JP2817123B2 - 誘導電動機の磁束調整方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は誘導電動機、特に誘
導電動機の磁束調整方法及びその装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に誘導電動機の速度を、検出された
一次電圧と一次電流とから演算する場合、誘導電動機の
定常状態の特性方程式(1), (2)によって以下のように説
明できる。これらの式中の、一次電圧Ｖ₁ ，一次電流Ｉ
₁ ，二次電流Ｉ₂ はすべてベクトルである。

【数１】 Ｖ₁ ＝ (Ｒ₁ ＋ｊωＬ₁)Ｉ₁ ＋ｊωＭＩ₂ ……(1)

【数２】 ０＝ｊω_s ＭＩ₁ ＋ (Ｒ₂ ＋ｊω_s Ｌ₂)Ｉ₂ ……(2) ここで、Ｒ₁ ：一次抵抗 Ｒ₂ ：二次抵抗 Ｌ₁ ：一次インダクタンス Ｌ₂ ：二次インダクタンス Ｍ ：相互インダクタンス である。

【０００３】一次電圧Ｖ₁ 、一次電流Ｉ₁ 、一次角周波
数ωが得られれば、(1) 式より二次電流Ｉ₂ が決まり、
(2) 式よりすべり角周波数ω_s が求められる。よって誘
導電動機の回転角周波数ω_m は次式(3) によって求める
ことができる。

【数３】 ω_m ＝ω−ω_s ……(3)

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように誘導電動機
に供給される一次電圧と一次電流とを検出して誘導電動
機の回転速度を検出するとき、一次角周波数ωがω＝０
のとき(1) 式より二次電流Ｉ₂ を求めることができな
くなり、(2) 式よりすべり角周波数ω_s も求められず、
また(3) 式より回転角周波数ω_m が求められないと言う
欠点がある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】つまり、その目的を達成
するための手段は、 １）請求項１において、誘導電動機の回転角周波数（ω
ｍ）とトルク（Ｔ）入力し、回転角周波数（ωｍ）とト
ルク（Ｔ）と磁束指令（φ２＊）及び誘導電動機の二次
抵抗（Ｒ２）との関係が、Ｔ＝ωｍ＝０以外で、ωｍ＋
ＴＲ２／φ２＊２≠０を満足する磁束指令（φ２＊）を
出力することを特徴とする誘導電動機の磁束調整方法で
ある。 ２）請求項２において、トルク（Ｔ）と定数（Ｋ１）と
の積を出力する乗算器（２１）と、トルク（Ｔ）と定数
（Ｋ２）との積を出力する乗算器（２２）と、回転角周
波数（ωｍ）と乗算器（２１）の出力との差を出力する
加減器（２３）と、回転角周波数（ωｍ）と乗算器（２
２）の出力との差を出力する加減器（２４）と、加減器
（２３）の出力が０以上なら１、０未満なら０を出力す
るコンパレータ（２５）と、加減器（２４）の出力が０
以上なら１、０未満なら０を出力するコンパレータ（２
６）と、コンパレータ（２５）の出力が１なら０、０な
ら１を出力する否定回路（２７）と、コンパレータ（２
６）の出力が１なら０、０なら１を出力する否定回路
（２８）と、コンパレータ（２５）の出力と否定回路
（２７）の出力との論理積を出力するＡＮＤ回路（２
９）と、コンパレータ（２６）の出力と否定回路（２
８）の出力との論理積を出力するＡＮＤ回路（２１０）
と、ＡＮＤ回路（２９）の出力とＡＮＤ回路（２１０）
の出力との論理和を出力するＯＲ回路（２１１）と、Ｏ
Ｒ回路（２１１）の出力により２値の二次磁束指令候補
値から１値を選択して出力する二次磁束選択スイッチと
から成る誘導電動機の磁束調整装置である。

【０００６】

【作用】すべり角周波数ω_s とトルクＴとの関係は、二
次システム側の磁束の大きさをφ₂ 、二次抵抗をＲ₂ と
すると

【数４】 ω_s ＝｛Ｒ₂ ／ (φ₂)² ｝Ｔ ……(4) の関係があり、φ₂ を変えることにより、トルクＴを変
えることなくすべり角周波数ω_s を変えることができ
る。本発明はこの原理を利用したもので、前記磁束調整
手段により磁束φを調整し、すべり角周波数ω_s を変化
させることにより、(3) 式で表される一次角周波数ωを
零としないことによって、前記問題点を解決するもので
ある。ただし、ここでは定常状態を仮定しているため、
回転角周波数ω_m は直ちには変化しないものとしてい
る。もし回転角周波数ω_m が外的要因で変化するときに
は、一次角周波数ωが零付近に留まることはなくなり、
本問題には該当しなくなる。

