JPH02241389A - 誘導電動機のベクトル制御装置 - 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］ 本発明は誘導電動機のベクトル制御装置に関し、特に、
電圧制御型周波数変換器（インバータ）を用いて誘導電
動機に印加される電圧をその電圧指令値に追従するよう
に誘導電動機を制御するベクトル制御装置に関する。

［従来の技術］ 誘導電動機は、直流電動機に比較して、構造が堅牢でメ
ンテナンスが不要であるという特長があるため、制御用
としても直流電動機に置換えられることが多くなってき
ている。しかしながら、誘導電動機では、励磁に寄与す
る一次電流（ｄ軸一次電流）とこれと直交したトルク発
生に寄与する一次電流（ｑ軸一次電流）を直接には制御
することができない。そのため、誘導電動機を用いて直
流電動機と同等の高い応答性で制御を行う場合、周知の
ように、ベクトル制御と呼ばれる手法が、現在広く採用
されている。ここで、ベクトル制御とは、誘導電動機の
内部定数（一次巻線抵抗、二次巻線抵抗等）を、予め誘
導電動機の制御装置に与えることにより、誘導電動機を
制御するものである。

ところで、誘導電動機の場合、誘導電動機の温度変動に
伴って、誘導電動機の内部定数の値が２０％〜３０％程
度変化するため、所謂ｑ軸二次鎖交磁束の値が零からず
れ、その結果、精度よくトルク制御を行うことができな
くなる。

このような内部定数の値の変化を補償するためのベクト
ル制御装置として特願昭６２−２９３９８４号明細書に
記載されたベクトル制御装置がある。このベクトル制御
装置では予めベクトル制御装置に与えられる内部定数（
特に一次巻線抵抗）の値を補正することによって誘導電
動機をベクトル制御している。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、特願昭６２−２９３９８４号明細書記載のベ
クトル制御装置の場合、誘導電動機が定常状態にある時
における一次巻線抵抗の補償を考慮しているのみであり
、そのため、誘導電動機が過渡状態にある場合の一次巻
線抵抗の補償がうまく行われない。

つまり、誘導電動機が過渡状態にある場合には、ｄ軸一
次電流及びｑ軸一次電流の非干渉化が完全に成り立たず
、その結果、後述するようにトルク電流成分の変化が励
磁電流成分に影響を与えてしまう。

従って、特願昭６２−２９３９８４号明細書記載のベク
トル制御装置の場合、過渡状態において一次巻線抵抗の
補償を行うことが出来ず、精度よくトルク制御ができな
いという問題点がある。

本発明の目的は過渡状態においても精度よくトルク制御
を行うことのできるベクトル制御装置を提供することに
ある。

［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、励磁に寄与するｄ軸一次電流指令値と
これと直交したトルク発生に寄与するｑ軸一次電流指令
値とを入力し、ｑ軸一次電流を検出し、該検出されたｑ
軸一次電流と前記ｑ軸一次電流指令値とから磁束の回転
角速度を求め、請求められた磁束の回転角速度、前記ｄ
軸一次電流指令値、一次巻線抵抗指令値、一次巻線イン
ダクタンス、及び一次巻線漏れインダクタンスを用いて
、ｄ軸及びｑ軸一次電圧指令値を算出し、該算出された
ｄ軸及びｑ軸一次電圧指令値を２相３相変換してＵ相、
■相、及びＷ相一次電圧指令値を求め、請求められたＵ
相、■相、及びＷ相一次電圧指令値を指令値として入力
する電圧制御型周波数変換器を用いて誘導電動機を制御
する誘導電動機のベクトル制御装置において、ｄ軸一次
電流を検出する検出手段と、前記ｄ軸一次電流指令値と
前記検出ｄ軸一次電流との偏差を求め、ｄ軸一次電流偏
差信号を生成する偏差生成手段と、該ｄ軸一次電流偏差
信号に応答して予め定められた演算式により前記一次巻
線抵抗指令値を補正して、補正一次巻線抵抗指令値を求
める第１の補正手段と、過渡状態の際、前記一次電流偏
差信号に応答して予め定められた演算式によりｄ軸一次
電流の過渡変動を押える第２の補正手段とを有すること
を特徴とする誘導電動機のベクトル制御装置が得られる
。

