JPH0759400A - 誘導電動機の高効率制御方法及び装置 - Google Patents
誘導電動機の高効率制御方法及び装置Info
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- JPH0759400A JPH0759400A JP5205201A JP20520193A JPH0759400A JP H0759400 A JPH0759400 A JP H0759400A JP 5205201 A JP5205201 A JP 5205201A JP 20520193 A JP20520193 A JP 20520193A JP H0759400 A JPH0759400 A JP H0759400A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
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- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】ベクトル制御回路（１）を有する誘導電動機
（４）の制御方法において、誘導電動機（４）の回転数
又はこの誘導電動機（４）に電力を供給するインバータ
（２）の出力周波数がある値以上で、且つ、速度制御器
（１２）の出力であるトルク電流指令がある大きさ以下
であるかどうかを判定する手段（１０１）を設け、前記
誘導電動機（４）のすべりを定格値ｆsNにするための励
磁電流指令値ＩMr' を演算し、この演算された励磁電流
指令値ＩMr' と、励磁電流指令（１４）から与えられる
ベクトル制御時の励磁電流指令値ＩMrとを、前記判定手
段（１０１）の判定結果に基づいて切り替える誘導電動
機の高効率制御方法及び装置。 【効果】電気自動車に搭載される誘導電動機のように最
大負荷と軽負荷とのトルクの差が非常に大きく、且つ軽
負荷で運転される割合が大きい誘導電動機の運転形態に
おいて、軽負荷時における効率を改善して運転効率を大
幅に改善できる。
（４）の制御方法において、誘導電動機（４）の回転数
又はこの誘導電動機（４）に電力を供給するインバータ
（２）の出力周波数がある値以上で、且つ、速度制御器
（１２）の出力であるトルク電流指令がある大きさ以下
であるかどうかを判定する手段（１０１）を設け、前記
誘導電動機（４）のすべりを定格値ｆsNにするための励
磁電流指令値ＩMr' を演算し、この演算された励磁電流
指令値ＩMr' と、励磁電流指令（１４）から与えられる
ベクトル制御時の励磁電流指令値ＩMrとを、前記判定手
段（１０１）の判定結果に基づいて切り替える誘導電動
機の高効率制御方法及び装置。 【効果】電気自動車に搭載される誘導電動機のように最
大負荷と軽負荷とのトルクの差が非常に大きく、且つ軽
負荷で運転される割合が大きい誘導電動機の運転形態に
おいて、軽負荷時における効率を改善して運転効率を大
幅に改善できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、誘導電動機の高効率制
御方法及び装置に関する。
御方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、世界的に注目を集めている地球環
境問題の一つとして都市における自動車の排気ガスと騒
音の問題があるが、電気自動車はこの問題を解決するた
めの最も有力な手段として期待されており、現在、電力
会社や自動車会社を中心に精力的に電気自動車の研究開
発が進められている。
境問題の一つとして都市における自動車の排気ガスと騒
音の問題があるが、電気自動車はこの問題を解決するた
めの最も有力な手段として期待されており、現在、電力
会社や自動車会社を中心に精力的に電気自動車の研究開
発が進められている。
【０００３】電気自動車はエネルギー源として蓄電池を
使用し、蓄電池の出力電力（直流電力）をインバータに
より交流電力に変換して、三相誘導電動機やＤＣブラシ
レスモータを駆動制御して電気自動車の加減速制御や速
度制御を行う。
使用し、蓄電池の出力電力（直流電力）をインバータに
より交流電力に変換して、三相誘導電動機やＤＣブラシ
レスモータを駆動制御して電気自動車の加減速制御や速
度制御を行う。
【０００４】電気自動車が大型化すると電動機の容量も
大きくなるが、ＤＣブラシレスモータの場合には界磁に
永久磁石を使用するために大容量化が困難であるため、
誘導電動機が使用される場合が多い。
大きくなるが、ＤＣブラシレスモータの場合には界磁に
永久磁石を使用するために大容量化が困難であるため、
誘導電動機が使用される場合が多い。
【０００５】また、誘導電動機の制御方法としてはトル
クの高速制御が可能なベクトル制御が採用される。ベク
トル制御は電動機への供給電流を励磁成分とトルク成分
