JPH0751000B2 - 誘導電動機の可変速制御装置 - Google Patents
誘導電動機の可変速制御装置Info
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- JPH0751000B2 JPH0751000B2 JP63019594A JP1959488A JPH0751000B2 JP H0751000 B2 JPH0751000 B2 JP H0751000B2 JP 63019594 A JP63019594 A JP 63019594A JP 1959488 A JP1959488 A JP 1959488A JP H0751000 B2 JPH0751000 B2 JP H0751000B2
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- JP
- Japan
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- speed
- magnetic flux
- component
- induction motor
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、誘導電動機の可変速制御装置に関する。
従来、高性能な誘導電動機可変速装置の例として、例え
ば第５図の如く速度検出器（PG）３を有し、PWMインバ
ータ１を電源とし、かつその制御にベクトル制御原理を
応用した制御装置等から成る可変速システムが知られて
いる（例えば「富士時報」Vol.57,No10,1984,P.609〜61
5“GTOサイリスタのインバータへの応用”の項参照）。
ば第５図の如く速度検出器（PG）３を有し、PWMインバ
ータ１を電源とし、かつその制御にベクトル制御原理を
応用した制御装置等から成る可変速システムが知られて
いる（例えば「富士時報」Vol.57,No10,1984,P.609〜61
5“GTOサイリスタのインバータへの応用”の項参照）。
ベクトル制御の原理については、既に多くの文献等に発
表されて公知であるが（例えば「富士時報」第53巻，第
９号,P.640〜648“交流機のトランスペクトル制御”の
項参照）、ここで簡単に説明する。
表されて公知であるが（例えば「富士時報」第53巻，第
９号,P.640〜648“交流機のトランスペクトル制御”の
項参照）、ここで簡単に説明する。
誘導機のベクトル制御は電動機の電流，電圧等をベクト
ル量とみなし、固定子巻線上から観測すると交流量とな
つているこれらの量を、電動機の回転磁界上から観測し
て直流量に変換し、これを磁界に平行な成分と直交する
成分とに分離してそれぞれ独立に制御しようとするもの
である。
ル量とみなし、固定子巻線上から観測すると交流量とな
つているこれらの量を、電動機の回転磁界上から観測し
て直流量に変換し、これを磁界に平行な成分と直交する
成分とに分離してそれぞれ独立に制御しようとするもの
である。
第６図は、誘導機の一次電流ベクトル１を固定座標α
軸，β軸（固定子巻線上にとつた座標系）上の成分、ｉ
α,iβと回転座標Ｍ軸,T軸（磁束上にとつた軸をＭ軸、
これと直交する軸をＴ軸とした座標系）上の成分iM,iT
に分離した状態を示すものである。即ち、固定子座標
（α−β）と回転座標（Ｍ−Ｔ）上の各量の関係を示
す。なお、矢印を付してベクトル量を示すが、特に必要
な場合の外はその区別をしないものとする。
軸，β軸（固定子巻線上にとつた座標系）上の成分、ｉ
α,iβと回転座標Ｍ軸,T軸（磁束上にとつた軸をＭ軸、
これと直交する軸をＴ軸とした座標系）上の成分iM,iT
に分離した状態を示すものである。即ち、固定子座標
（α−β）と回転座標（Ｍ−Ｔ）上の各量の関係を示
す。なお、矢印を付してベクトル量を示すが、特に必要
な場合の外はその区別をしないものとする。
以下、第５図により、速度検出器付ベクトル制御装置に
ついて説明する。
ついて説明する。
第５図において、誘導電動機２の一次電流は、３相−２
相変換器12で２相量ｉα,iβに変換される。またこの量
はベクトル回転器（VD）11により回転座標（Ｍ−Ｔ座標
