JPS6240083A

JPS6240083A - 三相誘導電動機の制御方法

Info

Publication number: JPS6240083A
Application number: JP60179165A
Authority: JP
Inventors: Yoshimoto Fujioka; 藤岡　良基; Shinichi Kono; 新一河野; Tatsuo Shinohara; 達夫篠原
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1985-08-14
Filing date: 1985-08-14
Publication date: 1987-02-21
Also published as: EP0233948A4; DE3687653D1; WO1987001250A1; US4823066A; EP0233948A1; KR880700529A; EP0233948B1; KR900007111B1; DE3687653T2

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、デジタル値により力行制御及び回生制御を行
なう三相誘導電動機の制御方法に関する。

（従来技術と本発明が解決しようとする問題点）最近の
三相誘導電動機の制御は、電動機の固定子電流を瞬時値
制御して、直流分巻電動機と等価なトルク発生を行なう
ベクトル制御方式による場合が多くなってきている。

このようなベクトル制御を用いて、三相誘導電動機の力
行制御及び回生制御を行なうことが、例えば特開昭５９
−１４３８５号公報により提案されている。

ところで、工作機械等の主軸用モータ等のように高速回
転領域まで速度制御を行なう場合や、一定回転数におい
て、トルク指令に応じて励磁を弱めるような制御を行な
う場合に、ベクトル制御により誘導電動機を制御すると
、電動機の２次もれインダクタンス、励磁鉄損等の効果
により、トルク指令と励磁電流、２次電流、すべり周波
数が非線形となり、この結果、トルク指令に対して出力
トルクも非線形となり、正確なトルク指令ができなくな
る。

これに対処するために、従来は速度センサ等を用いてモ
ータトルクを推定していたために、基底速度以上にて不
正確が生じるという問題があった。

また、誘導電動機の出力は、一般に電動機に印加される
電圧に対して、２乗に比例して変化するため、交流入力
電圧が大きく変化すると、出力変動が生じる。このよう
な出力変動を防止するため、ベクトル制御方式に、交流
入力電圧に応して、最大すべり皇を変化させる５等の対
策を講じているが、誘導電動機の出力を一定にする上で
は十分な効果が得られていなかった。

さらに１回生制動時には入力側の進相コンデンサ容量に
より力率が変動して無効電力が増大するという問題があ
った。

（問題点を解決するための手段）本発明は、コンバータ及びインバータよりなるパワーア
ンプを用いて、ベクトル制御方式によりカ行制御と回生
制御を行なうものにおいて、電動機に対するトルク指令
及び電動機に対応して決定される励磁磁束指令をもとに
して、これらの指令に対して線形な出力トルクが得られ
るように、励磁電流指令、２次電流指令をそれぞれ、励
磁磁束方向成分および電動機の起電圧方向（トルク方向
）成分にベクトル分解し、これらのベクトル値の合成に
より電動機の１次電流指令を求める。

また、交流入力を直流に変換した直流リンク部の電圧を
検出し、該検出された直流電圧に応じて励磁磁束指令を
変化させて、電源電圧の変動に拘らず一定出力の制御を
行ない、かつ、回生制御時に交流電源側の電圧と電流と
の位相を調整する力率調整手段を有する、三相誘導電動
機の制御方法を提供することにより、上記問題点を解決
するものである。

（作用）本発明は、１次電流を誘導電動機の諸定数を全て考慮し
た電流指令として形成し、トルク指令に対して線形な出
力トルクが得られる。

また、直流リンク部で電圧を検出し、この直流電圧によ
り励磁磁束指令を変化させているので、電源電圧の変動
に拘らず一定出力の制御が行なえる。

さらに、回生制動時に交流電源側の電圧と電流の位相を
調整する力率調整手段を設けられているので、無効電力
が減少する。

（実施例）以下１図により本発明の実施例について説明する。第１
図は、本発明の概略のブロック図、第２図は、第１図の
パワーアンプ部の回路図である。

第１図について説明する前に、第３図〜第７図により、
本発明の前提となる技術について説明する。

第３図は、三相誘導電動機の一相分の等価回路、第４図
はベクトル図、第５図、第６図、第７図は特性の説明図
である。三相誘導電動機のベクトル制御は次のようにし
て行なう。

