JPS62171492A - 誘導電動機の速度制御装置 - 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〕 本発明は誘導電動機を速度検出器を用いることなく十分
な精度で速度制御可能な誘導電動機の速度制御装置に関
する。

〔従来の技術〕

誘導電動機を可変電圧・可変周波数の交流を出力する周
波数変換器によって駆動する場合、電動機の回転速度Ｎ
は次式で与えられる。

ｐ。

ここに、ｐｏ　：極対数、ｆｌ　：駆動周波数、ｆｓ　
：すべり周波数。

（１）式におけるすべり周波数ｆｓはトルクに比例して
変化するため、駆動周波数ｆ１が一定値である場合には
回転速度Ｎがトルクに応じて変動する。このため単に駆
動周波数ｆ１を一定に保つだけでは精度のよい速度制御
が行えない。一方、電動機の軸端に速度検出器を取付け
、速度指令と速度検出器の検出信号との偏差に応じて駆
動周波数ｆｘを制御すれば高い精度が得られるが、しか
し、速度検出器が必要であり、取付けが面倒で電動機周
りの構造が複雑になると共に速度信号の伝送用に長距離
ケーブルが必要であるなどの不都合がある。

そのため、速度検出器を用いずにすべり周波数ｆｓを検
出し、すべり周波数ｆ、が所定値となるようにすべり周
波数制御を行う方式として、誘導電動機の１次電圧ｖ１
と１次電流工１がら励磁電流成分工、を演算により求め
、電流■１と工、の比からすべり周波数ｆｓを演算によ
り求めすベリ周波数指令と一致するように電動機の駆動
周波数（インバータ出力周波数）を制御する方法が提案
されている。このことは例えば特開昭５４−１１４１３
号公報に記載されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、上述の方法は周波数変換器の出方電圧を検出す
る変圧器を必要とし、検出器を少なくするという要求に
は未だ満足するものでないという問題点を有する。また
、周波数変換器の出力電圧に含まれる高調波に基づく電
圧の波形歪みの影響を受は易く、特に電動機の回転速度
が低い（電動機の誘起起電力が小さい）場合、あるいは
出力電圧波形が方形波状である電圧型変換器を用いる場
合ではその影響は顕著であり、精度よくすベリ周波数を
検出することが困難である。

本発明の目的は、これらの不都合を解決することにあり
、速度検出器や電圧検出用変圧器を用いることなしに高
い精度で速度制御が行える速度制御装置を提供すること
にある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の特徴とするところは周波数変換器の出力電圧の
電圧位相指令信号と周波数変換器の出力電流に基づいて
誘導電動機の１次電流の少なくともトルク作用成分（１
次電圧と同相成分）を検出し、検出した電流成分によっ
て誘導電動機のすべり周波数を演算により求め１周波数
変換器の出力周波数を（誘導電動機の１次周波数）すべ
り周波数演算信号とすべり周波数指令信号の偏差に応じ
た１次周波数指令信号によって周波数変換器の出力周波
数を制御すると共に、１次周波数指令とすべり周波数演
算信号の差により速度推定信号を得て速度指令信号と速
度推定信号の偏差によってトルク電流成分指令あるいは
すベリ周波数指令信号を得るようにしたことにある。

〔作用〕

すべり周波数演算信号とすべり周波数指令信号の差に応
じて周波数変換器の出方周波数（１次周波数）が制御さ
れる。すべり周波数演算信号がすべり周波数指令信号に
比べ小の場合においては１次周波数が上昇方向に変化し
、すベリ周波数が増加する。それに従いすベリ周波数と
比例関係にある電動機の２次電流が増加し、また電動機
の１次電流のトルク電流成分（有効分）が増加する。そ
の結果、すべり周波数演算信号はすベリ周波数指令信号
に一致するように制御され、誘導電動機のすべり周波数
もすベリ周波数指令信号に比例するように制御される。

すべり周波数演算信号がすべり周波数指令信号に比べ大
の場合においては上述と全く逆の動作が行なわれ、誘導
電動機のすべり周波数もすべり周波数指令信号に比例す
るように制御される。なお、電動機磁束が一定の場合は
すべり周波数と電動機発生トルクが比例関係にあること
からすベリ周波数指令信号に比例してトルクを制御する
ことができる。

