JPS59122392A - 誘導電動機の制御装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明はトルク電流成分と励磁電流成分とを、分けて指
令することのできる誘導電動機の制御装置ｌこ関するも
のである。

〔従来技術〕

誘導電動機の１相分の等価回路を示すと、第４図に示す
ようになる。

すなわちＸ、は１次洩れリアクタンス、ｒｌば１次抵抗
、ｒｌ、け２次抵抗（１次換算値）、ｘｍは励磁リアク
タンスである。この図では２次洩れリアクタンスは省略
しである≠２．こ１１ば、わずかなので無視して考えて
も大きな影響はない。

さて、このような回路において、励磁リアクタンスｘｍ
を流れる電流（磁束に寄与する電流であり以下励磁電流
と呼び工ｍと略す）と、２次回路ビ、を流れる電流（ト
ルクに寄与する電流であり、以下トルク電流と呼び工ｔ
と略す）を独立に制御する場合、周波数変換手段の入力
電圧ｃ以下Ｖａごと略す）の値は、次のように決める必
要がある。

すなわち周波数変換手段としてインバータを用いた場合
は、インバータの出力線間電圧の最大出力は、第２図に
示す波形となり、基本波の最大値は（２ｒＶＫ）ｘＶｄ
ｃとなる。

この基本波電圧は、インバータに於ける電圧降下分、線
路抵抗による電圧降下分等を考慮すると、誘導電動機の
端子電圧よりは大きいことが必要であり、工ｍ、工ｔが
定格値である場合、定格トルクで運転できる最高回転数
を考慮して、次式を満足させる必要がある。

（２１／−ｘＶｄｃ）日ｘ　ｆｉｘ　ｌ　（ｊｘｍｉｍ
＋（ｒ、　＋ｊｘ、　）（ｉｍ＋ｉｔ　）ｌ−・・−・
・−・−（１）Ｖｄｃけ（１）式で決定される値で、−
次電流指令値に実際の一次電漆工、が精度よく追従でき
る最小値（以下これをインバータ定格入力重圧と呼ぶ）
τ に選すば、インバータの主スイツチング素子の耐圧特性
の点から経済的′７′ある。Ｌ２かしながら定常的に工
ｍを一定とし、工ｔを所要トルクに応じて制御する場合
、Ｖｄｃが前述の定格入力電圧より低下した場合には、
指令値通りに工ｍは流れることができず低下する。

数９換手段の入力側電圧雀低下した場合には、工ｍｙ一
定値として制御すると指令値通りの工ｍ−；流れ得ない
ことがあり、そのため制御系値ｚ不安定となり、トルり
応答が悪化し、速度ノ１ンモン〃゛等の不具合を生じる
ことがあった。

〔発明の目的〕

本発明にこのような点に鑑み成されたものであり、そに
目的とするところは、入力電圧≠２変動しても、安定な
制御を行うことができる誘導電動機の制御装置を構成す
ることにある。

〔発明の概要〕

本発明は周波数変換手段を用いた誘導電動機の制御に於
いて、周波数変換手段の入力側電圧の大きさに応じてＩ
ｍを指令することができるようｌと構成することを特徴
とする。

周波数変換手段としてはサイクロコン／く一夕やインバ
ータを用いること値；できる。インノく一部ｌこ於いて
は、直流入力から交流出力を得るものであるが周波数零
から、所定周波数の交流へ変換するものであると考えれ
ば、一種の周波数変換手段であると考えることができる
。

さて、第３図は誘導電動機各部のベクトル図である。こ
の図に於いてＩｍは励磁リアクタンスを流れる励磁電流
、１ｔａｚ次回路を流れるトルク電流、士、は１次電流
、ｖｍは励磁リアクタンスによる誘起電圧でｘｍｘ工ｆ
ある。Ｖｒは１次電流と１次抵抗による電圧降下でｒＩ
×工、である。

