JPS5915266Y2 - 誘導電動機のスリツプ周波数制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （利用する産業分野） 本考案は、誘導電動機のスリップ周波数制御装置の改良
に関する。

（技術の背景） 分巻直流電動機のトルク発生原理を基本として、誘導電
動機の固定子電流の瞬時値制御によって、分巻直流電動
機と特価なトルク発生方式とする誘導電動機のベクトル
制御方式は、トルクの変化に対応して主磁束一定になる
ようにスリップ補正を行なう一種のスリップ周波数制御
である。

アナログ式によるスリップ周波数制御においてはその精
度に限界があり、ディジタル演算方式によるパルスジェ
ネレータを用いたスリップ周波数制御方式が特願昭５２
−９８９９１ｒ誘導電動機の制御方式」において提案さ
れている。

（従来の実施例） 第１図は、従来のスリップ周波数制御方式の基本構成図
である。

１０１は２札止弦波発生器、１０２．１０３は電流アン
プ、１０４．１０５は電流検出器、１０６は誘導電動機
、１０７はタコゼネレータ、１０８は速度制御アンプ、
１０９はゲイン調整器であり、１１３．１１４は乗算器
、１１６゜１１６はモータ固定子巻線である。

第１図の回路については、特願昭４９−８２２５８（特
開昭５ｌ−１１１２５） ｒ誘導機の制御装置」、ある
いは特願昭４９−７２６３７（特開昭５ｌ−１９２１）
「ベクトル制御による誘導電動機の自制運転方式」に、
それぞれの詳細が説明されているが、ベクトル制御を実
現するためのスリップ周波数条件は（１）式で与えられ
る。

φ＝ ｊ＋Ｋ。

１２・・・・・・（１）式ただし、ψは主磁束回転角速
度（モーター次電流角周波数）、δはモータ回転角周波
数であり、Ｋｏξｒ２／ （１ｍ −ｉｍ）である。

ここで、ｒ２は２次抵抗、１ｍは１相当りの励磁インダ
クタンス、ｉｍは主磁束成分電流、１２は２次電流でト
ルク成分をあられす。

第１図は（１）式を満足させるφ指令回路をアナログ回
路で実現したもので、モータ回転角周波数θ相当の信号
は線１１０に、スリップ角周波数相当分Ｋｏｉ２の信号
は線１１１にあられれる。

これら２つの信号が加えあわされて線１１２に主磁束回
転角速度ψに相当する信号があられれる。

２札止弦波発生器１０１によって発生する互いに９０°
位相の異なる正弦波信号ｅα、ｅβ、７ｅ（ｅβの反転
信号）と２次電流信号ｉ２および乗算器１１３゜１１４
により、２相固定子電流１１α、１１βを作り出してい
る。

第２図は、第１図における信号ｅα、ｅβ、ｅβを発生
させる回路の詳細図である。

端子２０１ 、２０２にはそれぞれモータ回転角周波数
δ、２次電流戊分に対応するトルク指令信号１２が入る
。

２０３〜２０８は抵抗、２０９は演算増幅器、２１０は
電圧−周波数交換器、２１１は基準正弦波発振器、２１
２は２相ビ一ト発生器、２１３．２１４はローパスフィ
ルタ、２１８は反転回路である。

抵抗２０３は端子２０１、２０２の入力がＯＶのとき電
圧−周波数変換器の出力周波数が基準正弦波発振器２１
１の周波数と同一になるように調整される。

抵抗２０６（ゲイン調整器１０９）は定数Ｋｏを設定し
、演算増幅器２０９の出力はδ＋Ｋｉ２に相当したもの
、つまりψに相当したものである。

このψに相当する周波数と基準正弦波のビートをとって
、ローパスフィルタ２１３．２１４を通すことにより端
子２１５．２１６．２１７から正弦波信号ｅα、ｅβ、
ｅ７が送出される。

このアナログ方式では基準正弦波発振器２１１の発振周
波数が温度ドリフトで変動したり、演算増幅器２０９の
出力の温度ドリフト、あるいは抵抗２０３、２０６の調
整が困難であるなどの問題点がある。

