JPS5826582A - 回転磁界機の回転子時定数決定方法および装置 - 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、回転磁界機の回転子時定数用の入力パラメー
タおよび運転データから模擬されたモデル磁束の磁束方
向を決定し、固定子電流の磁界形成（磁束平行）成分お
よびトルク形成（磁束垂直）成分に対する各目標値を予
め与え、固定子電流を前記両目標値から前記モデル磁束
の磁束方向に応じて合成された固定子電流に制御する回
転磁界機の回転子時定数決定方法、ならびにこの方法を
実施するための装置に関するものである。

回転磁界機を制御するのには、回転電機を貫通する磁束
のその都度の方向に応じて固定子電流を、この固定子電
流の磁束平行成分によって磁界の強さが所望の値に（特
に一定値に）調整され、かつ固定子電流の磁束垂直成分
によってトルクもしくけ回転速度が調整されるように制
御するのが有利である。このような回転磁界機の磁界オ
リエンテーション運転（ベクトル制御）のためには固定
子電流調整回路と、この固定子電流調整回路に前置され
た制御装置とが必要であり、制御装置は磁束の方向につ
いての情報を得る必要がある。この情報は磁束模擬回路
から得ることができる。磁束模擬回路は回転磁界機の電
気的モデルとして運転データ、特に回転磁界機の固定子
電流（［電流モデルＪ）および回転子時定数用の入力パ
ラメータ、から模擬モデル磁束の磁束方向を決定する。

いま固定子電流の磁界形成（磁束平行）成分およびトル
ク形成（磁束垂直）成分の各目標値が予め与えられる（
磁界オリエンテーンヨン目標値）と、制・御装置により
固定子電流は両目標値からモデル磁束の磁束方向に応じ
、％、ｒ＝＝−≠＋孟’ｆＴｆ、’−’：ｐトルに々る
ように制御される。

しかし回転子抵抗および回転子インダクタンスによって
決定される回転子時定数は回転磁界機の運転中、加熱お
よび磁気飽和の影響によって変化するので、磁束模擬回
路において回転子時定数を固定的に設定すると実際の磁
束値からずれを生じ、それが回転電機の誤制御に導くお
それがある。

本発明の目的は、回転磁界機の磁界オリエンテーション
運転において、回転子時定数の決定により磁束演算回路
に入力すべきパラメータ値をできるだけ正確に設定し得
るようにすることにある。

この目的は本発明により、冒頭に述べた方法において、
一方の成分の目標値に時間的に一定でない変化をする外
乱量を重畳し、他方の成分によって決定される運転量（
回転速度）の実際値の時間的変化を検出し、外乱量と検
出された運転量の時間的変化の相関関係を表わす相関量
を決定し、回転子時定数に対する入力パラメータを前記
相関量に応じてこの相関量がほぼ零になるまで変化させ
ることによって達成される。

本発明の出発点は、回転子時定数のためのパラメータを
誤設定すれば固定子電流の磁界形成成分とトルク形成成
分とは分離されない、すなわち磁界形成（磁束平行）成
分の目標値の変化はトルク形成（′磁束垂直）成分によ
って直接影響される回転磁界機の運転量の変化として現
われ、逆にトルク形成成分の目標値の変化は磁界形成成
分によって直接決定される運転量（例えば回転機の起電
力）の変化をひき起こすということにある。そのため一
方の成分の目標値に時間的に一定でない変化をする外乱
量が重畳され、かつ他方の成分によって決定される運転
量の実際値の時間的変化が検出されると、入力外乱量と
検出実際値の時間的変化との間の相関関係から、回転子
時定数の誤設定の際に生ずる結合が決定され、その相関
関係が実質的に無くなるまで制御に用いられる回転子時
定数パラメータが変化させられる。回転電機に負荷がか
かると、周期的、統計学的、または擬統計学的な外乱信
号が特に磁束平行な電流成分の目標値のもとてトルクに
直接作用することはなく、そのため回転磁界機の運転は
目立つほどには外乱状態と々ることはない。トルク形成
成分に依存する実際値としては特に回転磁界機の回転子
加速度またはそれから直接導かれる他の量（例えば回転
速１が適している。

