JPH01227680A - 回転磁界機の負荷角実際値形成方法および磁界オリエンテーシヨン制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ この発明は、磁界オリエンテーション制御される回転磁
界機に対する負荷角実゛際値の形成方法と、周波数変換
装置を介して給電される回転磁界機に対する磁界オリエ
ンテーション制御装置とに関するものである。

（従来の技術） “シーメンス研究開発報告（Ｓｉｅｍｅｎｓ　Ｆｏｒｓ
ｃｈｕｎｇｓ−ｕｎｄ　Ｅｎｔｗｉｃｋｌｕｎｇｓｂｅ
ｒｉｃｈｔｅ）”　、１　（Ｉ９７２）、第１８４〜１
９３頁には、回転数可変の回転磁界機の制御のために、
磁界軸と同期して回転する座標系のなかで１つの目標電
流、ベクトルを予め定めること（このことは磁界角だけ
の目標電流ベクトルの回転、すなわち磁界オリエンテー
ション座標系から固定子オリエンテーション座標系への
座標変換に相当する）が有利であることが説明されてい
る。それにより形成された固定子オリエンテーション目
標電流ベクトルは次いで周波数変換装置を介して回転磁
界機に与えられる。

電圧形周波数変換装置、たとえば直接形量波数変換装置
または中間回路直流電圧を有する中間回路付き周波数変
換装置の場合には第１６図中で、予め定められた電流目
標ベクトルから後に接続されている減結合計算装置のな
かで磁界オリエンチーシロン座標系のなかで１つの磁界
オリエンチーシコン電圧目標ベクトルの決定量が形成さ
れ、この磁界オリエンテーション電圧目標ベクトルが次
いで、周波数変換装置に対する固定子オリエンテーショ
ン電圧目標値を供給するため、相応のベクトル回転によ
り固定子オリエンテーション座標系に変換される。

回転磁界機に接続されている電流検出器により検出され
得る、供給された相電流に相応する電流実際ベクトルが
予め定められた磁界オリエンテーション電流目標ベクト
ルと一致するように、目標値入力端で磁界オリエンテー
ション電流目標ベクトルに役する入力装置と、また実際
値入力端で（固定子基準系から磁界基準系への変換のた
めのベクトル回転器を介して）電流検出器に接続されて
いる１つの調部装置が設けられている。公知の場合には
、調節装置のベクトル出力信号は、磁界オリエンテーシ
ョン電流目標ベクトルを与えるために必要な電圧目標ベ
クトルを形成するため、減結金回路に供給され、この電
圧目標ベクトルが変換の後に固定子座標のなかで周波数
変換装置の制御のための固定子オリエンテーション電圧
目標ベクトルを供給する。

磁界オリエンテーションにより、電流目標ベクトルの磁
界平行および磁界垂直成分が互いに無関係に回転磁界機
に供給され得ることが達成される。

こうして直流回転機の磁界電流に相当し制御または調節
により予め定められ得る磁界平行成分により回転機の磁
束が所望の値に設定され得る。磁界垂直成分は回転モー
メントを１つの制御または（たとえば回転数調節器によ
り）調節された予め定められた目標値に調節することを
許す。

電圧形層波数変換装置におけるこれまでに説明された電
流の与え方の場合には、電流ベクトルの両直交成分に対
する電流調節が利用された。しかし、直交／極座標変換
により磁界オリエンチーシリン電流目標成分から目標負
荷角を形成し、負荷角、すなわち固定子電流ベクトルと
磁束ベクトル（特に回転子磁束ベクトル）との間の角度
の調節を行うこともできる。しかし、磁束ベクトル自体
もそれと固定子電流ベクトルとの間の角度も直接測定が
可能でなく、計算によりたとえば固定子電圧ベクトル基
゛および固定子電圧ベクトル上゛を介して計算されなけ
ればならない。

第２図には、１つの軸が磁束ベクトル■と一致している
直交座標系のなかで固定子電圧ベクトル基および固定子
電流ベクトル上が示されている。

参照符号へを付されているのは、変換装置から供給され
た実際電流ベクトル上および電圧ベクトル基が測定され
得る静止固定子基準系を定める固定子軸である。周波数
Ｗで回転する磁束ベクトル基は固定子軸へと角度ｗｆｓ
をなし、その際にｗ＝ｄ（ｗｆｓ）／ｄｔが成り立つ。

