JPH088800B2 - 誘導電動機の可変速駆動装置 - Google Patents
誘導電動機の可変速駆動装置Info
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- JPH088800B2 JPH088800B2 JP62102371A JP10237187A JPH088800B2 JP H088800 B2 JPH088800 B2 JP H088800B2 JP 62102371 A JP62102371 A JP 62102371A JP 10237187 A JP10237187 A JP 10237187A JP H088800 B2 JPH088800 B2 JP H088800B2
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- vector
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、出力電圧の大きさ,周波数および位相の制
御できる電力変換器により給電される誘導電動機の可変
速駆動のために、トルク指令値,磁束指令値,回転速度
および電動機定数から磁束軸の角度位置を演算する電流
モデルを用いて、電動機の一次電流ベクトルを磁束軸に
平行な成分とこれに直交する成分とに分けて両成分を互
いに独立に制御する制御装置を備えた誘導電動機の可変
速駆動装置に関する。
御できる電力変換器により給電される誘導電動機の可変
速駆動のために、トルク指令値,磁束指令値,回転速度
および電動機定数から磁束軸の角度位置を演算する電流
モデルを用いて、電動機の一次電流ベクトルを磁束軸に
平行な成分とこれに直交する成分とに分けて両成分を互
いに独立に制御する制御装置を備えた誘導電動機の可変
速駆動装置に関する。
第1図は、本発明による誘導電動機の可変速駆動装置
の実施例を示すブロック図であるが、破線枠部分Aを除
けば従来の実施例に相当するので、この図を利用して従
来の技術を説明する。
の実施例を示すブロック図であるが、破線枠部分Aを除
けば従来の実施例に相当するので、この図を利用して従
来の技術を説明する。
第1図において、1は端子a,b,cを有する3相誘導電
動機、2は出力電圧の大きさ,周波数および位相の制御
可能な電力変換器である。電力変換器2としては、例え
ばパルス幅変調回路3によって制御されるPWMトランジ
スタインバータが使用される。電動機1に供給される2
つの相電流ia1,ic1が変流器41,42にて検出され、電流調
節器5の働きにより電流指令値ia1 *,ic1 *に一致する
よう調節される。この場合に、残りの相電流はic1=−
(ia1 *+ic1 *)となる。6は速度センサ、7は速度設
定器、8は速度調節器である。速度調節器8は速度セン
サ6の出力を速度実際値として受け取り、これを速度設
定器7からの速度指令値N*に一致させるべく、速度制
御偏差(N*−N)に例えばPI調節演算を施して、これ
をトルク指令値τとして出力する。9は磁束の大きさに
対する指令値Ψ2を速度センサ6からの速度実際値Nの
関数として出力する磁束指令器である。磁束指令値Ψ2
は、基底速度以下では一定であるが、基底速度以上では
速度上昇につれて反比例的に低下する。
動機、2は出力電圧の大きさ,周波数および位相の制御
可能な電力変換器である。電力変換器2としては、例え
ばパルス幅変調回路3によって制御されるPWMトランジ
スタインバータが使用される。電動機1に供給される2
つの相電流ia1,ic1が変流器41,42にて検出され、電流調
節器5の働きにより電流指令値ia1 *,ic1 *に一致する
よう調節される。この場合に、残りの相電流はic1=−
(ia1 *+ic1 *)となる。6は速度センサ、7は速度設
定器、8は速度調節器である。速度調節器8は速度セン
サ6の出力を速度実際値として受け取り、これを速度設
定器7からの速度指令値N*に一致させるべく、速度制
御偏差(N*−N)に例えばPI調節演算を施して、これ
をトルク指令値τとして出力する。9は磁束の大きさに
対する指令値Ψ2を速度センサ6からの速度実際値Nの
関数として出力する磁束指令器である。磁束指令値Ψ2
は、基底速度以下では一定であるが、基底速度以上では
速度上昇につれて反比例的に低下する。
トルク指令値τ,磁束指令値Ψ2は破線で囲まれた部
分Bに導かれる。この部分Bは誘導電動機のベクトル制
御にとって重要な電流モデルを含む。この種のベクトル
制御は、既に多くの文献に発表されていて公知であるの
で、ここではその原理について簡単に触れる。
分Bに導かれる。この部分Bは誘導電動機のベクトル制
御にとって重要な電流モデルを含む。この種のベクトル
制御は、既に多くの文献に発表されていて公知であるの
で、ここではその原理について簡単に触れる。
誘導電動機のベクトル制御は、電動機の電流,電圧等
を空間ベクトル量とみなし、これらの量を固定子巻線上
から観測すると交流量となっているから、これらの量を
電動機の回転磁界上から観測してこの磁界(磁束軸)に
平行な成分とこれと直交する成分とに分解することによ
り、両成分を直流量として扱いながらそれぞれを独立に
制御しようとするものである。
を空間ベクトル量とみなし、これらの量を固定子巻線上
から観測すると交流量となっているから、これらの量を
電動機の回転磁界上から観測してこの磁界(磁束軸)に
平行な成分とこれと直交する成分とに分解することによ
り、両成分を直流量として扱いながらそれぞれを独立に
制御しようとするものである。
第2図は誘導電動機の一次電流1の空間ベクトル図
