JPS6016199B2 - インバ−タの制御方法 - Google Patents

インバ−タの制御方法

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JPS6016199B2
JPS6016199B2 JP56189976A JP18997681A JPS6016199B2 JP S6016199 B2 JPS6016199 B2 JP S6016199B2 JP 56189976 A JP56189976 A JP 56189976A JP 18997681 A JP18997681 A JP 18997681A JP S6016199 B2 JPS6016199 B2 JP S6016199B2
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inverter
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motor
torque
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千尋 岡土
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric 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
    • H02P27/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 01発明の技術分野 本発明はパルス幅変調により、直流電源からの直流電圧
を交流可変電圧に変換して交流電動機を駆動するィンバ
ータの制御方法に関する。
‘2} 従来技術 ィンバー外こより、交流電動機、例えば譲導電動機を駆
動する場合、電動機の不安定現象を抑制したり、電圧降
下分を補正して低速回転時の出力特性を向上させたり、
またヘルパー運転のとき、垂下特性を良好にする等のた
め、従来は例えば負荷電流として電動機電流を検出し、
ィンバータ電圧により同期整流し、有効電流分即ちトル
クを検出し、これを帰還して制御を用いていた。
第1図は従来のィンバ−夕の制御方法に用いられる袋贋
の一例を示したものである。
直流電源1からの直流電圧が、6個のスイッチS,〜S
6から成るインバータ2に餅繋合され、該ィンバータ2
に対するパルス幅変調(以TPWMという)制御により
、可変電圧可変周波数の交流電圧に変換され、負荷電動
機3に供V給される。インバータ2から負荷電動機3に
供給される電流は電流検出器4,5,6により検出され
る。一方、周波数設定器7により設定されるインバータ
周波数を示す信号は、クッション回路8を通って周波数
基準信号となり、電圧/周波数変換器(以下V/F変換
器という)9により、ィンバータ周波数に比例した周波
数の信号に変換される。カゥンタ10‘ま、この信号を
受け、1200ずつ位相の異なった3相信号を波形合成
回路11に供給する。一方、電圧基準発生器12の出力
と、PWM用三角波発生器の出力とが、比較器14によ
り比較され、PWM用パルスに変換された後波形合成回
路11に入力される。波形合成回路11は、カウンタ1
0からのィンバータ周波数の3相出力信号と、比較器1
4からのPWMパルスとを受け、これれを合成して6相
の信号を駆動回路15に供給する。駆動回路15は、入
力された信号を増幅し、入力側と絶縁された駆動信号を
ィンバータ2の各スイッチS,〜S6に供給する。同期
整流回路16は、電流検出器4,5,6からの電動機電
流の検出信号と、カゥン夕10から得られるィンバータ
電圧位相信号とを受けて同期整流し、有効電流分(ほゞ
トルク分に相当する)を検出する。
同期整流回路16の出力はフィルタ回路17により平滑
化され、調整抵抗18により負荷トルクにほゞ比例した
電圧信号となる。この電圧信号は電圧基準発生器12の
入力側の加算器12aでクッション回路8の出力と加算
される。電圧基準発生器12の出力として得られる蟹圧
基準値は、負荷トルクの増加とともに増加し、これによ
りインバータ出力電圧が上昇する。このようにすること
