JPH0632581B2 - 誘導電動機制御装置 - Google Patents

誘導電動機制御装置

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JPH0632581B2
JPH0632581B2 JP59075239A JP7523984A JPH0632581B2 JP H0632581 B2 JPH0632581 B2 JP H0632581B2 JP 59075239 A JP59075239 A JP 59075239A JP 7523984 A JP7523984 A JP 7523984A JP H0632581 B2 JPH0632581 B2 JP H0632581B2
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英彦 杉本
一史 石井
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/06Rotor flux based control involving the use of rotor position or rotor speed sensors
    • H02P21/08Indirect field-oriented control; Rotor flux feed-forward control
    • H02P21/09Field phase angle calculation based on rotor voltage equation by adding slip frequency and speed proportional frequency

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は可変周波数・可変電圧電源等により給電され
る誘導電動機制御装置に係り、特にベクトル制御の原理
に基づいた制御装置に関するものである。
〔従来の技術〕
第1図は例えば特願昭58-230979号に示された従来の誘
導電動機制御装置のブロック線図であり、図においては
(1)はPWMインバータ、(3)は誘導電動機(2)の回転速度検
出器、(4a),(4b),(4c)はそれぞれ誘導電動機(2)のU
相、V相、W相の一次電流に応答した電流帰還信号iu,i
v,iwを出力する電流検出器、(5)は上記電流帰還信号iu,
iv,iwを誘導電動機(2)の同期角周波数(二次鎖交磁束ベ
クトルの角周波数)ωで回転し互いに直交する回転座標
系の二軸成分(d軸一次電流成分idesおよびq軸一
次電流成分iqesと呼称する)に変換する三相→二相変換
回路、(6)は上記d軸一次電流成分idesおよびq
一次電流成分iqesに関係してすべり角周波数の指令(電
気角表示)pω を演算するすべり角周波数指令演算
回路、(7)は誘導電動機の回転子角周波数ωを極対数
p倍する係数乗算回路、(8)は上記すべり角周波数指令
演算回路(6)の出力として生成される上記すべり角周波
数指令pω と上記係数乗算回路(7)の出力pω
加算し上記同期角周波数ωを生成する加算器、(9)は上
記同期角周波数ωを積分して二次鎖交磁束ベクトルの位
相角指令θを出力する位相角演算回路、(10)は位相角指
令θに応答した正弦波信号sinθおよび余弦波信号cosθ
を出力する関数発生器、(11),(12)はそれぞれ上記d
軸一次電流成分idesと、励磁電流指令 およびq軸一次電流成分iqesとトルク電流指令 とを比較する比較器、(13),(14)はそれぞれ比較器(11)
および(12)により検出された励磁電流偏差 およびトルク電流偏差 を増幅し、誘導電動機(2)のd軸一次電流成分(励磁
電流)idesおよびq軸一次電流成分(トルク電流)iq
esが常に所定の上記励磁電流指令 および上記トルク電流指令 に等しくなるように一次電圧指令のd軸成分 および一次電圧指令のq軸成分▲v* q▼を制御す
る演算回路、(15)は上記一次電圧指令のd軸成分 およびq軸成分 を三相の電圧指令▲v* u▼,▲v* v▼,▲v* w▼に変換
する二相→三相変換回路である。
従来の誘導電動機制御装置は上記のように構成され、電
流検出器(4a),(4b),(4c)で出力される電流帰還信号iu,i
v,iwを式に基づいて誘導電動機(2)の上記d軸一次
電流成分idsおよび上記q軸一次電流成分iq
sに変換し、それらが、それぞれの指令である上記励磁
電流成分 および上記トルク電流成分 に一致するように一次電圧の上記座標系の二軸成分 および を制御し、式に基づいてそれらを三相電圧指令▲v* u
▼,▲v* v▼,▲v* w▼に変換し、PWMインバータ(1)を
介して誘導電動機(2)を制御している。
しかしながら、上記のような実施例の誘導電動機制御装
置では、制御要素である誘導電動機の回転子角周波数を
検知するために誘導電動機の回転速度検出器(3)が必要
であり、誘導電動機本来の小形・堅牢・メンテナンスフ
リーという特長が薄れている。
〔発明の概要〕
この発明はかかる欠点を改善する目的でなされたもの
で、誘導電動機のすべり角周波数ωとそのすべり角周
波数指令ω との偏差Δω(=ω −ω)を演
算し、上記偏差が零となるように誘導電動機を制御する
