JPS63224686A - 誘導機の制御装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は誘導電動機をベクトル制御により可変速制御す
るための誘導機の制御装置に関する。

（従来の技術） 誘導電動機は、従来、定速度電動機として使用されるご
とが多かったが、近年、電力半導体素子の進歩によって
インバータやサイクロコンパータ等の電力変換器が容易
に構成できるようになったことに伴い、可変速制御方式
としての用途が著しく拡大してきた。

誘導電動機の可変速制御方式としては、優れた応答特性
が得られることから、ベクトル制御方式が採用されるこ
とが多い。このベクトル制御方式としては、二次磁束を
ベクトル量として検出し一次電流の制御信号に用いる磁
束検出型ベクトル制御方式と、磁束ベクトルを電動機定
数に基づいて演算し制御するすべり周波数型ベクトル制
御方式とが知られている。

従来のすべり周波数型ベクトル制御装置は、誘導電動機
２を所定の速度およびトルクで運転するために、第３図
に例示するように、二次磁束指令Φ　＊とト□ルク指令
τ零を入力して一次電流指令■　１を出力するベクトル
制御指令演算回路１０と、このベクトル制御指令演算回
路１０によって演算された一次電流指令１　本に基づい
て誘導機２の一次電流工、を制御する電力変換器３と、
誘導電動機２の回転周波数ω２を検出する速度検出器４
とを備えている。

ベクトル制御指令演算回路１０は、二次磁束指令Φ　本
とトルク指令τネとに基づいて誘導電動機２の伝達特性
に応じて所定の演算を行い、一次電流の実数成分指令１
　　、虚数成分指令ｉ　＊本 ＩＲ、１１ およびすべり周波数指令ω　本を算出するために定数要
素１１．１２，１３，１４、除算要素１５゜１６、微分
要素１７、加算器１８を備えている。

定数要素１１には誘導電動機２の相互インダクタ７スＭ
　の逆数１／Ｍ＊が事前に設定され、同様、　　　　＊ に定数要素１２には二次側自己インダクタンスＬ　＊と
二次抵抗値Ｒ＊との比Ｌ　＊／Ｒ＊が設定され、定数要
素１３には二次側自己インダクタンスし　＊と相互イン
ダクタンスＭ本との比Ｌ　　＊／Ｍ”が設定され、°定
数要素１４には二次抵抗値Ｒ本が設定されている。

以上の回路要素によって求められた一次電流の実数成分
指令１１と虚数成分指令ｉ　＊とがべＩＲ１１ クトル加算器１９によってベクトル加算されて一次電流
指令絶対値ｉ　本が求められる。一方、すべり周波数指
令ω　本は速度検出器４からの回転周波数ωＲとともに
加算器２０に導かれて加算されて一次すべり周波数指令
ω　本に変換された後、■ ベクトルジェネレータ２１によって二次磁束の予測位置
を示す単位ベクトルに変換される。この単位ベクトルと
一次電流指令絶対値ｉ　＊とを乗算器２２により乗算し
て得られた一次電流指令１　本に従って電力変換器３が
制御される。

本、＊ 一次電流の各成分指令ｉ　　、Ｌ　　およびすＩＲ１１ べり周波数指令おが　＊を演算する場合には二次抵抗値
Ｒ＊が直接関与するが、従来のすべり周波数型ベクトル
制御装置では、この二次抵抗値Ｒ本を一定とみなして制
御を行っている。

第４図は磁束検出型ベクトル制御装置の例であり、磁束
は検出器を設置しないで、誘導電動機２の電圧Ｖａｌ”
ｂｌ”ｃｌと電流検出器２３，２４゜２５によって検出
された一次電流’　ａｌ”　ｂｌ’ｉｃｌをもとにして
磁束演算器２６において演算により求められる。磁束演
算器２６の出力は二次磁束ベクトルの静止２軸成分Φ　
　、Φ　　であり、α１　　ａｌ ベクトルアナライザ２７によって絶対値成分１Φ２１と
位相角ψに対応するｓｉｎψ、　ｅＯ８ψに変換される
。

