JPS6022491A - 誘導電動機のトルク制御装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は誘導電動機のトルク制御装置に係り、特に電流
瞬時値制御によってノＲルス幅制御をおこなう電圧形イ
／ノ９−夕を具え該電圧形インバータにて給電される誘
導電動機のトルク制御装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

誘導電動機の可変速制御技術は、最近急速に進歩し、特
性′「ベクトル制御」と呼ばれる方式により直流機と同
等以上の性能が得られるようになった。

第１図は従来のベクトル制御方式によるトルク制御装置
の回路構成例である。第１図において。

１は誘導重職ｊ１機であり、この誘導電動機１にはトラ
ンジスタインバータ２により直流電源３を交流に変換し
た１次電流が供給される。この１次電流は電流検出器４
ａ　、　４ｂ　、　４０により検出される。また誘導電
動機１には回転数検出器１例えばパルスぜネレータ５が
連結される。／臂ルスゼネレータ５は誘導電動機１の一
回転につき所定の数の２相・ぞルスを発生するものであ
り、この２相ノ９ルスは回転量検出器６に与えられる。

回転量検出器６は。

Ａシスゼネレータ５０発生する２相Ａルスの位相関係と
、・ソルス数とから、誘導電動機１０回転数。

位置、回転方向等を検出する。

一方、誘導電動機１をトルク制御するためのトルク基準
７は電流基準演算回路８に与えられる。

電流基準演算回路８は、トルク基準７から誘導電動機１
に与えるべき１次電流ベクトルの大きさ１１の基準値工
、と、１次周波数で回転する１次電流ベクトルの、回転
子の回転角度θ、に対する相対角度（θ１−θρの基準
値（θ□′−〇−とを演算する回路である。すなわち、
磁束一定制御の場合、前記−次電流ベクトルの基準値１
１”　、　（θ１＊−〇−は次式に基づいて演算される
。

■、＊＝　、１７篇−石扁ダ　・・・・・・（１）・・
・・・・　（２） ここで、１１ｑ＊はトルク分電流指令値であり、トルク
指令（すなわちトルク基準）７に比例する量である。■
、♂は磁束分電流指令値であり、磁束一定の場合は定数
である。また、Ｔ２は誘導電動機１によって決まる定数
である。従って、前記電流基準演算回路８は、磁束分電
流指令値Ｉｘｄ”を設定する磁束分電流設定器と、この
磁束分電流指令値１１ｄ＊２−、トルク基準値■、′か
ら（１１式に基づいて基準値１１＊を演算するベクトル
長演算回路と、前記磁束分電流指令値１１ｄ＊を入力し
く２）式に基づいて基準値（θ１＊−〇ｒ）を演算する
（θ１＊−〇−演算回路とで構成され、演算結果である
基準値１１ｄ＊、　（０１＊−θｒ）を瞬時値変換回路
９へ与える。

瞬時値変換回路９は、回転量検出器６から与えられる回
転子の回転角度θ、を用いて、前記基準値■□′と（０
１′−〇、）を次式に基づいて３相の一次電流の瞬時基
準値１１♂ｌ　’ＩＶ”　＃　’ＩＷ”に変換する。

ｉ　”＝ｋｉ”ｅｓｉｎθ□＊　−・・−・・−・（３
）１０　１ ｉ　”＝ｋＩ　＊−５１ｎ（＃　”−”ｘ）−・・・−
（４１１Ｖ　１　１　３ ここでｋは比例定数である。そして瞬時値変換回路９で
められた電流基準値量□。”　ＩＶ　”　ＩＷに従って
誘導電動機１の１次電流を制御すれば。

誘導電動機１の発生するトルクはトルク分電流指令値１
１ｇ＊、すなわちトルク指令値（トルク基準）７に比例
することになる。そこで、前記電流基準値１１♂ｌ　’
ＩＶ”　”　ＩＷ　を各コンパレータ１０ａ　、　１０
ｂ。

