KR100364016B1

KR100364016B1 - 유도전동기의 벡터제어장치

Info

Publication number: KR100364016B1
Application number: KR1020000045628A
Authority: KR
Inventors: 네고로히데토
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 1999-12-08
Filing date: 2000-08-07
Publication date: 2002-12-12
Also published as: SG97891A1; CN1299184A; CN1175556C; US6335605B1; JP2001169599A; JP3520002B2; KR20010067062A

Abstract

토크지령치, 2차 자속지령치 및 유도전동기 정수에 따라 d축 전류지령치, q축 전류치 및 미끄럼각 주파수지령치를 연산해서 벡터제어를 하는 유도전동기의 벡터 제어장치로, 2차 저항의 보정치를 자동적으로 조정하는 수단을 갖는 유도전동기의 벡터 제어장치를 제공한다.

d축, q축 피드포워드 전압지령치 E1DFF 및 E1QFF, d, q축 전압지령치 E1DR 및 E1QR 토크전류지령치 IQR 및 자속 전류지령치 IRR를 사용해서 2차 저항보정 연산부(10)에서 2차 저항보정치 △R2를 연산하고, 벡터 제어지령 연산부(1)에 의해 2차 저항보정치 △R2를 사용해서 유도전동기(19)의 벡터제어를 한다.

Description

유도전동기의 벡터제어장치{VECTOR CONTROLLER FOR INDUCTION MOTOR}

본 발명은 유도전동기의 벡터제어장치에 관해, 특히 유도전동기의 2차 저항(유도전동기의 로터(회전자)측의 저항)의 설정치를 자동적으로 조정할 수 있는 유도전동기의 벡터제어장치에 관한 것이다.

일반적으로 벡터제어는 유도전동기의 출력토크를 고속으로 제어하기위한 하나의 방식으로서 산업분야에서 널리 채용되고 있다. 아래에 벡터제어에 대해 간단하게 설명한다.

벡터제어는 전원에 동기해서 회전하는 직교 2축의 회전좌표계로, 그 한쪽의 축을 2차 지속방향으로 취한, d-q 좌표계라 불리는 좌표계의 벡터로서 3상 유도전동기의 전류나 자속을 표현해서 유도전동기의 토크와 2차 자속을 독립적으로 제어하는 것이다.

벡터제어에서는 토크지령치 T^*, 2차 자속지령치2^*및 전동기정수를 사용해서 토크전류지령치 IQR, 자속전류지령치 IDR 및 미끄럼각 주파수지령치 ws^*를 아래의 (1)~(3)식을 사용해서 연산한다. 또 이 식의 도출방법은 예를 들면 「교류모터의 벡터제어」나까노 요시저, 니깡코교신분샤 발행등에 기재되어 있고, 일반적으로 주지하는 것이므로 여기서는 생략한다.

여기서,

P : 전동기 극대수

M : 전동기 상호인덕턴스(H)

L1 : 전동기 1차 자기인덕턴스(H)

L2 : 전동기 2차 자기인덕턴스(H)

R2 : 전동기 2차 저항치(Ω)이다.

이상과 같이, 벡터제어에서는 (3)식에서 미끄럼각 주파수지령치 ws^*를 연산해서 제어를 하나, (3)식중에 전동기의 2차 저항치 R2가 포함되어 있고 이 R2의 값은 주위온도나 유도전동기 자체의 발열에 의한 온도변화에 따라 변화하므로, (3)식의 연산에 사용하는 R2의 값도 온도변화에 따른 ,R2의 변화를 추정해서 보정한 값을 사용할 필요가 있다.

이같은 2차 저항보정을 고려한 종래의 벡터제어장치로서 예를 들면 일본국 특개평 6-343282호 공보에 기재된 벡터제어장치가 있다. 도 12는 이 종래의 벡터제어장치의 구성을 표시한 블록도이다. 도 12에서 49는 2차 지속지령 ^*및 토크지령 TM^*에 따라 제어대상인 유도전동기(55)를 제어하기위한 벡터제어부, 50은 유도전동기 회전각속도 wr를 입력하고, 유도전동기 회전각속도 wr의 파형해석을 하는 파형해석부, 51은 파형해석부(50)의 출력에 의해 파라미터(여기서는, 2차 저항설정치)를 조정하기 위한 파라미터 조정부, 52는 속도지령 wr^*로부터 유도전동기 회전각속도 wr를 감산해서 속도편차를 연산하는 감산기, 53은 감산기(52)로 구한 속도지령 wr^*과 유도전동기 회전각속도 wr의 편차에 따라 속도지령 wr^*에 유도전동기 회전각속도 wr가 추정되도록, 토크지령치 TM^*을 출력하는 속도제어기이다.

54는 벡터제어부(49)로부터 출력되는 1차 전류지령치 I1^*에 따라 1차 전류치 I1을 제어하는 전력변환장치, 55는 이 1차 전류치 I1에 의해 일정속도 및 토크로 회전하는 제어대상인 유도전동기, 56은 유도전동기(55)의 회전속도 wr를 검출하는 속도검출기이다. 57 및 58은 각각 벡터제어장치(49) 내부에 설정되어있는 2차 저항 R2의 계수설정기이다. 아래에 2차 저항보정방식을 중심으로 종래 기술의 동작에 대해 설명한다.

종래의 기술에서는 2차 저항보정연산을 위해 속도지령 wr^*에 스텁을 변화시킨 신호를 입력한다. 속도지령 wr^*중 스텝을 변화시켰을 때의 유도전동기 회전속도 wr의 파형은 파형해석부(50)에 축적되고, 응답파형의 특징량이 산정된다. 파형해석부(50)에서 산정된 특징량은, 파리미터 조정부(51)에 입력되고 2차 저항설정치 R2의 수정량이 산정되며, 계수설정기(57) 및 (58)에 설정되어 있는 2차 저항 R2의 설정치를 수정한다.

도 13은, 파형해석부(50)의 구성예를 표시하고 있다. 유도전동기 회전속도 wr의 파형은 샘플홀드회로(501)에서 샘플되고, 메모리(502)에 축적되며 마이크로 프로세서(503)에서 특징량을 산정한다. 특징량으로 사용되는 구체적인 특성치와 그 구하는 방법에 대해서는 후술한다.

파라미터 조정부(51)의 구성예는, 도 13의 파형해석부(50)와 같이 마이크로 프로세서와 메모리로 구성되어 있다. 이는 샘플홀드회로가 없는 점을 제외하고 도 13과 같으므로 도면은 생략한다. 이 경우, 메모리에는 특징량에 따른 조정룰을 기억시켜둔다.

2차 저항의 조정작용은 파형해석부(50)에서 어떤 특징량을 산정하고 그 특징량을 사용해서 파라미터 조정부(51)에서 어떻게 2차 저항이 수정량을 결정하는가는, 조정룰에 의해 결정된다. 조정룰의 예를 도 14를 사용해서 설명한다. 도 14는, 2차 저항 R2의 오설정이 속도의 스텝에 응답하는 파형에 주는 영향을 표시하는 시뮬레이션 결과이다.

응답파형은 속도제어기(53)의 전달함수의 영향도 받으므로 간단하게 하기위해 도 14의 응답파형은 속도제어기(53)의 전달함수를 비례요소만으로 하고있다.

2차 저항 R2의 진값을 R2^*라고했을때, 도 14(a)는 벡터제어장치에 설정한 2차 저항 R2의 값이 진값 R2^*와 같은(R2=R2^*)경우이다. 이 경우는 속도제어기(53)의 출력인 토크지령 TM^*과 유동전동기(55)의 실제의 발생토크 TM과는 같아지므로, 토크지령 TM^*에 대한 유도전동기(55)의 속도 wr의 전달함수는 다음식(4)으로 된다. 단 J는 유도전동기(55)의 관성모멘트, S는 라플라스연산자이다.

(wr/TM^*)=(1/JㆍS)‥‥‥‥(4)

따라서, 속도제어기(53)의 비례게인을 GP라고 하면 속도지령 wr^*에대한 속도 wr의 폐루프 전달함수 Gw는 다음식이 된다.

Gw=(wr/wr^*)=[GT/JㆍS]/[1+GP/JㆍS]

=1/[1+(J/GP)S]‥‥‥‥(5)

상식(5)는 시정수를 J/GP로하는 1차 지연요소의 전달함수이고, 그 스텝응답파행은 다음식(6)으로 표시된다.

속도지령의 스텝량을 △w로 한다.

wr(t)={1-exp[-(GP/J)t]}△w‥‥‥‥(6)

도 14(a)는 상식의 파형을 표시하고 있다. 도 14(b)는 R2>R2^*인경우로, 벡터제어장치에 설정한 2차 저항 R2의 값이 진값 R2^*보다 큰 경우이다.