である。α−β座標系は原点を電動機回転中心において
固定子上に想定した座標系であり、α軸は例えば一つの
相の巻線軸に一致させた固定軸であり、β軸はこれに直
交する固定軸である。これに対して、M−T座標系は、
同様に原点を電動機回転中心において、M軸を磁束ベク
トル2の方向にとり、これと直交する軸をT軸とした
回転座標系である。M軸(磁束ベクトルの方向)がα軸
に対してなす角度はφで示され、一次電流ベクトル1
のM軸成分(磁化電流)はiM,T軸成分(トルク電流)は
iTで示されている。一次電流ベクトル1はα軸に対し
てεの角度位置にあり、M軸に対してはθの角度位置に
ある。
である。α−β座標系は原点を電動機回転中心において
固定子上に想定した座標系であり、α軸は例えば一つの
相の巻線軸に一致させた固定軸であり、β軸はこれに直
交する固定軸である。これに対して、M−T座標系は、
同様に原点を電動機回転中心において、M軸を磁束ベク
トル2の方向にとり、これと直交する軸をT軸とした
回転座標系である。M軸(磁束ベクトルの方向)がα軸
に対してなす角度はφで示され、一次電流ベクトル1
のM軸成分(磁化電流)はiM,T軸成分(トルク電流)は
iTで示されている。一次電流ベクトル1はα軸に対し
てεの角度位置にあり、M軸に対してはθの角度位置に
ある。
磁束の大きさをΨ2、すべり角周波数をωSLとする
と、これらと上記iM,iTとの関係を電動機定数を用いて
式で表したのが、次の電流モデル式(1)〜(3)であ
る。
と、これらと上記iM,iTとの関係を電動機定数を用いて
式で表したのが、次の電流モデル式(1)〜(3)であ
る。
φ=∫ω1dt=∫(ω2+ωSL)dt ……(2) 但し、 R2:二次抵抗、M:相互インダククタンス、 l2:二次漏れインダクタンス、 T2:二次回路時定数〔=(M+l2)/R2〕、 ω1:磁束の回転角速度、ω2:回転子角速度 であり、特に示さない限り二次諸量はすべて一次換算し
たものとする。一方、電動機が発生するトルクτは、 τ=K・Ψ2・iT ……(4) にて表される(Kは比例定数)。上記(1)〜(4)式
の関係を制御回路で実現した一例が第1図における部分
Bである。即ち、部分Bには、速度調節器8からのトル
ク指令値τと、磁束指令器9からの磁束指令値Ψ2と、
速度センサからの回転角速度ω2が入力される。演算器
11が上記(1)式の関係を、又割算器12が上記(4)式
の関係を利用して、それぞれ、 iT=τ/Ψ2 ……(6) にて磁化電流指令値iM,トルク電流指令値iTを算出す
る。割算器13,掛算器14,係数器15および二次抵抗設定器
16は上記(3)式の関係を利用して、 にてすべり角速度ωSLを演算する(R2=R20)。すべり
角速度ωSLと速度センサ6からの回転子角速度ω2とが
加算点17で加算され、 ω1=ωST+ω2 ……(8) なる磁束角速度が求められ、更に積分器18が、 φ=∫ω1dt ……(9) なる積分演算を行って磁束ベクトル2の角度位置φを
算出する。
たものとする。一方、電動機が発生するトルクτは、 τ=K・Ψ2・iT ……(4) にて表される(Kは比例定数)。上記(1)〜(4)式
の関係を制御回路で実現した一例が第1図における部分
Bである。即ち、部分Bには、速度調節器8からのトル
ク指令値τと、磁束指令器9からの磁束指令値Ψ2と、
速度センサからの回転角速度ω2が入力される。演算器
11が上記(1)式の関係を、又割算器12が上記(4)式
の関係を利用して、それぞれ、 iT=τ/Ψ2 ……(6) にて磁化電流指令値iM,トルク電流指令値iTを算出す
る。割算器13,掛算器14,係数器15および二次抵抗設定器
16は上記(3)式の関係を利用して、 にてすべり角速度ωSLを演算する(R2=R20)。すべり
角速度ωSLと速度センサ6からの回転子角速度ω2とが
加算点17で加算され、 ω1=ωST+ω2 ……(8) なる磁束角速度が求められ、更に積分器18が、 φ=∫ω1dt ……(9) なる積分演算を行って磁束ベクトル2の角度位置φを
算出する。
このようにして部分Bで算出されたα−β固定座標系
における磁束軸の角度位置φは座標変換器(ベクトル回
転器)20へ与えられる。
における磁束軸の角度位置φは座標変換器(ベクトル回
転器)20へ与えられる。
座標変換器20は、第2図におけるα−β固定座標系の
α軸がa相巻線軸上にあるとしたとすると、次式にした
がって、M−T座標系における電流指令値iM,iTを固定
子座標量としての電流指令値ia1 *,ic1 *に変換する。
α軸がa相巻線軸上にあるとしたとすると、次式にした
がって、M−T座標系における電流指令値iM,iTを固定
子座標量としての電流指令値ia1 *,ic1 *に変換する。
これらの電流指令値ia1 *,ic1 *が既に説明した電流
調節器5に導かれる。
調節器5に導かれる。
以上説明した従来の技術による電流モデルを用いた誘
導電動機のベクトル制御においては、磁束の演算に速度
実際値N(回転子角速度ω2),iM,iTおよび電動機定数
を用いるため速度零から演算が可能であり、簡単な構成
で高性能可変速駆動装置が実現できる。
導電動機のベクトル制御においては、磁束の演算に速度
実際値N(回転子角速度ω2),iM,iTおよび電動機定数
を用いるため速度零から演算が可能であり、簡単な構成
で高性能可変速駆動装置が実現できる。
しかし、電動機定数,なかでも二次抵抗値R2は回転子
の温度変化により大幅に変動する(例えば、銅の場合10
0℃で40%変化する)ため、電流モデルにおける磁束演
算にパラメータとして用いられるR2の設定値を電動機に
