JPS63186596A - Controlling method for induction motor by pwm inverter - Google Patents

Controlling method for induction motor by pwm inverter

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JPS63186596A
JPS63186596A JP62016299A JP1629987A JPS63186596A JP S63186596 A JPS63186596 A JP S63186596A JP 62016299 A JP62016299 A JP 62016299A JP 1629987 A JP1629987 A JP 1629987A JP S63186596 A JPS63186596 A JP S63186596A
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JP
Japan
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magnetic flux
vector
torque
flux vector
induction motor
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Application number
JP62016299A
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Japanese (ja)
Inventor
Atsushi Fujikawa
淳 藤川
Yasuhiko Okada
岡田 靖彦
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Toyo Electric Manufacturing Ltd
Original Assignee
Toyo Electric Manufacturing Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/06Rotor flux based control involving the use of rotor position or rotor speed sensors

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  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

PURPOSE:To know a correct magnetic flux component and a torque component by increasing a discriminating divisions equally divided from the circumference of magnetic flux vector direction discriminating means by a microprocessor as large as possible to calculate. CONSTITUTION:Magnetic vector direction discriminating means 8 outputs any of 12 types as magnetic vector position signal phii according to the clockwise rotating angle from the d-axis of a magnetic flux vector phi. Control signal generating means 9 selects the optimum voltage vector according to a magnetic flux increase/decrease signal phix from magnetic flux comparing means 6 aud a torque increase/decrease signal taux from torque comparing means 7, and turns ON, OFF switching elements so that a 3-phase PWM inverter 2 generates it.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高速ディジタル制御されるPWMインバータに
よる3相誘導電動機の磁束およびトルク制御方式に関す
るものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a magnetic flux and torque control system for a three-phase induction motor using a high-speed digitally controlled PWM inverter.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

誘導電動機の制御においては近年インバータ制御が一般
的ではあるが、議音や過渡応答性などの問題から、近年
は次に説明する瞬時空間ベクトル制御が脚光を浴びてい
′る。
In recent years, inverter control has been common in controlling induction motors, but instantaneous space vector control, which will be described next, has recently been in the spotlight due to problems such as noise and transient response.

この瞬時空間ベクトル制御1こついては、昭和61年1
月発行の電気学会論文誌Bの106巻1号第9ページ以
下に掲載された「瞬時すべり周波数制御に基づく誘導電
動機の新高速トルク制御法」なる論文でも解説されてい
るが、その瞬時空間ベクトル制御による誘導電動機の制
御方法について図を用いて説明する。
This instantaneous space vector control 1 problem was introduced in 19861.
It is also explained in the paper entitled "New high-speed torque control method for induction motors based on instantaneous slip frequency control" published in Volume 106, Issue 1, Page 9 and below of IEEJ Transactions B published in April, but the instantaneous space vector A method for controlling an induction motor will be explained using diagrams.

第1図は瞬時空間ベクトル制御による誘導電動機の制御
方法を示すブロック図であり、第2図は第1図中の3相
PWMインバータ部の主回路接続図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a method of controlling an induction motor using instantaneous space vector control, and FIG. 2 is a main circuit connection diagram of the three-phase PWM inverter section in FIG.

3相PWMインバータ2は、大容量トランジスタ、GT
OサイリスタまたはSIサイリスタ等のオン、オフ可能
なスイッチング素子Q1〜Q6およびダイオードD、−
D、から構成され、各スイッチング素子Q1〜Q6はそ
れぞれダイオードh〜へと並列接続された上、3相ブリ
ッジ回路として接続され、制御信号発生手段9から送ら
れるスイッチング信号によりスイッチング素子Q1〜Q
6がオン、オフするO このように構成された3相PWMインバータ2は、直流
電圧源1からの給電を受けて3相誘導電動機3を詔勅す
る。
The three-phase PWM inverter 2 is a large-capacity transistor, GT
Switching elements Q1 to Q6 that can be turned on and off, such as O thyristors or SI thyristors, and diodes D, -
Each of the switching elements Q1 to Q6 is connected in parallel to a diode h, respectively, and is also connected as a three-phase bridge circuit, and the switching elements Q1 to Q are connected by a switching signal sent from the control signal generation means 9.
6 turns on and off. The three-phase PWM inverter 2 configured in this way receives power from the DC voltage source 1 and operates the three-phase induction motor 3.

3相誘導電動機3の各相の電圧をVυ、 My 、 v
wとし、各相の電流をLg 、 iy 、 fwとした
とき、これらを直交座標軸上でのd軸、q軸の2構成分
であるvd+ V、およびtd、 l、に分解するには
次式によればよいO q成分i(1+ Iqより、電圧ベクトルVおよび電流
ベクトルiは v=vd+jvq      ・・印〔旧旧・・………
■t = id+ jsq       ・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・■で表される。
The voltage of each phase of the three-phase induction motor 3 is Vυ, My, v
When w and the currents of each phase are Lg, iy, and fw, to decompose these into two components of the d-axis and q-axis on the orthogonal coordinate axes, vd+V, and td, l, use the following equation. According to Oq component i (1 + Iq, voltage vector V and current vector i are v=vd+jvq...mark [old and old......
■t=id+jsq・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・■

ここにjはベクトル積を示す。Here, j indicates a vector product.

