KR100744881B1

KR100744881B1 - 회전기의 제어 장치

Info

Publication number: KR100744881B1
Application number: KR1020057008014A
Authority: KR
Inventors: 요시히코 긴파라; 신이치 후루타니; 도시유키 가이타니
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2005-05-06
Filing date: 2003-08-28
Publication date: 2007-08-01
Also published as: KR20050104332A

Abstract

본 발명에서는, 각속도 지령에 근거하여 인가되는 1차 각주파수를 적분하여 위상을 연산하는 적분 수단(11)과, 3상 전압 지령에 따라서 회전기(1)에 3상 전압을 인가하는 전력 변환 수단(14)과, 상기 회전기를 흐르는 3상 전류를 검출하는 전류 검출 수단(15)과, 상기 적분 수단(11)이 출력하는 위상에 근거하여 상기 전류 검출 수단이 검출한 전류를 회전 2축 좌표상의 전류로 좌표 변환하고, 또한, 회전 2축 좌표상의 전압 지령을 상기 3상 전압 지령으로 좌표 변환하는 좌표 변환 수단(13)과, 상기 1차 각주파수와 상기 회전 2축 좌표상의 전류에 근거하여, 상기 회전 2축 좌표상의 전압 지령을 연산하는 전압 지령 연산 수단(12)을 구비하고, 전압 지령 연산 수단(12)은 상기 회전 2축상의 전류의 각각의 축전류의 절대값의 편차(|iq|-K|id|)에 근거하여 상기 회전 2축상의 전압 지령을 연산하도록 하였다. 이에 의해서, 부하 토크가 동일한 동작점이면, 부하 토크가 증가하는 경우와 감소하는 경우에서 전류의 과도 응답을 동등하게 할 수 있다.

Description

회전기의 제어 장치{CONTROLLER OF ROTATING MACHINE}

본 발명은 회전기의 제어 장치에 관한 것이다.

회전기에는 유도기나 동기기가 포함된다. 그 중, 유도 전동기의 제어 장치로서는, 종래, 예를 들면 특허 문헌 1에 개시된 것이 알려져 있다. 즉, 특허 문헌 1에서는, 특히 제 8 페이지-12 페이지, 도 1, 도 8, 도 9, 도 12, 도 14에 도시되어 있는 바와 같이, 가변 전압 가변 주파수의 교류 1차 전압을 출력하여 유도 전동기를 구동하는 전력 변환 회로와, 상기 전력 변환 회로로부터 상기 유도 전동기에 공급되는 1차 전류를 검출하기 위한 전류 검출기와, 상기 1차 전류와 미리 설정된 상기 교류 1차 전압의 주파수 지령값으로부터 제 1 및 제 2 전류 성분을 연산하는 전류 성분 연산 회로와, 상기 제 1 전류 성분의 자승값과 상기 제 2 전류 성분의 자승값의 진폭비가 미리 설정된 소정값으로 되는 자속 지령값을 연산하는 자속 지령 연산 회로와, 상기 주파수 지령값과 상기 자속 지령값으로부터 1차 전압 성분 지령값을 연산하는 전압 성분 지령 연산 회로와, 상기 주파수 지령값과 상기 1차 전압 성분 지령값으로부터 상기 유도 전동기의 1차 전압 지령값을 연산하여 상기 전력 변환 회로로 출력하는 1차 전압 지령 연산 회로를 구비한 유도 전동기의 제어 장치가 개시되어 있다.

이 특허 문헌 1에 개시된 유도 전동기의 제어 장치에서는, 상기 전류 성분 연산 회로가 상기 1차 전압 성분 지령값과 동상인 제 1 전류 성분 및 위상이 90° 어긋난 제 2 전류 성분을 연산하도록 제어하고 있기 때문에, 상기 제 1 전류 성분의 자승값과 상기 제 2 전류 성분의 자승값과의 진폭비가 미리 설정된 소정값으로 되어, 유도 전동기를 고효율로 구동할 수 있다.

