JPH01206888A - 誘導電動機の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電圧および周波数を制御して誘導電動機を駆
動する電力変換器と、前記誘導電動機に供給される一次
電流を励磁成分電流とこの励磁成分電流と直交するトル
ク成分電流とに分けて制御する誘導電動機の制御装置に
関する。

〔従来の技術〕

近年、誘導電動機速度制御の連応性を向上する制御方式
として、誘導電動機の一次電流を励磁成分電流とトルク
成分電流とに分けて制御し、二次磁束とトルク成分電流
とを常に直交させることにより直流電動機と同等の応答
性を得ようとするベクトル制御方式が提案されている。

このようなベクトル制御方式を採用するにあたり、従来
は次のような具体的手段を採用していた。

（１）　二次抵抗が誘導電動機を運転するに従って変化
し、トルク制御精度が失われるという問題に対しては、
誘導電動機を加工してサーミスタで温度変化を検出する
か、低速領域で利用できない一次電圧変動を検出するか
して、対処する。

（２）　誘導電動機の一次電流をＩＩ、励磁成分電流工
１γ、トルク成分電流を■１δで表わしたとき、次式を
満足するように制御する。

１１１１−　　（■１γ）２＋（１１δ）２　　　　・
・・（１）ω５−Ｒ２・１１δ／Ｌ２・１１７　　　　
　　−　（２）θ−ｔａｎ’（１１δ／１１７）　　　
　　　　　−＜３）ただし、ωＳはすべり角周波数、Ｌ
２は二次自己インダクタンス、Ｒ２は二次抵抗、θは１
１γに平行な軸（γ軸）に対する一次電圧変動の位相で
ある。

〔発明が解決しようとする課題〕

（１）　サーミスタにより検出された温度変動を用いて
二次抵抗の変動を補償する手段は、誘導電動機本体に加
工を施す必要があるため、安価。

堅牢という誘導電動機の特徴を生かせない。

また検出された一次電圧の大きさを用いて二次抵抗の変
動を補償する手段は、低速時には利用できない欠点があ
る。

（２）　誘導電動機の一次電流を励磁成分電流とトルク
成分電流とに分けて制御するといっても、励磁成分電流
とトルク成分電流の間には相互干渉がある。このため、
高速、高精度なベクトル制御を行なえない欠点がある。

そこで本発明は、安価、堅牢という誘導電動機の特徴を
生かしつつ、全運転領域にわたり二次抵抗変動を補償し
得、なおかつ励磁成分電流とトルク成分電流との間の相
互干渉がなく、高速、高精度なベクトル制御を行なえる
誘導電動機の制御装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記課題を解決し目的を達成するために次のよ
うな手段を講じた。

（１）　誘導電動機における励磁成分電流１１γの変動
、すなわち励磁成分電流１１γと励磁成分電流指令工１
γ　との偏差に基づいて、誘導電動機のすべり角周波数
を補正し、誘導電動機の二次抵抗変動を補償するように
した。

（２）　誘導電動機における励磁成分電流１１γに誘導
電動機の回転子の電気角で表現した回転角周波数ωγと
誘導電動機の一次自己インダクタンスＬ１とを乗算し、
その演算値により誘導電動機の一次電圧のδ軸成分指令
ｖ１δ１を補正すると共に誘導電動機のトルク成分電流
１１δに一次角周波数指令ω　と誘導電動機の漏れイン
ダクタンスＬ６とを乗算し、その演算値により誘導電動
機の一次電圧のγ軸成分指令ｖ１γ１を補正することに
より、励磁成分電流１１γとトルク成分電流１１δとの
間の相互干渉を補償するようにした。

〔作用〕

本発明は、上記手段を講じたことにより次のような作用
を呈する。すなわち、励磁成分電流指令と実電流の励磁
成分電流との偏差より、二次抵抗変動を検出し、これを
補償するようにしたので、誘導電動機には同等加工を施
す必要がなく、誘導電動機本来の安価、堅牢という特徴
を生かし得る上、全運転領域にわたり二次抵抗変動を補
償可能となる。

また演算により求めた補正値により、誘導電動機の一次
電圧のδ軸成分指令Ｖ１δ１およびγ軸成分指令ｖ１γ
ゝを補正することにより、励磁成分電流とトルク成分電
流との間の相互干渉を補正しているので、より高速、高
精度なベクトル制御が可能となる。