系）量iM,iTに座標変換される。このときＭ軸すなわち
磁束軸は、後述する電流モデル式磁束演算器（単に、電
流モデルとも云う。）10により演算された磁束の位相φ
Ｉにより決定される。この座標変換は次式により行われ
る。
相変換器12で２相量ｉα,iβに変換される。またこの量
はベクトル回転器（VD）11により回転座標（Ｍ−Ｔ座標
系）量iM,iTに座標変換される。このときＭ軸すなわち
磁束軸は、後述する電流モデル式磁束演算器（単に、電
流モデルとも云う。）10により演算された磁束の位相φ
Ｉにより決定される。この座標変換は次式により行われ
る。
この様に一次電流をiM,iTに分離すれば、iMは磁束を作
る成分（磁化電流）となりiTはトルクを作る成分（トル
ク電流）となるのは、良く知られているところである。
る成分（磁化電流）となりiTはトルクを作る成分（トル
ク電流）となるのは、良く知られているところである。
磁化電流指令iM ＊は磁化電流指令演算器４の出力として
得られる。磁束一定制御の場合は演算器４の一定のiM ＊
を与え、また高速領域で速度に依存して弱め界磁制御を
行う場合は、演算器４は速度上昇につれて減少していく
iM ＊を与える。磁化電流指令iM ＊は、ベクトル回転器VD
11により一次電流から変換されたiMと加算点14で比較さ
れ、この偏差がPI（比例積分）調節器６により増幅さ
れ、電動機の一次電圧ベクトル指令１ ＊のＭ軸成分vM
＊が得られる。
得られる。磁束一定制御の場合は演算器４の一定のiM ＊
を与え、また高速領域で速度に依存して弱め界磁制御を
行う場合は、演算器４は速度上昇につれて減少していく
iM ＊を与える。磁化電流指令iM ＊は、ベクトル回転器VD
11により一次電流から変換されたiMと加算点14で比較さ
れ、この偏差がPI（比例積分）調節器６により増幅さ
れ、電動機の一次電圧ベクトル指令１ ＊のＭ軸成分vM
＊が得られる。
次に、設定器Ｓより与えられた速度指令値Ｎ＊は加算点
13において速度検出器３より検出された速度検出値Ｎと
比較され、この偏差はPI調節器５により増幅されトルク
電流指令iT ＊となる。このiT ＊はベクトル回転器11によ
り作られたiTと加算点15で比較され、この偏差はPI調節
器７で増幅され、一次電圧ベクトル指令１ ＊のＴ軸成
分vT ＊となる。このvM ＊,vT ＊は座標変換回路８に入力
され、電流モデル10により演算された磁束の位相φＩに
より、固定子座標量に変換される。この変換は、次式に
より行われる。
13において速度検出器３より検出された速度検出値Ｎと
比較され、この偏差はPI調節器５により増幅されトルク
電流指令iT ＊となる。このiT ＊はベクトル回転器11によ
り作られたiTと加算点15で比較され、この偏差はPI調節
器７で増幅され、一次電圧ベクトル指令１ ＊のＴ軸成
分vT ＊となる。このvM ＊,vT ＊は座標変換回路８に入力
され、電流モデル10により演算された磁束の位相φＩに
より、固定子座標量に変換される。この変換は、次式に
より行われる。
固定子座標量に変換された一次電圧指令ｖα ＊,vβ ＊は
パルス発生回路９でインバータパルスに変換され、これ
をPWMインバータ１に与えることにより、誘導電動機２
への給電が行われることになる。
パルス発生回路９でインバータパルスに変換され、これ
をPWMインバータ１に与えることにより、誘導電動機２
への給電が行われることになる。
ここで、電動機の電流、電圧を座標変換する際に用いる
磁束の位相φＩは、電流モデル10によつて次式で演算さ
れる。Ｉ ＝∫ω1dt＝∫（ω２＋ω３）dt ……（３） （３），（４）式より磁束の位相φＩはiM ＊,iT ＊及び
速度Ｎと電動機定数が既知であれば、演算にて求められ
ることがわかる。なお、磁束一定制御、または磁束がゆ
るやかに変化する場合は、（４）式でT2＝０とすること
も可能である。すべり角速度演算器101は（４）式を、
積分器102は（３）式をそれぞれ演算する。
磁束の位相φＩは、電流モデル10によつて次式で演算さ
れる。Ｉ ＝∫ω1dt＝∫（ω２＋ω３）dt ……（３） （３），（４）式より磁束の位相φＩはiM ＊,iT ＊及び
速度Ｎと電動機定数が既知であれば、演算にて求められ
