JPH05300778A - 交流電動機の電流制御方式 - Google Patents
交流電動機の電流制御方式Info
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- JPH05300778A JPH05300778A JP4124058A JP12405892A JPH05300778A JP H05300778 A JPH05300778 A JP H05300778A JP 4124058 A JP4124058 A JP 4124058A JP 12405892 A JP12405892 A JP 12405892A JP H05300778 A JPH05300778 A JP H05300778A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 交流電動機の高速回転時の出力最大トルクの
減少を防止する。 【構成】 交流電動機の速度に応じて、電流リミット回
路２の電流制限値を調整し、速度が高速になると、電流
ループ４R 〜４T の伝達関数のゲイン低下分を補う。こ
れにより、交流電動機の出力最大トルクの減少は防止さ
れる。
減少を防止する。 【構成】 交流電動機の速度に応じて、電流リミット回
路２の電流制限値を調整し、速度が高速になると、電流
ループ４R 〜４T の伝達関数のゲイン低下分を補う。こ
れにより、交流電動機の出力最大トルクの減少は防止さ
れる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、交流電動機の電流制限
方式に関し、特に電動機の高速領域での出力トルクを増
大させる電流制限方式に関する。
方式に関し、特に電動機の高速領域での出力トルクを増
大させる電流制限方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１は、従来から実施されている交流電
動機の速度ループのブロック図である。図１において、
要素１は速度ループの伝達関数の項で、ｋv1は積分ゲイ
ン、ｋv2は比例ゲインである。指令速度ｖｃから速度検
出器等で検出される電動機の実速度のフィードバック値
ｆｖを減じて速度偏差を求め、上記要素１によるＰＩ
（比例積分）制御がなされ、トルク指令（電流指令）が
求められる。このトルク指令に対し、電流リミット回路
２によってトルク指令が制限される。すなわち、要素１
による速度ループ処理によって求められたトルク指令が
リミット回路２の制限値よりその絶対値が小さければ、
このトルク指令がそのまま電流ループへのトルク指令Ｔ
ｃとして出力されるが、上記絶対値がリミット値より大
きければ、リミット値がトルク指令Ｔｃとして出力され
る。上記トルク指令Ｔｃに要素３R 〜３T により、ロー
タの電気角θに応じて２π／３位相のずれた正弦波が乗
じられてＲ，Ｓ，Ｔ相の各相トルク指令（電流指令）Ｔ
cR，ＴcS，ＴcTが求められる（この図１に示す例は３相
の交流電動機である）。
動機の速度ループのブロック図である。図１において、
要素１は速度ループの伝達関数の項で、ｋv1は積分ゲイ
ン、ｋv2は比例ゲインである。指令速度ｖｃから速度検
出器等で検出される電動機の実速度のフィードバック値
ｆｖを減じて速度偏差を求め、上記要素１によるＰＩ
（比例積分）制御がなされ、トルク指令（電流指令）が
求められる。このトルク指令に対し、電流リミット回路
２によってトルク指令が制限される。すなわち、要素１
による速度ループ処理によって求められたトルク指令が
リミット回路２の制限値よりその絶対値が小さければ、
このトルク指令がそのまま電流ループへのトルク指令Ｔ
ｃとして出力されるが、上記絶対値がリミット値より大
きければ、リミット値がトルク指令Ｔｃとして出力され
る。上記トルク指令Ｔｃに要素３R 〜３T により、ロー
タの電気角θに応じて２π／３位相のずれた正弦波が乗
じられてＲ，Ｓ，Ｔ相の各相トルク指令（電流指令）Ｔ
cR，ＴcS，ＴcTが求められる（この図１に示す例は３相
の交流電動機である）。
【０００３】この各相トルク指令（電流指令）ＴcR，Ｔ
cS，ＴcTが各相の電流ループ回路４Ｒ〜４Ｔに入力され
て電流ループ処理が実行される。電流ループは通常ＰＩ
制御等で制御され、図１では、Ｒ相の電流ループのブロ
ック図のみを示しているが他の相の構成もこのＲ相と同
一である。Ｒ相について、この電流ループ処理を説明す
ると、Ｒ相へのトルク指令（電流指令）ＴcRとＲ相の実
電流を検出器で検出したＲ相電流フィードバック値ＩRr
との差の電流偏差を積分し（要素５）、積分ゲインｋ１
