JPH0626079Y2 - Induction motor torque control device - Google Patents

Induction motor torque control device

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JPH0626079Y2
JPH0626079Y2 JP1987179041U JP17904187U JPH0626079Y2 JP H0626079 Y2 JPH0626079 Y2 JP H0626079Y2 JP 1987179041 U JP1987179041 U JP 1987179041U JP 17904187 U JP17904187 U JP 17904187U JP H0626079 Y2 JPH0626079 Y2 JP H0626079Y2
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magnetic flux
command
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induction motor
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一郎 宮下
淳 藤川
裕義 藤田
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Toyo Electric Manufacturing Ltd
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Toyo Electric Manufacturing Ltd
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Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案はPWMインバータによる誘導電動機の制御装置
に関するもので、ショックの少ないソフトな起動や変速
が求められる用途に適するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of application] The present invention relates to a control device for an induction motor using a PWM inverter, and is suitable for applications requiring soft start and gear shift with less shock.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

本考案の適用対象となるトルク制御方式は、電気学会論
文誌Bの106巻1号第9ページの「瞬時すべり周波数制
御に基づく誘導電動機の新高速トルク制御方法」なる論
文に記載されている。
The torque control system to which the present invention is applied is described in a paper entitled "New High Speed Torque Control Method for Induction Motor Based on Instantaneous Slip Frequency Control" on page 9, No. 1, page 106 of the Institute of Electrical Engineers of Japan, Journal B.

この論文は、電動機入力電圧を検出し、これを制御回路
内で積分したものを電動機磁束としている。すなわち、
いわゆる磁束演算形の制御方式であり、磁束ベクトルの
長さが与えられた磁束指令に追従し、かつ円軌跡を描く
ようなインバータ出力電圧を選ぶ。
In this paper, the motor input voltage is detected and integrated in the control circuit to obtain the motor magnetic flux. That is,
This is a so-called magnetic flux calculation type control method, and selects an inverter output voltage that follows a magnetic flux command given the length of the magnetic flux vector and draws a circular locus.

また、電動機発生トルクを前記磁束と電動機入力電流の
ベクトル積として演算し、その大きさが与えられたトル
ク指令に追従するようなインバータ出力電圧を選ぶ。制
御は磁束およびトルクの瞬時値が所定の誤差内に保持さ
れるよう行われ、インバータ出力電圧は高速度で時々刻
々更新される。
Further, the motor generated torque is calculated as a vector product of the magnetic flux and the motor input current, and the inverter output voltage whose magnitude follows the given torque command is selected. The control is performed so that the instantaneous values of the magnetic flux and the torque are kept within a predetermined error, and the inverter output voltage is updated at high speed every moment.

第2図は前記論文に記載された制御方法に、本出願人が
先に出願し公開された特開昭62-260593号に提案したP
WMインバータの出力電圧方式を採用したトルク制御系
のブロック図であり、直流電圧源1より正母線1aおよび
負母線1bを経て、3相PWMインバータ3を介して3相
誘導電動機6に給電する。制御回路7は指令および検出
された電流,電圧信号を処理し、PWMインバータ3の
スイッチング素子の通電信号を発生する。
FIG. 2 shows the control method described in the above-mentioned article, which is proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 62-260593, which was previously filed and published by the present applicant.
FIG. 3 is a block diagram of a torque control system that adopts an output voltage system of a WM inverter, and a DC voltage source 1 supplies power to a 3-phase induction motor 6 via a 3-phase PWM inverter 3 via a positive bus 1a and a negative bus 1b. The control circuit 7 processes the command and the detected current and voltage signals, and generates an energization signal for the switching element of the PWM inverter 3.

PWMインバータ3はトランジスタなどのスイッチング
素子とダイオードをそれぞれ逆並列接続してなる6個の
アームから構成されているが、3個の切換スイッチSu,S
v,Swとして表すことができる。
Although PWM inverter 3 is composed of six arms of the switching element and the diode formed by antiparallel connected, such as a transistor, three changeover switches S u, S
It can be represented as v , S w .

PWMインバータ3の各出力端子から電流検出器5u,5v,
5wを経て3相誘導電動機6に給電すると共に、直流側正
負母線1a,1b間に電圧検出器2が接続され、これら検出
器と後述するスイッチ状態変数表から各相電流および各
相電圧が検出できるようになっている。
From each output terminal of the PWM inverter 3, the current detector 5 u , 5 v ,
Power is supplied to the three-phase induction motor 6 via 5 w , and the voltage detector 2 is connected between the positive and negative buses 1a and 1b on the DC side. From these detectors and the switch state variable table described later, each phase current and each phase voltage are It can be detected.

