JP5298367B2 - Induction motor control device - Google Patents

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Description

本発明は、誘導電動機を速度センサレスで安定にベクトル制御するための制御装置に関するものである。   The present invention relates to a control device for stably vector controlling an induction motor without a speed sensor.

誘導電動機の高性能かつ高精度な制御方法として、ベクトル制御が広く知られている。ベクトル制御では電動機の速度情報が必要であるため、通常は、パルスジェネレータ等の速度センサを用いて速度情報を得るようにしている。一方、速度センサを取り付けられない用途にベクトル制御を適用したいという要求も多く、電動機への印加電圧や電流から速度及び磁束を推定する手段を備えた速度センサレスベクトル制御について、従来から種々の方式が提案されている。   Vector control is widely known as a high-performance and high-accuracy control method for induction motors. Since vector control requires speed information of the motor, the speed information is usually obtained using a speed sensor such as a pulse generator. On the other hand, there are many requests to apply vector control to applications where a speed sensor cannot be installed, and various methods have been conventionally used for speed sensorless vector control including means for estimating speed and magnetic flux from applied voltage and current to an electric motor. Proposed.

しかし、電動機に印加される電圧及び電流の周波数が0となる場合、電動機のインダクタンス分にかかる電圧が常に0となるため、電圧から磁束を推定することができなくなる。これは、推定磁束と磁束実際値との誤差が収束しないことを表している。その結果、周波数が0の場合は速度推定が不能となり、電動機が運転不能になるという原理的な問題が生じる。   However, when the frequency of the voltage and current applied to the electric motor is zero, the voltage applied to the inductance of the electric motor is always zero, so that the magnetic flux cannot be estimated from the voltage. This indicates that the error between the estimated magnetic flux and the actual magnetic flux value does not converge. As a result, when the frequency is 0, speed estimation is impossible and the electric motor cannot be operated.

このような点に鑑み、特許文献1には、電動機に印加される電圧の周波数が0となる場合でも、速度推定を可能として電動機の運転を行うための技術が開示されている。
図7は、特許文献1に記載された従来技術のブロック図であり、同図において、101は磁化電流演算手段、102,103はそれぞれトルク電流調節手段及び磁化電流調節手段、104,110は座標変換手段、105は電圧検出手段、106は電流検出手段、107,108は3相−2相変換手段、109は電流・磁束推定手段、111は速度推定手段、200はインバータ、Mは誘導電動機を示している。
In view of such points, Patent Document 1 discloses a technique for operating a motor by enabling speed estimation even when the frequency of a voltage applied to the motor becomes zero.
FIG. 7 is a block diagram of the prior art described in Patent Document 1. In FIG. 7, 101 is a magnetizing current calculating means, 102 and 103 are torque current adjusting means and magnetizing current adjusting means, and 104 and 110 are coordinates. Conversion means, 105 is voltage detection means, 106 is current detection means, 107 and 108 are three-phase to two-phase conversion means, 109 is current / magnetic flux estimation means, 111 is speed estimation means, 200 is an inverter, M is an induction motor Show.

この従来技術において、電流・磁束推定手段109では、インバータ200が出力する電圧、電流から、誘導電動機Mの状態方程式によるモデルを用いて誘導電動機Mの磁束及び電流を推定している。
ここで、誘導電動機の状態方程式は数式1のように表すことができる。なお、数式1において、行列の肩にあるTは、転置行列を表している。
In this prior art, the current / magnetic flux estimation means 109 estimates the magnetic flux and current of the induction motor M from the voltage and current output from the inverter 200 using a model based on the state equation of the induction motor M.
Here, the state equation of the induction motor can be expressed as Equation 1. In Equation 1, T on the shoulder of the matrix represents a transposed matrix.

Figure 0005298367
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電流・磁束推定手段109では、以下の数式2により磁束及び電流を推定する。ここでは、推定値に記号「^」を付してある。また、行列A^は、行列Aにおける角速度ωを推定角速度ω^に置き換えたものである。 The current / magnetic flux estimation means 109 estimates the magnetic flux and current by the following mathematical formula 2. Here, a symbol “^” is added to the estimated value. In addition, the matrix A ^ is obtained by replacing the angular velocity ω r in the matrix A to the estimated angular velocity ω r ^.

Figure 0005298367
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速度推定手段111では、電流及び磁束の推定値、トルク電流指令、磁束指令、2相量の電流検出値i等から、以下の数式3を用いて電動機Mの速度を推定する。 The speed estimation unit 111, estimates of the current and the magnetic flux, the torque current command, the magnetic flux command, from the current detection value i s etc. 2 Airyo, estimates the speed of the motor M using Equation 3 below.