【０００７】

【実施例】図１は本発明をＰＷＭインバータで駆動され
る誘導電動機のベクトル制御に適用した一実施例であ
り、11はＰＷＭインバータ制御部、12はＰＷＭインバー
タ、13は誘導電動機、14は速度とトルクの演算部、15は
磁束調整部であり、ＰＷＭインバータ制御部11はトルク
指令Ｔ^* 、二次磁束指令φ₂ ^* 、誘導電動機の回転角周
波数ω_m 、一次電流Ｉ₁ を入力とし、ＰＷＭインバータ
12へ制御信号を出力する。速度とトルクの演算部14では
一次電圧Ｖ₁ と一次電流Ｉ₁ とを入力し、回転角周波数
ω_m とトルクＴを出力する。磁束調整部15では、回転角
周波数ω_m とトルクＴ及び二次磁束指令候補値φ₂₁ ^* ，
φ₂₂ ^* を入力して、回転角周波数ω_m とトルクＴとに応
じて、二次磁束指令候補値φ₂₁ ^* ，φ₂₂ ^* のどちらか一
方を選択して二次磁束指令φ₂ ^* を出力する。

【０００８】図２は図１の磁束調整部15を表している。
乗算器21, 22によってトルクＴに定数Ｋ₁ ，Ｋ₂ を掛
け、それぞれ加減器23, 24によって ω_m −Ｋ₁ Ｔおよ
びω_m −Ｋ₂ Ｔ を出力する。コンパレータ25では ０
≦ω_m −Ｋ₁ Ｔ の時には１が、０＞ω_m −Ｋ₁ Ｔ の
時には０が出力され、またコンパレータ26でも同様に
０≦ω_m −Ｋ₂ Ｔ の時には１が、０＞ω_m −Ｋ₂ Ｔ
の時には０が出力される。否定回路27, 28でそれぞれコ
ンパレータ26, 25の出力が反転し、AND 回路29において
は Ｋ₁ Ｔ≦ω_m ＜Ｋ₂ Ｔ の時には１が、その他の時
には０が出力される。同様にAND 回路210 においても
Ｋ₂ Ｔ≦ω_m ＜Ｋ₁ Ｔ の時には１が出力され、その他
の時には０が出力される。

【０００９】OR回路211 によって Ｋ₁ Ｔ≦ω_m ＜Ｋ₂
Ｔ または Ｋ₂ Ｔ≦ω_m ＜Ｋ₁ Ｔの時には１が出力さ
れ、その他の時には０が出力される。二次磁束選択スイ
ッチ212 によって、OR回路211 からの信号が１の時には
二次磁束指令候補値φ₂₂ ^* を選択し、０の時には二次磁
束指令候補値φ₂₁ ^* を選択して、二次磁束指令φ₂ ^* と
して出力する。

【００１０】この様にして出力される二次磁束指令φ₂
^* は、図３のトルクＴ〜回転角周波数座標において、一
点鎖線と（０，０）を除く斜線部分では二次磁束指令候
補値φ₂₂ ^* を選択し、その他の領域では二次磁束指令候
補値φ₂₁ ^* を選択することになる。ここで直線ｎ₁ ，ｎ
₂ ，ｌ，ｍは次式で表される。

【数５】 ｎ₁ ： ω_m ＝Ｋ₁ Ｔ ……(5)

【数６】 ｎ₂ ： ω_m ＝Ｋ₂ Ｔ ……(6)

【数７】 ｌ ： ω_m ＝−｛Ｒ₂ ／（φ₂₁ ^* ）² ｝Ｔ ……(7)

【数８】 ｍ ： ω_m ＝−｛Ｒ₂ ／（φ₂₂ ^* ）² ｝Ｔ ……(8)

【００１１】前述の通りＫ₁ ，Ｋ₂ は定数であり、定数
Ｋ₁ ，Ｋ₂ の条件は、図３のように直線ｎ₁ ，ｎ₂ で挟
まれる領域内に直線ｌを含み、直線ｍを含まなければよ
い。また、式(7), (8)で表される直線ｌ及びｍは磁束の
大きさがそれぞれφ₂₁ ^* 及びφ₂₂ ^* である時の、一次角
周波数ωが零となるトルクＴと回転角周波数ω_m との関
係を示すものであり、(3) 式に(4) 式のすべり角周波数
ω_s と、ω＝０を代入することによって求めることがで
きる。ちなみに、本実施例ではＫ₁ ，Ｋ₂ 及びφ₂₂ ^* を
φ₂₁ ^* に対して次のように定め、前記した条件を満たし
ている。

【数９】 Ｋ₁ ＝−Ｒ₂ ／（φ₂₁ ^* −α）² Ｋ₂ ＝−Ｒ₂ ／（φ₂₁ ^* ＋α）² α＝（φ₂₁ ^* −φ₂₂ ^* ）／２ φ₂₂ ^* ＝φ₂₁ ^* ／２

