JPS6277081A

JPS6277081A - ３相誘導電動機の制御装置

Info

Publication number: JPS6277081A
Application number: JP60198471A
Authority: JP
Inventors: Kotaro Ominato; 大湊　広太郎
Original assignee: Nikki Denso Co Ltd
Current assignee: CKD Nikki Denso Co Ltd
Priority date: 1985-09-10
Filing date: 1985-09-10
Publication date: 1987-04-09
Also published as: US4752725A

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】本発明は、すべり周波数制御形ベクトル制御方式を利用
した誘導電動機の制御装置に関し、特に簡単な回路構成
で精度良く３相誘導電動機を制御できるようにした３相
誘導電動機の制御装置に関する。

一般に誘導電動機は、他の揮々電動機に比較して最も簡
単な構造をしており、小型，堅牢で交流配電電源が利用
できコストら安いことから主として定速運転を目的とし
た動力として広く使用されている。一方、精密な可変速
制御を要求されろ場合は通常直流電動機か使用される。

ずなわら直流型り１機は、電機子電流．電圧または界磁
電流を制御することにより｝・ルク，速度等の出ノ〕を
負荷の要求する特性に合わせ自在に制御できるためであ
る。

しかしながら、直流電動機は、整流子、プラン等の機械
的摩耗部を有しており、定期的な保守。

点検及び部品交換を行わなければならない欠点を有して
いた。また、前記機械的摩耗部を有するため爆発性ガス
や腐蝕性ガスの雰囲気中では使用できず、さらに整流限
界を有するため高速回転、高電圧化に限度を有し、また
その構造上複雑で高価格になる等必ずしも制御用モータ
として適さない欠点を何していた。

誘導電動機はこのような欠点は有していないものの制御
用モータとして使用する場合その制御系が極めて複雑に
なる欠点を有していた。すなわち誘導電動機の場合、電
機子電流を制御すると磁界の強さのみならずトルクにも
影響を与え、また周波数制御を行うと磁界の強さにも影
響を与えるため、直流電動機のような簡単な制御が困難
であることが要因となっており、その制御範囲も直流電
動機に比較して極めて稚拙なものであった。

この欠点を解消した誘導電動機の制御方式として、特公
昭５０−３４７２５号に代表されろ磁界オリエンテーシ
ョンによる・＼クトル制御方式か提案されｒ＝。この方
式によると誘導ｌｕ電動機利点を生かしなから直流電動
機と同等の制御か可能となる〃Ｊ果を有するが、その実
施に当たっては、磁界を検出するためのセンサを電動機
に内設しな；すｈばならづ２、そのため誘導電動機の特
長であるシンプルな構造でメンテナンスを不必要にする
効果が損ナメつれ、コストら高価格になり、またその制
御系ら磁束制御部を設けなければならないため複＞１Ｆ
になる欠点を有していた。

さらにこの欠点を改良した誘導電動機の制御方式として
、特公昭５７−［７５０号、特公昭５Ｂ−３２８７３号
等に例示されろすべり周波数制御形ベクトル制御方式に
よる制御装置が種々提案されている。この方式は、いず
れの例においてら、速度設定値と速度検出値との偏差に
より電流指令値を導き、この電流指令値と２相正弦波発
生装置のＳｉｎ出力とを乗算して有効分電流を求め、前
記２車圧弦波発生装置の出力から面記仔効分電流に対し
て９０゜の位相を持つＣｏｓ出力を創出し、このＣｏｓ
出力に予じめ設定された値を乗算して無効分電流を求め
、この無効分電流と前記有効分電流との直交ベクトル和
の値を各相の制御電流とした制御方式である。この方式
によると磁束検出器や磁束制御回路等を必要とせず良好
なベクトル制御か可能となるが、有効分電流に対して９
０°の位相をもつ無効分電流を導かなければならず、２
相誘導電動機の場合は良いが３相誘導電動機の場合、各
相伝にＳｉｎ波Ｃｏｓ波を創出しなければならずその回
路は曳堆て難解となり、さらに設計時及び設計変更時に
おける数値計算も極めて繁雑で計算しにくい欠点を有し
ていた。またこの方式で３相誘導電動機を制御する場合
においては、同理由により、２相−３相変換回路を付加
しなければならず、これも回路を複雑にする要因となっ
ていた。

