JPS6019235B2 - 誘導電動機の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は可変周波数、可変図圧電源等の電力変換器に
より誘導電動機を駆動する制御装置に関する。

従来から譲導電動機をィンバータ等の電力変換器により
駆動する場合、すべり周波数制御による自制運転が行な
われている。

またこれ以外に上記すべり周波数を誘導電動機の一次暖
流の関数として制御することにより、誘導電動機の磁気
飽和を考慮して常にトルク効率を良好にしたり、一次電
流に対するトルク比（トルク係数）を線形化することが
考えられている。しかしこれらの制御は一次電流が定常
値である場合には何ら問題ないが、速やかな応答が要求
される用途に使用した場合、トルクに過渡振動を生じる
ことが実験結果より明らかとなった。この発明はこのよ
うな事情にかんがみてなされたもので、誘導電動機の伝
達関数を時間要素の入らない形で定数化することにより
、過渡状態においてもトルクに振動が生じなく「従って
速やかな応答が要求されるものに利用できる譲導電動機
の制御装贋を提供することを目的とする。

以下この発明の実施例について説明する。

はじめに従来のすべり周波数制御の過渡現象とこの発明
の原理を誘導電動機の微分方程式を用いて説明する。誘
導電動機の二次側（回転子）についてのベクトル微分方
程式を一次側（固定子）上の平面を座標を取って書き表
わすと、。

＝−Ｍ基工＋Ｍ交×了−Ｒ２ｉ２−Ｌ２さ？２ 十−交え …“‘１１ 各定数は２相機定数で表わした定数（Ｔ形等価回路にお
ける値と等しい）ここでＬ＝１次インダクタンス Ｌ＝２次インダクタンス Ｍ：１次２次相互インダクタンス ｉ，＝１次電流ベクトル（位置ベクトル）ｉ２＝２次電
流ベクトル（位置ベクトル）（電流ベクトルはその電流
の作る超 磁力の向きである） の ＝回転子回転角速度（回転ベクト ル） （この場合の方向は回転軸の方向 つまり固定子上の平面に対して垂 直方向である） 出力トルクはトルク方向も含めて回転ベクトルＴで表わ
すと、Ｔ＝Ｍｉ２ｘｉ，
……【２’となる。

ここで‘２）式を簡単‘こするため＊事十台ＸＺとおき
、ｉｏの回転角速度を布。

とし、のＳ，＝の。

−あとすると、上記【１１式、‘２｝式は次の‘１｝′
式、【２）′式で表わせる。物理的にはｉｏは二次側に
鎖交する磁束を構成する二次励磁電流、公，偽のすべり
角周波数こ相当する。

。 ＝一Ｍ磯で‐Ｍｄ勢．点−Ｒ２ｉ２
……【ｌｒ；：静〜 ・．．・．・
【２１′‘２１′式よりｌｉｏｌを一定とすればトルク
Ｔはのｓ・に比例することがわかる。

実際に直接制御することができるｉ，について‘１ｒ式
より求めたｉ２をｉ，＝ら一帯‘こ代入し、ｉ。との関
係を減ると、たて常３Ｓ，Ｘで常生ｉ ｌｏ ．・・・・・｛３
｝雨，ｉｏ，を−定とする・批ｄ器３０とすれ‘まよく
、そのため‘批上記｛３’式の豊；。

と比次の‘４１式でｉ，を与えればよい。

ｔ式＋静Ｓ．ＸＺ ．・肌■ 各電流ベクトルを極座標成分で表わすと １。

＝（ｉ，，８，）１。

＝（ｉ。，０。）上記‘４’式を満たすには ｉ。

：ノザ＋（登仙ＪＯ）２ ……（５｝８．＝８０
肌‐１該Ｓ・‐‐‐‐‐‐｛６）伝該Ｓ．ｉ。とおく似
ｉ２の半径方向成分ｉ２の静でぁる）Ｌ＝ノｉ。

２十１２２ ……【５｝′８
．＝８。

十側−・鼻 ‐‐‐‐‐‐｛６｝′１０−次電
流の織物，は器掛り、 等判。

＝の十のＳ・で・ｉぷ轍でぁる力）らの・ ニの十のＳ
Ｉ十のＳ２ ……【７｝伏し岬；畳
１２ ．．・．．棚仇母＝詰めｎ「撃
……｛９｝１０ ｉ。

ｄ１２ ．．…．‘９｝′または山ｓ
２＝ｉ。２十１２２ ｄｔ Ｔ＝筈。

０１２ 冊■ 一次電流の振幅ｉ，を‘５１′式、角周波数のｏ を【
７１式に与えると、トルクＴはＯＱ式で示されるように
１２と時間要熱入城・比例定数管。

の積と脇従釆のすべり周波数制御においてはトすべり周
波数一定制御はもちろん磁束を一定にするためすべり周
波数と一次電流との間に関連を持たせた制御つまり上記
【７｝式の■ｓ２が考慮されていないものにおいても、
過渡的には‘３’式に示した微分方程式に従いｉｏが変
化するためトルクに過渡振動を生ずる。

