JPS5953796B2 - 誘導電動機の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、誘導電動機のベクトル制御に係り、特に誘導
電動機の固定子電圧および電流から回転磁界および速度
を演算し、回転磁界の瞬時値を基準にして誘導電動機の
固定子電流の瞬時値を制御する自制運転方式による誘導
電動機の制御装置に；関する。

周波数変換装置で駆動される誘導電動機を可変速制御す
る方式には種々のものがある。

そのうちで、速度検出器を用いることなく速度制御でき
る方式としてＶ／Ｆ制御方式と呼ばれるものがあフる。
このＶ／Ｆ制御方式は誘導電動機のギャップ磁束が常に
ほぼ一定になるように、固定子の周波数と電圧とを定め
られた比になるように制御するもので、一般に周波数指
令と電圧振合は速度指令に基づいて与えられ、周波数は
オープンループ制・御される。この方式は速度検出器を
必要とせず、また制御構成が簡単である等の利点を持つ
ている。

しかし、トルフ等の電動機特性を非常に支配するすべり
周波数あるいは電圧と電流の位相等が無制御であるため
安定性が良くなく速い制御応答を得ることはできない。
他方、ベクトル制御方式と呼ばれる方式が最近開発され
た。

この方式は誘導電動機の回転子と鎖交する磁束のベクト
ルを基準にし、固定子電流によつて作られる合成起磁力
ベクトルを磁束ベクトルと平行な成分である励磁成分と
直交する成分であるトルク成分とに分け、磁束制御によ
つて決められた励磁成分およびトルク制御によつて決め
られたトルク成分を持つ起磁力ベクトルを作るような固
定子電流を誘導電動機に供給するものであり、直流機と
同等の制御性能を得ることができるので注目されている
。このベクトル制御方式は誘導電動機（以下、単に電動
機と略称する）の回転磁束および速度信号の瞬時値を必
要とする。

回転磁束の瞬時値を得るために従来から行われている方
法として次のようなものがあつた。

第１の方法は電動機にホール素子のような磁束検出器を
うめ込み直接磁束を検出する方法である。第２の方法は
電動機の固定子鉄心に検出コイルをうめ込み検出コイル
に誘起される電圧の瞬時値，を積分して磁束の瞬時値を
求める方法である。

第３の方法は電動機の固定子電流の瞬時値と回転速度の
瞬時値とから、磁束の瞬時値を演算するものである。第
４の方法は電動機の固定子電圧から固定子イ（ンピーダ
ンスドロツプを補償して誘起電圧を検出し、この誘起電
圧の瞬時値を積分して磁束の瞬時値を求めるものである
。

以上、第１〜４の方法にはそれぞれ長所短所があるが、
特に第１および第２の方法は電動機に検ご出のための素
子やコイルをうめ込む必要があるため、電動機の構造が
特殊になり高価になる点、信頼性のそこなわれる点など
のため得策ではない。

標準電動機を用いて磁束を検出できる第３および第４の
方法を第１図〜第３図の図面を参照しな４がら少し詳し
く説明する。第１図は周知の誘導電動機の等価回路であ
り、Ｒｓは固定子巻線抵抗、１５は固定子巻線漏れイン
ダクタンス、Ｒｒは回転子巻線抵抗、１ｒは回転子巻線
漏れインダクタンス、Ｍは固定子と回転子との巻線間の
相互インダクタンス、Ｖｓは固定子電圧ベクトル、Ｉｓ
は固定子電流ベクトル、Ｉｒは回転子電流ベクトル、ω
は固定子電流角周波数、ωｒは回転子の電気的回転速度
である。

第１図から回転子側の電圧方程式として次式が成立する
。

（１）式に（ω−ωｒ）／ωを掛け、回転子巻線の自己
インダクタンスＬｒ＝１ｒ＋Ｍを用いて書き直せば次式
を得る。

ｊ（ω−ωｒ） （ＭＩｓ＋ＬｒＩｒ） ＋ＲｒＩｒ＝０ ・ （２
）（２）式において、ＭＩｓは固定子電流の作る磁束の
うち回転子巻線と鎖交する磁束であり、ＬｒＩｒは回転
子電流による磁束であるから、ＭＩｓ＋ＬｒＩｒは回転
子巻線と鎖交する全磁束を表わす。

この回転子巻線と鎖交する全磁束を（Ｄｒとして（３）
式で定義する。ａ｛ｒ＝ＭＩｓ＋ＬｒＩｒ（３） （３）式の関係を用いて（２）式をＩｓと（！）．ｒで
表わせば次式を得る。

更に、（４）式を瞬時値に対する式として、ｊωをｄ／
Ｄｔ＝ｐで書き換え、回転子巻線時定数Ｔｒ＝Ｌｒ／Ｒ
ｒを用いて次の式を得る。

Ｔｒ−Ｐ（１）ｒ＝ＭＩｓ＋ｊωＲＴｒφｒ−φｒ
（５）固定子電流１ｓおよび回転速度ωｒを与えて（
５）式の微分方程式を解けば回転子巻線と鎖交する磁束
（以下単に磁束と略称する）φ．ｒを求めることができ
るが、（５）式は複素演算式であるからアナログ濤算す
ることができない。

アナログ演算も容易にできるようにするため、（５）式
を実数部と虚数部とに分け、各変数の実数成分ｄ軸成分
、虚数成分をｇ軸成分、すなわち（１）ｒ＝（Ｄｄｒ＋
ｊφ釘およびＩｓ＝Ｉｄｓ＋ＪＩ，８、とすれば次のよ
うに２つの式が得られる。