3相かご形誘導電動機の1次端子電圧および電流をそれ
ぞれ▲▼,▲▼とし、2次電流を▲▼とす
ると、電圧方程式は ただし、記号▲▼,▲▼,▲▼は直軸,横
軸すなわちd,q2軸変換された量のベクトル表示であ
り、例えば▲▼はd軸成分をv1d,q軸成分をv1qとす
ると ▲▼=v1d+jviq …… で示され、▲▼,▲▼も同様に定義される。な
お、式の左辺のはd,q両軸成分とも0の場合を表
し、かご形回転子の場合2次電圧はこのようにとな
る。
If the primary terminal voltage and current of the three-phase squirrel cage induction motor are ▲ ▼ and ▲ ▼, respectively, and the secondary current is ▲ ▼, the voltage equation is However, the symbols ▲ 1 ▼, ▲ 1 ▼, ▲ ▼ are vector representations of the quantities that have been converted to the direct axis, the horizontal axis, that is, the d and q 2-axis. If it is 1q , it is shown as ▲ 1 ▼ = v 1d + jv iq ……, and ▲ ▼ and ▲ ▼ are defined similarly. The left side of the equation represents the case where both d and q axis components are 0, and the secondary voltage is as follows in the case of the squirrel cage rotor.

式における定数は R1;1次巻線抵抗 L11;1次インダクタンス R2;2次巻線抵抗 L22;2次インダクタンス M;相互インダクタンス mは回転角速度、pは微分演算子、jはベクトル積を
表す。
The constant in the formula is R 1 ; primary winding resistance L 11 ; primary inductance R 2 ; secondary winding resistance L 22, secondary inductance M; mutual inductance m is rotational angular velocity, p is differential operator, j is vector Represents the product.

一方、磁束の定義として、1次磁束▲▼は ▲▼=L11▲▼+M▲▼ …… 式の第1行を展開して ▲▼=(R1+pL11)▲▼+pM▲▼ 式を代入し、整理すると ▲▼−R1▲▼=p▲▼ …… 両辺を積分すると ▲▼=∫(▲▼−R1▲▼)dt…… すなわち、電動機1次磁束は式の積分演算により求め
られる。
On the other hand, as the definition of magnetic flux, the primary magnetic flux ▲ ▼ is ▲ ▼ = L 11 ▲ ▼ + M ▲ ▼ ...... Expand the first line of the equation ▲ ▼ = (R 1 + pL 11 ) ▲ ▼ + pM ▲ ▼ Substituting and rearranging ▲ ▼ −R 1 ▲ ▼ = p ▲ ▼ …… Integrating both sides ▲ ▼ = ∫ (▲ ▼ −R 1 ▲ ▼) dt …… That is, the primary magnetic flux of the motor is the integral calculation of the formula. Required by.

各切換スイッチSu,Sv,Swは、正母線1a側に倒れる場合と
負母線1b側に倒れる場合とがあり、中間位置を取ること
はない。前者を状態1,後者を状態0とすると、インバ
ータの出力状態は次に示すスイッチ状態変数表ですべて
を表すことができる。
The changeover switches S u , S v , and S w may fall to the positive bus line 1a side or to the negative bus line 1b side, and do not take intermediate positions. When the former is the state 1 and the latter is the state 0, the output states of the inverter can all be represented by the switch state variable table shown below.

ここに、kは切換スイッチ状態を示す番号で、切換スイ
ッチの状態はこの8通りしか存在しない。
Here, k is a number indicating the state of the changeover switch, and there are only eight states of the changeover switch.

また、▲▼,▲▼はd,q2軸成分で表したス
イッチ状態変数で、実際のd,q軸電圧v1d,v1qはこれ
に直流電圧源1の電圧Vと を乗じ、 と表せる。
Further, ▲ ▼ and ▲ ▼ are switch state variables represented by d and q axis components, and the actual d and q axis voltages v 1d and v 1q are the same as the voltage V of the DC voltage source 1. Multiply by Can be expressed as

先のスイッチ状態変数表を図示したのが第3図であり、
v1の横の括弧内は切換スイッチSu,Sv,Swの状態を示して
おり、kが増加するに従って時計方向に60°ずつステッ
プする電圧ベクトルを表している。
The switch state variable table is shown in FIG.
The parentheses next to v 1 indicate the states of the changeover switches S u , S v , and S w , and represent the voltage vector that steps in 60 ° clockwise steps as k increases.

なお、k=0およびk=7は零ベクトルと呼ばれるもの
で、図では原点に一致する。k=0およびk=7はそれ
ぞれインバータの出力を決定する第2図の切換スイッチ
Su,Sv,Swがすべて正母線1a側に倒れるか、または負母線
1b側に倒れるかの違いはあるが、誘導電動機6の線間電
圧はいずれも0となり、3相短絡モードである。また、
u,v,w相の基準軸は後述する式により、それぞれ
k=1,k=3,k=5の方向に対応する。
Note that k = 0 and k = 7 are called zero vectors and coincide with the origin in the figure. k = 0 and k = 7 are changeover switches of FIG. 2 which determine the output of the inverter.
S u , S v , S w all fall to the side of positive bus 1a or negative bus
The line voltage of the induction motor 6 is 0, although there is a difference whether it falls to the 1b side, which is the three-phase short-circuit mode. Also,
The reference axes of the u, v, and w phases respectively correspond to the directions of k = 1, k = 3, and k = 5 by the formulas described later.

瞬時トルクTは式の1次磁束▲▼と1次電流▲
▼のベクトル積として式により求められる。
The instantaneous torque T is the primary magnetic flux ▲ ▼ and the primary current ▲ in the formula.
It is calculated by the formula as the vector product of ▼.