ｖｘｔｌｉ１次電流と１次洩れリアクタンスによる電圧
降下で工、ＸＸ、である。ｖｌは１次電圧（Ｖ。

と略す）である。

ここで工ｍと工もとの成す角は９０度であり、工ｍと工
、との成す角をαとすると、次式≠２成り立つ。

”　ｒ＋ｌＩ＋ｌ　５ｉｎｃＪ　）　”　　　−−−−
−（２）となる。

ここで 従って（５）式は ｑメＩ叶（−十χ＋）Ｉ酬１士にＩｔ　−−−−（６）
七なる。

Ｖｄｃが与えられると（１）式を導出した場合と同様の
考え方によって（２［／；ｙＨηｃ＞Ｖ５λ匹管、を満
足しなければならな囚。

また工ｔ、ｒ□、　ｘ、　、　ｘｍ　け誘導電動機の特
性から定まるので■１の値が求まれば（７）式ｌこよっ
て工ｍを求めることができる。

■ｍ≠２求まれば（３）式Ｊこよって工ｍと工ｔとを代
入することにより工、を求めることができ、Ｖｃｌｃを
考慮して、指令値ど訃／）ｌこ電流を流すことができる
。なお電圧検出手段−こよってＶｄｃの値全検出する雀
、周波数置換手段としてＰＷＭインバータを用いｆｃ場
合にばパルス波の波高値を検出することにより、インバ
ータの出力側でもＶ４ｃの値を検出すること値２できる
。

〔発明の実施例〕

以下第４図に示す本発明の実施例について説明する。１
は三相交流Ｎ流、２は三相誘導電動機、３．４は電源１
ど電動機２との１１ｆＩＩＣ接続した三相全波整流回路
及び周波数変換手段上してのベクトル制御インバータで
ある。

インバータ４ば６つのトランジスタ５ａ〜５ｆと６つの
帰還〃゛イオードａ〜６ｆとで構成する。

７は速度設定器、８は電動機２の回転速度に比例したパ
ルに数を発生する速度検出機、９け速度検出機８の出力
を受け、これを電動機２の回転速度に比例したアナログ
信号に変換するｆ換回路である。

１０け速度設定器７の出力に対し、変換回路９の出力を
減算する減算器、１１は減算器１ｏの出力を比例積分演
算する誤差増幅回路である。

この出力はトルク電＃、成分指令１℃となり、ベクトル
演算回路１２及びすべり角周波数出力回路１３に送られ
る。

１４け加算器で、変換回路９の出力信号すなわち実際の
角速度ｗｒとすべり角周波数出力回路１３の出力ＷＳを
加算し、ｗ、＝ｗｒ＋ｗｓとして出力する。Ｗｌけ電動
機２に与える角周波数であり、こ′ｒＬは電圧制御発振
回路１５へ送られる。そしてここでＷｌに同期した角周
波数の正弦波信号５ｉｎＷＩ　と余弦波信号ｃｏｓｗ□
に変換され、ベクトル演算回路１２に送られる。

１６は電動機２の励磁電流成分指令１ｍを与える励磁電
流成分設定手段である。こｎは電圧検出手段３０からイ
ンバータ４の入力電圧■ｄＣを受け、＾ こｎ１ｖ、　　とみなし、且つＩｔｍ＠ｘを工ｔの代り
に（７）式に代入して工ｍを得る為の励磁電流成分指令
ｉｍ？求めるようにする。

インバータ４に依る電圧降下に、一般にはＶｄｃのト％
程度なのでＶ、げ■ｅＣに極めて近い値までとることが
できる。従ってｖｄｃ’ｌ検出してこｔ’Ｌ　ｆ　Ｖ　
、と置きｑえても問題ない。

また工ｔｍａｘ　は誘導電動機の定格やインバータの最
大許容電流に依って規定される工ｔの最大値である。

ベクトル演算回路１２内で励磁電流成分指令１ｍはトル
ク電流成分指令１℃より９０度位相−Ａｒ遅れで角周波
数ＷＩの交流２相信号ｉｍ’、ｉｔ’となる。

この交流２相信号１ｍ′と１ｔ′け２相３相変換回路１
７で３相に変換される。

電流比較回路１８は電流検出器１９で検出した組型ｆｆ
、を取り込み、この値と２相３相変換回路１７夏 の出力とを比較し、この窯が所定値内になるようニ：ｔ
　ン、　オフ信号を作り、この信号をトランジスタ駆動
回路２０へ送る。トランジスタ駆動回路２゜末り けトランジスタ５ａ〜５ｆを匠御する。その結果電動機
２は速度設定器で設定した速度に応答層（制御される。

