JPS6031193B2 - 誘導電動機の制御方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は誘導電動機の制御方式に関するものである。

第１図は従来の誘導電動機の制御方式の一例を示し、同
図において、交流電源入力は順変換器１により１ｌ頃変
換され、その順変換された直流出力は直流リアクトル２
を介して逆変換器３に供給され逆変換器３において逆変
換され所望の周波数の交流出力が取り出され、誘導電動
機ＩＭを駆動している。

このように順変換器１と逆変換器３を有するィンバータ
装置により駆動される誘導電動機ＩＭの制御装置の構成
について述べると、４は誘導電動機ＩＭの回転速度の検
出を行なう速度発電機、５は速度発電機４の出力すなわ
ちＩＭの回転速度の検出値（のｒ）ｄと回転速度の設定
値（のｒ）ｓとが供給されその偏差信号を取り出すつき
合せ回路、６はつき合せ回路５の出力を入力とし、これ
を増幅する速度制御用リミッタ付増幅器、７はリミツタ
付増幅器８の出力の。と速度発電機４の出力（のｒ）ｄ
とが供給され、その偏差出力すなわちすべり周波数（の
ｓ）ｄを送出するつき合せ回礎、９はつき合せ回路７の
出力（のｓ）ｄと増幅器６の出力によるすべり角周波数
の設定値（叫）ｓとが供９絵され、その偏差出力を前記
増幅器８に供給するつき合せ回路、１０は前記増幅器８
の出力の。を周波数信号に変換する電圧一周波数変換器
、１１は電圧一周波数変換器１０の出力にもとづき逆変
換器３のサィリスタゲートを制御する分配器、１２は前
記増幅器６の出力が二次電流の設定値（１２）ｓの自乗
を算出するための乗算回路、１３は無負荷電流ＩＭ（一
定）の自乗を算出するための乗算回路、１４は乗算回路
１２の出力と乗算回路１３との出力とが供繋合され、そ
の和を取出す加算回路、１５は加算回路１４の出力が供
給され、その出力を一次電流の設定値（１．）Ｓとして
送出する開平演算器、１６は順変換器１の出力側に設け
られた直流変流器１７′で検出した一次電流（１）ｄと
開平演算器１５の出力（１，）ｓとが供給され、その偏
差出力をリミッタ付増幅器１７に送出するつき合せ回路
、１８は増幅器１７の出力にもとづいて順変換器１のサ
ィリスタゲートを制御する位相調整器である。第２図は
従釆の譲導電動機の制御方式の他の例を示し、第１図と
の相異点は速度発電機４の出力である速度検出値（のｒ
）ｄとりミッタ付増幅器６の出力のＳとを加算回路１９
で加算して得られる偏差出力の。

を電圧一周波数変換器１０１こ供給したことにあり、そ
の他の構成については第１図と同じものであるいは同じ
機能を有するものには同符号を用いている。以上の第１
図および第２図の誘導電動機の制御方式では次のような
問題点がある。

即ち、 【１｝ 二次電流１２の代りに一次電流１，を指定して
いるので、一次電流が指定値になっても二次電流は必ず
しも指定値にならない。

過渡状態では励磁分と有効分との割り振りが期待適切こ
ならない。‘２） 電流形では、電流の周波数（位相を
含む）を指定するべきであるが、電圧の周波数を指定し
ている。

過渡状態では力率角に変化があり、この変化分が問題に
なる。‘３｝ 第２図の方式では、すべり角周波数には
時間遅れがなく、電流制御系には時定数があるため、過
度状態では二次電流とすべり角周波数の比が一定になら
ない。

