JPS62135288A - 誘導電動機の磁束ベクトル演算器 - 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、誘導電動機の高精度な可変速駆動を可能にす
るベクトル制御装置に用いられる磁束ベクトル演算器の
高精度化に関するものである。

〔従来の技術〕

誘導電動機の高性能な可変速運転を可能にするベクトル
制御においては、制御の基準となる磁束ベクトルを正確
に求めることが重要である。

磁束ベクトル検出方法の実用的なものとしては、すでに
良く知られているように、電動機の固定子電流ベクトル
の磁化電流成分ｉＭｔ）ルク電流成分ｉＴの各目標値Ｉ
ＭｅｌＴと電動機定数とから磁束成分を演算するＷ流モ
デル方式と、電動機端子電圧より逆起電力を演算しこれ
を積分して磁束成分を求める電圧モデル方式とがおる。

電圧モデル方式においては、積分器が使用されているた
め周波数の高い領域（電動機の回転速度が速い領域）に
おいては正確な磁束演算が可能であるが、周波数の低い
領域や電動機停止時においては電動機端子電圧や各相電
流が直流状態となるため正しい演算が行なわれないとい
う欠点がある。

一方電流そデル方式は、電動機停止状態から最高周波数
領域まで演算可能であるが、その演算式に回転子回路時
定数Ｔ２を含み、該時定数Ｔ２は電動機温度に依存して
その値が変化する回転子抵抗Ｒ２／　をパラメータとし
て有しているため、演算に用いる該定数Ｔ２をＲ２／の
温度変化に応じて補正しなければ磁束演算精度が劣ると
いう欠点がある。

この定数の補正方法としては、誘導電動機の固定子温度
と回転子温度は同−ＫＦｉならないが、その温度差はほ
ぼ一定に保たれることから、測定の容易な固定子温度か
ら回転子温度を推定し、その変化に応じて補正する方法
が特開昭５７−８３１８５号（特公昭６０−５６７１６
号）公報において提案されている。

第４図は、上記公報において開示された図であるが、誘
導電動機の固定子巻線と回転子導体の電動機負荷率に応
じた温度上昇の様子を示すグラフである。

同図において、イが固定子巻線の温度上昇特性を、四が
回転子導体の温度上昇特性を示す。同図から分かるよう
に、回転子導体の電動機負荷率に対する温度上昇曲線は
、およそ２乗曲線で員わされる傾向にあるが、固定子側
は、励磁電流や鉄損等による発熱量が余分に追加される
ため、回転子側の温度上昇に比し、およそ２０℃程反高
くなるのが普通である。またこの固定子と回転子の間に
おける温に上昇の差は、磁化電流分の大小（全励磁、弱
め励磁とも）や電動機の種類によって異なるが、これら
のデータは予め調査しておくことができるため、固定子
側の温度が与えられれば、これから回転子側の温度はか
なり正確に推定することができるわけである。

しかし、上記温度差は、ｖＬ＃機毎に異なり、そのため
あらかじめこれを調査しておく必要があり、必然的に温
度変化による補正のためのｖ！４整が煩雑になるという
欠点がある。

そこで別の高精度な磁束演算方法として、電動機の回転
速度（周波数）が高い領域で電流モデル方式で演算され
る磁束を電圧モデル方式により求められる磁束ベクトル
の大きさまたは角度によって補正する方法が提案されて
いる（例えば、特開昭５６−１１５１９０号公報、特開
昭５７−８３１８４号公報、特開昭５８−１５９６９２
号公報等を診照されたい）。

更に電圧モデルによる補正が役に立たず、これを不動作
とする低速領域における磁束演算精度の向上手段として
は、電圧モデルによる補正を不動作ならしめる直前の補
正量をメモリに記憶しておき、この記憶した値で電流モ
デルによる磁束演算を修正しつづける方法が提案されて
いる。

