JPS593118B2 - 無整流子電動機制御装置 - Google Patents
無整流子電動機制御装置Info
- Publication number
- JPS593118B2 JPS593118B2 JP52073727A JP7372777A JPS593118B2 JP S593118 B2 JPS593118 B2 JP S593118B2 JP 52073727 A JP52073727 A JP 52073727A JP 7372777 A JP7372777 A JP 7372777A JP S593118 B2 JPS593118 B2 JP S593118B2
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- armature current
- magnetic flux
- current
- horizontal axis
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- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、電機子電流制御ループを有する無整流子電動
機制御装置に関する。
機制御装置に関する。
この種の無整流子電動機制御装置は、例えば富士時報第
４４巻第３号（昭和４６年３月発行）第２４４〜２５２
頁、同第４７巻第２号（昭和４９年２月発行）第２０６
〜２０９頁などをはじめ種種の文献によつて公知である
。
４４巻第３号（昭和４６年３月発行）第２４４〜２５２
頁、同第４７巻第２号（昭和４９年２月発行）第２０６
〜２０９頁などをはじめ種種の文献によつて公知である
。
従来の制御装置で 。は、速度制御ループを構成する速
度調節器によつて与えられるトルク目標値が、直接的に
電流目標値として電機子電流制御ループを構成する電流
調節器に導かれるようになつている。つまり、電動機の
発生トルクの代替値として電機子電流が用いられている
。このような従来の制御装置の欠点は、５ 電機子電流
と発生トルクとの間の関係が、界磁電流の変化や電機子
反作用などの影響により非線形であるために、制御の安
定性を確保するには制御の応答性を犠牲にせざるを得な
いというところにある。１０本発明の目的は、上述の如
き非線形性を補償することにより広い制御範囲にわたつ
て安定性をそこなうことなく応答性を高めることを可能
にすることにある。
度調節器によつて与えられるトルク目標値が、直接的に
電流目標値として電機子電流制御ループを構成する電流
調節器に導かれるようになつている。つまり、電動機の
発生トルクの代替値として電機子電流が用いられている
。このような従来の制御装置の欠点は、５ 電機子電流
と発生トルクとの間の関係が、界磁電流の変化や電機子
反作用などの影響により非線形であるために、制御の安
定性を確保するには制御の応答性を犠牲にせざるを得な
いというところにある。１０本発明の目的は、上述の如
き非線形性を補償することにより広い制御範囲にわたつ
て安定性をそこなうことなく応答性を高めることを可能
にすることにある。
以下図面を参照しながら本発明を詳細に説明す１５る。
第１図は本発明による無整流流子電動機制御装置の制御
系の基本構成を示すブロック図である。
系の基本構成を示すブロック図である。
１は速度目標値ｎ＊と速度実際値ｎとの偏差に応じてト
ルク目標値τ＊を形成する速度調節器であ■０ る。
ルク目標値τ＊を形成する速度調節器であ■０ る。
このトルク目標値τ＊ は本発明によつて付加された非
線形補償回路２により電流目標値１ａ＊に変換される。
３は電流調節器であり、電機子電流実際値１ａをその目
標値１ａ＊に一致させる働きをする。
線形補償回路２により電流目標値１ａ＊に変換される。
３は電流調節器であり、電機子電流実際値１ａをその目
標値１ａ＊に一致させる働きをする。
４はサイリスタ変換器であり、例えば交フ５ 流電源に
接続された可制御整流器、直流リアクトルおよび電動機
電機子巻線に給電する他励インバータから構成すること
ができる。
接続された可制御整流器、直流リアクトルおよび電動機
電機子巻線に給電する他励インバータから構成すること
ができる。
その場合他励インバータは電動機の回転子位置または電