ることがわかる。なお、磁束一定制御、または磁束がゆ
るやかに変化する場合は、（４）式でT2＝０とすること
も可能である。すべり角速度演算器101は（４）式を、
積分器102は（３）式をそれぞれ演算する。
以上の如き方式は制御性が良好で、高性能な可変速駆動
装置として適しているが、速度検出値を制御の基本とし
ているため、その制御性能が速度検出器の信頼性等によ
つて大きな影響を受ける。すなわち、一般産業用として
適用される場合に、速度検出器の故障や制御装置と速度
検出器とを結ぶ信号線の断線等により速度量が検出でき
なくなると、制御が不能になつて電動機が暴走したり、
過電流によつてインバータを構成する電力用半導体素子
を破壊する等の大きな事故を引き起こす、と云う問題が
ある。
装置として適しているが、速度検出値を制御の基本とし
ているため、その制御性能が速度検出器の信頼性等によ
つて大きな影響を受ける。すなわち、一般産業用として
適用される場合に、速度検出器の故障や制御装置と速度
検出器とを結ぶ信号線の断線等により速度量が検出でき
なくなると、制御が不能になつて電動機が暴走したり、
過電流によつてインバータを構成する電力用半導体素子
を破壊する等の大きな事故を引き起こす、と云う問題が
ある。
したがつて、本発明は速度検出器の故障による制御装置
への影響を抵減し、信頼性の向上を図ることを目的とす
る。
への影響を抵減し、信頼性の向上を図ることを目的とす
る。
出力電圧の大きさ，周波数および位相の制御が可能な電
力変換装置を介して給電される誘導電動機の一次電流
を、速度検出器を介して検出した回転子速度とすべり角
速度との和を積分して得られる電動機の磁束軸に平行な
成分（磁化電流）とこれに直交する成分（トルク電流）
とに分離し、各々を独立に制御して少なくとも電動機ト
ルクすべく、演算により速度を推定する速度演算手段
と、速度検出器の状態を監視する監視手段と、速度検出
器出力と前記速度演算手段出力との偏差を零にすべく調
節動作を行う調節器と、を設け、該速度検出器が異常の
ときは前記速度推定値を検出値の代わりに用いる。
力変換装置を介して給電される誘導電動機の一次電流
を、速度検出器を介して検出した回転子速度とすべり角
速度との和を積分して得られる電動機の磁束軸に平行な
成分（磁化電流）とこれに直交する成分（トルク電流）
とに分離し、各々を独立に制御して少なくとも電動機ト
ルクすべく、演算により速度を推定する速度演算手段
と、速度検出器の状態を監視する監視手段と、速度検出
器出力と前記速度演算手段出力との偏差を零にすべく調
節動作を行う調節器と、を設け、該速度検出器が異常の
ときは前記速度推定値を検出値の代わりに用いる。
〔作用〕 速度量が演算によつて推定できることに着目し、速度検
出器が異常のときはその推定値を検出値のかわりに用い
ることにより、信頼性を向上させる。
出器が異常のときはその推定値を検出値のかわりに用い
ることにより、信頼性を向上させる。
第１図は本発明の実施例である、速度演算回路を有した
誘導電動機の速度制御装置を示すブロツク図である。こ
の例は、公知の速度制御装置（第５図）の場合と制御の
基本部は全く同一（同じ番号で示す。）であり、公知の
ものに対し速度検出器３の異常時に制御装置を保護する
保護回路20（故障判別回路23,速度演算回路21,切り換え
回路22）を付加して構成される。したがつて、速度検出
器３が正常である場合は、第１図の制御装置は従来どお
りの働きをするため、こゝでは速度検出器３に異常が生
じた場合について説明する。
誘導電動機の速度制御装置を示すブロツク図である。こ
の例は、公知の速度制御装置（第５図）の場合と制御の
基本部は全く同一（同じ番号で示す。）であり、公知の
ものに対し速度検出器３の異常時に制御装置を保護する
保護回路20（故障判別回路23,速度演算回路21,切り換え
回路22）を付加して構成される。したがつて、速度検出
器３が正常である場合は、第１図の制御装置は従来どお
りの働きをするため、こゝでは速度検出器３に異常が生
じた場合について説明する。
第２図は保護回路の動作を説明するためのタイミングチ
ヤートで、以下これに従つて各回路の動作を説明する。
故障判別回路23は速度検出器の状態（同図（イ）参照）