ＴｒＰΦＤｒ＝ＭＩｄｓ−ωＲＴｒ（１）Ｑｒ−ΦＤｒ
｝ （６）ＴｒＰ（１）Ｑｒ＝ＭＩｑｓ＋ωＲＴｒΦＤ
ｒ−ΦＱｒ前記第３の方法は（６）式に基づいて、ｄ−
ｇ軸の固定子電流１ｄｓおよびＩ，５と回転速度ωｒと
から磁束のｄ−ｇ軸成分の瞬時値ΦＤｒおよびΦＧｒを
演算するものであり、第２図にその演算回路の構成プロ
ツク図を示す。

第２図において、２６１および゛２６２は入力をＭ倍し
た信号を出力する係数器、２６３，２６４は図示の極性
で加減算する加減算器、２６５，２６６は入力信号を１
／Ｔｒ倍し積分するための積分器、２６７，２６８はそ
れぞれ２入力信号を乗算・した信号を出力する掛算器、
２６９は入力信号をＴｒ倍した信号を出力する係数器で
ある。

固定電流のｄ−ｇ軸成分の瞬時値１ｄｓおよびＩ，８は
それぞれ係数器２６１および２６２の入力信号として与
えられ、それぞれＭ倍されて加減算器２６３，２６４に
与えられる。

加減算器２６３および２６４はそれぞれ前記係数器の出
力ＭＩｄ５およびＭ，８とフイードバツク信号とを用い
て（６）式右辺の演算をし、ＴｒＰΦ，ｒおよびＴｒＰ
Φ，５を出力する。積分器２６５および２６６はＴｒＰ
Φ，ｒおよびＴｒＰΦ，ｒをそれぞれ積分し磁束のｄ−
ｇ軸成分瞬時値ΦＤｒおよびΦＤｒを出力する。０ｄｒ
およびΦＧｒは直接加減算器２６３，２６４にフイード
バツクされると同時にそれぞれ掛算器２６７，２６８の
１方の入力として与えられ、回転速度信号ωｒが係数器
２６９でＴｒ倍された信号Ｔｒωｒと乗算されて加減算
器２６３，２６４へフイードバツクされる。

このようにして積分器２６５および２６６の出力として
磁束のｄ−ｇ軸成分ΦＤｒおよびΦＧｒがそれぞれ得ら
れるものである。このように第３の方法は電動機の回転
子側の方程式から導出するものであるのに対し、第４の
方法は固定子側の電圧方程式から導出するものである。

第１図の等価回路から次の固定子側の電圧方程式が得ら
れる。

Ｖｓ＝（Ｒｓ＋ＪＣＲ）１Ｓ）ＩＳ ＋ｊωＭ（Ｉｓ＋Ｉｒ） （７）固定
子巻線の自己インダクタンスＬｓ＝１ｓ＋Ｍを用い、更
に（３）式の関係を用いて（７）式からＩｒを消去すれ
ば次式が得られる。

（８）式において、Ｌｓ−Ｍ２／Ｌｒはほぼ固定子巻線
と回転巻線のもれインダクタンスの和１ｓ＋１ｒであり
、記述の簡単のためにこの量を１０＝ＬｓＭ２／Ｌｒと
する。

（８）式を瞬時値に対する微分方程式で表わし、実数部
（ｄ軸成分）と虚数部（ｇ軸）とに分ければ次の２式が
得られる。従つて、磁束に関する式として次式が得られ
る。

００）式から明らかなように、ｄ軸成分とｇ軸成分は独
立しており同じ演算式であるから同じ構成の２組の演算
回路でそれぞれ演算することができる。

第３図は（１１式に基づいて磁束の瞬時値を演算するた
めの第３の方法の演算回路をｄ軸成分に対して示したも
のである。

第３図において、２５１は入力をＲｓ倍した信号を出力
する係数器、２５２は入力を微分して１０倍した信号を
出力する微分器、２５３は図示の極性で加減算をする加
減算器、２５４は入力をＬｒ／Ｍ倍した信号を出力する
係数器、２５５は積分器である。固定子電流瞬時値１ｄ
ｓは係数器２５１および微分器２５２に入力され、それ
ぞれＲｓＩｄｓおよび１０ｐＩｄｓが演算されて加減算
器２５３に与えられる。

固定子電圧瞬時値Ｄｓは直接加減算器２５３に与えられ
、加減算器２５３は３入力を演算してＶｄｓ−ＲｓＩｄ
ｓ−１０ｐＩｄｓを出力する。係数器２５４は加減算器
２５３の出力信号Ｌｒ／Ｍ倍し（１０）式で与えられる
磁束の微分値ＰＯｄｒを出力する。磁束の微分値ＰＯｄ
ｒは積分器２５５で積分され磁束の瞬時値ΦＤｒが導出
される。第３図はｄ軸成分について書いているがｇ軸成
分についても全く同様であることは言うまでもない。こ
のように第３の方法および第４の方法によれば電動機を
特殊加工することなく磁束の瞬時値を得ることができる
がそれぞれ次のような問題がある。

第３の方法は回転速度ωｒを求める必要があり、この速
度信号ωｒの誤差が演算された磁束に大きな誤差を生じ
る。

すなわち、第２図の構成回路において磁束の瞬時値を定
める１つの要素は固定子電流の角周波数ωと回転速度ω
ｒとの差（すベリ周波数）であり、速度信号ωｒの誤差
は相対的に小さいものであつても相対的に小さな量であ
るω一ωｒに対する誤差は大きくなり演算された磁束も
大きな誤差を含んだものになる。ただし、零速度を含む
低速蒔には上記のような欠点はなく、精度良く磁束の演
算をすることが可能である。すなわち、第３の方法は高
速時に精度良く演算することが困難であるというのが欠
点である。

