JPS6035913B2 - インバ−タ装置の制御装置 - Google Patents

インバ−タ装置の制御装置

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JPS6035913B2
JPS6035913B2 JP55017086A JP1708680A JPS6035913B2 JP S6035913 B2 JPS6035913 B2 JP S6035913B2 JP 55017086 A JP55017086 A JP 55017086A JP 1708680 A JP1708680 A JP 1708680A JP S6035913 B2 JPS6035913 B2 JP S6035913B2
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JP
Japan
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induction machine
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inverter
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JP55017086A
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雅徳 宮崎
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Toshiba Corp
Original Assignee
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

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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】 本発明は直流を交流に変換して誘導機を駆動するィンバ
ータ装置の制御装置に係り、特に誘導機の界磁発生に寄
与する電流と、トルク発生に寄与する電流とを独立して
制御しうるィンバー夕装置の制御装置に関する。
第1図に本発明を適用するィンバー夕装置の一例を示す
第1図において1は交流電源、2はトランジスタ、サィ
リスタ等によって構成され位相制御可能な整流器、3は
電流を平滑化する直流リアクトル、4はトランジスタ、
サイリスタ等によって構成される直流を可変周波数の交
流に変換する逆変換器、5は制御対象となる誘導機、6
は誘導機の回転数検出装置、7は速度制御回路、8は界
磁制御回路、9は電流基準演算回路、101ま電流制御
回路、11は整流器ゲート信号発生回路、12は電流基
準ベクトル演算回路、13は電流ベクトル演算回路、1
4は転流信号発生回路、15は逆変換器ゲート信号発生
回路、16は界磁演算回路である。以下に第1図のィン
バータ装置の動作について、その概略を説明する。
整流器2は交流電源1より供給される交流電源を整流し
て直流電流を得る。直流電流の大きさは整流器2を位相
制御することにより変えることができる。直流リアクト
ル3により直流電流を平滑化した後、逆変換器4により
交流に変換して誘導機5に供給する。逆変換器4により
誘導機5に供給される電流ベクトルの回転数のおよび位
相を制御することができる。譲導機5の回転数wrを軸
に直結したタコジェネ、パルスジェネレータ等の回転数
検出装置61こより検出し、回転数基準の※rと比較し
てその偏差を速度制御回路7により求める。前記偏差は
トルク発生に寄与する電流(以下、トルク成分電流と呼
ぶ)の基準i※,qとなる。また後述する界滋演算回路
16より出力される界磁■と界磁基準■※とを比較して
その偏差を界滋制御回路8により求め、界磁発生に寄与
する電流(以下界滋成分電流と呼ぶ)の基準i※,dと
する。トルク成分電流基準i※,qと界磁成分電流基準
i※,dとは直交関係にあるため、電流基準1※,は下
式により求めることができる。1※,=ゾ(i※,d)
2十(i※,q)2電流基準1※,は電流基準演算回路
9により前記演算を行なって求める。
次に電流基準1※,と電流検出値1,とを比較して電流
制御回路1川こより位相制御信号PHCを求める。整流
器ゲート信号発生回路1 1は位相制御信号PHCを入
力として整流器2の制御信号を発生する。一方、電流基
準ベクトル演算回路12はトルク成分電流基準i※,q
および界磁成分電流基準i※,dを入力として電流基準
ベクトルi※,を出力する。電流ベクトル演算回路13