１０ｃに与える。

コンノぞレータ１０ａ　、　１０ｂ　、　１０ｃは電流
検出器４ａ　、ｊ４ｂ　、　４ｃから与えられる電流検
出値’ｌｕ　ｓ　１１ｖ。

’１ｗをそれぞれ電流基準値１１♂＃　’ＩＶ”　ｌ　
’ＩＷ”と比較し、電流基準が電流検出値より大であれ
ば′１”。

小であれば′Ｏ″なる論理値を出力し、直接および否定
論理回路１１ａ　、　ｌｌｂ　、　ｌｌｃを介してオン
ディレィ回路１２に与え、さらにオンディレィ回路１２
の出力をトランジスタインバータ３に与えることにより
、電流検出値４ａ　、　４ｂ　、　４ｃを電流基準値１
１♂。

’ｌｖ”　ｌ　’１ｗに追従させる。すなわち、否定論
理回路１１８〜１１Ｃは、コンパレータ１０ａ　〜１０
ｃの出力が′１″であれば′０”を、加”であれば′１
”を出力するもので、これらの出力と前記コン・ぞレー
タ１０ａ〜１０Ｃの出力とがオンディレィ回路１２へ与
えられる。すると、遅延回路であるオンディレィ回路１
２では、１０ａ〜１０ｃ、　ｌｌａ〜ｌｉｅから与えら
れる論理値が′０”から′１″に変化する場合のみ、出
力を′０″から１”に変えるタイミングを所定時間遅ら
せ、その出力をペース＋とライブ回＠（図示せず）を介
してトランジスタインバータ夕２に与える。

第２図はトランジスタインバータ２０回路構成例を示す
もので、Ｐは直流電源３のプラス側入力端子、Ｎはマイ
ナス側の入力端子、およびＵ。。

■ｏ、Ｗｏは出力端子で誘導電動機Ｕ相、■相、Ｗ相端
子にそれぞれ接続される。そして入力端子Ｐと出力端子
Ｕ。間にはトランジスタＴｒｌとフライホイールダイオ
−ｆＤｌが並列に接続され、同様に入力端子Ｐと出力端
子Ｖ。間にトランジスタＴｒ２とダイオ−ＰＤ２．入力
端子Ｐと出力端子Ｗ。間にトランジスタＴｒ、ｌとダイ
オードＤ３、入力端子Ｎと出力端子Ｕ。間にトランジス
タＴｒ４とダイオ−ｒｎ４．入力端子Ｎと出力端子Ｖ。

間にトランジスタＴｒ５とダイオ−ｒｎ５．及び入力端
子Ｎと出力端子Ｗ。間にトランジスタＴｒ６とダイオ−
ＰＤ６が、それぞれ並列接続される。ここで誘導電動機
１のＵ相電位は、トランジスタＴｒ１がオンすることに
より直流電源３のプラス側電位と等しくなり、トランジ
スタＴｒ４がオンすることにより直流電源３のマイナス
側電位と等しくなる。同様に、Ｖ相電位はトランジスタ
Ｔｒ２とＴｒ５％Ｗ相電位はトランジスタＴ、３トＴｒ
６のいずれかをオンするこトニより、直流電源３のプラ
ス側電位かマイナス側電位に等しくなる。そして入力端
子Ｐに接続されているトランジスタＴ４、は第１図のコ
ンパレータ１０ａの出力信号によって制御され、コンパ
レータ１０ａの出力力ヒ１″のときオンし、′Ｏ″のと
きオフする。同様にトランジスタＴｒ２はコンノぞレー
タ１０ｂ、）ランジスタＴｒ３はコンノぐレータ１０ｃ
の各出力信号によってオン、オフ制御される。一方。

入力端子Ｎに接続されたトランジスタＴｒ４１　Ｔｒ５
　ｔＴｒ６は否定論理回路１１ａ　、　ｌｌｂ　、　ｌ
ｌｃの各出力によってオン、オフ制御される。従ってト
ランジスタＴｒｉとＴｒ４−Ｔｒ２とＴｒｓ−Ｔｒａと
Ｔｒ６のそれぞれにおいて、一方にオン信号が与えられ
ているときには、他方には必ずオフ信号が与えられてい
る。