〔本発明の基礎理論〕

本発明の詳細な説明する前に、本発明の基礎をなす理論
について以下説明する。

誘導電動機４の一次電圧に同期して回転するγ−δ軸で
表わした誘導電動機４の電圧方程式は次式のようになる
。

但し、Ｒ１，、、Ｒ２は一次、二次抵抗、ＬＬ、Ｌ２は
一次、二次自己インダクタンス、ωは一次角周波数、ω
Ｓはすべり角周波数、Ｍは相互インダクタンス、Ｌ６は
漏れインダクタンス（ＬＩＬ２−Ｍ２）／Ｌ２、ｖ１７
．ｖｌδはγ軸、δ軸−次電圧、■１γ、Ｉｌδはγ軸
、δ軸−次電流、λ２γ、λ２δはγ軸、δ軸二次磁束
（λ２γ−Ｍ１１γ＋Ｌ２１２γ、λ２δ■Ｍｌｌδ＋
Ｌ２Ｉ２δ）、Ｐは微分演算子ｄ／ｄｔをそれぞれ示し
ている。

ベクトル制御は磁束の大きさを一定に保ち磁束と二次電
流を直交するように制御することにより、誘導電動機４
のトルク発生機構を直流電動機のトルク発生機構と同じ
ようにするものであり、その制御方法は、 とすることである。これを実現する制御条件は、（４）
式の第３行に（５）式を代入して−（Ｒ２／Ｌ２）　Ｍ
Ｉ　１δ＋ωｓλ２γ、、ωｓ−（Ｒ２／Ｌ２）Ｘ　（
Ｍ／λ２γ）１１δ　・・・　（７）である。すべり角
周波数ωＳは、（８）式で与えられるので一次角周波数
ωに対する制御条件は（９）式となる。

ωＳ■ω−ωγ　　　　　　　　　　　　　・・・（８
）ω−（Ｒ１／Ｌ２）Ｘ　（Ｍ／λ２γ）ＩＩδ十ωγ
　　・・・　（９）ここでωγとは誘導電動機４の回転
子の電気角で表現した回転角周波数を表わす。また二次
磁束のγ軸成分は（１０）式で示され、（１０）式に（
５）、（６）式を代入して λ２γ−ＭＩＩγ＋Ｌ２Ｉ２γ　　　　　　・・・（１
０）λ２γ−ＭＩＩγ−Ｎ２　　　　　　　　　・・・
（１１）となる。すなわち、−次電流のγ軸成分に対す
る制御条件として次式が得られる。

１１７−八２／Ｍ−ＩＯ（一定）　　　　　　　　　　
−（１２）また（１１）式より（７）式は次式のように
変形セきる。

ωｓ−（Ｒ２／Ｌ２）（１１δ／１１７）　　　　　　
−（１３）以上、すべり角周波数ωＳに対する制御条件
（７）式あるいは（１３）式と、−次電流のγ軸成分１
１γに対する制御条件（１２）式とが満たされるとき、
誘導電動機４のトルクＴはＴ　−（Ｐ／２０Ｍ／Ｌ２）
　ｘ　（１１δλ２γ−１１δλ２δ）−（Ｐ／２）（
Ｍ／Ｌ２）　Ｉ　１δλ２γ−（Ｍ２／Ｌ２）　１ｏ１
１δ −（Ｍｌｏ）２ωｓ　／Ｒ２・・・（１４）となる。但
し、Ｐは誘導電動機の極数を示す。

以上のようにトルクＴは一次電流のδ軸成分１１δ（ト
ルク成分電流）に比例し、すべり角周波数ωＳに比例す
る。

しかしこのままでは次の■、■で述べるような問題が残
る。

■　電動機定数の一つである二次抵抗Ｒ２は（１４）式
からも明らかなように、トルク決定において重要なパラ
メータであるが、その値は温度とともに変化し、その変
化幅は４０％〜５０％にもなる。このためトルク指令と
実トルクの間に誤差が生じる結果となる。

■　（４）式の第１行、第２行より Ｖ１７−（Ｒ１＋Ｌ（７Ｐ）１１７−ωＬσ１１δ＋（
Ｍ／Ｌ２）Ｐλ２γ−ωＭλ２δ／Ｌ２　　・・・（１
５）ｖ１δ−（ＩＪＬ（７１１７＋（Ｒ１＋Ｌ（７Ｐ）
Ｘ　Ｉｆδ＋ωＭλ２７／Ｌ２・・・（１６） となる。そしてベクトル制御が成立している時は、ＰＩ
Ｉγ−０・・・（１７） λ２δ−０・・・（１８） であるので（１５）、（１６）式は次式のようになる。

