JPH01252192A - 誘導電動機のトルク制御装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、マイクロプロセッサによる誘導電動機のトル
ク制御装置に関する。

（従来の技術） 誘導電動機のトルク制御における制御則では、一般に磁
束指令を一定にして、トルク指令に比例する二次電流指
令を形成するようにしている。その場合に、誘導電動機
の負荷に対する過渡応答性は良いが、磁束指令を形成す
るために常時、励磁電流を通電している必要があり、無
負荷の時の発熱量が大きくなって、また励磁音も発生す
るなどの問題があった。

こうした問題は、負荷に応じて変化する磁束指令を発生
することにより解決されるが、磁束Φ及び二次電流■が
指令通りに発生されるとき、トルク出力Ｔ　ｏｕｔは、 Ｔ＝ＩｘΦ より、そのリニアリティがイ氏下する。そこで、磁束指
令も二次電流指令もトルク指令Ｔｃの平方根に比例する
ように制御し、そうすることによりリニアリティが改善
されることは知られている。

（発明が解決しようとする課題） このような従来の誘導電動機のトルク制御の方式に対し
て、近年になって、誘導電動機を同期電動機と同様のサ
ーボ性能で制御する制御方式が必要とされてきている。

サーボ性能を良くするためには、磁束指令をその最大値
に固定し、ΦＣ＝Φｗａｘ　、　　Ｉ　Ｏ＝　Ｉ　Ｏｗ
ａｘとすると良い。しかし、この場合にも二次電流指令
をトルク指令Ｔｃの平方根に比例するように制御すれば
、トルク出力のりニアリティは悪くなるという問題があ
った。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、
磁束指令を一定にしてトルク制御をする場合も負荷に応
じて磁束指令を変化させてトルク制御する場合のいずれ
においてもトルク指令のリニアリティの良い制御を可能
にした誘導電動機のトルク制御装置を提供することを目
的としている。

（課題を解決するための手段） 本発明によれば、誘導電動機から電流フィードバック信
号と速度信号を得て、速度指令に応じた電流指令を形成
し、トルク出力の制御を行なう誘導電動機のトルク制御
装置において、指令速度と前記速度信号とからトルク指
令を形成する速度制御部と、形成されたトルク指令から
モータ磁束指令を形成する界磁制御部と、形成されたモ
ータ磁束指令と前記トルク指令とからトルク成分電流指
令を形成するトルク制御部を具備し、負荷の大きさに応
じたトルク指令を演算するようにしたことを特徴とする
誘導電動機のトルク制御装置を提供できる。

（作用） 本発明の誘導電動機のトルク制御装置では、トルク指令
Ｔｃより磁束指令ΦＣを計算し、この計算で求まった磁
束指令ΦＣとトルク指令Ｔｃとからトルク成分指令Ｉ２
を計算することができ、これにより電動機出力トルクＴ
ｏｕｔを線形に制御することができる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面に従って詳細に説明する
。

第１図は本発明の制御装置の一例を示すブロック図であ
る。これは、速度指令Ｎｃを与えることで、帰還される
誘導電動機の電流フィードバック信号Ｉｆと速度信号Ｎ
ｒとから、電動機を制御するＰＷＭ回路に所定のＰＷＭ
指令を出力するためのものである。

１は、速度信号Ｎｒとモータ速度信号Ｎｒとの誤差信号
を演算する加算器、２は、この加算器１の誤差出力ＥＲ
を比例積分してトルク指令Ｔｃを形成する速度制御部、
３は、モータ速度Ｎｒに対応する磁束指令ΦＣを形成す
る界磁制御部、４は、磁束指令ΦＣとトルク指令Ｔｃと
からトルク成分電流指令１２ｃを形成するトルク制御部
、５は、励磁電流Ｉ。を演算する励磁電流制御部である
。

６は、すべり速度Ｎｓを演算するすべり速度制御部、７
は、Ｎｓとモータ速度信号Ｎｒとを加算する加算器、８
は、トルク成分電流指令Ｉ２ｃと励磁電流Ｉ。とから電
流指令値Ｉｃを演算する電流指令値制御部である。この
電流指令値Ｉｃは、加算器９で電流フィードバック信号
Ｉｆどの誤差演算が行なわれ、増幅部１０により指令電
圧値Ｖｃが形成される。、１１は、電動機における誘起
電圧Ｅ。を演算する誘起電圧制御部で、誘起電圧Ｅｏと
を指令電圧値Ｖｃとの加算器１２における加算結果がＰ
ＷＭ指令として出力される。