T=▲▼×▲▼=φ1d×i1q−φ1q×i1d
… ここで、φ1d,φ1qおよびi1d,i1qはそれぞれ1次磁束
▲▼および1次電流▲▼をd,q2軸に分解し
たときの各成分である。
T = ▲ ▼ × ▲ ▼ = φ 1d × i 1q −φ 1q × i 1d
Here, φ 1d , φ 1q and i 1d , i 1q are respective components when the primary magnetic flux ▲ ▼ and the primary current ▲ ▼ are decomposed into d and q axes.

ブロック701および703bは切換スイッチSu,Sv,Swの状態
と電圧検出器2で検出した直流電圧源1の電圧Vとから
1次端子電圧▲▼を算出するブロックであり、スイ
ッチ状態変数表と式とから算出される。
Blocks 701 and 703b are blocks for calculating the primary terminal voltage ▲ ▼ from the states of the changeover switches S u , S v , S w and the voltage V of the DC voltage source 1 detected by the voltage detector 2, and are switch state variables. Calculated from the table and formula.

ブロック702は電流検出器5u,5v,5wにより検出された3
相電流iu,iv,iwを、次式によりd,q2軸成分に変換す
るブロックである。
Block 702 is 3 detected by current detectors 5 u , 5 v , 5 w
This is a block for converting the phase currents i u , i v , and i w into the d and q biaxial components by the following equation.

この1次電流▲▼に、ブロック703aにおいて1次巻
線抵抗R1を乗じ、ブロック704において1次端子電圧▲
▼から1次巻線抵抗R1と1次電流▲▼の積を減
算する。
This primary current ▲ ▼ is multiplied by the primary winding resistance R 1 in block 703a, and the primary terminal voltage ▲ in block 704.
The product of the primary winding resistance R 1 and the primary current ▲ ▼ is subtracted from ▼.

ブロック705は式に従って磁束を積分演算するブロッ
クであり、1次磁束▲▼のd,q両軸成分φ1d,φ
1qが求められ、ブロック706にて磁束ベクトル長φ
求められる。
A block 705 is a block for performing integral calculation of the magnetic flux according to the formula, and both d and q axis components φ 1d , φ of the primary magnetic flux ▲ ▼
1q is calculated, and the magnetic flux vector length φ 1 is calculated in block 706.

更に、ブロック710では、第4図の磁束状態図に示すよ
うに、1次磁束▲▼ベクトルのd軸を基準とする時
計方向の回転角θが、境界線として30°,90°,150
°,210°,270°,330°の60°毎に仕切られるどの領
域に属しているかによって制御フラグfθを次のように
発生する。
Further, in block 710, as shown in the magnetic flux state diagram of FIG. 4, the rotation angle θ in the clockwise direction with respect to the d axis of the primary magnetic flux vector is 30 °, 90 °, 150 ° as boundaries.
The control flag fθ is generated in the following manner depending on which region is divided every 60 ° of 210 °, 210 °, 270 ° and 330 °.

−30°≦θ<30°;fθ=I 30°≦θ<90°;fθ=II 90°≦θ<150°;fθ=III 150°≦θ<210°;fθ=IV 210°≦θ<270°;fθ=V 270°≦θ<330°;fθ=VI 第6図はヒステリシスコンパレータの状態制御図で、磁
束ベクトル長φが磁束指令値φ1 *に対し、誤差限界
(ヒステリシス値)Δφを用いて となるように制御するための制御フラグfφを発生す
る。すなわち、磁束ベクトル長φが増加して上限であ
達すると減磁を指令する制御フラグfφ=0を発生し、
また磁束ベクトル長φが減少して下限である 達すると増磁を指令する制御フラグfφ=1を発生す
る。
−30 ° ≦ θ <30 °; fθ = I 30 ° ≦ θ <90 °; fθ = II 90 ° ≦ θ <150 °; fθ = III 150 ° ≦ θ <210 °; fθ = IV 210 ° ≦ θ < 270 °; fθ = V 270 ° ≦ θ <330 °; fθ = VI FIG. 6 is a state control diagram of the hysteresis comparator. The magnetic flux vector length φ 1 is the error limit (hysteresis value) with respect to the magnetic flux command value φ 1 *. Using Δφ A control flag fφ for controlling so that That is, the magnetic flux vector length φ 1 increases and is the upper limit. When it reaches, a control flag fφ = 0 for instructing demagnetization is generated,
In addition, the magnetic flux vector length φ 1 decreases and is the lower limit. When it reaches, a control flag fφ = 1 for instructing the magnetization is generated.

かくして、磁束ベクトル長φは第6図に示された矢印
の方向にリミットサイクルを描くようにして制御される
ことになるが、実際には、ブロック706で式により算
出された磁束ベクトル長φがブロック708において磁
束指令値φ1 *から減算され、ブロック711において第6
図の状態制御図に従い制御フラグfφ=1,0を発生す
る。
Thus, the magnetic flux vector length φ 1 is controlled so as to draw a limit cycle in the direction of the arrow shown in FIG. 6, but in reality, the magnetic flux vector length φ calculated by the equation in block 706. 1 is subtracted from the magnetic flux command value φ 1 * in block 708, and the sixth value is subtracted in block 711.
A control flag fφ = 1, 0 is generated according to the state control diagram of the figure.