또한, 특허 문헌 2에서는, 인버터의 주파수와 전압과 전류로부터 슬립(slip)과 최적 효율로 되는 슬립 주파수를 연산하여, 일치하도록 제어하는 기술이 개시되어 있다. 또한, 특허 문헌 3에서는, 인버터의 주파수와 전압과 전류로부터 슬립과 최적 효율로 되는 슬립 주파수를 연산하여, 일치하도록 제어하는 기술이 개시되어 있다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2000-175492호 공보

[특허 문헌 2] 미국 특허 제5500581호 명세서

[특허 문헌 3] 미국 특허 제5786231호 명세서

그러나, 상기 1차 전압 성분 지령값과 동상인 전력 성분 및 위상이 90° 어긋난 제 2 전력 성분으로서, 각각의 전류 성분의 자승값을 인가하여, 제 1 전류 성분의 자승값과 상기 제 2 전류 성분의 자승값과의 진폭비가 미리 설정된 소정값으로 되도록 하고 있기 때문에, 부하 토크가 동일한 동작점이더라도, 부하 토크가 증가할 때와 감소할 때에서 전류의 과도 응답이 상이하다고 하는 문제나, 부하 토크 의 동작점이 경부하시와 고부하시에서 전류의 과도 응답이 상이하다고 하는 문제가 있다.

또한, 1차 각주파수를 일정하게 유지하기 위해서, 임팩트 부하 등에 의해 회전 속도가 급변하면, 「1차 각주파수 1회전 속도」로 인가되는 슬립 주파수도 급변하고, 그 결과, 전류 진폭이 급변하여 과전류로 될 수 있다고 하는 문제도 있다.

또한, 특허 문헌 2에서는, 유도 전동기의 과도 특성에 대해서는 고려가 되고 있지 않다.

본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것으로, 부하 토크의 증감이나 동작점을 막론하고 전류의 과도 응답을 일정하게 유지할 수 있고, 또한, 임팩트 부하 등에 의해서 회전 속도가 급변했을 때이더라도 전류의 진폭이 소망하는 범위내로 되도록 할 수 있는 회전기의 제어 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.

발명의 개시

본 발명에서는 각속도 지령에 근거하여 인가되는 1차 각주파수를 적분하여 위상을 연산하는 적분 수단과, 3상 전압 지령에 따라서 회전기에 3상 전압을 인가하는 전력 변환 수단과, 상기 회전기를 흐르는 3상 전류 중 2상의 전류를 검출하는 전류 검출 수단과, 상기 적분 수단이 출력하는 위상에 근거하여 상기 2상의 전류를 회전 2축 좌표상의 전류로 좌표 변환하고, 또한, 회전 2축 좌표상의 전압 지령을 상기 3상 전압 지령으로 좌표 변환하는 좌표 변환 수단과, 상기 1차 각주파수와 상기 회전 2축 좌표상의 전류의 각 축성분의 절대값에 근거하여 상기 회전 2축 좌표 상의 전압 지령을 연산하는 전압 지령 연산 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 회전 2축 좌표상의 전류의 각 축성분을 절대값으로서 취급하기 때문에, 부하 토크가 동일한 동작점이면, 부하 토크가 증가할 때와 감소할 때에서 전류의 과도 응답을 동등하게 할 수 있다.

다음의 발명은, 상기의 발명에 있어서, 상기 전압 지령 연산 수단은 부하에 따라서 변화시키는 여자(勵磁) 전류 지령을 연산하고, 또한, 상기 회전 2축 좌표상의 전류의 각 축성분의 절대값을 상기 여자 전류 지령으로 제산하여 미소 여자 전류를 구하고, 구한 미소 여자 전류와 상기 1차 각주파수에 근거하여 상기 회전 2축 좌표상의 전압 지령을 연산하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 회전 2축 좌표상의 전류의 각 축성분의 절대값을 부하에 따라서 변화시키는 여자 전류 지령으로 제산하기 때문에, 부하 토크의 동작점이 경부하시로부터 고부하시까지 변화되더라도, 전류의 과도 응답을 동등하게 할 수 있다.