本発明は上記欠点をすべて解決した乙ので、シンプルな
回路構成で解り易く、数値設計も代数３ｊ′算的に行う
ことができ、さらに２　ｔｌ’ｊ　−３ｔ’■変換回路
を必要とせず直接３相駆動てきるようにした３相１透導
電動機の制御装置を提供することを１」的とする。

以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。図において（１）は速度設定回路である。この速度
設定回路（１）は予め設定した（モ色の速度ω−を出力
する。（２）は速度検出器である。

この速度検出器（２）は電動機の実際の回転速□□□ω
ｒを検出し出力する。（３）は速度比較器である。この
速度比較器（３）は前記設定速度ωｒ袴と実際速度ωｒ
とを比較し、その偏差値〆ωｒを出力オろ。

（４）は電流指令回路である。この電流指令回路（４）
は前記速度偏差値Ｚωｒに応じた？ＩＸＬ流指令値Ｉｔ
を出力する。（５）はずへす周波数算出回路である。

このすべり周波数算出回路（５）は前記電流指令値１℃
に応じたすべり周波数ωＳを出力する。（６）は周波数
指令回路である。この周波数指令回路（６）は前記すべ
り周波数ωＳ及び前記実際速度ωｒを加算して周波数指
令ωＯを出力ずろ。（７）は３用型弦波発生回路である
。この３用型弦波発生回路（７）は前記周波数指令ω０
に応じた周波数の正弦波ＳｉｎＱ°及びＳ　ｉｎ　１２
０’を出力する。（８）はＩｉｌ　ｆｉｉ’Ｌ設定回路
である。このＩａ値設定回路（８）は予しめ設定された
固定型［’ｌ設定値１ａを出力する。

（９）は演算回路である。この演算回路（９）は面記設
この加算器（ｌＯ）は１１７Ｊ記電流指令値Ｉ［と前記
バイａ（Ｉ　Ｌ　＋−）を出力する。（１１）は第１の乗算器
である。この乗算器（１１）は前３己ヘクトル電流値Ｓ
ｉｎｇ’の出力とを乗算し、Ｓｉｎｇ’の方向性ろ。（
１２）は第２の乗算器である。この乗算器（１２）は前
記設定値Ｉａと前記３柑正弦波発生回路（７）のＳｉｎ
１２０°の出力とを乗算し、前記電流成分値１２０°の
電流成分子Ｆｊ（Ｉａ）を出力する。（１３）はベクト
ル演算回路である。このベクトル演算回路（１３）（Ｊ
前記２方向の電ｄε成分子１ｌＪｌのヘクトル和をｉｉ
ｌ　’Ｃ’Ｊ：　−ｆろ回路て、３４’０１誘導電動機
の１１１１例えば（、川の制御７ｕ流てあろｌｕを出力
する。

次に、３相の各制御電流１ｕ、ｌｖ、Ｉｗを・厚〈実施
例を第３図を参照して説明する。前記３用型弦波発生回
路（７）は、Ｓｉｎｇ’とＳ　ｉｎ　１２００の２川波
のみ出力する。そしてこの２つのｉＥ弦彼を加算器（［
４）で加算することによりＳ　ｉｎ　２４０’を合成し
、１２０°位相をＧっ３方向電流成分を導く。そして前
記ＳｉｎＯ°とＳ　ｉｎ　１２０’に前記より乗算し、
ベクトル演算回路（１３）によりｌ＋ｎ算士ることによ
りＵ相制御電流［ａを導出する。同様にＳｉｎ１２０°
とＳ　ｉｎ　２４０°とにより■…制御′ｍ流Ｉｖを、
またＳ　ｉｎ　２４０°とＳｉｎｇ’とによりＷ柑制御
電流１ｗを導出することにより３１Ｈの制御電流を得る
。

