JPH06343283A - トルク帰還装置 - Google Patents

トルク帰還装置

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JPH06343283A
JPH06343283A JP3329715A JP32971591A JPH06343283A JP H06343283 A JPH06343283 A JP H06343283A JP 3329715 A JP3329715 A JP 3329715A JP 32971591 A JP32971591 A JP 32971591A JP H06343283 A JPH06343283 A JP H06343283A
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リク・ウィビナ・アンナ・アデルソン・デドンカー
Robert D King
ロバート・ディーン・キング
Peter C Sanza
ピーター・クラウディアス・サンザ
Kenneth B Haefner
ケニス・ブラウニング・ヘフナー
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Abstract

(57)【要約】 万能界磁調整（ＵＦＯ）制御装置にトルク帰還装置を用
いて、トルクを発生する電流指令及び滑り周波数指令を
同調させ、電流調整器に誤差があった場合でも、そして
パルス幅変調（ＰＷＭ）及び矩形波動作モ―ドの間の切
換えの間でも、誘導機のしっかりしたトルク制御が出来
る様にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【関連出願との関係】この出願は、この出願と同日に出
願された特許願 （出願人控え番号Ｕ７５１）と関連
を有する。
【０００２】
【発明の分野】この発明は全般的に界磁用制御装置に関
する。更に具体的に云えば、この発明は誘導機に対する
万能界磁用制御装置の閉ル―プ・トルク帰還に関する。
【０００３】
【発明の背景】１９９０年１１月６日にリクＷ．Ａ．
Ａ．ドゥ・ドンカ―に付与された米国特許第４，９６
８，９２５号には、任意の磁束基準枠内で誘導機の界磁
制御が出来るようにする万能界磁用（ＵＦＯ）制御装置
が記載されている。このＵＦＯ制御装置の原理は直接及
び間接用の何れの界磁用にも適用される。実際には、こ
れによって相異なる６つの界磁調整方式、即ち、回転子
磁束、空隙磁束及び固定子磁束基準枠内の直接及び間接
界磁調整を１つの制御にまとめることが出来る。ＵＦＯ
制御装置の動作では、実効固定子対回転子タ―ン比をそ
れに対応する予定の値に設定することにより、同期基準
枠が選択される。基準枠の間の切換えは、タ―ン比を変
えることによって行なわれる。その結果、機械のパラメ
―タに比較的左右されない融通性のある、簡単で頑丈な
駆動装置として、トルクと磁束が完全に減結合される。
この米国特許第４，９６８，９２５号をこゝで引用して
おく。
【０００４】前に引用したこの出願と同日出願の特許願
には、界磁調整制御方式に使う為の磁束の振幅及び角度
成分を正確に且つ素早く発生する、ＵＦＯ制御装置用の
高速磁束帰還装置が記載されている。この特許願の磁束
帰還により、例えば電流調整器並びに／又はインバ―タ
によって誤差が入り込まない限り、誘導機駆動装置は指
令通りの磁束及び対応する滑り周波数で同調動作する。
この様な誤差があると、それは電動機によって発生され
るトルクが指令されたトルクと異なる原因になることが
ある。従って、広い速度範囲にわたってしっかりしたト
ルク制御を保つ為に、ＵＦＯ制御装置に対するトルク帰
還ル―プを提供することが望ましい。
【０００５】
【発明の要約】誘導機のＵＦＯ制御装置にトルク帰還装
置を用いて、トルクを発生する電流指令と滑り周波数指
令とを同調させる。磁束の直軸（ｄ）及び直角軸（ｑ）
成分Ψs d 及びΨs q が夫々磁束センサによって感知さ
れる。固定子各相電流が電流センサによって感知され
て、電流のｄ及びｑ成分ｉs sd及びｉs sqを夫々発生す
る。次の式
【０００６】
【数４】 に従って、感知された磁束及び電流の量から、トルクが
計算される。この式で、ｐは固定子の磁極対の数を示
す。トルクの値Ｔemをトルク指令と比較し、その結果補
正されたトルク指令を使って、電流指令及び滑り周波数
指令を同調させる。