おける真値にかかわらず一定値R20に保つと、磁束の指
令値と実際値とで偏差が生じ、運転中に過電圧,過電流
が生じ、正常な運転を継続できないという問題点がある
(昭和55年電気学会全国大会No.540参照)。
の温度変化により大幅に変動する(例えば、銅の場合10
0℃で40%変化する)ため、電流モデルにおける磁束演
算にパラメータとして用いられるR2の設定値を電動機に
おける真値にかかわらず一定値R20に保つと、磁束の指
令値と実際値とで偏差が生じ、運転中に過電圧,過電流
が生じ、正常な運転を継続できないという問題点がある
(昭和55年電気学会全国大会No.540参照)。
そこで、電動機の電圧、電流および電動機定数から磁
束を演算する電圧モデルを併用し、電流モデルにより求
めた磁束の大きさもしくは角度が電圧モデルにより求め
た磁束の大きさもしくは角度と一致するように、電流モ
デル内の2次抵抗の設定値もしくはすべり周波数を修正
することによって、2次抵抗の設定値を電動機の真値に
近づける方法が提案されている(特開昭57−83184号公
報、特開昭58−139692号公報等参照)。
束を演算する電圧モデルを併用し、電流モデルにより求
めた磁束の大きさもしくは角度が電圧モデルにより求め
た磁束の大きさもしくは角度と一致するように、電流モ
デル内の2次抵抗の設定値もしくはすべり周波数を修正
することによって、2次抵抗の設定値を電動機の真値に
近づける方法が提案されている(特開昭57−83184号公
報、特開昭58−139692号公報等参照)。
しかしながら、この方法にも問題点がある。この問題
点を説明するために電圧モデルを簡単に説明する。
点を説明するために電圧モデルを簡単に説明する。
電圧モデルは、次式にしたがって、2次鎖交磁束ベク
トル2を演算する。1 =∫(1−R1 1)dt ……(12) 但し、l1:一次漏れインダクタンス l2:一次漏れインダクタンス M:相互インダクタンス Lσ=l1+l2・M/(M+l2)1 :電動機電圧ベクトル1 :電動機一次電流ベクトル1 :電動機一次鎖交磁束ベクトル 第3図はモデル式(12),(13)をブロック図にて示
したものである。電動機定数のうち各インダクタンス値
は導体の温度変化に無関係で一定であるが、一次抵抗値
R1は二次抵抗値R2と同様に温度によって大幅に変動す
る。そのため一次抵抗値R1による電圧降下の割合が比較
的小さい定格速度の約10%の速度以上では正確に磁束を
演算できるが、しかし定格速度の約10%の速度以下では
(12),(13)で表される電圧モデルでは正しい磁束を
算出することができない。そのため、定格速度の約10%
の速度以下では、電圧検出値が積分演算を行うち十分な
大きさにあっても、電圧モデルを利用した修正動作を有
効に働かせることができないことから、電流モデルのみ
を使用せざるを得ない。
トル2を演算する。1 =∫(1−R1 1)dt ……(12) 但し、l1:一次漏れインダクタンス l2:一次漏れインダクタンス M:相互インダクタンス Lσ=l1+l2・M/(M+l2)1 :電動機電圧ベクトル1 :電動機一次電流ベクトル1 :電動機一次鎖交磁束ベクトル 第3図はモデル式(12),(13)をブロック図にて示
したものである。電動機定数のうち各インダクタンス値
は導体の温度変化に無関係で一定であるが、一次抵抗値
R1は二次抵抗値R2と同様に温度によって大幅に変動す
る。そのため一次抵抗値R1による電圧降下の割合が比較
的小さい定格速度の約10%の速度以上では正確に磁束を
演算できるが、しかし定格速度の約10%の速度以下では
(12),(13)で表される電圧モデルでは正しい磁束を
算出することができない。そのため、定格速度の約10%
の速度以下では、電圧検出値が積分演算を行うち十分な
大きさにあっても、電圧モデルを利用した修正動作を有
効に働かせることができないことから、電流モデルのみ
を使用せざるを得ない。
そこで、本発明は、上述の如き低い速度範囲において
も正確に磁束ベクトを求め得る手段を提供することを目
的とする。
も正確に磁束ベクトを求め得る手段を提供することを目
的とする。
上記目的は、本発明によれば、第1図に破線枠Aにて
示されているように、第1の演算手段21,第2の演算手
段22,調節手段23を設けることにより達成される。即
ち、電動機の一次電圧ベクトル1の一次電流ベクトル
1に直交する成分v1δを、第1の演算手段21は電動
機の端子から検出した一次電圧ベクトル1と一次電流
ベクトル1の角度位置から演算するのに対して、第2
の演算手段22は電流モデルと同様にトルク指令値,磁束
指令値,回転速度および電動機定数から算出する。調節
手段23は、第2の演算手段22による演算結果v1δ*が第
1の演算手段21の演算結果v1δに一致するように調節
し、調節手段23の出力によって電流モデルが演算に用い
る電動機定数の1つである二次抵抗の抵抗値またはこれ
から導き出されるすべり周波数の如き演算過程の途中で
得られる中間演算値を修正する。
示されているように、第1の演算手段21,第2の演算手
段22,調節手段23を設けることにより達成される。即
ち、電動機の一次電圧ベクトル1の一次電流ベクトル
1に直交する成分v1δを、第1の演算手段21は電動
機の端子から検出した一次電圧ベクトル1と一次電流
ベクトル1の角度位置から演算するのに対して、第2
の演算手段22は電流モデルと同様にトルク指令値,磁束
指令値,回転速度および電動機定数から算出する。調節
手段23は、第2の演算手段22による演算結果v1δ*が第
1の演算手段21の演算結果v1δに一致するように調節
