JPH0870600A - 誘導電動機の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電動機の基底速度以下で大きなトルクを必要
とする場合にのみ、界磁を強める制御をすることによっ
て、通常運転時の電力損失を格段に低く抑えることので
きる誘導電動機の制御装置を得る。 【構成】 トルク電流基準と界磁電流基準とをベクトル
合成し、合成ベクトルに対応する相電流を誘導電動機の
各相に流して該誘導電動機を可変速制御するに当たり、
誘導電動機が大きなトルクを出力するように運転される
とき、界磁基準補正指令を出力する補正指令手段と、補
正指令手段から界磁基準補正指令が出力されたとき、界
磁電流基準を所定の増加率又は負荷に応じて選択された
増加率に従って界磁電流基準を増加補正する界磁基準補
正手段とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱間圧延設備を駆動す
る三相交流誘導電動機（以下、単に誘導電動機と言
う）、例えば、サイズが大きく異なる材料を搬送した
り、異なる操業の用途のあるテーブルローラーやピンチ
ロールのように、負荷が間欠的に大きく変動する機械設
備を駆動する誘導電動機の制御に係り、特に、この誘導
電動機をベクトル制御する制御装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】ベクトル制御による従来の誘導電動機の
制御装置では、電動機定格の基底速度以下の場合には、
負荷の大小に関わらず界磁電流成分は基底速度での値に
なるように一定に制御される。

【０００３】従って、通常操業時は大きな出力トルクを
必要としないが、希に操業の形態や材料の種類によって
は低速域で大きな出力トルクを必要とする機械設備の場
合には、設備としては低速域でも常時大きなトルクを出
力し得る制御をしなければならなかった。すなわち、通
常操業上ほとんどの場合である低速域で大きなトルクを
必要としない場合でも常時無駄な大きな界磁電流を流さ
ざるを得なかった。

【０００４】例えば、従来から行われている低速域で大
きなトルクを出力するために界磁弱め制御をする場合、
誘導電動機の基底速度以下の速度時の励磁電流成分は大
きいものでは定格電流比にして４０％を越えるような電
動機もあった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように、通常操業
では大きなトルクを必要としないが、希に大きなトルク
を出力すべき機械設備に適用した従来の誘導電動機の制
御装置では、大きなトルクを出力すべき希なケースでな
い場合においても、電動機に不必要な電流を常時流さざ
るを得ず、電力損失が大きかった。

【０００６】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたもので、負荷が電動機の基底速度以下で大きなト
ルクを必要とする場合にのみ、界磁を強める制御をする
ことによって、通常運転時の界磁を小さくでき、これに
よって、界磁を強めないで必要なトルクを出力する場合
に比べて電力損失を格段に低く抑えることのできる誘導
電動機の制御装置を得ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１に記載の誘導電動機の制御装置は、界磁電
流基準に比例するように定めた界磁電流成分と、トルク
電流基準に比例し界磁電流基準に反比例するように定め
たトルク電流成分とをベクトル合成し、合成ベクトルに
対応する相電流を誘導電動機の各相に流して該誘導電動
機を可変速制御するに当たり、誘導電動機が大きなトル
クを出力するように運転されるとき、界磁電流基準に対
する補正指令を出力する補正指令手段と、補正指令が出
力されたとき、界磁電流基準を所定量だけ増加補正する
界磁基準補正手段とを備える。

【０００８】請求項２に記載の誘導電動機の制御装置
は、界磁電流基準に比例するように定めた界磁電流成分
と、トルク電流基準に比例し界磁電流基準に反比例する
ように定めたトルク電流成分とをベクトル合成し、合成
ベクトルに対応する相電流を誘導電動機の各相に流して
該誘導電動機を可変速制御するに当たり、誘導電動機が
大きなトルクを出力するように運転されるとき、負荷状
態に応じて種類の異なる複数の界磁電流基準に対する補
正指令を出力する補正指令手段と、界磁電流基準を複数
の段階で増加補正するための増加率をそれぞれ設定する
手段を含み、補正指令手段から補正指令が出力されたと
き、重い負荷に対応する指令ほど値の大きい増加率を選
択すると共に、選択した増加率に従って界磁電流基準を
増加補正する界磁基準補正手段とを備える。

【０００９】さらに、請求項３に記載の誘導電動機の制
御装置は、界磁基準補正手段は界磁電流基準の増加補正
時に界磁電流基準の時間変化率を所定値以下に抑えるレ
ート部を備える。

【００１０】

【作用】周知の如く、互いに反比例する二つの成分を作
り、これらの成分をベクトル合成する場合、二つの成分
が似通った値であれば合成ベクトルは小さく、二つの成
分が掛け離れた値であれば合成ベクトルは大きくなる。
誘導電動機のベクトル制御において、界磁電流基準に比
例するように定めた界磁電流成分と、トルク電流基準に
比例し界磁電流基準に反比例するように定めたトルク電
流成分とを合成する場合もこれと同様な関係にある。

