JP3537586B2 - ベクトル制御による誘導電動機駆動装置 - Google Patents
ベクトル制御による誘導電動機駆動装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ベクトル制御に
よる誘導電動機駆動装置に関するものである。
よる誘導電動機駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図４は、従来のベクトル制御による誘導
電動機駆動装置を示す構成図であり、図において、１は
入力されるトルク指令値Ｔe および二次磁束指令φd *に
基づいて電力を供給する制御装置、２はその制御装置１
により駆動される誘導電動機である。３ｕ，３ｗは制御
装置１から誘導電動機２に供給されるｕ相およびｗ相の
電流ｉu ，ｉw を検出する電流検出器、４はそれら相電
流ｉu ，ｉw を横軸電流であるトルク電流ｉq および直
軸電流である励磁電流ｉd に座標変換する座標変換器で
ある。５は励磁インダクタンス特性から求められた励磁
インダクタンスＭと励磁電流ｉd から二次磁束φd を算
出する関数器である。
電動機駆動装置を示す構成図であり、図において、１は
入力されるトルク指令値Ｔe および二次磁束指令φd *に
基づいて電力を供給する制御装置、２はその制御装置１
により駆動される誘導電動機である。３ｕ，３ｗは制御
装置１から誘導電動機２に供給されるｕ相およびｗ相の
電流ｉu ，ｉw を検出する電流検出器、４はそれら相電
流ｉu ，ｉw を横軸電流であるトルク電流ｉq および直
軸電流である励磁電流ｉd に座標変換する座標変換器で
ある。５は励磁インダクタンス特性から求められた励磁
インダクタンスＭと励磁電流ｉd から二次磁束φd を算
出する関数器である。
【０００３】６は入力されるトルク指令Ｔe を二次磁束
φd により除算し、トルク電流指令値ｉq *を算出する除
算器、７はそのトルク電流指令値ｉq *からトルク電流ｉ
q を減算する第１の減算器、８はその減算されたトルク
電流指令値から横軸電流制御信号を演算する横軸電流調
整器である。また、９は入力される二次磁束指令値φd *
から二次磁束φd を減算する第２の減算器、１０はその
減算された二次磁束指令値から励磁電流指令値ｉd *を算
出する磁束調整器である。１１はその励磁電流指令値ｉ
d *から励磁電流ｉd を減算する第３の減算器、１２はそ
の減算された励磁電流指令値から直軸電流制御信号を演
算する直軸電流調整器である。１３は上記横軸電流制御
信号と直軸電流制御信号に基づいて誘導電動機２に電力
を供給するインバータ等の電力供給器である。
φd により除算し、トルク電流指令値ｉq *を算出する除
算器、７はそのトルク電流指令値ｉq *からトルク電流ｉ
q を減算する第１の減算器、８はその減算されたトルク
電流指令値から横軸電流制御信号を演算する横軸電流調
整器である。また、９は入力される二次磁束指令値φd *
から二次磁束φd を減算する第２の減算器、１０はその
減算された二次磁束指令値から励磁電流指令値ｉd *を算
出する磁束調整器である。１１はその励磁電流指令値ｉ
d *から励磁電流ｉd を減算する第３の減算器、１２はそ
の減算された励磁電流指令値から直軸電流制御信号を演
算する直軸電流調整器である。１３は上記横軸電流制御
信号と直軸電流制御信号に基づいて誘導電動機２に電力
を供給するインバータ等の電力供給器である。
【０００４】図５は関数器５において用いられる励磁イ
ンダクタンス特性を示す特性図であり、横軸を二次磁束
φd とし縦軸を励磁インダクタンスＭとしたものであ
る。また、図６はこれら従来の誘導電動機駆動装置が制
御対象とする誘導電動機２の等価回路を示す回路図であ
り、図において、Ｒ1 は一次抵抗、Ｌ1 は一次漏れリア
クタンス、Ｍは励磁インダクタンス、Ｒ2 ／ｓは二次抵
抗とすべりの商である。上記図５における励磁インダク
タンス特性は、図６の等価回路における励磁インダクタ
ンスＭを二次磁束φd の磁気飽和現象による変動として
表現したものである。
ンダクタンス特性を示す特性図であり、横軸を二次磁束
φd とし縦軸を励磁インダクタンスＭとしたものであ
る。また、図６はこれら従来の誘導電動機駆動装置が制
御対象とする誘導電動機２の等価回路を示す回路図であ
り、図において、Ｒ1 は一次抵抗、Ｌ1 は一次漏れリア
クタンス、Ｍは励磁インダクタンス、Ｒ2 ／ｓは二次抵
抗とすべりの商である。上記図５における励磁インダク
タンス特性は、図６の等価回路における励磁インダクタ
ンスＭを二次磁束φd の磁気飽和現象による変動として
表現したものである。
【０００５】次に動作について説明する。ベクトル制御
による誘導電動機の制御装置１では、まず、電流検出器
３ｕ，３ｗより検出された電流ｉu ，ｉw を座標変換器
４によりトルク電流ｉq および励磁電流ｉd に座標変換
し、関数器５において図５に示した励磁インダクタンス
特性から求められた励磁インダクタンスＭと励磁電流ｉ
d から二次磁束φd を算出する。また、除算器６により
トルク指令Ｔe を二次磁束φd で除算しトルク電流指令
値ｉq *を算出し、第１の減算器７においてそのトルク電
流指令値ｉq *からトルク電流ｉq を減算して、さらに、
横軸電流調整器８により、その減算されたトルク電流指
