JP3351244B2 - 誘導電動機の速度制御方法 - Google Patents
誘導電動機の速度制御方法Info
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Description
制御方法に関し、特に電動機取り付けの速度センサが不
要で零速度域から高トルクが得られる速度センサレスベ
クトル制御法に関する。
電動機の回転速度とすべり周波数基準値の加算値に応じ
て変換器の出力周波数を制御する方法が一般的である。
一方、速度センサレスベクトル制御においては、実回転
速度の代わりに速度推定値を用いて出力周波数を制御す
る。ところが、速度推定値には誤差が含まれるため、実
すべり周波数は適正基準値から変動するようになる。こ
のとき、電動機磁束はトルク変化に応じて変動(減少)
するようになり、この結果、電動機発生トルクはトルク
電流に比例しなくなり、極度の場合は、トルク不足を来
たす場合がある。速度推定の誤差原因としては、速度推
定演算に用いる電動機定数(1次および2次抵抗)の設
定誤差、並びにこれを1次原因として2次的に発生する
電動機磁束の変動が挙げられる。従来はこれらの変動を
補償する十分な方法がなく、このため、特に零速度近傍
においてトルク不足を生じる場合があった。なお、関係
の文献としては、奥山、他「速度、電圧センサレスベク
トル制御における制御定数設定誤差の影響とその補償」
電学論D,110,447(平2−5)がある。
機定数の変動等による速度推定誤差の影響を受けること
なく、零速度域においてもトルク不足を生じない誘導電
動機の速度制御法を提供することにある。
所定値以下の場合、d軸電流を通常時の値以上に制御
し、また、周波数指令値を速度推定値に代えて速度指令
値に基づいて演算するようにしたことを特徴とする。
て説明する。図1は、本発明の一実施例の速度センサレ
スベクトル制御装置の構成例を示す。1は誘導電動機、
2は電圧指令値V1* に比例した出力電圧を出力する電
力変換器、3は変換器出力電流iu,iwを座標変換
し、d軸およびq軸電流id,iqを演算する座標変換
器、4はq軸電圧指令値Vq**およびiqに基づいて速
度推定値ωr^を演算する速度推定器、5は速度指令値
ωr* と速度推定値ωr^の偏差に応じて、q軸電流指
令値iq* を出力する速度制御器で、idに応じてiq
* を制限する制限器を備えている。6はiq* とiqに
応じてΔqを出力するq軸電流制御器、7はiq*に基
づいてすべり周波数基準値ωs* を演算するすべり周波
数演算器、8は、ωr^とωs* を加算して信号ω1 *を得
る加算器、9はω1 *とωr*を回転速度の大小に応じて切
り替えて出力する切り替え器で、ω1 *と関数器91の出
力Ga1を乗算する乗算器92、ωr*と関数器93の出
力Ga2を乗算する乗算器94、および両乗算器の出力
を加算する加算器95により構成される。10は切替回
路9からの出力周波数指令値ω1 ** を積分して位相基準
値θを出力する位相基準発生器、11はd軸電流指令器
で、添加電流値Δidと関数器111の出力Ga3を乗
算する乗算器112、および基準電流値id* と乗算器
出力を加算し、その一次遅れ値id**を出力する遅れ回
路113により構成される。12はid**とidの偏差
に応じた信号Δdを出力するd軸電流制御器、13はi
d**,iq*、およびω1 ** に基づいてd軸およびq軸
電圧基準値Vd*,Vq*を演算する電圧演算器、14は
Vd*とΔdの加算値Vd**を出力する加算器、15は
Vq*とΔqの加算値Vq**を出力する加算器、16は
Vd**とVq**を座標変換し、変換器出力電圧指令値V
1*(3相)を出力する座標変換器である。
なところである。9,11内の関数器の特性は次のよう
である。関数器91の出力Ga1はωr*が零近傍では
0、大では1の値をとり、関数器93の出力Ga2はそ
の逆の値をとる。すなわち、Ga1,Ga2は互いに相
補の、(数1)の関係にある。
えられる。これより、ω1 ** は零速域ではωr*に、それ
以外ではω1 *に一致する。Ga1,Ga2の漸増/漸減
領域は切り替えを円滑に行うためのもので、この領域で
はω1 ** としてω1 *とωr*の中間値が出力される。
1、それ以外では0の値をとる。これにより、id**お
よびidは零速度域において基準値id* からΔidだ
け強められる。
構成要素の1〜7,10,12,13,14〜16につ
いては、従来の速度センサレスベクトル制御システムと
同様であるが、先ず概要について述べる。
変換器出力電圧および出力電流に基づいて回転速度を推
定し、これを速度制御器5にフィードバックして速度制
御を行うと共に、速度推定値ωr^とすべり周波数基準
