JP2003284384A - 交流電動機の制御方法及び装置 - Google Patents

交流電動機の制御方法及び装置

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JP2003284384A
JP2003284384A JP2002083680A JP2002083680A JP2003284384A JP 2003284384 A JP2003284384 A JP 2003284384A JP 2002083680 A JP2002083680 A JP 2002083680A JP 2002083680 A JP2002083680 A JP 2002083680A JP 2003284384 A JP2003284384 A JP 2003284384A
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Hideaki Iura
英昭 井浦
Kozo Ide
耕三 井手
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Yaskawa Electric Corp
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Yaskawa Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電力変換器により変換された交流により駆動
される交流電動機が、電力変換器の出力電圧が飽和する
領域において、急に加減速したり負荷が急変した場合で
あっても、電流制御を安定に保つことにより、交流電動
機を安定に可変速制御できるようにする。 【解決手段】 電力変換器の直流電圧から出力可能な電
圧の大きさを演算し、出力電圧演算回路から出力される
位相はそのままにして、出力電圧の大きさを出力可能な
電圧で制限するように、励磁電流制御回路及びトルク電
流制御回路への入力を補正する。すなわち、ベクトル図
において、直流電圧で補正した出力電圧指令の大きさV
のベクトルと出力可能な電圧を示す円弧が交差する
点に、電圧位相θはそのままにして、出力電圧の大き
さを補正したリミット後の出力電圧指令V ’を作成
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電力変換器により
変換された交流により駆動される交流電動機が、電力変
換器の出力電圧が飽和する領域において、急に加減速し
たり負荷が急変した場合であっても、安定に可変速制御
することが可能な交流電動機の制御方法及び制御装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の交流電動機の制御におい
ては、例えば特開平10−262399号公報記載の発
明では、電力変換器の出力電圧が飽和する領域におい
て、電流制御動作が不安定とならない範囲で、電流制御
のゲインを高くなるように調整し、電流制御の応答を一
定に保持するようにするか、または、ゲインを下げたり
零にしたりして、電流制御動作が不安定にならないよう
にしている。
【0003】また、例えば特開2001−145400
号公報記載の発明では、出力電圧指令演算回路で得られ
る出力電圧指令値と電力変換器で検出される直流電圧検
出値の比率から飽和量を求め、これにより誘導電動機の
誘起電圧と磁束指令の大きさを小さくするようにゲイン
を調整し、出力電圧が飽和することなく、電流制御の応
答を一定に保持するようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような交流電動機の制御においても、通常の加減速を行
う運転であれば、電力変換器の出力電圧が徐々に飽和に
近づくため、上記従来の制御方法でも充分であるが、急
に加減速を行う運転をしたり、負荷が急激に変化する場
合には、制御が間に合わず、交流電動機に流れる電流が
不安定となり、過大な電流が流れるなどして、電流制御
が不安定となる。
【0005】本発明は、かかる従来の問題点を解決しよ
うとするものであって、急に加減速したり、負荷が急変
する場合であっても、電流制御を安定に保つことによ
り、交流電動機を安定に加減速できる交流電動の制御方
法及び制御装置を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本願請求項1に係る発明では、交流電動機へ任意の
電力を出力する電力変換器と、前記交流電動機に供給さ
れる電流を検出する電流検出回路と、前記交流電動機に
供給される電流を励磁電流検出値とトルク電流検出値に
変換して出力する座標変換回路と、励磁電流指令値と前
記励磁電流検出値とが一致するように励磁電流方向電圧
を制御する励磁電流制御回路と、トルク電流指令値と前
記トルク電流検出値とが一致するようにトルク電流方向
電圧を制御するトルク電流制御回路と、与えられた出力
周波数指令を積分することにより得られる位相角を演算
する位相角演算回路と、前記励磁電流制御回路と前記ト
ルク電流制御回路から出力される電圧指令から出力電圧
の大きさ及び位相を演算する出力電圧演算回路とを備
え、前記出力電圧演算回路から出力する電圧の大きさと
位相に前記位相角演算回路から出力される位相角を加
え、電力変換器のスイッチングを決定する制御方法にお
いて、前記電力変換器の直流電圧から出力可能な電圧の
大きさを演算し、前記出力電圧演算回路から出力される
位相はそのままにして出力電圧の大きさを前記出力可能
な電圧で制限するように前記励磁電流制御回路及び前記