以下、かかる既提案例について説明する。

第５図は既提案にかかる誘導電動様の磁束ベクトル演算
器を示すブロック図である。

同図において、１１は２次時定数補正回路、−２０６は
乗算器、１２は速度調節器、１３，２０３は割算器、１
４ｔ２０５はベクトル回転器、１５は２相１５相変換器
、１６は電流調節器、１７はサイクロコンバータの如き
電力変換装置、１８は電流検出器、１９は誘導電動機、
点線枠で囲まれる２０は電流モデル式磁束演算器、２１
は回転子位置検出器、２２は速度検出器、２３は電圧検
出器、２４は電圧モデル式磁束演算器、２０１は微分回
路、２０２は比例要素、２０４は非線形関数発生器、３
０は回転子位置検出器である。

すなわち磁束の大きさの設定値（磁束設定値）の　Ｆｉ
割算器１３．及び後述の２次時定数補正回路１１．伎分
回路２０１．比例要素２０２に与えられ、微分回路２０
１の演算出力は磁化電流目標値ｉＭ′となりベクトル回
転器１４に与えられる。

一方、速度調節器１２は、速度検出器２２を介して得ら
れる速度実際値ｎをその目標値ｎｌｉζ一致させるべく
調節演算を行ない、その調節出力としてのトルク目標値
Ｔ　は割算器１６を介してトルク電流目標値鴨としてベ
クトル回転器１４に与えられる。ベクトル回転器１４は
、これら固定子電流ベクトルの目標値’Ｍ　ｔ　ＩＴ　
と、演算器２０を介して与えられる磁束ベクトルの２の
単位ベクトル（ｏｏｓψ、ｓｉＢ＋）とにもとづいて、
固定子電流ベクトル１１の目標値１１　　を、次の（１
）式の如く、固定軸（α−β軸）を基準とする目標値’
１（！　　１１１）に変換する。

２相／３相変換器１５は、（１）式の如くして得られる
２相の目標値１　　、゛　　を、次の（２）式の１α　
　１１β 如く６相の目標値＋、ｉ６．ｔ。に変換する。

この目標値１　ａ　　Ｔ　　’　ｌ：ｒ　　＋　　’　
ｃ　　は、それぞれ電流調節器１６ａ＋　１６ｂｅ　１
６ｃに導かれるノテ、各１４節器では、電流検出器１８
ａｓ１８ｂ＋１８ｃを介して検出される電力変換装置１
７の各相電流ｔａｌ　１６ｅ　ｔｃを、その目標値ｔａ
　ｌ　ｔｂ　、ｌ。

にそれぞれ一致させるよう調節演算を行なう。

こうして、誘導ｉｓ機１９のベクトル側脚が行なわれる
が、かかる劃−に必要な磁束ベクトルΦ２の大きさを得
るための磁化電流目標値ＩＭと、固定軸（α−β）から
の角度位ＲＣＯ５ψ、　ｓｉｎψとが破線枠２０で示さ
れる電流モデル式磁束演算器によって求められる。

電流モデル式磁束演算器２０において、微分回路２０１
には前記のようＫａＸ束設定値Φ　が入力され、次式（
５）の微分演算が行われて、磁化電流目標値１Ｍが出力
され、ベクトル回転器１４に与えられる。

！Ｍ＝　（１／　ｔｍ’）（１＋　Ｓｒ１　）Φ　−・
−・（３）ただしＡｍ’は誘導機の固定子回路と回転子
回路間の相互インダクタンス、Ｔ２は回転子回路の電気
時定数（２次時定数ともいう）である。

また前記のように比例要素２０２にも磁束目標値Φ　が
入力されて、値（Φ／　ｔｍ’　）が演算出力され割算
器２０３に除数として仁えられる。他方割算器２０３に
は被除数としてトルク電流目標値ＩＴが入力されるので
、割算器２０３からは値（ｔｍ’／Φ　）喝が出力され
乗算器２０６に、与えられる。

乗算器２０６は他方後述のように２次時定ａ補正回路１
１から補正された２次時定数（の逆数。

以下この逆数の語を省略することがある）１／Ｔ２を入
力しているので、乗算器２０６からは次式（４）に基づ
（演算（乗算）により表わされる、すべり周波数ω５ｔ
（−ｄψ／ｄｔ−ｄθ／ｄｔ　）に相当する出力が得ら
れる。

