JPS63268490A - 誘導電動機システムの制御方法および装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、誘導電動機システムの制御装置、特に誘導
電動機のエネルギー効率の改善に関する。

［従来の技術］ 従来から誘導電動機の制御方法として、ベクトル制御が
普及している。このベクトル制御では、誘導電動機にお
ける供給電流を磁束発生のための励磁電流と、トルク発
生のための電機子側のトルク電流に分解する。そして、
励磁電流が一定の場合に電動機のトルクがトルク電流に
比例することから、トルク指令値および電動機の回転数
に応じて、励磁電流トルク電流を制御している。

そこで・このベクトル制御の一例について第４図に基づ
いて血明する。

ベクトル制御回路１０からのインバータ制御指令１　ｕ
、　１　ｖ、　１　ｗはパルス幅変調制御を行うＰＷＭ
インバーター２に供給される。

このインバーター２は、インバータ制御指令に基づいて
内蔵するスイッチング素子（図示せず）をスイッチング
し、所定の交流電流を誘導電動機１４に供給する。そし
て、誘導電動機１４は、所定のトルクで駆動される。こ
こで、誘導電動機１４の回転速度ωは回転センサー６に
よって検出される。

ベクトル制御回路１０には、磁束指令値Φ０およびトル
ク指令値Ｔ　が入力される。Ｉｏは一定値、あるいは高
出力部での弱め界磁制御が一般的であり、効率のことは
考えていない。磁束指令値Φ０は定数乗算ｒＡｔｇ、除
算器２０．２２に供給され、トルク指令値Ｔ。は除算器
２２に供給される。

ここで、定数乗算器１８は誘導電動機１４における相互
インダクタンスＭの逆数を磁束指令値Φ。に乗算する。

そして、この出力値は加算器２４に入力されるとともに
、定数乗算器２６に供給される。

定数乗算器２６は、入力値に誘導電動機１４の２次側リ
アクタンスＬ２を乗算し、２次側抵抗Ｒ２を除算する。

そして、この結果は微分回路２８に供給され、ここで時
間で微分され、この結果が加算器２４に供給される。

加算器２４では、このようにして入力される信号を加算
し、励磁電流指令値１ｄを算出する。そして、これを２
／３相変換器３０に供給する。供給される励磁電流指令
値！、は次のようになる。

Ｉｄ−Φｏ、ｘｌ／Ｍ ＋ｄ／ｄｔ［Φｏ×１／ＭＸＬ２／Ｒ２］一方、除算器
２２は入力されるトルク指令値Ｔｏを磁束指令値Φ０で
除算する。そして、この結果は除算器２０および定数乗
算器３２に供給される。定数乗算器３２は、入力信号に
誘導電動機１４における２次すアクタンスＬ２を乗算し
、相互インダクタンスＭで除算する。こうして得られた
トルク電流指令値ＩＱが２／３相変換器３０に供給され
る・。トルク電流指令値ＩＱは、次のようになる。

Ｉｑ−（Ｔ／Φ　）ＸＬ２／Ｍ また、除算器２０では、除算器２２から供給される信号
を磁束指令値Φ。で除算する。そして、この結果は定数
乗算器３４に入力され、ここで誘導電動機１４における
２次抵抗Ｒ２が乗算され、すべり周波数ωＳが算出され
る。このすべり周波数ωＳは加算器３６に供給され、こ
こで回転速度センサー６で検出された回転速度（角周波
数）ωが加算される。そして、得られた角周波数指令値
ω０が２／３相変換器３０に供給される。この角周波数
ω０は次のようになる。

ω　霞ω＋［（Ｔｑ／Φｏ）／Φｏ］×Ｒ２そして、２
／３相変換器３０は、入力されるこれら指令値の演算に
より、ｕＳｖ％ｗ３相の各相の電流指令１ｕ、Ｉｖ、Ｉ
ｗを算出し、これをＰＷＭインバーター２に供給する。

このＰＷＭインバータはこのインバータ制御指令に従っ
てスイッチング素子を制御し、所定の交流電流を誘導電
動機１４に供給する。

このようにして、トルク指令値Ｔｏ回転速度ωに応じて
ＰＷＭインバータのスイッチングを制御して、所定のト
ルクを発生するとともにエネルギー効率を高効率に保っ
ている。

