JPH04183290A - 誘導電動機の定出力制御方式 - 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】 顔朶上の科里分野 この発明は誘導電動機の定出力制御方式に係り、トルク
分電流と磁束分電流を負荷の状況に応じて最適に制御す
るとともに、速度制御ループゲインをも最適に制御する
ものである。

従来の技術 第２図に誘導電動機の制御方式に於ける、従来技術に基
づく代表的定出力制御回路例を示す。速度設定器１に応
じて誘導電動機１８が回転すると、その速度は速度検出
器１９で検出され、ＦＶ変換器９でアナログ信号に変換
され、速度帰還信号（ＳＦ）として速度制御器２に帰還
され速度制御される。　一方速度帰還信号（ＳＦ）は絶
対値アンプ１１を介して基底速度比較器１２に送られ、
基底速度設定器１３と比較演算される。その結果基底速
度設定器１３の信号より大きい速度が帰還されると、こ
の信号は磁束電流制御器１４に送られ、二次磁束分電流
設定器１５の信号と演算され、非線形関数発生器１６と
微分補償器１７を介して、磁束分電流指令（ＩＦＲ）と
してベクトル演算器３へ送られる。この磁束分電流指令
（ＩＦＲ）は、基底速度設定器１３信号より、速度帰還
信号（ＳＦ）が大きい場合には速度帰還信号（ＳＦ）に
反比例する特性に設計されている。式（１）で示すよう
に誘導電動機に発生する二次磁束（Φ２）は Φ２＝ＮＯ／Ｎ−Φ０・・・・・・・・・（１）（但し
Φ２は誘導電動機に発生する二次磁束、Φ０は二次磁束
分電流設定器１５で設定された基底磁束、Ｎは誘導電動
機の実際速度、Ｎｏは基底速度設定器１３で設定される
基底速度信号である。） 誘導電動機の発生トルクＴは Ｔ＝に１Φ２Ｉ２・・・・・・（２） （但しＴは誘導電動機発生トルク、Φ２は誘導電動機の
二次磁束、Ｉ２は誘導電動機のトルク分電流、に１は定
数（１）で表されるため、誘導電動機の出力は第３図に
示すように基底速度（Ｎｏ　）以上で一定の出力となる
ような定出力特性が得られる。次に、誘導電動機を直流
電動機と同等の性能を発揮させるためのベクトル制御方
式では速度設定信号（ＳＲ）と速度帰還信号（ＳＦ）と
を比較演算させるための速度制御器２と、負荷トルクに
応じた誘導電動機のすべりくωＳ）を制御するためのす
ベリ周波数制御回路と、誘導電動機の出力を基底速度以
上で定出力特性とする為の磁束分電流制御器１４等から
演算回路が構成され、これらの結果をベクトル演算する
為のベクトル演算器３，２相３相変換器４．電流制御器
５．ＰＷλ１制御器６．パワーユニット７を経て制御し
、任意の誘導電動機の定出力特性を得ている。尚、この
制御では、誘導電動機の発生トルクＴは基底速度以下で
は、磁束電流制御器１４の演算値は一定となり、発生す
る二次磁束（Φ２）が一定となるため、得られるトルク
は一定となる。しかしなから、より小形化を図る誘導電
動機の設計では、磁束分電流指令と実際に誘導電動機内
部で発生するトルクに寄与する有効な磁束が比例しない
、所謂、磁束飽和特性を有する為、一般に正弦波で駆動
される誘導電動機では、−回転当たりの磁束が一定でな
くなり、誘導電動機の一回転中に於いて発生するトルク
には、リップルを含むことになる。尚基底速度以上では
、二次磁束（Φ２）は回転数に反比例して、磁束弱め制
御されるために定出力制御されるとともに、磁束飽和の
影響を受けない為に一回転中のドルクリ・ソプルは軽減
される。しかしながら磁束弱めとなっているにも係わら
す、速度制御器２の利得は一定である為に、負荷の慣性
て発生するトルクに応じた最適な速度制御ループゲイン
が確保されず、定出力領域でのゲイン不足を引き起こし
、応答性の悪い制御ループとなっている。尚非線形関数
発生器１６．微分発生器１７は、基本特性には直接関与
しないのて、ここては説明を省略する。

Ｈが　パシようと　る口題占 しかしながら、これだけの制御機能しかもたない従来の
制御方式では、二次磁束（Φ２）に応じた応答性が、特
に高速域で得られないこと、軽負荷時に効率の良い電動
機駆動に対応できない等の大きな欠点があった。更に、
通常磁束飽和をもなせて、安価に設計されているような
誘導電動機では、二次磁束（Φ２）を発生させるための
回転磁界が均一でないため、特に低速時のトルクリップ
ルが大きくなる等の欠陥が問題になっている。

