JPH0715360Y2 - 電力変換装置 - Google Patents

電力変換装置

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JPH0715360Y2
JPH0715360Y2 JP1988148374U JP14837488U JPH0715360Y2 JP H0715360 Y2 JPH0715360 Y2 JP H0715360Y2 JP 1988148374 U JP1988148374 U JP 1988148374U JP 14837488 U JP14837488 U JP 14837488U JP H0715360 Y2 JPH0715360 Y2 JP H0715360Y2
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真司 多々良
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【考案の詳細な説明】 〔考案の目的〕 (産業上の利用分野) この考案は電動機を変速制御する電力変換装置に関する
ものである。
(従来の技術) この種の従来の電力変換装置として、第6図に示すよう
に、ベクトル制御を用いたサイクロコンバータがあっ
た。このサイクロコンバータは主回路と、これを制御す
る制御回路とで構成されている。
このうち、主回路は、それぞれ一次側が交流電源に共通
接続されるトランス8a,8b,8cと、これらのトランスの各
二次側に接続され、互いに120°ずつ位相の異る電流を
電動機13の各相に供給する変換器9a,9b,9cとで構成され
る。
ここで、変換器9a,9b,9cはそれぞれ電動機の各相に正方
向の電流を流す正群コンバータと、負方向の電流を流す
負群コンバータとでなり、この両者で連続した正弦波電
流を供給するように制御される。
次に、制御回路について説明する。
電動機13の速度を検出する速度検出器12が実速度信号ω
を出力する一方、図示省略の速度設定器から速度基準
ω が出力され、これらが速度制御部1に加えられ
る。速度制御部1では実速度信号ωと速度基準ω
とを比較し、その偏差に対する比例、積分演算およびオ
ーバシュート補正を行ってトルク基準Tを出力する。
実速度信号ωは自動磁界弱め制御用の磁束演算部3に
も加えられ、ここで磁束基準φが生成される。この磁束
基準φおよび上記トルク基準Tが除算器2に加えられ
たT/φの演算が行なわれ、その演算結果がベクトル
制御部4に入力される。また、磁束基準φもこのベクト
ル制御部4に入力される。
ベクトル制御部4では電動機の定数、すなわち、2次抵
抗R2、2次インダクタンスL2および相互インダクタンス
Mを用いて電動機の1次電流を分解したトルク電流成分
I1q *、磁束電流成分I1d *およびすべり周波数ωを演算
するものである。このうち、トルク電流成分I1q *は除算
器2の出力T/φを係数倍して得られる。また、磁束
電流成分I1d *は、磁束基準φの関数として磁束飽和関数
発生器4aで得られる励磁電流信号I0と、微分器4bで磁束
の変化率dφ/dtを演算して得られる磁束弱めのための
フォーシング電流IFORとの加算によって求められる。さ
らに、すべり周波数ωは除算器4cにより磁束基準φを
除算器2の出力に比例する値で除算して求められる。
次に、電動機13の各相電流は電流検出器14a,14b,14cで
それぞれ検出され、その電流信号IU,IV,IWが3相2相変
換器11に加えられて、ここで3相2相変換されて2相の
実電流信号(直流量)I1q-F′ I1d-F(Fはフィードバ
ックの意)に分解される。
これらの実電流信号のうち、I1q-Fとトルク電流成分I1q
*とが比較され、さらに、I1d-Fと磁束電流成分I1d *とが
比較され、各偏差分が電流制御部5に入力される。
電流制御部5は比例要素、積分要素からなり、トルク電
