JPS59156191A - 誘導電動機の制御方法 - 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〕 本発明は誘導電動機の１次電流をトルク電流と励磁電流
に分けてそれぞれＡ立に制御するのを速度検出信号用い
ることなく行うようにした誘導電動機の制御方法に関す
る。

〔発明の背景〕

誘導電動機を周波数変換器を用いて速度制御する装置に
おいて、高速応答高精度な制御を可能にするベクトル制
御が周知でおる。しかし従来からのものは、すべ多周波
数制御方式を基本として電動機のすべり周波数及び電動
機電流の大きさと位相を制御する方式であるため、変換
器出方周波数を制御するに際して電動機の速度検出信号
（または回転角検出信号）が必要でちる。そのため速度
検出器（または位置゛検出器）及びその信号ケーブルが
必要アあって装置が複雑になるという欠点がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、この問題を解決することにあシ、速度
検出器を用いることなく高速応答高精度な速度制御が行
える制御方法を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の特徴とするところは誘導電動機の電動後圧Ｆを
検出し、この電動機電圧の制御系で決定した励磁電流成
分に対する同位相成分と９０度位相差成分をそれぞれ求
め、速度指令信号と９０度位相差電圧成分の偏差に応じ
てトルク電流を制御すると共に速度指令信号と同位相電
圧成分の偏差に応じて周波数変換器の出力周波数を制御
するようにしたことにある。

ここで、電動機電圧とは端子電圧あるいは端子電圧から
電動機の漏れインピーダンス降下を差し引いた誘導起電
力のことである。

〔発明の実施例〕

第１図に本発明の一実施例を示す。

第１図において、１はグートタ＝７オフサイリスクなど
のスイッチング素子とダイオードなどで構成されるＰＷ
Ｍインバータ、２は誘導電動機、３は速度指令回路、４
は速度指令信号の変化率を制限するだめの変化率制限器
、５は速度指令信号と後述する電動機電圧検出信号の偏
差を増巾する速度偏差増巾器、６は電動機電圧の検出用
変圧器、７は電動機電圧の基本波成分であって制御系で
決める励磁電流成分（励磁電流位相基準信号）に対して
９０度位相差成分を検出するだめの電圧成分検出器、８
は電動機電圧の励磁電流位相基準信号に対して同位相成
分を検出するだめの電圧成分検出器、９は電圧成分検出
器８及び変化率制限器４の出力信号を加算し、周波数指
令信号を出力する加算器、１０は周波数指令信号に比例
した周波数をもつ２札止弦波信号を出力する発振器、１
１は電動機２の励磁電流を指令する励磁電流指令回路、
１２は励磁電流指令！。及び増巾器５からのトルク電流
指令信号１ｔと発振器１０の出力信号を乗算し、２相の
電流指令パターン信号ｌ・及び夏β８を出力する座標変
換器、１３は信号ｉ−８及びＩＡ＊に基づいて３相の電
流指令パターン信号１４〜・　　＊ １ｗを出力する相数変換器、１４はインバータ１の出力
電流の瞬時値を検出するための電流検出器、１５は電流
指令パターン信号」ｉ−と電流検出信号を比較し、イン
バータ１のスイッチング素子をオン、オフ制御するため
のＰＷＭ信号を出力する比較器、１６はスイッチング素
子にゲート信号を与えるためのゲート回路である。なお
、電流検出器１４、比較器１５、ゲート回路１６はＵ相
分のみを示し、Ｖ相及びＷ相分については図示を省略し
ている。

次に動作を説明する。

まず、本発明の理解を容易にするたへ′）ベクトル制御
の原理を簡単に説明する。

直交回転磁界座標系の１つの軸をｄ軸、それに直交する
軸をｑ軸と仮定し、１次電流のｄ、ｑ軸成分ｉ、ｄ、ｉ
、ｑを次式の関係に制御すれば、ｉｌｄは励磁電流１ゆ
に、また１１ｑはトルク発生電流ｉｔに対応させて制御
することができる。

ｌ’ｔｌ＝Ｖ７電１「〒ｓｃ＋”　　　　　　　・・・
（１）１ｑ θ＝ｔａｎ−’□　　　　　　・曲・曲・・・・・（３
）１□ｄ ここに、ｉｌ：１次電流 ′ω、：すベシ角周波数 Ｔ２　：２次時定数 θ　：ｄ軸に対する１次電流の位相 電動機１次電流の大きさを（１）式に従い制御し、電動
機１次周波数をすベシ周波数が（２）式を満足するよう
に制御し、かつ１次電流の位相を（３）式に関係して制
御するならば、ｄ＠ｆｉ流成゛分ｉｌｄに応じて磁束φ
を、またｑ軸電流成分λ１１ｑに応じてトルクＴを各々
独立に制御することができる。このとき、トルクＴは次
式にて示されるようにｑ軸電流成分ｉｌｑに対して応答
遅れなしに制御される。

