JPS6255396B2

JPS6255396B2 -

Info

Publication number: JPS6255396B2
Application number: JP60142857A
Authority: JP
Inventors: Katsu Maekawa
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-06-29
Filing date: 1985-06-29
Publication date: 1987-11-19
Also published as: JPS6139889A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、誘導電動機のベクトル制御方式に関
し、とくに誘導電動機の定数変化を考慮した自動
界磁弱め制御に好適な誘導電動機の制御装置に係
る。近年、誘導電動機の一次電流を位相まで制御す
ることにより、直流機と同等の性能を得ることが
できるベクトル制御方式か開発され、誘導電動機
の堅牢安価なことと相俟つて注目されている。ベクトル制御方式にも、種々の方式があるが、
標準の誘導電動機を用いることができ、かつ停止
状態から高精度の運転ができるものとして、トル
ク指令と磁束指令とから演算によつて回転子に鎖
交する磁束を求め、これを基準として一次電流を
定める方式がある。この方式の一例を第１図にしたがつて説明す
る。第１図は、先行技術としての、正弦波サイクロ
コンバータを用いて誘導電動機を自動界磁弱め制
御するシステムの構成結線図である。ただし、簡
単のため電流制御系は省略している。なお、図面における同一符号は同一もしくは相
当部分を表わすものとする。周波数変換装置である正弦波サイクロコンバー
タ１は誘導電動機２へ電流基準ｉ^＊ _１ｕ、ｉ^＊ _１ｖ、ｉ
^＊ _１ｗ
にしたがい、一電流ｉ_1u、ｉ_1v、ｉ_1wを供給す
る。３は２相のセルシン発信器で、図示しない励磁
回路で励磁され、誘導電動機２の回転子の角速度
で搬送波が振幅変調された信号が得られる。同期整流回路６は搬送波を除去し、その出力と
して誘導電動機２の回転子角速度ωを持つた正弦
波信号を出力する。５は交流電源、８は速度基準７と回転計発電機
４より得られる誘導電動機２の回転速度ωとを比
較する比較器、９は比較器８により検出された速
度偏差を増幅し誘導電動機２の速度ωをつねに速
度指令ω^*に等しく制御する速度制御回路であつ
て、磁束演算値Φ_２によりそのゲインを自動的に
変化させる。１０は回転子速度ωの絶対値｜ω｜をとる絶対
値変換回路、１１は磁束演算値φ_２を絶対値変換
回路１０の出力｜ω｜を掛算する掛算器、１３は
界磁弱め開始点設定器１２の設定量と掛算器１１
の出力｜ω｜×φ_２を比較する比較器で、誘導電
動機２の回転速度ωが増加して、｜ω｜×φ_２が
設定器１２の設定量を越えると、偏差がダイオー
ド１４１を介して自動界磁弱め制御回路１４へ導
かれる。自動界磁弱め制御回路１４は偏差信号を増幅
し、ダイオード１４２を経て、その信号を比較器
１６へ与える。比較器１６は強め界磁基準１５から自動界磁弱
め制御回路１４の出力と磁束演算値Φ_２とを減算
し、この偏差を磁束制御回路１７へ与える。磁束制御回路１７は比較器１６より与えられる
偏差信号を増幅して、磁束演算値Φ_２が強め界磁
基準１５と、自動界磁弱め制御回路１４より与え
られる弱め指令との差に等しくなるように制御す
る。したがつて、低速時には磁束演算値Φ_２は強め
界磁基準１５に等しく制御され、速度が増加して
掛算器１１の出力｜ω｜×Φ_２が界磁弱め開始点
設定量を越えると、磁束演算値Φ_２は速度ωに反
比例して弱められる。１８は一次電流瞬時基準値演算回路で、速度制
御回路９と磁束制御回路１７の出力信号から、磁
束演算値φ_２ならびに誘導電動機２へ与えるべき
一次電流を演算しており、その一次電流の演算値
はすべり角速度ω_sをもつた２相正弦波I₁cosω_s
ｔ、I₁sinω_sｔとして得られる。（ω＋ω_s）演算回路１９は同期整流回路６よ
り得られる誘導電動機２の回転子角速度ωを持つ
た２相正弦波信号により、信号I₁cosω_sｔ、I₁sin
ω_sｔを誘導電動機２へ与えるべき角速度ω_１
（＝ω_s＋ω）に変換する。この変換は、つぎの（１式）、（２式）に基づい
て行なわれる。 I₁sin（ω_sｔ）・cos（ωｔ）＋I₁cos（ω_sｔ）・sin
（ωｔ）＝I₁sin（ω_s＋ω）ｔ＝I₁sinω₁t ……（１式） I₁cos（ω_sｔ）・cos（ωｔ）−I₁sin（ω_sｔ）・sin
（ωｔ）＝I₁cos（ω_s−ω）ｔ＝I₁cosω₁t ……（２式）この（ω＋ω_s）演算回路１９は掛算器と直流演
算増幅器から容易に構成できる。２０は直流演算増幅器による加算・減算回路で