とに分け、励磁成分を誘導電動機のギャップ磁束密度が
定格値に一定になるように制御する。一方、トルク成分
は加減速指令や速度指令に基づいて制御される。このた
め、ベクトル制御では電動機への供給電流の大きさと位
相を同時に制御する。図１はベクトル制御の原理を示す
ベクトル図である。同図でＥは誘起電圧、Ｉ1は電動機
への供給電流、Ｉ2 はＩ1 のトルク成分（トルク電流）
及びＩM は励磁成分（励磁電流）である。励磁インダク
タンスをＭ、誘導電動機の一次周波数をｆ1 とすると、 Ｅ＝２πｆ1 ＭＩM （１） で表される。今、誘導電動機の負荷が減少してトルクを
減少させようとすると、トルク電流をＩ2 からＩ2 ′に
減少させる必要があるが、この時ベクトル制御では、電
動機への供給電流の大きさをＩ1 からＩ1 ′に変えると
ともに位相もΘからΘ′と変化させ、励磁電流ＩM の大
きさを一定に保つ。
クの高速制御が可能なベクトル制御が採用される。ベク
トル制御は電動機への供給電流を励磁成分とトルク成分
とに分け、励磁成分を誘導電動機のギャップ磁束密度が
定格値に一定になるように制御する。一方、トルク成分
は加減速指令や速度指令に基づいて制御される。このた
め、ベクトル制御では電動機への供給電流の大きさと位
相を同時に制御する。図１はベクトル制御の原理を示す
ベクトル図である。同図でＥは誘起電圧、Ｉ1は電動機
への供給電流、Ｉ2 はＩ1 のトルク成分（トルク電流）
及びＩM は励磁成分（励磁電流）である。励磁インダク
タンスをＭ、誘導電動機の一次周波数をｆ1 とすると、 Ｅ＝２πｆ1 ＭＩM （１） で表される。今、誘導電動機の負荷が減少してトルクを
減少させようとすると、トルク電流をＩ2 からＩ2 ′に
減少させる必要があるが、この時ベクトル制御では、電
動機への供給電流の大きさをＩ1 からＩ1 ′に変えると
ともに位相もΘからΘ′と変化させ、励磁電流ＩM の大
きさを一定に保つ。
【０００６】鉄損ＷI はヒステリシス損Ｗh とうず電流
損Ｗe に分けられるが、それぞれ次式のように表され
る。 Ｗi ＝Ｗh ＋Ｗe （２） Ｗh ∝ｆ1 Ｂm 2 （３） Ｗe ∝ｆ1 2Ｂm 2 （４）
損Ｗe に分けられるが、それぞれ次式のように表され
る。 Ｗi ＝Ｗh ＋Ｗe （２） Ｗh ∝ｆ1 Ｂm 2 （３） Ｗe ∝ｆ1 2Ｂm 2 （４）
【０００７】即ち、ヒステリシス損は周波数ｆ1 と磁束
密度Ｂm の２乗の積に比例し、うず電流損は周波数ｆ1
の２乗と磁束密度Ｂm の２乗の積に比例する。誘導電動
機の一次周波数が商用周波数程度であれば、鉄損の殆ど
がヒステリシス損である。
密度Ｂm の２乗の積に比例し、うず電流損は周波数ｆ1
の２乗と磁束密度Ｂm の２乗の積に比例する。誘導電動
機の一次周波数が商用周波数程度であれば、鉄損の殆ど
がヒステリシス損である。
【０００８】電動機の速度を上げるには電動機の一次周
波数ｆ1 を上げるが、上記の理由により電動機の鉄損は
電動機速度が大きくなるにつれて増大する。
波数ｆ1 を上げるが、上記の理由により電動機の鉄損は
電動機速度が大きくなるにつれて増大する。
【０００９】また、電動機速度を一定にしてトルクを増
大させると、図２に示すように銅損はトルクの２乗に比
例して増大するが、鉄損は前述したように励磁電流ＩM
が一定になるように制御されるのでトルクに無関係に一
定となる。このため、低トルク（軽負荷）時に鉄損の占
める割合が大きくなり、電動機の効率が大きく低下す
る。このことは電動機への供給側から見た場合、力率の
大幅な低下として現れる。
大させると、図２に示すように銅損はトルクの２乗に比
例して増大するが、鉄損は前述したように励磁電流ＩM
が一定になるように制御されるのでトルクに無関係に一
定となる。このため、低トルク（軽負荷）時に鉄損の占
める割合が大きくなり、電動機の効率が大きく低下す
る。このことは電動機への供給側から見た場合、力率の
大幅な低下として現れる。
【００１０】このように、従来のベクトル制御において
は、電動機速度が大きく、且つ、軽負荷の範囲における
鉄損による誘導電動機の効率の低下という問題がある。
は、電動機速度が大きく、且つ、軽負荷の範囲における
鉄損による誘導電動機の効率の低下という問題がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】電動機を常時定格付近
で運転する場合には上記の軽負荷時の効率低下は問題と
ならないが、例えば、電気自動車のように加減速時にの
み大きなトルクを必要とし、定速時には小さなトルクし
か必要とせず、且つ、定速走行の割合が大きいような場
合には、軽負荷時の電動機の効率低下は大きな問題であ
る。
で運転する場合には上記の軽負荷時の効率低下は問題と
ならないが、例えば、電気自動車のように加減速時にの
み大きなトルクを必要とし、定速時には小さなトルクし