’ｌ’＝にφ・ｊｌｑ　　　　　　　　　・・・・・・
・・・（４）ここに、ｋ：比例定数 これらの制御条件を速度検出器を用いること力しに実現
し、高速応答の速度制御が行えるようにしたものが本発
明の基本原理である。

以下、第１図の動作を説明する。

１次電流が（１）及び（３）式に従い制御される回路動
作につき述べる。発振器１０は加算器９からの周波数指
令信号に比例した周波数の２札止弦波信号を出力する。

これらの信号は互いＬＫ９０度の位相差を蓼ち、ｃＯ３
ω１を及びｓｉｎω１ｔにて示される。前者はＵ相電流
の励磁成分の位相基準信号となシ、後者はＵ相電流のト
ルク発生成分の位相基準信号となる。座標変換器１２に
おいて次式の演算を行い、２相の電流指令パターン信号
ｊｕ’及びｉβ８が取り出される。

ここに、ｃｏｓωＩｔ、ｓｉｎω】ｔ：発振器１０の出
力信号。

さらに相数変換器１３において３相の電流指令パターン
信号１４〜ＩＷが次式に従い取シ出されこのとき１゜〜
ＩＷは次式のように表わせる。

ｉ　−−Ａ　ＣＯ３（ω１を十〇） ｉ、＊二Ａｃｏｓ（ωｌｔ＋　　７ｔ＋θ）・−・・・
（７）八−□　’：”＋Ｉｔ””−・・・・・・・・・
・・・（８）インバータ１の各相出力電流は比較器１５
の動作に従い各電湾指令パターン信号に比例するよう制
御される。このようにして励磁電流指令信号１：に比例
してｄ軸電流成分ｉｌｄが、またトルク電流指令信号ｌ
−に比例してｑ軸電流成分ｉ１ｑが制御され、（８）、
　（９）式に従い（１）及び（３）式の関係は満足され
る。

次に、（２）式を満足させる動作原理について説明する
。もしく１）〜（３）式の関係が保たれるならば、ｄ軸
は磁束軸に一致し、磁束に関し次式が成立する。

φ２ｄ−φ２ φ２ｑ−０・・・・・・・・・・・・（１ｏ）ここに、
φ２ｄ、φ２ｑ：各軸の磁束成分φ２　二２次磁束 したがって、逆に磁束成分φ２ｄ及びφ２ｑが常に所定
値となるように１次周波数を制御するならば、（２）式
の関係が満足される。磁束φの変化は電動機電圧の変化
として検出できるため、それに応じて１次周波数を制御
すれば、（２）式の関係が得られる。

この動作について第２図を参照して詳細に説明する。

第２図は各電流指令信号ｉ、＊、ｉ−が一定と仮定した
場合における、すベシ角周波数ω、に対する電動機磁束
の変化を示す。φｄ及びφ、はｄ。

ｑ軸の各磁束成分、φはφｄ、φ、のベクトル合成磁束
である。第２図（ａ）はトルク電流指令信号ｉ−が正の
定格値、第２図（ｂ）はｉｔ＊が零、第２図（Ｃ）はｉ
−が負の定格値の各場合を示す。

第２図（ａ）においてＸ印のＸ点がφｄ＝φ２　（基準
値）及びφ、二〇を満足する基準状態動作点である。こ
の動作点よシすベシ角周波数ω、が変動するとφ、４＝
０とな９、基準状態動作点を境界にして極性が変化する
。そこで、φ、／＞０のときは１次局波数ｆｌを上げ、
φｑ＜ｏのときは下げるようにしてφ、に応じてω、を
修正制御すれば動作点は正規の状態に還る。すなわち（
２）式を満足するような運転が行える。第２図（ｂ）及
び（Ｃ）においても上述した制御により同様に所期の運
転が行える。

以上が（２）式を満足させるための動作原理であるが、
次に第１図の動作を説明する。

電圧成分検出器７及び８において、次式に従い電動機電
圧の２軸分分すなわち励磁電流位相基準信号に対して９
０度位相差の成分ｅ、及び同位相の成分ｅａを各々検出
する。