トルク電流制御回路への入力を補正することを特徴とし
ている。
【0007】また、本願請求項2に係る発明では、交流
電動機へ任意の電力を出力する電力変換器と、前記交流
電動機に供給される電流を検出する電流検出回路と、前
記交流電動機に供給される電流を励磁電流検出値とトル
ク電流検出値に変換して出力する座標変換回路と、励磁
電流指令値と前記励磁電流検出値とが一致するように励
磁電流方向電圧を制御する励磁電流制御回路と、トルク
電流指令値と前記トルク電流検出値とが一致するように
トルク電流方向電圧を制御するトルク電流制御回路と、
与えられた出力周波数指令を積分することにより得られ
る位相角を演算する位相角演算回路と、前記励磁電流制
御回路と前記トルク電流制御回路から出力される電圧指
令から出力電圧の大きさ及び位相を演算する出力電圧演
算回路とを備え、前記出力電圧演算回路から出力する電
圧の大きさと位相に前記位相角演算回路から出力される
位相角を加え、電力変換器のスイッチングを決定する制
御装置において、前記電力変換器の直流電圧から出力可
能な電圧の大きさを演算し、前記出力電圧演算回路から
出力される位相はそのままにして出力電圧の大きさを前
記出力可能な電圧で制限するように前記励磁電流制御回
路及び前記トルク電流制御回路への入力を補正すること
を特徴としている。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。
【0009】図1は、本発明における交流電動機の制御
装置の実施形態を示すブロック図である。
【0010】本実施形態における電動機の制御装置は、
電力変換器1、交流電動機2、電流検出器3、電流座標
変換回路4、トルク電流制御回路5、励磁電流制御回路
6、位相演算回路7、出力電圧演算回路8、スイッチン
グパターン発生回路9および出力電圧補正回路10を備
えている。
【0011】電力変換器1は、パワー素子により三相交
流を変換された直流電圧を、PWM制御方式により任意
の周波数と電圧の交流に変換し、交流電動機2に供給す
る。
【0012】また、電流検出器3は、前記交流電動機2
に供給される電流i、iを検出し、検出された電流
値i、iを電流座標変換回路4へ送る。
【0013】電流座標変換回路4は、前記電流検出器3
で検出された上記電流値i、iをトルク電流検出値
qfbと励磁電流検出値idfbに分離し、両電流値
fb、idfbをそれぞれトルク電流制御回路5お
よび励磁電流制御回路6へ送る。
【0014】トルク電流制御回路5は、与えられたトル
ク電流指令値iqrefと前記トルク電流検出値i
qfbとが一致するように、q軸電圧指令値Vqref
を演算し、それを出力電圧演算回路8へ送る。
【0015】一方、励磁電流制御回路6は、与えられた
励磁電流指令値idrefと前記励磁電流検出値i
dfbとが一致するように、d軸電圧指令値Vdref
を演算し、それを出力電圧演算回路8へ送る。
【0016】また、位相演算回路7は、与えられた周波
数fを積分することにより、位相θを演算する。
【0017】出力電圧演算回路8は、前記q軸電圧指令
値Vqrefと前記d軸電圧指令値Vdrefとから、
出力電圧指令値Vとその電圧位相θをスイッチング
パターン発生回路9へ送る。
【0018】スイッチングパターン発生回路9は、前記
出力電圧指令値及Vおよび前記電圧位相θと前記位
相θを加算した電力変換器出力位相θdegとから、電
力変換器1のスイッチングパターンを決定する。
【0019】図2は、本発明における出力電圧補正回路
10の実施形態の構成を表すブロック図である。
【0020】出力電圧補正回路10は、前記電力変換器
1から直流電圧VDCを、前記出力電圧演算回路8から
出力電圧指令値Vとその電圧位相θを入力し、前記
出力電圧指令V1と前記電力変換器1の直流電圧VDC
の比である直流電圧で補正した出力電圧指令V が、
予め設定されたレベルのリミット回路によりリミットさ
れ、リミット後の出力電圧指令V ’が出力される。
【0021】リミット回路の入力である直流電圧で補正
した出力電圧指令V とリミット後の出力電圧指令V
’から補正電圧Vを演算し、前記電圧位相θ
用いて前記補正電圧Vより、前記励磁電流制御回路の
入力へのd軸電圧補正値V 及び前記トルク電流制御
回路への入力q軸電圧補正値Veqを演算して出力す
る。
【0022】次に、この出力電圧補正回路10における
演算の意味を、ベクトル図を用いて以下に説明する。
【0023】図3は、本発明における出力電圧補正の実
施形態を示すベクトル図であって、直流電圧から演算さ
れる出力電圧の最大値は、図中に破線で示す円弧上に存
在する。
【0024】この出力電圧の最大値に対し、直流電圧で
補正した出力電圧指令V の大きさが小さく、その電
圧ベクトルが円弧の内側に存在すれば、直流電圧で補正
した出力電圧指令V とリミット後の出力電圧指令V
’は一致することになる。しかしながら、この円弧
を越えるような電圧ベクトルは出力することができな
い。そこで、本発明では電圧が飽和した場合、目的とす
る電圧ベクトルに対し、電圧位相θはそのままにし
て、電圧の大きさのみを制限することとしている。これ
は電圧位相が変化すると、電流制御が不安定になるの
で、それを防止するためである。このため、直流電圧で
補正した出力電圧指令の大きさV が上記最大値より
大きく、その電圧ベクトルが円弧を越える場合、直流電
圧で補正した出力電圧指令の大きさV のベクトルと
円弧が交差する点に、出力電圧の大きさを補正したリミ
ット後の出力電圧指令V ’を作成する。
【0025】直流電圧で補正した出力電圧の大きさV
と出力電圧の大きさを補正したリミット後の出力電圧