Figure 0005298367
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数式3は、磁束指令と推定磁束との振幅偏差、及び、トルク電流指令により演算される項を有する点が特徴であり、推定磁束の振幅が磁束指令に対して発散しないように帰還制御を行えば、周波数0においても推定速度は安定に0に収束することに着目したものである。
数式3の適用により、周波数が0であっても、トルク電流の符号に応じて磁束指令と推定磁束との振幅偏差をなくす方向に推定速度を修正することで、電動機Mの磁束ベクトルは所望の状態に収束し、推定速度も実際の角速度に一致させることができる。
Formula 3 is characterized by having an amplitude deviation between the magnetic flux command and the estimated magnetic flux, and a term calculated by the torque current command, and feedback control is performed so that the estimated magnetic flux amplitude does not diverge with respect to the magnetic flux command. For example, attention is paid to the fact that the estimated speed stably converges to 0 even at a frequency of 0.
By applying Formula 3, even if the frequency is 0, the magnetic flux vector of the motor M can be set to a desired value by correcting the estimated speed in a direction that eliminates the amplitude deviation between the magnetic flux command and the estimated magnetic flux according to the sign of the torque current. It converges to a state, and the estimated speed can be matched with the actual angular speed.

図7においては、以上のようにして得られた推定速度及び推定磁束から、トルク電流指令及び磁化電流指令を演算する。電流調節手段102,103では、トルク電流指令とトルク電流検出値、磁化電流指令と磁化電流検出値とがそれぞれ一致するような2軸の電圧指令を演算する。2軸の電圧指令は、座標変換手段104により3相の電圧指令に変換され、1次電圧指令としてインバータ200に与えられる。   In FIG. 7, the torque current command and the magnetizing current command are calculated from the estimated speed and the estimated magnetic flux obtained as described above. The current adjusting means 102 and 103 calculate biaxial voltage commands such that the torque current command and the torque current detection value, and the magnetizing current command and the magnetizing current detection value coincide with each other. The biaxial voltage command is converted into a three-phase voltage command by the coordinate conversion means 104 and is given to the inverter 200 as a primary voltage command.

一方、出力周波数が0Hz近傍となる運転条件の1つとして、電動機が低速で回転し、かつ回生状態になっている場合が挙げられる。
特許文献2では、このような場合に出力周波数が0Hzとなるような動作点を回避することにより、速度センサレスベクトル制御により安定して運転を行うための手法が開示されている。
On the other hand, as one of the operating conditions in which the output frequency is near 0 Hz, there is a case where the electric motor rotates at a low speed and is in a regenerative state.
Patent Document 2 discloses a technique for performing stable operation by speed sensorless vector control by avoiding an operating point where the output frequency is 0 Hz in such a case.

図8は、特許文献2に記載されている従来技術のブロック図であり、201は電圧形PWMインバータ、300はベクトル制御装置、301は指令発生器、302,313は加算器、303は速度制御器、304は磁束指令発生器、305は磁束制御器、306,307はトルク電流調節器及び磁化電流調節器、308は電圧指令演算器、309は電圧検出器、310は電流検出器、311は速度推定器、312は滑り周波数指令演算器、314は積分器、315は速度指令制御回路、316は3相電流を2軸量に変換するd−q変換器である。
この従来技術は、一般的な速度センサレスベクトル制御装置に速度指令制御回路315が付加されている点が特徴となっている。
FIG. 8 is a block diagram of the prior art described in Patent Document 2, wherein 201 is a voltage-type PWM inverter, 300 is a vector controller, 301 is a command generator, 302 and 313 are adders, and 303 is speed control. , 304 is a magnetic flux command generator, 305 is a magnetic flux controller, 306 and 307 are torque current regulators and magnetizing current regulators, 308 is a voltage command calculator, 309 is a voltage detector, 310 is a current detector, and 311 is A speed estimator, 312 is a slip frequency command calculator, 314 is an integrator, 315 is a speed command control circuit, and 316 is a dq converter that converts a three-phase current into a biaxial quantity.
This prior art is characterized in that a speed command control circuit 315 is added to a general speed sensorless vector control device.

図9は、上記速度指令制御回路315の構成図であり、321は速度指令上昇判別器、322はスイッチ、323は積分器、324はリミッタ、325は係数器、326は乗算器を示す。
この速度指令制御回路315では、速度指令上昇判別器321が、速度指令値ω とトルク電流指令値I との積から回生状態であるか否かを判別し、この判別結果と1次周波数指令ω の大きさとに基づいてスイッチ322を切り替える。具体的には、回生状態であって1次周波数指令ω が所定値以下の場合には、1次周波数が0Hzに近付いていると判断し、スイッチ322を端子bに切り替える。
その結果、積分器323が正の速度指令補正値を演算するようになり、速度指令制御回路315は、速度指令補正値を用いて、図8の指令発生器301からの速度指令値ω よりも所定値だけ絶対値が大きい値に補正する速度指令変更手段として動作する。
FIG. 9 is a block diagram of the speed command control circuit 315, in which 321 is a speed command increase discriminator, 322 is a switch, 323 is an integrator, 324 is a limiter, 325 is a coefficient unit, and 326 is a multiplier.
In this speed command control circuit 315, the speed command increase discriminator 321 determines whether or not the regenerative state is based on the product of the speed command value ω r * and the torque current command value I q *. The switch 322 is switched based on the magnitude of the next frequency command ω 1 * . Specifically, when the primary frequency command ω 1 * is not more than a predetermined value in the regenerative state, it is determined that the primary frequency is approaching 0 Hz, and the switch 322 is switched to the terminal b.
As a result, the integrator 323 calculates a positive speed command correction value, and the speed command control circuit 315 uses the speed command correction value to calculate the speed command value ω r * from the command generator 301 in FIG. It operates as a speed command changing means for correcting the absolute value to a value larger than the predetermined value.