を監視し、故障と判別したときは同図（ニ）の如き故障
信号Ｈを出力し、制御装置で用いる速度量ω２ ＊＊（同
図（ハ）参照）を検出器出力ω２から速度演算回路の出
力である速度推定値 （同図（ロ）参照）へと切り換える信号を切り換え回路
22に入力し、この切り換え回路22によつて速度量の切り
換えが行われる。ここに、故障判別回路23は速度検出器
の故障を判断し、故障信号を出力し得るものならば如何
なるものを用いても良く、その故障判別の原理図の一例
を第３図に示す。
ヤートで、以下これに従つて各回路の動作を説明する。
故障判別回路23は速度検出器の状態（同図（イ）参照）
を監視し、故障と判別したときは同図（ニ）の如き故障
信号Ｈを出力し、制御装置で用いる速度量ω２ ＊＊（同
図（ハ）参照）を検出器出力ω２から速度演算回路の出
力である速度推定値 （同図（ロ）参照）へと切り換える信号を切り換え回路
22に入力し、この切り換え回路22によつて速度量の切り
換えが行われる。ここに、故障判別回路23は速度検出器
の故障を判断し、故障信号を出力し得るものならば如何
なるものを用いても良く、その故障判別の原理図の一例
を第３図に示す。
すなわち、この例では速度検出器の出力である、同図
（イ）の如きクロツク信号を入力し、その信号を同図
（ロ）の如く一定のサンプリング期間Ｔごとに判別し、
そのサンプリング期間中にクロツク信号が入力されない
場合は故障と判断し、切り換え信号を出力する（同図
（ハ）参照）。
（イ）の如きクロツク信号を入力し、その信号を同図
（ロ）の如く一定のサンプリング期間Ｔごとに判別し、
そのサンプリング期間中にクロツク信号が入力されない
場合は故障と判断し、切り換え信号を出力する（同図
（ハ）参照）。
第４図に速度演算回路の具体例を示す。
こゝでは、電動機の電圧1,電流１を誘起電圧演算回
路211に入力して誘起電圧ベクトル（Ｅα,Eβ）を求
め、この誘起電圧ベクトルを電流モデル方式
（（３），（４）式）で求めた磁束軸位置（φＩ）で座
標変換し、磁束軸と平行する誘起電圧成分EMを求めて調
節器214に入力し、この調節器214の出力 を電流モデルに回転子角速度としている。したがつて、
電動機の実際の回転子角速度ω２とその推定値 とに偏差があると、電動機の実際の磁束軸位置φＩにも
偏差が生じ、この偏差のために誘起電圧ベクトルの磁束
軸の成分EMは零にならない。そこで、調節器214の働き
によつてEM＝０になるように、 を修正する。この結果、 は電動機の実際の回転子角速度ω２に一致するようにな
る。このようにして求めた回転子角速度の推定値は、速
度調節ループ（ASR系）の主フイードバツク量としても
利用できる。なお、この点につき詳細が必要ならば、例
えば特願昭61−212625号を参照されたい。また、速度演
算回路としてはこの例に限らず、演算により速度を求め
得るものであれば、如何なるタイプのものをも用いるこ
とができる。
路211に入力して誘起電圧ベクトル（Ｅα,Eβ）を求
め、この誘起電圧ベクトルを電流モデル方式
（（３），（４）式）で求めた磁束軸位置（φＩ）で座
標変換し、磁束軸と平行する誘起電圧成分EMを求めて調
節器214に入力し、この調節器214の出力 を電流モデルに回転子角速度としている。したがつて、
電動機の実際の回転子角速度ω２とその推定値 とに偏差があると、電動機の実際の磁束軸位置φＩにも
偏差が生じ、この偏差のために誘起電圧ベクトルの磁束
軸の成分EMは零にならない。そこで、調節器214の働き
によつてEM＝０になるように、 を修正する。この結果、 は電動機の実際の回転子角速度ω２に一致するようにな
る。このようにして求めた回転子角速度の推定値は、速
度調節ループ（ASR系）の主フイードバツク量としても
利用できる。なお、この点につき詳細が必要ならば、例
えば特願昭61−212625号を参照されたい。また、速度演
算回路としてはこの例に限らず、演算により速度を求め
得るものであれば、如何なるタイプのものをも用いるこ
とができる。
次に、故障時における検出値と推定値の切り換えについ
て説明する。
て説明する。
速度検出器が正常である場合には、速度量は検出器の出
力ω２であるため、調節器214は出力がオープン状態と
