JP2528953B2 - 誘導電動機の速度制御装置 - Google Patents
誘導電動機の速度制御装置Info
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- JP2528953B2 JP2528953B2 JP63290019A JP29001988A JP2528953B2 JP 2528953 B2 JP2528953 B2 JP 2528953B2 JP 63290019 A JP63290019 A JP 63290019A JP 29001988 A JP29001988 A JP 29001988A JP 2528953 B2 JP2528953 B2 JP 2528953B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、インバータによって可変速制御する誘導電
動機の速度制御装置に関する。
動機の速度制御装置に関する。
第５図は例えば電気学会産業応用部門全国大会講演論
文「簡易速度センサレスベクトル制御方式」（1987/8、
No.128）に示され制御システムのブロツク図であり、図
において１は誘導電動機、２はパルス幅変調電圧形イン
バータ（PWMINV）、３は３相電圧指令vu＊〜vw＊の演算
器、４は積分器、５はトルク電流成分検出器、６は周波
数指令演算器、７は電圧指令演算器である。その基本動
作はインバータの出力電圧の指令信号vu＊〜vw＊の位相
基準信号θ＊を基準として、誘導電動機１の１次電流か
らトルク電流成分I1qを検出し、フイードバツク信号のI
1qに基づいてすべり周波数ωs＊を演算し、これと速度
指令ωr＊の加算よりインバータ出力周波数指令ω1＊を
演算し、さらに前記トルク電流成分検出値I1qと前記ω1
＊及び前記誘導電動機の電動機定数に基づいて電圧ベク
トルV1＊及びδ＊（V1＊：相電圧振幅値、δ＊：電動機
内部相差角）の指令値を演算し、これらV1＊，δ＊，θ
＊に基づいて演算する３相電圧指令vu＊〜vw＊よりPWM
制御インバータの周波数及び電圧を制御して電動機を速
度制御する。これは、従来のような速度検出器を用いず
に、電流検出器のみによつて電動機をベクトル制御する
方式であり、直流機と同等にトルクや速度を高性能に制
御するものである。
文「簡易速度センサレスベクトル制御方式」（1987/8、
No.128）に示され制御システムのブロツク図であり、図
において１は誘導電動機、２はパルス幅変調電圧形イン
バータ（PWMINV）、３は３相電圧指令vu＊〜vw＊の演算
器、４は積分器、５はトルク電流成分検出器、６は周波
数指令演算器、７は電圧指令演算器である。その基本動
作はインバータの出力電圧の指令信号vu＊〜vw＊の位相
基準信号θ＊を基準として、誘導電動機１の１次電流か
らトルク電流成分I1qを検出し、フイードバツク信号のI
1qに基づいてすべり周波数ωs＊を演算し、これと速度
指令ωr＊の加算よりインバータ出力周波数指令ω1＊を
演算し、さらに前記トルク電流成分検出値I1qと前記ω1
＊及び前記誘導電動機の電動機定数に基づいて電圧ベク
トルV1＊及びδ＊（V1＊：相電圧振幅値、δ＊：電動機
内部相差角）の指令値を演算し、これらV1＊，δ＊，θ
＊に基づいて演算する３相電圧指令vu＊〜vw＊よりPWM
制御インバータの周波数及び電圧を制御して電動機を速
度制御する。これは、従来のような速度検出器を用いず
に、電流検出器のみによつて電動機をベクトル制御する
方式であり、直流機と同等にトルクや速度を高性能に制
御するものである。
また、上記と同様に速度検出器を用いないベクトル制
御の別方式としては、例えば特開昭62-25888号に記載の
ように電動機の１次電流及び１次電圧を検出し、それら
のフイードバツク信号に基づいて電動機の磁束及びすべ
りを演算してベクトル制御を行うものがある。
御の別方式としては、例えば特開昭62-25888号に記載の
ように電動機の１次電流及び１次電圧を検出し、それら
のフイードバツク信号に基づいて電動機の磁束及びすべ
りを演算してベクトル制御を行うものがある。
上記従来技術の制御方式は近年マイコンの発達に伴な
いそれを使つたソフトウエアで実現される。その場合、
１次電流あるいは１次電圧はサンプリング時間毎に取込
まれ、そのフイードバツク信号に基づいて制御演算が行
われその結果による指令値で電動機が制御されるため、
第６図で示すように実際の１次電流i1（破線）に対して
サンプリング時間Tsで検出される検出値i1sは実線とな
り誤差を生じ、特にインバータ出力周波数が大きくなる
と追従しなくなり、速度制御精度や応答が劣化し、さら
には不安定現像が発生し、運転不可能になるといつた問
