JP2505325B2 - 誘導電動機の抵抗推定起動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、三相誘導電動機をイン
バータにより駆動する技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】三相誘導電動機の制御方式は、速度検出
装置を必要とせず、高速高精度にトルクや速度が制御で
きる、速度センサレスベクトル制御方式が近年脚光を浴
びており、例えば、平成２年電気学会全国大会講演論文
集の第６分冊の第6-43〜6-44頁に記載された論文「瞬時
空間ベクトル理論を応用した速度センサレスベクトル制
御」等にも発表されている。

【０００３】図２は、速度センサレスベクトル制御の一
例のブロック図であり、この図によって従来技術を説明
する。

【０００４】ＰＷＭインバータ１により電力が供給され
る三相誘導電動機２の三相の一次電圧ｖ_u , ｖ_v ，ｖ_w
を電圧検出器３で検出する。また三相一次電流ｉ_u ，ｉ
_v ，ｉ_w を電流検出器４で検出する。状態変数演算器５
では、検出された一次電圧ｖ_u , ｖ_v ，ｖ_w および一次
電流ｉ_u ，ｉ_v ，ｉ_w より、 Ｖ₁ ＝√(2/3)[ｖ_u −ｖ_v /2−ｖ_w /2＋ｊ√(3)/2(ｖ_v −ｖ_w )] （１） Ｉ₁ ＝√(2/3)[ｉ_u −ｉ_v /2−ｉ_w /2＋ｊ√(3)/2(ｉ_v −ｉ_w )] （２） Ψ₂ ＝∫｛Ｌ₂/Ｍ (ｖ₁ −Ｒ₁ Ｉ₁)−Ｋ（Ψ₂ −Ψ_2i）｝dt −（Ｌ₁ Ｌ₂ ／Ｍ−Ｍ）Ｉ₁ （３） Ψ_2i＝∫（Ｍ／Ｌ₂ Ｉ₁ −Ｒ₂/Ｌ₂ Ψ_2i＋ｊω_m Ψ_2i）dt （４） ω₂ ＝d/dt(tan^-1ψ_2q／ψ_2d) （５） ω_s ＝Ｒ₂ Ｍ／Ｌ₂(ψ_2dｉ_1q−ψ_2qｉ_1d) ／ (ψ_2d ² ＋ψ_2q ²) （６） ω_m ＝ω₂ −ω_s （７） Ψ₁ ＝Ｍ／Ｌ₂ Ψ_2i＋ (Ｌ₁ −Ｍ²/Ｌ₂)Ｉ₁ （８） Ｔ＝ψ_1dｉ_1q−ψ_1qｉ_1d （９） の演算をする。ここで、 Ｖ₁ ；一次電圧ベクトル Ｉ₁ ；一次電流ベクトル Ψ₂ ，Ψ_2i；二次鎖交磁束ベクトル ω₂ ；Ψ₂ の回転角周波数 ω_s ；Ψ₂ に対する回転子のすべり角周波数 ω_m ；回転子の回転角周波数 Ψ₁ ；一次鎖交磁束ベクトル Ｔ ；トルク ψ_2d，ψ_2q；Ψ₂ のｄ，ｑ軸成分 ψ_1d，ψ_1q；Ψ₁ のｄ，ｑ軸成分 Ｌ₁ ，Ｌ₂ ；一次，二次インダクタンス Ｍ ；相互インダクタンス Ｋ ；積分ドリフト補償ゲイン Ｒ₁ ，Ｒ₂ ；一次，二次抵抗 ｊ ；ベクトルを複素数表現した時の虚数部を意味し、
それはベクトルのｑ軸に相当する。 である。またｄ−ｑ軸は静止した座標軸である。そして
以下ω_m を速度と称することにする。