構成される２相→３相変換回路であり、これによ
り２相の電流基準I₁cosω₁t、I₁sinω₁tは３相の電
流基準ｉ^＊ _１ｕ、ｉ^＊ _１ｖ、ｉ^＊ _１ｗに変換される。３相のうちＵ相として電流基準I₁cosω₁tをその
まま用いたときのＶ相・Ｗ相での変換式は（３
式）、（４式）、（５式）で示される。ｉ^＊ _１ｕ＝I₁cosω₁t ……（３式）そうして、正弦波サイクロコンバータ１は誘導電
動機２へ一次電流ｉ_1u、ｉ_1v、ｉ_1wを供給する。この制御方式の主要部分は、一次電流瞬時基準
値演算回路１８であるので、この回路１８につい
て詳しく説明しておこう。第２図は、誘導電動機２を２相２極とし90゜位
相差のα−β座標系で表わした動作原理説明図で
ある。 α−β座標系として回転子と同じ角速度ωで反
時計方向に回転するものをとり、α軸・β軸上に
一次巻線・二次巻線の成分をとる。２０１は一次巻線のα軸成分、２０２は一次巻
線のβ軸成分、２０３は二次巻線のα軸成分、２
０４はβ軸成分をそれぞれ表わす。実際には静止している一次巻線を二次巻線と同
じ角速度ωで回転すると考えたため、α−β座標
系における一次巻線と二次巻線は相対的に静止し
ていると考えられ、速度に起因する起電力は表面
に現われず、二次巻線に生ずる起電力は一次電流
が流れることによる変圧器起電力のみとなる。したがつて、巻線２０１を流れる電流をｉ₁
〓、巻線２０２を流れる電流をｉ₁〓、巻線２０
３を流れる電流をｉ₂〓、巻線２０４を流れる電
流をｉ₂〓とすると、巻線２０３・巻線２０４に
つき下記（６式）・（７式）が成立する。 R₂i₂〓＋ｐ（Mi₁〓＋L₂i₂〓）＝０ ……（６式） R₂i₂〓＋ｐ（Mi₁〓＋L₂i₂〓）＝０ ……（７式）ただし、巻線２０３および巻線２０４の抵抗を
R₂、自己インダクタンスをL₂、巻線２０１と２
０３、および巻線２０２と２０４の相互インダク
タンスをＭ、時間微分（ｄ／dt）をｐとしてい
る。ここで、二次巻線２０３に鎖交している磁束数
をφ₂〓、二次巻線２０４に鎖交している磁束数
をΦ₂〓とすると、（６式）・（７式）は（８式）・
（９式）のように、書き直すことができる。 R₂i₂〓＋ｐΦ₂〓＝０ ……（８式） R₂i₂〓＋ｐΦ₂〓＝０ ……（９式）また、（10式）・（11式）が成り立つ。 Φ_２α＝Mi₁〓＋L₂i₂〓 ……（10式） Φ_２β＝Mi₁〓＋L₂i₂〓 ……（11式）しかして、二次巻線に鎖交する磁束の総数、す
なわち二次磁束をΦ_２とすると、磁束Φ_２は磁束
Φ_２αと磁束Φ₂〓のベクトル和となる。磁束Φ_２とα軸のなす角をθとすると、Φ₂〓
＝Φ₂cosθ、Φ_２β＝Φ₂sinθであることより、
磁束Φ₂〓、Φ₂〓の微分値は（12式）・（13式）で
与えられる。ｐΦ₂〓＝（ｐΦ_２）Φ₂〓／Φ_２−Φ₂〓ｐθ＝（ｐΦ_２）Φ₂〓／Φ_２−Φ₂〓Φ_s ……（12式）ｐΦ₂〓＝（ｐΦ_２）Φ₂〓／Φ_２−Φ₂〓ｐθ＝（ｐΦ_２）Φ₂〓／Q₂−Φ₂〓ω_s ……（13式）（12式）・（13式）において、ｐθは二次磁束Φ
_２とα軸のなす角の変化率で、これは二次磁束Φ
_２と回転子のなす角の変化率であつて、すべり角
速度ω_sである。一方、二次巻線に生ずるトルクTqは巻線２０
３，２０４にそれぞれ鎖交する磁束と二次電流よ
り（14式）のようになる。 Tq＝Φ₂〓ｉ₂〓−Φ₂〓ｉ₂〓 ……（14式）（９式）を（14式）に代入して整理すると、（15
式）を得る。 Tq＝１／Ｒ_２（−Φ₂〓ｐΦ₂〓＋Φ₂〓ｐΦ₂〓……（15 式）（15式）に（12式）・（13式）を代入し整理して
（16式）が得られる。 Tq＝１／Ｒ_２（^２ _２〓＋Φ^２ _２〓）Φ_s ＝１／Ｒ_２Φ^２ _２ω_s ……（16式）すなわち、誘導電動機２の発生トルクは二次磁束
Φ_２の２乗に比例し、すべり角速度ω_sに比例す
る。他方、二次磁束と一次電流の関係は（８式）と
（10式）、（９式）と（11式）より、（17式）・（18
式）のように表わせる。 Mi₁〓＝｛１＋（L₂／R₂）ｐ｝Φ₂〓
……（17式） Mi₁〓＝｛１＋（L₂／R₂）ｐ｝Φ₂〓
……（18式）（17式）・（18式）の右辺に（12式）・（13式）を代
入し微分を実行すると、（19式）・（20式）をう
る。 Mi₁〓＝｛１／Φ_２（１＋Ｌ_２／Ｒ_２ｐ）Φ_２｝Φ₂〓 −（Ｌ_２／Ｒ_２Φ_s）Φ₂〓 ……（19式） Mi₁〓＝｛１／Φ_２（１＋Ｌ_２／Ｒ_２ｐ）Φ_２｝Φ₂〓 −（Ｌ_２／Ｒ_２Φ_s）Φ₂〓 ……（20式）（19式）・（20式）をさらに１／Φ_２（１＋Ｌ_２／Ｒ_２ｐ）Φ_２とＬ_２／Ｒ_２ω_sについて解くと、（21式）・（22式）を
うる。（21式）・（22式）をΦ₂〓／Φ_２＝cosθ、Φ₂〓／
Φ_２＝sinθなることを考慮して変形すると、（23