指令V ’とは位相θが同一で相似となるので、補
正すべき電圧ベクトルVは、直流電圧で補正した出力
電圧指令の大きさV と出力電圧の大きさを補正した
リミット後の出力電圧指令V ’との差分である。そ
して、補正すべき電圧ベクトルVを上記差分により演
算した後、その演算結果より、d軸成分Vedとq軸成
分Veqを演算することができる。この補正電圧でそれ
ぞれ前記励磁電流制御回路及び前記トルク電流制御回路
への入力を補正する。
【0026】なお、図2において、上記d軸成分Ved
をKで、上記q軸成分VeqをK でそれぞれ除算し
ているが、このKおよびKは、それぞれ前記励磁電
流制御回路6及び前記トルク電流制御回路5の比例ゲイ
ンであり、電圧を電流偏差の次元に変換するためのもの
である。
【0027】
【発明の効果】以上のように本発明の交流電動機の制御
方法及び装置によれば、出力電圧が飽和しないように励
磁電流制御回路及びトルク電流制御回路への入力を補正
することができ、電流制御が不安定になることを防止
し、交流電動機を安定に加減速することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明における交流電動機の制御装置の実施
形態を表すブロック図
【図2】 本発明における出力電圧補正回路の実施形態
を表すブロック図
【図3】 本発明における出力電圧補正の実施形態を表
すベクトル図
【符号の説明】
1…電力変換器、2…交流電動機、3…電流検出器、4
…電流座標変換回路、5…トルク電流制御回路、6…励
磁電流制御回路、7…位相演算回路、8…出力電圧演算
回路、9…スイッチングパターン発生回路、10…出力
電圧補正回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H576 CC05 DD02 DD04 EE01 EE11 GG04 HB01 JJ25 JJ28 LL22 MM02

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流電動機へ任意の電力を出力する電力
    変換器と、前記交流電動機に供給される電流を検出する
    電流検出回路と、前記交流電動機に供給される電流を励
    磁電流検出値とトルク電流検出値に変換して出力する座
    標変換回路と、励磁電流指令値と前記励磁電流検出値と
    が一致するように励磁電流方向電圧を制御する励磁電流
    制御回路と、トルク電流指令値と前記トルク電流検出値
    とが一致するようにトルク電流方向電圧を制御するトル
    ク電流制御回路と、与えられた出力周波数指令を積分す
    ることにより得られる位相角を演算する位相角演算回路
    と、前記励磁電流制御回路と前記トルク電流制御回路か
    ら出力される電圧指令から出力電圧の大きさ及び位相を
    演算する出力電圧演算回路とを備え、前記出力電圧演算
    回路から出力する電圧の大きさと位相に前記位相角演算
    回路から出力される位相角を加え、電力変換器のスイッ
    チングを決定する制御方法において、前記電力変換器の
    直流電圧から出力可能な電圧の大きさを演算し、前記出
    力電圧演算回路から出力される位相はそのままにして出
    力電圧の大きさを前記出力可能な電圧で制限するように
    前記励磁電流制御回路及び前記トルク電流制御回路への
    入力を補正することを特徴とする交流電動機の制御方
    法。
  2. 【請求項2】 交流電動機へ任意の電力を出力する電力
    変換器と、前記交流電動機に供給される電流を検出する
    電流検出回路と、前記交流電動機に供給される電流を励
    磁電流検出値とトルク電流検出値に変換して出力する座
    標変換回路と、励磁電流指令値と前記励磁電流検出値と
    が一致するように励磁電流方向電圧を制御する励磁電流
    制御回路と、トルク電流指令値と前記トルク電流検出値
    とが一致するようにトルク電流方向電圧を制御するトル
    ク電流制御回路と、与えられた出力周波数指令を積分す
    ることにより得られる位相角を演算する位相角演算回路
    と、前記励磁電流制御回路と前記トルク電流制御回路か
    ら出力される電圧指令から出力電圧の大きさ及び位相を
    演算する出力電圧演算回路とを備え、前記出力電圧演算
    回路から出力する電圧の大きさと位相に前記位相角演算
    回路から出力される位相角を加え、電力変換器のスイッ
    チングを決定する制御装置において、前記電力変換器の
    直流電圧から出力可能な電圧の大きさを演算し、前記出
    力電圧演算回路から出力される位相はそのままにして出
    力電圧の大きさを前記出力可能な電圧で制限するように
    前記励磁電流制御回路及び前記トルク電流制御回路への
    入力を補正することを特徴とする交流電動機の制御装
    置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104615149A (zh) * 2014-11-27 2015-05-13 北京航空航天大学 一种控制输入幅值与速率受限条件下伺服电机的抗饱和控制方法
EP3098961A3 (en) * 2015-05-26 2017-01-18 LSIS Co., Ltd. System of controlling induction electric motor

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