다음의 발명은, 상기의 발명에 있어서, 상기 회전 2축 좌표상의 전류에 근거하여 주파수 보정량을 연산하고, 상기 각속도 지령에 근거하여 인가되는 1차 각주파수로부터 상기 주파수 보정량을 감산하여 상기 1차 각주파수를 출력하는 주파수 보정 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 임팩트 부하 등에 의해 회전 속도가 급변했을 때이더라도 회전 속도의 변화에 따라서 1차 각주파수를 변화시키기 때문에, 전류 진폭 급변을 억제하는 것이 가능해져, 과전류로 될 수 있는 문제를 해결할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예인 회전기의 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도,

도 2는 도 1에 나타내는 전압 지령 연산기의 구성예를 나타내는 블록도,

도 3은 도 2에 나타내는 미소 여자 전류 연산부의 구성예를 나타내는 블록도,

도 4는 1차 주파수 60㎐에서 여자 전류 지령값을 각종으로 변화시켰을 때에서의 회전 속도와 전류 편차(iq²-id²)와의 관계를 나타내는 도면,

도 5는 1차 주파수 60㎐에서 여자 전류 지령값을 각종으로 변화시켰을 때에서의 회전 속도와 전류 편차(|iq|-|id|)와의 관계를 나타내는 도면,

도 6은 1차 주파수 60㎐에서 여자 전류 지령값을 각종으로 변화시켰을 때에서의 회전 속도와 전류 편차(|iq|-|id|)÷여자 전류 지령과의 관계를 나타내는 도면,

도 7은 1차 주파수 60㎐에서 회전 속도를 변화시켰을 때에서의 슬립 주파수와 전류 편차(|iq|-|id|)÷여자 전류 지령과의 관계를 나타내는 도면이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하에 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 회전기의 제어 장치의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예인 회전기의 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 본 실시예에 따른 회전기(예를 들면, 유도 전동기)(1)의 제어 장치는, 주파수 보정기(10)와 적분기(11)와 전압 지령 연산기(12)와 좌표 변환기(13)와 전력 변환기(14)와 전류 검출기(15)를 구비하고 있다.

전력 변환기(14)는 좌표 변환기(13)로부터 입력되는 3상 전압 지령 vu*, vv*, vw*에 근거하여 회전기(1)에 3상 전압을 인가한다.

전류 검출기(15)는 회전기(1)에 흐르는 3상의 상전류 중 2상의 상전류 iu, iv를 검출하여 좌표 변환기(13)에 출력한다. 또한, 여기서는, 전류 검출기(15)는 회전기(1)를 흐르는 3상 전류 중 2상의 전류를 검출하는 구성을 나타냈지만, 예를 들면 3상 전류의 3상 모든 전류를 검출해도 되고, 또한, 전력 변환기(14)의 모선 전류를 검출하여, 그 검출값에 근거하여 회전기(1)를 흐르는 3상 전류를 검출하는 구성이더라도 무방하다.

적분기(11)는 주파수 보정기(10)로부터 입력되는 회전기(1)의 1차 각주파수 ω를 적분하여 위상 θ를 구하여, 좌표 변환기(13)에 출력한다.

좌표 변환기(13)는 적분기(11)가 출력하는 위상 θ에 근거하여, 전류 검출기(15)로부터 얻어진 2상의 상전류 iu, iv를 회전 2축 좌표상의 전류 id, iq로 좌표 변환하여 전압 지령 연산기(12)와 주파수 보정기(10)에 인가하는 것과, 전압 지령 연산기(12)로부터 입력되는 회전 2축상의 전압 지령 vd*, vq*을 상기 3상 전압 지령 vu*, vv*, vw*으로 좌표 변환하는 것을 실행한다.

전압 지령 연산기(12)는 주파수 보정기(10)로부터 입력되는 회전기(1)의 1차 각주파수 ω와 좌표 변환기(13)로부터 입력되는 회전 2축 좌표상의 전류 id, iq에 근거하여, 상기 회전 2축 좌표상의 전압 지령 vd*, vq*을 연산한다.

주파수 보정기(10)는 외부로부터 입력되는 각속도 지령 ω*을 좌표 변환기(13)로부터 입력되는 회전 2축 좌표상의 전류 id, iq에 근거해서 보정하여, 상기 1차 각주파수 ω를 출력한다. 구체적으로는, 주파수 보정기(10)는 상기 회전 2축 좌표상의 전류 id, iq에 근거하여, 회전기(1)의 부하 변화량에 따른 주파수 보정량 Δω를 연산하는 보정량 연산기(17)와, 각속도 지령 ω*에 따라서 주파수 보정량 Δω의 값을 제한하는 보정량 리미터(18)와, 각속도 지령 ω*으로부터 보정량 리미터(18)에서의 제한값을 감하여 상기 1차 각주파수 ω를 출력하는 감산기(19)로 구성되어 있다.

