JPS5872387A - 誘導電動機のベクトル制御方法および装置 - 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】 本尭明は、誘導電動機駆動を行うすべり周波数制御形ベ
クトル制御、特−ζ電動機温度変化の影譬を受けること
な（すべり周波数の演算を行い得る制御方法および装置
に関するものである。

近都誘導電動機駆動におけるインバータやサイクロコン
バータによるベクトル制御は、直流横並みの優れた制御
性が誘導電動機（以下単に電動機という）を用いて実現
できることから、広く採用Ｐ３ されるようになってきた０これは直流機制御の原理に倣
い磁束と二次電流が常に直交するようにして効率よくト
ルクを発生させ、しかも磁束とトルクを独立に制御でき
るようにしたものであって、これによれば速度、トルク
等の運転性能上高速応答が得られるものとなる０％Ｉζ
すべり周波数制御形ベクトル制御といわれる方式は、実
用上積々の問題点をもつ磁束検出を行う必要がなく実用
性の高いものであり、電動機の一次電流を、磁束を発生
する磁束電流とトルク発生に寄与するトルク電流に分け
ることより、これら両者の分成値として一次電流の振幅
と位相の概念を含む周波数を制御するものである。また
その−次電流の制御手段には各種のインバータやサイク
ロコンバータなどの電力変換器が用いられている。この
代表例を第１図に示す。

第１図は従来のすべり周波数制御形ベクトル制御装置の
一例を示すものであり、これはコンバータｌ、直流リア
クトル２およびインバータ３からなる電力変換部より電
動機４に電力供給する電流て５はコンバータ制御回路、
６はインバータ制御回路、７は電流検出器、８は電動機
４に具備されたパルス発振器である。また、９は磁束電
流■φの設定指令およびトルク電流ＩＴの設定指令が与
えらレル演算器、１０は割算器、　１１は入力の逆タン
ジーントを微分する演算器、１２は係数器、１３は加算
器である。

ここに、演算器９はつぎの（！）式の関係より電流振幅
の一次電流指令１．４１を作成する例えばベクターマグ
ニチュードファンクシ謬ンであり、係誓器１２は割算器
１０出力の（ＩＴ／ＩＩＩ）　ｓｃ係数（ｒｌ”／’Ｉ
Ｉ！”　）　　を乗じるものである・たたしｒ−は電動
機の二次抵抗の設定指令ｓ　ＬＨ”は二次自己インダク
タンスの設定指令である。

■−＝〜古；７〒７ｉ不一　　　　　　・・・・　（１
）したがって加算器１３出力、すなわちすべり角周波数
指令ω１町才つぎの関係式−ζよるものとなる。

５ これより、コンバータ制御回路５は電流検出６７により
与えられる一次電流１１の振幅が一次電流指令１１半き
一致するようコンバータ１を制御し、インバータ制御回
路６は（３）式により一次電流１．の角周波数ω１を定
めて実際のすべり角周波数町をすべり角周波数指令ωｔ
と一致させるようインバータ３を制御する。

ω１＝−ｉ＋ω−・・・・・・・（３）たたしωヨは電
動機−転角周波数であり、これはパルス発振器８により
得られる。

かくの如き従来装置は、電動機４の一次電流Ｉ。

の振幅とすべり角周波数ω、が過渡時をも含め常１ζ−
次電麺指令■−とすべり角周波数指令ω−に一致すれば
、実際の磁束電流とトルク電流が前記設定指令に等しく
なって性能のよいすべり制御形ベクトル制御を行うこと
ができるものとなる。しかし、これも係数器１２の係数
（ｒｍ／Ｌｍ）が実際の二次抵抗【２と二次自己インダ
クタンスＬ、の比（ｒｘ／Ｌｘ）Ｉｃ−ｍした場合であ
り、さもなくば磁束電流、トルク電流の実際のものと設
定指令が一致しないばか６ りか、前述の両者の独立制御性も失われて高性能制御は
実現できないもの１ζなる。特に、二次抵抗ｒ、は電動
機ロータの温度が運転中に大巾に変るために大きく変動
する課題があり重要な問題点となるＯ 本発明は上述したような点に鑑みて、二次抵抗値を電気
的緒゛量から格別に得るようにした制御方法を提供する
とともに、かくの如く得られる二次抵抗の好適値を用い
てすべり角周波数の設定指令値を補償するよう効用せし
めた装置を提供するものである口取下本発明を図面に基
づいて説明する〇第２図は本発明による実施例の制御系
統を示すブロック図で、６′はインバータ制御回路、１
３′は加算器、１４は電圧検出器、１５は無効電圧検出
回路、１６は二次抵抗検出回路、１７は定電圧装置、１
８は減算器、１９はフィルタ機能をもち出力保持−の機
能を備える利得ｌの増幅器、２０は乗算器、２１は係数
（１／Ｌ！”）を乗じる係数器である。図中第１図と同
符号の部分は同じ機能を有する部分を示す◎このように
示されるものは第１図に類して電流形インＰ７ バークが用いられてなる一例のものであり、以下の詳細
説明に当たって第１図装置と同一部分の一例は省略する
◎ すなわち、第２図において、電圧検出＠１４は三相の一
次電圧瞬時値ＶＵ　ｅ　ＶＶ　ｐ　ＶＷを与え、無効電
圧検出回路１５は一次電流■１の位相を表わすディジタ
ル１６号ｒから一次電圧ｖ１の無効分（ｖｌ−ψ）を鼻
出し、二次抵抗検出回路１６は（Ｖｓ−ψ）、ωｈωＩ
＊１１の入力イｄ号を得て実際の二次抵抗ｔ、の値を導
出する。ここで、すべり角周波数指令ω−詔よび一次電
流指令１１”Ｊこ代えて角周波数ω１．電動機回転角周
波数ω工の（崎−６Ｍ月こより＊側したすべり角周波数
および電流検出器７により検出した一次電流の値を用い
るようにしてもよい・しかしコンバータ制御回路５やイ
ンバータ制御回路６′の部分が正常６ζ動作しておれば
（ω−麹ω５Ｌ（Ｉｓ”５ｗｌ１）が成立し、さらには
信号リップル等の少ないω−＋１１辛の方が演算上好ま
しい。

