JPH01231677A - 誘導機の制御装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明の誘導電動機をベクトル制御により可変速制御す
る誘導機の制御装置に関する。

（従来の技術） 誘導電動機は従来定速度電動機として使用されることが
多かったが、近年電力半導体素子の進歩によってインバ
ータ装置やサイクロコンバータ等の電力変換器が容易に
構成できるようになったことに伴い、可変速電動機とし
ての用途が著しく拡大してきた。

誘導電動機の可変速制御方式としては、優れた応答特性
が得られることから、ベクトル制御方式が採用されるこ
とが多い。このベクトル制御方式には２次磁束をベクト
ル量として検出し、１次電流の制御信号に用いる磁束検
出形ベクトル制御方式と、磁束ベクトルを電動機定数に
基いて演算し制御するすべり周波数形ベクトル制御方式
が知られている。

従来のすべり周波数形ベクトル制御装置は、第４図に示
すように２次磁束指令値Φ２と発生トルク指令値τＸを
入力して１次電流指令値工□を出力するベクトル制御指
令演算回路１と、１次電流指令値１１に基いて１次電流
値１１を制御する電力変換器２と、　この１次電流値工
、によって所定の速度およびトルクで回転する誘導電動
機３と、この電動機の回転速度ω８を検出する速度検出
器４とから構成されている。

ベクトル制御指令値演算回路１は２次磁束指令値Φ２と
発生トルク指令値τにとを誘導電動機３の伝達特性に応
じて演算し、１次電流の実数成分指令値λ、８と虚数成
分指令値ｌ□□およびすべり周波数指令値ω８を出力す
るように、定数設定器９，１０゜１１、１２、除算器１
３ａ、　１３ｂ乗算器１９、微分器１４、加算器１５．
１７を備えている。なお、第４図において、Ｌ２は誘導
電動機３の２次側自己インダクタンス、Ｒ２は２次抵抗
値、Ｍは相互インダクタンスで、誘導電動機３の運転前
に設定される。

１次電流の実数成分指令値（磁束の大きさを与える）ｊ
ＬｌＲと虚数成分指令値（１ヘルクの大きさを与える）
丈□工はベクトル演算器１６に導かれ、１次電流Ｎ　　
　　、ｘ　　　　　。

指令ｊＬ　ｘ　＝　ＪＬ　１Ｒ＋　？　ｊＬ　１１とし
て出力される。一方、すべり周波数指令値ωＳは速度検
出器４からの回転周波数信号ω、とともに加算器１７に
導かれて加算された後、ベクトルジェネレータ１８によ
って２次磁束の位置をきめる単位電流ベクトルに変換さ
れる。乗算器１９はこの単位電流ベクトルと前記の、ス １次電流指令Ｌ１を乗算し、得られた１次電流指令値工
、を電力変換器２に向けて出力する。

また、第５図は磁束検出形のベクトル制御方式の例であ
り磁束は検出器と設置しないで誘導電動機３の電圧Ｚ’
　ａｘ　ｐ　Ｖ　ｂｔ　ｒ　Ｖ　ｃｘと１次電流Ｊ−ａ
ｔ　＋　ｊＬ　ｂ□＋λ。、をもとにして磁束演算器２
４において演算により求められる。磁束演算器２４の出
力は２次磁束ベクトルの静止２軸成分φα□、φβ、で
ありベクトルアナライザによって絶対値成分１φ２１と
位置角ｓｉｎψ、　ＣＯ８ψに変換される。

一方、磁束指令値Φ２とトルク指令値τ０はそれぞれに
対応した磁化電流Ａｄｔと、トルク電流ｉｑ□に変換さ
れる。１−ｄｘｒ　＾９□は回転磁束をｄ軸に一致させ
て考えた回転座標系における磁化電流とトルク電流であ
り位置角ψをもとに固定子座標系における電流１゜０，
１β、に変換する。即ち、ペクトに　　　、に ル回転器２２の出力ｌα１１　Ａβ、ゆ２次磁束成分φ
。□。

φβ、を作るための電流で、２相−３相変換を行って電
力変換器２の電流指令Ｌａ１．Ｊ７ｂ？　Ｊ−、Ｃｘを
作り、従来の通常の手段で電力変換器２の出力電流を制
御する。

（発明が解決しようとする課題） しかし、上記すべり周波数ベクトル制御方式にＸ　　　
　ノ おいては、１次電流成分の指令値ＡｔＲ＋　人□工およ
びすべり周波数指令値ωＳを演算する場合には、２次抵
抗Ｒ２が直接関与するので、従来のペクトル制御方式で
は、回転子の温度上昇とともに、ベクトル制御特性が劣
化する欠点がある。