令値から横軸電流制御信号を演算する。
による誘導電動機の制御装置１では、まず、電流検出器
３ｕ，３ｗより検出された電流ｉu ，ｉw を座標変換器
４によりトルク電流ｉq および励磁電流ｉd に座標変換
し、関数器５において図５に示した励磁インダクタンス
特性から求められた励磁インダクタンスＭと励磁電流ｉ
d から二次磁束φd を算出する。また、除算器６により
トルク指令Ｔe を二次磁束φd で除算しトルク電流指令
値ｉq *を算出し、第１の減算器７においてそのトルク電
流指令値ｉq *からトルク電流ｉq を減算して、さらに、
横軸電流調整器８により、その減算されたトルク電流指
令値から横軸電流制御信号を演算する。
【０００６】また、第２の減算器９により二次磁束指令
値φd *から二次磁束φd を減算し、磁束調整器１０にお
いてその減算された二次磁束指令値から励磁電流指令値
ｉd *を算出する。また、第３の減算器１１によりその励
磁電流指令値ｉd *から励磁電流ｉd を減算し、直軸電流
調整器１２においてその減算された励磁電流指令値から
直軸電流制御信号を演算する。さらに、電力供給器１３
において、上記横軸電流制御信号と上記直軸電流制御信
号に基づいて誘導電動機２に電力を供給する。
値φd *から二次磁束φd を減算し、磁束調整器１０にお
いてその減算された二次磁束指令値から励磁電流指令値
ｉd *を算出する。また、第３の減算器１１によりその励
磁電流指令値ｉd *から励磁電流ｉd を減算し、直軸電流
調整器１２においてその減算された励磁電流指令値から
直軸電流制御信号を演算する。さらに、電力供給器１３
において、上記横軸電流制御信号と上記直軸電流制御信
号に基づいて誘導電動機２に電力を供給する。
【０００７】一般に、誘導電動機２では、二次磁束φd
とトルク電流ｉq の積によりトルクＴを発生するので、
二次磁束φd とトルク電流ｉq を正確に制御しなければ
ならない。上記制御装置１ではその原理に基づいて、除
算器６においてトルク指令Ｔe を二次磁束φd で除算す
ることによりトルク電流指令値ｉq *を算出するので、二
次磁束φd の精度が正確なトルク制御のために重要であ
ることが理解できる。
とトルク電流ｉq の積によりトルクＴを発生するので、
二次磁束φd とトルク電流ｉq を正確に制御しなければ
ならない。上記制御装置１ではその原理に基づいて、除
算器６においてトルク指令Ｔe を二次磁束φd で除算す
ることによりトルク電流指令値ｉq *を算出するので、二
次磁束φd の精度が正確なトルク制御のために重要であ
ることが理解できる。
【０００８】一般に、二次磁束φd は、誘導電動機２に
励磁電流ｉd を供給することにより発生するものである
が、演算により励磁電流ｉd と励磁インダクタンスＭの
積から推定することができる。上記制御装置１において
も、誘導電動機２の内部の磁束を直接検出するのではな
く、関数器５において励磁インダクタンス特性から求め
られた励磁インダクタンスＭと励磁電流ｉd から二次磁
束φd を推定する。従って、その推定される二次磁束φ
d を実際の誘導電動機２の二次磁束φd に一致させるこ
とが正確なトルク制御のために重要となる。
励磁電流ｉd を供給することにより発生するものである
が、演算により励磁電流ｉd と励磁インダクタンスＭの
積から推定することができる。上記制御装置１において
も、誘導電動機２の内部の磁束を直接検出するのではな
く、関数器５において励磁インダクタンス特性から求め
られた励磁インダクタンスＭと励磁電流ｉd から二次磁
束φd を推定する。従って、その推定される二次磁束φ
d を実際の誘導電動機２の二次磁束φd に一致させるこ
とが正確なトルク制御のために重要となる。
【０００９】ところで、誘導電動機２の励磁インダクタ
ンスＭは、図５の特性図で示されるように磁気飽和現象
のため二次磁束φd が大きくなると値が低下する。そこ
で、磁束演算で用いる励磁特性には図５に示した特性を
用い、磁気飽和現象による励磁インダクタンスＭの変化
が考慮されるようにする。その結果、磁束演算によって
推定される二次磁束φd と実際の誘導電動機２の二次磁
束が一致し、正確なトルク制御が実現される。なお、磁
気飽和現象は、鉄心の磁束密度が高くなると生じる現象
であるため、通常の運転条件ではトルク電流ｉq の変化
に対して励磁インダクタンスＭは不変であり、また、二
次磁束φd が小さい領域では磁気飽和現象による励磁イ
ンダクタンスＭの低下は生じないものと考えられてい
た。
ンスＭは、図５の特性図で示されるように磁気飽和現象
のため二次磁束φd が大きくなると値が低下する。そこ
で、磁束演算で用いる励磁特性には図５に示した特性を
用い、磁気飽和現象による励磁インダクタンスＭの変化
が考慮されるようにする。その結果、磁束演算によって
推定される二次磁束φd と実際の誘導電動機２の二次磁
束が一致し、正確なトルク制御が実現される。なお、磁
気飽和現象は、鉄心の磁束密度が高くなると生じる現象
であるため、通常の運転条件ではトルク電流ｉq の変化
に対して励磁インダクタンスＭは不変であり、また、二
次磁束φd が小さい領域では磁気飽和現象による励磁イ
ンダクタンスＭの低下は生じないものと考えられてい
た。
【００１０】一方、構造が簡単で保守性や信頼性が高い
