JP4765011B2

JP4765011B2 - 誘導電動機の制御装置

Info

Publication number: JP4765011B2
Application number: JP2000330344A
Authority: JP
Inventors: 宏一田島; 新一石井
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2000-10-30
Filing date: 2000-10-30
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2020-10-30
Also published as: JP2002136196A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ベクトル制御により誘導電動機を可変速制御する誘導電動機の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、この種の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５において、１は自己消弧形素子とダイオードの逆並列回路を三相のブリッジ接続してなる電力変換回路、２は電力変換回路１から後述の座標変換回路１５で演算された一次電圧ベクトル（Ｖ₁ ^*）に基づく交流電圧が供給される誘導電動機、３は電力変換回路２から誘導電動機２への一次電流ベクトル（Ｉ₁）を検出する電流検出器、１１は誘導電動機２の一次周波数指令値（ω₁ ^*）と励磁電流指令値（ｉ_1d ^*）とトルク指令値（τ^*）とを演算する指令値発生手段、１２は前記一次周波数指令値（ω₁ ^*）を時間積分した位相角指令値（θ^*）を出力する積分回路、１３は前記一次電流ベクトル（Ｉ₁）を前記位相角指令値（θ^*）に基づく座標変換を行い、誘導電動機２の励磁電流演算値（ｉ_1d）とトルク電流演算値（ｉ_1q）とを出力する座標変換器、１４は前記励磁電流指令値（ｉ_1d ^*）とトルク指令値（τ^*）と励磁電流演算値（ｉ_1d）とトルク電流演算値（ｉ_1q）とから誘導電動機２の励磁電圧指令値（ｖ_1d ^*）とトルク電圧指令値（ｖ_1q ^*）とを演算する電圧指令値演算回路、１５は前記励磁電圧指令値（ｖ_1d ^*）とトルク電圧指令値（ｖ_1q ^*）とを前記位相角指令値（θ^*）に基づく座標変換を行い、誘導電動機２の一次電圧ベクトル（Ｖ₁ ^*）を演算して出力する座標演算回路、１６は誘導電動機２を始動させるための始動信号を発生する始動信号発生回路であり、この始動信号が発せられると指令値発生手段１１が前記一次周波数指令値（ω₁ ^*）と励磁電流指令値（ｉ_1d ^*）とトルク指令値（τ^*）とを出力するとともに、電力変換回路２も前記動作を開始する。
【０００４】
ここで、図６に示す誘導電動機２の等価回路により一次周波数（ω₁）で回転する回転座標系（ｄ−ｑ軸）から観測した誘導電動機２の電圧方程式は下記数１の式で表される。なお、行列の肩に文字Ｔを付して転置行列を示す。
【０００５】
【数１】
ここで、上記数１の式において、ｄ軸の方向と二次磁束ベクトル（Φ₂）の方向とを一致させると、φ_2q＝０となる。さらに、誘導電動機２が停止状態からの始動時を考えて前記ω₁＝０，ω_r＝０とすると、下記数２の式と数３の式とが導出される。
【０００６】
【数２】
【０００７】
【数３】
ここで、Ｔ₁＝Ｌσ／Ｒ₁は誘導電動機２の一次回路（図６参照）の時定数、Ｔ₂＝Ｌ_m／Ｒ₂は誘導電動機２の二次回路（図６参照）の時定数である。誘導電動機においては、一般的に、Ｔ₁＜Ｔ₂の関係がある。
【０００８】
すなわち、前記数２の式から明らかなように、ｄ軸一次電流（励磁電流とも称する）（ｉ_1d）はｄ軸一次電圧（ｖ_1d）に対して時定数Ｔ₁の遅れで立ち上がる関係にあり、同様に、前記数３の式よりｄ軸二次磁束（φ_2d）は励磁電流（ｉ_1d）に対して時定数Ｔ₂の遅れで立ち上がる関係にある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
誘導電動機のベクトル制御において、トルクτを発生させるために必要なｑ軸一次電流（トルク電流とも称する）（ｉ_1q）は下記数４の式で表される。
【００１０】
【数４】