이 경우는, 발생토크가 과대하게 되므로, 응답에 오버슈트가 발생하고, R2=R2*의 경우보다도 상승이 빨라진다.

도 14(c)는 R2<R2^*의 경우로, 벡터제어장치에 설정한 2차 저항 R2의 값이 진값 R2^*보다 작은 경우이다. 이 경우는 발생토크가 과소하게 되므로, 속도가 최종치에 도달할때까지의 시간이 길어져 R2=R2^*의 경우보다도 상승이 늦어진다.

이상 설명한 바와 같이 2차 저항 R2의 오설정은 속도의 스텝응답파형의 차이로서 관측된다. 이 차이를 응답파형의 특징량의 차로서 산정하고 2차 저항의 조정에 사용한다.

특징량으로는 여러가지 량을 사용할수가 있다. 그 일예는 속도 wr가 스텝량 △w의 95%에 도달할때 까지의 시간 T95, 즉 상승시간을 특징량으로 하는 것이다. 2차 저항의 설정이 정당할때는 응답파형은 (6)식으로 표시되므로, 상승시간 T95^*는 다음식과 같이 시정수(J/GP)의 함수가 된다.

T95^*=(J/GP)1n(20)=2.996(J/GP)‥‥‥‥(7)

도 14에서 명백한 바와 같이 R2>R2^*일때의 스텝응답파형의 T95는 상식(7)의 T95^*보다도 작게되고, R2<R2^*일때의 T95는 상식의 T95^*보다도 커진다.

따라서, 2차 저항 R2의 조정은 하기의(1)~(3)의 조정룰로 수정할 수 있다.

(1) 속도제어에 의해 속도지령 wr^*를 스텝변화시키고, 그간의 속도 wr의 상승시간 T95를 측정하며,

(2) 속도 wr의 상승시간 T95가, T95<T95^*이면, R2>R2^*이므로, 벡터제어장치에 설정한 2차 저항 R2치를 작게하고,

(3)속도 wr의 상승시간 T95가 T95>T95^*이면 R2<R2^*이므로, 벡터제어장치에 설정한 2차 저항 R2치를 크게한다.

구체예를, 아래에 표시한다. 도 13에서 속도제어에 의해 속도지령 wr^*를 스텝변화시키고, 메모리(502)에는 그 사이의 속도 wr의 응답파형을 적당한 샘플링 주기로 샘플링 한 값을 기억한다. 마이크로 프로세서(503)에 의해 기억한 응답파형에서 상승시간 T95를 특징량으로서 산정하고, 파라미터 조정부(51)에 출력한다. 파라미터 조정부(51)에서는 T95와 T95^*를 비교하고 다음식(8)과 같이 2차 저항 설정치 R2의 수정량 △R2를 결정한다.

△R2=Kr(T95-T95^*)‥‥‥‥(8)

Kr은 특징량으로부터 수정량을 결정하기 위한 게인이다. 이렇게 해서 구한 △R2를 현재의 2차 설정치에 가산해서 새로운 R2를 계산하고 벡터제어량으로의 설정치를 수정해서 상기한 유도전동기 회전속도의 스텝응답을 다시 실시한다.

종래의 유도전동기의 2차 저항의 설정치를 자동적으로 조정할 수 있는 유도전동기의 벡터제어장치는 이상과 같은 구성 및 동작으로 되어있고 이 방식으로도 2차 저항의 설정치를 조정할 수가 있으나 속도지령 wr^*를 갖지않는 벡터제어장치의 경우, 종래의 방식에서는 2차 저항을 보정할수 없다는 문제점이 있었다.

또, 가령 속도지령을 갖는 벡터제어장치라도, 운전중에 속도지령을 스텝 변화시키는 일이 없는 용도에서는, 2차 저항보정을 위해 특별한 운전취급이 필요하게 되는 문제점이 있다.

이상에서 상술한 종래의 벡터장치는 2차 저항의 설정치를 자동적으로 조정할 수 있는 유도전동기의 벡터제어장치로서 충분한 방식이라고는 말하기 힘든것이 었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 된것으로 속도지령의 유무에 관계 없이 특히 2차 저항의 조정을 위한 특별한 신호를 필요로 하지않고 간단한 방식으로 2차 저항의 설정치를 자동적으로 조정할수있는 유도전동기의 벡터제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 토크지령치 T^*, 2차 자속지령치2^*및 제어대상인 유도전동기의 유도전동기 정수에 따라, d축 전류지령치 IDR, q축 전류지령치 IQR 및 미끄럼각 주파수지령치 ws^*를 연산하는 벡터제어지령 연산수단과, 유도전동기의 회전각 주파수 wr를 연산하는 회전각주파수 연산수단과 미끄럼각 주파수 ws^*와 회전각 주파수 wr를 가산해서 인버터각 주파수 winv를 연산하는 인버터각 주파수 연산수단과, d축 전류지령치 IDR, q축 전류지령치 LQR, 유도전동기 정수 및 인버터각 주파수 winv를 사용해서 d축 피드포워드 전압지령치 E1DFF와 q축 피드포워드 전압지령치 E1QFF를 연산하는 dq축 피드포워드 전압연산수단과, d축 피드포워드 전압지령치 F1DFF 및 q축 피드포워드 전압지령치 E1QFF의 각각의 2승합의 평방구치를 연산해서 피드포워드 전압지령치 E1F를 연산하는 피드포워드 전압 벡터연산수단과, 유도전동기의 3상 전류치로부터 d축 피드백전류 IDF와 q축 피드백전류 IQF를 연산하는 피드백전류 연산수단과 d축 전류지령치 IDR과 d축 피드백전류 IDF와의 편차로부터 d축 보상전압 E1DFB를 연산하는 동시에 q축 전류지령치 IQR과 q축 피드백전류 IQF와의 편차로부터 q축 보상전압 E1QFB를 연산하는 보상전압 연산수단과, d축 보상전압 E1DFB와 d축 피드포워드 전압지령치 E1DFF를 가산해서 d축 전압지령치 E1DR를 연산하는 동시에 q축 보상전압 E1QFB와 q축 피드포워드 전압지령치 E1QFF를 가산해서 q축 전압지령치 E1QR를 연산하는 dq축 전압지령치 연산수단과, d축 전압지령치 E1DR 및 q축 전압지령치 E1QR의 각각의 2승합의 평방근치를 연산해서 전압지령치 E1R를 구하는 전압벡터 연산수단과, 피드포워드 전압지령치 EIF 및 전압지령치 EIR의 편차가 0이 되도록 2차 저항의 보정치 △R2를 조정하는 2차 저항보정치 연산수단을 구비하고, 벡터제어지령 연산수단이, 2차 저항의 보정치 △R2에 의해 보정된 유도전동기 정수를 사용해서 미끄럼각 주파수 지령치 w,s^*를 연산함으로써, 유도전동기의 벡터제어를 실시하는 것을 특징으로하는 유도전동기의 벡터제어장치이다.

또, 2차 저항보정치 연산수단과 벡터제어지령 연산수단과의 사이에 설치되고, 2차 저항의 보정치 △R2의 값을 일정한 범위내에 제한하는 리미터를 또 구비하고 있다.

또, 본 발명은 토크지령치 T^*, 2차 자속지령치2^*및 제어대상인 유도전동기의 유도전동기 정수에 따라 d축 전류지령치 IDR, q축 전류지령치 IQR 및 미끄럼 각 주파수 지령치 ws^*를 연산하는 벡터제어지령 연산수단과, 유도전동기의 회전각주파수 wr를 연산하는 회전각주파수 연산수단과 미끄럼각 주파수 ws^*와 회전각 주파수 wr을 가산해서 인버터각 주파수 Winv를 연산하는 인버터각 주파수 연산수단과, d축 전류지령치 IDR, q축 전류지령치 IQR, 유도전동기 정수 및 인버터각 주파수 Winv를 사용해서 d축 피드포워드 전압지령치 E1DFF와 q축 피드포워드 전압지령치 E1QFF를 연산하는 dq축 피드포워드 전압연산수단과, d축 피드포워드 전압지령치 E1DFF 및 상기 q축 피드포워드 전압지령치 E1QFF의 각각의 2승합의 평방근치를 연산해서 피드포워드 전압지령치 E1F를 연산하는 피드포워드 전압벡터 연산수단과 유도전동기의 3상 전류치로부터 d축 피드백전류 IDF와 q축 피드백전류 IQF를 연산하는 피드벡전류 연산수단과, d축 전류지령치 IDR과 D축 피드백 전류 IDF와의 편차로부터 d축 보상전압 E1DFB를 연산하는 동시에, q축 전류지령치 IQR과 q축 피드백전류 IQF의 편차로부터 q축 보상전압 E1QFB를 연산하는 보상전압 연산수단과, d축 보상전압 E1DFB와 d축 피드포워드 전압지령치 E1DFF를 가산해서 d축 전압지령치 E1DR을 연산하는 동시에 q축 보상전압 E1QFB와 q축 피드포워드 전압지령치 E1QFF를 가산하여 q축 전압지령치 E1QR 연산하는 dq축 전압지령치 연산수단과, d축 전압지령치 E1DR 및 q축 전압지령치 E1QR의 각각의 2승합의 평방근치를 연산해서 전압지령치 E1R를 구하는 전압벡터 연산수단과, 피드포워드 전압지령치 E1F 및 전압지령치 F1R를 구하는 전압벡터 연산수단과, 피드포워드 전압지령치 E1F 및 전압지령치 E1R의 편차가 0이 되도록 미끄럼각 주파수의 보정치 △ws를 조정하는 미끄럼각 주파수 보정치 연산수단을 구비하고 인버터각 주파수 연산수단이, 미끄럼각 주파수의 보정치 △ws에 의해 보정된 미끄럼각 주파수를 사용해서 인버터각 주파수 Winv를 연산함으로써 유도전동기의 벡터제어를 한다.

