JPH04364384A - 誘導電動機の抵抗推定起動装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、三相誘導電動機をイン
バータにより駆動する技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】三相誘導電動機の制御方式は、速度検出
装置を必要とせず、高速高精度にトルクや速度が制御で
きる、速度センサレスベクトル制御方式が近年脚光を浴
びており、例えば、平成２年電気学会全国大会講演論文
集の第６分冊の第６−４３〜６−４４頁に記載された論
文「瞬時空間ベクトル理論を応用した速度センサレスベ
クトル制御」等にも発表されている。

【０００３】図２は、速度センサレスベクトル制御の一
例のブロック図であり、この図によって従来技術をを説
明する。

【０００４】ＰＷＭインバータ１により電力が供給され
る三相誘導電動機２の三相の一次電圧ｖｕ　，　ｖｖ　
，ｖｗ　を電圧検出器３で検出する。また三相一次電流
ｉｕ　，ｉｖ　，ｉｗ　を電流検出器４で検出する。状
態変数演算器５では、検出された一次電圧ｖｕ　，　ｖ
ｖ　，ｖｗ　および一次電流ｉｕ　，ｉｖ　，ｉｗ　よ
り、 　　Ｖ１　＝√（２／３）［ｖｕ　−ｖｖ　／２−ｖｗ
　／２＋ｊ√（３）／２（ｖｖ　−ｖｗ　）］　　　　
　　（１）　　Ｉ１　＝√（２／３）［ｉｕ　−ｉｖ　
／２−ｉｗ　／２＋ｊ√（３）／２（ｉｖ　−ｉｗ　）
］　　　　　　（２）　　Ψ２　＝∫｛Ｌ２／Ｍ　（ｖ
１　−Ｒ１　Ｉ１）−Ｋ（Ψ２　−Ψ２ｉ）｝ｄｔ　　
　　　　　　　　−（Ｌ１　Ｌ２　／Ｍ−Ｍ）Ｉ１　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　（３）　　Ψ２ｉ＝∫（Ｍ／Ｌ２　Ｉ１　−Ｒ
２／Ｌ２　Ψ２ｉ＋ｊωｍ　Ψ２ｉ）ｄｔ　　　　　　
　　　　　　（４）　　ω２　＝ｄ／ｄｔ（ｔａｎ−１
ψ２ｑ／ψ２ｄ）　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（５）　　
ωｓ　＝Ｒ２　Ｍ／Ｌ２（ψ２ｄｉ１ｑ−ψ２ｑｉ１ｄ
）　／　（ψ２ｄ２　＋ψ２ｑ２）　　　　　　　　（
６）　　ωｍ　＝ω２　−ωｓ　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　（７）　　Ψ１　＝Ｍ／Ｌ
２　Ψ２ｉ＋　（Ｌ１　−Ｍ２／Ｌ２）Ｉ１　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（８）　　
Ｔ＝ψ１ｄｉ１ｑ−ψ１ｑｉ１ｄ　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　（９）の演算をする。ここで、 Ｖ１　；一次電圧ベクトル Ｉ１　；一次電流ベクトル Ψ２　，Ψ２ｉ；二次鎖交磁束ベクトルω２　；Ψ２　
の回転角周波数 ωｓ　；Ψ２　に対する回転子のすべり角周波数ωｍ　
；回転子の回転角周波数 Ψ１　；一次鎖交磁束ベクトル Ｔ　　；トルク ψ２ｄ，ψ２ｑ；Ψ２　のｄ，ｑ軸成分ψ１ｄ，ψ１ｑ
；Ψ１　のｄ，ｑ軸成分Ｌ１　，Ｌ２　；一次，二次イ
ンダクタンスＭ　　；相互インダクタンス Ｋ　　；積分ドリフト補償ゲイン Ｒ１　，Ｒ２　；一次，二次抵抗 ｊ　　；ベクトルを複素数表現した時の虚数部を意味し
、それはベクトルのｑ軸に相当する。 である。またｄ−ｑ軸は静止した座標軸である。そして
以下ωｍ　を速度と称することにする。

