JPH0254039B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はサイリスタモータのトルクリプルを抑
制するトルク制御装置の改良に関する。

出力電流が方形波状であるサイリスタ変換器に
より同期電動機を駆動するサイリスタモータで
は、電流の高調波分によりトルクリプルが発生す
る。トルクリプルを抑制する方法として電機子巻
線を多相化する方法があるが、サイリスタの相数
も増すため、特に中小容量機では製作コストが上
昇する。また、多相化によらない方法として、電
動機入力からトルクリプルを検出し、これに基づ
いて電機子電流をトルクリプルと逆位相に変化さ
せトルクリプルを打消す制御方法が知られてい
る。しかし、トルクリプルが特に問題となるよう
な低速回転においては、電動機入力に占める変換
器損失や電動機銅損などの割合が大きく、真に発
生トルクに寄与する入力成分が小さいため、その
検出精度が低く、トルクリプルを十分抑制するこ
とが難しい。

この点を改善できる方法として、先に特公昭52
−50364号で述べられているような方法が公知で
ある。すなわち、電動機の回転子位置を検出する
位置検出器の位置信号に基づいてトルクリプルの
基本波周波数に等しい信号を検出し、それに従つ
て電機子電流をトルクリプルと逆位相に変化させ
ることによりそれを抑制する方法である。しかし
このものでは、電機子電流や界磁大きさなどの運
転条件が一定している場合では問題ないが、運転
条件が変化すると電機子反作用によつて位置検出
器の信号位相と実際トルクリプルの位相が一致し
なくなる。すなわち、電動機磁束と実際の回転子
の位置検出結果は負荷の変動が無ければ一致して
いるが、負荷の急激な変動が発生するとずれが生
じるために、トルクリプルを十分に除去できない
という欠点を有する。

更に他の抑制方法として、同一発明者等は特開
昭54−13919号公報記載のものを提案している。
これは、電動機の回転子位置信号と電機子電流に
比例した信号との積から電動機トルクに比例した
信号を検出し、このトルク比例信号と指令信号と
の偏差に応じて変換器出力電圧を制御することに
より、トルク脈動を抑制するものである。しかし
この方法は、同公報第２頁右下欄11行〜第３頁左
上欄第３行目に記載されているように、電動機電
圧と位置信号が同位相であることが条件であり、
位相が異なれば、位置信号と電流の積は真のトル
クに対して誤差を持ち、トルクリプルの抑制が困
難となる。このように位相がずれる原因として
は、前記従来技術と同様な運転条件の変化による
電機子反作用による影響がある。

本発明の目的は、このような各種従来技術の欠
点を解消し、運転条件が変化した場合であつて
も、トルクリプルを精度良く抑制することのでき
るサイリスタモータのトルク制御装置を提供する
にある。

本発明の特徴は、変換器の出力電流に比例した
信号と位置信号に基づいて電動機磁束を演算し、
この演算で求めた電動機磁束と前記出力電流比例
信号とから電動機トルクを求めることにより、運
転条件の変化に影響されることなく高精度に電動
機トルクを求め、このトルクと指令値との差に応
じて電機子電流指令を変化させるようにしたとこ
ろにある。尚ここで、変換器の出力電流比例信号
とは、周知のように変換器出力を直接検出する方
法の他、後述の第２図等に示すように演算で求め
ることもできる。

第１図に本発明の一実施例を示す。

第１図において、１は可変電圧可変周波数の交
流を出力するサイクロコンバータ、２は同期電動
機、３は電動機２の回転速度を検出するための速
度検出器、４は速度指令回路、５は速度偏差増巾
器で、この出力はトルク指令値となる。６はトル
ク偏差増巾器、７は増巾器６と自動パルス移相器
１２の出力信号及び、位置検出器１１の出力信号
に基づいて電動機の発生トルクを演算するトルク
演算回路、８はサイクロコンバータ１の交流電力
電流を検出する電流検出器、９は電流偏差増巾
器、１０はサイクロコンバータ１の電源側点弧角
（制御遅れ角）を制御するための自動パルス移相
器、１１は界磁と電機子の相対位置を検出するた
めの位置検出器、１２は電動機側点弧角（制御進
み角）を制御するための自動パルス移相器、１３
は自動パルス移相器１０，１２の出力信号の論理
積に従つてサイリスタのゲート信号を発生するゲ
ート出力回路である。

