JPS5921293A - 誘導電動機のトルク制御装置 - Google Patents

誘導電動機のトルク制御装置

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JPS5921293A
JPS5921293A JP57130124A JP13012482A JPS5921293A JP S5921293 A JPS5921293 A JP S5921293A JP 57130124 A JP57130124 A JP 57130124A JP 13012482 A JP13012482 A JP 13012482A JP S5921293 A JPS5921293 A JP S5921293A
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Tsugutoshi Otani
大谷 継利
Hidenori Takahashi
秀紀 高橋
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Yaskawa Electric Corp
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Yaskawa Electric Manufacturing Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation

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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】 本発明は周波数変換装置を用いて給電される誘導電動機
の1−ルク制御装置に関するものである。
一般に、分巻直流機の1〜ルク発生機構は、主磁束に対
し常に電機子電流が直交するように整流子で電流の切換
え動作を行なっている。従って発生トルクは電機子電流
と主磁束とを掛けた値に比例し、主磁束が一定であれば
電機子電流に対し線形特性が得られる。この基本的な関
係を誘導電動機に適用するならば、主磁束は回転子ベク
トルに、電機子電流は回転子2次電流ヘクトルに対応さ
せることができ、そのベクトルの相対関係が直流機と等
価になるように制御すればよい。このような制御方式を
ベクトル制御方式という。
誘導電動機をヘクトル制御方式によってトルク制御する
場合、電動機の発生トルクと電流成分、電流成分と電動
機定数及びすべり各周波数の関係は次式で表される。
T=KtMIm=I2 0 = ωs M I rrt +R2121m:磁化
電流 I2:2次電流 M :相互インダクタンス R2:2次抵抗値 ωS:すべり各周波数 Kt:定数 また、2次電流I2と1次換算2次電流I2′の関係は
次式で表される。
0=L2 12  +MI2’ R2;2次回路の全インダクタンス この式より、電流成分及び定数をそれぞれ指令値及び設
定値の関係に置き換え、これら電流指令値と定数による
モデル機を電流層変換器(インバータ)によって制御す
るものであった。それらの関係は次の通りである。
ωS = (R*2I’2’) / (R21m)1)
−石儒7T丑戸 R’2.L〜:R2,R2のそれぞれの設定値、、J 
2’、  I m : 12’、  [mのそれぞれの
設定値1+     :1次電流II の指令値通常、
電流制御形の変換器では、電流指令値に応じて実際の電
流を制御できるから、電動機定数の設定値と実際値さえ
一致すれば、電流を指令値に相応して電動機のトルクを
制御することができる。
T = K*t −M’ I*m−1’21M :Mの
設定値 に*t、定数 しかし5電動機の定数、特に2次抵抗値R2は正確に求
めることが困I!番なばかりか、仮に正確に求められて
も回転子の温度によって大幅に変化するため、電動機の
運転に際し常に正しいすべり周波数を指令することは不
可能であり、これに伴ってトルクや磁化電流に影響が顕
れ、楕度よく1−ルクを制御することができなかった。
このため、2次抵抗値の変化を磁化電流の変化として検
出し、磁化電流の指令値と実際値の偏差によってずベリ
周波数を制御し等価的に2次抵抗値を補正する方法があ
った。
第1図はその補正方法による従来の制御装置の構成を示
すブロフク図である。この回路では、すべり周波数方式
に磁化電流の偏差によるすべり周波数補正回路が付加さ
れ、磁化電流が一定に制御されるような構成となってい
る。即ち、3相電流形変換器(1)、3相誘導電動機(
2)、すべり周波数演算用に回転子に取付りられた速度
検出器(3)、電流指令値I*111.  I’2’に
応じて3相電流形変換器fi)に交流電流指令を与える
電流指令演算器(4)、この電流指令演算器(4)の2
相電流指令を3相に変換して3相電流形変換器(1)に
与える2相/3相変換器(5)、速度検出器(3)の信
号電圧vnとすべり周波数信号電圧vsとから3相電流
形変換器(1)の周波数を発生する2相正弦波発生器(
6)、電流指令値I’m、  Iゝ2′から予めずべり
角周波ω8Sを演算する割算器(7)からなる通常のす
べり周波数指令方式に、次の磁化電流制御部(13)が
