JPS6220796B2 - - Google Patents

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JPS6220796B2
JPS6220796B2 JP54002382A JP238279A JPS6220796B2 JP S6220796 B2 JPS6220796 B2 JP S6220796B2 JP 54002382 A JP54002382 A JP 54002382A JP 238279 A JP238279 A JP 238279A JP S6220796 B2 JPS6220796 B2 JP S6220796B2
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JP
Japan
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voltage
current
torque
motor
proportional
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JP54002382A
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JPS5594595A (en
Inventor
Tsugutoshi Ootani
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Yaskawa Electric Corp
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Yaskawa Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はインバータなどの可変周波数電源を用
いて誘導電動機を運転する場合のトルク制御方法
に関するものである。
〔従来技術とその問題点〕
従来、可変周波数電源で給電される誘導電動機
において、他励直流電動機のようなトルク制御と
応答を実現するために、一般にすべり周波数制御
方式が用いられているが、これは2次電流i2と2
次抵抗R2による電圧降下が、全磁束Φ(以
下、単に磁束と呼ぶ)がすべり角周波数ωsです
べる誘起電圧に等しい関係を利用したものであ
る。
即ち、 ωsΦ=R2i2 ……(1) から ωs=R/Φi2=R/M・i/i
…(2) ただしM:励磁インダクタンス i0:励磁電流 が成立するので、i0、i2のそれぞれ指令値I0、I3
対してすべり角周波数ωsを設定することによつ
て磁束を一定に保つようにしたものである。
ωs=R/M・I/I……(3) したがつて、この方式の欠点の一つは原理的に
電動機の定数R/Mを一定値としてすべり角周波数 ωsを設定しているために、定数が変つた場合
に、指令電流と電動機の実電流の対応が崩れるた
め、トルク特性に影響を与えることである。例え
ば、2次抵抗R2は通常の使用状態の温度変化に
よつて20%程度その値が変化するが、それに伴つ
て、トルク指令値I2に対するトルクもほぼ20%程
度変化する。
すなわち、従来のすべり周波数制御方式は、本
質的にトルク係数が電動機の使用温度によつて変
化する欠点を持つている。
次に、構成上の難点は、誘導電動機のすべり周
波数のスリツプとしての値は、小さく、一般に数
%、大容量では1%以下であるために、このスリ
ツプを更に制御するため極めて検出精度の高い速
度検出手段を必要とすることである。
このため、一般に位置検出器などによつて、速
度を周波数信号として検出し、すべり周波数信号
との演算を特殊な周波数加算器によつて行つてい
る。
したがつて、トルク制御のために、電動機回転
軸に特殊な位置検出器を装備すると共に、すべり
周波数演算用の特殊の回路を必要とするなど著し
く構成を複雑なものとする欠点があつた。
そこで本発明は、全く新規の制御原理で原理的
に電動機の定数の変化の影響を受けず、しかも単
純な構成で済むトルク制御方法を提供しようとす
るものである。
〔問題点を解決するための手段〕
すなわち、本発明は誘導電動機のトルク制御の
理論を本質的にとらえなおし、誘導電動機の2次
回路に鎖交する磁速Φを一定値に保てば、電動
機の発生トルクTは2次電流i2に比例するという
特性、 つまり、 T=KtΦ0i2 ……(4) ただしKt:定数 であることに着目し、電動機の誘起電圧を検出
し、この電圧に比例した周波数で運転すれば必然
的にトルク制御系になるという原理で、従来方式
のような欠点のないトルク制御、つまり他励直流
電動機の特性と同等のトルク制御およびトルクの
応答を実現させたものである。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例について説明する。
第1図は2相誘導電動機に適用した場合の実施
例を示すもので、本装置は2相の誘導電動機IM
と、電動機の固定子巻線と同等の電圧検出巻線
DWを備えた電圧検出器VDと掛算器4〜7及び
加算器8,10からなるベクトル演算器VEC
と、変流器12,13と帰還演算器9,11と電
圧変換器AMPα,AMPβとから構成されてい
る。
前記電力変換器AMPα,AMPβは電流制御さ
れていて、指令入力1,2、すなわち等価2次電
流指令(1次側に換算した2次電流に対する指令
の意味)であるトルク指令電流I3と励磁指令電流
