JPH03215181A - 誘導電動機の磁束演算方式 - 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、誘導電動機の磁束制御やそれを用いたトルク
制御に好適な磁束演算の一方式に関するものである。

（従来の技術） 従来より、誘導電動機の二次鎖交磁束ベクトルを制御し
たり、それを用いてトルクを演算し制御する際には、積
分演算によって誘導電動機の二次鎖交磁束ベクトルを演
算していた。

すなわち、誘導電動機の特性方程式は、・・・■ で表される。ここで、 ■Ｉ　： １１　： φ２ Ｒ，： 一次電圧へクトル ー次電流ベクトル ：二次鎖交磁束ベク ー次抵抗値 トル Ｒｔ：二次抵抗値 Ｌｌ：一次自己インダクタンス Ｌ２：二次自己インダクタンス Ｍ：相互インダクタンス ω．二回転子回転角速度 ｐ：微分演算子 である。

■式の１行目より φｔ　＝　ｆ　（Ｌｘ／Ｍ）　（ν＋−Ｒ＋ｉ＋−（Ｌ
＋−Ｍ”／Ｌｘ）Ｉ）ｉｔ）　ｄｔ・・・■ が導き出され、■式の積分演算によって簡単に二次鎖交
磁束ベクトルが演算される。この式には、誘導電動機の
温度によって変動し測定が困難な二次抵抗値が含まれて
いないので、定数変動による演算誤差を少なくできると
いう利点がある。

第２図は、インバータによる誘導電動機駆動システムに
従来技術の演算方式を通用した場合の演算プロノク図の
一例である。直流電源ｌよりＰＷＭインハータ（以下Ｉ
ＮＶと略称する）２を介して、誘導電動機（以下団と略
称する）３へ電力を供給している。電圧検出部４はＩＭ
３の人力電圧Ｖｕｌν９，ν１を検出し、 ｖ．　＝ｈ万（ν１−νｖ／２−ν，／２）　＋ｊ　，
口＜Ｅ／２＞　（Ｖ，−Ｖ，）・・・■ より、一次電圧ベクトルＶｌを演算して出力する。

電流検出部５はｌｌ’ｌ３の入力電流１ｕ＋　１ｖ＋　
ｌｗを検出し、 ｖ，　＝ｆｉ万（ｔｕ−ｉｖ／２−ｔｗ／２）　＋ｊＪ
’２万＜Ｅｎ）＜　ｒ　．−　１．＞・一・■ より、一次電流ベクトルｉＩを演算して出力する。

電圧降下演算部６は一次抵抗と漏れインダクタンスによ
る電圧降下を演算するもので、■式の右辺の積分演算内
の第２項と第３項とを演算する。加減算器７は一次電圧
ベクトルＶ，から電圧降下演算部６の出力を減じ、その
出力が二次変換乗算器８でＬｘ／Ｍ倍されて、積分器９
で積分されて二次鎖交磁束ベクトルφ２となる。

（発明が解決しようとする課題） 前述のごとき従来技術では、■式の積分演算でい場合に
は、積分器がオフセットやドリフトにより正確な演算を
行わず、正確な二次鎖交磁束ベクトルの演算値が得られ
なくなるという問題がある。

（課題を解決するための手段） 従来技術では、誘導電動機の一次側の特性方程式（■式
の１行目）を用いて二次鎖交磁束ベクトルの演算式を導
いたが、二次側の特性方程式であ・・・■ が導き出される。■式では、■式で求められる電圧系の
二次鎖交磁束ベクトルφ２と区別するために、■式で求
められるｔ流系の二次鎖交磁束ベクトルをφ２．とじて
表している。

本発明は■式で求めた電流系の二次鎖交磁束ベクトルφ
２，を用いて従来技術の問題点を解決したもので、その
演算ブロソク回を第１図に示す。

第１図の電流系磁束演算部２０は、■式を用いて二次鎖
交磁束ベクトルφ，，を演算するブロンクであり、それ
に対応する従来技術の二次鎖交磁束ベクトルφ２を演算
するブロックを電圧系磁束演算部２１とする。先に説明
した第２図と共通するブロックの説明は省略し、以下、
異なるブロックのみについて説明する。