題があつた。
いそれを使つたソフトウエアで実現される。その場合、
１次電流あるいは１次電圧はサンプリング時間毎に取込
まれ、そのフイードバツク信号に基づいて制御演算が行
われその結果による指令値で電動機が制御されるため、
第６図で示すように実際の１次電流i1（破線）に対して
サンプリング時間Tsで検出される検出値i1sは実線とな
り誤差を生じ、特にインバータ出力周波数が大きくなる
と追従しなくなり、速度制御精度や応答が劣化し、さら
には不安定現像が発生し、運転不可能になるといつた問
題があつた。
本発明の目的は、上記した問題を解消するためになさ
れたもので、広範囲に亘つて電動機の回転速度を安定に
制御する電動機の速度制御装置を提案することにある。
れたもので、広範囲に亘つて電動機の回転速度を安定に
制御する電動機の速度制御装置を提案することにある。
上記目的は、可変周波の交流電圧を出力して誘導電動
機を可変速制御するインバータと、該インバータの出力
である前記誘導電動機の１次電流の瞬時値をサンプル周
期毎に検出する電流検出手段と、該電流検出手段からの
電流検出値よりトルク電流成分I1qを検出するトルク電
流成分検出手段と、前記電動機の回転速度の指令値ωr
＊を発生する手段と、該回転速度の指令値と前記トルク
電流成分検出値に基づいて前記インバータの出力周波数
指令値ω1＊を演算する手段と、前記トルク電流成分検
出値と前記出力周波数指令値に基づいて前記インバータ
の出力電圧ベクトル指令値であるところの電圧の大きさ
V1＊と内部相差角δ＊の各指令値を演算する手段と、前
記出力周波数指令値ω1＊と前記電圧の大きさV1＊と内
部相差角δ＊の各指令値に基づいて前記インバータの出
力を制御する手段とを備えた誘導電動機の速度制御装置
において、 前記インバータの出力周波数が所定値以上になると前
記トルク電流成分検出値と前記内部相差角を零にする手
段を備えることで達成される。
機を可変速制御するインバータと、該インバータの出力
である前記誘導電動機の１次電流の瞬時値をサンプル周
期毎に検出する電流検出手段と、該電流検出手段からの
電流検出値よりトルク電流成分I1qを検出するトルク電
流成分検出手段と、前記電動機の回転速度の指令値ωr
＊を発生する手段と、該回転速度の指令値と前記トルク
電流成分検出値に基づいて前記インバータの出力周波数
指令値ω1＊を演算する手段と、前記トルク電流成分検
出値と前記出力周波数指令値に基づいて前記インバータ
の出力電圧ベクトル指令値であるところの電圧の大きさ
V1＊と内部相差角δ＊の各指令値を演算する手段と、前
記出力周波数指令値ω1＊と前記電圧の大きさV1＊と内
部相差角δ＊の各指令値に基づいて前記インバータの出
力を制御する手段とを備えた誘導電動機の速度制御装置
において、 前記インバータの出力周波数が所定値以上になると前
記トルク電流成分検出値と前記内部相差角を零にする手
段を備えることで達成される。
本発明による速度制御装置は、低周波領域ではサンプ
ル周期Ts毎に１次電流の瞬時値が取込まれ、これよりト
ルク電流成分が演算され、これに基づいてすべり周波数
や出力電圧が制御されて、電動機はベクトル制御され
る。また、サンプリング周期Tsに対して少なくともその
数倍以下の周期となる高周波領域になると、１次電流瞬
時値のフイードバツクループは切離され、速度指令信号
のみによるオープンループ制御でインバータの出力周波
数及び電圧が制御される、いわゆる電圧対周波数が一定
の制御（V/F制御）に切換わる。それにより低速ではベ
クトル制御により高トルク特性が得られ、高速ではオー
プンループ制御で安定な速度制御が行え、広範囲に亘り
速度制御できる。
ル周期Ts毎に１次電流の瞬時値が取込まれ、これよりト
ルク電流成分が演算され、これに基づいてすべり周波数
や出力電圧が制御されて、電動機はベクトル制御され
る。また、サンプリング周期Tsに対して少なくともその
数倍以下の周期となる高周波領域になると、１次電流瞬
時値のフイードバツクループは切離され、速度指令信号
のみによるオープンループ制御でインバータの出力周波
数及び電圧が制御される、いわゆる電圧対周波数が一定
の制御（V/F制御）に切換わる。それにより低速ではベ
クトル制御により高トルク特性が得られ、高速ではオー
プンループ制御で安定な速度制御が行え、広範囲に亘り
速度制御できる。
以下、本発明の一実施例を前記第５図と同一部分に同
一符号を付した第１図により説明する。ここで、８及び
９は速度指令ωr＊からの制御モード判別器10によつて
操作される積分要素81及び91を備えた切換回路であり、
ωr＊が所定値ωl以上になると、該切換回路８によりト
ルク電流成分検出値I1qを零値に切換え、また、切換回
