JPS58116084A - 誘導電動機駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一導電動機駆動装置に係り、特に発生トルク或
いは指令トルクと速度偏差の関係に直線性を持たせた一
導電動機駆動装置に関する。

−場電動嶺の制御方法としてはベクトル制御法、或いは
磁界加速形制御法が提案されている。か＼る制御方法に
よれば誘導電動機の１次電流を瞬時値制御でき、比較的
即応性ある木目細かい制御ができる。しかしながら、パ
ルス幅変調制御を採用している関係上誘導電ＩＥｔＩ機
の運転中にかなりの励磁音が発生する。そして、この励
磁音はアイドリンク運転などの軽負荷時に目立ち、周囲
の操作者に不快感を与え、しかも発熱の増加も生じてい
た。

従って、本発明は軽負荷時の励磁音を低減し、発熱を減
少せしめるとともに高速回転時における三相電流出力の
歪を減少せしめる誘導電動Ｉ！１ＩＩＡ動装置を提供す
ることを目的とする。

以下、本発明を図面に従って詳細に説明する。

第１図はベクトル制御法における誘導電動機の等価回路
図であり、図中１ｔｔ’１１次電流、■ｏは励磁電流、
Ｉ、＃′１２次電流、４は励磁リアクタンス、ｒｌは等
価抵抗、易はすべりである。このように誘導電動機の等
価回路を考察すると発生トルクＴは■３と＄ωＳが比−
例するものとすればトルクＴは２次電流■！に比例し直
流電＃機と同様なトルク発生メカニズムを有することに
なる。ところで第１図から へ４Ｉ・＝−−１゜ ＄ が成り立つから、■３と誇、を比例させるためには励磁
電ｆｉｌｅを一定にしなくてはならない。

以上から、ベクトル制御法は、励磁電流１．と２次電流
１．の直交性を保証しながら、励磁電流１．を一定に維
持し、且つ２次電流■３のみを負荷トルクに比例させて
変化させる制御方法である。そして、従来のベクトル制
御法においては指令速度と実速度の偏差（速度偏差ＩＥ
Ｒをトルク指令とみなしているから、上Ｃベクトル制御
法においては速度偏差ＥＲに応じて１次電流ｉｒを １、　＝　Ｉ圃＋ｊｋＥＲ（３） を満足するように決定している。

このようにベクトル制御法においては軽負荷時において
４励出電ｆｉｌ＠は一定に維持される九め励磁音が目立
ち、又、何等補正することなく速度偏差をトルク指令と
みなしている友め確実な制御ができない欠点がある。

それ故、本発明においては励磁１１１　ｔＮ、Ｉ　ｏを
負荷に応じて変化させ、これにより軽負荷時の励磁音を
減小させている。更に、本発明では速度偏差がそのま＼
トルク指令となるように補正手段を設けている。そして
、励磁電流！６を負荷に応じて変化させるために、次式
が満足されるように１次電流Ｉ。

を変化させている。

１＋　＝　ＥＲ−１１Ｌ４１ この（４）式はベクトル制御により決定される１仄電ｔ
ｉｔ　値Ｌ　（（３ｔ　式）のＥＲ倍となるよりに１次
電流■１を制御することを意味している。

−万、（３１，（４１式から １１　＝Ｉａｍ−ＥＲ＋　ｊ　ｋ−ＥＲ”　　　（５１
が４１！出される。そして（５）式から１次電流の伽暢
１１、励磁電流１ｏ、　２次電流Ｉ、はそれぞれｔｌ−
＞ ”’　　（ＥＲＩｏ、、ｌ”＋（ｋ−ＥＲ”ｌ”　　　
（ｅｌｌＩｓ　＝Ｅ　Ｒ−１ｏｍ　　　　　　　　　　
　　（７１１鵞＝にｍＥＲ”　　　　　　　　　　　　
（８Ｊと表現され、（７）（３）式から ＥＲ＝　１．／１．　　　　　　　　　（９）が導出さ
れる。同、０１式の■。と■、の関係を第２図に示す。

