JPH0496681A - 誘導電動機のベクトル制御装置 - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、誘導電動機のベクトル制御装置に係り、特に
電動機の一次電圧と電流等から速度を推定するベクトル
制御装置に関する。

Ｂ　発明の概要 本発明は、電動機の内部定数が既知として速度推定によ
るベクトル制御を行なう速度センサレス方式のベクトル
制御装置において、 電動機の平均的速度検出値と推定速度の比較によって電
動機の二次抵抗設定値を補正することにより、 電動機の内部定数の温度変動分を補償するものである。

Ｃ０従来の技術 誘導電動機のベクトル制御装置は、電動機の二次磁束と
二次電流を常に直交させることで高性能の可変速制御を
得ようとするもので、このためには二次磁束と二次電流
をすいに非モ渉に制御するベクトル制御演算を行なうよ
うにしている。（例えば特開昭５９−１６５９８２号公
報）。さらに、ベクトル制御では電動機の速度検出に電
動機の一次電圧と電流（又は指令値）から推定すること
で速度センサを不要にする速度センサレス方式も提案さ
れている（例えば昭和６３年電気学会産業応用部内全国
大会、論文誌第３９１頁〜第３９４頁、誘導電動機の速
度センサレス非干渉制御方式）。

なお、速度センサ自体が堅牢化されて耐久性。

耐環境性が向上されれば一般の速度制御方式と同様に速
度センサ付きの構成で済むものであるが、速度検出の応
答性能が要求されるベクトル制御では速度センサには１
回転当りのパルス数を多くしなければならず、そのため
のフォトダイオードや検出用演算増幅器等の半導体素子
の使用温度条件から所期の速度検出を難しくし、上述の
速度推定方式が採用されてきている。

第２図は従来の速度センサレス・ベクトル制御装置のブ
ロック図を示す。同図において、ベクトル制御演算部１
は制御電圧源による誘導電動機２のベクトル制御に磁束
指令Ｉ１．＊とトルク指令Ｉ２．＊の互いの干渉分を補
償した回転子座標（α、β）の−次電圧Ｖ　ｌａ＋　ｖ
＋ｓを得る。ＰＷＭ電圧制御部３は一次電圧Ｖ　１．、
　Ｖ　１Ｂから固定子に固定されたｄ、ｑ軸−次電圧Ｖ
１４．　Ｖｌａに変換し、さらに２相から３相への変換
とＰＷＭ演算によってＰＷＭ波形の一次電圧出力を得る
。

すべり角周波数演算部４は磁束指令１１４とトルク指令
１１β及び二次時定数τ２からすべり角周波数ωＳを求
める。回転座標演算部５と速度推定演算部６は電動機２
の速度検出器に代えてロータ速度推定演算を行なう。こ
の推定角周波数ω、はすヘリ角周波数ω、と加算して一
次角周波数ω。（電源角周波数）を求め、これを非干渉
演算に使用すると共に積分演算部７によって積分するこ
とで位相角θを求める。また、推定角周波数ω、は速度
制御演算部８へのフィードバック信号とし、速度設定値
０７本との比較結果としてトルク指令■１．木を得る。

回転座標演算部５と速度推定演算部６による速度推定は
、制御電圧源によるベクトル制御条件によって一次電圧
を制御し、またすべり角周波数ω。

もベクトル制御条件になるように二次時定数τ２を用い
ると、すべり角周波数ω、が検出推定値と一致していれ
ば演算部５で求める二次磁束λ２Ｊが零になる。これに
より、二次磁束λ２．が零にならなければ、速度推定値
が真値とずれているものとして速度推定演算部６におい
て速度推定を補正する比例積分演算を行ない、その出力
にずれを無くす方向の速度推定値（ω、）を得る。

Ｄ１発明が解決しようとする課題 従来の速度推定によるベクトル制御装置は、電動機の内
部定数が既知であると仮定した上で、電動機の一次電圧
と電流から速度（又はすべり角周波数）を推定する。即
ち、すべり角周波数ω、の演算には二次時定数τ２を τ２　＝　Ｌ　２　／　Ｒ２ 但し、Ｌ２は電動機の二次インダクタンスＲ２は電動機
の二次抵抗 から求め、またベクトル制御演算部１の係数Ｒ。

等は電動機の一次抵抗として求める。

これら定数のうち、インダクタンス分は温度による変動
は少ないが、−次抵抗Ｒ１，二次抵抗Ｒ２は温度によっ
て抵抗値が変化する。このため、温度によって内部定数
が変動し、前述の仮定が成立しなくなって速度（すべり
角周波数）の推定に誤差が生じるほか、ベクトル制御条
件からのずれでトルク分電流と発生トルクが比例しなく
なり、トルク変動時にオーバシュートなどの不安定現象
を生じる。