ω−（ｔｍ’／Φ　）　（１／　Ｔ２　）　ｉ　Ｔ　　
　・・・（４）ｔ このスリップ周波数ω８ｔＫ相当する量は、さらに非線
形関数発生器２０４に導かれ、その出力からは、ｃｏｓ
λ＊　５ｉｌｌλなる量が得られる。なお、このとき、
スリップ周波数ω、ｔとλとの間には、なる関係が成立
する。非線形関数発生器２０４の出力ｃｏｓλ、　ｓｉ
ｎλは、回転子位置を弐わす単位ベクトルωＳθ、ｓｉ
ｎθとともにベクトル回転器２０５に導かれる。なお、
単位ベクトルω３θ＃　５１１１θは、誘導電動機１９
０回転子軸に結合された回転子位置検出器２１および回
転子位置演算器６０によって求められる。ベクトル回転
器２０５は、なる演算により、単位磁束ベクトルのα、
β紬戊分であるｃｏｓψｒ　５Ｌｌｌψを出力する。な
お、ベクトル回転器２０５の出力は、前述の如く、ベク
トル回転器１４に与えられる。

一方、電圧モデル式磁束演算器２４は、電圧検出器２３
ａ、２５ｂを介して得られるｔＩｔｗＪ機端子な圧の腺
間寛圧瞬時値’／ａｂ　ａ　Ｖｂｃと、電流検出器１８
ａ、１８ｂ、１８ｃを介して得られる鼠動機相′ζ流ｊ
ａ、”ｆ）Ｔ　ｉｃから所定の演算をすることにより、
α−β軸を基準とする磁束ベクトルの大きさとしての磁
束実際値Φを出力し、２次時定数補正回路１１に与える
。

２次時定数補正回路１１は電圧モデル式磁束演算器２４
から得られた磁束実際値Φ、磁束設定値Φ“及び速度実
際値ｎを入力し高速、低速の各速度領域に応じ異なった
補正を施した２次時定数１／　Ｔ　２を出力する回路で
、その構成は第６図に示される。

すなわち同図において、５１は切換信号発生器、５２は
−節器、５４．５５は切換スイッチ、５７は２次時定数
設定器、５８はオペアンプ、５５゜５６は加ｙ点、５９
はコンデンサ、でおり、切換スイッチ５５．コンデンサ
５９．オペアンプ５８はいわゆるサンプルホールド回路
ＳＨｔ′１Ｍ成している。

この例では電圧モデル式磁束演算器２４よりの磁束実際
値Φと磁束設定値Φ　とが一致するように調節器５２が
働き、高速時（高周波数時ともいう、なおこのときは切
換スイッチ５４．５５が点線位置に切換わる）、２次時
定数設定器５７で設定された２次時定数（の逆数の）設
定値１／Ｔ２″′に対して、加算点５６にて調節器５２
の調節出力の加算によって補正が行われ、補正された２
次時定数１７Ｔ２が出力される。

他方低速時には、電圧モデル式磁束演算器２４の演算精
度低下の影響を防ぐために、切換信号発生器５１は速度
実際値ｎを入力し所定の速度を下回った条件で切換信号
Ｃ１（を出力し切換スイッチ５４．５５を図の実線位置
に切換え調節器５２をその調節系から切離す。これによ
りサンプルホールド回路ＳＨは切換スイッチ５５の切換
の直前に調節器５２から出力されていた調節器としての
補正量をコンデンサ５９に記憶しオペアンプ５８を介し
加算点５６に与え、このようにして新たな形で補正され
た２次時定紋１／Ｔ２がこの補正回路１１から出力され
る。またスイッチ５４．５５が実椋の位置にあるとき、
すなわち低周波時には、前記切換信号ＣＨによってＵ４
節６Ｓ２の出力は零（すなわち不動作状態）に保持され
ているものとする。