第6図に示した磁束のリミットサイクルは、第4図に関
していえば、1次磁束▲▼ベクトルの頭部が常に図
示された円環部分に存在するように制御されていること
に対応する。
The magnetic flux limit cycle shown in FIG. 6 corresponds to the fact that the head of the primary magnetic flux vector is controlled so that it always exists in the illustrated annular portion with respect to FIG.

第6図による制御フラグfφと第4図で説明した制御フ
ラグfθとが組み合わされて、例えばfφ=1,fθ=
Iの制御フラグが立っていたとすると、領域が−30°≦
θ<30°における増磁モードを意味するから、1次磁束
▲▼ベクトルに積分されるべき1次電圧▲▼ベ
クトルは円の外向き成分を持ったものとなり、第3図か
らk=1,2,6のいずれかのみが選ばれる可能性があ
る。
A combination of the control flag fφ according to FIG. 6 and the control flag fθ described with reference to FIG. 4, for example, fφ = 1, fθ =
If the control flag of I is set, the area is -30 ° ≤
Since it means the magnetization mode at θ <30 °, the primary voltage ▲ ▼ vector to be integrated into the primary magnetic flux ▲ ▼ vector has an outward component of a circle, and k = 1, from FIG. Either 2, 6 may be selected.

ブロック707はブロック702,705の両出力のベクトル積を
式により演算し瞬時トルクTを算出するブロックであ
り、ブロック709においてトルク指令Tから瞬時トル
クTを減算し、トルク指令Tと式により求められた
瞬時トルクTとの差が所定の誤差限界以内に押えられる
ように、ブロック712において第7図の状態制御図に従
って制御フラグfτを発生する。
Block 707 is a block which calculates the calculated instantaneous torque T a vector product between the output of the block 702, 705 by the equation, by subtracting the instantaneous torque T from the torque command T * at block 709, determined by the torque command T * and the formula In order to suppress the difference from the instantaneous torque T within a predetermined error limit, a control flag fτ is generated in block 712 according to the state control diagram of FIG.

第7図は3値ヒステリシスコンパレータの状態制御図
で、電動機力行時はトルク偏差T−Tが上限値ΔT
1(ΔT1>0)に達すると、加速モードの制御フラグf
τ=1を発生する。電動機が加速されてトルク偏差が下
限値−ΔT2(ΔT2>0)に達すると、零ベクトルモード
の制御フラグfτ=0を発生し、トルクが漸減して再び
偏差が増加し上限値ΔT1に達すると加速モードに移り、
第7図の上半部のヒステリシスループを矢印方向に周回
するリミットサイクルを描く。
FIG. 7 is a state control diagram of the three-value hysteresis comparator. When the motor is running, the torque deviation T * -T is the upper limit value ΔT.
When 1 (ΔT 1 > 0) is reached, the acceleration mode control flag f
Generate τ = 1. When the motor is accelerated and the torque deviation reaches the lower limit value −ΔT 2 (ΔT 2 > 0), a zero vector mode control flag fτ = 0 is generated, the torque is gradually decreased, and the deviation is increased again, and the upper limit value ΔT 1 When it reaches
The limit cycle in which the hysteresis loop in the upper half part of FIG. 7 orbits in the direction of the arrow is drawn.

これを時間領域にて表すと第5図のトルク波形図に示す
ごとく瞬時トルクTは変動し、トルク指令Tを挟んで
上,下の偏差分の和ΔT2+ΔT2である許容誤差(ヒステ
リシス値)ΔTの帯域内を、最大値T1,最小値T2として
往復する。
When this is expressed in the time domain, the instantaneous torque T fluctuates as shown in the torque waveform diagram of FIG. 5, and the allowable error (hysteresis, which is the sum ΔT 2 + ΔT 2 of the upper and lower deviations across the torque command T *). It reciprocates within the band of (value) ΔT with the maximum value T 1 and the minimum value T 2 .

次に、電動機が回生制動を行っている時は第7図の下半
部のヒステリシスループを描くことになり、トルク偏差
が負の下限値ΔT1(ΔT1>0)に達すると減速モードの
制御フラグfτ=−1を発生する。以下、力行時と同様
に矢印の方向のリミットサイクルを繰り返えす。かくし
てブロック712は制御フラグfτ=1,0,−1を出力
する。
Next, when the motor is performing regenerative braking, a hysteresis loop in the lower half of FIG. 7 is drawn, and when the torque deviation reaches the negative lower limit value ΔT 1 (ΔT 1 > 0), the deceleration mode A control flag fτ = -1 is generated. After that, the limit cycle in the direction of the arrow is repeated as in the case of power running. Thus, block 712 outputs the control flag fτ = 1, 0, −1.

ブロック713はブロック710,711,712から出力される3個
の制御フラグfθ,fφ,fτの各組み合わせに最も適
したインバータ出力電圧を決定するブロックであり、第
4図で説明した1次磁束▲▼のベクトル長と回転方
向および速度をこれら3個の制御フラグfθ,fφ,f
τが制御する。
A block 713 is a block for determining the most suitable inverter output voltage for each combination of the three control flags fθ, fφ, fτ output from the blocks 710, 711, 712, and the vector length of the primary magnetic flux ▲ ▼ described in FIG. And the rotation direction and speed, these three control flags fθ, fφ, f
τ controls.

