JP4839552B2 - 誘導電動機の制御方法 - Google Patents
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Description
【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用い誘導電動機の二次磁束を補正するような該インバータの出力電圧を発生しつつ、所謂、速度センサレスで該電動機を可変速駆動する誘導電動機の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の誘導電動機の従来の制御方法としては、例えば特開昭５０−１２１７２４号公報に開示されているように、可変電圧可変周波数インバータ（以下、単にインバータとも称する）から誘導電動機に給電される無効電力に基づいて該電動機の二次磁束演算値を求め、この磁束演算値が該電動機の二次磁束の定格値になるように前記インバータの出力電圧を補正して、該インバータで駆動される誘導電動機の可変速特性を改善することが行われていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来の誘導電動機の制御方法では、誘導電動機の二次磁束の補正が行われているが該電動機のすべりに対する補償が行われておらず、その結果、該電動機の負荷が変動すると、前記電動機の回転速度もすべり分だけ変動するという難点があった。
【０００４】
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方法を提供することにある。
【０００５】
【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用い誘導電動機の二次磁束を補正するような該インバータの出力電圧を発生しつつ、該電動機を可変速駆動する誘導電動機の制御方法において、
前記可変電圧可変周波数インバータから前記誘導電動機への出力電流と、該インバータから該電動機への出力電圧又は該出力電圧を発生させるための該インバータへの出力電圧指令値とに基づいて該電動機の二次磁束演算値とトルク電流演算値とをそれぞれ導出し、前記二次磁束演算値と二次磁束指令値との偏差を入力とする磁束調節器により前記偏差を零にする一次電圧補正値を求め、この一次電圧補正値を前記電圧指令値に加算して電圧指令値を補正するとともに、前記トルク電流演算値によりすべり周波数演算値を求め、すべり周波数演算値により前記誘導電動機への周波数指令を補正することを特徴とする。
【０００６】
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、
前記誘導電動機の二次磁束演算値とトルク電流演算値とをそれぞれ導出する際には、前記誘導電動機の電気定数としての励磁インダクタンスと漏れインダクタンスとを用いることを特徴とする。
【０００７】
また、第３の発明は前記誘導電動機の制御方法において、
前記可変電圧可変周波数インバータから前記誘導電動機への出力電流と、該インバータから該電動機への出力電圧又は該出力電圧を発生させるための該インバータへの出力電圧指令値とに基づいて該電動機の二次磁束演算値と軸トルク演算値とをそれぞれ導出し、前記二次磁束演算値と二次磁束指令値との偏差を入力とする磁束調節器により前記偏差を零にする一次電圧補正値を求め、この一次電圧補正値を前記電圧指令値に加算して電圧指令値を補正するとともに、前記軸トルク演算値によりすべり周波数演算値を求め、この求めたすべり周波数演算値により前記誘導電動機への周波数指令を補正することを特徴とする。
【０００８】
第４の発明は前記第３の発明の誘導電動機の制御方法において、
前記誘導電動機の二次磁束演算値を導出する際には該電動機の電気定数としての励磁インダクタンスと漏れインダクタンスとを用い、前記誘導電動機の軸トルク演算値を導出する際には該電動機の電気定数としての一次抵抗値を用いることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、可変電圧可変周波数インバータを介して誘導電動機の二次磁束を補正しつつ該電動機を可変速度駆動するときに、後述の如き該電動機のすべり補償機能を付加することにより、該インバータで駆動される誘導電動機の可変速特性をより改善することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の第１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る。
【００１１】
図１において、１は後述の制御装置１０からの各相の電圧指令ｖu *，ｖv *，ｖw *（交流量）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出力電圧を発生するインバータ、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に流れる各相の電流ｉu，ｉv，ｉwを検出する電流検出器、１０はインバータ１を介した誘導電動機２を可変速制御する制御装置である。