本発明の方法を実施するための装置の構成は特許請求の
範囲に第２の発明として記載した通りである。

以下、実施例を参照して本発明をさらに詳述する。

第１図には、相電流のベクトル合成によって形成された
、固定子電流に属する電流ベクトル上と、磁界軸の方向
に向いた磁束ベクトルＶとが示されている。電流ベクト
ルとの磁束ベクトル薩への射影が磁束平行な成分り、で
あり、この成分’（ｐｌに磁束絶対値Ｗが比例する。回
転電機のトルクは磁束を一定に保つ場合、固定子電流ベ
クトル志の磁束に垂直な成分１．２に比例する。固定子
電流上がモデル磁束ベクトルてやに関して磁界平行な電
流成分と磁界垂直な電流成分を表わす対応する目標値−
および弓２を与えることによって調１ψｌ され、　しかもこのモデル磁束ベクトルが任意に３定さ
れる回転子時定数パラメータを用いて演算２れる場合に
は、例えば過大に選定されたパラメータに対しては第１
図に示すようなベクトル図が４えられる。

いま目標値１□　が変化されることなく例えＧｉ目標値
Ｉ　　に外乱量Ｋが重畳されると、電ｉ雷ψ１ 流は１＋Δｌに高められる。またモデル磁束ベクトル〜
が磁束ベクトル−からずれると、実際の磁界垂直な成分
＋ｑ）２は目標値＋９．２が一定に保たれるに拘らず絶
対値ΔＩＬｐ２だけ変化することになる。この変化はト
ルクないしは回転速度の変化として現われるので、これ
らの値を介して検出することができる。パラメータを実
際の回転子時定数に近似することによりトルク電流成分
変化量Δｒ（ｐ：は小さくなり、パラメータの満足な設
定が行われたとき最終的に消滅する。

回転子時定数を決定するためにはそれ数回転磁ｔ　　　
算機の公知の磁界オリ、エンチージョン運転がら出ン　
　　発し、この公知の運転においては、ａ）回転磁界機
の回転子時定数に対する入力パラメータおよび運転デー
タ（すなわち「電流モデル」を用いる場合は固定子電流
ベクトル１によって表わされる固定子電流）からモデル
磁束ベクトルもしくは模擬されたモデル磁束の少くとも
磁束方向を決定し、 ｂ）固定子電流上の磁界形成（磁束平行）成分およびト
ルク形成（磁束垂直）成分に対する各目標値＋９□、Ｉ
（ｐ２　　を予め与え、Ｃ）固定子電流を両目標値から
モデル磁束−ヶの磁束方向に応じて合成された固定子電
流ベクトルとに制御する。

しかして本発明によれば次の手段がとられる。

ｄ）一方の成分９目標値（ｉ：、）に時間的に一定でな
い変化をする外乱量Ｋを重畳し、 ｅ）他方の成分（ｉ、２）によって決定される運転量の
実際値の時間的変化を検出し、 ｆ）外乱量と検出された運転量の時間的変化の相関関係
を表わす相関量を決定し、 ｇ）回転子時定数に対する入力パラメータＴを相関量に
応じてこの相関量がほぼ零になるまで変化させる。

その場合、第１図に示すように、外乱量には固定子電流
の磁界形成成分の目標値１（ｐ□に重畳される。検出す
べき運転量としては回転磁界機の回転子加速度またはそ
れから導かれるＪｊｔ（）ルク、回転速度）が適してい
る。外乱量は特に周期的、統計学的、または擬統計学的
な時間的変化をとる。

以上の方法を実施するための装置が第２図に示されてい
る。回転磁界機として非同期機１を考えることにする。

この非同期機の制御のために入力端２に固定子電流の磁
束形成成分の目標値１９．□が入力され、この成分によ
って非同期ｔ！Ａ１の磁束を一定値に保持することがで
きる。他の入力端３に固定子電流の磁束垂直成分に対す
る目標値１９１１２が予め与えられ、この目標値Ｉ９，
２　は例えば前置の速度調節器４によって形成される。