一方、二次磁束指令Φ　１から磁化電流演算器・　　＊ ２８によりそれに対応する磁化電流指令ｌｄｌ　　が求
められ、二次磁束指令Φ　本とトルク指令１本とからト
ルク電流演算器２９によりトルク電流指令ｉ　＊が求め
られる。これら両電流指令ｉ　＊。

ｑｌ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
ｄｉｉ　１は回転磁束をｄ軸に考えた回転座標系におけ
る磁化電流指令ないしトルク電流指令を表わすものであ
り、前記位相角ψをもとにベクトル回転器３０により固
定子座標系における電流指令木°＊に変換される。この
ベクトル １α１　　　　ａｌ ＊°＊は二次磁束 回転器３０の出力ｉａ□　　　β１ 成分Φ　　、Φ　　を作るための電流指令であつα１　
　ａｌ て、２相−３相変換器３１により２相−３相変換・　　
ネ　　・　　ネ　　・　　京 を行って一次電流指令’　　　”ｂｌ”ｃｌ　　を作り
、偏差演算器３２，３３．３４によって求められる、各
相別の一次電流ｉａ工”　ｂｌ”　ｃｌとの偏差が零と
なるように電力変換器３を介して一次電流が制御される
。

このように構成された磁束検出型ベクトル制御装置にお
いては、電流指令を与えて磁束を直接制御するので、電
動機定数で最も不確定要素の多い二次側のインダクタン
スや抵抗を必要としない。

したがって、誘導電動機２の一次回路および二次回路の
抵抗やインダクタンス等の定数が変化しても磁束演算器
２６の入カー次電圧ｖａｌ”　ｂ工。

■　　人カー次電流１ａｔ”ｂｌ”ｃｌの変化としｃｌ
ゝ て受けとめられ、それに応じて磁束の演算結果が変わる
ので、パラメータの変化によるベクトル制御特性の低下
は少ない。

しかしながら、磁束センサを設ける場合はセンサの精度
および分解能に問題が多く、また磁束演算器を用いると
特に低速時の電圧ひずみのために演算精度に問題があり
、実施できないのが実情である。

（発明が解決しようとする問題点） すべり周波数型ベクトル制御装置（第３図）においては
、温度によって′二次抵抗が変化するとすべり周波数指
令ω　＊の計算に大きな誤差が発生し、本来のベクトル
制御が維持できなくなって特性が低下する。

磁束検出型ベクトル制御装置（第４図）においては、特
に低速時、電力変換器の出力電圧が低いときの演算精度
が悪く問題である。この点を解決すれば本質的にパラメ
ータ変動の影響は受けないものである。

したがって本発明は、すべり周波数型ベクトル制御装置
と磁束検出型ベクトル制御装置の各欠点を除去し得る誘
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） 本発明の制御装置は、すべり周波数型と磁束検出型の両
者を備え、両者の各欠点を相互に補い合うように、低速
領域ではすべり周波数型を用い、定常運転を行う高速領
域では磁束検出型を用いるように速度に応じて再制御方
式を切換えて使用するようにしたことを特徴とするもの
である。

（作　用） 本発明によれば、低速領域ではすべり周波数型を用いる
ことにより電流ベクトルの演算を高精度かつ容易に行い
、高速領域では磁束検出型を用いることにより二次側パ
ラメータの温度変化による影響を受けることなく十分な
一次電圧に基づき高精度の演算を実現し、結果として全
速度領域にわたってパラメータの影響を受けない高精度
のベクトル制御を達成することができる。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示すものである。

ここで第３図または第４図と同一の符号は同一の回路要
素ないし信号を示している。

この実施例におけるベクトル制御指令演算回路１０の導
入される二次磁束指令Φ　１は磁化電流演算器２８にお
いて磁化電流指令ｉ　＊へ、またｄｉ ＊ トルク指令τ　は磁束指令Φ　＊の助けを借りてトルク
電流演算器２９においてトルク電流指令・　＊ ｌ、■　へ変換される。ここで大きく２つのループに分
かれる。