また、磁束検出形ベクトル制御方式においては２次抵抗
の影響は受けないが、２次もれインダクタンスを無視し
た時の２次磁束即ち空隙磁束しか取りだすことが出来な
いという欠点がある。しかしながら、この場合、誘導電
動機の１次回路、２次回路の定数が変化しても磁束演算
器の入力電圧７ｊａ□＋　？／ｂｉｔ　Ｔｃｘ、入力電
流ｊＬ　ａｘ　＋　Ｌｂｘ　＋　ｊＬ　ｃｌの変化とし
て受けとめられ、それに応じて磁束の演算結果が変るの
で、パラメータの変化によるベクトル制御特性の劣化は
少ない。

だが、実装する上でみると、磁束の検出器を設けること
についてはセンサの精度および分解能に問題が多く、磁
束演算器を用いると、特に低速時の電圧ひずみのために
演算精度に問題があり、十分な始動トルクが得られない
のが現状である。

従って、本発明の目的は、上記問題点を鑑み、すベリ周
波数形ベクトル制御でフィードフォワード的に与えられ
るすべり周波数指令ωＳをトルク指令τＸと発生１−ル
クτの偏差によりフィードバック的に修正し、理想的な
すべり周波数を探索しながら誘導機を制御する誘導機の
制御方法を提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） よって、上記目的を達成するために、本発明は２次磁束
指令に基いて磁化電流指令を算出する磁化電流演算手段
と、トルク指令に基いてトルク電流指令を算出するトル
ク電流演算手段と、２次磁束指令およびトルク指令に基
いてすベリ周波数指令を算出するすべり周波数演算手段
と、磁化電流指令およびトルク電流指令のベクトル合成
に対応する大きさ、ならびにすベリ周波数指令に対応す
る位相に基いて１次電流を形成する手段と、この１次電
流指令に従って誘導機の１次電流を制御する手段と、２
次磁束指令および電動機定数によって予測される直軸磁
化電流を演算して、磁化電流指令をフィードフォワード
的に与え、２次磁束指令、トルク指令および電動機定数
から予測されるすべり周波数を演算してすべり周波数を
フィードフォワード的に与え、さらに磁束および発生ト
ルクを演算によって求め２次磁束指令と検出磁束を比較
して磁化電流をフィードバック制御し、トルク指令と発
生トルクを比較してすべり周波数をフィードバックする
制御手段とを備えた誘導機の制御装置を提供する。

（作　　用） このように構成されたものにおいては、直軸磁束制御手
段にフィードフォワード制御とフィードバック制御を併
用し、すべり周波数制御に関してもトルク指令より演算
したすべり周波数指令を与えてフィードフォワード制御
を行うと共に、トルク指令と演算により求められた発生
トルクを比較する構成のフィードバック系をつくり、ト
ルク偏差に応じてすべり周波数を補正、制御する。

このように電動機の定数に基づく単なる予測制御を行う
のではなく、直軸磁束およびトルクを、所定の値に維持
するようなフィードバックループを構成することにより
、たとえ電動機定数が変動しても、フィードバック制御
により正常なベクトル制御が維持され、さらに、フィー
ドフォワード制御とフィードバック制御を並用すること
により始動および低速領域ではフィードフォワードが主
として働き、高速領域ではフィードバックループが効果
的に作用する。従って、始動特性は問題なく、高速領域
では例えパラメータ変動があっても最も理想的なすベリ
周波数が系に与えられ、頑健なシステムになる。

（実　施　例） 以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第１図に示すように、本実施例においては、誘導電動機
３は電力変換器２によって可変周波数の交流が供給され
、速度検出器４によって回転周波数をピックアップして
いる。

従来の考え方と大きく異なるところは、直軸型、に 流指令Ｌ□ｄとすベリ周波数指令ωＳの作り方であり、
両者ともフィードフォワード制御とフィードバック制御
併用されているところである。

直軸電流指令ｊＬｉｄについてみると、磁気飽和により
相互インダクタンスＭが変化すると、Ｍｊ−１４＝φ２
　　　　　　・・・・・・・・・・・・　　■の関係と
なり、直軸電流どｄの算出に直接的に影響を及ぼす。従
って単に上記■のような演算を施しても実際の電動機の
磁束φ２が指令値通りに発生している保証は全くない。