速度検出器１０はＩＭ３の回転子の回転角速度ω，を検
出し、その出力と後述する積分器１６の出力である二次
鎖交磁束ベクトルφ２，との積を乗算器１２で演算する
。乗算器１２の出力は位相進相器１３で位相が９０’進
められる。電流検出部５からの一次電流ベクトルｉ，が
定数乗算器１１で（Ｍ／Ｌｚ）Ｒｚ倍され、また二次鎖
交磁束ベクトルφ２，は二次定数乗算器１４でＲｚ／Ｌ
ｘ倍される。加減算器１５は定数乗算器１１、位相進相
器１３及び二次定数乗算器１４の出力を加減算し、積分
器１６に入力する。積分器１６の出力が■式を用いた二
次鎖交磁束ベクトルφ２，の演算値となる。この二次鎖
交磁束ベクトルφ２．が従来技術における積分器９の出
力の二次鎖交磁束ベクトルφ２と加減算器１７で比較さ
れ、その出力が誤差増幅器１８でＫ倍されて、積分器９
の人力から減算器１９で減算されることにより二次鎖交
磁束ベクトルφ２が補正される。

（作　用） 第１図に示すように、電流系磁束演算部２０の出力であ
る二次鎖交磁束ベクトルφ２８は、第２図の従来技術に
おける二次鎖交磁束ベクトルφ２と同様に積分器の出力
であるが、二次鎖交磁束ベクトルφ２．の積分器１６の
入力に、この二次鎖交磁束ベクトルφ２，がＲ！／Ｌ！
倍されて負にフィードバックされているので、従来技術
におけるような積分器のオフセットやドリフトの問題は
低周波数域でも生じない。従って、電流系の二次鎖交磁
束ベクトルφ２，は、どのような周波数域でも正確な二
次鎖交磁束ベクトルの演算値となる。然し乍ら、この演
算にはＩＭ３の二次抵抗Ｒ．を含んでいるために、温度
変動により実際の二次抵抗が変化し、正確な演算ができ
なくなる。それ故に、ｔ流系磁束演算部２０の出力であ
る二次鎖交磁束ベクトルφ２，をこの磁束演算方式の出
力とはせずに、第１図に示す？うに従来技術の電圧系磁
束演算部２１の積分器のオフセットやドリフト補償のみ
に用いている。

つまり、積分器９の出力である二次鎖交磁束ベクトルφ
２にオフセットやドリフトによる誤差が含まれた場合に
は、電圧系と電流系の二次鎖交磁束ベクトルφ２とφ８
■に誤差が生じ、それがＫ倍されて積分器９の入力にフ
ィードバックされ、積分器９のオフセットやドリフトに
よる誤差を減少させるように働く。この積分器のオフセ
ットやドリフトの補償効果は、誤差増幅率Ｋが一定なら
ば高周波数になる程小さくなるが、ドリフト量は高周波
数では少なくなるので問題とならない。

また、高周波数域でのドリフト補償効果の減少は、電圧
系磁束演算部２１の出力である二次鎖交磁束ベクトルφ
２に対する、電流系磁束演算部２ｏの出力である二次鎖
交磁束ベクトルφ！８の影響が少なくなることであり、
前述の二次抵抗値Ｒ２の変動による二次鎖交磁束ベクト
ルφ２．の演算誤差の、二次鎖交磁束ベクトルφ２への
影響が少なくなることを意味する。

以上のごとく、本発明による磁束演算方式によれば、従
来技術における積分器によるオフセットやドリフト等の
問題が解消され、しかも誘導電動機の二次抵抗値が変動
しても低周波数域を除いて正確な磁束演算ができる。

（実施例） 第３図は本発明の一実施例であって、一定サンプリング
周期毎にマイクロコンピュータにより演算する場合のブ
ロノク図である。図中の各入出力の脚字として示した（
ｎ−１）．（ｎ）はサンプリング周期Ｔｓ毎の第（ｎ−
１）回目、第（ｎ）回目のサンプリング時点（以下（ｎ
−１）時点、（ｎ）時点と言う）での値であることを示
す。また、第１図．第２図では変数をベクトルで表示し
たが、実際は変数ベクトルの各成分を用いて演算するの
で、第３図では各成分で演算を行っており、変数ベクト
ルの実数部には脚字ｄを、虚数部には脚字ｑを対応させ
ている。また、各演算プロノクの符号についても、実数
部用には脚字ａを、虚数部用には脚字ｂを付して第１図
の符号と合致させた。

電圧検出部４は（ｎ）時点でのＩＭ３の入力電圧Ｖｕ　
（Ｒ）　＋　Ｖｖ　（ｎｌ　＋　Ｖｗ　（ア．を検出し
、■式よりを演算し出力する。電流検出部５は同様に同
時点でのＩＭ３の入力電流１ａ　（＋ｓ）　＋　ｌｖ　
（＋，ｌ　＋　ｌｗ　（ｎ）を検出し、■式より を演算し出力する。

