JP2893905B2

JP2893905B2 - 誘導電動機の制御装置

Info

Publication number: JP2893905B2
Application number: JP2251909A
Authority: JP
Inventors: 裕司鉄谷; 義伸長尾
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1990-09-25
Filing date: 1990-09-25
Publication date: 1999-05-24
Anticipated expiration: 2014-05-24
Also published as: JPH04133683A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、インバータを介して制御される誘導電動
機（単に、モータともいう）の制御装置に関する。

〔従来の技術〕

第３図はかかる制御装置の従来例を示すブロック図で
ある。

同図において、１は速度設定器、２は速度調節器（AS
R）、３は関数発生器、４はベクトル演算器、５は電力
変換器、６は誘導電動機（単に、モータとも言う）、７
はモータ６の回転速度を検出するためのパルスエンコー
ダ（PE）を示す。

電力変換器５はインバータ等の電力変換器主回路とそ
の制御回路を含む装置であり、モータの各相電流指令値
i_a ^*〜i_c ^*を入力され、指令値どおりの電流をモータ６へ
供給する。

ベクトル演算器４は、トルク指令値τ^*と二次磁束指
令値Φ₂ ^*を入力され、次式（１）〜（３）に従い各相電
流指令値i_a ^*〜i_c ^*を出力する。

ただし、Ｍは相互インダクタンスを示す。

i_T＝τ^*／Φ₂ ^* …（２）ここで、i_Mはモータ一次電流の二次磁束と平行な成分
（励磁電流）の電流指令値、i_Tは一次電流の二次磁束と
垂直な成分（トルク電流）の電流指令値、φ₂は二次磁
束の推定位置をそれぞれ示している。

また、φ₂は下記（４）式にて求まるすべり周波数ω
_SLと、モータ６に取り付けられたパルスエンコーダ７に
より検出した電動機の回転速度ω₂とを加算し、その結
果を積分することにより推定される。

ASR2は速度設定器１により定まる速度指令値と、例え
ばパルスエンコーダ７を用いて検出されるモータの回転
速度検出値ω₂との偏差を入力され、検出値をその指令
値に一致させるためのトルク指令値τ^*を出力する。ま
た、関数発生器３は速度設定器１からの速度指令値か
ら、第3A図に示すような速度に見合った磁束指令値を出
力する。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、このような装置をクレーンや巻上機などに
適用した場合の問題点につき、以下に説明する。

第４図に巻上機の概要とその運転パターンの一例を示
す。同図（イ）は巻上線の巻き上げ状態、同図（ロ）は
巻き上げから巻き下げ状態、同図（ハ）は巻き下げ状態
をそれぞれ示す。同図（ニ）はモータ回転速度の推移を
示し同図（ホ）はモータの発生トルクを示す。

すなわち、同図（ニ）の如き速度パターンで巻き上
げ，巻き下げを行なった場合のモータの発生トルクは同
図（ホ）に示すように、（t1〜t2），（t6〜t7）ではτ₀＋τ₁、（t2〜t3），
（t5〜t6）ではτ₀、（t3〜t4），（t4〜t5）ではτ₀−
τ₁、でそれぞれ表わすことができる。ただし、τ₀は走
行に必要なトルク（走行トルク）、τ₁は加速，減速に
必要なトルク（加減速トルク）をそれぞれ示している。

巻上機では、作業効率を高めるため、その最大速度
n_M，−n_Mを出来る限り高くすることが要求される。しか
しながら、モータの発生トルクは第５図に示す如く基底
速度±N_Bまでは定トルクτ_Mであるが、それ以上では速
度（ｎ）対し、の如く逆比例の関係にある。このため、速度設定値を大
きく取りすぎると例えば巻き上げ時には、第６図で τ₀＋τ₁＝τ_M′ となるt7以後から加速トルクを供給できなくなり、加速
時間が増加してしまう、という不具合が生じる。また、
巻き下げ時では例えば第７図で、τ₀−τ₁＜τ_M′の範
囲のときは加速動作は問題なく行なえるが、定速となる
時刻t8以降では必要な走行トルクτ₀をモータは発生で
きなくなり（τ_M′の方がτ₀よりも小さくなる）、荷物
を落下させてしまう様な不具合が生じる。なお、走行に
必要なトルクτ₀は荷重の重さｍによって決まり、重さ
ｍが重い程走行トルクも大きくなる。

