JPH02219489A - 誘導電動機のベクトル制御方法 - 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］ この発明は、トルクに寄与しない鉄損電流分を考慮に入
れることで、より精密な制御を行える誘導電動機のベク
トル制御方法に関する。

〔従来の技術〕

第７図はベクトル制御により誘導電動機を可変速制御す
る従来例を示した制御プロンク図である。

この第７図において、１は直流電力を３相交流電力に変
換するインバータ、２はこの３相交流電力で可変速運転
する誘導電動機であり、３はこの誘導電動機２に結合し
て、その速度信号を出力する速度検出機であって、たと
えばパルス発振器などが使用される。

誘導電動ｍ２を可変速運転させるために、インバータｌ
を制２１ｅｌするヘクトル制御回路は、速度設定器４、
速度調節器５、磁化電流設定器８、ずべり演算器９、積
分器１０．３相／２相変換器１１、座標回転器１２と１
５、電流調節器１３と１４、および点弧パルス発生器１
６とで構成している。

速度設定器４で設定する速度目標値ωｒと、速度検出器
３で検出する速度実際値ω２とを速度調節器５へ入力す
ると、この速度調節器５は、入力する速度目標値ωｒと
速度実際値ω２との偏差を零にするべく調節動作を行い
、その結果としてトルク電流目標１ｔＩ　ｌげを出力す
る。

誘導電動［２の２次側抵抗と２次側洩れインダクタンス
および励磁インダクタンスをそれぞれＲ８とＬ８および
Ｌ−とすると、これらの電動機定数と、上記により求め
たトルク電流目標値Ｉｔならびに磁化電流設定器８が設
定する磁化電流目標値！、＋１とを用いて、当該誘導電
動機２の磁束ベクトルの角速度ωＳを、下記（１）式に
より演算することができる。ただしＰは微分演算子、Ｋ
は比例定数であり、Ｔ　ｔ　＝　（Ｌ　ｘ　＋Ｌ　ｍ　
）　／　Ｒｚである。

１＋Ｐ　　・　Ｔ２ この磁束ベクトルの角速度ωＳは、定常状態では誘導電
動機２のすべり周波数に相当するものであり、すべり演
算器９は上記（１）式の演算を行い、その演算結果とし
て磁束ベクトルの角速度ωＳを出力する。この磁束ベク
トルの角速度ωＳと、速度検出器３からの速度実際値ω
８とを積分器１０に入力し、当該積分器１０においてこ
の両人力の加算演算と、この加算結果の積分演算とを行
うことにより、回転子に対する磁束ベクトルの位相角φ
を得る。

誘導電動機２に流れる３相電流は、３相／２相変換器１
１で、相互に直交するＩ、と■ρ　なる２相電流に変換
したのち、その値を座標回転器１２でその座標軸を前述
した位相角φだけ回転することにより、相互に直交して
いる磁化電流実際値■８と、トルク電流実際値Ｉ７とを
得ている。

電流調節器１３は磁化電流目標値■１と磁化電流実際値
■８とを入力して、この両人力の偏差を零にするべ（調
節動作を行う。また電流調節器１４はトルク電流目標値
Ｉア。とトルク電流実際値１アとを入力して、同様にこ
の両人力の偏差を零にするべくｍｌ！ｌ動節を行う。

これう２ｋ［ｌ（７）ｔｍｌＨｆｆＨ１３，１４（ｌＤ
ツレツレ（７）出力は、誘導電動機２の２軸電圧目標値
■Ｓと■７に相当するものであり、このｖ、、ｖ、”を
座標回転器１５で前述した位相角φだけ回転することに
より、２相の電圧目標値■イ、■ρ１に変換している。

この２相の電圧目標値■よ、■どを点弧パルス発生器１
６に入力し、３相インバータ１をスイッチング動作させ
る点弧パルスが作成される。

〔発明が解決しようとする課題］ 上述したベクトル制御により、誘導電動機２のトルクを
高精度で制御することができるのであるが、このベクト
ル制御は、上述したように誘導電動機のる１束や電流な
どをベクトル量として取扱っており、磁束ベクトルに平
行であって、磁束の発生に寄与する電流成分、すなわち
磁化電流と、この磁化電流に直交して、トルク発生に寄
与する電流成分、すなわちトルク電流とを、それぞれ独
立に制御することで、前述したように高精度のトルク制
御が期待できる。

