JPS58190296A - 誘導電動機のトルク制御装置 - Google Patents

誘導電動機のトルク制御装置

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JPS58190296A
JPS58190296A JP57072975A JP7297582A JPS58190296A JP S58190296 A JPS58190296 A JP S58190296A JP 57072975 A JP57072975 A JP 57072975A JP 7297582 A JP7297582 A JP 7297582A JP S58190296 A JPS58190296 A JP S58190296A
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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】 この発明は、誘導電動機の電流と周波数を制御すること
により、トルクを制御する制御装置の改良に関する。
従来、この種の装置として第1図に示すものがあった。
第1図において、(1)はトルクの指定値Trを発生す
るトルク指令発生器、(2)はトルク指令Trを入力し
これと所定の対応関係をもつトルク電流(信号)Irを
発生する回路、(3)は回転Nにより励磁電流(信号)
 IEを発生する回路、(4−1)。
(4−2) 、 (4−8)はトルク電流Iτ及び励磁
電流IEを入力し、後述する演算をしてIM(ω、θC
)の絶対値IMN位相θτ及び滑り角周波数ωSなる信
号をそれぞれ発生する回路、(5)は滑り周波数ωSを
後述の動作(こより補正した滑り角周波数(信号)ωS
′を発生する回路、(6)は回転Nに含まれる回転角周
波数ω□を入力し、後述する機能により電流1M(ω、
θτ)を得る駆動回路、(7)は電流IM(ω。
0丁)により駆動される誘導電動機、即ちモータ、(8
)はモータ(7)の回転を検出して回転Nを発生する検
出器である。
ここで、回路(4−1)〜(4−8)は次式で示す演算
処理を行う回路である 1M = 77M−H,12・・曲(1)tlr = 
tan ’ (I ry”I E )      −(
2)−、−R21? “5−[X且        −°= (3)たtごし
、R9はモータ(7)の二次巻線の抵抗、L2はモータ
(7)の二次巻線のインダクタンスである。
第2図は以上の関係をベクトル表示したベクトル図であ
る。励磁電流IEを横軸にとりトルク電流ITを縦軸に
とると、絶対値IMはそれらの合成ベクトルとなり、ト
ルク電流Iτの変化に対して縦軸上を移動する。
また、駆動回路(6)から出力される電流IM(ω、θ
C)は、 IM(ω、θr ) = I Msin(a+t+θ7
)=p〒1% 5in((a+B十a+s)t+tan
−’−”  −−(4)Ir である。ただし、ω=ω□+ωS このような関係により、トルク変化後の定常条件が完全
に満足され、かつモータ(7)の回転子に対する磁束の
変化が殆んどない状態ではモータ(7)のトルクτ、滑
り角周波数ωS及びトルク電流Iτは、互に直線的な比
例関係を保つものとなり、モータ(7)のトルクτは電
流I(ω、θ7)に従ったものとなる。このようにして
装置は、指定値Trに対して線形な応答を示すものとな
る。この他、空隙磁界の弱め制御(弱磁界制御)は、回
路(3)の励磁電流I Eにより行なうことができる。
しかし、上記のような特性は、抵抗R2が温度等によっ
て変化しない場合にのみ成立するのであって、実際の場
合は、抵抗R2か温度によって変化するので、励磁電流
IE及びトルク電流1rも温度の変化によって影響され
たものとなっている。このため、温度の変化により、モ
ータ(7)は、定常負荷であっても磁束を変化させたり
、またトルクの誤差が発生したりする。
このため、第1図に示すように補正回路として回路(5
)が設けられ、滑り角周波数ωSを次式で補正していた
ωs’=ωsンR5/R2 −R蚤 Ir L2  □、          ・・・ (5)第8