ｖ１７−ＲＩＩ１７−ωＬｃｒ　Ｉｆδ＋（Ｍ／Ｌ２）
Ｐλ２７−（１９）ｖ１δ−（ＩＪＬ（７Ｉ　１．７＋
（Ｒ１＋Ｌ７７Ｐ）Ｘ　Ｉ　ｌδ＋ωＭλ２７／Ｌ２・
・・（２０） またベクトル制御はλ２γを一定となるように制御し、
磁束は急激な変化ができないのでＰλ２γζＯ・・・（
２１） 従って ｖ　１７−ＲＩ　Ｉ　１７−ωＬａ　Ｉ　１δ　　　　
−（２２）となる。（２０）、（２２）式より明かなよ
うに一次電流のγ軸成分１１γ（励磁成分電流）と−次
電流のδ軸成分１１δ（トルク成分電流）は、線形でな
く相互に影響し合っている。そのため高速、高精度なベ
クトル制御が得られない原因となっている。

次に■、■の問題を解決する概念を述べる。

まず、前記■の問題を解決する概念について述べる。−
次電圧のγ軸成分Ｖ１γについては、ベクトル制御が成
立しているときは（２２）式で表される。しかしＲ２が
変動すると（７）式より適切なすべり角周波数よりずれ
を生じる結果となる。

このため座標軸にずれを生じ（１８）式は満たせなくな
る。このとき−次電圧のγ軸成分Ｖ１γは次式に示す誤
差を生じる。

Δｖ１７−−（ＬＩＭλ２δ／Ｌ２　　　　　　−（２
Ｂ）この誤差分だけ電流は変化を生じる。すなわち二次
抵抗Ｒ２の変動が電流の変動として観７１１１１可能で
あることがわかる。

従って、本来一定電流となるべき励磁成分電流１１γの
ずれを検出することにより、すべり角周波数のＳを調整
すれば二次抵抗Ｒ２の変動に対しても高精度なベクトル
制御ができる。すなわち、すべり角周波数の補正骨Δω
Ｓを例えばＰＩ制御演算により、次式のように求める。

Δωｓ−（ＫＰ　十ＫＩ／５）（１１７−１１７）　　
　　−（２４）よって、補正を受けたすべり角周波数を
ωＳ′とすると、ωＳ′は（１３）、（２４）式よりω
Ｓ′■ωＳ＋Δω５ −（Ｒ２／Ｌ２）（Ｉｌδ／Ｉｆγ）＋（ＫＰ＋Ｋｌ／
５）Ｘ（１１７＊−１ｆγ）・・・（２５） となり、ωＳ′を用いて一次角周波数ωを決定すること
により、二次抵抗Ｒ２の変動が補償されることになる。

次に前記■の問題を解決する概念について第２図、第３
図、第４図を使って説明する。

第２図はベクトル制御時の誘導電動機のブロック図であ
って、（２２）式と（２ｏ）式を（８）。

（１１）、（１３）式を用いて次のように変形して得た
（２６）式とをもとに誘導電動機をブロック図化したも
のである。

ｖＬｒ−ＲＬＩＬｒ−ωＬａ１ｌδ　　　　　　　　　
−（２２）Ｖ１δ−ωＬσ１１γ十（Ｒ１＋ＬσＰ）Ｘ
ｌｌδ＋ω（Ｍ／Ｌ２）λ２γ・・・　（２０） ＝（ωγ＋Ｒ２１Ｌδ／Ｌ２　Ｉ　ｌγ）ｘ（Ｌｌ−Ｍ
２／Ｌ２）ＩＩγ＋（Ｒ１＋ＬσＰ）Ｉｔδ＋（ωγ＋
Ｒ２１１δ／Ｌ２１１γ）ｘ（Ｍ／Ｌ２）ＭＩＩγ 一ωγＬｌｌｌγ＋（Ｒ１＋Ｌσｐ＋ＬＩＲ２／Ｌ２）
Ｉｔδ・・・　（２６） このγ軸、δ軸間の干渉を補正するには第３図のように
すればよい。すなわち供給される電圧のγ軸成分をＶγ
、δ軸成分をＶδとすると■γ−ωＬσ■１δ−■１δ
　　　　　　　・・・（２７）Ｖδ＋ω７ＬＩ　Ｉ　１
７−Ｖ１７　　　　　　−　（２８）となるようＵγ、
Ｖδを補正するのである。

