JPH0783640B2 - すべり周波数演算器の自動設定法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、交流電動機のベクトル制御インバータ装置に
係り、特に電動機の２次抵抗をインバータ装置を用いて
計測し、その結果に基づいてすべり周波数演算器の定数
を設定する方法に関する。

〔発明の背景〕

交流電動機を高精度に制御するインバータ装置において
はベクトル制御が用いられる。このベクトル制御は周知
のように電動機の等価回路を制御モデルとして制御する
ため、等価回路の定数は正確に設定する必要がある。特
にすべり周波数ω_ｓは２次抵抗r₂に基づいて（１）式よ
り演算するため、r₂の設定誤差がベクトル制御の制御特
性に大きく影響する。

ここに i_t ^*：トルク電流指令 φ^*：磁束指令 これよりインバータ出力周波数ω₁ ^*は前記ω_s ^*と電動機
回転速度検出値ω_ｒの和より制御される。

従来、すべり周波数ω_s ^*の演算に用いる電動機の２次抵
抗r₂には設計値を用いているが、設計値が不明な場合は
何らかの方法で測定する必要があり、また設計値と実際
値との不一致によつて制御誤差を生じる問題がある。な
お、従来のインバータ装置の例としては、例えば特開昭
58-179190号公報などに述べられているように運転中に
おいて、すべり周波数演算にr₂の温度変化による補償を
行つているものがある。また、２次抵抗値が不明な状態
から運転状態を確立するために必要なすべり周波数の初
期設定に関するものとしては、特開昭60-183953号公報
がある。これには実運転前にインバータ装置より電動機
に交流及び直流電流を流し、その時の電圧、電流から１
次と２次の合成抵抗、及び１次抵抗を測定し、これから
すべり周波数の演算器に必要な２次抵抗を求めることが
記載されている。

しかし、インバータ出力電圧の検出手段には、変換器部
と電気部に絶縁して検出する必要があるために一般的に
変圧器が用いられるが、変圧器を用いて１次抵抗を測定
する場合にはインバータ出力電圧が直流電圧であるため
に変圧器が飽和してしまい電圧の測定が不可能となり、
インバータ出力電圧を検出して１次抵抗を測定するとこ
ろに大きな問題がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上述の問題を解決することにあり、ベ
クトル制御インバータ装置を運転前に電動機定数の２次
抵抗測定器として機能機能させ、特に２次抵抗値を求め
るために必要となる１次抵抗値の高精度な測定を図るこ
と、及びそれによって得られる２次抵抗の測定結果に基
づいてすべり周波数演算器の定数を自動設定することに
より無調整化されたベクトル制御装置を提供することに
ある。

〔発明の概要〕

本発明の特徴とするところは、誘導電動機のすべり周波
数と、該電動機のトルク電流成分と励磁電流成分を独立
して制御するベクトル制御インバータであって、前記電
動機の２次抵抗に基づいて前記すべり周波数を演算する
演算器の定数を前記インバータを用いて自動的に測定し
設定するすべり周波数演算器の自動設定法において、前
記電動機が回転停止状態で前記インバータより交流電流
を流し、そのときのインバータ出力電圧値と前記交流電
流値の比から前記電動機の１次及び２次の合成抵抗を求
め、また、前記電動機に前記インバータより直流電流を
流し、そのときのインバータ出力電圧指令値からインバ
ータ出力電流値に基づいて求めたインバータのオンデレ
イによる内部電圧降下を差し引いた値と、前記直流電流
値の比から前記電動機の１次抵抗を求め、前記合成抵抗
と１次抵抗とから前記２次抵抗を求め、その結果に基づ
いて前記すべり周波数演算器の定数を設定することにあ
る。

〔発明の実施例〕

第１図に本発明の一実施例のパルス幅変調ベクトル制御
インバータ装置の回路構成を示す。制御装置はマイクロ
プロセツサを用いて演算制御されるが、動作を解り易く
するためアナログ回路構成で示してある。一点鎖線内は
本発明に関係するもので、その演算処理にはベクトル制
御用マイクロプロセツサがプログラムを変更して共通に
用いられる。