図は(5)式を実現した回路(5)の詳細を示すブロッ
ク図であり、(5)式の演算を得るように構成されてい
る。部ち、回路(9)はモータ(7)の起電力Ernを
検出し、回路00はモータ(7)の指令値E′mを発生
し、回路0υに入力して偏差’Er+1を検出し、偏差
ΔEmによって抵抗R2を補正して抵抗R′2  を求
め、更に比源を求める。比」ト R2R2は回路(ロ)で滑り角周 波数ωSと掛算され、ω孔 となって出力される。
例えば、モータ(7)の温度がピc1抵抗R2が76°
Cで与えられたとすると、 問4訃=智胃専& ・・・・・・・・・(・)となる。
通常は(6)式で表わされる補正により、実際の滑り角
周波数ω′Sを(5)式で求め、補正された状態でモー
タ(7)を制御している。この状態で抵抗R2の温度変
化Δtを考えると、モータ(7)の特性、励磁電流IE
又はトルク電流Iτの指令値と実際値が変化し、起電力
らが変化する。その結果、装置は、回路(ロ)の入力に
おける偏差ΔElnをゼロにするように制御し、最終的
にモータ(7)はある定常状態に落ちつく。
従来の電動機の回転制御装置は以上のように構成されて
おり、運転状態においてモータの二次巻線の抵抗の温度
変化に対処すべく、滑り角周波数を補正していたが、そ
の起動直後等においては補正が行なわれず、低速領域に
おいては、起電力Emが小さな値となるtこめ、検出誤
差が発生しやすいなどの欠点があった。
この発明は、上記のような従来のものの欠点を除去する
ためになされたもので、二次銅損より二次巻線の温度上
昇を推定し、その結果で滑り角周波数を補正することに
より、起動時や、低速域に於ても、温度変化によるトル
ク制御誤差を補正できる誘導電動機のトルク制御装置を
提供することを目的としている。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第4
図はこの発明の一実施例を示しており、同図において、
(1)(2)(3) (4−1)(4−2)(4−8)
 。
(6) (7) (8)は従来装置と同じである。R1
は、誘導電動機(7)の端子電圧、−次電流を検出して
、磁束のを演算する磁束検出器、(6)は、誘導電動機
(7)の回転数に対応して、磁束指令0rを出力する磁
束指令回路、叩は、磁束指令回路(4υと磁束検出器翰
のそれぞれの出力の差をとる減算器、@3は、減算器四
の出力を積分した結果に基き、二次抵抗の補正信号R′
2/’R2n を出力する積分器である。■は、回路 
 。
(2)から出されるトルク電流指令ITから、二次抵抗
の補正信号R′2/Rzoを出力する熱モデル、輪は検
出器(8)の出力である回転数信号ω□に基いて、切換
器it+へ切換信号を送る切換信号発生器、−は切換信
号発生器−からの切換信号に同期して、熱モデル(1)
および積分器−の初期値を切換器向の出力に等しい値に
書きかえる、初期設定回路、(7qは、熱モデル(至)
の出力と積分器−の出力を比較し、切換信号発生器−ま
りの切換信号に従って熱モデル員のパラメータを修正す
る修正回路、(2)は従来例と同様の機能を有する補正
用乗算回路である。
次に動作について説明する。
いま、誘導電動機(7)の回転数が毘いとすると、この
とき、切換信号発生器−は、検出器(8)の出力に基い
て、切換器価υへ、接点Aを閉じるように、切換信号を
送る。その結果、■Jl)jQ、Elよりなる5磁束に
よる二次抵抗補正ループが活き、磁束検出値−が磁束指
令値と等しくなるように、二次抵抗補正信号R′2/R
ioが変更される。二次抵抗R2が温度により変化する
と、前述のごとく、すべり周波数ωSと一次電流IMと
の間の関数関係がくずれ、結果的に、誘導電動機内部で
の励磁電流成分IEが回路(3)で発生される指令値か
らずれる。そのため、誘導機磁束ωが変動する。
この磁束の変化を検出し、磁束の変化分に従って、R′
2/ Rgoの値を変更し、磁束0の変動を修正するよ
うにすると、結果的にR2の変化を補正したことになる
。これは、従来例に於て、起電力Emを検出し、R2の
変化を補正するのと原理的には同じである。しかし起電
力の方は、回転数に比例して変化するので、回転数が低
