JPS61106091A - 誘導電動機のすべり周波数演算装置およびその装置を用いた誘導電動機の回転数制御装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、タコジェネあるいはパルスジェネレータ等の
回転数検出器を使用しないですべり周波数を得る装置、
およびこの装置を用いて誘導電動機の回転数を制御する
装置に関するものである。

〔従来の技術〕

誘導電動機をインバータで駆動する場合、電動機への負
荷トルクに応したすべりを生じ、指令周波数に対応した
回転数とは異なってくるため、回転数精度を高く要求さ
れる場合、通常電動機回転軸にタコジェネあるいはパル
スジェネレータ等の速度検出器を設けて、その速度検出
信号による速度フィードバック制御がなされる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、速度検出器は一般に高価であり、速度検
出によって制御の複雑さが増し、また速度検出器自体の
耐環境性から、誘導電動機本来のもつ堅牢さを損なうな
どについても配慮を行わなければならないという問題点
がある。

本発明は、誘導電動機への人力電力を検出し、これによ
りすべり周波数を導出し、これによって速度検出器を設
けることなく誘導電動機の高精度回転数制御を行うこと
を目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、インバータへの入力電力から導出した誘導電
動機の２次電流に比例する量と、電動機の熱的等価回路
および電動機の電気的損失より推定される電動機回転子
の温度を補正した２次抵抗値とによってすべり周波数を
演算し、これにより速度検出器なしで誘導電動機の回転
数を制御するようにしたものである。

以下、本発明の原理について具体的に説明する。

すべり周波数ｆ１は、２次電流の大きさ１工、１、磁束
Φよ、および２次抵抗値Ｒ２に基づいて下式の関係で表
される。

（、＝Ｒ２ｌ工、１／２πΦ２−・−・−−ｍ−−（１
１式従つて、２次電流の大きさｌＬ＊ｌ　　、２次抵抗
値Ｒ２および磁束Φ２を求めることにより、すべり周波
数を求めることができる。以下に、２次電流の大きさ１
λ！１．２次抵抗値Ｒ１および磁束Φ８の検出方法につ
いて逮べる。

（Ｉ）２次電流の検出方法 第４図は誘導電動機（以下単に電動機ということがある
）の等価回路を示すものであり、これによって２次を流
と２次人力の関係を説明する。同図において、ＲＩは１
次抵抗値、ｌは漏れインダクタンス、Ｍは励磁インダク
タンス、Ｒｔは２次抵抗値、工、は１次電流（ベクトル
）、Ｌ２’は１次に換算した２次電流（ベクトル）、工
、は励磁電流（ベクトル）、び、は端子電圧（ベクトル
）、ｅ＋　は１次に換算した２次電圧（ベクトル）、１
．’は２次電流の大きさく以下有効電流という）、Ｅｌ
は２次電圧の大きさく以下有効電流という）、Ｓはすべ
りである。

誘導電動機においては、を効電流１２′と２次入力Ｐ工
との関係は、（２）式で表すことができる。

Ｐｔ　”Ｅ＋　　・Ｉｉより、 ＋　ｉ　＝　Ｐ　ｔ／　Ｅ　１−−−一・−・−・−・
・・−−一一−−−−−−−−−・・−・−（２）式つ
まり、電動機の２次入力Ｐ２と有効電圧Ｅ。

を検出すれば、有効を流Ｉｚ′を求めることができる。

（ｉ−１）電動機２次入力の検出 電動機の２次入力は、インバータ部への入力電力より、
インバータ部の損失及び電動機の１次損失（１次銅損、
鉄損）を差し引いて求める。

電動機の入力電力を交流の瞬時入力電圧と瞬時入力Ｉｉ
流より検出する方法は従来より知られているが、インバ
ータの出力である交流側では、交流電圧あるいは交流電
流は高調波を多く含む歪波であるため、電力の演算は困
難である。

そこで本発明では、電動機の入力電力を、インバータの
直流電圧の平均値と直流電流の平均値の検出により求め
、演算を容易にすると共に、精度の良い電力の演算を可
能としている。

以下、具体的に電力及び各損失の求め方を述べる。

（ａｌインバータ部直流入力（Ｐ□） これは、直流電流（Ｉ　ｎｃ）と直流電圧（■。）を検
出し、その積（Ｉｏ、・Ｖ　ａｃ）を計算して求める。

山）インバータ部損失（Ｗｔ−） これは、１次電流の関数として求められる。ここでは、
１次関数に近似して求めている。

Ｗｔ、ｌ”ａ　ｌｔ　　＋ｂ　　（係数ａ、ｂはインバ
ータ部損失を実測して求める。） （１１，１電動機１次損失 電動ｊａ１次損失は銅損と鉄損に分けられ、次のように
して求められる。