か必要とせず、且つ、定速走行の割合が大きいような場
合には、軽負荷時の電動機の効率低下は大きな問題であ
る。
【００１２】本発明は、電気自動車に搭載される誘導電
動機のように最大負荷と軽負荷とのトルクの差が非常に
大きく、且つ、軽負荷で運転される割合が大きいような
誘導電動機の運転形態において、軽負荷時における効率
を改善して運転効率を大幅に改善できる誘導電動機の高
効率制御方法及び装置を提供することを課題としてい
る。
動機のように最大負荷と軽負荷とのトルクの差が非常に
大きく、且つ、軽負荷で運転される割合が大きいような
誘導電動機の運転形態において、軽負荷時における効率
を改善して運転効率を大幅に改善できる誘導電動機の高
効率制御方法及び装置を提供することを課題としてい
る。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の誘導電動機の高効率制御方法は、ベクトル
制御回路を有する誘導電動機の制御方法において、誘導
電動機の回転数又はこの誘導電動機に電力を供給するイ
ンバータの出力周波数がある値以上で、且つ、速度制御
器の出力であるトルク電流指令がある大きさ以下である
かどうかを判定する手段を設け、前記誘導電動機のすべ
りを定格値ＳN にするための励磁電流指令値ＩMr' を演
算し、この演算された励磁電流指令値ＩMr' と、励磁電
流指令から与えられるベクトル制御時の励磁電流指令値
ＩMrとを、前記判定手段の判定結果に基づいて切り替え
るようにしている。
に、本発明の誘導電動機の高効率制御方法は、ベクトル
制御回路を有する誘導電動機の制御方法において、誘導
電動機の回転数又はこの誘導電動機に電力を供給するイ
ンバータの出力周波数がある値以上で、且つ、速度制御
器の出力であるトルク電流指令がある大きさ以下である
かどうかを判定する手段を設け、前記誘導電動機のすべ
りを定格値ＳN にするための励磁電流指令値ＩMr' を演
算し、この演算された励磁電流指令値ＩMr' と、励磁電
流指令から与えられるベクトル制御時の励磁電流指令値
ＩMrとを、前記判定手段の判定結果に基づいて切り替え
るようにしている。
【００１４】また、本発明の誘導電動機の制御装置は、
ベクトル制御回路を有する誘導電動機の制御装置におい
て、誘導電動機の回転数又はこの誘導電動機に電力を供
給するインバータの出力周波数がある値以上で、且つ、
速度制御器の出力であるトルク電流指令がある大きさ以
下であることを判定する判定器と、前記誘導電動機のす
べりを定格値にするための励磁電流指令値を演算する励
磁電流指令演算器と、この励磁電流指令値と励磁電流指
令から与えられるベクトル制御時の励磁電流指令値とを
前記判定器の判定結果に基づいて切り替える切替えスイ
ッチとを設けた構成としている。
ベクトル制御回路を有する誘導電動機の制御装置におい
て、誘導電動機の回転数又はこの誘導電動機に電力を供
給するインバータの出力周波数がある値以上で、且つ、
速度制御器の出力であるトルク電流指令がある大きさ以
下であることを判定する判定器と、前記誘導電動機のす
べりを定格値にするための励磁電流指令値を演算する励
磁電流指令演算器と、この励磁電流指令値と励磁電流指
令から与えられるベクトル制御時の励磁電流指令値とを
前記判定器の判定結果に基づいて切り替える切替えスイ
ッチとを設けた構成としている。
【００１５】
【作用】上記のように構成された誘導電動機の高効率制
御方法及び装置において、誘導電動機が低速度で運転中
は誘導電動機への供給周波数が小さいので、元々鉄損は
小さく、通常のベクトル制御を行う。中高速度運転領域
においては誘導電動機への供給周波数が大きくなって鉄
損が大きくなるが、加減速中のように大きなトルクを発
生する必要がある場合には、ベクトル制御による高速応
答性を優先させて同様に通常のベクトル制御を行う。定
速度状態になると電動機負荷が小さくなり、指令速度に
電動機速度を維持するための必要トルクは大幅に減少す
るので、インバータの速度制御回路の出力信号として得
られるトルク電流指令は小さくなる。従って、中高速度
運転領域において、このトルク電流指令がある大きさ以
下になると、切替えスイッチは励磁電流指令から与えら
れるベクトル制御時の励磁電流指令値から励磁指令演算
器により演算される誘導電動機のすべりを定格値にする
ための励磁電流指令値に切り替える。この結果、インバ
ータの出力電圧が下がり、インバータの出力電圧が下が
ると誘導電動機の発生トルクが減少し、負荷トルクに見
合うよう誘導電動機のすべりが増大する。すべりが定格
値の場合に最も効率が高くなる特性を誘導電動機は有す
るので、誘導電動機のすべりが定格値となるようにイン
バータの出力電圧を調整する。
御方法及び装置において、誘導電動機が低速度で運転中
は誘導電動機への供給周波数が小さいので、元々鉄損は
