JP3797479B2 - 誘導電動機の制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、可変電圧可変周波数インバータを介して駆動される誘導電動機の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、可変電圧可変周波数インバータを介して駆動される誘導電動機の制御装置の従来例を示す回路構成図である。
【０００３】
図４において、１は後述の制御装置１０からの三相の電圧指令ｖ_U ^*，ｖ_V ^*，ｖ_W ^*（交流量）それぞれをＰＷＭ演算して内蔵するインバータ主回路を形成するそれぞれの半導体スイッチへのオン・オフ駆動信号に変換し、これらのオン・オフ駆動信号に基づき前記インバータ主回路から三相の交流電圧を発生するインバータ、２はインバータ１により給電される誘導電動機、３はインバータ１から誘導電動機２への電流、すなわち、誘導電動機２の一次電流ｉ₁ を検出する電流検出器、１０は指令値演算器１１と積分器１２と座標変換器１３と座標変換器１４とから形成され、インバータ１を介して駆動される誘導電動機２を可変速制御する制御装置である。
【０００４】
この制御装置１０において、指令値演算器１１では指令される誘導電動機２の一次角周波数設定値ω₁ と、この一次角周波数設定値ω₁ を積分器１２による時間積分演算で得られる位相角設定値θ₁ に基づき電流検出器３で検出された誘導電動機２の一次電流ｉ₁ を座標変換器１３による三相−二相変換およびｄ−ｑ変換して得られるｉ_1d，ｉ_1qと、誘導電動機２の電動機定数とからｄ軸電圧指令値ｖ_1d ^* ，ｑ軸電圧指令値ｖ_1q ^* を演算し、これらの値を座標変換器１４へ出力している。また、座標変換器１４では前記位相角設定値θ₁ に基づき前記ｄ軸電圧指令値ｖ_1d ^* ，ｑ軸電圧指令値ｖ_1q ^* をα−β変換および二相−三相変換して得られる前記電圧指令ｖ_U ^*，ｖ_V ^*，ｖ_W ^*を生成している。
【０００５】
上述のインバータ１と制御装置１０とによる誘導電動機２の制御方法は、一般的なＶ／ｆ制御方式に磁束調節機能を付加したものである。
【０００６】
Ｖ／ｆ制御に磁束調節機能を付加した誘導電動機の制御方法の従来例として、特開昭５０−１２１７２４号公報，公知文献： Ａ．Ａｂｂｏｎｄａｎｔｉ，“Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｆｌｕｘ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ ＩｎｄｕｃｔｉｏｎＭｏｔｏｒｓ Ｄｒｉｖｅｎ ｂｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｕｐｐｌｉｅｓ”， ＩＥＥＥ−ＩＡＳ’７７ Ｃｏｎｆｅｒｒｅｎｃｅ Ｒｅｃｏｒｄ，ｐ１７４−ｐ１８４（１９７７）などが挙げられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記磁束調節機能を持つＶ／ｆ制御方式は安価な汎用インバータに用いることができるが、このとき、上述の指令値演算器１１における演算動作に誘導電動機２のインダクタンス成分の値が必要となる。インダクタンス成分の値として誘導電動機２の特性データ値からの予め設定した値を用いる場合には、この設定値と実際値との誤差が誘導電動機２の制御特性に影響するという問題がある。
【０００８】
上記問題点の解決方法として、例えば、同一出願人による特許第３０６７６８１号公報に開示されているように、誘導電動機の制御装置の内部に該電動機のインダクタンス成分を導出する機能を付加し、この導出した値により前記誘導電動機を可変速制御することが行われているが、この開示例の回路では制御装置に交流信号の発生回路や適応同定法に基づく調整回路が必要であり、構成が複雑となって、装置全体が高価になるという難点があった。