し、調節手段23の出力によって電流モデルが演算に用い
る電動機定数の1つである二次抵抗の抵抗値またはこれ
から導き出されるすべり周波数の如き演算過程の途中で
得られる中間演算値を修正する。
先に示した電圧モデル式(12),(13)より、電動機
の一次電圧ベクトル1の関係式を求めると、 となる。
の一次電圧ベクトル1の関係式を求めると、 となる。
ここで、第2図に示されているように、電動機の一次
電流ベクトル1に平行な方向にγ軸をとり、このγ軸
に直交する方向にδ軸をとったγ−δ座標系において一
次電圧ベクトル1を考察する。このγ−δ座標系は、
各速度ωγ(=dε/dt)で回転する。
電流ベクトル1に平行な方向にγ軸をとり、このγ軸
に直交する方向にδ軸をとったγ−δ座標系において一
次電圧ベクトル1を考察する。このγ−δ座標系は、
各速度ωγ(=dε/dt)で回転する。
まず、(14)式をα−β座標系における成分v1α,v
1β,i1α,i1βおよびΨ2α,Ψ2βを用いて表す
と、 となる(pは微分演算子d/dt)である)。
1β,i1α,i1βおよびΨ2α,Ψ2βを用いて表す
と、 となる(pは微分演算子d/dt)である)。
また、一次電流ベクトル1の大きさをi1とし、磁束
ベクトル2の大きさをΨ2とすると、第2図のベクト
ル図より、 が得られる。
ベクトル2の大きさをΨ2とすると、第2図のベクト
ル図より、 が得られる。
α−β座標系の成分v1α,v1βをγ−δ座標系の成
分v1γ,v1δに変換するには、 なる関係を利用すればよい。(15)〜(17)式より一次
電圧ベクトル1のδ軸成分v1δを求めると、 となる。
分v1γ,v1δに変換するには、 なる関係を利用すればよい。(15)〜(17)式より一次
電圧ベクトル1のδ軸成分v1δを求めると、 となる。
第1図において、第2の演算手段22は、部分B内の電
流モデルと同様に、電動機定数,磁束指令値,トルク指
令値および回転子各速度から、(18)式式にしたがっ
て、一次電圧ベクトル1のδ軸成分v1δを演算す
る。それゆえ、先の式(5)〜(8)および(10)と、 なる関係を使用すれば、(18)式の値を求めることがで
きる。このようにして第2の演算手段22が求める演算値
をv1δ *とする。この演算値v1δ *は、電流モデル
と同様に、二次抵抗の設定値R2が電動機における真値か
ら外れることに起因して誤差を生じる。
流モデルと同様に、電動機定数,磁束指令値,トルク指
令値および回転子各速度から、(18)式式にしたがっ
て、一次電圧ベクトル1のδ軸成分v1δを演算す
る。それゆえ、先の式(5)〜(8)および(10)と、 なる関係を使用すれば、(18)式の値を求めることがで
きる。このようにして第2の演算手段22が求める演算値
をv1δ *とする。この演算値v1δ *は、電流モデル
と同様に、二次抵抗の設定値R2が電動機における真値か
ら外れることに起因して誤差を生じる。
一方、第1の演算手段21は、電動機端子から実際に検
出される一次電圧ベクトル1から、これの一次電流ベ
クトル1に直交する成分(δ軸成分)を演算する。一
次電圧ベクトル1に関し、α−β座標系で表した成分
v1α,v1βを、γ−δ座標系で表した成分v1γ,v
1δへ変換するには、先の(17)式を利用すればよい。
ここで、α軸をa相巻線軸上にとれば、検出される一次
電圧ベクトル1の3相系での値(相電圧v1a,v1c)
は、 にてα−β固定座標系の成分に変換できる。したがっ
て、演算手段21は、検出される一次電圧ベクトル1の
3相系での値を(22)式を用いてα−β固定座標系成分
に変換し、それから(17)式を用いてδ軸成分v1δを
求める。(17)式による座標変換のためには、一次電流
ベクトル1の角度位置εを知る必要がある。これは、
例えば第1図における変流器41,42にて検出された一次
電流ベクトル1の3層系での値を(22)式と同様の式
を用いてα−β固定座標系の成分に変換し、それからこ
れらの成分を極座標変換することにより得ることができ
る。このようにして演算手段21にて演算される値v1δ
は電動機の実際の一次電圧から得ているので正確であ
る。
出される一次電圧ベクトル1から、これの一次電流ベ
クトル1に直交する成分(δ軸成分)を演算する。一
次電圧ベクトル1に関し、α−β座標系で表した成分
v1α,v1βを、γ−δ座標系で表した成分v1γ,v
1δへ変換するには、先の(17)式を利用すればよい。
ここで、α軸をa相巻線軸上にとれば、検出される一次
電圧ベクトル1の3相系での値(相電圧v1a,v1c)
は、 にてα−β固定座標系の成分に変換できる。したがっ
て、演算手段21は、検出される一次電圧ベクトル1の
3相系での値を(22)式を用いてα−β固定座標系成分
に変換し、それから(17)式を用いてδ軸成分v1δを
求める。(17)式による座標変換のためには、一次電流
ベクトル1の角度位置εを知る必要がある。これは、
例えば第1図における変流器41,42にて検出された一次
電流ベクトル1の3層系での値を(22)式と同様の式
を用いてα−β固定座標系の成分に変換し、それからこ
れらの成分を極座標変換することにより得ることができ
る。このようにして演算手段21にて演算される値v1δ
は電動機の実際の一次電圧から得ているので正確であ
る。
そこで、演算手段21の演算値を真値v1δとみなし、
演算手段22の演算値v1δ *が演算手段21からの真値v
1δに一致するように、調節手段23によって電流モデル
内の二次抵抗設定値R2を修正してやれば、その二次抵抗
設定値は真値に近づき、電流モデルは正確な磁束軸角度