여기서, 좌표 변환기(13)가 출력하는 회전 2축 좌표상의 전류 id, iq 중, 전류 id는 상기 위상 θ와 동위상의 전류 성분이고, 전류 iq는 위상 θ와 직교하는 위상의 전류 성분이라고 한다. 또한, 좌표 변환기(5)에 입력되는 회전 2축 좌표상의 전압 지령 vd*, vq* 중, 전압 지령 vd*은 상기 위상 θ와 동위상의 전압 지령 성분이고, 전압 지령 vq*은 위상 θ와 직교하는 위상의 전압 지령 성분이라고 한다.

먼저, 도 1을 참조하여, 주파수 보정기(10)의 동작에 대해서 설명한다. 주파수 보정기(10)는, 특허 문헌 1에 개시된 기술이 가지는 문제, 즉 1차 각주파수를 일정하게 유지하기 위해서, 임팩트 부하 등에 의해 회전 속도가 급변하면, 슬립 각주파수(=1차 각주파수-회전 속도)도 급변하고, 그 결과, 전류 진폭이 급변하게 되 어 과전류로 될 수 있다고 하는 문제를 해결하기 위해서 마련되어 있다.

즉, 회전기(1)에서는, 축토크가 증가하면 회전 속도는 가속하고, 축토크가 감소하면 회전 속도는 감속한다. 따라서, 축토크의 변화율이 판명되면 회전 속도의 증감도 판명된다. 그래서, 본 실시예에서는, 축토크 대신에 회전기(1)의 출력 토크를 이용하는 것에 의해, 회전 속도의 증감에 따라서 1차 각주파수를 보정하여, 슬립 각주파수(=1차 각주파수-회전 속도)가 급변하지 않도록 하고 있다.

보정량 연산기(17)는 회전기(1)의 부하 변화량에 따른 주파수 보정량 Δω를 다음과 같이 하여 연산한다. 즉, 상기 전류 id로부터 2차 자속 상당값 φd를 수학식 1의 연산에 의해서 구하고, 상기 전류 iq와 구한 2차 자속 상당값 φd로부터 출력 토크 추정값 τ0를 수학식 2의 연산에 의해서 구한다.

또한, 수학식 1, 2에서, s는 라플라스 연산자, Tr은 회전기(1)의 전기적 시정수, Pm은 회전기(1)의 극대수이다. 계속해서, 구한 출력 토크 추정값 τ0의 변화에 따른 주파수 보정량 Δω를 수학식 3의 연산에 의해서 구한다. 또한, 수학식 3에서, G1, G2는 임의의 실수이다.

그리고, 주파수 보정량 Δω가 지나치게 커지면 1차 각주파수 ω의 값은 지나치게 작아지기 때문에, 회전기(1)에서는 충분한 출력 토크가 발생할 수 없는 일이 일어난다. 그것을 회피하기 위해서, 보정량 리미터(18)에 의해 각속도 지령 ω*에 따라서 주파수 보정량 Δω의 상한값 또는 하한값을 제한하도록 하고 있다. 그 결과, 감산기(19)로부터는 적절한 값의 1차 각주파수 ω가 출력되게 된다.

이와 같이 구성되는 주파수 보정기(10)에 의하면, 임팩트 부하 등에 의해 회전 속도가 급변했을 때이더라도 회전 속도의 변화에 따라서 1차 각주파수 ω를 변화시킬 수 있기 때문에, 전류 진폭 급변의 억제가 가능해져, 과전류로 될 수 있는 문제를 해결할 수 있다.

또한, 회전기(1)가 토크를 출력할 때, 회전 각주파수는 1차 각주파수로부터 슬립 각주파수를 감산한 값으로 된다. 이 슬립 각주파수는 출력 토크에 비례하는 것으로 간주하여, 상기의 수학식 3을 다음의 수학식 4로 대체해도 무방하다. 또한, 수학식 4에서 G3는 임의의 실수이다.