I0に応じて電動機IMの1次巻線に電流を流すよう
に配慮されており、また2相正弦波発生器OSC
は入力電圧に比例した周波数の2相正弦波を発生
する。そして、電圧検出器VDによつて検出され
た電動機の誘起電圧が2相正弦波発生器OSCの
入力電圧となるように構成されている。
さて、電動機の1次電流指令I1α,I1βは、励
磁指令電流I0とトルク指令電流I3の2相信号から
ベクトル演算器VECによつて次式に基づきつく
られる。
I1α=I0cosω0t−I3sinω0t ……(5) I1β=I0sinω0t+I3cosω0t ……(6) ただしωs:励磁電流の角周波数 そして、これら1次電流指令に相応した次式で
示されるような電流iα,iβが電力変換器
AMPα,AMPβを介して電動機IMの1次巻線に
供給される。
iα=i0cosω0t−i3sinω0t ……(7) iβ=i0sinω0t+i3cosω0t ……(8) ただし i0:I0に対する電動機電流 i3:I3に対する電動機電流 i0,i3は空間電流ベクトルで、1次電流iα,
iβはi0,i3をそれぞれ一定振巾とした場合、空
間電流ベクトルi0,i3を角速度ωsで回転させる電
流である。
すなわち、本発明の1次電流の与え方は独立に
設定できる指令電流I0,I3に対応して、それぞれ
回転磁界をつくる1次電流i0,i3を作るにある。
しかも、i0に対してi3は空間的にπ/2の位相差をも つように配慮されている。
次に磁束一定制御について述べる。
こゝでいう磁束は、厳密には電動機の2次回路
が鎖交する全磁束であり、誘起電圧はこの磁束に
対応する誘起電圧を固定子側からみたものであ
る。
第2図は誘導電動機の等価回路で、Φは磁
束、e0は誘起電圧を示している。
誘起電圧e0は電圧検出巻線DWと電圧検出器VD
によつて検出され(検出の方法については後述)
2相正弦波発生器OSCの入力電圧として与え
る。2相正弦波発生器OSCは出力角周波数が入
力電圧に比例するように作られているので出力角
周波数ωcは次のようになる。
ωs=Ke0 ……(9) ただしK:比例定数 一方、誘起電圧e0は、実際の磁束をΦ0′、実際
の励磁電流i0′とすると、次式で表される。
e0=Φ0′ωs=Mi0′ωs ……(10) したがつて ωs=KMi0′ωs ……(11) より KMi0′=1 ……(12) こゝで電動機の所定の磁速をΦ=Mi0として
定数Kを K=1/Φ=1/Mi ……(13) に設定しておけば、式(12)より実際の励磁電流i0′が
設定の励磁電流i0に一致することになる。
これは、誘起電圧e0が1次電圧の大きさや、電
動機の回転数に関係なく、磁束とその角周波数だ
けで定まることによるもので、2相正弦波発生器
即ち周波数発生器の入出力の比例定数Kが磁束の
設定を行うことになる。
故に、磁束が所定の値一定に制御されれば、ト
ルク指令電流と2次電流は必然的に対応し、トル
クはトルク指令に比例することになる。
次に、トルク指令電流I3が急変したときのトル
クの過度応答について説明する。
今、仮に電動機は無負荷で、同期角速度ωn
運転されているとする。
I0=i0、I3=0で1次電流は励磁電流i0のみであ
る。又誘起電圧は電動機を2極として次式のよう
になる。
e0=ωnMi0 ……(14) このとき、トルク指令電流I3がステツプ状に与
えられると、これに対応して2次電流i2が流れ、
磁束は既にi2に直交する方向につくられているか
ら、トルクは瞬時にi2に対応する。しかして時間
が経過してもI3に対応してi2を流し、磁束を一定
に保つ必要がある。
I3の入力によつてi2が流れと、2次抵抗R2に電
圧降下が誘起電圧として生じその誘起電圧は次の
ようになる。
e0=ωnMi0+R2i2=Mi0(ωn +R/Mi) ……(15) 誘起電圧の場合、2次抵抗電圧降下はR2i2に相
当して角周波数ωi2を ωi2=R/Mi だけ変化せしめる。ωi2による2次回路に生じる
誘起電圧をe2とすれば、e2は e2=ωi2Φ=R2i2 ……(16) となる。つまり、i2を指令値I3に対して持続して
流すように制御する。又トルク指令電流I3に対応
して2次電流i2が流れるから磁束への変化も生じ
ず一定値に保たれる。
すなわち、トルク指令の突変に対しても、磁束
一定の条件が保たれ、トルクの応答も瞬時的対応
をなすことがわかる。
第3図は本発明によるトルク指令電流I3とトル
クの関係を示す。
次に誘起電圧e0の検出手段について述べよう。
この誘起電圧e0は、2次回路に鎖交する全磁束
にもとづく誘起電圧であつて、通常の空隙磁速に
よつて生じる空隙誘起電圧egとは2次回路のも
れインダクタンスによる電圧分だけ異なる。
しかし、定常的には、通常の誘起電動機ではe0
とegの値の差は殆んどない。過度的には2次電
流の急変によつてもれインダクタンスに大きな過
度電圧を生じる。
したがつて、空隙誘起電圧egを検出して2次
もれインダクタンスの過度電圧を除けばe0として
用いることができる。
第4図は誘起電圧検出回路の一例を示すもの
で、3相の電圧検出巻線DWを設けた場合であ
る。電圧検出器VDは3相ダイオードブリツジ回
路からなるもので、空隙誘起電圧egに比例する
直流電圧gを得る。そして一方トルク指令電圧
I3を微分回路14で微分すると共に2次もれイン
ダクタンスに相当する比例係数keを乗じ、それ
を加算器15でgから差し引き、所望の誘起電
圧e0に比例する直流電圧を得ることができ