【０００５】速度ω_ｍとその指令ω_ｍ ^＊との誤差は、加
減算器６で演算され、ＰＩ増幅器７でトルク指令Ｔ^＊と
なる。トルク指令Ｔ^＊はトルク制限器８を通して最大値
が制限されてＴ^＊′となる。Ｔ^＊′と磁束指令Ψ^＊及び
状態変数演算器５の出力のトルクＴと一次鎖交磁束ベク
トルΨ_１が、トルク磁束制御器９に入力され、トルクＴ
が入力されるトルク指令Ｔ^＊′に追従し、且つ一次鎖交
磁束ベクトルの絶対値｜Ψ_１｜が磁束指令Ψ^＊に追従す
るように、スイッチング信号Ｓ_ｕ，Ｓ_ｖ，Ｓ_ｗがこのト
ルク磁束制御器９からＰＷＭインバータ１に出力され
る。磁束指令Ψ^＊やトルク制限器８のトルク制限値Ｔ
_ＬＭは、起動モード発生器１０から得られる。起動モー
ド発生器１０は、起動信号Ｓ_Ｔを入力とし、この起動信
号Ｓ_Ｔが“０”の時は磁束指令Ψ^＊及びトルク制限値Ｔ
_ＬＭ共に零であり、起動信号Ｓ_Ｔが“０”から“１”に
変化してからｔ_１時間後までに磁束指令Ψ^＊を５０％ま
で増加させるが、トルク制限値Ｔ_ＬＭはこの時まで零の
ままとする。その後３ｔ_１までに磁束指令Ψ^＊を１００
％まで増加させると共に、トルク制限値Ｔ_ＬＭも０％か
ら１５０％まで増加させる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来技術において速度
ω_m やトルクＴ、一次鎖交磁束ベクトルΨ₁ がそれぞれ
指令値ω_m ^* やＴ^* ′、Ψ^* に追従するように制御され
る。そのω_m やＴ、及びΨ₁ は一次電圧ベクトルＶ₁ や
一次電流ベクトルＩ₁ より、電動機定数のＲ₁ 、Ｒ₂ 、
Ｌ₁ 、Ｌ₂ 、Ｍを用いて演算されるので、もしそれらの
定数が実際の値と違っていると、演算される速度ω_m や
トルクＴ、一次鎖交磁束ベクトルΨ₁ もそれぞれの真の
値と違うようになって、ω_m ^* 、Ｔ^* ′、Ψ^* と実際の
ω_m 、Ｔ、｜Ψ₁ ｜との間に誤差を生じるようになる。

【０００７】電動機定数のうちＬ₁ 、Ｌ₂ 、Ｍは運転中
にほとんど変化しないので、最初に正確な値を状態変数
演算器５に設定しておけば、上記の問題は生じない。し
かしながら、電動機定数のうちＲ₁ とＲ₂ とは電動機の
温度によって変動するので、設定したＲ₁ 、Ｒ₂ の値と
実際のＲ₁ 、Ｒ₂ の値との間に誤差を生じるようにな
る。例えば、電動機の温度がＲ₁ 、Ｒ₂ の設定温度より
も高かったならば、起動時に充分な起動トルクを発生で
きず、起動できなかったり速度指令よりも高速で回転し
てしまったりする。本発明はこのような問題点を解決し
ようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記の従来技術の問題点
を解決するために、本発明の誘導電動機の抵抗推定起動
装置は、三相誘導電動機の駆動システムにおいて、該電
動機の起動時に、すなわち起動信号Ｓ_T が零から立ち上
がった直後から磁束指令が50％まで立ち上がるまでの一
定時間、直流電圧または脈流電圧を一時的に印加する直
流または脈流電圧発生手段と、前記の直流または脈流電
圧発生手段より直流または脈流電圧を該電動機に印加し
始めてから磁束指令が50％まで立ち上がるまでの一定時
間後該電動機の１相の電流（以下起動電流と呼ぶ）を検
出する起動電流検出手段と、該電動機の温度が基準温度
状態における該電動機の一次抵抗Ｒ_1nと二次抵抗Ｒ_2nお
よび該電動機の温度が基準温度状態における前記起動電
流検出手段の出力の起動電流Ｉ_n を記憶している基準値
記憶手段と、該電動機の温度が規定されていない状態に
おける前記起動電流検出手段の出力の起動電流Ｉおよび
基準値記憶手段出手段の出力Ｒ_1n、Ｒ_2nおよびＩ_n を入
力し、 Ｒ₁ ＝｛Ｋ_r1（Ｉ_n −Ｉ）／Ｉ＋１｝Ｒ_1n Ｒ₂ ＝｛Ｋ_r2（Ｉ_n −Ｉ）／Ｉ＋１｝Ｒ_2n の演算（Ｋ_r1，Ｋ_r2は補正係数）で該電動機の一次抵抗
Ｒ₁ と二次抵抗Ｒ₂ とを推定する抵抗推定手段とから成
り、起動時に電動機の一次抵抗と二次抵抗とを推定する
ことを特徴とする。