誘導電動機２は、その用途を拡大しており、二次磁束φ
d を弱めて著しく大きなトルク電流ｉq で用いる場合が
ある。このような運転領域では、従来トルク電流ｉq の
変化に対して不変と考えられてきた励磁インダクタンス
Ｍが、トルク電流ｉq の大きさによって変化する場合が
ある。このような場合には、図５に示したような励磁イ
ンダクタンス特性では、励磁インダクタンスＭの特性を
表現できなくなる。その結果、制御装置１の磁束演算で
推定される二次磁束φd は、制御の対象となる誘導電動
機２の実際の二次磁束と一致しなくなるため、トルク制
御の精度の悪化、制御安定性の悪化が生じてしまう。こ
のような状況が従来のベクトル制御における制御限界を
決める一因となっていた。
誘導電動機２は、その用途を拡大しており、二次磁束φ
d を弱めて著しく大きなトルク電流ｉq で用いる場合が
ある。このような運転領域では、従来トルク電流ｉq の
変化に対して不変と考えられてきた励磁インダクタンス
Ｍが、トルク電流ｉq の大きさによって変化する場合が
ある。このような場合には、図５に示したような励磁イ
ンダクタンス特性では、励磁インダクタンスＭの特性を
表現できなくなる。その結果、制御装置１の磁束演算で
推定される二次磁束φd は、制御の対象となる誘導電動
機２の実際の二次磁束と一致しなくなるため、トルク制
御の精度の悪化、制御安定性の悪化が生じてしまう。こ
のような状況が従来のベクトル制御における制御限界を
決める一因となっていた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】従来のベクトル制御に
よる誘導電動機駆動装置は以上のように構成されている
ので、誘導電動機２の用途を、励磁インダクタンスＭが
トルク電流ｉq の変化に対して不変と考えられる運転領
域に限定しなければならず、また、励磁インダクタンス
Ｍがトルク電流ｉq で変化する運転領域が存在する場合
には、制御安定性が低下するなどの課題があった。例え
ば、ある誘導電動機において弱め磁束範囲１：３程度、
即ち、図５の特性図において、二次磁束φd が１００／
３＝３３％が従来のベクトル制御の制御限界となる場合
にも、１：６程度（１７％）まで弱め磁束範囲を拡張
し、幅広い装置の構築を可能としたい等の要求がある
が、この場合、制御安定性が低下するなどの課題があっ
た。
よる誘導電動機駆動装置は以上のように構成されている
ので、誘導電動機２の用途を、励磁インダクタンスＭが
トルク電流ｉq の変化に対して不変と考えられる運転領
域に限定しなければならず、また、励磁インダクタンス
Ｍがトルク電流ｉq で変化する運転領域が存在する場合
には、制御安定性が低下するなどの課題があった。例え
ば、ある誘導電動機において弱め磁束範囲１：３程度、
即ち、図５の特性図において、二次磁束φd が１００／
３＝３３％が従来のベクトル制御の制御限界となる場合
にも、１：６程度（１７％）まで弱め磁束範囲を拡張
し、幅広い装置の構築を可能としたい等の要求がある
が、この場合、制御安定性が低下するなどの課題があっ
た。
【００１２】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、制御限界を拡大できると共に、さ
らに制御安定性を良好にするベクトル制御による誘導電
動機駆動装置を得ることを目的とする。
めになされたもので、制御限界を拡大できると共に、さ
らに制御安定性を良好にするベクトル制御による誘導電
動機駆動装置を得ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明に係
るベクトル制御による誘導電動機駆動装置は、関数器に
より、誘導電動機の二次磁束の磁気飽和現象に応じた関
数に基づく第１の励磁インダクタンス、およびその二次
磁束の弱め磁束領域に重みを持たせた関数と座標変換器
により座標変換されたトルク電流の平方根との比に基づ
く第２の励磁インダクタンスの並列和に基づいて励磁イ
ンダクタンスを算出し、その励磁インダクタンスと座標
変換器により座標変換された励磁電流との乗算に基づい
て二次磁束を算出するようにしたものである。
るベクトル制御による誘導電動機駆動装置は、関数器に
より、誘導電動機の二次磁束の磁気飽和現象に応じた関
数に基づく第１の励磁インダクタンス、およびその二次
磁束の弱め磁束領域に重みを持たせた関数と座標変換器
により座標変換されたトルク電流の平方根との比に基づ
く第２の励磁インダクタンスの並列和に基づいて励磁イ
ンダクタンスを算出し、その励磁インダクタンスと座標
変換器により座標変換された励磁電流との乗算に基づい
て二次磁束を算出するようにしたものである。
【００１４】請求項２記載の発明に係るベクトル制御に
よる誘導電動機駆動装置は、関数器において、トルク電
流の平方根に代えて、誘導電動機のすべり角周波数を用
いるようにしたものである。
よる誘導電動機駆動装置は、関数器において、トルク電
流の平方根に代えて、誘導電動機のすべり角周波数を用
いるようにしたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態１．図１は、この発明の実施の形態１による
ベクトル制御による誘導電動機駆動装置を示す構成図で
あり、図において、１は入力されるトルク指令Ｔe およ