以上、微分方程式を用いて説明したが、この微分方程式
から得られた本発明の原理についてｔ物理的な説明を加
える。

誘導電動機のトルクは磁束（ここでいう磁束はギャップ
磁束ではなく二次磁束）と二次電流との間の電磁力によ
り発生する。従ってトルクを変化させる場合、この２つ
の塁を制御することになる。しかし磁束を制御すること
は、磁気エネルギー変化を判し、、速いトルク応答が要
求される用途には適当でなく、磁束を一定にし二次電流
によりトルク制御をする必要がある。誘導電動機の直接
制御できる量は一次側の電圧又は電流とその周波数であ
って、これにより間接的に磁束量と二次電流を制御する
ことになり、すべり周波数制御においては周波数はさら
にすべり周波数により間接的に制御することになる。す
べり周波数制御において、磁束を一定にするためには、
すべり（角）周波数は定常状態において‘８｝式で示し
た■ｓ，としなければならなく、これは従来の定常状態
における磁束を一定にするすべり周波数制御と同じある
。しかし、一次電流が変化している過渡状態では、誘導
電動機の二次巻線は短絡されているので、一次電流の変
化を打消すような二次電流が流れる。そのため一次電流
と二次電流との間には過渡的に定常状態と異なったベク
トル関係を生じ、この状態から定常状態のベクトル関係
への移行する過程で二次系に近似されるトルク応答が発
生する。そこで一次電流の過渡的な変化と同時に一次電
流のすべり周波数を過渡的に変化させる。二次電流はこ
の過渡的なすべりによる電流変化と、前述の一次電流変
化による電流変化が加算される。このすべり周波数を過
渡的に変化させる量を、一次電流が変化している過程に
おいても常にその瞬間の一次電流における定常状態と同
じ一次電流と二次電流とのベクトル関係を作るように決
める。このすべり周波数の過渡的な補正項とも言えるの
が時間微分項を含む【９｝式、‘９’′式で示したのＳ
２である。このようにすべり（角）周波数を定常項であ
るのＳ，と過渡項であるのｓ２との和をとることにより
、一次電流の過渡的変化がいかなる時点で完了しても、
その時の一次電流における定常状態となっているので、
トルクに過渡応答を発生することはなくなる。トルク指
令と一次電流との間の■′式で示される関数は、一次電
流に対するトルクの関係が非線形となるので、トルク指
令に対するトルクの関係を線形化するものである。

第１図はこの発明の原理を３相誘導電動機に適用した場
合の制御ブロック図を示す。

トルク指令Ｔを増幅器１１でＫ，倍に増幅する。この場
合のＫ，はトルク指令Ｔに対する出力トルクの比率を調
整するもので１でもよく、虎こ選枇ト小指令に対する出
力トルクは等しくすることができる。

増幅器１１の出力を１２とし関数発生器１２により前述
の【５１′式で示したｉｏと１２の関数である一次電流
振幅ｉ，を作り出す。また増幅器１１の出力１２は演算
回路１３により定数（Ｒ２，Ｌ２，ｉｏ）との間で演算
され、出力のｓを得る。

Ｒ２ １２ （肌ニのＳＩ＋のＳ２ニこｔ 渋ｔａｎ−・害）。

演算回路１３は増幅器１３１、関数発生器１３２、微分
器１３３、加算器１３４で構成される。

演算回路１３に入力した増幅器１１の出力１２増幅器１
３１‘こよりＫ２倍（Ｋ２＝軟）され畑潟る。さらに増
幅器１ １の出力１２を関数発生器１３２に入力して得
られる出力ねｎ−・毒を微分器・３３により微分し、微
分器１３３からの出力のｓ２を得る。増幅器１３１の出
力のｓ，と微分器１３３の出力のｓ２とを加算器１３４
で加算しのｓを演算する。しかして務導電動機ＩＭに直
結された検出器ＴＣの出力のと演算回路１３の出力のｓ
とを加算器１４で加算し角周波数指令の，とする。３相
電流基準発生器１５には関数発生器１２の出力ｉ，と加
算器１４からの角周波数指令の，とを入力し「この出力
側から振幅がＪ雲ｉ．（Ｊ奪ま２相から３相変換による
係数であらかじめｉ仇１２をノ零倍しておいてもよい）
で角周波数の， で２／３汀ずつ位相のずれた３相正弦
波電流基準ｉａ，ｌｂ，ｌｃを発生する。