値ωs* の加算値に従い変換器出力周波数を制御する。
周知の速度センサ付きベクトル制御との違いは、電動機
取り付けの速度センサからの速度検出値を用いる代わり
に速度推定値を用いる点にあるが、基本動作は同様であ
る。
並びにd軸電流指令id**に従い電動機電流iq,id
を制御するには、このために必要な電動機電圧を変換器
より供給する必要がある。そこで、電圧演算器13にお
いて、電流指令値id**,iq*および周波数指令ω1 **
に基づいてd軸およびq軸電圧基準値Vd*,Vq*を演
算し、これを用いて変換器出力電圧を制御する。しか
し、これだけでは制御誤差により電流id,iqが各指
令値に一致しないため、q軸およびd軸電流制御器6,
12からのΔq,Δdにより電圧Vq*,Vd*を修正
し、iq,idを指令値に一致するように制御する。こ
のようにしてすべり周波数制御型ベクトル制御の動作が
行われ、電動機トルクはiq*に比例して制御される。
べる。
推定値ωr^を演算する。
算内容を示す。41は電動機モデルであり、電動機q軸
電圧Vq(=Vq**)と誘導起電力eqおよび電流iq
の関係を示す。推定原理は、eqを逆モデルにより推定
し、基準磁束量で割算することにより速度推定値ωr^
を演算するものである。
信号に用いると共に、ω1 * の演算に用いられる。この
演算式を(数4)に示す。従来制御ではω1 *がそのまま
出力周波数指令値ω1 **に使用され、変換器の出力周波
数が制御される。
応じてq軸電流指令値iq*が演算される。電動機トル
クは基本的にはiq*に比例するため、ωr^ がωr*に
一致するように速度制御が行われる。電動機トルクがi
q* に正しく比例するためには、電動機電流iqがiq
* に一致し、また電動機磁束が基準値に保たれることが
条件である。これには電動機電流id,iqを各指令値
id**,iq* に一致するように制御することが必要で
あり、このために、d軸およびq軸電流制御器12,6
が設けてある。各運転条件における電動機電圧は(数
5)で示されるが、これに相当の電圧Vd*,Vq*はi
d**,iq*、ω1 **および電動機定数に基づいて(数
6)を用い、予め演算により求めることができる。電圧
演算器13においてこの演算を行う。
にはこのVd*およびVq*に従い制御される。しかし、
制御誤差があると、これだけでは実電流id,iqが各
指令値に一致しないため、d軸およびq軸電流制御器1
2,6により電流偏差に応じた信号Δd,Δqを求め、
これにより出力電圧を修正し、id,iqを指令値に一
致するように制御している。
が、次に本発明に直接関係する内容について述べる。
が含まれる。このため、前述のようにトルク不足の問題
が発生する。推定誤差の原因には、1次および2次抵抗
の温度変化並びに電動機の鉄心飽和による漏れインダク
タンスの変動などがあるが、特に零速度域では種々の原
因からトルク低下が生じ易い。
目的に、零速度域では前述と異なる原理により速度制御
を行う。以下、この内容について述べる。
原因であるが、さらにこれを分析すると次の2つに大別
出来る。
ことから、推定誤差により実すべり周波数が適正値から
変動する。
め、推定誤差によりトルク電流を適正値に制御できな
い。
ようにして解決する。
て速度指令値ωr*を用い出力周波数指令値ω1 ** を演算
する。すなわち、零速度域では、切り替え器9により通
常時のω1 *に代えてωr*を選択し出力させ、変換器出力
周波数を速度指令値ωr*に応じて制御する。
り大きめの所定値に制御する。すなわち、d軸電流指令
器11において、通常時の基準値id* にΔidを加算
し、idを強め制御する。
トルクτeと電流Ι1 の関係を(数7)に示す。
ωs・T2 =±1において最大値をとるが、ωs=0か
らこの間は、τeはすべり周波数ωsに応じて変化する。
この場合、ωsは、実速度ωrが変換器出力周波数ω
1(=ωr* )に対して変動することにより受動的に発生
する。すなわち、負荷トルクの増/減に応じてωs が増
/減することにより、τe は負荷トルクに追従して発生
する。この結果、電動機速度ωrはωr* の近傍(すべり
分だけ変動)に保たれる様になり、速度指令値に応じて
速度制御が行われる。
ク以上であることが必要なため、Ι1 を負荷最大トルク
に見合う値以上に予め制御する必要がある。このために
idあるいはiqを所定値に制御する。この方法として
は、iq* を速度偏差とは無関係に所定値に設定する方
法もあるが、零速度域では負荷トルクの方向をωr^な
どから検知することが精度上、難しいので、iq*の極
性の設定が行えない。このため、極性の設定が不要なi
d**を所定値に設定する方法を図1の実施例では適用し
ている。このとき、前記「2」でも記述したように、電
