JPH01311884A - 誘導電動機のベクトル制御装置 - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、誘導電動機のベクトル制御装置に関する。

Ｂ０発明の概要 本発明は、すべり周波数制御方式のベクトル制御装置に
おいて、 鉄損分によるトルク軸電流及び磁束軸電流への影響を取
り除いた演算を行って電動機一次電流又は電圧を制御す
ることにより、 鉄損による補償をしたベクトル制御にしながら制御を簡
単化できるようにしたものである。

Ｃ１従来の技術 すべり周波数制御方式のベクトル制御において、その基
礎となる電圧方程式は、誘導電動機を電気角速度ωで回
転するｄ−Ｑ二軸で表すと次の（１）式になり、トルク
Ｔは（２）式になる。

・・・（１） Ｔ＝Ｋ（１，ｄ・　１１４　　Ｌｑ・　夏１．）　　・
・・（２）但し、 Ｖ　＋ｄ、　Ｖ　ｌｑ　：　ｄ軸とｑ軸の一次電圧ｒ　
＋ｄ、　　Ｉ　１Ｑ：　ｄ軸とｑ軸の一次電流１　＊ａ
、　　Ｉ　ｔｑ：　ｄ軸とｑ軸の二次電流Ｒ，，Ｒ，ニ
ー次、二次抵抗 り、、Ｌｚ　　ニー次、二次インダクタンスＭ　　ニー
次と二次の相互インダクタンスＰ　　　：ｄ／ｄｔ ω　　；電源角周波数 ω＊　　：すべり周波数 Ｋ　　：定数 」二連の方程式において、ベクトル制御にはｑ軸を二次
電流、ｄ軸を磁束軸となるようにしている。

このようなベクトル制御においては、誘導電動機の固定
子に存在するうず電流で発生する鉄損か考慮されておら
ず、鉄損によってトルク変動等を起こす問題がある。

上述の鉄損を二軸法に導入することにより、磁束とトル
ク電流の間の相互干渉を無くし、また駆動領域と回生領
域でのトルク指令と実トルクとの誤差を無くし、さらに
周波数による実トルクの変化を無くした制御方式が提案
されている（例えば、電気学会、産業電力電気応用研究
会、インバータで駆動される誘導機の定数、１９８７年
ＩＯ月）。

Ｄ９発明が解決しようとする課題 前述の鉄損を考慮した制御方式は、 １１ｑ＝Ｉｏ（励磁電流一定） １＋ｄ＝　　（ＩＴ＋　Ｉ。’　） 但し、　　■１　：トルク分電流 １０′二鉄損分電流 Ｒ１：鉄損抵抗 ω　　：電源角周波数 となるよう制御する。

しかし、この制御方式では二次磁束λ、９及びトルクＴ
は、 となる。即ち、二次磁束λ、ｑは負荷の大きさによって
変動し、すべり周波数ω＊及びトルクＴはトル・り電流
指令Ｉアに比例しないためその補正制御が複雑になる問
題があった。

本発明の目的は、鉄損補償をしたベクトル制御にしなが
ら制御を簡単化できるようにしたベクトル制御装置を提
供するにある。

８９課題を解決するための手段 本発明は上記目的を達成するため、誘導電動機の磁束軸
一次電流■、とこれに直交するトルク軸一次電流１１ｄ
及びすべり周波数ω＊をトルク電流指令■。″と励磁電
流指令■。′から次式％式％： Ｍ　：相互インダクタンス Ｌ、：二次インダクタンス Ｒ１二次次抵抗 ω　：電源角周波数 によって求め、これら電流Ｅｌ（１，ＩＩＱ及びすべり
周波数ω＊になるよう誘導電動機の一次電流制御又は電
圧制御を行う構成にしたものである。

また、一次電流１１ｄ、ＩＩｑを によって求める構成、さらに■、を Ｉｔｑ−Ｉ。′ によって求める構成にしたものである。

２８作用 鉄損を考慮した定常状態での電圧方程式は次式となる。

但し、Ｓはすべり。

・・・（６） また、二次磁束λｔｄｓ　λ、及びトルクＴはλ、、＝
ＭＩ、ｄ＋Ｌ、Ｉ、、＋−（１，９＋Ｌ、）　　　・・
・（７）ω Ｒ１ λｔｑ”ＭＩＩｑ”Ｌｆｌｆｑ−（＋＋ａ＋＋ｔｄ）　
　　・・・（８）ω Ｔ＝Ｋｒ　（Ｍ　（Ｉ　ｔａｒ　＋ｑＩ　ｚ９１　＋ａ
）Ｒ。

