JPS6031195B2 - 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し、特に可変電圧、
可変周波数電源（サィリスタィンバータ）を用いた誘導
電動機の一次電圧、一次周波数を制御する誘導電動機の
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により順変換さ
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
され所望の電圧の大きさと周波数を有する交流出力が取
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は譲導電動機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の検出値（■
ｒ）ｄと回転速度の設定値（ｗｒ）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はリミッ夕付増幅器８の出力の。と速度発
電機４の検出出力（叫）ｄとが供給され、その偏差出力
（のｓ）ｄを送出するつき合せ回路、９はつき合せ回路
７の出力（叫）ｄと増幅器６の出力によるすべり周波数
の設定値（のｓ）ｓとが供給され、その偏差出力を前記
増幅器８に供給するつき合せ回路、１川ま前記増幅器８
の出力のｏ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のサィリスタケー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とし
て入力されその自乗を算出する乗算器、１３は無負荷電
流１Ｍ（一定）が入力され、その自乗を算出する乗算器
、１４は乗算器１２の出力と乗算器１３の出力とが供Ｖ
給され、その和を取り出す加算回路、１５はつき合せ回
路１４の出力が供甥給され、その平方根をとりその出力
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値（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１８に送出するつき合せ回路、１９は増幅器
１８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図は従釆の誘導電動
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の出力であるすべり周波数信号のｓとをつき
合せ回路２０でつき合せて得られる偏差出力のｏを電圧
一周波数変換器１０に供Ｖ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、 ○’誘導電動機の回転速度の検出が必要である。 ■ 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。 【３１ 第２図の方式では、すべり周波数制御系には時
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、制御系の安
定性と応答速度の改善を図ろうとするもので、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、逆変換器３の出力電圧を一次電圧として
計器用変圧器２１で検出し、その検出量（Ｖｏ）ｄをす
べり角周波数算出回路２２に入力する。 このすべり角周波数算出回路２２には一次電流として直
流変流器１７で検出した直流回路の電流（１，）ｄが入
力されている。また一次周波数の検出値としては後述す
る一次周波数信号のｏを用い、この一次周波数信号の。
がすべり角周波数算出回路２２に入力されている。すべ
り角周波数算出回路２２では、これらの一次櫨流検出値
（１，）ｄ，一次電圧検出値（Ｖ，）ｄ，一次周波数信
号のｏを用いてすべり角周波数を算出し、その算出値を
（のｓ）ｃとする。このすべり角周波数算出回路２２に
おけるすべり角周波数算出方法については後述する。つ
き合せ回路２３で一次周波数の設定値（の。）ｓと検出
値に相当する周波数信号のｏをつき合せて得られる偏差
信号を周波数制御用リミッタ付増幅器２４で増幅し、そ
の出力を二次電流の設定値（１２）ｓおよびすべり周波
数の設定値（の。）ｓとする。この場合、リミツタ付増
幅器２４におけるリミッタはすべりがトルクの最大値を
超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２５において、二次曙菰ａ２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）その他の直接検出できる量及
