JPS59220089A - 誘導電動機の制御方式 - 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、誘導電動機の制御方式に関し、誘導電動機の
ベクトル制御方式を改良した新規な誘導電動機の制御方
式に関するものである。

（従来の技術） 誘導電動機の制御方式としては、−次電圧制御方式、へ
波数制御方式或いはこれらに代わるものとしてベクトル
制御方式がある。

一次電圧制御方式は、誘導電動機のトルクは一次電圧の
二乗に比例することに着目し、この−次電圧を制御して
、誘導電動機のすベシを変化させて、誘導電動機の速度
を制御する方式である。また、周波数制御方式は、誘導
電動機の入力周波数を制御して、速度制御を行なう方式
である。更に、ベクトル制御は、直流電動機と同様に、
二次磁束と二次電流とをベクトル的に直交するように制
御して、トルク発生のメカニズムを直流電動機と同様に
しようとする方式である。

（従来技術の問題点） 上記したように誘導電動機の制御方式として、−次電圧
制御方式と周波数制御方式或いはそれらに代るものとし
てベクトル制御方式が用いられている。

しかしながら、−次電圧制御方式及び周波数制御方式は
、−次の電圧あるいは電流の位相的な連続性を考えない
で行表う制御であるために、制御が変化するたびに大き
な過渡現象を発生して、速かな応答は得られないという
欠点がちる。またベクトル制御方式は、二次磁束と並行
なｄ軸と、これに直交するｑ軸とに一次電流を分解して
、等画工相誘導電動機を導いて、ｄ軸に沿った二次磁束
とｑ軸の二次電流とが直交するとして、直流電動機のト
ルク発生のメカニズムと同様に考えて、誘導電動機のト
ルクの発生を考える。ｄ軸の一次電流成分の大さ１１ｄ
を固定し、ｉ・ルク指令に応じてｑ軸の一次電流成分ｉ
、ｑを比例的に変化して、これらｌ司とｌ＋ｑとベクト
ル的に加算して、−次電流の指令値工、を得る。このよ
うなベクトル制御における電流演算はｄ、ｑの２軸に相
当する二相を持つ等画工相様について行なわれるので、
上記−次電流指令ｉ、について二相三相間の相数変換を
してから、三相インバーターの入力シグナルとなる。従
ってベクトル制御における制御演算回路は本質的に複雑
になる。従来のベクトル制御の他の問題点は、電気的に
定常な状態下の量的な関係を扱っていて、電気的な過渡
現象を考慮してないことである。ベクトル制御において
は二次磁束を一定と仮定しているが、二次磁束はギャッ
プ主磁束と二次漏れ磁束の和であって、トルクが変って
、二次電流が変シ、従って二次漏れ磁束が変ると、ギャ
ップ主磁束も変化する。このようなギャップ主磁束の変
化は、電気的過渡現象を伴なわないでは起り得ない。ベ
クトル制御はトルク制御のたびに電気的過渡現象が発生
して、トルクに過渡振動を発生して、速比制御の妨けと
なる。

（発明の目的） 本発明は、上述のようなベクトル制御方式の問題点、す
なわち二相三相間の座標変換を必要とする複雑な制御回
路中の座標変換回路、を不要にして、制御回路を簡単化
し、しかも電気的過渡現象を発生し７ないようにして、
連応性の非常に優れた新規表誘導電動機の制御方式を与
えるものである。

（発明の概要） 本発明は、誘導電動機へのトルク指令値に対応して、誘
導電動機の等価回路に基いて一次電流を定めて、これを
制御入力とする誘導電動機の制御方式において、誘導電
動機の等価回路を理論的に変形して、その二次側に漏れ
インダクタンスを含まない形の新しい等価回路を得て、
この新しい等価回路において、励磁電流の太さを一定と
して、かつその瞬時値に連続性を保ちながら、トルク指
令に応する一次電流を上記の新しい等価回路によって求
めて、これを前記誘導電動機の制御入力とすることによ
って、電気的過渡現象の発生しない、連応性の極めて高
いトルク制御を実現するものである。

（発明の実施例） 以下に発明の実施例を詳細に説明する。本発明に係る誘
導電動機の制御方式の具体的回路は第６図に示されるが
、本発明においては従来のベクトル制御その他の方式と
は全く異なって、新規な誘導電動機の等価回路に基いて
制御演算を行なうものであるので、まず、新規な等価回
路から説明する。

第１図は公知の誘導電動機の対称Ｔ型等価回路である。

この等価回路の回路方程式をマｌ−ＩＪラックス書き表
わすと、下式となる。

電流を下式にＪ：りて変換する。こ＼に、αは任意の定
数 である。（２）式を（１）式に代入して得られる式の両
辺に、左側から（２）式の変換行列を乗じて、下式を得
る。

この式は、マトリックス乗算を行なうと、次式となる。

（４）式を回路方程式とする回路は第２図となる。この
回路では、−次電圧Ｖ１と−′ｒＫ電流１１とは元のま
まで、−次端子から見たインピーダンスは、第１図のＴ
型等価回路と等しい。第２図の回路は任意定数αを含ん
でいるので、誘導電動機の等価回路は唯一ではなくて、
無限に多数あることになる。