【０００９】

【作用】例えば、直流または脈流電圧発生手段の出力電
圧Ｅを、標準温度で停止している三相誘導電動機のＶ−
Ｗ相端子を短絡し、Ｕ−Ｖ相端子間に印加した場合に、
図３に実線で示したようにＵ相電流ｉ_u が流れたとす
る。この時、流し始めてからの時間が充分に長いt₂時間
後に流れる電流は、標準温度における抵抗をＲ_1nとする
と２Ｅ／３Ｒ_1nである。起動時の温度が標準温度より高
い場合には抵抗Ｒ₁ が大きくなりＲ₁ ＞Ｒ_1nで示した破
線のように電流が流れる。逆に起動時の温度が標準温度
より低い場合には抵抗Ｒ₁ は小さくなりＲ₁ ＜Ｒ_1nで示
した破線のように電流が流れる。抵抗値Ｒ₁ と電流の値
とは反比例する。時間t₂より相当短い時間t₁後の電流に
ついても図３に示したように電流の大小関係は同じであ
って、その値も正確ではないがほぼ反比例の関係にある
とみなすことができる。よって予め標準温度における一
次抵抗Ｒ₁ 及び二次抵抗Ｒ₂ において前記t₁時間後の電
流Ｉを測定し、これを基準温度における起動電流Ｉ_n と
して、標準温度における一次抵抗Ｒ_1n及び二次抵抗Ｒ_2n
と共に、基準値記憶手段内に記憶しておく。かくして、
起動時に予め決められた一定の直流電圧を該誘導電動機
に印加して、予め決められた時間t₁後の起動電流Ｉを起
動電流検出手段で検出し、抵抗推定手段において、基準
値記憶手段の出力である基準温度での起動電流Ｉ_n と一
次抵抗Ｒ_1n及び二次抵抗Ｒ_2nとから、 Ａ_r1＝Ｋ_r1（Ｉ_n −Ｉ）／Ｉ （10） Ａ_r2＝Ｋ_r2（Ｉ_n −Ｉ）／Ｉ （11） Ｒ₁ ＝（Ａ_r1＋１）Ｒ_1n （12) Ｒ₂ ＝（Ａ_r2＋１）Ｒ_2n （13) の演算をし、一次抵抗Ｒ₁ と二次抵抗Ｒ₂ とを推定す
る。ここでＡ_r1とＡ_r2とはそれぞれ一次抵抗と二次抵抗
との補正率であり、Ｋ_r1とＫ_r2とは補正率の補正係数で
ある。一次抵抗と二次抵抗との温度がいつでも同じなら
ば、Ｋ_r1＝Ｋ_r2＝１でもよいが、実際には温度上昇した
状態においては二次抵抗の温度の方が高いので、Ｋ_r1＜
１及びＫ_r2＞１とする必要がある。

【００１０】このようにして求められた一次抵抗Ｒ₁ 及
び二次抵抗Ｒ₂ は必ずしも実際の値に一致はしないが、
標準温度における一次抵抗Ｒ_1n及び二次抵抗Ｒ_2nよりは
実際に近い値となるので、速度ω_m やトルクＴ、一次鎖
交磁束ベクトルΨ₁ の演算誤差が少なくなり、前記の起
動トルク不足等の問題が緩和される。

【００１１】予め決められた時間t₁を、t₂のように充分
長くすれば、起動電流Ｉと一次抵抗Ｒ₁ との関係は完全
に反比例となり、式（10）のＫ_r1＝１とすることによっ
て、正確な一次抵抗Ｒ₁ 得ることができるが、t₁が秒単
位となり起動時間がかかり過ぎる不具合が生じる。

【００１２】

【実施例】本発明を図２に示した従来技術による速度セ
ンサレスベクトル制御に適用した一実施例を図１に示
す。図２と同一部分については説明を省略し、図１につ
いて詳細に説明する。