〔実施例〕

第１図に本発明の一実施例を示す。

第１図において、１は商用交流電圧を整流するダイオー
ド整流器、２は整流器１の出方電圧を平滑するための平
滑コンデンサ、３はＧＴ○サイリスタを用いた電圧型Ｐ
ＷＭインバータ、４は誘導電動機、５は速度指令回路、
６は電動機の１次電流を検出する電流検出器、７は１次
電流のトルク電流成分工ＩＩｌと励磁電流成分１１ａを
それぞれ検出する電流成分検出器、８はＩｘＦ検出信号
とＩｆα検出信号に基づいてすべり周波数に比例した信
号（以下すべり周波数演算信号と記す）を検出するすべ
り周波数演算回路、２１はすべり周波数演算信号とすべ
り周波数指令信号の偏差を増幅し、ＰＷＭインバータ３
の出力周波数を指令する周波数指令信号を出力するすべ
り周波数偏差増幅器で周波数指令回路を構成する。１０
はすベリ周波数偏差増幅器２１からの周波数指令信号に
比例した周波数の２指圧弦波信号を発生する２相発振器
、１１は電動機の磁束量を指令する磁束指令回路、１２
は磁束指令信号と周波数指令信号を掛算し電圧指令信号
を出力する掛算器、１３．１４は発掘器１０と掛算器１
２の出力信号を掛算する掛算器、１５は２相信号を３相
宿号に変換する相数変換器、１６はＰＷＭインバータ３
を構成するＧＴ’Ｏサイリスタのオン・オフの周波数を
制御する搬送波信号を発生する発振器、１７は相数変換
器１５と発振器１６の出力信号を比較し、パルス幅変調
信号（ＰＷＭ信号）を出力する比較器、１８はＰＷＭイ
ンバータ３を構成するＧＴ○サイリスタをオン・オフ制
御するためのゲート信号を出力するゲートアンプ、１９
は周波数指令信号からすベリ周波数演算信号を差し引き
、誘導電動機４の回転速度を推定する速度検出用減算器
で、速度推定回路を構成する。２０は速度指令回路の速
度指令信号と速度推定信号の偏差を増幅しすベリ周波数
指令４１号を出力する速度偏差増幅器で、この速度偏差
増幅器２０が速度制御回路を構成する。

第５図に電流成分検出器７の詳細な回路構成図を示す。

７１はｉυ、ｉｖ　、ｉｔを所定比率で加減算する加算
器、７２はｉｔからｉｖを減算する減算器で、これによ
り３相電流信号ｉυ〜ＩＷを２相電流信号ｉａ　、ｉｂ
に変換する。７３〜７６は２相発振器１０の出力信号ａ
、ｂと２相電流信号ｉａ、ｌｂを掛算する掛算器、７７
．７８は各掛算器７３〜７６の出力信号の加減算を行う
加減算器である。

次にその動作について説明する。周知のように電圧形パ
ルス幅変調インバータ３はＧＴ○サイリスタのオン・オ
フ時間を変化させることにより出力電圧を可変にできる
。具体的には相数変換器１５からの電圧指令信号（正弦
波）と発振器】６からの搬送波信号（３角波）を比較器
１７において比較し、その出力信号であるＰＷＭ信号に
応じてインバータ３のＧＴ○サイリスタをオン・オフ制
御して出力電圧を電圧指令信号に比例するように制御す
る。

次に、本発明の詳細な説明する。電動機４の１次電流の
励磁電流成分１１ａおよびトルク電流成分Ｉｕは次式で
与えられる。

Ｍ′ 丁　工　β　＝　２　π　ｆ　、　・　−・　　φ　２
′　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・　（３
）Ｍ′ ここに、Ｐａｄ／ｄｔ（演算子） Ｔ２：２次時定数 Ｍ′　：１次−２次間相互インダクタンスφ２′：２次
鎖交磁束 Ｊｓ　：すへり周波数 すなわち、すベリ周波数Ｊｓは次式に従い演算できる。

または 一方、誘導電動機４の回転周波数ｆｒと駆動周波数ｆ１
は ｆｒ＝ｆ１　ｆｓ（２極機の場合）・・〈６〉の関係が
ある。速度検出用減算器（速度推定回路）１９において
周波数指令信号から（４）式または（５）式に従い演算
されるすベリ周波数演算信号を差し引き、回転周波数す
なわち回転速度を推定する。