式）・（24式）を得る。（１＋Ｌ_２／Ｒ_２ｐ）Φ_２＝Mi₁〓cosθ ＋Mi₁〓sinθ ……（23式）Ｌ_２／Ｒ_２ω_sΦ_２＝−Mi₁〓sinθ ＋Mi₁〓cosθ ……（24式）（23式）において、Mi₁〓cosθ、Mi₁〓sinθはと
もに、二次磁束φ_２と平行な成分であり、これは
二次磁束φ_２の大きさとその変化率に寄与するも
のである。また、（24式）の−Mi₁〓sinθ、Mi₁〓cosθは
ともに、二次磁束φ_２と直角方向の成分であり、
これはトルクＴに寄与するものといえる。これは、（16式）よりトルクＴが二次磁束Φ_２
と１／Ｒω_sΦ_２との積で与えられることにより理解される。したがつてトルク分電流ｉ_1q、二次磁束分電流
ｉ_1dとすると、（23式）・（24式）より（25式）・
（26式）が得られる。ｉ_1d＝ｉ₁〓cosθ＋ｉ₁〓sinθ ＝１／Ｍ（１＋Ｌ_２／Ｒ_２ｐ）Φ_２ ……（25式）ｉ_1q＝−ｉ₁〓sinθ＋ｉ₁〓cosθ ＝１／ＭＬ_２／Ｒ_２ω_sΦ_２ ……（26式）（25式）・（26式）を、巻線２０１，２０２を流れ
る電流ｉ₁〓、ｉ₁〓について解き、かつ二次磁束
分電流ｉ_1d、トルク分電流ｉ_1q、電流ｉ₁〓、ｉ₁
〓をそれぞれ電流指令値ｉ^＊ _１ｄ、ｉ^＊ _１ｑ、ｉ^＊ _１〓
、ｉ
^＊ _１〓として表わすと、（27式）・（28式）が得られ
る。ｉ^＊ _１〓＝ｉ^＊ _１ｄcosθ−ｉ^＊ _１ｑsinθ……（27式
）ｉ₁〓＝ｉ^＊ _１ｄsinθ−ｉ^＊ _１ｑcosθ ……（28式）信号ｉ^＊ _１ｄは磁束制御回路１７の出力として、信
号ｉ^＊ _１ｑは速度制御回路９の出力の出力として得ら
れるから、二次磁束Φ_２のα軸となす角度θがわ
かれば、（27式）・（28式）よりα−β座標系にお
ける電流指令ｉ^＊ _１〓、ｉ^＊ _１〓を得ることができる。この方式は、二次磁束Φ_２とその角度θを演算
によつて求める。第３図は、その二次磁束Φ_２とそのα軸となす
角度θの演算を行なう一次電流瞬時基準値演算回
路のブロツク線図である。３０１はトルク分電流
指令値ｉ^＊ _１ｑの入力端子、３０２は二次磁束分電流
指令値ｉ^＊ _１ｄの入力端子、３０３は一次電流α軸成
分指令値ｉ^＊ _１〓の出力端子、３０４は一次電流β
軸成分指令値ｉ^＊ _１〓の出力端子、３０５は二次磁
束Φ_２の演算値の出力端子、３０６は座標変換回
路、３０７は二次磁束瞬時値演算回路、３０８は
二次磁束瞬時値基準化回路、３０９は二次磁束絶
対値演算回路、３１０，３１１，３１２，３１３
はおのおの掛算器、３１４，３１５は加算器、３
１６，３１７は直流演算増幅器、３１８，３１９
は抵抗値１の抵抗器、３２０，３２１は抵抗値Ｍ
の抵抗器、３２２，３２３はともに静電容量
Ｌ_２／Ｍ・１／Ｒ_２のコンデンサ、３２４，３２５は直
流演算増幅器、３２６，３２７は掛算器、３２８，３
２９，３３０，３３１は抵抗値１の抵抗器、３３
２は直流演算増幅器、３３３，３３４は抵抗値１
の抵抗器、３３５，３３６は掛算器、３３７は直
流演算増幅器、３３８，３３９，３４０は抵抗値
１の抵抗器である。まず、二次磁束瞬時値演算回路３０７から説明
する。抵抗３１８と３１９は抵抗値１、抵抗３２
０と３２１はその抵抗値を一次巻線・二次巻線間
の相互インダクタンスＭに設定されており、コン
デンサ３２２と３２３は静電容量をＬ_２／Ｍ・１／Ｒ_２に設定されているため、直流演算増幅器３１６へ入力
として信号ｉ₁〓を与えると、その出力として−
Ｍ１／１＋Ｌ_２／Ｒ_２ｐｉ^＊ _１〓が得られ、これは（17
式）より −Φ₂〓に等しい。同様に、直流演算増幅器３１７へ信号ｉ^＊ _１〓を
与えて、その出力として−Φ₂〓が得られる〔（18
式）参照〕。こうして得られた二次磁束Φ_２のα−軸、β−
軸成分の演算値は、二次磁束瞬時値基準化回路３
０８にて、二次磁束Φ_２の絶対値により演算され
る。すなわち、直流演算増幅器３２４の出力が掛
算器３２６によつて、二次磁束φ_２の絶対値と掛
算したものが、帰還されるため出力として、入力
を二次磁束Φ_２の絶対値で割算したものが得られ
る。入力が−Φ₂〓であるから出力はΦ₂〓／Φ_２と
なり、Φ₂〓／Φ_２はすでに述べたようにcosθに
等しい。同様に直流演算増幅器３２５の出力はφ₂〓／
Φ_２（＝sinθ）が得られる。直流演算増幅器３３２は符号反転し、−₂〓／Φ
_２（＝−sinθ）を得るためのものであり、３０
９は二次磁束Φ_２の絶対値を演算し、掛算器３３
５は−Φ₂〓とΦ₂〓／Φ_２、掛算器３３６は−Φ
₂〓とΦ₂〓／Φ_２がそれぞれ入力として与えら
れ、これらの出力と直流演算増幅器３３７による
加算器で加算するから、直流演算増幅器３３７の