を乗じた値から、Ｒ相電流フィードバック値ＩRrに比例
ゲインｋ２（要素６）を乗じた値を減じた値をＲ相のＰ
ＷＭ指令として出力する。なお他のＳ相，Ｒ相も同様で
ある。
cS，ＴcTが各相の電流ループ回路４Ｒ〜４Ｔに入力され
て電流ループ処理が実行される。電流ループは通常ＰＩ
制御等で制御され、図１では、Ｒ相の電流ループのブロ
ック図のみを示しているが他の相の構成もこのＲ相と同
一である。Ｒ相について、この電流ループ処理を説明す
ると、Ｒ相へのトルク指令（電流指令）ＴcRとＲ相の実
電流を検出器で検出したＲ相電流フィードバック値ＩRr
との差の電流偏差を積分し（要素５）、積分ゲインｋ１
を乗じた値から、Ｒ相電流フィードバック値ＩRrに比例
ゲインｋ２（要素６）を乗じた値を減じた値をＲ相のＰ
ＷＭ指令として出力する。なお他のＳ相，Ｒ相も同様で
ある。
【０００４】図２は上記図１中のＲ相の電流ループのブ
ロック図を電動機をも含めて現したブロック図で、要素
５，６は図１の要素５，６と同一で積分の項と比例の項
である。また、要素７は電動機の伝達関数の項で、Ｒは
Ｒ相の巻線抵抗を示しＬはＲ相巻線のインダクタンスを
示す。なお、Ｓ相，Ｔ相も同様なブロック図である。上
記電流ループの伝達関数を求めると次の１式のようにな
る。 ＩRr／ＴcR＝ｋ１／［ＬＳ2 ＋（Ｒ＋ｋ２）Ｓ＋ｋ１］ …（１） 上記１式で示される電流ループの伝達関数から分かるよ
うに、電流ループの特性は、積分ゲインｋ１，比例ゲイ
ンｋ２によって影響し、これらのゲインが大きすぎると
発振等の現象が生じ、電流ループの帯域に限界がある。
ロック図を電動機をも含めて現したブロック図で、要素
５，６は図１の要素５，６と同一で積分の項と比例の項
である。また、要素７は電動機の伝達関数の項で、Ｒは
Ｒ相の巻線抵抗を示しＬはＲ相巻線のインダクタンスを
示す。なお、Ｓ相，Ｔ相も同様なブロック図である。上
記電流ループの伝達関数を求めると次の１式のようにな
る。 ＩRr／ＴcR＝ｋ１／［ＬＳ2 ＋（Ｒ＋ｋ２）Ｓ＋ｋ１］ …（１） 上記１式で示される電流ループの伝達関数から分かるよ
うに、電流ループの特性は、積分ゲインｋ１，比例ゲイ
ンｋ２によって影響し、これらのゲインが大きすぎると
発振等の現象が生じ、電流ループの帯域に限界がある。
【０００５】図４，図５はこの電流ループの周波数特性
の一例を示す図で、横軸は対数目盛りで指令周波数（回
転数）であり、図４の縦軸は電流ループの伝達関数のゲ
インを示し、図５の縦軸は位相遅れを示す。この例では
２００Ｈｚ程度の帯域を持っていることが分かる。通常
２００Ｈｚ〜３００Ｈｚの帯域を持っている。上記図５
に示すように、電動機の回転数が高速になると位相遅れ
が生じる。そこで、指令周波数は電動機の回転数に比例
するので現状では高速回転時に、位相遅れによる力率低
下を防止するために指令の位相を進める位相進め制御が
実施されている。すなわち、図１において要素３R 〜３
T によるロータ電気角θを電動機の実速度に応じて位相
遅れ分ｐｈ（ｖ）を補正して角相のトルク指令（電流指
令）ＴcR，ＴcS，ＴcTを求めるようにしている。すなわ
ち、図１におけるθの変わりに［θ＋ｐｈ（ｖ）］を代
入して位相進め制御を行っている。
の一例を示す図で、横軸は対数目盛りで指令周波数（回
転数）であり、図４の縦軸は電流ループの伝達関数のゲ
インを示し、図５の縦軸は位相遅れを示す。この例では
２００Ｈｚ程度の帯域を持っていることが分かる。通常
２００Ｈｚ〜３００Ｈｚの帯域を持っている。上記図５
に示すように、電動機の回転数が高速になると位相遅れ
が生じる。そこで、指令周波数は電動機の回転数に比例
するので現状では高速回転時に、位相遅れによる力率低
下を防止するために指令の位相を進める位相進め制御が
実施されている。すなわち、図１において要素３R 〜３
T によるロータ電気角θを電動機の実速度に応じて位相
遅れ分ｐｈ（ｖ）を補正して角相のトルク指令（電流指
令）ＴcR，ＴcS，ＴcTを求めるようにしている。すなわ
ち、図１におけるθの変わりに［θ＋ｐｈ（ｖ）］を代
入して位相進め制御を行っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、位相
進め制御によって電流ループの位相の遅れによる電流力
率の低下を防止することができるが、図４に示すよう
に、電流ループのゲインは電動機高速運転時に低下する
ので、高速運転時には電動機の実電流はリミット回路に
よるリミット値に比べゲイン低下分小さくなり、電動機
の出力最大トルクが低下することになる。
