JPS6242076A - 誘導電動機の定数測定方法 - 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】 ん産業上の利用分野 本発明は、誘導４動機の定数測定方法Ｉこ係り、特にイ
ンバータが接続された誘導電動機の定数自動測定方法に
関する。

Ｂ１発明の概要 本発明は、駆動電源としてインバータが接続された一導
電動機において、 インバータの出力に直流電圧を発生させ、該直流電圧の
発生を停止したときの誘導電動機の一次入力電流の立下
り過渡’ｉｔ流測流値定値訪導機定数を求めることによ
り、 誘導電動機の定数自動測定を確実、容易にできるようｌ
こしたものである。

Ｃ０従来の技術 誘導電動機の可変速制御には、応答性と精度の良好なす
べり周波数制御方式が知られ、また最近では電動機の一
次′ｔＩＬ流を励ＥＢ′ｆＩｔ流と二次電流とに分けて
制御し、二次磁束と二次電流ベクトルを常に直焚させる
ことで直流機と同等の応答性を得るベクトル制御方式（
例えば特開昭５９−１６５９８２号公報）が実施されて
きている。

こうしたすべり周波数制御やベクトル制御には、制御対
象としての誘導電動機の定数（例えば−次抵抗、二次抵
抗、−次インダクタンス、二次インダクタンス、励磁イ
ンダクタンス）から演算又は関数発生器−こよってすべ
り周波数、−次層流等を求める手段を必要とする。この
ため、従来は１Ｍ動機の設計値あるいは測定値から必要
な定数を求め、この定数を使って制御装置を設計、製造
している。

Ｄ０発明が解決しようとする問題点 従来のすべり周波数制御やベクトル制御では、その制御
装置の実現にｆｌ動機の定数データを得るのに設計値か
らの演算や測定に手間がかかり開発工数を増す問題があ
った。特番こ、汎用の可変速装置では制御対象［動機の
定数が未知であり、電動機の機種ｌこ応してその都度定
数データを得る手間及び試験工数の増大を招く間朗があ
った。また、設計値から得る定数データでは設計値と実
機の定数との間の誤差が大きくなることがあり、制御装
置の再−整や設計変更を必要とすることがあった。

Ｅ０問題点を解決するための手段 本発明は上記問題Ａ　ｉｔ　ｌｉｉみてなされたもので
、インバータを駆動イ源とする誘導電動機において、前
記インバータの出力に吋流電圧Ｅを発生させて誘導電動
機に直流電流１を流しておき、前記直流電圧Ｅの発生を
停止したときの前記初期電流ｉＳとその後の立下り過度
電流１＋（ｔｌ）ｐｉｔ（ｔ２）との夫々の比１．（ｔ
ｌ）／ｉθｅ　ｉ　Ｉ（ｔｔ　）／　ｉ　Ｂから該電流
１の立下り時定数Ｔを求め、予め求めた一次抵抗ｒ、と
がら次り、＝Ｔ・□ ｒ貫　＋ｒ１ に従って前記誘導′電動機の二次抵抗ｒ、及び二次イン
ダクタンスＬ、を求める６＋１１定方法を提供するもの
である。

７０作　用 誘導電動機の一次入力着こインバータから直流′直圧を
与えておき、この電圧を取除いた後の電流の立下り過渡
現象から等制約に二次抵抗ｒ、及び二次インダクタンス
Ｌ、の測定を行う。

Ｇ、実施例 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図はＰＷＭ方式インバータを使った電圧形ベクトル
制御装置に本発明を適用した場合の回路図を示す。誘導
電動機１にトランジスタ式インバータ主回路２１から一
次電圧を供給する。インバークキ回路２．の各トランジ
スタＴｒ、〜Ｔｒ６はＰＷＭ波形発生回路２１とゲート
回路２ｓｉこよってＰＷＭ波形Ｉこよるスイッチング制
御がなされ、出力電圧及び周波数が制御される。インバ
ータ主回路２１から電動機１に供給する一次電圧は、該
電動機Ｉに磁束と二次電流とが互いに直交するよう（こ
制御する。

この制御−こけ、磁束の方向をα軸とし、二次電流の方
向をα軸ｌこ直交するβ軸とし、その指令値としてのα
相−次層流１１ａ＊　　及びβ相−次層流１、β＊は夫
々係数６３７，３ｔによって電動機１の一次抵抗ｒ１分
を乗算することによってα相−次層圧ｅ１α・β相−次
層圧ｅ１βの二相電圧信号ｌこ変換される。