【０００７】この発明の特徴並びに利点は、以下図面に
ついてこの発明を詳しく説明する所から明らかになろ
う。
【０００８】
【発明の詳しい説明】図面には、米国特許第４，９６
８，９２５号に記載されている形式のＵＦＯ制御装置が
示されており、前に引用した別の特許願に記載される磁
束帰還がそれに追加されると共に、更にこの発明に従っ
て用いるトルク帰還も示されている。米国特許第４，９
６８，９２５号に記載されている様に、任意の磁束ベク
トルに結合された任意の同期基準枠ｉで表わした誘導機
の方程式は次の通りである。
【０００９】
【数５】 鎖交磁束Ψ及び電流ｉを含む装置の変数は下記の常法に
従って書かれる。
【００１０】
【数６】 米国特許第４，９６８，９２５号では、任意の基準枠ｉ
が任意の磁束ベクトルに結合していて、これは固定子対
回転子実効タ―ン比（ａ）変換により、上掲の磁束鎖交
方程式（３）及び（４）から導き出すことが出来る。
【００１１】図面に示す様に、この発明のＵＦＯ制御装
置は、トルクを発生する電流指令ｉa* sqを調整する第１
のトルク帰還ル―プを含む。第２のトルク帰還ル―プを
設けて、滑り周波数ωm* a を調整する。こうして、広い
速度範囲にわたり、且つ例えば電流制御形ＰＷＭモ―ド
と６段矩形波モ―ドとの間の、電動機の曲り角の点の速
度での切換えの様な動作モ―ドの間の切換えの間、しっ
かりしたトルク制御を維持する。更に、トルク帰還ル―
プは、直接（ＤＵＦＯ）及び間接（ＩＵＦＯ）界磁調整
モ―ドの両方の間、しっかりした制御を維持する。
【００１２】図１に示す様に、ＵＦＯ制御装置が直接界
磁調整（ＤＵＦＯ）モ―ドで動作する時、磁束感知手段
１１により、誘導電動機１０の固定子各相から、磁束の
直軸（ｄ）及び直角軸（ｑ）成分Ψs d 及びΨs q を求
める。電流感知手段１３によって各相電流測定値ｉa s
及びｉb s を求める。（例として、電流の測定が、３相
機の２相、即ち相ａ及びｂだけから求めているが、希望
によっては、各相電流の測定値は３相全部から求めても
よい。）感知された磁束及び電流の量が、界磁調整用の
計算装置（ＣＦＯ）１２に供給される。ＣＦＯ １２が
磁束の測定値から磁束の振幅並びに角度成分を速やかに
且つ正確に決定し、前記特許願に記載する様に、磁束振
幅自乗帰還Ψ2 （又はその代りに線形磁束帰還Ψ）を発
生する。更に、この発明では、ＣＦＯ １２がトルクを
発生する電流指令ｉa* sq及び滑り周波数ωm* a を同調さ
せる為の帰還に使う為、誘導電動機のトルクＴemを速や
かに且つ正確に決定する。
【００１３】磁束感知手段１１は、磁束を直接的に測定
するホ―ル効果センサ又は磁束コイルで構成することが
出来る。この代りに、磁束感知手段１１は周知の様に次
の式
【００１４】
【数７】 に従って固定子の電圧及び電流の測定値から磁束を計算
してもよい。この式でＲs は固定子各相巻線の抵抗値、
Ｖs は固定子電圧、Ｉs は固定子各相電流である。
【００１５】電流感知手段１３は例えばホ―ル効果電流
センサ、電流感知変成器又は電流感知抵抗の様な任意の
適当な電流センサで構成することが出来る。
【００１６】この発明では、次の式
【００１７】
【数８】 に従って、感知された磁束及び電流の量を用いて、ＣＦ
Ｏ １２によってトルクＴemを決定する。例えば、ａ相
を基準相として選んだ場合、電流のｄ成分ｉs sdはａ相
電流の感知された値に等しい。電流のｑ成分ｉs sqは次
の式によって表わされる。
【００１８】
【数９】 図１に示す様に、合計器１５でトルクＴemをトルク指令
Ｔem * と比較し、その結果得られる差信号が２つの通路
に送られる。１番目の通路では、合計器１５からの差信
号が比例−積分（ＰＩ）補償器１７に印加される。ＰＩ
補償器１７からの出力信号が合計器１９で電流指令ｉa*
sqに加算される。この指令は、除算ブロック３０によっ
てトルク指令Ｔem * から導き出される。こうして、トル
クを発生する電流指令ｉa* sqは、どの動作モ―ドでも、
しっかりした制御が出来る様に同調させられる。
【００１９】第２のトルク帰還通路では、合計器１５か
らの差信号が別のＰＩ補償器２１に印加される。ＰＩ補
償器２１からの出力信号が合計器２３で滑り周波数指令
ωm* a に加算される。この指令は、これから述べる様
に、ブロック３２，３４を通じて、電流指令ｉa* sqから
導き出される。こうして滑り周波数指令ωm* a は、どの