また、第４の方法は固定子電圧から固定子電流，による
インピーダンスドロツプを補償し磁束の微分値を演算し
、それを積分しなければならない。運転周波数ωが小さ
くなるに従い固定子電圧に対する固定子電流によるイン
ピーダンスドロツプ補積分の占める割合が大きくなり、
運転周波数ωが二０のときは磁束の微分値は０になり固
定子電圧は全てインピーダンスドロツプ分となる。従つ
て、低速時には固定子電流によるインピーダンスドロツ
プの補償を正確に行わなければならない。また、インピ
ーダンスドロツプの補償を正確に行つ５たとしても低速
時には微小な量である磁束の微分値を積分して磁束を求
めなければならず、積分器のドリフト等のために実際に
は非常に困難であり低速時の実現はほとんど不可能であ
る。本発明は従来のこのような問題点を解決すべく ５
なされたもので誘導電動機自体に特殊加工を施すことな
く、全速度範囲における磁束を精度良く演算することが
でき安定且つ応答速度の速い誘導電動機の制御装置を提
供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明は、前記誘４導電動
機の固定子電流の瞬時値を検出する電流検出回路と、前
記誘導電動機の固定子電圧の瞬時値を検出する電圧検出
回路と、前記誘導電動機の回転速度の瞬時値を検出する
速度検出器と、前記電圧検出回路の出力信号と前記電流
検出回路の出力信号とから前記誘導電動機の回転子巻線
に鎖交する磁束の固定子座標系からみた瞬時値を演算す
る第１の磁束演算回路と、前記電流検出回路の出力信号
と前記速度検出器の出力信号とから前記磁束の瞬時値を
演算する第２の磁束演算回路と、前記速度検出器の出力
信号を受けて前記誘導電動機が高速運転しているときは
前記第１の磁束演算回路の演算結果を出力させ低速運動
しているときは前記第２の磁束演算回路の演算結果を出
力させる磁束選択回路とを備え、前記第１または第２磁
束演算回路の出力信号に基づいて前記誘導電動機の固定
子電流の瞬時値を制御するものである。本発明の別の目
的は、電気機械的あるいは光学的速度検出器を必要とし
ない誘導電動機の制御装置を提供することにある。

この別の目的を達成するために、本発明は、誘導電動機
の固定子側の電圧および電流の瞬時値から速度をも演算
するものである。

以下、本発明の一実施例を図面を参照しながら説明する
。

第４図において、周波数変換装置１はＵ相巻線端子Ｕ，
Ｖ相巻線端子，Ｗ相巻線端子ｗを有する誘導電動機２に
供給する固定子電流の瞬時値を制御するものである。

電源母線３Ｒ，３Ｓ，３Ｔは周波数変換装置１の入力端
に交流を供給するものである。変流器４Ｕ，４Ｖ，４Ｗ
〕は電動機２の固定子電流の各相瞬時値を検出するもの
であり、電流検出回路５は変流器４Ｕ，４Ｖ，４Ｗの出
力信号を演算回路で使用するに適した信号レベルに変換
するものである。比較器６，７，−８はそれぞれ電動機
２のＵ相，Ｖ相，Ｗ相固定子電流瞬時値の基準値ｈ＊，
、＊， Ｉｗ＊と、電流検出回路５により検出される電
動機２のＵ相，Ｖ相，Ｗ相固定子電流瞬時値１０，Ｉｖ
，Ｉｗとを比較するものである。

電流制御回路９，１０，１１はそれぞれ比較器６，７，
８により検出される偏差信号を増幅して電動機２の固定
子電流１ｕ，Ｉｖ，Ｉｗがそれぞれ基準値ｈ＊，Ｉｖ＊
，Ｉｗ＊に常に等しくなるように周波数変換装置１を制
御するものである。電圧検出回路１２は電動機２の固定
子電圧の各相瞬時値を検出し演算回路で使用するに適し
た信号レベルに変換するものである。３相−２相変換回
路１３と１４は１２０゜位相差のＩｕ，Ｉｌ・，Ｉｗあ
るいはＶｕ，Ｖｖ，Ｖｗを９０゜位相差のＩｄｓ，ｇｓ
あるいはＶｄｓ，Ｖｇｓに変換するものである。

磁束演算回路１５は前記２相−３相変換回路１３および
１４でｄ−ｇ軸へ変換された電動機２の固定子電流瞬時
値１ｄｓ，Ｉｇｓおよび固定子電圧瞬時値Ｖｄｓ，Ｖｇ
ｓと、電動機２の回転速度ωｒとを入力信号として電動
機２の磁束のｄ軸成分瞬時値ΦＤｒとｇ軸成分瞬時値Φ
Ｇｒ、およびそれらの微分値ＰＯｄｒ，ＰΦ？を演算す
るものである。速度演算回路１６は前記磁束演算回路１
５で演算された磁束のｄ−ｇ軸成分瞬時値ΦＤｒ，ΦＧ
ｒおよびそれらの微分値ＰＯｄｒ，ＰＯｇｒｌ：：．ｄ
−ｇ軸固定子電流瞬時値１ｄｓ，ｇｓとを入力信号とし
て電動機２の回転速度ωｒを演算する機能と、磁束の瞬
時値ΦＤｒおよびΦＧｒから磁束の振幅（絶対値）Φｒ
１およびそれぞれΦＤｒ，Φ？と同相で単位振幅を有す
る２相信号Ｅｄ，ｅｇを演算する機能とを有するもので
ある。比較器１８は電動機２の回転速度指令値１７（ω
ｒ＊）と速度演算回路１６により演算された電動機２の
回転速度ωｒとを比較しその偏差を求めるものである。
速度制御回路１９は比較器１８により検出されるωｒ＊
とωｒとの偏差信号を増幅する機能を有し、電動機２の
回転速度ωｒが常に回転速度指令値ωｒ＊と等しくなる
ように制御するものである。比較器２１は磁束振幅指令
値２０（１Φｒ１＊）と速度演算回路１６の出力として
得られる電動機２の磁束振幅１φｒ１とを比較するもの
である。磁束制御回路２２は比較器２１により検出され
るＩφｒ１＊と！Φｒ］との偏差信号を増幅する機能を
有し、電動機２の磁束振幅 Φｒ１が常に磁束振幅指令
値１Φｒ１＊と等しくなるように制御するものである。

