WO1989009512A1

WO1989009512A1 - Method of calculating magnetic flux of an induction motor

Info

Publication number: WO1989009512A1
Application number: PCT/JP1989/000296
Authority: WO
Inventors: Eiji; Watanabe; Tsugutoshi; Ohtani
Original assignee: Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Seisakusho
Priority date: 1988-03-26
Filing date: 1989-03-20
Publication date: 1989-10-05
Also published as: DE68918620T2; JPH01248985A; FI895637A0; US5150029A; KR900701086A; EP0335269A1; JP2646633B2; DE68918620D1; KR950010345B1; EP0335269B1; CA1319949C

Description

明細書

誘導電動機の磁束演算方法

〔技術分野〕

本発明は、誘導電動機の電圧，電流からトルク電流成分を検出してべクトル制御を行う際に用いる磁束演算方法に関する。

〔背景技術〕

従来、誘導電動機の電圧，電流及び磁束指令値を入力として一次遅れ回路を用いて誘導電動機の二次鎖交磁束を演算する方法があつ

7 o

例えば、本出願人が先に開示した特開昭 57— 201870号公報においては、誘導電動機の端子電圧から電動機のィンピーダンス電圧を減算した二次誘起電圧を得て、これに励磁電流指令から演算される励磁指令電流に相当する電圧を加えた電圧を導出し、この導出した電圧を一次遅れ積分によって積分し、磁束を演算する方法をとつている。

しかし、このような従来の方法では、電動機パラメータ、特に温度によつて変化する一次抵抗の磁束演算値に対する影響が低周波になると大きかった。

本発明は、磁束演算値の特性を、べクトル制御において適用されるトルク電流帰還形や磁束ォリエンテーション形のべクトル制御での評価に基づいて再検討し、磁束演算特性における位相誤差の増大を軽減することを目的とする。

〔発明の開示〕 ' この目的を達成するため、本発明の誘導電動機の磁束検出方法は、誘導電動機に供給する一次電流を励磁電流指令値及びトルク電流指令値に応じて与え、前記誘導電動機の電圧と電流とから演算される磁束に基づいて周波数を制御するべクトル制御装置において、前記誘導電動機の電圧、電流及び磁束指令信号から一次遅れ回路を用いて磁束を渲算するに際し、当該一次遅れ回路の時定数を前記誘導電動機の二次回路時定数と等しく設定することを特徵とする。

〔図面の簡単な説明〕

第 1図は本発明の実施例を示すブロック図、第 2図は磁束演算回路の例を示すブロック図、第 3図は二次磁束のべクトル図である。

〔発明を実施するための最良の形態〕トルク電流帰還形及び磁束ォリエンテーシヨン形のべクトル制御においても、先ず求められる磁束べクトルの特性は、実際の二次鎖交磁束とその演算値の位相が一致することが重要で、次に磁束のそれぞれの振幅が一致することである。

そこで本発明においては、低周波における磁束演算値の位相誤差の低減に務め、特に、低周波の限界である電動機拘束時の磁束演算値特性に着目した。例え.ば、トルク電流帰還形のべクトル制御でのトルク電流 I _t は次のように演算される。

、 a Φ ₂) / 1 1 (1) ここで、 i ： —次電流ベクトル

Φ ：二次鎖交磁束べクトル

I 0 [ ：二次鎖交磁束ベクトルの振幅

式 (1)から分かるように、一次電流 i , は、直接検することができ、磁束については 0 ' Φ [ すなわち単位べクトルの位相特性の良好さが必要となる。 - 本発明では、演算磁束べクトルの特性改善を潢算誤差が増大する低周波において検討し、特に電動機拘束状態での位相誤差の軽減を図った。

第 2図に磁束演算回路のプロック図を示す。図中 31はィンバ一タ . 42は誘導電動機である。誘導電動機 42の電流は電流検出器 32で検出され、電圧 , は電圧検出器 33で検出される。 34, 35, 38は定数器、 36, 4]は減算器、 37, 39は加算器、 40は一次遅れ回路である。この第 2図のブロックにおいて、二次鎖交磁束 ^ ₂ は、次式で演算されている。一-

)£* i ,

1

= { φ ₂* + Tc ( y , -R , * i , ) +^* i , } -^* i ,

但し、 pは微分演算子である。

定常状態では上式の演算誤差は P = j , とおいて ( 式で表せる

$ ( v i- ！ * 2 ！ -J ω _t£* i , )

ここで e 2 = y i— R I z i— j ω ι£ i i

AR, -= R, - R. *, ki = i- とおくと、

$ ( e 2+AR i i i + j ω ι £ i i )