【０００５】速度ωｍ　とその指令ωｍ　＊　との誤差
は、加減算器６で演算され、ＰＩ増幅器７でトルク指令
Ｔ＊　となる。トルク指令Ｔ＊　はトルク制限器８を通
して最大値が制限されてＴ＊　′となる。Ｔ＊　′と磁
束指令Ψ＊　及び状態変数演算器５の出力のトルクＴと
一次鎖交磁束ベクトルΨ１　が、トルク磁束制御器９に
入力され、トルクＴが入力されるトルク指令Ｔ＊　′に
追従し、且つ一次鎖交磁束ベクトルの絶対値｜Ψ１　｜
が磁束指令Ψ＊　に追従するように、スイッチング信号
Ｓｕ　，Ｓｖ　，Ｓｗ　がこのトルク磁束制御器９から
ＰＷＭインバータ１に出力される。磁束指令Ψ＊　やト
ルク制限器８のトルク制限値ＴＬＭは、起動モード発生
器１０から得られる。起動モード発生器１０は、起動信
号ＳＴ　を入力とし、この起動信号ＳＴ　が“０”の時
は磁束指令Ψ＊　及びトルク制限値ＴＬＭ共に零であり
、起動信号ＳＴ　が“０”から“１”に変化してからｔ
１時間後までに磁束指令Ψ＊　を５０％まで増加させる
が、トルク制限値ＴＬＭはこの時まで零のままとする。 その後２ｔ１までに磁束指令Ψ＊　を１００％まで増加
させると共に、トルク制限値ＴＬＭも０％から　１５０
％まで増加させる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来技術において速度
ωｍ　やトルクＴ、一次鎖交磁束ベクトルΨ１　がそれ
ぞれ指令値ωｍ　＊　やＴ＊　′、Ψ＊　に追従するよ
うに制御される。そのωｍ　やＴ、及びΨ１　は一次電
圧ベクトルＶ１　や一次電流ベクトルＩ１　より、電動
機定数のＲ１　、Ｒ２　、Ｌ１　、Ｌ２　、Ｍを用いて
演算されるので、もしそれらの定数が実際の値と違って
いると、演算される速度ωｍ　やトルクＴ、一次鎖交磁
束ベクトルΨ１　もそれぞれの真の値と違うようになっ
て、ωｍ　＊　、Ｔ＊　′、Ψ＊　と実際のωｍ　、Ｔ
、｜Ψ１　｜との間に誤差を生じるようになる。

【０００７】電動機定数のうちＬ１　、Ｌ２　、Ｍは運
転中にほとんど変化しないので、最初に正確な値を状態
変数演算器５に設定しておけば、上記の問題は生じない
。しかしながら、電動機定数のうちＲ１　とＲ２　とは
電動機の温度によって変動するので、設定したＲ１　、
Ｒ２　の値と実際のＲ１　、Ｒ２　の値との間に誤差を
生じるようになる。例えば、電動機の温度がＲ１　、Ｒ
２　の設定温度よりも高かったならば、起動時に充分な
起動トルクを発生できず、起動できなかったり速度指令
よりも高速で回転してしまったりする。本発明はこのよ
うな問題点を解決しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記従来技術の問題点を
解決するために、本発明は電動機の起動時に、すなわち
起動信号ＳＴ　が零から立ち上がった直後から一定時間
、直流電圧または脈流電圧を一時的に印加する直流また
は脈流電圧発生手段と、該電動機の１相の起動電流を検
出する起動電流検出手段と、基準温度での該電動機の一
次抵抗や二次抵抗および起動電流を記憶している基準値
記憶手段と、前記起動電流検出手段の出力と基準値記憶
手段の出力とを入力して該電動機の一次抵抗と二次抵抗
とを推定する抵抗推定手段とを具えていることを特徴と
する。