次に、上記トルク制御装置の作用について説明する。

第２図は、誘導電動機の等価回路図、第３図はその磁気
回路を示す図である。ここでは、議論を簡単にするため
、巻線抵抗、漏れインダクタンス等を省略している。

［１コΦと１゜との関係について 第２図においてインダクタンスをり。、二次巻線抵抗を
Ｒ２、端子電圧をＶとするとき、励磁電流！。によ）て
生じる起磁力Ｆは、 Ｆ＝ｎＸ！（１ となる。ここで、磁路の長さをΩ、磁界の強さをＩ（と
すると、 Ｆ＝ＨＸｆｌ となるから、上記磁気回路での磁界の強さＨは、Ｈ＝ｎ
Ｘ　Ｔｏ／Ｑ 又、磁気回路のオームの法則より ｒｘＲｘΦ Ｏ−Ｆ／Ｒ−ＨＸＩＩ／Ｒ 磁路の断面積をＡ、磁束密度をＢ、鉄芯の透磁率をμと
するとき、 Φ＝ＷＢＸＡ！μＨＸＡ ＝ｕ　（ｎｘｌ、／１１）ｘＡ 冨ｎ×μ×（Ａ／Ｉｆ）ｘｔ。

−ｎ×Ｉｏ／（（１／μ）ｘ（１）／Ａ））従って、上
記２式を比較することから、Ｒ＝　（１／μ）　ｘ　（
ＩＩ／Ａ） となり、ここでＡ、ＩＩ、ｎは、モータが決まれば定数
となり、鉄芯の透磁率μが一定であると仮定すれば、Φ
と！。とが比例する関係にあることが解る。即ち、第１
図における励磁電流制御部５では、 Φ−ＫＩＸＩｏ　　　　　　　　　　　　　　・−（１
）で決まる励磁電流指令を出力するようにしている。た
だし、Ｋ１＝ｎＸμ×（Ａ／Ω）である。

［２］ΦとＥ。との関係について 次に、第２図のインダクタンスＬ。での自己パ導により
発生する誘起電圧「。は、 Ｗｏ＝−ｎＸｄＯ／ｄｔ ここでモータが正弦波電流で駆動されるものとすれば、 Φ冨Φｘ　　ｓｉｎωｏｔ したがって、 Ｅ（１＝ｎｘω。×Φ ＝ｎ×２πｆｏｘΦ なお、ここでｆ。は励磁周波数であり、６０Ｘｆｏ＝Ｎ
ｏとすれば、 Ｅ（、＝ｎｘ　（２π／　６０　）　Ｘ　Ｎ　Ｇ　ＸΦ
＝に２　ＸＮ（、ＸΦ　　　　　　　・・・（２）とな
って、上記誘起電圧制御部１１での演算はこの関係に基
づいて行なわれる。ここでに２は、起電圧定数であって
、 Ｎ（１＝Ｎｒ＋Ｎｓ である。

［３］トルクＴとＩ２の関係について モータが発生するトルクＴは、一般に磁束Φと有効電流
Ｉ２どの積に比例するため、 Ｔ＝Ｉ２ＸΦ より、トルク制御部４で磁束指令ΦＣとトルク指令Ｔｃ
とからトルク成分電流指令１２ｃを形成するためには、 １２　＝　Ｔ　Ｘ　（１／Φ）　　　　　　　　・・・
（３）［４］　Ｉ２とすべり周波数ｆｓの関係について
第２図より、 Ｅｏ−１２Ｘ　（Ｒ２／Ｓ’）　　　　　　　−（４）
ここで、すベリ゛Ｓは、 Ｓ　＝　（Ｎ　Ｏ−Ｎ　ｒ　）　／　Ｎ　Ｏ−Ｎ　Ｓ　
／　Ｎ　。

したがって、上記（４）式は Ｅ　ｏ−１２Ｘ　Ｒ２Ｘ　（Ｎ　（３／　Ｎ　ｓ　）と
なり、これと上記（２）式とから、 Ｋ２ＸＮ０ＸΦ”　Ｉ　２　Ｘ　Ｒ２ｘ　（Ｎｏ／Ｎ　
ｓ）つまり、すべり速度制御部６ですべり速度Ｎｓを演
算するには、 Ｉ２ｍＮ５Ｘ　（１／Ｒ２）ＸＫ２ＸΦ・・・（５）に
基づいて行なえば良いことになる。