（１）速度指令ωＣを設定する。

（２）電動機速度ωｍを検出する。

（３）ωＣとωｍの減算により、トルク指令Ｔｃを求め
る。

（４）すべり周波数の推定値ω′Ｓを、ω′５＝Ｋｏｘ
Ｔｃ×ωｍ（Ｋｏは常数）として求める。

（５）励磁周波数の推定値ω′０を。

ω’ｏ＝ωｍ＋ω′Ｓとして求める。

（６）第５図の特性図より、励磁周波数ω′０に対応す
る磁束Φを求める。

（７）巻線抵抗の測定、無負荷試験および拘束試験を行
ない、第３図の等価回路、第４図のベクトル図より、−
次誘起電圧Ｅ１．励磁電流工。の鉄損電流Ｉ。ｉおよび
磁化電流工。邑、励磁抵抗ＲＯ１励磁リアクタンスＬＯ
の値をそれぞれ求める。

（８）回転磁界の磁束Φを基準位相として、回転してい
る座標系を固定した座標系へ変換する。即ち、 ■励磁電流ｉ。は、Φ軸方向成分Ｉ。Ｉ−ＩとＥ、軸方
向成分ｉ。ｉのベクトル和として、次のように求められ
る。

Ｉｏ　＝Ｉｎｓ　＋Ｉｏ　＋ ■二次電流Ｉ２も、同様にΦ軸方向成分Ｉ２−とＥ１軸
方向成分Ｉ２Ｗとのベクトル和として１次のように求め
られる。

Ｉ　２　＝　Ｉ　２　Ｍ＋　Ｉ　２　Ｗ■磁磁束線、Ｅ、＝ｄΦ／ｄｔ＝　Ｌ　ｏＸ　（ｄ　Ｉ　ＯＭ　／　ｄ　ｔ　）＝ｄ（
Ｌ、　　修Ｉ　ｎ　Ｍ）　／　ｄ　ｔより、 Φ”ＬＯ”ＩＯＭとして求められる。

次に、第６図の特性図より、Ｉｏ、＝Φ／　Ｌ　。

工。ｉ÷にω′０Φ（Ｋは常数）を求める。

（９）二次電流Ｉ２のＥ、軸方向成分Ｉ２Ｗを、Ｉ２ｗ
＝（Ｔｃ／Φ）より求める。

（１０）すべり周波数ωＳを、第７図の特性図より決定
する。

（１１）二次電流のΦ方向成分Ｉ２Ｍを、Ｉ２Ｍ＝Ｉ２
ＷＸω５Ｘ（Ｌ２／Ｒ２）より求める。

（１２）−次電流Ｉ、のΦ方向成分を、Ｉ＋　　（Φ）
＝ＩＯＭ　＋Ｉ２Ｍより求める。

（１３）−次電流１１のＥ１１方向性を、１１　　（Ｅ
ｌ）＝ＩＯｉ＋Ｉ２ｗより求める。このようにして得られた１次電流は、誘導
電動機の諸定数をすべて考慮した場合の電流指令であり
、トルク指令に対して線形な出力トルクを得るための電
流指令となっている。