動作モ―ドでも、しっかりした制御が出来る様に同調さ
せられる。
【００２０】図１に示したＵＦＯ制御装置の残りの素子
は前掲特許願に記載されているものである。特に、磁束
指令Ψ* s が乗算器１４で自乗され、その後合計器１６
でＣＦＯ １２からの磁束振幅を自乗した帰還Ψ2 と比
較される。その結果得られる誤差信号が比例−積分（Ｐ
Ｉ）補償器１８に印加され、その出力信号が別のＰＩ補
償器２０に印加され、別の通路を介して合計器２２に印
加される。ＰＩ補償器２０の出力が、乗算器２４の開放
ル―プ利得Ｋ* と加算される。具体的に云うと、ＰＩ補
償器２０は、このＫ* がＵＦＯ制御装置を同調させる様
にする遅い利得変化を発生する様に設定される。開放ル
―プ利得の式は次に示す通りである。
【００２１】
【数１０】 こうして得られる信号Ｋ* Ψ* s が伝達関数ｓ＋τ* r
を持つ回路２６に印加される。こゝで
【００２２】
【数１１】 信号Ｋ* Ψ* s は、別の通路を介して、合計器２８にも
印加され、そこで前に引用した米国特許第４，９６８，
９２５号に記載されているＵＦＯ減結合方程式に従っ
て、固定子電流の直軸成分ｉa sdと組合される。除算ブ
ロック３０によってトルク指令Ｔ* emから導き出した固
定子電流指令ｉa* sqが、伝達関数ｓ＋τ* r1を持つ回路
３２に印加される。こゝで
【００２３】
【数１２】 こうして得られた信号が除算器３４により、合計器２８
の出力信号によって除算されて、回転子滑り周波数指令
ωm* a を発生する。固定子電流指令ｉa* sqは乗算器３６
にも印加され、そこで回転子滑り周波数指令ωm* a を乗
算する。乗算器３６の出力信号が合計器２２で前述の回
路２６の出力信号及びＰＩ補償器１８からの出力信号に
加算される。ＰＩ補償器１８は速い磁束帰還を行なう様
に設定され、開放ル―プ利得Ｋ* が遅いＰＩ補償器２０
によって同調させられる時、ＰＩ補償器１８からの出力
信号がゼロになる様にする。合計器２２の出力信号が１
／（ｓ＋τ* r1）を持つ回路４０に印加され、これが固
定子電流の直軸成分ｉa sdを発生する。
【００２４】回路４０からの固定子電流の直軸成分ｉa
sd及びｑ成分の電流指令ｉa* sqがベクトル回転及び２相
から３相への変換ブロック４２に供給され、このブロッ
クは固定子電流ベクトルのｄｑ座標を（任意の磁束ベク
トルに結合された）任意の同期基準枠から、不動の３相
基準枠に変換するが、これは前に引用した米国特許第
４，９６８，９２５号に記載されている通りである。特
に、図面に示したＵＦＯ制御方式では、ベクトル回転ブ
ロック４２からの出力信号は電流調整形パルス幅変調
（ＣＲＰＷＭ）インバ―タ４４の３相を付勢して、周知
の様に誘導電動機１０の３相を駆動する３相駆動信号を
構成する。
【００２５】図示のＵＦＯ制御装置が間接界磁調整モ―
ド（ＩＵＦＯ）で動作する場合、軸位置感知手段４６を
使って、回転子位置角γs m を測定すると共に、周波数
測定値ωs m を発生する。積分器４８を設けて、回転子
滑り周波数指令ωm* a を積分し、回転子滑り角指令γm*
a を発生する。合計器５０で、回転子滑り角指令γm* a
を軸位置感知手段４６からの回転子位置信号γs m に加
算し、角度γs* a を表わす信号を発生する。
【００２６】合計器５０からの角度γs* a 、除算ブロッ
ク３４からの滑り周波数指令ωs* a、ＣＦＯ １２から
の出力信号γs* a 及びωs* a 、及び軸位置感知手段４６
からの周波数信号ωs a がＤＵＦＯ／ＩＵＦＯ選択及び
切換えブロック５２に印加され、ＤＵＦＯ及びＩＵＦＯ
モ―ドでの動作を選択すると共に、それらのモ―ドの間
の切換えが出来る様にする。
【００２７】この発明のトルク帰還装置は、インバ―タ
の遅延によって起る様な電流調整器の誤差及びその他の
誤差を補償するのが有利である。例えば、誘導電動機駆
動装置がＰＷＭモ―ドで動作していて、６段矩形波モ―
ドに切換わる時、電流調整器は飽和する。その時、トル
クと電流の磁束帰還制御は飽和するかもしれないが、滑
り周波数のトルク帰還制御が引きついで、トルクの正し
い制御作用を維持する。
【００２８】この発明の好ましい実施例を図面に示して
説明したが、この実施例は例に過ぎないことは云うまで
もない。この発明の範囲内で、当業者には、いろいろな
変更が考えられよう。従って、この発明は特許請求の範