第２図にトルク演算回路７の詳細な構成図を示
す。

第２図において、電流演算回路１４は速度指令
回路４の速度指令信号と速度検出器３の検出信号
から速度偏差増巾器５の出力トルク指令値を求
め、トルク増幅器６で増幅した値、すなわち増幅
器６の出力信号である電流指令信号I_Pと自動パル
ス移相器１２の出力信号Ｄに基づいて電動機の電
機子電流を演算する電流演算回路、１５はその演
算された電流信号にと位置検出器１１の出力信号
に基づいて電流のｄ軸分およびｑ軸分を演算する
dq軸電流演算回路、１６は磁束演算回路、１７，
１８は掛算器、１９は加算器でこの出力信号が増
巾器６の入力に加えられる。

次に本発明の動作について説明する。

トルク偏差増巾器６とトルク演算回路を除く構
成要素は、周知の交流方式サイリスタモータの制
御装置と同一である。すなわち、検出器８、増巾
器９および自動パルス移相器１０からなる電流制
御回路は、サイクロコンバータ１の電源側点弧角
を制御することによつて、電動機電流を増巾器５
の出力信号（速度偏差）に比例するよう制御す
る。一方、位置検出器１１および自動パルス移相
器１２からなる位相制御回路はサイクロコンバー
タ１の電動機側点弧角を制御することにより、電
動機電流を誘起々電力に対し所定位相に制御す
る。このようにして電動機２は所定力率で運転さ
れ、電動機２のトルクは速度偏差に応じて制御さ
れて速度制御が行われる。

次に、トルク演算回路７およびトルク偏差増巾
器６の動作を第３図に示す波形図を用いて説明す
る。

電流演算回路１４は自動パルス移相器１２とト
ルク偏差増巾器６の出力信号から電動機電流に相
当した電流信号i_U〜i_Wを出力する。その関係を式
で示すと次の通りである。

i_U＝（ａ−ｂ）｜i_ap｜ i_V＝（ｃ−ｄ）｜i_ap｜ i_W＝（ｅ−ｆ）｜i_ap｜ ………(1) ここで、信号ａ〜ｆは第３図に示すようなパル
ス幅が120度の信号であつて、サイクロコンバー
タ１の電動機側の転流を制御する信号で、信号
ｂ，ｄ，ｆに付記した負号は極性反転して加算す
ることを示している。また｜i_ap｜はトルク偏差
増巾器６の出力信号（電流指令信号）の絶対値で
ある。これらの演算は例えば第４図に示すような
絶対値回路２０、アナログゲート２１〜２６およ
び減算器２７〜２９から成る回路で行われる。こ
のようにして第３図に示す信号i_U〜i_Wが得られ
る。さらに次式に示す演算を行い、i_U〜i_Wの３相
信号を２相信号i〓，i〓に変換する。この変換は後
の演算を簡単にするために行うもので、周知の直
交２軸変換により行える。

なお、２相信号i〓，i〓への変換は(1)、(2)式から
明らかなように次式によつて一度に行うこともで
きる。

次に、dq軸電流演算回路１５において、次式
に従いｄ，ｑ軸電流信号i_d，i_qを演算する。

i_d i_q＝ cosωt sinωt −sinωt cosωti〓 i〓 ………(4) ここで、cosωt、sinωtは位置検出器１１の信
号に基づいて取り出される正弦波信号であつて、
電動機２の無負荷誘起々電力e_Uと第３図に示す位
相関係にある。(4)式の演算は、第５図に示すよう
に掛算器３０〜３３および加減算器３４，３５に
より行える。ｄ軸電流i_dおよびｑ軸電流i_qの波形
は第３図示のようになる。