（Ｉ　　ｙｑｌ　　ｌｌ”ｒ　　ｔｑ’＋Ｉ　　ｔｄｒ
　　、ｄ＋Ｉ　　ｔｄ”）　　）ω ・・・（９） となり、鉄損抵抗Ｒ１の存在により、ｄＭ＠束λ、ｄが
ｑ軸電流ｒ　１Ｑ１２Ｑの影響を受け、逆にｑ軸磁束λ
□がｄ軸電流１１ａ、Ｉｔｄの影響を受ける。

また、トルクＴは鉄損抵抗Ｒ１を介して発生するトルク
成分が存在する。

ここで、λ、９が負荷による影響を無くすためにはλ、
９＝一定となるよう（８）式から但し、■ｏ：無負荷時
励磁電流（一定）の電流を流すことが条件になる。また
、トルクをトルク電流Ｅｒに比例させるには、ｒ　、ｑ
＝＝　０　。

λｙｄ＝１になるよう（７）式から の電流を流すことが条件となる。

従って（１０）、（１１）式から電流■ｌｄは・・・（
１２） となるし、電流ＩＩ、は（１２）式と（ｌ　Ｉ）式か・
・・（１３） となる。これら電流１１ｑ＋Ｉｌｄを励磁電流■。とＩ
、ｄ（トルク電流ＩＴ）との関係から求めて電動機に与
えることにより、前述の条件 λ、ｄ＝ｏ　　　　　　　　　　　１ Ｔ＝ＫＴ−Ｍ・■。・■↑　■ となり、λ、ｑが一定となるし、（・ルクＴは負荷及び
周波数に関係なくトルク電流指令■工に比例する。また
、このときのすべり周波数ω８は（６）式の３行目から によって制御すれば良い。

以上までのことにより、鉄損を含めた制御にら磁束電流
Ｉ　Ｉ４を（１３）式により制御し、トルク電流１ｔ（
１＋ｄ）を（１２）式により制御し、すべり周波数ω＊
を（Ｉ５）式により制御する。

なお、電流１１ｑｑｌｌｄにはＲｏ、ωか係数として含
まれるが、これらは−欠周波数の関係であり、−欠周波
数からＲ１，ωを求めておくことができる。

また、上述の（Ｉ２）式及び（１３）式の各項を具体的
に計算すると第４図（Ａ）及び第４図（Ｂ）に示す周波
数特性になる。

但し、 定洛出カニ　０．７５ＫＷ−４Ｐ 定格電圧：２００Ｖ−５０Ｈｚ Ｌｔ＝０．１６）［、Ｍ＝０．１５３１−ＩＲ，＝１．
８５Ω、　　　　Ｒｍ＝６．Ｉ５Ωの電動機において、
第４図（Ａ）には−吹型流１１ａの第１項の絶対値特性
ｌ１１ｄ、Ｉと第２項の特性１１＋ｄｔｌとを示し、第
４図（Ｂ）には−吹型流Ｉ　ＩＱの第１項の特性Ｎ＋ｑ
＋Ｉと第２項の特性Ｉｆ、□ｌを示す。

これら特性から、−吹型流１１ｄの第１項は運転周波数
ωに拘わらずほぼ一定であり、鉄損の影響を受けにくい
ものである。また、−吹型流ｔ＋ｑの第２項はほとんど
無視できる。また、−吹型流ＩＩｄの第２項と一次電流
１１ｑの第１項とでは前者の方が鉄損の影響が大きい。

これらの事実から、−吹型流Ｉ　１ａ及び１１１１とし
てＩ＋ａの第１項の鉄損抵抗及びｆｉｌｌの第２項を無
視した下記式、 さらにはＩｌｌのＲｍを無視した Ｉ　ｒｑ＝　Ｉ　ｏ”　　　　　　　　　　　　・・・
（１３″）の簡略化を施すことができる。この簡略化は
制御装置の演算処理を簡単化して演算時間を短縮し、特
に周波数ωの変化に対する演算ステップ数の低減で運転
周波数の変化に対する応答性を高め又は演算速度の低い
もので済むことになる。