ここで、前記数２，数３の式より、誘導電動機２は一次電圧の発生から励磁電流及び二次磁束が立ち上がるまでに時間を要するため、図５に示した従来の回路構成において、二次磁束（φ_2d）が立ち上がる前にトルク指令値（τ^*）を立ち上げた場合、上記数４の式により過大なトルク電流（ｉ_1q）が流れ、この電流が突入電流となってショックを発生するため、滑らかな始動が行えないという難点があった。
【００１１】
この発明の目的は、上記問題点を解決する誘導電動機の制御装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明は、指令値発生手段が出力する誘導電動機の一次周波数指令値と励磁電流指令値とトルク指令値とに基づくベクトル制御により該電動機を可変速制御する誘導電動機の制御装置において、前記誘導電動機への始動信号が有効となると励磁電流指令値を所定値に立ち上げる指令値発生手段と、前記誘導電動機への始動信号が有効となってからの時間を計測するタイマと、該タイマの計測結果に伴ったトルクリミッタ設定値を演算し、前記トルクリミッタ設定値を、前記始動信号が有効となってから所定の第１の設定時間までは零とし、前記第１の設定時間から所定の第２の設定時間までは零から所定値まで連続的に増大するように設定するリミッタ設定値演算手段と、前記トルク指令値が前記トルクリミッタ設定値を超えているときには、トルク指令値を該トルクリミッタ値に制限するトルクリミッタとを備えることを特徴とする。
【００１３】
そして、前記第１の設定時間を前記誘導電動機の一次回路の時定数に対応した値とし、また、前記第２の設定時間を前記誘導電動機の二次回路の時定数に対応した値とし、前記トルク指令値が前記トルクリミッタで制限されたときは、前記トルクリミッタ値を新たなトルク指令値として前記誘導電動機を始動させるものである。
【００１４】
また、上記発明において、前記指令値発生手段には前記誘導電動機の速度指令値と、速度検出値又は速度推定値とから前記トルク指令値を調節演算する速度調節器を設け、前記始動信号が有効になってから前記第１の設定時間までは前記速度指令値を所定の値に保持することを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、前記誘導電動機への始動信号が有効となってからの時間の経過に伴ったトルクリミッタ設定値を演算し、前記トルクリミッタ設定値を、前記始動信号が有効となってから所定の第１の設定時間ｔ１までは零とし、前記第１の設定時間ｔ１から所定の第２の設定時間ｔ２までは、零から所定値まで連続的に増大するように設定し、前記トルク指令値を該トルクリミッタ設定値に制限した値を新たなトルク指令値として該誘導電動機を始動させるようにしたので、該誘導電動機への前述の突入電流が抑制され、滑らかな始動が行える。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の第１の実施例を示す誘導電動機の制御装置の回路構成図であり、図５に示した従来例構成と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここでは重複する説明を省略する。
【００１７】
すなわち、図１に示した回路構成が図５に示した従来例構成と異なる点は、指令値発生手段１１が出力するトルク指令値（τ^*）から電圧指令値演算回路１４への経路に、誘導電動機への始動信号が有効になってからの時間を計測するタイマ２１と、タイマ２１の計測結果をもとにトルクリミッタ設定値を演算するリミッタ設定値演算手段２２と、トルク指令値（τ^*）の大きさを制限するトルクリミッタ２３とが付加されていることである。
【００１８】
図１に示した誘導電動機の制御装置の動作を、図２に示す動作波形図を参照しつつ、以下に説明する。
【００１９】
図２において、時刻Ｔ₀で始動信号発生回路１６からの始動信号（図２（イ）参照）が有効になると、このタイミングで指令値発生手段１１からの誘導電動機２の一次周波数指令値（ω₁ ^*）と励磁電流指令値（ｉ_1d ^*，図２（ロ）参照）とトルク指令値（τ^*，図２（ハ）参照）とが立ち上がる。
【００２０】
また、タイマ２１は前記時刻Ｔ₀より時間の計測を開始し、この計測値がリミッタ設定値演算手段２２に取り込まれ、このリミッタ設定値演算手段２２では、図２（ニ）に示す如く、該計測値がｔ₁まではトルクリミッタ設定値を零に保持し、該計測値がｔ₁〜ｔ₂まではトルクリミッタ設定値を計測値がｔ₂のときに所定の値になるように零からほぼ直線状に増大させ、該計測値がｔ₂を超えるとトルクリミッタ設定値を一定値とする演算を行っている。