１は３相誘導電動機２に可変周波の交流を供給するイン
バータである。速度調節器５には電動機２に取付けられ
た回転速度検出器３からの信号ω_ｒと、速度指令装置４
からの信号ω_r ^*が入力され、ベクトル演算器６にトルク
電流指令信号i_t ^*として与えられる。なお該演算器６に
は他に磁束指令器７からの信号φ^＊に比例する励磁電流
演算器８の信号i_m ^*と信号発生器９の信号が入力され、
１次３相電流指令i_u ^*,i_v ^*,i_w ^*を発生する。そして、該
信号は各相において１次電流検出器９の信号と突き合さ
れ電流調節器10により相電圧指令信号v_w ^*が出力され、
さらに該信号と搬送波発生器11からの信号がPWM信号発
生器12において比較されパルス幅変調信号を発生し、イ
ンバータ１をパルス幅変調制御する。なお、９′,10,12
は全体で３相分あるがここでは２相分は図示を省略して
ある。また、13はすべり周波数演算器で磁束指令信号φ
^＊とトルク電流指令信号i_t ^*及び電動機の２次抵抗r₂よ
りすべり周波数ω_s ^*を演算し、この信号と回転速度検出
信号ω_ｒを加算し、１次周波数指令ω₁ ^*として信号発生
器９に入力される。ここでＡは実運転前に動作させる２
次抵抗演算部であり、その構成を次に述べる。信号発生
器９の信号と電圧検出器14より検出した電動機電圧信号
はベクトル演算器15に入力され電圧信号v_dを出力し、さ
らにこのv_dは割算器16で励磁電流指令信号i_m ^*により除
され電動機の１次と２次の合成抵抗（r₁＋r₂）が出力さ
れる。一方、17は関数器で相電流検出信号i_wもしくは指
令信号i_w ^*を入力することによりインバータ内部電圧降
下v_oが出力される。そして減算器18において相電圧指令
v_w ^*からv_oを減算し一次抵抗降下相当の電圧を演算す
る。さらに電圧を割算器19においてi_w（又はi_w ^*）で除
し１次抵抗r₁を出力する。そして減算器20により先程演
算したr₁＋r₂の信号よりr₁を差し引き２次抵抗r₂を演算
し、これをすべり周波数演算13に入力する。

上述した２次抵抗測定は実運転に先立ち、ベクトル制御
装置を用いて所定の電流を電動機に流し、そのときの電
流，電圧指令値及び電流，電圧検出値より２次抵抗を演
算検出するものであり、その詳細を次に述べる。

電動機電流は前述したi_m ^*，i_t ^*及びω₁ ^*により以下に述
べるようにして制御される。先ず、ベクトル演算器６は
i_m ^*,i_t ^*及び信号発生器９の出力信号cosω₁ ^*t及びsinω
₁ ^*tに基づいて次式に従い２相交流の電流指令ｉ_α ^＊,i
_β ^＊を作る。

さらに、次式に従い３相交流の電流指令i₁ ^*（i_u ^*,i_v ^*,i
_w ^*）を作る。

ここに、 θ＝tan^-1（i_t ^*/i_m ^*）そして、電流調節器10及びPWM信
号発生器12などによりインバータの出力電流i₁はi₁ ^*に
比例して制御される。

一方、電動機電圧は電圧検出器14により検出され、ベク
トル演算器15により次式に従い回転座標系の電圧量に変
換される。

ここに、v_d :d軸電圧成分 v_q :q Ｖ_α :V_u v_u〜v_w：電動機相電圧 ここで、電圧のｖ_α,v_β，v₁,v_d,v_qの関係並びに電流の
ｉ_α,i_β，i₁,i_1d,i_1qの関係を第２図のベクトル図に示
す。α軸及びβ軸は直交固定子座標軸であり、α軸はＵ
相巻線軸と一致する。また、ｄ軸及びｑ軸は角周波数ω
_１で回転する直交回転座標軸である。インバータ出力電
流i₁はその大きさと位相が、（３）式に従い制御される
（第２図はi_t ^*＝０の場合を示す）。したがつて、ｄ軸
電流i_1d及びｑ軸電流i_1qはi_m ^*及びi_t ^*にそれぞれ比例す
る。

電流が流れると電動機電圧が誘起する。その電圧はｄ軸
成分v_dとｑ軸成分v_qに分けて考えることができる。

定常時においてはv_dはかご形誘電動機の電圧方程式に基
づいて次式で与えられる。

v_d＝r₁i_1d−ω₁L₁i_1q−ω₁Mi_2q …（５） また、回転子２次回路に関する電圧方程式は次式で示さ
れる。

ここに、i_1d,i_1qは１次電流のｄ軸及びｑ軸成分 i_2d,i_2qは２次電流のｄ軸及びｑ軸成分 L₁,L₂:1次及び２次の実効インダクタンス そして、（５），（６）式よりv_dについて整理すると次
式となる。