さらに、電流調整回路５、制御装置７、磁束模擬回路１
１、外乱量発生器１６、測定回路１８、演算回路２１、
が設けられており、以下それぞれについて詳説する。

電流調整回路５は非同期機ｌの電流を次のようにして制
御する。すなわち例えば三相回転磁界機の各相電流に対
して、制御装置７から供給される目標値と実際値ライン
８を介して供給される固定子電流の実際値とから調節器
６が制御電圧を形成し、この制御電圧は制御回路９にお
いて、交流電源Ｎと回転磁界機との間に設けられた周波
数変換装置１０に対する点弧パルスに変換される。

磁束模擬回路１１は例えば「電流モデル」として構成す
ることができ、回転磁界機の運転データ（この場合は固
定子電流の実際値または目標値）と、入力端１２を介し
て回転子時定数に対するパラメータＴとが供給されるが
、回転磁界機の模擬磁束のモデル値を出力する。この磁
束は絶対値ＦＭと位相角ψヶとにより例えば対応するベ
クトル−として演算することができ、その場合、本発明
の方法を実施するためには位相角ψＭを必要とするだけ
で、この位相角ψ９はライン１３に模擬磁束の方向に向
いた単位ベクトルＴＭとして、固定座標系の同成分（２
）ψつおよびｔｈ釉の形で出力される。この電流モデル
の詳細は例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第３０２
６２０２号明細書の第４図に例えば示されている。

制御装置７は固定子電流調整回路５に前置され、入力端
２，３に加わる固定子電流の磁束平行成分および磁束垂
直成分に対する目標値ｉ”　ｉ”ψｌ＋　　ψ２ ならびに磁束方向モデル値釉より電流調整回路５への入
力量を形成するのに用いる。そのため例えばベクトル回
転器１４および座標変換器１５が設けられるｂペタトル
回転器１４は磁界オリエンテーンヨンされて予め与えら
れた目標固定子電流の同成分を固定子基準（固定）の座
標系にベクトル変換する、すなわちライン１３を介して
入力されるモデル方向ベクトルへだけ基準系の回転を行
う。座標変換器１５は固定子基準の両デカルト座標成分
から３つの目標値を形成し、この３つの目標値は、周波
数変換装置１０の３つの出方端に接続されている固定子
巻線の方向に応じてベクトル合成によって固定子電流目
標ベクトルを与える。

発生器１６は時間的に一定でない変化をする外乱量Ｋを
発生するもので、それは両固定子電流のうちの一方の目
標値に重畳される。外乱量には、固定子電流の磁界平行
成分の目標値ｉ：、の入力端２に接続された加算器１７
に重畳される。

測定回路工８は回転磁界機の運転量の時間的変化を検出
し、この運転量は、磁界オリエンテーションされた運転
の場合、すなわち回転子時定数のパラメータＴの正しい
選択によって磁界オリエンテーションの両固定子電流目
標値１　ｑ　０．　＋　、　２　　の磁束およびトルク
への影響が分離しているならば、外乱量の重畳されない
目標値によって決定される。

好ましくは、重畳器１７において外乱量Ｋが磁界平行表
目標値Ｉ（ｐエ　に重畳される場合には、測定回路１８
はトルクに依存する量を検出し、特に測定回路１８は速
度検出器１９とこれに後置された微分回路２０とを含む
ことができ、したがって加速度ないしトルクに比例する
量を出力端に出す。

演算回路２１は測定回路１８の出力および外乱量Ｋを入
力とし、その外乱量の時間的変化と測定回路１８によっ
て検出された運転量の時間的変化との間の相関関係に属
する相関量を決定する。

この相関量を磁束模擬回路１１０入力端１２に入力する
ことにより、磁束模擬回路１１内でパラメータＴは、演
算回路２１によって相関関係が実際上もはや確定するこ
とができなくなるまで相関量に応じて調整される。

第１図を参照してすでに説明したように、磁界オリエン
テーションが正確な場合（〜〒−）、目標値１７、への
外乱量にの重畳はトルク形成成分ｉψ２　には作用しな
い。しかし、磁界オリエンテーションが誤っている場合
（回転子時定数パラメータＴの誤設定、ＦＭ４Ｆ）、制
御回路のデッドタイムによって決定される一定の時限後
、電流めトルク形成成分１９．、にΔ１，２なる変動が
生じ、それは回転速度ないし加速度における対応する変
動にＩＱられる。いま制御回路および測定回路の動慣性
からして上記変動を検出できない程十分小さい平均周波
数で外乱量Ｋが変動する場合には、一定時間後、外乱量
にの変動は回転速度ないしトルクの変動として現われる
。

