JPS63206183A - 交流電動機制御装置 - Google Patents

交流電動機制御装置

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JPS63206183A
JPS63206183A JP62035810A JP3581087A JPS63206183A JP S63206183 A JPS63206183 A JP S63206183A JP 62035810 A JP62035810 A JP 62035810A JP 3581087 A JP3581087 A JP 3581087A JP S63206183 A JPS63206183 A JP S63206183A
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JP
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magnetic flux
value
forcing
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JP62035810A
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Atsushi Iijima
厚 飯島
Toshio Kadokura
門倉 俊夫
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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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】 [発明の目的コ (産業上の利用分野) 本発明は電動機の制御にかかわシ、特にすベシ周波数制
御形ベクトル制御を用いて交流電動機を制御する電動機
制御装置に関するものである。
(従来の技術) ギヤレス・エレベータ等に使用されている直流電動機は
界磁電流とt根子電流の関係を構造的に直交関係に保つ
ことによシ、それぞれを独立に制御できるので、比較的
簡単な制御で優れたトルク特性が得られると云う利点が
ある。
これに対して、かご形誘導電動機に代表される交流電動
機においては、直流電動機に比べ、安価で堅牢であると
云う利点があるものの、電動機に流れる一次電流が、そ
の時のすベシ周波数に応じて自動的に励磁II流酸成分
トルク電流成分と九分解されてトルクを発生するので、
そのトルクt[流機の如く線形制御することはできない
と云う欠点がわる。
従って、交流電動機の制御は直流機に比べ、過渡特性に
安定性を欠き、高速の応答性が望めなかりた。
故に1.¥流電動機は安価で堅牢であると云う大きなメ
リットがあるにもかかわらず、高い制御性能が要求され
るような場所VC#′1使用で色なかりた。
一方、近年における/ダワーエレクトロニクス技術の進
歩九は目覚しいものがらり、マイクロコンピュータに代
表される半導体技術と相まりて交流電動機の制御分野i
’cおいても著しい発展を遂げている。
これらの中には、現在、ベクトル制御と呼ばれ。
交流電動機に流れる一次電流を磁束と平行な励磁電流成
分と磁束と垂直なトルク電流成分とに分離してそれぞれ
t−制御することで1[九機と同等な制御性能を得るこ
とができるようにした方式かりる。
との−クトル制御方式について第4図゛、第5図を参照
して説明する。
図では一次巻線として二次磁束に平行な起磁力を作る一
次d軸巻線と、二次磁°束に直角な起磁力を作る一次q
軸巻線との二次磁束に同期して回転する互いに直交する
二つの巻線を考える。
一方、二次巻線も二次磁束九対して平行な起磁力を作る
二次d軸巻線と、二次磁束1c直角な起磁力を作る二次
q軸巻線との互いに直交する二つの巻線に分けて考える
。また、各巻線を流れる電流をそれぞれ一次d@寛流イ
、d、−次qM1m流(1,。
二次d@寛流’2d ’二次q軸電流% 2 、とする
