JP4311033B2 - 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、汎用インバータなどの可変電圧可変周波数の交流電力を発生する電力変換装置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】
Ｖ／ｆ制御を行う汎用インバータを用いて誘導電動機を可変速駆動する際に、低周波数域でも前記電動機の一次磁束をほぼ一定値に保って、該電動機のトルク特性を補償するトルクブースト補償が行われ、この補償量をそのときの負荷量に応じて自動的に調整する自動ブースト補償機能を内蔵したものが多い（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
図６は、前記非特許文献１を含むこの種の誘導電動機の制御方法の従来例を示す誘導電動機制御装置の回路構成図である。
【０００４】
図６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演算して内蔵する電力変換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電力変換回路から三相の交流電圧を発生する電力変換装置としてのインバータ、２はインバータ１から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。
【０００５】
この制御装置１０には電圧指令値演算手段１１と、積分器１２と、第一座標変換手段１３と、第二座標変換手段１４とを備え、電圧指令値演算手段１１では外部から指令される誘導電動機２の一次角周波数指令値ω₁ ^*と、この一次角周波数指令値ω₁ ^*に対応して予め設定される該電動機の二次磁束指令値φ₂ ^*との乗算演算値としての該電動機の一次電圧設定値に、予め設定される前記電動機の一次抵抗Ｒ₁ と漏れインダクタンスＬσとによる電圧降下分を加算した誘導電動機２の一次電圧指令値Ｖ₁ ^*を求め、さらにこの一次電圧指令値Ｖ₁ ^*を周知の技術により該電動機のｄ軸成分の一次電圧指令値ｖ_1d ^* とｑ軸成分の一次電圧指令値ｖ_1q ^* とに分解する演算を行っている（ｄ−ｑ軸はω₁ ^*で回転する直交座標軸である）。また、前記一次角周波数指令値ω₁ ^*に対する積分器１２での時間積分演算により得られる位相角指令値θ^* に基づき、第一座標変換手段１３では前記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三相の電圧指令ｖ_U ^*，ｖ_V ^*，ｖ_W ^*を生成している。さらに、電流検出器２で検出された誘導電動機２の一次電流ｉ₁ を、前記位相角指令値θ^* に基づいて三相−二相変換および前記ｄ−ｑ軸変換したｉ_1d，ｉ_1qを第二座標変換手段１４で求め、このｉ_1d，ｉ_1qに基づいて、電圧指令値演算手段１１では誘導電動機２の前記電圧降下分の導出演算を行っている。
【０００６】
【非特許文献１】
電気学会 交流電動機駆動方式の技術分類・用語整理調査専門委員会編「交流電動機可変速駆動の基礎と応用」コロナ社、１９９８年１０月２
８日、Ｐ．８０−８１
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
誘導電動機２電気定数としての一次抵抗Ｒ₁ の値は該電動機の周囲温度や内部温度上昇により変動することが知られており、図６に示した従来の回路構成による誘導電動機２の制御方法では、誘導電動機２の前記一次電圧指令値Ｖ₁ ^*を求める際に、前記一次抵抗Ｒ₁ の値を前記電気的定数の設計値や計測値に基づく固定値に設定しており、その結果、前記自動ブースト補償を行うための補償量が精度良く導出できないという問題があった。
【０００８】
この発明の目的は、Ｖ／ｆ制御を行う汎用インバータを用いて誘導電動機を可変速駆動する際に、より正確な自動ブースト補償を行わせることが出来る誘導電動機の制御方法を提供することにある。
【０００９】
【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の交流電力を発生する電力変換装置を介して駆動される誘導電動機の制御方法において、
前記誘導電動機の有効電力と無効電力とをそれぞれ推定し、この有効電力推定値，無効電力推定値それぞれから該電動機の二次入力をそれぞれ推定し、前記それぞれの二次入力推定値間の偏差に基づいて前記誘導電動機の一次抵抗の値を同定し、この同定値に基づいて前記誘導電動機のトルクブースト補償を行うことを特徴とする。
