JP4655405B2 - 誘導電動機のベクトル制御方法とベクトル制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ベクトル制御で運転中の誘導電動機の回転方向検出値の異常に対処できる誘導電動機のベクトル制御方法とベクトル制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３はベクトル制御により誘導電動機のトルクと回転速度を制御する従来例を示したブロック回路図である。図３の従来例回路において、交流電源１２からの交流電力はインバータ１３により所定の電圧と周波数の交流電力に変換され、誘導電動機１７を所望のトルクで運転し、負荷１８を駆動する。この誘導電動機１７の回転速度と回転方向は、これに結合されたパルスエンコーダ１６が出力する信号を速度演算器１９において演算処理することにより得られる。
【０００３】
速度設定器１は誘導電動機１７が運転すべき速度設定値ω_r ^# を設定する。速度指令演算回路２は、予め定められた加速度に従って変化しながら最終的にはこれに入力する速度設定値ω_r ^# に一致する速度指令値ω_r ^* を出力する。速度調節器３は、この速度指令値ω_r ^* と速度演算器１９が出力する速度検出値ω_r との偏差を入力し、調節動作によりその入力偏差を零にするトルク指令値τ^* を出力する。一方、磁束指令値演算回路４は前述した速度検出値ω_r から二次磁束指令値φ₂ ^* を演算する。
【０００４】
Ｍ軸電流指令値演算器７は二次磁束指令値φ₂ ^* を入力し、下記の数式１に示す演算により、モータ一次電流の二次磁束に平行な電流成分の指令値であるＭ軸電流指令値Ｉ_M ^* を得る。但しＬ_m は誘導電動機１７の励磁インダクタンスである。
【０００５】
【数１】
Ｉ_M ^* ＝（１／Ｌ_m ）・φ₂ ^*
また除算器５は、トルク指令値τ^* と二次磁束指令値φ₂ ^* から下記の数式２に従って、二次磁束に垂直な電流成分の指令値であるＴ軸電流指令値Ｉ_T ^* を演算する。
【０００６】
【数２】
Ｉ_T ^* ＝τ^* ／φ₂ ^*
第１座標変換器１１は電流検出器１４で検出された各相電流Ｉ_U ，Ｉ_V ，Ｉ_W を、一次電流の二次磁束に平行な電流成分であるＭ軸電流検出値Ｉ_M と、二次磁束に垂直な電流成分であるＴ軸電流検出値Ｉ_T に変換するものであって、Ｕ相巻線とモータ二次磁束とがなす電気角をΓ₂ とすると、下記の数式３と数式４により変換がなされる。
【０００７】
【数３】