出力は（Φ^２ _２〓／Φ_２＋Φ^２ _２〓／Φ_２）がΦ^２ _２に
等
しいことから、（Φ^２ _２〓／Φ_２＋Φ^２ _２〓／Φ_２）は
結局、二次磁束φ_２に等しくなる。こうして得られた二次磁束絶対値Φ_２の演算値
は、磁束制御回路１７へ磁束検出値として帰還さ
れる。二次磁束瞬時値基準化回路３０８にて、二次磁
束Φ_２のα−軸に対する角度θが演算されたの
で、トルク分電流指令値ｉ_1qと二次磁束分電流指
令値ｉ_1dとから、座標変換回路３０６により、一
次電流α−軸分指令値ｉ^＊ _１〓、β−軸成分指令値
ｉ^＊ _１〓を演算することができる。掛算器３１０，３１１と加算器３１４によつ
て、（27式）に基づき演算が行なわれて指令値ｉ
^＊ _１〓をえ、掛算器３１２，３１３と加算器３１５
によつて（28式）に基づき演算が行なわれて指令
値ｉ^＊ _１〓を得る。指令値ｉ^＊ _１〓を得る。掛算器３１０，３１１と加算器３１４によつ
て、（27式）・（28式）へ変形して、（29式）・（30
式）を得る。Ｉ^＊ _１〓＝I₁cos（θ＋Φ） ……（29式）ｉ^＊ _１〓＝I₁sin（θ＋Φ） ……（30式）ただし、一次電流I₁および位相φは（31式）お
よび（32式）に示すとおりである。 I₁＝√^＊２ _１ｄ＋^＊２ _１ｑ……（31式）また、磁束Φ_２とα軸のなす角θについては、
（26式）より（33式）が得られる。 ω_s＝ｐθ＝ＭＲ_２／Ｌ_２ｉ^＊ _１ｑ１／Φ_２……（33式
）これに、（25式）より二次磁束Φ_２について解
き、代入すると（34式）が得られる。とくに、磁束分電流指令値ｉ^＊ _１ｄ、トルク分電流指
令値ｉ^＊ _１ｑを一定値で与えると、すべり角速度ω_s
は

【式】で一定となる。すなわち、（29 式）・（30式）で与えられる巻線２０１，２０２を
流れる電流指令値ｉ^＊ _１〓、ｉ^＊ _１〓は、角速度

【式】振幅

【式】の正弦波となる。指令値ｉ^＊ _１ｄ、ｉ^＊ _１ｑを変えると、振幅と角速度
が
ともに（31式）・（34式）にしたがつて変化し、ま
た位相φは（32式）にしたがい瞬時に変化して、
速度制御系と磁束制御系が干渉し合うことを避け
る。以上のようにして得られた電流指令値ｉ^＊ _１〓、
ｉ^＊ _１〓は、すでに説明したように（ω＋ω_s）演算
回路１９と、２相→３相変換回路２０にて、誘導
電動機２へ与えるべき３相の電流基準ｉ^＊ _１ｕ、ｉ
^＊ _１ｖ、^＊ _１ｗとされ、これにしたがい正弦波サイクロ
コ
ンバータ１を運転する。このようにしてこの制御方式は、誘導電動機２
の二次磁束φ_２を演算より求め、それにしたがつ
て一次電流を与えることにより、標準の誘導電動
機２を用いて、零速度（停止）から高範囲にわた
り、高精度の運転を行なうことができ、かつ磁束
検出値として演算値を適用しているから、磁束検
出値が滑らかであり、速い磁束制御が可能とな
る。しかし、さきに述べたことが成り立つのは、演
算回路における定数と、誘導電動機の実際の定数
が一致している場合である。第３図の演算回路の定数は一定であるが、誘導
電動機の実際の定数は運転条件によつて変化す
る。とくに、二次巻線の抵抗値R₂は温度に依存
し、誘導電動機が負荷を背負つて長時間運転され
ると、二次巻線の温度は上昇するから、それとと
もに変化すると考えねばならない。ここで、二次巻線の抵抗のR₂の値が、演算回
路１８と誘導電動機２とで異なつている場合に生
じる現象について考察する。トルク分電流指令値ｉ^＊ _１ｑと二次磁束分電流指令
値ｉ^＊ _１ｄが、第３図の演算回路に与えられると、
（27式）・（28式）に基づき、巻線２０１，２０２
を流れる電流の指令値ｉ^＊ _１〓、ｉ^＊ _１〓が演算され、
これにしたがい誘導電動機２へ一次巻線を流れる
電流ｉ₁〓、ｉ₁〓が供給され、誘導電動機２の内
部では（25式）・（26式）が成り立ち、電流制御系
の遅れを無視すると、電流指令値ｉ^＊ _１〓と電流ｉ₁
〓、電流指令値ｉ^＊ _１〓と電流ｉ₁〓は同じであると
云える。しかしながら、二次巻線の抵抗のR₂の値が異
なつているため、実際のトルク分電流ｉ_1qはその
指令値ｉ^＊ _１ｑと違つてくるし、また、二次磁束分電
流ｉ_1dもこの指令値ｉ^＊ _１ｄと異なつている。簡単のため、まずトルク分電流指令値ｉ^＊ _１ｑを零
とし、二次磁束分電流指令値ｉ^＊ _１ｄのみを一定値で
与えて、二次磁束φ_２を確立するときについて述
べよう。指令値ｉ^＊ _１ｑが零であるから、（29式）ないし
（34式）からすべり角速度ω_s、指相Φは零であ
り、巻線２０１への電流指令値ｉ^＊ _１〓は二次磁束
分電流指令値ｉ^＊ _１ｄに等しく、巻線２０２への電流
指令値ｉ^＊ _１〓は零の直流となる。そして、（25式）にしたがい、二次磁束φ_２は