【０００９】

【作用】例えば、直流または脈流電圧発生手段の出力電
圧Ｅを、標準温度で停止している三相誘導電動機のＶ−
Ｗ相端子を短絡し、Ｕ−Ｖ相端子間に印加した場合に、
図３に実線で示したようにＵ相電流ｉｕ　が流れたとす
る。この時、流し始めてからの時間が充分に長いｔ２時
間後に流れる電流は、標準温度における抵抗をＲ１ｎと
すると２Ｅ／３Ｒ１ｎである。起動時の温度が標準温度
より高い場合には抵抗Ｒ１　が大きくなりＲ１　＞Ｒ１
ｎで示した破線のように電流が流れる。逆に起動時の温
度が標準温度より低い場合には抵抗Ｒ１　は小さくなり
Ｒ１　＜Ｒ１ｎで示した破線のように電流が流れる。抵
抗値Ｒ１　と電流の値とは反比例する。時間ｔ２より相
当短い時間ｔ１後の電流についても図３に示したように
電流の大小関係は同じであって、その値も正確ではない
がほぼ反比例の関係にあるとみなすことができる。よっ
て予め標準温度における一次抵抗Ｒ１　及び二次抵抗Ｒ
２　において前記ｔ１時間後の電流Ｉを測定し、これを
基準温度における起動電流Ｉｎ　として、標準温度にお
ける一次抵抗Ｒ１ｎ及び二次抵抗Ｒ２ｎと共に、基準値
記憶手段内に記憶しておく。かくして、起動時に予め決
められた一定の直流電圧を該誘導電動機に印加して、予
め決められた時間ｔ１後の起動電流Ｉを起動電流検出手
段で検出し、抵抗推定手段において、基準値記憶手段の
出力である基準温度での起動電流Ｉｎ　と一次抵抗Ｒ１
ｎ及び二次抵抗Ｒ２ｎとから、　　Ａｒ１＝Ｋｒ１（Ｉ
ｎ　−Ｉ）／Ｉ　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１０）　
　Ａｒ２＝Ｋｒ２（Ｉｎ　−Ｉ）／Ｉ　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　（１１）　　Ｒ１　＝（Ａｒ１＋１）Ｒ１ｎ
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　（１２）　　　Ｒ
２　＝（Ａｒ２＋１）Ｒ２ｎ　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　（１３）　の演算をし、一次抵抗Ｒ１　と二
次抵抗Ｒ２　とを推定する。ここでＡｒ１とＡｒ２とは
それぞれ一次抵抗と二次抵抗との補正率であり、Ｋｒ１
とＫｒ２とは補正率の補正係数である。一次抵抗と二次
抵抗との温度がいつでも同じならば、Ｋｒ１＝Ｋｒ２＝
１でもよいが、実際には温度上昇した状態においては二
次抵抗の温度の方が高いので、Ｋｒ１＜１及びＫｒ２＞
１とする必要がある。

【００１０】このようにして求められた一次抵抗Ｒ１　
及び二次抵抗Ｒ２　は必ずしも実際の値に一致はしない
が、標準温度における一次抵抗Ｒ１ｎ及び二次抵抗Ｒ２
ｎよりは実際に近い値となるので、速度ωｍ　やトルク
Ｔ、一次鎖交磁束ベクトルΨ１　の演算誤差が少なくな
り、前記の起動トルク不足等の問題が緩和される。

【００１１】予め決められた時間ｔ１を、ｔ２のように
充分長くすれば、起動電流Ｉと一次抵抗Ｒ１　との関係
は完全に反比例となり、式（１０）のＫｒ１＝１とする
ことによって、正確な一次抵抗Ｒ１　得ることができる
が、ｔ１が秒単位となり起動時間がかかり過ぎる不具合
が生じる。

【００１２】

【実施例】本発明を図２に示した従来技術による速度セ
ンサレスベクトル制御に適用した一実施例を図１に示す
。図２と同一部分については説明を省略し、図１につい
て詳細に説明する。