この遅れ時間を考慮するために演算回路２１の外乱量入
力側に遅延回路２２が前置されている。

遅延回路２２の遅延時間は非臨界的である。ただそれは
制御系によって生ずる位相ずれよりも長くなければなら
ないが、しかし時間ｔに対して行われる外乱量Ｋ（ｔ）
の１回の変動が測定回路１８の出力端で遅れ時間Δｔの
後に静止状態に減衰する程長くしてはならない。この場
合、外乱量Ｋ　（ｔ）もしくは演算回路２１に入力され
た遅延された外乱量Ｋ（ｔ−Δｔ）の変動は目標値ｉＬ
、ｉ塾。

によって与えられるトルク変化に重畳されるトルクの対
応する変動分として認められる。外乱量Ｋ（１）に対し
て電流目標値の時間的変化とは明らかに十分異にる時間
的変化、例えば十分に高い周波数を有する時間的変化を
選ぶと、それによって生ずる高周波の重畳は磁束および
トルクの不足した分離すなわち伝播時間時定数の誤設定
に対応させることができる。

外乱量としてはしたがって正弦波信号または周期的に跳
躍的に変化する信号が適しているが、統計的信号、特に
統計学的もしくは擬統計学的な状態変化を伴う２通信号
を用いるのが有利である。

そうすれば検出される回転加速度には対応する統計学的
変化が現れ、目標値入力端における統計学的測定値変動
との相関関係を高信頼性をもって確定することができる
。

パラメータＴが過大に選定された場合に磁界平行成分の
目標値の正の変化が加速度に正の変化をひき起こすか負
の変化をひき起こすかは、回転方向のはかに、電動機運
転か発電機運転ふにも関係する。そのため測定回路１８
の出力信号は制限回路２２′で正の振れおよび負の振れ
に制限され、第１の掛算器２３によってトルク形成成分
電流１９，２の符号と掛算される。また相関量を形成す
るために加速度り外乱量とが掛算器２４で掛算されるが
、その場合、外乱量は対応する遅延時間Δｔに先立って
与えられる外乱量信号にの状態ｒＯＪまたは「１」に応
じた２値電圧である。回転子時定数を過小に選定した場
合には、例えばに＝１への移行は正の加速度晶＝旦をひ
き起こし、その結果掛ｔ 算器２４の出力は正′の値ｎ　（ｔ）　　Ｋ（ｔ−Ｉｔ
　）゛　簀　　　、黄 を準備する。目標値１　、０．　ｌ　９１２　　の変化
によって生じ、かつ外乱量とは相関関係を持たない加速
度変化は互いに反対方向に作用して平均化し、その−タ
Ｔの誤設定分Δｔに比例し、設定されたパラメータ値を
修正するために相関量として用いることができる。その
ため積分器２５が用いられ、この積分器２５は平均値ｒ
Ｉ（ｔ）−Ｋ（ｔ−Δ１）＝Δｔの形成を行うと共に積
分調節器としても作用し、ハに比例して行うべき磁束碕
算装置の設定入力端における設定パラメータの追従を行
う。この積分器出力信号は実際の回転子時定数の周りに
なお僅か揺れる値をとる。