なり、前記の速度推定は成り立たなくなる。そこで、本
速度演算回路では、正常時には検出値ω２と調節器214
の出力 とを調節器215に入力し、その調節器出力を調節器214に
入力させる。そこで、調節器215の調節機能によつて正
常時には が保たれる。つまり、調節器214は故障直前の速度検出
値を初期値として速度推定値 を出力するため、速度量の切り換えが円滑に行われるこ
とになる。ここで、調節器215は速度検出器の故障時に
はゼロホールドするため、 は故障時のω２の影響を受けないことになる。
力ω２であるため、調節器214は出力がオープン状態と
なり、前記の速度推定は成り立たなくなる。そこで、本
速度演算回路では、正常時には検出値ω２と調節器214
の出力 とを調節器215に入力し、その調節器出力を調節器214に
入力させる。そこで、調節器215の調節機能によつて正
常時には が保たれる。つまり、調節器214は故障直前の速度検出
値を初期値として速度推定値 を出力するため、速度量の切り換えが円滑に行われるこ
とになる。ここで、調節器215は速度検出器の故障時に
はゼロホールドするため、 は故障時のω２の影響を受けないことになる。
本発明によれば、大幅な保護回路を追加することなく、
わずかな演算要素を付加するだけで、速度検出器の故障
による可変速駆動システムの事故を防ぐことができるの
で、制御システムの信頼性を向上させることが可能にな
る利点がもたらされる。
わずかな演算要素を付加するだけで、速度検出器の故障
による可変速駆動システムの事故を防ぐことができるの
で、制御システムの信頼性を向上させることが可能にな
る利点がもたらされる。
第１図は本発明の実施例を示すブロツク図、第２図は保
護動作を説明するためのタイムチヤート、第３図は故障
判別動作の一例を説明するためのタイムチヤート、第４
図は速度演算回路の具体例を示すブロツク図、第５図は
誘導電動機可変速制御装置の従来例を示す構成図、第６
図は誘導電動機の電流ベクトルを示すベクトル図であ
る。 符号説明 １……PWMインバータ、２……誘導電動機、３……速度
検出器（PG）、４……磁化電流指令演算器、５……速度
調節器（ASR）、６……磁化電流調節器（ACR）、７……
トルク電流調節器（ACR）８……座標変換回路、９……
パルス発生回路、10……電流モデル磁束演算器、11,212
……ベクトル回転器、12,210……３相−２相変換器、1
3,14,15,216,217……加算器、16……電圧変成器、211…
…誘起電圧演算回路、213……極性回路、214,215……調
節器。
護動作を説明するためのタイムチヤート、第３図は故障
判別動作の一例を説明するためのタイムチヤート、第４
図は速度演算回路の具体例を示すブロツク図、第５図は
誘導電動機可変速制御装置の従来例を示す構成図、第６
図は誘導電動機の電流ベクトルを示すベクトル図であ
る。 符号説明 １……PWMインバータ、２……誘導電動機、３……速度
検出器（PG）、４……磁化電流指令演算器、５……速度
調節器（ASR）、６……磁化電流調節器（ACR）、７……
トルク電流調節器（ACR）８……座標変換回路、９……
パルス発生回路、10……電流モデル磁束演算器、11,212
……ベクトル回転器、12,210……３相−２相変換器、1
3,14,15,216,217……加算器、16……電圧変成器、211…
…誘起電圧演算回路、213……極性回路、214,215……調
節器。
Claims (2)
- 【請求項１】出力電圧の大きさ，周波数および位相の制
御が可能な電力変換装置を介して給電される誘導電動機
の一次電流を、速度検出器を介して検出した回転子速度
とすべり角速度との和を積分して得られる電動機の磁束
軸に平行な成分（磁化電流）とこれに直交する成分（ト
ルク電流）とに分離し、各々を独立に制御して少なくと
も電動機トルクを制御する誘導電動機の可変速制御装置
において、 演算により速度を推定する速度演算手段と、 前記速度検出器の状態を監視する監視手段と、 前記速度検出器出力と前記速度演算手段出力との偏差を
零にすべく調節動作を行う調節器と、 を設け、該速度検出器が異常のときは前記速度推定値を
検出値の代わりに用いることを特徴とする誘導電動機の
