JPH0542233B2 - - Google Patents

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JPH0542233B2
JPH0542233B2 JP61140180A JP14018086A JPH0542233B2 JP H0542233 B2 JPH0542233 B2 JP H0542233B2 JP 61140180 A JP61140180 A JP 61140180A JP 14018086 A JP14018086 A JP 14018086A JP H0542233 B2 JPH0542233 B2 JP H0542233B2
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JP
Japan
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motor
current
torque
vector
polarity
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JP61140180A
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JPS631393A (ja
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Mikio Takeda
Satoshi Kusumoto
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、少なくとも順、逆変換器からなる
電流形インバータを介して駆動される交流電動機
の電流ベクトルを演算器にて演算される電動機磁
束ベクトルに平行な磁化電流成分とこれに直交す
るトルク電流成分とに分解して制御する交流電動
機のベクトル制御装置、特にその改良に関する。
〔従来の技術〕
第4図は電流ベクトルを示すベクトル図であ
る。
すなわち、例えば誘導電動機の1次電流(固定
子電流)i1は、回転子を中心に回転する空間ベク
トルとしてとらえることができる。これと同様
に、1次電流i1によつて生じる回転子鎖交磁束
も、回転子軸を中心にして回転する空間ベクトル
としてとらえることができる。この1次電流ベク
トルi1→→i 1のうち、磁束ベクトルφ→〓と同一方向の
成分は磁化電流または励磁電流iMと呼ばれてお
り、直流機の界磁電流に相当するものである。ま
た、これと直角な方向の成分はトルク電流iTと呼
ばれ、直流機の電機子電流に相当する。誘導電動
機におけるこれらの成分を互いに独立に分離して
制御することができるならば、直流機よりも安価
で、しかも堅牢な誘導電動機において直流機と同
等の可変速制御性能を発揮させることができる。
かかる原理にもとづいて誘導電動機を制御するの
が、いわゆる誘導電動機のベクトル制御と云われ
るものである。なお、矢印(→)を付してベクト
ル量を表わすが、特に必要のある場合を除いて
は、その区別をしないことゝする。そして、この
ような誘導電動機のベクトル制御を可能にするた
めには、回転する磁束ベクトルの軸(磁束軸;M
軸)を基準として、互いに直交する2つの成分の
形で指令値が与えられる電流ベクトルを、回転し
ない固定軸(α軸)を基準とするベクトル量に変
換する必要があることから、磁束軸(M軸)の位
置を検出しなければならないことがわかる。な
お、この固定子軸(α軸)は、固定子の1つの巻
線軸にとるのが一般的である。
第5図はこのようなベクトル制御装置の従来例
を示すブロツク図である。同図において、1は順
変換器(整流器)、2は逆変換器、3は誘導電動
機、4は速度検出器PG、5は加減速パターン発
生器、6は速度調節器ASR、7は固定子電流
(1次電流)演算器、8は電流調節器ACR、9は
移相器、10は電流検出器、11は割算器、12
はベクトル演算器、13は角度演算器、14は角
度加算器、15はパルス分配器である。
順変換器1、逆変換器2および直流リアクトル
DCLによつて電流形インバータが構成され、該
インバータによつて誘導電動機3が駆動される。
その回転速度N(または回転子角周波数ω2)は速
度検出器(パルスジエネレータ)4を介して検出
され、速度設定値から速度指令値N*を発生する
加減速パターン発生器5の出力とともに速度調節
器ASR6に入力される。ASR6では、両者の偏
差が零となるように調節演算を行ない、その出力
はトルク電流指令値iT *となる。固定子電流演算
器7はこのトルク電流指令値iT *と、ベクトル演
算器12を介して与えられる磁化電流指令値iM *
とにもとづいて固定子電流指令値i1 *、すなわち、 i1 *=√(T *2+(M *2 の演算を行ない、電流調節器ACR8に与えるの
で、ACR8は交流変流器ACCTおよび電流検出
器10を介して得られる固定子電流実際値i1をそ
の指令値i1 *に一致させるべく所定の調節演算を
行ない、移相器9を介して順変換器1の点弧制御
を行なう。
一方、ASR6の出力であるトルク電流指令値iT
は割算器11に入力され、こゝで別途与えられ
る磁束指令値*との除算によつてスリツプ周波
数ωslが求められる。ベクトル演算器12は、こ
のスリツプ周波数ωslおよび速度検出器4を介し
て与えられる回転子速度(角周波数)ω2をそれ
ぞれ積分しその和をとることによつて磁束軸の固
定子軸からの角度を求める。角度演算器13