（本案の目的） そこで、本案は従来の第２図に対応する回路をレゾルバ
信号を用いて、ディジタル的に構成し、特に低スリップ
モータに適用して有効な高精度のディジタルスリップ周
波数制御装置を提供することを目的とする。

（本案の実施例） 第３図はレゾルバ励磁巻線の励磁回路図を示し、第４図
は本案実施例を示すブロックダイアダラムである。

３０１は基準クロックパルス発生器、３０２は分周回路
、３０３は２相励磁回路、３０４．３０５はレゾルバ励
磁巻線、３０６は検出巻線である。

分周回路３０２の出力周波数をｆｒ、角周波数をωｒ＝
２πｆｒとすると、レゾルバ励磁巻線３０４．３０５に
はそれぞれ２相正弦搬送波ＣＯＳ ωｒｔ、 ｓｉｎ
ωｒｔなる信号が与えられる。

θｅはレゾルバのロータ回転電気角で、その回転速度Ｎ
の関数となる。

すなわち、レゾルバの回転電気角θｅはレゾルバの回転
周波数をｆｅとすればθｅ＝２π／ ｆｅｄｔで与えら
れるが、レゾルバが直結されたモータ回転数がＮ、レゾ
ルバ極数がＰｒでＰｒ あるのでｆｅ＝ｗとあられされる。

したがって、ＮＰｒｄｔである。

端子３０７にあられれるθｅ＝２“ｆ刊■ 出力電圧ｅｒは、（２）式で与えられる。

ｅｒ＝Ｅｒｓｉｎ （ωｒｔ＋θｅ） Ｅｒｓｉｎ Ｃ２πｆｒｔ＋２ ｙｒｆ 封註ｄｔ）
・−−−（２）式第４図において第１図と同一符号は同
一の部分を示しており、４０１はレゾルバ、４０２はレ
ゾルバ４０１からの信号ｅｒを入力し矩形波に変換する
波形整形回路、４０３で波形整形回路４０２の出力信号
を（２）式の電気角θｅの票がモータ回転角周波数と等
しくなるような分周比ｎｒで分周する分周回路で、この
ときキャリア（搬送波）角周波数ωｒ＝２πｆｒも毒に
分周される。

４０４は後述する２相ビ一ト発生器、４０５．４０６．
４０７．４０８はローパスフィルタ、４０９は分周回路
で゛、パルスｖ６あるいはｖ６′をωｒ／ｎｒ−ω１／
ｎｌ＝ω・・・・・・（３）式を満足する分周比ｎ１で
分周する。

４１０は絶対値回路、４１１はＫ。

設定器、４１２は電圧周波数変換器、４１３．４１４は
同期整形回路、４１５〜４１８はナンド（ＮＡＮＤ）回
路、４１９は極性判別回路である。

トルク指令信号１２は、ゝ、モータの回転方向が正転時
で加速する電動動作のΣきは負、減速する制動動作のと
きは正の電圧極性となり、逆転時で加速するときは正、
減速するときは負になる。

なお、一定回転数のときはそのときの負荷に応じたほぼ
一定の値を保つ。

同期整形回路４１３．４１４は第６図に示すように、反
転回路６０、ナンド回路６ＬＪ−にフリップフロツブ回
路６２で構成され、φ２に対してＳＤｌを出力するとき
のタイムチャートを第７図に示しており、真に対してＳ
Ｄ２を出力する場合は同様に考えられるので省略しであ
る。

２相ビ一ト発生器４０４は第８図に示すようにローパス
フィルタ８０．９０°移和回路８１．乗算器８２゜８３
、反転回路８４で構成されている。

第５図は、第４図の各部の信号波形を示すタイムチャー
トで、φ。

は基準クロックパルス発生器３０１（第３図）から送出
される基準クロックパルス、φ１，６は基準クロックパ
ルス６をτに分周したパルス＾はパルスもの否定論理を
とったパルスである。