二次磁束分電流ｉ^１ _１ｄの遅れで確率されてゆくが、
二次抵抗R₂の値が異なるため、実際の誘導電動
機内の磁束と演算磁束とでは、確率されるまでの
時間が違う。したがつて、磁束制御を行なつた場合、二次磁
束分電流指令値ｉ^＊ _１ｄは誘導電動機内の二次磁束Φ
_２が磁束指令値に達しない前に定常値に弱められ
たり、磁束指令値に達しても、演算磁束が磁束指
令値に達するまでは、定常値に弱められないとい
う現象が生じる。このため誘導電動機内の二次磁束φ_２は、その
電流指令値ｉ^＊ _１ｄが定常値に達した時は、ゆつくり
と誘導電動機２の二次巻線の時定数によつて、磁
束指令値に収束する。つまり、トルク分電流指令値ｉ^＊ _１ｑが零であるケ
ースについて、二次磁束分電流指令値ｉ^＊ _１ｄが一定
である場合と、磁束演算値によりその指令値ｉ^＊ _１ｄ
を制御する場合において、生じる現象について述
べており、指令値ｉ^＊ _１ｑが零であるときは（34式）
からすべり角速度ω_sは零であり、二次抵抗R₂の
値に依存せず、指令値ｉ^＊ _１ｄとその電流ｉ_1dは等し
かつた。つぎに、二次磁束φ_２がある磁束指令の下に定
常状態にあるとき、トルク分電流指令値ｉ^＊ _１ｑを零
からある値にステツプ的に変化したときを考え
る。巻線２０１，２０２への電流指令値ｉ^＊ _１〓、ｉ
^＊ _１〓は（29式）から（34式）に基づき、直線から
正弦波に瞬時に変化する。すなわち、一次電流の
ベクトルは回転子に固定したα−β座標系に対し
て回転し始める。このとき、指令値ｉ^＊ _１〓、ｉ^＊ _１〓の振幅は√
^＊２ _１ｄ＋ｉ^＊２ _１ｑ、位相φはtan^-1i^＊ _１ｑ／ｉ^＊ _１
ｄすべり角速
度ω_sは二次磁束分電流指令値ｉ^＊ _１ｄが一定である
ことにより

【式】となる。この一次電流と二次磁束間の関係は、（17式）・
（18式）で表わされ、（17式）・（18式）は前定数と
してL₂／R₂を含んでいるから、定常状態でも誘
導電動機内と演算回路とでは、二次磁束の大き
さ、位相とも異なつたものとなるが、それは誘導
電動機と演算回路とで、二次磁束分電流ｉ_1dとそ
の指令値ｉ^＊ _１ｄ、トルク分電流ｉ_1qとその指令値ｉ
^＊ _１ｑが違うことを意味する。これによつて発生するトルクも、当然、トルク
分電流指令値ｉ^＊ _１ｑにより指令される値とは異な
る。さらに、このときトルクは誘導電動機内の二次
磁束φ_２が定常値に落ちつくまでの間、過渡現象
を持つ。したがつて、トルク分電流指令値ｉ^＊ _１ｑは誘導電
動機内の磁束の値により、所要のトクルを発生す
るように制御され、さらにこれによつて磁束が変
化するから、速い速度制御は望めない。自動界磁弱め制御を行なうと、トクル分電流指
令値ｉ^＊ _１ｑ、二次磁束分電流指令値ｉ^＊ _１ｄともに変
化
するから、さらに複雑な過渡現象となる。ここにおいて、本発明はこれらの不具合を解決
するためになされたものである。すなわち、さきに述べた問題点は、誘導電動機
の二次抵抗と演算回路にて設定された値が異なる
ことにより生ずるものであるから、演算回路の設
定値を誘導電動機の二次抵抗の値に追従させるこ
とにより解決される。そこで本発明は、さきの演算回路における二次
抵抗の設定値を、誘導電動機の真の二次抵抗の値
に追従させることができる誘導電動機の制御装置
を得ることを目的とする。以下、本発明の一実施例を第４図ないし第６図
によつて説明する。この実施例は、誘導電動機２の一次電圧と一次
電流を検出し、これらに基づき演算回路１８−２
の二次抵抗設定値を調整するものである。第４図はこの実施例のシステム構成を示すブロ
ツクダイアグラム、第５図はその二次抵抗R₂調
整回路の概要ブロツク図、第６図はその一次電流
瞬時基準値演算回路の結線図である。第４図において、２１〜２３は変流器（第１図
とは異なり電流制御系も表わす）、２４はそれら
２１〜２３の変流器にて検出された一次電流瞬時
値を制御回路レベルに変換する電流検出回路、２
５〜２７は各相の電流基準値ｉ^＊ _１ｕ、ｉ^＊ _１ｖ、ｉ^＊ _１ｗと
電流検出回路２４より与えられる帰還値を比較す
る比較器、２８〜３０は各相の比較器より与えら
れる偏差信号を増幅し電流値を基準値に一致する
ように制御する電流制御回路、３１は電流検出回
路より得られる３相信号を２相に変換する３相→
２相変換回路、３２は誘導電動機２の一次電圧を
検出する電圧検出回路、３３は一次電圧の検出値
を２相に変換する３相→２相変換回路である。そして、３４は二次抵抗R₂修正回路で、３相
→２相変換回路３１，３３の一次電流・一次電圧
のそれぞれの２相信号と絶対値演算回路１０の出
力から二次磁束φ_２を検出し、一次電流瞬時基準
値演算回路１８−２にて演算した結果と比較し
て、演算磁束が検出磁束に等しくなるよう一次電