【００１１】従来は、出力トルクが小さいときでも、大
きなトルクを出力し得る大きさの界磁電流基準を用いた
ため、大きな界磁電流成分と小さなトルク電流成分とを
合成したので合成ベクトルは大きく、大きな電流を電動
機に流していた。

【００１２】しかるに、請求項１に記載の誘導電動機の
制御装置においては、誘導電動機が大きなトルクを出力
するように運転されるとき、界磁電流基準を所定量だけ
増加補正するが、小さなトルクしか出力しない場合には
界磁電流基準は小さいまま保持される。小さなトルクし
か出力しない場合に界磁電流基準を小さく保持すること
によって、トルク電流成分は増大するが、元来出力トル
クが小さいためにトルク電流成分はさほど大きくなら
ず、界磁電流成分とトルク電流成分とは似通った値とな
る、この結果、大きなトルクを必要としない通常操業時
の低速域での界磁電流を小さくすることができて電力損
失も低く抑えられる。

【００１３】請求項２に記載の誘導電動機の制御装置に
おいては、負荷が大きくなるほど値の大きい増加率に従
って界磁電流基準を増加補正するので、電力損失を低く
抑える上で、きめの細かな制御が可能となる。

【００１４】請求項３に記載の誘導電動機の制御装置に
おいては、界磁電流基準の増加補正時に時間変化率を所
定値以下に抑えて補正するので、誘導電動機の制御に外
乱を与えることを未然に防止することができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例によって詳
細に説明する。図１は、本発明に係る誘導電動機の制御
装置の一実施例の構成を示すブロック図である。同図に
おいて、誘導電動機１１は頻度としては低いが大きなト
ルクを出力すべき必要がある機械設備を駆動するもので
ある。この誘導電動機１１の主回路には、三相交流電源
１２に接続され、トルク電流成分及び界磁電流成分をベ
クトル合成した合成ベクトルに対応する各相電流を供給
する変換器１３が設けられている。速度制御回路１４
は、計算機でなる上位コントローラ１５からの速度基準
を、信号のレベル変換等を行う入力回路１６を介して入
力すると共に、誘導電動機１１の回転速度を検出する速
度検出器１７の速度検出信号を入力してその偏差を演算
し、さらに、この偏差を増幅してトルク電流基準として
出力するものである。界磁基準回路１８は誘導電動機１
１の回転速度を検出する速度検出器１７の速度検出信号
を入力し、検出速度に対応した界磁電流基準を出力する
ものである。

【００１６】界磁基準補正回路１９は界磁基準補正設定
回路２０、界磁基準補正切替回路２１、乗算器２２及び
レート回路２３で構成されている。このうち、界磁基準
補正設定回路２０には界磁基準回路１８から出力される
界磁電流基準をそのまま出力する、いわゆる、増加率１
と、予め設定された比率で界磁電流基準を増加する増加
率Ｋとが設定されており、界磁基準補正切替回路２１は
入力回路１６を通して入力される界磁基準補正指令に応
じて、増加率１を増加率Ｋに切替えて乗算器２２に加え
るものであり、乗算器２２は界磁基準回路１８より出力
される界磁電流基準に増加率１又はＫを乗算して出力す
るもので、レート回路２３は界磁電流基準の切替時に誘
導電動機の制御に対して外乱を与えないように変化率を
所定値以下に抑えるものである。

【００１７】一方、上位コントローラ１５は負荷の運転
スケジュールにより誘導電動機１１で必要な出力トルク
を判別し、負荷が大きく、誘導電動機１１の出力トルク
を大きくする場合に界磁電流基準に対する補正指令を出
力する補正指令手段１５１を備えている。この補正指令
手段１５１は、比較的簡単なロジックにより実現可能
で、例えば、設備操業スケジュールを管理するコントロ
ーラから負荷のスケジュール若しくは誘導電動機１１の
負荷を判断できる情報を貰い、上位コントローラ１５に
より誘導電動機が大きなトルクを必要とするか、小さな
トルクを必要とするかを判断したり、若しくは上位コン
トローラ１５自身設備中の在荷検出器の信号を取込み、
大きなトルクを必要とするか否かを判断し、大きなトル
クを必要とする場合は、界磁基準を補正する増加率を活
用する指令を出し、大きなトルクを必要としない状態の
場合には増加率を活用しない指令を出すというロジック
により実現可能である。