また、昭和６１年電気学会全国大会第７６０頁および第
７６３頁には、１次誘導電圧および１次周波数の比（電
圧周波数比）および誘導電動機の入力電流量を利用して
制御の精度を上げることも提案されている。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来の制御方法は、電動機単体の効率を高くすること目
的としており、電源および電動機を含んだシステム全体
のエネルギー効率を考えた場合、これが最適とは言えな
い。また、誘導電動機の相互インダクタンス、リアクタ
ンス、抵抗などの特性定数は、温度などの環境の変化に
よって変化する。このため、演算によって得られた条件
で運転を行ってもそれが実際に最適のエネルギー効率か
どうかは分らない。

この発明は、誘導電動機の定常運転時に最適運転条件を
さがし、システム全体のエネルギー効率を自動的に最大
とできる誘導電動機システムの制御方法および装置を提
供することを目的とする。

［関連技術］ 本出願人は、この技術に関連して、特願昭６１−４９６
８９において誘導電動機の入力電力、出力電力を監視し
、これによって磁束指令値を変更することについて提案
した。しかし、この出願は、システム全体のエネルギー
効率を高効率に保つものではなく、また励磁電流値の変
更の際にこれを必ず増加および減少させるものではない
。　　　゛［実施例］ この発明の誘導電動機システムの制御方法および装置の
一実施例について、図面に基づいて説明する。

第１図は、この発明の誘導電動機システムの回路を示す
ブロック図である。ここで、従来例と同一の構成につい
ては、同一の符号を付し説明を省略する。

直流電源であるバッテリー４０からの電力は、　。

ＰＷＭインバータ１２に入力され、ここで所定の交流に
変換される。ここで、この入力電流１ｂは電流計４２で
検出され、入力電圧ｖｂは電圧計４４で検出される。そ
して、これらの検出値はＩｂ。

ｖｂ入力電力検出回路４６に入力され、ここで乗算され
入力電力ｐｂが算出される。

誘導電動機１４には、トルクセンサ４８が取付けられ、
これによって誘導電動機１４のトルクＴｑが検出される
。このトルクＴｑは出力電力検出回路５０に入力され、
ここでｕ転センサ１６における検出値である回転速度ω
に乗算され、出力電力Ｐａが算出される。

入力電力検出回路４６における入力電力ｐｂおよび出力
電力検出回路５０における出力電力Ｐａはエネルギー効
率演算回路５２に入力され、ここで両者の割算が行なわ
れ、この誘導電動機システムのエネルギー効率ηが算出
される。そして、このエネルギー効率ηは比較回路５４
に入力され、ここでその変化量が検出される。

また、回転センサ１６で検出された回転速度ωは磁束指
令回路５６に入力される。磁束指令回路５６にはトルク
指令Ｔｏも入力され、磁束指令回路５６は、その内部に
あらかじめ記憶しているデータとこれら回転速度ω、ト
ルク指令Ｔｏを比較することによって、これに適した磁
束指令Φ０を出力する。そして、この磁束指令値Φ０を
ベクトル演算回路１０に供給する。

さらに、この磁束指令回路５６では入力されるトルク指
令Ｔ。、回転速度ωを監視し、この変化が所定時間以−
ヒ所定の微少量以下である場合は、この定常状態である
ことの信号ＳＴを指令補正回路５８に供給する。

ベクトル演算回路１０では、従来例と同様にトルク電流
指令値１ｑ、励磁電流指令値Ｉｄ、各周波周波数指令値
を算出するが、ここで、ベクトル電流指令値ＩＱおよび
励磁電流指令値１ｄは、直接２／３相変換器には入力さ
れず、指令補正回路５８に入力される。

この電流指令補正回路５８は、内部に入出力回路、ＣＰ
Ｕ、ＲＯＭ、、ＲＡＭなどを内蔵するマイクロコンピュ
ータで、入力されるトルク電流指令ＩＱ、励磁電流指令
値１ｄおよびエネルギー効率の変化量Δηの演算によっ
て、電流指令値１ｑ。

Ｉｄを補正し、補正後の補正トルク電流指令Ｉｔ。

補正励磁電流指令Ｉ。を２／３相変換器３０に供給する
。

なお、指令補正回路５８は、トルク指令Ｔ。および回転
速度ωの値が一定時間以上変化しない定常運転時である
ことの信号を磁束指令５６から受けたときに、トルク電
流指令値！ｑと励磁電流指令値１ｄの積は一定に保った
まま両者の値を変更し、システムのエネルギー効率が最
大となるようにこれらの値を変更するものである。