流成分I1q *と実電流信号I1q-Fとの偏差を比例、積分演
算してトルク電圧基準Eqを出力すると共に、磁束電流成
分I1d *と実電流信号I1d-Fとの偏差を比例、積分計算し
て磁束電圧基準Edを出力する。
さらに、電圧ベクトル演算部6では、トルク電圧基準Eq
および磁束電圧基準Edを用いて電圧振幅基準Eと電圧位
相θを次式によって演算する。
一方、ベクトル制御部4より出力されるすべり周波数信
号ωと実速度信号ωとを加算して1次周波数信号ω
を求め、さらに、この1次周波数信号ωを積分器10
で積分することにより1次周波数位相信号θを求め
る。続いて、この1次周波数位相信号θと上記電圧位
相信号θとを加算し、得られた電圧位相信号θ0Vを3
相電圧基準演算部7に加える。そして、電圧振幅基準E
もまた3相電圧基準演算部7に加える。
3相電圧基準演算部7では、電圧振幅基準Eおよび電圧
位相信号θ0Vに基づき次に示す3相の電圧基準EU,EV,EW
を生成する。
EU=Esinθ0V …(3) このようにして得られた電圧基準が対応する変換器9a,9
b,9cに加えられる。
この結果、電動機13の入力電流が可変制御されると共
に、速度基準ω に従った速度制御が行なわれる。
〔考案が解決しようとする課題〕
第7図は上述した磁束飽和関数発生器4aの詳細を示すも
ので、横軸に磁束φを、縦軸に励磁電流i0をとったとき
の磁束飽和を考慮した磁束飽和関数曲線に従って各磁束
φに対応する励磁電流i0kを求めるようになってい
る。
一般に、商用電源から得られる正弦波に近い3相交流に
よって電動機を駆動する場合の磁束飽和関数曲線と、電
力変換装置を介して得られる波形歪の多い3相交流によ
って電動機を駆動する場合の磁束飽和関数曲線とは異る
ことが多い。
しかしながら、上記従来の電力変換装置においては、正
弦波に近い3相交流によって駆動されることを前提とし
た磁束飽和関数発生器を使用していた。このため、界磁
弱め制御の場合、BASE(ベース)速度を超える範囲の出
力電圧が無負荷に近い状態で一定とはならず過大もしく
は不足となり、これが電動機の過励磁または不足励磁を
招き、正確な電動機のトルク出力特性を得ることができ
ないという問題点があった。
なお、このトルク出力特性を改善するため、実際に電動
機を駆動すると共に、BASE速度を超える範囲の出力電圧
が一定になるように各磁束φに対する励磁電流i0k
値を求めて磁束飽和関数曲線を調整することもできる
が、これでは多くの時間および手間を必要とするという
問題点がある。
この考案は上記の問題点を解決するためになされたもの
で、各磁束に対する励磁電流を一点、一点求めて磁束飽
和関数曲線を調整するという煩わしい操作をしなくとも
正確な電動機トルク出力特性を得ることのできる電力変
換装置を提供することを目的とする。
〔考案の構成〕
(課題を解決するための手段) この考案に係る電力変換装置は、電動機の磁束と励磁電
流、すなわち、磁束飽和特性を有する関数発生器を用い
て磁束基準に対応する励磁電流を求める場合、電力変換
器の出力電圧と電圧検出手段で検出する一方、速度検出
信号および磁束基準に基づいて電動機の誘起電圧演算手
段で演算し、さらに、電圧検出手段で検出された電圧と
誘起電圧演算手段で演算された誘起電圧とを磁束飽和特
性調整手段が比較すると共に、その偏差が零になるよう
に関数発生器の磁束飽和特性を調整するものである。
(作用) この考案においては、電力変換器の出力電圧と、電動機
の磁束基準および検出速度より演算される電動機誘起電
圧とを比較してその偏差が零になるように関数発生器の
磁束飽和特性を調整するので、波形歪の少ない交流で駆
動されることを前提とした磁束飽和特性を有する関数発
生器を用いたとしても電力変換器の出力特性に応じて調
整されることとなり、この結果、各磁束に対する励磁電
流を求めて磁束飽和関数曲線を調整するというような煩
わしい操作なしで、正確な電動機出力特性が得られる。