とトルクTMは T=−i2qΦ2           ・・・(1)
輩 で与えられ、二次磁束Φ2に平行な起磁力を作る二次d
軸を流う、はトルクを発生しない。
一方、二次磁束Φ2はd軸電流によって作られ。
Φ冨M−s、d十L2・’2d      ・・・(2
)(但しMは相互インダクタンス、L2F′i二次イン
〆クタンスを示す、) で与えられる。また、q軸方向の磁束は零でらるから、 o=g  ・ イ、、+L2 ・ t 2 、    
        ・・・(3)となシ1回転子の回転速
度をω4.二次磁束の回転速度をω。、すべりtω、と
すると二次q軸%線は(4)式で示す速度起電圧e 2
 qを発生する。
e =−ω3Φ2          ・・・(4)q 一方、二次d軸巻線は(6)式で示す如き変圧起電圧e
2dを発生する。
また、このときの二次d軸電流’2d Fi従りて、上
記(1)式と(3)式よシ1!動機のトルクで与えられ
、また、−次d@電流’1dと二次磁束Φ2との関係は
(2)式と(力式より で示される。このように(8)式と(9)式から、−次
電流を二次磁束に対して平行および直角な起磁力を作る
二つの互いKM交する成分に分けて制御すれば、誘導電
動機のトルクは’1q ” Idを変えることで制御で
き、直流機なみの制御が可能となる。
語5図はこのときの各電流の関係を示したベクトル図で
るる。
ところで、ベクトル制御を用いた通常の電動機制御シス
テムにおいては、(9)弐に見るように二次磁束Φ2け
励磁電流でろる一次d軸電流セ4.に対して一次遅れに
ろるので、制御を開始する以前に二次磁束Φ2を確立し
ておくのが一般的であり、そのためIC磁束の立上シ時
間を短かくすべく、設定値より大きな指令値を与え、磁
束が確立したところで指令値の大きさを設定値に戻すい
わゆるフォー−ノ リ /14<−ダ; ^ すなわち、ベクトル制御ではトルクを指令値TM*及び
二次磁束指令値Φ2°を与えて一次qMX流イ、の指令
値となるトルク成分電流指令値i1.。
と−次d軸電流’1dの指令値となる励磁成分電流指令
値i11を前記(8)式、(9)式の関係よシ演算し、
これに対応する一次電流指令値i1*(但しイ1°=/
7]、7)”+(司暦−戸一)を求めて羨れを基準に電
動機の一次電流1゛1を制御する(第5図参照)。
ここで、二次磁束指令値Φ2゜に対して電動機cK発生
させる二次磁束Φ2t−与える制御のための構成をブロ
ック図で示すと第6図のようになる。
すなわち、二次磁束指令値Φ2″とトルクTM、回転子
の回転速度ω、とを受けてベクトル演算手段aによシ励
磁成分電流指令値’1d”を求める。そして。
この求めた’1;に対応する一次d軸電流イ1.を電力
変換装置すよ多発生させて電動機Cに与える。
これによシ、電動機CにはΦ2なる二次磁束が発生する
このよう忙二次孫束Φ2の制御は励磁電流指令値i11
を電力変換装置すに与えることによシ、この電力変換装
置すよシ指令値対応の電流を電動機に一次電流1゛1 また、第6図におけるベクトル演算手段aには通常、マ
イクロコンピュータが用いられ、すベル周波数制御形ベ
クトル制御の場合、d軸電流の指令値となる励磁電流成
分指令値’1(1’は第7図に示すような方法によシ算
出される。
すなわち、前述の如く、二次磁束Φ2は一次d軸電流イ
1.に対して一次遅れにある((9)式参照)ので、マ
イクロコンピュータは時刻t1(フォーシング開始時)
よシ、予めセットされた7オーシング電流値工jDJl
□を目標値とし、電動機のL224□(二次時定数)t
一時定数とする一次遅れの演算を時々刻刻と行う。これ
をに7図中では工Φ8□0で示す。そして、その値が電
動機によりて決まる励磁電流値工Φに達した時点(時刻
12)でフォーシングを打ち切る。つまシ時刻t1〜t
2(フォーシング時)には励磁電流指令値(、Iとして
はフォー・シングミ流値!、□□が与えられ、時刻t2
以後は励磁電流工Φが与えられる。
(発明が解決しようとする問題点) 上記の如く、交流電動機をベクトル制御するに当シ、マ
イクロコンピュータを用すてすベル周波数制御形ベクト