（２２）式と（２７）式、（２６）式と（２８）式より
、 Ｖ７−ＲＩ　１１７　　　　　　　　　　　−　（２９
）Ｖδ−（Ｒ１＋ＬσＰ＋ＬＩＲ２／Ｌ２）ｘ１１δ・
・・（３０）となり、γ軸、δ軸ともに線形制御可能と
なり、高速、高精度なベクトル制御が可能となる。第４
図は第３図を整理したもので、（２９）、（３０）式が
ちとになっていて、非干渉制御を施したベクトル制御時
の誘導電動機のベクトル図である。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。電源１は電力変換器２へ電力を供給する。電力変換
器２は電源１からの電力を整流するコンバータ２０１と
、コンバータ２０１の出力電力を平滑して直流電力とす
る平滑コンデンサ２０２と、その直流電力を後述するイ
ンバータ制御回路２１からのインバータ駆動信号に基づ
いて三相交流電力に変換するインバータ２０３とからな
る。三相交流電力は電流検出回路３を介して誘導電動機
４に供給される。速度検出回路５は誘導電動機４の回転
速度を検出し、速度検出信号ωｍを生成する。

励磁成分電流指令回路６は、所定の励磁成分電流指令に
対応した励磁成分電流指令信号１１γ８を生成する。速
度指令回路７は、所定の速度指令に対応した速度指令信
号ωｍ　を生成する。トルり成分電流指令回路８は、速
度指令回路７からの速度指令信号ωｍ　と速度検出回路
５からの速度検出信号ωｍとを人力し、トルク成分電流
指令信号工１δ　を生成する。

電流検出回路３は一対の検出回路３０１゜３０２からな
り、各検出回路３０１，３０２は誘導電動機４の一次電
流を検出し、−次電流検出信号■。、Ｉｖを生成する。

座標変換回路９は、電流検出回路３０１．３０２からの
一次電流検出信号■υ、Ｉｖと後述する加算回路１５か
らの一次角周波数指令信号ω　とを入力し、励磁成分電
流信号■１γとトルク成分電流信号■１δとを生成する
。印加電圧γ軸成分指令回路１０は、励磁成分電流指令
回路６からの励磁成分電流指令信号１１γ　と座標変換
回路９からの励磁成分電流信号１１γとを入力し、印加
電圧γ軸成分指令信号Ｖγ　を生成する。印加電圧δ軸
成分指令回路１１はトルク成分電流指令回路８からのト
ルク成分電流指令１１δ　と座標変換回路９からのトル
ク成分電流信号１１δとを入力し、印加電圧δ軸成分指
令信号Ｖδ　を生成する。

すべり角周波数指令演算回路１２は励磁成分電流指令回
路６からの励磁成分電流指令信号１１γとトルク成分電
流指令回路８からのトルク成分電流指令信号工１δ　と
を入力し、すべり角周波数指令信号ωＳ　を生成する。

すべり角周波数指令補正回路１３は、励磁成分電流指令
回路６からの励磁成分電流指令信号１１γ　と座標変換
回路９からの励磁成分電流信号１１γとを入力し、すべ
り角周波数指令補正信号ΔωＳ　を生成する。

機械角−電気角変換回路１４は速度検出回路５により、
機械角で検出された速度検出信号ωｍを入力し、電気角
による回転角周波数信号ωγを生成する。加算回路１５
は、すべり角周波数指令演算回路１２からのすべり角周
波数指令信号ωＳ　と、すべり角周波数指令補正回路１
３からのすべり角周波数指令補正信号ΔωＳ＊と、機械
角−電気角変換回路１４からの回転角周波数信号ωγを
入力し、−次角周波数指令信号ω１を生成する。

δ軸弁干渉化回路１６は、座標変換回路９からの励磁成
分電流信号■１γと、機械角−電気角変換回路１４から
の回転角周波数ωγとを入力し、δ軸弁干渉化信号を生
成する。γ軸非干渉化回路１７は、座標変換回路９から
のトルク成分電流信号■１δと加算回路１５からの一次
角周波数指令信号ω　とを入力し、γ軸弁干渉化信号を
生成する。加算回路１８は印加電圧δ軸成分指令回路１
１からの印加電圧δ軸成分指令信号Ｖδ　とδ軸弁干渉
化回路１６からのδ軸弁干渉化信号とを入力し、−次電
圧δ軸成分指令信号ｖ１δ　を生成する。加算回路１９
は、印加電圧γ軸成分指令回路１０からの印加電圧γ軸
成分指令信号Ｖγ８とγ軸弁干渉化回路１７からのγ軸
弁干渉化信号とを人力し、−次電圧γ軸成分指令信号ｖ
１γ１を生成する。座標変換回路２０は加算回路１８か
らの一次電圧δ軸成分指令信号ｖ１δ　と　、加算回路
１９からの一次電圧γ軸成分指令信号ｖ１γ８と、加算
回路１５からの一次角周波数指令信号ωゝとを入力し、
三相電圧指令信号ｖＵ＊。

