JPS6334718B2 - - Google Patents

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JPS6334718B2
JPS6334718B2 JP61288840A JP28884086A JPS6334718B2 JP S6334718 B2 JPS6334718 B2 JP S6334718B2 JP 61288840 A JP61288840 A JP 61288840A JP 28884086 A JP28884086 A JP 28884086A JP S6334718 B2 JPS6334718 B2 JP S6334718B2
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signal
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Toshiaki Okuyama
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  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は誘導電動機を速度検出器を用いること
なく十分な精度で速度制御可能な誘導電動機の速
度制御装置に関する。
〔従来の技術〕
誘導電動機を可変電圧・可変周波数の交流を出
力する周波数変換器によつて駆動する場合、電動
機の回転速度Nは次式で与えられる。
N=60/p01s) …(1) ここに、p0:極対数、1:駆動周波数、s:す
べり周波数。
(1)式におけるすべり周波数sはトルクに比例し
て変化するため、駆動周波数1が一定値である場
合には回転速度Nがトルクに応じて変動する。こ
のため単に駆動周波数1を一定に保つだけでは精
度のよい速度制御が行えない。一方、電動機の軸
端に速度検出器を取付け、速度指令と速度検出器
の検出信号との偏差に応じて駆動周波数1を制御
すれば高い精度が得られるが、しかし、速度検出
器が必要であり、取付けが面倒で電動機周りの構
造が複雑になると共に速度信号の伝送用に長距離
ケーブルが必要であるなどの不都合がある。
そのため、速度検出器を用いずにすべり周波数
sを検出し、すべり周波数sが所定値となるよう
にすべり周波数制御を行う方式として、誘導電動
機の1次電圧V1と1次電流I1から励磁電流成分In
を演算により求め、電流I1とInの比からすべり周
波数sを演算により求めすべり周波数指令と一致
するように電動機の駆動周波数(インバータ出力
周波数)を制御する方法が提案されている。この
ことは例えば特開昭54−11413号公報に記載され
ている。
〔発明が解決しようとする問題点〕 しかし、上述の文献にはすべり周波数を演算に
より求め、このすべり周波数を所定値に制御する
ことによりトルク等を安定に制御することが記載
されているだけで、速度制御を精度良く行うこと
について何ら開示されていない。
本発明の目的は速度検出器を用いることなしに
高い精度で速度制御が行える誘導電動機の速度制
御装置を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の特徴とするところは周波数変換器から
誘導電動機に供給される1次電流のトルク電流成
分を求め、トルク電流指令とトルク電流成分に基
づいて誘導電動機の速度推定値を演算により求め
る。演算により求めた速度推定値と速度指令値を
比較してトルク電流指令値を決定するとともにト
ルク電流指令とトルク電流成分の偏差によつて周
波数変換器の出力周波数(誘導電動機の1次周波
数)を制御する。
〔作用〕
トルク電流指令とトルク電流成分の偏差に応じ
て1次周波数が制御される。トルク電流成分がト
ルク電流指令に比べ小の場合においては1次周波
数が上昇方向に変化しすべり周波数が増加する。
それに従いすべり周波数と比例関係にある誘導電
動機の2次電流が増加し、また1次電流のトルク
電流成分が増加する。その結果、トルク電流成分
はトルク電流指令に一致するように制御される。
トルク電流成分がトルク電流指令に比べ大の場合
においては上述と全く逆の動作が行われる。この
ときトルク電流指令とトルク電流成分に基づいて
回転速度を推定できる。この速度推定値と速度指
令値の偏差に応じてトルク電流指令を求め、トル
ク電流指令に応じてトルク電流成分を制御するこ
とにより電動機速度を速度指令値に一致させるこ
とができる。
〔実施例〕
第1図に本発明の一実施例を示す。
第1図において、1は商用交流電圧を整流する
ダイオード整流器、2は整流器1の出力電圧を平
滑するための平滑コンデンサ、3はGTOサイリ
スタを用いた電圧型PWMインバータ、4は誘導
電動機、5は速度指令回路、6は電動機の1次電
流を検出する電流検出器、7は1次電流のトルク
電流成分I1〓と励磁電流成分I1〓をそれぞれ検出す
る電流成分検出器、8はI1〓検出信号とI1〓検出信
号に基づいてすべり周波数に比例した信号(以下
すべり周波数演算信号と記す)を検出するすべり
周波数演算回路、21はすべり周波数演算信号と
すべり周波数指令信号の偏差を増幅し、PWMイ
ンバータ3の出力周波数を指令する周波数指令信
号を出力するすべり周波数偏差増幅器で周波数指
令回路を構成する。10はすべり周波数偏差増幅