【０００８】
【数４】

Ｔ軸電流調節器８はＴ軸電流指令値Ｉ_T ^* とＴ軸電流検出値Ｉ_T との偏差を入力し、調節動作によりその入力偏差を零にするＴ軸電圧指令値Ｖ_T ^* を出力する。またＭ軸電流調節器９はＭ軸電流指令値Ｉ_M ^* とＭ軸電流検出値Ｉ_M との偏差を入力し、調節動作によりその入力偏差を零にするＭ軸電圧指令値Ｖ_M ^* を出力する。
【０００９】
第２座標変換器１０はＴ軸電圧指令値Ｖ_T ^* とＭ軸電圧指令値Ｖ_M ^* を入力し、三相電圧指令値Ｖ_U ^* ，Ｖ_V ^* ，Ｖ_W ^* を出力するもので、Ｕ相巻線とモータ二次磁束とのなす電気角がΓ₂ であるときに、下記の数式５，数式６，数式７による変換を行う。
【００１０】
【数５】
Ｖ_U ^* ＝Ｖ_M ^* ・ cosΓ₂ ＋Ｖ_T ^* ・ sinΓ₂
【００１１】
【数６】
Ｖ_V ^* ＝Ｖ_M ^* ・ cos（Γ₂ −２π／３）＋Ｖ_T ^* ・ sin（Γ₂ −２π／３）
【００１２】
【数７】
Ｖ_W ^* ＝Ｖ_M ^* ・ cos（Γ₂ ＋２π／３）＋Ｖ_T ^* ・ sin（Γ₂ ＋２π／３）
三相電圧指令値Ｖ_U ^* ，Ｖ_V ^* ，Ｖ_W ^* はインバータ１３により所定の電圧と周波数の交流点力に変換されて誘導電動機１７に供給される。
【００１３】
滑り周波数演算器６は、下記の数式８の演算を行って滑り周波数ω_slを演算する。但しＲ₂ はモータ二次時定数である。
【００１４】
【数８】
ω_sl＝Ｒ₂ ・Ｉ_T ^* ／φ₂ ^*
ローター周波数演算器２０は数式９に示す演算を行い、誘導電動機１７の速度検出値ω_r をモータロータ周波数ω₂ に換算する。但しＰはモータポール数である。
【００１５】
【数９】
ω₂ ＝ω_r ・Ｐ／１２０
数式９で演算されたモータロータ周波数ω₂ と、数式８で得られる滑り周波数ω_slとを加算し、積分器１５で積分することにより、Ｕ相巻線とモータ二次磁束とがなす電気角Γ₂ を求めることができる。
【００１６】
なお、磁束指令値演算回路４は速度検出値ω_r が誘導電動機１７の基底回転速度未満では１００％の二次磁束指令値φ₂ ^* を出力し、基底回転速度以上では回転速度に反比例して二次磁束指令値φ₂ ^* を低減させる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
ところでパルスエンコーダ１６は、これが発生するＡパルスとＢパルスのいずれが先に出力するかで誘導電動機１７の回転方向を判断している。ここで例えば誘導電動機１７が極めて遅い回転速度で運転中にノイズが重畳することがあれば、あたかも誘導電動機１７の回転方向が反転したような信号を出力することになる。その結果、誘導電動機１７は逆転していないにもかかわらず、回転方向指令値と回転方向検出値とが不一致になり、この不一致を修正するべく誘導電動機１７の回転方向を反転させようとする。誘導電動機１７に結合している負荷１８が例えば印刷機械の場合は、逆転により当該印刷機械が破損するような大事故を生じる恐れがある。
【００１８】
そこでこの発明の目的は、誤動作により回転方向指令値とは異なる回転方向に動作するのを防止することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、この発明の誘導電動機のベクトル制御方法とベクトル制御装置は、
該誘導電動機の一次電流を二次磁束に平行な電流成分と垂直な電流成分とに分離し、それぞれの電流成分をそれぞれの電流指令値に一致させることで、当該誘導電動機のトルクと回転速度を制御する誘導電動機のベクトル制御方法において、前記誘導電動機の回転速度検出値から得られる回転方向検出信号が別途の回転方向指令信号と不一致のときに、巻線とモータ二次磁束とがなす角度を演算する際に使用する前記回転速度検出値を零に制限すると共に、この制限処理を行う直前の角度演算値を使用するものとする。
【００２０】
または、回転速度演算器から得られる回転方向検出信号と別途の回転方向指令信号とを入力して、これら両入力が不一致のときに不一致信号を出力する制限動作判断器と、この制限動作判断器が不一致信号を出力したときに前記回転速度演算器が出力する速度演算値を零に制限する速度演算値制限器と、前記不一致信号で前記積分器が演算する電気角を前回値に保持する電気角制限器とを備えるものとする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１実施例を表したフローチャートである。図１のフローチャートにおいて、誘導電動機の回転方向検出値が別途に定めている回転方向指令値と不一致であるか否かを判定（判断２２）し、一致しているならば速度検出値ω_r が選択（処理３１）され、論理和２５を経てこの速度検出値ω_r をモータロータ周波数ω₂ に換算（処理３３）した後、これと滑り周波数ω_slとを加算（処理３４）後に積分（処理３５）する。ここで誘導電動機の回転方向検出値が別途に定めている回転方向指令値とが一致しているならば（判断２３）今回積分値が選択（処理３６）され、論理和２６を経て積分結果である角度が座標変換の演算（処理３８）に使用される。
【００２２】
誘導電動機の回転方向検出値が別途に定めている回転方向指令値とが不一致であると判定（判断２２）されれば速度検出値ω_r の代わりに零が選択（処理３２）され、更に判断２３により前回積分値が選択（処理３７）されるから、ノイズ等により異常な回転方向検出値が表れても、誘導電動機の回転方向は反転せずに、そのまま運転を続けることができる。
【００２３】
図２は本発明の第２実施例を表したブロック回路図であるが、この第２実施例回路は、図３で既述の従来例回路に制限動作判別器４１，速度演算値制限器４２および電気角制限器４３を付加した構成であるから、付加した部分のみを説明することとし、残余の部分の説明は省略する。
図２の第２実施例回路において、制限動作判別器４１はパルスエンコーダ１６から得られる回転方向検出値と速度指令演算回路２から得られる回転方向指令値とを常時比較していて、両者の回転方向が一致しているときの制限動作判別器４１の出力は零であるが、前述した異常現象のために回転方向が不一致になると、制限動作判別器４１は速度演算値制限器４２と電気角制限器４３とに切換え動作を指令する。
【００２４】
正常時には速度演算器１９からの速度検出値ω_r がそのままローター周波数演算器２０へ入力しているのが、切換え指令により、ローター周波数演算器２０へは零が入力されることになる。一方、電気角制限器４３は前回値保持器４４と切換え器４５とで構成されていて、制限動作判別器４１からの切換え指令に対応して、第２座標変換器１０と第１座標変換器１１へ与える電気角Γ₂ の値を、積分器１５の演算値から前回値保持器４４の値に切り換える。
【００２５】
【発明の効果】
従来のベクトル制御装置では、誘導電動機が負荷を極めて遅い回転速度で駆動しているときに、ノイズ等が原因で、あたかも誘導電動機の回転方向が反転したような信号をパルスエンコーダが出力することがある。この偽りの回転方向逆転信号を受けて誘導電動機を逆転させると、場合によっては負荷機械が破損してしまうような大事故を発生する恐れがあった。これに対して本発明では、回転方向の検出値と指令値とが不一致になったことを検出すれば、電気角Γ₂ の演算値を前回値にホールドするようにしているので、誘導電動機が突然回転方向を反転させて負荷機械を損傷させるよな不具合を回避できる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を表したフローチャート
【図２】本発明の第２実施例を表したブロック回路図
【図３】ベクトル制御により誘導電動機のトルクと回転速度を制御する従来例を示したブロック回路図
【符号の説明】
２ 速度指令演算回路
３ 速度調節器
４ 磁束指令値演算回路
５ 除算器
６ 滑り周波数演算器
７ Ｍ軸電流指令値演算器
１０ 第２座標変換器
１１ 第１座標変換器
１４ 電流検出器
１５ 積分器
１６ パルスエンコーダ
１９ 速度演算器
２０ ローター周波数演算器
４１ 制限動作判別器
４２ 速度演算値制限器
４３ 電気角制限器
４４ 前回値保持器
４５ 切換え器
ω₂ モータロータ周波数
ω_r 速度検出値
ω_r ^* 速度指令値
ω_sl 滑り周波数
Γ₂ 電気角
φ₂ ^* 二次磁束指令値

