JPS5967887A - 誘導電動機制御方法 - 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】 本発明は誘導電動機制御方法に係り、特に励磁の弱いと
きにはベクトル制御を行ない、励磁の強いときには弱め
制御を行なう誘４電動機、制御方法に関する。

誘導電動機の制御方法としては弱め界磁法がある。これ
は指令速度と実速度間の速度偏差に応じて励磁電流々２
次電流の大きさを変化させ、該励磁電流値と２次電流値
とから１次醒流指令を求める方法である。この方法によ
れは、速度偏差にかかわらず、励磁電流を一定ＫＶるベ
クトル制御に比らべ、軽負荷時において励磁音などの騒
音を軽減できる利点がある。しかし、かＸる弱め界磁法
においては励ａ￥４．流ｌ。か弱くなりすぎそのため軽
負荷時の過度応答性能が低下してサーボモータ特性が悪
化する。ヤこで、本発明者は軽負荷時の応答特性を改善
するために、応答特性上許容できる最小の励磁電流１直
１゜ｍｉｎ　を実験的に求めて設定し、弱め界磁により
得られた励磁電流値が１゜ｍｉｎ以下になったらベクト
ル制御に切替って励磁電流を１ｏｍｌｎ一定にする制御
方法を同日付の特許願（１）として提案している。この
提案方法によれば軽負荷時の応答特性を改善できると共
に、励磁音を小さくできるメリットがある。

ところで、工作機械の主軸においては、一般的には実速
度が太きいときには大きなトルクが要求され、実速度が
小さいときには小さなトルクでも可となる。又、低速（
３００ｒｐｍ以下）になって電流が正弦波でなくなると
トルクリップルが生じ、か＼るトルクリップルを除去す
ることが要求されるＯ 従って、本発明は上記提案の制御方法に改良を加えて、
速度に応じたトルクを出力でき、しかも低速時における
トルクリップルを減小できる誘導電動機制御方法を提供
することを目的とする。

以下、本発明を図面に従って詳細に説明する。

壕ず、ベクトル制御ｊについて説明する。第１図はベク
トル制御における誘導電動機の等価回路であり、図中１
ｍは励磁リアクタンス、ｒ２は等価抵抗、Ｓはすべりで
ある。このように誘導電動機の等価回路を考梨すると発
生トルクＴは となる。同、ω８はすべり角周波数である。こ＼で１２
とＳＯ２が比例するものとすればトルクＴは２次電流に
比例し直流電動機と同様なトルク発生メカニズムを有す
ることになる。ところで第１図から ωＳ　ｌ　ｍ　’Ｉ　Ｏ：　＝　１２ が成り立つから、１２とＳＯ２を比例さぜるためには励
磁電流ｌｏを一定にしなくてはならない。

以上から、ベクトル制御は、第２図のベクトル図に示す
ように励磁電流■ｏと２次軍、流１２の直交性を保証し
ながら、励磁電流１ｏを一定に維持し、且つ２次電流１
２のみを負荷トルクに比例させて変化させる制御方法で
ある。そして、従来のベクトル制御においては指令速度
と実速度の偏差（速度偏差）ＥＲをトルク指令とみなし
ているから・上記ベクトル制御においては速度偏差ＥＲ
ＶＣ応じて１次電流ｉｌを １１　＝　ｌｏｍ　＋　　ｊｋ　−ＥＲ（３）を満足す
るように決定している。同、位相角θはとなる。

次に、以上のベクトル制御を考慮しながら同日付で提案
の誘導電動機制御方法を説明する。さて、提案方法にお
いて速度偏差Ｅｌ（が所定値以上のときには、ベクトル
制御により（（３）式により）決定される１次電流値１
１を該速Ｊｔ偏差の大きさに応じた割合で減少させ、こ
れにより励磁電流値も速度偏差の大きさに応じて減少さ
せて弱め界磁し、又速度偏差Ｂ）＜が所定値以下のとき
にはベクトル制御する。