６ａ，　６ｂは各成分の電圧降下演算部で、１回前のサ
ンプリング時点での値を出力する遅延部６３ａ，６３ｂ
及び加減算器６２ａ．　６２ｂにより後退差分による微
分演算を行っており、加減算器６２ａ，　６２ｂの出力
に漏れインダクタンスＬＬ　（ＬＬ　＝Ｌ＋−Ｍ”／Ｌ
ｘ）をサンプリング周期Ｔ．で割ったものを定数乗算器
６４ａ　，　６４ｂで乗算している。また、一次抵抗Ｒ
，の項も一次電流ｊｌｄＴ＊ｌ＋　ＩＩＱ（Ｒ）にそれ
ぞれ定数乗算器６１ａ，　６ｌｂでＲ１を乗じて演算し
ている。

電圧降下演算部６ａ，　６ｂの出力を加減算器７ａ，　
７ｂ？一次電圧ｖ１■ＩＩ）ｌ　Ｖｌ４１（ア》から減
算し、その出力を二次変換乗算器８ａ，　８ｂでＬｇ／
Ｍ倍して、誤差増幅器１８ａ，　１８ｂの出力を減算器
１９ａ．　１９ｂで減算して補正の後、積分器９ａ，　
９ｂへ入力される。積分器９ａ，９ｂでは、定数乗算器
９１ａ，　９ｌｂでサンプリング周期Ｔ．倍した後、１
サンプリング周期前の積分器９ａ，９ｂの出力である遅
延部９３ａ，　９３ｂの出力磁束両成分φｔ４　（Ｒ−
　１１　＋　　φＺＱ　（ｌ１−　１　１との和を加算
器９２ａ．　９２ｂで演算し、（ｎ）時点での二次鎖交
磁束ベクトルの両成分φｔ４　（ｎｌ　＋　　φｔ，。

，を出力する。以上が電圧系磁束演算部２１の動作であ
る． 電流系磁束演算部２０では、（ｎ）時点での一次電流の
両成分１１４（Ｒ）＋　ＩＩＱ＋ＩＩ）を定数乗算器１
１ａ，　ｌｌｂでＭＲ！／Ｌ！倍する。また、（ｎ）時
点でのＩＭ３の回転子の回転角速度ω１Ｒ，を速度検出
器１０で検出し、（ｎ−１）時点の電流系磁束演算部２
０の出力であるφＲｉｄ　（Ｒ−１１　＋　　φＺｉｑ
（ｒ＋−１１との積を乗算器１２ａ，　１２ｂで演算す
る。またこのφｌｉｄ　（ｎ−１１’＋　　φ！ｉｑ（
＋ｓ−１１は二次定数乗算器１４ａ，　１４ｂでＲｚ／
Ｌｚ倍される。これら定数乗算器１１ａ，　ｌｌｂと乗
算器１２ａ，　１２ｂ及び二次？数乗算器１４ａ，　１
４ｂの出力は、加減算器１５ａ，　１５ｂで各成分別に
加減算される。但し、乗算器１２ａ，１２ｂの出力は異
なる成分に加算あるいは減算することによって、第１図
に示した位相進相器１３を省略することができる。

加減算器１５ａ．　１５ｂの出力は、定数乗算器１６１
ａ，１６ｌｂと加算器１６２ａ，　１６２ｂ及び遅延部
１６３ａ，　１６３ｂにより構成される積分器１６ａ，
　１６ｂへ入力される。すなわち、積分器１６ａ，　１
６ｂでは加減算器１５ａ，　１５ｂからの入力を定数乗
算器１６１ａ，　１６ｌｂでサンプリング周期Ｔ．倍し
た後、１サンプリング周期前の（ｎ−１）時点の積分器
１６ａ，　１６ｂの出力である遅延部１６３ａ．１６３
ｂの出力磁束両成分φｔ１ｄ　（ｍ−　１）　＋　　φ
Ｚｉｑｌ＋＋−１）との和を加算器１６２ａ，　１６２
ｂで演算し、遅延部１６３ａ，１６３ｂへ入力する。こ
れが（ｎ）時点における電流系二次鎖交磁束の両成分φ
２■．、，，φ２，、１である。