は逆変換器4の出力電流を直接検出するか、又は逆変換
器ゲート信号発生回路15の出力信号より演算すること
により電流ベクトルi,を出力する。転流信号発生回路
14は電流基準ベクトルi※,と電流ベクトルi,とを
比較し、逆変換器の転流タイミングを決定する転流信号
INVを出力する。逆変換器ゲート信号発生回路15は
前記転流信号INVを入力として逆変換器4の制御信号
を発生する。最後に界磁演算回路16は誘導機5の内部
に発生する界磁を電流ベクトルi,より演算するか、又
は誘導機5内に設置した磁気センサー等により直接検出
することにより界磁■を出力する。次に逆変換器4の転
流信号INVの決定法を第2図〜第5図を用いて説明す
る。
第2図は前記逆変換器4の一構成例を示している。U,
V,W,X,Y,Zはサィリスタ、Cは転流コンデンサ
、Dは直列ダイオードで、以上により電流形の逆変換器
を構成している。前記構成の逆変換器が出力できる電流
ベクトルi,は第3図に示す様な6通りの位置がとれる
。第3図においてベクトルUZは前記サィリス夕Uおよ
びZがオンしている時に得られる電流ベクトルj.を示
す。ベクトルVZ,VX,WX,WY,UYについても
それぞれサイリスタVとZ,VとX,WとX,WとY,
UとYがオンしている時に得られる電流ベクトルi,を
示す。これらのベクトルは600の間隔をもち、第2図
に示した様な逆変換器では前記6つのベクトル以外の電
流ベクトルi,はとることができない。従って前記サィ
リスタの1つを転流すると、電流ベクトル1,は60o
の跳躍をすることになる。たとえば前記サィリスタUか
らVへ転流することにより、電流ベクトルi,はUZの
位置からVZの位置へ移る。一方、これに対し電流基準
ベクトルi※,は角速度ので滑らかに回転している。こ
れは誘導機5に周波数〆(=券)の正弦波電流を供給す
れば実現できることは明らかである。以上の動作を電流
基準ベクトルi※,と同じ角速度ので回転する座標上(
これをd−q座標と呼ぶ)で説明すると第4図の様にな
る。d軸は誘導機5の内部にできる界磁■の方向に、ま
たq髄はd軸より90o進んだ位置にとるものとする。
(界磁■は電流ベクトルj,により作られるから同じ角
速度ので回転している。)d−q座標と電流基準ベクト
ルi※,とは同一角速度ので回転しているため、d−q
座標上では電流基準ベクトルi※,は静止している。電
流基準ベクトルi※,のd軸成分は界磁発生に寄与する
電流、即ち前述した界磁成分電流基準i※,dであり、
q軸成分はトルク発生に寄与する電流、即ち前述したト
ルク成分電流基準i※,qである。一方、電流ベクトル
i,は第2図に示した様に前記サイリス夕のうち特定の
2個がオンすると、位置が固定されてしまうため、d−
q座標上では角速度ので回転することになる。このため
電流基準ベクトルi※,と電流ベクトルi,との角度8
は常に変化している。前述した様に、第2図の様な構成
を有する逆変換器の出力電流ベクトル1,は6通りしか
ないため、ある時刻において電流基準ベクトルi※,に
最も近い電流ベクトルi,が選ばれ、所定のサィリスタ
がオンされる。第4図においては電流ベクトルVZが電
流基準ベクトルi※,に最も近く、従ってサィリスタV
とZがオンされる。前述した様に電流ベクトルi,は6
00間隔となっているため、前記角度8が300に達し
た時点で転流信号INVを出力することになる。第5図
に一例を示す。第5図において電流ベクトルUZが角速
度10で時計方向に回転しており電流基準ベクトルi※
,との角度8=300となった時点で転流信号INVが
出力される。この結果サィリスタUからVへの転流が行
なわれ、電流ベクトルは600跳躍してVZへ移る。以
下、電流ベクトルj,の回転に伴なし・同様の方法で転
流が行なわれる。ところで、以上の説明から明らかな様
に第2図の様な構成を有する逆変換装置4によって誘導
機5に供給される電流ベクトルi,のd軸成分、q軸成
分は常に変動しており、特に転流時には急変する。d軸
成分、即ち界磁成分電流i,dの変動は普通の場合誘導
機5のィンダクタンスが大きく、界滋■にほとんど影響
を与えない。このため界磁■は界磁成分電流i,dの平
均値である界磁成分電流基準i※,dに応じた一定値を
維持している。しかし、q軸成分、即ちトルク成分電流
i,qの変動はそのまま誘導機発生トルクの変動として
現われる。この状態を第6図に示す。第6図において、
トルク成分電流i,qは最大i,q′から最小i,q″
まで変化する。この変化を時間軸上でみると第6図bの
様になる。一回の転流により60o位相の遅れた正弦波
に移る。第6図bの様なトルク成分電流i,qにより発
