JPH0715997A - 誘導電動機用制御装置 - Google Patents

誘導電動機用制御装置

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JPH0715997A
JPH0715997A JP5188610A JP18861093A JPH0715997A JP H0715997 A JPH0715997 A JP H0715997A JP 5188610 A JP5188610 A JP 5188610A JP 18861093 A JP18861093 A JP 18861093A JP H0715997 A JPH0715997 A JP H0715997A
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JP
Japan
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admittance
induction motor
pulse width
width modulation
signal
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JP5188610A
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English (en)
Inventor
Takeshi Hatanaka
武史 畑中
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HI TECH LAB Inc
Original Assignee
HI TECH LAB Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 誘導電動機の供給電圧を誘導電動機の負荷に
応じた最適レベルに調整し、任意周波数において誘導電
動機を最適運転アドミタンスで常に最高効率で運転する
ことを目的とする。 【構成】 誘導電動機の運転アドミタンスを検出器で求
め、最適基準アドミタンスを指令して、これと運転アド
ミタンスとの偏差に応じた変調パラメータでパルス幅変
調回路のパルス幅変調信号に変調をかけて周波数毎に異
なる曲線パターン上で負荷に応じて下限値から上限値ま
でインバータ部の出力電圧を調整することで誘導電動機
を常に最適運転アドミタンスで高効率運転することを可
能にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は交流誘導電動機用制御装
置に関し、さらに詳しくは、誘導電動機を高効率運転す
ることが可能な誘導電動機用制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、誘導電動機用の制御装置として誘
導電動機の電力、力率等のパラメータを利用して誘導電
動機の負荷を検知するようにした力率制御装置が提案さ
れていた。これらの力率制御装置は電動機の負荷変動が
緩やかな場合には効果的であった。しかし、コンプレッ
サー等の脈動負荷、あるいは、工作機械や射出成形機等
のように無負荷状態から最大負荷まで0.1秒以内の瞬
間にインパクト負荷が加えられると、負荷検知が不可能
となって制御装置が負荷急変に応答できなかった。その
理由は、電動機がアイドル時に低電圧で駆動されている
ときに、電動機にインパクト負荷がかかると、その瞬間
に電動機のすべりが急に上昇するからである。すなわ
ち、負荷急増時に電動機のすべりが急上昇すると、電動
機の回転数が減少するため電力の増加はなく、電力は逆
に減少し、一方、高くならなければならない力率は逆に
減少する傾向となる。このとき、制御装置は電力の減少
または力率の低下に応答して、上昇させなければならな
い電動機の端子電圧を下げてしまうため、制御不能とな
り、電動機の負荷急増に対して応答性が悪かった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、誘導電動
機のインピーダンスの逆数であるアドミタンス(=I/
V:V=電動機端子電圧、I=電動機電流)に応答して
トルク急増時の応答性を極めて高速化することを可能と
して優れた制御性を実現するためになされた。トルクと
すべりと電動機アドミタンスの関係は以下の様になって
いる。 (1)トルク増→すべり増→電動機アドミタンス増 (2)トルク減→すべり減→電動機アドミタンス減 つまり電動機アドミタンスを一定のレベルに制御するこ
とで負荷トルクが変化しても一定のすべりで電動機の運
転をすることが可能で、アドミタンス値を、誘導電動機
の最も効率の良いすべりのときの値になるように設定す
ると電動機の高効率運転を可能にすることができる。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の制御装置は、誘導電動機の運転アドミタ