ここに、ｖ、＝ｖｌｌ ｅ４：検出器８の出力信号 ｅ９：検出器７の出力信号 Ｖ６〜ｖｖ：電動機各相電圧 上述の演算は例えば乗算器及び加算器を用いて容易に実
現できる。

電圧検出信号ｅｄ、ｅ、は電動機２の漏れインピーダン
ス降下の影響を無視すれば磁束成分φｄ。

φ、と次式の関係がある。

ｅｄ＝−ω１φ。

ｅ、＝ω１φ４　　　　　　　　　・・・・・・・・・
（１２）ｄ軸電圧信号ｅａによりｑ軸磁束成分φ、が検
出される。電圧信号ｅ４は変化率制限器４の出力信号゛
と共に加算器９に加えられる。このとき、ｄ軸電圧成分
ｅｄが負（φ、〉０に相当）の場合は、加算器９の出力
信号が犬、すなわちインノく一タ′１の出力周波数が上
昇する極性にて加算される。このようにして常にｄ軸電
圧成分ｅａがｅｄ＝０（ｅｑ＝ｏ）となるよう１欠周波
数ｆ１が制御されるのですベシ角周波数ω、は基準状態
動作点Ｘの値に制御される。

一方、ｑ軸電圧成分（誘導起電力）ｅ、は（１２）式に
示すようにｄ軸磁束成分φｄ及び角周波数ω１に比例す
る。また、基準状態動作点Ｘにおけるｄ軸磁束成分φｄ
は励磁電流指令信−５１，，に比例することから、励磁
電流指令信号１．ａが一定であればｄ軸磁束成分φｄは
一定値に保たれる。したがって、ｑ軸電圧成分ｅｑは角
周波数ω１に比例する。

ところで、ω１と電気的回転角速度ω、には次式の関係
があるため、ω、）ω、の範囲においてはω１はω、に
略等しいとみなせる。

ωｌ＝ω、＋ω、　　　　　　　・・・・・・・・・（
１３）したがって、変化率制限器４からの速度指令信号
とｑ軸電圧信号ｅｑを突き合わせ、その偏差に応じてト
ルク電流指令ｉ−を変えることによシ、回転速度を指令
値に応じて制御することができる。

したがって、本発明によれば、速度検出器を用いること
なく、高速応答の速度制御が行える。

第３図に本発明の他の実施例を示す。

第１図の実施例においては、励磁電流指令信号ｉ：を励
磁電流指令回路１１によシ設定しているが、その設定に
は電動機電圧が所定値となるよう初期調節が必要のため
、それを省略できるようにしたものが第３図である。

第３図において第１図と同一記号のものは相当物である
ので説明を省略する。１７は加算器９の出力信号（ｆｌ
に比例）とｑ軸電圧信号ｅｑの偏差に応じて励磁電流指
令信号の補正信号Δｉ１を出力する増巾器、１８は励磁
電流指令の基準値を出力する励磁電流設定回路、１９は
励磁電流指令信号１：の基準値ｉ：及び補正分Δ１０を
加算し、励磁電流指令回路工！を出力する加算器である
。。

゛ｑ軸電圧成分６．’（ｏｃφｄ）と励磁電流指令イヘ
ｉ：は比例関係にあるだめ、もしｑ軸電圧成分ｅ、が所
定値よシ小であれば励磁電流指令信号ｉ：を増加方向に
、逆の場合は減少方向に変化させることによシｑ軸電圧
成分ｅ、を所定値に制御できる。そこで、増巾器１７に
おいて増巾器９の出力信号とｑ＠％圧信号ｅ、の偏差に
応じて補正信号Δｉ−を取９出し、励磁電流指令信−Ｐ
ｆ’ｍを修正制御することによシ次式の関係が得られる
。

ｋ　１　ω１−　ｅ　ｑ　＝　０　　　　　　　・・”
・・・（１４）あるいは ｅ　ｑ　／　（ｃ）　１＝　ｋ　１　　　　　　　　・
−”・・（１５）ここに、ｋｌ　：比例定数 このように、ｄ軸磁束成分φ、（＝ｅ、／ωｌ）を所定
値に保つことができ、第１図の実施例におけるような励
磁電流指令信号ｌ、ｆｉの初期調節は一切不要となる。