位置を出力できるようになる。この修正動作は、第1図
に示されているように、二次抵抗設定器16の設定値R20
に調節手段23からの補正値ΔR2加え合わせることによっ
て行われ、演算に用いられる二次抵抗設定値は、R2=R
20+ΔR2なる。
演算手段22の演算値v1δ *が演算手段21からの真値v
1δに一致するように、調節手段23によって電流モデル
内の二次抵抗設定値R2を修正してやれば、その二次抵抗
設定値は真値に近づき、電流モデルは正確な磁束軸角度
位置を出力できるようになる。この修正動作は、第1図
に示されているように、二次抵抗設定器16の設定値R20
に調節手段23からの補正値ΔR2加え合わせることによっ
て行われ、演算に用いられる二次抵抗設定値は、R2=R
20+ΔR2なる。
このようにすることによって、電流モデルは正確に磁
束軸角度位置を算出することができ、これにより誘導電
動機の高性能の可変速制御が保証される。
束軸角度位置を算出することができ、これにより誘導電
動機の高性能の可変速制御が保証される。
第4図および第5図は、本発明による誘導電動機の可
変速駆動装置の要部,即ち第1図における第1の演算手
段21および調節手段23並びに第2の演算手段22の具体的
実施例を示す。
変速駆動装置の要部,即ち第1図における第1の演算手
段21および調節手段23並びに第2の演算手段22の具体的
実施例を示す。
第4図によれば、演算手段21では、電圧検出器211に
て電動機端子から3相系の線間電圧として検出された一
次電圧ベクトル1は、相電圧v1a,v1cに直されてか
ら、3相/2相変換器212により先の(22)式にしたがっ
てα−β固定座標系の成分v1α,v1βに変換される。
もちろん線間電圧から直接に成分v1α,v1βに変換す
ることもできる。α−β固定座標系の成分v1α,v1β
に変換された一次電圧ベクトル1は、更にベクトル回
転器213にて先の(17)式にしたがって、座標変換され
る。この結果、一次電圧ベクトル1のδ軸成分v1δ
が出力される。この場合に、ベクトル回転器213に導く
べき、一次電流ベクトル1の角度位置εは第1図にお
ける変流器41,42にて検出される一次電流から得てもよ
いが、ここでは、電流モデルにより演算された磁束軸の
角度位置φと後述の演算手段22で付加的に得られるθと
を加算する加算器214の出力(ε=φ+θ)にて与えら
れる。
て電動機端子から3相系の線間電圧として検出された一
次電圧ベクトル1は、相電圧v1a,v1cに直されてか
ら、3相/2相変換器212により先の(22)式にしたがっ
てα−β固定座標系の成分v1α,v1βに変換される。
もちろん線間電圧から直接に成分v1α,v1βに変換す
ることもできる。α−β固定座標系の成分v1α,v1β
に変換された一次電圧ベクトル1は、更にベクトル回
転器213にて先の(17)式にしたがって、座標変換され
る。この結果、一次電圧ベクトル1のδ軸成分v1δ
が出力される。この場合に、ベクトル回転器213に導く
べき、一次電流ベクトル1の角度位置εは第1図にお
ける変流器41,42にて検出される一次電流から得てもよ
いが、ここでは、電流モデルにより演算された磁束軸の
角度位置φと後述の演算手段22で付加的に得られるθと
を加算する加算器214の出力(ε=φ+θ)にて与えら
れる。
第1の演算手段21の演算値v1δは、後述の第2の演
算手段22からの演算値v1δ *と共に調節手段23に入力
される。調節手段23は、その入力部の比較点231におい
て両演算値を比較する。この比較点231からの制御偏差
は極性切換器232を介してPI調節器233に導かれる。調節
器233は、制御偏差が零になるように、即ち第2の演算
手段22の演算値v1δ *が第1の演算手段21の演算値v
1δに一致するように、第1図における破線枠B内の電
流モデルが演算に用いる二次抵抗設定値R2を修正すべ
く、二次抵抗設定器16の設定値R20に加算される補正値
ΔR2を出力する。
算手段22からの演算値v1δ *と共に調節手段23に入力
される。調節手段23は、その入力部の比較点231におい
て両演算値を比較する。この比較点231からの制御偏差
は極性切換器232を介してPI調節器233に導かれる。調節
器233は、制御偏差が零になるように、即ち第2の演算
手段22の演算値v1δ *が第1の演算手段21の演算値v
1δに一致するように、第1図における破線枠B内の電
流モデルが演算に用いる二次抵抗設定値R2を修正すべ
く、二次抵抗設定器16の設定値R20に加算される補正値
ΔR2を出力する。
第5図は第2の演算手段22の具体的実施例を示す。こ
れによれば、演算手段22では、K/P変換器221が電流モデ
ル(第1図)よりのM−T座標系の成分としての電流指
令値iM,iTを極座標変換することにより、指令電流ベク
トルの大きさi1と角度θとを出力する。角度θは上記第
1の演算手段21における加算器214(第4図)に導かれ
る。
れによれば、演算手段22では、K/P変換器221が電流モデ
ル(第1図)よりのM−T座標系の成分としての電流指
令値iM,iTを極座標変換することにより、指令電流ベク
トルの大きさi1と角度θとを出力する。角度θは上記第
1の演算手段21における加算器214(第4図)に導かれ
る。
更に、電流モデルよりの電流指令値iM,iTは、それぞ
れ割算器2221,2222にて前記i1で割算される。各割算器
の出力は先の式(19)から分かるようにcosθ,sinθで
ある。一方、電流モデルで算出されたすべり周波数ωSL
と速度センサ6(第1図)からの回転子速度ω2とが加