以」二の説明て明らかなように本発明３柑誘導電動機の
制御装置によれば、従来のずべり周波数制御形ベクトル
制御方式て必要であったＳｉｎｇ’に対して９０°の位
相をらっｒ二波形すなイっち佇効分電流に直交する無効
分電流を求めるためのＣｏｓ波を創る必要が）１１（＜
、Ｓｉｎ波のみで制御できるため・極めてツノプルで解
り易し・回路構成となる。

また、そのため設計時及び設計変更時における数値設計
ら代数計算的に簡単に行うことができろ。

さらに、実施例に示すようにＳ　ｉｎ　２４０°はＳｉ
ｎＯ°とＳｉｎ　１２０’　との合成により得ることか
できるため、ＳｉｎＯ°とＳ　ｉｎ　１２０’　との２
相波のみて制御することかできる。また、２柑等価回路
に置換Ｕ゛すに回路を構成することができろため、２柑
−３ｔｏ変換回路を必要とす゛ずに３柑誘導電動機を制
御することが可能となる等の著効を何する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明３川誘導電動機の制御装置の一実施例を示
し、第１図はその制御系を示すブロック図、第２図及び
第３図は同回路図を示ケ。（１）・速度設定回路、　　（２）速度検出器、（３）
・速度比較器、　　　（４）・電流指令回路、（５）す
へり周波数算出回路、（６）・・周波数指令回路、（７）・・・３柑正弦波発生回路、（８）・・用ａ値設
定回路、（９）・・・演算回路、　　　　　（１０）・
加工γ器、（１，１）、（１，２）・・・乗算器、　（
１３）・・ベクトル演算回路、（１４）−・加算器 ωｒ”・速度設定値、　　ωｒ・速１里検出値、７ωｒ
−速度偏差値、　　Ｉｔ・・電流指令値、ωＳ　・・・
すべり周波数、　ω０・・周波数指令値、特１作出願人
　　　［］　機電装目Ｚ式会社図　　　　　　面第１図第２図第３図手続ネ１１正５”＋　（自発）１、事件の表示昭和６０年特許願第１９８／１７１号２、発明の名称３相誘導電動機の制御装置３、補正をする者事件との関係　特許出願人日磯電装株式会礼４、代理人東京都新宿区新宿４丁目３番２２号（安藤ビル）電話　
０３−３５２−１５６１　　（代）明　　　　　　　　
細　　　　　　　　書１、発明の名称３相誘導電動磯の制御装置２、特許請求の範囲置において、これら一方の電流成分値と他方の電流成）とのベクトル
和を求めこ机を前記制６０電流ｆｔｆｉとじを備えたこ
とを特ｉ牧とする３相誘導電動別の制御装置。行なうことを特徴とする特許請求の範囲第１頂記載の３
相誘導電動機の制御装置。３、発明の詳細な説明〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、すべり周波数制御形ベクトル制鉗方式を利用
した誘導電動■の制ｉ１］菰冒に関し、特に簡Ｉｐな回
路構成で精度良く３相誘導電動喋を制ｉ’ｉｎできるよ
うにした３相翌関する。（従来の技術）一般に誘４電動様は、他の種々の電動機に比較して最し
筒中な構造をしており、小型、堅牢で交流配電電源が利
用できコストも安いことから主として定速運転を目的と
した動力として広く使用されている。一方、精密な可変
速制御を要求される場合は通常直流電ｖＪ懇が使用され
る。すなわち直流電動機は、電機ｆ電流、電圧または界
磁電流を制御することによりトルク、速度等の出力を負
荷の要求する特性に合わせ自在に制御できるためである
。しかしながら、直流電動）幾は、整流子、ブラシ等の機