ところで、トルクＴは Ｔ　　＝　　ｋｌ　＋　　Ｉ意 二に意１ｏ１ｍ　　　　　　　　　　０１）となるから
、（９）、（ト）、ＯＸ）式からＴ　＝　ｋ、　Ｉ・＝
に、・ＥＲ０３ が成立し、トルクはＥＲの５乗に比例する。

以よ、ＥＲｔ−速度偏差として説明してきたがここで真
の速度偏差上ε、とし、次式 ％式％（ が成立するものとすれば、Ｏ２式から Ｔ　　ｃ（ｇ、ｍＥＲ” となる。即ち、真の速度偏差６．とするとき０３式よ＃
）ＥＲｌ−求め、とのＥＲに対しく３１．　（４）式が
満たされるように制御すれば−１がそのままトルク指令
となり、又励磁電流ＩＯは（Ｑ）、　０．１式からＩ・
＝３ｖ′ｉ″；弓Ｏｍとなり、速度偏差Ｃｒ、換言すれ
ば負荷トルクに応じて変化し軽負荷時の励磁音を抑制さ
せることができる。

第３図は、本発明に係る実施例ブロック図である。図中
１０１は三相誘導電動機、１０２はレゾルバなどのパル
スジェネレータで回転速度に比例した互いに９０°位相
のづれた２つの正弦波信号Ｐａ、Ｐｂを発生する。１０
３Ｆｉ４倍回路であり、正弦波信号Ｐａ、Ｐｂをパルス
列Ｐａ、　Ｐｂ　　（図示せず）に変換すると共にその
周波数を４倍する。父、４倍回路１０５はパルス列〆ａ
、ｐｈの位相を監視し正転している場合には％　１１４
に正転パルスＰｎを、逆転している場合には？＃ｊｔ意
に逆転パルスＰｒをそれぞれ出力する。１０４ｔｊ正転
又は逆転パルスＰｎ、　Ｐｒの周波数を電圧に変換する
周波数電圧変換器（Ｆ／Ｖ変僕器という）、１０５は微
分回路、１０６ｉｔ同期整流回路、１０７＋１〜１０７
ｂはＦＥＴなどの電子スイッチであり、所定速度以上で
はＦＶｚ換！　１０４の出力電圧を、所定速度以上では
同期整流回路１０６の出力電圧をＩＩ　Ａｍに出力する
。１０８は図示しない速ｆ指令回路から指令される速度
指令電圧ＶＣＭＤと実速度電圧ＴＳＡＯ差ｇ、（以後速
度偏差という）を演算する演算回路、１０９は速度偏差
ｃｒｔ−比例積分する比例積分回路、１１０は速度偏差
Ｃ１を絶対値化する絶対値回路、１１１は立方根関数発
生回路であり、（至）式に示す ＥＲ−Ｖ’ゴ「 の演算を行ない速度偏ｕ　ｇｒの立方根を出力する。

１１２ｉｊ電圧周波数変換器（Ｖ／Ｆ変換器という）で
あり、ＥＲの大きさに比例し次局波数のパルス列ｒｅを
出力する。１１３はマイクロコンビエータであ抄、処理
装置１１５ａと、コントロールプログラムメモリ１１ｓ
ｂと、データメモリ１１５Ｃ’ｉ有している。データメ
モリ１１ｓｅ／ｒｉトルク対振幅特性（Ｔ−１；’Ｉｔ
性）、トルク対位相特性（Ｔ−ψ特性）、回転角対正弦
値特性（サインパターン）などをティジタル的に関数テ
ーブルとして記憶している。

Ｔ　−１ｔ４１件の関数テーブルは、入力される偏差Ｅ
Ｒｉ）ルクＴとみなし、第（３）式によって得た１次電
流の振巾値Ｌｔ、各トルクＴ（即ちＥＲ）対応に記憶し
友ものである。又、Ｔ−ψ特性の関数テーブルは、第２
図より−ψ＝ｋＥＲシ１．−であるから、これ管用いて
位相角９を各トルクＴ対応に同様に求め、各トルクＴ対
応に記憶し友ものである。