路９は電圧相差角指令δ＊を零に切換える。また11,12,
13はサンプルホールド回路で、サンプリング時間Ts毎に
速度指令ωr＊及び１次電流検出値i1を取込み、13はTs
時間毎に１次電圧指令v1＊を保持する。
一符号を付した第１図により説明する。ここで、８及び
９は速度指令ωr＊からの制御モード判別器10によつて
操作される積分要素81及び91を備えた切換回路であり、
ωr＊が所定値ωl以上になると、該切換回路８によりト
ルク電流成分検出値I1qを零値に切換え、また、切換回
路９は電圧相差角指令δ＊を零に切換える。また11,12,
13はサンプルホールド回路で、サンプリング時間Ts毎に
速度指令ωr＊及び１次電流検出値i1を取込み、13はTs
時間毎に１次電圧指令v1＊を保持する。
次に動作を説明する、先ず制御モード判別器12によつ
て速度指令ωr＊が所定値ωl以下であれば、第２図で示
す構成からなる切換回路8,9のスイツチはＡにセツトさ
れ電流フイードバツクループを形成する。そしてサンプ
リング時間Ts毎に１次電流i1の瞬時値を検出し、これよ
りトルク電流成分I1qを演算し、そのI1qに基づいてイン
バータ出力周波数指令ω1＊及び出力電圧ベクトル指令
（電圧の大きさV1＊，相差差δ＊）を演算し、さらに１
次電圧瞬時値指令v1＊を演算しその値はサンプルホール
ド回路13でサンプリング時間Ts保持され、PWM制御演算
等に用いられる。この電流フイードバツクループ制御に
より、前記したように電動機の磁束が常に一定となるよ
うに１次電圧の大きさV1や位相δが制御され（ベクトル
制御）、さらに周波数制御によつてすべりが補償される
ため、低速域でも高トルクが発生し、回転速度も指令値
にほぼ一致して制御される。
て速度指令ωr＊が所定値ωl以下であれば、第２図で示
す構成からなる切換回路8,9のスイツチはＡにセツトさ
れ電流フイードバツクループを形成する。そしてサンプ
リング時間Ts毎に１次電流i1の瞬時値を検出し、これよ
りトルク電流成分I1qを演算し、そのI1qに基づいてイン
バータ出力周波数指令ω1＊及び出力電圧ベクトル指令
（電圧の大きさV1＊，相差差δ＊）を演算し、さらに１
次電圧瞬時値指令v1＊を演算しその値はサンプルホール
ド回路13でサンプリング時間Ts保持され、PWM制御演算
等に用いられる。この電流フイードバツクループ制御に
より、前記したように電動機の磁束が常に一定となるよ
うに１次電圧の大きさV1や位相δが制御され（ベクトル
制御）、さらに周波数制御によつてすべりが補償される
ため、低速域でも高トルクが発生し、回転速度も指令値
にほぼ一致して制御される。
次に速度指令ωr＊が所定値ωl以上になると切換回路
8,9のスイツチはＢにセツトされ、周波数演算器６及び
電圧指令演算器７に用いられるI1qは零となり、また電
圧指令演算出力の相差角δも零となり、インバータの出
力電圧、及び周波数は速度指令ωr＊のみによる第３図
に示すオープンループ制御となる。これは速度指令ωr
＊をサンプリング時間Tsで取込み、該ωr＊に係数器14
のゲインφ1を乗じることで電圧指令V1＊を演算し、ま
たωr＊を積分することで電圧位相θ＊を得て、これらV
1＊，θ＊より１次電圧瞬時値v1＊を演算し、その値v1
＊はサンプルホールド回路13にTs時間保持されPWM制御
部へ出力される。この制御はいわゆる電圧対周波数が一
定の制御方式（V/f一定制御）であり、上記したように
電流フイードバツクによるすべり補償が無いために速度
制御精度が劣る反面、電流検出サンプリング時間の影響
を受けず、また制御演算処理時間が上記フイードバツク
制御に比べ短縮することから、瞬時電圧指令v1＊のサン
プリング時間Tsを短かくでき、高速回転でも安定で高応
答な速度制御ができる。
8,9のスイツチはＢにセツトされ、周波数演算器６及び
電圧指令演算器７に用いられるI1qは零となり、また電
圧指令演算出力の相差角δも零となり、インバータの出
力電圧、及び周波数は速度指令ωr＊のみによる第３図
に示すオープンループ制御となる。これは速度指令ωr
＊をサンプリング時間Tsで取込み、該ωr＊に係数器14
のゲインφ1を乗じることで電圧指令V1＊を演算し、ま
たωr＊を積分することで電圧位相θ＊を得て、これらV
1＊，θ＊より１次電圧瞬時値v1＊を演算し、その値v1
＊はサンプルホールド回路13にTs時間保持されPWM制御
部へ出力される。この制御はいわゆる電圧対周波数が一
定の制御方式（V/f一定制御）であり、上記したように
電流フイードバツクによるすべり補償が無いために速度
制御精度が劣る反面、電流検出サンプリング時間の影響
を受けず、また制御演算処理時間が上記フイードバツク