動機端子電圧に応じて制御され、可制御整流器の出力電
圧９０は電流調節器３の出力信号に応じて調節される。
サイリスタ変換器４から給電される電動機は同期電動機
であり、ここでは２つの要素５、６で示されている。要
素５は電機子電流１ａを受けてトルク発生する部分であ
り要素６はその発生トルクと’１５負荷トルクとの合成
トルクを受けて速度ｎで回転する機械的慣性部分である
。第２図は無整流子電動機のベクトル図を近似的に（電
機子抵抗分無視）示したものである。
動機端子電圧に応じて制御され、可制御整流器の出力電
圧９０は電流調節器３の出力信号に応じて調節される。
サイリスタ変換器４から給電される電動機は同期電動機
であり、ここでは２つの要素５、６で示されている。要
素５は電機子電流１ａを受けてトルク発生する部分であ
り要素６はその発生トルクと’１５負荷トルクとの合成
トルクを受けて速度ｎで回転する機械的慣性部分である
。第２図は無整流子電動機のベクトル図を近似的に（電
機子抵抗分無視）示したものである。
電機子電流ベクトルＩａは無負荷誘起電圧ベクトルＥＯ
に対して位相が平均値で（γｏ−ｕ／２）だけ進む。但
し、γ０は無負荷誘起電圧Ｅ。に対する変換器の制御進
み角であり、ｕは変換器の転流重なり角である。電動機
の有効空隙磁束φｇは電動機端子電圧Ｅｔに対してほぼ
９０゜進み、端子電圧Ｅｔは無負荷誘起電圧Ｅ。に対し
てδ（相差角）だけ進んでいる。有効空隙磁束φｇは直
軸成分φｄと横軸成分φｑとに分離して考えることがで
きる。同様に電機子電流１ａは直軸成分Ｉｄと横軸成分
Ｉｑとに分離して考えることができ直軸リアクタンスを
Ｘｄ、横軸リアクタンスをＸｑとおくと、Ｉｄ・Ｘｄお
よびＩｑ−Ｘｑが電機子反作用に相当する。第１図にお
ける非線形補償回路２は要素５の非線形性を補償するも
のである。無整流子電動機における要素５の入出力関係
、即ち電機子電流１ａと平均発生トルクτとの関係はよ
く知られているように、なる式で表わすことができる。
に対して位相が平均値で（γｏ−ｕ／２）だけ進む。但
し、γ０は無負荷誘起電圧Ｅ。に対する変換器の制御進
み角であり、ｕは変換器の転流重なり角である。電動機
の有効空隙磁束φｇは電動機端子電圧Ｅｔに対してほぼ
９０゜進み、端子電圧Ｅｔは無負荷誘起電圧Ｅ。に対し
てδ（相差角）だけ進んでいる。有効空隙磁束φｇは直
軸成分φｄと横軸成分φｑとに分離して考えることがで
きる。同様に電機子電流１ａは直軸成分Ｉｄと横軸成分
Ｉｑとに分離して考えることができ直軸リアクタンスを
Ｘｄ、横軸リアクタンスをＸｑとおくと、Ｉｄ・Ｘｄお
よびＩｑ−Ｘｑが電機子反作用に相当する。第１図にお
ける非線形補償回路２は要素５の非線形性を補償するも
のである。無整流子電動機における要素５の入出力関係
、即ち電機子電流１ａと平均発生トルクτとの関係はよ
く知られているように、なる式で表わすことができる。
但し、Ｋ１は定数である。転流重なり重ｕは一般に小さ
いので、とおくことができる。従つて、となる。
いので、とおくことができる。従つて、となる。
つまり、要素５の伝達比φ′はにて表わすことができる
。
。
それ故、第１図において、非線形補償回路２は式（３）
で表わされる伝達比の逆関数１／φ′に相当する伝達比
を持たせればよいことになる。これが本発明の基本原理
である。第３図は、その基本原理を実現するための非線
形補償回路２の実施例を示す。この実施例を説明する前
に先に示した式（２）をもう一度考察することにする。
式（２）は、まず次のように変形することができる。と
ころで、 であるから、 となる。
で表わされる伝達比の逆関数１／φ′に相当する伝達比
を持たせればよいことになる。これが本発明の基本原理
である。第３図は、その基本原理を実現するための非線
形補償回路２の実施例を示す。この実施例を説明する前
に先に示した式（２）をもう一度考察することにする。
式（２）は、まず次のように変形することができる。と
ころで、 であるから、 となる。
更に、一般にはγ。＞号であるので、となる。第３図の
実施例は式（７）で表わされる１ａとτとの関係に対応
させてトルク目標値τ＊を電流目標値１ａ＊に変換する
ものである。
実施例は式（７）で表わされる１ａとτとの関係に対応
させてトルク目標値τ＊を電流目標値１ａ＊に変換する
