JPS6047839B2 - 交流電動機の磁束検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、インバータなどの可変周波数電源で駆動され
る交流電動桟の磁束を検出する装置に関する。

インバータなどの可変周波数電源で駆動される交流電動
機において、電動機の磁束と検出し、これを制御するこ
とは、電動機の磁束の動作点の決定や、トルク特性の線
形化上重要であり、特に最近ベクトル制御において用い
られている。

従来、磁束の検出方法として電動機の端子電圧りと電流
ｉを検出し、それぞれ検出値Ｖ、、Ｖ。

と、１次巻線抵値ｒｌともれインダクタンス１におのお
の相当する定数Ｒ、、Ｌとにより、内部誘起電圧ｅに相
当する値Ｅを演算し、しかる後に値Ｅを時間積分すると
により、磁束φに比例する値Φを演算されていた。これ
を一般式で示すと、Ｅ＝Ｖ−Ｒ１−Ｌ−・・・・・・・
・・（１六）Φ■ｆＥｄｔ・・・・・・・・・ （２式
）てある。

ただし、Ｖは検出端子電圧分、Ｉは検出電流分、Ｒは検
出１次巻線抵抗分、をは時間である。

しかし、この方法には次の２つの欠点があつた。４ 電
流形インバータやＰＷＭインバータの電流波形のように
、電流の時間変化領域が広い場合、電流の微分器が飽和
する。

＠ １次巻線抵抗の設定値Ｒ、に対して、実際の抵抗値
に、は温度によつて、±５０％程度変化することがある
。

などによつて内部誘起電圧ｅに相当する値Ｅおよび磁束
φに比例する値Φに誤差を生じ、不具合でつた。

ここにおいて本発明は、このような従来方式の２つの欠
点を除去すべく、新規の演算方法で誤差の少くない交流
電動機の磁束検出装置を提供することを、その目的とす
る。

本発明は、磁気エネルギから磁束を知る方法で、例えは
、巻線抵抗による誤差を含む演算磁束に電流を掛算する
ことより磁気エネルギを導出する手段てある。

この本発明によれば、演算結果に原理的に抵抗分の影響
が含まれない。

したがつて、巻線抵抗の変化や、電圧検出点から電動機
端子までの給電線の抵抗分などに支配されない磁束演算
が可能になる。

しかして、本発明で適用されたもれリアクタンス電圧を
簡単にしかも精度よく演算する方法は、従来方式のよう
に電圧で演算するのではなく、磁束で演算することによ
つて、リアクタンス電圧を含む検出電圧の積分値から電
流に比例したもれ磁束を定数器によつて差し引くことで
、微分器を使わない演算を可能にしている。

第１図は、本発明を適用する周波数変換装置と交流電動
機を示すブ治ツク図である。

１は交流電源、２は周波数変換器、３は２相交流電動機
、４，５は変圧器、６，７は変流器である。

説明の便宜上電動機３はα相、β相、Ｏ相からなる２相
構成て表わし、変圧器４，５、変流器６，７から検出さ
れる電圧、電流をそれぞれＶα，■β，Ｉα，Ｉβとし
ている。第２図は、交流電動機の等価回路図である。

Ｖ，ｅはそれぞれ端子電圧、内部誘起電圧、−Ｒ，ｌは
おのおの巻線抵抗、もれインダクタンス、ｉは電流であ
る。端子電圧と内部誘起電圧の関係は そして、磁束φは内部誘起電圧ｅの時間積分から求めら
れる。

端子電圧Ｖ、電流１の検出値Ｖ，Ｉと、巻線抵抗ｒ１も
れインダクタンス１に対する比例定数！Ｒ，Ｌを用いて
（１式），（２式）から磁束を演算する。

第３図に、従来の交流電動機の磁速検出の演算方法のブ
ロック図を示す。

３１は定数（抵抗Ｒ）を設定する定数設定器、３２は微
分演算Ｌ椿を行なう微分器、３３は積分器、３４，３５
は加算器である。

端子電圧の検出値■から、巻線抵抗降下電圧分ＲＩとも
れリアクタンス電圧分Ｌ摺を差し引き、内部誘起電Ｅと
する。

もれリアクタンス電圧分Ｌ供は微分器３２によつて演算
し、内部誘起電圧Ｅｄｔを積分器３３によつて積分し、
磁束Φの演算値としている。

この従来方式は、歪、んだ電流１の波形の微分は再現性
が低下する。

頻繁に変る電流１の微分は微）分器３２の帯域により影
響を受け、広に帯域のものを必要としている。第４図は
、本発明に適用される構成要素のブロック図である。

４１は定数Ｌを設定する定数設定器、４２は積分器、４
３は加算器である。

端子電圧分■から抵抗電圧分ＲＩを差し引き、この（■
−ＲＩ）を積分た値（ＦＥｄｔ上Ｉ）から、もれ磁束分
ＬＩを差し引くことにより第１次的な演算磁束ＦＥｄｔ
を求めており、これによりリアク”タンス電圧の演算が
不要であり、微分器３２も必要とせず、構成が単純で演
算誤差も少なくなる。