流瞬時基準値演算回路１８−２に設定する二次抵
抗R₂の値を調整するようにしてある。これらの構成からわかるように、この実施例で
は、一次電圧検出値と一次電流検出値とから二次
磁束Φ_２を求めており、これは第２図の原理図に
おいてα−β座標軸を静止していると考えると得
られる。混同を避けるため、固定子に静止した座標軸を
ａ−ｂ軸とし、それぞれの軸上に一次巻線・二次
巻線の成分をとると、一次巻線ａ軸成分につき下
記（35式）が成立する。ｖ_1a＝R₁i_1a＋ｐ（L₁i_1a＋Mi_2a ……（35式）また、一次巻線ｂ軸成分につき、同様に下記（36
式）が成り立つ。ｖ_1b＝R₁i_1b＋ｐ（L₁i_1b＋Mi_2b） ……（36式）ただし、ｖ_1aは一次電圧ａ軸成分、ｖ_1bはその
ｂ軸成分、ｉ_2a、ｉ_2bは二次電流のａ軸、ｂ軸成
分、R₁は一次巻線の抵抗値、L₁は一次巻線の自
己インダクタンス、Ｍは一次・二次巻線間の相互
インダクタンスである。さらに、ａ−ｂ軸表示における二次磁束Φ_a・
Φ_bは、（37式）・（38式）で表わされる。 Φ_a＝L₂i_2a＋Mi_1a ……（37式） Φ_b＝L₂i_2b＋Mi_1b ……（38式）（37式）・（38式）より、二次電流ｉ_2a、ｉ_2bを求め
（35式）・（36式）に代入して、二次電流ｉ_2a、ｉ_2b
を消去すると（39式）・（40式）が得られる。ｐΦ_a ＝Ｌ_２／Ｍ｛（ｖ_1a−R₁i_1a）−l₀pi_1a ……（39式）ｐΦ_b ＝Ｌ_２／Ｍ｛（ｖ_1b−R₁i_1b）−l₀pi_1b｝……（40式
）ただし、l₀は（41式）で与えられる。 l₀＝（L₁L₂−M²）／L₂ ……（41式）（39式）・（40式）の両辺を積分すると、二次磁束
Φ_２のａ−ｂ軸成分Φ_a、Φ_bが（42式）・（43式）
より与えられる。 Φ_a ＝Ｌ_２／Ｍ｛１／ｐ（ｖ_1a−R₁i_1a）−l₀i_1a｝……（
42式） Φ_b ＝Ｌ_２／Ｍ｛１／ｐ（ｖ_1b−R₁i_1b）−l₀i_1b｝……（
43式）したがつて、一次電圧と一次電流のａ軸、ｂ軸
成分ｖ_1a、ｖ_1bとｉ_1a、ｉ_1bから、二次磁束のａ
軸、ｂ軸成分Φ_a、Φ_bを求めることができる。第５図は、これら（42式）・（43式）に基づく二
次抵抗R₂修正回路３４の一実施例の略線であ
る。７０１，７０２はそれぞれ一次電圧のａ軸、ｂ
軸成分の入力端子、７０３，７０４はおのおのの
一次電流のａ軸、ｂ軸成分の入力端子、７０５は
一次電流瞬時基準値演算回路１８−２で演算され
た二次磁束Φ_２の演算値の入力端子、７０６は誘
導電動機２の回転速度ωの絶対値｜ω｜の入力端
子、７０７は二次抵抗R₂を制御する制御信号の
出力端子、７０８，７０９は入力信号をR₁倍す
る倍率器、７１０，７１１は減算器、７１２，７
１３は積分器、７１４，７１５は入力信号をl₀倍
する倍率器、７１６，７１７は減算器、７１８，
７１９は入力信号をL₂／Ｍ倍する倍率器、７２
０は絶対値演算回路、７２１は減算器、７２２は
制御回路、７２３の入力信号が設定値ω^＊ _Ｌを越え
たときのみ信号を発生するレベル検出器、７２４
は入力信号の時間積分値が一定値に達する毎にパ
ルスを発生する発振器、７２５は論理回路、７２
６は入力信号と設定値ω^＊ _Ｈを越えたときのみ信号
を発生するレベル検出器、７２７は論理回路７２
５とレベル検出器７２６の出力の論理和をとるオ
ア（OR）回路、７２８は保持回路で、オア回路
７２７より信号を与えられると入力信号をそのま
ま出力し、制御信号が切れると、制御信号が切れ
る寸前の出力状態をそのまま保持する。さて、倍率器７０８、減算器７１０、積分器７
１２、倍率器７１４、減算器７１６、倍率器７１
８にて（42式）の関係を構成しているから、倍率
器７１８の出力として二次磁束ａ−軸成分Φ_2aが
得られ、同様に倍率器７１９の出力として（43
式）に基づく二次磁束ｂ−軸成分Φ_2bがえられ
る。絶対値演算回路７２０は、その成分Φ_2a、Φ_2b
より二次磁束の絶対値Φ_２を演算するもので、従
来技術の第３図におけるその成分Φ₂〓、φ₂〓よ
り二次磁束絶対値を演算した回路３０９と同様な
回路である。絶対値演算回路７２０の出力として得られた二
次磁束Φ_２の検出値をΦ′Ｂとすれば、この検出
値Φ′_２は誘導電動機内の二次抵抗R₂の値が演算
回路１８−２に設定した値より大きいと演算磁束
Φ_２より大きくなり、誘導電動機内の二次抵抗
R₂が演算回路１８−２に設定した値より小さい
と演算磁束φ_２より小さくなる。したがつて、検出値Φ′_２が演算値Φ_２より大
きければ、演算回路１８−２の二次抵抗R₂の値
を増加させ、検出値Φ′_２が演算値Φ_２より小さ
ければ、演算回路１８−２の二次抵抗R₂の値を
減少させればよい。減算値７２１にて二次磁束の検出値Φ′_２と演