【００１８】一方、ベクトル制御部２４は、速度制御回
路１４より出力されるトルク電流基準、界磁基準補正回
路１９より出力される界磁電流基準及び速度検出器１７
により検出された誘導電動機１１の回転速度検出信号と
を入力し、界磁電流基準に比例する界磁電流成分と、ト
ルク電流基準を界磁電流基準で除算した値に比例するト
ルク電流成分、すなわち、トルク電流基準に比例し界磁
電流基準に反比例するように定めたトルク電流成分とを
ベクトル合成し、合成ベクトルに対応する振幅を有し、
速度検出器１７の検出信号を位相信号として各相電流指
令を変換器１３に与えるものである。

【００１９】次に上記のように構成された誘導電動機の
制御装置の動作について述べる。いま、上位コントロー
ラ１５により誘導電動機１１が大きなトルクを必要とし
ないと判断しているものとすれば、この上位コントロー
ラ１５中の補正指令手段１５１から入力回路１６を通し
て界磁基準補正回路１９の切替回路２１に入力されるロ
ジック信号は“０”（増加率Ｋを活用しない）である。

【００２０】このような状態にあるときは、切替回路２
１により界磁基準補正設定回路６の増加率１が選択さ
れ、この増加率１と界磁基準回路１８より出力される界
磁電流基準とが乗算器２２により乗算され、レート回路
２３を通してベクトル制御部２４に加えられている。つ
まり、界磁基準回路１８の界磁電流基準がそのままベク
トル制御部２４に加えられる。

【００２１】ベクトル制御部２４では速度制御回路１４
から入力されるトルク電流基準、界磁基準補正回路１９
から入力される界磁電流基準に基づき、図２（ｂ）に示
すように、トルク電流基準に比例するトルク電流成分ｉ
_q と、トルク電流基準に比例し界磁転流基準に反比例す
る界磁電流成分ｉ_d とを求めると共に、これらをベクト
ル合成して合成電流ｉ_T を求め、さらに、合成電流ｉ_T
を振幅信号、回転速度検出器１７から入力される誘導電
動機１１の回転速度検出信号を位相信号として正弦波の
相電流指令を変換器１３に与えることにより、誘導電動
機１１の電流が負荷の大きさに応じて制御される。

【００２２】次に上位コントローラ１５により誘導電動
機１１が大きなトルクを必要とすると判断し、この上位
コントローラ１５から入力回路１６を通して界磁基準補
正回路１９の切替回路２１にロジック信号“１”（増加
率Ｋを活用する）が入力されると、切替回路２１は増加
率Ｋを選択して乗算器２２に加える。

【００２３】この乗算器２２では界磁基準回路１８から
加えられる界磁電流基準と増加率Ｋとを乗算することで
界磁電流基準が予め設定された比率で増加され、レート
回路２３を通してベクトル制御部２４に加えられる。

【００２４】ベクトル制御部２４では、上述したと同様
に速度制御回路１４から入力されるトルク電流基準、界
磁基準補正回路１９から入力される界磁電流基準に基づ
き、図２（ａ）に示すように、トルク電流基準に比例す
るトルク電流成分ｉ_q と、トルク電流基準に比例し界磁
電流基準に反比例する界磁電流成分ｉ_d とを求めると共
に、これらをベクトル合成して合成電流ｉ_T を求め、さ
らに、合成電流ｉ_T を振幅信号、回転速度検出器１７か
ら入力される誘導電動機１１の回転速度検出信号を位相
信号として正弦波の相電流指令を変換器１３に与えるこ
とにより、誘導電動機１１の電流が負荷の大きさに応じ
て制御される。

【００２５】図２（ｃ）は出力トルクが小さい場合にお
いて、従来例の界磁電流成分ｉ_d と、トルク電流成分ｉ
_q との関係を示したもので、界磁電流成分ｉ_d は出力ト
ルクの大きい場合のそれに相当し、これに反比例してト
ルク電流成分ｉ_q は小さくなる。この（ｂ）と（ｃ）と
を比較した場合、本実施例の制御では小さな界磁電流成
分ｉ_d と比較的大きなトルク電流ｉ_q で合成電流ｉ_T を
得ているのに対して、従来の制御では通常操業時に大き
な界磁電流成分ｉ_d と小さなトルク電流成分ｉ_q により
合成電流ｉ_T を得ている。そこで、合成電流ｉ_T につい
て比較すると、（ｂ）に示す本実施例によるものが
（ｃ）に示す従来のものより明らかに小さくなってい
る。この結果、誘導電動機の電力損失を低く抑えること
ができる。

【００２６】かくして、本実施例によれば、誘導電動機
を大きなトルク出力で運転させる場合には、入力回路１
６からの指令により界磁電流基準を増加させ、これをベ
クトル制御部２４に加えて所定のトルク出力が得られる
ようにしたので、大きなトルク出力が必要でない通常操
業時は、小さな合成電流で所定のトルクを得ることがで
きるため、界磁を強めないで必要なトルクを出力する場
合に比べて電力損失を低く抑えることができる。