このv_dに基づいて２次抵抗を測定するが、次にその内容
について述べる。実運転に先立ち、以下の２つの手段に
よりr₂を求める。

先ず第１手段では、インバータの運転条件の設定を電動
機が回転停止状態にて、i_m ^*を所定値、i_t ^*を０とし一定
周波数で励磁する。すなわち、この条件下における
（７）式は、i_1d＝i_m ^*，i_1q＝i_t ^*＝0,ω_１＝ω₁ ^*，ω_１
＝ω_ｓより ここで、ω_１に対してr₂ ²＜＜ω₁ ²L₂ ²を考慮すれば となる。ここでv_dはベクトル演算器15の検出信号であ
る。i_1dは指令信号i_m ^*に比例するから、この両信号を割
算器16に入力し、v_d/i_m ^*の演算を行い、１次及び２次抵
抗（１次換算値）の和を測定する。しかし、この測定値
は１次と２次の合成値であるから分離する必要がある。

そこで第２手段では１次抵抗を測定する。それにはイン
バータより電動機に直流電流を流す運転条件を設定をす
る。すなわちω₁ ^*＝0,i_t ^*＝0,i_m ^*＝所定値に設定するこ
とにより（３）式において、i_u ^*＝0,i_v ^*＝−i_w ^*となり
電動機にはi_m ^*に比例した直流電流を流すことができ
る。そして、そのときの相電圧指令信号v_w ^*及び相電流
検出信号i_wを測定する。ここで、v_w ^*は、 v_w ^*＝r₁i_w＋v_o …（10） で与えられる。このときv_w ^*は１次抵抗降下r₁i_w及びイ
ンバータのオンデレイ（スイツチング素子のＰ側Ｎ側同
時導通による直流短絡を防止するために両方を導通させ
ない期間）などによる内部電圧降下v_oの和である。この
v_oは第３図に示すように電流に対して非線形で、PWM周
波数や主回路を構成するスイツチング素子（例えばトラ
ンジスタ）等によつて異なるが同一仕様のインバータで
あれば殆んどv_oは変わらないので、あらかじめ工覇出荷
時等において第１図の関数器17に第３図のv_o−i_wの特性
を記憶させておく。そして、この関数器に相電流検出信
号i_w（相電流指令信号i_w ^*でも可）を入力することによ
りv_oを求め、（10）式に従つてv_w ^*からv_oを減算して１
次抵抗降下v_r（＝r₁i_w）を演算し、さらに、これを電流
i_wで除することにより１次抵抗r₁を演算する。そして、
この結果を先の第１手段で測定した１次と２次の合成抵
抗から差し引くことにより２次抵抗r₂を演算する。

このように電動機の２次抵抗r₂はインバータ装置におけ
る制御信号より演算でき、その結果を基にすべり周波数
演算器13の定数は直接設定できる。

以上述べた２次抵抗演算部Ａの機能やすべり周波数演算
器13の定数設定機能は、マイコンを応用した制御装置に
おいては、全てソフトプログラム上で対応できる。

このようにして制御定数の自動設定が行え、任意の電動
機に対して自動適応するインテリジエント機能を付加し
た装置が実現する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、インバータに流す直流電流の大きさに
伴って変化するオンデレイによるインバータの電圧降下
をインバータ出力電圧指令値より補正して１次抵抗値を
測定することにより、電圧検出器を用いること無く測定
できその精度も向上できるため、それに基づいて演算さ
れる２次抵抗値の測定精度が向上し、その結果に基づい
て設定されるすべり周波数演算器の定数の精度も向上
し、最終的にはインバータのベクトル制御性能が向上で
きるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロツク図、第２図，
第３図は本発明の動作の説明図である。 １……インバータ、２……交流電動機、14……電圧検出
器、15……ベクトル演算器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久保田 譲 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−183953（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】誘導電動機のすべり周波数と、該電動機の
   トルク電流成分と励磁電流成分を独立して制御するベク
   トル制御インバータであって、前記電動機の２次抵抗に
   基づいて前記すべり周波数を演算する演算器の定数を前
   記インバータを用いて自動的に測定し設定するすべり周
   波数演算器の自動設定法において、 前記電動機が回転停止状態で前記インバータより交流電
   流を流し、そのときのインバータ出力電圧値と前記交流
   電流値の比から前記電動機の１次及び２次の合成抵抗
   （r₁＋r₂′）を求め、また、前記電動機に前記インバー
   タより直流電流を流し、そのときのインバータ出力電圧
   指令値（v_w ^*）からインバータ出力電流値（i_w）に基づ
   いて求めたインバータのオンデレイによる内部電圧降下
   （v_o）を差し引いた値（v_r）と、前記直流電流値（i_w）
   の比から前記電動機の１次抵抗を求め、前記合成抵抗と
   １次抵抗とから前記２次抵抗を求め、その結果に基づい
   て前記すべり周波数演算器の定数を設定することを特徴
   とするすべり周波数演算器の自動設定法。