JPH0621394U - 誘導電動機のベクトル制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 誘導電動機をベクトル制御する装置におい
て、出力電圧飽和を防止し、誘導機の磁気騒音・振動等
や、トルク制御特性低下を回避する。 【構成】 直流電圧検出部はインバータの直流電圧Ｖ_dc
を検出する。界磁弱め演算部において、限界出力演算部
２４は検出値Ｖ_dcからインバータの出力限界Ｖ_1maxを求
める。飽和電圧指令発生部２５は一次電圧指令Ｖ₁＊の
一次遅れ成分を求め、この値から飽和電圧指令Ｖ₁＊′
を求める。Ｖ₁＊′は、Ｖ₁＊＜Ｖ_1maxのときＶ₁＊′＝
Ｖ_1max、Ｖ₁＊≧Ｖ_1maxのときＶ₁＊′＝Ｖ₁＊の値をと
る。ＰＩ演算部２６は、Ｖ_1maxとＶ₁＊′とを突き合わ
せＰＩ演算して界磁指令補正成分Δｉ_1dを求める。補正
成分Δｉ_1dは電圧飽和が発生した場合（Ｖ₁＊≧
Ｖ_1max）に有効成分をもつ。減算器２３は補正成分Δｉ
_1dを減算することで界磁指令ｉ_1d＊を補正する。一次電
圧指令Ｖ₁＊はＶ₁＊＜Ｖ_1maxに保持される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、ベクトル制御方式による電圧形インバータ装置の制御装置に係わ り、特に直流電圧が低下した場合にでも速度−トルク特性を悪化させないものに 関する。

【０００２】

【従来の技術】

誘導機のベクトル制御は、誘導機二次磁束とそれに直交する二次電流成分を制 御するもので、そのための手段として電流とすべり周波数を制御している。電流 制御は、電流指令と電流検出値との差により出力電圧を調整して指令電流通りに 電流を流す。一方、インバータの出力電圧には制限があり、直流電圧が低下した 場合など、電流指令通りの電流が流れなくなる場合がある。従来は、このような ことがないように誘導機の定格電圧を下げ、電圧余裕を大きくとることにより対 応していた。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

ベクトル制御を行う電圧形インバータ装置において、出力可能な最大電圧は直 流電圧値によって制限され、直流電圧と出力電圧限界の関係はＰＷＭ方式によっ て異なる。正弦波ＰＷＭ方式を類別すると、正弦波三角波比較方式等の相電圧制 御と円軌道法等の線間電圧制御とに大別できる。出力限界は、相電圧制御の場合 、（√３／２√２）Ｖ_dc≒０．６１２Ｖ_dcであり、線間電圧制御の場合、（１／ √２）Ｖ_dc≒０．７０７Ｖ_dcである。

【０００４】 相電圧制御を例にとると、出力電圧指令＞０．６１２Ｖ_dcとなった場合、いわ ゆる電圧飽和状態となって指令通りの電圧が出力できなくなり、しかも出力波形 に歪みが生じる。線間電圧制御についても同様に考えることができる。

【０００５】 この状態では、結果的に電流についても指令通りの電流が流れなくなって電流 波形も歪み、誘導機の磁気騒音・振動の問題が発生する。特にベクトル制御では 、電流指令と実電流との間に誤差が生じて磁束が変動するためベクトル制御条件 が満足されずに、必要とするトルクが得られない問題が発生する。さらに磁束が 変動することにより誘起電力が変化し、結果として電流指令と実電流が一致する ことがある。この場合、単に電流の瞬時値だけを見ていると磁束の変動が判明で きないため、出力電圧が出力可能範囲を越えるケースでは、誤ったトルク制御状 態となる。

【０００６】 この考案は、かかる問題点に鑑み、誘導電動機をベクトル制御する装置におい て、電圧飽和状態を回避する機能を付加することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

請求項１記載の考案は、界磁指令、トルク指令およびモータ速度を用いてベク トル制御演算を行うことで出力電圧指令を求め、該出力電圧指令を用いて電圧形 インバータを動作させる誘導電動機の制御装置において、次の要素を備えたもの である。