処理装置１１１５ｍはコントロールプログラムの制御に
よりＶ／Ｆ変換器１１２から発生するパルス列Ｐｅを所
定時間計数し、該計数値ＮとＴ−１；特性を用いてディ
ジタルの電流振幅Ｉｓｔ出力する。即ち、計数値Ｎをト
ルク指令とみなし、Ｔ　−Ｉ’％性から■１′を求め出
力する。冑、この電流指令ｌＩ′は（３）式に示す１次
電流の振幅となっている。又、処理装置１１５１は誘導
電動機１０１の回転速度に比例した角周波数ω、１−有
するパルス列Ｐｎ又はＰｒ、Ｔ−ψ特性などｔ用いて ＥＲ−ｓ＋鳳　（ωａｔ　　＋　ωＳｔ　＋　ψ　）　
　　　　　　　　　　　　　　　　α４ＥＲ−Ｓｌｌ（
ωｎｔ＋ωｓｔ＋９’＋２π１５）（至）をディジタル
で出力する。同、ω易はすべり角周波数、ψは位相差で
ある。１１４はディジタルの電流振幅Ｉ＋’（（３）式
）をアナログに変換するＤＡ変換器、１１６、１１７は ■；−ＥＲ−湘（ωａｔ＋ω魯ｔ＋ψ）　　　　ば１１
′−ＥＲ−３１臘（ωｎｔ＋ω＊ｔ＋ｑ＋２ｘ７ｓ　）
　　ａｄをアナログに変換し、Ｕ相及び■相のアナログ
電流指令ｉｕ、　ｉマに出力するＤＡ変換器、１１８は
ｉｕ＋ｉマ→ｉｗ　　　　　　　　　　（ト）の加算演
算を行ないＷ相の電流指令１ｗを出力する演算回路、１
１９．１２０は誘導電動機のＵ相、■相を流れる相電流
ｉｕａ、　１マ暑を検出する変流器、１２１は ｉｍａ　＋　ｉｖａ　４１ｖａ　　　　　　　　　　　
　Ｑｆ）の加算演算を行ないＷ相を流れる摺電ｆｉｌ　
１ｖａを出力する演算回路、１２２Ｕ、　１２２Ｖ、　
１２２Ｗはそれぞれ各相毎に設けられ、電流差（ｉｕ　
−ｉｕａ　）、　（１ｖ−１マ１）。

（ｉｗ　　ｉｗａ　）を演算して増幅する電流制御回路
、１２５はパルス幅変調回路であ抄、それぞれ各相毎に
般社られた５つのパルス幅変調回路１２！ＩＵ、　１２
Ｊ＄Ｖ。

１２３Ｗを有し前記各電流差をパルス幅変調する。

１２４はトランジスタよりなるインバータ回路、１２５
は５相交流を直流に変換する整流器である。

これらパルス幅変−回路１２５、インバータ１２４、整
流回路１２５は第４図に示す如く構成されている。

整流回路１２５はダイオード群ＤＧとコンデンサＣＮＤ
ｆｔ有し、パルス幅変調器１２５は鋸歯状波信号ＳＴＳ
を発生する鋸歯状波発生口ｊｌｉ３５ＴＳＧ　、比較器
ＣＯＭＵ、　ＣＯＭＶ、　ＣＯＭＷ、　／　ットゲー）
　ＮＯＴ、〜ＮＯＴ、、ドライバＤＶ、　％　ＤＶ、を
有し、インバータ１２４は６個のパワートランジスタＱ
１〜Ｑ・とターイオードＤ１〜Ｄ墨を有している。パル
ス幅変調回路１２５の各比較器ＣＯＭＵ、　ＣＯＭＶ、
　ＣＯＭｗｆｌ−ｔレ−ｔ’ｆＬ鋸歯状波信号ＳＴＳと
三相交流信号ｉｕｃ　（＝ｉｕ　−ｌｕａ　）　、ｉｖ
ｃ　（＝　ｉｖ　−Ｉｖａ　ｌ、１−Ｃ（＝　１−　１
ｖａ　）の振幅を比較し、ｌｕｃ。