ンスを演算して、この運転アドミタンスを予め定められ
た基準アドミタンスと比較し、両アドミタンスの偏差が
零となるように電圧調整手段を制御することを特徴とす
る。
【0005】
【作用】この発明は誘導電動機の運転アドミタンスを検
出して、運転アドミタンスと誘導電動機の端子電圧を最
適基準アドミタンスとの偏差を零にする制御信号を電圧
調整手段に与えることにより、誘導電動機を常時最適ア
ドミタンスで駆動して高効率運転を可能とできる。
【0006】
【実施例】以下、この発明の実施例を図に基づき説明す
る。図1において、交流電源10と誘導電動機12との
間に接続された制御装置14の望ましい第1実施例が示
されている。制御装置14は交流を直流に整流する整流
器16と、この整流器16が出力する直流をパルス幅変
調により可変電圧・可変周波数の供給電圧に変換して電
動機12を駆動するインバータ部18と、計器用変圧器
19を介して誘導電動機12の供給電圧を検出する電圧
検出器20と、CTからなる電流検出器22と、任意周
波数を指令する周波数指令器24と、マイクロコンピュ
ータからなる制御回路26とを備える。制御回路26は
周波数指令器24の出力により周波数に対応した基準電
圧信号28aを出力するV/F変換器28と、三角波キ
ャリア信号30aを発生するキャリア発生器30と基準
電圧信号28aとキャリア信号30aとによりパルス幅
変調信号32aを発生するパルス幅変調回路32とを備
え、このパルス幅変調信号32aに応答してインバータ
部18を駆動し、直流電力を可変電圧・可変周波数の交
流電力に変換して誘導電動機12を可変速運転する。制
御回路26は周波数指令器24の出力と誘導電動機12
の予め定められたアドミタンスに対応した変調パラメー
タでパルス幅変調回路のパルス幅変調信号に変調をかけ
て、後述の如く、周波数毎に複数の曲線パターン上で電
動機負荷に沿って下限値から上限値まで供給電圧を変化
させるための変調手段35を備える。変調手段35は電
動機12の運転アドミタンスを検出する運転アドミタン
ス検出器36と、最適基準アドミタンス指令器38と、
偏差検出用比較器40と、積分器42と、乗算器44と
を備える。最適基準アドミタンス指令器38は基準アド
ミタンス指令器46と、電動機の供給電圧に応答して周
波数毎に異なる曲線パターン上で変化する多数の補償関
数を発生する関数発生基48と周波数指令信号24aに
応答して関数発生器48の多数の補償関数から任意の関
数を選択する関数選択器50と、基準アドミタンス指令
器46の出力と関数発生器48の出力とを乗算して電動
機12を高効率運転のための周波数毎に予め定められた
最適基準アドミタンスパターン(図2参照)に対応した
最適アドミタンス信号52aを出力する乗算器52を備
える。最適基準アドミタンスパターンの各々は任意の周
波数において誘導電動機を高効率で運転するための予め
定められたすべりで運転するための値に設定してある。
図2は誘導電動機の供給電圧と最適基準アドミタンスと
の関係を示すグラフを表し、供給電圧の上昇につれてア
ドミタンスはゆるやかに増加し、アドミタンスは運転周
波数の減少につれて増大して、各周波数毎に負荷に応じ
て最適の供給電圧を供給する(図3参照)。図1におい
て、誘導電動機12の供給電圧とは電圧検出器20の出
力電圧またはV/F変換器28の基準電圧信号28aの
いずれでも良い。ここで、電動機12の供給電圧とは供
給電圧に関連したパラメータであれば、電圧検出器20
の出力信号またはV/F変換器28の電圧信号28aの
いずれでも良い。乗算器52から出力された最適基準ア
ドミタンス信号52aは比較器40にて検出された運転
アドミタンス信号36aと比較され、その偏差が信号E
rrとして積分器42で積分され、変調パラメータ42
aとして乗算器44に供給される。乗算器44は変調パ
ラメータ42aと基準電圧信号28aとを掛け算してそ
の演算結果を変調基準電圧信号28´aとしての出力す
る。この変調された基準電圧信号28′aによってパル
ス幅変調回路32のパルス幅変調信号が変調され、イン
バータ部18の供給電圧は図3に示すように周波数毎に
電動機負荷に応じて複数の曲線パターン上で下限値から
上限値まで変化して誘導電動機12を各周波数毎に高効
率運転することが可能となる。
【0007】図1の構成において、軽負荷時に誘導電動
機12が図4(a)で示す如く最適基準アドミタンス5
2aで運転されている場合は積分器42のパラメータ出
力42aは図4(b)の如く低レベルであるため、パル
ス幅変調回路32は図4(d)の如くキャリア信号30
aと電圧信号28aとに応答してパルス幅変調信号32
aを出力する(図4(e)参照)。時間Tにおいて、電
動機12に負荷がかかると、図4(a)の如く検出した
運転アドミタンス36aが最適基準アドミタンスに比べ
て高くなり、図4(b)の如くパラメータ出力42′a