次に、この電流指令補正回路５８の動作を中心とするこ
の誘導電動機システムの動作について、第２図のフロー
チャート図に基づいて説明する。

スタートすると、最初に磁束指令回路５６によって、ト
ルク指令Ｔｏおよび回転速度ωが読込まれる（データ読
込み）。

次に、この磁束指令回路５６において、トルク指令Ｔ。

、回転速度ωの変化を監視し、一定時間以上変化がない
かどうかを判定する（一定時間変化なし）。

ここで、変化がある場合は、磁束指令回路５６は従来ど
うりの磁束指令値Φ。を出力し、指令値補正回路５８は
入力された電流指令値ＩＱ、ＩＱの補正は行なわない（
従来のベクトル制御）。

一定時間変化がない場合は、磁束指令回路５６は内蔵の
マツプより最適効率になると考えられる磁束指令値Φ。

を出力する（磁束指令決定）。

ベクトル演算回路１０では、供給される磁束指令Φ　お
よびトルク指令Ｔｏより、トルク電流指令値Ｉｑ、励磁
電流指令値１ｄを計算する（ベクトル演算）。

次に、初期値の設定として、判断つまり補正の回数ｎお
よび最大エネルギー効率ηｍをＯにリセットしておく。

そして、エネルギー効率演算回路５２によって、その時
に入力される入力電力ｐｂおよび出力電力Ｐａの割算に
よりエネルギー効率が計算される（効率計算）。

次に指令補正回路５８において、同一の磁束指令Φ　お
よびトルク指令Ｔｏについての判断が何回目かを回数ｎ
の値によって行われる。ここで記憶している回数ｎに１
を加算し、これをその回数とする。そして、この判定結
果によって、１．２．３．４回目以降で分岐する（回数
判定）。

１回目の場合は、その回の効率計算によって得られたエ
ネルギー効率ηをη０の値とし、これを電流指令補正回
路５８内の記憶装置に記憶する（η０−η）。そして、
ベクトル演算によって得られた励磁電流指令値Ｉｄに所
定の微少量に設定された補正値ΔＩｏを加算し、補正励
磁電流指令値にＩ　を算出する（ＩＯ−Ｉｄ＋ΔＩｏ）
。

そして、トルクＴｑを一定にするため、この新しい補正
励磁電流指令ＩＯを用いて、トルク電流指令Ｉｔを補正
する。つまり、補正励磁電流指令値Ｉ。と補正トルク電
流指令値Ｉｔの積が励磁電流指令値とトルク電流指令値
１ｑの積と同一になるように補正する（　Ｉ　ｔ　＝　
Ｉ　ｄ　Ｘ　Ｉ　ｑ／−１ｏ）。

次に、今回のηとηｍを比較する（η≧ηｍ）。

１回目の場合、ηｍは０なので必ずηの方が大きくなり
、ηｍの値としてηが入力される（ηｍ　−η）。

そして、この補正励磁電流指令値Ｉ。および補正トルク
電流指令値Ｉｔを２７３相変換器に出力し、ＰＷＭイン
バーター２でのスイッチングの条件を変更する（Ｉ−ｔ
Ｓ　Ｉｏ小出力。

そして、トルク指令値Ｔ　ｏ−回転速度ωのデータに変
化がないかを確認した上で、２回目の効率計算に戻る（
データに変化なし？）。

ここで、データに変化がある場合は、エネルギー効率を
用いたこの制御を中止し、スタートへ戻る。

２回目の場合も、最初に変更後の電流指令値ＩＯ，Ｉｔ
に基づくエネルギー効率の計算を行う（効率計算）。

そして、この効率計算工程によって得られたエネルギー
効率ηを新しいη１の値とし、これを記憶する。また、
前回のエネルギー効率η０と今回のエネルギー効率η１
の差を演算し、これらの値を記憶する（η１−η、Δη
１−η１−η０）。

