JPH02262887A - センサレス速度制御方法 - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、電圧形ベクトル制御による３相電動機のセン
サレス速度制御方法に関する。

Ｂ８発明の概要 本発明は、速度をセンサを用いずに演算で求める電圧形
ベクトル制御による３相電動機のセンサレス速度制御に
おいて、前記速度を、前記電圧形ベクトル制御入力であ
る励磁電流指令及びトルク電流指令と、検出した電動機
電流を３相２相変換と回転座標変換して得た励磁電流成
分及びトルク電流成分との夫々の誤差電流よりトルク軸
（ｑ軸）成分の磁束変動を検出し、出力電圧位相を補正
し、前記トルク軸成分の磁束成分を抑制してトルク軸磁
束を零とし、トルク電流の誤差成分を積分するごとによ
り推定するものである。

Ｃ１従来の技術 従来、誘導電動機のセンサレス速度制御方法は、電動機
電流を検出して３相２相変換とｄ−ｑ座標変換を行い演
算により電動機速度を推定し、速度センサを用いずに電
動機の速度制御を行うもので、固定座標上で磁束を演算
する方法（電気学会半導体電力変換研究会５ＰＣ−８６
−２２，昭６２電気学会産業応用部門全国大会Ｎ０１８
５）と、回転座標上で演算する方法（電気学論Ｄ−１０
７昭６２−２．電気学会論Ｄ−１０８昭６２−２）があ
る。

Ｄ０発明が解決しようとする課題 本発明は、回転座標上で演算する方法に関するもので、
従来方法か演算量が多く、ベクトル制御が精度よく行え
ない等の問題があった。

本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みて
なされたものであり、その目的とするところは、少ない
演算量で磁束推定ができ、ベクトル制御がより精度良く
行える誘導電動機のセンサレス速度制御方法を提供する
にある。

Ｅ９課題を解決するための手段 上記目的を達成するために、本発明におけるセンサレス
速度制御方法は、速度をセンサを用いずに演算で求める
電圧形ベクトル制御による３相電動機のセンサレス速度
制御において、前記速度を、前記電圧形ベクトル制御入
力である励磁電流指令及びトルク電流指令と、検出した
電動機電流を３相２相変換と回転座標変換して得た励磁
電流成分及びトルク電流成分との夫々の誤差電流よりト
ルク軸（ｑ軸）成分の磁束変動を検出し、出力電圧位相
を補正し、前記トルク軸成分の磁束成分を抑制してトル
ク軸磁束を零とし、トルク電流の誤差成分を積分するこ
とにより推定することを特徴とするものである。

Ｆ６作用 電動機の電流ｒｕ、Ｉｖ、［ｗを一３相２相変換と回転
座標変換することによりｄ−ｑ座標における励磁電流成
分１．ｄ及びトルク電流成分１＋Ｑを検出する。

この電流成分Ｉ’ｄ及びＩ＋Ｑを励磁電流指令値＊ １、ｄ　　及びトルク指令値１　＋Ｑ＊とがらそれぞれ
誤差電流成分ΔＩ’ｄ及びΔＩ＋ｑが得られる。

この誤差、電流成分Δ１．ｄ及びΔｒｌｑを使って磁束
変動Δλ、ｑを演算できる。このΔλ、ｑよりｑ軸磁束
位相差Δθを演算する。

ｑ軸磁束位相差Δθが求まれば、出力電圧位相を補正し
、トルク軸成分の磁束成分を抑制してトルク軸磁束を零
に近づけることができる。

トルク軸磁束が補正されれば、磁束ベクトルの位相が変
動してもえ、ｄ成分の変動は無視できるので、誤差磁束
Δλ、ｑの演算が簡単になる。

また、磁束位相補正を行っているので、誤差速度Δωｒ
の演算が簡単になる。そして、この誤差磁束Δωｒを積
分した値を推定速度ωｒとみなしベクトル制御すれば誤
差が零となった時点で速度推定ωｒが実速度ωｒと一致
する。

Ｇ、実施例 速度推定原理について説明する。

かご形誘導電動機へ供給する１次電圧の周波数。

振巾１位相を制御量とするために、一般化座標Ｘ−ｙ軸
を同期速度で回転する１次ベクトルに一致させ、この座
標軸をｄ−ｑとすると、２次回路は短絡されたおり、電
圧は０であるので、ｄ−Ｑ座標軸による電圧方程式は（
１）式で表すことができる。

Ｖｌｄ：１次ｄ軸巻線電圧 Ｌｄ：１次ｄ輪巻線電流 ｉｔｄ：１次ｄ軸巻線電流 ・・・・・・・・・・・・（１） ｖ、ｑ：　２次ｑ輪巻線電圧 ｉ、ｑ：　２次ｑ輪巻線電流 ｉ、ｑ：　１次ｑ軸巻線電流 （２）式を（１）式に代入すると（３）式とな磁束位相
推定 ・・・・・・・・・・・・（３） （３）式を書き直すと（４）式となる。