【００１３】図２の起動モード発生器10は、スイッチ12
とスイッチ14とを操作する信号Ｓ₁ とＳ₂ とを新たに出
力するために、起動モード発生器10′に変更されてい
る。スイッチ12を操作する信号Ｓ₁ は、起動信号Ｓ_T が
“０”から“１”に立ち上がってから、磁束指令Ψ^* が
50％まで立ち上がるまでの時間t₁の間“１”となり、他
は“０”である。また、スイッチ14を操作する信号Ｓ₂
は、信号Ｓ₁ が“１”から“０”に立ち下がる瞬間のみ
“１”となる。よって、起動信号Ｓ_T が“１”になった
直後からt₁時間だけスイッチ12は“１”側に切り換わ
り、直流電圧信号発生器11の出力Ｓ_u ，Ｓ_v ，Ｓ_w がＰ
ＷＭインバータ１に入力される。ＰＷＭインバータ１は
パルス幅制御で平均的に直流電圧Ｅを三相誘導電動機２
のＵ相−Ｖ相間に印加する。この時Ｓ_u ＝Ｓ_w とするこ
とによって、Ｖ相−Ｗ相間は短絡された状態と同じにな
る。直流電圧Ｅの値は、時間t₁の間に磁束が50％立ち上
がる大きさにする必要がある。電流検出器４のＵ相の電
流ｉ_u は、ＰＷＭ制御によるリップルを除くために低域
通過フィルタ13を通って平滑化され、スイッチ14を介し
て抵抗推定演算器15へ入力される。破線で取り囲んだよ
うに、この電流検出器４のＵ相分と低域通過フィルタ13
とスイッチ14とで起動電流検出器17を構成している。ス
イッチ14は起動してからt₁時間後の瞬間だけ閉じるの
で、抵抗推定演算器15には起動電流Ｉが入力されること
になる。抵抗推定演算器15には基準値記憶器16の出力で
ある基準温度での起動電流Ｉ_n と一次抵抗Ｒ_1n及び二次
抵抗Ｒ_2nを入力して、式（10），（11），（12），（1
3）により一次抵抗Ｒ₁ と二次抵抗Ｒ₂ とを推定し、状
態変数演算器５へ出力される。起動信号Ｓ_T が“１”に
なってからt₁時間後の動作は図２に示した従来技術と同
じであるが、状態変数演算器５で用いる抵抗値がＲ_1nと
Ｒ_2nの代わりに、抵抗推定演算器15の出力のＲ₁ とＲ₂
とになる点が異なっている。

【００１４】

【発明の効果】三相誘導電動機の一次抵抗や二次抵抗は
該電動機の温度によって変動する。よって、従来技術で
は温度が代わる度に人の手によって抵抗値を制御器に入
力する必要があった。それができない場合にはトルクや
速度の制御精度が劣化する。しかし、本発明によると、
起動時の短い時間に直流電圧を印加して流れる電流の変
動を測定することにより、自動的に抵抗変動が推定でき
るので、起動後電動機の温度変動の少ない暫くの間はト
ルクや速度制御精度を高く保つことができる。特に従来
技術における温度変動による起動トルク不足の問題に対
しては、本発明によって完全に解決できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明を速度センサレスベクトル制御に
適用した一例のブロック線図である。

【図２】図２は従来の速度センサレスベクトル制御の一
例のブロック線図である。

【図３】図３は三相誘導電動機のＶ−Ｗ相間を短絡し、
Ｕ−Ｖ相間に直流電圧を印加した時のＵ相電流の波形を
示した波形図である。

【符号の説明】

１ ＰＷＭインバータ ２ 三相誘導電動機 ３ 電圧検出器 ４ 電流検出器 ５ 状態変数演算器 ６ 加減算器 ７ ＰＩ増幅器 ８ トルク制限器 ９ トルク磁束制御器 10，10′起動モード発生器 11 直流電圧信号発生器 12 スイッチ 13 低域通過フィルタ 14 スイッチ 15 抵抗推定演算器 16 基準値記憶器 17 起動電流検出器

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 三相誘導電動機の駆動システムにおい
   て、該電動機の起動時に一定時間直流電圧または脈流電
   圧を一時的に印加する直流または脈流電圧発生手段と、
   前記の直流または脈流電圧発生手段より直流または脈流
   電圧を該電動機に印加し始めてから磁束指令が50％まで
   立ち上がるまでの一定時間後、該電動機の１相の電流、
   すなわち起動電流を検出する起動電流検出手段と、該電
   動機の温度が基準温度状態における該電動機の一次抵抗
   Ｒ_1nと二次抵抗Ｒ_2nおよび該電動機の温度が基準温度状
   態における前記起動電流検出手段の出力の起動電流Ｉ_n
   を記憶している基準値記憶手段と、該電動機の温度が規
   定されていない状態における前記起動電流検出手段の出
   力の起動電流Ｉおよび基準値記憶手段出手段の出力
   Ｒ_1n、Ｒ_2nおよびＩ_n を入力し、Ｋ_r1，Ｋ_r2を補正係数
   として Ｒ₁ ＝｛Ｋ_r1（Ｉ_n −Ｉ）／Ｉ＋１｝Ｒ_1n Ｒ₂ ＝｛Ｋ_r2（Ｉ_n −Ｉ）／Ｉ＋１｝Ｒ_2n の演算で該電動機の一次抵抗Ｒ₁ と二次抵抗Ｒ₂ とを推
   定する抵抗推定手段とから成り、起動時に電動機の一次
   抵抗と二次抵抗とを推定する誘導電動機の抵抗推定起動
   装置。