第２図にはさらに、ベクトル上および旦が固定子軸水と
なす角度ｗｉｓおよびｗｕｓが示されている。参照符号
ｗｉｆおよびｗｕｆを付されているのは、ベクトル上お
よび旦が磁束軸−Ｆ−となす角度である。

第３図には、磁束軸Ｆ＋：基準として電流へクトル士と
、静止状態で回転子のインダクタンスに相応して磁束に
比例している磁界平行成分１１へのその分解とが示され
ている。■８は回転モーメントを決定する磁界垂直の電
流成分であり、その際にＩｌ、−１±ｌ−５ｉｎ　（ｗ
ｉｆ）および１．＝１±Ｉ−ｃｏｓ　（ｗｉｆ）が成り
立つ。

磁束ベクトル−旦−と磁束により誘導される起電力ベク
トル基との間には関係式Ｅ−ｄ　（Ｆ）　／ｄ　ｔが成
り立ち、その際に起電力ベクトル基は電圧ベクトル基か
ら固定子中のオーム性電圧降下のベクトルＲ・土と、電
流ベクトル上と直交しておりＩＬｌ＝Ｌ−ｗ・ｌ　Ｉｔ
　　（ここでＬは漏れインダクタンスパラメータ）が成
り立つベクトル基とを差し引くことにより得られる。

すなわち、たとえば、回転機のモデルのなかでパラメー
タＲおよびＬならびにベクトル基および土からベクトル
基および上を計算することが可能であり、従って磁界角
ｗｆｓも計算され得る。それによって、磁界オリエンテ
ーション制御により回転機に与えられるべき負荷角　　
　　ｗｉｆ＝ｗｉｓ−ｗｆｓ が得られる。

供給される電圧の位相、すなわち角度ｗｕｓは直接測定
可能であり、また制御ユニットが相応の信号により動作
する電圧形層波数変換装置では制御ユニット装置から直
接に取り出すこともできる。

従って、しばしば、磁束ベクトルではなく電圧へクトル
への電流のオリエンテーションが行われる簡単化された
調節構想が応用される。相応のオリエンテーション誤差
角ｗｅｆが第１図中に同じく示されており、また主とし
て漏れ電圧降下の無視に基づいている。しかし、これは
負荷と共に単調に増大し、従って誤制御が相応に増大す
る。大きい負荷の動作点では、大きい角度に対して有効
電流■１を電流絶対値１±１にほぼ等しくセットするな
らば、改善された近イ以が得られる。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の課題は、負荷角調節の際に負荷角ｗｉｆをでき
るかぎり簡単な仕方で、特に回転機の電気的実際値を処
理する回転機モデルを使用せずに求めることである。

〔課題を解決するための手段〕

その際に本発明は、電圧形周波数変換装置による回転磁
界機の磁界オリエンテーション制御のためにいずれにせ
よ必要である減結合計算装置のなかで磁界オリエンテー
ション電圧目標値ｗｕ　ｆ＊、すなわち角度ｗｕｆに対
する目標値が得られ、また他方では固定子オリエンテー
ション電圧実際角ｗｕｓが容易に得られることから出発
する。すなわち、角度関係式ｗｆｓ＝ｗｕｓ−ｗ″ｕｆ
に実際角Ｗｕｆの代わりに目標値ｗｕｆ“を入れれば、
磁界角ｗｆｓおよび負荷角ｗｔｆに対して関係式％式％ が生ずる。このことから、本発明によれば、磁界オリエ
ンテーション制御のための負荷角実際植を形成する方法
において、磁界オリエンテーション電圧目標ベクトルか
ら磁界オリエンテーション電圧目標ベクトルの方向が、
固定子オリエンテーション電圧実際ベクトルと磁界オリ
エンテーション電圧目標ベクトルとの間の角度差から固
定子オリエンテーション磁界角が、また固定子電流実際
ベクトルの測定された固定子オリエンテーション角度と
固定子オリエンテーション磁界角との間の差から負荷角
実際植が形成される。