進め制御によって電流ループの位相の遅れによる電流力
率の低下を防止することができるが、図４に示すよう
に、電流ループのゲインは電動機高速運転時に低下する
ので、高速運転時には電動機の実電流はリミット回路に
よるリミット値に比べゲイン低下分小さくなり、電動機
の出力最大トルクが低下することになる。
【０００７】そこで、本願発明の目的は、高速領域での
出力トルク低下を防止する交流電動機の電流制御方式を
提供することにある。
出力トルク低下を防止する交流電動機の電流制御方式を
提供することにある。
【０００８】
【問題を解決するための手段】本発明は、交流電動機の
速度に応じて、トルク指令の制限値を変えることによっ
て上記課題を解決した。特に、電動機の速度に対応する
電流ループの伝達関数の絶対値を求め、該絶対値に逆比
例してトルク指令の制限値を変えるようにする。若しく
は、電動機の速度に対応した電流ループの伝達関数の絶
対値に逆比例したトルク指令の制限値を記憶手段に記憶
しておき、電動機の速度に応じて記憶手段に記憶された
制限値を読み出し、該制限値をトルク指令の制限値とし
た交流電動機を制御する。
速度に応じて、トルク指令の制限値を変えることによっ
て上記課題を解決した。特に、電動機の速度に対応する
電流ループの伝達関数の絶対値を求め、該絶対値に逆比
例してトルク指令の制限値を変えるようにする。若しく
は、電動機の速度に対応した電流ループの伝達関数の絶
対値に逆比例したトルク指令の制限値を記憶手段に記憶
しておき、電動機の速度に応じて記憶手段に記憶された
制限値を読み出し、該制限値をトルク指令の制限値とし
た交流電動機を制御する。
【０００９】
【作用】交流電動機の速度が高速になると電流ループの
伝達関数のゲインが低下するが、このゲインの低下を補
うように、トルク指令の制限値を変え増大するようにす
ることによって電動機の出力トルクの低下を防止する。
この場合、電動機の速度に対応する電流ループの伝達関
数の絶対値を求め、該絶対値に逆比例してトルク指令の
制限値を変える。若しくは、予め電動機の速度に対応し
た電流ループの伝達関数の絶対値に逆比例したトルク指
令の制限値を記憶手段に記憶しておき、この記憶手段か
ら速度に応じて制限値を読み出しその制限値でトルク指
令を制限するようにする。
伝達関数のゲインが低下するが、このゲインの低下を補
うように、トルク指令の制限値を変え増大するようにす
ることによって電動機の出力トルクの低下を防止する。
この場合、電動機の速度に対応する電流ループの伝達関
数の絶対値を求め、該絶対値に逆比例してトルク指令の
制限値を変える。若しくは、予め電動機の速度に対応し
た電流ループの伝達関数の絶対値に逆比例したトルク指
令の制限値を記憶手段に記憶しておき、この記憶手段か
ら速度に応じて制限値を読み出しその制限値でトルク指
令を制限するようにする。
【００１０】
【実施例】上記１式で示される電流ループの伝達関数に
Ｓ＝ｊω（ωは電動機の電気角速度）を代入すると、 ＩRr／ＴcR＝ｋ１／［−Ｌω2 ＋ｊω（Ｒ＋ｋ２）＋ｋ１］ …（２） 該伝達関数の絶対値Ｇを求めると、Ｇ＝｜ＩRr／ＴcR｜ ＝ｋ１／［（ｋ１−Ｌω2 ）2 ＋ω2 （Ｒ＋ｋ２）2 ］1/2 …（３） また、電動機の電気角速度ωは、電動機の速度をｖ，電
動機の極数をＰとすると次の４式で求められる。
Ｓ＝ｊω（ωは電動機の電気角速度）を代入すると、 ＩRr／ＴcR＝ｋ１／［−Ｌω2 ＋ｊω（Ｒ＋ｋ２）＋ｋ１］ …（２） 該伝達関数の絶対値Ｇを求めると、Ｇ＝｜ＩRr／ＴcR｜ ＝ｋ１／［（ｋ１−Ｌω2 ）2 ＋ω2 （Ｒ＋ｋ２）2 ］1/2 …（３） また、電動機の電気角速度ωは、電動機の速度をｖ，電
動機の極数をＰとすると次の４式で求められる。
【００１１】 ω＝（ｖ／６０）・（Ｐ／２）・２π …（４） 電流ループの積分ゲインｋ１、比例ゲインｋ２は設定さ
れた値であり、使用する電動機が決まれば、極数Ｐ、巻
線抵抗Ｒ、インダクタンスＬは決まるため、電動機の速
度ｖを検出することによって上記３式及び４式より、電
流ループのゲインの絶対値Ｇは求まる。
れた値であり、使用する電動機が決まれば、極数Ｐ、巻
線抵抗Ｒ、インダクタンスＬは決まるため、電動機の速
度ｖを検出することによって上記３式及び４式より、電
流ループのゲインの絶対値Ｇは求まる。
【００１２】そこで、リミット回路２の電流制限値（ト
ルクリミット値）Ｉlim を次の５式で求める。 Ｉlim ＝Ｉmax ・（１／Ｇ） …（５） なお、Ｉmax は電動機が出力できる最大電流値である。