上記の動作による効果を、数式を交えて説明する。電動機の1次周波数ω、回転速度ω、すべり周波数ωの間には、数式4の関係が成り立つ。 The effect of the above operation will be described using mathematical expressions. The relationship of Formula 4 is established among the primary frequency ω 1 , the rotational speed ω r , and the slip frequency ω s of the electric motor.

Figure 0005298367
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回生状態において、ωは負であり、このωは制動トルクに比例して変化する。よって、回転速度が低い場合、制動トルクの増加に伴い1次周波数が減少していき、最終的には0Hzに到達する。
特許文献2に記載されている従来技術では、制動トルクの増加に伴って1次周波数ωが減少していき、1次周波数ωが所定値以下になると、前述した速度指令制御回路315により速度指令値に対する補正値の加算を開始して、回転速度を増加させる。これは、制動トルクの増加によってすべり周波数が減少した分だけ、速度指令値を増加させていることと等価である。
よって、回転速度とすべり周波数との和は常に一定となり、数式4の関係を考えると1次周波数指令値は所定の一定値に制御されることになる。その結果、不安定である0Hz近傍における運転を回避することができる。
In the regenerative state, ω s is negative, and ω s changes in proportion to the braking torque. Therefore, when the rotational speed is low, the primary frequency decreases as the braking torque increases, and finally reaches 0 Hz.
In the prior art described in Patent Document 2, when the primary frequency ω 1 decreases as the braking torque increases, and the primary frequency ω 1 becomes a predetermined value or less, the speed command control circuit 315 described above performs. Addition of the correction value to the speed command value is started to increase the rotation speed. This is equivalent to increasing the speed command value by the amount that the slip frequency has decreased due to the increase in braking torque.
Therefore, the sum of the rotation speed and the slip frequency is always constant, and the primary frequency command value is controlled to a predetermined constant value in view of the relationship of Equation 4. As a result, unstable driving in the vicinity of 0 Hz can be avoided.

特開2000−224898号公報(段落[0010]〜[0013]、図1)JP 2000-224898 A (paragraphs [0010] to [0013], FIG. 1) 特開2004−40842号公報(段落[0023]〜[0040]、図1,図2)JP 2004-40842 A (paragraphs [0023] to [0040], FIGS. 1 and 2)

特許文献1においては、推定速度を修正することにより、インバータの出力周波数が0となる場合でも、推定速度を実際の角速度に一致させることができる。
しかし、インバータの出力周波数が0近傍となる動作点では、低速での動作となるため出力電圧の値が小さく、出力電圧の検出誤差や、磁束推定値演算に用いる状態方程式と実際の電動機モデルとの間の誤差などの影響が顕著になる。これらの誤差の発生量によっては、大きな速度推定誤差が生じて制御が不安定となり、正常な運転が不能になると共に、最悪の場合には、回転速度指令に基づく回転方向とは逆方向に電動機を急加速させてしまうおそれもある。特許文献1では、これらの誤差の影響について何ら言及されていない。
In Patent Document 1, by correcting the estimated speed, the estimated speed can be made to match the actual angular speed even when the output frequency of the inverter becomes zero.
However, at the operating point where the output frequency of the inverter is near 0, the output voltage value is small because the operation is performed at a low speed, the output voltage detection error, the state equation used for the magnetic flux estimation value calculation and the actual motor model The effect of errors between the two becomes significant. Depending on the generation amount of these errors, a large speed estimation error may occur, resulting in unstable control, and normal operation becomes impossible. In the worst case, the motor is operated in a direction opposite to the rotational direction based on the rotational speed command. May be accelerated rapidly. In Patent Document 1, no mention is made of the influence of these errors.