実用上の統計学的外乱量信号を発生するための有利な発
生器が第３図に示されている。このいわゆるＰＲＢＳ発
生器（擬ランダム２値シーケピス発生器）はＮ個のメモ
リスペースを有するシフトレジスタを備えている。外部
クロック発生器のクロック（パルス間隔Ｔ。）において
、各メモリｎ＝ｌ、２，３．・・・Ｎめ内容は次のメモ
リに与えられ、同時に最終メモリのメモリ内容は排他的
論理和ゲート３０を介して第１のメモリにフィートノく
ツクされる。個々のメモリの内容が初めに任意Ｇこ°０
′または“ビにセットされていると、全部でＮ回のシフ
トパルスの後に第１のメモ１ノのメモリ内容はフィード
バックライン３２なし）しシフトレジスタの出力端３３
に現れる。しかしゲート３０には最終メモリの内容と同
時に他のメモ１Ｊの内容、例えばメモ’Ｊ　ｎｌ　＝　
３の内容も導かれ、第１のメモリスペースのメモリ内容
は、第３および最終のメモリの内容が等しいときのみ、
“１”Ｇこセットされるので、第１メモリの内容４１シ
フト動作の度ごとにメモリスペースｎ工＝３およびｎ−
Ｎが偶然一致するか一致しないかＧこ応じて任意（こ変
化する。シフトレジスタにおける入力値の通過に必要な
Ｎ個のクロックツ＜ルスの間、排他的論理和ゲート３０
は、実際上任意に変わる値を入力するので、Ｎ個のクロ
ツクノクルスの後はそれぞれメモリスペースの当初の内
容とは異なる内容力（存在し、読取られる。Ｎ＝７でｎ
＝３の図示のシフトレジスタは１２７個のクロックツぐ
ルスの後ＧこＧまじめて個々のメモリスペースのもとも
と入力された内容を再び示す。シフトレジスタのメモ１
）スペースの数を増やすことによってこの周期番ま大き
な費用増を伴うことなく十分延ばすことができる。した
がって出力端３３から取出される２通信号は実用上統計
学的信号と見なすことができる。

遅延回路２２は、このＰＲＢＳ発生器の場合、遅延され
た外乱量信号がメモＩＪ　Ｎから、遅延されない信号カ
メモリスペースｎ２＝Ｎ−ｍ（ライン３４）から取出さ
れることによって実現できる。

この出力ライン３４から読み出される信号はｍ個のシフ
トパルスの後にはじめて出力端３３にも現れる。すなわ
ち出力端３３は出力ライン３４に生ずる外乱量信号に対
して伝播時間Δｔ＝ｍ−Ｔｏだけ遅延された外乱量信号
を出力する。

測定回路１８にディジタル信号を出力する型のものを用
いれば、遅延回路２２を含む発生器１６ならびに演算回
路２１は単一のディジタル回路装置として構成すること
ができる。磁束の模擬および制御のためにディジタル計
算機（マイクロ−ｙンピュータ）を用い、ることは公知
である。これらの場合、マイクロコンピュータは、外乱
量発生器１６および演算回路２１のそれぞれの単純な機
能をも持つようにプログラミングされることができる。