その他の動作は第１図と同一であるので説明は省略する
。

なお、ｑ軸電圧成分ｅ、とｄ軸磁束成分φｄは（１２）
式の関係にあるため、電圧成分ｅ、の代シに磁束成分φ
ｄ６るいはφ２を検出し、その指令値（一定値）との偏
差に応じて励磁電流指令信号ｉｚを補正するようにして
も同様の動作を行わせることができる。

第４図に本発明の他の実施例を示す。

上述の実施例においてはｄ軸電圧成分ｅ、を検出しｑ軸
磁束成分φ、が零となるように１次周波数を制御するも
のであったが、第４図はｑ軸磁束成分φ、を検出し１次
周波数を制御するようにしたものである。

第４図において、磁束検出器２０は次式に従い電動機電
圧を２相交流信号Ｖ　ａ、Ｖβに変換し、それらを積分
することによシ磁束φａ、φβを検出する。

■ａ二ｖ５ φａ−−／　（ｖβ−Ｚ　ｉ　ｐ　）　ｄｔφβ＝／（
Ｖσ−Ｚｉ、）ｄｔ　　　　　・・・（１７）ことで、
Ｚｌは磁束の検出精度を高めるために電動機の漏れイン
ピーダンス降下を１次電流ｉ（実際値または指令値）を
用いて補償していることを示す。

磁束成分検出器２１は、゛次式に従い磁束成分φ、すな
ｈち励磁電流位相基準信号に対して９０度位相差の磁束
成分φ、を検出する。

φ　、　＝　　−５ｉｎ　ωｌ　ｔ　　・　φ、　　−
ｆ−ｃｏｓ　ωｌ　１　　・　φ　β　　　・・・　（
１８）磁束検出信号φ、は加算器９に加えられるが、磁
束検出信号φ９が正のとき加算器９の出力信号が上昇す
る極性関係にて加算される。ｑ軸磁束成分φ、とｄ軸電
圧成分ｅ４は（１２）式に示す関係があることから、前
述の実施例と同様の動作が行われる。その他の動作は第
１図のものと同一である。

したがって本実施例においても第１図と同様の制御動作
を行わせることができ、同様の効果が得られる。

第５図に本発明の他の実施例を示す。

上述した３つの実施例はω１＝ω１としているが、第５
図はすベシ角周波数ω１分だけの速度制御誤差を補償す
るようにした実施例である。

第５図において第１図と異なるのはすべり角周波数補償
回路２５と加算器２６を付加しただけである。

すベシ角周波数ω５は２次磁束φ２を一定に制御してい
る場合においては（２）式で与えられる。（２）式より
、２次時定数Ｔ２、ｄ軸電流成分ｉｌｄが一定であれば
、すぺ９角周波数ω、はｑ軸電流成分１１ｑよ如求めら
れる。すべ多角周波数補償回路２５はトルク電流指令信
号ｉｔからすべ多角周波数ω１を求め、速度指令回路３
の速度指令信号に加算して１次周波数指令信号とする。

このようにすると、誘導電動機２の回転速度を速度指令
回路３の速度指令信号と一致するように精度良く制御で
きる。

また、励磁電流指令信号ｉ、ｍを変化させる場合には第
６図のように、トルク電流指令信号ｉｔと励磁電流指令
信号ｉ、を入力して（２）式によってすベシ角周波数ω
、を求めるすべ９角周波数補償回路２７を設けることに
よシ同様に行える。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によｎば速度検出器を設け
ることなくトルク電流と励磁電流を独立に制御するベク
トル制御を実現できる。

なお、以上の実施例においては、ＰＷＭインバータへの
適用例について述べたが、他の種類のインバータぜあっ
ても、その出力周波数及び出力電圧（電流）が制御可能
なものであれば本発明を適用することができる。

また、マイクロプロセッサなどを用いてゲイジタル制御
を行うものであっても本発明を採用できるのは勿論であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は本発
明の詳細な説明するための特性図、第３〜６図はそれぞ
れ本発明の他の実施例を示す構成図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．誘導電動機の１次電流の大きさと周波数を制御して
   トルク電流と励磁電流を独立に制御する誘導電動機の制
   御方法において、前記誘導電動機の電動機電圧を検出し
   、この電動機電圧の制御系で決定した励磁電流成分に対
   する同位相成分と９０度位相差成分をそれぞれ求め、９
   ０度位相差電圧成分と速度指令信号の偏差に応じて前記
   トルク電流を制御すると共に同位相電圧成分と前記速度
   指令信号の偏差に応じて前記誘導電動機の１次周波数を
   制御するようにしたことを特徴とする誘導電動機の制御
   方法。