β相−次層流指令１１７！？＊は速度設定値ｖ８＊と電
動機の速度検出器４の検出値ωｒとの突合せで速度調節
器５の出、力として取出され、電源角周波数匍。は角周
波数乗算回路６１こよってすべり角筒μ数ω８の演貫値
と連間検出値ψ、とから得られる。角周波数演算回路６
は設定値１１ａ＊とｉ１βの除算を行う割算器６．と、
この割算器６１の除算結果１１β／１１ａ＊に係数ｉ／
ｒｔを掛算する係数器６ｔとを有してすべり角周波数ω
６を算出する。ここで、τ、は電動機１の二次時定数で
あり、二次抵抗ｒ、と二次インダクタンスＬ、の比であ
る。

Ｌ。

τ鵞　−一１−１ 相成圧演真回路７は三相電圧信号ｅ１（Ｋ、θ１βから
インバータの三相電圧指令信号ｅ４＊、　ｆ３ｂ”　、
　Ｉｓｃ＊を得るようにされ、この変換に必要な正弦波
信号ｓｉｎφ６ｔ　ｅ余弦波信号Ｃｏｓω。ｔは電源角
周波数の。

を使って三角関数発生回路８から得る。また、ＰＷＭ波
形発生回路２．は三相電圧指令信号Ｏａ＊、ｅｂ＊、ｅ
ｃ＊と三角波信号（搬送波）とのレベル比＃ｌこよって
パルス幅変調波形を得るようにされ、このための三角波
信号Ｔｒ、は回路６からの電源角周波数ω０を使って該
周波数に同期させる三角波発生回路９から得る。ＩＯは
インバータ主回路２．に直流電力を供給する整流器であ
る。

このように、１１！！ｄＪ機の一次電圧をＰＷＭ方式イ
ンバータでベクトル制御するＩこおいて、制御装置ｆこ
は係数器３＋、３＊の係数設定Ｅこ電動機１の一次抵抗
ｒＩ＃こ相当する定数データを必要とし、また係数器６
．では二次時定数ｒ、　（＝　Ｌｔ／ｒｔ　）の設定に
′Ｉｌｔ動機１の二次抵抗ｒ、及び二次インダクタンス
Ｌ、に相当する定数データを必要とする。

これら定数データを自動的に測定及び設定するセルフチ
ューニング手段として、チューニング制御回路１１とイ
ンバータ主回路２１の出力電圧、１！流を夫々検出する
電圧検出ａ１２．’ｉ！に流検出器１３を備える。チュ
ーニング制御回路１１はＰＷＭ波形発生回路２！の出力
波形を、ｉＩ４整する制御機能を有し、定数データの測
定・設定指令が与えられることでインバータ主回路２．
の三相分を使って直流電圧を発生させ、このときの電圧
検出器１２及び電流検出器１３からの検出値を使った演
算ｔこよって一次抵抗ｒＩ。

二次抵抗ｒ８．二次インダクタンスＬ！さらｌこ二次時
定数τ、を求め、係数器３＋　、　３ｔ、６ｔの各係数
を自動設定する。以下、チューニング制御回路１１によ
る定数データの自動測定方法を騨細憂こ説明する。

（１）−次抵抗ｒｌの測定 インバータ主回路２．の三相分、例えばトランジスタＴ
ｒ、　、　Ｔｒ４をオン・オフ制御し、電動機１の巻＠
ｒｙ　、　ｗ間ｌこ直流電圧を与える。このとき、制御
回路１１はＰＷＭ波形発生回路２１こは電圧指令８ａ。

６ｂ＊、　ｅ。＊に代えて一次層圧Ｖを設定し、ＰＷＭ
波形出力もトランジスタＴｒＩとＴｒ・の出力のみを許
容する制御をし、さらＧこ三角波発生回路９の出力周波
数を一定にする。

このような制御により、巻線Ｕ、Ｗには電圧Ｖで決まる
オン・オフ比のパルス電圧が印加され、この電圧、！！
流の検出値を噴出器１２　、１３から制御回路１１憂こ
平均電圧、電流として取込み、該制御回路１１１ｃよる
抵抗ｒ、の演算を行う。

誘導電動機１のＴ形等価回路は第２図に示すようになり
、これに直流電圧Ｅを加えたときの定常電画工は 工＝７７ になる。ここで、インバータ主回路２．からの印加電圧
はパルス電圧になり、その平均直流電圧Ｅとし、平均直
流ｉｔ＃、工はトランジスタＴｒＩ、　Ｔｒｌｌの間の
スイッチングデッドタイムによる電圧減少分Ｒｂｎも含
めて −Ｋ−ＥＤＢ 工＝□　　　・・・・・・（１） Ｉ となる。ここで、制御回路１１はデッドタイムによる影
響を無くして測定精度を上げるためｌこ、制御率を変え
て平均電流電圧Ｅと電画工の２回測定を行う。但し、Ｋ
ＤＢを同じ値５こするために三角波周波数は同じにする
。