制御に比べ短縮することから、瞬時電圧指令v1＊のサン
プリング時間Tsを短かくでき、高速回転でも安定で高応
答な速度制御ができる。
次に上記した２つの制御モードを運転速度指令に応じ
て制御モード判別器10により切換える場合、瞬時的に切
換えると、電圧及び周波数の急峻な変化で過渡現象が発
生する。これには、切換回路8,9には時定数Ｔの１次遅
れ要素81,91を備えているため円滑な切換えが行える。
第４図は、制御方式が切換わる時のトルク電流検出信号
I1q及び電圧相差角指令δ＊の時間変化を示す。図中実
線はフイードバツク制御を行うベクトル制御からオープ
ンループ制御を行うV/f制御へ切換わる場合で、切換回
路8,9のスイツチをＡからＢにすることでI1q及びδ＊の
各信号は、積分要素81,92の時定数で零となる。一方図
中破線はV/f制御からベクトル制御へ切換わる場合で、
切換回路8,9のスイツチをＢからＡにすることで、I1q及
びδ＊は零から円滑に検出値／演算値まで変化する。こ
こで、両者の制御モードの切換える速度ωlは電流検出
値と実際値との追従性が確保できるサンプリング時間Ts
によつて決まり、Tsの逆数値が１次周波数の数倍〜10倍
以上あればフィードバック制御での不安定現象は生じな
いことがわかつているため、ωlはこの関係を満足する
値に選ばれる。
て制御モード判別器10により切換える場合、瞬時的に切
換えると、電圧及び周波数の急峻な変化で過渡現象が発
生する。これには、切換回路8,9には時定数Ｔの１次遅
れ要素81,91を備えているため円滑な切換えが行える。
第４図は、制御方式が切換わる時のトルク電流検出信号
I1q及び電圧相差角指令δ＊の時間変化を示す。図中実
線はフイードバツク制御を行うベクトル制御からオープ
ンループ制御を行うV/f制御へ切換わる場合で、切換回
路8,9のスイツチをＡからＢにすることでI1q及びδ＊の
各信号は、積分要素81,92の時定数で零となる。一方図
中破線はV/f制御からベクトル制御へ切換わる場合で、
切換回路8,9のスイツチをＢからＡにすることで、I1q及
びδ＊は零から円滑に検出値／演算値まで変化する。こ
こで、両者の制御モードの切換える速度ωlは電流検出
値と実際値との追従性が確保できるサンプリング時間Ts
によつて決まり、Tsの逆数値が１次周波数の数倍〜10倍
以上あればフィードバック制御での不安定現象は生じな
いことがわかつているため、ωlはこの関係を満足する
値に選ばれる。
なお、前述には高速域で第３図に示すオープンループ
制御としたが、第７図に示すように１次電流を整流器15
に入力し、その絶対値又は平均値をサンプルして、出力
周波数指令ω1＊あるいは出力電圧指令ｖ1＊にフイード
バツクしてもよい。これらの検出値は直流量のためサン
プルタイムの影響を受けにくく、このフイードバツクに
より、過負荷制限やトルクブーストを行うことができ
る。
制御としたが、第７図に示すように１次電流を整流器15
に入力し、その絶対値又は平均値をサンプルして、出力
周波数指令ω1＊あるいは出力電圧指令ｖ1＊にフイード
バツクしてもよい。これらの検出値は直流量のためサン
プルタイムの影響を受けにくく、このフイードバツクに
より、過負荷制限やトルクブーストを行うことができ
る。
また、図示しないが、特開昭62-25888号記載のように
電動機の１次電流と１次電圧の瞬時値をサンプルしてフ
イードバツク制御しベクトル制御を行うものについても
第１図の実施例と同様に、各フイードバツク信号に切換
回路を設け回転速度に応じてフイードバツク制御あるい
はオープンループ制御に切換えれば運転速度範囲を広げ
ることができる。
電動機の１次電流と１次電圧の瞬時値をサンプルしてフ
イードバツク制御しベクトル制御を行うものについても
第１図の実施例と同様に、各フイードバツク信号に切換
回路を設け回転速度に応じてフイードバツク制御あるい
はオープンループ制御に切換えれば運転速度範囲を広げ
ることができる。
本発明によれば、回転速度に応じて制御モードを切換
えることで低速度領域ではトルク電流成分検出値のフイ
ードバツク制御によるベクトルに制御により高トルク特
性が得られ、高速度領域ではトルク電流成分検出値を用
いずオープンループ制御のV/f制御により安定な速度制
御ができ、このため、運転速度範囲の広い速度制御がで
きるという効果がある。
えることで低速度領域ではトルク電流成分検出値のフイ
ードバツク制御によるベクトルに制御により高トルク特
性が得られ、高速度領域ではトルク電流成分検出値を用
いずオープンループ制御のV/f制御により安定な速度制
御ができ、このため、運転速度範囲の広い速度制御がで
きるという効果がある。
第１図は本発明の一実施例の制御構成ブロツク図、第２