ｉｖｃ、　ｉｗｃがＳＴＳの値より大きいときにｎ’１
”ｋ、小さいときにはｌＯ″を出力する。従って、今ｉ
ｕｃについて着目すると比較器ＣＯＭＵから第５図に示
すパルス幅変調され・九電流指令Ｉｖｃが出力される◎
即ち、ｉｕｃ、ｉｖｃ、　ｉ’ｗｃの振幅に応じてノく
ルス幅変調された三相の電流指令１　ｕｃ　、　ｉｖｃ
　、　Ｉｗｃが出力される。ついで、ノットゲー）　Ｎ
ＯＴ、〜ＮＯＴ、、ドライバ回路ＤＶ、〜ＤＶ−はこれ
ら電流指令１ｕｃ、　Ｉｖｃ。

Ｉｗｃを駆動信号ＳＱ＋−５Ｑｓに変換し、インバータ
１２４を構成する各パワートランジスタＱ１〜Ｑａｔオ
ン／オフ制御する。

次に、１１８５図に示す実施例の動作について説明する
。

誘導電動機１０１を所望の回転速度で回転せしめるべく
、演算回路１０８の入力端に所定アナログ値を有する速
度指令回路ＶＣＭＤが図示しない速度指令回路から与え
られる。又、誘導電動機１０１は所定の負荷で指令速度
よりすべりＳだけ低い回転速ｌｊ　ＴＳＡで回転してい
るとする。誘導電動機１０１の回転速度は速度検出器と
して作用するレゾルバ１０２により検出され、該レゾル
バから回転速度に比例する周波数を有する互いにπ／２
位相のすＡ次２つの正弦波信号ＰＡ、ｐｍが発生する。

この正弦波惰号Ｐム、　Ｉ’Ｂｔｉ共に４倍回路１０３
に入力され、正転酸い鉱逆転に応じて４倍の周波数を有
するパルスＭ　ＰＩＩ或いはＰｒＫ変換される。ついで
、パルス列Ｐａ或いはＰｒ　ＦｉＦ／Ｖ変換器１０４に
よりアナログ化され、その実速度電圧ＴＳＡは演算回路
１０８に加えられる。そして演算回路１０８にて演算さ
れた実速回路１１０を通して絶対値回路１１１に加λら
れる。

伺、誤産増幅器１０９は次式に示す比例構分演算を行な
う。

Ｅｒ　；Ｋｘ　（ＶＣＭＤ　　ＴＳＡ　）　＋に８Σ（
ＶＣＭＤ　　ＴＳＡ　）Σ（ＶＣＭＤ−ＴＳＡ）＝ΣＴ
ＶＣＭＤ−ＴＳＡ　）＋（ＶＣＭＤ−ＴＳＡＪ絶対値回
路１１０は誤差アンプ１０９の出力を絶対値化し、絶対
値を立方根関数発生回路１１１に入力する。立方根関数
発生回路１１１は□□□式に示す立方根の演算を行ない
（Ｅ　Ｒ＝　ｙ’ＴＴ　）　、演算結果ＥＲをＶ／Ｆ変
僕器１１２に出力する。■β変換！１１２はＥＲに比例
した周波数のパルス列Ｐｅｔ−出方し、このパルス列Ｐ
ｅはマイクロコンピュータ１１５にとり込まれ、（３）
弐に示す電流振幅指令１ｒ（＝ｖ’面百（ｋｊＲ）ｍ＋
が１１１４に出力される。この電流振幅ｂ／はＤＡ変換
器１１４にてＤＡ変換される。一方、マイクロコンピュ
ータ１１５は位相角ψをテーブルからサーチし、偏差Ｅ
Ｒの乗算された正弦波信号（α◆、ＱＳ式）１−出力す
る。この１次電流振帳ＩＩ′はＤＡ変換器１１６゜１１
７において、マイクロコンビエータから別に出力されて
いる正弦波信号（（ロ）１１と乗算され、Ｑ４Ｉ、ｕに
示すＵ相、■相のアナログ電流指令１ｕ、ｉｖに変換さ
れる。