また本発明によれば、磁界オリエンテーション制御装置
において、　　　　゛ ａ）磁界オリエンテーション電流目標ベクトルの決定量
に対する入力装置と、 ｂ）　その後に接続されており、入力された電流目標ベ
クトルに属する磁界オリエンテーシジン電圧目標ベクト
ルの決定量が取り出される減結合計算装置と、 Ｃ）　電流実際値を検出するために回転磁界機に接続さ
れている電流検出器と、 ｄ）　目標値入力端で入力装置の後に、また実際値入力
端で電流検出器の後に接続されている調節装置と、 ｅ）周波数変換装置を制御するために減結合計算装置に
接続されている制御ユニット装置とを有する磁界オリエ
ンテーション制御装置において、 加算装置として、 入力装置と接続されている第１の実際値入力端に、回転
磁界機の磁界軸に対して相対的な電流目標ベクトルの方
向を記述する磁界オリ゛エンチージョン電流角目標値を
供給されており、 減結合計算装置と接続されている第２の目標値入力端に
、磁界軸に対して相対的な電圧目標ベクトルの方向を記
述する磁界オリエンチーシロン電圧角目標値を供給され
ており、 電流検出器と接続されている第１の実際値入力端に、固
定子軸に対して相対的な電流実際ベクトルの方向を記述
する固定子オリエンテーション電流角実際値を供給され
ており、 制御ユニット装置または電圧検出器と接続されている第
２の実際値入力端に１．固定子軸に対して相対的な電圧
実際ベクトルの方向を記述する固定子オリエンテーショ
ン電圧角実際値を供給されている加算装置が設けられて
おり、またその出力信号が制御偏差として調節装置に与
えられており、その際に調節装置が電流角、有効電流ま
たは他の角度決定量に対する調節器として構成されてお
り、また制御ユニットか減結合計算装置の出力端および
調節装置の出力端と接続される。

〔実施例〕

以、下、図面ににより本発明を一層詳細に説明する。

第１図で回転磁界機Ｍは、供給直流電圧Ｕｄに接続され
ているパルスインバータＰＷＲにより給電される。周波
数変換装置ＰＷＲはその弁に対する駆動パルスを、周波
数の積分および絶対値との乗算により、続いて変調器Ｍ
ＯＤのなかでパルス幅変調される回転機の相電圧に対す
る参照曲線を形成するため、図示され・でいる場合には
周、波数入力端および絶対値入力端を有する制御ユニッ
トＳＴから受ける。　・　　　　　　　　　　　　　□
、！ＩＩ御ユニットＳＴの駆動のために磁界オリヱンテ
ーション電流目標ベクトルＬ８力１人力装置に２つの直
交電流成分目標値の形態で予め与えら、れる。

磁界軸に対して平行な成分に対する目標値１ｍ”はたと
えばポテンショメータから取り出し可能であり、また所
望の磁束の絶対値に比例している。

回転モーメン）Ｍは磁束および電流のベクトル積に比例
しているので、磁界垂直な成分目標値ＩＷ“はモーメン
ト目標値Ｍ′″および磁束の比として、予め与えられた
回転数目標値からの回転数実際値の制御偏差から回転数
目標値の維持のために必要とされる目標回転モーメンｌ
−Ｍ“を決定する回転数調節器ＲＥＧの出力信号から形
成され得る。

その際に等価回転数実際値として周波数変換装置の周波
数が制御ユニットから取り出されて戻されることもでき
る（導線１）。

固定子抵抗Ｒ１漏れインダクタンスしおよび主インダク
タンスを考慮に入れて、回転機のモデルを表す減結合計
算装置が、電流目標ベクトル±１に属する電圧ベクトル
旦９を計算し得る。その際に電流と電圧との間の定常的
な関係のみが、第２図中に示されているように、考慮さ
れることは有利である。その後に相応の電圧目標ベクト
ル旦９の磁界平行成分Ｕｍ”およびこの目標ベクトルの
磁界垂直成分Ｕｗ“は Ｕｍ”　＝Ｒ−１ｍ”−Ｌ−ｗ−Ｔｗ”Ｕｗ”　−（Ｌ
＋ＬＨ）−ｗ　−１ｍ”　＋Ｂ−１ｗ”となる。その際
にＬＨは主インダクタンス、Ｌは漏れインダクタンス、
またＲは回転機の固定子抵抗である。量Ｗはそれ自体、
たとえば加算器ＡＢ１の出力信号から微分により形成さ
れ得る第２図中に示されている磁束周波数を示す。しか
し、磁界周波数は周波数変換装置の周波数自体に実際上
等しく、従って制御ユニッ１−３Ｔの周波数制御入力端
からも戻され得る。