電圧ベクトル演算手段4a 、電流ベクトル演算手段4
bおよび磁束演算手段4によって磁束ベクトルの瞬時値
を演算する手段を構成している。電圧ベクトル演算手段
4aは直流電圧源1の電圧検出値Vと、3相PWMイン
バータ2を構成する6個のスイッチング素子Q1〜Q6
のうちどれがオンしているかの情報を得て、3相誘導電
動機3の各相電圧Vυ。
Voltage vector calculation means 4a, current vector calculation means 4
b and the magnetic flux calculation means 4 constitute means for calculating the instantaneous value of the magnetic flux vector. The voltage vector calculation means 4a uses the detected voltage value V of the DC voltage source 1 and the six switching elements Q1 to Q6 that constitute the three-phase PWM inverter 2.
Obtaining information on which one of them is on, the voltage of each phase of the three-phase induction motor 3 is determined.

My 、 VWを知り、■式を用いて電圧ベクトルVを
演算する。
Knowing My and VW, calculate the voltage vector V using equation (2).

なお、3相PWMインバータ2のU相の正負スイッチン
グ素子Ql、Q4、■相の正負スイッチング素子Q3.
Q6、W相の正負スイッチング素子Qs、Q2のうち、
少なくとも2相以上の正負いずれか異なる一方のスイッ
チング素子をオンするか、または3相共正負いずれか等
しい一方のスイッチング素子をオンし、他はすべてオフ
するよう構成されている。
In addition, the U-phase positive and negative switching elements Ql and Q4 of the three-phase PWM inverter 2, and the ■-phase positive and negative switching elements Q3.
Q6, W-phase positive/negative switching elements Qs, Q2,
It is configured to turn on one of the switching elements of at least two phases, which are different in positive and negative, or to turn on the switching element of one of the three phases, which are equal in positive and negative, and to turn off all the others.

3相PWMインバータ2を構成する6個のスイ、チング
素子Ql−Qaが前記の条件でオン、オフされたとき、
そのオン、オフの状態による電圧ベクトルv (k)を
■式により計算すると、次の電圧ベクトル表のごとくな
る。表中、各スイッチング素子欄に記載した1はオンを
示し、Oはオフを示すものであり、d構成分Vdおよび
q軸成分v9の実際の値は表中の値にL口重および直流
電圧源の電圧検出値Vを乗じたものである。
When the six switching elements Ql-Qa constituting the three-phase PWM inverter 2 are turned on and off under the above conditions,
When the voltage vector v (k) depending on the on/off state is calculated using the equation (2), the following voltage vector table is obtained. In the table, 1 written in each switching element column indicates on, O indicates off, and the actual values of d component Vd and q-axis component v9 are the values in the table, L weight and DC voltage. It is multiplied by the detected voltage value V of the source.

電圧ベクトル表 ここで、大きさがOとなる電圧ベクトルv (0)およ
びv (13)を零電圧ベクトルと称し、この零電圧ベ
クトルを出力する場合は、3相PWMインバータ2を構
成するスイッチング素子のうち、正側のスイッチング素
子QhQs +Qs全部がオンするか、または負側のス
イッチング素子Q2.Q4−Qs全部がオンした時であ
り、3相誘導電動機3の各相の端子を短絡した場合に相
当する。
Voltage vector table Here, the voltage vectors v (0) and v (13) whose magnitude is O are called zero voltage vectors, and when outputting this zero voltage vector, the switching elements constituting the three-phase PWM inverter 2 Among them, all of the positive side switching elements QhQs +Qs are turned on, or the negative side switching elements Q2. This is the case when all Q4-Qs are turned on, and corresponds to the case where the terminals of each phase of the three-phase induction motor 3 are short-circuited.

第3図は電圧ベクトル図であり、電圧ベクトル表を図示
したものであって、d軸と同一方向であるマ(1)と、
それから306ず□つ時計方向に進むv(2)〜v(1
2)および2つの零電圧ベクトルv(13) 、 V 
(0)が出力されることを示す0但し、零電圧ベクトル
を除いて各電圧ベクトルv (k)のkの値が奇数の場
合の絶対値は等しいが、偶数の場合はv/T/2の絶対
値となっている。
FIG. 3 is a voltage vector diagram, which shows a voltage vector table, with ma (1) in the same direction as the d axis,
Then proceed 306 times□ clockwise from v(2) to v(1
2) and two zero voltage vectors v(13), V
(0) is output. However, except for the zero voltage vector, each voltage vector v (k) has the same absolute value when the value of k is an odd number, but when it is an even number, the absolute value is v/T/2 is the absolute value of

電流ベクトル演算手段4bは変流器OTにより検出した
3相誘導電動機3の各相電流検出値lu 、 iv。
The current vector calculation means 4b calculates each phase current detection value lu, iv of the three-phase induction motor 3 detected by the current transformer OT.

iwから、0式を用いて電流ベクトル五を演算する。From iw, a current vector 5 is calculated using equation 0.

磁束演算手段4は電圧ベクトルV、電流ベクトルiおよ
び3相誘導電動機3の1次抵抗値Rから、次式を用いて
磁束ベクトルJを演算する。
The magnetic flux calculation means 4 calculates the magnetic flux vector J from the voltage vector V, the current vector i, and the primary resistance value R of the three-phase induction motor 3 using the following equation.

の方向へ延びていくものと考えてよい。磁束ベクトルφ
も勿論d、q2軸成分φdおよびφqで表されるO トルクの瞬時値を演算するトルク演算手段5では、磁束
ベクトルφと電流ベクトルlから、次式を用いてトルク
の瞬時値fを演算する。
It can be thought of as extending in the direction of . magnetic flux vector φ
Of course, the d and q two-axis components φd and φq represent O. The torque calculation means 5 that calculates the instantaneous torque value calculates the instantaneous torque value f from the magnetic flux vector φ and the current vector l using the following equation. .