電流基準発生回路２３は速度制御回路１９の出力信号１
１および磁束制御回路２２の出力信号。と、速度演算回
路１６の出力信号として得られる磁束の振幅１０ｒＩお
よび磁束Ｄｇ軸成分瞬時値ΦＤｒ，ΦＧｒと同相で単位
振幅を有する２相信号Ｅｄ，ｅｇとを入力信号とし、Ｅ
ｄおよびＥｇと同相な成分がＩ。，ｅｄおよびＥｇより
も９０゜進んだ位相成分が１１／１φｒｌをそれぞれ持
つような２相信号１ｄｓ＊およびＩｇｓ＊を作りこれを
固定子電流基準値として出力するものである。２相３相
変換回路２４は９０゜位相差の２相入力１ｄｓ＊および
Ｉｇｓ＊を１２０゜位相差の３相信号１。

＊， １１・＊およびＩω＊に変換し、これに得られた
Ｉ。＊， １１・＊およびＩｗ＊をそれぞれ電流基準に
して電動機２の固定子電流１ｕ，ＩｖおよびＩｗをそれ
ぞれ制御するものである。第５図は第４図に示した磁束
演算回路１５の一構成例を示し、この磁束演算回路１５
は、第３図に示した電動機２の固定子電圧と固定子電流
の瞬時値から上記第４の方法によつて磁束の瞬時値およ
びその微分値をｄ軸成分および８軸成分に関してそれぞ
れ演算する第１の磁束演算回路２５ａ，２５ｂと、第２
図に示したｄ−ｇ軸成分固定子電流の瞬時値１ｄｓ，Ｉ
ｇｓと回転速度ωｒとから第３の方法によつて磁束の瞬
時値を演算する第２の磁束演算回路２６と、前記の第１
および第２の磁束演算回路２５ａ，２５ｂ，２６で演算
された磁束瞬時値Φ″Ｄｒ，Φ″Ｇｒ，Φ″Ｄｒ，Φ″
″Ｇｒと回転速度信号ωｒとを入力信号として回転速度
ωｒの絶対値１ωｒｌの大きさに応じて出力する磁界の
瞬時値ΦＤｒ，ΦＧｒを第１の磁束演算回路２５ａ，２
５ｂで演算されたものと第２の磁束演算回路２６で演算
されたものとから決定する磁束選択回路２７とをそなえ
るものである。

第１の磁束演算回路２５ａおよび２５ｂは第３図、第２
の磁束演算回路２６は第４図に示したものとそれぞれ同
一機能を有するものであるから、その内部構成要素には
第３図あるいは第２図と同一番号を付して機能の詳細説
明は省略するが、演算された磁束のｄ−ｇ軸成分瞬時値
に対し第１の磁束演算回路２５ａおよび２５ｂの出力を
Φ″ＤｒおよびΦ″Ｇｒ、第２の演算回路２６の出力を
Φ″″ＤｒおよびΦ″″Ｇｒとして記号は区別するもの
とする。

磁束選択回路２７において、第１切換スイツチ２７１は
第１の磁束演算回路２５ａで演算された磁束のｄ軸成分
瞬時値Φ″Ｄｒと第２の磁束演算回路２６で演算された
磁束のｄ軸成分瞬時値Φ″″Ｄｒとを入力信号とし、第
３の入力である制御信号ＥＯに応じて出力する信号ΦＤ
ｒをΦ″ＤｒとΦ″″Ｄｒのいずれかから選択するため
のスイツチであり、第２切換スイツチ２７２は第１の切
換スイツチ２７１と同一機能を有するスイツチでｇ軸成
分に対する第１の磁束演算回路２５ｂの出力Φ″？と第
２の磁束演算回路２６の出力Φ″″Ｇｒとを制御信号Ｅ
Ｏによつて切換えるものである。切換制御回路２７３は
回転速度ωｒを入力信号とし、回転速度の絶対値１ωＲ
Ｉの大きさにより切換スイツチ２７１および２７２を切
換えるための制御信号ＥＯを調整するものであり、回転
速度の絶対値１ωｒｌが所定値より大きい場合には第１
の磁束演算回路２５ａおよび２５ｂの演算出力Φ″Ｄｒ
およびΦ″釘が、また１ωｒｌが所定値より小さに場合
には第２の磁束演算回路２６の演算出力Φ″″Ｄｒおよ
びΦ″″釘が磁束のｄ−ｇ軸成分の瞬時値ΦＤｒおよび
Φ釘として出力されるように制御するものである。

このように構成された第５図の磁束演算回路１５により
得られる磁束瞬時値ΦＤｒおよびΦ釘は、高速時には高
速時に精度の良い第１の磁束演算回路２５ａおよび２５
ｂにより、また低速時には低速時に精度の良い第２の磁
束演算回路２６により演算されたものであるから、全速
度範囲で精度の良い磁束瞬時値が得られる。

