JPS5944989A - 交流電動機の制御方式 - 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】 この発明は、いわゆるベクトル制御方式によって交流電
動機の電流ベクトル、特にその位置（角度）を制御する
制御方式に関するものである。

一般に、交流機の高性能運転を実現する方法としてベク
トル制御方式が知られている。これは、ｍ動機の磁束ベ
クトルΦを検出し、この磁束を基準として電動機電流ベ
クトルｉを該磁束に平行な磁化電流成分ｉＭと、同じく
直交するトルク電流成分ｉＴとに分けて取り扱う方法で
あるＱ第１図は誘導機の場合の電流ベクトルを示すベク
トル図、第２図は一般的なＴｌ１ｆｆ、流ベクトル制御
方式の基本構成を示すブロック図である１）第１図にお
いて、α−β軸を固定子基帛軸、Ｍ−Ｔ軸を磁界（磁束
）基ン郭軸とし、磁束ベクトルΦを基準軸Ｍに一致させ
ると、電流ベクトルｉのＭ−Ｔ軸成分はそれぞれ０１ｔ
’Ｔの如く表わされる。ここで、例えば磁化電流ｉＭを
一定にすると磁束は一定となり、誘導機の発生トルクは
トルク電流ｉ７に比例することになる。したがって、所
望の発生トルクを得るためには、電流ベクトルのはＭ軸
からβ（＋−ｔａｎ　　ｉＭ／ｉＴ）なる角度、すなわ
ちα軸から考えると、第１図からも明らかなように６＝
φ＋βなる位置に電流を流せばよいごとがわかる。しか
し、電流を供給する変換装置は理想的ではメよいために
、上記の如き電流の大きさ１（＝ｌｉｔ）を制御するτ
（Ｌ流制御ループと電流ベクトルｉの位置、つまりＭ軸
からの角度βを制御する角度制御ループとを設ける必要
があった０すなわち、この種の電流ベクトル制御回路は
、例えば第２図に示されるように、ベクトルアナライザ
１、加算点２、電流話ｈｌｊ器３、角度調節器４および
ベクトル回転器５，６等より杓成される。ここで、電流
の大きさの目朽値五＊は、ペクトルアナラ・ｒザＩＩＣ
Ｊ：ッｒ（−（７）入力ｉ、＊　ｅ　ｉＴ＊カ、６　Ａ
”ｉ’ｈＦ′−）”　＋　（ｆ７−）’なる演算をする
ことにより得られ、これを目標値としてｍ流調ｆｊＴ器
３にて実際値五を腹筋することにより大きさの制御が行
なわれる。一方、角度βの調節は、ρの代表値であるｊ
ａｎ　（β／２）を調節する方法が用いられている。

第３図はｔａｎ　（β／２）ｇｆｆｉｊループを示すブ
ロック図、第４図はｊａｎ　（β／２）特性を示すグｙ
７、第５図は角度ｎ節動作を説明するための説明図、第
６図は角度目標値β゛＋１に対するＮ！４差（目標値ρ
１゛と検出値β０との差）の関係を示すグラフ、第７図
は電流ベクトルの［１標値と指令値との関係を示すベク
トル図である。

第３図において、７，８は直交座標系から極座標系へ座
標変換する公知の座標変換器、１０は角度φ）調Ｍｉ器
、９，１１は加算点である。すなわち、座標変換器７，
８では、磁化１■流、トルク電流の各目標値、Ｍ＊　ｐ
　ＩＴ”もしくは実際値ｉＭｐｉＴから角度目標値ｔａ
ｎ　（β＊／２）もしくは実際値ｔａｎ　（β／２）を
演算する。目標値ｊａｎ　（β＊／２）と実際値ｊａｎ
　（β／２）とは加算点９において加算され、角度調節
器１０では該目標値と実際値との偏差が零となるように
補正出力を出す。この補正指令は加算点１１において目
標値と加算され、新たな角度目停値β＊＊が得られる。