３相電流基準発生器１５例えば電圧制御正弦波発振器と
振幅可変のための乗算器で構成される。

各正弦波電流基準ｉａ，ｌｂ，ｌｃは〜それぞれ電流検
出器ＣＴで検出した誘導電動機ＩＭの巻線電流とっさ合
され、この値は出力増幅器群１９により変換された電流
が誘導電動機ＩＭの巻線に与えられる。前記出力増幅器
群１６はパルス幅変調ィソバータ、電流正弦波サィクロ
コンバータ等の公知の技術で得られる。またすべり周波
数のＳを演算する演算回路１３は、‘９）式における時
間変数がちのみであるので微分を実行した‘９）′式に
従って、第２図の演算回路１７のように構成することも
できる。

入力１２‘ま増幅器１７・‘こより＆倍（Ｋ＝詠いＳ．
とする。さらに入力１２は微分器１７２により微分し、
この微分した出力と、１２を関数発生器１７３に入力し
て得られる出力；台Ｆとを乗算器１７４により掛け合せ
、乗算器１７４から出力のｓ２を得る。増幅器１７．の
出力のｓ，と乗算器１７４の出力のｓ２とを加算器１７
５で加算し叫とする。この演算回路１７の出力のｓは第
１図における演算回路１３の出力のｓと全く同じとなる
。以上述べたようにこの発明による制御装置は一次電流
の振幅ｊ，とすべり周波数のｓ，，のｓ２の間に‘５）
′式、ｔ８｝式、■式又は‘９１′式の関係をもたせる
ことによりトルク指令Ｔに対する出力トルクの伝達関数
を定数化できる。

これを得るためには必ずしも第１図で述べたブロック図
に制約されるものではなく、一次電流振幅ｉ，から逆算
する形ですべり周波数のｓ，，のｓ２を演算してもよく
、トルク指令Ｔによりすべり周波数のｓ．を与え、これ
から‘５｝式、‘６’式の関係により、一次電流振幅ｉ
．、すべり周波数のｓ２を演算してもよい。さらにここ
では正弦波電流を流す場合について説明したが、トルク
脈動の影響が問題とならない場合は電流形ィンバータの
ような方形波電流の場合に適用しても従来のものに比べ
て制御特性の応答性を増すことができ、制御特性の要求
度により関数関係を簡単な関係により近似して実施して
もよく、関数関係は前述した各式に示される形り厳密に
限定されない。その他この発明の要旨を変更しない範囲
で種々変形して実施できる。以上述べたこの発明によれ
ば制御回路、ィソバータ等を含む誘導電動機の伝達関数
を時間要素の入らない形で定数化したので、過渡状態に
おいても振動が発生しない。

従って従来直流池励電動機でなくては成し得なかった速
やかな応答が要求される分野にも誘導電動機を利用でき
る。このようなことからこの発明装置によると直流機の
利点である応答性と、譲導電動機の利点であるブラシが
ないとともに構造が簡単で堅固なことをすべて活かせる
。さらにこの発明装置に速度フィードバックループ、位
直フィードバックループを付加させることにより、サー
ボ用直流電動機と同等な制御ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を説明するためのフロック
図、第２図はこの発明によるすべり周波数のｓを演算す
るための変形例を示すブロック図である。 １３，１７・・・・・・演算回路、１１，１３・，１７
．・・…・増幅器、１２，１３２，１７３・・・・・・
関数発生器、１３３，１７２・・・・・・微分器、１７
４・・・・・・乗算器、１３４，１４，１７５・・…・
加算器、１５・・・…３相電流基準発生器、１６・・・
・・・出力増幅器群、ＣＴ・・・・・・電流検出器、肌
・・・・・・誘導電動機、ＴＧ・・・・・・回転検出器
。 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 誘導電動機の二次電流に対応した信号Ｉ＿２を与え
   るトルク指令回路と、前記誘導電動機の励磁電流に対応
   する定数ｉ＿０及び前記信号Ｉ＿２によつて得られる√
   （Ｉ＾２＿２＋ｉ＾２＿０）なる一次電流値ｉ＿１の指
   令信号を発生する関数回路と、誘導電動機によつてきま
   る定数ｋ＿１，ｋ＿２と前記信号Ｉ＿２と前記定数ｉ＿
   ０からすべり周波数を（ｋ＿１＋（Ｉ＿２）／（ｉ＿０
   ）＋ｋ＿２ｄ／（ｄｔ）ｔａｎ＾−＾１（Ｉ＿２）／（
   ｉ＿０））なる関数として演算する演算回路と、この演
   算回路の出力と前記誘導電動機の回転周波数とを加算す
   る加算回路とを具備し、前記関数回路の出力で誘導電動
   機の一次電流を制御し、前記演算回路の出力で前記一次
   電流の周波数を制御するようにした誘導電動機の制御装
   置。