Ｒ，：１次ｄ軸及びｑ軸巻線抵抗値 り、：１次ｄ軸及びｑ軸巻線自己インダクタンスＲ１＝
２次ｄ軸及びｑ軸巻線抵抗値 し、：２次ｄ軸及びｑ軸巻線自己インダクタンスＭ：２
次及び回転子同軸巻線間の相互インダクタンス Ｐ　：微分演算子＝ｄ／ｄｔ θ　一回転子巻線とｄ軸とのなす角＝ωｒｔωｒは回転
速度（ｐθ＝ωｒ） ωＳ：出力（１次）周波数 ここで、２次磁束はｄ軸成分をλ！ｄ＋　ｑ軸成分をλ
、ｑとすれば λ＊ｄ　＝　Ｍ　ｉ　ｔｄ　＋Ｌ＊ｉ　ａｄλｍ（１＝
　Ｍｉ＋ｑ　＋Ｌｔｆ　ｌＱと表すことができるから、
電流ｉ＊ｄ、ｉｔＱはユニで、Ｉ、ａ＝　Ｌ・Ｌ・−Ｍ
′ Ｌ。

λｔｄ　、λ、ｑ：二次磁束 ベクトル条件λ＊ｑ　＝　ｏ　、λｔｄ＝Ｍ・！、ｄ（
一定）を（４）式１，２行に代入すると、指令電流を発
生するために必要な電圧（５）式が得られる。

Ｉ　ｔｄ” ＊ Ｉｔｑ　　　：指令値 もし、速度推定が一致していれば、この電圧を出カする
ことにより、検出電流は指令値と一致してλ、ｑ−０と
なる。

しかし、速度推定に誤差があれば、電流値に誤差が発生
する。

軸の磁束変化は遅いので、ｐ・λ、ｄ　−０と近似でき
る。

（７）式１行よりΔλ、ｑを求めると（８）式が得られ
る。

ここで、Δ：誤差成分、＊：指令値 （５）、（６）式を（４）式に代入すると、・・・・・
・（７） この（７〉式は速度推定の誤差により電流に誤差が発生
した場合の磁束Δλ、の状態を表す。８次に（８）式よ
り磁束の位相誤差の近似値を求める。

ｑ軸磁束の位相誤差は、ｄ軸の磁束振幅に比べ変動幅が
少ないとすると、制御基準軸と磁束の位相誤差Δθは（
９）式となる。

＊ 八〇−ｊａｎ−’　（Δλｔｑ／λ、ｄ）−Δλ、ｑ／
λ！ｄ　　（９）（５）式の電圧はλ、ｄ＝ｏが前提と
なっており、磁束位相を補正して、λ、ｄ−０となるよ
うに制御しておく。そして、電流値が指令値と一致する
ように出力周波数を変えてみて、一致した点が速度推定
完了点となる。

磁束位相補償 速度推定誤差により制御磁束軸と実磁束との間に位相誤
差が発生して、トルク月瓜動、不安定の原因となる。

このため、ベクトル制御条件［トルク軸磁束−０１を維
持するための補償が必要となる。

本発明では、実磁束の位相に一致するようにＣＰＵ内部
で演算に使用している制御基準位相を変更する。磁束自
体は変化しないので、ベクトル制御条件のトルク軸磁束
の応答が早い。

速度推定 制御電圧源によるベクトル制御条件（４）式で電圧を出
力すると共に、電流検出値とベクトル制御の指令値とが
一致するように出力周波数を補正する。

これにより速度指定と速度制御が同時に行える。

（４）式第４行より ここで、（１０）式に（６）式を代入すると式が得られ
る。

ここで、ベクトル制御条件（１２）式を（１１）式に代
入すると（１３）式が得られる。

△ ここで、ωｒは推定速度 △ 従って、速度推定誤差Δωｒ＝、（ωｒ−ωｒ）は、（
Ｉ４）式となる。

ここで、第１項と第２項は、Ｌ、・Δλｚｑ＝Δλｑ−
Ｍ・ΔＩ＋Ｑ　　となり、二次電流の誤差と二次の漏れ
リアクタンスの項である。これは定常時の等価回路から
求めたものと一致する。第２項、第３項は磁束の誤差の
項であり、磁束位相補正を行っているので、省略すると
第１項のトルク電流成分だけで速度推定できることにな
る。なお、第４項は速度推定が一致すると零となるので
、定常誤差とはならない。