ところで、Ｉ＋ｎ（β／２）なる関数は第４図に示され
るように、角度βに対して非線形な関数である。したが
って、角度検＋、１＋値が連続的に変化する場合は問題
ないが、変換装置として例えば６バルス電流形インバー
タを用いた場合等において、角度検出値が６０°６ｚ（
電気角）毎にステップ状に変化する場合は、この非線形
性番こ起因して定常誤差が生じる。すなわち、６ノ＜／
レス電流形インバータにより生じる電流ベクトルの位置
は、６０°ｅｔ毎の６つの位置に固定され、この時のｔ
ａｎβ／２の検出値は第５図（Ａ）　、　＠のように変
ることになる０この場合、第３しｌ　＋／、）角度Ｗ、
″ｄ節器１０は加算点９における目標値と実１’ｙｌ’
を値との偏差を零にすべく第５図に示さｎる面積Ｓ１と
Ｓ２が等しくなるように動作する。しかしながら、ｔａ
ｎ（β／２）がβに刻して非線形であるため、第５図Ｃ
ｌ５）に示される如く、面積５１＝８２となるような動
作点β０と角度目標値β＊とは一致セず、したがって制
御が不正確になる。この誤差Δβ（−β″１−β（））
は、第６図に示されるように、目標値β＊が大きくなる
程増大し、例えばβ＊−７５°ｅｔＴは該検出誤ｚ２が
＋２．０°Ｃｔ以上にもバ１する。このため、角度βが
増加する（負荷が”；′Ｉ大する）につれてｎＲＫＵ　
線内−次電Ｌ’ｌＦ＋の砒化翫ｔノ１ｃｊ１４．）ルク
ち流ｉＴへの分離が悪くなり、良好な／ｉ′；１′性が
イけられなくなるとともに、（・り出誤差が正であるた
め、８１７図に示される１１！ｊ　＜　７１；　１．；
’□Ｃベクトル目ｃ’仔−，，、、＊番こ対して指令値
ｉ・杉トは？：１に遅れ位置：１となり、このため磁化
Ｙｕ流白成分指令色よりも大きくなって良好な制御がで
きなくなるという【゛上点がある０ この発明は上記にζりｌみてなされたもので　４；ｉ単
な（、”・７ｈ２ににり上述の如き角度誤差を少なくし
て交流ｒＪ　、！Ｊ、５　ｔｎＡを１傷イ：１ミ能ｉ車
屯吠しうるようにすることを目的とする。

その特徴は、ｔｕ動ｔｉτ：Ｈ！ｌベクトルの磁束基阜
釉からの角度φ）の代表値であるｊａｎ　（β／２）に
もとづいて角度’ｖ、１ｆＧｊを行なう場合に、検出値
として与えられるｊａｎ　（β／２　）　Ｃ＝ｔの角度
βに対する非線形性を補正する補正回路を設け、該補正
回路の出力にもとづいて角度ε１ｆｓｉを行なうことに
より、上述の如き角Ｒ誤差を低減し、良好な制御を行な
いうるようにした点にある〇 以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する○ 第８図はこの発明の実施例を示すブロック図、第９図は
第８図における非線形補正回路の具体例を示す回路図、
第１０図は第９図の動作を説明する波形図、第１１図は
非線形補正回路の出方特性を示す特性図、第１２図はこ
の発明における角度誤差を説明するグラフである。

第８図において、１２，１３は座標変換器、１４は非線
形補正回路、１５は角度調節器、１６゜１７は加算点で
ある。同図からも明らかなように、この実施例は第３図
に示される従来のｔａｎ（β／２）調節ループに非線形
補正回路１４を設け、該補正回路１４によってｔａｎ　
（β／２）の非直線性を補正するようにした点が特徴で
ある。すなわち、ｊａｎ（β／２）特性は、β＝±９０
′ｅｔを超えるとその変化率（微分係数）が急激に増大
するので、β〉９ｏ。

またはβ（−９０’の領域でのｊａｎ　（β／２）の変
化率を減少させることによって角度誤差の増加を抑！［
１しようとするＩＵｌのである。

第９図は第１３図に示されるシト縁形補正回路１４の具
体例を示すもので、反転アンプＯ１’ｌ〜ＯＰ５、抵抗
Ｒ・、コンデンサＣおよびダイオードＤ等から構成され
ている。またＳｌ　、　８２は設定器で、それツレＶｔ
　、−Ｖ１ニ８２　サレ該ｖ１）鎖ハＩ；ＩＩ＋　（／
３　／２）が９０°のときの電圧値に相当する。