また、特許文献2では、制動トルクの増加により1次周波数が減少していき、1次周波数が所定値以下になると、それ以後、更に制動トルクが増加した場合は、速度指令値を増加させることにより1次周波数を一定に制御している。これは、制動トルクの増加によりすべり周波数が減少した分だけ、速度指令値を増加させて1次周波数を一定に制御していることと等価である。速度指令値の操作量は積分器により演算しているため、速度指令値の増加の速度はその積分時定数によって決まる。一方で、すべり周波数は負荷の状態により変動するものである。
ここで、制動トルクが積分器の積分時定数よりも十分に早い時定数で、急激に増加するように負荷が変動した場合を考えると、すべり周波数は急激に減少するが、速度指令値の操作量はすべり周波数の変化に追従できなくなる。その結果、すべり周波数の減少量が回転速度の増加量よりも大きくなる。
数式4の関係を考えると、このことは、1次周波数を一定値に制御できずに1次周波数が過渡的に所定値以下となることを示しており、最悪の場合、1次周波数が0Hz近傍に到達して制御が不安定になるおそれもある。
Further, in Patent Document 2, the primary frequency decreases as the braking torque increases, and when the primary frequency falls below a predetermined value, the speed command value is increased if the braking torque further increases thereafter. Thus, the primary frequency is controlled to be constant. This is equivalent to controlling the primary frequency to be constant by increasing the speed command value by the amount that the slip frequency has decreased due to the increase in braking torque. Since the manipulated variable of the speed command value is calculated by an integrator, the speed of increase of the speed command value is determined by the integration time constant. On the other hand, the slip frequency varies depending on the load state.
Here, considering that the braking torque has a time constant sufficiently faster than the integration time constant of the integrator and the load fluctuates so as to increase rapidly, the slip frequency decreases rapidly, but the operation of the speed command value The amount cannot follow the change of the slip frequency. As a result, the decrease amount of the slip frequency becomes larger than the increase amount of the rotation speed.
Considering the relationship of Equation 4, this indicates that the primary frequency cannot be controlled to a constant value and the primary frequency becomes transiently below a predetermined value. In the worst case, the primary frequency is 0 Hz. There is also a risk that the control may become unstable by reaching the vicinity.

そこで、本発明の解決課題は、上記の問題点を解決し、いかなる場合においても回転速度指令とは逆方向に電動機を回転させることなく、安定に速度センサレスベクトル制御を実現可能とした誘導電動機の制御装置を提供することにある。   Accordingly, the problem to be solved by the present invention is to solve the above-mentioned problems, and in any case, an induction motor capable of stably realizing speed sensorless vector control without rotating the motor in the direction opposite to the rotation speed command. It is to provide a control device.

上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、誘導電動機の電流及び電圧を用いて前記電動機の磁束、電流及び速度を推定演算し、その速度推定値を用いて、ベクトル制御により電力変換器を介して前記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、
前記電動機の速度指令値に速度指令補正量を加算する手段と、
前記電動機の制動トルクの増加に伴い1次周波数が減少してその絶対値が0より大きい1次周波数指令の下限値の絶対値に達したら前記速度指令補正量を有効とする手段と、を備え
前記速度指令補正量が、前記1次周波数指令の下限値の絶対値から前記速度指令値の絶対値を減じ、かつ、すべり周波数指令値の絶対値を加算した値であることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 estimates and calculates the magnetic flux, current and speed of the motor using the current and voltage of the induction motor, and uses the estimated speed to convert power by vector control. In a control device for an induction motor that performs variable speed control of the electric motor via a heater,
Means for adding a speed command correction amount to the speed command value of the motor;
Means for validating the speed command correction amount when the primary frequency decreases as the braking torque of the motor increases and the absolute value thereof reaches the absolute value of the lower limit value of the primary frequency command greater than zero. ,
The speed command correction amount, subtracting the absolute value of the speed command value from the absolute value of the lower limit value of the primary frequency command, and you characterized in that it is a value obtained by adding the absolute value of the slip frequency command value .

請求項2に係る発明は、請求項1に記載した誘導電動機の制御装置において、
前記速度指令値とすべり周波数とを加算した信号を基準信号として前記下限値と比較する手段を備え、この手段による比較結果に従って前記速度指令補正量を有効または無効とすることを特徴とする。
The invention according to claim 2 is the control apparatus for the induction motor according to claim 1,
Wherein an addition signal and a speed command value and the slip frequency provided with means for comparing the lower limit value as a reference signal, characterized that you and enable or disable the speed command correction amount according to a comparison result by the means.

本発明によれば、誘導電動機の速度センサレスベクトル制御において、電動機の極低速域においても回転指令の方向と逆方向に回転することもなく、安定した動作が可能となる。   According to the present invention, in speed sensorless vector control of an induction motor, stable operation is possible without rotating in the direction opposite to the direction of the rotation command even in the extremely low speed region of the motor.

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。図1は本発明の実施形態を示すブロック図である。ここでは誘導電動機の正転時における実施形態を説明するが、本発明は逆転時においても全く同様の原理により適用可能である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. Although an embodiment of the induction motor at the time of forward rotation will be described here, the present invention can be applied by the same principle at the time of reverse rotation.

図1において、図7における各構成要素と同様の機能を有するものには同一の符号を付してある。また、図1において、114は1次周波数下限リミット実行判別手段、115は上記判別手段114からのリミット実行フラグが入力される速度指令補正量演算手段、116は上記演算手段115からの速度指令補正量が速度指令値及び速度推定値と共に入力されるトルク電流指令演算手段である。   In FIG. 1, components having the same functions as those shown in FIG. In FIG. 1, 114 is a primary frequency lower limit limit execution determination means, 115 is a speed command correction amount calculation means to which a limit execution flag is input from the determination means 114, and 116 is a speed command correction from the calculation means 115. A torque current command calculating means for inputting the quantity together with the speed command value and the speed estimated value.