【０００８】 （１）電圧形インバータの直流電圧を検出する直流電圧検出手段。

【０００９】 （２）検出直流電圧から限界出力電圧を演算する限界出力電圧演算手段。

【００１０】 （３）界磁指令を抑制する界磁指令抑制手段。

【００１１】 （４）出力電圧指令が限界出力電圧を上回った場合に、（３）の界磁指令抑制手 段を選択しあるいは実質的な動作を許容する指令抑制許容手段。

【００１２】 また請求項２記載の考案は、上記の界磁指令抑制手段として、次の要素を有す るものを使用する。

【００１３】 （１）出力電圧指令の大きさおよび限界出力電圧の差分をとり、この差分から界 磁指令補正成分を生成する補正成分生成手段。

【００１４】 （２）界磁指令補正成分を界磁指令と突き合わせて界磁指令を補正する界磁指令 補正手段。

【００１５】

【作用】

この考案によれば、電圧形インバータの直流電圧を検出して限界出力電圧を算 出する。そしてベクトル制御演算により得られる出力電圧指令が限界出力電圧を 上回ると界磁指令抑制動作が行われる。この動作では、たとえば出力電圧指令と 限界出力電圧との差分から界磁指令の補正成分を生成し、この補正成分により界 磁指令を補正・低減する。このことにより、出力電圧指令が速やかに抑制されて 電圧飽和状態が解消する。

【００１６】

【実施例】

以下、この考案の実施例を説明する。図１は、一実施例に係るインバータ制御 装置を示す。１は誘導機、２は誘導機１を駆動するインバータ（２−１は順変換 部、２−２は逆変換部）、３はＰＷＭ演算部で一次電圧指令Ｖ₁＊と一次電圧位 相θとからＰＷＭ演算を行ってＰＷＭパルスパターンを発生する。４はベース回 路、５は三相誘導機電流を検出する変流器、６は誘導機１に付設されたパルスピ ックアップである。

【００１７】 速度検出部７は、パルスピックアップの検出パルスから誘導機１の検出速度ω を発生する。減算器８は、検出速度ωと速度指令ω＊とを突き合わせて速度誤差 成分Δωを求める。ＡＳＲアンプ９は、速度誤差成分ΔωからＡＳＲモードのト ルク指令ｉ_1q＊を求める。切替部１０は、ベクトル演算に使用するトルク指令ｉ _1q ＊として、ＡＳＲアンプ９からのトルク指令または他のトルク指令を選択する 。

【００１８】 座標変換部１１は、検出電流を三相−二相変換して回転座標ｄ−ｑ軸成分ｉ_1d （界磁電流成分），ｉ_1q（トルク電流成分）に変換する。減算器１２は、界磁指 令ｉ_1d＊と界磁電流成分ｉ_1dとを突き合わせて界磁電流誤差成分Δｉ_1dを求める 。ＡＣＲアンプ１３は、励磁電流誤差成分Δｉ_1dからＡＣＲモードの一次電圧ｄ 軸補正成分ｖ_1dを求める。一方、減算器１４は、トルク指令ｉ_1q＊とトルク電流 成分ｉ_1qとを突き合わせてトルク電流誤差成分Δｉ_1qを求める。ＡＣＲアンプ１ ５は、トルク電流誤差成分Δｉ_1qからＡＣＲモードの一次電圧ｑ軸補正成分ｖ_1q を求める。

【００１９】 誘導機モデル１６は、界磁指令ｉ_1d＊やトルク指令ｉ_1q＊、検出速度ωを用い て誘導機１を模擬したベクトル演算を行い、一次電圧ｄ−ｑ軸成分Ｖ_1d，Ｖ_1qを 求める。加算器１７，１８は、一次電圧成分Ｖ_1d，Ｖ_1qに補正成分ｖ_1d，ｖ_1qを 加算して一次電圧指令ｄ−ｑ軸成分Ｖ_1d＊，Ｖ_1q＊を求める。座標変換部１９は 、一次電圧指令ｄ−ｑ軸成分Ｖ_1d＊，Ｖ_1q＊を極座標に変換して一次電圧指令Ｖ ₁ ＊と位相θを求める。この一次電圧指令Ｖ₁＊と位相θを用いてＰＷＭ演算が行 われる。

【００２０】 直流電圧検出部２０は、インバータ２における順変換部２−１の出力直流電圧 Ｖ_dcを検出する。界磁弱め演算部２１は、検出直流電圧Ｖ_dcと一次電圧指令Ｖ₁ とから電圧飽和時の界磁指令補正成分Δｉ_1dを生成する。界磁指令ｉ_1d＊は、設 定値をリミッタ処理部２２がリミッタ処理した後、減算器２３が界磁指令補正成 分Δｉ_1dを減算することにより得られる。