くなるに従って、検出誤差ΔEmが小さくなるのに対し
、磁束を検出しておれば、回転数への依存性が無くなる
利点がある。
磁束の検出器(ホ)としては、従来さまざまな方式が知
られている。第5図はその一例である。この回路は、誂
導′ilL動機(7)の−次電流検出器(財)と−次電
圧検出器翰、三相/二相変換器口、(ハ)および磁束成
分演算器物、(ホ)および磁束絶対値演算器に)より構
成される。
誘導電動機の等価回路は周知のごとく、第6図で表わさ
れる、R1は一次巻線抵抗、11は一次巻線もれインダ
クタンス、R2は二次巻線抵抗、4は二次巻線もれイン
タフタンス9Mは一次二次巻線間の相互インダクタンス
、<78は一次電圧ベクトル。
’Isは一次電流ベクトル、  Irは二次電流ベクト
ル。
Sはすべりである。
第6図の等価回路から、−次側の電圧電流について、次
式が成り立つ。
7s==(l、 + jal#+)Is+ja+M(I
s+Ir)  ・・・・17)二次巻線に鎖交する磁束
−は、二次電流による磁束(M+lz) Irと一次電
流による磁束中、二次巻線に鎖交する磁束Misの和で
あるから、(8)式となる。
j = (M+12) Ir+MIs       ・
=・−・−=(s)(7) 、 (8)式より次式を得
る。但し、I、、 、 L2はそれぞれ一次二次巻線の
自己インダクタンスであり、L1=M+l+、Lv =
M+12である。
Vs=R41s+jω(LH−” )Is+ja+・M
a−−−A9)TTh     L2 値に対する微分方程式に書き直し、実数部(d軸成分)
と虚数部(q軸成分)とに分けると、次の二式が得られ
る。
これらを磁束に関して解くと次式が得られる。
磁束のd軸q軸成分は00式で求められるが両成分は直
交しているから、磁束0の絶対値は(2)式で求めるこ
とができる。
C−如硬〒踪7      ・−・・・・・(2)第6
図の回路は、以上の原理に基いており、(2)。
(2)により、三相の交流電圧、交流電流が検出され、
変換回置−により二相の電圧電流に変換される。
変換器■(ハ)の回路は、公知の三相/二相変換である
次式を計算するものである。
演算器に)は(2)式を計算するものである。
このようにして、検出器部で検出された磁束がが正確に
演算できなくなる。そのため、回転数が所定値よりも小
さくなると、切換信号発生器−は切換器しυの接点Bを
閉じさせるように切換信号を送る。その結果、低速領域
では、(ホ)U□□□卿よりなる磁束による二次抵抗補
正ループは切れ、熱モデル■による二次抵抗補正が行な
オ)れるようになる。
ベクトル制伝りされる誘導電動機においては、二次回路
に流れる4流は、l・ルク分電流指令1′7に比例して
いる。従って、二次回路で発生する二次銅損PL2は次
式で表わされる。但し、K1は定数である。
PL!=R1(遣1 r )” = K+尺IIL2R
:lO””””’ Q4 この二次銅損による二次導体の温度上昇△【は、二次銅
体の熱容賢、熱抵抗を係数とした微分方程式で表わされ
るが、近似的には、−次遅れ系で表現し、(2)式のよ
うに書くことができる。但しSはラプラスtAW子、に
2.]’は定数である。
K! △t(s)=    PL2(S)      ・・・
・・・・・・(至)1ゼト 温度が△を変化したときの二次抵抗R2の変化率△R2
/R,。は、抵抗の温度係数をα。とじたとき(至)式
%式% (至)、(ト)式より、次式が得られる3、△R2−α
0K2 R,−nBPL2(’+)        ・・0ηい
ま周囲の温度がtであれば周囲温度下での二次抵抗R2
は、次式となる。
R,=(1+鉤t ) R20・・・・・・・・・(至
)さらにこの状態より△を温度上昇があると、二次抵抗
の値はR′2となるがこの値とR2の間には次式の関係
が成り立つ。
第7図は、以上の原理にもとずく熱モデルである。
回路(2)の出力ITは、二乗回路(ロ)で二乗され、
加算器(至)の出力であるRi/R2oと乗算器(2)
にて乗算される。その結果乗算器(至)の出力は、α◆
式の結果である二次銅損PL2に比例した量となる。神
は一次遅れ回路であり、時定数をT、ゲインをa43 
KI K2と選んであるので、その出力は04式の結果