ルクリミット値）Ｉlim を次の５式で求める。 Ｉlim ＝Ｉmax ・（１／Ｇ） …（５） なお、Ｉmax は電動機が出力できる最大電流値である。
【００１３】上記５式及び３式、４式を参照して分かる
ように、電動機速度が低速の場合には、ゲインの絶対値
Ｇの値は略「１」となり電流制限値はＩmax となる。し
かし、速度ｖ（角速度ω）が高速となると、ゲインの絶
対値Ｇの値は低下し、この低下分だけ、上記５式で算出
される電流制限値Ｉlim は増大するから、高速時におい
ても電動機の最大出力トルクは減少することはない。ま
た、電動機の速度と（１／Ｇ）の関係を図示すると、図
６に示すようになる。
ように、電動機速度が低速の場合には、ゲインの絶対値
Ｇの値は略「１」となり電流制限値はＩmax となる。し
かし、速度ｖ（角速度ω）が高速となると、ゲインの絶
対値Ｇの値は低下し、この低下分だけ、上記５式で算出
される電流制限値Ｉlim は増大するから、高速時におい
ても電動機の最大出力トルクは減少することはない。ま
た、電動機の速度と（１／Ｇ）の関係を図示すると、図
６に示すようになる。
【００１４】そこで、電動機の速度を検出して上記３〜
４式の演算を行うことによって電流制限値（トルクリミ
ット値）Ｉlim を求めるか、図６より、速度に対する
（電流制限値（トルクリミット値）Ｉlim をテーブルと
して記憶させておき、検出速度に応じて電流制限値（ト
ルクリミット値）Ｉlim を変えるようにすればよい。
４式の演算を行うことによって電流制限値（トルクリミ
ット値）Ｉlim を求めるか、図６より、速度に対する
（電流制限値（トルクリミット値）Ｉlim をテーブルと
して記憶させておき、検出速度に応じて電流制限値（ト
ルクリミット値）Ｉlim を変えるようにすればよい。
【００１５】図３は、電動機を制御するプロセッサが実
施する所定周期毎の速度ループ処理のフローチャートで
ある。まず、速度指令ｖｃを読み込むと共に、速度検出
器等で検出された電動機の実速度のフィードバック値ｆ
ｖを読み込む（ステップＳ１，Ｓ２）。次に、上記３式
〜５式の演算を行うことによって電流制限値Ｉlim を算
出する（ステップＳ３）。なお、電流制限値Ｉlim を算
出する代りに、上述した図６に示すような、電動機速度
に対する電流制限値Ｉlim をテーブルとして記憶してお
き、このテーブルから電流制限値を読み出すようにして
もよい。次に、読み込んだ速度指令ｖｃと実速度のフィ
ードバック値ｆｖに基づき、従来と同様に速度ループ処
理を行い、トルク指令を求め（ステップＳ４）、ステッ
プＳ３で求めた電流制限値とステップＳ４で求めたトル
ク指令の絶対値を比較し、小さい方をトルク指令Ｔｃと
して電流ループに引き渡し速度ループ処理を終了する
（ステップＳ５，Ｓ６）。電流ループでは、従来と同様
に、検出されたロータの電気角位置θ及び電動機実速度
より、位相進め処理を行い、角相毎のトルク指令（電流
指令）を求め、電流ループ処理を行って電動機を駆動す
ることになる。
施する所定周期毎の速度ループ処理のフローチャートで
ある。まず、速度指令ｖｃを読み込むと共に、速度検出
器等で検出された電動機の実速度のフィードバック値ｆ
ｖを読み込む（ステップＳ１，Ｓ２）。次に、上記３式
〜５式の演算を行うことによって電流制限値Ｉlim を算
出する（ステップＳ３）。なお、電流制限値Ｉlim を算
出する代りに、上述した図６に示すような、電動機速度
に対する電流制限値Ｉlim をテーブルとして記憶してお
き、このテーブルから電流制限値を読み出すようにして
もよい。次に、読み込んだ速度指令ｖｃと実速度のフィ
ードバック値ｆｖに基づき、従来と同様に速度ループ処
理を行い、トルク指令を求め（ステップＳ４）、ステッ
プＳ３で求めた電流制限値とステップＳ４で求めたトル
ク指令の絶対値を比較し、小さい方をトルク指令Ｔｃと
して電流ループに引き渡し速度ループ処理を終了する
（ステップＳ５，Ｓ６）。電流ループでは、従来と同様
に、検出されたロータの電気角位置θ及び電動機実速度
より、位相進め処理を行い、角相毎のトルク指令（電流
指令）を求め、電流ループ処理を行って電動機を駆動す
ることになる。
【００１６】
【発明の効果】本発明は、交流電動機の高速回転時に電
流ループの伝達関数のゲインが低下し、出力最大トルク
が低下することを、電流制限値を上記電流ループの伝達
関数のゲインが低下分を補償するように調整したから、
交流電動機の出力最大トルクは低下することがない。
流ループの伝達関数のゲインが低下し、出力最大トルク
が低下することを、電流制限値を上記電流ループの伝達
関数のゲインが低下分を補償するように調整したから、