［実施例］ 以下本発明について実施例によって説明する。

まず、誘導電動機のモデルを示す第１図を参照して、こ
こで１、”ｌｄ及びＶＩＱはそれぞれｄ軸及びｑ軸一次
電圧、Ｉ、ｄ及びＩｌｉはそれぞれｄ軸及びｑ軸一次電
流、φ２６及びφ２．はそれぞれｄ軸及びｑ軸二次磁束
、ｒｌ及びｒ２はそれぞれ一次及び二次抵抗値、Ｌ、、
Ｌ２及びＭはそれぞれ一次。

二次、及び相互インダクタンス、σは漏れ係数（σ−Ｉ
　　Ｍ２／Ｌｌ　／Ｌ２　）　、ｐは対極数、ω及びω
、はそれぞれ電気角速度及び機械角速度、Ｐは微分演算
子である。

磁束と同期して回転する座標（ｄ−ｑ座標）において、
誘導電動機の電圧方程式は次のようにボされる。

Ｖｚ−（ｒ　１　　＋ＰｃｒＬ１　）Ｉｚ−ωσＬ＋Ｉ
＋Ｑ＋Ｐ（Ｍ／Ｌ２）　　φ２ｄ−ω　（Ｍ／Ｌ２）　
　φ２゜・・・・・・　（１） Ｖｌ、−（ＩＪ（７ＬＩ　　１１ａ＋　　（ｒ＋　　＋
ＰｃｙＬ＋　）Ｉｚ＋ω　（Ｍ／Ｌ２）　　φ２ａ　　
Ｐ　　（Ｍ／　Ｌ　２　　）　　φ２゜・・・・・・　
（２） Ｑ　−ｒ　２　　（Ｍ／　Ｌ　２　　）　　Ｉ　１ａ＋
　　（Ｐ　＋　ｒ　２　／　Ｌ　２　）　　φ２＋１−
　　（ω−ｐωｔ　）　　φ２ｑ・・・・・・　（３） ０−　　　ｒ　２　　（Ｍ／　Ｌ２　　）　　Ｉ　　Ｉ
Ｑ＋　　（ω−ｐ　ωｒ　）　　φ２．＋　　（ｐ　＋
　ｒ　２　／　Ｌ２　）　　φ２゜・・・・・・　（４
） また、誘導電動機の発生トルク（Ｔ）は、Ｔ　＝　３／
　２　ｐ　Ｍ　／　Ｌ　２　　（φ２ｄｌｌｑ−φ２ｑ
ｌｌｄ）・・・・・・　（５） である。

ところで、ベクトル制御においては、φ２．　ｍ　−定
、φ２．−〇と制御することによって、発生トルク（Ｔ
）をトルク電流成分に対して線形に制御することを目的
とする。ここで式（１）及び（２）により、φ２．が例
（φ２−０）となるｄ軸及びｑ軸一次電圧指令−を定常
状態、について求めるとＶｚ”　ｍｊ、　　　Ｉ、ｄ　
　−ω（７Ｌ、１１Ｑ−（６）’Ｖｌ１１”　−ｒ　１
１１．＋（Ｌ）ＬＩ　　Ｉ　＋ａ　　　　−（７）とな
る。

次に第２図を参照して、本発明によるベクトル制御装置
について具体的に説明する。

（８）、　（７）式により加えられた電圧により誘導電
動機１に流れる一次電流は、電流検出器２によって、Ｕ
相、■相、及びＷ相一次電流ＩＵＳ　ＩＶ％及びＩＷと
して検出される。これら検出されたＵ相、■相、及びＷ
相一次電流工。Ｓ　ＩＶｓ及び１、は、３相２相変換器
３に供給されるる。３相２相変換器３は、Ｕ相、■相、
及びＷ相一次電流Ｉ８、ＩＶｓ及びＩｗから、ｄ軸とＵ
相巻線軸の夾角θの写像として、ｄ軸及びｑ軸一次電流
１１ａ及びＩＩ４を発生する。

減算器４は、ｑ軸一次電流指令値１１♂からｑ軸一次電
流ＩＩＱを減算し、ｑ軸一次電流偏差信号ΔＩＩＱを発
生する。このｑ軸一次電流偏差信号ΔＩＩＱは電流制御
装置５に供給される。電流制御装置５は、ｑ軸一次電流
偏差信号Δ１１．をＰＩ補償して、磁束の回転角速度ω
を発生する。この磁束の回転角速度ωは位相制御装置６
に供給される。