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 유도전동기의 벡터제어장치의 구성을 표시하는 블록도.

도 2는 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 유도전동기의 벡터제어장치의 동작원리를 표시하는 그래프.

도 3은 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 유도전동기의 벡터제어장치에 설치된 2차 저항보정치 연산부의 구성을 표시하는 블록도.

도 4는 본 발명의 실시의 형태 2에 의한 유도전동기의 벡터제어장치의 구성을 표시하는 부분블록도.

도 5는 본 발명의 실시의 형태 3에 의한 유도전동기의 벡터제어장치의 구성을 표시하는 부분블록도.

도 6은 본 발명의 실시의 형태 4에 의한 유도전동기의 벡터제어장치의 구성을 표시하는 블록도.

도 7은 본 발명의 실시의 형태 4에 의한 유도전동기의 벡터제어장치에 설치된 미끄럼각 주파수 지령보정치 연산부의 구성을 표시하는 블록도.

도 8은 본 발명의 실시의 형태 5에 의한 유도전동기의 벡터제어장치의 구성을 표시하는 부분블록도.

도 9는 본 발명의 실시의 형태 6에 의한 유도전동기의 벡터제어장치의 구성을 표시하는 부분블록도.

도 10은 본 발명의 실시의 형태 7에 의한 유도전동기의 벡터제어장치의 구성을 표시하는 부분블록도.

도 11은 본 발명의 실시의 형태 8에 의한 유도전동기의 벡터제어장치의 구성을 표시하는 부분블록도.

도 12는 종래의 벡터제어장치의 구성을 표시하는 블록도.

도 13은 종래의 벡터제어장치에 설치된 파형해석부의 구성을 표시하는 블록도.

도 14는 종래의 벡터제어장치의 동작을 표시하는 시뮬레이션 파형을 표시한 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 벡터제어 지령연산부, 2 : 피드포워드 전압연산부,

3 : 제 1의 감산기, 4 : 제 2의 감산기,

5 : 제 1의 가산기, 6 : 제 1의 정전류 보상부,

7 : 제 2의 정전류 보상부, 8 : 적분기,

9 : 각 주파수 연산부, 10 : 2차저항 보정치연산부

11 : 제 2의 가산기, 12 : 제 3의 가산기,

13 : 제 1의 좌표변환부, 14 : 펄스폭 변조인버터,

15 : 제 2의 좌표변환부, 6 : 제 1의 전류검출기,

17 : 제 2의 전류검출기, 18 : 제 3의 전류검출기,

19 : 유도전동기, 20 : 펄스제네레이터,

21 : 제 1의 리미터, 22 : 지령전환부,

23 : 제 1의 선택스위치, 24 : 제 6의 가산기,

25 : 제 2의 리미터, 26 : 제 5의 승산기,

27 : 제 2의 제산기, 28 : 제 6의 승산기,

29 : 제 3의 제산기, 30 : 미끄럼각 주파수 보정치연산부,

41 : 제 2의 선택스위치, 49 : 벡터제어부,

50 : 파형해석부, 51 : 파라미터 조성부,

52 : 감산기, 53 : 속도제어기,

54 : 전력변환기, 55 : 유도전동기,

56 : 속도검출기, 57 : 제 1의 계수설정기,

58 : 제 2의 계수설정기, 101 : 제 1의 승산기,

102 : 제 2의 승산기, 103 : 제 3의 승산기,

104 : 제 4의 승산기, 105 : 제 4의 가산기,

106 : 제 5의 가산기, 107 : 제 1의 연산기,

108 : 제 2의 연산기, 109 : 제 3의 감산기,

110 : 제어기, 111 : 제 5의 승산기,

112 : 제 1의 제산기, 113 : 제 6의 승산기,

이하, 본 발명의 각 실시의 형태를 설명한다.

실시의 형태 1

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 유도전동기의 벡터제어장치를 표시하는 블록도이다. 도 1에서, 1은 토크지령치 T^*, 2차 자속지령치2^*, 2차 저항보정치 △R2 및 제어대상이 되는 유도전동기(19)의 유도전동기 정수에 따라 토크전류지령치(q축 전류지령치) IQR, 자속전류지령치(d축 전류지령치) IDR 및 미끄럼각 주파수지령치 ws^*를 연산하는 벡터제어 지령연산부이다. 2는 상기 토크전류 지령치 IQR, 자속전류지령치 IDR 및 후술하는 인버터각 주파수 Winv에의해 q축 피드포워드 전압지령치 E1QFF와 d축 피드포워드 전압지령치 E1DFF를 연산하는 피드포워드(이하, F.F라 기록함)전압연산부이다.

3은 토크전류지령치 IQR과 후술하는 토크피드벡전류 IQF와의 편차 △IQ를 구하는 제 1의 감산기, 4는 자속전류지령치 IDR과 후술하는 자속피드벡 전류 IDF와의 편차 △ID를 구하는 제 2의 감산기, 5는 미끄럼각 주파수 지령치 ws^*에 유도전동기의 회전각 주파수 wr를 가산해서 인버터각 주파수 Winv를 출력하는 제 1의 가산기이다.

6은 편차 △IR를 입력해서 보상전압 E1QFB를 출력하는 제 1의 정전류 보상부, 7은 편차 △ID를 입력해서 보상전력 E1DFB를 출력하는 제 2의 정전류 보상부, 8은 인버터각 주파수 Winv를 적분해서 d-q 좌표상의 위상 θ를 결정하는 적분기이다. 9는 후술하는 펄스제네레이터(20)의 출력펄스신호를 유도전동기의 회전각 주파수 wr로 변환하는 각주파수 연산부이다.

10은 d축 F.F 전압지령치 E1DFF, q축 F.F 전압지령치 E1QFF, 토크전류지령치 IQR, 자속전류지령치 IDR 및 후술하는 전압지령치 E1QR, E1DR에 따라 2차 저항보정치 △R2를 연산하는 2차 저항치 연산부이다.

11은, q축 F.F, 전압지령치 E1QFF와 보상전압 E1QFB를 가산해서 전압지령치E1QR를 출력하는 제 2의 가산기, 12는 d축 F.F 전압지령치 E1DFF와 보상전압 E1DFB를 가산해서 전압지령치 E1DR 출력하는 제 3의 가산기이다.

13은 d-q 좌표계로 표시된 d,q축 전압지령치 E1QR, E1DR과 d-q 좌표계의 위상 θ로부터, 3상의 전압지령치 Vu, Vv, Vw로 변환하는 제 1의 좌표변환부이다. 14는 3상의 전압지령치 Vu, Vv, Vw에 따라 유도전동기(19)에 지령대로의 전압을 인가하는 펄스폭 변조인버터이다. 15는 3상 전류 Iu, Iv, Iw와 위상 θ로부터 d-q좌표상의 Q축 피드벡전류 IQF와 d축 피드벡전류 IDF로 변환하는 제 2의 좌표변환부이다.

16,17, 18은 각각 U상, V상, W상의 전류를 검출하는 제 1, 제 2, 제 3의 전류검출기이다. 19는 벡터제어의 대상인 유도전동기, 20은 유도전동기(19)의 회전수를 검출하는 펄스제네레이터이다. 다음 동작에 대해 설명한다. 벡터 제어지령 연산부(1)에서는 토크지령 T^*, 2차 자속지령2^*, 유도전동기(19)의 회로정수 및 2차 저항보정치 연산부(10)의 출력 △R2를 사용해서 토크전류지령치 IQR, 자속전류지령치 IDR 및 미끄럼각 주파수 지령치 ws^*를 아래에 표시하는 (9)~(11)식과 같이 연산한다.