もので、速度検出器を用いないで、しかも直流他励電動
機と同等に制御できる誘導電動機制御装置を提案するも
のである。
〔発明の実施例〕
まず、発明の原理を誘導電動機の電圧方程式を用いて説
明する。
誘導電動機の電圧方程式は、二次鎖交磁束の角周波数ω
で回転する直交座標系(d軸−q軸座標系と呼称す
る。)において式で与えられる。
ただし、式において、R,Rはそれぞれ誘導電動
機の一次および二次抵抗値を、L,Lはそれぞれ漏
れインダクタンス分を含んだ一次および二次インダクタ
ンス値を、Mは一次巻線二次巻線間の相互インダクタン
ス値を、σはσ=1-M2/LsLrなる漏れ係数を、pは極対
数を、ωはすべり角周波数を、PはP=d/dtなる微分
演算子を、また、 はそれぞれ一次電圧のd軸およびq軸成分を、 はそれぞれ一次電流のd軸およびq軸成分を、 はそれぞれ二次鎖交磁束のd軸およびq軸成分を表
す。
式の1行目あるいは2行目より、誘導電動機のすべり
角周波数(電気角表示)が式あるいは式で演算でき
る。
軸二次鎖交磁束を基準とし、即ち二次鎖交磁束ベク
トルの方向をd軸と一致させるようなすべり角周波数
の指令をω とすると、その電気角表示は式より
式で演算できる。
ただし、 はそれぞれ二次鎖交磁束ベクトルの方向をd軸と一致
させたときの、二次鎖交磁束のd軸およびq軸成分
を表し、 である。
式より上記すべり角周波数pωとその指令pω
との偏差pΔωは式で与えられる。
また、実際の誘導電動機で予備励磁を行う等して式の
ように仮定できるので、 式より上記すべり角周波数の偏差pΔωを式で
与えても、同様の動作が期待できる。
したがつて、式あるいは式で与えられるすべり角周
波数偏差pΔωを制御してやれば、二次鎖交磁束ベク
トルの方向をd軸と一致させることができる。
このとき、一般式に式で表される誘導電動機のトルク
は式より式となる。
したがつて、二次鎖交磁束のd軸成分 (これは であるので全二次鎖交磁束でもある。)を一定に制御す
る一定励磁の場合には、トルクTe′は上記q軸一次電
流成分 と時間要素の入らない比例定数 の積となり、上記q軸一次電流成分iqsにより線
形に制御される。
以上、誘導電動機の電圧方程式を用いて説明したが、次
にこの電圧方程式から得られた発明の原理を三相誘導電
動機制御装置に適用した構成例について説明する。
第2図はこの発明の基本的な一実施例のブロツク線図で
あり、(1)〜(15)は上記従来装置と全く同一のものであ
る。(16)はすべり角周波数偏差(電気角表示)pΔω
を演算するすべり角周波数偏差演算回路、(17)は上記す
べり角周波数偏差pΔωを積分して同期角周波数指令
ωを生成する同期角周波数指令演算回路であり、例えば
積分制御回路や比例積分回路で構成される。今すべり角
周波数偏差pΔωが正の値であるとすると、これを積
分して生成される同期角周波数指令ωは増加する。これ
につれてすべり角周波数ωは増加するので、すべり角
周波数偏差pΔωは減少する。偏差pΔωが負の値
の時には逆にすべり角周波数偏差pΔωは増加する。
このように動作することにより、すべり角周波数偏差p
Δωを零にすることができる。
第6図は同期角周波数指令演算回路(17)の一例を示すブ
ロック線図であり、第6図(a)は積分制御回路、第6図
(b)は比例積分回路である。積分制御回路はすべり角周
波数偏差pΔωを入力して積分し、同期角周波数指令
ωとして出力するものである。また、比例積分回路も同
様の動作をするのであるが、単に積分するだけでなく、
すべり角周波数偏差pΔωの変化に対して同期角周波
数指令ωが即座に応答できるように構成したものであ
る。
第3図は第2図のすべり角周波数偏差演算回路の一構成
例であり、式に基づいている。
ただし、二次鎖交磁束の二軸成分d軸二次鎖交磁束 軸二次鎖交磁束 は式の1行目、2行目から導出した式で表され、ま
は式の1行目でλqr=0とおいた値であり式に
より示される。
また、一次電圧指令の二軸成分 は、式の に相当する。なお、図において微分演算子Pはsに書き
換えている。
第4図は第2図のすべり角周波数偏差演算回路の他の構
成例であり、式に基づいている。
ただし、上記二次鎖交磁束の二軸成分λ,λ
は式で表される。なお、図において微分演算子Pは
sに書き換えてある。また、式、式で示されるすべ
り角周波数の偏差pΔωを与える式はd軸を二次鎖
交磁束の基準としたものであるが、q軸を二次鎖交磁
束の基準にした場合は、式は式に、式は式にそ
れぞれ変更すれば同様の効果が得られる。
上記のように構成された誘導電動機制御装置はすべり角
周波数偏差を演算し、その偏差を零とするように同期角
周波数指令ωを生成しているため、誘導電動機の回転子
角周波数ωは制御する上で不要であり、その結果とし
て誘導電動機の回転速度検出器は不要となる。
第5図は、この発明の他の実施例のブロック線図であ
り、(2)〜(19)は上記この発明の一実施例のものと全く
同一のものである。(20)は式〜式で示される位相指
と電圧指令vを演算する位相指令電圧指令演算回路、
(21)はPAMインバータである。
したがつて、二相→三相変換回路の出力信号 はそれぞれU相、V相、W相のオンオフ信号となる。
これによつて、PAMインバータもPWMインバータと同様に