以上のことから、従来は機械の仕様にて決まる荷重の
最大値より走行トルクの最大値を求め、その走行トルク
を供給し得る回転速度以下で機械を使用することが多
く、そのため荷重が小さいときは最大能力以下の範囲で
運転することとなり、運転効率が悪くなるという問題が
ある。

したがって、この発明の課題は機械の運転効率を上げ
ることができる制御装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

誘導電動機（６）の一次電流を二次磁束に平行な成分
と垂直な成分とに分解し各成分の指令値どおりの電流を
流すことにより誘導電動機のトルク制御を行うものであ
って、前記誘導電動機（６）の速度設定値（n^*）を設定
する速度設定手段（１）と、前記誘導電動機（６）の回
転速度（ｎ）検出する速度検出手段（７）と、前記速度
設定値（n^*）と前記回転速度（ｎ）の偏差をゼロにする
ためのトルク指令（τ^*）を出力する調整手段（２）
と、前記回転速度（ｎ）に基づいて二次磁束指令
（Φ₂ ^*）を演算する演算手段（３）と、前記回転速度
（ｎ），前記トルク指令（τ^*）および前記二次磁束指
令（Φ₂ ^*）に基づいて各相の電流指令（i_a ^*，i_b ^*，
i_c ^*）を演算するベクトル演算手段（４）と、前記電流
指令（i_a ^*，i_b ^*，i_c ^*）に基づいて、前記誘導電動機
（６）ヘ交流電力を供給する電力変換手段（５）とを備
えた誘導電動機の制御装置において、前記回転速度
（ｎ）に基づいて速度変化率（dn/dt）を演算する速度
変化率演算手段（11）と、前記速度変化率（dn/dt）と
前記トルク指令（τ^*）に基づいて荷重（ｍ）を推定す
る荷重推定手段（12）と、前記荷重の推定値（ｍ）に基
づいて走行トルク（τ₀）を推定する走行トルク推定手
段（８）と、前記走行トルク（τ₀）に基づいて前記誘
導電動機（６）に許可しうる最高回転速度指令（n_M）を
演算する最高速度演算手段（９）と、前記最高回転速度
指令（n_M）に基づいて、前記前記速度設定値（n^*）を制
限する制限手段（10）と、備えたことを特徴とする。

〔作用〕

定トルクにて加速または減速動作中に、少なくともト
ルク指令値から走行に必要なトルクを推定して最高速度
制限値を自動的に求められるようにし、機械の運転効率
の向上を図る。

〔実施例〕

第１図はこの発明の実施例を示すブロック図である。

同図からも明らかなように、この実施例は第３図に示
す従来例に対し、電動機回転速度の変化率（Δn/Δｔ）
を演算する変化率演算部11,変化率（Δn/Δｔ）と前記
トルク指令（τ^*）とから荷重（ｍ）を推定するための
荷重推定部12,推定された荷重（ｍ）から走行トルク
（τ₀）を推定するための走行トルク推定部8,推定され
た走行トルクから速度指令制限値（n_M）を求める最高速
度演算部９およびリミッタ（制限回路）10を設けた点が
特徴である。

まず、走行トルクの推定方法としては、例えば次の２
つが考えられる。

I.機械系の仕様が既知の場合この場合の走行トルクτ₀および加減速トルクτ₁は次
式のように表現される。

m;荷重の重さ〔kg〕,V;巻き上げ速度〔m/s〕,N;回転速
度〔rpm〕,g;重力加速度〔m/s²〕（ここで、V,Nは機械
系の仕様として与えられる値である） GDn²；機械のGD²（はずみ車効果；慣性モーメント相当
量） GDw²；荷重のGD² ここで、一定加速時のトルク指令をτ₀ ^*とすると、 τ₀ ^*＝（τ₁＋τ₀）；巻き上げ時 τ₀ ^*＝（τ₁−τ₀）；巻き下げ時 …（９）となる。そこで、（５）〜（８）式から、まず荷重の重
さｍを推定する。