る。
第5図は誘起電圧検出回路の異なる実施例を示
すもので、1次巻線の端子電圧を電圧検出VDで
直流電圧tとして検出し、これに1次巻線の抵
抗による電圧降下と1次と2次のもれインダクタ
ンスによる過度電圧を電流指令値I0,I3によつて
電圧補償器VDCを介して補償するようにして、
近似的に所望の誘起電圧を得るようにしたもので
ある。
なお、第5図中17,18は定数器でk0,k3
定数、19は微分回路でkは1次及び2次もれイ
ンダクタンスに相当する比例係数である。
第6図は本発明を3相電流形インバータ駆動誘
導電動機へ応用した他の実施例を示すもので、こ
の実施例では3相誘導電動機IMの速度制御の例
を示している。
この電動機駆動回路は、周知のように、電流制
御可能なサイリスタ・コンバータCOMと、120゜
通電形のサイリスタ・インバータINVおよび3相
誘導電動機IMから構成されている。
そして、サイリスタ・コンバータCOMは移相
器PS、電流制御器ACRで電流制御され、指令に
応じた電流をインバータINVに与える。なおDCL
は直流リアクトル、CTは直流検出器である。
またインバータINVは、リングカウンタRC、
ゲート回路GCによつて120゜通電幅の方形波電流
を出力する。
そうして、前述の本発明の方法によつて電動機
の誘起電圧が電圧検出器VDによつて検出されて
周波数発生器FCに与えられる。
この電圧と周波数の関係は、電動機所定の電
圧/周波数になるように設定される。
又基本的原理で述べた励磁指令電流I0とトルク
指令電流I3に対応する電動機の1次電流特性を
夫々直交させるために、本実施例では位相補償器
PCを用いている。これはトルク指令電流I3の変
化を周波数の変化としてとられたもので、位相補
償器PCの出力電力も周波数発生器FCの入力に加
えられる。
一方、速度制御は、速度設定器REOの設定電
圧REOと速度発電機TGからの速度検出電圧esp
との偏差Δesが速度制御器SCRを介してトルク
指令電圧I3をつくり、この指令値I3は電動機所定
の励磁指令電流I0と実効値演算器RMSに与えられ
てI1=√0 23 2とされ、電動機IMの1次電流指
令として与えられる。
以上述べたように、本発明は、電流制御形変換
器で給電される誘導電動機のトルク発生の原理を
解明して、トルク制御するための磁束一定の制御
方法として、電動機の誘起電圧がトルク指令電流
に関りなく、磁束と周波数の積にだけ比例するこ
とを利用したものである。
〔発明の効果〕
本発明はすべり周波数制御によるトルク制御の
ように、マシン定数の変化をうけることがなく、
しかも構成上、従来のような特殊な検出器を備え
ることなく極めて単純な構成で済むもので、実用
上斯種誘導電動機のトルク制御方法として有効適
切なものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明実施例の電気的略線図、第2
図は誘導電動機の等価回路図、第3図は本発明実
施例におけるトルク指令電流とトルクの関係を示
す図、第4図は誘起電圧検出回路の詳細図、第5
図は異なる誘起電圧検出回路の詳細図、第6図は
本発明の異なる実施例の電気的略線図である。 IM……誘導電動機、DW……電圧検出巻線、
VD……電圧検出器、VEC……ベクトル演算器、
AMPα及びAMPβ……電力変換器、OSC……2
相正弦波発生器、FC……周波数発生器、1及び
2……指令入力、4〜7……掛算器、8及び10
……加算器、9及び10……帰還演算器、12及
び13……変流器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 電流制御形変換器から給電される誘導電動機
    において、電動機の1次電流をそれぞれ独立に設
    定可能な励磁電流指令分とトルク電流指令分とに
    分けて流すように構成すると共に、一方、もれイ
    ンダクタンスによる過度電圧を補償した電動機の
    誘起電圧の大きさのみを検出し、その検出電圧を
    2相正弦波発生器で前記誘起電圧の大きさに比例
    する2相正弦波の周波数に変換し、その周波数に
    よつて前記1次電流を制御することを特徴とする
    誘導電動機のトルク制御方法。 2 もれインダクタンスによる過度電圧の補償が
    空隙誘起電圧egに比例する直流電圧からke
    d/dtI3(但しkeは2次もれインダクタンスに相当 する比例係数、I3はトルク指令電圧)を減算する
    ものであ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トルク制御方法。 3 もれインダクタンスによる過度電圧の補償が
    1次巻線の端子電圧に比例する直流電圧tから
    〔k0I0+(k3+kd/dt)I3〕(但しk0、k3は定数、
    kは 1次及び2次もれインダクタンスに相当する比例
    係数)を減算するものであ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トルク制
    御方法。
JP238279A 1979-01-13 1979-01-13 Torque control of induction motor Granted JPS5594595A (en)

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