そして、今度の場合はベクトル演算によって得られた励
磁電流指令１ｄから所定の補正値ΔＩｏを減算する（１
ｏ−Ｉｄ−Δ１ｏ）。

そして、このようにして１回目と同様に補正励磁電流指
令Ｉｔを求める。

次に、最大エネルギー効率ηｍと今回のエネルギー効率
ηと比較する（η≧ηｍ）。そして、ηの方が大きい場
合は、ηｍの値を入替える。

そして、補正後の補正励磁電流指令Ｉ。および補正トル
ク電流指令Ｉｔを出力した後、データに変化がないこと
を確認した上で効率計算に戻る。

また、ηがηｍより小さい場合、つまり前回のηの方が
大きい場合はηｍの値は変えずに同様の経路で効率計算
に戻る。

そして、３回目の効率計算を行い、このエネルギー効率
ηをη２とする。また、１回目のエネルギー効率η　と
今回のエネルギー効率η２の差を計算する（η　−η、
Δη２−η２−η０）。

次に、Δη１の正負を判定をする。そして、これが正の
場合は、Δη１とΔη２の大きさを比較する（Δη　〉
Δη２？）。Δη１の方が大きい場合は補正励磁電流ｔ
ｕ令Ｉ。を更に増加したはうがよいので、補正励磁電流
指令１ｏとして１回目、２回目の変更全ΔＩｏに判断の
回数ｎから１を減算した係数（ｎ−１）を乗算した値（
ｎ−１）Δ■を加算し、これを新しい補正励磁電流指令
Ｉ。

とする（１　−１ｄ＋　（ｎ−１）ΔＩｏ）。３回目の
場合はこの（ｎ−１）は２となる。

また、Δη　が負の場合はΔη２の正負についで判定す
る（Δη２〉０？）。そして、これが負の場合は、１回
目のエネルギー効率η０が一番効率が良いのであるから
、励磁電流指令１ｄ、ｈルク電流指令Ｉｔともに補正は
不要である。このため、η　時のＩ　　　Ｉｔ、この場
合はη０のときｍ　　　　　Ｏゝ つまり補正前のＩｄ、Ｉｑに戻し、Ｔｑ１ωのデータが
変化するまでこの制御は行なわない。

Δη　が負でΔη２が正の場合、補正励磁電流指令ｉｏ
を減少した時にエネルギー効率が」次兄したのであるか
ら、補正励磁電流指令Ｉｏをさらに減少すると良いこと
が分る。また、Δη１およびΔη２の両方が正であって
Δη２の方が大きい場合も、Ｉｏを減少した方が良いの
で、ΔＩｏを（ｎ−１）倍した値つまり２ΔＩｏをＩｄ
から減算する。

つまり−ηｏ１η１１η２の比較によって！０を減少し
た方が良いか、増加した方が良いかが判定される。そし
て、Δη　またはΔη２のどちらか一方が正の場合はそ
の方向へ、また両者ともに正の場合はその絶対値が大き
い方へ１０を史に変更する。

次に、今回のエネルギー効率ηを最大エネルギー効率η
ｍと比較する。最大エネルギー効率ηｍにはη０または
η、１がセットされているが、Δη　がΔη２より大き
い場合にはη１をまたΔη　の方が大きい場合はη２を
ηにセットする。

そして、得られた補正電流指令Ｉｔ％Ｉｏを出力する。

４回目以降の場合も、まず効率の計算をする。

そして、３回目までの結果によって工０を減少するか、
増加するかは決っていいるので、その方向での減少量ま
たは増加量を大きくする。つまり、Δ■の係数（ｎ−１
）が１回毎に１ずつ増加するため、ＩｏがΔＩずつ変化
する。

そして、４回目以降の場合はその回のエネルギー効率η
とηｍの比較し、これが前回までの最大エネルギー効率
ηｍより小さい時は、その方向でのＩｏの変化量の増加
が大きくなりすぎ、極大点を通りすぎたのであるから、
４ｍ時つまり前回のＩ　　　ｆｔに１０．Ｉｔを戻しこ
の制御を終了し、０ゝ データ待ちに入る。

ηがηｍより大きい時は、この値が新しいηｍとされる
。そして、さらにこの方向でのＩｏの変更を行った方が
良いので、もう１度同じループへ循環し、係数（ｎ−１
）が１増えた状態つまり１ｏにΔ■を加算する補正が行
なわれる。

励磁電流とエネルギー効率の関係は、例えば第３図に示
すように極小点が存在する場合が多い。

このような場合、Ｉｏを増加しても減少してもエネルギ
ー効率は上昇することになる。この実施例の装置の場合
、Ｉｏを必ず増加および減少させ両方の変更に対するエ
ネルギー効率の変化を調べるため、このような場合であ
っても正しい制御が行える。

