JPS63305794A - 同期電動機のオ−プンル−プ制御方法 - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は同期電動機のオープンループ制御方法に関し、
応答特性が向上するように企図したものである。

８０発明の概要 本発明は、同期電動機に電流を供給するインバータを制
御する制御系の遅れを補償する値を、速度指令値に取り
込むことにより、応答性を向上させた制御方法間する。

Ｃ１従来の技術 同期電動機とインバータとを組み合わせ、同期電動機を
速度制御するシステムが各種開発されている。このよう
な中にあって、同期電動機の回転子の位置を位置検出器
で検出することなく、オープンループ制御により同期運
転するものがある。

第５図は最近開発されたオープンループ制御タイプのシ
ステムである。同図において、三相交流電源ｌから出力
された交流電流はコンバータ２により直流に交換されて
三相インバータ３に供給される。電流制御形の三相イン
バータ３は、同期電動機４に三相交流を流し、これによ
り同期電動機４が回転駆動する。

三相インバータ３のトリガタイミングは速度制御回路５
により調整される（詳細は後述）。このようにしてトリ
ガタイミングの制御に上り三相インバータ３の出力電流
周波数を変えることで、同期電動機４の速度を変えるこ
とができる。

速度制御回路５は、電圧制御発振器６と、正弦波発生器
７と、ヒステリシスコンパレータ８と、ゲートロジック
９と、交流器ｌＯと、混合器１１とで構成されている。

この速度制御回路５に、角速度で与えられる速度指令ω
（１）を入力すると、電圧制御発振器６は速度指令ω（
１）の値に応じた周波数でもってパルス信号Ｐを出力す
る。正弦波発生器７は、パルス信号Ｐの周波数に比例し
た周波数となっている正弦波信号ａを出力する。一方、
交流器１０は、インバータ３から同期電動機４に供給す
る供給電流の波形及び大きさを検出し、検出信号ａ′を
出力する。混合器１１では、正弦波信号ａと検出信号ａ
′との偏差信号Δａ（＝ａ−ａ’　）が求められ、この
偏差信号Δａは、チャタリング防止用のヒステリシスコ
ンパレータ８を介してゲートロジック９に入力される。

ゲートロジック９は、偏差信号Δａを基にインバータ３
のゲートトリガタイミングを制御することにより、供給
電流の周波数を決める。このようにして速度指令ω（１
）に応じた速度で同期電動機４が回転駆動する。

第６図は、上述した第５図の制御系の制御特性を示すブ
ロック線図である。同図中Ｓは微分演算子、ω（ｓ）は
速度指令ω（１）をラプラス変換したものでありω（ｓ
）　＝Ｌ　（ω（ｔ）〕の関係にある。また、θ。（ｓ
）は正弦波信号ａの位相に応じた位相角、θ、（ｓ）は
検出信号ａ′の位相に応じた位相角、Δθ（ｓ）は偏差
信号Δａの位相に応じた位相角である。更にＴ（ｓ）は
同期動画４の発生トルク、’ｒｔ、（ｓ）は損失トルク
、Ｋ丁は本来、定数ではなく、Δθ（ｓ）および磁束の
強さ、電流の大きさの関数であるが本発明においては内
容に支障はないので、簡単のために定数とおく、Ｔ　（
ｓ　）　＝ＫＴ・Δθ（ｓ）なる関係がある。また、Ｊ
は同期電動機４の慣性モーメント、ωｔ（ｓ）は同期電
動機４の回転速度に対応した速度信号である。

Ｄ１発明が解決しようとする問題点 ところで第５図及び第６図で説明した制御方法では、同
期電動機を磁極位置検出器なしで駆動する電流形インバ
ータに関して、単に一次周波数を変化させて可変速する
場合、トルク発生に遅れがあるため応答性が悪いという
問題が残っていた。

このことを具体的例を挙げて説明する。例えば、ω（ｔ
）＝Ｂｔ　　　　　　　　　　・・・（１）〔但し、Ｂ
は定数、ｔは時間〕 であるとき、 となる。一方、 Δθ（ｓ）ｃＣθｏ（ｓ）　　　　　　・・・（４）Ｔ
（ｓ）　ｏｃＫ丁・Δθ（ｓ）　　　−（５）であるか
ら となる。よって となる。上記式（７）のＴ　（ｔ）は時間座標で示した
トルクである。いま、θ２（ｓ）が一定であるとすると
、発生トルクＴ　（ｓ）は発生トルクΔθ（ｓ）に比例
するが、該Δθ（ｓ）は印加周波数の積分で生ずる。よ
って式（１）と式（７）を図示した第６図かられるよう
に、速度指令ω（１）は直線的に上昇するの対し、トル
クＴ　（ｔ）は二次関数的に上昇するため、トルク発生
遅れが生じることが理解される。