しかしながら、従来のベクトル制御では、誘導電動機の
鉄損は僅かであるとして考慮されていない。ところがこ
の鉄を員を無視することで、電動機の所望トルクと実際
に発生するトルクとに誤差を生じることになる。この鉄
損に起因するトルク制御上の誤差は数パーセントに達す
ることもあり、良好なトルク制御精度を要求する張力制
御では、この鉄損の影響を無視するわけにはいかない。

そこで、従来は鉄…を誘導電動機の１次周波数の関数と
して考慮するψとで鉄損補償を行う方法が提案されてい
るが、この１次周波数が零であっても、電動機が回転し
ていれば、この電動機の回転子磁束は交番しているので
、当該回転子において鉄…を生じるので、上述の従来方
法では鉄１員を正確に補償できない不具合があった。

そこでこの発明の目的は、誘導電動機に発生する鉄…を
考慮したベクトル制御により誘導電動機のトルク制御が
高精度で行うことができるようにしようとするものであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、この発明のベクトル制御
方法は、誘導電動機に流れる電流を、当該電動機の磁束
と平行な磁化電流成分と、これに直交するトルク電流成
分とに分離し、両電流成分を、それぞれが別個にその電
流実際値を電流目標値に一致させる制御を行う誘導電動
機のベクトル制御方法において、前記誘導電動機の鉄損
電流分を、この電動機の回転速度の関数として求め、こ
の鉄損電流分を前記トルク電流成分目標値に加算し、こ
の加算結果を新たなトルク電流成分目標値にするものと
する。

〔作用〕

この発明は、誘導電動機の鉄損特性を関数発生器により
模擬し、これを電流に換算して得た鉄損電流と、従来方
法で得たトルク電流目標値（たとえば第７図に示す従来
例回路における速度調節器５の出力）とを加算すること
で、鉄損骨を考慮に入れた新たなトルク電流目標値を設
定し、トルク電流実際値がこの新たなトルク電流目標値
に一致するように制御することで、高精度なベクトル制
御を実現しようとするものである。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例をあられした制御ブロック図で
ある。

この第１図に示しているインバータ１、誘導電動機２、
速度検出器３、速度設定器４、速度調節器５、磁化電流
設定器８、すべり演算器９、積分器１Ｏ１３相／２相変
換器１１．２組の座標回転器１２と１５．２組の電流調
節器１３と１４、および点弧パルス発生器１６の名称・
用°途・機能は、第７図において既述の従来例回路のも
のと同じであるから、これらの説明は省略する。

本発明においては、速度検出器３が検出する速度実際器
ω翼と、速度設定器４が設定する速度目標値ω１とを入
力して、この再入力の偏差を零にするべく調節動作を行
う速度調節器５は、準トルク電流指令値■７゜　を出力
し、これをすべり演算器９と加算器７とに与える。

鉄損電流設定器６が出力する鉄を負電流設定値１゜。と
、上述の準トルク電流指令値ＩＴＯとを、加算器７にお
いて加算演算した結果がトルク電流指令値！？であり、
電流調節器１４において、トルク電流実際値１．をこの
トルク電流指令値Ｉげに一致させる調節動作が行われる
のは、第７図で既述の従来例回路の場合と同じである。

■相の磁束をψとすると、この中は下記の（２）式％式
％ 一般に鉄…は（２）弐に示す磁束ψの変化に起因して生
じるので、その値は（２）式の微分値、すなわち下記に
示す（３）式に依存することとなる。