ものである。
第３図において、２１は磁束演算器であり、これは電機
子電流の直軸成分Ｉｄおよび横軸成分Ｉｑと界磁電流Ｉ
ｆとから有効空隙磁束φｇの直軸成分ψｄおよび横軸成
分φｑを算出する。この種の磁束演算器としては公知の
ものを使用することができる。（特開昭４８−１５０１
０号公報）。２２〜２５は掛算器、２６は加算器、２７
は割算器である。
子電流の直軸成分Ｉｄおよび横軸成分Ｉｑと界磁電流Ｉ
ｆとから有効空隙磁束φｇの直軸成分ψｄおよび横軸成
分φｑを算出する。この種の磁束演算器としては公知の
ものを使用することができる。（特開昭４８−１５０１
０号公報）。２２〜２５は掛算器、２６は加算器、２７
は割算器である。
無整流子電動機における制御進み角γ。は一定値である
か、あるいは可変であつてもほとんどの場合段階的に切
換えられるだけであるので、ＣＯｓγ０は図示の如く設
定器２８，２９によつて予め与えることができる。電機
子電流の直軸成分Ｉｄおよび横軸成分Ｉｑは、γ０＞ｕ
／２の場合にである。
か、あるいは可変であつてもほとんどの場合段階的に切
換えられるだけであるので、ＣＯｓγ０は図示の如く設
定器２８，２９によつて予め与えることができる。電機
子電流の直軸成分Ｉｄおよび横軸成分Ｉｑは、γ０＞ｕ
／２の場合にである。
掛算器２４，２５は電機子電流実際値１ａからこの関係
式に従つてＩｄ，Ｉｑを算出する。磁束演算器２１から
得られる演算値ψＤ，ψｑはそれぞれ掛算器２２，２３
によつてＣＯｓγ０，Ｓ１ｎγ０と掛算された後加算器
２６で加算される。従つて加算器の出力φ′となる。
式に従つてＩｄ，Ｉｑを算出する。磁束演算器２１から
得られる演算値ψＤ，ψｑはそれぞれ掛算器２２，２３
によつてＣＯｓγ０，Ｓ１ｎγ０と掛算された後加算器
２６で加算される。従つて加算器の出力φ′となる。
第１図における速度調節器１によつて与えられたトルク
目標値τ＊は割算器２１上記出力φ′によつて割算され
電機子目標値１ａ＊となる。即ちなる関係があり先の式
（７）と対応している。
目標値τ＊は割算器２１上記出力φ′によつて割算され
電機子目標値１ａ＊となる。即ちなる関係があり先の式
（７）と対応している。
第４図における割算器２Ｔは掛算器２Ｔ１と演算増幅器
２Ｔ２とから構成することができる。電流調節器３の動
作が速く、電流実際値１ａが電流目標値１ａ＊に良好に
追従する場合には第３図における掛算器２４，２５の入
力１ａは目標値１ａ＊に置き換えてもよい。第５図は本
発明による非線形補償回路２７の変形例を示す。
２Ｔ２とから構成することができる。電流調節器３の動
作が速く、電流実際値１ａが電流目標値１ａ＊に良好に
追従する場合には第３図における掛算器２４，２５の入
力１ａは目標値１ａ＊に置き換えてもよい。第５図は本
発明による非線形補償回路２７の変形例を示す。
この変形例は、先の式（６）においてなる関係式を代入
することによつて得られる次の式、即ちを利用したもの
である。
することによつて得られる次の式、即ちを利用したもの
である。
第５図によれば、演算増幅器２７３に入力抵抗Ｒｉを介
してトルク目標値τ＊が導かれている。
してトルク目標値τ＊が導かれている。
この増幅器２１３の出力１ａ＊は掛算器２４，２５によ
つてそれぞれＣＯｓγ０，Ｓ１ｎγ０を掛算される。掛
算器２４，２５の出力１ａ＊ＣＯＳγ０，Ｉａ＊Ｓｌｎ
γ０はそれぞれ掛算器２２，２３によつて磁束演算器２
１の出力φＤ，φｑと掛算される。掛算器２２，２３の
出力φＤｌａ＊ＣＯＳγ０，φＱｌａ＊Ｓ１γ０はそれ
ぞれ等しい抵抗Ｒｆを介して増幅器２７３の入力側に導
かれる。演算増幅器２？３の増幅度は一ωと見なすこと
ができるので、次式が成り立つこの式において、とおけ
ばこの式は先の式（９）と対応する。
つてそれぞれＣＯｓγ０，Ｓ１ｎγ０を掛算される。掛
算器２４，２５の出力１ａ＊ＣＯＳγ０，Ｉａ＊Ｓｌｎ
γ０はそれぞれ掛算器２２，２３によつて磁束演算器２
１の出力φＤ，φｑと掛算される。掛算器２２，２３の
出力φＤｌａ＊ＣＯＳγ０，φＱｌａ＊Ｓ１γ０はそれ
ぞれ等しい抵抗Ｒｆを介して増幅器２７３の入力側に導
かれる。演算増幅器２？３の増幅度は一ωと見なすこと
ができるので、次式が成り立つこの式において、とおけ
ばこの式は先の式（９）と対応する。