수학식 3 대신에 수학식 4를 이용하는 것에 의해, 전류 진폭 급변의 억제 효과에 부가하여, 슬립 각주파수에 기인하는 회전기(1)의 속도 저하를 보정할 수 있는 효과가 있다. 단, 임의의 실수 G1을 제로로 하면, 슬립 각주파수에 기인하는 회전기(1)의 속도 저하는 보정할 수 있지만, 전류 진폭 급변의 억제 효과가 손상된다.

다음에, 도 2는 도 1에 나타내는 전압 지령 연산기(12)의 구성예를 나타내는 블록도이다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 전압 지령 연산기(12)는 미소 여자 전류 연산부(20)와, 리미터(21)와, 테이블(23)과, 제한 기능 부가 적분기(24)와, 이득기(25, 26)와, 승산기(27)를 구비하고 있다.

이 구성에 의해서, 전압 지령 연산기(12)는 상기 회전 2축 좌표상의 전류의 각 축성분의 절대값의 편차에 근거한 미소 여자 전류 지령 ΔIO와, 이 미소 여자 전류 지령 ΔIO를 증폭하는 것에 의해 회전기(1)에 인가하는 여자 전류 지령 IO를 구하고, 여자 전류 지령 ΔIO가 회전기(1)에 흐르기 위한 전압 지령을 연산한다.

미소 여자 전류 연산부(20)는, 구체적으로는 도 3에 도시하는 바와 같이 구성되지만, 상기 회전 2축상의 q축 전류 성분 iq의 절대값과 d축 전류 성분 id의 절대값을 연산하여, 각각의 편차를 Kwi배 하고, 그것을 제한 기능 부가 적분기(24)로부터 입력되는 여자 전류 지령 IO로 제산하여 미소 여자 전류 지령 ΔIO를 구한다.

리미터(21)는 미소 여자 전류 연산부(20)가 출력하는 미소 여자 전류 지령 ΔIO의 진폭을 제한한다. 로우패스 필터(22)는 상기 1차 각주파수 ω의 고주파 성분을 제거한 저주파 성분 ωf를 출력한다. 테이블(23)은 로우패스 필터(22)가 출력하는 저주파 성분 ωf에 근거하여 여자 전류 지령의 하한값 IOMIN을 출력한다.

제한 기능 부가 적분기(24)는 리미터(21)로부터 얻어진 미소 여자 전류 지령 ΔIO를 적분 연산하고, 그 적분 연산 결과의 범위를 테이블(23)로부터 입력되는 여자 전류 지령의 하한값 IOMIN과 미리 설정된 여자 전류 지령의 상한값 IOMAX와의 범위내에 들어가도록 제한한 여자 전류 지령 IO를 출력한다.

이득기(25)는 리미터(21)로부터 얻어진 미소 여자 전류 지령 ΔIO에 회전기(1)의 인덕턴스값 Ls를 승산하고, 그것을 회전 2축 좌표상의 d축 전압 지령 vd*로서 출력한다. 이득기(26)는 제한 기능 부가 적분기(24)로부터 얻어진 여자 전류 지령 IO에 회전기(1)의 인덕턴스값 Ls를 승산한다. 승산기(27)는 이득기(26)의 출력과 1차 각주파수ω를 승산하고, 그것을 회전 2축 좌표상의 q축 전압 지령 vq*로서 출력한다.

다음에, 도 3은 도 2에 나타내는 미소 여자 전류 연산부(20)의 구성예를 나타내는 블록도이다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 미소 여자 전류 연산부(20)는 절대값 연산기(ABS)(30, 31)와, 이득기(32)와, 감산기(33)와, 제산기(34)와, 이득기(35)를 구비하고 있다.

절대값 연산기(ABS)(30)는 d축 전류 성분 id의 절대값 |id|를 연산한다. 절대값 연산기(ABS)(31)는, q축 전류 성분 iq의 절대값 |iq|를 연산한다. 이득기(32)는 절대값 연산기(ABS)(30)가 출력하는 d축 전류 성분 id의 절대값 |id|를 K1배 한다.

