JP2544321B2 - 誘導電動機の制御装置 - Google Patents

誘導電動機の制御装置

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JP2544321B2 JP59019958A JP1995884A JP2544321B2 JP 2544321 B2 JP2544321 B2 JP 2544321B2 JP 59019958 A JP59019958 A JP 59019958A JP 1995884 A JP1995884 A JP 1995884A JP 2544321 B2 JP2544321 B2 JP 2544321B2
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    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/045Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage whereby the speed is regulated by measuring the motor speed and comparing it with a given physical value

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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は誘導電動機の1次電流を磁束をつくる励磁成
分とそれに直交するトルク成分とにわけて制御する誘導
電動機の制御装置に関する。
〔発明の背景〕
誘導電流機の高応答可変速駆動方式としてベクトル制
御方法が知られている。ベクトル制御方法によれば、1
次電流の磁束成分とそれに直交するトルク成分が独立に
制御されるので、電動機の発生トルクを速やかに制御で
きる。ベクトル制御方法を電圧形PWMインバータを用い
て誘導電動機を駆動するものに適用すると、インバータ
の出力電圧に含まれる高調波分が多いので、電動機から
発生する騒音が大きくなる。
この欠点の解決するために、トルクあるいはこれに関
連する速度制御手段に出力信号に比例させて電動機の磁
束を制御する方法が提案されている。この方法は軽負荷
になるにつれて磁束を小さくするので、軽負荷状態で騒
音を小さくできる。しかし、次のような問題点がある。
すなわち、無負荷時で運転している場合に、急に定格ト
ルクが要求されたとき、磁束は急に大きくはならないの
で、所定のトルクが発生するまでに時間がかかり、たと
えば速度がなかなか立上らないという問題を生じる。さ
らに、無負荷運転を行つている場合、微小振動の外乱が
入ることによつて生じる速度振動は、トルクがすぐに出
てこないことから、除去しにくいという問題もある。こ
れらのことはベクトル制御方法によつて高応答化しよう
としたにもかかわらず、その特徴を充分に発揮できなく
なる。
〔発明の目的〕
本発明は前記欠点に対してなされたもので、その目的
とするところは、トルクに応じて磁束を変える際に無負
荷時において定格負荷指令が出されても、トルク応答が
悪化することなく騒音を小さくできる誘導電動機の制御
装置を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は、誘導電動機の1次電流の励磁電流成分とそ
れに直交するトルク電流成分を各々の指令信号に応じて
独立に制御する誘導電動機の制御装置において、前記ト
ルク電流成分の指令信号の零から定格値までの大きさに
応じて、前記電動機の磁束指令信号を零よりも大きくそ
の定格値以下の所定値から定格値まで可変させる磁束指
令回路と、該磁束指令回路からの磁束指令信号と磁束演
算回路からの磁束信号との偏差から前記励磁電流成分の
指令信号を生成する励磁電流指令手段とを備え、前記磁
束演算回路は、該励磁電流指令手段からの励磁電流成分
指令信号を遅れ要素に入力して前記磁束信号を演算する
ものであることを特徴とする。
本発明の概要は上述の通りであるが、本発明の基本理
念を簡単に説明する。高応答制御を行うためには磁束は
できるだけ大きい方がよい。一方、磁束が大きいと騒音
が大きくなる。このように、応答性をよくすることと低
騒音にすることとは相反する関係にある。ところで、騒
音は磁束に比例して発生する電磁音,電動機の回転によ
つて生じる機械音,冷却フアンによる風音等からなる。
そのために、無負荷時に磁束を零にしても、電動機が運
転している限り騒音は発生することになる。このこと
は、無負荷時に磁束を零にしても意味はなく、電磁音が
電動機の回転によつて生ずる音以下の騒音レベルになる
程度まで磁束を減少させればよいことを意味する。
〔発明の実施例〕
第1図に本発明の一実施例を示す。
第1図において、周波数変換器2は整流器、平滑用の
コンデンサ、インバータから構成されるPWMインバータ
で、交流電源1から電力を受け、誘導電動機3の駆動に
必要な周波数及び電圧の交流電流を出力する。誘導電動
機3は周波数変換器2に接続され、周波数変換器2から