流指令値Id**を、通常時の基準値id*にΔidを加
算した値とし、id(=Ι1相当)を最大負荷トルクに
見合う値に制御する。
の出力周波数と出力電流を制御するため、前記(1)
(2)の問題が解決され、トルク不足も解消する。
替え器9の出力はωr* からω1 *に切り替えられ、従来
方式と同様に速度推定値ωr^を用いて周波数制御を行
う。切り替えを円滑にするため、切り替えに伴うω1 **
の急激な変化を抑制するように、ωr*とω1 * を漸次切
り替える。関数器91,93の出力Ga1,Ga2の漸増
/漸減特性はこのために設けている。また、d軸電流指
令器11においては、idの急変を抑えるため、遅れ回
路113が設けてある。
は、電動機電流Ι1 が定格値を超えないようにするた
め、iq* を制限する必要があること、また、この期間
では、ωr^の精度低下により、iq* は適正値から離
れるため、iq* を所定値または略零に制限することが
必要である。本実施例では、(数8)に従いidに応じ
てiq*の制限値iqMAXを可変する方法を用いている。
定値ωr^ をq軸電流制御器6′の出力より得る方式の
速度センサレスベクトル制御装置への適用例である。図
において、1〜3,5,7,9〜14,16は図1のも
のと同一物である。6′はiq* とiqの偏差に応じて
ωr^を出力するq軸電流制御器、8′はωr^とωs
*を加算し、信号ω1 * を出力する加算器であり、切り替
え器9は前記実施例と同様にωr*の大小に応じてω1 *
とωr*を選択し出力する。切り替え器9よりω1 *が出
力される従来制御の状態では、電流制御器6′の出力が
ωr^相当となることを考慮すれば、前記実施例と同様
に動作し、同様の効果が得られることは明らかである。
1 *をq軸電流制御器6″の出力より得る方式の速度セン
サレスベクトル制御装置への適用例である。図におい
て、1〜3,5,7,9〜14,16は図1のものと同
一物である。6″はiq* とiqの偏差に応じてω1 *を
出力するq軸電流制御器、8″はω1 *からωs* を減算
し、速度推定値ωr^を求め速度制御器5にフィードバ
ックする減算器であり、切り替え器9は前記実施例と同
様にωr*の大小に応じてω1 *とωr*を選択し出力す
る。切り替え器9よりω1 *が出力される従来制御の状態
では、電流制御器6″の出力がω1 *相当となることを考
慮すれば、前記実施例と同様に動作し、同様の効果が得
られることは明らかである。
所定値に強め制御しているが、零速度域でのトルクが正
負両方向あり、一定していない場合はこの方法が適して
いる。理由については先述した。一方、トルクが片方向
のみの場合は、iq* の極性はトルク方向に応じて設定
すればよいので、前記実施例のようにidを所定値に設
定する代わりに、零速度域においてiq* を所定値(負
荷最大トルクに見合う値)に設定する方法も可能であ
る。図5に、この実施例の構成を示す。図において、構
成要素の1〜10,12〜16は図1のものと同一物で
あり、動作も同じである。17は回転速度の大小に応じ
て速度制御器5の出力iq* と設定電流値iq0を切り
替えて出力する切替回路で、ωr*に応じて零速度域にお
いて「1」、それ以外では「0」の信号を出力する関数
器171,iq0と遅れ回路172の出力Ga4(0≦
Ga4≦1)を乗算する乗算器173,Ga4に対して
相補の関係にある信号Ga5(=1−Ga4,0≦Ga
5≦1)とiq* を乗算する乗算器174、および両乗
算器の出力を加算し、q軸電流制御器6の電流指令iq
**を出力する加算器175から構成される。
71は、前述したように、零速度域においては「1」、
それ以外では「0」の信号を出力する。遅れ回路172
は切り替えを円滑に行わせるためのもので、前記信号に
一次遅れで追従する信号Ga4を出力する。
「0」のため、乗算器173,174および加算器17
5の動作に従い、q軸電流指令器17からはiq0が出
力される。したがって、零速度近傍ではiq0に従いi
qが制御されて十分なトルクが得られる(iq0は負荷
最大トルクに見合う値に設定される)。なお、零速度域
以外ではこれとは逆にiq* に従いiqが制御され、動
作は従来のものと同一となる。
応じて変換器出力周波数を、また、所定値iq0に従い
電動機電流を制御することから、このものにおいても前
記実施例と同様の効果が得られる。
出力信号iq* に応じてトルクを制御する速度制御方式
への適用例であったが、速度制御器を備えない方式にも
本発明を適用し同様の効果が得られる。図6はこの実施
例の構成を示す。図において、構成要素の1〜3,10
〜14,16は図1のものと同一物である。7′はq軸
電流値iqに基づいてすべり周波数基準値ωs*を求める