本発明はこのような従来の問題点を解決しようとするも
ので、以下実施例を用いて説明する。第３図は本発明に
よる誘導電動機の制御方式の一実施例を示し、第１図と
同じものあるいは同じ機能を有するものには同符号を用
いている。同図において、回転速度の設定値（山ｒ）ｓ
と速度発電機４による誘導電動機ＩＭの速度設定値（の
ｒ）ｄとをつき合せ回路５でつき合せて得られる偏差を
第１のリミッタ付増幅器６で増幅し、その出力は二次電
流の設定値（１２）Ｓおよびすべり角周波数の設定値（
のｓ）ｓとする。リミッタ付増幅器６におけるリミッタ
は、すべりがトルクの最大限を越えないように設定する
。二次電流制御ループでは、二次電流算出回路２川こお
いて二次電薪可２を一次電流１，（ここでは直流変流器
１７′により検出した一次電流（１，）ｄを用いる）、
すべり角周波数のｓ（ここではつき合せ回路２１の出力
である（のｓ）ｄを用いる）、その他の直接検出できる
量（例えば端子電圧Ｖ，、電源周波数のｉ等）より計算
で求め、（１２）ｃとする。

この二次電流算出方法については後述する。つき合せ回
路２２で二次電流算出回路２０の出力（１２）ｃとりミ
ッタ付増幅器６の出力である二次電流設定値（１２）ｓ
とをつき合せて得られる偏差出力を第二のリミッ夕付増
幅器２３を介して一次電流の設定値（１，）ｓとして取
り出し、つき合せ回路２４に入力する。一次電流を制限
値に抑えるには、この設定値（１，）ｓにはリミッ夕付
増幅器２３により制限を設ける。つき合せ回路２４で直
流変流器１７′で検出した一次電流（１，）ｄと前記設
定値（１，）ｓとをつき合せて、その偏差出力をリミッ
タ付増幅器１７を介して位相調整器１８に入力し、この
位相調整器１８の出力により順変換器１のサィリスタゲ
ートを制御して一次電流を設定値にする。次にすべり角
周波数のｓの制御ループでは、すべり角周波数の設定値
（のｓ）ｓとっさ合せ回路２１の出力である検出値（ｗ
ｓ）ｄとをつき合せ回路２５でつき合せ、その偏差出力
を第三のリミッタ付増幅器２６で増幅して一次電流の周
波数信号の，としている。

力率角微分値算出回路２７はつき合せ回路２１の出力で
あるすべり角周波数の検出値（．のＳ）ｄにもとづき力
率角の時間微分値のを算出する。この力率角の時間微分
値のの算出方法については後述する。加算回路２８は一
次電流の周波数信号の，に力率角の時間微分値のを加え
て一次電圧の周波数信号のｖを求め、この一次電圧の角
周波数信号のｖと速度検出値（のｒ）ｄとをつき合せ回
路２１でつき合せて、その偏差としてすべり角周波数の
検出値（のｓ）ｄが得られる。前記一次電流の角周波数
に対応する信号岬が電圧一周波数変換器（Ｖ／Ｆと略記
する）１０に入力され、分配器１１を介して逆変換器３
のサイリスタゲートを制御している。次に一次電圧の角
周波数信号が一次電流の角周波数信号と力率角の時間微
分値のとの和で表わされることの理由について述べると
、定常状態においては一次電流角周波数及び一次電圧角
周波数とは等しいが、負荷変動等により過度状態になる
と異なってくる。この様子を第１２図により示すと、例
えば定常状態において力率角がの，であって一次電流及
び一次電圧が夫々実線‘ｉ），‘ｉｉ）で示される波形
であるとする。ここで負荷変動等により一次電圧が鎖線
｛ｉｉｉ｝で示される波形となり、力率角がの，からの
２ に変化して悪くなった場合を考える。力率角がの，
からの２に変わるためには、一次電圧の角周波数が大き
くならなければならない。その角周波数の変化分は力率
角の変化の微分値となり、これを式で表わせばのｖ２＝
のｖ，十のである。也ｖ，，のけは、夫々変化前後の一
次電圧角周波数である。ところで山Ｖ，は変化則ち定常
状態時における値であるから、一次電流角周波数に等し
い。従って一次電圧の角周波数は、一次電流の角周波数
と力率角の時間微分とを加えたものになる。ここで、二
次電流１２とすべり角周波数のｓの比が過度状態を含め
て一定になるようにリミッタ付増幅器２３とＩＪミッタ
付増幅器２６とで調整する。