は、ベクトル演算器12からの出力iM,iTによつ
て電流ベクトルの磁束軸からの角度βを演算し、
角度加算器14は、これらの角度β,ωを加算し
て電流ベクトルの角度位置を求める。この出力
は、パルス分配器15を介して逆変換器2内の各
スイツチング素子に与えられ、これによつて角度
(周波数)の制御が行われる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところで、電動機の動作モードには駆動モード
と制動(回生)モードがある。第6図は電動機の
動作モードを説明するための説明図で、同図イは
駆動モードを、同図ロは制動モードをそれぞれ示
している。前者の場合、整流器1は順変換動作
を、インバータ2は逆変換動作をそれぞれ行い、
パワーの流れは太矢印の如くなる。一方、後者の
場合、整流器1は逆変換動作を、インバータ2は
順変換動作をそれぞれ行い、パワーの流れはイの
場合と逆になる。
こゝで、負荷トルクが変化し、インバータ2が
第6図イの如き駆動モードから同図ロの如き制動
モードに変化する場合について考える。このと
き、インバータ側の直流電圧Edは電動機電圧を
VMとすると、 Ed=(3√2/π)VMcosφ ……(1) の如く表わされる。すなわち、駆動モードから制
動モードへ変化するということは、電動機力率
(cosφ)が遅れから進みに変化することであり、
この過程では電動機力率cosφ=0を通過するこ
とになる。この動きが比較的緩やかならば、上記
ASR6の出力もそれに応じて変化するため異常
とはならないが、この動きが急峻であつたり、こ
れが頻繁に繰り返される場合は、ASR6の出力
信号(iT *)の動きがこれに追従できず、最悪の
場合はこれが(iT *naxを指令しているときに、電
動機力率が零となる場合が生じる。
第7図に誘動電動機の等価回路を示す。同図に
おいて、Lσは1次洩れリアクタンス、R1は1次
抵抗、LMは励磁リアクタンス、R2′は2次抵抗
で、電動機力率が零の場合は電動機入力電流は励
磁電流(iM)だけとなり、これが励磁リアクタン
スLMを流れることになる。この電流は定常的に
は規定の値となるように制御されているが、上述
の如くASR6が(iT *naxを指令しているときに
電動機力率が零になると、 √(T *nax 2M 2 なる規定のiMの数倍の大きさをもつ電流が励磁リ
アクタンスLMを流れることになり、この電流は
電動機電圧VMを著しく増大させる。
第8図にトルク切換時の動作を示し、第9図に
励磁電流と電動機電圧との関係を示す。なお、第
8図イはインバータ側直流電圧Ed、同図ロは直
流電流Id、同図ハは電動機電圧VM、同図ニは速
度Nの各波形を示しており、トルク切換時には電
動機電圧VMが同図ハの如く大きくなることがわ
かる。また、励磁電流iMが √(T *nax 2M 2 となるときの電動機電圧をVM′とすると、これと
規定の励磁電流が流れたときの電動機電圧VM
の比 VM′/VM は第9図からも明らかなように2〜3の値とな
り、定格電圧の2〜3倍もの大きな電圧が生じる
ことがわかる。この電圧上昇は電動機の絶縁に悪
影響を与えるばかりでなく、電動機電圧が直接印
加される、第10図の如き電流形インバータの転
流ダイオードDが過電圧破壊を引き起こすと云う
問題がある。このときダイオードDにかゝる電圧
は、転流コンデンサ電圧と電動機電圧との和で表
わされる。なお、以上のような問題は制動モード
から駆動モードへの移行時にも、同様に発生する
ものである。
したがつて、この発明は急峻または頻繁なトル
ク切換が行われても電動機電圧の上昇を抑止し電
動機やインバータの故障を防止し得る交流電動機
のベクトル制御装置を提供することを目的とす
る。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的達成のため、本発明では、交流電動機
のベクトル制御装置において、制御に用いるトル
ク指令値と、電動機回転速度の実際値と、から負
荷トルクを推定し、推定された該負荷トルクと、
前記トルク指令値と、から、電動機トルクの極性
が、駆動モードのそれから制動モードのそれへ、
或いはその逆に切り換わる変化点を検出する手段
と、検出された該変化点から、電動機トルクの極
性の切り換わりが完了するまでに要する期間、電
動機電流値を励磁電流相当値に固定し、その後も
との電動機電流に戻す手段と、を具備した。
〔作 用〕
その結果、本発明では、電動機トルクの極性の
切り換わり期間に電動機電圧が異常上昇するのを
防ぐことができる。
〔実施例〕
第1図はこの発明の実施例を示す構成図であ
る。これは第5図と比較すれば明らかなように、
制御回路16を設けた点が特徴である。
この制御回路16は具体的には第2図に示され
るように、加算器16a,16e,16f、積分
器16b,16d、係数器16c、コンパレータ
16g,16h、モノステーブルマルチバイブレ
ータ(単に、モノステとも略称する)16i,1
6jおよびオアゲート16k等より構成される。
こゝで、16a〜16eからなる部分は良く知
られている負荷トルク推定回路を構成し、第1図
のASR6からの出力iT *を時定数TJの積分器16
bに与えることによつて速度模擬値N′を取り出
し、これが第1図のPG4を介して与えられる速
度実際値Nと一致するように、係数器16cと積
分器16dを動作させることにより負荷トルクを
推定するものである。なお、K1,K2は係数、TJ
は電動機および負荷の機械時定数の和を示し、ま