可変速制御装置。 - 【請求項２】前記速度検出手段は電動機の電圧，電流お
よび電動機定数から所定の演算をするかもしくはサーチ
コイルによって検出を含む直接検出方式にて求められる
誘起電圧ベクトルの磁束方向の成分を演算する磁束軸成
分演算手段と、誘起電圧ベクトルの磁束軸方向の成分が
零となるように所定の調節演算を行う調節手段とからな
ることを特徴とする請求項１）に記載の誘導電動機に可
変速制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63019594A JPH0751000B2 (ja) | 1988-02-01 | 1988-02-01 | 誘導電動機の可変速制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63019594A JPH0751000B2 (ja) | 1988-02-01 | 1988-02-01 | 誘導電動機の可変速制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01198292A JPH01198292A (ja) | 1989-08-09 |
| JPH0751000B2 true JPH0751000B2 (ja) | 1995-05-31 |
Family
ID=12003568
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63019594A Expired - Lifetime JPH0751000B2 (ja) | 1988-02-01 | 1988-02-01 | 誘導電動機の可変速制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0751000B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03277101A (ja) * | 1990-03-26 | 1991-12-09 | Toyota Motor Corp | 電気自動車のモータ制御装置 |
| JPH0433583A (ja) * | 1990-05-28 | 1992-02-04 | Mitsubishi Electric Corp | 誘導電動機の制御装置 |
| JP2752539B2 (ja) * | 1991-09-21 | 1998-05-18 | 株式会社日立製作所 | 車両用電動機の制御装置 |
| JP3116831B2 (ja) * | 1996-08-08 | 2000-12-11 | 富士電機株式会社 | 誘導電動機の可変速制御装置 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3212439C2 (de) * | 1982-04-02 | 1992-02-20 | Robert Prof.Dr.-Ing. 6100 Darmstadt Jötten | Verfahren zum Betrieb einer durch schnelle elektrische Stellglieder gespeisten Asynchronmaschine |
| JPS5980175A (ja) * | 1982-10-25 | 1984-05-09 | Toshiba Corp | 電動機の速度制御装置 |
| JPH0793839B2 (ja) * | 1985-07-25 | 1995-10-09 | 三菱電機株式会社 | 誘導電動機の制御装置 |
| JPS6277894A (ja) * | 1985-09-30 | 1987-04-10 | Yaskawa Electric Mfg Co Ltd | 誘導電動機の磁束演算方法 |
-
1988
- 1988-02-01 JP JP63019594A patent/JPH0751000B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01198292A (ja) | 1989-08-09 |
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