【００２１】
従って、図２（ハ）に示すトルク指令値（τ^*）がトルクリミッタ２３を通過すると、図２（ホ）に示す如く、上述のトルクリミッタ設定値により制限され、この制限された値を新たなトルク指令値（τ^**）として電圧指令値演算回路１４に入力している。
【００２２】
なお、図２（ホ）においては、ｔ₂´時点でトルク指令値（τ^*）がトルクリミッタ設定値よりも小さくなったため、トルク指令値（τ^*）そのまま新たなトルク指令値（τ^**）となっている。
【００２３】
ここで、前記計測値ｔ₁を先述の誘導電動機２の一次回路の時定数Ｔ₁（＝Ｌσ／Ｒ₁）の３〜４倍程度に設定し、また、前記計測値ｔ₂を誘導電動機２の二次回路の時定数Ｔ₂（＝Ｌ_m／Ｒ₂）の３〜４倍程度に設定することにより、誘導電動機２の励磁電流（ｉ_1d）がほぼ確立後、トルク指令値（τ^**）が零からトルク指令値（τ^*）まで滑らかに増大していくので、過大なトルク電流（ｉ_1q）が抑制され、誘導電動機２を滑らかに始動することができる。
【００２４】
図３は、この発明の第２の実施例を示す誘導電動機の制御装置の回路構成図であり、図１に示した第１の実施例構成と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここでは重複する説明を省略する。
【００２５】
すなわち、図３に示した回路構成が図１に示した回路構成と異なる点は、指令値発生手段１１に代えて指令値発生手段３１を備え、さらに、速度推定値演算回路３２が付加されていることである。
【００２６】
この速度推定値演算回路３２では、前記励磁電圧指令値（ｖ_1d ^*）とトルク電圧指令値（ｖ_1q ^*）と励磁電流演算値（ｉ_1d）とトルク電流演算値（ｉ_1q）とを入力し、周知の技術により誘導電動機２の速度推定値（ω_rE）を得ている。
【００２７】
従って、指令値発生手段３１では誘導電動機２の速度指令値（ω_r ^*）と前記速度推定値（ω_rE）との偏差を零にする調節演算を行う速度調節器を内蔵させ、この演算結果をトルク指令値（τ^*）として出力するようにしている。また、このトルク指令値（τ^*），二次抵抗（Ｒ₂）などから、周知の技術により、誘導電動機２の滑り周波数（ω_s）を求め、この滑り周波数（ω_s）と前記速度推定値（ω_rE）とを加算した値を誘導電動機２の一次周波数指令値（ω₁ ^*）として出力している。さらに、タイマ２１が計測する計測値が前記ｔ₁になるまでは、前記速度調節器への速度指令値を一定値（例えば、「０」）に保持する機能が追加されている。
【００２８】
その結果、誘導電動機２を速度指令値（ω_r ^*）になるように始動させるときには、誘導電動機２の励磁電流（ｉ_1d）がほぼ確立後、前記速度調節器が調節演算動作を開始し、この演算結果としてのトルク指令値（τ^*）も前記ｔ₁より出力し始めるので、過大なトルク電流（ｉ_1q）が抑制され、誘導電動機２を滑らかに速度指令値（ω_r ^*）まで加速させることができる。
【００２９】
図４は、この発明の第３の実施例を示す誘導電動機の制御装置の回路構成図であり、図３に示した第２の実施例構成と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここでは重複する説明を省略する。
【００３０】
すなわち、図４に示した回路構成が図３に示した回路構成と異なる点は、速度推定値演算回路３２が省略され、代わりに、速度検出器４が誘導電動機２の出力軸に付加されていることである。
【００３１】
従って、指令値発生手段３１での上述の演算には速度推定値（ω_rE）に代えて、速度検出器４からの速度検出値（ω_r）による演算を行えばよい。
【００３２】
【発明の効果】
この発明によれば、誘導電動機への始動時に、この始動時から時間の経過に伴ったトルクリミッタ設定値により該誘導電動機のトルク指令値を制限し、この制限したトルク指令値に基づくベクトル制御により該誘導電動機を始動させるので、該誘導電動機の滑らかな始動が行える。
【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】図１の動作を説明する波形図
【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】従来例を示す回路構成図