図は第１図の切換回路の構成図、第３図，第４図，第７
図は本発明の動作を説明する図、第５図は従来の速度制
御ブロツク図、第６図は電流検出波形図を示す。 １……誘導電動機、２……PWM制御インバータ装置、５
……トルク電流成分検出器、６……周波数指令演算器、
７……電圧指令判別器、8,9……切換回路、10……制御
モード判別器、11,12,13……サンプルホールド回路。
図は第１図の切換回路の構成図、第３図，第４図，第７
図は本発明の動作を説明する図、第５図は従来の速度制
御ブロツク図、第６図は電流検出波形図を示す。 １……誘導電動機、２……PWM制御インバータ装置、５
……トルク電流成分検出器、６……周波数指令演算器、
７……電圧指令判別器、8,9……切換回路、10……制御
モード判別器、11,12,13……サンプルホールド回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本部 光幸 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (72)発明者 藤井 洋 千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号 株式会社日立製作所習志野工場内
Claims (1)
- 【請求項１】可変周波の交流電圧を出力して誘導電動機
を可変速制御するインバータと、 該インバータの出力である前記誘導電動機の１次電流の
瞬時値をサンプル周期毎に検出する電流検出手段と、 該電流検出手段からの電流検出値よりトルク電流成分I
1qを検出するトルク電流成分検出手段と、 前記電動機の回転速度の指令値ωr＊を発生する手段
と、 該回転速度の指令値と前記トルク電流成分検出値に基づ
いて前記インバータの出力周波数指令値ω1＊を演算す
る手段と、 前記トルク電流成分検出値と前記出力周波数指令値に基
づいて前記インバータの出力電圧ベクトル指令値である
ところの電圧の大きさV1＊と内部相差角δ＊の各指令値
を演算する手段と、 前記出力周波数指令値ω1＊と前記電圧の大きさV1＊と
内部相差角δ＊の各指令値に基づいて前記インバータの
出力を制御する手段とを備えた誘導電動機の速度制御装
置において、 前記インバータの出力周波数が所定値以上になると、前
記トルク電流成分検出値を遮断し、該検出値とは無関係
に前記インバータの出力指令値（出力周波数指令値及び
出力電圧指令値）を演算し、該出力指令値に基づいて前
記インバータの出力を制御する手段を備えたことを特徴
とする誘導電動機の速度制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63290019A JP2528953B2 (ja) | 1988-11-18 | 1988-11-18 | 誘導電動機の速度制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63290019A JP2528953B2 (ja) | 1988-11-18 | 1988-11-18 | 誘導電動機の速度制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02142393A JPH02142393A (ja) | 1990-05-31 |
| JP2528953B2 true JP2528953B2 (ja) | 1996-08-28 |
Family
ID=17750737
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63290019A Expired - Lifetime JP2528953B2 (ja) | 1988-11-18 | 1988-11-18 | 誘導電動機の速度制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2528953B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FI110372B (fi) | 1999-02-15 | 2002-12-31 | Abb Industry Oy | Menetelmä sähkökoneen ohjaamiseksi ja vaihtosuuntaaja |
-
1988
- 1988-11-18 JP JP63290019A patent/JP2528953B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02142393A (ja) | 1990-05-31 |
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