本実施形態において、1次周波数下限リミット実行判別手段114は、インバータ200に与える1次電圧指令を演算するために用いる情報から、1次周波数及び速度指令への操作を行うか否かを判別し、その判別結果に応じてリミット実行フラグを有効にして1次周波数演算手段113及び速度指令補正量演算手段115に出力する。
本実施形態は、特定の条件を満たす場合に上記リミット実行フラグを有効にして1次周波数及び速度指令を操作することにより、極低速域においても速度センサレスベクトル制御により安定に電動機Mを駆動できるようにしたものである。制御装置の基本的な構成については図7,図8に示した従来技術や一般的なベクトル制御と同一であるため、以下では相違点を中心に説明する。
In the present embodiment, the primary frequency lower limit limit execution determination unit 114 determines whether or not to perform an operation on the primary frequency and speed command from information used to calculate a primary voltage command to be given to the inverter 200. Then, the limit execution flag is enabled according to the determination result, and is output to the primary frequency calculation means 113 and the speed command correction amount calculation means 115.
In this embodiment, the motor M can be stably driven by speed sensorless vector control even in an extremely low speed range by enabling the limit execution flag and operating the primary frequency and speed command when a specific condition is satisfied. It is a thing. Since the basic configuration of the control device is the same as that of the prior art and general vector control shown in FIGS. 7 and 8, the following description will focus on the differences.

図2は、図1における1次周波数演算手段113の構成を示している。
1次周波数演算手段113では、まず速度推定値とすべり周波数を加算する。上記の部分は従来技術と同一であるが、本発明では速度推定値とすべり周波数とを加算手段113aにより加算し、その加算信号の下限値をリミット実行フラグの有効時に下限リミット手段113bにより制限して1次周波数指令として出力する。
FIG. 2 shows the configuration of the primary frequency calculation means 113 in FIG.
The primary frequency calculation means 113 first adds the estimated speed value and the slip frequency. The above part is the same as the prior art, but in the present invention, the speed estimation value and the slip frequency are added by the adding means 113a, and the lower limit value of the added signal is limited by the lower limit limit means 113b when the limit execution flag is valid. Output as a primary frequency command.

また、下限リミット手段113bでは、図1における1次周波数下限リミット実行判別手段114から出力されたリミット実行フラグが有効となっている場合にのみ、上記の加算信号を下限値にて制限する下限リミット処理を行う。その結果、1次周波数指令の値は、最低でも下限リミット手段113bの下限値に維持されるため、1次周波数が0Hz近傍となる運転を避けることができる。
なお、リミット実行フラグが無効となっている場合は、加算手段113aから出力される加算信号をそのまま1次周波数指令として出力することになり、図8の従来技術における加算器313等と全く同一の動作をする。
Also, the lower limit means 113b lowers the above limit signal with the lower limit value only when the limit execution flag output from the primary frequency lower limit limit execution determination means 114 in FIG. 1 is valid. Process. As a result, the value of the primary frequency command is maintained at the minimum value of the lower limit means 113b at the minimum, so that the operation where the primary frequency is in the vicinity of 0 Hz can be avoided.
When the limit execution flag is invalid, the addition signal output from the adding means 113a is output as it is as a primary frequency command, which is exactly the same as the adder 313 in the prior art of FIG. To work.

図3は、図1における速度指令補正量演算手段115の構成を示している。
速度指令補正量演算手段115では、後述する数式6に基づき、1次周波数下限値、速度指令値、すべり周波数を減算手段115a,115bにより加減算し、その結果を補正量選択手段115cに与える。補正量選択手段115cでは、前記リミット実行フラグに応じて補正量を選択する。すなわち、リミット実行フラグが無効の場合は速度指令補正量を0とし、リミット実行フラグが有効の場合にのみ、数式6による演算結果を速度指令補正量として出力する。つまり、リミット実行フラグに応じて数式6による速度指令補正量の演算結果を有効または無効とする。
FIG. 3 shows the configuration of the speed command correction amount calculation means 115 in FIG.
In the speed command correction amount calculation means 115, the primary frequency lower limit value, the speed command value, and the slip frequency are added and subtracted by the subtraction means 115a and 115b based on Equation 6 described later, and the result is given to the correction amount selection means 115c. The correction amount selection unit 115c selects a correction amount according to the limit execution flag. That is, when the limit execution flag is invalid, the speed command correction amount is set to 0, and only when the limit execution flag is valid, the calculation result according to Equation 6 is output as the speed command correction amount. That is, the calculation result of the speed command correction amount according to Equation 6 is validated or invalidated according to the limit execution flag.