【図６】誘導電動機の等価回路図
【符号の説明】
１…電力変換回路、２…誘導電動機、３…電流検出器、４…速度検出器、１１…指令値発生手段、１２…積分回路、１３…座標変換回路、１４…電圧指令値演算回路、１５…座標変換回路、１６…始動信号発生回路、２１…タイマ、２２…リミッタ設定値演算手段、２３…トルクリミッタ、３１…指令値発生手段、３２…速度推定値演算回路。

Claims

指令値発生手段が出力する誘導電動機の一次周波数指令値と励磁電流指令値とトルク指令値とに基づくベクトル制御により該電動機を可変速制御する誘導電動機の制御装置において、
前記誘導電動機への始動信号が有効となると励磁電流指令値を所定値に立ち上げる指令値発生手段と、
前記誘導電動機への始動信号が有効となってからの時間を計測するタイマと、
該タイマの計測結果に伴ったトルクリミッタ設定値を演算し、前記トルクリミッタ設定値を、前記始動信号が有効となってから所定の第１の設定時間までは零とし、前記第１の設定時間から所定の第２の設定時間までは零から所定値まで連続的に増大するように設定するリミッタ設定値演算手段と、
前記トルク指令値が前記トルクリミッタ設定値を超えているときには、該トルク指令値を該トルクリミッタ値に制限するトルクリミッタとを備え、
前記第１の設定時間を前記誘導電動機の一次回路の時定数に対応した値とし、
前記トルク指令値が前記トルクリミッタで制限されたときは、前記トルクリミッタ値を新たなトルク指令値として前記誘導電動機を始動させることを特徴とする誘導電動機の制御装置。
指令値発生手段が出力する誘導電動機の一次周波数指令値と励磁電流指令値とトルク指令値とに基づくベクトル制御により該電動機を可変速制御する誘導電動機の制御装置において、
前記誘導電動機への始動信号が有効となると励磁電流指令値を所定値に立ち上げる指令値発生手段と、
前記誘導電動機への始動信号が有効となってからの時間を計測するタイマと、
該タイマの計測結果に伴ったトルクリミッタ設定値を演算し、前記トルクリミッタ設定値を、前記始動信号が有効となってから所定の第１の設定時間までは零とし、前記第１の設定時間から所定の第２の設定時間までは零から所定値まで連続的に増大するように設定するリミッタ設定値演算手段と、
前記トルク指令値が前記トルクリミッタ設定値を超えているときには、該トルク指令値を該トルクリミッタ値に制限するトルクリミッタとを備え、
前記第２の設定時間を前記誘導電動機の二次回路の時定数に対応した値とし、
前記トルク指令値が前記トルクリミッタで制限されたときは、前記トルクリミッタ値を新たなトルク指令値として前記誘導電動機を始動させることを特徴とする誘導電動機の制御装置。
指令値発生手段が出力する誘導電動機の一次周波数指令値と励磁電流指令値とトルク指令値とに基づくベクトル制御により該電動機を可変速制御する誘導電動機の制御装置において、
前記誘導電動機への始動信号が有効となると励磁電流指令値を所定値に立ち上げる指令値発生手段と、
前記誘導電動機への始動信号が有効となってからの時間を計測するタイマと、
該タイマの計測結果に伴ったトルクリミッタ設定値を演算し、前記トルクリミッタ設定値を、前記始動信号が有効となってから所定の第１の設定時間までは零とし、前記第１の設定時間から所定の第２の設定時間までは、零から所定値まで連続的に増大するように設定するリミッタ設定値演算手段と、
前記トルク指令値が前記トルクリミッタ設定値を超えているときには、該トルク指令値を該トルクリミッタ値に制限するトルクリミッタとを備え、
前記第１の設定時間を前記誘導電動機の一次回路の時定数に対応した値とするとともに、前記第２の設定時間を前記誘導電動機の二次回路の時定数に対応した値とし、
前記トルク指令値が前記トルクリミッタで制限されたときは、前記トルクリミッタ値を新たなトルク指令値として前記誘導電動機を始動させることを特徴とする誘導電動機の制御装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘導電動機の制御装置において、
前記指令値発生手段には前記誘導電動機の速度指令値と、速度検出値又は速度推定値とから前記トルク指令値を調節演算する速度調節器を設け、
前記始動信号が有効になってから前記第１の設定時間までは前記速度指令値を所定の値に保持することを特徴とする誘導電動機の制御装置。