ル制御の演算を行う場合、フォーシング時には二次磁束
の動き(工ΦIIIMOの値)は電動機のL2At□(
二次時定数T2)の値をもとく演算してシミュレートす
る。従来はこの値は温度変化を考えない場合、一定であ
るとして考え、取シ扱われてきたが、温度変化が一定の
場合でも電流値に対するL2の過渡特性を図示すると第
8図のようになフ、を流が流れ出す時点の二次インダク
タンスL2の値は定常時のそれよシ一般的に大きくなる
すなわち、フォーシング時の二次時定数の値は定常時の
それよフ大きくなる。
従って、上述の如くフォーシング時に定常時の二次時定
数の値を用いて、二次磁束の動きを演算するとフォーシ
ング終了時二次磁束が適正でない為、電動機の発生トル
クと所望のトルクの間には差が生じ、これによシミレ−
トのつシ落しく出発時のかごの一時的な下降)や飛び出
しく出発時のかどの急激な上昇)が生じ、ま−た、それ
に伴うかごの振動が発生するという不具合が生じる。
これは乗客にとって極めて不快な現象でl)、かご内は
密室であるだけに乗客の不安を招く。
そこでこの発明の目的とするところは、マイクロコンピ
ュータを用いてすベル周波数制御形ベクトル制御を行う
場合において、7オーシング、1%了時の二次磁束が適
正になるような制御を可能とし、これによりてエレベー
タの乗心地を飛躍的に改善できるようにした交流電動機
制御装置を提供することにある。
[発明の構成コ (問題点を解決するための手段) 上記目的を達成するため1本発明は次のように構成する
。すなわち、速度指令値に応じすペシ周波数のベクトル
演算を行って電流指令値を求め、これを基準に電力制御
して交流電動機の制御を行うとともに制御開始時に電動
機の二次時定数に起因する磁束の立上シ遅れを受けた二
次磁束の現在値を、前記二次時定数をもとに予測しなが
らその値が設定値に達するまで励磁電流を強めるべくフ
ォーシング制御を行う制御装置(おいて、ベクトル演算
するベクトル演算回路くけフォーシング時制御の演算を
行う場合、フォーシング時の二次ミ束ヘクトルの予測制
御IQ!して、7t−シング時には実原に求まる電動機
の二次時定数(L、7’R,の値)に補正をかけ、その
補正値をフォーシング時の二次時定数として用いること
くよシ、電動機の二次時定数に起因する磁束の立上り遅
れの影響を受けた現在の二次gi束値t−Xめる。そし
て、上記補正値がフォーシング終了時の二次磁束Φ2が
適正値になるような値に設定しておくことで7オーシン
グが終了後直ちにエレベータf:[動する場合でも電動
機の発生トルク値と速度パターンに基づく指令トルク値
の関には差が生じなくなる。特にフォーシング時の二次
時定数に上記補正を加えたものを新たな二次時定数とし
て用い、二次磁束の値を予測することからL2の電流値
による過渡的な非線分部も考慮できるから、フォーシン
グ終了時)二次磁束の値をより適正に予測できる。従っ
て、7オーシング終了時、直ちにエレプータが駆動する
場合でもクシ落しや飛び出しの危険を防止でき、併せて
スタート時の乗シ心地も一段と改善できるようになる。
(実施例) 以下、本発明の一実施例を第1図〜第3図を用いて説明
する。
第1図1)は本発明の制御方法を適用する場合のシステ
ア4構成図である0図中1は速[制御回路であり、与え
られた速度指令値ω0及びグラシレスレゾルパ5の出力
する電動機4の回転速度に対応したパルスレートの速度
fi還倍信号、との差分値を受けてこれを増幅してトル
ク電流成分信号指令値i、Jとして出力する。2はベク
トル演算回路であシ、従来同様マイクロコンビ、−タに
よって構成されている。このベクトル演算回路2は上述
のトルク電流成分信号指令値<1:と二次磁束指令値Φ
2*及び速度帰還信号ω、及び電動機二次時定数補償値
を与えられてこれらよ〕ベクトル演算を行い、三相制御
電流基準U1.?、Vを出力するものでるる。
尚、その演算動作げソフトウェアにより行い、詳細は後
述する。
3はこれら三相制御tPt基準u* 、 v4k 、 