図4は、図1におけるトルク電流指令演算手段116の構成を示している。
トルク電流指令演算手段116では、まず、インバータ200に設定されている速度指令値に対して、速度指令補正量演算手段115により演算された速度指令補正量を加算手段116aにて加算する。そして、加算手段116aの出力信号を真の速度指令値として、速度推定値との差分を減算手段116bにより演算し、PI制御手段116cにより比例積分演算した結果をトルク電流指令値として出力する。
なお、リミット実行フラグが無効となっている場合は、速度指令補正量は0となるため、図8における速度制御器303と全く同一の動作をする。なお、以後、単に速度指令値という場合は速度補正量を加えていない速度指令値を表すものとする。
FIG. 4 shows the configuration of the torque current command calculation means 116 in FIG.
In the torque current command calculating means 116, first, the speed command correction amount calculated by the speed command correction amount calculating means 115 is added to the speed command value set in the inverter 200 by the adding means 116a. Then, the output signal of the adding means 116a is used as the true speed command value, the difference from the estimated speed value is calculated by the subtracting means 116b, and the result of the proportional integration calculation by the PI control means 116c is output as the torque current command value.
Note that when the limit execution flag is invalid, the speed command correction amount is 0, so the same operation as the speed controller 303 in FIG. 8 is performed. It should be noted that hereinafter, a speed command value simply represents a speed command value to which no speed correction amount is added.

ここで、図5を用いて本発明の原理及び効果を説明する。図5は、誘導電動機Mを一定速度で運転している状態で、制動トルクを徐々に増加させたときの本実施形態の動作を示している。
まず、速度センサレスベクトル制御では、インバータへの1次周波数指令ωは数式5により演算される。
Here, the principle and effect of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows the operation of this embodiment when the braking torque is gradually increased while the induction motor M is operated at a constant speed.
First, in the speed sensorless vector control, the primary frequency command ω 1 to the inverter is calculated by Equation 5.

Figure 0005298367
Figure 0005298367

数式5において、ω^は速度推定値、ωはすべり周波数である。すべり周波数ωは出力トルクに比例するため、制動トルクの増加に伴い1次周波数は減少していく。特に速度指令値が低い場合は、制動トルクの値によっては1次周波数が0Hzに到達し、制御が不安定になって電動機の運転が不能となる。 In Equation 5, ω r ^ is a speed estimation value and ω s is a slip frequency. Since the slip frequency ω s is proportional to the output torque, the primary frequency decreases as the braking torque increases. In particular, when the speed command value is low, depending on the value of the braking torque, the primary frequency reaches 0 Hz, the control becomes unstable, and the motor cannot be operated.

そこで本実施形態では、制動トルクの増加に伴って1次周波数が減少し、予め設定された1次周波数指令の下限値(以下、単に1次周波数下限値または下限値ともいう)ωthに近付いたと判別したら、図5に示すようにリミット実行フラグを有効に切り替える。リミット実行フラグが有効になると、前述の如く演算された1次周波数に対して下限リミット処理を行うため、以後は、制動トルクが増加しても1次周波数指令は下限値ωthのまま一定に制御される。本実施形態では1次周波数指令に下限値を設けるため、特許文献2のように1次周波数が過渡的に下限値以下になることはなく、1次周波数が0Hz近傍となるような運転を完全に回避することができる。 Therefore, in the present embodiment, the primary frequency decreases as the braking torque increases, and approaches a lower limit value (hereinafter also simply referred to as a primary frequency lower limit value or a lower limit value) ωth of a preset primary frequency command. If it is discriminated, the limit execution flag is switched to valid as shown in FIG. The limit execution flag is enabled, in order to perform the lower limit processing to the primary frequency which are calculated as described above, thereafter, the primary frequency command braking torque be increased in certain remains lower limit omega th Be controlled. In this embodiment, since the lower limit value is provided for the primary frequency command, the primary frequency is not transiently lower than the lower limit value as in Patent Document 2, and the operation in which the primary frequency is in the vicinity of 0 Hz is completely performed. Can be avoided.

一方、ベクトル制御では常に数式5を満たすべきであるが、下限リミット処理は1次周波数を強制的に変化させているため、単純に下限リミット処理を行うだけでは数式5の関係が成り立たなくなる。特に、特許文献1に記載された従来技術のように、電動機の電圧電流方程式をベースとした演算により磁束などを推定する制御方式の場合、1次周波数に下限値を設けることは電圧電流方程式では考慮されていないため、単に下限リミット処理を行っただけでは正しい推定が不能となり、予期せぬ動作をするおそれもある。   On the other hand, in vector control, Formula 5 should always be satisfied, but since the lower limit process forcibly changes the primary frequency, the relationship of Formula 5 cannot be established simply by performing the lower limit process. In particular, as in the conventional technique described in Patent Document 1, in the case of a control method for estimating magnetic flux or the like by calculation based on the voltage-current equation of the motor, providing a lower limit value for the primary frequency is Since this is not taken into account, it is impossible to perform a correct estimation simply by performing the lower limit process, and an unexpected operation may occur.

そこで、本実施形態では、図5に示す如く、下限リミット処理を行ったことによる1次周波数指令の変化分を速度指令補正量ωcmpとして速度指令値へ加算する。速度指令補正量ωcmpは例えば数式6により演算されるが、他の制御変数を用いても演算は可能であり、数式6に限定されるものではない。 Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 5, the change in the primary frequency command due to the lower limit processing is added to the speed command value as a speed command correction amount ω cmp . The speed command correction amount ω cmp is calculated by, for example, Equation 6, but can be calculated using other control variables, and is not limited to Equation 6.