Ｖ　Ｖ　＊＋　　ｖＷ″′を生成する。インバータ制御
回路２１は座標変換回路２０からの三相電圧指令信号＊ ■υ　＊　　ｖＶ　　＋　　ｖＷ　　を入力し、インバ
ータ駆動信号を生成し前記インバータ２０３を駆動する
。

上記の如く構成された本実施例によれば次のような作用
を呈する。励磁成分電流指令１１γ１と実電流の励磁成
分電流との偏差より、二次抵抗変動を検出し、これを補
償するようにしたので、誘導電動機４には同等加工を施
す必要がなく、誘導電動機本来の安価、堅牢という特徴
を生かし得る上、全運転領域にわたり二次抵抗変動を補
償可能となる。

また演算により求めた補正値により、誘導電動機４の一
次電圧のδ軸成分指令Ｖ１δ　およびγ軸成分指令■１
γ８を補正することにより、励磁成分電流とトルク成分
電流との間の相互干渉を補正しているので、より高速、
高精度なベクトル制御が可能となる。

なお本発明は前記実施例に限定されるものではなく、本
発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である
ことは勿論である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、安価、堅牢という誘導電動機の特徴を
生かしつつ、全運転領域にわたり二次抵抗変動を補償し
得、かつ励磁成分電流とトルク成分電流との間の相互干
渉がなく、高速、高精度なベクトル制御が可能な誘導電
動機の制御装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の一実施例を示す図であり、第
１図は誘導電動機制御装置の構成を示すブロック図、第
２図はベクトル制御時の誘導電動機のブロック図、第３
図は非干渉制御を施したベクトル制御時の誘導電動機の
ブロック図、第４図は第３図を整理した図である。 １・・・電源、２・・・電力変換器、３・・・電流検出
回路、４・・・誘導電動機、５・・・速度検出回路、６
・・・励磁成分電流指令回路、７・・・速度指令回路、
８・・・トルク成分電流指令回路、９，２０・・・座標
変換回路、１０・・・印加電圧γ軸成分指令回路、１１
・・・印加電圧δ軸成分指令回路、１２・・・すべり角
周波数指令演算回路、１３・・・すべり角周波数指令補
正回路、１４・・・機械角−電気角変換回路、１５，１
８゜１９・・・加算回路、１６・・・δ軸弁干渉化回路
、１７・・・γ軸弁干渉化回路、２０１・・・コンバー
タ、２０２・・・平滑コンデンサ、２０３・・・インバ
ータ。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 電圧および周波数を制御して誘導電動機を駆動する電力
   変換器と、前記誘導電動機に供給される一次電流を励磁
   成分電流とこの励磁成分電流と直交するトルク成分電流
   とに分けて制御する誘導電動機の制御装置において、 前記誘導電動機における前記励磁成分電流 Ｉ１γの変動に基づいて前記誘導電動機のすべり角周波
   数を補正し二次抵抗変動を補償する手段と、前記誘導電
   動機における前記励磁成分電流Ｉ１γに前記誘導電動機
   の回転子の電気角で表現した回転角周波数ωγと前記誘
   導電動機の一次自己インダクタンスＬ１とを乗算しその
   演算値により前記誘導電動機の一次電圧のδ軸成分指令
   Ｖ１δ＾＊を補正すると共に前記誘導電動機における前
   記トルク成分電流Ｉ１δに一次角周波数指令ω＾＊と前
   記誘導電動機の漏れインダクタンスＬσとを乗算しその
   演算値により前記誘導電動機の一次電圧のγ軸成分指令
   Ｖ１γ＾＊を補正することにより、励磁成分電流Ｉ１γ
   とトルク成分電流Ｉ１δとの間の相互干渉を補償する手
   段とを具備したことを特徴とする誘導電動機の制御装置
   。