（１４）励磁周波数ωＯを、 ω　０　＝　ω　ｍ　＋　ω　Ｓより求める。

次に、第１図のブロック図に戻り、このブロック図につ
いて説明する。交流電源に、第２図に示すように交流入
力側及び直流出力側にそれぞれ設けられる、コンバータ
ｂ、インバータＣで構成されるパワーアンプａを接続す
る。このコンへ−タしは、ダイオードにより余波整流ブ
リッジで形成し、各ダイオードはトランジスタインバー
タと並列に接続されている。パワーアンプａのコンバー
タｂにより直流電圧を得、この直ｔＬ電圧をインへ−タ
Ｃに印加する。インバータの出力電圧は、ＰＷＭ回路及
び電流制御回路ｍによりパルス幅制御され、三相誘導電
動機ｄに印加する。

一方、速度指令ωＣと、速度検出器ＰＧにより得られた
電動機速度ωｍとが比較器に入力され、偏差信号よりト
ルク指令Ｔｃが得られる。この速度指令は、ＰＩ、クラ
ンプ回路ｇを通して修正されて、実際のトルク指令Ｔｍ
を形成する。以後前記（４）〜（１４）で説明したとこ
ろにより、−次電流Ｉｌと励磁周波数ω０とを求めて、
これらを２−３相変換回路交に印加する。２−３相変換
回路文では、直交する２相電流を３相電流に変換し、３
相の各相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを形成してＰＷＭ回路お
よび電流制御回路ｍに入力する。一方、この回路ｍには
、ＣＴ１．ＣＴ２により電動機の入力電流がフィードバ
ックされ、２−３相変換回路の出力電流と比較されて、
各相の指令電流ＩがインバータＣに送出される。

次に、本発明においては、パワーアンプの直流側電圧Ｖ
ｄｃを検出して磁束Φと誘起電圧Ｖを補正しているが、
その作用について説明する。ここで、ＰＷＭ回路におい
て、電圧指令振幅と実際の電動機の端子電圧との関係を
考えると、ＰＷＭ回唇／７−１山蔗で；仏９めが制虐六
幻スｊ易春に　千の：色波の利用をどの程度にするかに
より出力電圧が異なる。いま、第８図（ａ）に示すよう
に三角波の振幅をＢ、ＰＷＭ信号の振幅をＡとすると、
その振幅比Ａ／Ｂが１以下では、第９図におけるＵ点の
出力Ｖｕは、周期をＴとすると、Ｖ　ｕ　＝　（Ｔ　ｏｗ＋　／　Ｔ　）　ＸｆｆＶａｃ
（（１＋　ｓｉｎθ）／２）電動機に印加されるＵ−Ｖ
間の線間電圧は、Ｖｕ−ｖ　＝　（ＴｏＮ＋　）　ｘ７
”Ｎ　Ｖ　ａ　ｃＸ　（ｎ　ｃｏｓｃＯ−６００）／２
１＝　（Ａ／Ｂ）ｘｆＶａｃ ×（（汀／２）／汀）＝　（Ｔ　ｏＮ＋　／　Ｔ）　Ｘ　Ｖ　ｄ　ｃＸ（汀／
２）Ｘ　（１／万）但し、Ｖａｃ　：実効値Ｖｄｃ　：設定値（直流電圧）次に、振幅比Ａ／Ｂが１以上である場合についてインバ
ータを構成するトランジスタのベース信号の制御を考え
ると、第８図（ｂ）に示すように、（Ａ／Ｂ）の比が１
を越える毎にインバータのＴｒのベース信号をオフする
方法があるが、この方法では、出力電圧が上がらない、
スイッチング損失が大きい、等の欠点がある。なお、＄
１０図に振幅比Ａ／Ｂに対する線間電圧Ｖｕ−ｖの変化
の様子を示す。

本発明においては、ＰＷＭ信号の振幅Ａが三角波の振幅
Ｂを越えた範囲では、第８図（Ｃ）。

（ｄ）に示すようにＴｒを全部オンにするものである。

即ち、直流電圧が低いときには、基底速度以上の磁束指
令Φを増加して、三角波に対するＰＷＭ回路の振幅を大
きくして、電動機の端子電圧を大きくして、一定出力が
得られるようにする。