■は電圧、ｔは時間、０． １は論理レベルをあられし
ている。

（動 作） 本案の動作を第３図、第４図および第５図を参照して説
明する。

まず、速度指令Ｎ（正転指令）として正の電圧が与えら
れると速度制御アンプ１０８からはトルク指令信号１２
が負電圧としてあられれる。

このトルク指令信号１２が絶対値回路４１０に入力され
たのち、Ｋ１設定器４１１で札倍され、スリップ角周波
数相当の信号Ｋ。

１２をつくり、この信号Ｋ。らが電圧−周波数変換器４
１２においてＫ。

１２に比例した周波数のパネル■、に変換される。

このパルス■Ｆは同期整形回路４１３．４１４において
それぞれパルスφ２．真と比較され、同期整形回路４１
３では、パルスＶＦと分周されたパルスφ２により第７
図に示すようにパルスＳＤ１が生成され、同期整形回路
４１４から■ＦとパルスＫにより同様にしてパルスＳＤ
２が出力される。

また、トルク指令信号１２の極性は負であるから、極性
判別回路４１９の山留４２２は論理“１”となり、出力
４２３は論理“１”となってナンド回路４１６のゲート
が開かれる。

ナンド回路４１６を通過した同期整形回路４１４の出力
パルスＳＤ２は第５図に示すようにパルスφ１の一部を
間引くように作用し、ナンド回路４１８がらはパルスＶ
６′が得られる。

このパルスＶＧ′は分周回路４０９、Ｄ−パスフィルタ
４０８を経て次式であられされる正弦波出力信号ｅ１′
となる。

ｅｌ ’ −” ＥＩ Ｓｉｎ （（ａ）ｊ−θＳ／
ｎ□） ””（４）式ただし、θｓ／ｎ１はすべり角周
波数をあられす。

また、誘導電動機１０６に連結されたレゾルバ４０１の
検出巻線３０６の出力信号ｅｒは（２）式からｅｒ＝Ｅ
ｒｓｉｎ ２πｆｒｔであられされる。

この出力信号ｅｒは波形整形回路４０２で矩形波に変換
され、分周回路４０３を経て第８図に示す従来用いられ
ているような２相ビ一ト発生器４０４に加えられ、ロー
パスフィルタ８０で次式であられされる正弦波ｅｒ’と
なる。

ｅｒ’＝Ｅｒ ｓｉｎ （ｃａ＞ｔ＋θｅ ／ｎｒ）
＝（５）式この正弦波ｅｒ’および、この正弦波ｅｒ
’を９０°移送回路８１で９０°移和した信号ｅｒ”／
＝Ｅｒ ｃｏｓ （ωｔ＋θｅ／ｎｒ）がそれぞれ乗
算器８２および８３で（４）式の正弦波出力信号ｅ、
／と乗算され、乗算器８３の出力を反転回路８４で反転
した結果、乗算器８２の出力ｅＡは また、 反転回路８４の出力ｅＢは となる。

これら出力ｅＡ、 ｅＢがそれぞれローパスフィルタ４
０５．４０６に入力され、 および となる。

なお、ＦｆはｅＢを反転してローパスフィルター４０７
に入力させることで得られる。

これら２相の正弦波信号は第１図のｅα、ｅｌに相当し
、一次電流指令１１α、１１βはそれぞれっぎのように
なる。

この一次電流指令１１α、１１βによって誘導電動機１
０６が回転を開始する。

誘導電動機１０６が回転しはじめると、それにっれてレ
ゾルバが回転を開始し、レゾルバのロータ回転電気角θ
ｅに与じた信号ｅｒ＝Ｅｒｓｉｎ （２πｆｒ＋θｅ）
が第４図の波形整形回路４０２に入力し、２相ビ一ト発
生器４０４の中でＥｒ５ｉｎ （ωｔ＋θｅ／ｎｒ）お
よびＥｒｃｏｓ （ωを十θｅ／ｎｒ）なる信号に変換
され、これらの信号がＥｌｓｉｎ （ωを一θｓ／ｎ１
）とそれぞれ乗算され、（６）式、（７）式であられさ
れる正弦波信号が第１図のｅα、ｅβとして出力される
。

