JPS626878Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、誘導電動機の省エネルギー駆動を行
なう制御装置に関する。

〔従来技術と問題点〕

周知のように誘導電動機の一次電流は励磁電流
成分並びに二次電流成分のベクトル合成値として
与えられ、これらの各電流成分を独立に制御し得
る手段としてベクトル制御方式が開発された。

このベクトル制御方式を適用した誘導電動機の
高性能駆動系では、特に、その過渡的応答性が重
要視されるため、通常、励磁電流成分の大きさ
（電流振幅）を一定として、所要トルクに比例し
た二次電流成分とのベクトル合成値を求め、一次
電流制御が行なわれる。

しかしながら、このような従来例においては、
負荷に対応した最適の運転制御を行なうまでには
至らず、エネルギーを浪費するきらいがあつた。

〔考案の目的〕

ここにおいて本考案は、従来例の難点を克服
し、応答性が多少低下しても実用上問題とならな
い応用領域での無負荷運転時において、励磁電流
成分を低減させ省エネルギー化を図ることができ
る制御装置を提供することを、目的とする。

〔考案の概要〕

本考案は、上記目的を達成するために、 誘導電動機のベクトル制御方式で、回転角度信
号θ_Mとすべり角度信号θ_Sとを位相角とする２層
正弦波励磁電流指令を送出するものにおいて、 すべり角度信号θ_Sを位相角とするすべり周波
数演算信号ｅ_Sの振幅Ｅ_Sを、トルク指令i₂の絶対
値が設定値以下のときはその絶対値に比例させ、
設定値を越えるときは絶対値に無関係な一定値に
させる振幅制御回路を備えた誘導電動機の制御装
置である。

〔実施例〕

第１図は、本考案が適用されるベクトル制御方
式による誘導電動機の速度制御回路の基本構成を
示すブロツク線図である。

１は回転速度指令Nref、２は二相正弦波発生
器部、３，９，１０は減算器、５，６は乗算器、
７，８は加算器、１１はα相増幅器、１２はβ相
増幅器、１３，１４は電流検出器、１５は誘導電
動機、１６は速度検出器である。

そして、i₂はトルク指令電流、ｉ_n．励磁電流
であり、ｉ₂〓，ｉ_n〓およびｉ₂〓，ｉ_n〓はそれ
らをα相、β相に分けた電流、ｉ₁〓，ｉ₁〓はそ
れぞれα相一次電流指令値、β相一次電流指令値
である。

第２図は、本考案の一実施例の回路構成を表わ
すブロツク線図である。

２０１は速度検出器１６としてレゾルバを適用
したときのレゾルバ検出巻線の位相変調出力信号
ｆ_Rの入力端である。ここに信号ｆ_Rは ｆ_R＝ｆ_O±ｎ〓_Rθ〓_M ただし、ｆ_Oはレゾルバ励磁電流の周波数、 nR＝レゾルバ極数／モータ極数 θ〓_Mは電動機の回転速度である。

２０２はトルク指令i₂の入力端、２０３は波形
整形回路、２０４，２０７は分周回路、２０５は
二相ビート発生器、２０６は絶対値回路、２０７
は極性判別回路、２０８は定数Ｋ設定回路、２０
９は電圧から周波数へ変換するＶ／Ｆ変換器、２
１０，２１１は同期微分回路、２１２，２２２は
インバータ、２１３，２１４，２１５はナンド、
２１６はノア、２１８は本考案により設けられた
振幅制御回路、２１９，２２０，２２１はローパ
スフイルタ、２２３〜２２５は励磁電流指令値ｉ
_n〓＝ｉ_ncosψ，ｉ_n〓＝ｉ_nsinψ，−ｉ_n〓＝−ｉ
_nsinψの出力端、２２６はクロツク回路である。

第３図はレゾルバ位相変調信号ｆ_Rの正転側と
逆転側についての電圧波形図であり、第４図はク
ロツク回路からの出力波形図である。

なお、第１図の詳細については特願昭49−
82258「誘導機の制御装置」に、第２図の詳細は
実願昭52−153626・実開昭54−77911
（JPC55C221）「誘導電動機のストリツプ周波数
制御装置」に述べてある。

