JP4699923B2 - 誘導電動機の駆動装置および方法 - Google Patents
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Description
ここで、トルクτmの最大値は電動機容量で決まり、m・g・rが大きいと、(1)式における加速度αが負またはゼロとなリ、荷物を持ち上げることは不可能である。また、加速度αが正であっても、速度変化率dω*/dtが(トルクτm最大値−M・g・r)/Jより大きければ、電動機は、指令に追従することができず、吊り上げは失敗する。
Vq*=r1*・Iq*+ω1*・Lσ*・Id*
+ω1*・(M*/L2*)・Φ2d*+Δq…………………………(3)
ここで、電動機の定数の符号は、r1*が一次抵抗、Lσ*は1次+2次漏れインダクタンス、M*は相互インダクタンス、L2*は相互インダクタンスと二次側漏れインダクタンスの和の設定値、Φ2d*は二次側d軸磁束指令値である。Δd、Δqは、前述のd軸電流制御部5、q軸電流制御部6の出力である。一方、電動機12の内部では、(4)、(5)式の関係が成り立つ。アスタリスク(*)がないものは電動機側の実値であり、Φ2qは2次側q軸磁束である。
Vq=r1・Iq+ω1・Lσ・Id+ω1・(M/L2)・Φ2d…………(5)
電流制御系により、Id=Id*、Iq=Iq*に制御され、低速領域においては、(3)、(5)式の右辺第2項は、それぞれ右辺第3項に比べ小さく無視できる。また、r1、ω1、M、およびL2は、設定値通りと仮定し、一般的には、Vd*=Vd、Vq*=Vqであることから、Φ2d^、Φ2q^を求めると、(6)、(7)式となる。
(Δq+ω1*(M*/L2*)Φ2d*)/ω1*(M*/L2*)……(6)
Φ2q^=−Δd/(ω1*(M*/L2*))…………………………………(7)
これを用いて、ωs^を下記のように求める。一般に、Φ2q、Φ2dは、(8)、(9)式を満たす。ここで、T2は電動機二次時定数、sは微分演算子である。
Φ2q=(M・Iq−ωs・T2・Φ2d)/(1+T2・s)………………(9)
ここで、低速時において高トルクを発生させるために、Idを、定格電流程度(定格励磁電流の2倍以上程度)流し、且つ、Iq=0に制御する場合、ωsの定常解は、(9)式から(10)式のようになる。
したがって、(6)、(7)、および(10)式からωsを演算し、ωs^とする。
ここで、上記と同様に、Idを通常より大きくし、Iq=0に制御する場合は、トルクは(12)式のようになる。
Idは一定値であるため、(12)式から、Φ2qが負に最大のときに、最大トルクが発生する。さらに、(8)、(9)式を、Φ2d、Φ2qについて定常解を導くと、(13)、(14)式になる。尚、(13)、(14)式の^は、べき乗をあらわす記号である。
Φ2q=−ωs・T2・M・Id/(1+(ωs・T2)^2)……………(14)
ここで、Idとして、定格励磁電流以上を流すため、磁束飽和領域まで磁束が増加し、磁束がγ・Φ0になっているものとする。Φ0は電動機の定格磁束を示し、通常γは1.1〜1.3程度である。このとき、Φ2d、Φ2qは、(15)式を満たし、(16)式のような関係になる。
M・Id/(1+(ωs・T2)^2)=γ・Φ0……………………………(16)
(16)式と(14)式から、Φ2qは(17)式のようになる。
クレーンでの荷物吊り上げ時に、一次周波数ω1を上げ、Idを定格以上に与えている場合、Φ2qは(17)式に従い、ωsに対し単調増加する。一次周波数ω1は、電動機が静止状態から回転するまではωsに等しい。しかし、この一次周波数ω1が増加し続けると、磁気飽和が解け、Φ2qは(14)式に従う。
τmmax=3・(P/2)・(M/L2)・γ・Φ0・√(Id^2−(γ・Φ0/M)^2)………………………………………………………………………………(19)
また、Idは定格励磁電流以上の一定値で制御し、Iqは0で一定制御する場合、負荷の大きさに依らず、電流値は次に述べる所定速度ωr1まで実質的に一定となる。
(20)式のωs^は、実施例1の(10)式において、dとqの添え字を入替え、極性符号を逆転したものである。したがって、発生最大トルクτmmaxやその時のすべり周波数ωsmaxは、それぞれ(18)式、(19)式のdとqを入替えたものと等価的に等しい。このため、次に、実施例1と同様に、図4のしきい値演算部171で、ωsmaxに応じたしきい値ωsmaxTHを、例えばωsmaxをa倍(a≦1)して演算する。そして、速度推定値ωs^がωsmaxTHを超えた場合に、速度指令ωr*の変化率を変更することで、実施例1と同様の効果を得ることができる。