（１４）式の速度推定誤差Δωｒを積分した値を△ 推定速度ωｒとみなしてベクトル制御すれば、誤と一致
する。

実施例について図面を参照して説明する。

第１図において、１は電動機励磁電流指令値＊　　　　
　　　　　　　　　＊ １、ｄ、電動機トルク電流指令値１ｔＱ　　及びインバ
ータ出力周波数ωＳより電動機−次ｄ軸及びｑ軸＊、＊ 巻線電圧指令値ｖｉｄ及びｖ＋ｑを演算する電圧形ベク
トル演算装置、２は演算装置ｌよりの電圧指令＊、＊ 値ｖｉｄ　、　ｖ＋ｑによって作動するＰＭＷ制御イン
バータ、３はインバータ２により速度制御されるかご形
誘導電動機、４は電動機３の相電流■。、１ｖ。

！讐を検出する電流検出器、５は相電流１　ｕ、　Ｉ　
ｖ。

Ｉｗ及び位相角信号θ′が入力され、相電流１ｕ。

Ｉｖ、Ｉｗをｄ−Ｑ座標電流１．ｄ、Ｉ＋ｑに変換する
と共に、ｄ−ｑ座標を回転させる３相２相０回＊ 転座標変換回路、６は電流指令値Ｉｔｄと電流１．ｄと
をつき合わせて誤差電流Δ１．ｄを出力する減算＊ 器、７は電流指令値１＋Ｑと電流１．ｄとをつき合わせ
て誤差電流ΔＩ＋Ｑを出力する減算器、８は誤差電流Δ
Ｉ’ｄ、ΔＩ＋Ｑが入力され、前記（８）式によりｑ軸
磁束誤差成分ΔλｆＱを演算する誤差磁束演算装置、９
は演算装置８よりの誤差成分Δλ、ｑが入力され、前記
（９）式により誤差位相角Δθを出力する磁束位相補償
演算装置、１０は制御された出力電圧の位相角θと誤差
位相角Δθをつき合わせて前記位相角信号θ′を出力す
る加算器である。しかして、この位相角信号θ′により
３相２相９回転座標変換回路５において、制御基る。

１１は誤差電流ΔＩ＋Ｑが入力され、前記（１４）式第
１項により、速度推定誤差成分ΔωｒをｉＡ算へ し、積分して推定速度、ωｒを出力する速度推定演算装
置である。

＊ １２は速度指令値ωｒの変化時の影響を緩和す＊ るクツション回路、１３は速度指令値ωｒと推定ハ 速度ωｒとをつき合わせる減算器、Ｉ４は減算器１３よ
りの信号によりＡＳＲモードのトルク電流＊ 指令値１＋Ｑ　　を出力する速度制御増幅器、１５は＊ 磁束指令量ｆｉＩ＋ｄ　　とトルク指令電流１　＋Ｑ＊
とにより滑り周波数Ｓｓ１．ａを演算する演算回路（な
お、τ＊　＝　Ｌ　ｔ／　Ｒｔ　）である。１６は推定
回転速度準座標を磁束ベクトル方向に補正することがで
き数ωＳを出力する加算器、１７は出力周波数ωＳを位
相角θに変換する変換回路である。なお、制御された出
力周波数ωＳが電圧形ベクトル演算回路に入力されてい
るので、速度制御はＡＳＲ制御に代えて、ＡＣＲ制御と
することができる。

本発明はＬ記のように構成されているので、回転座標に
て電流の指令値検出値との誤差成分から磁束の位相変動
を演算し、磁束補償を行う場合の演算量が磁束の誤差項
のみを計算しており少なくて済む。

Ｈ０発明の効果 本発明は、上述のとおり構成されているので、次に記載
する効果を奏する。

■２次磁束の誤差分を演算して補正しているので、ベク
トル制御がより精度よく行うことができる。

■ＡＳＲ速度制御に代えてＡＣＲ速度制御とじても動作
する。

■磁束推定の演算量が少なくなる。このため、補正も出
力電圧の位相補正だけでよいので、汎用のワンチップで
ＩＫＨｚ程度のＰＭＷ演算を含む速度制御回路が構成可
能となる。

■過負荷時の、トルク指令にリミッタが働いたとので、
周波数補正によるＯＣＬ作用がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロック回路図である。 ｌ・・・電圧形ベクトル演算装置、２・・・ＰＷＭ制御
インバータ、３・・・誘導電動機、４・・電流検出器、
５・・・３相２相０回転座標変換回路、８・・・誤差磁
束演算装置、９・・・磁束位相補償演算装置、１１・・
・速度推定演算装置。 外２名

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）速度をセンサを用いずに演算で求める電圧形ベク
   トル制御による３相電動機のセンサレス速度制御におい
   て、 前記速度を、前記電圧形ベクトル制御入力である励磁電
   流指令及びトルク電流指令と、検出した電動機電流を３
   相２相変換と回転座標変換して得た励磁電流成分及びト
   ルク電流成分との夫々の誤差電流よりトルク軸（ｑ軸）
   成分の磁束変動を検出し、出力電圧位相を補正し、前記
   トルク軸成分の磁束成分を抑制してトルク軸磁束を零と
   し、トルク電流の誤差成分を積分することにより推定す
   ることを特徴とするセンサレス速度制御方法。