小さく、通常のベクトル制御を行う。中高速度運転領域
においては誘導電動機への供給周波数が大きくなって鉄
損が大きくなるが、加減速中のように大きなトルクを発
生する必要がある場合には、ベクトル制御による高速応
答性を優先させて同様に通常のベクトル制御を行う。定
速度状態になると電動機負荷が小さくなり、指令速度に
電動機速度を維持するための必要トルクは大幅に減少す
るので、インバータの速度制御回路の出力信号として得
られるトルク電流指令は小さくなる。従って、中高速度
運転領域において、このトルク電流指令がある大きさ以
下になると、切替えスイッチは励磁電流指令から与えら
れるベクトル制御時の励磁電流指令値から励磁指令演算
器により演算される誘導電動機のすべりを定格値にする
ための励磁電流指令値に切り替える。この結果、インバ
ータの出力電圧が下がり、インバータの出力電圧が下が
ると誘導電動機の発生トルクが減少し、負荷トルクに見
合うよう誘導電動機のすべりが増大する。すべりが定格
値の場合に最も効率が高くなる特性を誘導電動機は有す
るので、誘導電動機のすべりが定格値となるようにイン
バータの出力電圧を調整する。
【００１６】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の好適な実
施例を説明する。
施例を説明する。
【００１７】図３は本発明の一実施例を示しており、１
はベクトル制御回路で誘導電動機４に電力を供給するイ
ンバータ２のスイッチング素子のオン／オフを制御する
ことにより誘導電動機４への電圧及び電流の大きさ、位
相及び周波数を制御する。３は電流検出器で誘導電動機
４への供給電流の瞬時値ｉ1 を検出する。インバータ２
は通常電圧型と呼ばれる回路方式が採用される場合が殆
どで、図示しないが、蓄電池などの直流電源、フィルタ
コンデンサ及びベクトル制御を実現するためのＦＥＴや
ＩＧＢＴなどの高速スイッチング素子から成るブリッジ
回路から構成される。５は誘導電動機４の速度ｆm を検
出する速度検出器である。ベクトル制御回路１は従来の
ベクトル制御回路と本発明に係る回路から成る。
はベクトル制御回路で誘導電動機４に電力を供給するイ
ンバータ２のスイッチング素子のオン／オフを制御する
ことにより誘導電動機４への電圧及び電流の大きさ、位
相及び周波数を制御する。３は電流検出器で誘導電動機
４への供給電流の瞬時値ｉ1 を検出する。インバータ２
は通常電圧型と呼ばれる回路方式が採用される場合が殆
どで、図示しないが、蓄電池などの直流電源、フィルタ
コンデンサ及びベクトル制御を実現するためのＦＥＴや
ＩＧＢＴなどの高速スイッチング素子から成るブリッジ
回路から構成される。５は誘導電動機４の速度ｆm を検
出する速度検出器である。ベクトル制御回路１は従来の
ベクトル制御回路と本発明に係る回路から成る。
【００１８】従来のベクトル制御回路は次のような回路
から成る。速度指令１１から与えられる速度指令値ｆmr
と前記速度検出器５により検出される誘導電動機４の実
際の速度ｆm との偏差から速度制御器１２はトルク電流
指令値Ｉ2rを発生する。電流指令演算器１３はこのトル
ク電流指令値Ｉ2rと励磁電流指令１４から与えられる励
磁電流指令値ＩMrとから、次式により誘導電動機４への
供給電流の大きさＩ1rと位相θr を演算する。 Ｉ1r＝√（ＩMr 2 ＋Ｉ2r 2 ） （５） θr ＝ｔａｎ-1（Ｉ2r／ＩMr） （６）
から成る。速度指令１１から与えられる速度指令値ｆmr
と前記速度検出器５により検出される誘導電動機４の実
際の速度ｆm との偏差から速度制御器１２はトルク電流
指令値Ｉ2rを発生する。電流指令演算器１３はこのトル
ク電流指令値Ｉ2rと励磁電流指令１４から与えられる励
磁電流指令値ＩMrとから、次式により誘導電動機４への
供給電流の大きさＩ1rと位相θr を演算する。 Ｉ1r＝√（ＩMr 2 ＋Ｉ2r 2 ） （５） θr ＝ｔａｎ-1（Ｉ2r／ＩMr） （６）
【００１９】励磁電流指令値ＩMrはギャップ磁束密度を
定格値とする励磁電流に相当する。一方、すべり周波数
指令演算器１５は前記トルク電流指令値Ｉ2rと励磁電流
指令値ＩMrとから次式によりすべり周波数指令値ｆsrを
演算する。 ｆsr＝（ｒ2 ／２πＭ）・（Ｉ2r／ＩMr） （７）
定格値とする励磁電流に相当する。一方、すべり周波数
指令演算器１５は前記トルク電流指令値Ｉ2rと励磁電流
指令値ＩMrとから次式によりすべり周波数指令値ｆsrを
演算する。 ｆsr＝（ｒ2 ／２πＭ）・（Ｉ2r／ＩMr） （７）
【００２０】ここに、Ｍは誘導電動機４の励磁インダク
タンス、ｒ2 は二次抵抗である。加算器１６は誘導電動
機４の実際の速度ｆm にこのすべり周波数指令値ｆsrを
加え、誘導電動機４の一次周波数（＝インバータの出力
周波数）指令値ｆ1rとする。瞬時電流制御回路１７は誘