この２回の測定にけ の関係にあり、これより の演算からデッドタイムの影響を無くした一次抵抗ｒｌ
の測定値を得る。

（２）二次抵抗ｒｆｐ二次インダクタンスＬ、及び二次
時定数τ、の測定 インバータ主回路２．のトランジスタＴｒ＋　、　Ｔｒ
・をオン状態にして誘導電動機１の巻線１７．Ｗ間に直
流電圧を印加しておき、トランジスタＴｒｌをオフにす
ると巻線Ｕ、Ｗ間の電流１はトランジスタＴｒ４→ダイ
オードＤ、の経路で流れて減衰して行く。このとき、第
２図に示す等価回路図での電圧方程式この（４）式のラ
プラス変換では行列式で示すと、但し、Ｌｌ　＝Ｊｍ　
＋　１．　、　Ｌ、　＝１ｍ＋　６２、工、０は電流１
．の初期値、工Ｉ４流１１の初期値となる。この式から
Ｌ（ｓｌを求めると、但し、 Δ＝　（Ｊｍ（ｇ　、＋／、）＋ｌ、　Ｊ、）ｓ’＋　
（１ｍ　（ｒ　、ｒｌ）＋Ｊ１　ｒｌ　＋　ｉｔ　ｒ、
）８＋ｒｌｒ！　　　　・・　・・　・・・（カキ（ｒ
ｌ”ｒｔ）　（ムＳ＋７．＋ｒ！）・・・・・・・・・
（８）となる。ここで、一般的な１！動機ではｅ、”ｌ
ｔ＜ｒｔであるから零点を省略でき、上記（８）式を（
６）式に代入すると になる。この（９）式を逆変換した電流１１はり、＝Ｌ
、とすると、 ｍ　Ｌ、　　Ｔ　＝　”（−己］ＴＴ→＋＋＋　°＋　
＋＋＋　（１Ｏ−ａ）となる。

上述までのことから、直流電圧Ｅの印加状態がらその停
止時の過渡特性図は第３図ｄこ示すようになり、電流１
の初期値１８は １！３＝（工、。十工、）　　　・・・川・−（ＩＩ）
Ｔ　Ｉ＋　ｒｔ となる。また、−大抵抗ｒ１は前述の（１）項（こよる
測定で既知とする。

ここで、二次電流１．の初期値工、０は未知であるが、
インバータ主回路２１がら誘導電動機１ｃこ印加するパ
ルス電圧、電流波形は第４図に示すようになり、入力電
圧のオフ期間の中央タイミングｔ。又は平均直流電流検
出によって該工、分も含めた電流検出ができる。即ち、
オフ期間の中央タイミングｔ。では二次電流初期値工、
。二〇として良く、オフ開始タイミングｔ８の検出では
一次電流ちの平均値を工、とすると 工ゎ＝−（ｒ、◇−η）　　・・・・・・・・・ｏｚよ
り、工１０　＋　工ゎは ■、。＋Ｉ、　＝Ｉ、　　　　　　・・・・・・・・・
（１３）になる。従って、タイミングｔ。又は平均直流
電流として初期値１Ｂｅ過渡電流１ｔ（ｔｔ）、１ｔ（
ｔｔ）を検出すれば良い。

以上のことから制御回路１１は（１）項の測定と同様５
こトランジスタＴｒ、　、　Ｔｒ６を三角波で変調した
パルス電圧でオン状態にし、その後、トランジスＴｒ＋
をオフｌこしたときの過渡状態での時刻ｔ、　＃　ｆ’
！　（第３図）（こＺける’ｄｉ　ＲＬ　（ｔｔ　）ｔ
　１（（ｔｔ　）を電流検出器１３から磯込む。また辺
期値１８を取込む。これら１流値１＋（ｔｔ）−１ｔ（
ｔｔ）と初期値１８の比７＋ｐ７ｔは前述の（１１式か
ら 但し・　ｒ＝＝　　　ｒｌ−・・・・・・・・・（１５
−ａ）ｒ鵞　＋　ｒ２ の関係にある。このｌ１４）　、　（１５式から立下り
時定数Ｔを求めると ０−τ（ｔ・−１・）−二　−＝−−−−−−・四７ｔ Ｔ　＝　（ｔｔ　−ｔｔ　）／（／！ｏｇ　ｅ−）　　
・・−Ｑ７）となる。