次に前述した二次電流の算出方法および力率角の時間微
分値の算出方法とについて以下詳述する。

〔１〕二次電流の算出方法 ｛１ー 一次電流と二次電流の関係より求める。

のＳＭ ，．，…，．，｛１，１２＝
〉Ｌ＋のＳＺＭ＋Ｌセ１．ここで、ｒ２：二次回路の抵
抗 Ｍ：一次回路と二次回路の相互イ ンダクタンス Ｌ２：二次回路漏れインダクタン ス 二次電流１２‘ま一次電流１２とすべり角周波数叫より
求められる。

【１｝式はさらに のＳＭ Ｆ（のＳ）＝ゾｒ２十のＳ２Ｍ十−）２とおくと、１２
＝Ｆ（■Ｓ）‐１． ………■となり、こ
れより１２を求めるには第６図の如く、すべり角周波数
似を折線近似関数発生器２９等に入力してＦ（のｓ）を
求め、これを乗算器３０‘こ入力し一次電荻五，と掛け
合せることにより二次電流１２を求める。

なおのｓ−Ｆ（ｗｓ）曲線は第７図で示される。■ 有
効電力と二次電流との関係より求める。

Ｐ＝凶生１〆 …・・…・【
３｝○リＳたゞし、一次回路の電力損失は無視している
。

‘３｝式を書き直すと、 Ｉ２こだ声 ．・・．・・．・側 有効電力Ｐは誘起電圧Ｖｍと一次電流１，の瞬時値の積
の時間平均であるから、第８図のようにして求められる
。

第８図においては−Ｖｍと１，とを乗算器３１で乗じて
、その出力をフィル夕３２を通して有効電力Ｐを求め、
これにｗＳを乗算器３３で乗じて、それを除算器３４に
入力し帆で割り、その出力に増幅器３５で１′ｒ２倍に
したものを開平演算器３６で平方眼を求めて、これを二
次電流１２とする。

演算増幅器３２はフィル夕に用いたもので、３２ａは増
幅器、３２ｂ，３２ｄは抵※抗、３２ｃはコンデンサで
ある。

なお誘起電圧は一次端子電圧Ｖ，より一次電圧降下を差
引し、たもので、Ｖｍ＝Ｖ，一（ｒ，十ＰＬ．）１，と
して求められる。

ここで、ｒ・は一次抵抗、Ｌ，は一次の漏れィンダクタ
ンス、Ｐは微分演算子である。

このＶｍの求め方を回路図で示すと第１１図となる。第
１１図において、４４は１・を入力し、出力として−（
ｒ，十ＰＬ）１，を求める演算増幅器、４５はつき合せ
回路である。演算増幅器４４において、４４ａは増幅器
、４４ｂ，４４ｃは抵抗、４４ｄはコンデンサであり、
つき合せ回路４５において、４５ａ，４５ｂは抵抗、４
５ｃは増幅器である。しかし、誘起電圧は近似的には一
次端子電圧で代用する。■ 電流の有効分で近似する。

二次電流はほとんど有効分であるから、一次電流の有効
分（ｌｐ）で代用できる。

従って、ｌｐ＝Ｐ／Ｖｍ ……………【５｝二次電
流１２即ち一次電流１，の有効分ｌｐは有効電力Ｐを誘
起電圧の時間平均値Ｖｍで割って得られる。

この求め方を回路図で示すと第９図となる。第９図にお
いて、３７は１，と−Ｖｍとを乗じる乗算器、３８，３
９はフィルタ回路、４川ま有効電力ＰをＶｍ（平均値）
で割る除算器である。フィルタ回路３８，３９において
、３８ａ，３９ｂは増幅器、３８ｂ，３８ｃ，３９ｂ，
３９ｃは抵抗、３８ｄ，３９ｄはコンデンサである。