감산기(33)는 절대값 연산기(ABS)(31)가 출력하는 d축 전류 성분 id의 절대값 |id|로부터 이득기(32)가 출력하는 K1×|id|를 감산한다. 제산기(34)는 감산기(33)의 연산 결과를 여자 전류 지령값 IO로 제산한다. 이득기(35)는 제산기(34)의 연산 결과를 Kwi배 하고, 그것을 미소 여자 전류 지령 ΔIO로서 출력한다.

이와 같이, 전압 지령 연산기(12)는 1차 각주파수와 회전 2축상의 전류의 각 축성분의 절대값에 관한 편차(|iq|-K1×|id|)에 근거하여 상기 회전 2축 좌표상의 전압 지령을 연산한다.

다음에, 도 4~도 7을 참조하여, 이상과 같이 구성되는 전압 지령 연산기(12)를 구비하는 제어 장치의 동작에 대해서 설명한다. 또한, 도 4는 특허 문헌 1에 개시된 기술을 설명하는 특성도이고, 도 5~도 7은 본 실시예에서 얻어지는 특성도이다. 각 도면에서는, 이해를 쉽게 하기 위해서, vd*=0, vq*=ωLsIO로 하고, K1=1인 경우에서의 개방 루프로 회전기(1)를 구동했을 때의 정상 특성이 표시되어 있다.

본 실시예에 따른 전압 지령 연산기(12)에서는, 상기한 바와 같이, 회전 2축 좌표상의 q축 전류 성분 iq의 자승값과 d축 전류 성분 id의 자승값은 구하지 못하지만, 특허 문헌 1에 개시된 기술을 따라 자승값을 구한다고 했을 경우에서의 회전 속도와 전류 편차(iq²-id²)와의 관계는 도 4에 나타내는 바와 같이 된다.

도 4에서, 가로축은 회전 속도[㎐]이며, 58㎐~62㎐가 눈금 그어져 있다. 세로축은 전류 편차(iq²-id²)[A²]이며, 400~-200이 눈금 그어져 있다. 1차 주파수는 60㎐이다. 또한, 여자 전류 지령 IO는 200[V]÷(2π60Ls)[A]를 기준으로 0.6배~1.4배 사이에서 변화시키고 있다(부호 40 참조).

도 4에 나타내는 바와 같이, 회전 속도가 59㎐ 근방 또는 61㎐ 근방에 있을 때는, 여자 전류 지령 IO의 값에 관계없이 전류 편차(iq²-id²)가 제로로 되어 있다.

이 때문에, 회전 2축 좌표상의 d축 전류 성분 id의 자승값과 q축 전류 성분 iq의 자승값과의 진폭비가 미리 설정된 소정값으로 되도록 하는 특허 문헌 1에 개 시된 기술에서는, 실회전 속도가 59㎐ 또는 61㎐ 근방으로 되도록, 여자 전류 지령 IO의 값을 조작하여 발생 토크를 조정하고 있었다고 상정된다.

그러나, 전류 편차(iq²-id²)의 크기에 근거하여 회전기(1)를 제어할 때, 도 4로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 전류 편차(iq²-id²)의 크기와 회전 속도(또는, 슬립 주파수)의 관계는 비선형으로 변화되기 때문에, 회전 속도의 초기값이 60㎐에서 59㎐으로 수속하는 경우와 회전 속도의 초기값이 58㎐에서 59㎐로 수속하는 경우에서는, 수속 응답은 일치하지 않는다.

한편, 도 5는 본 실시예에 따른 전압 지령 연산기(12)에 의해서 얻어지는 회전 속도와 전류 편차(|iqs|-|ids|)와의 관계를 나타내는 도면이다. 도 5에서, 가로축은 회전 속도[㎐]이며, 58㎐~62㎐가 눈금 그어져 있다. 세로축은 전류 편차(|iqs|-|ids|)[A]이며, 10~-10이 눈금 그어져 있다. 1차 주파수는 60㎐이다. 또한, 여자 전류 지령 IO는 200[V]÷(2π60Ls)[A]를 기준으로 0.6배~1.4배 사이에서 변화시키고 있다(부호 50 참조).