例えば前述のごとく制御フラグfφ=1,fθ=Iの場
合には、電圧ベクトルをスイッチ状態変数表のkに従っ
て▲▼(k)で表すとすると、電圧ベクトルとして選
ばれる可能性があるのはk=1,2,6のいずれかであ
るが、このとき制御フラグfτ=1ならば、時計方向に
回転する成分を持つベクトルk=2すなわち出力電圧ベ
クトル▲▼(2)が選ばれる。もしfτ=−1のとき
は▲▼(6)、fτ=0のときは零ベクトルで、▲
▼(0)または▲▼(7)が選ばれる。
For example, when the control flags fφ = 1 and fθ = I as described above, if the voltage vector is represented by ▲ ▼ (k) according to k in the switch state variable table, there is a possibility that k may be selected as the voltage vector. = 1, 2 or 6, but if the control flag fτ = 1 at this time, the vector k = 2 having the component rotating clockwise, that is, the output voltage vector ▲ ▼ (2) is selected. If fτ = -1, it is (6), and if fτ = 0, it is a zero vector.
▼ (0) or ▲ ▼ (7) is selected.

次に示すスイッチングテーブルは、3個の制御フラグf
φ,fθ,fτのすべての組み合わせについて出力電圧
ベクトル番号kの値を示したものである。
The following switching table shows three control flags f
The values of the output voltage vector number k are shown for all combinations of φ, fθ, and fτ.

各演算サイクル毎にブロック713においてこのスイッ
チングテーブルを参照することにより、インバータ3へ
スイッチング信号を送り、磁束およびトルクの瞬時制御
が行われる。
By referring to this switching table in block 713 for each operation cycle, a switching signal is sent to the inverter 3 and instantaneous control of magnetic flux and torque is performed.

インバータ周波数は第4図の1次磁束▲▼ベクトル
の回転速度と考えることができるが、これは外部から与
えられるものではなく、式による電圧ベクトルの積算
結果として生じるものである。
The inverter frequency can be considered as the rotational speed of the primary magnetic flux vector ( 1) in FIG. 4, but it is not given from the outside but is generated as a result of integrating the voltage vector by the equation.

〔考案が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

前述のような瞬時空間ベクトルによる高速トルク制御方
式では、ヒステリシスコンパレータによりトルクを制御
するため、ヒステリシスコンパレータのヒステリシス値
より小さいトルク指令の場合には制御ができない。
In the high-speed torque control method using the instantaneous space vector as described above, since the torque is controlled by the hysteresis comparator, the control cannot be performed when the torque command is smaller than the hysteresis value of the hysteresis comparator.

すなわち、例えば始動時においてトルク指令Tが第7
図に示したヒステリシス値ΔT1より小さい時は、ブロッ
ク712に入力されるトルク偏差T−Tが上限値ΔT1
超えないため、加速モードの制御フラグfτ=1を発生
することができず、動作状態に入れない。始動時にはト
ルク指令Tを第7図の上限値ΔT1以上にしなくてはな
らず、起動時にトルクショックを生じる。
That is, for example, when starting, the torque command T * is
When it is smaller than the hysteresis value ΔT 1 shown in the figure, the torque deviation T * -T input to the block 712 does not exceed the upper limit value ΔT 1 , so the control flag fτ = 1 in the acceleration mode cannot be generated. , Can not enter the operating state. At the time of starting, the torque command T * must be greater than or equal to the upper limit value ΔT 1 shown in FIG. 7, resulting in torque shock at the time of starting.

これは始動時のみの現象ではなく、無負荷で運転中にお
いて変速せしめたい場合についても同様である。
This applies not only to the phenomenon at the time of starting, but also to the case where it is desired to shift gears during operation with no load.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本考案にかかる誘導電動機のトルク制御装置は、従来の
瞬時空間ベクトルによる高速トルク制御方式において発
生していたトルクショックを避けるため、三相誘導電動
機の1次端子電圧および電流から瞬時1次磁束ベクトル
および瞬時トルクを演算する手段と、前記1次磁束ベク
トルの長さが所定の誤差内で与えられた磁束指令値に追
従するように増磁または減磁指令を生成する第1のヒス
テリシスコンパレータ手段と、前記トルクが与えられた
トルク指令に所定の誤差内で追従するように1次磁束ベ
クトルの位相の進行,停止指令を生成する第2のヒステ
リシスコンパレータ手段と、1次磁束ベクトルの位相に
対応して第1および第2のヒステリシスコンパレータ手
段の出力指令に最適はインバータの出力電圧ベクトルを
決定する手段とを有する誘導電動機のトルク制御装置に
おいて、前記第2のヒステリシスコンパレータ手段のヒ
ステリシス値よりも低いトルク指令が与えられた場合に
はトルク指令を前記ヒステリシス値に等しい振幅のオン
オフパルス列に変換するパルス幅変調手段を具えたこと
を特徴とするものである。
The torque control device for an induction motor according to the present invention uses an instantaneous primary magnetic flux vector from the primary terminal voltage and current of a three-phase induction motor in order to avoid a torque shock that occurs in a conventional high-speed torque control method using an instantaneous space vector. And means for calculating an instantaneous torque, and a first hysteresis comparator means for generating a magnetizing or demagnetizing command so that the length of the primary magnetic flux vector follows a magnetic flux command value given within a predetermined error. Corresponding to the phase of the primary magnetic flux vector and second hysteresis comparator means for generating a command to advance or stop the phase of the primary magnetic flux vector so as to follow the given torque command within a predetermined error. Optimal for the output commands of the first and second hysteresis comparator means and means for determining the output voltage vector of the inverter. In the torque control device for an induction motor, when a torque command lower than the hysteresis value of the second hysteresis comparator means is given, the pulse width modulating means for converting the torque command into an on / off pulse train having an amplitude equal to the hysteresis value. It is characterized by having.