〔ロ〕 力率角の時間微分値の算出方法 誘起電圧を基準にした一次電流の力率角は次式で表わさ
れる。

ｒ２のＳＭ Ｃｏｓの＝ス寅云Ｓ２（ｈ４十Ｌ２）２ゾｒ２２十のＳ
２−２．．・｛６ーすなわち、定常状態では、すべり角
周波数のみの関数となる。

力率角の時間微分は 等＝±｛ｒ２端端声帯滞留似・小 ・‐…
‐ｄｔとなるので、叫とその時間微分の関数として求め
ることができる。

髪のェＧ（■Ｓ），ｄ山凶 …………‘８）
ｄｔここで、 Ｇ（叫）ニ± 生Ｍ｛ｒ２２一のＳ２｝の＾十Ｌ２）｝ ｛ら２十の子（Ｍ＋Ｌ２）２｝ ｛ｒ２２十の子−２｝
と書き直すことができる。

従って、力率角の時間微分値は第１０図に示すようにし
て求められる。第１０図において、４１はのＳを入力し
、Ｇ（岬）を求める関数発生器、４２はのｓの時間微分
値を導出する微分回路、４３は微分回路４２の出刀でぁ
る等欄機生器４１地力であるＧ（のＳ）とを乗じてｄａ
多を求める乗算回路である。

なお微分回路４２において、４２ａは増幅器、４２ｂは
抵抗、４２ｃはコンデンサである。以上のようにして二
次電流の算出および力率角の時間微分値の算出が行なわ
れる。

第４図は他の発明である誘導電動機の制御方式を示す。

同図において、すべり角周波数の設定値（ｗＳ）ｓとす
べり角周波数の検出値（山ｓ）ｄとをつき合せ回路２５
でつき合せて得られる偏差信号をリミッタ付増幅器２６
で増幅して一次電圧の角周波数信号のＶとしている。ま
た一次電圧の角周波数信号のｖと回転速度の検出値（の
ｒ）ｄとをつき合せ回路２１に供給し、その偏差出力が
すべり角周波数の検出値（■Ｓ）ｄであり、この検出値
（のＳ）ｄを力率角算出回路２７に入力し、力率角のの
時間微分値のを導出する。一次電流の角周波数信号のｉ
はつき合せ回路４６で電圧の角周波数信号のｖから力率
角の時間微分値のを差引し、て得られる。この一次電流
の角周波数信号岬をィンバータ駆動用電圧一周波数変換
器（Ｖ／Ｆ）１０の入力となっている。

その他の回路構成については第３図と同様であり、第３
図と同じものあるいは同じ機能を有するものには同符号
を用いている。第５図は更に他の発明である誘導電動機
の制御方式を示し、同図においてリミッタ付増幅器６の
出力であるすべり角周波数の設定値（のｓ）ｓを時定数
調整回路４７を通して得られる出力がすべり角周波数の
Ｓで、これに回転速度の検出値（のｒ）ｄを加算回路４
８で加え、その加算出力が一次電圧の角周波数信号叫で
あり、この一次電圧の角周波数信号のＶと力率角の時間
微分値のをつき合せ回路４９に供給して得られる偏差出
力即ち一次電流の角周波数信号のｉを電圧一周波数変換
器ｌ０の入力としている。ここで時定数調整回路４７の
出力叫を力率角算出回路２７に入力して力率角の時間微
分値のを導出している。以上、第３図〜第５図のいずれ
の場合も、一次電流の角周波数に対応する信号のｉが電
圧一周波数変換器１０の入力になっており、この電圧一
周波数変換器１０の出力は分配器１１を通してィンバー
タ３を駆動している。

また第３図，第４図では増幅器２３と２６を調整するこ
とにより、第５図では増幅器２３と時定数調整回路４７
を調整することにより、二次電流１２とすべり角周波数
■ｓの比が過度状態を含めて一定になるようにしている
。