囲の記載のみによって限定されることを承知されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の好ましい実施例によるトルク帰還を
用いたＵＦＯ制御装置の回路図である。
【符号の説明】
１０ 誘導電動機 １１ 磁束感知手段 １２ 界磁調整用計算装置 １３ 電流感知手段 １５ 合計器（比較手段） １７，２１ 比例−積分補償器 Ｔ* em トルク指令
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート・ディーン・キング アメリカ合衆国、ニューヨーク州、スケネ クタデイ、ウェンプル・ロード、アールデ ィー６（番地なし) (72)発明者 ピーター・クラウディアス・サンザ アメリカ合衆国、ニューヨーク州、クリフ トン・パーク、ホランデラ・アパートメン ツ、12ディー（番地なし) (72)発明者 ケニス・ブラウニング・ヘフナー アメリカ合衆国、ニューヨーク州、スケネ クタデイ、ウェイバリー・プレイス、1346 番

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 誘導電動機の界磁用制御装置に対するト
    ルク帰還装置に於て、誘導電動機の予定の相に結合され
    た不動の基準枠内での磁束の直軸及び直角軸成分Ψs d
    及びΨs q を感知する磁束感知手段と、誘導電動機の予
    定の相に結合された不動の基準枠内での、誘導電動機の
    少なくとも２相の固定子各相電流を感知する電流感知手
    段と、磁束の感知された成分及び感知された固定子各相
    電流からトルクを計算するトルク計算手段と、該トルク
    計算手段からのトルクをトルク指令と比較して、それか
    ら差信号を発生する比較手段と、該差信号を受取って、
    該差信号に従って電流指令を同調させる第１のトルク帰
    還ル―プと、前記差信号を受取って、該差信号に従って
    滑り周波数指令を同調させる第２のトルク帰還ル―プと
    を有するトルク帰還装置。
  2. 【請求項２】 前記誘導電動機が固定子の３相を有し、
    該固定子各相の内の２つで前記電流感知手段によって電
    流を感知し、前記トルク計算手段は次の式 【数１】 に従ってトルクを計算し、感知される２相の内の１相が
    基準相として選ばれ、この為電流のｄ成分ｉs sdが前記
    １相で感知された各相電流ｉa s に等しく、電流ｑ成分
    ｉs sqが、感知される２番目の相で感知された各相電流
    をｉb s で表わして、次の式 【数２】 によって決定される請求項１記載のトルク帰還装置。
  3. 【請求項３】 磁束感知手段が磁束コイルを有する請求
    項１記載のトルク帰還装置。
  4. 【請求項４】 磁束感知手段が、固定子各相巻線の両端
    の固定子電圧Ｖs を感知する電圧感知手段と、Ｒs を固
    定子各相巻線の抵抗値、Ｉs を固定子各相電流として、
    次の式 【数３】 に従って磁束Ψの推定値を発生する磁束推定手段とで構
    成される請求項１記載のトルク帰還装置。
JP32971591A 1991-10-02 1991-11-20 トルク帰還装置 Expired - Lifetime JP3325032B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/769,693 US5166593A (en) 1991-10-02 1991-10-02 Closed-loop torque feedback for a universal field-oriented controller
US769,693 1991-10-02

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JPH06343283A true JPH06343283A (ja) 1994-12-13
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EP (1) EP0535281B1 (ja)
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DE (1) DE69124694T2 (ja)

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