【０００９】
この発明の目的は、誘導電動機の制御装置に簡単な構成の回路を付加することで該電動機のインダクタンス成分を導出し、この導出した値で誘導電動機を制御する方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この第１の発明は可変電圧可変周波数インバータを介して駆動される誘導電動機の制御方法において、
可変電圧可変周波数インバータからの所定の電圧，周波数の交流電圧を無負荷状態の誘導電動機に該電動機の一次電圧として印加し、前記誘導電動機の一次電流を前記一次電圧と同相の成分と直交する成分とに分解し、前記一次電流の直交する成分と前記一次電圧とに基づき前記誘導電動機のインダクタンス成分を導出し、この導出されたインダクタンス成分を予め設定した比率に基づき前記誘導電動機の励磁インダクタンスと漏れインダクタンスとに分配し、この分配された励磁インダクタンスと漏れインダクタンスとにより前記誘導電動機を可変速制御することを特徴とする。
【００１１】
第２の発明は前記第１の発明の誘導電動機の制御方法において、
前記分配された励磁インダクタンス成分と漏れインダクタンスとを記憶し、この記憶された励磁インダクタンス成分と漏れインダクタンスとにより前記誘導電動機を可変速制御することを特徴とする。
【００１４】
この発明は、通常の運転動作に先立って、無負荷状態の誘導電動機に一次角周波数が十分に大きい一次電圧を印加することにより、該誘導電動機を無負荷で回転させて、そのときの一次電圧と一次電流とから、簡単な四則演算で近似的にこの誘導電動機のインダクタンス成分が導出するものであり、適応同定法のような複雑な演算を行う必要がないものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の実施の形態を示す誘導電動機の制御装置の回路構成図であり、図４に示した従来例回路と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。
【００１６】
すなわち図１に示した制御装置２０には積分器１２，座標変換器１３，座標変換器１４の他に、従来の指令値演算器１１と後述の如くほぼ同一機能の指令値演算器２１と、新たに付加された定数演算器２２とを備えている。
【００１７】
この指令値演算器２１では指令される誘導電動機２の一次角周波数設定値ω₁ と、座標変換器１３による三相−二相変換およびｄ−ｑ変換して得られるｉ_1d，ｉ_1qと、後述の定数演算器２２により導出される誘導電動機２の励磁インダクタンスＬｍ^# と漏れインダクタンスＬσ^# とからｄ軸電圧指令値ｖ_1d ^* ，ｑ軸電圧指令値ｖ_1q ^* を演算し、これらの値を座標変換器１４へ出力している。
【００１８】
また、座標変換器１４では従来装置と同様に位相角設定値θ₁ に基づきｄ軸電圧指令値ｖ_1d ^* ，ｑ軸電圧指令値ｖ_1q ^* をα−β変換および二相−三相変換して得られる電圧指令ｖ_U ^*，ｖ_V ^*，ｖ_W ^*を生成し、この電圧指令に基づいて誘導電動機２を可変速制御している。
【００１９】
図１に示した定数演算器２２での演算動作を、図２に示す誘導電動機のＴ形等価回路図と図３に示すベクトル図とを参照しつつ、以下に説明する。
【００２０】
先ず、インバータ１と制御装置２０とによる誘導電動機２の通常の運転動作に先立って、図２の誘導電動機２の等価回路に示す如く、無負荷の誘導電動機２にω₁ の一次角周波数でｖ₁ の一次電圧をインバータ１から給電することにより、誘導電動機２にｉ₁ の一次電流が流れつつ誘導電動機２が回転している状態にし、この状態での一次電流ｉ₁ を図３に示すようにｑ軸を一次電圧ｖ₁ のベクトル方向に設定したときの回転座標系であるｄ−ｑ座標系に投影し、ｄ軸成分の一次電流ｉ_1dを座標変換器１３により求める。
【００２１】