여기서,

P : 전동기극대수

M^*: 전동기상호 인덕턴스 설정치(H)

L2^*: 전동기 2차 자기 인덕턴스설정치(H)

R2^*: 전동기 2차 저항설정치(Ω)

이다.

상기 (9)~(11)식 중에서 유도전동기의 회로정수 M, L2, R2에 붙인 *는 공칭치 또는 설정치인것을 표시한다.

벡터제어지령 연산부(1)에서 구해진 미끄럼각 주파수지령치 ws*는, 제 1의 가산기(5)에서, 유도전동기 회전각주파수 wr과 가산되고, 인버터각 주파수 Winv가 연산된다.

피드포워드 연산부(2)에서는 토크전류지령치 IQR, 자속전류지령치 IDR 및 인버터각 주파수 Winv가 입력되어 아래의 (12) 및 (13)식을 사용해서 q축 F.F 전압지령치 E1QFF와, d축 F.F 전압지령치 E1DFF를 연산한다.

E1QFF=R1^*×IQR+winv×L1^*×IDR‥‥‥‥(12)

E1DFF=R1^*×IDR+winv×L1^*×α×IQR‥‥‥‥(13)

여기서,

R1^*: 전동기 1차 저항설정치(Ω)

L1^*: 전동기 1차 자기인덕턴스(H)

a : 누설계수(=1-M^*2/(L1^*×L2^*))

이다.

제 1의 정전류보상부(6)은, 제 1의 감산기(3)의 출력인 편차 △IQ에 따라서, q축 피드백 전류 IQF가 토크전류지령치 IQR에 일치되도록 보상전압 E1QFB를 출력한다. 제 2의 정전류보상부(7)도 마찬가지로 제 2의 감산기 4의 출력인 편차 △1D에 따라, d축 피스벡전류 IDF가 작속전류지령치 IDR에 일치되도록 보상전압 E1DFB를 출력한다.

제 2의 가산기(11)는 q축의 F.F 전압지령치 E1QFF와 보상전압 E1QFB를 가산해서 전압지령치 E1QR를 연산한다. 마찬가지로 제 3의 가산기(12)는 d축 F.F 전압지령치 E1DFF와 보상전압 F1DFB를 가산해서 전압지령치 E1DK를 연산한다.

제 1의 좌표변환부(13)는 전압지령치 E1QR, E1DR를 3상의 전압지령치 Vu, Vv, Vw로 변환하는 좌표변환부이고, 이하의 (14)식의 연산을 한다.

여기서 θ는 상술한 바와 같이 적분기(8)에서 연산된 d-q 좌표계의 위상이다.

펄스폭변조인버터(14)는 3상전압지령 Vu, Vv, Vw에 따라 펄스폭변조제어를 하고 지령대로의 전압을 인가해서 유도전동기(19)를 구동한다.

한편, 제 2의 좌표변환부(15)는 전류검출기 (16), (17), (18)에서 검출된 3상전류 Iu, Iv, Iw를 d-q좌표계의 위상 θ를 사용해서, d-q좌표상의 전류 IQR, IDF로 변환하는 좌표변환부이고, 아래의 (15)식의 연산을 한다.

이상이 전체의 동작에 대한 설명이나, 아래의 2차 저항보정치 연산부(10)의 동작원리에 대해 설명한다.

벡터제어에서 설정하고 있는 유도전동기 정수와, 실제의 유도전동기정수와, 실제의 유도전동기정수가 모두 일치해 있는 이상적인 상태에서는 정전류보상부(6), (7)의 출력인 보상전압 E1QFB, E1DFB는 0으로는 되지 않는다. 다시 말하면, 유도전동기 정수의 불일치가 있으면, E1QFB, E1DFB는 0은 안된다. 즉, 이 d,q축의 보상전압 E1QFB, E1DFB의 크기를 감시하고 그 값이 0이 되도록 벡터제어지령 연산부(1)에서 설정해 있는 유도전동기정수를 조정하면 이상적인 벡터제어상태를 유지할수가 있다.

다음, 유도전동기정수와 벡터제어성능의 관계를 생각해본다. 벡터제어에서는 유도전동기 정수로서 각각 1,2차 측의 저항치와 자기인덕턴스 및 상호 인덕턴스를 설정하고 있다. 1,2차 측의 자기인덕턴스 및 상호인덕턴스는 온도변화에 대해 거의 변화하지 않으므로, 유도전동기의 운전상태에서 변화하는 것은 저항치라고 생각할 수가 있다.

또, 저항치 중, 1차 저항치의 설정오차는 유도전동기의 출력전압이 큰 영역에서는 상기 보상전압 E1QFB, E1DFB에 거의 영향하지 않는것과 출력토크에 의해 영향이 큰 것은 1차 저항치 보다 2차 저항치의 설정오차인것으로 생각하면 상기의 보상전압 출력은 제어측에서 설정하고 있는 2차 저항설정치와, 실제의 2차 저항치의 어긋남에 상당해 있다고 생각해도 문제는 없다.

도 2에 제어측에서 설정하고 있는 2차 저항이 실제의 유도전동기의 2차 저항과 어긋나있을때의 d,q축 전압지령 E1DR, E1QR을 벡터표현했을때의 전압벡터의 변화를 표시한다. 여기서 비율 K를 아래의 (16)식으로 정의한다.

K=R2/R2^*‥‥‥‥(16)

여기서

R2 : 모터의 2차 저항치(실제치)(Ω)

R2^*: 제어측 2차 저항 설정치(Ω)

이다.

K=1.0 즉 유도전동기측의 2차 저항치 R2와 제어측에서 설정한 2차 저항치 R2^*가 일치하고 있는 경우, 전압은 도 2 중의 굵은선 화살표로 표시한 전압벡터가 된다. 이 상태에서는 선술한 바와 같이 보상전압 E1QFB, E1DFB는 0이 된다. 따라서 이때의 전압지령은 피드포워드 전압지령치 E1QFF, F1DFF만으로 결정되고 그 크기를 VPF라고 정의하면 VPF는 아래의 (17)식으로 구해진다.

다음, 제어측의 2차 저항설정치에 대해 유도전동기의 2차 저항치가 작은 경우, 예를 들면 K=0.7일때를 생각해본다. 이 상태에서는 미끄럼주파수가 크게 설정되므로, 피드백 전류가 전류지령치에 대해 커지고, 정전류보상부(6), (7)의 동작의 결과, 전압지령 E1QR, E1DR를 감소시키는 방향으로 보정된다. 이 전압 백터는 도 2의 A가되고 전압의 크기를 VPA라고 정의하면, VPA를 아래의 (18)식에서 구해진다.

이 상태에서의 전압벡터의 크기는 도 2에 표시한 바와 같이 아래의 (19)식의 관계가 되어 있는것을 알수 있다.

VPF>VPA‥‥‥‥(19)

한편, 제어측의 2차 저항설정치에 대해 유도전동기의 2차 저항치가 큰 경우, 예를 들어 K=1,3 일때는 K=0.7때와 역의 생각으로 전압벡터는 도 2의 B가 되고 그때의 전압벡터의 크기를 VPB라고 정의하면 VPB와 VPF의 관계는 상기와 같이 생각하면 아래의 (20)식으로 표시된다.

VPF<VPB‥‥‥‥(20)

상기한 관계를 정리하면 아래와 같이 된다.

R2<R2*일때 VPA<VPF

R2<R2*일때 VPB>VPF

2차 저항보정치 연산부(10)에서는 상기한 동작원리에 따라 2차 저항보정치 △R2를 연산한다. 도 3에 2차 저항보정치 연산부(10)의 내부구성도를 표시한다.

도 3에서 101~104는 각각 d, q축 전압지령치 E1DR, E1QR 및 d, g축 F.F 전압지령치 1DFF, E1QFF의 2승치를 연산하는 제 1~제 4의 승산기, 105는 d,q축 전압지령치 E1DR, E1QR의 각각의 2승치를 가산하는 제 4의 가산기, 106은 d,q축 F.F, 전압지령치 E1DFF, E1QFF의 각각의 2승치를 가산하는 제 5의 가산기, 107은 d,q축전압지령치 E1DR, E1DR의 2승합의 평방근 E1R를 연산하는 제 1의 연산기, 108은 d,q축 F.F전압지령치 E1DFF, E1QFF의 2승합의 평방근 E1F를 연산하는 제 2의 연산기이다. 109는 E1R로부터 E1F를 감산해서 전압편차 △E1을 연산하는 제 3의 감산기, 110은 전압편차 △E1을 0으로 하도록 보정치 dsr를 연산하는 제어기이다. 111은, 보정치 dsr에 자속전류지령치 IDR를 승산하는 제 5의 승산기, 112는 제 5의 승산기(111)의 연산결과를 토크전류지령치 IQR로 제산하는 제 1 제산기, 113은 제 1 제산기(112)의 연산결과에 유도전동기정수 L1^*을 승산함으로써 2차 저항보정치 △R2를 연산하는 제 6의 승산기이다.