△R2/R1゜に等しい。一方(至)は周囲温度の検出
器、(至)は検出された温度【より、旧/”R20を(
至)式にしたがって演算する回路、(7)は01式の加
算を行う加算器である。このように低速域では、(至)
による温度モデルでR7′/ R20が求められ、回路
(6)で乗算され、(5)式の補正が行なえる。
一搬に二次回路の熱時定数Tは、電気回路の時定数に比
べ非常に大きく、時間のオーダーとなる。
そのため、−次遅れ回路鏝、あるいは積分器−をアナロ
グの増幅器で構成すると、ドリフトが問題となる。この
ためディジタル方式の積分器が必要となる。
また、熱モデル■は、−次遅れ系で近似しており、この
ため、長時間低速運転が継続するような場合、または、
長時間高速運転が継続するような場合、熱モデル曽の出
力に近似による誤差が蓄積し、熱モデル(至)の出力と
、積分器−の出力間に差が発生することが考えられる。
これを解決するのが初期設定回路−である。
第4図の−は、切換信号発生器−からの切換信号と同期
して、熱モデルに)、積分器−の出力を書き換える初期
設定器である。この場合熱モデル山積分器的は、初期設
定可能な積分器を使用する。
たとえば、このような積分器は、第8図のように構成さ
れる。第8図において、(102)は入力(101)の
絶対値をとる絶対値回路、(IH)は、回路(2)の出
力に比例した周波数のパルスを発生する電圧制御発振器
、(104)(105)はAND回路、(106)は入
力(101)の極性に応じて正のときt H++、負の
時+I L I+の信号を出すコンパレータ、(107
)はコンパレータ(106)の論理の反転された出力を
出すインバータ、(108)は初期設定可能なディジタ
ルカウンタ、(109)は初期設定器−の出力である現
在のRS/R20の値をディジタル値に妄吏−9−るA
/L) &換器、(112)はディジタルカウンタ(1
08)のカウント値をアナログ値に変更するD/A変換
器である。
ディジタルカウンタ(108)は、U、D、S、B (
7) 8 ッのディジタル入力端子を有し、1つのディ
ジタル出力端千人を持つ。SがHL 17のと)Bの入
力とは無関係にカウンタとして動作し、U端子にパルス
が入力されるたびにカウント値Aを1増し、D端子にパ
ルスが入力されるたびにカウント値Aを1減する。した
がって、入力(101)が正の時は、絶対値回路(10
2) 、 1!圧制御発振器(108)により、これに
比例した周波数のパルス列が発生し、コンパレータ(1
06)出力はl HI+、ディジタルカウンタ(to7
)出力はL″となるので、AND回路(104)に、出
力パルスが出てこれがU端子に加わる。その結果、ディ
ジタルカウンタ(108)は入力(101)の大きさに
比例した速度でカウント値Aを増加する。入力(101
)が負ならば、コンパレータ(106)出力は′L”、
ディジタルカウンタ(107)出力は°′H”となるの
で、AND回路(105)に出力パルスが出、これがD
端子へ加わり、カウント値Aは、入力(101)の大き
さく絶対値)に比例した速度で減少する。このように、
D/A変換器(o2)の出力である出力(118)は、
入力(101)を時間積分したものとなり、積分器とし
て機能する。
次に、切換信号発生器−からの切換信号に同期して、初
期設定回路−がS端子へ゛H″信号を与えると、ディジ
タルカウンタ(108)のカウント値Aは瞬時にS端子
への入力にリセットされる。初期設定回路−は、切換信
号が出された81間の切換器−の出力RS / R,。
をA/1)変換器(109)へ送る機能も有しており、
したがって、 A/D変換器(101i1)は、切換信
号が出た時点でのR2/ R20をティジタル値に直し
た信号を出力している。その結果、D/A変換器(11
2)出力は、切換前に選択されていたR2’/R2Gの
値にリセットされる。このリセットが完了した後、切換
器−は実際の切換えを行うが、このとき、熱モデル−の
出力と積分器−の出力は同一となっているので、切換え
によるショックはtくなる。また、高速から低速に柊っ
て切換えが行なわれるたびに、熱モテル翰の出力は振分