デ=φ×i−φdX iq−φq X td  ・・・
・・・・・・・・・・・・・・・■磁束比較手段6は磁
束ベクトルφから 1φ1=刀■で    ・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・■で算出した磁束の絶対値1φ1
と他から与えられる磁束指令値φとを比較し、磁束の絶
対値1φ1が小さすぎるか、はぼ適正か、あるいは大き
すぎるかを示す磁束増減信号φ8を発生する。
De=φ×i−φdX iq−φq X td...
・・・・・・・・・・・・・・・■The magnetic flux comparison means 6 calculates from the magnetic flux vector φ1φ1=sword■ ・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・Absolute value of magnetic flux calculated by ■ 1φ1
and a magnetic flux command value φ given from another source, and generate a magnetic flux increase/decrease signal φ8 indicating whether the absolute value 1φ1 of the magnetic flux is too small, approximately appropriate, or too large.

トルク比較手段7はトルクの瞬時値tと他から与えられ
るトルク指令値fとを比較し、トルクの瞬時値Tが小さ
すぎるか、はぼ適正か、あるいは大きすぎるかを示すト
ルク増減信号fを発生する・第4図は磁束ベクトル図で
、3相誘導電動機3が安定に運転されている状態では、
磁束ベクトルφは一定の大きさを保ち、一定の速さで矢
印に示すごとく時計方向に回転し、磁束ベクトルφの先
端の軌跡は円となる。
The torque comparison means 7 compares the instantaneous torque value t with a torque command value f given from another source, and generates a torque increase/decrease signal f indicating whether the instantaneous torque value T is too small, almost appropriate, or too large. Figure 4 is a magnetic flux vector diagram, and when the three-phase induction motor 3 is operating stably,
The magnetic flux vector φ maintains a constant size and rotates clockwise at a constant speed as shown by the arrow, and the trajectory of the tip of the magnetic flux vector φ becomes a circle.

0式でも説明したように、現在の磁束ベクトルφと同一
方向の電圧成分を印加すると増磁することになり、逆方
向の電圧成分を印加すると減磁することになる。すなわ
ち、磁束成分Φを有する電圧ベクトルv (k)を選択
すれば増磁する。
As explained in Equation 0, applying a voltage component in the same direction as the current magnetic flux vector φ will result in magnetization, and applying a voltage component in the opposite direction will result in demagnetization. That is, if a voltage vector v (k) having a magnetic flux component Φ is selected, the magnetization is increased.

一方、現在の磁束ベクトルφの方向より時計方向に90
°進んだ電圧成分がトルク成分子であり、この方向の電
圧成分を有する電圧ベクトルV(k)を選択すれば、正
トルクを発生すると共に電圧ベクトルφは時計方向に回
転する。
On the other hand, 90 degrees clockwise from the direction of the current magnetic flux vector φ
The voltage component advanced by ° is the torque component element, and if a voltage vector V(k) having a voltage component in this direction is selected, a positive torque is generated and the voltage vector φ rotates clockwise.

第4図に示した磁束ベクトルφの場合、磁束比較手段6
からの磁束増減信号φ8により磁束の絶対値1φ1が小
さすぎるとの通報があれば、磁束成分Φの一番大きい電
圧ベクトルv(2)を印加するようにスイッチング素子
をオン、オフする。
In the case of the magnetic flux vector φ shown in FIG.
If it is reported that the absolute value 1φ1 of the magnetic flux is too small by the magnetic flux increase/decrease signal φ8 from the magnetic flux increase/decrease signal φ8, the switching element is turned on and off so as to apply the voltage vector v(2) with the largest magnetic flux component φ.

トルク比較手段7からトルク増減信号によりトルク!が
小さすぎるとの通報があれば、トルク成分子の一番大き
い電圧ベクトルv(5)を印加するようにスイッチング
素子をオン、オフする。両者共に小さすぎるとの通報の
場合には磁束成分Φとトルク成分子を共に有する電圧ベ
クトルv(3)またはv(4)を印加するようにスイッ
チング素子をオン。
Torque by the torque increase/decrease signal from the torque comparison means 7! If it is reported that is too small, the switching element is turned on and off so as to apply the largest voltage vector v(5) of the torque component. If it is reported that both are too small, the switching element is turned on to apply voltage vector v(3) or v(4) having both magnetic flux component Φ and torque component.

オフする。Turn off.

このように、磁束比較手段6およびトルク比較手段7か
らの要求によりオン、オフすべきスイッチング素子は、
その時の磁束ベクトルφの方向により異なるので、毎演
算サイクルごとに磁束ベクトルの方向を演算しなければ
ならない。
In this way, the switching elements to be turned on and off according to requests from the magnetic flux comparison means 6 and the torque comparison means 7 are as follows:
Since it depends on the direction of the magnetic flux vector φ at that time, the direction of the magnetic flux vector must be calculated every calculation cycle.

磁束ベクトルφのd軸から時計方向の角度θの演算は θ=tan(φq/φd)  ・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・■により行うことができる
が、これをマイクロプロセ、すにより直接演算するのは
演算ステップが多く、演算時間がかかりすぎる。
The calculation of the clockwise angle θ from the d-axis of the magnetic flux vector φ is θ=tan(φq/φd) ・・・・・・・・・・・・
. . . . . . . . ■ However, directly calculating this using a microprocessor requires many calculation steps and takes too much calculation time.

そこで円周3600を整数等分し、その境界線により区
分されるどの部分に磁束ベクトルφが属しているかを判
断せしめるだけとすれば、演算時間を非常に短縮するこ
とができる。
Therefore, by simply dividing the circumference 3600 into equal integer parts and determining which part of the boundary line the magnetic flux vector φ belongs to, the calculation time can be greatly reduced.