父、ｌｕ、ｉｖは演算回路１１８において（２）式の加
算演算セーされＷ相の電流指令１ｗが出力される。

しかる後、３相電流指令ｉｕ、　ｉｖ、１ｗは電流制御
回路１２２Ｕ、　１２２Ｖ　、　１２２Ｗ４Ｃて実際の
相電流１ｕ１゜１ＶＩｌ、ｉＷａと差分がとられ、且つ
増幅され、その差分１ｕｃ、ｉｖｃ、ｉｗｃ　Ｆｉパル
ス幅変１１Ｉ［！ｌｌ！ｌ路１２５路孔２５ＣＯＭＵ　
、　ＣＯＭＶ　、　ＣＯＭＷ　（第４図）に印加すれる
。各比較ＩＩ　ＣＯＭＵ　、　ＣＯＭＶ　、　ＣＯＭＷ
Ｆｉそれぞれ鋸歯状波信号ＳＴＳと三相交流信号ｉｕｃ
、ｉｖｃ、ｉｗｃの振幅を比較し、パルス幅変調され九
三相の電流指令Ｉｕｃ、ｌｖｃ。

１ｗｃを出力し、ノートゲートＮＯＴ＋　−Ｎ　ＯＴｓ
及びドライバＤＶ、〜ＤＶ−を介してインバータ駆動信
号ＳＱ＋〜ＳＱ−を出力する。これらインバータ駆動信
号５Ｑｘ＝ＳＱ・は士れぞれインバータ１２４を構成す
る各パワートランジスタＱ１〜Ｑ６のベースに入力され
、これら各パワートランジスタ（ｂ−Ｑ＠をオン／オフ
制麹し、誘導電動機１０１に三相電流を供給する。

以後、同様な制御が行われて最終的に誘導電動機１０１
は指令速度で回転することになる。

以上、本発明によれば励磁電流！０を速度偏差、換言す
ればトルクに応じて変化するようにしたから軽負荷時或
いは低速度における励磁音を抑制することができ、発熱
も低減でき誘導電動機の商品側値を高めることができる
。又、演算手段によって、出来る限りの処理をデジタル
演算で実行し、振幅信号と乗算された正弦波信号とを出
力し、これらによって三相電流指令を発生しているので
、必要最小限のアナログ処理で済み、従って高速回転時
に偏差信号の高周波成分によって出力波形にノイズが乗
る恐れが少なく、特に高速回転時にうねり音が生じるの
を防ぐことが出来る。

同、本発明を一実施例によって説明し之が、本発明の主
旨の範囲内で一種々の変形が可能であり、こｎらを本発
明の範゛囲から排除する本のではない。

【図面の簡単な説明】

第１図はベクトル制御における誘導電動機の等価回−図
、ｌ＠２図は本発明に係る■。と■４の関係図、第５図
は本発明の実施例ブロック図、第４図は纂５図実施例に
おけるパルス幅ｆＩＪＩ４回路、インバータ、ｇＩ流器
の回路ブロック図、第５図はパルス幅Ｒｆｌ１４動作を
説明する説明図である。 １０１・・・―導電動機、１０２・・・レゾルバ、１０
５・・・４倍回路、１０４・・・Ｆ／Ｖ変換器、１０９
・・・比例積分回路、１１０・・・絶対値回路、１１１
・・・立方根関数発生回路、１１２・・・Ｖ／Ｆ　ｆ換
器、１１５・・・マイクロコンピュータ、１１４・・・
Ｄ／Ａ変換器、１２５・・・パルス幅変調回路、１２４
・・・インバータ。 特許出願人　　　富士通ファナック株式会社代理人弁壇
士辻　　　實 外２名

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一場電動４１に対する指令速度と実速度との速度偏差を
   用いて三相の電流指令を出方し、該電流指令に着いて誘
   導電動ｍｔ駆動する誘導電動機駆動装置において、該指
   令速度と実速度から速度偏差信号を発生する手段と、該
   速度偏差信号から伽幅信号を発生するとともに該速度偏
   差信号と正弦波信号との乗算結果を示す出力信号を発生
   する演算手段と、該演算手段の振幅信号と出方信号とを
   用いて三相の電流指令を発生する手段とを有することを
   特徴とする誘導電動機駆動装置。