第１のループは、トルク電流指令ｉ　本と二次磁束指令
Φ　＊を用いてすべり周波数演算器３５においてすべり
周波数指令ω　＊を作り、回転層波数ω　とすべり周波
数指令ω　＊の和すなわちＲＳ −欠周波数指令ω　本を作るループであり、第２のルー
プは、第４図と同様に磁束演算器２６とベクトルアナラ
イザ２７により磁束の絶対値１Φ２１と位相角ψを求め
るループで°ある。一方、磁化電流指令１１とトルク電
流指令１１とかｄｉ　　　　　　　　　　　　　　ｑｌ
らベクトル回転器３６によって回転磁束座標軸（ｄ、　
　ｑ軸）上での位相角θ零が求められ、また−欠周波数
指令ω　１を積分器３７により積分す■ ることによって得られる回転座標軸の位相角ψ本を加算
器３８において加え、静止座標系で見た合成電流の位相
角θ　本を求める。この位相角θ１−はすべり周波数型
ベクトル制御のために用いられる。

磁束検出型ベクトル制御のために、磁化電流指＊、＊ 令１　１　トルク電流指令１　　、それに第４図ｄｉ　
　　　　　　　　　　（１１ と同じ原理に基づいて磁束演算器２６、ベクトルアナラ
イザ２７によって計算された二次磁束の位相角信号ＣＯ
Ｓψ、　ｓｆｎψに基づいてベクトル回転器３０により
一次電流指令の静止２軸座標（α。

、木本 β軸）成分１　　．１　　　が求められる。引α１　　
　β１ 続き、これらの座標成分は極座標変換器３９によって一
次合成電流指令の絶対値ｉ　＊と位相角θ　＊に変換さ
れる。

■ すべり周波数型ベクトル制御の場合は、合成電流指令の
絶対値ｉ　＊と位相角θ　１を用い２相１　　　　　　
　　　　　ｔ。

本、＊ 一３相変換して３相一次電流指令１　　　＋１、ｌ、＋
１　＊を作り、磁束検出型ベクトル制御の場合は、Ｃ −次合成電流絶対値１１と位相角θ　１をもとに２相−
３相変換し、３相一次電流指令ｉ　＊。

、＊１本 ■　　、１　　を作る訳であるが、本発明によれｌｂ　
　　　ｌｃ ば、２相−３相変換器３１の位相角θ　１の信号入力部
の前段に切換器４０を挿入し、誘導電動機２の速度に応
じて両者を切換えて使用することが特徴である。

第１図の実施例においては、−次合成電流の絶対値ｉ　
＊は再制御方式とも同じになり、すべり周波数型を用い
るか、磁束検出型を用いるかは、零　　　＊ 電流ベクトルの位相角θ　　、θ　　のいずれを用いる
かの差として現われる。したがって切換器４０において
、すべり周波数型制御方式によって得た位相角θ　＊の
信号を接点Ａに、磁束検出型制御方式によって得た位相
角θ　本の信号を接点Ｂに導き、速度情報に応じて接点
ＡまたはＢ側に切換えていずれか一方の信号を選択し、
２相−３相変換器３１へ送出するところに特徴がある。

接点Ａ、Ｂの切換えには、例えば第２図に示すように、
速度検出器４によって得られた回転周波数ω　の絶対値
１ωＲ１を予め設定された基準値ω　と比較し、回転周
波数の絶対値１ωＲ１が基Ｈ 重鎖ωＳＨより小さいときは接点Ａ側を選択してずベリ
周波数型ベクトル制御方式で運転するように構成される
。