一例として、円周を6等分とし、境界線を30゜を起点
として60°ごとに取るようにすると、磁束ベクトルφ
の両軸成分φdとφqの比φq/φdの符号とその絶対
値を演算して、境界線上の値と比較するだけで、現在の
磁束ベクトルφの存在位置区分を知ることができる。
As an example, if the circumference is divided into 6 equal parts and the boundary line is taken every 60° starting from 30°, the magnetic flux vector φ
By simply calculating the sign and absolute value of the ratio φq/φd of both axis components φd and φq and comparing it with the value on the boundary line, it is possible to know the current location division of the magnetic flux vector φ.

そこで、第4図に示すごとく、磁束ベクトル方向判別手
段8は、磁束ベクトルφのd軸から時計方向の回転角θ
に従って、磁束ベクトル位置信号φiとしてI 、It
 、II[、IV、V、VIノイfレカヲ、次のように
出力するものとする。
Therefore, as shown in FIG. 4, the magnetic flux vector direction determining means 8 determines the clockwise rotation angle θ from the d-axis of the magnetic flux vector φ.
Accordingly, the magnetic flux vector position signal φi is I, It
, II [, IV, V, VI NoifRekawo, it is assumed that the output is as follows.

一30°≦0〈30° ;I 30≦θ〈90° ;■ 90°≦θ<1500:11 1506≦8<210°;■ 210’≦θ<  270°;V 270’ ≦8 < 330’ : VI磁束ベクトル
方向判別手段8では、tan30°の値0.5774を
記憶しておき、磁束ベクトルφのd軸成分φdおよびq
軸成分φ、を用い、φdの符号とφ、/φdの符号およ
び絶対値から、次表に従って磁束ベクトル位置信号φl
を出力する。
- 30°≦0<30°; I 30≦θ<90°; ■ 90°≦θ<1500:11 1506≦8<210°; ■ 210'≦θ<270°; V 270'≦8 <330' : VI The magnetic flux vector direction determining means 8 stores the value of tan30° of 0.5774, and calculates the d-axis components φd and q of the magnetic flux vector φ.
Using the axis component φ, the magnetic flux vector position signal φl is determined from the sign of φd and the sign and absolute value of φ, /φd according to the following table.
Output.

制御信号発生手段9では、各磁束ベクトル位置信号φi
の角度範囲の中心位置、すなわち、■のと&+:tO’
、 I(7)ト*ハロ0’ 、 m(Dトekハ120
’、 ■(7)ときハ180’、 V(7)ト!ハ24
0’、 11(Dトljkハ300″0:)方向が磁束
ベクトルφの方向であると判断して、磁束増減信号φ8
およびトルク増減信号、xに従って、3相PWMインバ
ータ2ヘスイ、チング信号を送り、スイッチング素子Q
l〜Q・をオン、オフする。
The control signal generating means 9 generates each magnetic flux vector position signal φi
The center position of the angular range, i.e., &+:tO'
, I(7) ト*Haro 0' , m(D ト ek は 120
', ■ (7) Tokiha180', V (7) To! Ha24
0', 11 (D to ljk c300'0:) direction is determined to be the direction of the magnetic flux vector φ, and the magnetic flux increase/decrease signal φ8
According to the torque increase/decrease signal and x, a switching signal is sent to the 3-phase PWM inverter 2, and the switching element Q
Turn on and off l to Q.

磁束比較手段6の出力である磁束増減信号φ8の一例と
して、誤差Δφを設定して、磁束の絶対値* 1φ1が磁束指令値φに対し±lφ/2の範囲にある場
合はほぼ適正としてlを出力し、それより小さい場合は
φ 、大きい場合はφ−の磁束指令信号φ8を出力する
ものとする。
As an example of the magnetic flux increase/decrease signal φ8 which is the output of the magnetic flux comparison means 6, if the error Δφ is set and the absolute value of the magnetic flux *1φ1 is within the range of ±lφ/2 with respect to the magnetic flux command value φ, it is considered to be approximately correct. If it is smaller than that, a magnetic flux command signal φ8 is outputted, and if it is larger than that, a magnetic flux command signal φ8 is outputted.

また、トルク比較手段7の出力であるトルク増減信Tの
一例として、誤差jtを設定しておき、ト* ルクの瞬時値tがトルク指令値Tに対し士む/2の範囲
にある場合はほぼ適正としてToを出力し、*    
      * t−It≦t(r−Jr/2の範囲ではずを、Itを超
* えて小さい時はf を、またt +)t / 2≦r 
(v”+itの範囲ではずを、jtを超えて大きい時は
Tをトルク増減指令値fとして出力するものとする。
In addition, as an example of the torque increase/decrease signal T which is the output of the torque comparison means 7, an error jt is set, and if the instantaneous torque value t is within the range of /2 with respect to the torque command value T, Output To as almost appropriate, *
* t-It≦t (should be within the range of r-Jr/2, exceed It* and when smaller, use f, and t +) t/2≦r
(It should be within the range of v''+it, and when it exceeds jt, T is output as the torque increase/decrease command value f.

この場合、制御信号発生手段9においては、次のスイッ
チングチープルに示される通り、磁束増減信号φおよび
トルク増減信号Tに従い、磁束ベクトル位置信号φ量に
応じて磁束ベクトルv (k)を選択し、3相PWMイ
ンバータ2のスイッチング素子Q1〜Q@をオン、オフ
する。スイッチングチープル内の数字が選択すべき磁束
ベクトルv (k)のkの値を示し、0とあるのは零電
圧ベクトルv(0)およびV(13)のいずれかであり
て、前の状態からスイ。
In this case, the control signal generating means 9 selects the magnetic flux vector v (k) according to the amount of the magnetic flux vector position signal φ according to the magnetic flux increase/decrease signal φ and the torque increase/decrease signal T, as shown in the following switching chain. , turns on and off the switching elements Q1 to Q@ of the three-phase PWM inverter 2. The number in the switching cheeple indicates the value of k of the magnetic flux vector v (k) to be selected, and 0 indicates either the zero voltage vector v (0) or V (13), and the previous state Karasui.