た負荷トルク推定信号TL′は積分器16dの出力
として得ることができる。
したがつて、この出力TL′と負荷トルク相当量
iT *とを加算器16fに図示の如き極性で与えて
両者の差をとり、これをコンパレータ16g,1
6hにて所定の設定値と比較することにより、ト
ルク極性の変化点または切換わり点を検出するこ
とができる。モノステ16i,16jはトルク極
性の変化点から一定の時間T1だけ“H”レベル
となる信号Bを出力する。速度調節器ASR6で
はこの信号Bが“H”レベルの期間だけそのスイ
ツチSWが閉成され、これによつて出力の零ホー
ルドが行なわれる。なお、モノステの設定時間
T1は、インバータの動作モードが変化し終るで
あろう最小限の値に設定される。
以上の様子を図示すると第3図の如くなる。つ
まり、駆動モードから制動モードへの切換わり時
点は、例えばコンパレータ16gによつて同図ホ
の如く検出され、これによつてモノステ16iの
出力Bが同図ヘの如く一定期間T1だけ“H”と
なる。これにより、ASR6の出力がこの期間だ
け同図トの如く零ホールド(iT *=0)されるた
め、この期間中は電動機電流はiMだけ(規定の励
磁電流値)となり、したがつて電動機力率が零に
なつても、電動機電圧は同図ハの如く過電圧とな
ることは無く、これは第8図ハと比較すればその
差は明らかである。なお、第3図イ〜ニについて
は第8図と同様であるので、説明は省略する。
以上は、電動機が駆動モードから制動モードに
移行する場合について説明したが、制動モードか
ら駆動モードに移行する場合もコンパレータ16
hおよびモノステ16i等により、上記と同様に
行なわれる。また、上記では誘導電動機について
説明したが、同期電動機についても同様にして適
用することができる。
〔発明の効果〕
この発明によれば、交流機をベクトル制御する
ときに急峻、頻繁なトルク切換わりが発生して
も、その時点を迅速に検出して速度調節器の出力
を零ホールドするようにしたので、比較的簡単に
電動機における過渡時の過電圧を抑制することが
でき、これによつて電動機の絶縁劣化やインバー
タ内転流ダイオードの破損等を防止することが可
能となる利点がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の実施例を示す構成図、第2
図は第1図の制御回路の具体例を示す構成図、第
3図は第1図の動作を説明するためのタイムチヤ
ート、第4図はベクトル制御方式を説明するため
のベクトル図、第5図はベクトル制御方式の従来
例を示す構成図、第6図は電動機の動作モードを
説明するための説明図、第7図は誘導電動機の等
価回路を示す回路図、第8図はトルク切換わり時
の動作を説明するためのタイムチヤート、第9図
は励磁電流と電動機電圧との関係を示すグラフ、
第10図は一般的な電流形インバータ主回路の構
成を示す構成図である。 符号説明 1…順変換器(整流器)、2…逆変
換器(インバータ)、3…交流電動機、4…速度
検出器(PG)、5…加減速パターン発生器、6…
速度調節器(ASR)、7…固定子電流(1次電
流)演算器、8…電流調節器(ACR)、9…移相
器、10…電流検出器、11…割算器、12…ベ
クトル演算器、13…角度演算器、14…角度加
算器、15…パルス分配器、16…制御回路、1
6a,16e,16f…加算器、16b,16d
…積分器、16c…係数器、16g,16h…コ
ンパレータ、16i,16j…モノステ、16k
…オアゲート、SW…スイツチ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 順変換器1および逆変換器2からなる電流形
    インバータを介して駆動される交流電動機3を、
    その磁束ベクトルに平行な励磁電流成分と、それ
    に直交するトルク電流成分に分解して制御する交
    流電動機のベクトル制御装置において、 前記制御に用いるトルク指令値iT*と涙点電動
    機回転速度の実際値Nと、から負荷トルクTL′を
    推定し、推定された該負荷トルクTL′と前記トル
    ク指令値iT*との差をとり、その差が一定限度を
    越したとき、そのことから、電動機トルクの極性
    が、駆動モードのそれから制動モードのそれへ、
    或いはその逆に切り換わる変化点を検出する手段
    16g,16hと、 検出された該変化点から、電動機トルクの極性
    の切り換わりが完了するまでに要すると見込まれ
    る設定された期間、電動機電流値を電動機に固有
    の励磁電流値iMに固定し、その後もとの電動機電
    流に戻す手段16i,16j,16k,SWと、
    を具備し、電動機トルクの極性の切り換わり期間
    に電動機電圧が異常上昇するのを防ぐことを特徴
    とする交流電動機のベクトル制御装置。
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CN105680734B (zh) * 2016-03-29 2019-01-18 无锡市大元广盛电气股份有限公司 一种双电机同步驱动方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58107083A (ja) * 1981-12-18 1983-06-25 Hitachi Ltd 駆動回生変換電源装置

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