さて、第２図に示す制御回路の目的は、回転速
度正しくは回転位置の情報を持つたレゾルバ検出
巻線の出力である位相変調信号と、クロツクφ
_１，φ_２，_２によつてデイジタル的に位相変調
されたすべり周波数演算信号とから、被制御伝動
機の励磁電流指令信号を得ることである。

上記の各信号は二相ビート発生器２０５の内部
あるいは入力段で次の１式、２式のように与えら
れる。

レゾルバ位相変調信号ｅ_M（これは二相ビート
発生器２０５から送出される図示していない信号
で、電動機の回転速度の情報を有する）によるも
のとして、 ｅ_M＝Ｅ_Msin（ω_pｔ±θ_M） またはＥ_Mcos（ω_pｔ±θ_M） ……（１式） ここに、Ｅ_Mは信号ｅ_Mの最大振幅 ω_p＝２πｆ_p、 ｔは時間、 θ_Mは電動機１５のロータの回転角度
である。

すべり周波数演算信号ｅ_Sによるものとして、 ｅ_s＝Ｅ_Ssin（ω_pｔ〓θ_S） ……（２式） ここに、Ｅ_Sはｅ_sの最大振幅、 θ_Sはすべり角周波数の積分値である。

二相ビート発生器２０５は一種の乗算器でもあ
り、（１式），（２式）の積より次式が得られる。

ｅ_M・ｅ_s ＝Ｅ_MＥ_Ssin（ω_pｔ＋θ_M） sin（ω_pｔ〓θ_s） ＝１／２Ｅ_MＥ_S〔cos（±θ_M±θ_S） −cos（２ω_pｔ±θ_M〓θ_S）〕 ………（３式） ＝−１／２Ｅ_MＥ_S〔sin（±θ_M±θ_S） −sin（２ω_pｔ±θ_M〓θ_S）〕 ………（４式） ここで、２ω_p≫ｄ（±θ_M〓θ_S）／dtになる
ようにω_pを選べば、（３式），（４式）で与えられ
る信号をローパスフイルタ２２０，２２１にかけ
ることによつて、cos（±θ_M±θ_S），sin（±θ_M
±θ_S）なる二相の正弦波信号が得られる。

すなわち、二相の励磁電流指令信号をｉ_n〓，
ｉ_n〓とすれば、 ｉ_n〓＝１／２Ｅ_MＥ_Scos（±θ_M±θ_S） ………（５式） ｉ_n〓＝１／２Ｅ_MＥ_Ssin（±θ_M±θ_S） ………（６式） なる式で与えられる。

ここで、（６式）で与えられる信号は（４式）
の信号を反転してローパスフイルタ２２１にかけ
たものと考えてよい。なお、信号θ_Mおよびθ_Sの
符号は電動機１５の回転方向および駆動モード
（つまり電動あるいは回生運転状態を意味する）
によつて決定されたもので、所謂四象限運転の任
意の状態を表わすことができる。

本考案は、すべり周波数演算信号ｅ_Sの振幅Ｅ_S
をトルク指令i₂の絶対値に関連して制御し、トル
ク指令i₂が正でも負でも、無負荷あるいは軽負荷
時のように、前記絶対値がある設定値以下のとき
には振幅Ｅ_Sを前記絶対値に比例させて、ある設
定値をこえるときには振幅Ｅ_Sを一定とする振幅
制御回路を備え、励磁電流指令信号ｉ_n〓，ｉ_n〓
の振幅制御を行なうもので、第５図にこの振幅制
御回路の具体的構成例のブロツク線図を示す。

A₁〜A₄はアンプ、R₁〜R₈は抵抗、C₁はコンデ
ンサー、１Ｄ，２Ｄはダイオード、V⁺は定電圧
源、Ｏ^Vは零電位である。

第５図において、A₁は分周回路２１７の出力
信号を高インピーダンスで受けるための入力バツ
フアアンプである。また、A₃は加算回路でトル
ク指令i₂の絶対値に対する出力特性は第６図のよ
うに与えられる。A₄はアンプA₃の出力電圧の反
転信号を得るための反転回路、A₂は出力バツフ
アアンプである。

