JP5532693B2 - 誘導電動機の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、任意の周波数・振幅の電圧を出力する電力変換装置を介しつつ、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し、特に、該誘導電動機を可変速制御する際に用いられる電気定数を導出するための定数演算手段に関する。

図３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。

図３において、１は入力される三相の電圧指令ｖ_U ^*，ｖ_V ^*，ｖ_W ^*（交流量）それぞれをＰＷＭ演算して内蔵するそれぞれの半導体スイッチへのオン・オフ信号に変換し、これらのオン・オフ信号に基づき三相の交流電圧を出力する電力変換装置である。２は電力変換装置１から給電される誘導電動機である。３は電力変換装置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である。また、１０は指令値演算手段１１と積分手段１２と座標変換手段１３，１４と定数測定手段１５とから形成され、電力変換装置１を介して誘導電動機２を可変速制御する制御装置である。

この制御装置１０において、指令値演算手段１１では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 ^*を積分手段１２による時間積分演算して得られる位相角指令値θ₁ ^*により誘導電動機２の一次電流ｉ₁を座標変換手段１３による三相―二相変換およびｄ−ｑ軸変換して得られるｉ_1d，ｉ_1qと、定数測定手段１５で得られた誘導電動機２の電気定数としての励磁インダクタンス演算値Ｌ_m ^#や他の電気定数とに基づき、周知の技術を用いつつ、誘導電動機２のｄ軸電圧指令値ｖ_1d ^*とｑ軸電圧指令値ｖ_1q ^*とを出力している。また、座標変換手段１４では前記位相角指令値θ₁ ^*により前記ｄ軸電圧指令値ｖ_1d ^*およびｑ軸電圧指令値ｖ_1q ^*をα―β変換および二相―三相変換した前記電圧指令ｖ_U ^*，ｖ_V ^*，ｖ_W ^*を生成している。

この定数測定手段１５としては、下記特許文献１や特許文献２に開示されているものなどが知られている。

特開２００３−２４４９８２号公報 特開２００６−１５８１７８号公報

上記特許文献１の記載されている定数測定手段１５としての定数演算器では、所定の電圧・周波数の交流電圧を誘導電動機に印加して無負荷状態で回転させ、このときの電圧と電流とを測定し、この測定した値に基づいて誘導電動機の励磁インダクタンス演算値などを求めているが、この場合、前記誘導電動機が機械装置などに組み込まれ、無負荷状態で回転させることができない用途では測定が困難であった。

また、上記特許文献２の記載されている定数測定手段１５としての定数演算器では、所定の直流電圧を誘導電動機に印加して回転させない状態にし、このときの電圧と電流とを測定し、この測定した値に基づいて誘導電動機の励磁インダクタンス演算値を求めている。しかしながら、励磁インダクタンスを測定する際に印加する電圧が低いと、電圧誤差，電流誤差，他の電気定数（一次抵抗，漏れインダクタンス、二次抵抗等）の設定誤差の影響が大きく、また、得られた測定値には測定タイミング誤差も含まれていることから、誤差が大きくて十分な精度が得られないという難点があり、上記誤差を小さくするためには、高精度・高価格の測定回路を必要とするという問題があった。

この発明の目的は、上記問題点を解消できる誘導電動機の制御装置を提供することにある。

この出願の第１の発明は、任意の周波数・振幅の電圧を出力する電力変換装置を介して誘導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、
前記誘導電動機の定格出力値と定格電圧値と定格電流値とを入力し、前記定格電圧値に所定の係数を乗算演算して前記誘導電動機の定格誘起電圧演算値を算出し、前記定格出力値を定格誘起電圧演算値で除算演算して前記誘導電動機の定格トルク電流演算値を算出し、前記定格電流値の２乗値から定格トルク電流演算値の２乗値を減算演算し、この減算演算した値の平方根を導出し、この導出した平方根を前記誘導電動機の定格磁化電流演算値として出力する定数演算手段を備えることを特徴とする。

第２の発明は、任意の周波数・振幅の電圧を出力する電力変換装置を介して誘導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、
前記誘導電動機の定格出力値と定格電圧値と定格電流値と定格周波数とを入力し、前記定格電圧値に所定の係数を乗算演算して前記誘導電動機の定格誘起電圧演算値を算出し、前記定格出力値を定格誘起電圧演算値で除算演算して前記誘導電動機の定格トルク電流演算値を算出し、前記定格電流値の２乗値から定格トルク電流演算値の２乗値を減算演算し、この減算演算した値の平方根を導出し、この導出した平方根を前記誘導電動機の定格磁化電流演算値とし、定格誘起電圧演算値を前記定格周波数と定格磁化電流演算値との積で除算演算して前記誘導電動機の励磁インダクタンス演算値を導出し、前記導出した定格磁化電流演算値と励磁インダクタンス演算値とを出力する定数演算手段を備えることを特徴とする。