なおトルク電流成分指令手段汀全体を４０で、励磁電流
成分指令手段は全体を５０で示す。Ｃは平滑用コンデン
サである。

さて、励磁電流成分指令手段１６の入出力特性を前述の
（７）式を満足するように第５図のようなパターンとす
る。第５図に卦いて横軸は前述の■ｄｃ縦ｍは励磁電流
成分指令値ｉｍ、！３１は入出力特性曲線、８２は誘導
電動機２の運転範囲、８３け定格トルク領域、８４は定
格トルクよりも低減したトルクでＭ転を行う低減トルク
領域、８５け定格トルクと低減トルクの切換えとなるイ
ンバータ直流入力電圧で、前述のインバ〜り定格入力電
圧、８６は励磁電流指令値の定格値を示す。

さて、インバータ直流入力電圧が定格値以上で定格トル
ク領域で運転中ば、第４図の励磁電流成分指令値ｉｍけ
定格値となっており、磁束演算器６５の出力も定格値と
なっている。一方すべり角周波数ＷＳに、磁束の定格Ｍ
全φｎ、トルク電流を工を比例定数をに、とすると、次
の式で表わされる。

Ｗｓ−に、（工ｔ／φ）・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・（８）この演算はす
べり角周波数出力回路１３で成される。この値Ｗｓと誘
導電動機の実速度Ｗｒが加算さｎ、１次角周波数Ｗ、と
なる。以上の励磁電流成分指令値ｉｍ、トルク電流成分
指令値１ｔ、１次角周波数Ｗ１により、３相の１次電流
−２指令され、インバータ４により電力増幅され、誘導
電動機の速度制御が行われることになる。この場合誘導
電動機が発生するトルク了ｎけ、比例定数を烏とすると
き ”ｉ’ｎ−に、・φｎ・Ｉｔ　曲面・・・曲面四囲（９
）となる。

ところで、インバータ直流入力電圧が低下し、定格入力
電圧以下となった場合には、これに応じて第５図の特性
により、励磁電流指令値を下げ、指令値通りの励磁電流
を流す。

工ｍ≠ｚｑ化Ｌｉ場合、磁束φけ第１図に示す誘導電動
機等価回路の励磁インダクタンス全１ｍ、−９プラス演
算子をＳとしｔ場合 φ−工ｍ　−１ｍ／　（１＋Ｓ　（１ｍ／ｒ：　））　
間、・（１０’）で表わされ、この演算を磁束演算回路
６５で行い、すべり角周波数の演Ｘを前述と同様に（８
）式で行う。

この場合の誘導電動機発生トルク′７は了−に、・φ・
Ｉｔで表わされ、磁束の定格値φｎｌこ対するφの比を
に、とすれば、７−に、−に、ｄｎ工ｔ＝に、。

′ｃｎとなり、定格入力電圧のトルクよりも低減したト
ルクとなる−２、トルク電流指令値ｌこ対する発生トル
クの線形性に失なわれず、良好な速度応答値２得られる
。

第６図は本発明の異なる実施例である。この実施例に於
いては励磁電流成分指令値１ｍを与えたときの工ｍｆ入
力として（１１）式に依りトルク電流の最大値Ｉ’ｔｍ
ａｘを演算する回路９１−：付加される。

Ｉ’ｔｍａＸ−Δ「π・・・・・・・・・・・・・・・
・・・（１１）但し丁、はトルク電流成分指令が誤差増
幅器１１から与えられるもので、励磁電流成分指令が第
５図に示した区Ｒ８３の値をとったときの１次電流であ
る。