その動作について説明する。

端子Ｔ２を介して与えられるーｔａｎ　（β／２）なる
信号は、反転アンプｏｐｉ、ｏｐ２によってそれぞれそ
の極性が反転され、アンプＯＰ２のｌｆ３力の正、負に
応じ゛ＣアンプＯＰ３またはＯＦ２によりその人力Ｖ工
または−Ｖ工と比較される。いま、反転アンプＯＰ２の
出力が負であるとすると、この出力は反転アンプＯＰ３
にて電圧■ｌと比軸され、アンプＯＰ２の出力が■工よ
りも小さいときは、反転アンプＯＰ３の出力は負となる
。このとき、−（ａｎ（β／２）なる値が反転アンプＯ
Ｐ１にて反転されてｊａｎ　（β／２）となり、この値
と端子Ｔ１を介して与えられるｊａｎ　（β／２）とカ
反転アンプＯＰ５にて加算されるが、ＴンブＯＰ５のゲ
インは１／２となっているので為端子Ｔ３からは−ｔａ
ｎ　（β／２）に相当する出力が得られる〇一方、アン
プＯＰ２の出力が■１よりも大きいときはアンプＯＰ３
の出力が正となる０これによって、アンプＯＰ１．ＯＰ
２およびＯＦ２からなるフィードバック経路が形成され
、−ｔａｎ（β／２）とｖｌとが等しくなるように制限
される。したがって、この場合アンプＯＰ５の入力は（
ｔａｎ（β／２　）＋Ｖ１　）　トｌｘ　リ、ソノ出力
からは−ｏｓｘ（ｔａｎ（β／２）＋Ｖｔ　）　＝　−
０，５Ｘ（ｊａｎ　（β７２　）　＋ｔａｎ　（９０°
／２　）　）なる出力が得られる。

なお、アンプＯＰ２の出力が正のときは、アンプＯＰ４
によって上記と同様の動作が行なわれ、結局一点鎖線内
の回路は第１０図（イ）の如き出力特性をもつ、いわゆ
るリミッタ回路を形成し、−Ｃいるということができる
。したがって、このリミッタ回路の出力と、端子Ｔ１を
介して与えられるｊａｎ　（β／２）とが反転アンプＯ
Ｐ５によって加算され、その出力端子Ｔ３からは第１０
図（Ｉ３）の如き出力が得られることになる。つまり、
非線形補正回路の出力ｆφ）は、ｆφ）＝−”ｊａｎ（
β／２）　　（−９００（β　・丁−１）０°）　。

２　　　　　　　ヨ　。

ｆ　／／３）＝　　’　（ｔａｎ　（β／２）→−ｊａ
ｎ　（９０ン２））（β〉９０°、β＜−９０°　） と表わすことができる０ このような門Ｆａ　ｆφ）をグラフ′（′示すとｆ４’
ｔ　１１図の如くなり、かかる関数ｆφ）を用いて角度
ｉ１ｉ’ｌ　（「″１１をした場合の角度誤差ρは、Ｎ
’＞　ｉ　２１ｇｌのｔｒ１＋＜辰わされる。すなわぢ
、−６０〈β＜６０°の？・ｉ）囲では従来例（第６図
さ−！（１）と同様であるが、β＞６０’の範囲で角度
誤差βは急激にγ・丸少し、例えばβ＝７５のききには
、１．０以下となり、上Ｊｌ！の；′１ｊき補正がない
場合と比べて約半分以下になることがわかる。このよう
な角度ｒ（差の影響は＞ｌｊ負佃のとき、ずなわぢ角度
βが大きい程ｆ（、Ｉ著であることは前述のとおり一〇
あるが、この発明によれば、かかる誤差の影響を極めて
少なくすることができる。