【００１０】
第２の発明は、可変電圧可変周波数の交流電力を発生する電力変換装置を介して駆動される誘導電動機の制御方法において、
前記誘導電動機の有効電力と無効電力とをそれぞれ推定し、この有効電力推定値，無効電力推定値それぞれから該電動機の二次入力をそれぞれ推定し、前記無効電力推定値に基づく前記二次入力推定値が前記誘導電動機の一次抵抗設計値に基づく該電動機の一次銅損の値より大きいときに、前記それぞれの二次入力推定値間の偏差に基づいて該電動機の一次抵抗の値を同定し、この同定値に基づいて前記誘導電動機のトルクブースト補償を行うことを特徴とする。
【００１１】
第３の発明は前記第１または第２の発明の誘導電動機の制御方法において、前記有効電力推定値に基づく前記二次入力推定値の極性に対応して、前記無効電力推定値に基づく前記二次入力推定値の極性を決定することを特徴とする。
【００１２】
第４の発明は前記第１〜第３の発明の誘導電動機の制御方法において、前記誘導電動機の一次電圧と一次電流とに基づいて該電動機の有効電力と無効電力とをそれぞれ推定することを特徴とする。
【００１３】
第５の発明は前記第２の発明の誘導電動機の制御方法において、前記一次抵抗設計値は前記誘導電動機の動作温度範囲における最小値とし、前記一次銅損は前記最小値と該電動機の一次電流とに基づく値とすることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、後述の如く、前記誘導電動機の有効電力と無効電力とに基づいて該電動機の一次抵抗の値を同定することにより、該電動機のトルクブースト補償の補償量を精度良く導出することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の誘導電動機の制御方法の第１の実施例を示す回路構成図であり、図６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に示すようにインバータ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２０には電圧指令値演算手段１１，積分器１２，第一座標変換手段１３，第二座標変換手段１４の他に、第一二次入力演算手段２１と第二二次入力演算手段２２と加算演算器２３と一次抵抗同定器２４とを備え、後述の如く、一次抵抗同定器２４の出力としての誘導電動機２の一次抵抗Ｒ₁ の同定値であるＲ₁ ^#に基づき電圧指令値演算手段１１では自動ブースト補償を行うようにしている。
【００１７】
図１に示した制御装置２０の動作を、図２に示す誘導電動機の等価回路図を参照しつつ、以下に説明する。
【００１８】
先ず、第一二次入力演算手段２１では誘導電動機２の有効電力から一次銅損を減じた値が該電動機の二次入力となることから、下記数１式により誘導電動機２の二次入力の推定値Ｐ_2Eを求め、これを出力している。
【００１９】
【数１】
Ｐ_2E＝ｖ_1d ^*・ｉ_1d＋ｖ_iq ^*・ｉ_1q−Ｒ₁・（ｉ_1d ²＋ｉ_1q ²）
ここで、ｖ_1d ^* ，ｖ_1q ^* は電圧指令値演算手段１１が出力する前記ｄ−ｑ軸上の電圧指令値であり、また、ｉ_1d，ｉ_1qは第２座標変換手段１４が出力する前記ｄ−ｑ軸上の誘導電動機２の一次電流であり、さらに、Ｒ₁ は図２に示す等価回路上の誘導電動機２の一次抵抗である。なお、電圧指令値ｖ_1d ^* ，ｖ_1q ^*に代えて、誘導電動機２の一次電圧の検出値から求めたｖ_1d，ｖ_1qを用いてもよい。
【００２０】
次に、第二二次抵抗演算手段２２では誘導電動機２の無効電力に基づき、下記数２式により誘導電動機２の二次入力の推定値Ｐ_2EQ を求め、これを出力している。
【００２１】
【数２】
Ｐ_2EQ＝ω₁ ^*・φ_2E・｜ｉ_1TE｜
ここで、ω₁ ^*は誘導電動機２の一次周波数指令値であり、誘導電動機２の二次磁束推定値φ_2Eは下記数３式で表され、また、トルク電流推定値｜ｉ_1TE｜は下記数４式で表される。
【００２２】
【数３】
φ_2E＝［Ｌ_M｛（Ｑ／ω₁ ^*2）−Ｌσ・ｉ₁ ²｝］^1/2
【００２３】
【数４】
｜ｉ_TE｜＝［ｉ₁ ²−｛Ｑ／（ω₁ ^*2・Ｌ_M）−（Ｌσ／Ｌ_M）・ｉ₁ ²｝］^1/2