【００２７】なお、上記実施例では界磁基準補正回路１
９に増加率１から増加率Ｋに切替え可能な界磁基準補正
回路２０を設けるようにしたが、値の異なる複数の増加
率を持たせ、上位コントローラ１５からの指令により使
用すべき増加率を選択する構成とすることも可能であ
る。

【００２８】このような構成にすれば、負荷が大きく、
誘導電動機の出力トルクを大きくする必要のある場合
に、誘導電動機１１の主回路に流れる合成電流を複数段
階に変えて低減させることができ、きめの細かな制御が
可能となる。

【００２９】また、界磁基準補正回路１９に界磁基準補
正設定回路２０、切替回路２１及び乗算器２２を設けず
に複数の異なる界磁基準補正値を持たせ、誘導電動機１
１の出力トルクを大きくする場合に、これら界磁基準補
正値を選択して誘導電動機１１の主回路に流れる合成電
流を複数のパターンで制御するようにしてもよい。

【００３０】このような構成とすれば、上記同様にきめ
の細かな制御が可能となり、また界磁基準補正回路１９
の構成を簡素化することができる。

【００３１】さらに、上記実施例では予め設定可能な増
加率を持つ界磁基準補正設定回路２０を設け、補正指令
手段１５１からの切替指令号によって切替える方式を示
したが、界磁基準回路１８より出力される界磁電流基準
値に対して上位コントローラ１５から増加率そのものを
ディジタルあるいはアナログ信号で与えるようにして
も、きめの細かい制御を行うことが可能である。この場
合、界磁基準が過大にならないように制御装置で最高界
磁基準のリミット値を持つ等の対応と界磁基準が急峻に
変化しないように対応させる必要があることは勿論のこ
とである。

【００３２】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、誘導
電動機の低速域において、通常操業時には大きなトルク
は必要ないが、希に大きなトルクを出力する負荷状態
で、誘導電動機の界磁電流を大きくすることにより対応
可能となる機能を備えたので、通常操業時の電力損失を
小さくでき、電力の省エネに寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による誘導電動機の制御装置の一実施例
の構成を示すブロック図。

【図２】同実施例の動作を説明するために、誘導電動機
の主回路電流成分を示すベクトル図。

【符号の説明】

１１ 三相交流誘導電動機 １２ 三相交流電源 １３ 変換器 １４ 速度制御回路 １５ 上位コントローラ １６ 入力回路 １７ 速度検出器 １８ 界磁基準回路 １９ 界磁基準補正回路 ２０ 界磁基準補正設定回路 ２１ 切替回路 ２２ 乗算器 ２３ レート回路 ２４ ベクトル制御部 １５１ 補正指令手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】界磁電流基準に比例するように定めた界磁
   電流成分と、トルク電流基準に比例し界磁電流基準に反
   比例するように定めたトルク電流成分とをベクトル合成
   し、合成ベクトルに対応する相電流を誘導電動機の各相
   に流して該誘導電動機を可変速制御する誘導電動機の制
   御装置において、 前記誘導電動機が大きなトルクを出力するように運転さ
   れるとき、界磁電流基準に対する補正指令を出力する補
   正指令手段と、 前記補正指令が出力されたとき、前記界磁電流基準を所
   定量だけ増加補正する界磁基準補正手段と、 を備えたことを特徴とする誘導電動機の制御装置。
2. 【請求項２】界磁電流基準に比例するように定めた界磁
   電流成分と、トルク電流基準に比例し界磁電流基準に反
   比例するように定めたトルク電流成分とをベクトル合成
   し、合成ベクトルに対応する相電流を誘導電動機の各相
   に流して該誘導電動機を可変速制御する誘導電動機の制
   御装置において、 前記誘導電動機が大きなトルクを出力するように運転さ
   れるとき、負荷状態に応じて種類の異なる複数の界磁電
   流基準に対する補正指令を出力する補正指令手段と、 前記界磁電流基準を複数の段階で増加補正するための増
   加率をそれぞれ設定する手段を含み、前記補正指令手段
   から補正指令が出力されたとき、重い負荷に対応する指
   令ほど値の大きい増加率を選択すると共に、選択した増
   加率に従って前記界磁電流基準を増加補正する界磁基準
   補正手段と、 を備えたことを特徴とする誘導電動機の制御装置。
3. 【請求項３】前記界磁基準補正手段は界磁電流基準の増
   加補正時に界磁電流基準の時間変化率を所定値以下に抑
   えるレート部を備えたことを特徴とする請求項１又は２
   に記載の誘導電動機の制御装置。