付加されている。
即ち、電動機(2)の端子電圧(あるいは検出巻線)と
電流から2次鎖交磁束を演算する磁束演算器(8)、磁
束から磁化電流を導く定数器(9)、磁化電流指令値I
*mと磁化電流1mの偏差を増幅及び積分する積分器0
ω、積分器00)の出力と基準信号゛l”を加算する補
正器(11)、この補正器(11)の出力(1−に61
m)と割算器(7)の出力ω1Sとから適正なすべり角
周波数信号を演算する掛算器(12)とからなっている
この回路においては、励磁電流Iφは磁束中2から求め
られ、Φ2は以下のようにして電動機の電圧、電流から
求められる。
端子電圧から1次巻線抵抗による電圧降下分を1次電流
信号によって除去し、この電流を時間積分することによ
ゲζ1次巻線鎖交磁束を求める。
これにより更に、1次及び2次巻線の洩れインダクタン
スによる洩れ磁束を電流信号によって除去し、2次鎖交
磁束を求め、その振幅をφ2として用いる。l・ルクの
直線性を余り重要視しなむ)場合は、必ずしも2次鎖交
磁束によらず1次鎖交磁束あるいは空隙磁束に相当する
量でも充分な場合もある。
動作について説明すると、3相電流形変換器(1)への
電流指令は、励磁電流指令値1m、2次電流指令値t’
及び2相正弦波発生器(6)からの2相の正弦波信号c
osωt、sinωL (ωは2相正弦波発生器(6)
の発生角周波数)から、電流指令演算器(4)によって
次の関係式で演算される。
月 =i、CO3(ωt4−γ) x%  −1’+ s in (ωt+γ)I*1−石
榴「T式F 1=jan−1(12〆/1m) これらは、2相/3相変換器(5)を介して3相信号に
変換され、3相電流形変換器(1)を指令し、電動機に
3相電流λい、^1.^1を給電する。
次に、角周波数ωは、速度検出器(3)からの同期角速
度ωnに相当する信号vnと、掛算器(12)からのす
べり角周波数ωSに相当する信号vsの和が2相正弦波
発生器(6)に与えられて、2相の正弦波信号を発生し
、先の電流指令演算器(4)に入力される。
ここで、すべり角周波数信号の推定値v*sが、電動機
定数の推定値R2、L2と電流指令値■m。
亨 ■2′によって V*S = (R’2 ・I*2) / (L”2− 
I’m)のように演算され、これに定数器(9)と補正
器(11)から得られる補正信号(1−に61m)が掛
けられてすべり角周波数信号vsとなる。
木本     木本 VS=R212(1−k  Δ I  m)  /  
(L2  I、6  )ここで1<を充分大きくとれば
、Δ■ψ−0、即ち磁化電流の実際値1mと指令値1”
mを一致させることができる。
しかしながら、この従来の補正方法では、磁化電流の偏
差によってすべり周波数を制御することにより2次抵抗
値の補正を行っており、負荷急変などに対して磁化電流
の変化が電動機の2次回路時定数とすべり周波数に関連
して振動的に顕れるため、またすべり周波数は通常数f
iz以下で低いため、この変化分によってすべり周波数
を制御するためには制御上の安定性から、更に積分時間
の大きい積分制御によらなけ作ばならず、このため磁化
電流の応答を′著しく阻害していた。
ちなみに、直流機の応答は3〜10maであり、誘導電
動機をベク(・ル制御する場合もその程度の応答が要求
されるが、」二連したような定常状態の補正方式の場合
は応答が0.5sec程度と過渡応答が極端に悪くなっ
て工作機などのトルク制御には使用できないという欠点
がある。
本発明は、このような従来の制御方式の欠点を解消して
、定常的にも過渡的にも磁化電流を目標値に合うように
制御し、応答性が良く、電動機定数に依存しないトルク
御装置を提供することを目的とするものである。
本発明の1−ルク制御は次に説明ず乙制御原理による。
即ち、1次電流指令値■1は励磁電流指令値■4eと2
次電流指令値■*2′のベクトル和によって与えられて
おり、励磁電流指令値[eは励磁電流ヘクトルImとほ
ぼ同位相の関係にある。このため、磁化電流偏差によっ
て励磁電流指令値reを介して制御すると効率よく励磁
電流が制御される。
この制御は、磁化電流偏差ΔImを励磁電流制御系によ
ってkp倍に増幅し、磁化電流指令値1mに加えて励磁
電流指令値1 e = I m 4− kp Δl m
として励磁電流を制御する。このため、電動機2次回路
の時定数T2をゲインkPで除U7た応答に改善され、
励磁電流指令値への応答と負荷などの外乱に幻する過渡
応答が小さくなる。しかし、k、961mは1次電流の
振幅に変化を及ぼずため、定常的にkpΔImが残留す
るとトルク成分電流に影響を与え、トルク特性にも影響
を及ぼす。従って、定常的にはkp  61mを時間積
分し、これによってすべり周波数を調整し磁化電湾の偏
差を0にするような制御系とする。
第2図は本発明によるトルク制御装置の構成を示すもの
であり、第1図に示した構成の従来装置における磁化電
流制御部(13)に(18)のブロックで示す構成の励
磁電流制御部を加え、励磁電流制御による磁化電流の閉
ループ制御系を追加したものである。図中(13’)は
本発明の構成における磁化電流制御部、  (16)は
積分増幅器、  (17)ば周波数補正器である。なお