器21からの周波数指令信号に比例した周波数の
2相正弦波信号を発生する2相発振器、11は電
動機の磁束量を指令する磁束指令回路、12は磁
束指令信号と周波数指令信号を掛算し電圧指令信
号を出力する掛算器、13,14は発振器10と
掛算器12の出力信号を掛算する掛算器、15は
2相信号を3相信号に変換する相数変換器、16
はPWMインバータ3を構成するGTOサイリス
タのオン・オフの周波数を制御する搬送波信号を
発生する発振器、17は相数変換器15と発振器
16の出力信号を比較し、パルス幅変調信号
(PWM信号)を出力する比較器、18はPWMイ
ンバータ3を構成するGTOサイリスタをオン・
オフ制御するためのゲート信号を出力するゲート
アンプ、19は周波数指令信号からすべり周波数
演算信号を差し引き、誘導電動機4の回転速度を
推定する速度検出用減算器で、速度推定回路を構
成する。20は速度指令回路の速度指令信号と速
度推定信号の偏差を増幅しすべり周波数指令信号
を出力する速度偏差増幅器で、この速度偏差増幅
器20が速度制御回路を構成する。
第5図に電流成分検出器7の詳細な回路構成図
を示す。71はiu,iv,iwを所定比率で加減算す
る加算器、72はiwからivを減算する減算器で、
これにより3相電流信号iu〜iwを2相電流信号
ia,ibに変換する。73〜76は2相発振器10
の出力信号a,bと2相電流信号ia,ibを掛算す
る掛算器、77,78は各掛算器73〜76の出
力信号の加減算を行う加減算器である。
次にその動作について説明する。周知のように
電圧形パルス幅変調インバータ3はGTOサイリ
スタのオン・オフ時間を変化させることにより出
力電圧を可変にできる。具体的には相数変換器1
5からの電圧指令信号(正弦波)と発振器16か
らの搬送波信号(3角波)を比較器17において
比較し、その出力信号であるPWM信号に応じて
インバータ3のGTOサイリスタをオン・オフ制
御して出力電圧を電圧指令信号に比例するように
制御する。
次に、本発明の動作を説明する。電動機4の1
次電流の励磁電流成分I1〓およびトルク電流成分
I1〓は次式で与えられる。
I1〓=1+PT2/M・φ′2 …(2) I1〓=2πs・T2/M′・φ′2 …(3) ここに、P:d/dt(演算子) T2:2次時定数 M′:1次−2次間相互インダクタンス φ′2:2次鎖交磁束s :すべり周波数 すなわち、すべり周波数sは次式に従い演算で
きる。s =1/2πT2 I1〓/〔11〓/(1+PT2)〕 …(4) または s=M′/2πT2・I1〓/φ2′ …(5) 一方、誘導電動機4の回転周波数rと駆動周波
1r1s(2極機の場合) …(6) の関係がある。速度検出用減算器(速度推定回
路)19において周波数指令信号から(4)式または
(5)式に従い演算されるすべり周波数演算信号を差
し引き、回転周波数すなわち回転速度を推定す
る。
速度偏差増幅器(速度制御回路)20において
速度指令信号と速度推定信号の偏差が増幅され、
その出力信号はすべり周波数偏差増幅器(周波数
指令回路)21にすべり周波数指令信号として加
えられる。周波数指令回路21は積分あるいは比
例動作を行うもので、すべり周波数指令信号とす
べり周波数演算信号との偏差に応じて周波数指令
信号が変化する。すべり周波数演算信号がすべり
周波数指令信号に比べ小の場合においては、周波
数指令信号が増加方向に変化する。そのときイン
バータ3の出力周波数は上昇方向に変化し、それ
に伴い誘導電動機4のすべり周波数が増加する。
すべり周波数が増加すると誘導電動機4の2次電
流が増加し、また電動機4の1次電流のトルク電
流成分I1〓が増加する。トルク電流成分I1〓が増加
すると電流成分検出器7からの検出信号i1〓が増
加してすべり周波数演算信号が増大しすべり周波
数指令信号に一致するように制御される。その結
果として誘導電動機4のすべり周波数はすべり周
波数指令信号に比例するように制御される。
一方、すべり周波数演算信号がすべり周波数指
令信号に比べ大の場合においては、上述と全く逆
の動作が行なわれ、誘導電動機4のすべり周波数
はすべり周波数指令信号に比例するように制御さ
れる。すべり周波数と電動機発生トルクが比例関
係にあることからすべり周波数指令に比例してト
ルクを制御することができる。以上のようにし
て、速度指令信号と速度推定信号の差に応じてト
ルクを制御することから、電動機の回転速度はそ
の速度指令信号に比例して制御される。
次に電流成分検出とすべり周波数演算の動作に
ついて説明する。
電流成分検出器7はトルク電流成分I1〓と励磁
電流成分I1〓を次式のようにして検出する。まず、
電流検出器6で検出した3相の1次電流信号iu,
iv,iwを第5図に示す加減算器71,72によ
り2相信号ia,ibに変換する。その演算内容は下
式であり、そのベクトルの位相関係を第2図に示
す。
ここに、k:比例定数 このようにして得た2相信号ia,ibと2相発振
器10の正弦波出力信号a,bを掛算器73〜7
6で掛算し、励磁電流成分I1〓、トルク電流成分
I1〓の検出信号i1〓,i1〓を得る。その演算内容は次
式に示す通りであり、ベクトルの位相関係を第3
図に示す。
i1〓=−b・ia+a・ib=k′Isinθ i1〓=a・ia+b・ib=k′Icosθ …(8) ここに、k′:比例定数 I:1次電流の振幅 θ:信号ia,ibの信号a,bに対する遅れ位相角