つまり、第５図の実施例では電機式電流目標値１ａ＊を
もとに電機子電流の直軸成分Ｉｄおよび横軸成分Ｉｑが
求められ、これらが磁束演算器の入力としても利用され
ている。以上の２つの実施例（第３図、第５図）におい
ては転流重なり角ｕの影響を無視したが、必要に応じて
補正を加えることもできる。
もとに電機子電流の直軸成分Ｉｄおよび横軸成分Ｉｑが
求められ、これらが磁束演算器の入力としても利用され
ている。以上の２つの実施例（第３図、第５図）におい
ては転流重なり角ｕの影響を無視したが、必要に応じて
補正を加えることもできる。
この場合の最も簡単な補正は、平均的な運転条件（例え
ば定格運転状態）におけるｕの値Ｕ，に従つて、例えば
式（７）においてＣＯｓγ０，ｓｉｎγ０を０ｓ（γｏ
− Ｕ，／ ２），Ｓｉｎ（γｏ−ｕｌ／２）と置き換
えると共に、定数Ｋ１をＫＩＣＯＳケに置き換えること
である。また、以上では平均値トルクの式から出発した
が、電機子電流１ａおよび電圧Ｅｔをベクトルで検出す
ることができ．る場合には、臨時値トルクτ１Ｅｔはベ
クトル１ａと一とのスカラー積に比例するこωとから となるので（但し、Ｋ２は定数であり、ωは角周波数で
あり、ｔはマトリツクスの転置を表わす。
ば定格運転状態）におけるｕの値Ｕ，に従つて、例えば
式（７）においてＣＯｓγ０，ｓｉｎγ０を０ｓ（γｏ
− Ｕ，／ ２），Ｓｉｎ（γｏ−ｕｌ／２）と置き換
えると共に、定数Ｋ１をＫＩＣＯＳケに置き換えること
である。また、以上では平均値トルクの式から出発した
が、電機子電流１ａおよび電圧Ｅｔをベクトルで検出す
ることができ．る場合には、臨時値トルクτ１Ｅｔはベ
クトル１ａと一とのスカラー積に比例するこωとから となるので（但し、Ｋ２は定数であり、ωは角周波数で
あり、ｔはマトリツクスの転置を表わす。
）無負荷誘起電圧ベクトルに対して電機子電流ベクトル
が位相角θだけ進んでいるものとすると、となる（但七
、Ｋ３− Ｋ − Ｋ２＝定数）。上式においてφＧｃ
Ｏｓδ，φＧＳｌｎδは第３図もしくは第５図における
磁束演算器２１から得られるので、１ａＣＯＳθ＝Ｉｑ
，ＩａＳｌｎθ＝Ｉｄが検出できれば、第３図もしくは
第５図と同様の考え方で、非常形補償回路を構成するこ
とができる。
が位相角θだけ進んでいるものとすると、となる（但七
、Ｋ３− Ｋ − Ｋ２＝定数）。上式においてφＧｃ
Ｏｓδ，φＧＳｌｎδは第３図もしくは第５図における
磁束演算器２１から得られるので、１ａＣＯＳθ＝Ｉｑ
，ＩａＳｌｎθ＝Ｉｄが検出できれば、第３図もしくは
第５図と同様の考え方で、非常形補償回路を構成するこ
とができる。
この場合には重なり角、トルク、リツプルに対しても補
償の対象とされている。第６図は１ａＣＯＳθ，１ａＳ
ｌｎθを検出するための装置の実施例を示す。第６図に
おいて、ＳＭは図示されていないサイリスタ変換器から
給電される同期電動機であり、ＰＳは回転子位置検出器
である。
償の対象とされている。第６図は１ａＣＯＳθ，１ａＳ
ｌｎθを検出するための装置の実施例を示す。第６図に
おいて、ＳＭは図示されていないサイリスタ変換器から
給電される同期電動機であり、ＰＳは回転子位置検出器
である。
ＶＡはベクトルアナライザであり、これの出力は無負荷
誘起電圧ベクトルの単位ベクトルの２つの直交成分ＣＯ
ｓ（ｌ）Ｔ，ｓｌｎ（ｔ）ｔである。ＴはＣＴによつて
検出された３相電機子電流ベクトルを２つの直交成分に
て表示されたベクトルに変換する変換器であり、これの
出力は１ａＣＯｓ（ωｔ＋θ），１ａＳｉｎ（ωｔ＋θ
）である。ＶＤはベクトル回転器であり、これは４つの
乗算器と加算器および減算器とで構成されていて、次の
２つの式に従つた演算を行う。これにより、所望の１ａ
ＣＯＳθ，１ａＳｌｎθが求まる。
誘起電圧ベクトルの単位ベクトルの２つの直交成分ＣＯ
ｓ（ｌ）Ｔ，ｓｌｎ（ｔ）ｔである。ＴはＣＴによつて
検出された３相電機子電流ベクトルを２つの直交成分に
て表示されたベクトルに変換する変換器であり、これの
出力は１ａＣＯｓ（ωｔ＋θ），１ａＳｉｎ（ωｔ＋θ
）である。ＶＤはベクトル回転器であり、これは４つの
乗算器と加算器および減算器とで構成されていて、次の
２つの式に従つた演算を行う。これにより、所望の１ａ
ＣＯＳθ，１ａＳｌｎθが求まる。
このようにした求め１ａＣＯＳθ，１ａＳｌｎθにより