しかし、トランジスタはその特性上、オン信号が与えら
れてから実際にオンするまでの時間に比べ。

オフ信号が与えられてから実際にオフするまでの時間が
長い。このため、オンディレィ回路Ｉｎ−ｆ＆け、一方
のトランジスタにオフ信号を与えてからそのトランジス
タが確実にオフするだけの所要時間が経禍したのち、他
方のトランジスタにオン信号を与えるようにしている。

そして同時にオンするとトランジスタの破損を招くので
オンディレィ回路１２による遅延時間は充分に余裕を持
たせている。

以上のようなトルク制御装置によれば、＠導電動機１を
用いて直流機と同等以上の高速応答のトルクが行なえる
。しかしながら、この種のトルク制御装置によれば、カ
行時と回生時とで同じ大きさのトルク基準７であるにも
かかわらす、第３図に示すように発生するトルクの大き
さが異なるという欠点がある。

すなわち、第３図はトルク基準７に対する発生トルクの
関係を示すもので、１１１！印的には点線のようにトル
ク基準７と発生トルクとが一致すべきであるが、実際に
は実線のようにカ行時の発生トルクはトルク基準にて指
示される値よりも小さくなり、回生時の発生トルクはト
ルク基準にて指示される値よりも大きくなる。カ行時、
回生時とも基準より大きい（あるいは小さい）トルクを
生じるのであれば、調整によって所望トルクを得ること
ができるが、カ行時には基準より小さく、回生時には基
準より大きくなるため、調整によって誤差を小さくする
ことができない。

このようにトルク基準と発生トルクの間に誤差を生じる
のは、電流制御の誤差のためであると考えられる。これ
を第２図のＵ相電流について考察してみる。電流検出値
Ｉ　が電流基準値量□♂よりｕ 小さい場合にはトランジスタＴｒ１ヲオンして電流を増
加させ、電流基準１１ｕ＊より大きい場合にはトランジ
スタＴｒ４をオンして電流を減少させるように制御され
る。Ｕ相電流が正（すなわち誘導電動機１へ流入する方
向）であるとし、トランジスタインバータ２の主回路電
流が直流電流３のプラス側からトランジスタＴ　を介し
て出力端子Ｕ。へ１ と流れているとする。この主回路電流は電動機巻線を介
して出力端子Ｖ。あるいはＷ。へと流れ、それらの相の
トランジスタＴｒ５あるいはＴ、６を介して直流電源３
のマイナス側Ｎへ流れるか、ダイオ−）’Ｄ２あるいは
Ｄ３す介して直流電源３のプラス側Ｐへ流れる。Ｕ相電
流が増加し、電流検出値’ｌｕが電流基準値１□１１＊
より大きくなると、第１図中のコンノセレータ１０ａは
１０″を出力し、トランジスタＴｒｌヘオフ指令が与え
られる。トランジスタＴｒ１はオフ指令が与えられても
、直ちにオフすることはできず、ペースに蓄積された残
留電荷を放出する蓄積時間を経て始めてオフする。トラ
ンジスタＴ、１がオフすると、ＴＪ相電流は直ちに直流
電流３のマイナス６１１１Ｎからダイオ−ｒＤ４を介し
て流れ減少し始める。トランジスタＴｒ１にオフ指令が
与えられてから、オンディレィ回路１２にて作られる所
定の遅延時間の後、トランジスタＴｒ４にオン信号が与
えられるが、主回路電流はダイオ−ｒＤ４　を介して流
れ減少しつづける。電流検出値ｌ　が電流基準１□♂よ
り小さくなると、トランジｕ スタＴｒ４にはオフ指令が与えられるが、主回路電流は
やはりダイオ−ＰＤ４を介して流れ減少しつづける。ト
ランジスタＴｒ４にオフ指令が与えられてから、オンデ
ィレィ回路１２にて作られる所定の遅延時間の後、トラ
ンジスタＴｒｌにオン信号が与えられて始めて、主回路
電流はダイオ−ＰＤ４かもトランジスタＴｒ□に移り、
増加し始める。