上記数３式，数４式において、Ｌ_M は図２に示す等価回路上の誘導電動機２の励磁インダクタンスであり、Ｌσは図２に示す等価回路上の誘導電動機２の漏れインダクタンスであり、また、誘導電動機２の無効電力Ｑは［ｖ_1q ^* ・ｉ_1d−ｖ_id ^* ・ｉ_1q］で表され、さらに、ｉ₁ ²は［ｉ_1d ² ＋ｉ_1q ² ］で表される。
【００２４】
すなわち、前記数１式で得られる誘導電動機２の二次入力の推定値Ｐ_2Eには、図２に示す等価回路上の誘導電動機２の一次抵抗Ｒ₁ に関係する値を含み、前記数２式で得られる誘導電動機２の二次入力の推定値Ｐ_2EQ には、前記一次抵抗Ｒ₁ に関係する値を含まない。従って、加算演算器２３により前記Ｐ_2Eから前記Ｐ_2EQ を減算した値（＝偏差）が零になるように、すなわち、Ｐ_2E＞Ｐ_2EQ のときには一次抵抗同定器２４の出力としての誘導電動機２の一次抵抗Ｒ₁ の同定値であるＲ₁ ^#をより大きな値に再設定し、また、Ｐ_2E＜Ｐ_2EQ のときには一次抵抗同定器２４の出力としての誘導電動機２の一次抵抗Ｒ₁ の同定値であるＲ₁ ^#をより小さな値に再設定することにより、最終な設定値として、前記偏差が零となる同定値Ｒ₁ ^#を導出することができる。
【００２５】
すなわち、前記Ｐ_2EとＰ_2EQ との間の前記偏差が零となる誘導電動機２の一次抵抗の同定値Ｒ₁ ^#は、該電動機のそのときの周囲温度や内部温度上昇に対応した現在の一次抵抗Ｒ₁ の値を示し、この同定値Ｒ₁ ^#を用いることにより、精度良く誘導電動機２の負荷量に対応した自動ブースト補償を行うことができる。
【００２６】
図３は、この発明の誘導電動機の制御方法の第２の実施例を示す回路構成図であり、図１に示した実施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。
【００２７】
すなわち、図３に示すようにインバータ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３０には電圧指令値演算手段１１，積分器１２，第一座標変換手段１３，第二座標変換手段１４，第一二次入力演算手段２１，第二二次入力演算手段２２，加算演算器２３，一次抵抗同定器２４の他に、符号演算器３１と乗算器３２とを備えている。
【００２８】
この制御装置３０においては、第二二次入力演算手段２２による前記数２式で得られるＰ_2EQ が誘導電動機２の無効電力に基づく値であることから、その値の極性、すなわち、誘導電動機２の負荷が駆動負荷なのか制動負荷なのかの判定ができないので、第一二次入力演算手段２１による前記数１式で得られるＰ_2Eの極性に基づいて、前記Ｐ_2EQ の極性を決定するために符号演算器３１と乗算器３２とが設けられている。
【００２９】
すなわち、インバータ１を介して駆動される誘導電動機２を可変速制御する際に、制御装置３０を用いることにより前記電動機の負荷が駆動負荷のときにも、あるいは制動負荷のときにも、精度良く誘導電動機２の自動ブースト補償を行うことができる。
【００３０】
図４は、この発明の誘導電動機の制御方法の第３の実施例を示す回路構成図であり、図１に示した実施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。
【００３１】
すなわち、図４に示すようにインバータ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４０には電圧指令値演算手段１１，積分器１２，第一座標変換手段１３，第二座標変換手段１４，第一二次入力演算手段２１，第二二次入力演算手段２２，加算演算器２３の他に、一次抵抗同定器２４に代わる一次抵抗同定器４１と、一次銅損演算器４２と、動作判別器４３とを備えている。
【００３２】
この制御装置４０においては、インバータ１を介して駆動される誘導電動機２の二次入力の最小値が該電動機の一次銅損の値にほぼ等しくなることに着目し、第二二次入力演算手段２２による前記数２式で得られるＰ_2EQ が、一次銅損演算器４２での誘導電動機２の一次抵抗設計値Ｒ₁ ^*に基づく該電動機の一次銅損の値より大きいときに、この状態を動作判別器４３で判別し、この判別結果に基づいて一次抵抗同定器４１を動作させ、この一次抵抗同定器４１では、先述の一次抵抗同定器２４と同様に、前記Ｐ_2EとＰ_2EQ との間の前記偏差が零となる誘導電動機の一次抵抗Ｒ₁ の値を同定し、この同定値に基づいて前記誘導電動機のトルクブースト補償を行うようにしている。
【００３３】