械的摩耗部を有しており、定期的な保守、点検及び部品
交換を行なわなければならない。また、前記機械的摩耗
部を有するため爆発性ガスや腐蝕性ガスの雰囲気中では
使用できヂ、さらに整流限界を有するため高速回転、高
電圧化に限度を有し、またその構造上複雑で高（ｌｌＩ
ｉ洛になる等必ずしも制御用モータとして適さない。誘導電動機はこのような問題点はないものの制御用モー
タとして使用する場合その制御系が極めて複雑になる。すなわち誘導゛、１動機の場合、電機子電流を制η口す
ると磁界の強さのみならずトルクにも影響を与え、また
周波数制御を行なうと磁界の強さにも影響を与えるため
、直流電動機のような簡単な制御が困難である。また、
その制１２Ｉｌ範囲し直流電動機に比較して極めて限ら
れたものであった。この点を解消した誘導電動機の制りＢ方式どして、特公
昭５０−３４７２５号公報に代表される磁界オリエンテ
ーションによるベクトル制御方式がＩ！ｕ案された。こ
の方式によると＋、Ｘ’！Ｑ電０１磯の電点１磯かしな
がら直流電動瀘と同等のＬ制御が可能となる効果を右す
るが、その実施に当たっては、磁界を検出づるためのセ
ンサを電動機に内設しなければならず、そのため誘導電
動機の特長であるシンプルな構造でメンテナンスを不必
要にする効果が１０なわれ、コストも高価格になる。ま
た、その制御系ら磁束制御部を設けなければならないた
め複雑になる。さらにこの点を改良した誘導電動機の制御方式として、
特公昭５７−４０７５０号公報、特公昭５６−３２８７
３号公報に例示されるすべり周波数制御形ベクトル演算
手段による制御￥ニア、置が種々提案されている。この
方式は、いずれの例においても、速度設定値と速度検出
値との偏差により電流指令値を導き、この電流指令値と
２用型弦波発生装置のＳｉｎ出力とを乗算して有効分電
流を求め、前記２用型弦波発生装置の出力から前記有効
分電流に対して９０’の位相を持つＣｏｓ出力を創出し
、このＣｏｓ出ノｊに予め設定された値を乗算して無効
分電流を求め、この無効分電流と前記有効分電流との直
交ベクトル和の値を各相の制御電流とした制御方式であ
る。（発明が解決しようとする問題点）この方式によると磁束検出器や磁束制御回路等を必要と
せヂ良好なベクトル制御が可能となるが、有効分電流に
対して９０’の位相をもつ無効分電流を導かなければな
らず、２相誘導電動機の場合は良いが３相誘導電動機の
場合、各相伝にＳｉｎ波およびＣｏｓ波を創出しなけれ
ばならずその回路は複雑で難解どなり、さらに設泪時及
び設訓変更時における数値計算も極めて繁雑で５１弾し
にくい。またこの方式で３相誘導電動機を制御する場合
においては、同叩由により、２相−３相変換回路を付加
しなければならず、これも回路を複雑にする要因となっ
ていた。本発明は上記問題点をすべて解決したもので、シンプル
な回路構成で分り易く、数値設削も代数計算的に行なう
ことができ、さらに２相−３相変換回路を必要とせず直
接３相駆動できるようにした３相誘導電動機の制御装置
を提供することを目的とする。（発明の構成）（問題点を解決するための手段）本発明は、設定速度と実際速度との偏差に応じて電流指
令値および周波数指令値を求め・これらに基づいて制御
電流（直を求めるすべり周波数制御形ベタ１ヘル制御方
式による３相誘導電動機の制御装置に関するもので、３
用型弦波発生手段、第１の演算手段、第２の演算手段お