다음에 2차 저항보정치 연산부(10)의 동작에 대해 설명한다. 2차 저항보정치 연산부(10)에서는 d,q축의 F.F 전압지령치 E1DFF, E1QFF와 d,q축의 전압지령치 E1DR, E1QR 및 토크전류지령치 IQR, 자속전류지령치 IDR이 입력된다. 그리고 도 3에 표시하는 바와 같이 E1DFF와 E1QFF의 각각의 2승합의 평방근치인 E1F를 연산한다. 마찬가지로, E1DR과 E1QR의 각각의 2승합의 평방근치인 E1R를 연산한다. 제 3의 감산기(109)는, E1R로부터 E1F를 감산함으로써 전압편차 △E1을 연산하고, 제 1의 제어기(110)에 입력한다. 제 1의 제어기(110)는 전압편차 △E1을 0으로 하도록 보정치 dsr를 연산한다. 그리고, 그때에 벡터제어지령 연산부(1)에서 (9), (10)식에서 연산된 토크전류지령치 IQR, 자속전류지령치 IDR과 유도전동기 1차 자기인덕턴스 설정치 L1^*을 사용해서 2차 저항보정치 △R2를 연산하고, 이 결과를 벡터제어지령 연산부(1)에 출력한다.

벡터제어지령 연산부(1)에서는, 2차 저항보정치 △R2를 사용해서 (11)식에의해 미끄럼각 주파수 지령치 ws^*를 연산한다.

또 제어기(110)는 통상비례적분기등이 사용되나 온도변화에 따른 2차 저항의 변화는 비교적 완만하므로, 적분연산기로도 충분하다.

이와 같이 도 1에 표시하는 본 실시의 형태에서의 유도전동기의 벡터제어장치에 의하면 2차 저항보정치 연산부(10)에서, 2차 저항보정치 △R2를 연산하고 벡터제어지령 연산부(1)에서 (11)식에의해 미끄럼각 주파수 지령치 ws^*를 연산함으로써 제어대상이되는 유도전동기(19)의 온도변화에 따른 2차 저항의 변동이 있는 경우에도 벡터제어로 설정하는 2차 저항을 자동적으로 조정할 수 있으므로 속도지령을 갖지 않는 벡터제어장치나, 속도지령을 갖는 벡터제어장치라도 또, 운전중에 속도지령을 스텝변화시키는 일이 없는 용도에서도, 2차 저항의 조정을 위한 특별한 신호를 필요로 하지않고 내부의 제어신호를 사용해서 간단한 방식으로 2차 저항보정이 가능하며 유도전동기의 온도에 관계없이 벡터제어상태를 유지할수가 있다. 이렇게 해서 온도변화에 따른 2차 저항을 보상함으로써 모터출력토크를 지령치에 일치시키는 동시에 고속토크응답성능을 유지할수가 있다.

실시의 형태 2

도 4는 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 유도전동기의 벡터제어장치의 구성을 표시한 부분블록도이다.

도 4에서는 상술한 도 1과 다른구성의 부분만을 기재하고 다른 같은구성의 부분에 대해서는 도시를 생략하고 있다.

상술한 도 1에 표시하는 벡터제어장치에서는 2차 저항보정치 연산부(10)에서 연산한 2차 저항보정치 △R2를 벡터제어지령 연산부(1)에 입력하고 있었으나 도 4에 표시하는 본 실시의 형태에서의 벡터제어장치에서는, 2차 저항보정치 △R2의 크기를 제한하는 리미터를 설치하고, 리미터에 의해 제한된 제2의 2차 저항보정치 △R2A를 벡터제어지령 연산부(1)에 출력하도록 한 것이다.

도 4에서 21은 2차 저항보정치 △R2를 제한해서 제 2의 2차 저항보정치 △R2A를 출력하는 제 1의 리미터이다. 즉 도 4에 표시하는 벡터제어장치의 구성은 도 1에 표시한 벡터제어장치의 2차 저항보정치 연산부(10)와 벡터제어지령 연산부(1)와의 사이에 리미터(21)를 추가한것이다.

다음 실시의 형태 2의 동작에 대해 설명한다. 제 1의 리미터(21)에는 2차 저항보정치 △R2가 입력된다. 제 1의 리미터(21)에는 벡터제어지령 연산부(1)에서 사용하는 2차저항보정치의 최대치 △R2max와 최소치 △R2min이 미리 설정되어 있다.

또, 입력되는 2차 저항보정치 △R2가 2차 저항보정치의 최대치 △R2max보다 클때는 제 2의 2차 저항보정치 △R2A로서 2차 저항보정치의 최대치 △R2max를 출력한다.

또, 입력되는 2차 저항보정치 △R2가 2차 저항보정치의 최소치 △R2min보다 작을때는 제 2의 2차 저항보정치 △R2A로서 2차 저항보정치의 최소치 △R2min을 출력한다.

또, 입력되는 2차 저항보정치 △R2가 2차 저항보정치의 최대치 △R2max보다 작고, 2차 저항보정치의 최소치 △R2min보다 클때는 제 2의 2차 저항보정치 △R2A로서 입력되는 2차 저항보정치 △R2가 그대로 출력되는 것은 말할 필요도 없다.

벡터제어지령 연산부(1)에서는 2차 저항보정치 △R2의 대신에 제 2의 2차 저항보정치 △R2A를 사용해서 상술한 (11)식의 연산을 하고 미끄럼각 주파수지령치 ws^*를 연산한다. 다른 동작에 대해서는 상술한 실시의 형태 1과 같으므로 여기서는 설명을 생략한다.

이상과 같이, 도 4에 표시한 이 실시의 형태에서의 벡터제어장치에서는, 벡터제어지령 연산부(1)에 입력되는 제 2의 2차 저항보정치 △R2A의 값이 리미터(21)에 의해 △R2min~△R2max사이에 제한되므로, 2차 저항보정치 △R2가 예를 들면 연산오차등에 의해 사용범위에서는 있을수없는 정도의 값이 되는 것을 피할수가 있고 이에 의한 오동락을 방지할수가 있다.

실시의 형태 3

도 5는 본 발명의 실시의 형태 3에 관한 유도전동기의 벡터제어장치의 구성을 표시한 부분블록도이다. 상술한 도 1 및 도 4의 벡터제어장치에서는, 2차 저항보정치 연산부(10)에서 2차 저항보정치 △R2를 연산하도록 하고 있었으나, 도 5에 표시하는 본 실시의 형태의 벡터제어장치에서는 전압지령치 E1R의 크기에 의해 2차 저항보정치 △R2를 설정하도록 한 것이다.

도 5에서 22는 전압지령치 E1R과, 2차 저항보정개시전압 E1RS 및 2차 저항보정 종료전압 E1RE를 입력으로 해서 전환신호 cs1을 출력하는 제 1의 지령전환부, 23은 2차 저항보정치 △R2와 0의 어느 한쪽을 제 1의 지령전환부(22)로부터의 전환신호 cs1에 의해 선택하는 제 1의 선택스위치이다. 여기서, 2차 저항보정개시전압 E1RS 및 2차 저항보정종료전압 E1RE는 미리 적당한 소정의 값을 설정해두도록 해도 되고, 또, 사용자에의해 일정치를 적당히 입력하도록 해도된다. 또, 도 5에 표시한 벡터제어장치의 구성은 상술한 도 1 또는 도 4에 표시한 벡터제어장치에 적용할수가 있다.

다음에 도 5에 표시하는 벡터제어장치의 동작에 대해 설명한다. 제 1의 지령전환부(22)는 2차 저항보정치연산부(10)에서 연산되는 전압 E1R과, 2차 저항보정개시전압 E1RS 및 2차 저항보정종료전압 E1RE를 비교하고, 이하에 표시한 논리로 전환신호 cs1을 저레벨(L) 또는 고레벨(H)로서 출력한다.

E1RSE1RE1RE : cs1=H

그 이외 : cs1=L

제 1의 선택스위치(23)는 제 1의 지시전환부(22)로부터의 전환신호 cs1을 입력해서 전환신호 cs1가 저레벨(L)일때에는 제 2의 2차 저항보정치 △R2B를 0에 설정하고, 한편 전환신호 cs1이 고레벨(H)일때에는, 제 2의 2차 저항보정치 △R2B로서 2차 저항보정치 연산부(10)에서 연산되는 2차 저항보정치 △R2를 설정한다. 또 2차 저항보정치 △R2B의 출력선은 본 실시의 형태를 도 1의 구성에 적용한 경우에는 벡터제어지령 연산부(1)(도 1)가 되고, 도 4의 구성에 적용한 경우에는 리미터(21)(도 4)가 된다. 기타의 동작은 도 1에 표시하는 벡터제어장치와 같기 때문에 여기서는 설명을 생략한다.