〔作用〕[Action]

第7図に示した従来のトルク制御装置における第2のヒ
ステリシスコンパレータの状態制御図では、トルク偏差
−Tの値が上限値ΔT1を超えると加速モードの制御
フラグfτ=1を発生し、次に加速によりトルク偏差T
−Tが減少し下限値−ΔT2を超えると零ベクトルモー
ドの制御フラグfτ=0を発生するようになっている。
In the state control diagram of the second hysteresis comparator in the conventional torque control device shown in FIG. 7, when the value of the torque deviation T * -T exceeds the upper limit value ΔT 1 , the acceleration mode control flag fτ = 1 is generated. , Then torque deviation T due to acceleration
* -T is adapted to generate a control flag fτ = 0 for if the lower limit value -.DELTA.T 2 zero vector mode decreases.

本考案にかかる誘導電動機のトルク制御装置において
は、この第2のヒステリシスコンパレータの上限値ΔT1
以下の小さいトルク指令Tが与えられた場合には、こ
のトルク指令Tをオン時の値がΔT1,オフ時の値が−
ΔT2に変化するオンオフパルス列によってパルス幅変調
して改良トルク指令T**としてブロック709に入力
し、この改良トルク指令T**と瞬時トルクTとの差を
算出してブロック712に送ることにより、等価的に第2
のヒステリシスコンパレータ手段の上限値ΔT1より小さ
いトルク指令にも追従してトルク制御ができる。
In the torque control device for the induction motor according to the present invention, the upper limit value ΔT 1 of the second hysteresis comparator is set.
When the following small torque command T * is given, the value when the torque command T * is on is ΔT 1 and the value when it is off is −T .
Input to block 709 as an improved torque command T ** and pulse width modulated by on-off pulse train changes [Delta] T 2, by sending to the block 712 calculates the difference between the modified torque command T ** and instantaneous torque T , Equivalently second
The torque control can be performed by following the torque command smaller than the upper limit value ΔT 1 of the hysteresis comparator means.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本考案にかかる誘導電動機のトルク制御装置の
一実施例のブロック図であり、第2図と同一の符号は同
一機能を有する部分を示し、第2図と異なる所はトルク
指令Tを入力して鋸歯状波発生器714の出力によりこ
れをパルス幅変調して、改良トルク指令T**としブロ
ック709へ送る変調器715を追従したのみである。
FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of a torque control device for an induction motor according to the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 2 indicate the parts having the same functions, and those different from FIG. Only the * is input and the output of the saw-tooth wave generator 714 pulse-modulates this, and the modulator 715 sent to the block 709 as the improved torque command T ** is followed.

第8図は変調器の動作を説明するためのグラフであり、
(a),(b)共に横軸は時間を示し、(a)は鋸歯状波発生器の
出力波形図、(b)は変調器の出力波形図である。
FIG. 8 is a graph for explaining the operation of the modulator,
In both (a) and (b), the horizontal axis represents time, (a) is an output waveform diagram of the sawtooth wave generator, and (b) is an output waveform diagram of the modulator.

鋸歯状波発生器714の出力鋸歯状波は周期がtpであり、
最大値はブロック712の第2のヒステリシスコンパレー
タのヒステリシス上限値ΔT1に等しく、最小値は同じく
ヒステリシス下限値−ΔT2に等しい右上り形の波形を有
している。
The output sawtooth of the sawtooth generator 714 has a period of t p ,
The maximum value has an upper right-hand waveform that is equal to the upper hysteresis limit value ΔT 1 of the second hysteresis comparator of block 712 and the minimum value is also equal to the lower hysteresis limit value −ΔT 2 .

周期tpは任意でよいが、5〜10msecが望ましく、100〜2
00Hzの周波数とするとよい。この波形はNを1以上の自
然数とし出力yとしたとき次式で表せる。
The period t p may be arbitrary, but 5 to 10 msec is desirable, and 100 to 2
A frequency of 00Hz is recommended. This waveform can be expressed by the following equation when N is a natural number of 1 or more and the output is y.

鋸歯状波発生器714で生成された前記の鋸歯状波は変調
器715へ送られると共に、変調器715ではトルク指令T
を入力としてこれと前記鋸歯状波と比較し、トルク指令
の方が大きい時は第2のヒステリシスコンパレータ
の上限値ΔT1に等しい値を、トルク指令Tの方が小さ
い時は第2のヒステリシスコンパレータの下限値−ΔT2
と等しい値を改良トルク指令T**としてブロック709
へ送る。
The sawtooth wave generated by the sawtooth wave generator 714 is sent to the modulator 715, and the modulator 715 also outputs a torque command T *.
When the torque command T * is larger, a value equal to the upper limit value ΔT 1 of the second hysteresis comparator is set, and when the torque command T * is smaller, the second command is input. Lower limit of hysteresis comparator of −ΔT 2
The value equal to is set as the improved torque command T ** in block 709.
Send to.