交流電流の供給をうけて駆動される。速度検出器4は誘
導電動機3の軸端に機械的に直結され、その回転速度を
検出する。速度指令回路5の速度指令信号Nと速度検
出器4の速度検出信号Nの偏差信号が速度制御回路6に
入力される。速度制御回路6は速度偏差に応じて誘導電
動機3の1次電流のトルク成分(以下、トルク電流とす
る)を指令するトルク電流指令信号It を出力する。ト
ルク電流指令信号It は磁束指令回路7、ベクトル演算
回路12および、割算器9に入力される。磁束指令回路7
はその入力信号に応じて磁束指令信号Φを出力する。
磁束指令信号Φは磁束制御回路8に入力される。磁束
制御回路8は磁束指令信号Φに応じて磁束を作るため
の1次電流の励磁成分(以下、励磁電流と略す)の指令
信号Im と誘導電動機3における実際の磁束信号Φを演
算する。励磁電流指令信号Im はベクトル演算回路12に
入力される。トルク電流指令信号It は割算器9におい
て磁束信号Φで除せられる。割算器9の出力信号は誘導
電動機3のすべり角周波数信号ωとなつて、加算器10
に入力される。加算器10ではすべり角周波数信号ω
速度検出信号Nが加算され、1次角周波数信号ωとな
る。1次角周波数信号ωは発振器11に入力され、発振
器11からは一定振幅で、角周波数ωの正弦信号と余弦
信号が出力される。この両信号はベクトル演算回路12に
入力される。ベクトル演算回路12では正弦,余弦信号を
基準にして、トルク電流指令信号It と励磁電流指令信
号Im のベクトル加算を行い、誘導電動機3に流れる交
流の1次電流指令信号iを演算する。1次電流指令信
号iと電流検出器13の電流検出信号iの偏差に応じた
信号が電流制御回路14に入力される。電流制御回路14は
電流偏差に応じた信号を出力する。その信号はPWM制御
回路15に入力される。PWM制御回路15は電流制御回路14
の出力信号と三角波信号(搬送波)とを比較し、周波数
変換器2のスイツテング素子を制御するPWMパルスを作
成する。PWM制御回路15のPWMパルスは周波数変換器2の
点弧制御を行う。
次に動作を説明する。
速度制御回路6はトルク電流指令信号It を出力す
る。磁束指令信号Φはトルク電流指令信号It に応じ
て決められる。第2図(a)(b)(c)にそれぞれそ
の特性の一例を示す。αは入力信号(It )の定格値、
βは定格磁束を指令する磁束指令の値である。入力信号
αが零になつても磁束指令は零ではなく、定格値βより
弱められたτなる値を保つている。磁束制御回路8では
磁束指令信号Φに従つて、励磁電流指令信号Im を作
成する。第3図はに磁束指令回路8の一例を示す。磁束
偏差増幅器101は磁束指令信号Φと磁束演算回路102に
よる磁束信号Φの偏差に応じて動き、その出力信号は励
磁電流指令信号Im となる。磁束演算回路102は次の演
算により磁束信号Φを求める。
ここで、Mは誘導電動機3の励磁インダクタンス、T2
は同じく2次回路の時定数、Sはラプラス演算子であ
る。こうしてトルク電流指令信号It 、磁束信号Φが演
算されると、すべり角周波数ωは次式によつて求めら
れる。
(2)式の演算は割算器9で行なわれる。次に加算器
10では、すべり角周波数信号ωと速度検出信号Nによ
り1次角周波数信号ωを演算する。
ω=ω+N ……(3) 発振器11は次式に示す正弦信号pと余弦信号qを出力
する。
ベクトル演算回路12では信号p,qを基準にしてトルク
電流指令信号It 、励磁電流指令信号Im のベクトル和
をとり、3相の交流の1次電流指令iを演算する。そ
のうち、1相分について記すと次式のようになる。
=Im ・p+It ・q ……(5) =I1 sin(ω1t+θ) ……(6) ここで、 である。第4図に(5)式を実行するための構成例を示
す。掛算器103,104及び加算器105によつて(5)式の演
算が行なわれる。発振器11およびベクトル演算回路12の
構成はアナログ回路で実現する場合に便利であるが、マ
イクロコンピユータを用いたデイジタル回路で実現する
場合には、トルク電流指令信号It 、励磁電流指令信号
Im および1次角周波数信号ωを入力として、(7)
式ついで(6)式の演算を実行して交流の1次電流指令
を求めてもよい。このようにして1次電流指令i
が出力されると、電流制御回路14の働きにより電流検出
信号i、すなわち誘導電動機3の1次電流はその指令i
に比例するように制御される。
以上のような構成により制御すると、誘導電動機3の
磁束は、速度制御回路6の出力に比例しながらも、この
出力が零の場合にもあい値を保つように制御される。
第5図はこのときの動作波形を示す。(a)〜(c)
は従来の場合、(d)〜(f)は本発明の場合の特性を
示す。無負荷運転中に時刻t1でステップ状の速度指令N
が加えられたとする。(a),(d)は磁束信号Φ、
(b),(e)は誘導電動機3の発生トルク、(c),
(f)は回転速度を表わす。図からわかるように、従来
の場合加速終了は時刻t3までの時間が必要である。一方
本発明の場合は時刻t1において多くのトルクを発生する
ので、加速終了時間はt2までと短くなる。このように、