（ｃ−１）電動ｖ９．１次銅ｔｕｆｆ（ＷＪこれは、１
次電流値（あるいは１次電流指令値ｒ＋）より、３　’
　ＩＩ”　Ｒ１を計算シテ求メる。

（ｃ−２）電動機鉄損（Ｗｌ） これは、有効電圧ＥＩ′と運転周波数ｆ、より、ｋ　　
（Ｅ＋　／ｆａ）”　ｆｏ　　（ｋは比例定数）に近似
して求める。

以上より、２次入力Ｐ！とインバータ直流入力との間に
は次式（３）の関係がある。

Ｐｚ＝Ｐｔｓ−（Ｗｌｌｌ＋ＷＣ＋Ｗ＋）＝Ｉ＋ｃ・Ｖ
、ｃ−＋（ａｌ＋＋ｂ）＋（３Ｌ”Ｒ＋）＋ｋ（Ｅ＋／
ｆ＋）”ｆ＋１−・−・−・−・・−・・−・・−・−
−−一−−・・・・−−−−ｍ−・・・−・−・−・−
・−・（３）式（ｉ−２）有効電圧の検出 第４図に示す電動機の等価回路を用いると、端子電圧Ｖ
、と１次換算した２次電圧ｅ、の関係は、（４）式で表
すことができる。

１／＋＝　６　＋＋Ｒ＋　Ｌｌ”　ｊ　ωｅｔ　Ｌｌ　
　　−−−−−（４１式゛（ただしω、は運転角周波数
〔２πｆ０〕）一般に、電動機の制御は磁束一定で行う
ので、端子電圧は運転周波数に比例し、端子電圧に含ま
れる１次インピーダンス降下電圧は、低周波においては
、周波数に比例するりアクタンス電圧降下分（ω。１工
、）は小さくなるが、周波数に関係なく発生する１次抵
抗による電圧隣下分（Ｒ＋、Ｌｌ）は一定であり、有効
電圧に対して無視できなくなる。

従って（４）式は次の（５）式に近イ以される。

ｖ　ｌ＝　ｅ　、　＋　ＲＩＬ　＋　　−−−−−−−
−−一−−−−−−ｔｅ１式（５）式をｄ軸、ｑ軸で表
現すると、（６）式、（７）式となる。

Ｖ　＋　ａ　＝　Ｒ＋　Ｊａ　＋　ａ　　　　−−−−
−−−−−−−−−＋６１式Ｖｌｔ＝Ｅｌ”Ｒ１工Ｉ１
１　　”−−−−−・・・−・・−・−・・・−・・・
−（７１式（５）式、（６）式より、端子電圧の大きさ
　ｌｖ＋ｌを求めると、（８）式となる。

ｉび、１−ＪＷ了＋Ｖｌ！−（Ｒｔｊ＋４）”＋（Ｅ＋
＋Ｒ＋ｊ＋Ｊ”−−−−−−−一−−・−・・〜・−・
−・−・−・−・−・−（８）式ここで、極低周波を除
くと （Ｒ＋ｊ＋４）＜＜　（Ｅ＋　＋Ｒ１↓＋４）が成立す
るので、（８）式は（９）式に近似できる。

ｌ　Ｖ　Ｉｌ　”　Ｅ　＋　＋　Ｒ＋　ｊ　＋ｑ　　　
−−−−−−−−−−−（９１式従って、端子電圧の大
きさくＩｔ／、ｌ）とｑ軸の１次電流（↓Ｉ４）に等し
い有効電流（１２’）より、有効電圧が求められる。０
［１式に算出式を示す。

Ｅ　＋　＝　ｌ　７１　＋　ｌ　−Ｒ＋　Ｉ　ｉ　　　
　−−−−−−−−−−−−−−−−ａＱ式第５図に、
端子電圧より有効電圧を求めるベクトル図を示す。

上記（３）式および００式により、２次入力Ｐ、および
有効電圧Ｅ１が求められるので、これらを（２）弐に代
入することによって有効電流Ｉ２′を求めることができ
る。

（ＩＩ）　ｍ束を求める方法 ２次磁束φ２については、００１式より有効電圧Ｅｌを
検出しているので、次式により、２次磁束が近似的に演
算して求められる。

Φｔ”ｅ／ω。−−一一−−−−−−−−−−−・−・
−−ｍ−・・−一−−−・−・・・・−００式％式％） （■）２次抵抗値の温度補正方法 上記の方法により、有効量ｆＬＩ　ｉおよび２次磁束Φ
２が求められ、これらと２次抵抗値Ｒ２により、（１）
式に基づいてすべり周波数が求められるわけであるが、
この２次抵抗値は温度依存性が高く、このままではすべ
り周波数の演算値に大きな温度誤差を生じることになる
。

本発明のすべり周波数の演算における次の特徴は、電動
機の２次抵抗値の温度変化を熱等価回路と電動機の電機
的損失で補正することである。なお、本発明では、説明
を簡略化するために、内気通風型のような、１次側と２
次側が熱的に断熱できるものについて述べるが、他の冷
却方式についても１、熱等価回路と電動機各部損失より
回転子温度の推定が可能である。