이상과 같이 도 5에 표시하는 본 실시의 형태의 벡터제어장치에서는 벡터제어지령 연산부(1)에 입력되는 제 2의 2차 저항보정치 △R2B를 전압지령 E1R의 크기에따라 2차 저항보정치 연산부(10)에서 연산되는 2차 저항보정치 △R2 또는 0의 어느 한쪽에 설정할 수 있으므로, 2차 저항의 보정을 하는지의 여부의 동작범위를 설정할수 있고 예를 들면 1차 저항설정오차등에 의해 2차 저항보정치 △R2에 오차가 커지기 쉬운 전압지령 E1R의 값이 적은 영역(즉, 전압지령 E1R이 E1RS의 값보다 적은경우)에서, 2차 저항보정연산을 회피할수가 있다.

실시의 형태 4

도 6은 본 발명의 실시의 형태 4에 관한 유도전동기의 벡터제어장치의 구성을 표시하고 있다. 상술한 도 1, 도 4, 도 5에 표시한 벡터제어장치에서는, 2차 저항보정치 연산부(10)에서 2차 저항보정치 △R2를 연산하고, 벡터제어지령 연산부(1)에서 (11)식을 사용해서 미끄럼각 주파수 지령치 ws^*를 연산하고 있었으나, 도 6에 표시하는 본 실시의 형태의 벡터제어장치에서는 2차 저항보정치 연산부(10) 대신에 미끄럼각주파수 지령보정치 연산부(30)를 설치하고, 미끄럼각 주파수 지령보정치 연산부(30)에서 미끄럼각주파수 △ws를 연산하고 미끄럼각 주파수보정치 △ws를 미끄럼각주파수 지령치 ws^*에 가산하도록 한것이다.

도 6에서 30은 각각 F.F 전압지령치 E1QFF 및 F1DFF와 전압지령치 E1QR 및 E1DR에 따라 미끄럼각 주파수보정치 △ws를 연산하는 미끄럼각주파수 보정치연산부이다.

24는 미끄럼각주파수 보정치 △ws와 벡터제어지령 연산부(1)에서 연산되는 미끄럼각주파수 지령치 ws^*를 가산해서 제 2의 미끄럼각주파수 지령치 ws2^*를 연산하는 제 6의 가산기이다. 기타의 구성은 도 1에 표시하는 벡터제어장치의 구성과 동일하다.

도 7은 미끄럼각주파수 보정치연산부(30)의 구성을 표시하고 있다.

미끄럼각주파수 보정치연산부(30)는 도 7에 표시한대로 도 3에 표시한 2차 저항보정치 연산부(10)의 제어기(110)까지의 전단부분과 같은구성을 갖고 2차 저항보정치 연산부(10)에서 연산되는 보정치 dsr을 그대로 미끄럼각 주파수보정치 △ws로서 출력하는 구성으로 되어 있다.

다음 도 6에 표시하는 벡터제어장치의 동작에 대해 도 1에 표시하는 벡터제어장치와 다른 부분을 중심으로 설명한다. 미끄럼각주파수 보정치연산부(30)는 도 3에 표시하는 2차 저항보정치 연산부(10)과 같은처리로 E1R 및 E1F를 연산하고, 그 편차 △E1이 0이되도록 보정치를 연산한다. 미끄럼각주파수 보정치연산부(30)에서는 이 보정치를 미끄럼각주파수 보정치 △ws로서 출력한다.

제 6의 가산기(24)는 미끄럼각주파수 보정치 △ws와 벡터제어지령 연산부(1)에서 연산된 미끄럼각주파수 지령치 ws^*를 가산해서 제 2의 미끄럼각주파수 지령치 ws2^*를 연산한다. 도 6에 표시하는 벡터제어장치는 제 2의 미끄럼각주파수 지령치 ws2^*에 따라 유도전동기 (19)를 벡터제어한다.

또, 벡터제어지령 연산부(1)에서는 상술한 (11)식에서 △R2를 0으로해서 미끄럼각주파수 지령치 ws^*의 연산을 실시한다.

이상과 같이 도 6에 표시하는 본 실시의 형태의 벡터제어장치에서는, 2차 저항 R2의 변동을 미끄럼각주파수 보정치로서 연산해서 미끄럼각주파수 지령치를 보정하므로, 2차 저항보정치를 직접연산하는 일 없이, 보다 간단한 방식으로 도 1에서 표시한 벡터제어장치와 같은 성능을 얻을수가 있다.

실시의 형태 5

도 8은 본 발명의 실시의 형태 5에 관한 유도전동기의 벡터제어장치의 구성을 표시하고 있다. 상술한 도 6에 표시하는 벡터제어장치에서는, 미끄럼각주파수 보정치 연산부(30)에서 연산한 미끄럼각주파수 보정치 △ws를 제 6의 가산기(24)에 입력하고 있었으나 도 8에 표시한 벡터제어장치에서는, 미끄럼각주파수 보정치 △ws의 크기를 제한하는 리미터를 설치하고 리미터에 의해 제한된 제 2의 미끄럼각주파수 보정치 △ws2를 제 6의 가산기(24)에 출력하도록 한 것이다.

도 8에서 25는 미끄럼각주파수 보정치 △ws를 제한해서 제 2의 미끄럼각주파수 보정치 △ws2를 출력하는 리미터이다.

또, 도 8에 표시한 벡터제어장치의 구성은, 도 6에 표시한 벡터제어장치의 미끄럼각주파수 보정치 연산부(30)와 제 6의 가산기(24)와의 사이에 리미터(25)를 추가한 구성이다.

다음으로 이 실시의 형태 5의 동작에 대해 설명한다. 리미터(25)에는 미끄럼각 주파수 보정치 △ws가 입력된다. 리미터(25)는 미끄럼각주파수 보정치의 최대치 △ws max과 최소치 △wsmin이 설정되어 있다.

입력되는 미끄럼각주파수 보정치 △ws가 미끄럼각주파수 보정치의 최대치 △wsmax 보다 클때는 제 2의 미끄럼각주파수 보정치 △ws2로서 미끄럼각주파수 보정치의 최대치 △wsmax를 출력한다.

또 입력되는 미끄럼각주파수 보정치 △ws가 미끄럼각주파수 보정치의 최소치 △wsmin 보다 작을때는, 제 2의 미끄럼각주파수 보정치 △ws2로서 미끄럼각주파수 보정치의 최소치 △wsmin을 출력한다.

또, 입력되는 미끄럼각주파수 보정치 △ws가 미끄럼각주파수 보정치의 최대치 △wsmax 보다 작고,미끄럼각주파수 보정치의 최소치 △wsmin 보다 클때는 제 2의 미끄럼각주파수 보정치 △ws2로서 입력되는 미끄럼각주파수 보정치 △ws가 그대로 출력되는 것은 말할 필요도 없다.

제 6의 가산기(24)에서는 미끄럼각주파수 보정치 △ws 대신에 제 2의 미끄럼각주파수 보정치 △ws2와, 벡터제어지령 연산부(1)에서 연산되는 미끄럼각주파수지령치 ws^*를 가산해서 제 2의 미끄럼각주파수 지령치 ws2^*를 연산한다.

이상과 같이 도 8에 표시하는 본 실시의 형태의 벡터제어장치에서는 리미터 (25)에 의해 미끄럼각주파수 보정치 △ws의 값이 제한되므로 미끄럼각주파수 보정치 △ws가 예를 들면 연산오차등에 의해 사용범위에서는 있을 수 없는 정도의 값이 되는것을 피할수가 있다.

실시의 형태 6

도 9는 본 발명의 실시의 형태 6에 관한 유도전동기의 벡터제어장치의 구성을 표시한 부분블록도이다. 상술한 도 6 및 도 8에 표시하는 벡터제어장치에서는, 제 6의 가산기(24), 또는 리미터(25)에 입력되는 미끄럼각주파수 보정치 △ws 또는 △ws2는 토크지령치 T^*에의하지 않는것으로 하고 있었으나, 도 9에 표시하는 본 실시의 형태의 벡터제어장치에서는 토크지령치로 보정한 제 3의 미끄럼각주파수 보정치 △ws3^*를 연산하고, 이 값을 제 6의 가산기(24)(도 6), 또는 리미터(도 8)에 입력하도록 한 것이다. 도 9에서 26은 미끄럼각주파수 보정치 △ws와 보정계수 KT을 승산하고, 제 3의 미끄럼각주파수 보정치 △ws3*을 출력하는 제 5의 승산기, 27은 토크지령치 T*를 토크지령기준치 Ts*로 제산하고, 보정계수 KT를 출력하는 제 2의 제산기이다.