導電動機４への供給電流の大きさＩ1rと位相θr 及び一
次周波数指令値ｆ1rとから誘導電動機４への供給電流の
瞬時電流基準信号を作成し、電流検出器３から得られる
誘導電動機４への実際の供給瞬時電流ｉ1 がこの瞬時電
流基準信号に追従するようＰＷＭ制御１８に制御信号を
送り、ＰＷＭ制御１８はこの制御信号に基づいてインバ
ータ２のスイッチング素子にオン・オフ信号（ゲート信
号）を与える。
タンス、ｒ2 は二次抵抗である。加算器１６は誘導電動
機４の実際の速度ｆm にこのすべり周波数指令値ｆsrを
加え、誘導電動機４の一次周波数（＝インバータの出力
周波数）指令値ｆ1rとする。瞬時電流制御回路１７は誘
導電動機４への供給電流の大きさＩ1rと位相θr 及び一
次周波数指令値ｆ1rとから誘導電動機４への供給電流の
瞬時電流基準信号を作成し、電流検出器３から得られる
誘導電動機４への実際の供給瞬時電流ｉ1 がこの瞬時電
流基準信号に追従するようＰＷＭ制御１８に制御信号を
送り、ＰＷＭ制御１８はこの制御信号に基づいてインバ
ータ２のスイッチング素子にオン・オフ信号（ゲート信
号）を与える。
【００２１】本発明に係る回路は次のように構成され
る。判定器１０１は誘導電動機４の速度ｆm が判定値Ｋ
fmより大きく、且つ、トルク電流指令値Ｉ2rが判定値Ｋ
I2より小さい場合には、第一の切替えスイッチ１０４及
び第二の切替えスイッチ１０７の共通端子Ｃを端子Ｂ側
に接続し、それ以外の場合には第一の切替えスイッチ１
０４及び第二の切替えスイッチ１０７の共通端子Ｃを端
子Ａ側に接続する。一次周波数指令演算器１０３は定格
すべり指令１０２からの定格すべり指令値ｓN と速度検
出器５からの誘導電動機４の速度ｆm とから次式により
一次周波数指令値ｆ1r′を演算する。 ｆ1r′＝ｆm ／（１−ｓN ） （８）
る。判定器１０１は誘導電動機４の速度ｆm が判定値Ｋ
fmより大きく、且つ、トルク電流指令値Ｉ2rが判定値Ｋ
I2より小さい場合には、第一の切替えスイッチ１０４及
び第二の切替えスイッチ１０７の共通端子Ｃを端子Ｂ側
に接続し、それ以外の場合には第一の切替えスイッチ１
０４及び第二の切替えスイッチ１０７の共通端子Ｃを端
子Ａ側に接続する。一次周波数指令演算器１０３は定格
すべり指令１０２からの定格すべり指令値ｓN と速度検
出器５からの誘導電動機４の速度ｆm とから次式により
一次周波数指令値ｆ1r′を演算する。 ｆ1r′＝ｆm ／（１−ｓN ） （８）
【００２２】定格すべり周波数演算器１０５は定格すべ
り指令１０２からの定格すべり指令値ｓN と速度検出器
５からの誘導電動機４の速度ｆm とから定格すべりｓN
に対応するすべり周波数ｆsNを次式により演算する。 ｆsN＝｛ｓN ／（１−ｓN ）｝・ｆm （９）
り指令１０２からの定格すべり指令値ｓN と速度検出器
５からの誘導電動機４の速度ｆm とから定格すべりｓN
に対応するすべり周波数ｆsNを次式により演算する。 ｆsN＝｛ｓN ／（１−ｓN ）｝・ｆm （９）
【００２３】励磁電流指令演算器１０６は速度制御器１
２からのトルク電流指令値Ｉ2rと前記定格すべり周波数
演算器１０５からの定格すべりｓN に対応するすべり周
波数ｆsNとから次式により励磁電流指令値ＩMr′を演算
する。 ＩMr′＝（ｒ2 ／２πＭ）・（Ｉ2r／ｆsN） （１０）
２からのトルク電流指令値Ｉ2rと前記定格すべり周波数
演算器１０５からの定格すべりｓN に対応するすべり周
波数ｆsNとから次式により励磁電流指令値ＩMr′を演算
する。 ＩMr′＝（ｒ2 ／２πＭ）・（Ｉ2r／ｆsN） （１０）
【００２４】以上のように構成される本発明の誘導電動
機の高効率制御回路の動作を電気自動車を例にとり説明
する。
機の高効率制御回路の動作を電気自動車を例にとり説明
する。
【００２５】電気自動車が停止状態から加速する初期の
段階では誘導電動機４の速度ｆm は未だ判定値Ｋfmより
小さく、判定器１０１は第一の切替えスイッチ１０４と
第二の切替えスイッチ１０７の共通端子Ｃを端子Ａ側に
それぞれ接続する。従って、ベクトル制御回路１は通常
のベクトル制御回路として動作し、誘導電動機４の速度
ｆm を速度指令値ｆmrに応答良く一致させるべくインバ
ータを制御する。加速がある程度経過すると、誘導電動
機４の速度ｆm は判定値Ｋfmより大きくなるが、依然と
して加速中のため大きなトルクを必要とし、トルク電流
指令値Ｉ2rは判定値ＫI2より大きい。この為、判定器１
０１は依然として第一の切替えスイッチ１０４と第二の
切替えスイッチ１０７の共通端子Ｃを端子Ａ側にそれぞ
れ接続したままである。加速が終了して電気自動車が平
坦な道路上で定速度走行状態になると、加速トルクを必
要とせず、車体の抵抗分や摩擦損失分のみのトルクとな
るために、誘導電動機４の速度ｆm を速度指令値ｆmrに