なお、本実施例においては、一次電流検出はＰＡＭ方式
のインバータを採用し直流回路より直流変流器１７′で
行なっているが、本発明はこれに限定されることなく、
ィンバータ装置がＰＡＭ方式のィンバータの場合電源側
（順変換器１の入力側）の入力電流や逆変換器３の出力
電流を変流器で検出し、またＰＷＭ方式インバータの場
合は逆変換器３の出力電流を変流器で検出し、これを一
次電流の検出値としてもよいことはいうまでもないこと
である。

また本実施例においては、誘導電動機ＩＭの一次電流の
制御は、ＰＡＭ方止により電源側の順変換器１の位相調
整を行なって直流電流を制御しているけれども本発明は
これに限定されることなく、ＰＮＭ方式により順変換器
１の出力側の直流回路にチョッパ回路を設けてチョッパ
回路の通流幅制御を行なって直流電流を制御してもよい
し、またＰＷＭ方式により逆変換器３の通流幅を制御し
てもよいことはもちろんである。

また本実施例においては、誘導電動機の回転速度の検出
は、速度発電機４を用いているけれども、本発明はこれ
に限定されることなくパルスピックアップ等でパルス数
で検出し、周波数−電圧変換器で直流電圧に変換し、そ
れを用いてもよいことはもちろんである。

上述した本発明を用いれば次のような種々の効果を奏す
る。

｛１）二次電流制御ループとすべり角周波数制御ループ
の時定数を等しくすることができ、従って二次電流制御
ループとすべり周波数制御ループの応答速度を等しくで
きるので、二次電流とすべり角周波数の比は過度状態で
も一定になる。