び二次磁束指令値φd *に基づいて電力を供給する制御装
置、２はその制御装置１により駆動される誘導電動機で
ある。３ｕ，３ｗは制御装置１から誘導電動機２に供給
されるｕ相およびｗ相の電流ｉu ，ｉw を検出する電流
検出器、４はそれら電流ｉu ，ｉw を横軸電流であるト
ルク電流ｉq および直軸電流である励磁電流ｉdに座標
変換する座標変換器である。５ａは誘導電動機１の二次
磁束φd の磁気飽和現象に応じた関数に基づく第１の励
磁インダクタンスＭと、その二次磁束φdの弱め磁束領
域に重みを持たせた関数とトルク電流ｉq の平方根との
比に基づく第２の励磁インダクタンスＭe の並列和に基
づいて励磁インダクタンスＭt を算出し、その励磁イン
ダクタンスＭt と励磁電流ｉd との乗算に基づいて二次
磁束φd を算出する関数器である。
説明する。 実施の形態１．図１は、この発明の実施の形態１による
ベクトル制御による誘導電動機駆動装置を示す構成図で
あり、図において、１は入力されるトルク指令Ｔe およ
び二次磁束指令値φd *に基づいて電力を供給する制御装
置、２はその制御装置１により駆動される誘導電動機で
ある。３ｕ，３ｗは制御装置１から誘導電動機２に供給
されるｕ相およびｗ相の電流ｉu ，ｉw を検出する電流
検出器、４はそれら電流ｉu ，ｉw を横軸電流であるト
ルク電流ｉq および直軸電流である励磁電流ｉdに座標
変換する座標変換器である。５ａは誘導電動機１の二次
磁束φd の磁気飽和現象に応じた関数に基づく第１の励
磁インダクタンスＭと、その二次磁束φdの弱め磁束領
域に重みを持たせた関数とトルク電流ｉq の平方根との
比に基づく第２の励磁インダクタンスＭe の並列和に基
づいて励磁インダクタンスＭt を算出し、その励磁イン
ダクタンスＭt と励磁電流ｉd との乗算に基づいて二次
磁束φd を算出する関数器である。
【００１６】６は入力されるトルク指令Ｔe を二次磁束
φd により除算し、トルク電流指令値ｉq *を算出する除
算器、７はそのトルク電流指令値ｉq *からトルク電流ｉ
q を減算する第１の減算器、８はその減算されたトルク
電流指令値から横軸電流制御信号を演算する横軸電流調
整器である。また、９は入力される二次磁束指令値φd *
から二次磁束φd を減算する第２の減算器、１０はその
減算された二次磁束指令値から励磁電流指令値ｉd *を算
出する磁束調整器である。１１はその励磁電流指令値ｉ
d *から励磁電流ｉd を減算する第３の減算器、１２はそ
の減算された励磁電流指令値から直軸電流制御信号を演
算する直軸電流調整器である。１３は上記横軸電流制御
信号と直軸電流制御信号に基づいて誘導電動機２に電力
を供給するインバータ等の電力供給器である。
φd により除算し、トルク電流指令値ｉq *を算出する除
算器、７はそのトルク電流指令値ｉq *からトルク電流ｉ
q を減算する第１の減算器、８はその減算されたトルク
電流指令値から横軸電流制御信号を演算する横軸電流調
整器である。また、９は入力される二次磁束指令値φd *
から二次磁束φd を減算する第２の減算器、１０はその
減算された二次磁束指令値から励磁電流指令値ｉd *を算
出する磁束調整器である。１１はその励磁電流指令値ｉ
d *から励磁電流ｉd を減算する第３の減算器、１２はそ
の減算された励磁電流指令値から直軸電流制御信号を演
算する直軸電流調整器である。１３は上記横軸電流制御
信号と直軸電流制御信号に基づいて誘導電動機２に電力
を供給するインバータ等の電力供給器である。
【００１７】図２は関数器５ａにおいて用いられる励磁
インダクタンス特性を示す特性図であり、横軸を二次磁
束φd とし縦軸を励磁インダクタンスＭt としたもので
ある。また、図３はこの発明の実施の形態１による誘導
電動機駆動装置が制御対象とする誘導電動機２の等価回
路を示す回路図であり、図において、Ｒ1 は一次抵抗、
Ｌ1 は一次漏れリアクタンス、Ｍは第１の励磁インダク
タンス、Ｍe は第２の励磁インダクタンス、Ｒ2 ／ｓは
二次抵抗とすべりの商である。上記図２における励磁イ
ンダクタンス特性は、図３の等価回路における第１の励
磁インダクタンスＭと第２の励磁インダクタンスＭe の
並列和を励磁インダクタンスＭt として表現したもので
あり、第１の励磁インダクタンスＭは二次磁束φd の磁
気飽和現象により変動し、第２の励磁インダクタンスＭ
e はその二次磁束φd の弱め磁束領域に重みを持たせた
関数とトルク電流ｉq の平方根との比に基づいて変動す
る。
インダクタンス特性を示す特性図であり、横軸を二次磁
束φd とし縦軸を励磁インダクタンスＭt としたもので
ある。また、図３はこの発明の実施の形態１による誘導
電動機駆動装置が制御対象とする誘導電動機２の等価回
路を示す回路図であり、図において、Ｒ1 は一次抵抗、
Ｌ1 は一次漏れリアクタンス、Ｍは第１の励磁インダク
タンス、Ｍe は第２の励磁インダクタンス、Ｒ2 ／ｓは
二次抵抗とすべりの商である。上記図２における励磁イ
ンダクタンス特性は、図３の等価回路における第１の励
磁インダクタンスＭと第２の励磁インダクタンスＭe の
並列和を励磁インダクタンスＭt として表現したもので
あり、第１の励磁インダクタンスＭは二次磁束φd の磁
気飽和現象により変動し、第２の励磁インダクタンスＭ