よびベクトル演算手段を備えている。前記３用型弦波発生手段は前記周波数指令値に応じた周
波数の３用型弦波を発生する。第１の演算手段は、この３用型弦波発生手段から出力さ
れる互いに１２０°の位相を持つ出力の一方と予め設定
された設定値とを乗算して−１）の電流成分値を求める
。第２の演算手段は、前記電流指令値に前記設定値の１７
２の値を加え、かつこれと３用型弦波発生手段から出力
される他方の出力とを東のして他方の電流成分値を求め
る。ムク１〜ル演免手段はこれら一方の電流成分値と他方の
電流成分値とのベクトル和を求めこれを前記制御電流値
どして出力する。（１１用）本発明は、３用型弦波発生手段で周波数指令値に応じた
周波数の３用型弦波を発生し、第１の演算手段により、
前記３用型弦波の出力のうち互いに１２０°の位相をも
つ出力の一方と予め設定された設定値とを乗算して一方
の電流成分値を求める。また、第２の演算手段により、設定速度と実際速度の偏
差に応じて求められた電流指令値に前記設定値の１７２
の値を加えるとともに、この値と前記３用型弦波発生手
段から出力される他方の出力を乗算して他方の電流成分
値を求める。そして、ベクトル演算手段により、これら一方の電流成
分値と他方の電流成分値とのムク１ヘル和を求め、制御
！ｉｌ電流値として出力し、３相誘導電動機を制御する
。に実施例）以下、本発明の一実施例を図面を参既して詳細に説明す
る。第１図および第２図において１は速度設定回路で、
予め設定した任意の速度ωｒ″を出力する。２は速度検
出器で、被制御電動殿の実際の回転速度ωｒを検出し出
力する。３は速度比較器で、前記設定速度ωｒ′と実際
速度ωｒとを入力し、これらを比較してその偏差値２ω
ｒを出力ザる。４は電流指令回路で、前記速度嘔差賄Δ
ωｒに応じた電流指令値Ｉｔを出力する。５はすべり周
波数算出回路で、前記電流指令値Ｉｔを入力し、これに
応じたすべり周波数ωＳを所定の演算手法により求め出
力する。６は周波数指令回路で、前記すべり周波数ωＳ
及び前記実際速度ωｒを加算して周波数指令ω０を出力
する。７は３引圧弦波発生手段で、前記周波数指令ω０
に応じた周波数の正弦波Ｓｉｎ　Ｑｏ及びＳｉｎ１２０
’を出力する。１５は第１の演算手段で、Ｉａ値設定回路８および乗算
器１２から成り、制ｔｌｌ電流値の一方の電流成分値を
算出する。このＩａ値設定回路８は予め設定された固定
電流設定値Ｉａを出力する。なお、乗算器１２について
は後述する。１６は第２の演算手段で、演算回路９、加
算器１０、乗算器１１から成り、前記制御電流値の他方
の電流成分値を算出する。上記演算回路９は前記設定値
Ｉａの１７２の値を演算し、設定値／２であるバイアス
電流１ａ／２を出力する。、　＋Ｊ１．１舜器１０は前
記電流指令値１１と前記バイアス電流Ｉａ／２とを加算
したベクトル電流値（Ｉｔ＋Ｔａ／２）を出力する。こ
の乗舜器ｍよ前記ベクトル電流値（Ｉｔ＋　Ｉａ／２）
と前記３引圧弦波発生手段７のＳｉｎｏ’の出力とを乗
算し、Ｓｉｎ　Ｏ’の方向性をもった一方の電流成分値
（Ｉｔ＋　Ｉａ／２）を出力づ−る。前記第１の演算手段１５おける東得器１２は前記設定値
１ａど前記３引圧弦波発生手段７のＳｉｎ１２０゜の出
力とを乗算し、前記電流成分値（Ｔｔ＋　Ｉａ／２）に
対して１２０°の位相をもったＳｉｎ１２０’の電流成
分値Ｉａを出力する。１３はベクトル演算手段で、前記
２方向の電流成分値のベクトル和を演静する。そしてこ