びすべり角周波数帆（ここでは、すべり角周波数算出回
路２２の出力である算出部（■ｓ）ｃを用いる）等によ
り計算で求め、（１２）。 とする。この一次電流算出回路２５における二次電流算
出方法とそれにもとづく具体的回路構成については後述
する。つき合せ回路２６で二次電流算出回路２５の出力
（１２）ｃとりミッタ付増幅器２４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
電流制御用リミッタ付増幅器２７を介して位相調整器２
８に入力し、この位相調整器２８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圧を設定値にす
る。次にすべり周波数の制御ループでは、前記すべり周
波数の設定値（のｓ）６とすべり角周波数算出回路２２
の出力であるすべり角周波数の計算検出値（のｓ）ｃと
をつき合せ回路２９でつき合せ、その偏差出力をすべり
周波数制御用リミツタ付増幅器３０で増幅して前記一次
周波数信号ｗｏとしている。 この一次周波数信号電圧を電圧一周波数変換器１川こ入
力し、分配器１１を介して逆変換器３のサィリスタゲー
トを制御している。ここで、二次電流１２とすべり周波
数のＳの比は過度状態も含めて常に一定になるようにリ
ミッタ付増幅器２７と３０の時定数が調整される。 従つて二次電流制御ループと周波数制御ループの応答速
度が等しくなる。次に前述した二次電流算出回路２５に
おける二次電流の算出方法とその回路構成、すべり角周
波数算出回路２２におけるすべり角周波数の算出方法と
その回路構成について以下に詳述する。 〔１〕 二次電流の算出方法二次電流いま一次電流１，
その他の直接検出できる量及びすべり角周波数より次の
‘１ー〜【３｝のいずれかの算出方法により計算で求め
る。 ‘１１一次電流１，とすべり角周波数のｓより二次電流
を求める方法二次電流いま ・２＝Ｙ庁参十き旨他十２萎１１ ……ｍここで、【
２：二次回路の抵抗 Ｍ ：一次回路と二次回路の相互イソダクタンス Ｌ：二次回路の漏洩ィンダクタンス で与えられる。 そこで、のＳＭ Ｆ（のＳ）＝ゾｒ２十の２Ｓ（Ｍ＋−）２とおくと、 １２＝Ｆ（■Ｓ）‐１． ……【２１とな
る。 Ｆ（偽）は折れ線近似関数発生器等で求める。ここです
べり角周波数のｓは後述の計算検出値を用いる。二次電
流１２は第４図の如くすべり角周波数のｓ（ここでは（
叫）ｃを用いる）を折線近似関数発生器３２等に入力し
てＦ（■ｓ）を求め、これを乗算器３３に入力し、一次
電流１，（ここでは（１，）ｄを用いる）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（のｓ）曲線は第５図で示される。【２１
有効電力Ｐと電源周波数（逆変換器３の出力周波数）お
よびすべり角周波数帆より二次電流１２を求める方法。 一次回路から二次回路へ伝達される有効電力Ｐはｐ＝凶
凶．１毒 ・・・・・・‘３’○ひ
Ｓで与えられる。 この｛３ｌ式より１２を求めると、ｚ＝膚妾 イ
４’となる。 有効電力Ｐは全有効電力から一次回路の鰭力損失を差引
し、たものである。従って有効電力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。誘起電圧
Ｖｍ‘ま一次端子電圧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
インダクタンス、Ｐは微分演算子である。従って二次電
流１２は乗除算器と平方根回路を用いて第６図のように
して求められる。 第６図において、３４は一次電流１，（ここでは（１．
）ｄを用いる）を入力し、出力として（ｒ，十ＰＬ．）
１，を送出する演算増幅器、３５は一次端子電圧Ｖ．（
ここでは（Ｖ，）ｄを用いる）と−（ｒ，十ＰＬ．）１
，とを入力してその偏差出力−Ｖｍを送出するつき合せ
回略、３６はつき合せ回路３５の出力（一Ｖｍ）と一次
電圧１．とを乗じて出力する乗算器、３７は乗算器３６
の出力を入力して前記有効電力Ｐを求めるフィル夕、３
８は有効電力Ｐと似（ここでは（帆）ｃを用いる）とを
乗じる乗算器、３９は秦算器３８の出力を岬測り巻縦雌
る除算器、４０‘ま除算器３９の出力の平方根を求める
開平演算器であって、この開平演算器４０の出力を二次
電流１２とする。 ここで、山ｏは前述の一次周波数信号を、帆は後述のす
べり角周波数の計算値を用いる。なお演算増幅器３４に
おいて、３４ａは増幅器、３４ｂ，３４ｃは抵抗、３４
ｄはコンデンサである。またつき合せ回路３５において