本発明は、上記実情に鑑み、トルク発生遅れのない応答
性の良い同期電動機のオープンループ制御方法を提供す
るものである。

Ｅ８問題点を解決するための手段 上記問題点を解決する本発明は、インバータから同期電
動機に供給する供給電流の周期数を制御して同期電動機
の回転速度制御をするため、角速度で与えられる速度指
令の増減に応じて周波数が増減する正弦波信号を形成し
、この正弦波信号と前記供給電流の波形との偏差を求め
、この偏差を基にインバータのトリガタイミングを制御
する同期電動機のオープンループ制御方法において、本
来入力された速度指令を電圧制御して得られる発振周波
数値とこの速度指令を二回微分した値とを加算したもの
を、この制御系の速度指令とすることを特徴とする。

Ｆ１作用 速度指令ω（１）の変化に必要なトルク発生Δθ′を瞬
時に与えるべく、ディジタル位相補正を加えることによ
り、磁極の位置を瞬時に切換えて加速トルクを発生させ
たり減速トルクを発生させると共に、速度安定状態で磁
極を元に位置に切換えるべく位相補正を行う。

Ｇ、実施例 以下本発明の実施例に係る制御方法を説明する。

第１図は本発明の方法を実現する回路を示し、第４図と
同一部分は同一符号で示しである。第１図において２０
は速度指令ω（１）を２回微分して位相を補正する位相
補正回路、２１は電圧制御発振器の出力を計数して計数
出力信号を発するカウンタ、２２は加算器で、カウンタ
２１の計数出力信号と位相補正回路２０の補正信号を加
算してパルス信号Ｐを発生する。

第３図は第１図の回路の特性を示し、速度指令ω（１）
が上昇すると位相補正回路２０から正の出力Δθ′が加
算器２２に入力され、トルク指令Ｔは正になる。入力指
令ω（１）の変化がなければ位相補正回路２０の出力Δ
θ′およびトルク指令Ｔも一定になる。次に、速度指令
ω（１）が減する過程においては、位相補正回路２０の
出力Δθ′は負となり、トルク指令Ｔも負になる。

第２図は第１図の制御特性を示すブロック線図であり、
位相補正回路２０の特性はで表される。

この実施例において、速度指令ω（ｔ）＝Ｂ・ｔである
ときのトルク特性を説明する。ω（１）＝Ｂ−ｔである
から、 となる。一方、位相補正回路２０を通った信号は、ω（
ｓ）　・Ｋ’　Ｓ”＝Ｂ−に’　　　　　−（９）とな
る。加算器２２の出力は式（８）、（９）の値を加えた
値、すなわち であって制御系の速度指令となる。よって・・・（１１
） となる。一方、 Δθ（ｓ）ｏｃθ。（ｓ） Ｔ　（ｓ）ｏｌ：　Ｋ丁・Δθ　（ｓ）であるから、 ・・・（１２） となる。よって ・・・（１３） となる。

式（１３）の特性及びω（ｔ）＝Ｂｔの特性は第４図の
ように示される。

第４図から、定数Ｂ、に？、に’を適当なものに選んで
おけばＴ（ｔ）がＷ（ｔ）に近づいた曲線となるため、
トルク発生の遅れをほとんどなくいし、速度指令ω（１
）の入力と同時に瞬時にトルクＢ−にテ・Ｋ″を発生さ
せることができることが理解される。