そして、本発明の方法を実施するためにディジタル制御
される回転磁界機に対して付加的な回路手段は何も要ら
ない。

本発明の方法は負荷を負った回転磁界機の磁界オリエン
テーション制御運転を損うことはない。

むしろ、低周波に対しても（実際上静止状態のところま
で）、磁界オリエンテーション運転に必要な回転子時定
数の値を良好な精度で供給することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するた、めのベクトル図、
第２図は本発明の実施例のブロック図、第３図は外乱量
発生器の一例の構成図である。 ５「・・モデル磁束、ψヶ・・・モデル磁束の位相角、
Ｌ・・・固定子電流、１（ｐ工・・固定子電流の磁界形
成値、１（ｐ２・・・固定子電流のトルク形成成分、１
，２・・・固定子電流のトルク形成成分の目標値、Ｋ・
・・外乱量、ｎ・・・回転速度、１・・・非同期機、４
・・・速度調節器、５・・・電流調整回路、７・・・制
御装置、１１・・・磁束模擬回路、１６・・・＆九量発
生器、１８・・・測定回路、２１・・・演算回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ａ）回転磁界機の回転子時定数に対する入力パラメ
   ータ（Ｔ）および運転データから模擬されたモデル磁束
   ＦＭｌの磁束方向（角ψＭ）を決定し、 ｂ）固定子電流の磁界形成（磁束平行）成分およびトル
   ク形成（磁束垂直）成分に対す餐　　　　　簀 る各目標値（’９，１＋’９）２）を予め与え、Ｃ）固
   定子電流（１）を前記両目標値から前記モデル磁束の磁
   束方向に応じて合成された固定子電流に制御する 回転磁界機の回転子時定数を決定する方法において、 ｄ）前記両成分のうちの一方の成分の目標値（１，）に
   時間的に一定でない変化をする外乱量（Ｋ）を重畳し、 ｅ）前記両成分のうちの他方の成分（Ｉ（ｐ２）によっ
   て決定される運転量（回転速度ｎ）し、 ｆ）前記外乱量と検出された運転量の時間的変化の相関
   関係を表わす相関量（ＩＫ（ｔ−Δｔ）・６（ｔ）・ｄ
   ｔ＝ΔＴの平均値）を決定し、 ｇ）前記回転子時定数に対する人力パラメータ（Ｔ）を
   前記相関量（ΔＴ）に応じてこの相関量がほぼ零になる
   まで変化させると鉱を特徴とする回転磁界機の回転子時
   定数決定方法。 ２）外乱量を固定子電流の磁界形成成分に対する目標値
   い９、）に重畳し、運転量として回・　　　ｄｎ 転磁界機の加速度（ｎ　＝　７−）またはそれから導出
   される量（回転連輪）を決定することを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の方法。 ３）周期的、統計学的、または擬統計学的な時間的変化
   をもった外乱量を重畳することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項または第２項記載の方法。 ４）ａ）回転磁界機（１）の固定子電流を調整する電流
   調整回路（５）と、 ｂ）回転磁界ｆ！Ａ（１）の運転データ（固定子電流１
   ）と回転子時定数に対するパラメータ゛とが供給され、
   回転磁界機の模擬された磁束の方向に対するモデル値（
   角度ψＭ）を出力する磁束模擬回路（１１）と、 Ｃ）前記電流調整回路（５）に前置され、固定子電流の
   磁束平行成分の目標値（Ｉ９１＋□）と磁束垂直成分の
   目標値（ｉ；２）と前記磁束方向モデル値とから前記電
   流調整回路用の入力量を供給する制御装置（７）と、ｄ
   ）時間的に一定でない変化をし、かつ前記両固定子電流
   成分のうちの一方の目標値に重畳される外乱量を発生す
   る発生器（１６）と、 ｅ）回転磁界機の外乱量が重畳されない方の固定子電流
   成分い、２）によって決定される運転量（加速度ｄｉ　
   ）の時間的変化を検出する測定回路（１８）と、 ｆ）この測定回路（１８）の出力と外乱量（Ｋ（ｔ−Δ
   １））とが入力され、外乱量および測定回路（１８）に
   よって検出された運転量の時間的変化に対する相関量（
   ΔＴ＝ｎ（ｔ）・Ｋ（ｔ−Δ１））を決定する演算回路
   （２１）と、 ｇ）前記相関量を回転子時定数／＜ラメータに重畳する
   重畳回路（積分器２５）と を具備したことを特徴とする回転磁界機の回転子時定数
   決定装置。 ５）外乱量は磁界平行固定子電流成分の目標値（、：、
   　）を伝送するライン（２）に設けられた加算器（１７
   ）に重畳され、測定回路（１８）は回転子加速度を検出
   する検出器、特Ｇこ回転速度検出器とこれに後置された
   微分回路（２０）とを含んでいることを特徴とする特許
   請求の範囲第４項記載の装置。 ６）演算回路（２１）の外乱量入力端に遅延回路（２２
   ）が前置されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   ４項または第５項記載の装置。 ７）外乱量発生器は２通信号列、特に２通信号の周期的
   、統計学的、または擬統計学的な列を発生することを特
   徴とする特許請求の範囲第４項ないし第６項のいずれか
   に記載の装置。 ８）演算回路（２１）は外乱量と測定回路の出力信号と
   を掛算する掛算器（２４）と、この掛算器（２４）の出
   力側に設けられた積分器とを含み、この積分器の出力が
   前記磁束模擬回路（１１）のパラメータ入力端に重畳さ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第４項ないし第６
   項のいずれかに記載の装置。 ９）外乱量発生器、遅延回路および演算回路、ならびに
   好ましくは磁束模擬回路（１１）および制御装置（７）
   もマイクロコンピュータであることを特徴とする特許請
   求の範、井筒４項ないし第８項のいずれかに記載の装置
   。