φ 2 * - φ 2 Tc A i z ！ j ,T_C Δ

= 0 ₂+ + +

1 + j ω , Tc 1 + j ω , Tc 1+ j ω , T_c

'(2) ここで、：一次抵抗の実際値

R ：一次抵抗の設定値

i ：漏れィンダクタンスの実際値

* ：漏れィンダクタンスの設定値

Tc ：一次遅れの時定数 Φ 2 * ：磁束指令（べクトル量）

Φ 2 ：実二次鎖交磁束（ベクトル量）

^ 2：二次鎖交磁束演算值（ベクトル量）

2 ：内部誘起電圧の演算値（べクトル量）

ω , ：角周波数（= 2 7Γ f , )

f I ：一次周波数

j ：虚数記号

すなわち、（2)式の第 1 の二次磁束の実際値、第 2項の二次磁束の指令値と実際値の誤差項、第 3項の一次抵抗の設定誤差に起因する誤差項及び第 4項の漏れィンダクタンスの設定誤差に起因する誤差項からなる。

第 3図に、（2)式で演算される二次磁束のべクトル図を示す。ここで、電動機を拘束した状態では、べクトル制御の条件を考慮すると (2)式中の一次電流は励磁電流とトルク電流で (4)式として表すことができ、励磁電流とトルク電流の関係は (5)式で表すことができる。

+

ただし、 ω , ：一次角周波数

t m：励磁電流（べクトル）

T a：電動機二次回路時定数 .

：励磁電流（振幅）

I ». ：トルク電流（振幅) ' また、べクトル制御状態では (2)式の第 2項は 0 となるので、（4)式を (2)式に代入すると（6)式となる。 φ 2 - φ 2

= 0 2+ ^m— [ {AR, (l + ω ,T_C )

1+(ω ,T_C) ²

+ ω !1{ω ,T_C- ~"―) }

+ j (AR , ( -^— ω ο) + ω ,A^( ~^—ω ,T_C + 1) } ] (6)

(6)式において、 ø 2と同位相の ^ 2を ₂ (re)、直交成分を ₂ (im)、 ø ₂と ^ ₂の位相差を Sとおくと、それぞれ (7), (8)，（9)式で表される。

j 1 j

^ 2 (re) = Φ ₂ [1+—♦ + ω ,Tc —— )

Μ 1+(ω ,T_C) ²

+ ω、 ω ,Tc- ― ~ ) } ] (7) ΐ 1 {

^ 2 (im) = Φ 2 [-- (AR, ( 」 ~ - ω ,T_C)

Μ 1 + (ω ,T_C) ² I_m

+ ω ,Δ （ α ,Tc ) } ] (8) ο = tan" ¹ { ^ ₂ (in)/^ ₂ (re) } (9) ここで、一次遅れ回路の時定数を電動機の二次回路時定数に等しく T _c = T ₂ とすると、 ω ，Τ₂= ω

I _tZ I „ょり、（8)式，（9)式はそれぞれ 00)式，（11)式に改められる。

$ 2 (re) = ø ₂[ 1 -I — Δ R ,] 0)

M '

T_c

^ 2 (im) = 02 L一 ω _t A £ Ql)

M

この結果、（9)式中の ^ ₂ (im) の項に、一次抵抗の誤差に関する成分が含まれないため、一次抵抗の誤差に起因した位相誤差が発生しない。また、この 0)式， CO)式で求められた二次磁束演算値を用いてトルク電流を渲算すると、 )式， α 式より、 )式が得られる。

i X ^ 2 = I t * 2 (re)— I _m * ^ 2 (im

= ø ₂[ I t(l +— Δ R ,) - I _m— ω！ Δ β

Μ Μ

T_c △ R ,— Δ ^

= 2 I ,[14- ^—— ]

Μ

2 I = { (re)²+ ? ₂(im) ²} ^{1 /2}

= Φ ₂{(1+— -Δ R ) ²+ (— ω ,△ ） ²} ^1/2

Μ Μ

= Φ ₂{(1 + )²}^J/2

' ' Φ 2(1 △ R！) ' )

Μ

こで. (1+ ： ~~ ) >

Μ Μ I

ここで、 H《 (M+TcAR,)

I_t ：トルク電流の実際値

t _t ：トルク電流の濱算値

よって、な 0)式よりトルク電流の演算値は真値に近づくことが示される。 '