すべり周波数演算器、9′は、ωr*とωs*の加算値ある
いはωr*のみを、回転速度の大小に応じて切替えて出力
する切替回路で、関数器91′の出力Ga1′とωs*を
乗算する乗算器92′およびωr*と乗算器92′の出力
を加算する加算器95′より構成される。関数器91′
の特性は図1の関数器91に同様であり、出力Ga1′
はωr*が零近傍では「0」、大では「1」の値をとる。
したがって、切り替え器9′の出力ω1 **は、前述した
ように、零速度域ではωr*に、それ以外ではωr*+ωs
* に一致する。
零速度域以外の状態では、切り替え器9′からはωr*+
ωs* の周波数指令値ω1 **が、また、d軸電流指令器1
1からは基準値id* が出力される。このとき全体の動
作は従来の速度センサレスベクトル制御システムと同一
となる。すなわち、略ωr*に応じて変換器出力周波数を
制御すると共に、電圧演算器13においてid**,iq
およびω1 ** に基づいて所要の電動機電圧を演算し、こ
れにより変換器出力電圧を制御する。
波数が制御されることから、V/f制御に類似の動作が
行われる。しかし、電圧演算器13により、電動機の内
部電圧降下を補償して誘導起電力(電動機磁束)が所定
値となるように制御しているため、低速度域まで十分な
トルクが得られるものである。
度域では切替器9′はωr*を出力し、またd軸電流指令
器11は、id* にΔidを加算した指令値id**を出
力し、idを強め制御する。これにより、前記実施例と
同様に、速度指令値に応じて周波数を制御し、d軸電流
を通常時より大きめの所定値に制御することが行われる
ため、零速度域のトルク不足は解消される。なお、切り
替え器9′は、零速度域ではωs*をω1 **から省く動作
をするが、これはid強めに伴い、ωs* が過大になる
ことを防止するためのものである。切替器9′がない場
合(Ga1′を常に「1」または「0」にすることに等
価)でも、主要な動作は変わらないため、目的とする効
果は前記実施例と同様に得られる。
11,171の入力信号はωr*に限らずωr∧ を用いて
も良い。該信号は零速度近傍において切り替えが正確に
行える程度の精度で十分であり、高い精度は要求されな
いためである。
ルク不足を生じない誘導電動機の速度制御方法を提供で
きる。
装置の制御回路構成図である。
明図である。
制御装置の制御回路構成図である。
制御装置の制御回路構成図である。
制御装置の制御回路構成図である。
制御装置の制御回路構成図である。
…速度推定器、5…速度制御器、6…q軸電流制御器、
9…切り替え器、11…d軸電流指令器、12…d軸電
流制御器、13…電圧演算器、16…座標変換器。
Claims (6)
- 【請求項1】誘導電動機を駆動する電力変換器と、回転
磁界座標系のd軸の電流指令値およびq軸の前記電流指
令値に従い、前記電力変換器の出力電流を制御する電流
制御器とを備えた制御装置による誘導電動機の制御方法
において、 速度指令値あるいは速度推定値の何れかが所定値以下の
場合は、d軸電流を通常時の値以上に制御し、さらに、
速度指令値あるいは速度推定値の何れかが所定値以下の
場合は、周波数指令値の演算に、速度推定値に代えて速
度指令値を用い、該速度推定値を速度指令値に切換える
際に、速度推定値を漸減しかつ速度指令値を漸増させる
ことを特徴とする誘導電動機の制御方法。 - 【請求項2】誘導電動機を駆動する電力変換器と、速度
指令値と速度推定値の偏差に応じてq軸電流指令値を出
力する速度制御器と、回転磁界座標系のd軸の電流指令
値およびq軸の前記電流指令値に従い、前記電力変換器
の出力電流を制御する電流制御器とを備えた制御装置に
よる誘導電動機の制御方法において、 速度指令値あるいは速度推定値の何れかが所定値以下の
場合は、d軸電流を通常時の値以上に制御し、さらに、
速度指令値あるいは速度推定値の何れかが所定値以下の
場合は、周波数指令値の演算に、速度推定値に代えて速
度指令値を用い、該速度推定値を速度指令値に切換える
際に、速度推定値を漸減しかつ速度指令値を漸増させる
ことを特徴とする誘導電動機の制御方法。 - 【請求項3】請求項1あるいは請求項2の何れかに記載
の誘導電動機の制御方法において、前記 速度指令値あるいは速度推定値の何れかが所定値以
下の場合は、q軸電流を所定値以下に制御することを特
徴とする誘導電動機の制御方法。 - 【請求項4】誘導電動機を駆動する電力変換器と、回転
磁界座標系のq軸の電流指令値に従い、前記電力変換器
の出力電流を制御する電流制御器とを備えた制御装置に
よる誘導電動機の制御方法において、 速度指令値あるいは速度推定値の何れかが所定値以下の
場合は、q軸電流を所定値以上に制御し、速度指令値あ
るいは速度推定値の何れかが所定値以下の場合は、周波