さて、ベクトル制御においては２次電流１２と、速度偏
差ＥＲと、速度偏差ＥＲに比例した周波数の誤差パルス
が一定時間に発生するパルス数ＥＨＰ、：は互いに比例
する。即ち、 １２　　（ン；　　ＥＲ”　　Ｅｌ＜Ｐ　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　（５）が成立し、
２次電流１２が最大値１２ｍａ工になれば誤差パルス数
も最大値Ｅ　ＲＰ　ｍａｘとなる。

従って、１次電流の位相角θは（４）式を用いて、とな
る。又、１次電流の振幅１．は となる。ところで、提案方法は速度偏差ＥＨが所定値以
上のときには１次電流の振幅１１を該速度偏差の大きさ
に応じた割合で減少させている（弱め界磁制御）０即ち
、１次指流の振幅１、ッはとなる。以上を捷とめると、
速度偏差Ｅｌ（（誤差パルス数ＥＲＰ　）が所定値以上
のときには１次電、流の振幅はベクトル制御により決定
される振幅のル制御で足首る位相角に一致する。そして
、１次電流ベクトル１１ｗは第３図に示すようになる。

従って、提案方法においては速度偏差ＥＲに比例した周
波数の誤差パルスを発生し、該誤差パルスを一定時間計
数してその計数値をＥＲＰとすると共に、予め（６）式
及び（８）式を用いてθ−ＥＨＰ％性（ＥＩ＜　Ｐに対
応する位相角θのテーブル）及び１１．−ＥＲＰ特性（
ＥＲｉ’に対応するｌ１ｗのテーブル）をメモリに記憶
させておき、実際のＥＨＰを計数し、・メモリより該Ｅ
ＲＰに応じたθ及びｌ、Ｗを読み出し・このθ＋　１１
Ｗ叫を用いてろ相の１次′山ＩＭ、指令を作成して出力
するようにしている。

ところで、励磁電流１ｏを上記の均め界磁により、弱く
しすぎると応答性を低下させる。そこで提案方法におい
ては励磁音が気にならず、しかも応答性が悪化しない必
要最小限の励磁用’、　ａ、　ｌ　ｏ　ｍｉ　ｎを実験
的に求め、（８）式により決定される励磁電流カｌｏｍ
ｉｎ以下となる領域においては、励磁電流を１ｏｍｉｎ
一定にしてベクトル制御に移行するようにしている。さ
て、励磁宵、流がｌ　ｏ　ｍｉｎに到達する誤差パルス
ＥＲＰ、は ■。。、。＃１，７−　針１′−・、１、　　　　（９
）［１）ｍａｘ より、 ＥｌＧ’１＝　」０”−”−ＥＨ）’ｍ、Ｘ（］（ｉ１ となる。従って、提案方法においては軽負荷になって、
ＥＨＰ≦Ｅｌ（Ｐ、になれ、ば１次Ｘ流の位相角θ及び
振幅１８．をそれぞれ １．７−（ト）序耳Σフ５−ａオ より求めている。即ち、メモリにＥＲＰ≦１！：　ＲＰ
　、以下の１１Ｗ−ＥＲＰ　％性（Ｅｉ＜Ｐに対する１
、Ｗのテーブル）を記憶させておき、Ｅｌ＜）’≦Ｊ＝
〕ＲＰ　、になったらメモリより実際のＥＲＰに対応す
るＬａｗを読み出し振幅１．＝を求める。　同、θにつ
いては前述と同じ要領で求められる。以上から提案方法
においては全体的に纂４図に示すよう直１次電流が制御
される。

ところで、実速度に応じたトルクを発生するように訪導
翫勤捉を制御することが好すしい。そこで、本発明にお
いては速度係数ｋ　（ｖ）を定め、該速度係数を１１ｗ
Ｋ乗じて得られた値を実際の１次ｉｔｔ流振幅としてい
る。第５図は速度係数ｋ（ｖ）と実速度Ｖとの関係図で
あり、速度係数ｋ（ｖ）は第１の回転速度■１以下では
略一定の脇１の値（１をとり・第２の回転速度Ｖ２　（
Ｖ２　＞　Ｖｔ）以上では略一定の第２の値Ｃ２（Ｃｚ
　＞　（’ｔ　）　　をとり・」・１の回転速度から紀
２の回転速度広は第１の値（１から第２のｆｉｉｃｚ迄
なめらかＫＪ４加する１１［をとっている。そして、速
度係防ｋ（ｖ）間約（ｋ（ｖ）−ｖ特性）はトルク曲線
（Ｔ−ｖ特性）と同様な頌向を示している。以上から、
本発明における実際の１次電流振幅Ｊ　Ｉｗ’は ｌｘｗ’−ｋ　（ｖ）・ｌ＋ｗ　　　　　　　　　　　
（１３となり、ｉ、ｗ／のベクトル図は、第６図に示す
ように速度に応じて相似的に変化する。