有効電流演算値より２次抵抗値の変化率を推定する方法
について述べる。一般に回転子の温度は２次損失と熱時
定数で決まり、また回転子の温度変化分と２次抵抗値の
変化分は比例する。更に電動機回転子の発熱量は有効電
流の２乗に比例するので、２次抵抗値の温度変化と有効
電流の関係は　　。

叫弐で表すことができる。

Δ、＝ＫＯ４１２′）”／　（１＋ｓＴＢ　）−−−−
０２１式（ただしΔ、は２次抵抗値変化率、Ｋθは軌ゲ
イン、Ｔθは熱時定数である） この式において、Ｉｉは有効電流検出値より、Ｋ、、Ｔ
θはモータ温度試験より求められる。

従って、２次抵抗値は初期設定値Ｒｉ”に対して次式側
に示す演算を行えば、温度変化の影響が少ない２次抵抗
値Ｒ２を求めることができる。

Ｒｔ　＝Ｒｔ”Ｃ１＋Δ５） ”Ｒｔ”（１＋にθ・（Ｉｊ）”／　（１＋ｓＴθ））
・−−一〜−−・−−−−−−・・−・−・−・−−〜
−−圓式この値を前記（２）式に与えることにより、温
度変化の影響を受けないすべり周波数の演算が可能とな
る。

〔実施例〕

第１図は、本発明に係る有効電流およびすべり周波数を
演算するための構成を示す回路図であり、図中１は周波
数−電圧指令器、２は電圧制御器、３は駆動回路、４は
電圧−周波数変換器、５は電圧検出器、６は順変換器、
７は逆変換器、８は有効を流演算回路、９はすべり周波
数演算回路である。有効電流演算回路８では、上記（２
）式、（３）式およびＴＩ［相］式に基づいて有効電流
を演算する。またすべり周波数演算回路９では、上記＋
１１式に基づいてすべり周波数を演算する。これらの演
算はディジタル処理により行う。

第２図は２次抵抗値の温度補正回路１０の構成を示すも
のであり、前記αり式に基づいて２次抵抗値の温度補正
を行う。

第３図は上記のすべり周波数検出装置および温度補正を
行った誘導電動機のＶ／Ｆ制御回路の構成を示すもので
ある。

なお、第３図においては、すべり周波数を周波数指令に
加算する際には、制御の安定性を確保するために、１次
遅れ要素１１を設けて補正している。また、駆動回路３
は、電流制御器３Ａと、ＰＷＭ発生器３Ｂとより構成さ
れている。

上述した本発明の構成により、負荷変動や温度変動に影
響されない速度制御が可能となった。

上記システムによる試験結果の一例を第６図および第７
図に示す。

第６図は、各周波数におけるすべり周波数補正した場合
としない場合の特性を示す。すべり周波数を補正するこ
とにより、ｌ：１０の回転数範囲で回転数変動が３％か
ら０．３％に改善されている。

第７図は定格周波数における一定負荷での温度変化に灯
する回転数変化を示す、２次抵抗値の〆態度補正により
、温度がｓｏ’ｃ変化しても、回転数変動が０．０６％
以下に抑えられている。

〔発明の効果〕

上述したように本発明によれば、従来のように速度検出
器を設けることなくすべり周波数を検出することができ
、安価で高精度な誘導電動機の制御を行うことができる
という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による有効電流およびすべり周波数演算
回路の構成を示す回路図、第２図は２次抵抗値の温度補
正回路の構成を示す回路図、第３図は本発明による誘導
電動機制御装置の回路図、第４図は誘導電動機の等価回
路図、第５図は誘導電動機の電圧ベクトル図、第６図お
よび第７図は本発明による補償を行った場合と行わない
場合との比較例を示す速度−トルク特性図および温度補
償特性図である。 １：周波数−電圧指令器 ２；電圧制御器 ３：駆動回路 ４：電圧−周波数変換器 ５：電圧検出器 ６：順変換器 ７：逆変換器 ８：有効電流演算回路 ９：すべり周波数演算回路 １０：温度補正回路 １１：１次遅れ要素

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、可変周波数のインバータと、これによって駆動され
   る誘導電動機の制御装置において、 インバータへの入力電力から導出した電動機の２次電流
   に比例する量と、電動機の熱的等価回路および電動機の
   電気的損失より推定される電動機回転子の温度を補正し
   た２次抵抗値とによってすべり周波数を演算することを
   特徴とする誘導電動機のすべり周波数演算装置。 ２、可変周波数のインバータと、これによって駆動され
   る誘導電動機の制御装置において、 インバータへの入力電力から導出した電動機の２次電流
   に比例する量と、電動機の熱的等価回路および電動機の
   電気的損失より推定される電動機回転子の温度を補正し
   た２次抵抗値とによってすべり周波数を演算するすべり
   周波数演算装置を備え、このすべり周波数の演算装置よ
   り得られるすべり周波数と速度指令値に相当する周波数
   指令値との和によってインバータに周波数を与え、誘導
   電動機の回転数を、回転数指令に相当する回転数に制御
   する手段を備えたことを特徴とする誘導電動機の回転数
   制御装置。