ａ　占を　′ｐ　るｔ・めの このような点を考慮して、この発明では誘導電動機の発
生トルクをその負荷程度に応じて、即ちトルク分電流の
大きさに応じて、磁束分電流を制御し効率の良い電動機
駆動を達成するとともに、トルクリップルをも軽減する
ことができるようにしたものであり、又磁束分電流に応
じて速度制御器２の利得を制御することで、特に基底速
度以上での速度制御ループの応答性を飛躍的に改善する
ことのできる誘導電動機の制御方式をうるものである。

この発明は特に２個の特徴的な付加回路を付加したもの
であり、その一つはトルク分電流に応じた磁束分電流制
御回路であり、もう一つは磁束分電流に応じた速度制御
ループのループゲイン可変回路である。

朗 かくてこの発明の制御方式を採用することにより、特に
定トルク領域でのトルクリップルの低減を図れると共に
、定出力領域での速度制御ループの応答性を高く維持す
ることができる極めて優れた制御方式かえられる。又ト
ルク分電流と磁束分電流の比を合理的に制御することに
より、効率の良い運転が実現できるものである。

実施例 一般的に、誘導電動機のベクトル制御では、電動機の一
次電流を第４図の如くトルク分電流と磁束分電流に分離
し制御する訳であるが、誘導電動機の利点とし直流電動
機の如きブラシや整流子かない為、火花の発生による整
流の問題がなく、任意に各々の電流を設定できる利点が
ある。

一般に、磁束飽和がない領域では磁束分電流（Ｉｏ＞と
二次磁束（φ２）は比例関係にあり、（１）式に示す様
に、その出力トルクは、二次磁束、即ち磁束分電流に比
例することになりこの電流を制御することでに発生トル
クを任意に制御することが可能である。

誘導電動機の設計に当っては、磁束飽和をもたせて設計
するのが一般的であり、第２図の如く非線形関数発生器
１６を設置し補正するのが一般的である。　しかしなが
ら、この方式では、平均的な磁束飽和は制御可能である
が、誘導電動機の一回転内で発生する磁束飽和は補償で
きない為、二次磁束は均一にならない。この為に一回転
中に於ける誘導電動機の発生トルクは均一にならず、ト
ルクリップルを発生することになる。しかしながら、磁
束分電流を弱めて制御すれば、誘導電動機の各相に発生
する磁束は正弦波となり、その合成された二次磁束（φ
２）は、第５図に示す如く誘導電動機一回転中に於いて
均一となり、結果として、誘導電動機の発生トルクは、
リップルを含まない滑らかなトルク特性が得られること
になる。　誘導電動機では、−ｍに磁束が通過する為の
磁路が機構的に制限される為、一定値以上の磁束分電流
下では、この電流と発生する二次磁束が比例しない、い
わゆる磁束飽和の特性があることはよく知られている。

一方、誘導電動機の出力Ｐは Ｐ＝に２Ｔ、Ｎ・・・・・・・・・（３）（但しＰは誘
導電動機発生出力、Ｔは誘導電動機発生トルク、Ｎは誘
導電動機の回転数、に２は定数。）で表わされる。

この為、誘導電動機の出力を一定に制御する定出力制御
では、第２図に示す如き定出力制御回路が備えられ、二
次磁束を回転数に反比例して、制御することで、回転数
の上昇に伴って、磁束を減らしひいてはトルクを減少さ
せること任意の定出力特性を得ているのが一般である。

一方、式（１）に示す様に、誘導電動機の発生トルクＴ
はトルク電流■２と　二次磁束φ２の積で表されると共
に、負荷の慣性に対する必要な起動トルクＴＪはＴＪ　
＝Ｊ、ｄω／ｄｔ・・・・・・は）（但しＪは負荷の慣
性（４Ｊ＝ＧＤ）、ωは回転数。

ｔは時間。） となり、単位時開の加速度を一定に保つ為には、負荷の
慣性に応じたトルクが必要となることを表している。

これらのことから定出力制御回路で、応答性の高い速度
制御ループを達成するには、二次磁束（φ２）の大きさ
に応じた速度制御器２の利得を制御することが必要であ
ることが判る。