交流電動機の出力最大トルクは低下することがない。
【図１】交流電動機の速度ループ制御のブロック図であ
る。
る。
【図２】図１における電流ループのブロック線図であ
る。
る。
【図３】本発明の一実施例における交流電動機を制御す
るプロセッサが所定周期毎実施する速度ループ処理のフ
ローチャートである。
るプロセッサが所定周期毎実施する速度ループ処理のフ
ローチャートである。
【図４】交流電動機の速度に対する電流ループの伝達関
数のゲインの低下を示す図である。
数のゲインの低下を示す図である。
【図５】交流電動機の速度に対する電流ループによる位
相遅れを示す図である。
相遅れを示す図である。
【図６】本発明の一実施例におれる電流制限値補正の係
数を示す図である。
数を示す図である。
【符号の説明】 １ 速度ループの伝達関数の要素 ２ 電流リミット回路 ３R 〜３T 各相のトルク指令（電流指令）を求める要素 ４R 〜４T 各相の電流ループ回路
Claims (3)
- 【請求項１】 電流制御を行う交流電動機の制御におい
て、電動機の速度に応じて、トルク指令の制限値を変え
るようにした交流電動機の電流制御方式。 - 【請求項２】 電流制御を行う交流電動機の制御におい
て、電動機の速度に対応する電流ループの伝達関数の絶
対値を求め、該絶対値に逆比例してトルク指令の制限値
を変えるようにした交流電動機の電流制御方式。 - 【請求項３】 電流制御を行う交流電動機の制御におい
て、電動機の速度に対応する電流ループの伝達関数の絶
対値に逆比例したトルク指令の制限値を記憶手段に記憶
しておき、電動機の速度に応じて記憶手段に記憶された
制限値を読み出し、該制限値をトルク指令の制限値とし
た交流電動機の電流制御方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12405892A JP3424836B2 (ja) | 1992-04-18 | 1992-04-18 | 交流電動機の電流制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12405892A JP3424836B2 (ja) | 1992-04-18 | 1992-04-18 | 交流電動機の電流制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05300778A true JPH05300778A (ja) | 1993-11-12 |
| JP3424836B2 JP3424836B2 (ja) | 2003-07-07 |
Family
ID=14875928
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12405892A Expired - Fee Related JP3424836B2 (ja) | 1992-04-18 | 1992-04-18 | 交流電動機の電流制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3424836B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008067581A (ja) * | 2006-09-11 | 2008-03-21 | Kayaba Ind Co Ltd | モータ制御装置 |
| JP2009201186A (ja) * | 2008-02-19 | 2009-09-03 | Ihi Corp | モータ制御装置及びモータ制御方法 |
-
1992
- 1992-04-18 JP JP12405892A patent/JP3424836B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008067581A (ja) * | 2006-09-11 | 2008-03-21 | Kayaba Ind Co Ltd | モータ制御装置 |
| JP2009201186A (ja) * | 2008-02-19 | 2009-09-03 | Ihi Corp | モータ制御装置及びモータ制御方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3424836B2 (ja) | 2003-07-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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