算器2231で加算されて磁束角速度ω1となる。磁束指令
器9(第1図)からの磁束指令値Ψ2は微粉器2241で微
分される。掛算器2251〜2253と加算器2232と係数器2271
の部分は先の(18)式における右辺第2項の値を計算す
る部分に相当する。
れ割算器2221,2222にて前記i1で割算される。各割算器
の出力は先の式(19)から分かるようにcosθ,sinθで
ある。一方、電流モデルで算出されたすべり周波数ωSL
と速度センサ6(第1図)からの回転子速度ω2とが加
算器2231で加算されて磁束角速度ω1となる。磁束指令
器9(第1図)からの磁束指令値Ψ2は微粉器2241で微
分される。掛算器2251〜2253と加算器2232と係数器2271
の部分は先の(18)式における右辺第2項の値を計算す
る部分に相当する。
また、座標変換器からの角度θを微分する別の微分器
2242と、これの微分出力と前記加算器2231の出力ω1と
を加算する加算器2233とは、先の式(21)にしたがっ
て、一次電流ベクトル1(γ軸)の回転角速度ωγを
求める部分である。そして、このωγと変換器221から
のi1とを掛算する掛算器2243と、これの出力に係数Lσ
を掛ける係数器2272とは、先の(18)式における右辺第
1項の値を計算する部分に相当する。
2242と、これの微分出力と前記加算器2231の出力ω1と
を加算する加算器2233とは、先の式(21)にしたがっ
て、一次電流ベクトル1(γ軸)の回転角速度ωγを
求める部分である。そして、このωγと変換器221から
のi1とを掛算する掛算器2243と、これの出力に係数Lσ
を掛ける係数器2272とは、先の(18)式における右辺第
1項の値を計算する部分に相当する。
したがって、前記係数器2271および2272の出力を加算
器2234にて加算することによって、所望の演算値v1δ
*を得ることができる。この演算値は前述の第4図にお
ける調節手段23に導かれる。また、第4図における調節
手段23における極性切換器232を制御する信号として、
加算器2231から得られる磁束軸回転角速度ω1が用いら
れる。この極性切り換えについて、第6図および第7図
を参照して説明する。
器2234にて加算することによって、所望の演算値v1δ
*を得ることができる。この演算値は前述の第4図にお
ける調節手段23に導かれる。また、第4図における調節
手段23における極性切換器232を制御する信号として、
加算器2231から得られる磁束軸回転角速度ω1が用いら
れる。この極性切り換えについて、第6図および第7図
を参照して説明する。
制御原理を定性的に説明するために、定常状態を考え
る。dθ/dt=0(即ち、ωγ=ω1)、p(Ψ2)=
0とすると、(18)式は、 となる。この式において、第2項は誘起電圧ベクトル
2のδ軸成分E2cosθに相当する。この関係が第2図の
ベクトル図に示されている。これからもわかるように、
v1δはR1による電圧降下に無関係の値である。
る。dθ/dt=0(即ち、ωγ=ω1)、p(Ψ2)=
0とすると、(18)式は、 となる。この式において、第2項は誘起電圧ベクトル
2のδ軸成分E2cosθに相当する。この関係が第2図の
ベクトル図に示されている。これからもわかるように、
v1δはR1による電圧降下に無関係の値である。
今、制御回路の電流モデルで設定したR2が真値からず
れて、電流モデルにて演算された磁束軸(M軸)と電動
機内の磁束軸(M′軸)がずれたときの動作を説明す
る。第6図および第7図において、*は制御回路内の指
令値を意味する。第6図は磁束の回転方向が反時計方向
の場合、第7図は磁束の回転方向が時計方向の場合を示
す。両図共にM′軸がM軸に比べ角度が進んでいる状態
を示している。
れて、電流モデルにて演算された磁束軸(M軸)と電動
機内の磁束軸(M′軸)がずれたときの動作を説明す
る。第6図および第7図において、*は制御回路内の指
令値を意味する。第6図は磁束の回転方向が反時計方向
の場合、第7図は磁束の回転方向が時計方向の場合を示
す。両図共にM′軸がM軸に比べ角度が進んでいる状態
を示している。
最初に第6図を説明する。電動機に流す電流が一定で
あるとすると、この電流のM′軸成分はiMは、iM>IM *
となる。これは電動機の磁束の方が大きいことを示し、
誘起電圧ベクトルの大きさも電動機の方が大きい(|
2|>|2 *|)。仮に、R1,Lの値は変化しないものと
して、一次電圧ベクトルを求めると、|1|>|1 *
|となり、電圧ベクトル1のδ軸成分はv1δ>v
1δ *となる。このように磁束軸がずれると、その変化
は電圧ベクトルのδ軸成分に影響する。この場合にM軸
とM′軸とを一致させるためには、M軸を反時計方向に
回転させればよい。これは、すべり角度の絶対値を増加
させることを意味し、制御回路内の二次抵抗設定値を増
加させればよい。
あるとすると、この電流のM′軸成分はiMは、iM>IM *
となる。これは電動機の磁束の方が大きいことを示し、
誘起電圧ベクトルの大きさも電動機の方が大きい(|
2|>|2 *|)。仮に、R1,Lの値は変化しないものと
して、一次電圧ベクトルを求めると、|1|>|1 *
|となり、電圧ベクトル1のδ軸成分はv1δ>v
1δ *となる。このように磁束軸がずれると、その変化
は電圧ベクトルのδ軸成分に影響する。この場合にM軸
とM′軸とを一致させるためには、M軸を反時計方向に
回転させればよい。これは、すべり角度の絶対値を増加
させることを意味し、制御回路内の二次抵抗設定値を増
加させればよい。