により、低周波数時における、配線や負荷電動機の巻線
の電圧降下分が補償され、充分なトルクが発生される。
尚直流電流を検出する電流検出器20は、該電流検出器
20の出力を受けるレベル検出器21と協働して、過電
流を検出し、過電流時に駆動回路15の出力が「オフ」
とすることにより、装置の保護を図るために設けられた
ものである。
【31 従来技術の問題点 しかるに上記のような装置では、電流検出器が数多〈必
要であるという欠点があった。
また、PWM制御回路をコンピュータ(例えばマイクロ
コンピュータ)を用いて構成したときコンピュータから
の出力として、インバータ2の6つのスイッチS,〜S
6に対する信号のほか、同期整流のために3組の信号を
出力する必要があり、、回路が複雑になる等の欠点があ
った。‘41発明の目的 本発明の目的は電流検出を1個の電流検出器で行なうこ
とができ、またPWM制御回路に多くの出力を発生させ
る必要がなく、従ってPWM制御回路がコンピュータに
より構成される場合にも好適なィンバータの制御方法を
提供することにある。
風 発明の構成 本発明は、パルス幅変調により、直流電源からの直流電
圧を可変電圧可変周波数の交流電圧に変換して交流電動
機を駆動するィンバータの制御方法において、前記直流
電源の出力電流を検出する電流検出器と、前記パルス幅
変調の変調比率を示す信号を発生する回路とを設け、前
記電流検出器で検出された前記直流電源の出力電流を前
記変調比率で除して、前記電動機負荷トルクを算出し、
該トルクに基いてィンバータの電圧または周波数の目標
値を定めるィンバータの制御方法を提供するものである
‘61 発明の実施例 第2図は本発明の一実施例を示したものである。
同図において、第1図と同様の部村は同一の符号により
示されており、これらについての説明は省略する。直流
電源1からィンバータ2に供給される直流電流ldcを
検出する電流検出器20の出力信号はフィル夕22によ
り平滑化され、割算器23に供給される。
割算器23は、フィル夕22からの信号を、電圧基準発
生器12の出力、即ちPWMの制御率はで割り、出力1
7を発生する。この出力は、後述のように、ほゞ負荷ト
ルクに比例するものである。割算器23の出力は、調整
抵抗18を経て電圧基準発生器12に供給される。従っ
て、負荷トルクが増加すると、負荷トルクに比例した電
圧が電圧基準に加算されて、ィンバータ電圧を上昇させ
、電動機の内部インピーダンス(ィンバータから電動機
までのインピーダンスを含む)による電圧降下(ィンバ
ータの周波数が低い範囲では抵抗分による電圧降下が大
半である)が補正される。これにより、負荷電動機の逆
起電圧が‘まゞ一定になるように制御される。演算増幅
器24は、割算器23の出力を受け、その極性を反転し
、または反転せずに出力する。
演算増幅器23の出力はクッション回路8の入力側の減
算器8aに入力される。演算増幅器24が、割算器23
の出力の極性性を反転しないとき、即ち割算器23の出
力ITの増加に伴って周波数を下げるように加えられた
ときには、負荷電動機3は垂下特性を持つことになる。
即ち、電動機の負荷トルクが増加すると、トルク出力1
丁が増加し、周波数設定器7の入力を打ち消す方向(極
性)の入力が増すので、負荷トルクが増加するとィソバ
ー夕周波数は低下し電動機速度も低下する特性即ち負荷
トルクに対して垂下特性を持つ速度制御となる。逆に演
算24が、割算器23の出力の極性を反転するとき、即
ち割算器23の出力ITの増加に伴って周波数を上げる
ように加えられたときには、負荷電動機が誘導電動機の
場合にすべり周波数を補正することとなり、負荷変動に
よる速度変化を補償することができる。即ち、電動機の
負荷トルクが増加すると、負荷電動機として誘導電動機
を使用した場合、すべり分だけ電動機速度が低下する。
そこで、負荷トルク検出信号を周波数設定器7の出力に
加算することにより、誘導電動機に供給されるィンバー
タ周波数は、負荷トルクと共に増加し、前記加算分を“
すべり”周波数分に合わせることにより負荷変動による
速度変化を補償することが可能となる。以下割算器23
により、トルクに比例する出力信号を求める方法につい
て述べる。直流電圧Vdc、直流電源ldc、交流電圧