上記誘導電動機の回転子速度検出器を用いないで制御で
きる。
〔発明の効果〕
この発明は以上説明したとおり、速度検出器を用いない
で、しかも他励直流電動機と同等に誘導電動機を制御で
きるため、かつて他励直流電動機でなくては成し得なか
つた分野で誘導電動機を利用する場合に、誘導電動機の
本来の特長である小形・堅牢・メンテナンスフリー等を
十分に生かした、他励直流電動機よりも性能が向上した
システムを構成できる効果がある。
【図面の簡単な説明】 第1図は従来の誘導電動機の制御装置を示すブロック線
図、第2図および第3図はこの発明の一実施例を示すブ
ロック線図、第4図および第5図はこの発明の他の実施
例を示すブロック線図、第6図は同期角周波数指令演算
回路の一例を示すブロック線図である。 図において、(9)……位相角演算回路、(10)……関数発
生器、(5)……座標変換器、(16)……すべり角周波数偏
差演算回路、(17)……同期角周波数指令演算回路、(6)
……すべり角周波数指令演算回路、(18)……すべり角周
波数演算回路、(19)……加算器。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】回転座標系の二軸成分から成る誘導電動機
    の一次電圧指令または一次電流指令を操作量として上記
    誘導電動機を制御する装置において、上記誘導電動機の
    同期角周波数指令ωに応答した位相角指令θを生成する
    位相角演算回路、上記位相角指令θに応答した正弦波信
    号sinθと余弦波信号cosθとを生成する関数発生器、上
    記誘導電動機の一次電流に応答した信号を上記関数発生
    器より生成された上記正弦波信号と上記余弦波信号を用
    いて上記同期角周波数指令ωで回転し互いに直交する回
    転座標系の二軸(d軸,q軸)成分ids,iq
    sに変換する座標変換器、上記誘導電動器の一次抵抗
    Rs,一次インダクタンスLs,もれ係数σ,二次イン
    ダクタンスLr,相互インダクタンスM,上記同期角周
    波数指令ω,一次電圧指令vd,vq,及
    び上記一次電流ids,iqsとから式1に基づい
    て演算される二次鎖交磁束の上記回転座標系の二軸成分
    λdr,λqrと、上記一次電流とを用いて、上記
    二次鎖交磁束の基準を上記回転座標系の二軸成分のうち
    のどちらか一方の成分として、式2で上記誘導電動機の
    すべり角周波数指令pω を計算し、式3ですべり角
    周波数計算値pωを計算し、さらにその偏差pΔω
    (=pω −pω)を演算するすべり角周波数偏差
    演算回路、並びに上記偏差Δωを積分して、上記同
    期角周波数指令ωを生成する同期角周波数指令演算回路
    を備え、上記偏差Δωの正負の値により、上記同期
    角周波数指令演算回路で生成する上記同期角周波数指令
    ωが増減し、これにつれて上記すべり角周波数ωが増
    減することにより、上記偏差pΔωを零にするように
    したことを特徴とする誘導電動機制御装置。
  2. 【請求項2】回転座標系の二軸成分から成る誘導電動機
    の一次電圧指令または一次電流指令を操作量として上記
    誘導電動機を制御する装置において、上記誘導電動機の
    同期角周波数指令ωに応答した位相角指令θを生成する
    位相角演算回路、上記位相角指令θに応答した正弦波信
    号sinθと余弦波信号cosθとを生成する関数発生器、上
    記誘導電動機の一次電流に応答した信号を上記関数発生
    器より生成された上記正弦波信号と上記余弦波信号を用
    いて上記同期角周波数指令ωで回転し互いに直交する回
    転座標系の二軸(d軸,q軸)成分ids,iq
    sに変換する座標変換器、上記誘導電動機の一次抵抗
    Rs,一次インダクタンスLs,もれ係数σ,二次イン
    ダクタンスLr,相互インダクタンスM,上記同期角周
    波数指令ω,一次電圧指令Vd,Vq,及
    び上記一次電流ids,iqsとから式1に基づい
    て演算される二次鎖交磁束の上記回転座標系の二軸成分
    λdr,λqrと、上記一次電流とを用いて、上記
    二次鎖交磁束の基準を上記回転座標系の二軸成分のうち
    のどちらか一方の成分として、式4で上記誘導電動機の
    すべり角周波数偏差pΔωを演算するすべり角周波数
    偏差演算回路、及び上記偏差pΔωを積分して、上記
    同期角周波数指令ωを生成する同期角周波数指令演算回
    路を備え、上記偏差pΔωの正負の値により、上記同
    期角周波数指令演算回路で生成する上記同期角周波数指
    令ωが増減し、これにつれて上記すべり角周波数ω
    増減することにより、上記偏差pΔωを零にするよう
    にしたことを特徴とする誘導電動機制御装置。
JP59075239A 1984-04-13 1984-04-13 誘導電動機制御装置 Expired - Lifetime JPH0632581B2 (ja)

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