Figure 0005298367
Figure 0005298367

なお、数式6において、ω は補正量加算前の速度指令値である。
この結果、速度推定値は補正量ωcmpを加算した速度指令値に追従するため、1次周波数に下限リミット処理を行い、1次周波数が下限値に固定された場合においても、数式5の関係は常に成立する。よって、リミッタ動作時にも安定して磁束推定が行える。
なお、数式6は正転時(速度指令値>0)にのみ対応した速度指令補正量ωcmpの演算式であり、逆転時(速度指令値<0)にも対応するためには、数式7によって演算すればよい。
In Equation 6, ω r * is a speed command value before the correction amount is added.
As a result, since the speed estimated value follows the speed command value obtained by adding the correction amount ω cmp , the lower limit process is performed on the primary frequency, and even when the primary frequency is fixed to the lower limit value, Always holds. Therefore, the magnetic flux can be estimated stably even during the limiter operation.
Note that Formula 6 is an arithmetic expression of the speed command correction amount ω cmp corresponding only to the forward rotation (speed command value> 0). In order to support the reverse rotation (speed command value <0), Formula 7 It is sufficient to calculate by

Figure 0005298367
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数式7により演算した速度指令補正量ωcmpを、速度指令値の絶対値へ加算した値を真の速度指令絶対値としてベクトル制御を行うことにより、正転・逆転状態を問わずに本発明の効果を得ることができる。
ただし、本実施形態では速度指令値に対して補正量を加算するため、電動機の実際の回転速度も補正量を加算した速度指令に追従し、本来の速度指令とは異なる回転速度で回転することになる。しかし、センサレス制御において原理的に不安定になる1次周波数が0Hz近傍での運転を回避できるので、制御が不安定となり、電動機を指令と逆方向に回転させてしまうことはない。また、1次周波数が低くなるほど出力電圧が小さくなり、電動機定数の誤差や検出系の誤差の影響が大きくなるが、本実施形態では1次周波数が下限値ωth以下にならないように維持するため、これらの誤差の影響を小さくすることができる。以上のように、本実施形態によれば、極低速域においても安定して電動機を制御することが可能となる。
By performing vector control using the value obtained by adding the speed command correction amount ω cmp calculated by Expression 7 to the absolute value of the speed command value as the true speed command absolute value, the present invention can be applied regardless of whether the rotation is normal or reverse. An effect can be obtained.
However, in this embodiment, since the correction amount is added to the speed command value, the actual rotation speed of the motor follows the speed command with the correction amount added and rotates at a rotation speed different from the original speed command. become. However, since it is possible to avoid an operation in which the primary frequency that becomes unstable in principle in sensorless control is near 0 Hz, the control becomes unstable and the motor is not rotated in the direction opposite to the command. Also, the higher the output voltage primary frequency becomes lower decreases, the influence of the error of the error and the detection system of the motor constant is large, in the present embodiment, since maintaining such primary frequency is not lower than the lower limit value omega th Thus, the influence of these errors can be reduced. As described above, according to the present embodiment, it is possible to stably control the electric motor even in an extremely low speed region.

なお、速度センサレス制御では、磁束及び速度の推定方式として様々な方式がある。しかし、本実施形態では1次周波数指令及び速度指令に補正を行うだけであるため、いかなる磁束及び速度の推定方式を用いた速度センサレス制御に対しても適用可能である。また、本実施形態はインバータ200への電圧指令を演算しているCPUなどのプログラムを修正するだけで実現可能であり、その実現は非常に容易である。   In speed sensorless control, there are various methods for estimating magnetic flux and speed. However, in this embodiment, since only the primary frequency command and the speed command are corrected, the present invention is applicable to speed sensorless control using any magnetic flux and speed estimation method. Further, the present embodiment can be realized only by modifying a program such as a CPU that calculates a voltage command to the inverter 200, and the realization thereof is very easy.

次に、図6は、1次周波数指令に対して下限リミッタを動作させるか否かを判別する1次周波数下限リミット実行判別手段114の具体的な構成を示している。ここでは電動機の正転時における実施形態を示しているが、逆転時においても全く同様の原理により適用可能である。   Next, FIG. 6 shows a specific configuration of the primary frequency lower limit limit execution determination unit 114 that determines whether or not to operate the lower limiter for the primary frequency command. Here, the embodiment at the time of forward rotation of the electric motor is shown, but it can be applied by the same principle at the time of reverse rotation.