算値Φ_２の偏差をとり、制御回路７２２にて偏差
を増幅し、演算回路１８−２の二次抵抗R₂の値
を制御する。ところで、（42式）・（43式）に基づくこの回路
は二つの問題点を含んでいる。第１には、誘導電動機内の温度上昇により一次
抵抗R₁も変化すること、第２には、低速領域において、一次電圧に占め
る誘起電圧の割合が小さくなり、精度良く演算で
きないことである。レベル検出器７２３，７２６、発振器７２４、
論理回路７２５、オア回路７２７、保持回路７２
８は上記の二つの問題点を解消する手段である。レベル検出器７２６は速度の絶対値｜ω｜を設
定値ω^＊ _Ｈと比較し、絶対値｜ω｜が設定値ω^＊ _Ｈを
越えたときのみ信号を発生するが、その設定値ω
^＊ _Ｈは誘導電動機２の高速領域に設定し、このレベ
ル検出器７２６の出力はオア回路７２７を介して
保持回路７２８の制御信号とされる。そこで、誘導電動機２の速度が最高速度から設
定値ω^＊ _Ｈ間であるときは、制御回路７２２の出力
は保持回路７２８をそのまま通過し、速度が低下
すると、速度が設定値ω^＊ _Ｈになつた瞬間に保持回
路７２８の保持機能が働き、そのときの制御回路
７２２の出力が、速度の低い範囲でも保たれる。したがつて、二次抵抗R₂の修正は高速時にの
み行なわれるから、（42式）・（43式）において一
次電圧に占める一次抵抗R₁による電圧降下分の
割合が小さくなり、一次抵抗R₁の値の変化は磁
束の検出値φ′_２に殆んど影響せず、精度良く検
出することができる。一方、レベル検出器７２３、発振器７２４、論
理回路７２５は、誘導電動機２を中低速で長時間
運転する場合に備えたものである。発振器７２４はレベル検出器７２６と接続され
ており、絶対速度｜ω｜がレベル検出器７２６の
設定値ω^＊ _Ｈより低いときにのみ発振する。他方、レベル検出器７２３は速度の絶対値｜ω
｜と設定値ω^＊ _Ｌと比較し、｜ω｜がω^＊ _Ｌを越えて
いるときのみ信号を発生する。論理回路７２５は発振器７２４のパルスの後、
レベル検出器７２３の信号にて初めて一定幅のパ
ルスを発生し、この信号はオア回路７２７を介し
て保持回路７２８へ与えられ、保持回路７２８は
この信号の期間だけ、制御回路７２２の出力をそ
のまま通過させ、二次抵抗R₂の値を制御し、パ
ルス期間が終了するとともに、終了時の出力状態
をそのまま保つ。ここで、二次磁束Φ_２の検出精度は高速領域の
方が良く、二次抵抗R₂の変化は温度によるもの
であり、誘導電動機２の通常の加減速運転では、
高速領域における二次抵抗R₂制御信号がそのま
ま保持されるよう、発振器７２４の周期を充分長
くしなければならない。さもないと、実際の二次抵抗R₂の値はさほど
変化していないのに、中低速における精度の悪い
検出値が却て二次抵抗R₂に誤差を含ませること
になるからである。また、設定値ω^＊ _Ｌの値は二次磁束Φ_２の検出精
度と、発振器７２４の発振周期により決定される
量であり、中低速時には誘導電動機２の温度上昇
は早くなり、二次抵抗R₂の変化も早くなるか
ら、発振周期間の二次抵抗R₂の変化が、速度設
定値ω^＊ _Ｌにおける検出誤差より大きければ、演算
回路１８−２の二次抵抗R₂の値は改善される。そのようにして得られた二次抵抗R₂制御信号
は、第６図に示す一次電流瞬時値基準値演算回路
１８−２の入力端子４４６へ与えられる。４０７は、第３図と同様、一次電流α−β軸成
分指令値ｉ^＊ _１〓、ｉ^＊ _１〓より二次磁束の瞬時値Φ₂
〓、Φ₂〓を演算する二次磁束瞬時値演算回路で
ある。誘導電動機２の使用条件から、最も二次巻線の
温度が高いときの二次抵抗の値Ｒ_2Lと、最も二次
巻線の温度が低いときの二次抵抗の値Ｒ_2Sを求め
ておき、コンデンサ４２２，４２３の静電容量は
（Ｌ_２／Ｍ・１／Ｒ_２Ｌ）、コンデンサ４４４，４４５
の静電容量は｛Ｌ_２／Ｍ（１／Ｒ_２Ｓ−１／Ｒ_２Ｓ）｝なる値に
それぞれ設定されているものとする。この実施例では誘導電動機２の二次磁束Φ_２を
一次電圧から検出し、この検出値Φ′_２に磁束演
算値が等しくなるよう演算回路１８−２の二次抵
抗R₂の設定値を可変するから温度センサ２１は
不用である。また、二次抵抗値R₂の変更は、誘導電動機２
の高速時における二次磁束検出値Φ′_２を、中低
速時に優先させて行なうことにより、精度の低下
を防いでいる。本発明は上述のように、トルク指令値、磁束指
令値および誘導電動機の相互インダクタンス、二
次巻線抵抗、二次巻線自己インダクタンスの各設
定値に基づく一次電流基準値によつて周波数変換
装置を動作させて誘導電動機の一次電流を制御す
るにつき、電動機の一次電圧、一次電流の検出値
から求めた二次磁束とトルク指令および磁束指令
から求めた二次磁束とが一致するように上記二次
巻線抵抗の設定値を修正するようにしたため、ト