この意味で第２図の等価回路を一般Ｔ型等価回路と名付
けることとする。

第２図の一般Ｔ型等価回路で、任意定数αを下式のよう
に定める。そうすると第２図の回路は第５図の回路に変
形される。この回路の特徴は二次側に濃れリアクタンス
が無いことである。この回路を非対称Ｔ−Ｉ型等師回路
と名付けることとする。

このＴ−Ｔ型等価回路は、−次電流を制御入力とする誘
導電動機のトルクの連名制御の制御演算回路として最も
適している。このことを以下に説明する。

第３図のＴ−Ｔ型等価回路において、下式が成り立つ。

一次電流Ｉ・＝■針１つ−（１＋Ｊ　、　　）　Ｉ’ｏ
″″Ｉ’、、＋　ｊ・６１　ＫＩ　Ｉ占（６）こ＼にｐ
（は極対数、Ｓωはすべり角周波数、ｘｍここに、誘導
電動機のトルク制御において、等価回路中の励磁電流を
一定に保つことを基本とする新しい制御方式を提案して
、これを磁界加速状制御と名付けて、ベクトル制御と区
別する。（６）、（７）式で励磁電流Ｉｔを一定とする
と、この両式の右辺はすベシ角周波数Ｓωのみの関数と
なる６第４図はトルクＴとすべり周波数ｓｆとの関係を
示すもので、Ｔとｓｆとは正しく直線的関係がある。第
５図は一次電流工、とすべり周波数ｓｆとの関係を示す
。■、とｓｆとは小さい範囲を除いて、はソ直線的関係
がある。

本発明は、（６）、（７）式の関係を用いて、誘導電動
機のトルク制御を行なうものであって、その原理を第６
図のブロック接続図によって説明すれば、左端よりトル
ク指令Ｔｒが入力されると、定係数乗算器ＫＴによって
、（７）式の演算が行なわれて、すベシ角周波数Ｓωが
得られる。ベクトル合成器にＳωと一定励磁電流工ｔと
が入力されて、（６）式の演算がされて、−次電流のベ
クトルＩ、ｅｊψ１が得られる。

一方、被制御誘導電動機ＩＭの実角速度ωｍが速度セン
サによって得られ、ωｍとすべり角周波数Ｓωとの和と
して電源周波数ωが定まる。ωは単位回転ベクトル発振
器へ入力されて、単位回転ベクトルｅｊ（１）ｔが出力
される。乗算器Ｍｒは、−次電流のベクトルＩ、ｅｊψ
１と単位回転ベクトルｅｊａ＋ｊとの積■１ｅｊ（ｏ）
ｔ＋９１）を出力して、これが三相パルス幅変調インバ
ータの入力となって、三相−次組流４ ■、ｅｊ（ωを十ψ、）　　　　ｊ（ωを十ψ、−−π
）　　　　　ｊ（ωｔ＋ψ、−了π）＋　ｌＩＯ３＋　
工ｒ　６ を出力して、これが被制御誘導電動機ＩＭへ入力される
。

本発明による三相誘導電動機のトルク制御においては、
応答に時間的遅れのない、極めて連込制御が得られるこ
とが、大きな特長である。この点を説明すれば、第３図
の電流型制御のＴ−Ｉ型等価回路において、励磁電流Ｒ
の太さは一定に保たれてお勺、その位相は、単位回転ベ
クトル発振器ｊωｔ の出力ｅ　　によって、連続性が保たれるので、その角
周波数ωが不連続に変化しても、励磁電流１％の瞬時値
には連続性が保たれて、過渡現象は発生しない。第６図
のＴ−Ｉ型等価回路ではりアクタンスは励磁リアクタン
スのみで、二次側には他にリアクタンス、従ってインダ
クタンスは無いので、励磁電流Ｉ’ｏのみに連続性を保
って過渡現象を発生しなければ、回路全体としても過渡
現象は全く発生しない。第７図は上記の説明を図解した
もので、時刻ｔ０でトルクがＴ１からＴ、とカるように
指令を受けたとき、励磁電流瞬時値ｉ。は直ちにその周
波数のみを変えるが、瞬時値は連続的に変化して、過渡
現象は全く発生しないので、トルクは時間的遅れがなく
、Ｔ、からＴ、に変る。この重要な事実は、従来のベク
トル制御理論でｌ（ｉ見落されていたところであシ、ベ
クトル制御方式では必ず過渡現象を発生して、トルク制
御において瞬時応答を得ることは不可能であった。

なお上述のような励磁電流の連続性は、トルク指令値が
零となっても、また被制御誘導電動機の回転速度が零と
なっても、いつも保たれなければならない。トルク指令
値が零のときには、−次電流工１は励磁電流ｉ′ｏと等
しくなる。誘導電動機が停止して、かつトルク指令値が
零のときには、励磁電流のみとなって、その周波数は零
で、励磁電流は直流となるが、三相電流の瞬時値波形が
ある位相で静止した値に保持されねばならない。もしこ
のとき電源を断にして、−次組流をＦとすると、トルク
指令が来たときに、励磁電流に大きな過渡現象が発生し
て、連応性の高い制御は得られない。