第7図は磁束ベクトルが時計方向に回転しているた
め、発生する誘起電圧の極正は第6図の場合と逆であ
る。電圧ベクトルのδ軸成分に着目すると、v1δ>v
1δ *となり、第6図の場合と同じであるが、M軸と
M′軸とを一致させるためには、M軸を反時計方向に回
転させる必要があり、これは、すべり角度の絶対値を減
少させることを意味するので、制御回路内の二次抵抗設
定値を減少させればよい。
め、発生する誘起電圧の極正は第6図の場合と逆であ
る。電圧ベクトルのδ軸成分に着目すると、v1δ>v
1δ *となり、第6図の場合と同じであるが、M軸と
M′軸とを一致させるためには、M軸を反時計方向に回
転させる必要があり、これは、すべり角度の絶対値を減
少させることを意味するので、制御回路内の二次抵抗設
定値を減少させればよい。
第6図および第7図の説明から分かるように、磁束ベ
クトルの回転方向により,束ち磁束の角速度ω1の極性
により、二次抵抗の補正値ΔRF2の極性が異なる。第6
図における極性切換器232はこれを考慮したものであ
る。
クトルの回転方向により,束ち磁束の角速度ω1の極性
により、二次抵抗の補正値ΔRF2の極性が異なる。第6
図における極性切換器232はこれを考慮したものであ
る。
第8図および第9図は第5図による演算手段22の互い
に異なる変形例を示す。第8+図はdθ/dt=0とした
ときの構成である。トルク変化の少ない場合に構成が簡
単なため有利である。第9図はの変形例は第8図におい
てさらにp(Ψ2)の項を省略したものであり、磁束の
変化が小さい場合には構成が簡単なため有利となる。一
般に二次抵抗の温度上昇は回転子の熱時定数にしたがっ
ており、平均的な二次抵抗の変化を補正するには、この
第9図の実施例で十分である。
に異なる変形例を示す。第8+図はdθ/dt=0とした
ときの構成である。トルク変化の少ない場合に構成が簡
単なため有利である。第9図はの変形例は第8図におい
てさらにp(Ψ2)の項を省略したものであり、磁束の
変化が小さい場合には構成が簡単なため有利となる。一
般に二次抵抗の温度上昇は回転子の熱時定数にしたがっ
ており、平均的な二次抵抗の変化を補正するには、この
第9図の実施例で十分である。
以上述べた実施例中の各種回路は、公知のアナログ技
術,デジタル技術,ソフトウェア技術のいずれでも容易
に構成できる。また、本原理の実施例の説明にあたっ
て、トランジスタインバータを用いているが、他の変換
装置,例えば電流形インバータ,GTOインバータ,サイク
ロコンバータ等を用いても実現できることはいうまでも
ない。
術,デジタル技術,ソフトウェア技術のいずれでも容易
に構成できる。また、本原理の実施例の説明にあたっ
て、トランジスタインバータを用いているが、他の変換
装置,例えば電流形インバータ,GTOインバータ,サイク
ロコンバータ等を用いても実現できることはいうまでも
ない。
更に、直接に二次抵抗設定値を修正しなくてもすべり
周波数ωSLを修正するなどのように、結果的に二次抵抗
設定値を修正したことになればよいので、この点に関し
ても種々変形が可能である。なお、本実施例においては
電動機の一次電圧ベクトルの一次電流ベクトルに直交す
る成分を用いて補正を行った、一次抵抗を演算パラメー
タとして使用しない電動機の誘起電圧ベクトルと一次抵
抗電圧降下ベクトルの和ベクトル一次電流ベクトルに直
交する成分を用いても、同様の補正が可能であることは
勿論である。
周波数ωSLを修正するなどのように、結果的に二次抵抗
設定値を修正したことになればよいので、この点に関し
ても種々変形が可能である。なお、本実施例においては
電動機の一次電圧ベクトルの一次電流ベクトルに直交す
る成分を用いて補正を行った、一次抵抗を演算パラメー
タとして使用しない電動機の誘起電圧ベクトルと一次抵
抗電圧降下ベクトルの和ベクトル一次電流ベクトルに直
交する成分を用いても、同様の補正が可能であることは
勿論である。
以上のように、本発明によれば、電動機の一次電圧ベ
クトルについての、一次電流ベクトルに直交する成分
を、一方では運転中に大幅に変動する二次抵抗および一
次抵抗を演算パラメータとして使用しない第1の演算手
段で求め、他方では制御回路内の電流モデルと同様に運
転中に大幅に変動する二次抵抗を演算パラメータとして
使用する第2の演算手段で求め、第2の演算手段で求め
られる値が第1の演算手段で求められる値に一致するよ
うに二次抵抗設定値を修正することによって、この二次
抵抗設定値を電動機の二次抵抗の真値に近づけることが
できるので、電流モデルによって演算される磁束軸の角
度位置が正確となり、しかも従来のように一次抵抗を演
算パラメータとして含んでいないので低い速度範囲にお
いても修正動作を有効に働かせることができ、したがっ
て電動機の可変速制御性能の著しい向上を図ることがで
きる。
クトルについての、一次電流ベクトルに直交する成分
を、一方では運転中に大幅に変動する二次抵抗および一
次抵抗を演算パラメータとして使用しない第1の演算手
段で求め、他方では制御回路内の電流モデルと同様に運
転中に大幅に変動する二次抵抗を演算パラメータとして
使用する第2の演算手段で求め、第2の演算手段で求め
られる値が第1の演算手段で求められる値に一致するよ
うに二次抵抗設定値を修正することによって、この二次
抵抗設定値を電動機の二次抵抗の真値に近づけることが
できるので、電流モデルによって演算される磁束軸の角
度位置が正確となり、しかも従来のように一次抵抗を演
算パラメータとして含んでいないので低い速度範囲にお
いても修正動作を有効に働かせることができ、したがっ