（ｉ）巻き上げ時ここに、よって、走行トルクτ₀は、 τ₀＝ｍ×k2 となる。

（ii）巻き下げ時上記と同様にして、となる。

II.機械系の仕様が既知でない場合 I.では機械のGD²が予め分かっていないと走行トルク
の推定ができない。そこで、巻き上げ加速時の或る短い
時間は、加速トルクが無視できる程度に加速の傾きを小
さくし、そのときのトルク指令値そのものを走行トルク
として用いることとする。

第２図にその概念を示す。

すなわち、同図（イ）の如く速度をn0からn1に加速す
るとき、n0からいきなりn1にせず、図示の如く加速の傾
きの小さな期間を設けて加速し、そのときのトルク指令
値（同図（ロ））τ^*を走行トルクとして用いるもので
ある。

以上の如き推定動作が第１図の荷重推定部12や走行ト
ルク推定部８によって行なわれると、最高速度演算部９
はその推定値から所定の演算、または第（５）式や第５
図の如き関係を示すテーブルを参照して、モータに許容
可能な回転速度指令値を求める。リミッタ９は速度設定
器１からの出力が最高速度演算部９からの出力よりも大
きくならないように、回転速度指令値を制限する。

〔発明の効果〕

この発明によれば、加速または減速動作中に荷重の重
さに応じた最高速度を与えることができるので、従来よ
りも機械の運転効率を上げることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示すブロック図、第２図は
この発明による走行トルク推定方法の一例を説明するた
めの説明図、第３図は従来例を示すブロック図、第3A図
は第３図の関数発生器の特性を説明するための説明図、
第４図は巻上機の概要とその運転パターンの一例を説明
するための説明図、第５図は速度とモータ発生トルクと
の関係を説明するための説明図、第６図および第７図は
いずれも従来例の問題点を説明するための説明図であ
る。１…速度設定器、２…速度調節器（ASR）、３…関数発
生器、４…ベクトル演算器、５…電力変換器、６…誘導
電動機（モータ）、７…パルスエンコーダ（PE）、８…
走行トルク推定部、９…最高速度演算部、10…リミッ
タ、11…変化率演算部、12…荷重推定部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H02P 5/408 - 5/412 H02P 7/628 - 7/632 H02P 21/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】誘導電動機（６）の一次電流を二次磁束に
平行な成分と垂直な成分とに分解し各成分の指令値どお
りの電流を流すことにより誘導電動機のトルク制御を行
うものであって、前記誘導電動機（６）の速度設定値（n^*）を設定する速
度設定手段（１）と、前記誘導電動機（６）の回転速度（ｎ）検出する速度検
出手段（７）と、前記速度設定値（n^*）と前記回転速度（ｎ）の偏差をゼ
ロにするためのトルク指令（τ^*）を出力する調整手段
（２）と、前記回転速度（ｎ）に基づいて二次磁束指令（Φ₂ ^*）を
演算する演算手段（３）と、前記回転速度（ｎ），前記トルク指令（τ^*）および前
記二次磁束指令（Φ₂ ^*）に基づいて各相の電流指令（i_a
^*，i_b ^*，i_c ^*）を演算するベクトル演算手段（４）と、前記電流指令（i_a ^*，i_b ^*，i_c ^*）に基づいて、前記誘導
電動機（６）ヘ交流電力を供給する電力変換手段（５）
とを備えた誘導電動機の制御装置において、前記回転速度（ｎ）に基づいて速度変化率（dn/dt）を
演算する速度変化率演算手段（11）と、前記速度変化率（dn/dt）と前記トルク指令（τ^*）に基
づいて荷重（ｍ）を推定する荷重推定手段（12）と、前記荷重の推定値（ｍ）に基づいて走行トルク（τ₀）
を推定する走行トルク推定手段（８）と、前記走行トルク（τ₀）に基づいて前記誘導電動機
（６）に許可しうる最高回転速度指令（n_M）を演算する
最高速度演算手段（９）と、前記最高回転速度指令（n_M）に基づいて、前記前記速度
設定値（n^*）を制限する制限手段（10）と、を備えたことを特徴とする誘導電動機の制御装置。