e はその二次磁束φd の弱め磁束領域に重みを持たせた
関数とトルク電流ｉq の平方根との比に基づいて変動す
る。
【００１８】次に動作について説明する。ベクトル制御
による誘導電動機の制御装置１では、まず、電流検出器
３ｕ，３ｗより検出された電流ｉu ，ｉw を座標変換器
４によりトルク電流ｉq および励磁電流ｉd に座標変換
し、関数器５ａにおいて図２に示した励磁インダクタン
ス特性から求められた励磁インダクタンスＭt と励磁電
流ｉd から二次磁束φd を算出する。また、除算器６に
よりトルク指令Ｔe を二次磁束φd で除算しトルク電流
指令値ｉq *を算出し、第１の減算器７においてそのトル
ク電流指令値ｉq *からトルク電流ｉq を減算して、さら
に、横軸電流調整器８により、その減算されたトルク電
流指令値から横軸電流制御信号を演算する。
による誘導電動機の制御装置１では、まず、電流検出器
３ｕ，３ｗより検出された電流ｉu ，ｉw を座標変換器
４によりトルク電流ｉq および励磁電流ｉd に座標変換
し、関数器５ａにおいて図２に示した励磁インダクタン
ス特性から求められた励磁インダクタンスＭt と励磁電
流ｉd から二次磁束φd を算出する。また、除算器６に
よりトルク指令Ｔe を二次磁束φd で除算しトルク電流
指令値ｉq *を算出し、第１の減算器７においてそのトル
ク電流指令値ｉq *からトルク電流ｉq を減算して、さら
に、横軸電流調整器８により、その減算されたトルク電
流指令値から横軸電流制御信号を演算する。
【００１９】また、第２の減算器９により二次磁束指令
値φd *から二次磁束φd を減算し、磁束調整器１０にお
いてその減算された二次磁束指令値から励磁電流指令値
ｉd *を算出する。また、第３の減算器１１によりその励
磁電流指令値ｉd *から励磁電流ｉd を減算し、直軸電流
調整器１２においてその減算された励磁電流指令値から
直軸電流制御信号を演算する。また、電力供給器１３に
おいて、上記横軸電流制御信号と上記直軸電流制御信号
に基づいて誘導電動機２に電力を供給する。
値φd *から二次磁束φd を減算し、磁束調整器１０にお
いてその減算された二次磁束指令値から励磁電流指令値
ｉd *を算出する。また、第３の減算器１１によりその励
磁電流指令値ｉd *から励磁電流ｉd を減算し、直軸電流
調整器１２においてその減算された励磁電流指令値から
直軸電流制御信号を演算する。また、電力供給器１３に
おいて、上記横軸電流制御信号と上記直軸電流制御信号
に基づいて誘導電動機２に電力を供給する。
【００２０】一般に、誘導電動機２では、二次磁束φd
とトルク電流ｉq の積によりトルクＴを発生するので、
二次磁束φd とトルク電流ｉq を正確に制御しなければ
ならない。上記制御装置１ではその原理に基づいて、除
算器６においてトルク指令Ｔe を二次磁束φd で除算す
ることによりトルク電流指令値ｉq *を算出するので、二
次磁束φd の精度が正確なトルク制御のために重要であ
ることが理解できる。
とトルク電流ｉq の積によりトルクＴを発生するので、
二次磁束φd とトルク電流ｉq を正確に制御しなければ
ならない。上記制御装置１ではその原理に基づいて、除
算器６においてトルク指令Ｔe を二次磁束φd で除算す
ることによりトルク電流指令値ｉq *を算出するので、二
次磁束φd の精度が正確なトルク制御のために重要であ
ることが理解できる。
【００２１】一般に、二次磁束φd は、誘導電動機２に
励磁電流ｉd を供給することにより発生するものである
が、演算により励磁電流ｉd と励磁インダクタンスＭt
の積から推定することができる。上記制御装置１におい
ても、誘導電動機２の内部の磁束を直接検出するのでは
なく、関数器５ａにおいて励磁インダクタンス特性から
求められた励磁インダクタンスＭt と励磁電流ｉd から
二次磁束φd を推定する。従って、その推定される二次
磁束φd を実際の誘導電動機２の二次磁束φdに一致さ
せることが正確なトルク制御のために重要となる。
励磁電流ｉd を供給することにより発生するものである
が、演算により励磁電流ｉd と励磁インダクタンスＭt
の積から推定することができる。上記制御装置１におい
ても、誘導電動機２の内部の磁束を直接検出するのでは
なく、関数器５ａにおいて励磁インダクタンス特性から
求められた励磁インダクタンスＭt と励磁電流ｉd から
二次磁束φd を推定する。従って、その推定される二次
磁束φd を実際の誘導電動機２の二次磁束φdに一致さ
せることが正確なトルク制御のために重要となる。
【００２２】一般に、かご形誘導電動機では、すべり周
波数ωｓの二次磁束φd が通る回転子の主要な磁気回路
は積層された鉄心で構成するために渦電流は流れない。
しかし、回転子の外径に近い領域は積層された鉄心に二
次導体が短絡されているため、すべり周波数ωｓの二次
磁束φd が通ると二次磁束φd の一部を打ち消す作用を
有する渦電流が誘導される。即ち、回転子の外径に近い
一部の領域を通る磁束に二次磁束φd の一部を打ち消す
渦電流の作用が現われる。また、誘導電動機の磁束を弱
めた運転条件で二次磁束φd の全体量が少なくなると、
磁束が回転子の外径に近い領域に偏在する。二次磁束φ
d が渦電流の作用を受けやすい領域に偏在すれば、渦電
流のために二次磁束φd の一部が打ち消される作用が顕