このとき、誘導電動機２の一次抵抗設計値Ｒ₁ ^*に、該電動機の周囲温度や内部温度上昇に対応した最小設計値を用いることにより、導電動機２の負荷量に対応した自動ブースト補償をより広い範囲で安定に行わせることができる。
【００３４】
図５は、この発明の誘導電動機の制御方法の第４の実施例を示す回路構成図であり、図１，図３，図４に示した実施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。
【００３５】
すなわち、図５に示すようにインバータ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５０では電圧指令値演算手段１１，積分器１２，第一座標変換手段１３，第二座標変換手段１４，第一二次入力演算手段２１，第二二次入力演算手段２２，加算演算器２３，符号演算器３１，乗算器３１，一次抵抗同定器４１，一次銅損演算器４２，動作判別器４３を備えた回路構成にすることにより、前記電動機の負荷が駆動負荷のときにも、あるいは制動負荷のときにも、該電動機の負荷量に対応した自動ブースト補償をより広い範囲で安定に行わせることができる。
【００３６】
【発明の効果】
この発明の目的は、Ｖ／ｆ制御を行う汎用インバータを用いて誘導電動機を可変速駆動する際に、上述の如く若干の回路機能を付加することにより、より正確な自動ブースト補償を行わせることができ、その結果、前記該電動機のトルク特性、速度制御精度、安定性などの向上を計ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施例を示す回路構成図
【図２】誘導電動機の等価回路図
【図３】この発明の第２の実施例を示す回路構成図
【図４】この発明の第３の実施例を示す回路構成図
【図５】この発明の第４の実施例を示す回路構成図
【図６】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、１０，２０，３０，４０，５０…制御装置、１１…電圧指令値演算手段、１２…積分器、１３…第一座標変換手段、１４…第二座標変換手段、２１…第一二次入力演算手段、２２…第二二次入力演算手段、２３…加算演算器、２４…一次抵抗同定器、３１…符号演算器、３２…乗算器、４１…一次抵抗同定器、４２…一次銅損演算器、４３…動作判別器。

Claims (5)

1. 可変電圧可変周波数の交流電力を発生する電力変換装置を介して駆動される誘導電動機の制御方法において、
   前記誘導電動機の有効電力と無効電力とをそれぞれ推定し、この有効電力推定値，無効電力推定値それぞれから該電動機の二次入力をそれぞれ推定し、
   前記それぞれの二次入力推定値間の偏差に基づいて前記誘導電動機の一次抵抗の値を同定し、
   この同定値に基づいて前記誘導電動機のトルクブースト補償を行うことを特徴とする誘導電動機の制御方法。
2. 可変電圧可変周波数の交流電力を発生する電力変換装置を介して駆動される誘導電動機の制御方法において、
   前記誘導電動機の有効電力と無効電力とをそれぞれ推定し、この有効電力推定値，無効電力推定値それぞれから該電動機の二次入力をそれぞれ推定し、
   前記無効電力推定値に基づく前記二次入力推定値が前記誘導電動機の一次抵抗設計値に基づく該電動機の一次銅損の値より大きいときに、前記それぞれの二次入力推定値間の偏差に基づいて該電動機の一次抵抗の値を同定し、
   この同定値に基づいて前記誘導電動機のトルクブースト補償を行うことを特徴とする誘導電動機の制御方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の誘導電動機の制御方法において、
   前記有効電力推定値に基づく前記二次入力推定値の極性に対応して、前記無効電力推定値に基づく前記二次入力推定値の極性を決定することを特徴とする誘導電動機の制御方法。
4. 請求項１乃至請求項３の何れかに記載の誘導電動機の制御方法において、
   前記誘導電動機の一次電圧と一次電流とに基づいて該電動機の有効電力と無効電力とをそれぞれ推定することを特徴とする誘導電動機の制御方法。
5. 請求項２に記載の誘導電動機の制御方法において、
   前記一次抵抗設計値は前記誘導電動機の動作温度範囲における最小値とし、前記一次銅損は前記最小値と該電動機の一次電流とに基づく値とすることを特徴とする誘導電動機の制御方法。

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