従って、制御回路１１は電流１＋（ｔｔ）、ｉ＋（ｔｔ
）と初期値１６から比ハ、ｙ、を求め、上述のαη式η
為ら時定数Ｔを求め、このＴを使ってα荀式（もしく　
贋１５）式）から定数ｒを求める。

そして、制御回路１１は定ａｒと一次抵抗ｒ１から前述
の（１５−ａ）式に従って二次抵抗ｒ、を求める。

−ｒｌ １　１−ｒ　　　　　　　・・・・・・・（Ｉｓさらに
抵抗ｒｌ＋ｒ２と時定数Ｔから前述の（１Ｇ−ａ）式に
従って、制御回路１】が二次インダクタンスし。

を求める。

ｒ＋　ｒｌ Ｌ、＝Ｔ・□　　・・・・・・・四 ｒｌ＋ｒ。

さらｌこ、二次時定数τ、も求める。

ｒｔ　＝　Ｌｔ／ｒ　２　　　　　　・・・・・・・・
（２１１：以上までの測定によって、制御回路１１は一
次抵抗ｒ１．二次抵抗ｒ７．二次インダクタンスＬ！及
び二次時定数τ、をＸめ、このうち本実施例では必要な
定数ｒ、とτ、を係数器３．．３．及び６ｔｌこ設定す
ることによって以後のベクトル制御を可能にする。

なお、実施例に台いて、制御回路１１はベクトル・制御
装置がマイクロコンピュータ等で構成される場合ｌこ定
数測定用プログラムとして該測り装置に組込むことがで
きるのは勿論である。

また、実施例はＰＷＭインバータによるベクトル制御装
置；こ適用した場合を示すが、本発明はこれに限定され
るものでなく、すべり周波数側＃装置に適用できるし、
キャリア周波数を零（キャ１１ア出力停止Ｆ）にして直
流電圧Ｅと電画工の噴出から定数を求めることができる
。

■９発明の効果 以Ｈのと限り、本発明によれば、誘導電動機の駆動電源
ｌこなるインバータから直流電圧を発生させ、この１に
圧を取除いたときのインバータの出力電流の検出Ｅこよ
って誘導１’ｌ１機の定数を求めるため、該定数又はこ
れに基づいた定数を使ってインバータを制御する制＠装
置に適用して定数未知の電Ｉｔｈ機でもその停止状態で
該定数の自動測定を確実、容易にし、さらには該定数の
自動設定をするというセルフチューニングを容易ｌこす
る。また、定数測定には電動機配線も含めた計測（こな
り、実用上の測定、設定ひいては制御精変を向上できる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すベクトル制御装置回路
図、第２図は誘導電動機の等価回路図、第３図は電動機
ｌこ直流電圧を印加した後の電流の過渡特性図、第４図
は本発明に２ける電流検出タイミングチャートである。 １・・・誘導電動機、２１・・インバータ主回路、２鵞
・・・ＰＷＭ波形発生回路、３−．３ｔ、６＊・・・係
数器、６・・・角周波数演算回路、７・・相′Ｉ戎圧演
Ｊ回路、９・・・三角波発生回路、１１・・・チューニ
ング制御回路、１２・・・電圧検出温、１３・・・基部
検出器。 第２図 謂幻電−の蒋他回路図 第３図 マ瀧１１の一麦前吐図 ＯＬ＋　　　ｔ２

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）インバータを駆動電源とする誘導電動機において
   、前記インバータの出力に直流電圧Ｅを発生させて誘導
   電動機に直流電流ｉを流しておき、前記直流電圧Ｅの発
   生を停止したときの前記初期電流ｉ＿Ｓとその後の立下
   り過渡電流ｉ＿１（ｔ＿１）、ｉ＿１（ｔ＿２）との夫
   々の比ｉ＿１（ｔ＿１）／ｉ＿Ｓ、ｉ＿１（ｔ＿２）／
   ｉ＿Ｓから該電流ｉの立下り時定数Ｔを求め、予め求め
   た一次抵抗ｒ＿１とから次の式 ▲数式、化学式、表等があります▼ に従って前記誘導電動機の二次抵抗ｒ＿２及び二次イン
   ダクタンスＬ＿２を求めることを特徴とする誘導電動機
   の定数測定方法。
2. （２）前記インバータの出力は所定周波数のパルス電圧
   とし、このパルス電圧による直流平均電流＠Ｉ＠＿Ｓか
   ら前記初期電流ｉ＿Ｓ、過渡電流ｉ＿１（ｔ＿１）、ｉ
   ＿１（ｔ＿２）を夫々検出することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の誘導電動機の定数測定方法。