JP3301165B2 - 誘導電動機の制御装置 - Google Patents

誘導電動機の制御装置

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JP3301165B2 JP14049693A JP14049693A JP3301165B2 JP 3301165 B2 JP3301165 B2 JP 3301165B2 JP 14049693 A JP14049693 A JP 14049693A JP 14049693 A JP14049693 A JP 14049693A JP 3301165 B2 JP3301165 B2 JP 3301165B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、誘導電動機を制御する
PWMインバータの出力電圧の制御方法に関し、特に出
力トルクの改善を図るものである。
【0002】
【従来の技術】誘導電動機の速度を制御する場合、図4
のような構成のインバータを広く使用されている。図に
おいて、交流電源1とダイオードブリッジからなる整流
回路2と平滑コンデンサ3と、スイッチング素子とフラ
イホイールダイオードからなるPWMインバータ4と、
電流検出器7と、インバータ制御回路5により構成され
た制御装置によって誘導電動機6が速度制御される。
【0003】インバータ制御回路5は設定の周波数から
出力電圧を演算し、PWMインバータ4を駆動する。図
5にインバータ制御回路5の基本ブロックを示す。周波
数設定手段16の出力は設定周波数と出力電圧の関係を
決定するV/Fパターン演算手段17に入力される。さ
らに周波数設定手段16とV/Fパターン演算手段17
からPWMパルスを演算するPWM演算手段22を通し
てPWMインバータ4を駆動する。電流検出器7は誘導
電動機6の1次電流を検出している。
【0004】図6はV/Fパターン演算手段17の設定
周波数と出力電圧の関係を表している。図6でfbは基
底周波数で、この周波数では出力電圧は電源電圧で決ま
る最大値Viをとる。誘導電動機6により大きなトルク
が必要な場合には図6のV/F(a)のように大きいV
/F特性を予め設定する。
【0005】誘導電動機6の負荷状態に応じ自動的に、
かつ上記の設定V/Fパターンより特に低周波数領域で
トルク特性を改善させる方法として、図4の電流検出器
7の出力から1次電流の位相を検出して出力電圧を上げ
る方法と、(数1)のように1次電圧1を演算して1次
抵抗電圧降下を補償する方法がある。ただし、(数1)
でEoは設定V/Fパターンで決まる誘起電圧で、R1
は誘導電動機の1次抵抗の設定値でありI1は1次電流
の値である。
【0006】
【数1】
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記での
従来の構成において、予め設定するV/Fパターン方式
では特に低周波領域でのトルクの増加を図った場合に誘
導電動機の励磁電流が増加し過励磁状態となるばかりで
なく十分なトルクも期待できない。
【0008】自動トルクブーストでは、負荷に応じた位
相の変化から電圧を補正しトルクブーストをかける方法
では特に低速での位相の検出遅れが応答性能を悪化させ
ることや、1次抵抗の電圧降下分の補正による方法では
過励磁の回避は図れるものの、図7のように低周波数領
域では1次電流対トルク特性は単調増加に必ずしもなら
ないためトルク特性改善はあまり効果は期待できなかっ
た。図7で横軸Tは出力トルクを表しており、図7の特
性でV/F(a),V/F(b),V/F(c)は各々
図6に示したV/Fパターンに対応している。
【0009】1次電流対負荷特性の改善として1次電流
の最小値を追跡しながら制御する方法も提案されている
が応答速度の悪化を招く。さらに負荷時にはすべりのた
め2次回路のインピーダンス低下により励磁電流が減少
するのでトルク改善の効果は期待できない。
【0010】本発明の目的は、設定周波数や負荷状態に
拘らず良好な出力トルク特性を得ることができるように
した誘導電動機の制御装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の誘導電動機の制御装置は、誘導電動機のトル
ク電流と励磁電流と1次電流を検出し演算する手段と、
励磁電流の設定値と励磁電流検出手段の差を比例積分す
る励磁電圧補償手段と、誘起電圧と出力周波数の関係を
決定するV/Fパターン演算手段と、誘導電動機定数と
トルク電流と励磁電流と1次電流と励磁電圧補償手段と
V/Fパターン演算手段とから1次電圧を演算する1次
電圧演算手段と、誘導電動機定数とトルク電流と励磁電
流からすべり周波数を演算する1次周波数演算手段を設
けた構成を有している。
【0012】
【作用】この構成によって、印加すべき1次電圧は1次
インピーダンスによる電圧降下分の補正をし、負荷変動
に伴う励磁電流の低下を抑制して誘起電圧の安定化を図
っており、かつ1次周波数は誘導電動機のすべりによる
すべり周波数低下分を設定周波数に加えて周波数低下分
の補償をしているので、広汎な周波数領域で十分なトル
クを得ることができる。