ここに、定電圧装置１１１７は二次抵抗の設定指令ｒ−
を与えるものであり、減算器五８にて（ｒｌ　、−）が
得算器２３１こて増幅器２２出力と割算器ｌＯ出力の積
が求められこれに係数器２１にて係数（１／Ｌｍ”）が
乗ぜられるものとなる＠したがって係＃器１２と係数器
２１の出力を加算すると、 の関係が得られ、このようにして真の二次抵抗ｒ。

の値を使用したものに変わっていることがわかる・かく
の如く、第２図装置は、すべり角周波数指令ωａ崇の信
号発生を係数器１２出力にさらに係数器２１出力を加算
して補償する回路部分が付加されてなるものであり、電
動機４のロータ温度の如何にかかわらず正しいすべり角
周波数の演算が可能となって弛めて有効にすべり周波数
制御形ベクトル制御を集塊する。

つぎζζ、Ｉｓ３図〜第５図を参照して本発明の基本技
術思想を詳細説明する。

第３図は電動機−相の一次換算勢価回路を示すものであ
って入力（Ｖｌ　＊　Ｉｔ　）　ｅ出力ＣＶｚ　、　Ｉ
ｓ）　ｆ！る４９ 端子回路図であり、さらには第３図を変形してインダク
タンスＬと抵抗Ｂの直列回路に変換したものが第４図で
あるＯ ここに、第３図に示す回路を、インピーダンスｘ１の直
列回路部分ＣＩ）１　ｓ　ｒｌ　ｅ　ｘｌ　ｔ　ｘｏの
抵抗とインピーダンスからなるＴ１１回路部分Ｃｐｌお
よび（ｒｊ／８）の並列回路部分Ｃｐｌによる縦続接続
と考えるＯさらには、これを第４図の４端子網より、公
知（共立全書、電子回路１．第３章記ａ）の如くそれぞ
れのＦマトリクスの積として全回路Ｆマトリクス（）１
）が求められ、つぎの（５）式によって求める。

・°（５） ＩＯ また館４図にあけるインピーダンスを２としく１．＝Ｏ
）とすると、つぎのようにムる。

ｌｉｆ１＝ＡＥｇ　　　　　　　−−−（６１１ｓ＝ｅ
１ｍ　　　　　　　・・・・・・・・・・・（７）とな
る。ただしく８）式の算出にて（９）式の関係を使用す
るようにした０ これより第４図におけるインダクタンスＬｌよ（８）式
の虚数部からａ・式のようになる。、Ｐｉｌ この０１式を二次抵抗ｒ８について解けばＯＩ）式とな
る。

さらに、第４図回路をベクトル例示すれば第５図のよう
になり、ここにφは力率角である０したがって、インダ
クタンスＬは ■３　ｍφ＝（Ｉｌ、ＬＩ。

、’、Ｌ＝（Ｖｌ−ψ）／ωｔ１１　　　　　　　・・
・・・・・・・・ａりとなり、インダクタンスＬを一次
電圧ｖ１の無効分（ｖＩ＆ＩＪ１φ）を得ることにより
求めることができる。

またこのインダクタンスＬを４１１１式に代入して二次
抵抗ｒ１が求められるものとなる。

つぎにまた、第２図装置の無効電圧検出回路１５および
二次抵抗検出回路１６の具体例を第６図および第７図に
示す０ 第１ＩＣ１第６図に示す制御系統においては、１５ａ　
、　１５ａ’、　１５ａ’は前記ディジタル信号ｒを得
てこれを三相の余弦波信号■ｒ、（２）（ｒ−（２／３
）π）。