第8図(b)は改良トルク指令T**の波形を示し、トル
ク指令Tが第2のヒステリシスコンパレータの上限値
ΔT1より大きい時は改良トルク指令T**はトルク指令
と等しいが、トルク指令Tが正ではあるが第2の
ヒステリシスコンパレータの上限値ΔT1より小さいとき
は、鋸歯状波の瞬時値とトルク指令Tを比較し、トル
ク指令Tの方が大きい時はハイレベル出力ΔT1,トル
ク指令Tの方が小さい時はローレベル出力−ΔT2とな
るパルス列が改良トルク指令T**となる。このパルス
列の周期は前記鋸歯状波の周期と同じtpとなる。
FIG. 8B shows the waveform of the improved torque command T **. When the torque command T * is larger than the upper limit value ΔT 1 of the second hysteresis comparator, the improved torque command T ** is equal to the torque command T *. but when the torque command T * when there is positive smaller than the upper limit value [Delta] T 1 of the second hysteresis comparator compares the sawtooth wave of the instantaneous value and the torque command T *, is larger torque command T * Is a high-level output ΔT 1 , and when the torque command T * is smaller, the pulse train having the low-level output −ΔT 2 becomes the improved torque command T ** . The period of this pulse train is t p , which is the same as the period of the sawtooth wave.

この改良トルク指令T**を式で表すと次のごとくであ
る。
The improved torque command T ** is expressed as follows.

≧ΔT1のとき T**=T ΔT1>T>0のときNを1以上の自然数とし このように、トルク指令Tが第2のヒステリシスコン
パレータの上限値ΔT1より小さい場合には、ブロック70
9にはΔT1と−ΔT2とが周期tpにより交互に送られる。
その周期tpは5〜10msecと比較的長い周期であり、従っ
てΔT1が送られる期間も50〜100μsecの演算周期に較べ
ると長いものとなっている。
When T * ≥ ΔT 1 When T ** = T * ΔT 1 > T * > 0, N is a natural number of 1 or more. Thus, when the torque command T * is smaller than the upper limit value ΔT 1 of the second hysteresis comparator, the block 70
ΔT 1 and −ΔT 2 are alternately sent to 9 at a cycle t p .
The cycle t p is a relatively long cycle of 5 to 10 msec. Therefore, the period in which ΔT 1 is sent is also longer than the calculation cycle of 50 to 100 μsec.

今起動時に与えられたトルク指令TがΔT1より小さか
った場合を考えると、変調器715から改良トルク指令T
**としてΔT1が出力されると瞬時トルクTが小さい間
はブロック712は加速モードの制御フラグfτ=1を出
し、各演算周期毎の他の制御フラグfφ,fθとの組み
合わせにより、瞬時トルクTが増大するように1次電圧
ベクトル▲▼が選ばれて加速していく。
Considering the case where the torque command T * given at the time of starting is smaller than ΔT 1, the improved torque command T from the modulator 715 is considered.
When ΔT 1 is output as ** , the block 712 outputs the control flag fτ = 1 in the acceleration mode while the instantaneous torque T is small, and the instantaneous torque can be obtained by combining the other control flags fφ and fθ for each calculation cycle. The primary voltage vector ▲ ▼ is selected and accelerated so that T increases.

瞬時トルクTが増大してΔT1+ΔT2の大きさになると、
ブロック702の入力は−ΔT2に達するためにその出力は
零ベクトルモードの制御フラグfτ=0に変化し、他の
制御フラグfφ,fθの如何に拘らず1次電圧ベクトル
▲▼としては零ベクトルが選ばれ、瞬時トルクTは
徐々に減少し加速速度が減じる。瞬時トルクTが減少中
に変調器715の出力が−ΔT2に変っても制御フラグfτ
=0は変らない。
When the instantaneous torque T increases and reaches the magnitude of ΔT 1 + ΔT 2 ,
Since the input of the block 702 reaches −ΔT 2 , its output changes to the control flag fτ = 0 in the zero vector mode, and the zero vector is set as the primary voltage vector ▲ ▼ regardless of the other control flags fφ and fθ. Is selected, the instantaneous torque T gradually decreases and the acceleration speed decreases. Even if the output of the modulator 715 changes to −ΔT 2 while the instantaneous torque T is decreasing, the control flag fτ
= 0 does not change.

瞬時トルクTの増大速度が遅くΔT1+ΔT2に達する迄に
変調器715の出力がΔT1から−ΔT2に変った場合には、
ブロック702の出力はその時点で零ベクトルモードの制
御フラグfτ=0に変わり、他の制御フラグfφ,fθ
には無関係に1次電圧ベクトル▲▼として零ベクト
ルが選ばれるようになる。
If the output of the modulator 715 changes from ΔT 1 to −ΔT 2 before the increase rate of the instantaneous torque T is slow and reaches ΔT 1 + ΔT 2 ,
The output of the block 702 is changed to the control flag fτ = 0 in the zero vector mode at that time, and the other control flags fφ and fθ are set.
, The zero vector is selected as the primary voltage vector ▲ ▼.