は上昇する。このとき、図4(d)の如く、電圧信号2
8aは乗算器44に供給されるパラメータ出力42′a
によって変調されて高レベルの電圧信号28′aとな
る。変調された電圧信号28′aによってパルス幅変調
信号32´aのパルス幅は大きくなるように変調され
て、電動機12の供給電圧を上昇させる。供給電圧の上
昇は検出運転アドミタンス36aが最適基準アドミタン
ス52aに一致するまで調整される。時間Tにおいて、
電動機12の負荷が軽くなると検出運転アドミタンスは
最適基準アドミタンスよりも下がって電圧信号28aは
低レベルに変調されるため、パルス幅変調信号32′a
のパルス幅は小いさくなるように変調され検出運転アド
ミタンス36aが最適基準アドミタンス52aに一致す
るまで電動機12の供給電圧が下げられる。このよう
に、パルス幅変調回路32のパルス幅変調信号32aは
電動機12の負荷と任意周波数に応じた最適基準アドミ
タンスに対応したパラメータで変調されて電動機12は
常に高効率運転される。
【0008】図5は本発明の望ましい第2実施例のブロ
ック図を示し、第1図と同一部品については同一符号が
使用されている。第2実施例において、制御装置60は
磁束制御形インバータから構成されている。磁束制御形
インバータの主回路は整流器16と、インバータ部18
とで構成されている。このインバータを制御するため
に、制御回路61は電圧設定器23からの電圧設定値と
周波数指令器24からの周波数指令値とを入力して磁束
指令値Φ0を演算する磁束設定器62と、誘導電動機1
2の端子電圧を検出する計器用変圧器19と、この端子
電圧を積分することで磁束実際値Φを演算する磁束演算
器66とを備えていて、磁束設定器62が出力する磁束
指令器Φ0と磁束演算器66が出力する磁束実際値Φと
の偏差を磁束調節器68に入力する。磁束調節器68は
この入力偏差を零にする制御信号をパルス幅変調回路7
0に出力し、インバータ部18はこのパルス幅変調回路
70からのパルス幅変調信号に従って直流電力を所望の
供給電圧と周波数の交流電力に変換して誘導電動機12
を可変速運転する。誘導電動機12を予め定められたす
べりで高効率運転するために変調手段72の乗算器74
によって磁束設定器62が出力する磁束指令値Φ0と積
分器42の変調パラメータ42aとを掛け算し、その演
算結果を磁束指令値ΦAとして出力する。磁束調節器6
8はこの乗算器74が出力する磁束指令値ΦAとインバ
ータ部18の出力電圧の積分演算により磁束演算器66
が出力する誘導電動機の磁束実際値Φとの偏差を入力
し、この入力偏差を零に制御する制御信号に応答してパ
ルス幅変調回路70はパルス幅変調信号をインバータ部
18に与える。第1実施例の説明より明らかなように、
誘導電動機12が最適運転アドミタンスにて運転されて
いるときに負荷が急増して検出運転アドミタンスが増加
すると、変調パラメータ42aの出力が上昇するため、
磁束指令値ΦAは増大して磁束調節器68はパルス幅変
調回路70のパルス幅変調信号のパルス幅を広げるため
の制御信号を出力する。このとき誘導電動機12の供給
電圧は上昇して検出運転アドミタンス36aが最適基準
アドミタンス52aと一致するレベルに調整され。誘導
電動機12の最適アドミタンス運転中に負荷が急減する
と、検出運転アドミタンス36aが下がるため、変調パ
ラメータ42aの出力が下降して磁束指令値ΦAは減少
する。このとき、磁束調節器68はパルス幅変調回路7
0のパルス幅変調信号のパルス幅を狭くするための制御
信号を出力する。その結果、誘導電動機の供給電圧は下
降して誘導電動機12の運転アドミタンスは上昇し、検
出運転アドミタンスが最適基準アドミタンスと一致した
レベルに調整される。このように磁束制御形インバータ
からなる制御装置において、パルス幅変調回路70の出
力は任意周波数と誘導電動機の供給電圧により補償され
た変調パラメータ42aによって変調されて誘導電動機
は予め定められたすべりで高効率運転される。
【0009】
【発明の効果】以上より明らかなように、本発明ではイ
ンバータ装置からなる制御装置において誘導電動機の予
め定められた最適基準アドミタンスに対応した変調パラ
メータでパルス幅変調信号に変調をかけることにより周
波数毎に異なる曲線パターン上で負荷に沿って下限値か
ら上限値までインバータ部の出力電圧を調整して誘導電
動機を常に最適アドミタンスで高効率運転することを可
能としたものであり、実用上の効果が大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の誘導電動機用制御装置の望ましい第1
実施例を示すブロック図である
【図2】本発明の制御装置における周波数毎の電動機供
給電圧と最適基準アドミタンスとの関係を示すグラフで
ある。
【図3】本発明の制御装置における周波数毎の電動機負
荷と供給電圧の関係を示すグラフである。