第１図にこの発明による改善された誘導電動機の制御方
式の回路構成図実施例を示す。尚ここでは磁束分電流と
二次磁束（Φ２）とが比例関係にあり、飽和しない場合
を例とって主として説明する。又説明の便宜上、第１図
は第２図に対し制御器１〜１９は同一回路構成とし、ト
ルク一定額域でのトルクリップルを軽減する為の制御器
２０〜２６が付加され、更に速度制御器２の利得を制御
する為の制御器２７〜２８を付加したことを特徴とする
制御方式である。ここで２０は絶対値アンプ、２１はト
ルク基準設定器。

２２はトルク／磁束制御器、２３は最大比率設定器、２
４は最小比率設定器、２５は磁束弱め比率演算器、２６
は磁束弱め演算器、２７は磁束比演算器、２８は利得演
算器である。

即ち、トルクリップルを軽減する為の制御回路群では、
速度制御器２の出力、即ちトルク分電流指令を、絶対値
アンプ２０を介して、正逆極性対応とした信号と、任意
に設定できるトルク基準設定器２１の設定値とをトルク
／磁束制御器２２で比較演算した値と、基準設定器２３
で設定した最大比率設定値とを加算したものを、この制
御方式をより実用的にするために、制御ループ安定を図
る２弱め界磁範囲では、トルク分電流に応じた磁束分電
流制御を抑制する為の制御回路、即ち基底速度制御器１
２を介して出力される。基底速度以上で速度に比例した
出力信号と最小比率設定器２４で設定した信号とを加算
した、いわゆる基底速度以上ではトルクリップル軽減効
果を抑制する為の信号で、磁束弱め比率演算器２５を用
いて除した値、即ち定トルク、定出力範囲に対応した磁
束弱め比率信号を取り出す。

更に定出力制御の為の磁束制御器１１〜１５で作り出さ
れた磁束分電流指令を、磁束弱め演算器２６を介して磁
束弱め比率信号で割り算する回路とを具備した、いわゆ
るトルク分電流指令に反比例し、基底速度以上即ち定出
力範囲では、弱め制御を制する方向で作り出される磁束
分電流指令の制御回路である。一方、この磁束弱め制御
器２６て出力された実際の二次磁束分電流指令信号で、
二次磁束分電流設定器１５で設定された信号を除した弱
め界磁比率値即ち磁束比演算器２７の出力で速度制御器
２の出力を除した値即ち利得演算器２７の出力を帰還信
号とするような帰還回路を備えた速度制御器２をもち、
磁束の強さに応じて速度制御器２の利得を制御し、誘導
電動機の発生トルクに応じた速度ループの高い応答性を
も合わせて得られるようにした制御回路を備えたもので
ある。

魚盟Ω勉果 以上のように、この発明の制御方式を用いることにより
、一般に高精度のトルクリップルを必要とするような所
謂所要負荷トルクが小さく、トルク分電流指令が小さい
制御状態でのトルクリップルの低減が図れるとともに、
定出力領域での　速度制御ループの応答性を高く維持す
ることができる極めて優れた制御方式がえられるもので
あり、又トルク分電流と磁束分電流の比を合理的に制御
することにより、効率の良い運転が実現できるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による誘導電動機の制御方式の実施例
回路構成図であり、第２図は従来例に属する誘導電動機
の制御方式の一実施例回路構成図である。又第３図は誘
導電動機の出力特性線図、第４図は誘導電動機の一次電
流をトルク電流と磁束分電流に分離し制御する場合を示
す特性線図、第５図は誘導電動機の磁束分電流を弱めて
制御することにより得られるトルク特性線図を示す。 図で１８は誘導電動機、２０は絶対値アンプ、２１はト
ルク基準設定器、２２はトルク／磁束制御器、２３は最
大比率設定器、２４は最小比率設定器、２５は磁束弱め
比率演算器、２６は磁束弱め演算器、２７は磁束比演算
器、２８は利得演算器。 出　願　人　　日本リライアンス株本会社ＣｃＬゲ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、誘導電動機の一次電流をトルク分電流と磁束分電流
   とに分離し制御するベクトル制御装置に於いて、トルク
   分電流指令の大きさに応じて磁束分電流を制御するトル
   ク／磁束分電流制御回路と、磁束分電流に応じた速度制
   御ループの利得を得るループゲイン可変制御回路とを備
   えることにより、トルク分電流指令の大きさに応じて磁
   束分電流の大きさを制御するとともに、磁束分電流に応
   じて前記ループ可変制御回路に属する速度制御器の利得
   を制御して、優れた速度制御ループの応答性を得られる
   ようにしたことを特徴とする誘導電動機の定出力制御方
   式。