本発明によれば加速特性がよくなる。
第6図は騒音特性を示す。横軸は回転速度N、縦軸は
騒音Sを示す。また、NLは無負荷時、FLは定格負荷時の
特性で、aは従来、bは本発明の場合の騒音特性を示
す。図より無負荷時NLは定格負荷時FLと比較して騒音が
低下し、また、定格負荷時FLでは従来aと本発明bの差
はなく、無負荷時NLにおいても第2図における最小値τ
の値を調整するとaとbの差は小さくなることがわか
る。
以上からわかるように、本発明によれば高応答制御で
きるだけでなく、低騒音で誘導電動機を運転できる。
第7図に本発明の他の実施例を示す。第7図において
第1図と同一記号のものは相当物を示す。第7図の実施
例は速度制御回路6の出力をすべり角周波数信号ω
している点に特徴がある。掛算器16は速度制御回路6の
出力信号ωと、磁束制御回路8の磁束信号Φとを掛け
あわせる。その出力信号はトルク電流指令信号It とな
る。ωs,Φ,It には(2)式の関係があるので、掛算
器16では の演算を行う。このように構成しても第1図の例と様の
効果があり、さらに割算器を用いていないので、マイク
ロコンピユータで実施する場合に適する。すなわち、演
算時間のかかる割算をなくし、掛算だけで構成するの
で、制御系全体の演算時間が短縮され、その結果、高応
答制御が実施しやすくなる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、電動機のトルク
電流の大きさに比例して磁束の大きさ及び励磁電流大き
さが制御されることから、無負荷時での電動機1次電流
を小さくできるので騒音の低減が図れるという効果があ
る。
また、トルク電流の急峻な変動に対しても、直接に励
磁電流を制御せずに、磁束演算回路と励磁電流指令手段
により一旦磁束の変動に変換したのちに励磁電流を制御
することから、結果的にトルク電流変動分に対して励磁
電流が急峻に立ち上げられ、磁束の立ち上りに伴う遅れ
が補償されるので、トルク電流と磁束との積で得られる
電動機発生トルクが向上し、無負荷時でも負荷(トルク
電流)の急峻な変動に対して高応答なトルク特性が得ら
れるという効果もある。
なお、周波数変換器はPWMインバータとして説明した
が、他の変換器、たとえばサイクロコンバータや電流形
インバータで誘導電動機を駆動するものに本発明を用い
ても同様な効果を奏し得るのは明らかなことである。ま
た、上述の実施例はアナログ回路等ハード回路で説明し
たが、マイクロコンピュータ等でソフト的に実行しても
よいのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す構成図、第2図(a)
〜(c)は磁束制御回路の特性図、第3図,第4図は第
1図に示す部品の一例を示す詳細構成図、第5図は動作
波形図、第6図は回転速度と騒音の関係を示す特性図、
第7図は本発明の他の実施例を示す構成図である。 2……周波数変換器、3……誘導電動機、6……速度制
御回路、7……磁束指令回路、8……磁束制御回路、12
……ベクトル演算回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武藤 信義 日立市幸町3丁目1番1号 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 酒井 慶次郎 日立市幸町3丁目1番1号 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 二宮 寿一 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 (72)発明者 五十嵐 貞之 習志野市東習志野7丁目1番1号 日立 京葉エンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 昭57−88891(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】誘導電動機の1次電流の励磁電流成分とそ
    れに直交するトルク電流成分を各々の指令信号に応じて
    独立に制御する誘導電動機の制御装置において、 前記トルク電流成分の指令信号の零から定格値までの大
    きさに応じて、前記電動機の磁束指令信号を零よりも大
    きくその定格値以下の所定値から定格値まで可変させる
    磁束指令回路(7)と、 該磁束指令回路からの磁束指令信号と磁束演算回路(10
    2)からの磁束信号との偏差から前記励磁電流成分の指
    令信号を生成する励磁電流指令手段(101)とを備え、 前記磁束演算回路は、該励磁電流指令手段からの励磁電
    流成分指令信号を遅れ要素に入力して前記磁束信号を演
    算するものである ことを特徴とする誘導電動機の制御装置。
JP59019958A 1984-02-08 1984-02-08 誘導電動機の制御装置 Expired - Lifetime JP2544321B2 (ja)

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