チングする時スイッチングすべきスイッチング素子の数
の少ない方を選べばよい。
When switching, it is sufficient to select the one with the smaller number of switching elements to be switched.

スイ、チングテーブル 以上説明した制御方法によりて、普通の運転状態の場合
には磁束ベクトルφの先端は、第4図に* 示すトルク指令値φの円の内外のφ8−ノφ/2およ* ぴφ十ノφ/2の2つの円内で軌跡を画いて回転し、円
滑に誘導電動機を制御することができる。
Switching table With the control method explained above, in normal operating conditions, the tip of the magnetic flux vector φ is located at φ8-noφ/2 and φ/2 inside and outside the circle of torque command value φ shown in Fig. 4. *It rotates in two circles of φ10 and φ/2, allowing smooth control of the induction motor.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかしながら、前記従来の制御方法では、低速* 運転時で且つトルク指令値tが小さい場合には、不安定
な運転状態になる問題点かありた。これは本来は磁束ベ
クトルφのその時々のベクトル方向に従グて電圧ベクト
ルv (k)を選択すべき処、演算時間上の問題から円
周を整数等分して、その境界線により区分された中心位
置のみで電圧ベクトルv (k)を選択しているためで
ある。
However, in the conventional control method, there is a problem that an unstable operating state occurs when the torque command value t is small during low-speed* operation. Originally, the voltage vector v (k) should be selected according to the vector direction of the magnetic flux vector φ at each time, but due to the problem of calculation time, the circumference is divided into equal integer numbers and divided by the boundary lines. This is because the voltage vector v (k) is selected only at the center position.

例えば、第4図に示した磁束ベクトルφの場合、磁束増
減信号φがφでありトルク増減信号fがtとすると、磁
束ベクトルφの瞬時方向からv (k)を選択すればv
(2)であるにも拘らず、この区分の中心位置のみで選
択するスイッチングテーブルによるとv(3)となる。
For example, in the case of the magnetic flux vector φ shown in FIG. 4, if the magnetic flux increase/decrease signal φ is φ and the torque increase/decrease signal f is t, then if v (k) is selected from the instantaneous direction of the magnetic flux vector
(2), but according to the switching table that selects only the center position of this division, it becomes v(3).

同様に、磁束増減信号φがφでトルク増減信号tがマ 
のときは、瞬時方向から選択すればv(5)であるのに
、スイッチングテーブルによるとv(6)となる。
Similarly, when the magnetic flux increase/decrease signal φ is φ, the torque increase/decrease signal t is
In this case, if selected from the instantaneous direction, it would be v(5), but according to the switching table, it would be v(6).

3相誘導電動機3の低速運転時には、磁束ベクトルφの
先端の円運動も低速であるため、境界線により区分され
た中心位置から遠い場合の電圧ベクトルv (k)選択
回数が多く、磁束ベクトルφの先端の軌跡が円軌跡とな
らず、大きく歪むことになるO 〔問題点を解決するための手段〕 このような問題点を生ずるのは、前記の通り磁束ベクト
ルφの方向を磁束成分Φとし、それより時計方向に90
°進んだ方向をトルク成分子として電圧ベクトルv (
k)を選択すべき処を、円周を整数等分してその境界線
により区分されたどの位置に磁束ベクトルφがあるかを
判定し、その境界線で区分された中心位置のみで電圧ベ
クトルv (k)を選択しているためである・ 瞬時磁束ベクトルφの方向を毎回直接演算することは演
算時間の問題から不可能であるため、本発明にがかるP
WMインバータIこよる誘導電動機の制御方法において
は、磁束ベクトル方向判別手段の円周を等分する判別区
分数を偶数とし、且つ使用するマイクロプロセ、すによ
り演算可能な限り大きくしたことを特徴とするものであ
る。
During low-speed operation of the three-phase induction motor 3, the circular motion of the tip of the magnetic flux vector φ is also slow. The locus of the tip of the tip will not be a circular locus and will be greatly distorted. , 90 clockwise from there
The voltage vector v (
k) should be selected by dividing the circumference into equal integer numbers, determining where the magnetic flux vector φ is located divided by the boundary lines, and determining the voltage vector only at the center position divided by the boundary lines. This is because P is selected according to the present invention. Since it is impossible to directly calculate the direction of the instantaneous magnetic flux vector φ every time due to the problem of calculation time.
The method for controlling an induction motor using the WM inverter I is characterized in that the number of discrimination sections that equally divide the circumference of the magnetic flux vector direction discrimination means is an even number, and the number of discrimination sections is made as large as possible by the microprocessor used. It is something to do.

〔作 用〕[For production]

磁束ベクトル方向判別手段の円周を等分する判別区分数
を大きくすればする程、より正しい磁束成分Φの方向お
よびトルク成分子の方向を知ることが可能となり、例え
ば無限大とした場合には瞬時磁束ベクトルφの方向を直
接演算したときと同一の結果を得ることができることは
明らかである。
The larger the number of discrimination divisions that equally divide the circumference of the magnetic flux vector direction discrimination means, the more accurate the direction of the magnetic flux component Φ and the direction of the torque component element can be known. For example, when it is set to infinity, It is clear that the same result as when directly calculating the direction of the instantaneous magnetic flux vector φ can be obtained.