【００１２】
この制御装置１０には磁束指令演算器１１と、乗算演算器１２と、加算演算器１３，１４と、電圧指令演算器１５と、積分演算器１６と、ベクトル回転器１７と、磁束・トルク電流演算器１８と、加算演算器１９と、磁束調節器２０と、すべり演算器２１とを備えている。
【００１３】
図1に示した制御装置１０において、先ず、磁束指令演算器１１は外部から指令される角周波数指令ω*を誘導電動機２の二次磁束指令φ2 *に変換する演算を行うが、図示の如く角周波数指令ω*が誘導電動機２の定格角周波数までは一定値の二次磁束指令φ2 *を出力し、該定格角周波数を越えると角周波数指令ω*に反比例した値の二次磁束指令φ2 *を出力する。加算演算器１３は角周波数指令ω*と後述のすべり角周波数の演算値ωslとを加算した誘導電動機２の一次角周波数指令ω1 *を出力する。乗算演算器１２では二次磁束指令φ2 *と一次角周波数指令ω1 *とを乗算して得られる誘導電動機２の一次電圧基準値を出力するが、周知の如く、角周波数指令ω*に比してすべり周波数の演算値ωslの値は僅かであるため、前記一次電圧基準値は角周波数指令ω*が前記定格角周波数までは角周波数指令ω*にほぼ比例して増大し、前記定格角周波数を越えると、この領域では前記一次電圧基準値はほぼ一定値となる。
【００１４】
次に、加算演算器１４は前記一次電圧基準値に後述の磁束調節器２０の出力である誘導電動機２の二次磁束補正のための一次電圧補正値とを加算した誘導電動機２の一次電圧Ｖ1の絶対値（大きさ）に対応した出力電圧指令値｜Ｖ1 *｜を出力する。電圧指令演算器１５では前記出力電圧指令値｜Ｖ1 *｜に対応した振幅とし、前記一次角周波数指令ω1 *を積分演算器１６での時間積分演算で得られる角度指令θ*に基づいた三相の電圧指令ｖu *，ｖv *，ｖw *それぞれに変換している。
【００１５】
また、ベクトル回転器１７では電流検出器２で得られた検出値ｉu，ｉv，ｉwを前記角度指令θ*に基づくベクトル回転演算により直交した２軸（ｄ−ｑ軸）の値ｉ1d，ｉ1qに変換している。
【００１６】
以下に、図1に示した実施形態回路構成図におけるこの発明の主要な構成要素である磁束・トルク電流演算器１８，加算演算器１９，磁束調節器２０，すべり演算器２１それぞれの動作を、図２に示す誘導電動機のＴ−１形等価回路図を参照しつつ、説明する。
【００１７】
図２において、誘導電動機の無効電力Ｑは該電動機の一次角周波数をω1とすると、下記式（１）で表される。
【００１８】
【数１】
また、誘導電動機の二次磁束φ2は、下記式（２）で表される。
【００２０】
【数２】
上記式（１），式（２）から二次磁束φ2は下記式（３）となる。
【００２２】
【数３】
すなわち磁束・トルク電流演算器１８では一方の演算動作として、前記ω1 *と｜Ｖ1 *｜とｉ1dとｉ1qとをそれぞれ入力し、実効値Ｉ1及びＩ1dを求め、前記Ｑと等価なＶ1 *・Ｉ1dを演算し、これらの値と誘導電動機２の電気定数として温度変化による影響の無い励磁インダクタンスＬｍと漏れインダクタンスＬσとを前記式（３）に当てはめた誘導電動機２の二次磁束演算値φ2Eを導出している。
【００２４】
加算演算器１９では前記φ2 *とφ2Eとの偏差を求め、この偏差を零にする調節演算を磁束調節器２０に行わせ、この調節演算結果を、誘導電動機２の二次磁束φ2を補正するための一次電圧補正値として出力することにより、インバータ１で駆動される誘導電動機２の可変速特性を改善している。
【００２５】
また、図２において、一次電流Ｉ1とトルク電流ＩTと励磁電流ＩMには下記式（４）の関係がある。
【００２６】
【数４】
前記式（２），式（３）から励磁電流ＩMは下記式（５）で表される。
【００２８】
【数５】
上記式（４），式（５）からトルク電流ＩTは、下記式（６）で表される。
【００３０】
【数６】
すなわち磁束・トルク電流演算器１８では他方の演算動作として、前記ω1 *と｜Ｖ1 *｜とｉ1dとｉ1qとをそれぞれ入力し、実効値Ｉ1及びＩ1dを求め、前記Ｑと等価なＶ1 *・Ｉ1dを演算し、これらの値と誘導電動機２の電気定数としての励磁インダクタンスＬｍと漏れインダクタンスＬσとを前記式（６）に当てはめた誘導電動機２のトルク電流演算値ＩTEを導出している。
【００３２】
すべり演算器２１では前記φ2 *とＩTEとを入力し、さらに誘導電動機２の二次抵抗Ｒ2を用いて、該電動機のすべり角周波数の演算値ωslとして、下記式（７）の演算を行っている。
【００３３】
【数７】
図３は、この発明の第２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1に示した第1の実施形態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３に示した制御装置３０が図1に示した制御装置１０と異なる点は、磁束・トルク電流演算器１８とすべり演算器２１に代えて、磁束演算器３１とトルク演算器３２とすべり演算器３３とを備えていることである。
【００３６】