なお、誘導電動機の２次回路に鎖交する磁束を求める場
合は、インダクタンスＬの値として、１次もれインダク
タンス１１と２次もれインダクタンス１２の和に相当す
る値を用いればよい。第５図は本発の一実例の構成を示
すブロック図である。

５０は第１次磁束演算回路で、５１はそのα相分回路、
５２はそのβ相分回路でそれぞれ第４図の回路を含む。
５３，５４は掛算器、５５は加算器である。本発明は、
第１次的な演算磁束と電流から磁気エネルギを求め、そ
れから誤差のない究極的な交流電動機の磁束を検出する
ことにより、第１次的な演算磁束に含まれる交流電動機
の巻線抵抗分に基づく検出磁束の誤差を消去するように
している。

すなわち、この実施例は第１図に示した発明の対象とな
る構成において、α相、β相にそれぞれ第４図で表わし
た手法を適用して、α相およびβ相の第１次的な演算磁
束ΦαおよびΦβを回路５１および回路５２て得る。

その第１次的磁束演算回路５１および５２の出力Φα，
Φβに掛算器５３および５４においてそれそれ電流１α
，Ｉβを掛けたものをＵα，Ｕβとする。

これらはα相、β相の空隙の磁気エネルギを表わし、抵
抗分が関係しない。以下に、数式的にそれを証明しよう
。

磁気エネルギＵαとＵβの和Ｕは、定常的には交流分を
含まない直流的な磁気エネルギを表わす。

Ｊ・ま、α相電圧■α、β相電流１α、α相演算磁束Φ
α、β相電圧■β、β相電流１β、β相演算磁束Φβは
交流量で次のようにおく、ここに ■は電圧の振幅、Ｉは電流の振幅、Φは磁束の振幅、ω
は駆動角周波数（Ｒａｄ／Ｓｅｃ）、ｔは時間（Ｓｅｃ
）、ΔＲは残留抵抗、ψは電圧に対す電流の位相おくれ
、ψ゛は電に対する磁束の位相おくれてある。

第１次的な演算磁束Φα，Φβには残留抵抗ΔＲに相当
する演算誤差を含んでいる。

掛算器５３，５４によつて第１次的な演算磁束Φα，Φ
βにそれぞれα相電流１α、β相電流１βを掛算すると
、となつて、抵抗分に相当する項は消去できる。

ψ−ψ゛は磁束と電流の位相差で、ＩｃＯｓ（ψ−ψ゛
）は励磁電流分しに等しい。となり、励磁エネルギに等
しくなる。

したがつて、磁束一定制御の場合は、Ｕをそのまま磁束
に比例する量として用い、磁束の値を変化させる場合は
、Ｕの開平をとりΦ゛を磁束に比例する量として、線形
化して用いることができる。

この一実施例は、演算が簡単なためα，βの２相交流で
説明したが、３相交流の場合でも全く同様であり、第５
図において２つの相の値にあと１相分同じ回路を形成し
、３つの掛算器出力を加算器で加算すれば、演算誤差の
ない磁束に比例する量が検出されることは明らかである
。

もつとも３相交流を２相化して導出し、第５図の一実施
例のように磁束検出するのは回路構成が簡単てある。従
来方法ては、もれリアクタンス電圧を演算するため電流
の微分演算を行なつていたが、電流の時間変化の範囲が
広いと微分器が飽和し、演算誤差を生じていた。また、
交流電動機の１次巻線の抵抗値が実際には温度変化によ
つて変化し演算誤”差を生じていた。これに対して、本
発明の手段によれば、もれ磁束を演算することから微分
器を用いない構成要素とし、かつ磁気エネルギを演算す
ることにより交流電動機の１次巻線の抵抗に無関係な演
算方式と・することができる。

かくして、本発明は交流電動機の制御に最適な磁束検出
装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の対象となる装置の構成を示すノプロツ
ク図、第２図は電動機の等価回路図、第３図は従来方法
を表わすブロック図、第４図は本発明の構成要素をなす
第１次的な演算磁束を導出する回路図、第５図は本発明
の一実施例のブロック図である。 １・・・・・・交流電源、２・・・・・・周波数変換器
、３・・・・２相交流電動機、４，５・・・・・・変圧
器、６，７・・・・変流器、３１・・・定数（抵抗Ｒ）
設定器、３２・・・・微分器、３３，４２・・・・・・
積分器、３４，３５，４３，５５・・・・・・加算器、
４１・・・・・定数（イングクタンスＬ）設定器、５０
・・・・・・第１次的磁束演算回路、５１・・・・・・
そのα相分回路、５２・・・・・・そのβ相分回路、５
３，５４・・・・・・掛算器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 交流電動機の端子電圧から磁束を検出する装置にお
   いて、２相交流のα相、β相のそれについて、 端子電圧から１次巻線抵抗電圧降下分を除去したものを
   時間積分した後、この値から電流に比例するもれ磁束を
   除去して第１次的な演算磁束をを算出する手段と、この
   演算磁束に含まれる１次巻線抵抗の温度変化に伴なう抵
   抗電圧降下分の残留誤差を、前記演算磁束に電流を掛算
   て除去する手段と、を設け、 これらα相およびβ相の前演算磁束に電流を掛算した出
   力を加算する手段を、備えることを特徴とする交流電動
   機の磁束検出装置。