、式ＡＯ）に基づいて第３図もしくは第５図の回路原理
に従つて非線形補償回路を構成することができる。以上
の説明から分るように、本発明によれは、無整流子電動
機の有効空隙磁束、制御進み角などを考慮して電機子電
流と発生トルクとの非線形性を補償しているので、広い
制御範囲にわたつて制御の安定性を低下させることなく
制御の応答性を高めることが可能となる。
、式ＡＯ）に基づいて第３図もしくは第５図の回路原理
に従つて非線形補償回路を構成することができる。以上
の説明から分るように、本発明によれは、無整流子電動
機の有効空隙磁束、制御進み角などを考慮して電機子電
流と発生トルクとの非線形性を補償しているので、広い
制御範囲にわたつて制御の安定性を低下させることなく
制御の応答性を高めることが可能となる。
第１図は本発明による制御装置の原理構成を示すプロツ
ク図、第２図は無整流子電動機のベクトル図、第３図お
よび第５図は本発明による制御装置の非線形補償回路の
互いに異なる実施例を示すプロツク図、第４図は第３図
における割算器の構成例を示すプロツク図、第６図は本
発明による制御装置の非線形補償回路の検出部の別の実
施例を示すプロツク図である。
ク図、第２図は無整流子電動機のベクトル図、第３図お
よび第５図は本発明による制御装置の非線形補償回路の
互いに異なる実施例を示すプロツク図、第４図は第３図
における割算器の構成例を示すプロツク図、第６図は本
発明による制御装置の非線形補償回路の検出部の別の実
施例を示すプロツク図である。
Claims (1)
- １ 電機子電流制御ループを有する無整流子電動機制御
装置において、電機子電流から直軸成分および横軸成分
を求める手段と、該手段が求めた電機子電流の直軸成分
および横軸成分と界磁電流とから有効空隙磁束の直軸成
分および横軸成分を求める磁束演算手段と、該磁束演算
手段が求めた有効空隙磁束の直軸成分、横軸成分にそれ
ぞれ電機子電流の無負荷誘起電圧に対する制御進み角の
余弦値、正弦値を掛けてから両者を加算して得られる値
の逆数をトルク目標値に掛けて電機電流制御ループに電
機子電流目標値として与える手段とからなる非線形補償
回路を設けたことを特徴とする無整流子電動機制御装置
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52073727A JPS593118B2 (ja) | 1977-06-21 | 1977-06-21 | 無整流子電動機制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52073727A JPS593118B2 (ja) | 1977-06-21 | 1977-06-21 | 無整流子電動機制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS548818A JPS548818A (en) | 1979-01-23 |
| JPS593118B2 true JPS593118B2 (ja) | 1984-01-23 |
Family
ID=13526541
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP52073727A Expired JPS593118B2 (ja) | 1977-06-21 | 1977-06-21 | 無整流子電動機制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS593118B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60261387A (ja) * | 1984-06-07 | 1985-12-24 | Sony Corp | モ−タのドライブ回路 |
-
1977
- 1977-06-21 JP JP52073727A patent/JPS593118B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS548818A (en) | 1979-01-23 |
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