(実施例) 第1図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック図で
あり、図中、第6図と同一の符号を付したものはそれぞ
れ同一の要素を示している。そして、変換器9a,9b,9cの
電圧を検出して電圧フィードバック信号VFBKを出力する
出力電圧検出部20と、速度検出器12の実速度信号ω
よび磁束基準φに基づいて電動機の誘起電圧Vを演算
する誘起電圧演算部21と、電圧フィードバック信号VFBK
から誘起電圧Vを引算する加算器22と、調整中のみこ
の加算器22の出力回路を閉じるスイッチ23と、このスイ
ッチ23が閉じられたときに、加算器22の出力が零になる
ように磁束飽和関数発生器4aの磁束飽和特性を調整する
磁束飽和特性調整部24とを新たに付加したものである。
上記のように構成された本実施例の動作を、特に、新た
に付加した要素の詳細な構成を示す第2図を参照し、第
3図のフローチャート、第4図、第5図の特性図をも参
照して以下に説明する。
先ず、出力電圧検出部20は変換器9a,9b,9cの出力電圧
VU,VV,VWを整流し、加算することとにより直流量の電圧
フィードバック信号VFBKを出力する。この電圧フィード
バック信号VFBKには電動機13の抵抗分やインダクタンス
分も含まれるので、出力電圧検出部20内にこれを除去す
る回路を付加することもできるが、ここでは抵抗分やイ
ンダクタンス分の影響の少ない無負荷電流で調整するこ
ととし、その回路を省略する。
次に、誘起電圧演算部21は実速度信号ωと、磁束演算
部3で演算された磁束基準φとを入力してこれらを乗算
した後、調整ゲインK1を乗じて電動機の誘起電圧V
演算する。すなわち、次式の演算を行う。
=K1×φ×ω …(6) また、加算器22では上記電圧フィードバック信号VFBK
らこの誘起電圧Vを引き算して偏差信号ΔVを得る。
すなわち、次式の演算を行う。
ΔV=VFBK−V …(7) 一方、スイッチ23は随時「入」,「切」することができ
るもので、磁束電流補正部24の調整中に「入」とし、調
整後は「切」にして偏差信号ΔVが外乱とならないよう
にする。
次に、関数曲線補正部24では、第3図のフローチャート
に示すように、ステップ101にて偏差信号ΔVが零か否
かを判定し、零でない場合にはステップ102で磁束飽和
関数発生器4aの磁束飽和関数の補正を行ない、偏差信号
ΔVが零になった場合にはステップ103にて補正された
磁束飽和関数に従って励磁電流を決定する。すなわち、
磁束飽和関数発生器4aでは各磁束φに対して励磁電流
i0kを次式 i0k=F(φ) …(8) に従って決定するが、偏差信号ΔVが零でない場合には
調整ゲインK2としてステップ102にて次式 F(φ)=F(φ)−K2×ΔV …(9) の演算を行って偏差信号ΔVが零になるような磁束飽和
関数F(φ)を求めている。
第4図は電動機の磁束飽和特性を示し、曲線Bが正しく
設定された場合のもの、曲線Aがより高目に設定された
もの、曲線Cがより低目に設定されたものである。
ここで、磁束飽和関数発生器4aが曲線Aに示す磁束飽和
関数を用いたとすると励磁電流i0は曲線Bに示す磁束飽
和関数より大きくなるため、第1図中の磁束電流成分I
1d *が定格値よりも大きくなる。従って、変換器の出力
電圧は第5図の折線A′に示すように、界磁の弱まるBA
SE速度からTOP(トップ)速度までの間、定格電圧より
高くなってしまう。もちろん、電流が流れたことによる
抵抗やインダクタンスによる電圧降下分はあるが、ここ
では電流の小さい無負荷状態を想定し、これらの電圧降
下分を無視している。
この場合、誘起電圧演算部21ではBASE速度で電圧フィー
ドバック信号VFBKと誘起電圧Vとが一致するように調
整ゲインK1を定めておけば、BASE速度を超える速度範囲
で偏差信号ΔV=VFBK−Vが正の値として出力され