のベクトル和は３相誘′ｆＩ電動機の１相例えばり相の
制御電流１ｕとして出力される１゜このように１２０°
の位相をもつ２ｈ向の電流成分値のベクトル和を制御２
Ｉｌ電流値とすることができるので、従来の有効分゛電
流に直交する無効分電流を求めるためのＣｏｓ波を創る
必要がなく、シンプルな構成とすることができる。次に、３相の各制御電流１ｕ、　Ｉｖ、ＩＷを導〈実施
例を第３図を参照して説明する。前記３引圧弦波発生手
段７は、Ｓｉｎ　０°とＳｉｎ　１２０’　ノ２相波の
み出力する３相正弦波発生装置７ａと、この２つの正弦
波を加算することによりＳｉｎ２４０°を合成する加算
器７ｂとで構成され、これらににって１２０°ずつ位相
差をもつ３方向電流成分を導く。そして前記Ｓｉｎｇ°とＳｉｎ１２０°に前記（Ｉｔ″
ｌＩａ／２）とＩａとを各々乗算器１１．１２により乗
ＩＬ、ベクトル演算手段１３で加算することによりＵ相
制御電流Ｔｕを導出する。同様にＳｉｎ１２０゜とＳｉ
ｎ２４０°どによりＶ相制御電流１ｖを、またＳｉｎ２
４０’　とＳｉｎｇ”　とによりＷ相制御電流１ｗを導
出づることにより３相の制御！ＩｌＩ流を得る。〔発明の効果］本発明によれば、従来のすべり周波数制御形ベクトル制
御方式で必要であったＳｉｎ　Ｏ’に対して９０°の位
相をちった波形すなわち有効分電流に直交する無効分電
流を求めるためのＣｏｓ波を創る必要が無く、Ｓｉｎ波
のみで制衛１できるため、極めてシンプルで解り易い回
路構成となる。また、そのため設８１時及び設計変更時
における数値設計も代数計算的に簡単に行うことができ
る。さらに、実施例に示すようにＳｉｎ２４０’　はＳ
ｉｎ　Ｏ’　とＳｉｎ１２０°との合成により得ること
ができるため、Ｓｉｎ　Ｑ’　とＳｉｎ１２０”　との
２相波のみで制御することができる。また、２相笠何回
路に置換せずに回路を構成することができるため、２相
−３相交換回路を必要とぜずに３相誘導電動はをゐｊ］
御することが可能となる。４、図面の簡単な説明図面は本発明の３相誘導電動機の制御装置の一実施例を
示し、第１図はその制御系を示すブロック図、第２図お
よび第３図は同回路図である。７・・３引圧弦波発生手段、１３・・ベクトル演弾手段
、１５・・第１の演弾手段、１６・・第２の演算手段。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）すべり周波数制御形ベクトル制御方式の３相誘導
電動機の制御装置において、１２０°位相をもつ２方向
の電流成分値のベクトル和を制御電流とした制御装置で
あって、一方の電流成分値は周波数指令に応じて３相正
弦波を発生する３相正弦波発生装置の第１の出力と予じ
め設定された設定値との乗算値であり、他方の電流成分
値は速度偏差に応じて電流指令値を発生する電流指令回
路の出力に前記設定値の１／２の値を加算した値と前記
３相正弦波発生装置の第２の出力との乗算値であること
を特徴とする３相誘導電動機の制御装置。
（２）３相正弦波発生装置はＳｉｎ０°とＳｉｎ１２０
°との２相波を出力し、この２相波よりＳｉｎ２４０°
を合成して各１２０°位相の３方向電流成分を導き、こ
の各電流成分に「設定値」及び「電流指令値＋設定値／
２」を乗算して各電流成分値を算出し、この各電流成分
値のベクトル和を各相の制御電流としたことを特徴とす
る前記特許請求の範囲第１項記載の３相誘導電動機の制
御装置。