著となる。なお、すべり周波数ωｓが上昇すると渦電流
の作用は顕著となり、誘導電動機のすべり周波数ωｓは
トルク電流ｉq と二次磁束φd の比に比例する。そこ
で、この渦電流の作用を供試機を用いて測定したとこ
ろ、二次磁束φd が一定の条件下ではトルク電流ｉq の
平方根に比例して第２の励磁インダクタンスＭe が低下
すること、トルク電流ｉq が一定の条件下では二次磁束
φd が弱まると第２の励磁インダクタンスＭe が低下す
ること等の特性が確認できた。
波数ωｓの二次磁束φd が通る回転子の主要な磁気回路
は積層された鉄心で構成するために渦電流は流れない。
しかし、回転子の外径に近い領域は積層された鉄心に二
次導体が短絡されているため、すべり周波数ωｓの二次
磁束φd が通ると二次磁束φd の一部を打ち消す作用を
有する渦電流が誘導される。即ち、回転子の外径に近い
一部の領域を通る磁束に二次磁束φd の一部を打ち消す
渦電流の作用が現われる。また、誘導電動機の磁束を弱
めた運転条件で二次磁束φd の全体量が少なくなると、
磁束が回転子の外径に近い領域に偏在する。二次磁束φ
d が渦電流の作用を受けやすい領域に偏在すれば、渦電
流のために二次磁束φd の一部が打ち消される作用が顕
著となる。なお、すべり周波数ωｓが上昇すると渦電流
の作用は顕著となり、誘導電動機のすべり周波数ωｓは
トルク電流ｉq と二次磁束φd の比に比例する。そこ
で、この渦電流の作用を供試機を用いて測定したとこ
ろ、二次磁束φd が一定の条件下ではトルク電流ｉq の
平方根に比例して第２の励磁インダクタンスＭe が低下
すること、トルク電流ｉq が一定の条件下では二次磁束
φd が弱まると第２の励磁インダクタンスＭe が低下す
ること等の特性が確認できた。
【００２３】そこで、この実施の形態では、制御装置１
の磁束演算で用いる誘導電動機２の励磁インダクタンス
Ｍt の特性を拡張し、渦電流で打ち消される二次磁束φ
d を補償できるようにする。誘導電動機２の励磁インダ
クタンスＭt は、図２の特性で示されるように磁気飽和
現象のため二次磁束φd が大きくなると値が低下すると
いう特性に加え、上述のようにトルク電流ｉq が大きく
なると二次磁束φd が小さな領域においても値が低下す
る特性を示す。従って、このような場合にも正確な二次
磁束φd が推定できるように、制御装置１の関数器５ａ
で用いる励磁インダクタンスＭt の特性に図２の特性を
用いる。その結果、誘導電動機２の励磁インダクタンス
Ｍt がトルク電流ｉq の大きさによって変化する場合に
も、関数器５ａで推定される二次磁束φd と実際の誘導
電動機２の二次磁束φd を一致させることができ、正確
なトルク制御が可能となる。
の磁束演算で用いる誘導電動機２の励磁インダクタンス
Ｍt の特性を拡張し、渦電流で打ち消される二次磁束φ
d を補償できるようにする。誘導電動機２の励磁インダ
クタンスＭt は、図２の特性で示されるように磁気飽和
現象のため二次磁束φd が大きくなると値が低下すると
いう特性に加え、上述のようにトルク電流ｉq が大きく
なると二次磁束φd が小さな領域においても値が低下す
る特性を示す。従って、このような場合にも正確な二次
磁束φd が推定できるように、制御装置１の関数器５ａ
で用いる励磁インダクタンスＭt の特性に図２の特性を
用いる。その結果、誘導電動機２の励磁インダクタンス
Ｍt がトルク電流ｉq の大きさによって変化する場合に
も、関数器５ａで推定される二次磁束φd と実際の誘導
電動機２の二次磁束φd を一致させることができ、正確
なトルク制御が可能となる。
【００２４】そこで、図２の特性を数式化して関数器５
ａの磁束演算に用いるため、まず、誘導電動機２の励磁
インダクタンスＭt を、第１の励磁インダクタンスＭと
第２の励磁インダクタンスＭe の並列インダクタンスで
表現する。即ち、 Ｍt ＝１／｛（１／Ｍ）＋（１／Ｍe ）｝ （１） つぎに、渦電流の作用は前述のように磁束を弱めた運転
条件で顕著となること、磁束が一定の条件における第２
の励磁インダクタンスＭe の低下はトルク電流ｉq の平
方根に比例すると考えられることから、第２の励磁イン
ダクタンスＭeは弱め磁束領域に重みを持たせるための
関数ｆ（φd ）とトルク電流ｉq の平方根の比で表現す
る。即ち、 Ｍe ＝ｆ（φd ）／（ｉq ）1/2 （２） なお、弱め磁束領域に重みを持たせるための関数ｆ（φ
d ）は、磁束と渦電流の複雑な相互作用で決まるため、
事前に正確な数式表現を求めることは困難である。しか
し、弱め磁束領域に向かって第２の励磁インダクタンス
Ｍe を減少させる単調な関数であるので、調整運転によ
り最適な関数を見出すことが可能である。
ａの磁束演算に用いるため、まず、誘導電動機２の励磁
インダクタンスＭt を、第１の励磁インダクタンスＭと
第２の励磁インダクタンスＭe の並列インダクタンスで
表現する。即ち、 Ｍt ＝１／｛（１／Ｍ）＋（１／Ｍe ）｝ （１） つぎに、渦電流の作用は前述のように磁束を弱めた運転
条件で顕著となること、磁束が一定の条件における第２
の励磁インダクタンスＭe の低下はトルク電流ｉq の平
方根に比例すると考えられることから、第２の励磁イン
ダクタンスＭeは弱め磁束領域に重みを持たせるための
関数ｆ（φd ）とトルク電流ｉq の平方根の比で表現す