維持するためのトルクは判定値ＫI2より小さくなる。従
来の電気自動車の誘導電動機の制御方法では、このよう
な場合にも励磁電流指令値ＩMrを一定としていたため
に、（５）式においてトルク電流指令値Ｉ2rが小さくな
っても励磁電流指令値ＩMrが依然として大きいために誘
導電動機４への供給電流の大きさＩ1rはそれほど小さく
ならず、（６）式より位相θr が零に近くなる。位相θ
r が零に近くなるということは図１から分かるように誘
導電動機４の誘起電圧と供給電流の位相が９０度に近く
なる、即ち、力率が零に近くなるということである。こ
の事は誘導電動機４の負荷が小さいにも拘わらず供給電
圧及び供給電流の大きさが小さくなっていないために生
ずる現象と考えてよい。供給電圧又は供給電流を小さく
すれば、その分力率も向上するはずである。この結果、
力率を向上させれば無用となる損失を発生させ、電気自
動車の効率を低下させる。誘導電動機４の鉄損は一次周
波数を一定とすると前述したように磁束密度即ち励磁電
流の２乗に比例する。 Ｗi ∝ＩM 2 （１１）
段階では誘導電動機４の速度ｆm は未だ判定値Ｋfmより
小さく、判定器１０１は第一の切替えスイッチ１０４と
第二の切替えスイッチ１０７の共通端子Ｃを端子Ａ側に
それぞれ接続する。従って、ベクトル制御回路１は通常
のベクトル制御回路として動作し、誘導電動機４の速度
ｆm を速度指令値ｆmrに応答良く一致させるべくインバ
ータを制御する。加速がある程度経過すると、誘導電動
機４の速度ｆm は判定値Ｋfmより大きくなるが、依然と
して加速中のため大きなトルクを必要とし、トルク電流
指令値Ｉ2rは判定値ＫI2より大きい。この為、判定器１
０１は依然として第一の切替えスイッチ１０４と第二の
切替えスイッチ１０７の共通端子Ｃを端子Ａ側にそれぞ
れ接続したままである。加速が終了して電気自動車が平
坦な道路上で定速度走行状態になると、加速トルクを必
要とせず、車体の抵抗分や摩擦損失分のみのトルクとな
るために、誘導電動機４の速度ｆm を速度指令値ｆmrに
維持するためのトルクは判定値ＫI2より小さくなる。従
来の電気自動車の誘導電動機の制御方法では、このよう
な場合にも励磁電流指令値ＩMrを一定としていたため
に、（５）式においてトルク電流指令値Ｉ2rが小さくな
っても励磁電流指令値ＩMrが依然として大きいために誘
導電動機４への供給電流の大きさＩ1rはそれほど小さく
ならず、（６）式より位相θr が零に近くなる。位相θ
r が零に近くなるということは図１から分かるように誘
導電動機４の誘起電圧と供給電流の位相が９０度に近く
なる、即ち、力率が零に近くなるということである。こ
の事は誘導電動機４の負荷が小さいにも拘わらず供給電
圧及び供給電流の大きさが小さくなっていないために生
ずる現象と考えてよい。供給電圧又は供給電流を小さく
すれば、その分力率も向上するはずである。この結果、
力率を向上させれば無用となる損失を発生させ、電気自
動車の効率を低下させる。誘導電動機４の鉄損は一次周
波数を一定とすると前述したように磁束密度即ち励磁電
流の２乗に比例する。 Ｗi ∝ＩM 2 （１１）
【００２６】従って、誘起電圧即ち供給電圧を負荷に見
合って小さくすれば、力率が向上するとともに励磁電流
が小さくなるので鉄損も軽減できる。
合って小さくすれば、力率が向上するとともに励磁電流
が小さくなるので鉄損も軽減できる。
【００２７】本発明では、トルク電流指令値Ｉ2rが判定
値ＫI2より小さくなると、判定器１０１が第一の切替え
スイッチ１０４と第二の切替えスイッチ１０７の共通端
子Ｃを端子Ｂ側にそれぞれ切り替える。そうすると、電
流指令演算器１３は速度制御器１２からのトルク電流指
令値Ｉ2rと励磁電流指令演算器１０６からの励磁電流指
令値ＩMr′とから誘導電動機４への供給電流の大きさＩ
1rと位相θr を演算することになる。励磁電流指令値Ｉ
Mr′は（１０）式で表され、トルク電流指令値Ｉ2rが減
少すると共に減少し、（６）式におけるＩ2r／ＩMrが一
定となり、位相θr が一定となる。即ち、力率がトルク
の減少に拘わらず一定となる。また、（１）式より励磁
電流指令値ＩMr′を減少させることは誘起電圧を減少さ
せることになり、（１１）式により鉄損を減少させるこ
とになる。誘起電圧を減少させるためには誘導電動機４
への供給電圧の大きさを減少させればよい。
値ＫI2より小さくなると、判定器１０１が第一の切替え
スイッチ１０４と第二の切替えスイッチ１０７の共通端
子Ｃを端子Ｂ側にそれぞれ切り替える。そうすると、電
流指令演算器１３は速度制御器１２からのトルク電流指
令値Ｉ2rと励磁電流指令演算器１０６からの励磁電流指
令値ＩMr′とから誘導電動機４への供給電流の大きさＩ
1rと位相θr を演算することになる。励磁電流指令値Ｉ
Mr′は（１０）式で表され、トルク電流指令値Ｉ2rが減