さて、誘導電導機の回転速度が低速（３００Ｖｐｍ以下
）になると血流波形ＶＣｍ７図に示すように段差が生じ
・これに基因してトルクリップルが発生する。そこで、
か＼るトルクリップルを除去するために本発明において
は回１転速度が３０Ｏｒｐｍ以下ではα４式の右辺に更
にＥＲ／１２Ｒｍａｘを乗じて実際の１次電流振幅１１
ｗ′としている。この結果、ｔ　　　　ＥＲ １ｔｗ：汀習；°ｋ（ｖ）弓１″ となり、１次電流振幅１１ｗ′は低速時速度偏差の二乗
に比例し、発生トルクが小となり、トルクリンプルがな
くなる。

第５図は本発明の誘導＠動機制御方法を実現するための
ブロック図であり、図中１０１は誘導電動機１０２はパ
ルスジヱネレータで回転速度に比例した互いに９０６位
相のつれた２つのパルスＰ　ａ　＋Ｐｂを発生する。　
１０３は４倍回路であり、２相のパルスＰ　ａ　＋　Ｊ
’　ｂの周波数を４倍、する。又・４倍回路１０３はパ
ルス列Ｐａ、Ｐｂの位相を監視し、正転じている場合に
は線ｌｌに正転パルスＰｎを・逆転している場合には線
Ｉ！２に逆転パルスＰｒをそれぞれ出力する。１０４ａ
は正転又は逆転パルスＰｎ　、　Ｐｒの周波数を電圧に
変換する周波数電圧変換器（Ｆ／Ｖ変換器という）、１
０４ｂは回転速度に応じて第５図に示す速度係数ｋ（ｖ
）を出力する速度係数発生器、１０４Ｃは回転速度が３
０　Ｏｒｐｍより小のときハイレベル（１”）となる信
号Ｌ３００を出力する速度領域判別回路、１０５は図示
しない速度指令回路から指令される速度指令回路Ｖ（’
ＭＩ）と実速度電圧ＴＥＡの差を演鏝する波涛回路、１
０６はＰｌ動作を行なう誤差増幅器、１０７は電圧周波
数変換器（Ｖ／１・”変換器という）で誤差増幅器１０
６の出力値（速１５偏差）ＥＲに比例した周波数（すべ
り周波数）ｆ８（ω８二２πｆｓ　）の誤差パルス（Ｔ
べりパルス）Ｐ８を出力する。１０８は一定時間内に発
生する誤差パルスＰ８の数（誤差パルス数）Ｅ）＜Ｐを
計数するカウンタ、１０９は弱め界磁制御とベクトル制
御の切換つとなる誤差パルス数ＥＲ）’ｌが設定された
レジスタ、１１０は実際の誤差パルス数ＥＨｌ）と設定
された誤差パルス数Ｅｌ＜Ｐ、トの大小を比較しＥＬＰ
　＞　Ｉｎ＜Ｐ＋のとき、信号ｖｖＭＣ（＝”１″）を
出力する比較器、１１１ａは誤差パルスＰ８と実速度に
比例した周波数ｆｎ　（ωｎ二２πｆｎ）のパルス（１
’ｎ又はＰｒ　）を合成して、周波数ｆｔ（”　ｆｓ　
十ｆｎ　）の合成パルスＰｔを出力する合成回路、１１
１ｂは合成パルスＰｔをカウントする容ｉ（Ｎのカウン
タ、１１２はマイクロコンピュータである。