여기서, 토크지령기준치 Ts^*는 미리 일정한 값을 설정해두도록 해도되고 또 사용자등에의해 입력하도록 해도 된다.

도 9에 표시하는 벡터제어장치의 기타의 구성은 도 6 및 도 8에 표시한 벡터제어장치의 기능과 같고, 도 9에 표시하는 벡터제어장치의 기능은 도 6 및 도 8에 표시한 벡터제어장치에 적용할수가 있다.

다음, 도 9에 표시하는 실시의 형태 6의 벡터제어장치의 동작에 대해 설명한다. 제 2의 제산기(27)에 의해 토크지령기준치 Ts^*에 대한 토크지령치 T^*의 비율을 연산하고 제 5의 승산기(26)에 보정계수 KT로서 출력한다. 제 5의 승산기(26)에서는 미끄럼각주파수 보정치 △ws와 보정계수 KT를 승산하고, 승산결과를 제 6의 가산기(24) 또는 리미터(25)에 제 3의 미끄럼각주파수 보정치 △ws3^*로서 출력한다.

제 6의 가산기(24)에서는 미끄럼각주파수 보정치 △ws 대신에 제 3의 미끄럼각주파수 보정치 △ws3^*와 미끄럼각주파수 지령치 주파수 ws^*를 가산해서 제 2의 미끄럼각주파수 지령치 주파수 Ws2^*를 연산한다. 리미터(25)에서는 미끄럼각주파수 지령보정치 △ws대신에 제 3의 미끄럼각주파수 보정치 △ws3*를 입력으로 한다. 다른 동작에 대해서는 상술한 실시의 형태 4 및 5와 같다.

이상과 같이 도 9에 표시하는 본 실시의 형태의 벡터제어장치에서는 토크지령치 T^*을 고려해서, 제 3의 미끄럼각주파수 보정치 △ws3^*를 연산하므로, 예를 들면 토크지령치 T^*가 운전중에 변동한 경우에서의 제어기(110)(도 7)의 응답지연에 기인하는 미끄럼각주파수 보정치의 정정지연을 방지할 수가 있다.

실시의 형태 7

도 10은 본 발명의 실시의 형태 7에 관한 벡터제어장치의 구성을 표시한 부분블록도이다. 상술한 도 9의 벡터제어장치에서는, 토크지령치 T^*에의해 보정계수 KT를 연산하였으나 도 10의 벡터제어장치에서는 토크지령치 T^*대신에 q축 전류지령치 IQR를 사용하고 토크지령기준치 Ts^*대신에 q축 전류기준치 IQRS를 설정하고 보정계수 KI를 연산하도록 한것이다.

도 10에서 28은 미끄럼각주파수 보정치 △ws와 보정계수 KI를 승산하고 제 4의 미끄럼각주파수 보정치 △ws4^*를 출력하는 제 6의 승산기, 29는 q축 전류지령치 IQR를 q축 전류기준치 IQRS로 제산하고 보정계수 KI를 출력하는 제 3의 제산기이다. 여기서 q축 전류기준치 IQRS는 일정한 값을 미리 설정해 두도록 해도되고 또 사용자등에 의해 적당히 입력하도록 해도된다. 도 10에 표시하는 벡터제어장치의 기타의 구성은 도 6 및 도 8에 표시한 벡터제어장치의 구성과 같고 도 10에 표시하는 벡터제어장치의 기능은 도 6 및 도 8에 표시한 벡터제어장치에 적용할수가 있다.

다음, 도 10에 표시한 실시의 형태 7의 벡터제어장치의 동작에 대해 설명한다. 제 3의 제산기(29)에 의해 q축 전류기준치 IQRS에 대한 q축 전류지령치 IQR의 비율을 연산하고 제 6의 승산기(28)에 보정계수 KI으로 출력한다.

제 6의 승산기(28)에서는 미끄럼각주파수 보정치 △ws와 보정계수 KI를 승산하고, 승산결과를 제 6의 가산기(24) 또는 리미터(25)에 제 4의 미끄럼각주파수 보정치 △ws4^*로서 출력한다.

제 6의 가산기(24)에서는 미끄럼각주파수 보정치 △ws 대신에 제 4의 미끄럼각주파수 보정치 △ws4^*와 미끄럼각주파수 지령치 주파수 ws^*를 가산해서 제 2의 미끄럼각주파수 지령치 주파수 ws2^*를 연산한다. 리미터(25)에서는, 미끄럼각주파수 지령 보정치 △ws 대신에 제 4의 미끄럼각 주파수 보정치 △ws4^*를 입력으로 한다. 다른 동작에 대해서는 상술한 실시의 형태 4 및 5와 같다.

이상과 같이 도 10에 표시하는 본 실시의 형태의 벡터제어장치에서는 q축 전류지령치 IQR을 고려하여 제 4의 미끄럼각주파수 보정치 △ws4^*를 연산하므로, 예를 들면 q축 전류지령치 IQR이 운전중에 변동한 경우에서의 제어기(110)(도 7)의 응답지연에 기인하는 미끄럼각주파수 보정치의 정정 지연을 방지할수가 있다.

실시의 형태 8

도 11은 본 발명의 실시의 형태 8에 관한 유도전동기의 벡터제어장치의 구성을 표시한 부분블록도이다. 상술한 도 6 및 도 8~도 10의 벡터제어장치에서는 미끄럼각주파수 보정치 연산부(30)에서 미끄럼각주파수 보정치 △ws를 연산하도록 하였으나 도 11에 표시하는 벡터제어장치에서는 전압지령치 E1R의 크기에 의해 미끄럼각주파수 보정치 △ws를 설정하도록 한것이다.

도 11에서 41은 미끄럼각주파수 보정치 △ws와 0의 어느 한쪽을 제 2의 지령전환부(22A)로부터의 전환신호 Cs1에 의해 선택하는 제 2의 선택스위치이다. 또 제 2의 지령전환부(22A)의 구성 및 동작은 도 5의 제 1의 지령전환부(22)와 동일하다. 도 11에 표시하는 벡터제어장치의 구성은 도 8~도 10에 표시한 벡터제어장치에 적용할수가 있다.

다음, 도 11에 표시하는 벡터제어장치의 동작에 대해 설명한다. 제 2의 선택스위치(41)는 제 2의 지령전환부(22A)로부터의 전환신호 cs1를 입력해서 전환신호 cs1이 저레벨(L)일때에는 제 5의 미끄럼각주파수 보정치 △ws5^*를 0에 설정하고 전환신호 cs1이 고레벨(H)일때에는 제 5의 미끄럼각주파수 보정치 △ws5^*로서 미끄럼각주파수 보정치 연산부(30)에서 연산되는 미끄럼각주파수 보정치 △ws를 설정한다.

도 11의 구성은 상술한 도 6, 도 8~도 10의 어느 구성에도 적용할수가 있으므로 각각의 경우에서 제 5의 미끄럼각 주파수 보정치 △ws5^*는 제 6의 가산기(24), (도 6), 리미터(25)(도 8), 제 5의 승산기 (26)(도9) 또는 도 6의 승산기(28)(도 10)의 어느것인가에 출력된다. 도 11에 표시하는 백터제어장치의 기타의 동작은 도 6, 도 8~도 10에 표시한 벡터제어장치와 동일하므로 설명은 생략한다.

이상과 같은 도 11의 벡터제어장치에서는 제 5의 미끄럼각주파수 보정치 △ws5^*를 전압지령치 E1R에 의해 미끄럼각주파수 보정치 연산부(30)에서 연산되는 미끄럼각주파수 보정치 △ws 또는 0에 설정할수 있으므로, 미끄럼각 주파수의 보정을 하는지의 여부의 동작범위를 설정할수가 있고 예를 들면 1차 저항설정오차등에 의해 미끄럼각주파수 보정치 △ws에 오차가 커지기 쉬운 E1R의 작은 영역에서 2차 보정연산을 회피할수가 있다.