このように、トランジスタの保護のためにｉ保されるオ
ンディレィ時間は、オン信号を与えられていたトランジ
スタに電流が流れていたときには、そのトランジスタが
オフすると、すぐ逆側のトランジスタと並列に接続され
たダイオードを介して流れるため、制御に関係しない。

一方、オン信号が与えられていても実際には並列に接続
されているダイオ−Ｐを通じて電流が流れていた場合、
そのトランジスタをオフしてもオンディレィ時間の後、
逆側のトランジスタをオンさせるまではすでにオフされ
たトランジスタと並列に接続されたダイオ−Ｐを介して
流れ続け、電流制御の外乱となる。この外乱は、制御で
真に必要とする時間以上にダイオ−Ｐに電流を流す方向
にのみ働くとし・え・る。

そしてカ行時の直流電流３は、直流電源３のプラス側入
力端子Ｐかもトランジスタを通じて電動機巻線へと流れ
、他の相のトランジスタな通じて直流電源３の入力端子
Ｎへと流れる。このため。

前記外乱は検出電流値ケ基準電流値より大きくする方向
にのみ働らく。以上のような理由で、電流基Ｍ値と電流
検出値との瞬時比較によるトルク制御方式では、カ行時
には電流は基準より小さくなり、回生時には基準より太
ぎくなる。オンディレィ時間はトランジスタ保護のため
に必要であるから、１！流制御のこの誤差は避けられな
い。特に。

大電流用のトランジスタでは、その特性上スイッチング
が遅いため、オンディレィの時間も長くなって電流制御
の誤差が大きくなり、発生トルクの誤差を太ぎくさせる
。

以上のように、上記電圧形インバータ２で電流瞬時値制
御すると、カ行時には電動機１の実電流が基準値より小
さくなり、回生時には基準値より大きくなる。このため
カ行時と回生時では同一トルク基準でも発生トルクが異
なるという欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明は１以上のような従来技術の欠点を除去するため
になされたもので、カ行時と回生時とで発生トルクが変
らない直線性に優れた誘導電動機のトルク制御装置を提
供することを目的とする。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために、本発明では、トルク基準を
所定の関数にて電流基準に変換し、該電流基準に基づき
誘導電動機の１次電流を電流瞬時値制御する電圧形イン
ノ々−夕によって該誘導電動機に給電する誘導電動機の
制御装置において、前記トルク基準がカ行トルク指令で
あるか回生トルク指令であるかによって前記トルク基準
から電流基準へ変換するための関数を異ならせることを
特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下添付図面を参照しつつ本発明の一実施例を説明する
。なお、以下の図面において前記館１図〜第３図と同一
の要素は同一の符号が付されている。

第４図はこの実施例に係るトルク制御装置の構成を示す
ブロック線図である。このトルク制御装置が前記第１図
のものと異なる点は、電流基準演算回路部の内部構成が
相違することと、回転量検出器６の出力信号である誘導
電動機１の回転方向信号が電流基準演算回路部へ新しく
入力されていることである。

第５図は電流基準演算回路（イ）の−構成例を示すもの
で、この電流基準演算回路部は従来の電流基準演算回路
８に補償回路（資）を付加した構成をなす。

第５図において、２０はトルク基準７０入力端子。

２１は誘導電動機１の回転方向信号の入力端子、２２は
１次電流ベクトルの大きさの指令値１１＊の出力端子、
及び田は相対角度の指令値（θ□＊−０ρの出力端子で
ある。ここで出力側に設けられる電流基準演算回路８は
、紬述したように、磁束分電流指令値１１ｄ＊を設定す
る設定型別と、２つの入力端子に与えられる量ＸとＹか
ら４７　を演算し指令値■１＊に応じた信号を出力する
ベクトル長演算回路５と、指令値（θ□札θρに応じた
信号を出力する演算回路２６とから構成される。そして
設定器囚で設定された磁束分電流指令値１１ｄ＊が、ベ
クトル長演算回路部及び演算回路部に与えられると。