少すると共に減少し、（６）式におけるＩ2r／ＩMrが一
定となり、位相θr が一定となる。即ち、力率がトルク
の減少に拘わらず一定となる。また、（１）式より励磁
電流指令値ＩMr′を減少させることは誘起電圧を減少さ
せることになり、（１１）式により鉄損を減少させるこ
とになる。誘起電圧を減少させるためには誘導電動機４
への供給電圧の大きさを減少させればよい。
【００２８】図４にこの時のベクトル図を示す。誘導電
動機４の負荷が小さくなると、トルク電流がＩ2 からＩ
2 ′に減少する。この時に位相がθN に一定となるよ
う、電動機供給電圧を下げることにより誘起電圧をＥか
らＥ′に減少させ、励磁電流をＩM からＩM ′に減少さ
せる。位相θN は次式で表されるように定格すべりｓN
により決まる。 θN ＝ｔａｎ-1（２πｆsNＭ／ｒ2 ） ＝ｔａｎ-1（２πｓN ｆ1 Ｍ／ｒ2 ） （１２）
動機４の負荷が小さくなると、トルク電流がＩ2 からＩ
2 ′に減少する。この時に位相がθN に一定となるよ
う、電動機供給電圧を下げることにより誘起電圧をＥか
らＥ′に減少させ、励磁電流をＩM からＩM ′に減少さ
せる。位相θN は次式で表されるように定格すべりｓN
により決まる。 θN ＝ｔａｎ-1（２πｆsNＭ／ｒ2 ） ＝ｔａｎ-1（２πｓN ｆ1 Ｍ／ｒ2 ） （１２）
【００２９】本発明において、誘導電動機４への供給電
圧をどこまで下げるかの基準として誘導電動機４のすべ
りが定格値となるまでとした理由は以下による。図５に
示すように電圧を下げていくとすべりが増大し、それと
ともに力率も効率も向上する。しかしながら、すべりが
定格値を過ぎた付近から供給電流が増大しはじめ、それ
により銅損が増大するため、効率は逆に低下する。この
ようにすべりがほぼ定格値付近で誘導電動機の効率が最
大となる。
圧をどこまで下げるかの基準として誘導電動機４のすべ
りが定格値となるまでとした理由は以下による。図５に
示すように電圧を下げていくとすべりが増大し、それと
ともに力率も効率も向上する。しかしながら、すべりが
定格値を過ぎた付近から供給電流が増大しはじめ、それ
により銅損が増大するため、効率は逆に低下する。この
ようにすべりがほぼ定格値付近で誘導電動機の効率が最
大となる。
【００３０】誘導電動機４への供給電圧を下げて定格す
べりで運転している時に、新たな加速指令や上り坂にな
るなどして誘導電動機４の負荷が増大し、速度指令値ｆ
mrと実際の速度ｆm との間に偏差が発生すると、速度制
御器１２の出力であるトルク電流指令値Ｉ2rが判定値Ｋ
I2より大きくなるので、判定器１０１は直ちに第一の切
替えスイッチ１０４と第二の切替えスイッチ１０７の共
通端子Ｃを端子Ａ側にそれぞれ切り替える。その結果、
ベクトル制御回路１は通常のベクトル制御を行い、誘導
電動機４の負荷の変化に素早く対応する。
べりで運転している時に、新たな加速指令や上り坂にな
るなどして誘導電動機４の負荷が増大し、速度指令値ｆ
mrと実際の速度ｆm との間に偏差が発生すると、速度制
御器１２の出力であるトルク電流指令値Ｉ2rが判定値Ｋ
I2より大きくなるので、判定器１０１は直ちに第一の切
替えスイッチ１０４と第二の切替えスイッチ１０７の共
通端子Ｃを端子Ａ側にそれぞれ切り替える。その結果、
ベクトル制御回路１は通常のベクトル制御を行い、誘導
電動機４の負荷の変化に素早く対応する。
【００３１】以上の説明では判定器１０１の判定基準の
一つとして誘導電動機４の速度ｆmを使用したが、一次
周波数指令ｆ1r′を代わりに使用できることは明らかで
ある。
一つとして誘導電動機４の速度ｆmを使用したが、一次
周波数指令ｆ1r′を代わりに使用できることは明らかで
ある。
【００３２】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、電気自動車に搭載される誘導電動機のよう
に最大負荷と軽負荷とのトルクの差が非常に大きく、且
つ、軽負荷で運転される割合が大きいような誘導電動機
の運転形態において、軽負荷時における効率を改善して
運転効率を大幅に改善できる誘導電動機の高効率制御方
法及び装置を提供することができる。
ているので、電気自動車に搭載される誘導電動機のよう
に最大負荷と軽負荷とのトルクの差が非常に大きく、且
つ、軽負荷で運転される割合が大きいような誘導電動機
の運転形態において、軽負荷時における効率を改善して
運転効率を大幅に改善できる誘導電動機の高効率制御方
法及び装置を提供することができる。
【図１】 ベクトル制御を説明するためのベクトル図で
ある。
ある。
【図２】 ベクトル制御におけるトルクと損失の関係を
示す誘導電動機の損失特性図である。
示す誘導電動機の損失特性図である。
【図３】 本発明の一実施例を示す誘導電動機駆動シス
テムのブロック図である。
テムのブロック図である。
【図４】 本発明の制御方法を説明するためのベクトル