速度偏差増幅器（速度制御回路）２０は速度指令信号と
速度推定信号の偏差が増幅され、その出力信号はすべり
周波数偏差増幅器（周波数指令回路）２１にすベリ周波
数指令信号として加えられる。周波数指令回路２１は積
分あるいは比例動作を行うもので、すベリ周波数指令信
号とすべり周波数演算信号との偏差に応じて周波数指令
信号が変化する。すベリ周波数演算信号がすべり周波数
指令信号に比べ小の場合においては１周波数指令信号が
増加方向に変化する。そのときインバータ３の出力周波
数は上昇方向に変化し、それに伴い誘導電動機４のすベ
リ周波数が増加する。すベリ周波数が増加すると誘導電
動機４の２次電流が増加し、また電動機４の１次電流の
トルク電流成分Ｉｌβが増加する。トルク電流成分工１
１が増加すると電流成分検出器７からの検出信号１１β
が増加してすベリ周波数演算信号が増大しすベリ周波数
指令信号に一致するように制御される。その結果として
誘導電動機４のすべり周波数はすベリ周波数指令信号に
比例するように制御される。

一方、すべり周波数演算信号がすベリ周波数指令信号に
比べ大の場合においては、上述と全く逆の動作が行なわ
れ、誘導電動機４のすべり周波数はすベリ周波数指令信
号に比例するように制御される。なお、電動機磁束を一
定に制御する場合は、すべり周波数と電動機発生トルク
が比例関係にあることがらすベリ周波数指令に比例して
トルクを制御することができる。以上のようにして、速
度指令信号と速度推定信号の差に応じてトルクを制御す
ることから、電動機の回転速度はその速度指令信号に比
例して制御される。

次に電流成分検出とすべり周波数演算の動作について説
明する。

電流成分検出器７はトルク電流成分１１ａと励磁電流成
分１１ｍを次式のようにして検出する。まず、電流検出
器６で検出した３相の１次電流信号（ｉｕ。

ｉｖ　、　ｉｗ　）を第５図に示す加減算器７１．７２
により２相信号（ｉａ、ｉｂ）に変換する。その演算内
容は下式であり、そのベクトルの位相関係を第２図に示
す。

ここに、に：比例定数 このようにして得た２相信号ｉ＠　、　ｉｂと２相発振
器１ｏの正弦波出力信号（ａ、ｂ）を掛算器７３〜７６
で掛算し、励磁電流成分１１ａ・　トルク電流成分エエ
βの検出信号ｉｒａ、ｉｔβを得る。その演算内容は次
式に示す通りであり、ベクトルの位相関係を第３図に示
す６ ｉ１＝　　ｂ−ｉａ＋ａ−ｉｂ ＝　ｋ　’　　Ｉ　ｓｉｎθ １１β＝ａ−ｉａ＋ｂ−ｉｂ ＝に′　・Ｉｃｏｓθ　　　　　　　　　−（８）ここ
に、ｋ′　：比例定数 工　：１次電流の振幅 θ　：信号ｉａ　、ｉｂの信号ａ、ｂに対する遅れ位相
角度 ２相発振器の信号ａ、ｂと電動機４の１次電圧は以下で
述べるように位相が一致するため、　（１０）式の演算
により１次電流の励磁電流成分■１αとトルク電流成分
ｌ１ｔｌが検出される。

すベリ周波数演算回路８の詳細な構成図を第６図に示す
。１次遅れ回路８１及び割算器８２から成り、（４）式
に対応した演算を行いすべり周波数ｆｓに比例したすベ
リ周波数演算信号が求められる。

一方、２相発振器１ｏは周波数指令信号ｆｘに比例した
周波数をもつ２相正弦波信号ａ、ｂを発生する。２相発
振器１０は倒えば周知の積分形無歯状波発振器と関数発
生器からなるものが用いられ、その出力信号ａ、ｂは次
式に示すように振巾が一定な正弦波信号である。

ａ　＝ｓｉｎ　（２πｆｚｔ） ｂ　＝ｃｏｓ　（２ｘ　ｆｚｔ）　　　　　　　　　　
−（９）掛算器１３，１４は２相信号ａまたはｂと掛算
器１２からの電圧指令信号を掛算して次式に示す信号ｃ
、ｄを出力する。