、３５ａは増幅器、３５ｂ〜３５ｄは抵抗である。また
フィルタ回路３７において、３７ａは増幅器、３７ｂ，
３７ｃは抵抗、３７ｄはコンデンサである。なお簡単の
ために誘起電圧ｙｍの代りに一次端子電圧Ｖ，で代用す
ることもでき、この場合には第６図において、乗算器３
６に直接Ｖ．（ここでは（Ｖ，）ｄを用いる）と１，（
ここでは（１，）ｄを用いる）を入力させればよい。 【３’電流の有効分で代用し、二次電新証２を求める方
法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で代用する。 ・Ｐ＝希 ・・．・・・【５ 二次電流−即ち一次電流１，の有効分ｌｐは前述の有効
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７図となる。第７図にお
いて、４２は一次電流１，（ここでは（１，）ｄを用い
る）と−Ｖｍとを乗じる乗算器、４３，４４はフィルタ
回路、４５はフィルタ回路４３の出力である有効電力Ｐ
をＶｍ（平均値）で割る除算器である。フィルタ回路４
３，４４において、４３ａ，４４ａは増幅器、４３ｂ．
４３ｃ，４４ｂ，４４ｃは抵抗、４３ｄ，４４ｄはコン
デンサである。なお譲起電圧Ｖｍは一次端子電圧Ｖ．（
ここでは（Ｖ，）ｄを用いる）より一次電圧降下を差引
し、ても求められる（第６図参照）が、簡単のためには
一次端子電圧で代用することもできる。

〔０〕 すべり
角周波数の算出方法（ｌＥＥＥＶｏｌＩＡ−１１，Ｍ．
５ Ｐ．４８３（１９７５）参照）回転速度を直接検出
していないので、すべり角周波数は一次電圧、一次電流
等より計算によって求める。 すべりの小さい範囲では、すべり角周波数のｓは次式で
表わされる。 ｒ２Ｐ ．．．・・棚ここで、
Ｐは前述のように一次回路から二次回路へ伝達される有
効電力、即ち全有効電力から一次回路の電力を差引し、
たものである。 従ってＰは謙起電圧ｙｍと一次電流の瞬時値の積の平均
時間として求められる。 Ｖ紬ま同様に譲起電圧の瞬時値の２乗の時間平均である
。誘起電圧Ｖｍは一次端子電圧Ｖ，から一次電圧降下を
差引いたものとして求められる。従って、すべり角周波
数信号のｓは第８図のように乗除算器を用いて求めるこ
とができる。 第８図において、４６は一次電流１，（ここでは（１，
）ｄを用いる）を入力し、出力として−（ｒ，十ＰＬ）
１，を求める演算増幅器であって、この演算増幅器４６
はたとえば増幅器４６ａと抵抗４６ｂ，４６ｃとコンデ
ンサ４６ｄとからなる。４７は演算増幅器４６の出力で
ある−（ｒ，十ＰＬ．）１，と一次端子電圧Ｖ，（ここ
では（Ｖ，）ｄを用いる）とを入力し、その偏差出力一
Ｖｍを送出するつき合せ回路であって、このつき合せ回
路４７はたとえば増幅器４７ａと抵抗４７ｂ〜４７ｄと
からなる。 ４８は一Ｖｍと１，（ここでは（１，）ｄを用いる）と
を乗じる乗算器、４９は乗算器４８の出力を入力して有
効電力Ｐを求めるフィルタ回路であって、このフィルタ
回路４９はたとえば増幅器４３ａと抵抗４９ｂ，４９ｃ
とコンデンサ４９ｄとからなる。 ５０は乗算器、５１は乗算器５０の出力を入力して出力
として−Ｖ盆（平均値）を送出するフィルタ回路であっ
て「 このフィルタ回路５１はたとえば増幅器５１ａと
抵抗５１ｂ，５１ｃとコンデンサ５１ｄととからなる。 ５２はフィルタ回路５１の出力である−Ｖ急（平均値）
を一次周波数信号の。で割る除算器、５３はフィルタ回
路４９の出力を除算器５２の出力で割って、すべり角周
波数のｓを求める除算器である。以上のように、二次電
流算出回路２５を、たとえば第４図，第６図，第７図回
路のいずれかで構成することにより、二次電流算出が行
なわれる。 またすべり角周波数算出回路２２を、たとえば第８図回
路で構成することにより、すべり角周波数の算出が行な
われる。なお、本実施例第３図においては、ィンバータ
装置の制御方式としてＰＡＭ方式を採用し、一次電圧制
御は電流制御用リミツタ付増幅器２７の出力で直接電圧
調整要素（位相調整器２８）を操作し、電源側順変換器
１の点弧位相角を制御しているが、本発明はこれに限定
されることなく、第３図においてリミッタ付増幅器２７
と位相調整器２８の間に、点晩泉で示すブロック部分５
４に第９図や第１０図の回路を追加して次の‘ィ’，‘
ローで示すような一次電圧制御方法でもよい。 この場合もィンバータの制御方式としてはＰＡＭ方式が
採用されるものとする。｛ィ｝ 第３図の点線のブロッ
ク部分５４を第９図の如く構成すると、電圧制御ループ
が作られ、リミッタ付増幅器２７の出力を一次電圧の設
定値（Ｖ，）Ｓとし、一次電流検出値（１，）ｄを入力