なお、上記実施例では、ΔＩｏを常に一定としたが、例
えばエネルギー効率ηの値によって変更可能としてもよ
い。また、一度行った補正の内容をその条件とともに記
憶しておき、磁束指令回路内のデータを書きかえてもよ
い。

さらに、Ｉｏの増加および減少は１回ずつとしたが、振
幅ΔＩｏを変更して多数回行い、エネルギー効率を曲線
として把握するようにしてもよい◎［発明の効果］ 以」−のように、この発明の誘導電動機システムの制御
方法および装置によれば、定常運転時に電流指令値を増
減してエネルギー効率の変化をみるため、システム全体
のエネルギー効率を確実に最高のものとできる。゛

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の誘導電動機システムの概
要を示すブロック図、 第２図は同実施例の動作を説明するためのフローチャー
ト図、 第３図は励磁電流とシステムのエネルギー効率の関係を
示す特性図、 第４図は従来の誘導電動機システムの一例を示すブロッ
ク図である。 １０　・・・　ベクトル演算回路、 １２　・・・　ＰＷＭインバータ １４　・・・　誘導電動機 １６　・・・　回転センサ ３０　・・・　２／３相変換器 ４０　・・・　バッテリー ４６　・・・　入力電力検出回路 ４８　・・・　トルクセンサ ５０　゛・・・　出力電力検出回路 ５２　・・・　エネルギー効率演算回路５８　・・・　
指令補正回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）直流電力をパルス幅変調インバータに供給し、こ
   れを交流電力に変換し、誘導電動機を駆動するシステム
   において、 上記パルス幅変調インバータへ供給する入力電力量を検
   出する工程と、 上記誘導電動機の出力電力を検出する工程と、これら入
   力電力および出力電力からエネルギー効率を算出する工
   程と、 上記誘導電動機の特性値および回転速度のベクトル演算
   により励磁電流指令値、トルク電流指令値および回転速
   度指令値を算出する工程と、この励磁電流指令値、トル
   ク電流指令値および回転速度指令値に応じた電力が上記
   誘導電動機に供給されるように上記パルス幅変調インバ
   ータを制御する工程と、 上記エネルギー効率が所定時間以上一定である場合に、
   上記励磁電流指令値とトルク電流指令値の積を一定に保
   ったまま、上記励磁電流指令値を所定量増加および減少
   する工程と、 上記励磁電流指令値の変更前の値による上記エネルギー
   効率と増加したときおよび減少したときの値による上記
   エネルギー効率を比較し、増加したときも減少したとき
   も上記エネルギー効率が上昇した場合はその上昇量が大
   きい方に上記励磁電流指令値の変更する工程と、を有す
   ることを特徴とする誘導電動機システムの制御方法。
2. （２）直流電力を供給するバッテリーと、 このバッテリーからの直流電力を交流電力に変換し、誘
   導電動機に供給するパルス幅変調インバータと、 上記パルス幅変調インバータへ供給する入力電力量を検
   出する入力電力検出回路と、 上記誘導電動機の回転速度を検出する回転センサと、 上記誘導電動機の出力トルクを検出するトルクセンサと
   、 これら回転速度および出力トルクより上記誘導電動機の
   出力電力を算出する出力電力検出回路と、上記入力電力
   および出力電力よりエネルギー効率を算出するエネルギ
   ー効率演算回路と、 上記誘導電動機の発生トルクの指令値であるトルク指令
   値と上記回転速度の変化を検出する手段と、 上記誘導電動機の特性値を記憶しており、入力される上
   記トルク指令値および上記回転速度よりベクトル演算を
   行い、励磁電流指令値、トルク電流指令値および回転速
   度指令値を算出するベクトル演算回路と、 この励磁電流指令値、トルク電流指令値および回転速度
   指令値が入力され、これに応じた電力が上記誘導電動機
   に供給されるように上記パルス幅変調インバータを制御
   するインバータ制御回路と、上記ベクトル演算回路と上
   記インバータ制御回路の間に介在され、上記エネルギー
   効率エネルギー効率の変化に応じて上記励磁電流指令値
   を補正する指令補正回路と、 この指令補正回路に設けられ、上記補正の回数によって
   上記励磁電流指令値を増加または減少するため、上記補
   正を行った回数カウントする手段と、 を有することを特徴とする誘導電動機システムの制御装
   置。