をVac、交流電流をlac、負荷の力率をcosJ、
直流側電力をP,PWMの変調率をQ、系数をK,.K
2とすれば、下記の‘1’式が成立する。
p=Vdc.ldcニノ3Vac・laccosで
・・・mlaccosJは有効分電流1丁に等しい。
PWM制御を行なう場合には、Vac主K,・Vdc・
o となる。
従って、Vdc.ldc±ノ3K・Vdc・Q・IT
・・・‘2}よつて・T≠K2!髪 ‐
‐‐‐‐‐‘3’ィンバータ周波数をf、負荷電動機の
回転数をNとすれば、Nとfとの間にはほゞ比例関係が
成立する。
また、Vacは一般にfに比例するように制御される。
従って、電動機のトルクをTとすればP広N,T〒f
,TはVaC.T ,.,,.,【4}m式と■
式とを比べればTはlaCCOSO=ITにほゞ比例す
るものであることが分かる。
このように、第2図に示した装置により、直流電流ld
cを変調率Qで割り、所定の係数K2を掛けることによ
り、トルクTにほ)、比例する有効分電流ITを示す信
号を得ることができる。従って、この信号に塞いて電圧
降下分の補償や、すべり周波数分の補償をすることによ
り電動機の制御を簡単な構成で良好に行なうことができ
る。尚直流電流士dを変調率Qで除することにより、ほ
ぼトルクに比例した出力ITを得ることが可能なことは
、‘1)〜■式およびそれに関する説明から明らかであ
るが、これをより分かりやすくするため第6〜8図を参
照して定性的な説明をする。第6図は、チョッバ回路で
直流電動機を駆動した場合を示したものである。チョツ
パ用スイッチSIとIJアクトルLおよびフリーホイー
ルダイオードFDによる周知のチョッパ回路により永久
磁石を界磁とした直流電動機Mを駆動する場合を考える
。直流電動機Mの電機子電流をlaとすると直流電動機
Mの発生するトルクは、laに比例する。この時直流電
源Bに流れる電流ldは、第7図に示すようにくし形と
なり、通電時間をち、その周期を示す時間をt2とする
と変調率Q‘ま毒で表わされる。直流電流1dの平均値
(フィルタしたもの)1舷vはla・Qとなる。第8図
にla一定の場合のQとldの平均値ldavを示す。
かくして、ね・QをQで除すればla良0ちトルクTに
比例した出力ITが得られる。第2図のように交流電動
機を駆動した場合は3相になることと、電流に力率の要
素が瞬時的には加わるが、フィル夕により平均値化すれ
ば直流電動機を駆動した場合と基本的に変らないことは
、その動作原理より明らかである。
第3図aは第2図の割算器23として用い得る回る回路
の一例を示したものである。
同図に示すように、鶏算器30によりIT・Qを求め、
抵抗31および32により、IT・はとldcとを比較
し、演算増幅器33、抵抗34、コンデンサ35からな
る積分増幅回路で増幅制御するとIT・Q=ldcとな
り、ldc/Q=ITを出力として得ることができる。
‘7} 発明の変形例 第3図bは、第2図の割算器23の異なる例を示したも
のである。
この例の割算器23は、第2図のPWM制御回路(回路
8〜14を含む)がコンピュータ(例えばマイクロコン
ピュータ)により形成された場合に好適なものである。
即ち、PWM制御回路がコンピュータにより形成された
場合、値Qを直接示す信号を得られないことがある。こ
の場合には、第3図aの掛算回路30の代りに抵抗31
A,318,31Cと電気弁36A,36B,36Cと
を用いる。第5図aに示すように、PWMの変調用三角
波etと、相電圧基準u,v,wとを比較することによ
り得られる。
中性点に対するィンバータ出力端子の電圧は、u相力W
o−u、v相がVo−vとなり、u相およびv相の出力
端相互間の電圧はVu−vとなる。PWM率Qを100
%とした場合には、Vo−u,Vo−v,Vu−vは第
5図bに示すようになる。このような出力信号は、第2
図の波形合成回路1 1の6個の出力Vo−u,Vo−
u,Vo−v,Vo−v,Vo−w,Vo−wを例えば
第4図aに示す回路により処理することによって得られ
る。即ち、Vo−uとVo−vをアワド回路41に入力
し、その出力Vu−vによって動作する電気弁駆動回路
42によって、電気弁36Aを駆動する。Vu−w,V