る。即ち、 Ｍe ＝ｆ（φd ）／（ｉq ）1/2 （２） なお、弱め磁束領域に重みを持たせるための関数ｆ（φ
d ）は、磁束と渦電流の複雑な相互作用で決まるため、
事前に正確な数式表現を求めることは困難である。しか
し、弱め磁束領域に向かって第２の励磁インダクタンス
Ｍe を減少させる単調な関数であるので、調整運転によ
り最適な関数を見出すことが可能である。
【００２５】なお、上記実施の形態１では、トルク電流
ｉq をパラメータとして励磁インダクタンスＭt を推定
する場合を示したが、誘導電動機２のすべり角周波数ω
ｓはトルク電流ｉq と二次磁束φd の比に比例するの
で、すべり角周波数ωｓをパラメータとして励磁インダ
クタンスＭt を推定する構成としてもよい。
ｉq をパラメータとして励磁インダクタンスＭt を推定
する場合を示したが、誘導電動機２のすべり角周波数ω
ｓはトルク電流ｉq と二次磁束φd の比に比例するの
で、すべり角周波数ωｓをパラメータとして励磁インダ
クタンスＭt を推定する構成としてもよい。
【００２６】以上のように、この実施の形態１では、制
御装置１の関数器５ａで用いる励磁インダクタンスＭt
の特性を、図２の特性で示されるように磁気飽和現象の
ため二次磁束φd が大きくなると値が低下するという特
性に加え、トルク電流ｉq が大きくなると二次磁束φd
が小さな領域においても値が低下する特性としたので、
誘導電動機２の励磁インダクタンスＭt がトルク電流ｉ
q の大きさによって変化する場合にも、関数器５ａで推
定される二次磁束φd と実際の誘導電動機２の二次磁束
φd を一致させることができ、正確なトルク制御が可能
となる効果がある。
御装置１の関数器５ａで用いる励磁インダクタンスＭt
の特性を、図２の特性で示されるように磁気飽和現象の
ため二次磁束φd が大きくなると値が低下するという特
性に加え、トルク電流ｉq が大きくなると二次磁束φd
が小さな領域においても値が低下する特性としたので、
誘導電動機２の励磁インダクタンスＭt がトルク電流ｉ
q の大きさによって変化する場合にも、関数器５ａで推
定される二次磁束φd と実際の誘導電動機２の二次磁束
φd を一致させることができ、正確なトルク制御が可能
となる効果がある。
【００２７】
【発明の効果】以上のように、請求項１記載の発明によ
れば、関数器により、誘導電動機の二次磁束の磁気飽和
現象に応じた関数に基づく第１の励磁インダクタンス、
およびその二次磁束の弱め磁束領域に重みを持たせた関
数と座標変換器により座標変換されたトルク電流の平方
根との比に基づく第２の励磁インダクタンスの並列和に
基づいて励磁インダクタンスを算出し、その励磁インダ
クタンスと座標変換器により座標変換された励磁電流と
の乗算に基づいて二次磁束を算出するように構成したの
で、誘導電動機の励磁インダクタンスがトルク電流の大
きさによって変化する場合にも、関数器で推定される二
次磁束と実際の誘導電動機の二次磁束を一致させること
ができ、制御限界を拡大できると共に、さらに制御安定
性を良好にすることができる効果がある。
れば、関数器により、誘導電動機の二次磁束の磁気飽和
現象に応じた関数に基づく第１の励磁インダクタンス、
およびその二次磁束の弱め磁束領域に重みを持たせた関
数と座標変換器により座標変換されたトルク電流の平方
根との比に基づく第２の励磁インダクタンスの並列和に
基づいて励磁インダクタンスを算出し、その励磁インダ
クタンスと座標変換器により座標変換された励磁電流と
の乗算に基づいて二次磁束を算出するように構成したの
で、誘導電動機の励磁インダクタンスがトルク電流の大
きさによって変化する場合にも、関数器で推定される二
次磁束と実際の誘導電動機の二次磁束を一致させること
ができ、制御限界を拡大できると共に、さらに制御安定
性を良好にすることができる効果がある。
【００２８】請求項２記載の発明によれば、関数器にお
いて、トルク電流の平方根に代えて、誘導電動機のすべ
り角周波数を用いるように構成したので、誘導電動機の
すべり角周波数を利用して、制御限界を拡大したり、制
御安定性を良好にしたりすることができる効果がある。
いて、トルク電流の平方根に代えて、誘導電動機のすべ
り角周波数を用いるように構成したので、誘導電動機の
すべり角周波数を利用して、制御限界を拡大したり、制
御安定性を良好にしたりすることができる効果がある。
【図１】 この発明の実施の形態１によるベクトル制御
による誘導電動機駆動装置を示す構成図である。
による誘導電動機駆動装置を示す構成図である。
【図２】 関数器において用いられる励磁インダクタン
ス特性を示す特性図である。
ス特性を示す特性図である。
【図３】 この発明の実施の形態１による誘導電動機駆
動装置が制御対象とする誘導電動機の等価回路を示す回
路図である。
動装置が制御対象とする誘導電動機の等価回路を示す回
路図である。
【図４】 従来のベクトル制御による誘導電動機駆動装
置を示す構成図である。
置を示す構成図である。
【図５】 従来の関数器において用いられる励磁インダ
クタンス特性を示す特性図である。
クタンス特性を示す特性図である。
【図６】 従来の誘導電動機駆動装置が制御対象とする
誘導電動機の等価回路を示す回路図である。
誘導電動機の等価回路を示す回路図である。