（２）（ｒ−（４／ａ）ｇ）　　ｓζそれぞれ変換の上
信号発生する関数器であり、これらは例えばリードオン
リ・−メモリとディジタルアナログ変換器より構成可能
なものである０また１５ｂ　、　１５ｂ’、　１５ｂ’
は乗算器であり、これら乗算器１５ｂ　、　１５ｂ’、
　１１）ｂ’より三相の余弦波信号部ｒ、■（ｒ−（２
／３）π）、ａｍ（ｒ−（４／３）π）と−次電圧瞬時
値ｖＩＪ、マｖ　ｔ　Ｖｙが乗算されて各相の無効電圧
成分が与えられる。さらに１５ｃは加算器であり％仁の
加算器１５ｃによりいままで各相それぞれ独立番ζ演算
してきた成分が加算されることによりリップルの少ない
一次電圧ｖ１の無効分（ｖｌ−φ）の信号を発生するこ
とができる＠ここで、本具体例は二次抵抗の温度補償の
ため用いられるものであるから、高速演算の必要なく各
所にローパスフィルタを挿入し、さらには電流と９０６
の位相差をもつ成分を堆出す方法は他のものであっても
よく種々変形したものを用いることができる・第２に、
第７図３ζ示す制御系統にあっては５１６ｍは前記無効
分（Ｖｔ−φ）を角周波数叫、−次電流指令１１秦にて
それぞれ除する割算器、１６ｂは係数（Ｌり”１３ を乗しるｇＡ数器、１６ｃ　、　１０Ｃ′は減算器、１
６ｄ　、　１６ｄ’は例示の値の電圧レベルをそれぞれ
与える定電圧装置、１６ｅは減算器１６ｃ出力を減算器
１６Ｃ′出力で除しさらにその平方根をとってすべり角
周波数指令ω８米を乗じる演算器である。かくの如きも
のは、割算器１６ａがａ湯式から明らかなようにインダ
クタンスＬの値を導出し、演算器１６・がａ１式の如く
二次抵抗「３を信号発生するものとなる。

このようにして第２図装置は、詳述した如く電動機等価
回路のり、Ｒによる直列回路の変形に基づきインダクタ
ンスＬと二次抵抗「１の関係を求めておくことにより、
−次電圧の無効分が測定されてインダクタンスＬの値が
求められ、二次抵抗口を温度の影響を受けることなく電
動機諸量から得ることができるものであり、これより電
番こ正確な指令値演算を行うものとしてベクトル制御を
効用するものである０なお第２図の制御系統に付加され
た増幅器１９を、実用上例えば軽負荷時、低周波時、停
止時勢の状態の際、つまりフィルタ！に＊＠やｔｔｏ　
、　ａｍ式の正確な演算が行なえない場合には出力１４ 保持機能を奏しあるいは起動時出力を零リセットする機
能を作用させるように用いることが望ましく嘱Ｏ 以上説明したよう１こ本発明によれば、電動機の温度変
化にとられれずすべり周波数の演算を行い得る一導電動
機のベクトル制御方法および装置を提供できる・

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のすべり周波数制御形ベクトル制御装置の
一例を示すブロック図、第２図は本発明による実施例を
示すブロック図、第３図〜第５図は本発明の基本技術思
想の理解を容重にするため示したものであり、それぞれ
第３図は電動機−相の一次換算等価回路、第４図は第３
図の変形等価回路図、第５図は第４図のベクトル図であ
る。また第６図、第７図は第２図装置の無効電圧検出回
路部分、二次抵抗検出回路部分の具体例を示す制御系統
図である。 ４・・・・・誘導電動機（電動機）、５・・・・コンバ
ータ制御回路、６　、６’・・・・・インバータ制御回
路、９゜ＰＩ３ １１　　　演算器、１０　　・割に器、１２　、２１−
　係数器、圧− １５無幼電寺検出回路、１６　　・・二次抵抗検出回路
、２０・・・乗算器、Ｌ　　インダクタンス、Ｒ・抵抗
。 特許出願人 東洋電機製造株式会社 代表者　土　井　　　厚 １、’！！ｎｊｌｌｉ’；！ｔｉ（−’ンと’、ｔ　８
７（５）為１１　　閉 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　すべり周波数制御形ベクトル制御装置を用い
   て誘導電動機を駆動する方法−こおいて、インダクタン
   ス化）と抵抗（川からなる４端子網薯ζ変換せしめた電
   動機変換回路により、二次抵抗の値を、ζこにＬｌ　＃
   　Ｌｌ　ニー次、二次自己インダクタンス１１　、１２
   　ニー次、二次漏れインダクタンスＭ：相互インダクタ
   ンス 町：すべり角周波数 の演算式より導出するようにしたことを特徴とする誘導
   電動機のベクトル制、御方法・
2. （２）誘導電動機を駆動するすべり周波数制御形ベクト
   ル制御装置において、インダクタンス化）と抵抗（Ｒ１
   からなる４端子網番ζ変換せしめた電動機変換回路を構
   成するとともに、二次抵抗検出値をすべｒ　Δ り角周波数（ωＳ）の入力値を得て、 ζこ一ζ１４１　Ｉ４　ニー次、二次自己インダクタン
   スｊｌ　＊　Ｇ　ニー次、二次漏れインダクタンスＭ：
   相互インダクタンス の演算式より導出せしめる二次抵抗検出回路を設け、こ
   の二次抵抗検出回路の出力を前記すべり角周波数（ω１
   ）の指令値の補償信号とするようにしたことを特徴とす
   るすべり周波数制御形ベクトル制御装置。