位相制御装置６は、磁束の回転角速度ωを積分して、上
述したｄ軸とＵ相巻線軸の夾角θを発生する。一方、ｑ
軸一次電流１１Ｑは増幅器９及び１５に与えられる。ま
た、ｄ軸一次電流１．ａは減算器１８に与えられ、ここ
で、ｄ軸一次電流指令値Ｉ、４′″と減算される。つま
り、ｄ軸一次電流指令値１、．１１からｄ軸一次電流１
．ｄを減算してｄ軸一次電流偏差信号Δ１１ａを発生す
る。そして、このｄ軸一次電流偏差信号ΔＩ’ｌｄは可
変利得増幅器７及び１５と励磁成分電流補償器１９に与
えられる。

ここで、式（１）と式（６）を比較し、定常状態の場合
を考える。電圧制御型インバータの持つ制御特性、即ち
、電圧指令値に対して瞬時に電圧が応答する特性を考慮
すると、ｄ軸一次電圧指令値Ｖ、ｄ”とｄ軸一次電圧ｖ
ｌｄとは等しｌｒ’（Ｖｌ４”Ｖｚ）ものとして考えて
良く、また、定常状態を考えているので、Ｐ−０である
故に、次式が成立つ。

ｒ　１１１ｄ（Ｌ）　（Ｍ／　Ｌ　２　）φ２ｑ″ｒｌ
Ｉｌｄ・・・・・・　（１０） 完全にベクトル制御されている場合には、φ２Ｑ−〇、
ｒｌ−ｒ＋　　　　ｌ１ｄ−１１ａ”である。今、一次
巻線抵抗ｒ１の変動に伴い、 ｒ１→「１＋Δｒ１、 Ｉ　Ｈｍ−Ｉ　Ｈａ＋ΔＩ、ｄ、 φ２．−Δφ２．　　　　　　　　　　　（１１）とな
った場合を考える。式（１１）を式（１０）に代入し、
（Δ）２の項は零として、近似すると、Δ　ｒ　、　ｌ
ｌａ＋ｒ　ｌ　Δ　ｌ１ｄ−ω　（Ｍ／Ｌ２）　　Δφ
２−　　　　（１２）が得られる。Δφ２．を零にする
には、Δｒｌ　ｍ＋　（ｒ＋　１１　／　Ｉｚ”　）Δ
Ｉ　ｌｄ　　（１３）とすれば良い。

従って、式（１３）に従って一次巻線抵抗指令値「、８
に補正を加えれば、定常状態におけるベクトル制御状態
を最適に維持することができる。

ｄ軸一次電流偏差信号ΔＩ、ｄを受けた可変利得増幅器
７及び１５は、式（１３）に従ってその利得（一次巻線
抵抗指令値ｒ１８）を補正する。そして、可変利得増幅
器７はｄ軸一次電流指令値Ｉ、ｄ″を補正後の一次巻線
抵抗指令値倍して出力する（補正ｄ軸電圧指令値）。ま
た、可変利得増幅器１５はｑ軸一次電流１１ｑを補正後
の一次巻線抵抗指令値倍して出力する（補正ｑ軸一次電
圧）。

ところで以上までの考え方は定常状態についてのみ考え
てきたものであり、過渡状態についてはなり立たない。

そこで過渡状態においても上記のことが成り立つ方式を
考える。（１）式と（６）式を比較した場合、φ２．モ
０と考えると大きな差はＰ（Ｍ／Ｌ２）φ２４である。

（３）式よりφ２．＝０でとなる。従ってｄ軸一次電流
の偏差に従ってえてやれば良い。この方式を以下に示す
。励磁成分電流補償器１９は、ｄ軸一次電流偏差信号Δ
■＋ａ　（Ｉ　１．Ｉ−１ｌｄ）を次の式（１４）で示
す補償値（Ｈ）で補償して補償電圧信号 ΔＶを出力する。

さらに、ｑ軸一次電流１１１１は増幅器９で一次巻線漏
れインダクタンスσＬ１倍された後、掛算器１０で磁束
の回転角速度ωと掛算されて、減算器８の他方の入力（
−人力）に供給される。一方、上述の補正電圧指令値及
び補償電圧信号が減算器８に入力される。この結果、減
算器８の出力からは、式（９）で示すｄ軸一次電圧指令
値Ｖ１１が発生する。このｄ軸一次電圧指令値Ｖ１．＊
は２相３相変換器１１に供給される。

また、ｄ軸一次電流指令値１　、、＋１は、増幅器１２
により、一次巻線インダクタンスし８倍された後、掛算
器１３で磁束の回転角速度ωと掛算されて、加算器１４
の一方の入力に供給される。ｑ軸一次電流１１＋＋は、
増幅器１５で一次巻線抵抗指令値ｒ１″倍されて、加算
器１４の他方の入力に供給される。これにより、加算器
１４の出力からは、ｑ軸−時電圧指令値ｖ１♂が発生す
る。このｑ軸一次電圧指令値Ｖ１♂は２相３相変換器１
１供給される。