座標変換器ＫＷは磁界オリエンテーション直交成分Ｕｍ
”　、Ｕｗ″′を極座標の絶対値成分Ｕ″′−（Ｕｗ１
′２＋Ｕｍ”）Ｉ／２および磁界オリエンテーション角
度成分ｗｕｆ”−ａｒｃｔａｎ　（Ｕｗ”／　Ｕ　ｍ“
）に変換する。電圧目標ベクトルの絶対値Ｕ“は制御ユ
ニットの絶対値入力端に供給され、また角度ｗｕ　ｆ”
の時間微分ｄ　（ｗｕ　ｆ”　）／ｄ　ｔは角度調節器
Ｗ−ＲＥＣ；の出力信号と一緒に周波数制御入力端に与
えられている。

これまでに述べた制御系は、回転機Ｍに磁界オリエンテ
ーション目標電流ベクトルの絶対値に相応する電流が与
えられるようにする役割をする。

電流の位相は角度調節器Ｗ−ＲＥＧから、負荷角実際植
ｗｉｆが負荷角目標値、すなわち磁界軸に対して相対的
な電流目標ベクトルの方向を記述する電流角目標値ｗｉ
ｆ”と一致するように予め定められる。この磁界オリエ
ンテーション電流角目標値は直交／極座標変換によりｗ
ｉｆ“−ａｒＣｔａｎ　（Ｉｗ”　／Ｉｍ”　）に従っ
て磁界オリエンテーション電流目標ベクトルの直交成分
目標値Ｉｍ＊、Ｉｗ”から形成され得るが、回転磁界機
の相線に接続されている電流検出器１−ＤＥＴにより固
定子オリエンテーション電流実際角、すなわち第２図の
電流実際へクトル工が固定子軸へとなす角度ｗｉｓのみ
が検出され得る。しかし、負荷角ｗｉｆは固定子オリエ
ンテーション電流実際角ｗｉｓと磁束角ｗｆｓとの間の
差により決定されている。

この磁界角はいま測定プローブまたは回転機モデルを使
用せずに簡単な仕方で検出されなければならない。その
ために電圧検出器Ｕ−ＤＥＴにより回転機端子において
固定子オリエンテーション電圧角、すなわち第２図の電
圧実際ベクトル旦が固定子軸へとなす角度ｗｕｓが検出
され、また磁界オリエンテーション電圧目標角ｗｕｆ”
から差し引かれる（加算点ＡＤＩ）。すなわち、角度調
節器Ｗ−ＲＥＧＯ前に入力端に２つの目標値入力端およ
び２つの実際値入力端を有する計算装置が接続されてお
り、その際に一方の目標値入力端は磁界オリエンテーシ
ョン電流目標ベクトルに対する設定装置からｗ　Ｓ　ｆ
　”を、また他方の目標値入力端は減結合計算装置ＣＡ
Ｌからｗｕｆ“を与えられており、他方において実際値
入力端には両実際角ｗｕｓおよびｗｉｓが検出器Ｕ−Ｄ
ＥＴおよびＩ−ＤＥＴから供給されている。

その際に電圧検出器Ｕ−ＤＥＴはしばしば、相応の実際
角ｗｕｓか既に制御ユニットＳＴから取り出され得るな
らば、省略され得る。

定常状態ではこうして計算された角度ｗｆｓは実際の磁
界角と同一である。しかしながら動的な過程では過渡的
にオリエンテーション誤差角が生じ得る。全体として、
回転機および周波数変換装置の高い利用度と定常的に予
め定められた目標値の正確な遵守とが達成される。

角度ｗｉｆ”の代わりに角度に顕像の目標値、たとえば
磁界垂直な電流目標値成分１ｗ“も使用され、加算装置
のなかの加算器ＡＤ３に供給され得る。この場合、この
加算器ＡＤ３の実際値入力端には角度に顕像の実際（［
１ｗ　＝　ｌ±１・ｓｉｎ（ｗｉｓ）を供給しなければ
ならない。電流検出器１−ＤＦ、Ｔとして、相電流の測
定値を直交成分に変換する３／２変換器と、その後に接
続されており電流実際ベクトル上の絶対値１±１を計算
する直交／極座標変換器とが使用されるならば、Ｗｉｆ
およびＩＩＩから乗算サイン関数発生器により相応の実
際値が形成され得る。