ところで、速度検出器の検出パルス周期をＰ（パルス／
ｒｅｖ）とするとき、すべり周波数ｆｓは、 ｆ　５＝ＰＸＮＳ／６０［Ｈｚ］ Ｎｓ＝　（８０／Ｐ）Ｘｆｓ これを上記（５）式に代入することで、Ｉ２　＝　（６
０／Ｐ）ｘ　ｆ　ｓｘ　（１／Ｒ２）ＸＫ２×　Φ 従って、 ｆ　Ｓ＝に５　Ｘ　１２　Ｘ　（１／Φ）となる、ここ
で、Ｋ３はすべり定数に相当するもので、 Ｋｇ　−（Ｐ／６０）ｘ　　（Ｒ２／　Ｋ２　　）であ
る。

第４図は、上記界磁制御部３におけるトルク指令Ｔｃと
磁束指令ΦＣとの関係について更に具体的に説明するた
めの図である。界磁制御部３では、モータ固有の定数と
して決定される最小Ｉｉｎ束Φｍｉｎ　、最大磁束Φｌ
ｌ１ａｘ、最大トルクＴ　ｍａｘを与えることにより、
トルク指令Ｔｃの平方根に比例する磁束指令ΦＣを、次
式により決定している。

ΦＣ＝Φｍｉｎ 十ｆゴコ「７１１ｉＴ　（Φｍａｘ　　−０ｍ１ｎ）・
・・（６）これにより、上記（３）式でＴ＝Ｔｃとする
とき、 Ｉ　２　　ｃ　＝　Ｔ　ｃ　／　（Φｗｉｎ＋　　　　
ｃｍａｘ（Φｍａｘ　　−Φｍｉｎ　　）　　）となる
。

つまり、所定の回転数までは、トルク指令Ｔｃの平方根
に比例する磁束指令ΦＣを出力し、かつ上記（３）式に
よりトルク成分電流指令Ｉ２Ｃを形成することで、モー
タ電流Ｉ２．磁束Φが指令通りに発生すれば、 Ｔｏｕｔ＝（Ｔｃ／ΦＣ）ＸΦ ＝Ｔｃ となるから、モータ出力トルクは線形に制御される。

このように、本実施例においては、上記（６）式により
磁束指令を演算して界磁制御を行なうことにより、磁束
指令を一定にしてトルク制御を行なうときも、負荷に応
じて磁束指令を変化させてトルク制御するときのいずれ
の制御であっても、トルク指令に対してトルク出力のり
ニアリテイの良い制御を行なうことが可能になる。

以上、この発明をある程度詳細にその最も好ましい実施
態様について説明したが、その好ましい・実施、態様の
説明は、構成の詳細な部分についての変形、特許請求の
範囲に記載された本発明の精神に反しない限りでの種々
な変形、あるいはそれらを組み合わせたものに変更する
ことができることは明らかである。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、磁束指令を一定
にしてトルク制御をする場合も負荷に応じて磁束指令を
変化させてトルク制御する場合のいずれにおシ）でもト
ルク指令のりニアリテイの良い制御を可能にした誘導電
動機のトルク制御装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示すブロック図、第２図
は、誘導電動機の等価回路図、第３図は、磁気回路の説
明図、第４図は、同実施例の要部のブロック図である。 ２・・・速度制御部、３・・・界磁制御部、４・・・ト
ルク制御部、５・・・励磁電流制御部。 特許出願人　ファナック株式会社 代　理　人　弁理士　辻　　　實 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 誘導電動機から電流フィードバック信号と速度信号を得
   て、速度指令に応じた電流指令を形成し、トルク出力の
   制御を行なう誘導電動機のトルク制御装置において、指
   令速度と前記速度信号とからトルク指令を形成する速度
   制御部と、形成されたトルク指令からモータ磁束指令を
   形成する界磁制御部と、形成されたモータ磁束指令と前
   記トルク指令とからトルク成分電流指令を形成するトル
   ク制御部を具備し、負荷の大きさに応じたトルク指令を
   演算するようにしたことを特徴とする誘導電動機のトル
   ク制御装置。