上記に説明した既提案にかかる磁束ベクトル演算器では
、電圧モデルによる磁束演算が不動作となる低速領域で
長時間、電ｋＪＪ機を運転したり、或いは長時間停止後
に電動機を起動する場合のように、回転子温度が補正値
を記憶した時点の温反から変化すると、磁束′＠算精度
が低下するという欠点がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この発明は、電流モデルによる磁束演算の際に設定され
る２次時定数と誘４電動機の２次時定数実際値とを一致
させようとする２次時定数補正回路を備えた磁束ベクト
ル演算器において、低速領域におけるその磁束演算精度
を向上させることを解決すべき問題点としている。従っ
て上述のことを可能とする訪導電動機の磁束ベクトル演
算器を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段および作用〕この発明は
、第４図に示すような固定子１回転子間の温度差は電動
機毎にそれぞれ異なるが、その変化割合は等しいことに
着目してなされた。すなわち、この発明は、電流モデル
方式及び電圧モデル方式による各磁束演算器を備え、各
演算器で演算される磁束と磁束との間の（ｂｌ差が零と
なるように電流モデル方式による磁束演算を制御する調
節器と、電動機の回転速度が低いときにはその調節器を
不動作とし、回転速度が高いときには動作させる動作切
換回路をもち、調節器が動作モードから不動作モードに
切換る直前の調節器出力信号をメモリに記憶させ、その
記憶値に基づいて″電流モデル方式による磁束演算を修
正しつづけるように構成した＃ｌｊ導電動機の磁束ベク
トル演ｎ器において、前記メモリに記憶した値を、電動
機固定子ｍ此の変化が検出されたとき、その変化割合に
応じて修正するようにしたものである。

〔実施例〕

次に図をβ照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すプ四ツク図である。同
図に示す構成が第５図に示した既提案例の構成と相違す
る点は、固定子巻線又は固定子鉄心の温度検出器４０（
例えば熱二対または感温用抵抗線等）を設け、ここで検
出した温度ｔｓを２次時定数補正回路１０に取り込むよ
うにした点である。

２次時定数補正回路１０の具体例として、マイクロコン
ピュータによるディジタル１ｌｌＩＩ　Ｏｌｌの場合の
ハードウェア構成を第２図に示す。

第２図において、１００は、２次時定数補正回路として
のマイクロコンピュータであり、ＣＰＵ１０１、メモリ
１０２．入出力回路１０３から構成されている。マイク
ロコンピュータ１００は入出力回路１０３を介して磁束
の目標値Φ　と実際値Φ、電動機回転速度ｎ、屯動機温
腿１ｓを受けとり、補正ｆｆ１１／Ｔｚを出力する。

１５図にマイクロコンピュータ１００の動作のｉしｔ−
フローチャートとして示す。

第６図を診照する。マイクロコンピュータ１００は電動
機回転速度ｎを入力し、低速かどうか判断する（ステッ
プ■、第６図の５１の機能に相当）。

高速時であるなら、磁束目標値Φ　と実際値Φを人力し
、その偏差を演算する（ステップ■、第６図の５５の機
能に相当）。その偏差を零とする調節動作を行ない（ス
テップ■、同５２に相当）、その調節出力（Ａとする）
と２次時定数設定１／Ｔ２　　（同５７に相当）とから
電流モデル補正ｆ１１／Ｔ２を演算する（ステップ■、
同５６に相当）。

その値を一メモリＭ１（メモリ１０２の中の成る第１の
領域）に格納するとともに、マイクロコンピュータから
出力する（ステップ■、■）。

次に現在のｔ！Ｌ動機ｍ度１ｓを入力し、メモ１，１Ｍ
２（メモリ１０２の中の第２の領域）に格納する（ステ
ップ■）。電動機回転速度が低速の場合、制御を第３図
の点線で示すルートとすれば、第６図で示す従来の制御
をそのままディジタル化したものに相当する。

本発明の実施例では、低速時に電動機温度に変化がある
か否かをまず判断する（ステップ■）。

これは現時点の電動機温度１ｓを入力し１．前回の温度
（メモリＭ２の内容）と比較することで実現できる。温
度変化がめった場合は電流モデル補正量（メモリＭ１の
内容）を温度変化に応じて修正する（ステップ■）。