この一次電流ｉ_1dは図２に示す電動機定数に対して、漏れインダクタンスＬσと励磁インダクタンスＬｍとの合計であるインダクタンス成分Ｌσｍ＝Ｌσ＋Ｌｍとすると、下記式（１）の関係にある。
【００２２】
ｉ_1d＝｜ｖ₁｜
÷［ω₁・Ｌσｍ｛１＋Ｒ₁ ²／（ω₁・Ｌσｍ）²｝］ …（１）
上記式（１）において、一次角周波数ω₁ が十分大きければ、下記式（２）の近似式が成り立つ。
【００２３】
ｉ_1d≒｜ｖ₁｜／（ω₁・Ｌσｍ） …（２）
上記式（２）から、下記式（３）が得られる。
【００２４】
Ｌσｍ＝Ｌσ＋Ｌｍ
＝｜ｖ₁｜／（ω₁・ｉ_1d） …（３）
従って、定数演算器２２ではｄ軸電圧指令値ｖ_1d ^* ，ｑ軸電圧指令値ｖ_1q ^* を取り込み、このｖ_1d ^*と、ｖ_1q ^*とから一次電圧ｖ₁ の絶対値｜ｖ₁ ｜を求め、さらに前記一次角周波数設定値ω₁ と一次電流ｉ_1dとから、上記式（３）の演算を行い、Ｌσｍを導出している。
【００２５】
また、誘導電動機の構造上、漏れインダクタンスＬσと励磁インダクタンスＬｍの合計値である前記Ｌσｍに対する漏れインダクタンスＬσの比率はほぼ一定値と見做せるので、この値をＫ_R とすると、前記Ｌσの近似値Ｌσ^# とＬｍの近似値Ｌｍ^# とは下記式（４），式（５）で表される。
【００２６】
Ｌσ^#＝Ｋ_R・Ｌσｍ …（４）
Ｌｍ^#＝（１−Ｋ_R）Ｌσｍ …（５）
すなわち、定数演算器２２では前記式（３）〜（５）の演算を行い、得られたＬσ^# とＬｍ^# を定数演算器２２内のメモリ（図示せず）に記憶し、これらの記憶値を漏れインダクタンスＬσ^# と励磁インダクタンスＬｍ^# として、指令値演算器２１へ出力している。
【００２７】
上述の制御装置２０とインバータ１とによる誘導電動機２の制御方法では、Ｖ／ｆ制御方式に、実際値に近い値の誘導電動機２の漏れインダクタンスＬσ^# と励磁インダクタンスＬｍ^# とに基づいた磁束調節機能を付加することにより、誘導電動機２を可変速制御する際の制御特性を改善している。
【００２８】
【発明の効果】
この発明によれば、従来の制御装置に誘導電動機の電動機定数を導出するための簡単な回路を付加することにより、安価な汎用インバータで制御特性が良好な誘導電動機の制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態を示す回路構成図
【図２】図１の動作を説明する誘導電動機の等価回路図
【図３】図１の動作を説明するベクトル図
【図４】従来例を示す回路構成図
【符号の説明】
１…インバータ、２…誘導電動機、３…電流検出器、１０…制御装置、１１…指令値演算器、１２…積分器、１３，１４…座標変換器、２０…制御装置、２１…指令値演算器、２２…定数演算器。

Claims (2)

1. 可変電圧可変周波数インバータを介して駆動される誘導電動機の制御方法において、
   可変電圧可変周波数インバータからの所定の電圧，周波数の交流電圧を無負荷状態の誘導電動機に該電動機の一次電圧として印加し、
   前記誘導電動機の一次電流を前記一次電圧と同相の成分と直交する成分とに分解し、
   前記一次電流の直交する成分と前記一次電圧とに基づき前記誘導電動機のインダクタンス成分を導出し、
   この導出されたインダクタンス成分を予め設定した比率に基づき前記誘導電動機の励磁インダクタンスと漏れインダクタンスとに分配し、
   この分配された励磁インダクタンスと漏れインダクタンスとにより前記誘導電動機を可変速制御することを特徴とする誘導電動機の制御方法。
2. 請求項１に記載の誘導電動機の制御方法において、
   前記分配された励磁インダクタンス成分と漏れインダクタンスとを記憶し、
   この記憶された励磁インダクタンス成分と漏れインダクタンスとにより前記誘導電動機を可変速制御することを特徴とする誘導電動機の制御方法。

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