２相３相変換器１１は、ｄ軸及びｑ軸一次電圧指令値■
、Ｉ及びｖ、、”から、ｄ軸とＵ軸相巻線軸の夾角θの
写像として、Ｕ相、■相、及びＷ相一次電圧指令値ＶＵ
　　ｖｖ　１及びＶＷ″を発生する。、これらＵ相、■
相、及びＷ相一次電圧指令値Ｖｕ　　Ｖｖ　、及びｖｗ
″は、デッドタイム補償器２０を介して電圧制御型ＰＷ
Ｍインバータ１６に供給される。電圧制御型ＰＷＭイン
バータ１６は誘導電動機１に印加されるＵ相、■相、及
びＷ相一次電圧ＶＵ、Ｖｖ１及びＶＷをＵ相、■相、及
びＷ相一次電圧指令値Ｖｕ　　Ｖｖ及び■ｗ′に追従す
るように誘導電動機１に電圧を印加する。

第２図に示すベクトル制御装置を従来のベクトル制御装
置と比較したところ、従来のベクトル制御装置では、ｄ
軸一次電流偏差信号ΔＩ　＋＋　（Ｉ　Ｉａｌ　ｚ）が
過渡状態において大きく変動している（第３図（ａ））
のに対して、本発明によるベクトル制御装置ではｄ軸一
次電流偏差信号はほとんど変動していない（第３図（ｂ
））。従って、本発明では、定常状態及び過渡状態とも
にｄ軸一次電流指令Ｉｅａ　　とｄ軸一次電流１１ｄと
の偏差Δ１１ａにより一次抵抗ｒ１″を補正することが
出来、誘導電動機のトルクを精度よく制御できる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明では、定常状態及び過渡状態
にかかわらず一次巻線抵抗を補正することが出来るので
、定常状態及び過渡状態ともに高精度に誘導電動機のト
ルク制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用される誘導電動機のモデルを示す
図、第２図は本発明によるベクトル制御装置の一実施例
を示す図、第３図（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ従来のベ
クトル制御装置及び本発明によるベクトル制御装置の特
性を説明するための図である。 １・・・誘導電動機、２・・・電流検出器、３・・・３
相２相変換器、４・・・減算器、５・・・電流制御装置
、６・・・位相制御装置、７・・・増幅器、８・・・減
算器、９・・・増幅器、１０・・・掛算器、１１・・・
３相２相変換器、１２・・・増幅器、１３・・・掛算器
、１４・・・加算器、１５・・・増幅器、１６・・・電
圧制御型ＰＷＭインバータ。 第３図 ｔ（−間）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、励磁に寄与するｄ軸一次電流指令値とこれと直交し
   たトルク発生に寄与するｑ軸一次電流指令値とを入力し
   、ｑ軸一次電流を検出し、該検出されたｑ軸一次電流と
   前記ｑ軸一次電流指令値とから磁束の回転角速度を求め
   、該求められた磁束の回転角速度、前記ｄ軸一次電流指
   令値、一次巻線抵抗指令値、一次巻線インダクタンス、
   及び一次巻線漏れインダクタンスを用いて、ｄ軸及びｑ
   軸一次電圧指令値を算出し、該算出されたｄ軸及びｑ軸
   一次電圧指令値を２相３相変換してＵ相、Ｖ相、及びＷ
   相一次電圧指令値を求め、該求められたＵ相、Ｖ相、及
   びＷ相一次電圧指令値を指令値として入力する電圧制御
   型周波数変換器を用いて誘導電動機を制御する誘導電動
   機のベクトル制御装置において、ｄ軸一次電流を検出す
   る検出手段と、前記ｄ軸一次電流指令値と前記検出ｄ軸
   一次電流との偏差 を求め、ｄ軸一次電流偏差信号を生成する偏差生成手段
   と、該ｄ軸一次電流偏差信号に応答して予め定められた
   演算式により前記一次巻線抵抗指令値を補正して、補正
   一次巻線抵抗指令値を求める第１の補正手段と、過渡状
   態の際、前記一次電流偏差信号に応答して予め定められ
   た演算式により、ｄ軸一次電流の過渡変動を押える第２
   の補正手段とを有することを特徴とする誘導電動機のベ
   クトル制御装置。