しかしながら、判別区分数を増加することは演算時間の
増大につながり、演算時間がかかり過ぎると、磁束の絶
対値1φ1または瞬時トルクTがそれぞれの指令値φま
たはtに対して許容誤差範囲を超えても、3相PWMイ
ンバータ2のスイッチング素子Ql−Qsのオン、オフ
の状態を変化させることができなくなるため、3相誘導
電動機3を円滑に運転できない。
However, increasing the number of discrimination categories leads to an increase in calculation time, and if the calculation time is too long, the absolute value of magnetic flux 1φ1 or instantaneous torque T may exceed the allowable error range for the respective command value φ or t. Also, since it becomes impossible to change the on/off states of the switching elements Ql-Qs of the three-phase PWM inverter 2, the three-phase induction motor 3 cannot be operated smoothly.

3相誘導電動機3を円滑に運転するためには、マイクロ
プロセッサの演算サイクルが最大のときでも100μS
ee程度を超えてはならないことが、実験の結果知られ
ている。
In order to operate the three-phase induction motor 3 smoothly, even when the microprocessor's calculation cycle is maximum, it must be 100 μS.
As a result of experiments, it is known that the temperature should not exceed about ee.

先に第4図によって従来例として説明したように、磁束
ベクトルφの方向判別のための円周を等分した境界線を
、d軸に対してもq軸に対しても対称となるようにして
おけば、磁束ベクトルの2構成分φdおよびφqの符号
により第1象限〜第4象限のいずれに属するかを判別の
上、φq/φdの値から各象限を共通にして境界線のt
an aと比較することにより、磁束ベクトル位置を判
別することが可能となる。
As previously explained as a conventional example with reference to FIG. 4, the boundary line that equally divides the circumference for determining the direction of the magnetic flux vector φ is made to be symmetrical with respect to both the d-axis and the q-axis. If this is done, the sign of the two components φd and φq of the magnetic flux vector can be used to determine which of the 1st to 4th quadrants they belong to, and the boundary line t can be determined based on the value of φq/φd by making each quadrant common.
By comparing with ana, it becomes possible to determine the magnetic flux vector position.

このように境界線がd軸に対してもq軸に対しても対称
となるようにするためには、円周を等分する判別区分数
を偶数とし、−組の相隣る境界線間の中心位置をd軸に
一致させればよい。
In order to make the boundary line symmetrical with respect to both the d-axis and the q-axis, the number of discrimination sections that equally divide the circumference should be an even number, and the distance between adjacent boundary lines of - It is only necessary to align the center position of the d-axis with the d-axis.

このように境界線を定めると、判別区分数が4増加する
ごとに1象限当りに1本の境界線が増加することになり
、従って境界線のtanθを記憶するメモリが1個と比
較演算のステップが1回分増加することになる。この他
、スイッチングチープルの欄も増加するので、そのため
のメモリも若干増加する。
If the boundary line is defined in this way, one boundary line will be added per quadrant every time the number of discrimination sections increases by 4, so one memory for storing the tanθ of the boundary line and one memory for the comparison operation will be required. The number of steps will increase by one. In addition, the number of columns for switching cheaples will increase, so the memory for this will also increase slightly.

従って、使用するマイクロプロセッサのメモリ容量と演
算速度によって決まる1演算サイクルに要する演算時間
とが許容される限り、円周を等分する判別区分数を増加
させることにより、より正しい磁束成分Φおよびトルク
成分子の方向を知ることができるので、3相誘導電動機
3の運転をより一層円滑に行うことができる。
Therefore, as long as the calculation time required for one calculation cycle, which is determined by the memory capacity and calculation speed of the microprocessor used, is permissible, by increasing the number of discrimination sections that equally divide the circumference, the magnetic flux component Φ and torque can be more accurately determined. Since the direction of the component elements can be known, the three-phase induction motor 3 can be operated even more smoothly.

〔実 施 例〕〔Example〕

以下、磁束ベクトル方向判別手段の円周を等分する判別
区分数を12とした場合の本発明にかかるPWMインバ
ータによる誘導電動機の制御方法の一実施例について説
明する。
Hereinafter, an embodiment of the method for controlling an induction motor using a PWM inverter according to the present invention will be described in the case where the number of discrimination sections equally dividing the circumference of the magnetic flux vector direction discrimination means is 12.

第1図および第2図で説明した従来の制御方法と動作の
異なる所は、磁束ベクトル方向判別手段8と制御信号発
生手段9のみであるので、これらの動作についてのみ詳
細に説明する。
The only difference in operation from the conventional control method described in FIGS. 1 and 2 is the magnetic flux vector direction determining means 8 and the control signal generating means 9, so only these operations will be described in detail.

第5図は磁束ベクトル方向判別手段の方向判別区分図で
あり、第6図は磁束ベクトル方向がd軸と一致した場合
の電圧ベクトル選択法説明図であるO 本夾施例では磁束ベクトル方向判別手段8の円周を等分
する判別区分数が12であるから、境界線間の角度は3
06であり、d軸に最も近い境界線のd軸となす角度は
15  となる・ 磁束ベクトル方向判別手段8は、磁束ベクトルφのd軸
から時計方向の回転角θに従って、磁束ベクトル位置信
号φ1として1′〜店′の12種類のいずれかを次のよ
うに出力する。
FIG. 5 is a direction discrimination classification diagram of the magnetic flux vector direction discrimination means, and FIG. 6 is an explanatory diagram of the voltage vector selection method when the magnetic flux vector direction coincides with the d-axis. Since the number of discrimination sections that equally divides the circumference of the means 8 is 12, the angle between the boundary lines is 3.
06, and the angle between the boundary line closest to the d-axis and the d-axis is 15. The magnetic flux vector direction determining means 8 determines the magnetic flux vector position signal φ1 according to the clockwise rotation angle θ of the magnetic flux vector φ from the d-axis. As follows, one of the 12 types from 1' to 'store' is output as follows.