w4をもとICU 、 V 、 W相各相の電流値が該
基準値対応の値となるよう九制御するインバータ等の電
力変換回路でろシ、電流制御系を含んでhる。前記又流
電動機イはこの電力変換回路3の出力にて回転駆動され
る。そして、前記ブラシレスレゾルバ5は、前1己交流
IC動機4の速度に対応し7ヒパルスを速度帰還信号(
回転速度)ω1として出力する。
第1図(b)は、第1図(1)における々クトル演算回
路20機能ブロック図でろシ、図ではベクトル演算回路
2の演算動作のうち%Vc、−・次電流指令値i、*の
@戸、動作に関する詳細を示している。尚、すべ#)等
の演算動作に関しては、本発明に直接関係ないので、そ
の部分は省略してるる。
W 11i!?+ (kI Fつ一^イ釦朗子λμ に
−71−−ノソグの切替演算を行うフォーシング切替演
算部で6シ、フォーシング中はフォーシング電流指令値
’IDgTR(予め設定される(i[)t−1そして、
フを一シング終了後は励磁電流指令値■Φ(を動機にょ
シ予め設定される値)t−励嶽成分電流指令値’Id◆
として出力するものでるる、尚、この切替/C+は後述
する比較演算部の演算結果よシ出力される切替信号8a
1によシ行なわれる。7はfFI/c本発明において付
加した部分で上記i、d*より一次遅れ演算を行い、二
次磁束の予測値IΦ、1M、を求めて出力する一5次、
遅れ演算!でちる。この演算にお−ては、電動機の定数
として求まる定常時の二次時定数T2(= L27R2
) K対して比ガグインに、。、を乗じたものを新たな
二次時定数として用い、−次遅れの演算を行う、すなわ
ちこれは、前述のフォーシング時のL2の非線形部分t
−補償する為のものである。また、8は二次磁束の予測
値IΦ8、。の値と励磁電流指令値工Φの値を比較して
IΦ8、。〉工Φとなった場合。
7オーシングを打ち切る切替信号8凰を出力する比較演
算部である。
また9、10け2乗演算部であシ、各々励磁電流指令値
i 0及びトルク電流成分信号指令値i1Jd の2乗演算を行うものである。さらにノーはこれら2乗
演算部9.10の演算結果よシー次電流指令値i1本を
求める平方根演算部であυ、具体的には上記(i、d′
)2.(il、。)2L t) !5声7礪五−1*な
る演算を行って一次電流指令値iげを求めるものである
。このイケを基準に電動機4の一次電流を制御すること
になる。
次に上記構成の本装置の作用を説明する。
エレベータの場合、速度パターンを発生してとのパター
ンに従って電動機4を制御する。速度制御回路1には図
示しないエレベータ制御装置よ多速度パターンに対応し
た速度指令値ωIが出力され、また、ブラシレスレゾル
バ5かラバエレベータの電動機4の速度に対応したパル
スレートの速度帰還信号ωが出力される。そして、速度
制御口路1はこれらω0とω、との差分値が与えられる
すると速度制御回路1はこの差分値を受けてこれを増幅
してトルク電流成分信号指令値s1q’aとして出力し
てベクトル演算回路2に与える。ベクトル演算回路2は
、このトルク電流成分信号指令値ゼ 9と二次磁束指令
値Φ2″及び速度帰還信号ω1q          
                         
 r及び電動機二次時定数補償値をもとにベクトル演算
を行い、三相制御電流基準U” 、 V” 、 W”を
出力する。その演算動作を説明する。
すなわち、予め設定されているフォーシング電流指令値
、工、□、8と励磁電流指令値工Φとが7オシング切替
演算部5に与えられておシ、このフォーシング切替演算
部6#′i比較演算部8の出力する信号8aによシ上記
二つの入力のうちの一方を選択して励磁電流成分指令値
s 、 dIとして出力する。つまp、フォーシング中
は工IDl1TRを、そして、フォーシング終了後は工
Φを選択して出力する。
この選択のための演算を一次遅れ演算部7と比較演算部
8によフ次のようにして行う。
起動開始に当りてまずはじめにフォーシングを行うので
フォーシング切替演算部6からは7オーシング電流指令
値工、□□が選択されて励磁電流成分指令値イツトとし