ベクトル長演算回路５では入力側に設けられる補償回路
３０？介して与えられるトルク基準７に応じたトルク分
電流指令値と前記磁束分電流指令値”ｓｄ”ｈから前記
（１）式にもとづいて１次電流ベクトルの大きさの指令
値１１＊を演算し、その結果に応じた信号を出力端子２
２へ与える。一方、演算回路２６では入力端チェから与
えられるトルク基準７に応じたトルク分電流指令値Ｉ、
ｑ＊と前記磁束分電流指令値工ｒｄ”とから前記（２）
式にもとづいて指令値（θ□１−θρを演算し、これに
応じた信号を出力端子器に与える。なお、指令値（θ□
１−θρは、１次周波数で回転する１次電流ベクトルが
誘導電動機１０回転子の回転角度θ、に対してなすべき
相対角度（θ１−θ、）の指令値である。

このように構成される従来の電流基準演算回路８０入力
側に設けられる補償回路（資）は、入力端チェから与え
られるトルク基準７に所定の倍率を掛ける倍率器３１と
、トルク基準加から正転、逆転のどちらのトルク方向で
あるかを検出する極性検出回路３２と、入力端子２１か
ら与えられる誘導電動機１の回転方向信号と極性検出回
路３２の出力との排他的論理和をとりトルク基準７がカ
行トルクまたは回生トルクのいずれを指示しているかを
判別するモード判別回路あと、モード判別回路あの出力
信号によって切り換えられトルク基準入力端チェから直
接ξ、えられる信号または倍率器３１を介して与えられ
る信号のいずれかを通運させてベクトル長演算回路５へ
与える切換スイッチ別とから構成される。

そして極性検出回路３２は、トルク基準７が正であれば
正方向トルク指令であるとして′１”を、負であれば逆
方向トルク指令であるとしてＯ″を出力し、モード判別
回路３３に与える。このモード判別回路３３には入力端
子２１を介して回転方向信号が与えられる。回転方向信
号は誘導電動機１が正転であれば１”、逆転であれば′
″０”である。従ってモード判別回路３３は、回転方向
信号と極性検出回路３２の出力との排他的論理和をとり
、正転じ１”）かつ正方向トルク指令（′１”）のとき
、および逆転１０″）かつ逆方向トルク指令（′０”）
のとき、すなわちカ行トルク指令のときには加”を出力
し、それ以外のときすなわち回生トルク指令のときには
′１”を出力して切換スイッチ洞に与える。切換スイッ
チ調は、モード判別回路３３の出力が０”、すなわちカ
行の場合にはトルク基準入力をそのままトルク分電流指
令値ｉ１♂とじてベクトル長演算回路δに与え、一方、
モード判別回路あの出力が１″、すなわち回生の場合に
は倍率器３１を介しトルク基準入力を所定倍した量？ト
ルク分電流指令値１１．としてベクトル長演算回路５に
与える。するとベクトル長演算回路部はトルク分電流指
令値Ｉ□、＊ｈ設定器Ｕの磁束分電流指令値工、ｄ＊と
から指令値Ｉ、＊を演算し、これに応じた信号を出力す
る。

一方、演算回路Ｉには従来と同様にトルク基準入力がそ
のままトルク分電流指令値１１９＊とじて与えられるの
で、該演算回路部はトルク分電流指令値１□♂と設定器
２４の磁束分電流指令値１１ｄ＊ｈから相対角度の指令
値（θ、＊−θｒ）を演算し、これに応じた信号を出力
する。

とのよ）に電流基準演算回路加は、１次電流ベクトルの
角度の基準値（θ１＊−〇−については従来と同様な演
算にＪ：ってめるが、１次電流ベクトルの大きさの基準
値１１＊については、トルク基準７と誘導電動機１０回
転方向とからカ行トルク指令であるか、回生トルク指令
であるかを判別し、カ行時と回生時とではトルク基準７
からトルク分電流指令値１１♂への換算係数を変えて演
算する。