【0013】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面によって説明
する。
【0014】図1は本発明による一実施例によるブロッ
ク図である。図1(a)において、電流検出器7,8は
PWMインバータの2相の出力電流を検出し、インバー
タ制御回路5に入力する。他の構成は図4と同様であ
る。図1(b)はインバータ制御回路5の構成である。
図1(b)において、9はトルク電流検出手段、10は
励磁電流検出手段、11は1次電流演算手段、12は励
磁電流設定手段、13は励磁電圧補償手段、14はトル
ク電流誤差設定手段、15はトルク電流演算手段、16
は周波数設定手段、17はV/Fパターン演算手段、1
8は誘導電動機定数設定手段、19は1次電圧演算手
段、20はすべり周波数演算手段、21は1次周波数演
算手段、22はPWM演算手段である。
【0015】電流検出器7,8の出力は、1次出力電圧
の回転角を用いて回転座標系から静止座標系への変換手
段d−q変換によって、誘導電動機6のトルク電流およ
び励磁電流を演算するトルク電流検出手段9および励磁
電流検出手段10に入力される。トルク電流検出手段9
と励磁電流検出手段10から誘導電動機6の1次電流が
1次電流演算手段11で演算される。励磁電圧補償手段
13は励磁電流設定手段12と励磁電流検出手段10の
差を比例積分している。
【0016】図2に誘導電動機6のベクトル図を示す。
誘起電圧E0と空隙磁束Φ0は直交している。理想的には
トルク電流はE0と、励磁電流はΦ0と同相であるが座標
変換のd−q軸を図のようにとっているため誤差を生じ
る。そこでこれを補正するため図1に示すトルク電流誤
差設定手段14には無負荷時の変換誤差に相当するトル
ク電流を予め設定してある。トルク電流検出手段9とト
ルク電流誤差設定手段14からトルク電流演算手段15
を通して実際のトルク電流を求めている。励磁電流は励
磁電圧補償手段13で補正をかけることになるので座標
変換に基づく補正は特にする必要はない。周波数設定手
段16の出力は誘導電動機6の誘起電圧との関係を決定
するV/Fパターン演算手段17で周波数に応じた電圧
に変換される。誘導電動機定数設定手段18には誘導電
動機6の1次抵抗等インピーダンスパラメータが設定さ
れている。
【0017】トルク電流演算手段15の出力をIt、励
磁電流検出手段10の出力をIm、誘導電動機定数設定
手段18のインピーダンスパラメータの1次抵抗を
1、1次漏れインダクタンスをL1とし、励磁電圧補償
手段13の出力をΔVとして、1次周波数をf1とすれ
ば、1次電圧V1は図2のベクトル図から(数2)に基
づいて1次電圧演算手段19で演算する。(数2)でθ
は図2の位相角である。
【0018】
【数2】
【0019】(数2)で第2項と第3項は低周波数領域
のみでなく基底周波数以下での1次インピーダンスによ
る電圧降下分の補償をしている。第4項は負荷状態によ
る励磁電流の低下を防ぎ、積分項によって定常偏差をな
くすようにしているので定常状態でも安定した補償が可
能である。またこのためE0とV/Fパターンの最小値
でよく1次電流対負荷特性は単調増加関数となるため1
次電流のフィードバックを確実にかけることができる。
なお、励磁電流検出手段10のかわりに励磁電圧補償手
段13のゲインを調整したものを使用すれば、ΔVの項
を設ける必要なく同様の特性が得られる。
【0020】さらに1次周波数は、トルク電流演算手段
15と励磁電流設定手段12および誘導電動機定数設定
手段18からすべり周波数演算手段20ですべり周波数
を演算し、周波数設定手段16の出力に加算する1次周
波数演算手段21で得る。1次電圧演算手段19と1次
周波数演算手段21からPWM演算手段22でPWMパ
ルスを演算し、その出力でPWMインバータ4を駆動す
る。このようにしてすべて周波数を補償するので負荷状
態に拘らず同期速度に近い特性が得られ、安定して高ト
ルクが得られる。なお、すべり周波数演算手段20では
すべり周波数を一定範囲内に制限する制限機能を有して
いる。
【0021】励磁電流は、図3のように周波数によって
無負荷時の1次電流の位相が変化するため周波数依存性
を有するが、特に低周波数領域での過励磁が問題となる
ことがある。このため励磁電流設定手段12は、図3の
補正係数Kのような周波数特性をもつ係数をかけて補正
する係数手段を持たせ、励磁電流が図の補正後の1次電
流のように周波数に拘らずフラットな特性になるように
補正する場合がある。このようにすれば、低周波数領域
でも過励磁状態にならず最適な1次電流で十分な出力ト
ルクを得ることができる。
【0022】励磁電圧補償手段13では励磁電流の設定
が誘導電動機の実際の検出値よりも大幅に低い場合には
加速時や定常時でも負の値をとる場合があるので励磁電
圧の補償ができないことがある。このため励磁電圧補償
手段13の負の値をとらないように出力制限をしてい
る。加速時に励磁電流の誤差分が積分され定常状態では
積分値が維持される。減速時には誤差分が負の値をとる
ため零になるまで減算されるが、フリーラン等運転中の
出力遮断で停止させる場合には積分値が零まで減算され
ず積分値が残留する場合がある。この積分値が大きく残
留していると、誘導電動機6が再始動するとき(数2)