【００２１】 図２は、界磁弱め演算部の構成を示す。限界出力演算部２４は、検出直流電圧 Ｖ_dcからインバータ２の出力限界Ｖ_1maxを求める。前述のように、出力限界Ｖ_{1m ax} は、相電圧制御の場合は（√３／２√２）Ｖ_dc、線間電圧制御の場合は（１／ √２）Ｖ_dcである。飽和電圧指令発生部２５は、一次電圧指令Ｖ₁＊の一次遅れ 成分を求め、この値に所定のリミッタ処理を施して飽和電圧指令Ｖ₁＊′を求め る。このリミッタ処理では、Ｖ₁＊＜Ｖ_1maxのときは出力Ｖ₁＊′をＶ_1maxでリミ ットし、Ｖ₁＊≧Ｖ_1maxのときはＶ₁＊′＝Ｖ₁＊とする。ＰＩ演算部２６は、出 力限界Ｖ_1maxと飽和電圧指令Ｖ₁＊′とを突き合わせ、両者の差分をＰＩ演算し て界磁指令補正成分Δｉ_1dを求める。ただし、Ｖ₁＊＜Ｖ_1maxの場合は、積分項 がクリアされる。

【００２２】 定常状態（Ｖ₁＊＜Ｖ_1max）では、飽和電圧指令発生部２５において飽和電圧 指令Ｖ₁＊′が出力限界Ｖ_1maxと等しくなるから、この補正成分Δｉ_1dは０とな る。一方、電圧飽和が発生した場合（Ｖ₁＊≧Ｖ_1max）は、Ｖ₁＊′≧Ｖ_1maxとな るから補正成分Δｉ_1dは有効成分をもつ。この補正成分Δｉ_1dが減算器２３によ り界磁指令ｉ_1d＊から差し引かれることで界磁指令ｉ_1d＊が弱く（小さく）なる 。このことにより、一次電圧指令Ｖ₁＊が小さくなってＶ₁＊＜Ｖ_1maxに保たれ、 インバータ出力が正弦波に維持されるので、騒音・振動等の問題がなくなる。

【００２３】 なお、界磁電流が弱めになることによるトルクの不足分はＡＳＲモードのトル ク指令ｉ_1q＊が増加することで自然に補償されるが、界磁指令ｉ_1d＊の補正に伴 ってトルク指令ｉ_1q＊を強めに補正する手法をとれば、より優れた制御特性を得 ることができる。この場合においても一次電圧指令Ｖ₁＊を問題なくＶ₁＊＜Ｖ_{1m ax} に維持することができる。

【００２４】

【考案の効果】

以上説明したようにこの考案によれば、電圧形インバータの直流電圧から限界 出力電圧を求め、出力電圧指令が限界出力電圧を上回ると界磁指令を抑制して出 力電圧指令を抑えるので、出力電圧指令が限界出力電圧以下に保たれる。したが って電圧飽和による出力電圧・電流の波形の歪みが生じることがなくなり、誘導 機の磁気騒音・振動の問題を回避できる。特に、ベクトル制御において、電流指 令と実電流との誤差の発生原因となる電圧飽和を防止できるので、トルク制御精 度が向上する。また、出力電圧指令と限界出力電圧との差分から界磁指令の補正 成分を生成して界磁指令を補正・抑制することで、簡素な構成でスムーズに出力 電圧指令を制御できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の一実施例に係るインバータ制御装置
を示すブロック図。

【図２】図１のインバータ制御装置の界磁弱め演算部の
構成を示すブロック図。

【符号の説明】

１…誘導機 ２…インバータ ２−１…順変換部 ２−２…逆変換部 ３…ＰＷＭ演算部 ５…変流器 １６…誘導機モデル ２０…直流電圧検出部 ２１…界磁弱め演算部 ２３…減算器 ２４…限界出力演算部 ２５…飽和電圧指令発生部 ２６…ＰＩ演算部

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 界磁指令、トルク指令およびモータ速度
   を用いてベクトル制御演算を行うことで出力電圧指令を
   求め、該出力電圧指令を用いて電圧形インバータを動作
   させることで誘導電動機を制御する装置において、 前記電圧形インバータの直流電圧を検出するインバータ
   直流電圧検出手段と、 検出直流電圧から限界出力電圧を演算する限界出力電圧
   演算手段と、 前記界磁指令を抑制する界磁指令抑制手段と、 前記出力電圧指令が限界出力電圧を上回った場合に前記
   界磁指令抑制手段の実質的な動作を許容する指令抑制許
   容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. 【請求項２】 請求項１記載の誘導電動機のベクトル制
   御装置において、 前記界磁指令抑制手段は、前記出力電圧指令の大きさお
   よび限界出力電圧の差分をとり該差分から界磁指令補正
   成分を生成する補正成分生成手段と、該界磁指令補正成
   分を前記界磁指令と突き合わせて該界磁指令を補正する
   界磁指令補正手段とを有するものであることを特徴とす
   る誘導電動機のベクトル制御装置。