この1次周波数下限リミット実行判別手段114では、まず、速度指令値とすべり周波数とを加算手段114aにより加算することにより基準信号を演算する。比較手段114bでは、上記基準信号と1次周波数下限値ωthとを比較し、基準信号が下限値ωth を下回った場合のみリミット実行フラグを有効とする。
ベクトル制御においては、速度指令値と速度推定値とを一致させるように制御を行うため、速度指令値と速度推定値は一致しているとみなせる。よって、上記の基準信号は1次周波数のリミッタが全く動作しない場合の1次周波数指令(従来技術における1次周波数指令に相当)しているものである。この基準信号を用いれば、実際の1次周波数が下限値に近づいているか否かを判別することができるため、リミット実行フラグの作成に適していると言える。
The primary frequency lower limit limit execution determination means 114 first calculates a reference signal by adding the speed command value and the slip frequency by the addition means 114a. In comparison means 114b, and comparing the reference signal and the primary frequency lower limit omega th, the reference signal is to enable the limit execution flag only if the lower limit value omega th.
In vector control, control is performed so that the speed command value matches the speed estimation value, so that the speed command value and the speed estimation value can be regarded as matching. Therefore, the reference signal is a primary frequency command (corresponding to a primary frequency command in the prior art) when the limiter of the primary frequency does not operate at all. If this reference signal is used, it can be determined whether or not the actual primary frequency is approaching the lower limit value. Therefore, it can be said that it is suitable for creating a limit execution flag.

本発明の第1実施形態を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention. 図1における1次周波数演算手段の構成図である。It is a block diagram of the primary frequency calculating means in FIG. 図1における速度指令補正量演算手段の構成図である。It is a block diagram of the speed command correction amount calculating means in FIG. 図1におけるトルク電流指令演算手段の構成図である。It is a block diagram of the torque current command calculating means in FIG. 本発明の原理及び効果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the principle and effect of this invention. 図1における1次周波数下限リミット実行判別手段の構成図である。It is a block diagram of the primary frequency lower limit limit execution determination means in FIG. 特許文献1に記載された従来技術のブロック図である。It is a block diagram of the prior art described in patent document 1. 特許文献2に記載された従来技術のブロック図である。It is a block diagram of the prior art described in patent document 2. 図8における速度指令制御回路の構成図である。It is a block diagram of the speed command control circuit in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

101:磁化電流指令演算手段
102:トルク電流調節手段
103:磁化電流調節手段
104,110:座標変換手段
105:電圧検出手段
106:電流検出手段
107,108:3相−2相変換手段
109:電流・磁束推定手段
111:速度推定手段
112:すべり周波数演算手段
113:1次周波数演算手段
113a:加算手段
113b:下限リミット手段
114:1次周波数下限リミット実行判別手段
114a:加算手段
114b:比較手段
115:速度指令補正量演算手段
115a,115b:減算手段
115c:補正量選択手段
116:トルク電流指令演算手段
116a:加算手段
116b:減算手段
116c:PI制御手段
200:インバータ
M:誘導電動機
101: Magnetizing current command calculating means 102: Torque current adjusting means 103: Magnetizing current adjusting means 104, 110: Coordinate converting means 105: Voltage detecting means 106: Current detecting means 107, 108: Three-phase to two-phase converting means 109: Current Magnetic flux estimation means 111: Speed estimation means 112: Slip frequency calculation means 113: Primary frequency calculation means 113a: Addition means 113b: Lower limit means 114: Primary frequency lower limit limit execution determination means 114a: Addition means 114b: Comparison means 115 : Speed command correction amount calculation means 115a, 115b: Subtraction means 115c: Correction amount selection means 116: Torque current command calculation means 116a: Addition means 116b: Subtraction means 116c: PI control means 200: Inverter M: Induction motor

Claims (2)

誘導電動機の電流及び電圧を用いて前記電動機の磁束、電流及び速度を推定演算し、その速度推定値を用いて、ベクトル制御により電力変換器を介して前記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、
前記電動機の速度指令値に速度指令補正量を加算する手段と、
前記電動機の制動トルクの増加に伴い1次周波数が減少してその絶対値が0より大きい1次周波数指令の下限値の絶対値に達したら前記速度指令補正量を有効とする手段と、
を備え
前記速度指令補正量が、前記1次周波数指令の下限値の絶対値から前記速度指令値の絶対値を減じ、かつ、すべり周波数指令値の絶対値を加算した値であることを特徴とする誘導電動機の制御装置。
Induction motor control that estimates and calculates the magnetic flux, current, and speed of the motor using the current and voltage of the induction motor, and uses the estimated speed value to control the speed of the motor through a power converter by vector control. In the device
Means for adding a speed command correction amount to the speed command value of the motor;
Means for validating the speed command correction amount when the primary frequency decreases as the braking torque of the motor increases and the absolute value thereof reaches the absolute value of the lower limit value of the primary frequency command greater than 0;
Equipped with a,
The speed command correction amount is a value obtained by subtracting the absolute value of the speed command value from the absolute value of the lower limit value of the primary frequency command and adding the absolute value of the slip frequency command value. Electric motor control device.
請求項1に記載した誘導電動機の制御装置において、
前記速度指令値とすべり周波数とを加算した信号を基準信号として前記下限値と比較する手段を備え、この手段による比較結果に従って前記速度指令補正量を有効または無効とすることを特徴とする誘導電動機の制御装置。
In the induction motor control device according to claim 1,
Inducing said addition signal and a speed command value and the slip frequency provided with means for comparing the lower limit value as a reference signal, characterized that you and enable or disable the speed command correction amount according to a comparison result by the means Electric motor control device.
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