そこで０式より求めた直軸磁束指令ｊＬｒｄｏに磁束偏
差φ２−１φ２１を制御器３０によって変換し得られた
直軸電流補正信号Δλ１ｄを加えて直軸電流指令Ｌ工ｄ
とする。即ち、Ｌ　ｘｄ＝　ｊＬ　ｔｄｏ＋△Ａ　□ｄ
　　　”’　”’　””　　　■すベリ周波数指令ωＳ
についても同様なことがいえる。　トルク指令τ蚤より
トルク電流演算器２１において によりトルク電流を求め、すベリ周波数指令をによって
与える。

さらに、（イ）式で与えられるすべり周波数をすべり周
波数演算器３１によって演算し、その出力をωＳｏとし
、発生トルクτがトルク指令τ兼に一致するようにすベ
リ周波数補正△ωＳを加えてやる。

このことはＲ２の変動によって生じたトルク係数の変動
を電圧および電流によって検出し、その結果を受けて１
次電流の位相を補正することを意味する。

ωＳ−ωＳｏ十△ωＳ　　　　”°”°“°”°°　　
　０以上の考えに基いて実施された第１図は要約すると
、２次磁束の位置が直軸、それと直交する磁束零の位置
が横軸になるようにすべり周波数ωＳをフィードバック
系により微調整し、２次磁束即ち直軸磁束の大きさ１φ
２１も指令値φ２に一致するように閉ループ系を構成す
る。このようなフィードバック系で基本的なベクトル制
御が実現できる訳であるが、過渡的の速溶性を改善する
ために磁化電流演算器２０およびすべり周波数演算器３
１をを併用する。

Ｘ　　　、兼 １次電流指令Ｌ１ａ＋Ｊ−□９すべり周波数指令ω３が
■、（３）、（ハ）式で与えられると、その後のベクト
ル制御演算は従来の考え方と同じである。即ち、ベクト
ル変換器３３によって直流電流指令λ□ｄ、横軸、Ｘ 電流指令Ｌ□９を回転座標上における１次電流の絶、Ｘ 対値Ｌ１と位相ＢＨに変換する。一方すべり周波数指令
ωＳと、回転子の角周波数ω１を加算器４０によって加
え積分器３４によって位相ψにを求める。　このψＸは
静止２軸上でみた磁束の位置（ｄ軸）の位置を示してお
り、　ψにとθＸの和即ちθ、Ｘ＝ψ蚤十θＸは静止２
軸上でみた１次電流差、の位相である極座標表示された
１次電流ｔ　’、　ｅ　ｊ　”　１を３相へ変換し、ｃ
ｌ、ｂ、Ｑ相の相電流指令Ａ　ａ□＋　Ａ　ｂｘ　ｔ　
ｊ−Ｃ１を作り、電力変換器の電流制御を行って誘導電
動機にＬ　１ａ　＋　１１．　ｂ　＋　ｊＬ　ｔ　ｃを
供給する。

次に２次磁束１Φ２１および発生トルクの演算法を説明
する。電動機の固定子に磁束センサを取り付けて固定子
２軸（αβ軸）の磁束を検出することもできるが、セン
サを取りつけてなくとも演算又は推定することが可能で
ある。第１図における磁束演算器（推定器）２４がその
機能を果すが、その内容を第２図を用いて説明する。

第２図は磁束演算器の一実施例である。誘導電動機ＩＭ
に供給される３相電圧Ｔ　ｘ　ａ　＋　＃　ｘ　ｂ　＋
　１１１　ｅと３相電流Ｌ　３．　ａ　＋　ｊＬ　１ｂ
　＋　ｌ−ｘ。を検出し周知の手法で以って演算器６０
．６１において固定子２軸（αβ軸）の系に変換する。