る。そして、この偏差信号ΔVが関数曲線補正部24に入
力され、第3図にも示したように F(φ)=F(φ)−K2ΔV の演算を行って、励磁電流I0kを下げる方向に磁束飽和
関数発生器4aの特性を調整する。
一方、磁束飽和関数発生器4aが曲線Bより低目の曲線C
に示す磁束飽和関数を用いた場合には、上述したと反対
に F(φ)=F(φ)+K2ΔV の演算を行って励磁電流i0kを上げる方向に磁束飽和関
数発生器4aの特性を調整する。
なお、スイッチ23はかかる調整を行う場合に限り入にさ
れるもので、電動機の抵抗やインダクタンスの影響が現
れる電流の大きい運転中は、磁束飽和関数発生器4aの外
乱にならないように切にする。
かくして、この実施例によれば、変換器9a,9b,9cの出力
電流波形の歪等を考慮した磁束飽和関数に調整されるの
で正確なトルク出力特性が得られる。
なお、上記実施例では速度速度検出信号および磁束基準
に基いて誘起電圧を求めたが、この代わりにBASE速度に
おける電圧値を使用しても磁束飽和関数の調整は可能で
あり、これによって構成の簡易化を図り得る。
〔考案の効果〕
以上の説明によって明らかなようにこの考案によれば、
各磁束に対する励磁電流を一点、一点求めるというよう
な煩わしい操作を行なわなくとも正確な電動機トルク特
性が得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの考案の一実施例の構成を示すブロック図、
第2図は同実施例の主要部の詳細な構成を示すブロック
図、第3図は同実施例の主要な要素の動作を説明するた
めのフローチャート、第4図は同実施例の動作を説明す
るために電動機の磁束と励磁電流との関係を示す線図、
第5図は同実施例の動作を説明するために電動機の速度
と電圧との関係を示す線図、第6図は従来の電力変換装
置の構成を示すブロック図、第7図は同装置の動作を説
明するために、電動機の磁束と励磁電流との関係を示す
線図である。 1……速度制御部、2……除算器、3……磁束演算部、
4……ベクトル制御部、4a……磁束飽和関数発生器、4b
……微分器、5……電流制御部、6……電圧ベクトル演
算部、7……3相電圧演算部、8a,8b,8c……トランス、
9a,9b,9c……変換器、10……積分器、11……3相2相変
換器、12……速度検出器、13……電動機、20……出力電
圧検出部、21……誘起電圧演算部、23……スイッチ、24
……磁束飽和特性調整部。

Claims (1)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】可変電圧、可変周波数の交流を電動機に供
    給する電力変換器を有し、前記電動機の速度検出信号と
    速度基準とに基づいて該電動機のトルク基準および磁束
    基準を演算し、且、前記トルク基準に対応するトルク電
    流成分を求めると共に、前記電動機の磁束飽和特性に従
    って入出力する関数発生器を用いて前記磁束基準に対応
    する磁束電流成分を求め、この磁束電流成分および前記
    トルク電流成分に基づいて前記電力変換器を制御する電
    力変換装置において、前記電力変換器の出力電圧を検出
    する電圧検出手段と、前記速度検出信号および磁束基準
    を用いて前記電動機の誘起電圧を演算する誘起電圧演算
    手段と、この誘起電圧演算手段の誘起電圧と前記電圧検
    出手段の検出電圧とを比較し、偏差分が零になるように
    前記関数発生器の磁束飽和特性を調整する磁束飽和特性
    調整手段とを備えたことを特徴とする電力変換装置。
JP1988148374U 1988-11-14 1988-11-14 電力変換装置 Expired - Lifetime JPH0715360Y2 (ja)

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