遅延部１６３ａ，　１６３ｂは電流系磁束演算部２０の
出力として（ｎ−１）時点での二次鎖交磁束φＺｒ４　
（アー１，，φ２ｉｑ（Ｒ−１１を出力するが、これは
加減算器１７ａ，１７ｂにおいて（ｎ−１）時点での電
圧系磁束演算部２ｌ？出力φ２■ｎ−１１＋　　φｔｇ
４　（＋ａ−　１＞と比較するためである。加減算器１
７ａ，　１７ｂは（ｎ−１）時点の電圧系磁束演算部２
１の出力φ２■ゎ−１）＋　　φ！ｑ（＋ａ−１１と電
流系磁束演算部２０の出力φ■ｄ（ｎ−１１＋　　φ！
ｉ＊（ａ−＋１との差を演算し、誤差増幅器１８ａ，　
１８ｂで誤差増幅率Ｋ倍した後、減算器１９ａ，　１９
ｂを介して積分器９ａ．　９ｂへ入力される。

（発明の効果） 本発明は、誘導電動機の二次鎖交磁束ベクトルの演算に
おいて、従来方式の電圧系磁束演算方式に電流系磁束演
算方式を追加し、各出力の誤差を増幅して電圧系磁束演
算方式の積分器の入力にフィードバックさせることによ
り、従来方式の問題点であったオフセットやドリフトに
起因する積分器の演算誤差を、それが顕著に現れる低周
波数域において特に有効に減少させることができる。

本発明による誘導電動機の磁束演算方式によれば、以上
詳細に説明したごとく、全周波数域にわたって正確な二
次鎖交磁束ベクトル演算ができ、且つ低周波数域を除い
て定数変動に強い演算ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による誘導電動機の二次鎖交磁束ベクト
−ルの演算ブロック図、 第２図は従来の二次鎖交磁束ベクトルの演算ブロック図
、 第３図は本発明を適用したマイクロコンピュータによる
二次鎖交磁束ベクトルの演算ブロック図である． １・・・直流電源 ２・ＰＷＭインハータ（ＩＮＶ） ３・・・誘導電動機（ＩＭ）　　　４・・・電圧検出部
５・・・電流検出部 ６，　６ａ，　６ｂ・・・電圧降下演算部７，　７ａ，
　７ｂ・・・加減算器 ８．　８ａ．　８ｂ・・・二次変換乗算器９．　９ａ．
　９ｂ・・・積分器　　１０・・・速度検出器１１．　
ｌｌａ，　ｌｌｂ・・・定数乗算器１２．　１２ａ、１
２ｂ・・・乗算器　１３・・・位相進相器１４，　１４
ａ，　１４ｂ・・・二次定数乗算器１５，　１５ａ．　
１５ｂ−・・加減算器１６．　１６ａ，　１６ｂ−−・
積分器　１７．　１７ａ，　１１ｂ・・・加減算器１Ｂ
，　１８ａ．　ＩＢｂ・・・誤差増幅器１９，　１９ａ
．　１９ｂ・・・減算器　２０・・・電流系磁束演算部
２１・・・電圧系磁束演算部　６１ａ，　６ｌｂ・・・
定数乗算器６２ａ，　６２ｂ・＝加減算器　　６３ａ．
　６３ｂ＝遅延部６４ａ．　６４ｂ・・・定数乗算器　
９１ａ，　９ｌｂ・・・定数乗算器９２ａ．　９２ｂ−
加算器　　　９３ａ．　９３ｂ・・・遅延部１６１ａ．
　１６ｌｂ・・・定数乗算器１６２ａ，　１６２ｂ−加
算器　　１６３ａ．　１６３ｂ・・・遅延部第１図 手 続 補 正 書 平成 ２年 ３月 ９日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、誘導電動機の一次電圧及び一次電流を検出して一次
   電圧ベクトル及び一次電流ベクトルを演算する検出演算
   手段と、その検出演算手段からの一次電圧ベクトル及び
   一次電流ベクトルから二次鎖交磁束ベクトルを演算する
   電圧系磁束演算手段から成る誘導電動機の磁束演算方式
   において、 誘導電動機の回転子の回転速度を検出又は 演算する手段と、前記検出演算手段からの一次電流ベク
   トルと回転速度とから二次鎖交磁束ベクトルを演算する
   電流系磁束演算手段を具備し、前記電圧系磁束演算手段
   の出力と電流系磁束演算手段の出力との差の定数倍を、
   補正項として電圧系磁束演算手段に算入することを特徴
   とする誘導電動機の磁束演算方式。