Ｇ、実施例 第１図は本発明の一実施例を示す装置構成図であり、電
動機の一次電流制御による場合である。

インバータＩは電流制御部２によって相電流ｉａ′″、
ｌｂ”ｓｌｃ”に出力電流制御されて誘導電動機３を駆
動し、電動機３の回転子角速度ω１が速度検出器４で検
出され、この角速度ω＊は速度指令Ｎ１と比較されてＰ
Ｉ演算の速度制御増幅器５にトルク電流指令１丁”とし
て取り出される。すべり周波数演算部６は励磁電流指令
■。′とトルク電流指令ＩＴ”とが取り込まれ、前述の
（１５）式に従ったすべり周波数ω１を求める。

演算部７及び８は、トルク電流指令Ｉｔ’及び励磁電流
指令Ｉ。１から前述の（１２）式に従った演算を行い、
両演算結果は加算器９による加算によってｄ軸−吹型流
値１＋ａが求められる。同様に、演算部！０及び１１は
、前述の（Ｉ３）式に従った演算を行い、両演算結果は
加算器１２による加算によってｑ袖−吹型流値１１ｑが
求められる。

電流指令値演算部１３は、電流１１ｄとＩ　ｌ’ｌから
振幅］■−及び位相角φ １１１１＝、／ＴπＴｒロアー　　　　・・・（１６）
φ　＝　ｊａｎ−’　（１＋ｄ／　Ｉ　＋ｑ）　　　　
　−（１７）を求め、すべり周波数ω＊と角速度ω１か
ら一次角周波数ω。

ω。＝ω＊＋ω＊　　　　　　・・・（１８）を求め、
各相−吹型流指令ｉ６“、ｊｂ”、ｌｃ’を下記式から
求める。

ｒ　ａ”＝Ｊ２　ｌ　Ｉ　＋　ｌ　ＳＩＮ　（ωａｔ＋
φ）・・・（１９−１） ・・・（１９−２） ・・・（１９−３） これら電流指令１ａ”、ｊ　ｂ’、ｌｅ”は電流制御部
２の指令にされる。

次に、第２図は本発明の他の実施例を示し、前述の（１
２’）、　　（１３’）式に基づいて構成される場合で
ある。同図が第１図と異なる部分は、演算部７の演算を
係数Ｌｔ／Ｍのみを電流Ｉ７“に乗算し、演算部ｌＯと
加算器１２による演算を省略した点にある。

この構成により、演算処理数を低減しなから鉄損による
誤差を第１図のものと同程度に少なくする。

第３図は本発明の他の実施例を示し、前述の（１２′）
と（１３″）式に基づいて構成され、第２図において演
算部！■を省略し、ＩＱ””ＩＩｑとして演算する。

本実施例においては第２図のものよりも演算処理を一層
簡単化しなから鉄損による誤差を少なくする。

なお、上述までの実施例では電流基準ｌｒ＋ｌ。

φによるベクトル演算を行う場合を示すが、本発明はこ
れに限定されることなく、電圧Ｖ　Ｉａ、　Ｖ　Ｉｑに
よるベクトル演算を行うことで同等の作用効果を得るこ
とができる。