上述の解決法として、電動機の温度を測定して抵抗の変
化を補償する方法、磁気センサーで二次側の磁束を測定
することで磁束演算による代える方法かあるが、高精度
のセンサーなどの付加装置を必要とするし、また取扱う
信号がアナログであるためノイズに弱くなる等の問題が
あった。

本発明の目的は、高精度センサーを不要にしながら内部
定数の温度変動分を補償したベクトル制御装置を提供す
ることにある。

Ｅ１課題を解決するための手段と作用 本発明は、前記目的を達成するため、誘導電動機の一次
電圧と一次電流又は夫々の指令値から該電動機の速度を
推定するベクトル制御装置において、前記電動機の平均
的速度を検出する速度検出手段と、前記電動機が定常状
態にあるときの前記平均的速度と前記推定した速度との
偏差を検出する演算手段と、この演算手段の検出値が零
になるよう前記電動機の二次抵抗設定値を補正する補正
手段とを備え、電動機の東均的速度の検出値と推定速度
の偏差を二次抵抗の温度変動として該二次抵抗設定値を
補正する。

また、本発明は、−次電流から磁束分電流を検出し、磁
束指令との偏差を一次抵抗の温度変動として一次抵抗設
定値を補正する。

Ｆ、実施例 第１図は本発明の一実施例を示すブロック図であり、第
２図と同じものは同一符号で示す。速度検出器１１は近
接センサのような耐環境性の良いセンサや磁石とコイル
による耐熱性の高い回転センサにされ、電動機２の軸又
はギヤ出力から１回転当り数パルスの速度検出パルスを
得る。速度検出回路１２は速度検出器ＩＩの検出パルス
を入力とし、その平均周期測定等によってトルクリップ
ル分を除いた平均的（長周期）角周波数ω、、６を得る
。定常・非定常判定回路１３は速度検出回路１２が検出
する平均的角周波数ω、、６の変動の大小で定常と非定
常を判定し、電動機２の加減速時やトルク変動時の非定
常を除く定常時にスイッチ１４をオンさせる。補正増幅
器１５は速度検出器１２の出力ωｔａと速度推定演算部
６の出力ω、との偏差をスイッチ１４のオン中に取込み
、その偏差を比例積分演算する。乗算器１６は補正増幅
器１５の出力を二次抵抗補正係数として記憶更新してす
べり角周波数演算部４の出力ω、に乗算し、すべり角周
波数ω８を補正する。この補正係数は電動機２の二次抵
抗Ｒ２が設定値と一致するときを１とし、二次抵抗Ｒ３
が温度変動するときに１を中心にして変化させる。

上述までの構成において、速度検出回路１２には電動機
２の平均的角周波数ω、６が取出され、電動機の定常状
態の推定ロータ角周波数ω、との偏差が補正増幅器１５
の人力として取込まれる。ここで、速度検出値ω、６は
電動機２の実速度であり、この値と推定速度ω、に偏差
があるときは何れかに誤差要因があることになる。この
誤差要因としては、−次抵抗Ｒ１が真値とすれば二次時
定数で。

の誤差、即ち二次抵抗Ｒ？（二次インダクタンスは変動
が極めて少ない）の温度変動があると考えられる。そこ
で、定常時の速度ωｒａとω、との偏差を補正増幅器１
５に得て、すべり角周波数ω６を補正することにより、
速度ω、、ａとω、との偏差を零にすることで二次抵抗
Ｒｔの温度補償を行なうことができる。この温度補償は
電動機２の加速時等の非定常時にはスイッチ１４が開放
され、非定常になる直前の補正係数ですべり角周波数ω
。

か補正されつづけ、次の定常時に補正係数の更新がなさ
れる。

ここで注目すべきことは、速度検出器１１を付加する構
成になって真の速度センサレスにはならないが、速度検
出器１１は二次抵抗Ｒ２の温度変動という極めて遅い変
化に対応できれば良いことにある。これを以下に詳細に
説明する。

まず、二次抵抗Ｒ２はある程度の熱容量のため数秒以上
の熱時定数を持ち、例えば熱時定数を６０秒とし、１回
転１パルスの速度検出器とすると、ｌｒｐｍ以上が測定
可能となる。即ち、二次抵抗Ｒ２の熱時定数が長ければ
長いほど速度検出器の検出角分解能の低いもので良く、
また精度についても例えば１％の速度検出精度を得るの
に±３゜６度以内の検出角精度があれば良い。従って、
速度検出の分解能、応答が低い速度検出器で十分な検出
精度を得ることができ、また補正増幅器１５も二次抵抗
Ｒ２の温度変動速度以上の低い応答速度のものを使用し
て二次抵抗Ｒ２の温度補償をしたベクトル制御が可能と
なる。