制御のためにマイクロコンピュータが使用されるならば
、第１図に示されている実施例はたいていより有利であ
る。なぜならば、ベクトル計算操作がディジタル的に特
に簡単に極座標で行われ得るからである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例のブロック回路図、第２図およ
び第３図は本発明を説明するためのベクトル図である。 旦・・・電圧ベクトル 土・・・電流ベクトル 工・・・磁界軸 八・・・固定子軸 ｗｉｆ、ｗｉｓ・・・磁界オリエンテーションまたは固
定子オリエンテーション電流角 ｗｕｆ、ｗｕｓ・・・ｍＷオリエンテーションまたは固
定子オリエンテーション電圧角 ＣＡＬ・・・減結合計算装置 ＲＥＧ・・・回転数調節器 Ｗ−ＲＥＧ・・・角度調節器 Ｕ−ＤＥＴ・・・電圧検出器 Ｉ　−Ｄ）ｍＴ・・・電流検出器 ＳＴ・・・制御ユニット ＰＷＲ・・・パルスインバータ（電圧形周波数変換装置
の１つの特殊な例）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）回転磁界機の磁界オリエンテーション制御のための
   負荷角実際植（ｗｉｆ）の形成方法において、磁界オリ
   エンテーション電圧目標ベクトル（Ｕｍ＾＊、Ｕｗ＾＊
   ）から磁界オリエンテーション電圧目標ベクトルの方向
   （ｗｕｆ＾＊）が、固定子オリエンテーション電圧実際
   ベクトルと磁界オリエンテーション電圧目標ベクトルと
   の間の角度差（ｗｕｓ−ｗｕｆ＾＊）から固定子オリエ
   ンテーション磁界角（ｗｆｓ）が、また固定子電流実際
   ベクトルの測定された固定子オリエンテーション角度（
   ｗｉｓ）と固定子オリエンテーション磁界角との間の差
   から負荷角実際値（ｗｉｆ）が形成されることを特徴と
   する回転磁界機の負荷角実際値形成方法。 ２）直接形周波数変換装置、パルス形周波数変換装置ま
   たは他の電圧形周波数変換装置（ＰＷＲ）を介して給電
   される回転磁界機（Ｍ）に対する磁界オリエンテーショ
   ン制御装置であって、 ａ）磁界オリエンテーション電流目標ベクトルの決定量
   （Ｉｍ＾＊、Ｉｗ＾＊）に対する入力装置と、 ｂ）その後に接続されており、入力された電流目標ベク
   トルに属する磁界オリエンテー ション電圧目標ベクトル（Ｕｍ＾＊、Ｕｗ＾＊）の決定
   量（Ｕ＾＊、ｗｕｆ＾＊、ｄ（ｗｕｆ＾＊）／ｄｔ）が
   取り出される減結合計算装置（ ＣＡＬ）と、 ｃ）電流実際値を検出するために回転磁界機に接続され
   ている電流検出器（Ｉ−ＤＥＴ）と、 ｄ）目標値入力端で入力装置の後に、また実際値入力端
   で電流検出器の後に接続されて いる調節装置（Ｗ−ＲＥＧ）と、 ｅ）周波数変換装置（ＰＷＲ）を制御するために減結合
   計算装置（ＣＡＬ）に接続され ている制御ユニット装置（ＳＴ）と を有する磁界オリエンテーション制御装置において、 加算装置（ＡＤ１、ＡＤ２、ＡＤ３）とし て、 入力装置と接続されている第１の実際値入 力端に、回転磁界機の磁界軸に対して相対的な電流目標
   ベクトルの方向を記述する磁界オリエンテーション電流
   角目標値（ｗｉｆ＾＊）を供給されており、 減結合計算装置（ＣＡＬ）と接続されてい る第２の目標値入力端に、磁界軸に対して相対的な電圧
   目標ベクトルの方向を記述する磁界オリエンテーション
   電圧角目標値（ｗｕｆ＾＊）を供給されており、 電流検出器（Ｉ−ＤＥＴ）と接続されてい る第１の実際値入力端に、固定子軸に対して相対的な電
   流実際ベクトルの方向を記述する固定子オリエンテーシ
   ョン電流角実際値（ｗｉｓ）を供給されており、 制御ユニット装置（ＳＴ）または電圧検出 器（Ｕ−ＤＥＴ）と接続されている第２の実際値入力端
   に、固定子軸に対して相対的な電圧実際ベクトルの方向
   を記述する固定子オリエンテーション電圧角実際値（ｗ
   ｕｓ）を供給されている加算装置が設けられており、ま
   たその出力信号が制御偏差として調節装置に与えられて
   おり、 その際に調節装置が電流角、有効電流また は他の角度決定量に対する調節器として構成されており
   、また制御ユニットが減結合計算装置（ＣＡＬ）の出力
   端および調節装置の出力端と接続されていることを特徴
   とする回転磁界機の磁界オリエンテーション制御装置。