（２式）で示される信号は分周回路２１７の出
力電圧（方形波）をローパスフイルタ２２１を通
して正弦波化することによつて得られる。この
際、電圧Ｅ_Sの振幅を制御する方法として、この
実施例では分周回路２１７の方形波電圧振幅をア
ンプA₃，A₄の出力電位にリミツトすることによ
つて行なつている。アンプA₃は負側の振幅を、
またアンプA₄は正側の振幅を各アンプ出力の電
位にリミツトする。そのリミツト電圧特性は第６
図に示すように、トルク指令i₂がほぼOVの場
合、すなわち、無負荷運転時は、分周回路２１７
の方形波電圧振幅として（R₃／R₁）・V⁺なる値に
リミツトされる。トルク指令i₂が比較的小さい場
合（軽負荷時）は｜i₂｜に比例してリミツト電圧
を上げ、さらにトルク指令i₂が大きな領域ではア
ンプを飽和状態とし、リミツト電圧は一定とす
る。この場合、飽和リミツト電圧が分周回路２１
７の方形波電圧振幅の値より大きければ、ダイオ
ード１Ｄ，２ＤによつてアンプA₃，A₄の出力は
カツトオフされるので、分周回路２１７の信号は
そのまま通過し、振幅リミツトは行なわれない。
上記動作によつて、励磁電流指令の振幅をトルク
指令i₂の大きさのみに関連して制御し、無負荷運
転時あるいは軽負荷運転時の電動機励磁電流を低
下することによつて、省エネルギードライブが可
能となる。

ここで、注意すべき点はすべり周波数制御方式
によつて、誘導電動機のベクトル制御を行なう場
合に、第１図において次の式の条件が必要であ
り、 ψ〓＝θ〓＋ｒ_２／１_ｎｉ_ｎi₂ ^* ……（７式） ただし、ψ〓は制御位相角速度（固定子電流の角
周波数に相当する）、 θ〓は電動機回転角速度、 r₂は電動機２次抵抗、 １_nは電動機１相当りの励磁インダク
タンス、 i₂ ^*はトルク指令の振幅である。

励磁電流指令の振幅ｉ_nを可変とした場合に、
すべり周波数条件もそれに応じて制御しなければ
ならない。ただし、この実施例で示すハード構成
は第１図から分るように、二次電流指令は次のよ
うに制御されている。

ｉ₂〓＝−i₂i_nsinψ ……（８式） ｉ₂〓＝i₂i_ncosψ i₂ ^*＝i₂i_n 従つて、（７式）は ψ〓＝θ〓＋ｒ_２／１_ｎｉ_ｎ×ｉ_ni₂ ＝θ〓＋ｒ_２／１_ｎi₂ ……（９式） ここで、r₂，１_nは電動機の定数であり、すべ
り周波数の制御は単にトルク指令i₂の関数として
取り扱えば良いので、従来のハード構成を大幅に
変更することなく、容易に適用できる。

第７図は、本考案の実施例のブロツク線図であ
る。

第５図の振幅制御回路２１８のアンプA₃の構
成をこのように変形してもよい。｜Ｎ_fb｜は速度
検出器１６からの電動機回転数の絶対値である。

なお、振幅制御回路２１８の代わりに一般的な
乗算器_Muを利用して振幅制御をしてもよい。これ
を第８図に示す。

アンプA₃′の出力特性は第６図と同一に設定
し、第２図における振幅制御回路２１８のとこ
ろ、ローパスフイルタ２１９の出力部のところ、
ローパスフイルタ２２０および２２１の出力部の
ところのいずれかの部分に置けばよい。

〔考案の効果〕

かくして本考案によれば、負荷の所要トルクに
応じて電動機の励磁電流成分を制御することによ
り、無負荷運転時など不必要に大きな励磁エネル
ギーの供給を抑えるので、省エネドライブに効果
がある。

また、特にギヤを介して負荷を駆動する場合
は、速度検出信号に含まれる速度リツプルなどが
回転リツプルを生ずる原因となり、無負荷あるい
は軽負荷運転時においてギヤ音を発生することが
あるが、このような場合でも励磁電流成分を低下
することにより、振動トルクの発生を抑えギヤ音
の発生を大幅に軽減することができる。