본 발명은 토크지령치 T*, 2차 자속지령치2* 및 제어대상인 유도전동기의 유도전동기 정수에따라 d축전류 지령치 IDR, q축 전류지령치 IQR 및 미끄럼각 주파수지령치 ws*를 연산하는 벡터제어지령 연산수단과 유도전동기의 회전각 주파수 wr를 연산하는 회전각주파수 연산수단과, 미끄럼각 주파수 ws*와 회전각주파수 wr를 가산해서 인버터각 주파수 Winv를 연산하는 인버터각 주파수 연산수단과, d축 전류지령치 IDR, q축 전류지령치 IQR, 유도전동기 정수 및 인버터각 주파수 Winv를 사용해서 d축 피드포워드 전압지령치 E1DFF와 q축 피드포워드 전압지령치 E1QFF를 연산하는 dq축 피드포워드 전압연산수단과 d축 피드포워드 전압지령치 E1DFF 및 q축 피드포워드 전압지령치 E1QFF의 각각의 2승합의 평방근치를 연산해서 피드포워드 전압지령치 E1F를 연산하는 피드포워드 전압벡터 연산수단과, 유도전동기의 3상 전류치로부터 d축 피드백전류 IDF와 q축 피드백전류 IQF를 연산하는 피드백전류연산수단과, d축 전류지령치 IDR과 d축 피드백전류 IDF와의 편차로부터 d축 보상전압 E1DFB를 연산하는 동시에, q축 전류지령치 IQR과 q축 피드백전류 IQF와의 편차로부터 q축 보상전압 E1QFB를 연산하는 보상전압 연산수단과, d축 보상전압 E1DFB와 d축 피드포워드 전압지령치 E1DFF를 가산해서 d축 전압지령치 E1DR를 연산하는 동시에 q축 보상전압 E1QFB와 q축 피드포워드 전압지령치 E1QFF를 가산해서 q축 전압지령치 E1QR를 연산하는 dq축 전압지령치 연산수단과, d축 전압지령치 E1DR 및 q축 전압지령치 E1QR의 각각의 2승합의 평방근치를 연산해서 전압지령치 E1R를 구하는 전압벡터연산수단과 피드포워드 전압지령치 E1F 및 전압지령치 E1R의 편차가 0가 되도록 2차 저항의 보정치 △R2를 조정하는 2차 저항보정치 연산수단을 구비하고 벡터제어지령 연산수단이 2차 저항의 보정치 △R2에 의해 보정된 유도전동기 정수를 사용해서 미끄럼각 주파수 지령치 Ws^*를 연산함으로써 유도전동기의 벡터제어를 하는것을 특징으로 하는 유도전동기의 벡터제어장치이므로 속도지령의 유무에 관계없이 특히 2차 저항의 조정을 위한 특별한 신호를 필요로 하지 않고 간단한 방식으로 2차 저항의 설정치를 자동적으로 조정가능한 유도전동기의 벡터제어를 실현할수가 있다는 효과가 있다.

또, 2차 저항보정치 연산수단과 벡터제어지령 연산수단과의 사이에 설치되고 2차 저항의 보정치 △R2의 값을 일정한 범위내에 제한하는 리미터를 더 구비하고 있으므로, 2차 저항의 보정치가 연산오차등에 의해 사용범위에서는 있을수 없을 정도의 값이 되는것을 피할수 있는 효과가 있다.

Claims

토크지령치 T^*, 2자 자속지령치2^*에 제어대상인 유도전동기의 유도전동기 정수에 따라, d축 전류지령치 IDR, q축 전류지령치 IQR 및 미끄럼각주파수 지령치 wr^*를 연산하는 벡터제어지령연산수단과, 상기 유도전동기의 회전각 주파수 wr를 연산하는 회전각 주파수 연산수단과, 상기 미끄럼각 주파수 지령치 ws^*와 상기 회전각 주파수 wr를 가산해서 인버터각 주파수 winv를 연산하는 인버터각 주파수 연산수단과, 상기 d축 전류지령치 IDR, 상기 q축 전류지령치 IQR, 상기 유도전동기 정수 및 상기 인버터각 주파수 winv를 사용해서 d축 피드포워드 전압지령치 E1DRR의 q축 피드포워드 전압지령치 E1QFF를 연산하는 dq축 피드포워드 전압 연산수단과, 상기 d축 피드포워드 전압지령치 E1DFF 및 상기 q축 피드포워드 전압지령치 E1QFF의 각가그 2승합의 평방근치를 연산해서 피드포워드 전압지령치 E1F를 연산하는 피드포워드 전압 벡터연산수단과, 상기 유도전동기의 3상 전류치로부터 d축 피드백 전류 IDF와 q축 피드백전류 IQF를 연산하는 피드백전류연산수단과, 상기 d축 전류지령치 IDR과 상기 d축 피드백전류 IDF와의 편차로부터 d축 보상전압 E1DFB를 연산하는 동시에 상기 q축 전류지령치 IQR과 상기 q축 피드백전류 IQF와의 편차로부터 q축 보상전압 E1AFB를 연산하는 보상전압연산수단과, 상기 d축 보상전압 E1DFB와 상기 d축 피드포워드 전압지령치 E1DFF를 가산해서 d축 전압지령치 E1DR를 연산하는 동시에 상기 q축 보상전압 E1QFB와 상기 q축 피드포워드 전압지령치 E1QFF를 가산해서 q축 전압지령치 E1QR를 연산하는 dq축 전압지령치 연산수단과, 상기 d축 전압지령치 E1DR 및 상기 q축 전압지령치 E1QR의 각각 2승합의 평방근치를 연산해서 전압지령치 E1R를 구하는 전압벡터 연산수단과, 상기 피드포워드 전압지령치 E1F 및 전압지령치 E1R의 편차라 0이 되도록 2차 저항의 보정치 △R2를 조정하는 2차 저항보정치 연산수단을 구비하고 상기 벡터제어징령 연산수단이 상기 2차 저항의 보정치 △R2에 의해 보정된 유도전동기 정수를 사용해서 미끄럼각 주파수 지령치 ws^*를 연산함으로써 상기 유도전동기의 벡터제어를 실시하는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 벡터제어장치.
제 1항에 있어서,

상기 2차 저항보정치 연산수단과 상기 벡터제어지령 연산수단사이에 설치되고 상기 2차 저항의 보정치 △R2의 값을 소정의 범위내에 제한하는 리미터를 또 구비한 것을 특징으로 하는 유도전동기의 벡터제어장치.
토크지령치 T^*, 2차 자속지령치2^*및 제어대상인 유도전동기의 유도전동기 정수에 따라 d축 전류지령치 IDR, q축 전류지령치 IQR 및 미끄럼각 주파수 지령치 ws^*를 연산하는 벡터제어지령 수단과, 상기 유도전동기의 회전각주파수 wr을 연산하는 회전각주파수 연산수단과, 상기 미끄럼각 주파수 지령치 ws^*와 상기 회전각 주파수 wr를 가산해서 인버터각 주파수 winv를 연산하는 인버터각 주파수 연산수단과, 상기 d축 전류지령치 IDR, 상기 q축 전류지령치 IQR, 상기 유도전동기 정수 및 상기 인버터각 주파수 winv를 사용해서 d축 피드포워드 전압지령치 E1DFF와 q축 피드포워드 전압지령치 E1QFF를 연산하는 dq축 피드포워드 전압연산 수단과, 상기 d축 피드포워드 전압지령치 E1DFF 및 상기 q축 피드포워드 전압지령치 E1QFF의 각각의 2승합의 평방근치를 연산해서 피드포워드 전압지령치 E1F를 연산하는 피드포워드 전압벡터 연산수단과 상기 유도전동기의 3상 전류치로부터 d축 피드백전류 IDF와 q축 피드백전류 IQF를 연산하는 피드백전류 연산수단과 상기 d축 전류지령치 IDR과 상기 d축 피드백전류 IDF와의 편차로부터 d축 보상전압 E1DFB를 연산하는 동시에 상기 q축 전류지령치 IQR과 상기 q축 피드백전류 IQF와의 편차로부터 q축 보상전압 E1QFB를 연산하는 보상전압 연산수단과 , 상기 d축 보상전압 E1DFB와 상기 d축 피드포워드 전압지령치 E1DFF를 가산해서 d축 전압지령치 E1DR를 연산하는 동시에 상기 q축 보상전압 E1QFB와 상기 q축 피드포워드 전압지령치 E1QFF를 가산해서 q축 전압지령치 E1QR를 연산하는 dq축 전압지령치 연산수단과, 상기 d축 전압지령치 E1DR 및 상기 q축 전압지령치 E1QR의 각각의 2승합의 평방근치를 연산해서 전압지령치 E1R를 구하는 전압백터 연산수단과, 상기 피드포워드 전압지령치 E1F 및 전압지령치 E1R의 편차가 0이 되도록 미끄럼각 주파수의 보정치 △ws를 조정하는 미끄럼각 주파수 보정치 연산수단을 구비하고, 상기 인버터각 주파수 연산수단이 상기 미끄럼각 주파수의 보정치 △ws에 의해 보정된 미끄럼각 주파수를 사용해서 상기 인버터각 주파수 Winv를 연산함으로써 상기 유도전동기의 백터제어를 하는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 벡터제어장치.