次に、第１図中の回転座標変換器１７はｄ−ｑ軸の一次
電流１１１１１■ｌＱからα−β軸の磁束分電流ＩＩ、
を求め、この磁束分電流１１ｇと磁束指令■１６＊との
偏差を入力とする補正増幅器Ｉ８は偏差を比例積分する
。この演算出力はベクトル制御演算部１の係数器ＩＡ、
ＩＢの係数補正信号にされ、−次抵抗Ｒ１による非干渉
演算を補正する。

これら構成により、電動機２の一次電流に含まれる磁束
分電流■１４を推定し、この推定値が磁束指令Ｉ、＃＊
に一致するように一次抵抗Ｒ１の値を補正する。この補
正によって一次抵抗Ｒ１の温度変動による誤差要因を無
くしたベクトル制御を可能にする。これを以下に詳細に
説明する。

まず、前述の二次抵抗Ｒ２の補償によって推定速度の補
正がなされていれば、回転座標上でのトルク成分電流又
はこれと同一ベクトル方向成分になる二次磁束λ７．は
零になっている。ここで、次抵抗Ｒ１の変動があると、
制御電圧源によるベクトル制御に必要な出力電圧に対し
て実際の出力電圧に誤差が生じる。この結果、−次電流
がベクトル制御条件の電流指令Ｉ　、、＊、　　Ｉ　、
、＊と異なってくる。このうち、トルク分指令Ｉ　ｌｓ
＊につぃては負荷トルクによる変動が大きく、磁束分指
令１１．＊とその推定値との差に一次抵抗Ｒ１の影響が
強く表われる。そこで、−火工流値から回転座標変換に
より磁束分電流■１．．を検出し、この値が指令値Ｉ、
、＊と一致しないときには電動機の内部定数のうち一次
抵抗Ｒ１が変化したものとしてその補正を行ない、補正
した電圧指令Ｖ１．．Ｖ１．を得ることで、−次抵抗Ｒ
０の温度変動による補償を行なつ。

なお、実施例における二次抵抗Ｒ２の補償及び−次抵抗
Ｒ１の補償は乗算器１６や係数器ＩＡ。

ＩＢによる間接的補償に拘らず、二次時定数で。

の直接補正や抵抗Ｒ，，Ｒ，の設定値を直接に補正する
構成でも良い。

Ｇ　効果 以上のとおり、本発明によれば、定常時の電動機の平均
的速度の検出値と推定速度との偏差か零になるように二
次抵抗設定値を補ｉＥするため、以下の効果がある。

（１）ｆｆｉ単な速度検出器を設けることで高分解能・
高精度センサを持つ装置と同等の速度応答を得ることが
できる。

（２）定常時の速度を検出するため過渡変動時の制御遅
れによる速度ずれや振動が生じない。

（３）速度検出手段は低い分解能のもので良く、その構
造・耐環境性・耐熱性に優れているものを容易に実現す
ることができるし、より悪環境のもとての装置構成を可
能にする。

（４）ギヤのバックラッシュや回転ムラのある速度検出
手段とするも二次抵抗の温度変動時定数程度まで遅くし
た応答性のもので済み、検出応答性の悪いもので済む、
。

また、本発明によれば、−次電流から磁束分電流を検出
し、磁束分指令値との偏差が零になるよう一次抵抗値を
補ｉＥするため、二次抵抗補償との組合せにより磁束制
御もベクトル制御条件に一致させた非干渉制御により、
トルク制御特性も一層向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
従来のブロック図である。 ＩＩ・・・速度検出器、１２・・速度検出回路、１３・
・一定常・非定常判定回路、１４・・スイッチ、１５・
・・補正増幅器、１６・・・乗算器、１７・・回転座標
変換器、１８・・補正増幅器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）誘導電動機の一次電圧と一次電流又は夫々の指令
   値から該電動機の速度を推定するベクトル制御装置にお
   いて、前記電動機の平均的速度を検出する速度検出手段
   と、前記電動機が定常状態にあるときの前記平均的速度
   と前記推定した速度との偏差を検出する演算手段と、こ
   の演算手段の検出値が零になるよう前記電動機の二次抵
   抗設定値を補正する補正手段とを備えたことを特徴とす
   る誘導電動機のベクトル制御装置。
2. （２）誘導電動機の磁束電流指令値とトルク電流指令値
   を互いに非干渉にする補正演算を行ない、誘導電動機の
   一次電圧と一次電流又は夫々の指令値から該電動機の速
   度を推定するベクトル制御装置において、前記電動機の
   平均的速度を検出する速度検出手段と、前記電動機が定
   常状態にあるときの前記平均的速度と前記推定した速度
   との偏差を検出する演算手段と、この演算手段の検出値
   が零になるよう前記電動機の二次抵抗設定値を補正する
   手段と、前記電動機の一次電流から磁束電流分を検出す
   る検出手段と、この磁束電流分と前記磁束電流指令値と
   の偏差が零になるよう前記非干渉の補正演算のための一
   次抵抗設定値を補正する補正手段とを備えたことを特徴
   とする誘導電動機のベクトル制御装置。