図である。
図である。
【図５】 誘導電動機の電圧特性図である。
１ ベクトル制御回路、２ インバータ、４ 誘導電動
機、１２ 速度制御器、１４ 励磁電流指令、１０１
判定器、１０６ 励磁電流指令演算器、１０７切替えス
イッチ
機、１２ 速度制御器、１４ 励磁電流指令、１０１
判定器、１０６ 励磁電流指令演算器、１０７切替えス
イッチ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 足立 和之 福岡県福岡市中央区渡辺通２丁目１番82号 九州電力株式会社内 (72)発明者 吉田 泰憲 福岡県福岡市中央区渡辺通２丁目１番82号 九州電力株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 ベクトル制御回路（１）を有する誘導電
動機（４）の制御方法において、誘導電動機（４）の回
転数又はこの誘導電動機（４）に電力を供給するインバ
ータ（２）の出力周波数がある値以上で、且つ、速度制
御器（１２）の出力であるトルク電流指令がある大きさ
以下であるかどうかを判定する手段（１０１）を設け、
前記誘導電動機（４）のすべりを定格値ＳN にするため
の励磁電流指令値ＩMr' を演算し、この演算された励磁
電流指令値ＩMr' と、励磁電流指令（１４）から与えら
れるベクトル制御時の励磁電流指令値ＩMrとを、前記判
定手段（１０１）の判定結果に基づいて切り替えること
を特徴とする誘導電動機の高効率制御方法。 - 【請求項２】 ベクトル制御回路（１）を有する誘導電
動機（４）の制御装置において、誘導電動機（４）の回
転数又はこの誘導電動機（４）に電力を供給するインバ
ータ（２）の出力周波数がある値以上で、且つ、速度制
御器（１２）の出力であるトルク電流指令がある大きさ
以下であることを判定する判定器（１０１）と、前記誘
導電動機（４）のすべりを定格値にするための励磁電流
指令値を演算する励磁電流指令演算器（１０６）と、こ
の励磁電流指令値と励磁電流指令（１４）から与えられ
るベクトル制御時の励磁電流指令値とを前記判定器（１
０１）の判定結果に基づいて切り替える切替えスイッチ
（１０７）とを設けたことを特徴とする誘導電動機の制
御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5205201A JPH0759400A (ja) | 1993-08-19 | 1993-08-19 | 誘導電動機の高効率制御方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5205201A JPH0759400A (ja) | 1993-08-19 | 1993-08-19 | 誘導電動機の高効率制御方法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0759400A true JPH0759400A (ja) | 1995-03-03 |
Family
ID=16503080
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5205201A Pending JPH0759400A (ja) | 1993-08-19 | 1993-08-19 | 誘導電動機の高効率制御方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0759400A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011004492A (ja) * | 2009-06-17 | 2011-01-06 | Fuji Electric Systems Co Ltd | 誘導電動機の制御装置 |
| JP2016001585A (ja) * | 2014-06-11 | 2016-01-07 | 現代自動車株式会社Ｈｙｕｎｄａｉｍｏｔｏｒ Ｃｏｍｐａｎｙ | 燃料電池システムおよびその制御方法 |
-
1993
- 1993-08-19 JP JP5205201A patent/JPH0759400A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011004492A (ja) * | 2009-06-17 | 2011-01-06 | Fuji Electric Systems Co Ltd | 誘導電動機の制御装置 |
| JP2016001585A (ja) * | 2014-06-11 | 2016-01-07 | 現代自動車株式会社Ｈｙｕｎｄａｉｍｏｔｏｒ Ｃｏｍｐａｎｙ | 燃料電池システムおよびその制御方法 |
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