【００１２】本実施例は基本的に二次磁束の大きさはφ
₂₁ ^* で制御するのであるが、誘導電動機が直線ｌ近辺
（図３で示す斜線部）で運転する時、つまり一次角周波
数ωが零に近い時は、二次磁束の大きさをφ₂₁ ^* からφ
₂₂ ^* に弱めることによって、トルクと回転角周波数とを
変えることなく一次角周波数を変化させることができ、
回転角周波数ω_m の演算を可能にする。仮に式(7) を満
たす回転角周波数ω_m とトルクＴで運転する（図３の直
線ｌで運転する）ときφ₂ ^* ＝φ₂₁ ^* で制御すると、式
(4), (7), (3) より一次角周波数ωは零となる。同様
に、式(8) を満たす回転角周波数ω_m とトルクＴで運転
する（図３の直線ｍで運転する）ときφ₂ ^* ＝φ₂₂ ^* で
制御すると、式(4), (8), (3) より一次角周波数ωは零
となる。つまり、本例のように回転角周波数ω_m とトル
クＴが式(7) を満たすときに、φ₂ ^* ＝φ₂₁ ^* ではなく
φ₂ ^* ＝φ₂₂ ^* で制御することにより、式(7) と式(8)
を同時に満たす点（ω_m ＝Ｔ＝０）以外の領域で、一次
角周波数ωが零とならないように運転することができ
る。

【００１３】本実施例では二次磁束指令を２値から選択
したが、一次角周波数を零に近づけず、トルクと回転角
周波数に影響を与えない程度に磁束を調整する手段の一
例に過ぎない。

【００１４】

【発明の効果】以上述べてきたように、誘導電動機の一
次電圧と一次電流とから誘導電動機の回転角周波数を演
算する場合に、従来の技術では速度演算不可能な場合が
あったが、本発明によりそれを改善できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のＰＷＭインバータと誘導電
動機の制御回路のブロック線図である。

【図２】本発明の一実施例の図１に含まれる磁束調整部
のブロック線図である。

【図３】本発明の一実施例の磁束調整部による、トルク
Ｔ〜誘導電動機の回転角周波数ω_m 座標における二次磁
束選択の領域を表す図である。

【符号の説明】

11 ＰＷＭインバータ制御部 12 ＰＷＭインバータ 13 誘導電動機 14 速度とトルクの演算部 15 磁束調整部 21, 22 乗算器 23, 24 加減器 25, 26 コンパレータ 27, 28 否定回路 29, 210 AND 回路 211 OR回路 212 二次磁束選択スイッチ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】誘導電動機の回転角周波数（ωｍ）とトル
   ク（Ｔ）と複数の磁束指令候補値（φ２１＊、φ２２
   ＊、…）を入力し、回転角周波数（ωｍ）とトルク
   （Ｔ）と磁束指令（φ２＊）及び誘導電動機の二次抵抗
   （Ｒ２）との関係が、Ｔ＝ωｍ＝０以外で、ωｍ＋ＴＲ
   ２／φ２＊２≠０を満足する磁束指令（φ２＊）を、複
   数の磁束指令候補値（φ２１＊、φ２２＊、…）のうち
   一つを選択して出力する磁束調整部（１５）を設けたこ
   とによって、達成されることを特徴とする誘導電動機の
   磁束調整方法。
2. 【請求項２】トルク（Ｔ）と定数（Ｋ１）との積を出力
   する乗算器（２１）と、トルク（Ｔ）と定数（Ｋ２）と
   の積を出力する乗算器（２２）と、回転角周波数（ω
   ｍ）と乗算器（２１）の出力との差を出力する加減器
   （２３）と、回転角周波数（ωｍ）と乗算器（２２）の
   出力との差を出力する加減器（２４）と、加減器（２
   ３）の出力が０以上なら１、０未満なら０を出力するコ
   ンパレータ（２５）と、加減器（２４）の出力が０以上
   なら１、０未満なら０を出力するコンパレータ（２６）
   と、コンパレータ（２５）の出力が１なら０、０なら１
   を出力する否定回路（２７）と、コンパレータ（２６）
   の出力が１なら０、０なら１を出力する否定回路（２
   ８）と、コンパレータ（２５）の出力と否定回路（２
   ７）の出力との論理積を出力するＡＮＤ回路（２９）
   と、コンパレータ（２６）の出力と否定回路（２８）の
   出力との論理積を出力するＡＮＤ回路（２１０）と、Ａ
   ＮＤ回路（２９）の出力とＡＮＤ回路（２１０）の出力
   との論理和を出力するＯＲ回路（２１１）と、ＯＲ回路
   （２１１）の出力により２値の二次磁束指令候補値から
   １値を選択して出力する二次磁束選択スイッチとから成
   る誘導電動機の磁束調整装置。