さらに第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装置において、
前記定数演算手段により導出した電気定数を前記制御装置の制御定数として、前記誘導電動機を可変速制御することを特徴とする。

この発明は、前記誘導電動機の定格値としての定格出力値，定格電圧値などに基づいて、該誘導電動機の電気定数を導出していることから、この導出のために、前記誘導電動機に電圧を印加する必要が無く、また、高精度の測定回路なども必要としない。

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 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 従来例を示す誘導電動機の制御装置の回路構成図

以下に記載するこの発明の実施例において、図３に記載した従来の誘導電動機の制御装置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。

図１は、この発明の第１の実施例を示す誘導電動機の回路構成図である。

この制御装置２０は、指令値演算手段２１と積分手段１２と座標変換手段１３，１４と定数演算手段２２とから形成されている。

先ず、定数演算手段２２では、誘導電動機２の定格出力値Ｐ_RATE［Ｗ］と、定格電圧値Ｖ_RATE［Ｖ］と、定格電流値Ｉ_RATE［Ａ］とを入力し、下記数１式〜数５式に基づいて、誘導電動機２の定格磁化電流演算値Ｉ_MO ^#を導出している。
［数１］
Ｅ₂₀＝Ｋ×Ｖ_RATE
ここで、Ｅ₂₀は誘導電動機２の定格誘起電圧値［Ｖ］、Ｋは係数である。

この定格誘起電圧値Ｅ₂₀は、誘導電動機２が定格磁束，定格周波数において、該誘導電動機の励磁インダクタンスに誘起される電圧であり、定格電圧値Ｖ_RATEより若干小さい値であり、従って、係数Ｋは、０．８〜０．９程度の値を予め設定しておく。

また、誘導電動機２を３相誘導電動機とすると、定格出力値Ｐ_RATEと定格誘起電圧値Ｅ₂₀と定格トルク電流値Ｉ_TO［Ａ］との間には数２式の関係がある。
［数２］
Ｐ_RATE＝３×Ｅ₂₀×Ｉ_TO
この数２式を変形して、数３式が得られる。
［数３］
Ｉ_TO＝Ｐ_RATE／（３×Ｅ₂₀）
誘導電動機２の定格電流値Ｉ_RATEは、該誘導電動機の定格磁束、定格トルク時の電流なので、数４式の関係がある。
［数４］
Ｉ_RATE＝｛（Ｉ_MO ^#）²＋Ｉ_TO ²｝^1/2
この数４式を変形して、数５式が得られる。
［数５］
Ｉ_MO ^#＝（Ｉ_RATE ²−Ｉ_TO ²）^1/2
すなわち、定数演算手段２２では、上記数５式により得られた誘導電動機２の定格磁化電流演算値Ｉ_MO ^#を出力している。

このように、誘導電動機２の定格値としての定格出力値，定格電圧値，定格電流値に基づいて、該誘導電動機の電気定数を導出していることから、この導出のために、誘導電動機２に特別な電圧を印加する必要が無く、また、高精度・高価格の測定回路も必要としない。

また、この制御装置２０においては、指令値演算手段２１では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 ^*を積分手段１２による時間積分演算して得られる位相角指令値θ₁ ^*により誘導電動機２の一次電流ｉ₁を座標変換手段１３による三相―二相変換およびｄ−ｑ軸変換して得られるｉ_1d，ｉ_1qと、定数演算手段２２で得られた誘導電動機２の電気定数としての定格磁化電流演算値Ｉ_MO ^#や他の電気定数とに基づき、周知の技術を用いつつ、誘導電動機２のｄ軸電圧指令値ｖ_1d ^*とｑ軸電圧指令値ｖ_1q ^*とを出力している。

図２は、この発明の第２の実施例を示す誘導電動機の回路構成図である。

この制御装置３０は、指令値演算手段３１と積分手段１２と座標変換手段１３，１４と定数演算手段３２とから形成されている。

この定数演算手段３２では、誘導電動機２の定格出力値Ｐ_RATE［Ｗ］と、定格電圧値Ｖ_RATE［Ｖ］と、定格電流値Ｉ_RATE［Ａ］と、定格周波数Ｆ［Ｈｚ］とを入力し、先ず、前記数１式〜数５式により、誘導電動機２の定格磁化電流演算値Ｉ_MO ^#を導出している。次に、下記数６式〜数７式に基づいて、誘導電動機２の励磁インダクタンス演算値Ｌ_m ^#を導出している。