誘導電動機に関する制御対象が、例えばその回転速度で
あっても、あるいはその軸の回転位置であっても、閉ル
ープ制御が行なわれるような高級な制御においては、誘
導電動機のトルクが入力指令となる。誘導電動機の軸の
回転位置が制御対象となる場合を例として、第５図に示
す本発明によるトルク制御方式の適用について説明する
。第８図において、左端よシ位置指令ｘｒが入力される
。

被制御誘導電動機の軸に結合された位置センサより、位
置Ｘが出力され、両者の差ｘｒｘ−ΔＸがトルク指令演
算器に入力される。トルク指令演算器は一種の補償演算
回路で、これよりトルク指令Ｔｒが出力される。制御回
路のその他の部分は、第６図のトルク制御回路と全く同
じである。

（発明の効果） 上述したところから明らかなように、本発明は以下のよ
うな効果をもつものであ−る。

（１）　　従来のベクトル制御方式における二次磁束を
定値とし、ｄ軸、−ｑ軸による二相座標系を用いる制御
演算を行なうための制御回路構成に比べて、本発明の磁
界加速法制御方式の制御回路構成は非常にｆｆｆｉ単と
なる。

（２）従来のベクトル制御と異なって、トルクの制御指
令が変化しても、電気的過渡現象が発生しないので、ト
ルク制御の応答が栖めて速い。

従って本発明の磁界加速性制御によれば、制御回路構成
が簡単になるので、制御装置の低コスト化と高信頼化が
可能となり、さらに、安定で極めて連応性の高い制御応
答が得られて、誘導電動機による高性能の制御が実現で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は三相誘導電動機の公知の対称Ｔ型等価回路、第
２図は同じく一般Ｔ型等価回路、第３図は本発明の基磁
と力る非対称Ｔ−Ｉ型等価回路、第４図はＴ−Ｉ等価回
路のトルク対すべり周波数特性曲線、第５図はＴ−Ｉ型
等価回路の一次電流対すべり周波数粘性曲線、第６図は
本発明による誘導電動機のトルク制御のブロック構成図
、第７図は本発明による制御方式のトルク応答と励磁電
流の時間的変化、第８図本発明による位置制御原理図で
ある。 ＩＭ・・・訪導電動機、Ｔｒ・・・トルク指令値、Ｓω
・・・すべり角周波数、■、・・・−次電流、■。・・
・励磁電流、Ｌｍ・・・励磁インダクタンスｓ　　ｒｌ
・・・二次抵抗特許出願人　山　村　　昌 外１名 代理人　弁理士　辻　　　　　　室 外１名 第　１　図 第　２　図 案　３　図 穿４　口 ｆ 阜　５　図 ５４　　　　　　Ｈｚ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　誘導電動機に対するトルク指令値が与えられ
   たとき、前記誘導電動機の等価回路における、励磁電流
   の太さを一定として、所要の一次電流の大さ、位相、周
   波数を算定して、これを前記誘導電動機の入力とする誘
   導電動機の制御方式において、前記等価回路として対称
   Ｔ型等価回路を理論的に変形して、二次回路に漏れイン
   ダクタンスを含まない形とした非対称等価回路を用いる
   ことによって、制御演算を簡単にして、制御回路を単純
   化するとともに、制御にあたシミ気的過渡現象を発生し
   ない制御を可能にして、制御の連応性を高めた誘導電動
   機の制御方式。
2. （２）二次回路に漏れインダクタンスのない新しい等価
   回路において、励磁電流Ｉ５を一定とし、トルク指令に
   対するすべ９角周波数８ωをトルク指令に比例するもの
   として定め、励磁インダクタンスをＬ’ｍ、二次抵抗ｔ
   　ｒ／２としたとき、−次電流１１をとして定めること
   を特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の誘導電動
   機の制御方式。
3. （３）特許請求の範囲第（２）項記載の誘導電動機の制
   御方式において、トルク指令値に比例するものとして定
   めたすベシ角周波数Ｓωと、被制御誘導電動機の実角速
   度ωｍとの和として得られる電源角周波数ωで回転する
   単位回転ベクトルｅｊ０ｔを与える単位回転ベクトル発
   振器を用いて、−次電、ｉ　０）を 流指令工、と単位回転ベクトルｅ　　との存；を定めて
   、これラミ源インベータへの入力シグナルとして、三相
   の一次電流をイｑて、とか、を入力して制御される誘導
   電動機の制御方式。
4. （４）特許請求の範囲第（２）項記載の誘導電動機の制
   御方式において、誘導電動機へのトルク指令値が零のと
   きにも励磁電流を定値に保持しておく誘導電動機の制御
   方式。
5. （５）三相誘導電動機を用−たことを特徴とする特許請
   求の範囲第（１）項または第（２）項、または第（３）
   項、または第（４）項に記載の誘導電動機の制御方式。