生するトルクにはィソバータ運転周波数〆の郎(nは整
数)倍の周波数成分をもつリップルが含まれており、誘
導機5だけでなくこれに結合された負荷装置にも振動、
騒音等の悪影響を与える。特に誘導機5および前記負荷
装置の有する機械的な固有振動数と前記トルクリップル
周波数節ナとが一致する様な場合には、共振現象により
機械振動は助長され運転不能あるいは機器の損傷を招く
こともある。この現象は第1図にて示したィンバータ装
置あるいは第2図にて示した逆変換部に限定されるもの
でなく、正弦波出力を得ることが出来ないィンバータ装
置の本質的な欠点である。本発明はィンバータ装置のか
かる欠点に鑑みて行なったもので、誘導機が発生するト
ルクリップルを低減し、共振現象を禾然に防止できる様
なィンバータ装置の制御装置を提供することを目的とす
る。
以下本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
第7図は本発明によるィンバータ装置の制御装置の構成
例を示すブロック図である。
第7図において第1図と同一番号を付した要素は同一の
構成を有するものである。第7図において第1図と相違
する点は、ィンバータ運転周波数〆を入力とし界磁基準
■※を出力する弱め界磁制御回路17を設けたことであ
る。誘導機5あるいは負荷装置の有する機械的な固有振
動数と前記トルクリップル周波数肋ナとが一致する様な
ィンバータ運転周波数(以下共振周波数ナ,と呼ぶ)又
はその前後の周波数において界磁■を低減することによ
り、トルクリッブルを減少して共振現象を防止もしくは
実害の無い程度まで軽減することが可能である。第8図
にこの原理を示す。共振周波数ナ,付近において、弱め
界磁制御回路17により界磁成分電流基準i※,dを低
下させる。
第8図aは第6図と比して界磁成分電流基準i※,dが
小さく、従って界磁■が低減された場合を示している。
界滋■が低減された結果、誘導機5の発生トルクは減少
し、これを補うためトルク成分電流基準i※,qは増加
する。従って、トルク成分電流基準i※.qとd軸との
なす角度が大きくなり、その変動はi,q′からi,q
″までとなって第6図と比して小さくなる。この変化を
時間軸上でみると第8図bの様になる。第9図に本発明
の異なる実施例を示す。
第9図において18は譲導機回転数のr又は誘導機回転
数基準のr※を入力とし、界磁基準■※を出力する弱め
界滋回路であり、これが共振周波数〆,付近に達した時
弱め界磁制御を行なうことによりトリクリップルの低減
を行なうことができる。以上の説明において、弱め界滋
制御は共振周波数ナ,付近でのトルクリツプル低減を例
にあげたが、トルクリップルはいかなるィンバータ運転
周波数ハこおいても発生し、誘導機5および負荷装置に
悪影響を与える。従って本発明の対象となるトルクリッ
プル低減を目的とした弱め界磁制御は、共振周波数〆,
付近のみに限定するものではない。なお、本発明を適用
する逆変換器4は第2図に示す構成を有するものに限定
しない。
また第2図において逆変換器4を構成する主スイッチン
グ素子としてサィリスタを例として記したが、本発明は
これに限定するものではない。以上説明した様に、本発
明によれば、誘導機を非正弦波電流により駆動する際の
本質的欠点であったトリクリップルを、誘導機のトルク
発生に寄与する電流と界磁発生に寄与する電流とを独立
して制御しうるィンバータ装置を用いて低減することが
でき、特に機械系の共振を未然に防止することが可能で
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を適用するィンバータ装置の一例を示す
図、第2図は第1図の逆変換器の一例を示す図、第3図
は第2図に示した逆変換器が出力できる電流のベクトル
図、第4図および第5図はd−q座標上でみた出力電流
のベクトル図、第6図は通常の場合の出力電流ベクトル
図およびトルク成分電流波形図、第7図は本発明の−実
施例を示す構成図、第8図は本発明を実施した場合の出
力電流ベクトル図およびトルク成分電流波形図、第9図
は本発明の他の実施例を示す構成図である。 1……交流電源、2……位相制御可能な整流器、3・・
・・・・直流リアクトル、4・・・・・・逆変換器、5
・・・・・・誘導機、6・・・・・・回転数検出装置、
7…・・・速度制御回路、8・・・・・・界磁制御回路
、9・・・・・・電流基準演算回路、10・・・・・・
電流制御回路、11・・・・・・整流器ゲート信号発生
回路、12・・・・・・電流基準ベクトル演算回路、1
3・・・・・・電流ベクトル演算回路、14・・・・・
・転流信号発生回路、15・…・・逆変換器ゲート信号