次に、磁束演算回路１６において、ｄ軸および
ｑ軸の磁束φ_d，φ_qを次式に従い演算する。

φ_d＝１＋T_1dＳ／１＋T_2dＳ（i_f′＋i_d） ………(5) φ_q＝１＋T_1qＳ／１＋T_2qＳ・i_q） ………(6) ここに、T_1d，T_2d，T_1q，T_2qは電動機２のダ
ンパ巻線の時定数、i_f′は界磁電流（電機子側換
算）に比例した信号である。これらの演算は例え
ば第６図に示すよう演算増幅器Ａ、抵抗Ｒおよび
コンデンサを用いて容易に行える。

さらに、掛算器１７，１８と減算器１９におい
て次式の演算を行い、電動機２の発生トルクτ_eを
演算する。

τ_e＝φ_d・i_q−φ_q・i_d ………(7) (7)式で求めたトルクτ_eはトルク演算値としては
トルク偏差増巾器６に加えられる。

トルク演算回路７はフイードバツク系を形成し
ており、かつ増巾器６は通常ゲインが高くなつて
いる。したがつて、トルク演算回路７のトルク演
算値は強制的に増巾器５の出力信号であるトルク
指令値に比例するようになる。この結果、増巾器
６の電流指令信号i_apは第３図に示す如くトルク
脈動と逆位相に形成される。したがつて、電流指
令信号i_apに比例して電動機電流を変化させるこ
とにより発生トルクの脈動を抑制することができ
る。その際、トルク演算値は電機子電流、界磁電
流および制御進み角を考慮して行つているので、
運転条件に関係なく十分な精度でトルクリプルを
抑制することができる。

以上のように本発明によれば、運転条件が変化
しても高い精度でトルクリプルを抑制することが
できる。

なお前記実施例では、サイリスタ変換器に一定
周波の交流を可変周波の交流に直接変換するサイ
クロコンバータを用いた例について述べたが、順
変換器と逆変換器により直流回路を介在して周波
数変換を行う、いわゆる直流方式サイリスタモー
タにも本発明は適用でき同様の効果が得られるの
は勿論である。

また、制御演算手段にアナログ回路を用いる場
合について説明したが、デイジタル演算による場
合でも本発明は適用できるのは明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、サイ
リスタモータ装置の回路構成図、第２図および第
４〜６図は第１図に示す回路要素の詳細な回路
図、第３図は本装置の動作を説明するための波形
図である。 １……サイクロコンバータ、２……同期電動
機、３……速度検出器、４……速度指令回路、５
……速度偏差増巾器、６……トルク偏差増巾器、
７……トルク演算回路、８……電流検出器、９…
…電流偏差増巾器、１０……自動パルス移相器、
１１……位置検出器、１２……自動パルス移相
器、１３……ゲート出力回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 可変電圧可変周波数の交流を出力するサイリ
   スタ変換器と、該変換器により、駆動される同期
   電動機と、前記変換器の出力電流を電流指令信号
   に応じて制御するための電流制御手段と、前記電
   動機の磁界と電機子の相対位置を検出する位置検
   出器と、該位置検出器の位置信号に基づいて前記
   サイリスタ変換器の点弧位相を制御する位相制御
   手段とを有するサイリスタモータのトルク制御装
   置において、前記変換器の出力電流に比例した信
   号と前記位置信号とに基づいて前記電動機の磁束
   を求める磁束演算手段と、該手段でもとめた電動
   機磁束と前記変換器の出力電流比例信号とから電
   動機発生トルクを求めるトルク演算手段と、該手
   段で求めたトルク演算値とトルク指令値との差に
   応じて前記電流指令信号を変化させる手段とを備
   えたことを特徴とするサイリスタモータのトルク
   制御装置。