このようにして２相→３相変換器３１により３、＊　、
＊　、零 相電流指令’ａｌ　　’　　ｌｌｂ　　”　ｌｃ　　を
作りた後は、偏差演算器３２．３３．３４において電力
変換器３から誘導電動機２へ供給される電動機一次電流
ｌ　ａ□”　ｌｂ”　ｌｃと比較され、両者間の偏差が
零となるように電力変換器３の制御が行われる。

要するに上述の制御装置においては、１ωＲ１くω８Ｈ
の低速領域では電流ベクトルの演算が容易なすベリ周波
数型を用い、１ω　１≧ωＳＨの高速領域では二次側パ
ラメータの温度変化による影響を受けない磁束検出に基
づくベクトル制御とし、全速度範囲にわたってパラメー
タ変化の影響を受けない高精度のベクトル制御を達成す
ることかできる。

すべり周波数型から磁束検出型へ切換える切換点の決定
のためには、第１図の実施例のほか、静、＊、５　１　
＊を用いても同様の効果が’ａｌ　　’　　１１ｂ　　
　　ｌｃ 得られる。また速度に応じて切換えるための操作かに、
−次層波数指令ω　＊を用いてもよい。さらに−次電圧
の大きさを用いても実現できる。

上記実施例における磁束検出には、誘導電動機−次電圧
および一次電流から演算によって二次磁束を求める間接
式について説明したが、磁束センサを用いて磁束を検出
する直接式でもよいことはもちろんである。

なお、ベクトル制御指令演算回路１０はコンピュータの
ソフトウェアによって実現することもできる。

〔発明の効果〕

本発明は実用的な速度範囲を含む高速領域においては磁
束検出を主体にした制御方式を用いることによって二次
回路のパラメータの影響を受けないベクトル制御方式と
し、磁束検出の不能な始動時を含む低速領域においては
、事前に測定されたパラメータ値を用いすべり周波数型
のベクトル制御方式を用いることによって、全速度範囲
にわたって高精度のベクトル制御を容易に達成すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の誘導電動機の制御装置の一実施例を示
すブロック図、第２図は同実施例において使用される制
御方式の切換点を説明するための線図、第３図および第
４図はそれぞれ従来使用されている誘導電動機の制御装
置のブロック図である。 ２・・・誘導電動機、３・・・電力変換器、４・・・速
度検出器、１０・・・ベクトル制御指令演算回路、２６
・・・磁束演算器、２７・・・ベクトルアナライザ、２
８・・・磁化電流演算器、２９・・・トルク電流演算器
、３０・・・ベクトル回転器、３１・・・２相−３相変
換器、３５・・・すべり周波数演算器、３６・・・ベク
トル変換器、３７・・・積分器、３９・・・極座標変換
器、４０・・・切換器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 誘導機に前置される電力変換器と、誘導機の二次磁束を
   検出する磁束検出手段と、この磁束検出手段によって検
   出された二次磁束ならびに二次磁束指令およびトルク指
   令に基づいて一次電流指令絶対値および一次電流指令位
   相角を演算する電流指令演算手段と、前記二次磁束指令
   およびトルク指令に基づいてすベり周波数を演算するす
   ベり周波数演算手段と、このすベり周波数演算手段によ
   って演算されたすベり周波数および前記誘導機の実際の
   回転周波数の和として求められる一次周波数指令ならび
   に前記二次磁束指令およびトルク指令に基づいて一次電
   流指令位相角を演算する位相角演算手段と、前記誘導機
   の速度が所定値未満のときは前記位相角演算手段によっ
   て演算された一次電流指令位相角を、また前記誘導機の
   速度が所定値以上のときは前記電流指令演算手段によっ
   て演算された一次電流指令位相角をそれぞれ選択するよ
   うに切換動作する切換手段と、前記電流指令演算手段に
   よって演算された一次電流指令絶対値および前記切換手
   段によって選択された一次電流指令位相角に基づいて前
   記電力変換器から誘導機に供給される誘導機一次電流を
   制御する電流制御手段とを具備したことを特徴とする誘
   導機の制御装置。