Claims (2)

1. 誘導電動機の回転速度検出値からその二次磁束と巻線との電気角を演算し、該誘導電動機の一次電流をこの電気角を使って座標変換して二次磁束に平行な電流成分と垂直な電流成分とに分離し、これら各電流成分をそれぞれの電流指令値に一致させた後に、これらを前記電気角を使って座標変換して元の交流量に変換し、当該誘導電動機のトルクと回転速度を制御する誘導電動機のベクトル制御方法において、
   前記回転速度検出値から得られる回転方向検出信号が別途の回転方向指令信号と不一致のときに、前記電気角を演算する際に使用する前記回転速度検出値を零に制限すると共に、この制限処理を行う直前の電気角演算値を使用することを特徴とする誘導電動機のベクトル制御方法。
2. 回転速度演算器が出力する誘導電動機の速度演算値と別途に得られる滑り周波数とを加算する加算器と、この加算結果を積分して二次磁束と巻線との電気角を演算する積分器と、前記誘導電動機の一次電流をこの電気角を使って二次磁束に平行な電流成分と垂直な電流成分とに分離する第１座標変換器と、これら両電流成分をそれぞれの電流指令値に一致させる別個の電流調節器と、これら両電流調節器が出力する電圧指令値を前記電気角を使って各相電圧指令値に変換する第２座標変換器とを備え、当該誘導電動機のトルクと回転速度を制御する誘導電動機のベクトル制御装置において、
   前記回転速度演算器から得られる回転方向検出信号と別途の回転方向指令信号とを入力して、これら両入力が不一致のときに不一致信号を出力する制限動作判断器と、この制限動作判断器が不一致信号を出力したときに前記回転速度演算器が出力する速度演算値を零に制限する速度演算値制限器と、前記不一致信号で前記積分器が演算する電気角を前回値に保持する電気角制限器とを備えることを特徴とする誘導電動機のベクトル制御装置。

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