マイクロコンピュータ１１２は処理装置１１２ａと、コ
ントロールプログラムメモリ１１２ｂと、データメモリ
１１２ｃとテーブル１１２ｄを有している。

テーブル１１２ｄＶＣ１ｌ−１：（６）式より求めたＥ
ＲＰ−θ特性、（８）式より求めたＥＲＰ＞ＥＲＰ、の
ときのＥＲＰ−１１ｗ特性、θの式より求めたＥｌｌ（
、Ｐ≦ＥＨ）’、のときのＢＲ）’−１．ｗ特性、及び
サインパターン特性がそれぞれ記憶されている。処理装
置１１２ａはＥＲＰ−θ特性より位相差θを求めると共
に、該θとカウンタ１１１ｂの計数値（ωｓｔ＋ωｓｔ
）並びにサインパターン特性を用いて ｓｉｎ　（ωｎｔ　＋　ωｓｔ＋ψ）（［５）ｓｉｎ　
（ωｎｉ＋　ωｓｔ　＋（ｐ　＋２π／３　）　　　　
　ａｆｊを求めて出力すると共に、ＥＲＰとＥｌ（Ｐ、
の大小に応じて所定のＥＲＩ’−１，Ｗ％性より１次電
流振幅１、Ｗを求めて出力する。１１３，１１４は乗算
形ＤＡ変換器であり、１１ｗ′と０３式、１１ｗ′と９
４式の乗算を行って得られる １、　−ｓｉｎ　（（ｃｅｎｔ　＋ωｓｔ　＋　ｃｐ　
）　　　　　　　Ｑ７）１１ｗ’−ｓｉｎ　（ωｎｔ　
＋　ωｓｔ　＋　ｃｐ＋　２ｙｒ１５　）　　　Ｑ８＋
をアナログに変換し、Ｕ相及びＶ相のアナログ′出：流
指令１ｕｌドを出力する。１１５は ｉｕ　＋ｉｖ　→ｉｗ　　　　　　　　　　　　　（Ｉ
Ｉの加算演算を行ないＷ相のｌｊ流指令１ｗを出力する
演算回路、１１６，１１７は誘導電動機のし相、■相を
流れる相電流ｉｕａ　、　ｉｖａ　を検出する変流器、
１１８は ｊｕａ　＋ｊＶａ→ｉｗａ　　　　　　　　　　（イ）
の加算演算を行ないＷ相を流れる相市（ｆｉｌｗａを出
力する演算回路、１１９ｔＪ、１２０Ｖ、１２１Ｗはそ
れぞれ各相毎に設けられ、電６ｔｈ、１（ｉｕ−１ｕａ
）、（ｉｖ−１ｖａ）。

（ｊｗ−ｔｗａ）を演舞−シて瑠幅７−る竜流制両回路
、１２２はパルス幅変調回路であり、それぞね各相毎に
設けられた３つのパルス幅変調回路１２２１Ｊ、１２２
Ｖ。

１２２Ｗを有し前記各電流差をパルス幅変調する。

１２３はトランジスタよりなるインバータ回路、１２４
は５相交流を直流に変換する整流器である０１２５はｇ
４差パルス数の最大値ＥＲＰｍａＸを記憶するレジスタ
、１２６はα４式の演算を行なう第１乗１を器、１２７
は０４）式の演算を行なう第２乗算器、１２８は信号Ｉ
Ｌ　ｓｏｎが”１”か”０”　かに応じて第１乗算器１
２６と閉２乗算器１２７の一方の出力を１次市、流振幅
１１ｗ’として出力するマルチプレクサトである。以上
の構成により、一定時間に発生する誤差パルス数Ｅ　ｌ
＜　Ｐが予め実験的に定めて設定した瞭Ｅｌ＜）’、以
上であれば、処理装置１１２　ａ　Ｆｉ（８１式に示す
弱め界磁制御に基づく１次電流振幅１１ｗを発生し、誤
差パルス数ＥＲＰが予め実験的に定めて設定した値Ｅｌ
（Ｐ、以下であれば、処理装置１１２ａは０２式に示す
ベクトル制御に基づく１次箱、流掘幅１．７を発生する
。　そして、この１次電流振幅ｌａｗはＦ；１、第２乗
算器１２６，１２７に入力されａ■、α４式の演算が実
行されて、その演算結果がマルチプレクサ１２８に入力
される。マルチプレクサ１２Ｂは、回転速度が３０　Ｏ
ｒｐｍ以上であれば第１乗算器１２６の出力（α３式の
演算結果）を、又回転速度が５０Ｄｒｐｒｎ以下であれ
ば第２乗算器１２７の出力（０ぐ式の波涛、結果）を乗
算型］）Ａ変換器１１３．．１１４に入力される。