またトルク電流指令値選択回路９３を付加される。

この選択回路９３ば、誤差増幅器１１の出力≠；回路９
１の出力よりも大きいか等しいときには誤差増幅回路１
１の出力を出力するが、誤差増幅回路１１の出力≠；回
路９１の出力よりも小さいときには回路９１の出力を、
そのまま出力するようにする。他は第４図に示したもの
と同じである。

第７図は回路９工の特性全示し、１ｍの指令値に対する
工ｔ’ｍ　ａ　Ｘの関係を示している。

本発明は以上の実施例に限定されるものでなく種々の変
更が可能である。

例えば上記実施例では電流基準インバータ制御を用いた
場合ｌこついて説明Ｌｆｃ九、電圧基準インバータ制御
を用いた場合にも実施可能である。

また電圧検出手段は、整流回路の入力側の回圧を検出す
るようにすることも可能である。

〔発明の効果〕

本発明に上れば周波数Ｖ換羊段の入力側電圧の大きさに
応じて励磁電流を指令［７、この指令値を目標値として
励ｍ電流を流すことができるため、トルク電流を制御す
ることによって入力電圧が低下した場合も、良好なトル
ク制菌を実現できる効柴がある。

従って、バッテリ、省気血用架線など広範囲の電圧変動
のある電源を使用して、誘導電動機をベクトルＩＪ御す
る場合に実施して、特に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は誘導電動機の等価回路図、第２図インバータの
出力電圧波形の一例を示す図、第３図は誘導電動機の電
圧と電流の関係を示すベクトル図、第４図に本発明装置
の実施例を示す回路図、第５図は入力電圧対励磁電流の
関係を示す図、第６囚は本発明の異なる実施例を示す回
路図、第７図は励磁電流対トルク電流の関係を示す図で
ある。 １は電源　２は誘導電動機、４は周波数変換手段の一例
を示すインバータ　１６け励磁電流成分指令手段、３０
は電圧検出手段　４０はトルク電流成分指令手段　５０
は制御平段↑ある。 会社 習志野車乗習志野７丁目１番１ 号 手続補正書 事件の表示 昭和５７年特許願第　２２６８８９号 発明の名称 誘導電動機の制御装置 補正をする者 ２’ｌ　　　Ｆ：　　　　ｔｓ＋ａ＋林式会？ｆ　　口
　　立　製　作　チェ　　　　　　　′− 住　所　　　　　千葉県習志野市東習志野７丁目１番１
号名　称　　　　　日立京葉エンジニアリング株式会社
代表者　　柴　１）勝次部 代　　　理　　　人 補正の対象 願書、明細書、図面及び委任状 補正の内容

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｎ頭上誘導電動機との間に、周波数変換手段を接続
   し、該周波数変換手段を介して前記誘導電動機を付勢す
   るようにしたものに於いて、前記周波数変換手段の入力
   電圧の大きさを、検出する電圧検出手段と、該検出手段
   による検出情報に基いて前記誘導電動機の励磁電流成分
   指令を定める励磁電流成分指令手段と、前記誘導電動機
   のトルク電流成分指令を定めるトルク電流成分指令手段
   と、該トルク電流成分指令手段及び前記励磁電流成分指
   令手段で指令した値を目から成る誘導電動機の制御装置
   。 ２、前記励磁電流成分指令手段は励磁′ζ流一定を指令
   しており、前記電圧検出手段値；前記入力側電圧の一定
   値以下を検出したときに、前記励磁成分指令を下げるよ
   うに構成したことを特徴とする特許請求の範囲第４項記
   載の誘導電動機の制御装置。 ３、前記トルク電流成分指令手段は、前記電圧検出手段
   が前記入力側電圧の一定値以下を検出したときに、トル
   ク電流成分指令を相対的に大きくするように構成したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の
   誘導電動機の制御装置。 ４、前記周波数Ｖ挨半段としてインバータを用いたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３項記載の
   、いずれか１つの誘ａ電動・機の制ａ装置。 ５、前記周波数変換手段として廿イクロコンバータを用
   いたこと召・４５徽とする特許請求の範囲第１項ないし
   第３項記載の、いす名、か１つの誘導電動機の制＃装置
   。