そして第４図のトルク制御装置において、電流制御は第
１図の構成と同じであるから、実際に流れている１次電
流のベクトル長■１はカ行時には指令値工１＊より小さ
くなり、回生酷には指令値１１＊より大きくなる。この
ため、あらかじめカ行時には必要な主回路電流よりも指
令値１１＊を大きくし、回生時には指令値■１を小さく
しておけばよい。

従って電流基準演算回路加によってこの補償を行なった
電流基準１１＊を得、この基準にもとづいて電流制御す
ることによってトルク基準７に対する発生トルクの誤差
を小さくすることができる。而して第３図に示すように
、カ行時だけ、あるいは回生時だけをとれば、トルク基
準と発生トルクとは比例しているから、前記補償により
カ行１回生にかかわらず、全領域で直線性に優れたトル
ク制御装置を得ることができる。

なお、上記実施例では、電圧形インバータをトランジス
タで構成した例を示しているが、他の回路、例えばサイ
リスタ等で構成してもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば１判別回路でトル
ク基準がカ行トルク指令であるか回生トルク指令である
かを判別し、この判別結果に基づいて関数変換回路によ
り前記トルク基準から電流基準へ変換するための関数を
異ならせるようにしたので、この関数を適宜選定するこ
とにより、トルク基準に対する発生トルクの誤差を小さ
くすることができ、カ行時、回生時にかかわらず全領域
で直線性に優れたトルク特性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のトルク制御装置の構成を示すブロック線
図、第２図は第１図中のトランジスタインバータの回路
図、第３図は第１図の動作説明図、第４図は本発明の一
実施例に係るトルク制御装置の構成を示すブロック線図
、第５図は第４図中の電流基準演算回路の構成を示すブ
ロック線図である。 １・・・誘導電動機、２・・・トランジスタインバータ
。 ３・・・直流電源、４ａ、４ｂ、４ｃ・・・電流検出器
。 ５・・・・ぞルスぜネレータ、６・・・回転量検出器。 ７・・・トルク基準、８・・・電流基準演算回路、９・
・・瞬時値変換回路、　１０ａ　、　ｆｏｂ　、　１０
ｃｍコｙＡｖ−タ。 １１ａ　、　ｌｌｂ　、　ｌｌｃ・・・否定論理回路、
１２・・・オンディレィ回路、２０・・・電流基準演算
回路、２４・・・磁束分電流設定器、２５・・・ベクト
ル長演算回□路、２６・ぺθ□“−θρ演算回路、３０
・・・補償回路、３１・・・倍率器。 ３２・・・極性検出回路、３３・・・そ−Ｐ判別回路、
３４・・・切換スイッチ。 出「人代理人　猪　股　゛　清

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、トルク基準を所定の関数にて電流基準に変換し、該
   電流基準に基づき誘導電動機の１次電流を電流瞬時値制
   御する電圧形インバータによって該誘導電動機に給電す
   る誘導電動機の制御装置において。 前記トルク基準と前記誘導電動機の回転方向を検出する
   検出信号とから前記トルク基準がカ行トルク指令である
   か回生トルク指令であるかを判別する判別回路と、この
   判別回路の判別結果に基づいて切り換えられ前記トルク
   基準から電流基準へ変換するための関数を異ならせる関
   数変換回路とを設けたことを特徴とする誘導電動機の制
   御装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の装置において。 前記判別回路は、前記トルク基準からトルク方向を検出
   する極性検出回路と、該極性検出回路の検出信号と前記
   誘導電動機の回転方向を検出する検出信号との排他的論
   理和をめ前記トルク基準がカ行トルク指令または回生ト
   ルク指令のいずれを指示しているかを判別するモード判
   別回路とを具え、前記関数変換回路は、前記トルク基準
   に所定の倍率を掛ける倍率器と、前記そ−Ｐ判別回路の
   判別結果に基づいて切り換えられ前記倍率器を投入また
   はしゃ断する切換スイッチとを具えたことを特徴とする
   誘導電動機の制御装置。