【図4】図1の制御装置における各種出力信号の波形図
を示す。
【図5】本発明の制御装置の第2実施例を示すブロック
図である。
【符号の説明】
10 交流電源 46 基準
アドミタンス指令器 12 誘導電動機 48 補償
関数発生器 14 制御装置 52 乗算
器 16 整流器 62 磁束
設定器 18 インバータ部 66 磁束
演算器 20 電圧検出器 68 磁束
調節器 22 電流検出器 70 パル
ス幅変調回路 28 V/F変換器 32 PWM制御回路 35 変調手段 36 運転アドミタンス検出器 38 最適運転アドミタンス指令器 40 比較器 42 積分器 44 乗算器

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流を直流に整流する整流器と、この整
    流器が出力する直流電圧をパルス幅変調制御により可変
    電圧・可変周波数の供給電圧に変換して誘導電動機を駆
    動するインバータ部と、任意周波数を指令する周波数指
    令手段と、任意周波数に応答してインバータ部を制御す
    るためのPWM信号を発生するPWM信号発生手段と、
    基準アドミダンスを指令する手段と、前記供給電圧と前
    記誘導電動機の電流とから電動機の運転アドミタンスを
    検出する手段と、基準アドミタンスと運転アドミタンス
    との偏差に応じた変調信号を発生する手段と、変調信号
    に応じてPWM信号を変調させる変調手段とを備えたこ
    とを特徴とする誘導電動機用制御装置。
  2. 【請求項2】 交流を直流に整流する整流器と、この整
    流器が出力する直流電圧をパルス幅変調制御により可変
    電圧・可変周波数の供給電圧に変換して誘導電動機を駆
    動するインバータ部と、任意周波数を指令する周波数指
    令手段と、任意周波数に応答して磁束指令値を演算する
    磁束設定手段と、誘導電動機の供給電圧を検出してこの
    供給電圧から磁束実際値を演算する磁束演算手段と、磁
    束指令値と磁束実際値との偏差を入力して、この入力偏
    差を零に制御する制御信号をインバータ部に与える磁束
    調節手段と、制御信号に応答してインバータ部を駆動す
    るためのパルス幅変調信号を発生する回路手段と、基準
    アドミタンスを指令する手段と、前記供給電圧と誘導電
    動機に流れる電流とから運転アドミタンスを検出する手
    段と、基準アドミタンスと運転アドミタンスとの偏差に
    応じた変調パラメータを発生するパラメータ発生手段
    と、変調パラメータと磁束指令値との積を演算してその
    演算値を磁束調節手段に出力する乗算手段とを備えたこ
    とを特徴とする誘導電動機用制御装置。
  3. 【請求項3】 交流を直流に整流する整流器と、この整
    流器が出力する直流電圧をパルス幅変調により可変電圧
    ・可変周波数の供給電圧に変換して誘導電動機を駆動す
    るインバータ部と、任意周波数を指令する周波数指令手
    段と、任意周波数に応答してインバータ部を制御するた
    めのパルス幅変調信号を発生するパルス幅変調信号発生
    回路手段と、誘導電動機の最適基準アドミタンスを指令
    する手段と、誘導電動機の運転アドミタンスが最適基準
    アドミタンスに沿うようにパルス幅変調信号に変調をか
    ける変調手段とを備えた誘導電動機用制御装置。
  4. 【請求項4】 交流を直流に整流する整流器と、この整
    流器が出力する直流電圧をパルス幅変調により可変電圧
    ・可変周波数の供給電圧に変換して誘導電動機を駆動す
    るインバータ部と、任意周波数を指令する周波数指令手
    段と、任意周波数に応答してインバータ部を制御するた
    めのパルス幅変調信号を発生するパルス幅変調信号発生
    回路手段と、誘導電動機の最適アドミタンスを指令する
    手段と、誘導電動機の運転アドミタンスが最適アドミタ
    ンスに沿うようにパルス幅変調信号に変調をかける変調
    手段とを備え、最適アドミタンス指令手段が基準アドミ
    タンス指令手段と補償関数発生手段とこれらの出力を乗
    算して最適アドミタンスを出力する乗算手段とを備えた
    誘導電動機用制御装置。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63157685A (ja) * 1986-12-22 1988-06-30 Hitachi Ltd 交流電動機の制御装置
JPH02280688A (ja) * 1989-04-19 1990-11-16 Mitsubishi Electric Corp インバータ装置

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