磁束演算器３１は前記ω1 *と｜Ｖ1 *｜とｉ1dとｉ1qとをそれぞれ入力し、実効値Ｉ1及びＩ1dを求め、前記Ｑと等価なＶ1 *・Ｉ1dを演算し、これらの値と誘導電動機２の電気定数としての励磁インダクタンスＬｍと漏れインダクタンスＬσとを前記式（３）に当てはめた誘導電動機２の二次磁束演算値φ2Eを導出している。
【００３７】
また、トルク演算器３２では、前記ω1 *と｜Ｖ1 *｜とｉ1dとｉ1qとをそれぞれ入力し、実効値Ｉ1d及びＩ1qを求め、さらに誘導電動機２の一次電圧ベクトルＶ1d及びＶ1qを求め、誘導電動機２の一次抵抗Ｒ1を用いると、誘導電動機２の軸トルクの演算値τEは誘導電動機２の一次磁束ベクトルφ1d及びφ1qと前記ｉ1d及びｉ1qの外積から、下記式（８）のように表される。
【００３８】
【数８】
すべり演算器３３では前記φ2 *とτEとを入力し、トルク電流演算値ＩTEとしてＩTE＝τE／φ2 *を求め、さらに誘導電動機２の二次抵抗Ｒ2を用いて該電動機のすべり角周波数の演算値ωslとして、前記式（７）の演算を行っている。
【００４０】
なお、図１及び図３に示したこの発明の実施形態回路では、インバータ１の出力電圧指令値を用いた回路構成であるが、この出力電圧指令値の代わりにインバータ１の出力電圧を検出して誘導電動機２を制御してもよい。
【００４１】
【発明の効果】
この発明によれば、誘導電動機が定格周波数以内の運転では出力電圧と出力周波数の比をほぼ一定にし、定格周波数以上の運転では前記出力電圧をほぼ一定にし出力周波数のみ可変にする可変電圧可変周波数インバータ（一般に、ＶＶＶＦインバータと称される）において、該電動機の二次磁束の補正に加えて、前記電動機のすべりに対する補償も行う制御機能を付加することにより、前記インバータで駆動される誘導電動機の可変速特性をより改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の第1の実施の形態を示す誘導電動機の制御装置の回路構成図
【図２】 誘導電動機のＴ−１形等価回路図
【図３】 この発明の第２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
【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…磁束指令演算器、１２…乗算演算器、１３，１４…加算演算器、１５…電圧指令演算器、１６…積分演算器、１７…ベクトル回転器、１８…磁束・トルク電流演算器、１９…加算演算器、２０…磁束調節器、２１…すべり演算器、３０…制御装置、３１…磁束演算器、３２…トルク演算器、３３…すべり演算器。
Claims (4)
- 可変電圧可変周波数インバータを用い誘導電動機の二次磁束を補正するような該インバータの出力電圧を発生しつつ、該電動機を可変速駆動する誘導電動機の制御方法において、
前記可変電圧可変周波数インバータから前記誘導電動機への出力電流と、該インバータから該電動機への出力電圧又は該出力電圧を発生させるための該インバータへの出力電圧指令値とに基づいて該電動機の二次磁束演算値とトルク電流演算値とをそれぞれ導出し、前記二次磁束演算値と二次磁束指令値との偏差を入力とする磁束調節器により前記偏差を零にする一次電圧補正値を求め、この一次電圧補正値を前記電圧指令値に加算して電圧指令値を補正するとともに、前記トルク電流演算値によりすべり周波数演算値を求め、すべり周波数演算値により前記誘導電動機への周波数指令を補正することを特徴とする誘導電動機の制御方法。 - 請求項１に記載の誘導電動機の制御方法において、
前記誘導電動機の二次磁束演算値とトルク電流演算値とをそれぞれ導出する際には、前記誘導電動機の電気定数としての励磁インダクタンスと漏れインダクタンスとを用いることを特徴とする誘導電動機の制御方法。 - 可変電圧可変周波数インバータを用い誘導電動機の二次磁束を補正するような該インバータの出力電圧を発生しつつ、該電動機を可変速駆動する誘導電動機の制御方法において、
前記可変電圧可変周波数インバータから前記誘導電動機への出力電流と、該インバータから該電動機への出力電圧又は該出力電圧を発生させるための該インバータへの出力電圧指令値とに基づいて該電動機の二次磁束演算値と軸トルク演算値とをそれぞれ導出し、前記二次磁束演算値と二次磁束指令値との偏差を入力とする磁束調節器により前記偏差を零にする一次電圧補正値を求め、この一次電圧補正値を前記電圧指令値に加算して電圧指令値を補正するとともに、前記軸トルク演算値によりすべり周波数演算値を求め、この求めたすべり周波数演算値により前記誘導電動機への周波数指令を補正することを特徴とする誘導電動機の制御方法。 - 請求項３に記載の誘導電動機の制御方法において、
前記誘導電動機の二次磁束演算値を導出する際には、該電動機の電気定数としての励磁インダクタンスと漏れインダクタンスとを用い、前記誘導電動機の軸トルク演算値を導出する際には、該電動機の電気定数としての一次抵抗値を用いることを特徴とする誘導電動機の制御方法。
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