すなわち、誘導電動機２の定格誘起電圧値Ｅ₂₀は励磁インダクタンスに定格磁化電流値が流れたときの電圧であるため、下記数６式が成り立つ。
［数６］
Ｅ₂₀＝ω_1RATE×Ｌ_m ^#×Ｉ_MO ^#
ここで、ω_1RATEは誘導電動機２の定格周波数Ｆに対応する一次角周波数であり、Ｌ_m ^#は励磁インダクタンス演算値であり、Ｉ_MO ^#は定格磁化電流演算値である。

この数６式を変形して、数７式が得られる。
［数７］
Ｌ_m ^#＝Ｅ₂₀／（ω_1RATE×Ｉ_MO ^#）
すなわち、定数演算手段３２では、前記数５式により得られた誘導電動機２の定格磁化電流演算値Ｉ_MO ^#と、上記数７式で得られた励磁インダクタンス演算値Ｌ_m ^#とを出力している。

このように、誘導電動機２の定格値としての定格出力値，定格電圧値，定格電流値，定格周波数に基づいて、該誘導電動機の電気定数を導出していることから、この導出のために、誘導電動機２に特別な電圧を印加する必要が無く、また、高精度・高価格の測定回路も必要としない。

また、この制御装置３０においては、指令値演算手段２１では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 ^*を積分手段１２による時間積分演算して得られる位相角指令値θ₁ ^*により誘導電動機２の一次電流ｉ₁を座標変換手段１３による三相―二相変換およびｄ−ｑ軸変換して得られるｉ_1d，ｉ_1qと、定数演算手段３２で得られた誘導電動機２の電気定数としての定格磁化電流演算値Ｉ_MO ^#および励磁インダクタンス演算値Ｌ_m ^#と、他の電気定数とに基づき、周知の技術を用いつつ、誘導電動機２のｄ軸電圧指令値ｖ_1d ^*とｑ軸電圧指令値ｖ_1q ^*とを出力している。

１…電力変換装置、２…誘導電動機、３…電流検出器、１０…制御装置、１１…指令値演算手段、１２…積分手段、１３，１４…座標変換手段、１５…定数測定手段、２０…制御装置、２１…指令値演算手段、２２…定数演算手段、３０…制御装置、３１…指令値演算手段、３２…定数演算手段。

Claims (3)

1. 任意の周波数・振幅の電圧を出力する電力変換装置を介して誘導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、
   前記誘導電動機の定格出力値と定格電圧値と定格電流値とを入力し、前記定格電圧値に所定の係数を乗算演算して前記誘導電動機の定格誘起電圧演算値を算出し、前記定格出力値を定格誘起電圧演算値で除算演算して前記誘導電動機の定格トルク電流演算値を算出し、前記定格電流値の２乗値から定格トルク電流演算値の２乗値を減算演算し、この減算演算した値の平方根を導出し、この導出した平方根を前記誘導電動機の定格磁化電流演算値として出力する定数演算手段を備えたことを特徴とする誘導電動機の制御装置。
2. 任意の周波数・振幅の電圧を出力する電力変換装置を介して誘導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、
   前記誘導電動機の定格出力値と定格電圧値と定格電流値と定格周波数とを入力し、前記定格電圧値に所定の係数を乗算演算して前記誘導電動機の定格誘起電圧演算値を算出し、前記定格出力値を定格誘起電圧演算値で除算演算して前記誘導電動機の定格トルク電流演算値を算出し、前記定格電流値の２乗値から定格トルク電流演算値の２乗値を減算演算し、この減算演算した値の平方根を導出し、この導出した平方根を前記誘導電動機の定格磁化電流演算値とし、定格誘起電圧演算値を前記定格周波数と定格磁化電流演算値との積で除算演算して前記誘導電動機の励磁インダクタンス演算値を導出し、前記導出した定格磁化電流演算値と励磁インダクタンス演算値とを出力する定数演算手段を備えたことを特徴とする誘導電動機の制御装置。
3. 請求項１または２に記載の誘導電動機の制御装置において、
   前記定数演算手段により導出した電気定数を前記制御装置の制御定数として、前記誘導電動機を可変速制御することを特徴とする誘導電動機の制御装置。

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