JPH0344511B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はPWMインバータを介して誘導電動機
を可変制御する誘導電動機のベクトル制御装置に
係り、特に安定な可変速制御を可能とするすべり
周波数制御形のベクトル制御装置に関する。

〔発明の背景〕

誘導電動機のベクトル制御は、電動機の励磁電
流（即ち磁束）を一定に保ち、それに直交するト
ルク電流をその指令値と一致するように制御し、
このようにして誘導電動機の速度を精度よく制御
するものであり、すべり周波数制御形のベクトル
制御装置は、例えば特開昭57−199489に開示され
ている。ところがこのベクトル制御装置では、誘
導電動機の速度の検出系或はその目標設定値に異
常があると、以下に述べるように電動機が暴走す
る危検があつた。

第５図は従来の誘導電動機のベクトル制御装置
の構成例を示すブロツク図で、すべり周波数制御
形のものである。この詳細な動作は前記特開昭57
−199489に詳しいが、概略を説明すると以下のよ
うである。第５図に於てPWMインバータ１はト
ランジスタあるいはゲートターンオフサイリスタ
等のスイツチング素子で構成され、直流電源４か
らの直流を交流に変換し、誘導電動機２へ供給す
る。この交流の周波数及び電圧は、交流器３で検
出された電動機２の一次電流ｉと、２相／３相変
換器８より出力された一次電流の指令値ioとをヒ
ステリシスコンパレータ７で比較し、その出力を
パルスアンプ６で増幅した信号によりスイツチン
グ素子をオンオフすることによつて制御される
（ここは実際には３相の構成である）。誘導電動機
２の回転速度ωは速度発振器５及び速度検出器１
９により検出され、その指令値ω₀とともに速度
演算器１２へ入力されて、ここでこの偏差に対応
したトルク電流指令値I_tpが算出される。リミツタ
１３はこの指令値I_tpを電動機２の運転範囲に制限
する。すべり周波数変換器１４はトルク電流指令
値I_tpに対応したすべり周波数指令ω_spを算出する
からこれと実回転速度ωとの和、つまり加算器２
３の出力は一定周波数指令値ω₁₀となる。この指
令値ω₁₀は電動機２の回転方向により正又は負と
なるが、この判定を行う正逆判定器１７と絶対値
回路１５、電圧／周波数変換器１６、アツプダウ
ンカウンタ１８は指令値ω₁₀に対応した周波数の
パルス列を正確に作り出す回路である。但し固定
周波数リミツタ２０は周波数指令｜ω₁₀｜の上限
ω_1nを与え、電動機がこれ以上の速度にならない
ようにするものである。このようにして電動機に
印加する交流の周波数、つまりPWMインバータ
１のゲートのオンオフ周波数がアツプダウンカウ
ンタ１８の出力パルスで与えられたから、これか
ら２相変換器１１により互に直交するｄ軸，ｑ軸
の２相交流sinω₁₀t，cosω₁₀tを生成し、ベクトル
演算器９，１０によつてこれらと励磁電流指令
I_np、トルク電流指令I_tpとよりｄ軸成分電流指令
i_dp、ｑ軸成分電流指令i_qpを生成する。これらの
指令は２相／３相変換器８へ入力され、３相の電
流指令i₀＝（i_up，i_vp，i_wp）に変換されて前述のよ
うにPWMインバータのオンオフ制御が行わせ
る。

以上のベクトル制御装置では、正常時には第６
図に示すように、電動機速度の検出値ωにすべり
周波数指令ω_spを加えて得た一次周波数指令ω₁₀で
電動機は制御され、この時のトルクカーブＴと負
荷トルクの交点Ａは丁度速度の検出値ωに対する
トルクカーブＴ上の点となつており、これが動作
点である。むろんこの時速度検出値ωと速度指令
値ω₀と実速度ω_rは同一となり、またすべり周波
数指令ω_spと実際のすべり周波数ω_sは一致してい
る。ところが、速度検出値ωが何らかの検出回路
の異常により実際の速度ω_rと異なりω＝ω_r（１＋
α）となつた時には、実速度ω_rが速度指令ω_pと
なるように制御されるからその時の速度検出値ω
は（１＋α）ω_r＞ω_r＝ω_pとなる。ω＞ω_pとなる
ためにすべり周波数指令ω_spは負の値になる。し
かしこの値はリミツタ１３の動作によりその最大
値±ω_snに制限されるから、αがある程度大きい
とω_sp＝−ω_snと考えられ、第７図に示すように検
出値ωからω_snを差し引いた点に一次周波数指令
ω₁₀がきて、この点を通るトルクカーブT1が実速
度ω_r（＝ω_p）と交る点Ｂが動作点となろうとす
る。しかしこの点Ｂのトルク値は負荷トルクより
も大きく、電動機は加速され、実速度ω_rは第７
図のω_r2（Ｃ点）へ移動する。しかしこうなつても
速度検出値ω₂＝（１＋α）ω_r2はやはりω_r2の（１
＋α）倍になるから、すべり周波数指令は相変ら
ず一ω_snとなり、第７図点線のトルクカーブT2上
のＣ点で運転が行われ、加速は続く。このように
して固定周波数リミツタ２０で制限される一次周
波数指令ω_1nまで加速する。ところがリミツタ２
０の制限値ω_1nは広い範囲の速度指令値ω_pと種々
の負荷トルク（従つて種々のすべり周波数指令）
の値に対して制限を加えない程度の大きさでなけ
ればならないから、ω₁₀＝ω_1nになることは暴走
ないしはそれに近い状態であつて危険な状態であ
る。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、速度検出値が速度検出器の異
常時により実速度と異なつた場合でも暴走加速さ
れることを防止する機能を有した誘導電動機のベ
クトル制御装置を提供するにある。