도 5에서도, 도 4와 마찬가지로, 회전 속도가 59㎐ 근방 또는 61㎐ 근방에 있을 때는, 여자 전류 지령 IO의 값에 관계없이 전류 편차(iqs-ids)가 제로로 되어 있다.

그러나, 도 5에서는, 도 4와 상이하여, 회전 속도가 59㎐ 근방 또는 61㎐ 근방에 있을 때는, 전류 편차(|iqs|-|ids|)는 회전 속도의 변위에 따라서 비례적인 변화를 나타내고 있다.

즉, K1=1의 경우에 대해서 생각하면, 도 3에 나타낸 미소 여자 전류 연산부(20)는 d축 전류 성분 id의 절대값 |id|를 연산하는 절대값 연산기(30)와, q축 전류 성분 iq의 절대값 |iq|를 연산하는 절대값 연산기(31)와, 전류 편차(|iq|-|id|)를 연산하는 감산기(33)를 구비하기 때문에, 회전 속도의 초기값이 60㎐에서 59㎐로 수속하는 경우와 회전 속도의 초기값이 58㎐에서 59㎐로 수속하는 경우에서, 수속 응답이 일치하도록 된다.

다음에, 도 4 및 도 5에 나타낸 특성에서는, 동일한 회전 속도이더라도 여자 전류 지령 IO에 따라서 전류 편차의 진폭이 상이하다. 이것이, 특허 문헌 1에 개시에 개시된 기술에 있어서, 부하 토크가 동일한 동작점이더라도, 부하 토크가 증가할 때와 감소할 때에서 전류의 과도 응답이 상이하고, 부하 토크의 동작점이 경부하시와 고부하시에서 전류의 과도 응답이 상이한 이유이다.

본 실시예에서도 도 5에 나타내는 바와 같이 전류 편차(|iq|-|id|)의 값에 근거하여 회전기(1)를 제어하면, 여자 전류 지령 IO의 초기값에 따라서는 정상점에 수속할 때까지의 응답이 일치하지 않는 일이 일어나지만, 도 3에 나타낸 구성으로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 본 실시예에서는, 도 5에 나타내는 특성으로부터 도 6에 나타내는 특성을 얻는 조작을 하고 있기 때문에, 이러한 문제는 발생하지 않는다.

도 6은 1차 주파수 60㎐에서 여자 전류 지령값을 다양하게 변화시켰을 때에서의 회전 속도와 전류 편차(|iqs|-|ids|)÷여자 전류 지령과의 관계를 나타내는 도면이다.

도 6에서, 가로축은 회전 속도[㎐]이며, 58㎐~62㎐가 눈금 그어져 있다. 세로축은 전류 편차(|iqs|-|ids|)÷여자 전류 지령 IO[p.u]이며, +1~-1이 눈금 그어져 있다. 도 6에서는, 여자 전류 지령 IO는 200[V]÷(2π60Ls)[A]를 기준으로 0.6배~1.4배 사이에서 변화시키고 있다(부호 60 참조).

도 6에 나타내는 바와 같이, 제어하는 전류 편차를 (|iqs|-|ids|)÷IO로 하면, 회전 속도와 제어하는 전류 편차와의 관계는 여자 전류 지령 IO의 진폭에 의존하지 않는 것을 알 수 있다. 이 전류 편차(|iqs|-|ids|)÷여자 전류 지령 IO의 조작은, 도 3에 나타내는 제산기(34)가 실행하고 있다.

이와 같이, 본 실시예에서는, q축 전류 성분의 절대값과 d축 전류 성분의 절대값을 부하에 따라서 변화시키는 여자 전류 지령 IO로 제산할 수 있기 때문에, 부하 토크의 동작점이 경부하시로부터 고부하시까지 변화되더라도, 전류의 과도 응답을 동등하게 할 수 있다.

다음에, 도 7은 1차 주파수 60㎐에서 회전 속도를 변화시켰을 때에서의 슬립 주파수와 전류 편차{(|iqs|-|ids|)÷여자 전류 지령}와의 관계를 나타내는 도면이다. 도 7에서, 가로축은 슬립 주파수[㎐]이며, 세로축은 전류 편차{(|iqs|-|ids|)÷여자 전류 지령 IO}이다. 도 7에서는, 회전 속도는 10㎐~60㎐까지 변화시키고 있다(부호 70 참조). 또한, 여자 전류 지령 IO의 값은 기준값(200V÷(2π60Ls))으로 하고 있다.