また、直流電圧が高いときには、基底速度以下の債域か
ら磁束指令を減少し、三角波に対するＰＷＭ回路の振幅
を小さくし、電動機の端子電圧を小さくして、一定出力
が得られるようにする。このような制御は、第１図のブ
ロック図において、励磁周波数と磁束との関係を示すデ
ータマツプｉに、直流電圧検出回路←の検出電圧Ｖｄｃ
を入力して、磁束Φを直流電圧Ｖｄｃに応じて修正する
ことにより行なう。

なお、誘起電圧補正回路ｎは、電動機の速度信号ωｍに
対する誘起電圧の値を補正して、ＰＷＭ、電流制御回路
ｍに印加する。

次に、本発明による回生制御動作について、第２図によ
り説明する。回生制御回路Ｐには、電圧制御回路ｒと力
率調整回路ｇとを設ける。

回生制御を行なう際には、パワーアンプの直流側電圧と
、直流電圧指令値とを比較し、直流側電圧が大きいとき
には、偏差信号を電圧制御回路ｒを通して力率調整回路
ｇに入力する。力率調整回路には、パワーアンプの交流
側の入力電圧をＰＴを介して印加し、ＣＴ、、ＣＴ４に
より検出されるパワーアンプの交流入力側電流が、交流
側電圧と同相となるように、即ち、力率が１となるよう
な回生電流指令信号を電流制御回路に出力する。

ＰＷＭ回路は、この指令値に基づいて入力側トランジス
タインバータを制御する。

（発明の効果）以上説明したように本発明によれば、ベクトル／ｌ１ｌ
（ｒ−１；−＋ＩプｋＩ＋−？ＩｒＪｆｊＥ二＊！１ｎ
ｋ１４ｋｉ−ｈ＜１ｔｌｌ（ｔｌｌＴｌ、１？ｆｌ生制
御するものにおいて、磁束センサを用いることなく、ト
ルク指令に対して出力トルクを線形で得ることができ、
電源電圧が変動しても三相誘導□電動機の出力を一定に
することができる。

また、回生制動時の力率を調整することにより、無効電
力を減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概略のブロック図、第２図は回路図、
第３図は等価回路、第４図はベクトル図、第５図〜第１
０図は説明図である。ａ・・・パワーアンプ、ｂ・・・コンバータ、Ｃ・・・
インバータ、ｄ・・・三相誘導電動機、ｅ・・・速度検
出器、ｉ、ｊ・・・データマツプ、ｍ・・・ＰＷＭ回路
、電流制御回路、ｐ・・・回生制御回路。特許出願人　　ファナック株式会社代　　理　　人　　　弁理士　　辻　　　　　實第５図 ω０′ Ｉ２％第８図

Claims

【特許請求の範囲】

力行制御時には、交流入力を直流に変換し、該変換され
た直流が印加される第１のインバータの出力で三相誘導
電動機を可変速駆動し、回生制御時には三相誘導電動機
の出力電流を直流に変換し、該変換された直流が印加さ
れる第２のインバータの出力を交流電源に回生して、ベ
クトル制御方式により三相誘導電動機を力行制御及び回
生制御するものにおいて、三相誘導電動機に対するトル
ク指令及び三相誘導電動機に対応して決定される励磁磁
束指令をもとにして、これらの指令に対して線形な出力
トルクが得られるように、励磁電流指令、２次電流指令
をそれぞれ、励磁磁束方向成分および電動機の起電圧方
向成分にベクトル分解し、これらのベクトル値の合成に
より電動機の１次電流指令を求め、上記交流入力を直流
に変換する回路の直流リンク部の電圧を検出し、該検出
電圧に応じて励磁磁束指令を変化させて、電源電圧の変
動に拘らず一定出力の制御を行なうと共に、回生制御時
には交流電源側の電圧と電流との位相を調整して、無効
電力を減少させるように制御することを特徴とする三相
誘導電動機の制御方法。