器−の出力で修正されるので、熱モデルによる糸&誤差
もリセットされる。
このように熱モデルの近似による誤差は、切換えごとに
修正されるが、−搬に二次回路の熱抵抗や熱容量から、
−次遅れ回路(至)のパラメータを計算するのは複雑で
あり、また、推定誤差も大きくなるので、運転中に一次
遅れパラメータを自動的に求めるのが理想的である。修
正回路内は、このための回路である。(71は、切換信
号発生器−から高速の信号を受け、高速時のみ、熱モデ
ル曽内の一次遅れ回路(至)のパラメータを自動的に書
きかえる。修正回路(7Iの構成例を第9図に示す。パ
ラメータ推定および、変更を容易にするため、第9図の
例では一次遅れ(至)をディジタル系で構成している。
第9図において、(881)と(882)は同期したサ
ンプラ、(888)はサンプルホールド回路、(884
)は加算器、(885)は、サンプラの1サンプル時点
ごとに加算器(884’)の出力を記憶するメモリ、(
886) 、 (887)は乗算器である。乗算器(2
)の出力を今U(t) 、−次遅れ回路(至)の出力を
θ(1)とおいたとき、−次遅れ回路(至)は、次式の
計算を行っている。ただし、P、Qは一次遅れのパラメ
ータであり、修正回路(71で求められる。
θ(k+I Tz ) =P”θ(kTs)+CIU(
kTs)−ei6上式で、たとえばθ(kTs)はに番
目のサンプル時点でのθ(1)の値を表わす。
連続系の一次遅れ系のパラメータを時定数T。
ゲインにとすると、これらとP、Qの関係は、周知のよ
うに次式で与えられる。
曽式に対するパラメータP、Qの推定式は、実際の系(
ここでは、切換器−の出力と加算器(2)の出力との差
で代用)の応答をθ(1)としたとき、次式で与えられ
る。但し、P(0)、Q(0)は初期値である。
修正回路内は、に)式を計算するように構成されている
。(701)はθ(1)と7(t)の差g(【)を求め
る減算器、  (702)、(708)は乗算器(70
5) (706)は積分ゲインKを与える比例演算器、
(707) (708)は積分器である。(704)は
、切換信号発生器−から高速信号、即ち、切換器−の接
点Aを閉じる信号により、閉じる接点である。高速領域
では、磁束フィードバックによる二次抵抗補正が正確に
行なわれるので、この間に、積分器−の出力と熱モデル
…の出力が同じになるように、パラメータは修正される
。低速では、修正は行われず、接点(704)は開とな
り、積分器(707) (708)の出力はホールドさ
れる。
また、第9図のように一次遅れを構成した場合、切り換
え時の初期設定は、メモリ(885)の内容を初期設定
回路−の出力と回路−の出力の差になるように書き換え
ることになる。この結果、高速時、自動的に熱モデルの
パラメータが求められる。
なお上記実施例では、高速時磁束のフィードバックによ
り二次抵抗補正を行うように構成したが、従来例第8図
の電圧フィードバックによる二次抵抗補正で代用するこ
とも可能である。
また、切換時に、熱モデルの初期値を書き換えるように
構成したが、高速運転時に逐時熱モデルの初期値を書き
換えるように構成することも可能である。
また、熱モデルは一次系で近似する場合に限らず二次系
あるいは、非線形の動特性を持たせた系で近似すること
も可能である。
さらに、本発明の二次抵抗補正方式は、マイクロプロセ
ッサによって演算を行うこともできる。
以上のように、この発明によれば、低速域では熱モデル
による二次抵抗補正を、高速域では磁束による二次抵抗
補正を切り換え、さらに切換え時、初期値設定とパラメ
ータ修正を行うことにより、全速度域で温度変化による
トルク制御誤差を補正でき、さらに、切換えもスムーズ
に行える効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、従来の誘導電動機のトルク制御装置のブロッ
ク図、第2図は第1図に示す装置の動作ベクトル図、第
8図は第1図に示す装置の滑り周波数補正回路のブロッ
ク図、第4図は本発明の一実施例による誘導電動機のト
ルク制御装置のブロック図、第5図、第7図、第8図、
第9図は、第4図に示す装置の一部分の詳細ブロック図