=15°≦θ〈15°;I′ 15°≦fl< 45’ : II’ 45°≦θ〈75°;■′ 75°≦#<105°;γ 105°≦θ〈135°;y 135°≦θ〈165°;■′ 165°≦θ〈195°;■′ 195°≦θ〈225° ;■′ 225°≦θ<255’:IK’ 255°≦θ〈285° +、 X/ 285’≦θ<315’  : XI’315°≦e<
345° ;W これらの磁束ベクトル位置信号!′〜■を送出するため
に、磁束ベクトル方向判別手段はtan 15°。
=15°≦θ<15°;I'15°≦fl<45' : II'45°≦θ<75°;■'75°≦#<105°; γ 105°≦θ<135°; y 135 °≦θ<165°;■'165°≦θ<195°;■'195°≦θ<225°;■'225°≦θ<255':IK'255°≦θ<285° +, X/ 285'≦θ<315': XI'315°≦e<
345° ; W These magnetic flux vector position signals! In order to send out the magnetic flux vector direction determination means tan 15°.

tan45°およびtan75°の値を記憶しておき、
磁束ベクトルφのd軸成分φdおよびq軸成分φ、を用
い、φdの符号とφq/φdの符号および絶対値から、
次表に従って磁束ベクトル位置信号φiを出力する・こ
れらの演算に当って、φdまたはφqが0の場合は演算
することなく電圧ベクトルφの方向が確定できるので、
それなり−の処理を行うことは勿論である。
Memorize the values of tan45° and tan75°,
Using the d-axis component φd and the q-axis component φ of the magnetic flux vector φ, from the sign of φd and the sign and absolute value of φq/φd,
Output the magnetic flux vector position signal φi according to the table below. When performing these calculations, if φd or φq is 0, the direction of the voltage vector φ can be determined without calculation, so
Of course, some processing is required.

制御信号発生手段9では、各磁束ベクトル位置信号φ最
によって示される範囲の中心位置、すなわちθが06か
ら30’毎の位置に磁束ベクトルφがあるものとして、
磁束比較手段6からの磁束増減信号φおよびトルク比較
手段7からのトルク増減信号Tに従って、最適の電圧ベ
クトルv (k)を選択して3相PWMインバータ2が
これを発生するように、各スイッチング素子Q1〜Q6
をオン、老フする。
In the control signal generating means 9, it is assumed that the magnetic flux vector φ is at the center position of the range indicated by each magnetic flux vector position signal φ, that is, at every position of θ from 06 to 30′.
According to the magnetic flux increase/decrease signal φ from the magnetic flux comparison means 6 and the torque increase/decrease signal T from the torque comparison means 7, each switching is performed so that the optimum voltage vector v(k) is selected and the three-phase PWM inverter 2 generates it. Elements Q1 to Q6
Turn on the old man.

磁束ベクトル位置信号φlが■′である場合について、
第6図によって電圧ベクトルv (k)の選択方法を説
明する。この場合は磁束成分Φがd軸すなわち電圧ベク
トルv(1)の方向と一致していると考える・従って、
磁束増減信号φ8およびトルク増減信号Tの組み合わせ
により、次表に示すごとき電圧ベクトルv (k)を選
択すればよい・磁束増減信号φ8がφ0であり、トルク
増減信号!8もtの場合には零電圧ベクトルを選択する
が、この時的の状態からスイッチングする必要のある場
合には、電圧ベクトルv(0)とv(13)のうち、ス
イッチングすべきスイッチング素子の数の少ない方を選
べばよい・ 磁束ベクトル位置信号φiが■′〜夏のいずれの場合に
も上記の考え方を適用する。第5図に示したように磁束
ベクトル方向判別領によって、磁束成分Φおよびトルク
成分子の方向が異なるので、次に示す新スイ、チングチ
−プルに従って電圧ベクトルv (k)を選択し、3相
PWMインバータ2の各スイッチング素子をオン、オフ
する。
For the case where the magnetic flux vector position signal φl is ■',
The method of selecting the voltage vector v (k) will be explained with reference to FIG. In this case, consider that the magnetic flux component Φ coincides with the d-axis, that is, the direction of the voltage vector v(1). Therefore,
By combining the magnetic flux increase/decrease signal φ8 and the torque increase/decrease signal T, the voltage vector v (k) shown in the following table can be selected. - The magnetic flux increase/decrease signal φ8 is φ0, and the torque increase/decrease signal! 8 also selects the zero voltage vector in the case of t, but if it is necessary to switch from this momentary state, select the voltage vector of the switching element to be switched from among the voltage vectors v(0) and v(13). The one with the smaller number should be selected. The above idea is applied to any case where the magnetic flux vector position signal φi is from ■' to summer. As shown in Fig. 5, the directions of the magnetic flux component Φ and the torque component differ depending on the magnetic flux vector direction discrimination area. Therefore, the voltage vector v (k) is selected according to the following new switch, Each switching element of the PWM inverter 2 is turned on and off.