Ｈ０発明の効果 以上の実施例を基に説明したように本発明によれば、制
御系におけるトルク発生遅れを補償したため、速度指令
の入力と同時にトルクが発生し、トルク応答性が向上す
る。したがって、オープンループ駆動であるにもかかわ
らず高速応性が可能にして、加速中および回転速度整定
時の回転むらによる揺動現象もなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の回路図、第２図はその制御特
性を示すブロック線図、第３図は動作特性図、第４図は
本発明の制御特性を示す特性図、第５図はオーブンルー
プ制御回路の一例を示す回路図、第６図はその制御特性
を示すブロック線図、第７図はその制御特性を示す特性
図である。 １・・・三相電源、３・・・三相インバータ、４・・・
同期電動機、５・・・速度制御回路、６・・・電圧制御
発振器、７・・・正弦波発生器、８・・・ヒステリシス
コンパレータ、９・・・ゲートロジック、２０・・・位
相補正回路、２１・・・カウンタ、２２・・・加算器。 手続補正書（師） ！、小事件表示 昭和６２年特許願第１４０６２５号 ２、発明の名称 同期電動機のオーブンループ制御方法 ４、代理人〒１０４ 東京都中央区明石町１番２９号　液済会ビル５、補正の
対象 （１）明細書の特許請求の範囲の欄。 （２）明細書の発明の詳細な説明の欄。 （３）図　面。 ６、補正の内容 （１）明細書の特許請求の範囲を別紙の通り補正する。 （２）明細書第２頁第９〜１０行目の「速度」を「位相
角」に補正する。 （３）同第５頁第１３〜１４行目の「同期動画４」を「
同期機４」に訂正する。 （４）同第５頁第１４行目の「損失トルク」を「負荷ト
ルク」に補正する。 （５）同第６頁第３行目の「数とおく、」を「数とおく
と」に訂正する。 （６）同第７頁５行目と第６行目間に「（θｒ（Ｓ）は
一定とした場合）」を挿入する。 （７）同第７頁第１０行目の（７）式において、「Ｂ−
ＫＴｔ″Ｊに訂正する。 （８）同第７頁第１４行目の「発生トルク」を「位相角
」に補正する。 （９）同第８頁第２行目の「第６図」を「第７図」に訂
正する。 （ｌＯ）同第９頁第４行目の「発信周波数値」の後に「
から得られる移相角指令値」を挿入する。 （１１）同第９頁第１０行目の「二回」を削除する。 （Ｉ２）同第９頁第５行目の「速度指令ｊを「位相角指
令」に補正する。 （１３）同第９頁第８行目の「トルク発生」を「トルク
を発生する位相角」に補正する。 （１４）同第９頁第１θ行目の「磁極」を「回転磁界」
に補正する。 （１５）同第９頁第１２行目の「磁極を元に」とあるを
「回転磁界を適切な」と補正する。 （１６）同第１Ｑ頁第３行目の「２回」を削除する。 （１７）同第１１頁第３行目の「特性は」の後にｒＫ’
　ＳＪを挿入する。 （１８）同第１１頁第８行目の「信号」の後に［Δθ’
（Ｓ）Ｊを挿入する。 （１９）同第１１頁第９行目の［ω（Ｓ）・Ｋ’Ｓ”＝
正する。 （２０）同第１１頁第１０行目の「出力」を「出力θ（
Ｓ）」に補正する。 （２１）同第１１頁第１０〜１１行目の「の値を補正す
る。 （２３）同第１１頁第１３行目の「であって制御系の速
度指令となる。よって」を削除する。 （２４）同第１２頁第１〜２行目を全部削除する。 （２５）同第１２頁第４行目の「Δθ（Ｓ）＝ＯＣθ。 （Ｓ）」を「Δθ（Ｓ）ｃＸ：θ（Ｓ）」に訂正する。 （２６）同第１３頁第２〜５行目の「適当なもの・・・
いし、」を「適当なもの（第３図の加速トルクを発生す
るに必要な値）に選んでおけば」に補正する。 （２７）図面の第１図、第２図及び第３図を別紙の通り
補正する。 以上 （別紙） 特許請求の範囲 インバータから同期電動機に供給する供給電流の周波数
を制御して同期電動機の回転速度を制御するため、角速
度で与えられる速度指令の増減に応じて周波数が増減す
る正弦波信号を形成し、この正弦波信号と前記供給電流
の波形との偏差を求め、この偏差を基にインバータのト
リガタイミングを制御する同期電動機のオーブンループ
制御方法において、 入力された速度指令を電圧制御して得られる発信周波数
値から得られる位　角指令とこの速度指灸’に＠　　Ｉ
、ｔｃ＊とを加算したものを、制御系の血監九乳灸とす
ることを特徴とする同期電動機のオープンループ制御方
法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　インバータから同期電動機に供給する供給電流の周波
   数を制御して同期電動機の回転速度制御をするため、角
   速度で与えられる速度指令の増減に応じて周波数が増減
   する正弦波信号を形成し、この正弦波信号と前記供給電
   流の波形との偏差を求め、この偏差を基にインバータの
   トリガタイミングを制御する同期電動機のオープンルー
   プ制御方法において、 入力された速度指令を電圧制御して得られる発振周波数
   値とこの速度指令を二回微分した値とを加算したものを
   、制御系の速度指令とすることを特徴とする同期電動機
   のオープンループ制御方法。