をｄ，ｑ軸電圧指令値
または電圧指令絶対値に加算することによりＰＷＭイン
バータから誘導電動機の起動に十分な出力電圧を与えら
るので、誘導電動機に過大な電流が流れることは無くな
り、滑らかに加速することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例を示す誘導電動機の制
御装置のブロック構成図

【図２】この発明の第２の実施例を示す誘導電動機の制
御装置のブロック構成図

【図３】従来例を示す誘導電動機の制御装置のブロック
構成図

【符号の説明】

１周波数指令器２誘導電動機１０制御装置１１積分演算器１２ｆ−ｖ変換器１３電流検出器１４電流検出器１５座標変換演算器１６補償量演算器１７加算演算器１８加算演算器１９極座標変換演算器２０ＰＷＭインバータ３０制御装置３１起動検出器３２フォーシング量演算器３３加算演算器３４加算演算器４０制御装置４１フォーシング量演算器４２加算演算器

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 5/408 - 5/412 H02P 7/628 - 7/632 H02P 21/00 H02M 7/42 - 7/98

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】外部より指令される周波数指令値（ｆ^*）
をｆ−ｖ変換器に入力してｑ軸電圧値（Ｖｑ’）に変換
し、周波数指令値（ｆ^*）を積分演算器に入力して回転角
（θ）を演算し、電流検出器によりＰＷＭインバータの出力に接続された
誘導電動機の各相の電流検出値（ｉ_U，ｉ_W）を検出
し、電流検出値（ｉ_U，ｉ_W）と回転角（θ）とを座標変換
演算器に入力してｑ軸電流（ｉｑ）を演算し、周波数指令値（ｆ^*）と、ｑ軸電流（ｉｑ）と、予め設
定される誘導電動機のｄ軸電流値（ｉｄ^*）と一次抵抗
値（ｒ₁）と漏れインダクタンス（ｌσ）とを補償量演
算器に入力してｑ軸電圧補償量（ΔＶｑ）とｄ軸電圧補
償量（ΔＶｄ）とを演算し、外部より指令される起動指令と周波数指令値（ｆ^*）と
を起動検出器に入力して誘導電動機の起動信号を検出
し、起動信号が検出されたときより所定の時限までフォーシ
ング量演算器によりｑ軸電圧フォーシング量（Ｖｆｑ）
とｄ軸電圧フォーシング量（Ｖｆｄ）とをそれぞれ出力
し、ｑ軸電圧値（Ｖｑ’）とｑ軸電圧フォーシング量（Ｖｆ
ｑ）とを第１の加算演算器に入力して第１の加算値を演
算し、第１の加算値とｑ軸電圧補償量（ΔＶｑ）とを第２の加
算演算器に入力してｑ軸電圧指令値（Ｖｑ）を演算し、ｄ軸電圧フォーシング量（Ｖｆｄ）と予め設定されるｄ
軸電圧（Ｖｄ’）とを第３の加算演算器に入力して第３
の加算値を演算し、第３の加算値とｄ軸電圧補償量（ΔＶｄ）とを第４の加
算演算器に入力してｄ軸電圧指令値（Ｖｄ）を演算し、ｑ軸電圧指令値（Ｖｑ）とｄ軸電圧指令値（Ｖｄ）とを
極座標変換演算器に入力して電圧指令絶対値（｜Ｖ
^*｜）と位相角（δ^*）とを演算し、電圧指令絶対値（｜Ｖ^*｜）と位相角（δ^*）とをＰＷ
Ｍインバータに入力して得られた電圧指令値（Ｖ_U ^*，
Ｖ_V ^*，Ｖ_W ^*）に基づく出力電圧を誘導電動機に供給
することを特徴とする誘導電動機の制御装置。
【請求項２】外部より指令される周波数指令値（ｆ^*）
をｆ−ｖ変換器に入力してｑ軸電圧値（Ｖｑ’）に変換
し、周波数指令値（ｆ^*）を積分演算器に入力して回転角
（θ）を演算し、電流検出器によりＰＷＭインバータの出力に接続された
誘導電動機の各相の電流検出値（ｉ_U，ｉ_W）を検出
し、電流検出値（ｉ_U，ｉ_W）と回転角（θ）とを座標変換
演算器に入力してｑ軸電流（ｉｑ）を演算し、周波数指令値（ｆ^*）と、ｑ軸電流（ｉｑ）と、予め設
定される誘導電動機のｄ軸電流値（ｉｄ^*）と一次抵抗
値（ｒ₁）と漏れインダクタンス（ｌσ）とを補償量演
算器に入力してｑ軸電圧補償量（ΔＶｑ）とｄ軸電圧補
償量（ΔＶｄ）とを演算し、外部より指令される起動指令と周波数指令値（ｆ^*）と
を起動検出器に入力して誘導電動機の起動信号を検出
し、起動信号が検出されたときより所定の時限までフォーシ
ング量演算器により絶対値フォーシング量（｜ΔＶ｜）
を出力し、ｑ軸電圧値（Ｖｑ’）とｑ軸電圧補償量（ΔＶｑ）とを
第１の加算演算器に入力してｑ軸電圧指令値（Ｖｑ）を
演算し、ｄ軸電圧補償量（ΔＶｄ）と予め設定されるｄ軸電圧
（Ｖｄ’）とを第２の加算演算器に入力してｄ軸電圧指
令値（Ｖｄ）を演算し、ｑ軸電圧指令値（Ｖｑ）とｄ軸電圧指令値（Ｖｄ）とを
極座標変換演算器に入力して電圧指令絶対値（｜Ｖ
^*｜）と位相角（δ^*）とを演算し、電圧指令絶対値（｜Ｖ^*｜）と絶対値フォーシング量
（｜ΔＶ｜）とを第３の加算演算器に入力して第３の加
算値を演算し、第３の加算値と位相角（δ^*）とをＰＷＭインバータに
入力して得られた電圧指令値（Ｖ_U ^*，Ｖ_V ^*，
Ｖ_W ^*）に基づく出力電圧を誘導電動機に供給すること
を特徴とする誘導電動機の制御装置。