し、過電流制限用の不感帯付き増幅器５５を介して得ら
れる出力と前記一次電圧の設定値（Ｖ，）ｓとをつき合
せ回賂５６でつき合せ、その偏差出力と一次電圧検出値
（Ｖ，）ｄとをつき合せ回路５７でつき合せて得られる
偏差出力を電圧制御用リミッタ付増幅器５８を介して位
相調整器２８に入力されることになる。 この場合、過電流制御ループをつくり、一次電流（１，
）ｄが制限値を超えとき、電圧を抑えて一次電流（１，
）ｄを制限値以下にしているけれども、過電流制御ルー
プをつくらなければ一次電圧設定値（Ｖ，）ｓを直接つ
き合せ回路５７に入力すればよい。‘。 ｝ また点線のブロック部分５４を第１０図の如く構成
すると、一次電流制御ループが作られ、電流制御用リミ
ッタ付増幅器２７の出力を一次電流の設定値（１，）ｓ
とし、これと一次電流検出値（１，）ｄとをつき合せ回
路５９でつき合せて得られる偏差出力を電流制御用リミ
ツタ付増幅器６０を介して位相調整器２８に入力される
ことになる。この場合、リミツタ付増幅器２７の出力を
制限することによって、過電流制限がかけられる。また
本実施例第３図においては、誘導電動機ＩＭ駆動用ィン
バータの制御方式としてＰＡＭ方式を採用し、位相調整
器２８の出力を電源側順変換器１に入力し、この順変換
器１で点弧相角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、ＰＡＭ方式のィンバータの場合に
おいて、順変換器１の出力側の直流回路にチョッパ回路
を設けてチョツパの通流幅制御を行なって直流電圧を制
御してもよいし、またＰＷＭ方式のィンバータの場合に
おいて、逆変換器３の通流幅を制御してもよいことはい
うまでもないことである。 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’譲導電動機の回転速度検出値の代りに周波数信号
を用いているから、すべり周波数に相当する分だけ誤差
になるが、回転速度の検出は不要になる。 ‘２１ 二次電流制御ループとすべり周波数制御ループ
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。‘３｝ 間接ではあるが、二
次電流を検出制御しているので、二次電流が指定の値に
なる。 ■ 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図は本発明による誘導電動機の制
御方式の一実施例を示す回路図、第４図，第６図，第７
図は夫々第３図の二次電流算出回路２５の具体例を示す
回路図、第５図は第４図の折れ線近似関数発生器３２の
入出力特性を示す図、第８図は第３図のすべり角周波数
算出回路２２の具体例を示す回路図、第９図および第１
０図は本発明の他の実施例を示す要部回路図であって、
図中ＩＭは誘導電動機、１は順変換器、２は直流リアク
トル、３は逆変換器、１０は電圧一周波数変換器、１１
は分配器、１７は直流変流器、２１は計器用変圧器、２
２はすべり角周波数算出回路、２３，２６，２９，５６
，５７，５９はつき合せ回路、２４，２７，３０，５８
，６０は増幅器、２５は二次電流算出回路、２８は位相
調整器を示す。 第４図 第５図 第１図 第２図 第３図 第６図 第７図 第８図 第９図 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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、該誘導電動機の一次電圧検出
   値と一次電流検出値と一次周波数信号にもとづき、すべ
   り角周波数算出回路で計算によりすべり角周波数を算出
   し、前記一次周波数信号と一次周波数設定値との偏差出
   力を第一のリミツタ付増幅器で増幅して得られる出力を
   前記誘導電動機の二次電流およびすべり周波数の設定値
   とし、前記一次電流検出値と前記すべり角周波数算出値
   などにより二次電流算出回路で算出した二次電流算出値
   と前記二次電流設定との偏差出力を第二のリミツタ付増
   幅器で増幅して得られる一次電流指令信号にもとづいて
   一次側の電圧調整要素を操作して一次端子電圧を設定値
   にすべく制御すると共に前記すべり角周波数算出値と前
   記すべり角周波数設定値と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前記一次周波数信号
   とし、前記一次周波数信号にもとづいて前記逆変換器を
   制御して、これにより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。