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて具体的に説明する。第 1図は、本発明の磁束渲算方法を実施するための構成例を示すブロック図である。同図において、 11は電源、 12はインバ一タ、 13は誘導電動機、 14は電流検出器、 15は電圧検出器を示している。 . 第 1図において、設定された磁束指令値 Φ ₂*に 1 ZMの定数器 1 • を乗じて計算される励磁電流指令値 ί とトルク電流指令値 I に従

• つて、べクトル演算器 2は (15)式， α 式の演算を行い、一次電流指令

• 値 I と位相 r * を出力している。

5 I JT^ TT^ (15)

♦ 乗算器 9は、加算器 8で出力された一次電流指令の位相 <9 と一。次電流指令値 I , を乗算し、一次電流指令べクトル i を出力して - いる。

0 電流制御器 10は、一次電流指令べクトル i と電流検出器 14を介 ' して検出した一次電流との偏差に応じてインバータ 12を制御し、 • 一次電流指合べクトルどおりに電流を電動機に供給している。

• 周波数制御器 5 は、トルク電流指令値 I とトルク電流演算値 ΐ _t 。との偏差に応じて周波数 ω _ηを出力している。

積分器 7 は、加算器 6で出力された周波数 ω _η と、割算器 3及び • 定数器 4を用いて演算されたすベり周波数指令値の和、すなわ - ち磁束の周波数 ω を積分し、磁束指令の位相 ^ を出力している。 • 加減算器 18， 19は、電圧検出器 15で検出された電動機端子電圧，

- に基づいて dD式の演算を行い、誘起電圧き。を出力している。

0 o-Tc ( y i - R,* z \、一 i* i . d

• 一次遅れ回路 23は、乗算器 21で出力される磁束指令べクトル 0

• と誘起電圧。から、（18)式の演算を行い、磁束。を出力している。

·

。+ ø ₂つ (18)

5 演算された ^。は減算器 24で漏れリアクタンス降下分が除かれ、

• 二次磁束 2 を出力する。

. 二次磁束 ^ ₂ と一次電流 i は、べクトル積器 25，振幅演算器 26, 除算器 27より（1)式の演算を行い、トルク電流 i t を演算する。

このようにして、トルク電流 T _t の演算値を真値に近似することが'できる。

以上に説明したように、本発明においては、電動機の端子電圧から一次抵抗降下分と、漏れリアクタンス降下分を差し引いて求めた内部誘起電圧と磁束措令を合成し、その出力を電動機の二次回路時定数に等しい時定数で一次遅れ回路を介して二次磁束を演算することにより、二次磁束演算値に含まれる真の二次磁束に対する位相誤差を聿圣減できる。

この二次磁束演算値と一次電流とから、トルク電流を演算することにより、一次-抵抗及び漏れリァクタンスの設定誤差に闋係なく精度の良いトルク電流の演算を行うことができる。

また、前記トルク電流演算値を用いることで、広範囲の速度でトルク制御特性のよいべクトル制御装置を構成することができる。

〔産業上の利用可能性〕

本発明は、紙、フィルム、金属繊維等に代表される張力制御ゃ定出力制御等の広範囲の速度にわたって良好なトルク制御特性が要求される分野において利用することができる。

Claims

請求の範囲

1. 誘導電動機に供給する一次電流を励磁電流指令値及びトルク電流指令値に応じて与え、前記誘導電動機の電圧と電流とから演算される磁束に基づいて周波数を制御するべクトル制御装置において、前記誘導電動機の電圧、電流及び磁束指令信号から一次遅れ回路を用いて磁束を演算するに際し、当該一次遅れ回路の時定数を前記誘導電動機の二次回路時定数と等しく設定することを特徴とする誘導電動機の磁束演算方法。

2. 誘導電動機の電流及び電圧をそれぞれ検出する電流検出器及び0 電圧検出器と、検出された電流及び電圧，一次抵抗の設定値，漏れィンダクタンスの設定値及び一次遅れの時定数に基づいて誘起電圧を演算する手段と、この誘起電圧と磁束指令べクトルとを加算した信号を前記一次遅れの時定数を持つ一次遅れ回路を通して磁束を演算する手段と、この演算された磁束から前記検出された電流と前記漏れィンダクタンスとの積を減算して二次磁束を求める手段とを備えたことを特徵とする誘導電動機の磁束演算装置。

3. 請求の範囲 2記載の装置によって求められた二次磁束に基づいてトルク成分電流を求め、このトルク成分電流と磁束指令とトルク電流指令とに基づいてべクトル制御を行うことを特徴とする誘導電動機のべクトル制御装置。

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