度 2相発振器10の信号a,bと電動機4の1次
電圧は以下で述べるように位相が一致するため、
(8)式の演算により1次電流の励磁電流成分I1〓と
トルク電流成分I1〓が検出される。
すべり周波数演算回路8の詳細な構成図を第6
図に示す。1次遅れ回路81及び割算器82から
成り、(4)式に対応した演算を行いすべり周波数s
に比例したすべり周波数演算信号が求められる。
一方、2相発振器10は周波数指令信号1に比
例した周波数をもつ2相正弦波信号a,bを発生
する。2相発振器10は例えば周知の積分形鋸歯
状波発振器と関数発生器からなるものが用いら
れ、その出力信号a,bは次式に示すように振巾
が一定な正弦波信号である。
a=sin(2π1t) b=cos(2π1t) …(9) 掛算器13,14は2相信号aまたはbと掛算
器12からの電圧指令信号を掛算して次式に示す
信号c,dを出力する。
c=Asin(2π1t) d=Acos(2π1t) …(10) ここに、A:電圧指令信号振幅 相数変換器15は周知の方法により2相信号
c,dを3相信号に変換する。PWMインバータ
3の出力電圧は前述したようにしてこの3相信号
に比例するように制御されるが、このとき出力電
圧Eu〜Ewと1次電流Iu〜Iwの位相関係は第4図
に示すようになる。この際、1次電流の励磁電流
成分I1〓とトルク電流成分I1〓は次式で与えられ、
(8)式の検出信号i1〓,i1〓と比例関係が成立する。
I1〓=Isinθ I1〓=Icosθ …(11) 以上のようにして制御するのであるが、回転速
度を推定して速度指令値との偏差に応じてトルク
を制御しているので誘導電動機4の回転速度を速
度指令信号に比例して精度よく制御することがで
きる。また速度検出器を省略できるので、特にそ
の取付けが困難な場合において大きな効果が得ら
れる。
ここで、第1図に示す実施例では、磁束指令回
路11及び掛算器12の働きにより磁束量を任意
に制御することができる。しかし磁束量一定の条
件で運転する場合では、励磁電流成分I1〓は一定
であるため(4)式から明らかなようにs=k″i1
(k″:比例定数)とみなすことができる。したが
つてこの場合は、第1図におけるすべり周波数演
算回路8を省略でき、速度偏差増幅器20からの
出力信号(トルク電流成分指令)と電流成分信号
i1〓の偏差に応じて周波数指令すなわち駆動周波
1が制御される。また、すべり周波数sは、(5)
式に従つても求めることが可能である。したがつ
て、すべり周波数演算回路8の代りに、トルク電
流成分i1〓を磁束指令信号で割算してすべり周波
sを演算して速度検出用減算器19及び増幅器
21に加えるようにしても同一の効果が得られ
る。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明はトルク電流指令と
トルク電流成分に基づいて回転速度を推定し、こ
の速度推定値と速度指令値とを比較してトルク電
流指令値を求めトルク電流成分との偏差に応じて
誘導電動機の1次周波数を制御している。このと
き1次周波数指令、すべり周波数に比例したトル
ク電流成分および速度推定値の関係はすべり周波
数と回転周波数の和が1次周波数となる関係に対
応しているため、その速度推定値を用いて回転速
度を精度良く制御できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す回路構成図、
第2〜4図は第1図の装置の動作を説明するため
の図、第5図、第6図は第1図の回路部品の詳細
な回路構成図である。 1……ダイオード整流器、2……平滑コンデン
サ、3……PWMインバータ、4……誘導電動
機、5……速度指令回路、6……電流検出器、7
……電流成分検出器、8……すべり周波数演算回
路、10……2相発振器、11……磁束指令回
路、12……掛算器、13,14……掛算器、1
5……相数変換器、16……発振器、17……比
較器、19……速度検出用減算器、20……速度
偏差増幅器、21……すべり周波数偏差増巾器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 周波数変換器により一次周波数および電圧が
    制御される誘導電動機の速度制御装置において、
    前記周波数変換器から前記誘導電動機に供給され
    る一次電流のトルク電流成分を求め、トルク電流
    指令と前記トルク電流成分に基づいて前記誘導電
    動機の速度推定値を演算し、この速度推定値と速
    度指令値を比較して、前記トルク電流指令値を決
    定するとともに前記トルク電流指令と前記トルク
    電流成分の偏差によつて前記周波数変換器の出力
    周波数を制御することを特徴とする誘導電動機の
    速度制御装置。 2 特許請求の範囲第1項において、前記速度推
    定値は前記周波数変換器に与えられる出力周波数
    指令から、前記トルク電流指令に基づいて求めら
    れるすべり周波数を減算したものであることを特
    徴とする誘導電動機の速度制御装置。
JP61288840A 1986-12-05 1986-12-05 誘導電動機の速度制御装置 Granted JPS62171492A (ja)

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