発生回路、16・・・・・・界磁演算回路、17・・・
…弱め界磁制御回路、18・・・・・・弱め界磁制御回
路、山r・・・・・・誘導機回転数、のr※・・・・・
・議導機回転数基準、■・・・・・・界磁、■※…・・
・界磁基準、i,q・・・・・・トルク成分電流、i※
,q・・・・・・トルク成分電流基準、i,d・・・・
・・界磁成分電流、i※,d・・・・・・界磁成分電流
基準、i,…・・・電流ベクトル、i※.・・…・電流
基準ベクトル、1.・・…・電流(絶対値)、1※.・
・・…電流、(絶対値)基準、PHC・・・・・・位相
制御信号、瓜V・・・・・・転流信号、U,V,W,X
,Y,Z・…・・逆変換器を構成するサィリス夕、D・
・…・逆変換器を構成する直列ダイオード、C・…・・
逆変換器を構成する転流コンデンサ、UZ…・・・サィ
リス夕U,Zのオンにより得られるi,ベクトル、VZ
・・…・サィリスタV,Zのオンにより得られるi,ベ
クトル、VX…・・・サィリスタV,Xのオンにより得
られるi,ベクトル、WX・・・・・・サイリス夕W,
Xのオンにより得られるi,ベクトル、WY……サィリ
スタW,Yのオンにより得られるi,ベクトル、UY…
…サィリスタU,Yのオンにより得られるi,ベクトル
、8……i※,ベクトルとi,ベクトルとの角度、の…
・・・1,ベクトルの回転角速度、i,′,i,″……
1,ベクトルの変化範囲を示すベクトル、i.q′,1
,q・・・・・・i,qの最大値および最小値。 第1図第2図第3図 第4図 第5図 第6図 第7図 第8図 第9図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 誘導機の回転数と回転数基準との偏差からトルク発
    生に寄与する電流を求める速度制御回路と、前記誘導機
    内部に発生する界磁と界磁基準との偏差から界磁発生に
    寄与する電流基準を求める界磁発生回路と、この界磁発
    生回路により求められた界磁発生に寄与する電流基準と
    これに直交関係にある前記速度制御回路で求められたト
    ルク発生に寄与する電流基準とから電流基準ベクトルを
    求める電流基準ベクトル演算回路と、この電流基準ベク
    トル演算回路で求められた電流基準ベクトルと前記誘導
    機の1次電流ベクトルとを比較して転流タイミングを決
    定する転流信号を発生する転流信号発生回路と、この転
    流信号発生回路から出力される転流信号により前記誘導
    機に供給される電流ベクトルを制御する変換器にゲート
    制御信号を与えるゲート信号発生器とを備えて前記誘導
    機のトルク発生に寄与する電流と界磁発生に寄与する電
    流とを独立に制御するようにしたインバータ装置の制御
    装置において、前記変換器のインバータ運転周波数に関
    与する信号が入力され且つ前記誘導機が発生するトルク
    リツプル周波数に応じて前記界磁制御回路に与える界磁
    基準を低下させる弱め界磁発生回路を設けたことを特徴
    とするインバータ装置の制御装置。 2 変換器のインバータ運転周波数に関与する信号はゲ
    ート信号発生器から出力される信号を用いたものである
    特許請求の範囲第1項に記載のインバータ装置の制御装
    置。 3 変換器のインバータ運転周波数に関与する信号は誘
    導機の回転数又はその回転数基準を用いたものである特
    許請求の範囲第1項に記載のインバータ装置の制御装置
    。 4 弱め界磁発生回路は誘導機あるいは負荷装置の有す
    る機械的な固有振動数と誘導機が発生するトルクリツプ
    ル周波数とが一致するようなインバータ運転周波数又は
    その前後の周波数において界磁基準を低下させて出力す
    るものである特許請求の範囲第1項又は第2項或るいは
    第3項に記載のインバータ装置の制御装置。
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JPS60128885A (ja) * 1983-11-28 1985-07-09 Mitsubishi Electric Corp エレベ−タの制御装置
JPS60248579A (ja) * 1984-05-23 1985-12-09 三菱電機株式会社 エレベ−タの速度制御装置
GB2567128A (en) * 2017-07-25 2019-04-10 Quepal Ltd A torque ripple reduction device

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