変換後のα軸、β軸上の電圧と電流をす、。、え□。、
ツ、βｔ’−１゜と表わすと、２次磁束のα軸成分とφ
２α、β軸成分をφ２βは次のようにして計算される。

０、■の演算は積分器６０によって行われる。ただし、
Ｒ工ｌ　ｌ１ｌｌは、１次抵抗および１次のもれインダ
クタンスである。

２次磁束の大きさ１φ２Ｉは平方根の演算器６３を通し
て得られる。

１φ２Ｉは静止２軸（αβ軸）上でみても、回転２軸（
ｄｑ軸）上でみても同一であり、第２図の出力１φ２１
は第１図の２次磁束制御回路にそのまま使える。

差、。１ｊＬ１β、φ２（１＋　φ２βを用いると誘導
機の発生トルクは次のように表わされる。

τ＝φ２ｏλ、β−φ２βｉ、。　　　・・・・・・・
・・・・　（８）また、発生トルクは第３図の１相分の
等価回路によって計算することも出来る。図において、
■□は電圧、Ｒ１，’Ｘ□は１次の抵抗およびもれリア
クタンス、Ｒ２’ｌＸ２′は２次抵抗および２次もれリ
アクタンスの１次換算値Ｘｍは励磁インダクタンス、Ｒ
は機械出力と等価な負荷抵抗である。また、１１、　Ｉ
、、　Ｉ２はそれぞれ１次電流、励磁電流、２次電流を
表わす。第３図に示した等価回路において、発生トルク
は３相分の負荷抵抗による損失３Ｉ２”Ｒを回転角周波
数で割って求められる。Ｒの値は負荷により変わる訳で
あるが、１次電圧Ｖ□、１次電流■、を測定すれば、有
効電流Ｐ工が求まり、銅損Ｉ　、”Ｒ１，Ｉ２”Ｒ２’
も計算される。従って、発生１〜ルクτは で表わされる。

第２図に示した磁束演算器の出力１φ２１と０または０
式より得られる発生トルクを用いて、前者は第１図の磁
束指令と比較して磁化電流を制御し後者は同図のトルク
指令τＸと比較し、すべり角周波数を制御する。この２
つのフィードバック制御系により、パラメータ変動等が
あっても、常にベクトル制御の関係が維持される。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、ベクトル制御指令
演算過程に含まれていた２次パラメータ、特に２次抵抗
値Ｒ２の影響を直軸磁束および発生トルクを演算するこ
とによってフィードバック制御し、適正な磁化電流とす
べり角周波数を与えることにより良好な特性の誘導機の
制御を行なうことができる。

またパラメータ変動は本来温度変化等により極めてゆる
やかに変っていくものであり、直軸磁束や発生トルクの
演算には十分時間をかけて遂行することができ、高精度
の演算が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す概略構成図、第２図
は、第１図に示した磁束演算器を示す詳細構成図、第３
図は、第１図に示した電力変換器の１ア一ム分を示す等
価回路、第４図及び第５図は、従来の誘導機の制御装置
を示す概要構成図である。 １・・・ベクトル制御指令演算回路、 ２・・・電力変換器、　　　　３・・・誘導電動機、４
・・速度検出器、 ９　、１（１，１１，１２・定数設定器１３ａ、　１３
ｂ＝除算器、　　１４−微分器、１５、１７・・・加算
器、　　　１６・・・ベクトル演算器、１８・・・ベク
トルジェネレータ、 １９・・・乗算器、　　　　　２０・・・磁化電流演算
器、２１・・・トルク電流演算器、２２・・・ベクトル
回転器、２３・・２相−３相変換器、２４・・・磁束演
算器、２５・・・ベクトルアナライザ、 ２６、２７．２８・・比較器、　２９・・・３相−２相
変換器、３０、３２・・・制御器、　　　３３・・・ベ
クトル変換器、３４・・・積分器、　　　　　３５・・
・電流検出器、４０、４４・・・加算器、　　　４２．
４３・・・比較器、４５・・電圧検出器、 ６０、６１・・・３相−２相変換器、 ６２・・・積分器、　　　　　６３・・・平方根演算器
代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　第子丸　健

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ２次磁束指令に基いて磁化電流指令を算出する磁化電流
   演算手段と、トルク指令に基いてトルク電流指令を算出
   するトルク電流演算手段と、前記２次磁束指令および前
   記トルク指令に基いてすべり周波数指令を算出するすべ
   り周波数演算手段と、前記磁化電流指令および前記トル
   ク電流指令のベクトル合成に対応する大きさ、ならびに
   前記すべり周波数指令に対応する位相に基いて１次電流
   を形成する手段と、この１次電流指令に従って誘導機の
   １次電流を制御する手段とを備えた誘導機の制御装置に
   おいて、 ２次磁束指令および電動機定数によって予測される直軸
   磁化電流を演算して、磁化電流指令をフィードフオワー
   ド的に与え、２次磁束指令、トルク指令および電動機定
   数から予測されるすべり周波数を演算してすべり周波数
   をフィードフォワード的に与え、さらに磁束および発生
   トルクを演算によって求め２次磁束指令と検出磁束を比
   較して磁化電流をフィードバック制御し、トルク指令と
   発生トルクを比較してすべり周波数をフィードバックす
   る制御手段を具備したことを特徴とする誘導機の制御装
   置。