도 7에서는, 전류 편차{(|iqs|-|ids|)÷여자 전류 지령 IO}가 제로로 되는 점에서의 슬립 주파수는, 회전 속도가 10㎐ 정도의 저속에서는 회전 속도 20㎐ 이 상의 경우와 약간 상이하지만, 회전 속도 20㎐ 이상에서는 회전 속도의 영향을 거의 받지 않는 것이 표시되어 있다. 즉, 임팩트 부하 등에 의해서 회전 속도가 급변하는 일이 있더라도, 슬립 주파수는 일정하게 유지할 수 있다.

이상과 같이, 본 실시예에서는, 1차 전압 성분 지령값과 동상인 전력 성분 및 위상이 90° 어긋난 제 2 전력 성분을 연산하는 대신에, 각각의 전류 성분의 절대값을 연산하여, 이들이 미리 설정된 소정값으로 되도록 했기 때문에, 부하 토크가 동일한 동작점이면, 부하 토크가 증가할 때와 감소할 때에서 전류의 과도 응답을 동등하게 할 수 있다.

또한, 부하에 따라서 변화시키는 여자 전류 지령으로 각각의 전류 성분의 절대값을 제산하기 때문에, 부하 토크의 동작점이 경부하이더라도 고부하이더라도, 전류의 과도 응답을 동등하게 할 수 있다.

또한, 주파수 보정기에 의해서 1차 각주파수를 보정하기 때문에, 임팩트 부하 등에 의해 회전 속도가 급변했을 때의 전류 진폭 급변을 억제할 수 있기 때문에, 과전류로 될 수 있는 문제를 해결할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 회전기로서 유도기를 예로 들어서 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니라, 그 외에, 예를 들면 동기기에 있어서도 마찬가지로 적용할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

본 발명은 부하 토크의 증감이나 동작점을 막론하고 전류의 과도 응답을 일 정하게 유지할 수 있고, 또한, 임팩트 부하 등에 의해서 회전 속도가 급변했을 때이더라도 전류의 진폭이 소망하는 범위내로 되도록 할 수 있기 때문에, 3상 유도 전동기나 동기 전동기 등의 회전기를 고효율로 구동 제어하는 제어 장치로서 바람직하다.

Claims

각속도 지령에 근거하여 인가되는 1차 각주파수를 적분하여 위상을 연산하는 적분 수단과,

3상 전압 지령에 따라서 회전기에 3상 전압을 인가하는 전력 변환 수단과,

상기 회전기를 흐르는 3상 전류를 검출하는 전류 검출 수단과,

상기 적분 수단이 출력하는 위상에 근거하여, 상기 전류 검출 수단이 검출한 전류를 회전 2축 좌표상의 전류로 좌표 변환하고, 또한, 회전 2축 좌표상의 전압 지령을 상기 3상 전압 지령으로 좌표 변환하는 좌표 변환 수단과,

상기 1차 각주파수와 상기 회전 2축상의 전류의 각각의 축전류의 절대값의 편차(|iq|-K|id|)에 근거하여, 상기 회전 2축상의 전압 지령을 연산하는 전압 지령 연산 수단

을 구비하는 것을 특징으로 하는 회전기의 제어 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 전압 지령 연산 수단은, 부하에 따라서 변화시키는 여자(勵磁) 전류 지령을 연산하고, 또한, 상기 회전 2축 좌표상의 전류의 각각의 축성분의 절대값을 상기 여자 전류 지령으로 제산하여 미소 여자 전류 지령을 구하며, 구한 미소 여자 전류 지령과 상기 1차 각주파수에 근거하여, 상기 회전 2축 좌표상의 전압 지령을 연산하는 것

을 특징으로 하는 회전기의 제어 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 회전 2축 좌표상의 전류에 근거하여 주파수 보정량을 연산하고, 상기 각속도 지령에 근거하여 인가되는 1차 각주파수로부터 상기 주파수 보정량을 감산하여 상기 1차 각주파수를 출력하는 주파수 보정 수단을 구비한 것

을 특징하는 회전기의 제어 장치.