〔発明の概要〕

本発明は、一次周波数指令ω₁₀の制限値を、速
度指令ω_p（可変）と運転範囲で決定される最大す
べり周波数設定値ω_snとの加算値によつて可変設
定するようにしたことを特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明を実施例により説明する。第１図は
本発明の一実施例を示すもので、同図は第５図の
固定周波数リミツタ２０に代つて可変周波数リミ
ツタ２１が用いられている以外は全く同じであ
る。この可変周波数リミツタ２１の実施例は第２
図に示す通りで、速度指令ω_pの絶対値｜ω_p｜を
絶対値回路２２で作成し、これを第５図で説明し
た最大すべり周波数の設定値ω_sn（＞０）との和
を加算器２３で算出して、その時の速度指令ω_p
に対応した一次周波数指令値の制限値ω_10nを生
成する。可変リミツタ２４は一次周波数指令の絶
対値｜ω₁₀｜が生成された制御値ω_10n以上なら出
力をω_10nとし、それ以下なら｜ω₁₀｜をそのまま
出力ω₁₀₀とする。このように、可変周波数リミツ
タ２１の出力ω₁₀₀は速度指令ω_pに対応してω_10n＝
｜ω_p｜＋ω_snをこえないようにリミツトされる。

第３図はこの実施例に於て速度帰還ループが正
常で速度検出値ω＝実速度ω_rの場合の運転特性
を示すもので、トルクカーブと横軸との交点であ
る一次周波数指令ω₁₀からすべり周波数指令ω_spを
差引いた速度ω＝ω_r＝ω_p上の点Ａで運転が行わ
れる。この時は可変周波数リミツタ２１に於る一
次周波数指令の制限値ω_10nは｜ω_p｜＋ω_snでこれ
はω_sn＞｜ω_sp｜だから常にω₁₀より大きい。また
可変最大発生トルクはω₁₀から最大すべり周波数
指令ω_snを差引いた位置のＢ点で与えられる。こ
れらは第５図の従来例の動作を示す第６図の場合
と同じである。ところが速度帰還ループに異常が
発生し、速度の検出値ωが実速度ω_rの（１＋α）
倍となつた時は第４図に示すような動作となる。
即ちまず実速度ω_rはその指令値ω_pと一致するよ
うに制御され（Ａ点）るが、この時速度検出値ω
＝（１＋α）ω_p＞ω_pであるので、α＞０がある程
度大きいとすべり周波数指令はω_sp＝−ω_snであつ
て、ω−ω_sn＝ω₁₀が一次周波数指令になる。つ
まりこの値ω₁₀でトルク＝０となる実線のトルク
カーブ上で、ω₁₀より実際のすべり周波数ω_sだけ
下つた点Ａが運転点となるが、これは負荷トルク
よりも大きいトルクを発生するのは従来例と同じ
である。従つて電動機は加速され一次周波数指令
ω₁₀も上昇するが、速度指令ω_pが一定であるから
一次周波数指令ω₁₀は｜ω_p｜＋ω_sn＝ω_10n以上に
はならない。従つてトルクカーブは第４図の破線
のT2となり、運転点はＢ点のように負荷とバラ
ンスした点になる。この時の実速度をω_r2とする
と、これと速度指令ω_pとの相対偏差εは ε＝（ω_r2−ω_p）／ω_p で与えられる。ところが誘導電動機の最大すべり
周波数指令値ω_sn（この時最大トルクになる）は
数％以内であり、ω_r2−ω_p＜ω_snであるからεは
数％以下である。即ち速度帰還ループに異常があ
つても、実速度ω_r2をほぼ速度指令値ω_pに等しく
なるように制御することができる。なお第２図に
於て、異常検出器２６は、以上で説明した本発明
の機能には必須のものではないが、可変リミツタ
回路２４の出力ω₁₀₀が加算器２３よりの一次周波
数の制限値ω_10nと一致したときこれを検出し、
速度帰還ループが異常と判定するもので、例えば
この検出器２６の出力Ｑによりアラーム信号を出
すようにすれば異常を早期発見できる。

〔発明の効果〕

以上の実施例から明らかなように、本発明によ
れば、すべり周波数制御形ベクトル制御方式の基
準となる速度帰還ループの異常があつても誘導電
動機は暴走加速することなく、速度指令とほぼ同
じ速度の運転を行えるから、機械破損や人身事故
を防止し、安全な運転ができるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図、第２図は
本発明の特徴とする可変周波数リミツタの実施例
を示す図、第３図及び第４図は第１図の実施例の
動作説明図、第５図は従来のベクトル制御装置の
構成例を示す図、第６図及び第７図は第５図の装
置の動作説明図である。 ２…誘導電動機（IM）、１２…速度演算器、１
３…リミツタ、１４…すべり周波数変換器、１５
…絶対値回路、２２…絶対値回路、２３…加算
器、２４…可変リミツタ回路、２１…可変周波数
リミツタ、２６…異常検出器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 誘導電動機への供給交流電力の周波数を、与
   えられた速度指令値と誘導電動機の速度検出値と
   の差である速度偏差から算出したすべり周波数指
   令値に上記速度検出値を加算して得た一次周波数
   指令値と等しくなるように制御し、かつ上記供給
   交流電力の振幅及び位相を、与えられた励磁電流
   指令値及び上記速度偏差により定まるトルク電流
   指令値とから決定するように構成した誘導電動機
   のベクトル制御装置に於て、上記一次周波数指令
   値を上記速度指令値を予め定められたすべり周波
   数指令値の最大値との和によつて定められた制限
   値に制限する可変周波数リミツタを設けたことを
   特徴とする誘導電動機のベクトル制御装置。