ｃ＝Ａｓｉｎ　（２πｆｔｔ） ｄ　＝　Ａｃｏｓ’（２ｙｃ　ｆ　１ｔ　）　　　　　
　　　　−（１０）ここに、Ａ：電圧指令信号振幅 相数変換器１５は周知の方法により２相信号Ｃ２ｄを３
相信号に変換する。ＰＷＭインバータ３の出力電圧は前
述したようにしてこの３相信号に比例するように制御さ
れるが、このとき出力電圧Ｅｕ”Ｅｗと１次電流Ｉυ〜
Ｉｓの位相関係は第４図に示すようになる。この際、１
次電流の励磁電流成分工１αとトルク電流成分１１βは
次式で与えられ、（８）式の検出信号ｉｌαｒ　ｉｌ、
Ｉと比例関係が成立する。

工１ε＝　Ｉ　ｓｉｎθ Ｉｘ＃＝Ｉｃｏｓθ　　　　　　　　　　　　＝−（１
１）以上のようにして制御するのであるが、誘導電動機
４の回転速度を速度指令信号に比例して精度よく制御す
ることができる。また速度検出器を省略できるので、特
にその取付けが困難な場合において大きな効果が得られ
る。

ここで、第１図に示す実施例では、磁束指令回路１１及
び掛算器１２の働きにより磁束量を任意に制御すること
ができる。しかし磁束量一定の条件で運転する場合では
、励磁電流成分工１αは一定であるため（４）式から明
らかなようにｆｓ＝に’　ｉｔβ（ｋ′　：比例定数）
とみなすことができる。したがってこの場合は、第１図
におけるすべり周波数演算回路８を省略でき、速度偏差
増幅器２０からの出力信号（トルク電流成分指令）と電
流成分信号１１βの偏差に応じて周波数指令すなわち駆
動周波数ｆ１が制御される。また、すべり周波数ｆｓは
、（５）式に従っても求めることが可能である。したが
って、すべり周波数演算回路８の代りに、トルク電流成
分１１１を磁束指令信号で割算してすべり周波数ｆｓを
演算して速度検出用減算器１９及び増幅器２１に加える
ようにしても同一の効果が得られる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は速度制御手段の働きによ
り誘導電動機のトルクと比例関係にあるすべり周波数（
トルク電流成分に比例）を制御するため優れた速度応答
性能が得られる。その結果、速度検出器や電圧検出用変
換器を用いることなく高精度の速度制御を行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路構成図、第２〜４
図は第１図の装置の動作を説明するための図、第５図、
第６図は第１図の回路部品の詳細な回路構成図である。 １・・・ダイオード整流器、２・・・平滑コンデンサ、
３・・・ＰＷＭインバータ、４・・・誘導電動機、５・
・・速度指令回路、６・・・電流検出器、７・・・電流
成分検出器、８・・・すベリ周波数演算回路、１０・・
・２相発振器、１１・・・磁束指令回路、１２・・・掛
算器、１３．１４・・・掛算器、１５・・・相数変換器
、１６・・・発振器、１７・・・比較器、１９・・・速
度検出用減算器、２０・・・速度偏差増幅器、２１・・
・すベリ周波数偏差増巾器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、出力電圧の大きさと周波数を可変できる周波数変換
   器と、該周波数変換器により駆動される誘導電動機と、
   前記周波数変換器から前記誘導電動機に供給される１次
   電流の少なくともトルク電流成分を検出する電流検出手
   段と、速度指令信号と速度推定信号を比較してトルク電
   流成分指令あるいはすべり周波数指令信号を出力する速
   度制御手段と、該速度制御手段が出力する指令信号と前
   記トルク電流成分検出信号あるいはそれと比例するすべ
   り周波数演算信号の偏差に応じて１次周波数指令信号を
   出力する周波数指令手段と、前記１次周波数指令信号と
   すべり周波数演算信号あるいはトルク電流成分検出信号
   の差によつて前記誘導電動機の回転速度を推定し推定速
   度信号を前記速度制御手段に加える速度推定手段と、前
   記１次周波数指令信号に応じて前記周波数変換器の出力
   周波数を制御する変換器制御手段とを具備した誘導電動
   機の速度制御装置。