以上のようにして、第2のヒステリシスコンパレータの
上限値ΔT1よりも小さいトルク指令Tが与えられて
も、それを改良トルク指令T**に変換することにより
追従してトルク制御を行うことができる。
As described above, even if the torque command T * that is smaller than the upper limit value ΔT 1 of the second hysteresis comparator is given, it is converted into the improved torque command T ** to follow the torque control. You can

〔考案の効果〕[Effect of device]

以上実施例により詳細に説明したごとく、本考案にかか
る誘導電動機のトルク制御装置によれば、従来の瞬時空
間ベクトルによる高速トルク制御方式では困難であった
ショックの少ないソフトな起動や変速が、簡単な装置を
追加するだけで可能となり、特にソフト起動を求められ
る用途に好適なものである。
As described in detail with reference to the embodiments above, according to the torque control device for an induction motor of the present invention, it is possible to easily perform a soft start and a gear shift with less shock, which are difficult with the conventional high-speed torque control method using the instantaneous space vector. This is possible only by adding such a device, and is particularly suitable for applications that require software activation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本考案にかかる誘導電動機のトルク制御装置の
ブロック図、第2図は従来のトルク制御系のブロック
図、第3図はスイッチ状態変数表によるインバータの出
力電圧ベクトル図、第4図は電動機の1次磁束ベクトル
の瞬時制御方法を示す磁束状態図、第5図はトルク波形
図、第6図は磁束のヒステリシスコンパレータの状態制
御図、第7図はトルクの3値ヒステリシスコンパレータ
の状態制御図であり、第8図は本考案の一実施例に用い
た変調器の動作を説明するためのグラフであって、(a)
は鋸歯状波発生器の出力波形図、(b)は変調器の出力波
形図である。 1……直流電圧源、2……電圧検出器、3……PWMイ
ンバータ、5u,5v,5w……電流検出器、6……誘導電動
機、7……制御回路、714……鋸歯状波発生器、715……
変調器。
FIG. 1 is a block diagram of a torque control device for an induction motor according to the present invention, FIG. 2 is a block diagram of a conventional torque control system, FIG. 3 is an output voltage vector diagram of an inverter based on a switch state variable table, and FIG. Is a magnetic flux state diagram showing the instantaneous control method of the primary magnetic flux vector of the motor, FIG. 5 is a torque waveform diagram, FIG. 6 is a state control diagram of the magnetic flux hysteresis comparator, and FIG. 7 is a state of the torque three-value hysteresis comparator. FIG. 8 is a control diagram, and FIG. 8 is a graph for explaining the operation of the modulator used in the embodiment of the present invention.
[Fig. 3] is an output waveform diagram of the sawtooth wave generator, and (b) is an output waveform diagram of the modulator. 1 ... DC voltage source, 2 ... voltage detector, 3 ... PWM inverter, 5u, 5v, 5w ... current detector, 6 ... induction motor, 7 ... control circuit, 714 ... sawtooth wave generation Bowl, 715 ……
Modulator.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 【請求項1】三相誘導電動機の1次端子電圧および電流
から瞬時1次磁束ベクトルおよび瞬時トルクを演算する
手段と、前記1次磁束ベクトルの長さが所定の誤差内で
与えられた磁束指令値に追従するように増磁または減磁
指令を生成する第1のヒステリシスコンパレータ手段
と、前記トルクが与えられたトルク指令に所定の誤差内
で追従するように1次磁束ベクトルの位相の進行,停止
指令を生成する第2のヒステリシスコンパレータ手段
と、1次磁束ベクトルの位相に対応して第1および第2
のヒステリシスコンパレータ手段の出力指令に最適なイ
ンバータの出力電圧ベクトルを決定する手段とを有する
誘導電動機のトルク制御装置において、前記第2のヒス
テリシスコンパレータ手段のヒステリシス値よりも低い
トルク指令が与えられた場合にはトルク指令を前記ヒス
テリシス値に等しい振幅のオンオフパルス列に変換する
パルス幅変調手段を具えたことを特徴とする誘導電動機
のトルク制御装置。
1. A means for calculating an instantaneous primary magnetic flux vector and an instantaneous torque from primary terminal voltage and current of a three-phase induction motor, and a magnetic flux command in which the length of the primary magnetic flux vector is given within a predetermined error. First hysteresis comparator means for generating a magnetizing command or a demagnetizing command so as to follow the value, and a phase advance of the primary magnetic flux vector so as to follow the given torque command within a predetermined error, Second hysteresis comparator means for generating a stop command and first and second corresponding to the phase of the primary magnetic flux vector
And a means for determining an output voltage vector of the inverter most suitable for the output command of the hysteresis comparator means, the torque controller for the induction motor is provided with a torque command lower than the hysteresis value of the second hysteresis comparator means. The torque control device for an induction motor according to claim 1, further comprising pulse width modulation means for converting the torque command into an on / off pulse train having an amplitude equal to the hysteresis value.
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