第１３図はこの発明をｔ；℃流形インバータにｉｌ＞’
ｊ用した例を示す４１′ｙ成図である０ＩｊＩｉ１判に
おいて、２］はｔ１１１変挨（コンバータ）部、２２は
通液Ｌ′！（インバータ）部、２３は誌導株等の交ｉｌ
ｌ　’ｊ％ｊ１動ｔ＝、’ｉ、２４は点弧角短Ｊ１節器
、２５はパルス分Ｆｉｔ沫１□）、２６１゜２６２は３
相／２相変換器、２７は電流調ｍ器、２８はこの発明に
よる角度制御部、７．　’Ｊは磁束演算器１，３０は速
度調節器である０ すなわち、角度制御部２８は、３相／２相変換器２６１
により２相変換された電動機Ｖα流鴎、ｉβと、磁束変
換器２９より得られる磁束ベクトルの位置信号φと、速
度調節器３０を介して与えられるトルク電流目標値ｉＴ
＊と、磁化電流目標値ｉＭ＊とにもとづいて所定の調節
演算を行ない、電流指令値ｉ＊１および角度指令値β＊
１を出力する。電流調節器２７は、電流形インバータの
入力電流が該電流指令値ｉ＊＊に一致するように点弧角
調節器２４に出力を出し、順変換（コンバータ）部２１
を制御する。一方、角度指令値β＊＊はパルス分配器２
５に与えられ、これによって逆変換（インバータ）部２
２が制御される０ 以上のように、この発明によれば、角度検出を行なう座
標変換器の後段に簡単な非線形補正回路を設けるだけで
、重負荷時（角度βが大きい時）の角度誤差を減少させ
ることができるので、良好な運転特性がイζトられると
いう効果をもたらすものである。

なお、このジ１゛１明はｕＬ力変換装置Ｓｉ、が↑（名
流形・インバータである場合の外、各種の電力変換装置
にも適用することが−Ｃきる。

【図面の簡単な説明】

第１図は誘導機を駆動する場合の電流ベクトルを示すベ
クトル図、第２図は電流ベクトル制御部の従来例を示す
ブロック図、第３図はｊａｎ　（β／２）調節ループを
示すブロック図、第４図はｔａｎ　（β／２）特性を示
すグラフ、第５図は角バ（調節動作を説明するための説
明図、第６図は角度目標値に対する誤差の関係を示すグ
ラフ、第７図は電流ベクトルの目標値と指令値との関係
を示すベクトル図、第８図はこの発明の°実施例を示す
ブロック図、第９図は第８図における非線形補正回路の
具体例を示す回路図、第１０図は８９図の動作を説明す
る波形図、第１１図は非線形補正回路の出力特性を示す
特性図、第１２図はこの発明における角度誤差を説明す
るグラフ、第１３図はこの発明を電流形インバータに適
用した適用例を示す描成図である０符号説明 １・・・・・・ベクトルアナライザ、２，９，１ｉ１６
．１７・・・・・・加算点、３，２７・・・・・・電流
調節器、４、　、１０　、１５・・・・・・角度調節器
、５，６・・・・・・ベクトル回転器、７，８，１２．
１３・・・・・・座標変換器、１４・・・・・・非線形
補正回路、２［・・・・・・順変換（コンバータ）部、
２２・・・・・・進度９：（インバータ）部Ａ２３・・
・・・・誘導機、２４・・・・・・点弧角ε１節器、２
５・・・・・・パルス分配器、２６１　、２６２・・・
・・・３相／２相変ｉｉ器、２８・・・・・・角度制御
部、２９・・・・・・磁束演算器、３０・・・・・・速
度調節器、ＯＰ１〜ＯＰ５・・・・・・反転増幅器代理
人　弁理士　並　木　昭　夫 代理人　弁理士　松　崎　　　　清 第１１！Ｊ 第２図 ｔ＄３図 寡４図 第５図 第６図 第７図 β ｔＪｆ８図 １９ ６ 第　９　図 第１１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電動機電流ベクトルの磁束基準軸からの角度βの代表値
   であるｔａｎ　（β／２）を検出する検出回路と、該検
   出値を目標値に一致させるべく調節演算を行なう角度調
   節器とからなる電ｒ！ＪＪＪ機１↓Ｌ流ベクトルの角度
   制御ループを備えてなる交流ｆｌ！動機の制御方式にお
   いて、前記検出回路の後段にｔａｎ　（β／２）の角度
   βに対する非線形性を補正する補正回路を設け、該補正
   回路の出力にもとづい°Ｃ角度の調節を行なうことによ
   り、角度の増大にもとづく誤差を低減するようにしたこ
   とを特徴とする交流電動機の制御方式。