第６図は第５図における磁束選択回路２７の他の実施例
を示したものである。

この実施例において絶対値回路２８１は回転速度ωｒの
絶対値を得るための回路である。関数発生器２８２，２
８３はそれぞれ回転速度の絶対値：ωｒ１を入力信号と
して、ｌωｒｌに対して所定の関数関係の信号Ｅｌ，ｅ
２をそれぞれ出力するものである。乗算器２Ｓ８４およ
び２８５は第１の磁束演算回路２５ａおよび２５ｂの演
算出力Φ″ＤｒおよびΦ″釘に関数発生器２８２の出力
信号ｅ１を乗じた結果をそれぞれ出力するものである。
乗算器２８ｂおよび２８７は第２の磁束演算回路２６の
演算出力Φ″Ｄｒおよ（びΦ″″釘に関数発生器２８３
の出力信号Ｅ２を乗じた結果をそれぞれ出力するもので
ある。加算器２８８は２つの乗算器２８４および２８５
の両出力信号を、２８９は乗算器２８６および２８７の
両出力信号をそれぞれ加算して磁束のｄ−ｇ軸成分ごΦ
ＤｒおよびΦ釘として出力するものである。第７図は第
６図における関数発生器２８２および２８３が発生すべ
き関数の例を示したものである。第７図のような関数を
持たせることによつて、４回転速度の絶対値「ωｒｌが
ｌωＲｌａより小さいときは関数発生器２８２の出力ｅ
１は０、関数発生器２８３の出力Ｅ２は１であるから、
掛算器２８４および２８５の両出力は０であり、掛算器
２８６および２８７の両出力はそれぞれの入力信号Φ″
″ＤｒおよびΦ″″Ｇｒに等しくなる。

従つて、加算器２８８および２８９の出力には低速時に
精度の良い第２の磁束演算回路２６の演算出力Φ″″Ｄ
ｒおよびΦ″″釘が得られる。それに対し、ｌωＲＩが
：ωＲｌ．よりも大きいときはｅ１が１でＥ２が０であ
るから、加算器２８８および２８９の出力には高速時に
精度の良い第１の磁束演算回路２５ａおよび２５ｂの演
算出力Φ″ＤｒおよびΦ″釘が得られる。１．ωｒ１が
１ωｒしとｉωＲｌｂの間の範囲では、１ωＲｉの大き
さに応じて第１と第２との磁束演算回路の演算結果が適
当な比率で加え合せられたものが加算器２８８および２
８９の出力として得られる。

第７図においてｌωｒｌ：ａ＝；ωｒ！ｂとして不連続
な関数を関数発生器２８２および２８３から発生させた
場合、第６図の磁束演算回路の機能は第５図における磁
束演算回路２７の機能と同じである。

第７図のように関数発生器２８２および２８３に設定す
る関数を連続にすることによつて第１の磁束演算回路２
５ａおよび２５ｂの出力Φ″ＤｒおよびΦ″釘と第２の
磁束演算回路２６の出力Φ″ＤｒおよびΦ″″すとに差
があつても磁束演算回路の出力として得られるΦＤｒお
よびΦすは不連続に変化することはなく、回転速度の絶
対値１ωｒｌに応じて第１の磁束演算回路出力と第２の
磁束演算回路出力との切換がなめらかに行われる。

また、第５図および第６図において第１の磁束演算回路
出力Φ″ＤｒおよびΦ″釘と第２の磁束演算回路出力Φ
″″ＤｒおよびΦ″″Ｇｒとを切換えるための信号は回
転速度ωｒから得るように説明したが、固定子電圧振幅
１Ｖｓ１等の回転速度ωｒの変化と関連して変化する他
の変数から切換信号を得ることもできる。

第８図は第４図における速度演算回路］６の詳細な構成
図で、磁束のｄ−ｇ軸成分瞬時値ΦＤｒおよびΦすから
ΦＤｒおよびΦすに同相で単位振幅を有する２相信号Ｅ
ｄおよびＥｇと、磁束振幅１′φｒｌとを求める回路、
すなわち、ΦＤｒおよびΦＧｒをその位相情報を持つｍ
ｌおよびＥｇと振幅情報を持つｌφｒｌに変換している
磁束変換回路２９と、電動機２の回転速度ωｒを演算す
る速度演算部３０とで構成されている。

磁束変換回路２９において、２９１，２９２は割算器、
２９３，２９４は掛算器、２９５は加算器である。

今、加算器２９５の出力を仮にＡとして磁束変換回路２
９の動作を説明する。割算器２９１および２９２の分子
入力にはそれぞれ９０゜位相差を持つ磁束のｄ−ｇ軸成
分瞬時値ΦＤｒおよびΦ『が与えられ、分母入力信号と
して与えられる加算器２９５からのフイードバツク信号
Ａによつて割られた信号ΦＤｒ／ＡおよびΦＧｒ／１Ａ
をそれぞれ２９１および２９２が出力する。

掛算器２９３および２９４には一方の入力信号として磁
束のｄ−ｇ軸成分瞬時値ΦＤｒおよびΦ？が、もう一方
の入力信号として割算器２９１および２９２の出力信号
ΦＤｒ／ＡおよびΦＧｒ／Ａがそれぞ，れ与えられ、掛
算器２９３の出力にはΦ２ｄｒ／Ａが２９４の出力には
Φ２ｇｒ／Ａがそれぞれ得られる。掛算器２９３および
２９４の両出力信号は掛算器２９５で加え合せられＡと
なる。従つて、Ａは次式の関係を持つものである。９０
゜位相差を持つ２相信号である磁束のｄ−ｇ軸成分瞬時
値ΦＤｒおよびΦ『に対して、上式の（Φ２ｄｒ＋Φ２
，ｒ）は磁束の振幅の自乗１φＲｌ２であることは明ら
かである。

従つて、加算器２９５の出力信号Ａは次式のように磁束
振幅に等しいＯまた、割算器２９１および２９２の両出
力信号ＥｄおよびＥｇは次式で与えられるように、磁束
のｄ−ｇ軸成分ΦＤｒおよびΦ『とそれぞれ同相で単位
振幅を有する２相信号である。

速度演算部３０において、３０１，３０２は入力信号を
（Ｍ／Ｔｒ）倍する係数器、３０３，３０４はそれぞれ
図示の極性で減算を行う減算器、３０５，３０６は掛算
器、３０７は減算器、３０８は割算器である。