Ｈ１発明の効果 以上のとおり、本発明によれば、電動機の鉄損を考慮し
たベクトル制御において、鉄損抵抗によるｄ軸とｑ軸電
流との間の干渉分を取り除いて一次電流又は電圧制御を
行うようにしたため、トルク電流指令に比例したトルク
及びすべり周波数を得て従来の補正制御を不要にする効
果がある。また−吹型流Ｉ＋ｄ＋Ｉ＋ｑの演算の簡略化
を可能とし、これにより演算速度の向上による応答性の
一層の向上又は制御装置の簡単化を図ることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す装置構成図、第２図及
び第３図は本発明の他の実施例を示す装置構成図、第４
図（Ａ）及び第４図（Ｂ）は本発明に係る一次電流式の
各項特性図である。 ■・・・インバータ、３・・・誘導電動機、６・・・す
べり周波数演算部、７，８．ｔｏ、１１・・・演算部、
１３・・・電流指令値演算部。 外２名 第４図（Ａ） １１ｄの特性図 運転周波数（Ｈ２）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）誘導電動機の磁束軸一次電流Ｉ＿ｉ＿ｑとこれに
   直交するトルク軸一次電流Ｉ＿ｉ＿ｄ及びすべり周波数
   ω＿＊をトルク電流指令Ｉ＿γ＾＊と励磁電流指令Ｉ＿
   Ｏ＾＊から次式 Ｉ＿ｉ＿ｄ＝−［（Ｒ＿ｍ＾２＋ω＾２ＭＬ＿２）／（
   Ｒ＿ｍ＾２＋ω＾２Ｍ＾２）］Ｉ＿Ｔ＾＊−［ωＭＲｍ
   ／（Ｒｍ＾２＋ω＾２Ｍ＾２）］Ｉ＿Ｏ＾＊Ｉ＿ｉ＿ｑ
   ＝−［ω＾２Ｍ＾２／（Ｒｍ＾２＋ω＾２Ｍ＾２）］Ｉ
   ＿Ｏ＾＊＋｛［Ｒｍω（Ｍ−Ｌ＿２）］／（Ｒｍ＾２＋
   ω＾２Ｍ＾２）｝Ｉ＿Ｔ＾＊ω＿＊＝（Ｒ＿２／ｍ）・
   （Ｉ＿Ｔ＾＊／Ｉ＿Ｏ＾＊） 但し、Ｒｍ：鉄損抵抗 Ｍ：相互インダクタンス Ｌ＿２：二次インダクタンス Ｒ＿２：二次抵抗 ω：電源角周波数 によって求め、これら電流Ｉ＿ｉ＿ｄ、Ｉ＿ｉ＿ｑ及び
   すべり周波数ω＿＊になるよう誘導電動機の一次電流制
   御又は電圧制御を行う構成にしたことを特徴とする誘導
   電動機のベクトル制御装置。
2. （２）誘導電動機の磁束軸一次電流Ｉ＿ｉ＿ｑとこれに
   直交するトルク軸一次電流Ｉ＿ｉ＿ｄ及びすべり周波数
   ω＿＊をトルク電流指令Ｉ＿Ｔ＾＊と励磁電流指令Ｉ＿
   Ｏ＾＊から次式 Ｉ＿ｉ＿ｄ＝（Ｌ＿２／Ｍ）Ｉ＿Ｔ＾＊−［（ωＭＲｍ
   ）／（Ｒｍ＾２＋ω＾２Ｍ＾２）Ｉ＿Ｏ＾＊］Ｉ＿ｉ＿
   ｑ＝−［（ω＾２Ｍ＾２）／（Ｒｍ＾２＋ω＾２Ｍ＾２
   ）Ｉ＿Ｏ＾＊］ω＿＊＝（Ｒ＿２／Ｍ）・（Ｉ＿Ｔ＾＊
   ／Ｉ＿Ｏ＾＊） 但し、Ｒｍ：鉄損抵抗 Ｍ：相互インダクタンス Ｌ＿２：二次インダクタンス Ｒ＿２：二次抵抗 ω：電源角周波数 によって求め、これら電流Ｉ＿ｉ＿ｄ、Ｉ＿ｉ＿ｑ及び
   すべ周波数ω＿＊になるよう誘導電動機の一次電流制御
   又は電圧制御を行う構成にしたことを特徴とする誘導電
   動機のベクトル制御装置。
3. （３）誘導電動機の磁束軸一次電流Ｉ＿ｉ＿ｑとこれに
   直交するトルク軸一次電流Ｉ＿ｉ＿ｄ及びすべり周波数
   ω＿＊をトルク電流指令Ｉ＿Ｔ＾＊と励磁電流指令ＩＯ
   ＾＊から次式 Ｉ＿ｉ＿ｄ＝−［（Ｌ＿２／Ｍ）Ｉ＿Ｔ＾＊］−［（ω
   ＭＲｍ）／（Ｒｍ＾２＋ω＾２Ｍ＾２）Ｉ＿Ｏ＾＊］Ｉ
   ＿ｉ＿ｑ＝Ｉ＿Ｏ＾＊ ω＿＊＝（Ｒ＿２／Ｍ）・（Ｉ＿Ｔ＾＊／Ｉ＿Ｏ＾＊） 但し、Ｒｍ：鉄損抵抗 Ｍ：相互インダクタンス Ｌ＿２：二次インダクタンス Ｒ＿２：二次抵抗 ω：電源角周波数 によって求め、これら電流Ｉ＿ｉ＿ｄ、Ｉ＿ｉ＿ｑ及び
   すべり周波数ω＿＊になるよう誘導電動機の一次電流制
   御又は電圧制御を行う構成にしたことを特徴とする誘導
   電動機のベクトル制御装置。