のΔVが大きな値をとるため低周波数でいきなり大きな
1次電圧V1を印加することになり過電流が流れること
がある。このためインバータ制御回路5の出力遮断時に
励磁電圧補償手段13の積分値をリセットする。
【0023】
【発明の効果】以上のように本発明は、誘導電動機のト
ルク電流と励磁電流を1次電流を検出し演算する手段
と、励次電流の設定値と励磁電流検出手段の差を比例積
分する励磁電圧補償手段と、誘起電圧と出力周波数の関
係を決定するV/Fパターン演算手段と、誘導電動機定
数とトルク電流と励磁電流と1次電流と励磁電圧補償手
段とV/Fパターン演算手段とから1次電圧を演算する
1次電圧演算手段と、誘導電動機定数とトルク電流と励
磁電流からすべり周波数を演算する1次周波数演算手段
を設けることにより、広汎な周波数範囲で、特に低周波
数領域でも安定して十分な出力トルクが得られる優れた
誘導電動機の制御装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の一実施例における誘導電動機
の制御装置のブロック図 (b)は本実施例におけるインバータ制御装置のブロッ
ク図
【図2】誘導電動機のベクトル図
【図3】誘導電動機の励磁電流補正の説明図
【図4】従来の誘導電動機の制御装置のブロック図
【図5】従来のインバータ制御回路の基本ブロック図
【図6】従来例のV/F特性図
【図7】従来例の1次電流対トルク特性図
【符号の説明】
1 交流電源 2 整流回路 3 平滑コンデンサ 4 PWMインバータ 5 インバータ制御回路 6 誘導電動機 7,8 電流検出器 9 トルク電流検出手段 10 励磁電流検出手段 11 1次電流演算手段 12 励磁電流設定手段 13 励磁電圧補償手段 14 トルク電流誤差設定手段 15 トルク電流演算手段 16 周波数設定手段 17 V/Fパターン演算手段 18 誘導電動機定数設定手段 19 1次電圧演算手段 20 すべり周波数演算手段 21 1次周波数演算手段 22 PWM演算手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−183291(JP,A) 特開 平4−304184(JP,A) 特開 昭61−76092(JP,A) (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 7/00 - 7/98

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流電源を整流し平滑して直流電圧を得
    る整流平滑回路と、直流電圧を交流電圧に変換するPW
    Mインバータと、前記PWMインバータの2相以上の出
    力電流を検出する電流検出器と、前記PWMインバータ
    の出力周波数と出力電圧を制御するインバータ制御回路
    とを含む誘導電動機の制御装置において、前記インバー
    タ制御回路は、前記電流検出器から誘導電動機のトルク
    電流を演算するトルク電流検出手段および励磁電流を演
    算する励磁電流検出手段と、無負荷時のトルク電流誤差
    を設定するトルク電流誤差設定手段と、前記トルク電流
    検出手段と前記トルク電流誤差設定手段からトルク電流
    を演算するトルク電流演算手段と、前記トルク電流検出
    手段と前記励磁電流検出手段から1次電流を演算する1
    次電流演算手段と、予め誘導電動機の励磁電流を設定し
    た励磁電流設定手段と、前記励磁電流設定手段と前記励
    磁電流検出手段の差を比例積分制御する励磁電圧補償手
    段と、出力周波数を設定する周波数設定手段と、誘導電
    動機の誘起電圧と前記周波数設定手段の関係を決定する
    V/Fパターン演算手段と、予め誘導電動機の定数を設
    定した誘導電動機定数設定手段と、前記V/Fパターン
    演算手段と前記電動機定数設定手段と前記1次電流演算
    手段と前記トルク電流演算手段と前記励磁電流検出手段
    と前記励磁電圧補償手段から1次電圧を演算する1次電
    圧演算手段と、前記トルク電流演算手段と前記励磁電流
    設定手段と前記誘導電動機定数設定手段とからすべり周
    波数を演算し最大値を制限するすべり周波数演算手段
    と、前記周波数設定手段とすべり周波数演算手段から1
    次周波数を演算する1次周波数演算手段と、前記1次電
    圧演算手段と前記1次周波数演算手段からPWMパルス
    を演算するPWM演算手段を備え、PWMパルス制御す
    ることを特徴とする誘導電動機の制御装置。
  2. 【請求項2】 前記励磁電流設定手段は周波数によって
    定めたパターンをもたせるよう周波数ごとに係数を掛け
    る係数演算手段を備えた請求項1記載の誘導電動機の制
    御装置。
  3. 【請求項3】 前記励磁電圧補償手段は零または正の値
    のみ出力するよう制限する励磁補正制限手段と出力遮断
    停止時に積分値をリセットするリセット手段を備えた請
    求項1記載の誘導電動機の制御装置。
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