て出力されている。
一方、ベクトル制御ではトルクを指令値TM′及び二次
磁束指令値Φ2*を与えて一次q軸電流i、。
の指令値となるトルク成分電流指令値s 1q*と一次
d軸電流イ1.の指令値となる励磁成分電流指令値i、
d*を前記(8)式、(9)式の関係よシ演算し、これ
に対応する一次電流指令値i、′″(但し1、*=、/
”乙−7FT石−37)を求めてこれを基準に電動機の
一次電流ぜ、を制御する。
従って、i、d”w対し2乗演算部9で2乗演算し、ま
た、速度制御回路1よシ与えられるトルク電流信号指令
値i、*は2乗演算部10で2乗演算する。
そして、これらを加算して平方根演算部11に与え、こ
こで開平演算して一次電流指令値iげを求める。
この−次電流指令値i、。よりベクトル演算回路2はこ
の指令値になるような三相制御電流基準U”、V”、W
”を求めて電力変換回路3に与える。電力変換回路3は
このiE流基準U* 、 V* 、 W *に従ってU
、V、W各相の電流値を制御して交流電動機4に与える
ので、交流電動機4はフォーシング電流指令値工、□□
対応の電流が流れ1回転駆動されることになる。
他方、ベクトル演算回路2におけるフォーシングの切替
演算部6は、フォーシング中はフォーシング電流指令値
工、ogtm (予め設定される値)を、そして、7オ
ーシング終了後は励磁電流指令値工Φ(を動機によシ予
め設定される値)を励磁成分電流指令値’1d”として
出力しておシ、この切替えけIΦと工Φ8□。と比較す
る比較演算部8の演算結果よ多出力される切替信号8凰
によシ行われる。そして、IΦ8xMU#:lニー次遅
れ演算部71Cよって演算される。すなわち、この−次
遅れ演算部7は本発明において付加した部分でアシ、上
記’1d”よシー次遅れ演算を行い、磁束の立上シ遅れ
による現在の二次磁束の予測値工Φ8□MOを求めて出
力する。この演算においては、電動機の定数として求ま
る定常時の二次時定数T2(=L2/′R2)に対して
比例rインに、。Rt−乗じたものを新たな二次時定数
として用い、−次遅れの演算を行う、そして、これによ
って前述のフォーシング時のL2の非線形部分を補償す
る。
このようにして補償が成された二次磁束の予測値工ΦS
□。の値と励磁電流指令値工Φの値は比較演算部8によ
って比較され、■ΦIIIMU>■Φとなった場合。
比較演算部J#iフォーシングを打ち切る切替信号8a
を出力する。
尚、第2図は上記制御方法を実施した場合の’Id”と
工Φ8工MUの関係を図示したものである。
ω 次時定数とした場合の工Φ3□MUを示している。
フォーシング時は”101!7mの値で励磁電流指令が
なされ、このときの二次磁束予測値IΦ81M0が励磁
電流指令値工Φよp大きくなったときにフォーシングを
終了して工Φで励磁するようKするが、従来方式に相当
する■では時刻’11に工Φ8工MUが工Φに達してし
まい、この時点でフォーシングを終える。これ九対し、
本願方式ではフォーシング時にはT2に対して第8図に
示す如きフォーシング時の52部分の非線形部分を補う
ような比例ゲインに2゜8を与え、この分の補正を行っ
たものを二次時定数として用い、−次遅れ演算を行うの
で、時刻t12 (>t、1)の時点でフォーシングを
終える。
この結果、フォーシング期間は従来に比べt。
だけ長くなシ、この時間t 分のフォーシング延長Kよ
シ制御対象となる交流電動機4の二次インダクタンスL
2の過渡変化(電流値変化)は落ちっ−て来て工Φ相当
に安定するので、この時点でフォーシングを終了して工
Φを指令値にした電流制御に切替えると、交流電動機イ
の発生トルクと所望トルクは一致するから、従来のよう
な出発時のっシ落しや飛゛び出しが無くなる。すなわち
、従来のフォーシング時のように、通常の二次時定数T
2を用いて二次磁束の値を予測するとフォーシング終了
時適正な二次磁束に対して弱め界磁状態とな)、適正な
トルクを電動機が発生できないという不具合が、本手法
によれば解消される。
ここでフォーシング切替演算部6.−次遅れ演算部1.