数指令値の演算に速度推定値に代えて速度指令値を用
い、該速度推定値を速度指令値に切換える際に、速度推
定値を漸減しかつ速度指令値を漸増させることを特徴と
する誘導電動機の制御方法。 - 【請求項5】誘導電動機を駆動する電力変換器と、速度
指令値と速度推定値の偏差に応じてq軸電流指令値を出
力する速度制御器と、回転磁界座標系のq軸の電流指令
値に従い、前記電力変換器の出力電流を制御する電流制
御器とを備えた制御装置による誘導電動機の制御方法に
おいて、 速度指令値あるいは速度推定値の何れかが所定値以下の
場合は、q軸電流を所定値以上に制御すると共に、速度
指令値あるいは速度推定値の何れかが所定値以下の場合
は、周波数指令値の演算に速度推定値に代えて速度指令
値を用い、該速度推定値を速度指令値に切換える際に、
速度推定値を漸減しかつ速度指令値を漸増させることを
特徴とする誘導電動機の制御方法。 - 【請求項6】誘導電動機を駆動する電力変換器と、回転
磁界座標系のd軸の電流指令値に従い、前記電力変換器
の出力電流を制御する電流制御器と、q軸の電流検出値
とd軸の電流指令値、あるいはd軸とq軸の電流指令
値、および前記電力変換器の出力周波数指令値とに基づ
いて電力変換器の出力電圧基準値を演算する電圧演算器
を備え、速度指令値に応じて前記電力変換器の出力周波
数を制御する誘導電動機の制御方法において、 速度指令値が所定値以下の場合、d軸電流を所定値以上
に切換え、該切換える際に遅れ回路を通して切換え制御
することを特徴とする誘導電動機の制御方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17621396A JP3351244B2 (ja) | 1996-07-05 | 1996-07-05 | 誘導電動機の速度制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17621396A JP3351244B2 (ja) | 1996-07-05 | 1996-07-05 | 誘導電動機の速度制御方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1023800A JPH1023800A (ja) | 1998-01-23 |
JP3351244B2 true JP3351244B2 (ja) | 2002-11-25 |
Family
ID=16009607
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17621396A Expired - Lifetime JP3351244B2 (ja) | 1996-07-05 | 1996-07-05 | 誘導電動機の速度制御方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3351244B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009005440A (ja) * | 2007-06-19 | 2009-01-08 | Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd | 誘導電動機駆動装置、電動機駆動システム、及び昇降システム |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3815113B2 (ja) * | 1999-04-23 | 2006-08-30 | 株式会社日立製作所 | 誘導電動機の制御方法 |
JP2001238499A (ja) * | 2000-02-24 | 2001-08-31 | Hitachi Ltd | 誘導電動機の速度制御方法 |
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-
1996
- 1996-07-05 JP JP17621396A patent/JP3351244B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2009005440A (ja) * | 2007-06-19 | 2009-01-08 | Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd | 誘導電動機駆動装置、電動機駆動システム、及び昇降システム |
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JPH1023800A (ja) | 1998-01-23 |
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