新スイ、チングチ−プル 表中の数字が選択すべき電圧ベクトルv (k)のkの
値を示し、0とあるのは零電圧ベクトルv(0)または
v(13)のいずれかであって、前の状態からスイ、チ
ングする時スイッチングすべきスイッチング素子の少な
い方を選べばよい。
The numbers in the table indicate the value of k of the voltage vector v (k) to be selected, and 0 indicates either the zero voltage vector v (0) or v (13). , when switching from the previous state, it is sufficient to select the one with fewer switching elements to be switched.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

前記の実施例では磁束ベクトル方向判別手段8の、円周
を等分する判別区分数を12とした場合について説明し
たが、この判別区分数を偶数であって、使用するマイク
ロプロセ、すによって、その容量および演算時間につい
て演算可能な限り大きくすることにより、本発明にかか
るPWMインバータによる誘導電動機の制御方法は円滑
にして安定な運転が確保できるものである。
In the above embodiment, the case where the number of discrimination sections for equally dividing the circumference of the magnetic flux vector direction discriminating means 8 was 12 was explained, but the number of discrimination sections is an even number and depending on the microprocessor used, By increasing the capacity and calculation time as much as possible, the method for controlling an induction motor using a PWM inverter according to the present invention can ensure smooth and stable operation.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は瞬時空間ベクトル制御による誘導電動機の制御
方法を示すブロック図、第2図は第1図中の3相PWM
インバータ部の主回路接続図、第3図は電圧ベクトル図
、第4図は磁束ベクトル図であり、第5図は本発明にか
かるPWMインバータによる誘導電動機の制御方法の一
実施例における磁束ベクトル方向判別手段の方向判別区
分図、第6図は磁束ベクトル方向がd軸と一致した場合
の電圧ベクトル選択法説明図である。 1・・・・・・直流電圧源、2・・・・・・3相PWM
インバータ、3・・・・・・3相誘導電動機、4・・・
・・・磁束演算手段、4a・・・・・・電圧ベクトル演
算手段、4b・・・・・・電流ベクトル演算手段、5・
・・・・・トルク演算手段、6・・・・・・磁束演算手
段、7・・・・・・トルク比較手段、8・・・・・・磁
束ベクトル方向判別手段、9・・・・・・制御信号発生
手段。
Figure 1 is a block diagram showing a method of controlling an induction motor using instantaneous space vector control, and Figure 2 is a three-phase PWM shown in Figure 1.
The main circuit connection diagram of the inverter section, FIG. 3 is a voltage vector diagram, FIG. 4 is a magnetic flux vector diagram, and FIG. 5 is a magnetic flux vector direction in an embodiment of the method for controlling an induction motor using a PWM inverter according to the present invention. The direction discrimination classification diagram of the discrimination means, FIG. 6, is an explanatory diagram of the voltage vector selection method when the magnetic flux vector direction coincides with the d-axis. 1...DC voltage source, 2...3 phase PWM
Inverter, 3...3-phase induction motor, 4...
... magnetic flux calculation means, 4a ... voltage vector calculation means, 4b ... current vector calculation means, 5.
... Torque calculation means, 6 ... Magnetic flux calculation means, 7 ... Torque comparison means, 8 ... Magnetic flux vector direction determination means, 9 ... - Control signal generation means.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 3相誘導電動機の電圧および電流をそれぞれ空間ベクト
ル値に換算して磁束ベクトルの瞬時値を演算する手段と
、前記磁束ベクトルと電流ベクトルからトルクの瞬時値
を演算する手段と、磁束指令値と前記磁束ベクトルの大
きさを比較する磁束比較手段と、トルク指令値と前記ト
ルクの瞬時値を比較するトルク比較手段と、前記磁束ベ
クトルの方向を判別する磁束ベクトル方向判別手段と、
前記磁束比較手段、トルク比較手段および磁束ベクトル
方向判別手段の出力から判断して3相PWMインバータ
を構成する6個のスイッチング素子へのスイッチング信
号を発生する制御信号発生手段とを具えたマイクロプロ
セッサ利用の制御装置により、前記3相PWMインバー
タを構成する3相分正負スイッチング素子のうち少なく
とも2相以上の正負いずれか異なる一方のスイッチング
素子をオンするか、または3相共正負いずれか等しい一
方のスイッチング素子をオンし、他はすべてオフ制御方
法において、前記磁束ベクトル方向判別手段の円周を等
分する判別区分数を偶数とし、且つ前記マイクロプロセ
ッサにより演算可能な限り大きくしたことを特徴とする
PWMインバータによる誘導電動機の制御方法。
means for calculating the instantaneous value of the magnetic flux vector by converting the voltage and current of the three-phase induction motor into space vector values; means for calculating the instantaneous value of the torque from the magnetic flux vector and the current vector; magnetic flux comparing means for comparing the magnitude of the magnetic flux vector; torque comparing means for comparing the torque command value and the instantaneous value of the torque; magnetic flux vector direction determining means for determining the direction of the magnetic flux vector;
Utilizing a microprocessor comprising control signal generating means for generating switching signals to six switching elements constituting a three-phase PWM inverter based on the outputs of the magnetic flux comparing means, torque comparing means and magnetic flux vector direction determining means. The control device turns on one of the positive and negative switching elements of at least two or more phases, which are different, among the three-phase positive and negative switching elements constituting the three-phase PWM inverter, or turns on one of the three phases, which is equal to either positive or negative. In the PWM control method in which an element is turned on and all others are turned off, the number of discrimination divisions equally dividing the circumference of the magnetic flux vector direction discrimination means is an even number and is as large as possible by the microprocessor. A method of controlling an induction motor using an inverter.
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Cited By (1)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU688902B2 (en) * 1994-05-13 1998-03-19 Abb Industry Oy Method for controlling the power to be transferred via a mains inverter

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