２ 誘導電動機、４ 座標変換器、５ａ 関数器、６
除算器、８ 横軸電流調整器、１０ 磁束調整器、１２
直軸電流調整器、１３ 電力供給器。
除算器、８ 横軸電流調整器、１０ 磁束調整器、１２
直軸電流調整器、１３ 電力供給器。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 宮野 健介
東京都千代田区丸の内二丁目２番３号
三菱電機株式会社内
(72)発明者 森 賢嗣
東京都千代田区丸の内二丁目２番３号
三菱電機株式会社内
(72)発明者 財部 謙
山口県光市大字島田3434番地 新日本製
鐵株式会社光製鐵所内
(72)発明者 山崎 賢之
山口県光市大字島田3434番地 新日本製
鐵株式会社光製鐵所内
(72)発明者 篠 朝幸
千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株
式会社 技術開発本部内
(56)参考文献 特開 平６−292384（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−81189（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H02P 5/41
H02P 21/00
Claims (2)
- 【請求項１】 誘導電動機に供給される少なくとも２つ
の相電流をトルク電流および励磁電流に座標変換する座
標変換器と、上記誘導電動機の二次磁束の磁気飽和現象
に応じた関数に基づく第１の励磁インダクタンス、およ
びその二次磁束の弱め磁束領域に重みを持たせた関数と
上記トルク電流の平方根との比に基づく第２の励磁イン
ダクタンスの並列和に基づいて励磁インダクタンスを算
出し、その励磁インダクタンスと上記励磁電流との乗算
に基づいて二次磁束を算出する関数器と、トルク指令値
を上記関数器により算出された二次磁束により除算しト
ルク電流指令値を算出する除算器と、そのトルク電流指
令値から上記座標変換器により座標変換されたトルク電
流を減算した値に基づいて横軸電流制御信号を演算する
横軸電流調整器と、二次磁束指令値から上記関数器によ
り算出された二次磁束を減算した値に基づいて励磁電流
指令値を算出する磁束調整器と、その励磁電流指令値か
ら上記座標変換器により座標変換された励磁電流を減算
した値に基づいて直軸電流制御信号を演算する直軸電流
調整器と、上記横軸電流制御信号と上記直軸電流制御信
号に基づいて上記誘導電動機に電力を供給する電力供給
器とを備えたベクトル制御による誘導電動機駆動装置。 - 【請求項２】 関数器は、トルク電流の平方根に代え
て、誘導電動機のすべり角周波数の平方根を用いること
を特徴とする請求項１記載のベクトル制御による誘導電
動機駆動装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10591096A JP3537586B2 (ja) | 1996-04-25 | 1996-04-25 | ベクトル制御による誘導電動機駆動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10591096A JP3537586B2 (ja) | 1996-04-25 | 1996-04-25 | ベクトル制御による誘導電動機駆動装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09294400A JPH09294400A (ja) | 1997-11-11 |
| JP3537586B2 true JP3537586B2 (ja) | 2004-06-14 |
Family
ID=14420028
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10591096A Expired - Fee Related JP3537586B2 (ja) | 1996-04-25 | 1996-04-25 | ベクトル制御による誘導電動機駆動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3537586B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4798639B2 (ja) * | 2009-03-16 | 2011-10-19 | 日本輸送機株式会社 | 誘導電動機の制御装置、制御方法および該制御装置を用いた車両 |
| JP5418961B2 (ja) * | 2009-04-09 | 2014-02-19 | 富士電機株式会社 | 誘導電動機の制御装置 |
| KR101209965B1 (ko) * | 2010-12-30 | 2012-12-07 | 엘에스산전 주식회사 | 전기자동차의 유도 전동기의 토크 제어 시스템 및 그 방법 |
-
1996
- 1996-04-25 JP JP10591096A patent/JP3537586B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09294400A (ja) | 1997-11-11 |
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