ところで、速度検出信号に含まれるリツプル成
分が振動トルクとなり回転リツプルを発生する原
因となるのは、主として低速運転時のみであり、
一般に高速運転時はフイルタによつて速度検出信
号中のリツプル成分も除去される。したがつて、
ギヤ音の抑圧対策上からは、本考案の効果は特に
低速運転時のみに作用すればよい。この場合に
は、他の実施例（第７図）に示すように、加算ア
ンプA₃に速度検出信号（フイードバツク信号）
の絶対値をさらに加算することによつて、無負荷
運転時（i₂≒０）でも、高速運転時は励磁電流指
令の振幅を低下させず、正規の値に保つておくこ
とができる。これは主として高速応答性を犠性に
したくない場合に有効である。

しかして、ギヤ音の原因としては特に速度検出
信号のリツプルが問題となるが、その他に電流波
形の歪などトランジスタのスイツチング時間が問
題となる領域まで言及する必要があり単純ではな
い。本考案のように、例えば励磁電流指令の振幅
を１／√２に下げれば二次電流指令の振幅も１／
√２に低下し、発生トルクは1/2になる。したが
つて速度検出信号のリツプルなどが原因となつて
発生するトルクリツプルも1/2に低下し、ギヤ音
の大きさを大幅に軽減することができる。これは
取りも直さず省エネルギードライブに通じること
である。

さらにまた、直流機においては界磁調整を行な
う場合に専用の制御装置が必要となるが、誘導機
の場合は励磁電流成分並びに二次電流成分のベク
トル合成値として一次電流を供給するので、励磁
電流の制御（直流機の界磁制御に相当する）は特
別な変換器を用意することなく、制御的に比較的
容易に行なうことができるから、本考案の適用に
より一段とその特長が向上すると言える。

なお、従来例の１つに特開昭53−13127号［誘
導電動機の制御装置］がみられるが、これはトル
ク指令i₂の絶対値に応じてすべり周波数演算信号
ｅ_Sの振幅Ｅ_Sを制御する手段はなく、トルク指令
i₂が正でも、負でもつまり誘導電動機が負荷によ
りまわされるときでも、トルクの小さいところで
励磁電流を小さくして省エネルギードライブがで
きる点は、この従来例にはない本考案の効果であ
る。

したがつて本考案は、当該分野に寄与するとこ
ろがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案が適用されるベクトル制御方式
による誘導電動機の速度制御回路のブロツク線
図、第２図は本考案の一実施例のブロツク線図、
第３図はそのレゾルバ位相変調信号波形図、第４
図はそのクロツク信号波形図、第５図はその振幅
制御回路の詳細図、第６図はその加算アンプの特
性図、第７図、第８図は本考案の他の実施例のブ
ロツク線図である。 １……回転速度指令、２……二相正弦波発生器
部、３，９，１０……減算器、４……速度アン
プ、５，６′Ｍ_u……乗算器、７，８……加算器、
１１……α相増幅器、１２……β相増幅器、１
３，１４……電流検出器、１５……誘導電動機、
１６……速度検出器、２０１，２０２……入力
端、２０３……波形成形回路、２０４，２１７…
…分周回路、２０５……二相ビート発生器、２０
６……絶対値回路、２０７……極性判別回路、２
０８……定数Ｋ設定回路、２０９……Ｖ／Ｆ変換
器、２１０，２１１……同期微分回路、２１２，
２２２……インバータ、２１３，２１４，２１５
……ナンド、２１６……ノア、２１８……振幅制
御回路、２１９，２２０，２２１……ローパスフ
イルタ、２２３〜２２５……出力端、２２６……
クロツク回路、A₁〜A₄，A₃′……アンプ、R₀，R₁
〜R₈……抵抗、C₁……コンデンサー、１Ｄ，２
Ｄ……ダイオード。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 誘導電動機の励磁電流成分と二次電流成分を独
   立して制御するベクトル制御方式を適用した制御
   装置であつて、前記誘導電動機の回転角度信号θ
   _Mとすべり角度信号θ_Sとを位相角とする２相正弦
   波励磁電流指令を送出するものにおいて、 前記すべり角度信号θ_Sを位相角とするすべり
   周波数演算信号ｅ_Sの振幅Ｅ_Sを、トルク指令i₂の
   絶対値が設定値以下のときは前記絶対値に比例さ
   せ、前記設定値を越えるときは前記絶対値に無関
   係な一定値にさせる振幅制御回路 を備えたことを特徴とする誘導電動機の制御装
   置。