、第2図において、第1図と同一構成の要素は同一符号
で示した。
本発明における励磁電流制御部(18)は以下のように
構成される。即ち、磁化電流の指令値1 rnと磁化電
流1mとの偏差Δ1mを比例増幅器(14)に与えて出
力kPΔ1mを得、これを加算点(15)に加えて励磁
電流指令値I’e ’= I’m + kp 61mを
つくり、Ieは電流指令演算器(4)及び2相/3相変
換器(5)を介して電動機(2)を励磁し磁化電流を制
御する。
* 励磁電流制御部(18)は、励磁電流指令値1eによる
1次電流成分と磁化電流1mの電動機内部における空間
的位相がほぼ等しいため、有効に磁化電流の制御が行わ
れ、時間的遅れ要素は電動機の2次回路時定数のみで振
動項を含まない。また、2次回路時定数による遅れは、
励磁電流制御部(18)のループゲインを大きくとるこ
とによって充分小さくできる。
第3図は本発明と従来のすべり周波数演算方式(第1図
の構成の装置)の試験結果によるトルク特性の比較を示
すグラフであり、回転子温度を115℃に想定したとき
のすべり周波数を設定し、40°Cにおいてトルク特性
を比較したものである。
(alは従来のずベリ周波数演算方式、(blは本発明
の場合を示す。なお、同図において単位はバーユニット
(P、U、)法によった。ちなみに、]15’cでは両
者の特性は一致し、本発明の装置がすべり周波数の設定
値や電動機の定数変化、特に回転子の抵抗値変化に影響
されないことが分る。
第4図及び第5図は従来方式の装置及び本発明の装置に
おいて2次電流指令をステップ状に急変させた場合の電
気的F・ルク変動を測定しまたタイムチャートを示す。
第4図の場合は、ta+に示すステップ状の2次電流指
令を与えた場合に、励磁電流指令は(C)に示すように
不変であるため、電気的]・ルクは(blに示ずように
緩慢に立ち七かり、応答が遅いことが分る。これに対し
て本発明の場合は、第5図に示すように2次電流指令の
急変に対して励磁電流指令が瞬時的に増大して磁化電流
を補正するので、電気的トルクは(b)に示ずよ・うに
短時間で立ち上がり、応答性を著しく改善することがで
きる。
1述したように本発明は、各電流指令値と、磁化電流指
令値及び磁化電流検出値の偏差とからずベリ周波数を演
算してすべり周波数補正回路を構成し、かつ磁化電流指
令値と磁化電流検出値との偏差に比例した値を磁化電流
指令値に加算して励磁電流指令信号としたので、下記の
ような効果を奏するものである。
■電動機定数の変化やすべり周波数の設定精度に依存す
ることなく指令値に対応したトルクを迅速に制御するこ
とができる。
■負荷急変のときも、磁束の追従性がよくトルク特性へ
の悪影響を生じない。
■硼化電流の目標値が急変するような界磁制御の場合も
磁化電流が追従し、急加減速の定出力制御を行うことが
できる。
■温度変動による定数変化によって電動機の端子電圧が
変動しないため、電流変換装置の能力を充分に生かすこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はすべり周波数補正を行った従来の制御装置の構
成を示すブロック図、第2図は本発明の構成を示すブロ
ック図、第3図は本発明と従来装置のトルク特性を比較
するグラフ、第4図は従来装置の応答性を示すタイムチ
ャート、第5図は本発明装置の応答性を示すタイムチャ
ー1である。 (1)3相電流形変換器 (2+  3相誘導電動機 (3)−速度検出器 (4)−電流指令演算器 +51−2相/3相変換器 (6)−2相正弦波発生器。 (7)−割算器 (8)−磁束演算器 (9)一定数器 (12)−掛算器 (13’)  −磁化電流制御部 (14)  比例増幅器 (15)−加算点 (16)−積分増幅器 (17)  周波数補正器 (]8)  励磁電流制御部 特許出願人 株式会社 安川電機製作所代理人  手掘
 益(ほか2名) 第3図 第  4 図 (%) (C)励慮幻」卒   □ 0□−−□−−〜−−−−−一

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.2次電流指令値と励磁電流指令値とから誘導電動機
    に交流電流指令を与えるベクトル制御による誘導電動機
    のトルク制御装置において、各電流指令値と、磁化電流
    指令値及び磁化電流検出値の偏差とからすべり周波数を
    演算してすべり周波数補正回路を構成し、かつ磁化電流
    指令値と磁化電流検出値との偏差に比例した値を磁化電
    流指令値に加算して励磁電流指令信号としたことを特徴
    とする誘導電動機の1−ルク制御装置。
JP57130124A 1982-07-26 1982-07-26 誘導電動機のトルク制御装置 Granted JPS5921293A (ja)

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Cited By (3)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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