速度演算部３０を構成するときに基本となる式は（６）
式から導びかれる。

（６）式は容易に次式へ変形できる。（１３ａ）式にΦ
？を掛けたものから（１３ｂ）式にΦＤｒを掛けたもの
を引き、 （Φ２，，＋Φ２，ｒ）＝ｌ（！）Ｒｌ２で
あることを用いて次式が得られる。

０−ノ 暴 ― 〜▲晶ノ
（１４）式から、Ｅｄ＝ΦＤｒ／！φｒ！およびＥｇ＝
ΦＧｒ′／１Φｒ１を用いて次の回転速度ωｒに関する
式が得られる。

第８図において、ｄ−ｇ軸固定子電流瞬時値Ｉｄｓおよ
びＩｇｓがそれぞれ係数器３０１および３０２で（Ｍ／
Ｔｒ）倍され、減算器３０３および３０４で磁束のｄ−
ｇ軸成分の微分値ＰＯｄｒおよびＰΦＧｒとそれぞれ減
算され、減算器３０３の出力信号として（ＭＩｄｓ／Ｔ
ｒ−ＰΦＤｒ）、３０４の出力信号として（ＭＩｇｓ／
Ｔｒ−ＰＯｇｒ′）がそれぞれ得られる。

減算器３０３の出力信号は掛算器３０５で磁束変換回路
から得られる２相信号のうちのＥｇと、減算器３０４の
出力信号は掛算器３０６でＥｄとそれぞれ乗算され、そ
の乗算された両信号は減算器３０７で減算され、減算器
３０７の出力信号として（１５）式の分子に相当する信
号が得られる。減算器３０７の出力信号は（１６）式の
分母信号である磁束変換回路２９から与られる磁束振幅
１Φｒｌによつて割算器３０８で割られ、その結果割算
器３０８の出力信号として回転速度ωｒが得られる。第
９図は３相Ｕ，Ｖ，Ｗ軸と２相ｄ−ｇ軸との相互関係を
表わすベクトル図で、ｄ軸とＵ軸との角度θは任意で良
いがｄ軸かｇ軸かをＵ，Ｖ，Ｗ軸のいずれかの軸に一致
させれば相互関係が簡単になる。

ｄ軸とＵ軸を一致させるものとし、θ＝０としたときの
関係は次のようになる。

第１０図は第４図の３相−２相変換回路１３および１４
の構成例を示す図で、１３１，１３２，１３３は入力端
子、１３４，１３５は出力端子、１３６は減算器、１３
７は入力信号を（１／！Ｓ）倍する係数器である。

前述（１６）および（１７）式から関係式が導出される
。

第１０図において、端子１３１にＵ、端子１３２にＶ、
端子１３３にＷを入力すると、出力端子１３４にはＵ、
出力端子１３５には（Ｖ−Ｗ）／Ｖ百が得られるから、
（１８）式より出力端子１３４および１３５にそれぞ
れｄおよびｇが得られることがわかる。

第１１図は第４図の２相−３相変換回路２４の構成例を
示す図で、２４１，２４２は２相入力端子、２４３，２
４４，２４５は３相出力端子、２４６および２４７はそ
れぞれ入力信号を（１／２）倍および（！丁）倍する係
数器、２４８，２４９はそれぞれ図示の極性で加減算す
る加減算器である。

（１６）および（１７）式から次の関係式が導出される
。

２にｇを入力すると、出力端子２４３にはｄ、２４４に
は−１ｄ＋ ？ｇ、２４５には一委ｄ一Ｖ丁２ｇが得ら
れるから、 （１９）式により出力端子２４３，２４４
および２４５にはそれぞれＵ，およびｗが得られること
がわかる。

第１２図は第４図の電流基準値発生回路２３の詳細な構
成図で、２３１は割算器、２３２〜２３５は掛算器、２
３６，２３７は図示された極性で加減算を行なう加減算
器である。

掛算器２３２では磁束のｄ軸成分瞬時値ΦＤｒに同相な
単位振幅の信号Ｅｄと磁束制御回路の出力信号１。とが
、掛算器２３３では磁束のｇ軸成分瞬時値ΦＧｒに同相
な単位振幅の信号Ｅｇと割算器２３１により速度制御回
路の出力信号１１を磁束振幅１０ｒＩで割つた信号１２
とがそれぞれ乗算され、加減算器２３６で再乗算器２３
２および２３３の出力が減算され固定子電流のｄ軸成分
の基準値１ｄｓ＊が出力される。他方、掛算器２３４で
Ｉ。とＥｇとが、２３５で１２とＥｄとがそれぞれ乗算
された信号が加減算器２３７で加算され固定子電流のｇ
軸成分の基準値Ｉｇｓネが出力される。第１３図は第１
２図電流基準値発生回路２３で出力される固定子電流の
ｄ−ｇ軸成分基準値Ｉｄｓ＊，Ｉｇｓ＊のベクトル関係
を示したものづある。

第１３図において磁束ベクトル（！Ｄｒは同期速度ωで
反時計方向に回転する。

常に磁束ベクトルの方向と等しい方向を持つ単位ベクト
ルをｅとすれば、単位ベクトルｅ（７）ｄ−ｇ軸成分が
それぞれＥｄおよびＥｇである。第１３図から明らかで
あるように、第１２図の電流基準発生回路２３の出力信
号１ｄｓ＊およびＩｇｓネによつて作られる固定子電流
の基準値ベクトルＩｓ＊は、単位ベクトルｅを磁束制御
回路の出力信号１。

倍したベクトルＩ。ｅと、ｅよりも９０゜回転位相の進
んだ単位ベクトルＪｅを速度制御回路の出力信号１１の
磁束振幅゛ｌ：φｒ１に対する比率である信号１２倍し
たベクトル１２・Ｊｅとを加えたものである。周知のよ
うに、電動機のトルクＴは磁束の大きさとその磁束に直
交する電流の大きさとの積に比例する。