そうして一次電流指令１１α、１１βに応じた電流が固
定巻線に流れ、指令値と実際値が一致するように制御さ
れる。

つぎに速度指令Ｎが逆転指令の場合は、トルク指令１２
は正となるので極性判別回路４１９の出力は４２２が論
理１．４２３が論理Ｏとなってナンド回路４１５のゲー
トが開かれる。

パルスＳＤ、はナンド回路４１５を通り、ナンド回路４
１８でクロックφ１に加算される。

こうして第５図のパルスＶ６が得られる。

このパルスＶＧは分周回路４０９、ローパスフィルタ４
０８を経てＥｌＳｉｎ（ωを十θｓ／ｎ１）なる信号に
生成される。

また、レゾルバの検出信号については、Ｅｒ５ｉｎ （
ωを一θｅ ／ｎｒ） −ｅｒ ｃｏｓ （ωｔ−θ
ｅ／ｎｒ）なる信号が２相ビ一ト発生器４０４の中で生
成され、これらの信号がそれぞれＥｌｓｉｎ （ωを十
θｓ ／ｎ１）と乗算され、ローパスフィルタ４０５．
４０６を通ることによつＥＩＥｒ θ θ て下ｃｏｓ （訝十訂）および−５鏝ヱｓｉｎなる２札
止弦波信号となる。

以後、正転の場合と同様の動作を行う。

本実施例では２相の場合を述べているが、２相→３相変
換器を用いれば３相の場合にも本考案が適用できる。

本実施例を具体的数値例によって説明しておく。

クロック周波数ｆ。＝２００ｋＨ２、レゾルバの励磁周
波数ｆｒ ： １２５ ｋＨｚ（ｆｒ ＝ １（、ｆｏ
）、ルゾルバの極数Ｐｒ＝１００、被制御モータの極
数Ｐｍ＝４とすれば、レゾルバの出力信号周波数は Ｐｒ ｆｒ十ＴΣＹ＝ １２．５ ＫＨ，＋ １．５ ＫＨｚ
・−−−−・（ｓ）式となる。

ここで、Ｎはモータ１０６の回転数でＮ＝１８０Ｏｒｐ
ｍのときモータ回転周波数は６０Ｈ２である。

この１．５ＫＨ２をモータ回転周波数６０Ｈ２と等しく
するためには、らの分周が必要である。

すなわち（３）式のｎｒ ＝ ２５であり、このときの
レゾルバ励磁周波数は５００Ｈ２となる。

つまり（３）式においてω＝２πｆとすればｆ ＝ ５
００Ｈ−である。

一方、スリップ周波数演算のための基本周波数ｆｔ （
パルスφ、の周波数）は、基準クロック周波数ｆｏ （
パルスφ。

の周波数）を封に分周したものであるから、ナンド回路
４１８の出力周波数はｆ１＋ｆＳ＝１００ｋＨ２＋ｆ５
・・・・・・（１０）式となる。

ここでｆｓはスリップ周波数成分を与えるもので、ｆｌ
を分周してレゾルバ励磁周波数ｆｒと等しい５００Ｈ２
とするためには１４刀の分周が必要であり、このときｆ
＝０４π＝１４（１）・ｆｌである。

すなわち、（３）式においてｎ １ ＝２００とするこ
とが必要である。

いま、定格トルク発生時のモータの最適スリップ周波数
がｌｕｚであるどり川よ、ｆｓ／！ｏｏ＝１Ｈ２つまり
ｆｓ ＝ ２００Ｈ２が電圧−周波数変換器４１２から
指令されるようにスリップ角周波数信号Ｋ。