比較演算部8の機能を実現するためのソフトウェアを7
0−チャートで示しておく。
まずはじめに工1n371 s IΦ# KFOR# 
T2の値をセットし、次にL2の過渡変化を補償するた
めにに2゜8とTを乗じてT2′なる新しい二次時定数
を求める。*を求める。ついで、この工Φ8□MOが工
Φよシ大きいか否かを調べ、小さいときは’1 d” 
KIIDstlをセットし、大きいときはイ1d”に工
Φをセットする。そしてメインルーチンに戻る。フォー
シング時にこれを遂次実行するようにメインルーチンを
設定しておくことで実施できる。
以上詳述したように本装置は、マイクロコンビ1−夕を
用いてすベル周波数制御形ベクトル制御の演算を行う場
合、フォーシング時の二次磁束ベクトルの予測制御に関
して交流電動機の駆動制御開始時に生じる二次インダク
タンスの過渡変化による電流変化を補うべく、フォーシ
ング時には実際に求まる電動機の二次時定数(L2/′
EL2の値)にとの変化分相当の補正をかけ、その補正
値をフォーシング時の二次時定数とし用いるようにした
ものである。そのため、フォーシング終了時の二次磁束
Φ2が適正値になるよう釦でき、フォーシングが終了後
直ちにエレベータが駆動する場合でも電動機の発生トル
クは目的とするトルク値と一致し、差が生じないので、
これによシエレベータのつシ落しや飛び出しを防止する
ことができるよりになる。
〔発明の効果コ 以上詳述したように本発明によれば、すベル周波数制御
形ベクトル制御を行う場合において、フォーシング終了
時の二次磁束が適正になるような制御が可能でエレベー
タの乗心地を飛躍的に改善できるよ5Kした交流電動機
の制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(1)は本発明の一実施例を示すシステム構成図
、第1図(b)はベクトル演算部の詳細を示す機能20
ツク図、第2図は本発明の実施例による励磁電流成分指
令値と二次磁束の予測値との関係を示す図、第3図は本
発明の要部機能を実現するための手順を示すフローチャ
ート、第4図、第5図はベクトル制御の説明をするため
の図、第6図はベクトル制御を用いた従来装置の構成を
示すブロック図、第7図は従来のフォ、−シングと励磁
電流成分指令値と二次磁束の予測値との関係を示す図、
第8図は電流値に対する二次インダクタンスの過渡特性
を示す図である。 1・・・速度制御回路、2・・・ベクトル演算回路、3
・・・電力変換回路、4・・・交流電動機、5・・・ブ
ラシレスレゾルバ、6・・・フォーシング切替波xi、
y・・・−次遅れ演算部、8・・・比較演算部、9,1
0・・・2乗演算部、11・・・平方根演算部。 出願人代理人  弁理士 鈴 江 武 彦第3図 qn 第4図 i+d 第5図 第7図 第8図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)速度指令値に応じすべり周波数のベクトル演算を
    行って電流指令値を求め、これを基準に電力制御して交
    流電動機の制御を行うとともに制御開始時に電動機の二
    次時定数に起因する磁束の立上り遅れを受けた二次磁束
    の現在値を、前記二次時定数をもとに予測しながらその
    値が設定値に達するまで励磁電流を強めるべくフォーシ
    ング制御を行う制御装置において、ベクトル演算するベ
    クトル演算回路にはフォーシング時には上記二次時定数
    を修正し、この補正された二次時定数をもとに二次磁束
    を予測する一次遅れ演算機能を付加したことを特徴とす
    る交流電動機制御装置。
  2. (2)フォーシング時の二次時定数の補正は電動機の定
    常時の二次時定数に対し比例要素を乗じて算出すること
    を特徴とする特許請求範囲第1項記載の交流電動機制御
    装置。
  3. (3)フォーシング時の二次時定数の補正値は定常時の
    値よりは大きくなるように補正することを特徴とする特
    許請求範囲第1項記載の交流電動機制御装置。
JP62035810A 1987-02-20 1987-02-20 交流電動機制御装置 Pending JPS63206183A (ja)

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JP62035810A JPS63206183A (ja) 1987-02-20 1987-02-20 交流電動機制御装置

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JP62035810A JPS63206183A (ja) 1987-02-20 1987-02-20 交流電動機制御装置

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JP62035810A Pending JPS63206183A (ja) 1987-02-20 1987-02-20 交流電動機制御装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61199487A (ja) * 1985-02-28 1986-09-03 Toshiba Corp 電動機制御装置

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JPS61199487A (ja) * 1985-02-28 1986-09-03 Toshiba Corp 電動機制御装置

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