第１３図に示すような固定子電流基準値Ｉｓ＊と等しい
固定子電流１ｓが電動機２に流れたとき、１２は常に磁
束φｒと直交するＩｓの成分であるから電動機２のトル
クＴは次式で与えられる。Ｔ＝ＫＩφｒｌ′１２（２０
）（２０）式の１２は速度制御回路の出力信号１１を磁
束振幅１０ｒ１で割つたもの、すなわち１２＝１１／φ
ｒ１であるから、 （２０）式で与えられるトルクＴは
次式のように磁束振幅１Φｒ１の変化に関わらず常に１
１に比例することが分かる。

Ｔ＝Ｋ・１φｒｌ−１１／１φＲＩ：Ｋ−１１（２１）
また、ＩＯは固定子電流ベクトルＩｓ＊の磁束ベク５ト
ルφｒと同相な成分であり磁束振幅１φｒ１を制御する
励磁電流成分である。

なお、第４図において、電流検出回路５、電流制御回路
９，１０，１１．電圧検出回路１２、速度制御回路１９
、および磁束制御回路２２等は周知のものであるから、
その詳細な説明は省略する。

次に、上述のように構成された本発明の実施例の動作を
説明する。

今、電動機２が無負荷で定常回転しているとすれば、無
負荷であるから速度制御回路１９の出力信号１１はＯに
なり、電流基準発生回路２３で与えられる固定子電流ベ
クトルＩｓ＊は磁束制御回路２２の出力信号１。

で定まる励磁電流成分だけであり磁束ベクトルφｒと同
相になる。このとき、磁束振幅１φｒｌがその基準値１
φＲＩ＊と等しくなるようなＩ。が磁束制御回路２２の
出力信号として電流基準値発生回路２３に与えられてい
る。次に、回転速度の指令ωｒ＊が変化して、比較器１
８に偏差を生じると、この偏差信号に応じた信号１１が
速度制御回路１９の出力として電流基準発生回路２３に
与えられ、固定子電流基準値ベクトルＩｓ＊は第１３図
のように磁束ベクトルと位相の異なつたものになる。た
だし、第］３図のように固定子電流基準値ベクトルＩｓ
＊が磁束ベタトルＩｒよりも回転位相が常に進むとは限
らず、速度制御回路１９の出力信号１１が正であればＩ
ｓ＊はΦｒよりも回転位相が進み、１１が負の場合はＩ
ｓ＊はΦｒよりも回転位相が遅れる。今、電流制御回路
９，１０，１１の制御応答が非常に速く固定子電流の基
準値ベクトルＩｓ＊と、実際に電動機２に流れる固定子
電流１ｕ，Ｉｖ，１ッの作るベクトルＩｓとが等しいと
すれば電動機２は速度制御回路１９の出力信号１１に比
例したトルクを発生し、電動機２は速度演算回路１６で
演算された回転速度ωｒと回転速度指令値ωｒ＊とが等
しくなるように加速あるいは減速し、運転を継続する。

また、磁束振幅指令１φＲｉ＊が変化した場合にも指令
値１φｒ１＊と演算値１φｒ１とが比較器２１で比較さ
れ、比較器２１の偏差出力が磁束制御回路２２で増幅さ
れた信号１。

として電流基準値発生回路２３に与えられ番。ＩＯは固
定子電流ベクトルＩｓの磁束ベクトルΦｒと同相な成分
であるから、ｉφｒ１＊と１φｒ１とが等しくなるよう
に磁束振幅を変化させるがトルクには影響を与えない。
以上の説明のように翻実施例によれば電動機２のトルク
Ｔと磁束振幅１φＲＩとが干渉しないように制御でき、
直流機と同等の制御性能が得られ、しかも構造が簡単で
堅牢、安価で信頼性のある誘導電動機の特長を十分いか
すことのできる誘導電動機の可変速駆動システムを電気
機械的あるいは光学的速度検出機を電動機に取付けるこ
となく実現出来る。

なお、本発明は前述し且つ第４図に示す実施例に限定す
るものではなく種々変形して実施できるものである。

例えば、速度検出器を取付けたものでも本発明の磁束演
算回路を備えることによつて全速度範囲において精度の
良い磁束瞬時値を得ることが可能である。また、磁束振
幅が一定で浪い場合は磁束制御回路は不要であり、構成
を簡単にすることができする。

第１４図は前述したように速度検出器を取付け、更に磁
束制御がない場合の実施例を示す構成図で第４図と同一
機能を有するものは同一番号を付して機能の説明を省略
する。

第１４図において、３１は電動機２に連結され電動機２
の回転速度ωｒを検出する速度検出器、２９は磁束のｄ
−ｇ軸成分瞬時値ΦＤｒおよびΦｉから、それと同相で
単位振幅の２相信号ＥｄおよびＥｇを得るための第８図
に同一番号で示した磁フ束変換回路、３２は電流基準値
発生回路であり、その詳細な構成を第１５図に示す。

第］５図において、３２１，３２２は入力信号をＩ。

＊倍する係数器、３２３，３２４は掛算器、３２５，３
２６は図示の極性で加減算を行なう加減算器である。第
１５図の電流基準発生回路３２を第１２図の電流基準発
生回路２３と比較すれば明らかであるように、磁束制御
を必要としない場合には固定子電流の磁束と同相な成分
（励磁電流成分）は常に一定で良いので、第１２図の電
流基準値発生回路２３において固定子電流の磁束と同相
な成分を演算するための掛算器２３２および２３４が第
１５では係数器３２１および３２２に置換えられ、また
、電流機２の出力トルクを定める固定子電流の磁束と直
交する成分も一定値である磁束振幅で割る必要がないか
ら第１２図における割算器２３１は第１５図では不要と
なる。