以下に修方法を述べる。２次時定数Ｔ２は、回転子回路
の抵抗、もれインダクタンス、相互インダクタンスを一
次側換算値でそれぞれＲ２’　＋　Ｚ　２　’　＊Ｌｍ
’とすると、次式で茨わされる。

但しに−− Ｌ’＋ｔｍ’ となりＲ２’に比例する。またＲ２′の温度変化による
抵抗値変化は次式で表わされろ。

”２’（ｔ、）　”　［Ｌ２’（ｔｏ）　ｘ　（１＋α
（ｔｌ−ｔｏ））但しｊｌｅｊｏ：温度 Ｒ２’（ｔｏ）　　ｈ温度１．１における抵抗値Ｒ２’
（ｔｌ）　　：温度ｔ１における抵抗値α　　　：抵抗
の温度係数 従って以下の演算処理によって補正量の温度変化による
修正が実現できる。尚抵抗の温ＩＪｔｌ数αは回転子導
体の材料によって決まる値であるからめらかじめ設定し
ておく。

次に修正した補正値を出力しくステップ■）、温度ｔ、
を次の演算に備えメモＩＪＭ２に格納する（ステップ■
）０ このような構成とすることで低速時における磁束演ｎｍ
度が向上する。

〔〉６明の効果〕 この発明によれば、電流モデル方式による磁束演算を電
圧モデル方式による演算結果で修正する動作が不可能と
なる低速領域では、修正動作が停止する直前の修正信号
を記憶し、その記憶信号で引き続き電流モデルによる磁
束演算を修正しつづけるとともに、電動機の温度変化に
応じてその記憶信号を修正するようにしたことにより、
低速時においても高い磁束演算積置が得られるという利
点がちる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
、第１図における要部のハードウェア構成を示すブロッ
ク図、第３図は同要部の動作の流れを示すフローチャー
ト、第４図は誘導電動機の固定子巻線と回転子導体の電
動機負荷率に応じた温度上昇の様子を示すグラフ、第５
図は既提案Ｋかかる誘導電動機の磁束ベクトル演算器を
示すブロック図、第６図は第５図における２次時定数補
正回路１１の詳細を示す回路図、である。 符号説明 １０・・・・・・２次時定数補正回路、１ｏｏ・・・・
・・マイクロコンピュータ、１０１・・曲ＣＰＵ、１０
２・・・・・・メモリ、１０３・・・・・・入出力回路
代理人　弁理士　並　木　昭　夫 代理人　弁理士　松　崎　　　　清 第　２　図 ＄４Ｑ 誘倶電動へ１硝゛キ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）誘導電動機の固定子電流の値に対し電動機の機器定
   数に関連する所定の演算をほどこすことにより電動機磁
   束を算出する第１の（電流モデルによる）磁束演算器と
   、電動機の端子電圧の値に対し所定の演算をほどこすこ
   とにより電動機磁束を算出する第２の（電圧モデルによ
   る）磁束演算器と、前記第１の演算器により算出された
   磁束ベクトルの大きさと第２の演算器により算出された
   磁束ベクトルの大きさとの間の差を入力され、該差が零
   となるように調節信号を出力する調節手段と、前記調節
   信号を入力されこれを補正信号として、前記第１の演算
   器における演算に用いられる機器定数を補正する機器定
   数補正手段と、前記電動機の回転速度の検出手段と、該
   回転速度が低いときは前記調節信号の前記機器定数補正
   手段への入力を絶ち、その直前における該調節信号の値
   をメモリに記憶しておき、記憶された該調節信号の値を
   補正信号として前記機器定数補正手段に用いさせ、電動
   機回転速度が速いときは、前記調節手段からの調節信号
   を補正信号として前記機器定数補正手段に用いさせる補
   正信号切換手段と、から成り、前記第１の磁束演算器に
   より算出された電動機磁束を用いるようにした誘導電動
   機の磁束ベクトル演算器において、 前記電動機の固定子温度の変化の検出手段と、検出され
   た該変化に応じて該変化を補償するように前記メモリに
   記憶されている前記調節信号の値を修正する手段と、を
   具備したことを特徴とする誘導電動機の磁束ベクトル演
   算器。