w−uも、第4図aと同様な回路にVo−vとVo−w
,Vo−wとVo−uを入力することによって求められ
、これらにより電気弁36B,36Cが制御される。出
力電圧のオン期間中は、ITが抵抗31A,31B,3
1Cを通して演算増幅器33に入力され、IdC比IT
,VaC広1T・Q に塞いて、ITが算出される。
尚第5図cは、第4図bのVo−u,Vo−vをイクス
クルーシブオア(排他的論理和)回路に入力したとき、
その出力側に得られる信号の波形を示したもので、イン
バータ出力電圧を全波整流した波形と同じになる。
このような波形の信号は、例えば第4図bに示した回路
により得ることができる。即ち、第4図aの回路にアン
ド回路43、オア回路44が追加され、電気弁駆動回路
42により電気弁36Aが駆動される。電気弁36B,
36Cに対しても第4図bと同様の回路が設けられる。
また、上記のようにして求めたトルク電流ITの変化分
をィンバータ周波数の制御に帰還して、誘導電動機の不
安定現象を抑制に利用することもできる。
‘81 発明の効果 以上のように本発明によれば、従来保護のために用いら
れていた直流側の電流検出器の出力を利用し、またPW
Mの信号を利用して、負荷の有効電流分(またはトルク
電流分)を検出することができ、これにより負荷電動機
を良好に制御することができるので、ィンバータの交流
側に多数の電流検出器を設ける必要がない。
また、出力信号を多数発生させる必要がなく、従ってP
WM制御にコンピュ−夕を用いる場合にも好適である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のィンバータの制御方法に用いられる装置
を示す概略図、第2図は本発明一実施例のィンバータの
制御方法の実施に用いられる装置を示す概略図、第3図
aおよびbは第2図の装置に用いられる割算器の異なる
例を示す回路図、第4図aおよびbは、第3図bの割算
器の入力を提供する回路の異なる例を示す回路図、第5
図a乃至cは第2図、第3図および第4図の回路の動作
を示す波形図、第6図はチョッパ回路で直流電動機を駆
動する場合を示す概略回路図、第7図は第6図の直流電
源Bに流れる電流ldを示す図、第8図は上記電流ld
の平均値1舷vと変調率Qの関係を示す図である。 1・・・直流電源、2…ィンバータ、3・・・電動機、
7・・・周波数設定器、8a…加算器、12・・・電圧
基準発生器、12a・・・加算器、20…電流検出器、
23・・・除算器。 棒6図 縞7図 続8図 帯1図 帯Z図 精3図 器4図 精5図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 パルス幅変調により、直流電源からの直流電圧を可
    変電圧可変周波数の交流電圧に変換して交流電動機を駆
    動するインバータの制御方法において、前記直流電源の
    出力電流を検出する電流検出器と、前記パルス幅変調の
    変調比率を示す信号を発生する回路とを設け、前記電流
    検出器で検出された前記直流電源の出力電流を前記変調
    比率で除して、前記電動機負荷トルクを算出し、該トル
    クに基いてインバータの電圧または周波数の目標値を定
    めるインバータの制御方法。 2 前記トルクが増加したときインバータの電圧の目標
    値を上昇させる特許請求の範囲第1項記載のインバータ
    の制御方法。 3 前記トルクが増加したときインバータの周波数の目
    標値を低下させる特許請求の範囲第1項記載のインバー
    タの制御方法。 4 前記交流電動機が誘導電動機であり、前記トルクが
    変化したとき、これに伴う前記誘導電動機のすべりの変
    化を打消すようにインバータの周波数の目標値を変化さ
    せる特許請求の範囲第1項記載のインバータの制御方法
    。 5 パルス幅変調回路の論理出力に基いて、インバータ
    出力波形の半波整流波形または全波整流波形の信号を形
    成し、この信号を前記変調比率を示す信号として用いる
    特許請求の範囲第1項記載のインバータの制御方法。
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