、第6図は、誘導電動機の等価回路である。 (1) 、 (2)、 (3) 、 (4−1)、(4
−2)、(4−8)、(5)・・・制御回路。 (6)・・駆動回路、(7)・・誘導電動機、(8)・
・・回転数検出器、翰・磁束検出器、00・・・熱モデ
ル、輔・・・磁束指令器1輪・・・減算器、@3・・・
積分器1輪・・・切換信号発生器、旬 切換器、−・・
初期設定器、(2)・・・乗算器。 −・・・修正回路、@・・二乗器、(2)・乗算器、■
・・・−次遅れ回路、05・温度検出器、c14・演算
回路、に)・・・加N器、  (881)、(882)
・・・サンプラ、 (88B)・・・サンプルホールダ
、  (885)  メモリ、 (886)、(887
)。 (702)、(708)・・・乗算器、  (704)
・・・スイッチ、 (707)。 (708)・・積分器、  (884)、(888)、
(701)・・・加減算器なお図中同一符号は同一また
は相当部分を示す。 代理人   葛 野 信 − 第1図 第2図 第:3図 第4−図 [ し 第5図 ス 第6図 第7図 )0 第8図 n馳

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)トルク指令値に従って、誘導電動機に供給するト
    ルク分電流とすべり周波数とを電動機定数に基いた関数
    関係をもって制御することにより、トルクを制御する装
    置において、前記電動機定数中に含まれる二次抵抗の値
    を補正する第一および第二の手段と、前記誘導電動機の
    回転数が所定値よりも低い時には、前記第一の手段を選
    択し、所定値よりも高い時には、前記第二の手段を選択
    する切換え手段と、切換え時に、次に選択されるべき手
    段の初期値として、それまでに選択されていた手段の最
    終値を与える初期設定手段と、第二の手段が選択中に、
    第一の手段と第二の手段との二次抵抗補正結果の差に基
    いて、第一の手段のパラメータを修正するパラメータ推
    定手段とを備え、二次抵抗値の補正を行うことを特徴と
    する誘導電動機のトルク制御装置。 (2)第一の二次抵抗補正手段が、トルク分電流の指令
    値の二乗と二次抵抗との積で求めた二次銅損に対し、所
    定のパラメータで決まる動特性で追従するように構成さ
    れたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の誘導
    電動機のトルク制御装置。 (3)  第二の二次抵抗補正手段が1、誘導電動機の
    一次電圧および一次電流の検出値より磁束を演算する手
    段と、磁束指令と、前記磁束演算結果との差をとり、こ
    れを時間積分した結果に基き、二次抵抗値の補正を行う
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の誘導電動
    機のトルク制御装置。 (4)  第二の二次抵抗補正手段が、誘導電動機の一
    次電圧および−・次電流の検出値より逆起電力を求める
    手段と、逆起電力指令値と前記逆起電力との差をとり、
    これを時間積分した結果に基き、二次抵抗値の補正を行
    うことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のき導電
    動機のトルク制御装置。 (6)  第一の二次抵抗補正手段が、トルク分電流の
    指令値より求めた二次銅損に対し、−次遅れで追従する
    ように構成されることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載の誘導電動機のトルク制御装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS60234489A (ja) * 1984-05-02 1985-11-21 Mitsubishi Electric Corp エレベ−タの速度制御装置

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