１２を調整すればよい。

（本案の効果） 以上のように、本考案によれば、レゾルバを誘導電動機
の速度検出に使用するとともに、レゾルバの励磁信号と
同期した同じ信号源からのパルスを用いてスリップ周波
数相当分の信号を演算導出するとともに、同じ周波数の
信号を２相ビ一ト発生器に入力するようにしているので
温度ドリフトの影響の少ない装置を提供できる。

なお、レゾルバの回転周波数ｆｅは誘導電動機の回転速
度Ｎと１対１の対応をしているので、検出される回転周
波数に誤差の入る余地がなく、回転周波数に対して小さ
いスリップ周波数でも制御がやりやすくなるから低スリ
ップモータに適用して有効である。

また、速度検出にレゾルバを用いているので、パルスジ
ェネレータを速度検出に用いる場合に比して、低速運転
時の速度リップルが少なく、低速度域においても誘導電
動機の高精度のベクトル制御が可能となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は従来回路の路線図、第３図は本考案に
用いるレゾルバ励磁回路図、第４図は本考案の一実施例
をあられす回路のブロックダイアダラム、第５図は第４
図の回路各部の信号のタイムチャート、第６図は同期整
形回路の詳細図、第７図は第６図の回路各部の信号のタ
イムチャート、第８図は２相ビ一ト発生器の内部詳細図
である。 １０１・・・・・・２札止弦波発生器、１０２．１０３
・・・・・・電流アンプ、１０４．１０５・・・・・・
電流検出器、１０６・・・・・・誘導電動機、１０７・
・・・・・タコゼネレータ、１０８・・・・・・速度制
御アンプ、１０９・・・・・・ゲイン調整器、１１３．
１１４・・・・・・乗算器、１１５、１１６・・・・・
・固定子巻線、２０１．２０２．２１５〜２１７゜４２
０、４２１・・・・・・端子、２１８．６０・・・・・
・反転回路、２０３〜２０８・・・・・・抵抗、２０９
・・・・・・演算増幅器、２１０゜４１２・・・・・・
電圧−周波数変換器、２１１・・・・・・基準正弦波発
振器、２１２・・・・・・２相ビ一ト発生器、２１３．
２１４．４０５゜４０６、４０８・・・・・・ローパス
フィルタ、３０１・・・・・・基準クロックパルス発生
器、３０２．４０３．４０９・・・・・・分周回路、３
０３・・・・・・２相励磁回路、３０４．３０５・・・
・・・レゾルバ励磁巻線、３０６・・・・・・検出巻線
、４０１・・・・・・レゾルバ、４０２・・・・・・波
形整形回路、４０４・・・・・・２相ビ一ト発生器、４
１０・・・・・・絶対値回路、４１１・・・・・・Ｋｏ
設定器、４１３，４１４・・・・・・同期整形回路、４
１５〜４１８．６１・・・・・・ナンド（ＮＡＮＤ）回
路、４１９・・・・・・極性判別回路、６２・・・・・
・Ｊ−にフリップフロップ回路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 誘導電動機の励磁電流指令と２次電流指令を各相ごとに
   演算導出することにより、前記誘導電動機の固定子電流
   を指令するようにした誘導電動機のスリップ周波数制御
   装置において、前記誘導電動機の回転軸に連結された２
   札止弦搬送波で励磁されるレゾルバと、このレゾルバの
   極数と前記誘導電動機の極数の比を分周比として前記レ
   ゾルバの出力信号を分周し、前記誘導電動機の回転角周
   波数に応じた信号を送出する分周回路と、前記レゾルバ
   の出力信号と前記誘導電動機の速度指令との偏差に応じ
   たトルク指令信号を入力して前記分周回路の出力と同一
   の搬送角周波数をもちスリップ角周波数に応じて位相変
   調された信号を送出する位相変調信号回路と、前記分周
   回路の出力と前記位相変調信号回路の出力とを入力し、
   前記誘導電動機の回転角周波数とスリップ角周波図との
   和または差で与えられる角周波数をもつ２相正弦波を出
   力する２札止弦波発生器とを備えたことを特徴とする誘
   導電動機のスリップ周波数制御装置。