従って磁束も一定になる。■ 間接ではあるが、二次電
流を検出制御しているので、二次電流が所定の値になる
。

‘３１ 力率角の時間微分を導出して一次電圧の周波数
と電流の周波数の差を考慮しているので、一次電流を制
御しても二次電流と励磁電流が夫々所定の値になる。

‘４１ 一次電流を検出制御しているから、過電流制限
もかけられる。

■ 磁束一定が過度状態でも成立するから、安定かつ応
答性のよい制御が行なえる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来の誘導電動機の制御方式の各
例を示す回路図、第３図〜第５図は本発暁による誘導電
動機の制御方式の各実施例を示す回路図、第６図〜第９
図，第１１図は二次電流の算出法を説明する図、第１０
図は力率角の時間微分値の算出法を説明する図、第１２
図は一次電流及び一次電圧の関係を示す波形図であって
、図中側は誘導電動機、１は順変換器、２は直流ＩＪァ
クトル、３は逆変換器、４は速度発電機、５，２１，２
２，２４，２５，４６，４９はつき合せ回路、６，１７
，２３，２６はリミツタ付増幅器、１７′は直流変流器
、１０は電圧一周波数変換器、１１は分配器、１８は位
相調整器、２０は二次電流算出回路、２７は力率角微分
値算出回路，２８，４８は加算回路、４７は時定数調整
回略を示す。 第１図 第６図 第７図 第２図 第３図 第４図 第５図 第８図 第９図 第１０図 第１１図 第１２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 順変換器と逆変換器を有するインバータ装置により
   二次電流とすべり角周波数の比を一定にして誘導電動機
   を駆動するものにおいて、該誘導電動機の回転速度を速
   度検出器で検出し、これと速度設定値との偏差出力を第
   一のリミツタ付増幅器で増巾して得られる出力を該誘導
   電動機の２次電流およびすべり角周波数の設定値として
   、一次電流，すべり角周波数の各検出値などより算出し
   た二次電流算出値と前記二次電流設定値とをつき合せて
   得られる偏差出力を第二のリミツタ付増幅器で増幅し、
   その増幅出力を一次電流設定値とし、該一次電流設定値
   と前記一次電流検出値とをつき合せて得られる偏差出力
   にもとづいて一次側の電流調整要素を操作して一次電流
   を設定値にすべく制御すると共に、一次電圧角周波数信
   号と前記速度検出器よりの回転速度検出値とをつき合わ
   せ回路でつき合わせてその偏差出力に基づき力率角微分
   値算出回路にて一次電流の力率角の時間微分値を算出し
   、前記すべり角周波数設定値と前記つき合わせ回路より
   の偏差出力とをつき合わせ、その偏差出力を第三のリミ
   ツタ付増幅器で増幅して得られる出力を一次電流角周波
   数信号とし、この一次電流角周波数信号及び前記力率角
   の時間微分値を加算して求めた一次電圧角周波数信号を
   前記つき合わせ回路に入力する一方、前記一次電流角周
   波数信号にもとづいて前記逆変換器を制御して、二次電
   流とすべり周波数の比が一定となるようにしたことを特
   徴とする誘導電動機の制御方式。 ２ 順変換器と逆変換器を有するインバータ装置により
   二次電流とすべり角周波数の比を一定にして誘導電動機
   を駆動するものにおいて、該誘導電動機の回転速度を速
   度検出器で検出し、これと速度設定値との偏差出力を第
   一のリミツタ付増幅器で増巾して得られる出力を該誘導
   電動機の２次電流およびすべり角周波数の設定値とし、
   一次電流，すべり角周波数の各検出値などより算出した
   二次電流算出値と前記二次電流設定値とをつき合せて得
   られる偏差出力を第二のリミツタ付増幅器で増幅し、そ
   の増幅出力を一次電流設定値とし、該一次電流設定値と
   前記一次電流検出値とをつき合せて得られる偏差出力に
   もとづいて一次側の電流調整要素を操作して一次電流を
   設定値にすべく制御すると共に、一次電圧角周波数信号
   と前記速度検出器よりの回転速度検出値とをつき合わせ
   回路でつき合わせてその偏差出力に基づき力率角微分値
   算出回路にて一次電流の力率角の時間微分値を算出し、
   前記すべり角周波数設定値と前記つき合わせ回路よりの
   偏差出力とをつき合わせ、その偏差出力を第三のリミツ
   タ付増幅器で増幅して得られる出力を一次電圧角周波数
   信号とし、この一次電圧角周波数信号を前記つき合わせ
   回路に入力する一方、前記一次電圧角周波数信号から前
   記力率角の時間微分値を差し引いて求めた一次電流角周
   波数信号にもとづいて前記逆変換器を制御して、二次電
   流とすべり角周波数の比が一定となるようにしたことを
   特徴とする誘導電動機の制御方式。 ３ 順変換器と逆変換器を有するインバータ装置により
   二次電流とすべり角周波数の比を一定にして誘導電動機
   を駆動するものにおいて、該誘導電動機の回転速度を速
   度検出器で検出し、これと速度設定値との偏差出力を第
   一のリミツタ付増幅器で増巾して得られる出力を該誘導
   電動機の２次電流およびすべり角周波数の設定値とし、
   一次電流，すべり角周波数の各検出値などより算出した
   二次電流算出値と前記二次電流設定値とをつき合わせて
   得られる偏差出力を第二のリミツタ付増幅器で増幅し、
   その増幅出力を一次電流設定値とし、該一次電流設定値
   と前記一次電流検出値とをつき合せて得られる偏差出力
   にもとづいて一次側の電流調整要素を操作して一次電流
   を設定値にすべく制御すると共に、前記すべり角周波数
   設定値を時定数調整回路に入力してここよりの出力に基
   づき力率角微分値算出回路にて一次電流の力率角の時間
   微分値を算出し、前記時定数調整回路よりの出力と前記
   回転速度検出器よりの回転速度検出値とを加算した信号
   を一次電圧角周波数信号とし、この一次電圧角周波数信
   号から前記力率角の時間微分値を差し引いて一次電流角
   周波数信号を求め、この一次電流角周波数信号にもとづ
   いて前記逆変換器を制御して、二次電流とすべり周波数
   の比が一定となるようにしたことを特徴とする誘導電動
   機の制御方式。