第１４図は速度検出器３１を取付けたことによつて速度
演算回路１６が不要となり、磁束制御をしないので磁束
制御回路２２が不要となり電流基準値発生回路の構成が
簡単になることの他は第４図と同じであり、動作も磁束
制御がないことを除けば第４図と同じであるから詳細な
動作説明は省略する。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、電動
機の発生トルクＴを速度制御回路の出力信号に比例させ
ることができ、また、磁束振幅：Φｒｌも必要に応じて
トルク制御と干渉しないように制御できる効果がある。

二また、本発明は磁束を演算す
るための２種の演算回路を備え、その両演算回路出力の
互いに精度の良い領域での出力を選択して磁束信号を得
ているので、全速度範囲で精度の良い磁束の瞬時値を得
ることができ、安定且つ過渡応答特性の優れた．制御を
なし得、制御の信頼性を向上させる効果がある。また、
本発明によれば、電気機械的あるいは光学的速度検出器
を電動機に取付けなくても、精度の良い磁束瞬時値信号
を用いて回転速度信号も演５算できるので、精度の良い
回転速度信号が得られる利点がある。

また、本発明によれば速度検出器を不要にできるので、
電動機と制御装置間の結線を最少にすることができ、電
動機の設置条件に対して非常に緩和し得る利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は誘導電動機の等価回路を示す回路図、第２図お
よび第３図は従来の磁束演算回路を示すプロツク図、第
４図は本発明の一実施例を示すプロツク図、第５図は第
４図の磁束演算回路の具体的一構成例を示すプロツク図
、第６図は第５図の磁束演算回路で使用される磁束選択
回路の別の構成例を示すプロツク図、第７図は第６図の
磁束選択回路で使用される関数発生器から発生される関
数の一例を示す説明図、第８図は本発明で用いる速度演
算回路の具体的一構成例を示すプロツク図、第９図は２
相交流と３相交流との相互関係を示すベクトル図、第１
０図は第４図の実施例の３相−２相変換回路の具体的一
構成例を示すプロツク図、第１１図は第４図の実施例の
２相−３相変換回路の具体的一構成例を示すプロツク図
、第１２図は第４図の実施例に使用されている電流基準
値発生回路の具体的一構成例を示すプロツク図、第１３
図は第１２図の電流基準値発生回路の動作の説明に供す
るベクトル図、第１４図は本発明の他の実施例を示すプ
ロツク図、第］５図は第１４図の実施例の電流基準値発
生回路の具体的一構成例を示すプロツク図である。 １・・・周波数変換装置、２・・・誘導電動機、３Ｓ，
３Ｒ，３Ｔ・・・交流電源母線、４Ｕ，４Ｖ，４Ｗ・・
・交流器、５・・・電流検出回路、６，７，８・・・比
較器、９，１０，１１・・・流電流制御回路、１２・・
・電圧検出回路、１３，１４・・・３相−２相変換回路
、１５・・・磁束演算回路、１６・・・速度演算回路、
１８・・・比較器、１９・・・速度制御回路、２１・・
・比較器、２２・・・磁束制御回路、２３・・・電流基
準値発生回路、２４・・・２相−３相変換回路、２９・
・・磁束変換回路、３］・・・速度検出器、３２・・・
電流基準値発生回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 周波数変換装置により給電される誘導電動機におい
   て、前記誘導電動機の固定子電流の瞬時値を検出する電
   流検出回路と、前記誘導電動機の固定子電圧の瞬時値を
   検出する電圧検出回路と、前記誘導電動機の回転速度の
   瞬時値を検出する速度検出器と、前記電圧検出回路の出
   力信号と前記電流検出回路の出力信号とから前記誘導電
   動機の回転子巻線に鎖交する磁束の固定子座標系から見
   た瞬時値を演算する第１の磁束演算回路と、前記電流検
   出回路の出力信号と前記速度検出器の出力信号とから前
   記磁束の瞬時値を演算する第２の磁束演算回路と、前記
   速度検出器の出力信号を受けて前記誘導電動機が高速運
   転しているときは前記第１の磁束演算回路の演算結果を
   出力させ低速運転しているときは前記第２の磁束演算回
   路の演算結果を出力させる磁束選択回路とを備え、前記
   第１または第２の磁束演算回路の出力信号に基づいて前
   記誘導電動機の固定子電流の瞬時値を制御することを特
   徴とした誘導電動機の制御装置。 ２ 周波数変換装置により給電される誘導電動機におい
   て、前記誘導電動機の固定子電流の瞬時値を検出する電
   流検出回路と、前記誘導電動機の固定子電圧の瞬時値を
   検出する電圧検出回路と、前記誘導電動機の回転子巻線
   に鎖交する磁束の固定子座標系から見た瞬時値と前記電
   流検出回路の出力信号とにより前記誘導電動機の回転速
   度の瞬時値を演算し出力する速度演算回路と、前記電圧
   検出回路の出力信号と前記電流検出回路の出力信号とか
   ら前記磁束の固定子座標系から見た瞬時値を演算する第
   １の磁束演算回路と、前記電流検出回路の出力信号と前
   記速度演算回路の出力信号とから前記磁束の固定子座標
   系から見た瞬時値を演算する第２の磁束演算回路と、前
   記速度演算回路の出力を受けて前記誘導電動機が高速運
   転しているときは前記第１の磁束演算回路の出力を前記
   速度演算回路に与え、前記誘導電動機が低速運転してい
   るときは前記第２の磁束演算回路の出力を前記速度演算
   回路に与える磁束選択回路とを備え、前記第１または第
   ２磁束演算回路の出力信号に基づいて前記誘導電動機の
   固定子電流の瞬時値を制御することを特徴とした誘導電
   動機の制御装置。