て電動機の可変速制御性能の著しい向上を図ることがで
きる。
第1図は本発明装置の実施例を示すブロック図、第2図
はベクトル制御原理を説明するためのベクトル図、第3
図は磁束演算のための電圧モデルを示すブロック図、第
4図は第1図の実施例における第1の演算手段および調
節手段の具体的実施例を示すブロック図、第5図は第1
図の実施例における第2の演算手段の具体的実施例を示
すブロック図、第6図および第7図は第4図における極
性切換器の役割を説明するためのベクトル図、第8図お
よび第9図は第5図に示された第2の演算手段の具体的
実施例に対する互いに異なる変形例を示す。 1……誘導電動機、2……電力変換器、5……電流調節
器、8……速度調節器、9……磁束指令器、B……磁束
軸の角度位置を演算するための電流モデルを含む制御回
路部分、16……二次抵抗設定器、19……座標変換器、21
……第1の演算手段、22……第2の演算手段、23……調
節手段。
はベクトル制御原理を説明するためのベクトル図、第3
図は磁束演算のための電圧モデルを示すブロック図、第
4図は第1図の実施例における第1の演算手段および調
節手段の具体的実施例を示すブロック図、第5図は第1
図の実施例における第2の演算手段の具体的実施例を示
すブロック図、第6図および第7図は第4図における極
性切換器の役割を説明するためのベクトル図、第8図お
よび第9図は第5図に示された第2の演算手段の具体的
実施例に対する互いに異なる変形例を示す。 1……誘導電動機、2……電力変換器、5……電流調節
器、8……速度調節器、9……磁束指令器、B……磁束
軸の角度位置を演算するための電流モデルを含む制御回
路部分、16……二次抵抗設定器、19……座標変換器、21
……第1の演算手段、22……第2の演算手段、23……調
節手段。
Claims (2)
- 【請求項1】出力電圧の大きさ,周波数および位相の制
御できる電力変換器により給電される誘電電動機の可変
速駆動のために、トルク指令値,磁束指令値,回転速度
および電動機定数から磁束軸の角度位置を演算する電流
モデルを用いて、電動機の一次電流ベクトルを磁束軸に
平行な成分とこれに直交する成分とに分けて両成分を互
いに独立に制御する制御装置を備えた誘導電動機の可変
速駆動装置において、 電動機の一次電圧ベクトルの、一次電流ベクトルに対し
て直交する成分を、電動機の端子から検出した一次電圧
ベクトルと、一次電流ベクトルの角度位置から演算する
第1の演算手段と、 電動機の一次電圧ベクトルの、一次電流ベクトルに対し
て直交する成分を、前記電流モデルと同様にトルク指令
値,磁束指令値,回転速度および電動機定数から、演算
する第2の演算手段と、 前記第1,第2の演算手段の演算結果が一致するように修
正する調節手段と、 を備え、 前記調節手段の出力により前記電流モデルが演算に用い
る電動機定数の1つである二次抵抗の設定値,またはこ
れから導き出されるすべり周波数の如き演算過程の途中
で得られる中間演算値を修正することを特徴とする誘導
電動機の可変速駆動装置。 - 【請求項2】前記第2の演算手段は前記電流モデルの演
算と少なくとも一部を共有していることを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載の誘導電動機の可変速駆動装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62102371A JPH088800B2 (ja) | 1987-04-25 | 1987-04-25 | 誘導電動機の可変速駆動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62102371A JPH088800B2 (ja) | 1987-04-25 | 1987-04-25 | 誘導電動機の可変速駆動装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63268488A JPS63268488A (ja) | 1988-11-07 |
| JPH088800B2 true JPH088800B2 (ja) | 1996-01-29 |
Family
ID=14325601
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62102371A Expired - Lifetime JPH088800B2 (ja) | 1987-04-25 | 1987-04-25 | 誘導電動機の可変速駆動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH088800B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS583592A (ja) * | 1981-06-24 | 1983-01-10 | Mitsubishi Electric Corp | 電動機の制御装置 |
| JPS59156184A (ja) * | 1983-02-23 | 1984-09-05 | Hitachi Ltd | 誘導電動機の制御方法 |
-
1987
- 1987-04-25 JP JP62102371A patent/JPH088800B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63268488A (ja) | 1988-11-07 |
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