Claims (16)
- 速度指令に基づいて誘導電動機を可変速運転する電力変換器を備えた誘導電動機の駆動装置において、前記誘導電動機のすべり周波数を演算するすべり周波数演算部と、演算した前記すべり周波数が、最大トルクを発生する最大トルク発生すべり周波数に所定範囲まで近づいたとき、前記最大トルク発生すべり周波数へ接近した度合いに応じて、前記速度指令の変化率を低減する変化率低減手段を備えたことを特徴とする誘導電動機の駆動装置。
- 請求項1において、前記誘導電動機に実質的に最大トルクを発生させる前記最大トルク発生すべり周波数を演算する最大トルク発生すべり周波数演算部を備えたことを特徴とする誘導電動機の駆動装置。
- 請求項1または2において、速度指令の前記変化率低減手段は、前記速度指令の増加率を低減する増加率低減手段を備えたことを特徴とする誘導電動機の駆動装置。
- 請求項1または2において、速度指令の前記変化率低減手段は、前記速度指令を低下させる速度指令低減手段を備えたことを特徴とする誘導電動機の駆動装置。
- 請求項1または2において、速度指令の前記変化率低減手段は、前記速度指令の変化率を、最大トルク推定値に応じて設定する手段を備えたことを特徴とする誘導電動機の駆動装置。
- 請求項1〜5のいずれかにおいて、前記速度指令または速度相当値が所定値以下の領域で、励磁電流指令Id*を、それ以外の領域に比べて大きく設定する手段を備えたことを特徴とする誘導電動機の駆動装置。
- 請求項1〜5のいずれかにおいて、前記速度指令あるいは速度推定値のいずれかが所定値以下の領域で、q軸電流指令Iq*を、それ以外の領域に比べて大きく設定する手段を備えたことを特徴とする誘導電動機の駆動装置。
- 請求項1〜7のいずれかにおいて、前記速度指令あるいは速度推定値のいずれかが所定値以下の領域で、負荷の大きさに依らず、前記誘導電動機の電流を実質的に一定に制御する電流制御手段を備えたことを特徴とする誘導電動機の駆動装置。
- 速度指令に基づいて誘導電動機を可変速運転する電力変換器を備えた誘導電動機の駆動装置において、前記誘導電動機のすべり周波数を演算するすべり周波数演算部と、演算した前記すべり周波数が、最大トルクを発生する最大トルク発生すべり周波数に所定範囲まで近づいたとき、前記最大トルク発生すべり周波数へ接近した度合いに応じて、前記速度指令の変化率を低減する変化率低減手段と、演算した前記すべり周波数が、最大トルクを発生する最大トルク発生すべり周波数に所定範囲まで近づいたとき、視覚および/または聴覚にて警報を発する報知手段を備えたことを特徴とする誘導電動機の駆動装置。
- 請求項9において、速度指令の前記変化率低減手段は、前記速度指令の増加率を低減する増加率低減手段を備えたことを特徴とする誘導電動機の駆動装置。
- 請求項9または10において、前記速度指令または速度相当値が所定値以下の領域で、励磁電流指令Id*を、それ以外の領域に比べて大きく設定する手段を備えたことを特徴とする誘導電動機の駆動装置。
- 請求項9〜11のいずれかにおいて、負荷の大きさに依らず、前記誘導電動機の電流を実質的に一定に制御する電流制御手段を備えたことを特徴とする誘導電動機の駆動装置。
- 速度指令に基づいて誘導電動機を可変速運転する電力変換器を備えた誘導電動機の駆動方法において、前記誘導電動機のすべり周波数を演算するすべり周波数演算ステップと、演算した前記すべり周波数が、最大トルクを発生する最大トルク発生すべり周波数に所定範囲まで近づいたとき、前記最大トルク発生すべり周波数へ接近した度合いに応じて、前記速度指令の変化率を低減する変化率低減ステップを備えたことを特徴とする誘導電動機の駆動方法。
- 請求項13において、速度指令の前記変化率低減ステップは、前記速度指令の増加率を低減する増加率低減ステップを備えたことを特徴とする誘導電動機の駆動方法。
- 請求項13または14において、速度指令の前記変化率低減ステップは、前記速度指令の変化率を、最大トルク推定値に応じて設定するステップを備えたことを特徴とする誘導電動機の駆動方法。
- 請求項13〜15のいずれかにおいて、前記速度指令または速度相当値が所定値以下の領域で、励磁電流指令Id*を、それ以外の領域に比べて大きく設定するステップを備えたことを特徴とする誘導電動機の駆動方法。
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