一方、乗算型Ｊ）Ａ変換器１１３，１１４　　には又マ
イクロコンピュータ１１２より（ｔｓ　、　（Ｉｅ式に
示すサイレ波が入力されているから、α″７ｉ　＋　（
ＪＰ）式に示す乗算と１）Ａ変換が行われ、以後通常の
作用で三相の１次電流指令信号が生成されてＢｆｉＨ４
電動機に印加される。

以」二、本発明によれば実速ｊ迂に応じて要末されるト
ルクＦｉ：発生できると共に、３０　Ｏｒｐｍ以下にお
けるトルクリップルをなくてことができた０

【図面の簡単な説明】

第１図はベクトル制御 動機の等価回路、第２図はベクトル制御におけるベクト
ル図、第６図に弱め界磁匍１１卸によるベクトル図、第
４図は本発明方法によるベクトル図、第５図は速度債数
ｋ（りと実速ＪＷとの関係図、第６図は本発明に保るベ
クトル図、第７図は低速時における電流波形図、第８図
は本発明の笑施例ブロック図である。 １０１・・・誘導電動機、１０２・・・パルスジェネレ
ーク、１０３・・・４倍回路、１０４ａ・・・ト１／Ｖ
変換器、１０４ｂ・・・速度係数発生器、１０４ｃ・・
・速度領域判別回路、１０５・・・演算回路、１０７・
・・Ｖ／Ｆ変換器、１０Ｂ・・・カウンタ、１０９・・
・レジスフ、１１０・・・比較器、１１１ａ・・・合成
回路、１１１ｂ・・・カウンタ、１１２・・・マイクロ
コンピュータ、１１２ｄ・・・テーブル・　１１３，１
１４・・・乗算型■）Ａ変換器、１２６，１２７・・・
ｍｌ　、　第２乗算器、１２８・・・マルチプレクサ特
許出願人　　ファナソク株式会社 代理人弁理士辻　　劉 （外２名） 序１図 Ｔ、 第２０ ■０ 竿４０ ＪＯＩ＋＋＋η　　　　　、ｉＤｍａＡ第Ｓ日 第４口 ■０ 昆７因

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１速度指令と実速度との速度偏差を用いて電流指令
   を出力し、該電流指令に基いて誘導電動機を駆動する誘
   導電動機制御方法において、速度偏差が小さくなるに応
   じて励磁電流１ｏさ２次篭流１２を減少させ、且つ速度
   偏差が予め設定した値以下のときには励磁電流のみ一定
   １゜ｍ＋ｎ１ｃＴると共に２次電流を速度偏差に応じて
   減少させ、該励磁電流値と２次電流値とから１次電流振
   幅１．Ｗを演算し、且つ第１の回転速度■１以下では第
   １の値Ｃ１をとり、第２の回転速度Ｖ２（Ｖ２＞Ｖｌ）
   以上では略一定の第２の値Ｃ２（Ｃ２＞Ｃ＋）をとり、
   第１の回転速度から第２の回転速度迄は第１の値（１か
   ら第２の値Ｃ２迄なめらかに変化する値をとる速度係数
   ｋ（ｖ）を設定しておき、前記１次電流振幅１１Ｗと実
   速度Ｖに応じた速度係数ｋ　（ｖ）とを掛は合せて得ら
   れる値を実際の１次電流の振幅とすることを特徴とする
   誘導電動機制御方法。 （２）実速度が３０Ｏｒｐｍ程度の第６の速度Ｖａ　（
   Ｖｓ＜　Ｖ２）以下においては、前記１次電流振幅１１
   ｗ、　ｋ（ｖ）に更に速度ｍ差Ｅｌ（を乗じて得られた
   値を実際の１次電流振幅とすることを特徴とする特許請
   求の範囲第（１）項記瞭の誘導電動機制御方法０