【００１３】図２の起動モード発生器１０は、スイッチ
１２とスイッチ１４とを操作する信号Ｓ１　とＳ２　と
を新たに出力するために、起動モード発生器１０′に変
更されている。スイッチ１２を操作する信号Ｓ１　は、
起動信号ＳＴ　が“０”から“１”に立ち上がってから
、磁束指令Ψ＊　が５０％まで立ち上がるまでの時間ｔ
１の間“１”となり、他は“０”である。また、スイッ
チ１４を操作する信号Ｓ２　は、信号Ｓ１　が“１”か
ら“０”に立ち下がる瞬間のみ“１”となる。よって、
起動信号ＳＴ　が“１”になった直後からｔ１時間だけ
スイッチ１２は“１”側に切り換わり、直流電圧信号発
生器１１の出力Ｓｕ　，Ｓｖ　，Ｓｗ　がＰＷＭインバ
ータ１に入力される。ＰＷＭインバータ１はパルス幅制
御で平均的に直流電圧Ｅを三相誘導電動機２のＵ相−Ｖ
相間に印加する。この時Ｓｕ　＝Ｓｗ　とすることによ
って、Ｖ相−Ｗ相間は短絡された状態と同じになる。直
流電圧Ｅの値は、時間ｔ１の間に磁束が５０％立ち上が
る大きさにする必要がある。電流検出器４のＵ相の電流
ｉｕ　は、ＰＷＭ制御によるリップルを除くために低域
通過フィルタ１３を通って平滑化され、スイッチ１４を
介して抵抗推定演算器１５へ入力される。破線で取り囲
んだように、この電流検出器４のＵ相分と低域通過フィ
ルタ１３とスイッチ１４とで起動電流検出器１７を構成
している。スイッチ１４は起動してからｔ１時間後の瞬
間だけ閉じるので、抵抗推定演算器１５には起動電流Ｉ
が入力されることになる。抵抗推定演算器１５には基準
値記憶器１６の出力である基準温度での起動電流Ｉｎ　
と一次抵抗Ｒ１ｎ及び二次抵抗Ｒ２ｎを入力して、式（
１０），（１１），（１２），（１３）により一次抵抗
Ｒ１　と二次抵抗Ｒ２　とを推定し、状態変数演算器５
へ出力される。起動信号ＳＴ　が“１”になってからｔ
１時間後の動作は図２に示した従来技術と同じであるが
、状態変数演算器５で用いる抵抗値がＲ１ｎとＲ２ｎの
代わりに、抵抗推定演算器１５の出力のＲ１　とＲ２　
とになる点が異なっている。

【００１４】

【発明の効果】三相誘導電動機の一次抵抗や二次抵抗は
該電動機の温度によって変動する。よって、従来技術で
は温度が代わる度に人の手によって抵抗値を制御器に入
力する必要があった。それができない場合にはトルクや
速度の制御精度が劣化する。しかし、本発明によると、
起動時の短い時間に直流電圧を印加して流れる電流の変
動を測定することにより、自動的に抵抗変動が推定でき
るので、起動後電動機の温度変動の少ない暫くの間はト
ルクや速度制御精度を高く保つことができる。特に従来
技術における温度変動による起動トルク不足の問題に対
しては、本発明によって完全に解決できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明を速度センサレスベクトル制御に
適用した一例のブロック線図である。

【図２】図２は従来の速度センサレスベクトル制御の一
例のブロック線図である。

【図３】図３は三相誘導電動機のＶ−Ｗ相間を短絡し、
Ｕ−Ｖ相間に直流電圧を印加した時のＵ相電流の波形を
示した波形図である。

【符号の説明】

１　　ＰＷＭインバータ ２　　三相誘導電動機 ３　　電圧検出器 ４　　電流検出器 ５　　状態変数演算器 ６　　加減算器 ７　　ＰＩ増幅器 ８　　トルク制限器 ９　　トルク磁束制御器 １０，１０′起動モード発生器 １１　　直流電圧信号発生器 １２　　スイッチ １３　　低域通過フィルタ １４　　スイッチ １５　　抵抗推定演算器 １６　　基準値記憶器 １７　　起動電流検出器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　三相誘導電動機の駆動システムにおい
   て、該電動機の起動時に直流電圧または脈流電圧を一時
   的に印加する直流または脈流電圧発生手段と、該電動機
   の１相の起動電流を検出する起動電流検出手段と、基準
   温度での該電動機の一次抵抗や二次抵抗および起動電流
   を記憶している基準値記憶手段と、前記起動電流検出手
   段の出力と基準値記憶手段の出力とを入力して該電動機
   の一次抵抗と二次抵抗とを推定する抵抗推定手段とから
   成る誘導電動機の抵抗推定起動方式。