ルク指令に線形的に対応するトルクを発生させる
ことができ、且つ磁束指令に対する磁束の応答が
正確になり、速度制御特性および磁束制御特性の
良好な制御装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は先行技術としての正弦波サイクロコン
バータを用いて誘導電動機を自動界磁弱め制御す
るシステムの構成結線図、第２図は誘導電動機を
２相２極とし90゜位相差のα−β座標系で表わし
た動作原理図、第３図はその二次磁束Φ_２とその
α軸となす角度θの演算を行なう一次電流瞬時基
準値演算回路のブロツク線図、第４図は本発明の
一実施例を示すブロツクダイアグラム、第５図は
その二次抵抗調整回路の概要ブロツク図、第６図
はその一次電流瞬時基準値演算回路の結線図であ
る。１……周波数変換装置（正弦波サイクロコンバ
ータ）、２……誘導電動機、３……２相セルシン
発信器、４……回転計発電機、５……交流電源、
６……同期整流回路、７……速度基準、８，１
３，１６，２５，２７……比較器、９……速度制
御回路、１０……絶対値変換回路、１１，３１０
〜３１３，３２６，３２７，３３５，３３６，４
４２，４４３……掛算器、１２……界磁弱め開始
点設定器、１４……自動界磁弱め制御回路、１５
……強め界磁基準、１７……磁速制御回路、１
８，１８−１，１８−２……一次電流瞬時基準値
演算回路、１９……（ω＋ω_s）演算回路、２０
……２相→３相変換回路、２１Ｔ……温度検出
器、２１〜２３……変流器、２４……電流検出回
路、２８〜３０……電流制御回路、３１，３３…
…３相→２相変換回路、３２……電圧検出回路、
３４……二次抵抗R₂修正回路、１４１，１４２
……ダイオード、２０１……一次巻線のα軸成
分、２０２……一次巻線のβ軸成分、２０３……
二次巻線のα軸成分、２０４……二次巻線のβ軸
成分、３０１……トルク分電流指令値ｉ^＊ _１ｑの入力
端子、３０２……二次磁束分電流指令値ｉ^＊ _１ｄの入
力端子、３０３……一次電流α軸成分指令値ｉ
^＊ _１〓の出力端子、３０４……一次電流β軸成分指
令値ｉ^＊ _１〓の出力端子、３０５……二次磁束Φ_２
の演算値の出力端子、３０６……座標変換回路、
３０７，４０７……二次磁束瞬時値演算回路、３
０８……二次磁束瞬時値基準化回路、３０９……
二次磁束絶対値演算回路、３１４，３１５……加
算器、３１６，３１７，３２４，３２５，３３
２，３３７……直流演算増幅器、３３４，３３８
〜３４０……抵抗値１の抵抗器、３１８，３１
９，３２８〜３３１，３３３，３２０，３２１…
…抵抗値Ｍの抵抗器、３２２，３２３……静電容
量Ｌ_２／Ｍ・１／Ｒ_２のコンデンサ、４２２，４２３…
…静電容量Ｌ_２／Ｍ・１／Ｒ_２Ｌのコンデンサ、４４１……
関数発生器、４４４，４４５……静電容量Ｌ_２／Ｍ（１／Ｒ_２
Ｓ− １／Ｒ_２Ｌ）のコンデンサ、４４６……温度検出器２１Ｔに接続される入力端子、７０１，７０２……一
次電圧のａ軸、ｂ軸成分ｖ_a、ｖ_bの入力端子、７
０３，７０４……一次電流のａ軸、ｂ軸成分ｉ
_a、ｉ_bの入力端子、７０５……二次磁束Φ_２の演
算値の入力端子、７０６……誘導電動機２の回転
速度ωの絶対値｜ω｜の入力端子、７０７……二
次抵抗R₂を制御する信号の出力端子、７０８，
７０９……入力信号をR₁倍する倍率器、７１
０，７１１，７１６，７１７，７２１……減算
器、７１２，７１３……積分器、７１４，７１５
……入力信号をl₀倍する倍率器、７１８，７１９
……入力信号をL₂／Ｍ倍する倍率器、７２０…
…絶対値演算回路、７２２……制御回路（偏差増
幅）、７２３……入力信号が設定値ω^＊ _Ｌを越えた
ときのみ信号を発生するレベル検出器、７２４…
…発振器、７２５……論理回路、７２６……入力
信号が設定値ω^＊ _Ｈを越えたときのみ信号を発生す
るレベル検出器、７２７……オア（論理和）回
路、７２８……保持回路。

Claims

【特許請求の範囲】

１トルク指令値および磁束指令値の両指令値な
らびに誘導電動機の一次巻線、二次巻線間の相互
インダクタンス値、二次巻線の抵抗値、二次巻線
の自己インダクタンス値の各設定値に基づき、す
べりを含んだ瞬時値として前記誘導電動機に供給
すべき一次電流の基準値を演算し、この基準値に
基づいて前記誘導電動機に一次電流を供給するた
めの周波数変換装置を制御するようにした誘導電
動機の制御装置において、前記誘導電動機の一次
電圧、一次電流の各検出値から二次磁束を求める
手段と、前記トルク指令値および磁束指令値から
二次磁束を求める手段と、前記両二次磁束が一致
するように前記二次巻線抵抗の設定値を修正する
手段とをそなえ、前記二次巻線抵抗の設定値をそ
の真値に追従させるようにしたことを特徴とする
誘導電動機の制御装置。