ｉ ここでωが両極性の場合は、鉄損電流の極性も変化する
。

第２図は第１図に示した実施例回路に使用している鉄損
電流設定器の構成をあられしたブロック図であって、こ
のブロック図により（３）式の演算を行う。この第２図
において、ω、は誘導電動機２の１次側に印加される交
流の周波数に対応した角速度であり、関数発生器２１と
２２、および乗算器２３とにより、電動機固定子の鉄損
電流が、またω２は電動機速度を表しているので、関数
発生器２４と２５、および乗算器２６とにより、電動機
回転子の鉄損電流がそれぞれ求まる。よってこの両者を
加算器２７において加算することにより、鉄損電流設定
値■。“を求めることができる。

第３図は第２図に示す鉄損電流設定器を簡単な構成にし
てあられしたブロック図であって、関数発生器３１にω
１＋ω８を入力し、関数発生器３２にψを入力し、両開
数発生器３１と３２の出力を乗算器３３において乗算す
ることにより、鉄損電流設定器１　％を求めている。

第４図は第２図に示す鉄を員電流設定器を別の簡単な構
成にしてあられしたブロック図であって、関数発生器４
１には電動機速度実際値ω２のみを入力することで、ψ
を入力する関数発生器４２と、これらの乗算演算を乗算
器４３４手おいて行うものである。

第５図はω、あるいはω２を人力する関数発生器の出力
特性の例を示したグラフであり、第６図はψを入力する
関数発生器の出力特性の例を示したグラフである。

すなわち、第２図に図示の関数発生器２１と２４、第３
図に図示の関数発生器３１、および第４図に図示、の関
数発生器４１の特性が第５図に示されており、第２図に
図示の関数発生器２２と２５、第３図に図示の関数発生
器３２、および第４図に図示の関数発生器４２の特性が
第６図に示されている。

〔発明の効果〕

この発明によれば、誘導電動機に流れる電流を、当該電
動機の磁束と平行な磁化電流成分と、これに直交するト
ルク電流成分とに分解し、これら両電流成分を独立して
制御することにより、高精度な制御を行うことができる
誘導電動機のベクトル制御方法において、鉄損電流を電
動機速度の関数として求める回路を設け、このようにし
て得た鉄損電流設定値とトルク電流指令値に加算したも
のを、新たなトルク電流指令値とし、トルク電流実際値
をこの新たなトルク電流指令値に一致するように制御す
る。その結果、トルク発生に寄与しない鉄用電流分を考
慮に入れた制御になることから、トルク制御の精度を大
きく向上できる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例をあられした制御ブロック図、
第２図は第１図に示した実施例回路に使用している鉄損
電流設定器の構成をあられしたブロン・り図、第３図は
第２図に示す鉄損電流設定器を簡単な構成にしてあられ
したブロック図、第４図は第２図に示す鉄損電流設定器
を別の簡単な構成にしてあられしたブロック図、第５図
はω１　あるいはω意を入力する関数発生器の出力特性
の例を示したグラフ、第６図はψを入力する関数発生器
の出力特性の例を示したグラフであり、第７図はベクト
ル制御により誘導電動機を可変速制御する従来例を示し
た制御ブロック図である。 ｌ・・・インバータ、２・・・誘導電動機、３・・・速
度検出器、４・・・速度設定器、５・・・速度調節器、
６・・・鉄損電流設定器、７．２７・・・加算器、８・
・・磁化電流設定器、９・・・すべり演算器、ｌＯ・・
・積分器、１１・・・３相／２相変換器、１２．１５・
・・座標回転器、１３．１４・・・電流調節器、１６・
・・点弧パルス発生器、２１．２２．２４２５、３１．
３２．４１．４２・・・関数発生器、２３．２６．３３
゜あ　２　図 篤　３　閉 第　４　閏 篤 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）誘導電動機に流れる電流を、当該電動機の磁束と平
   行な磁化電流成分と、これに直交するトルク電流成分と
   に分離し、両電流成分を、それぞれが別個にその電流実
   際値を電流目標値に一致させる制御を行う誘導電動機の
   ベクトル制御方法において、前記誘導電動機の鉄損電流
   分を、この電動機の回転速度の関数として求め、この鉄
   損電流分を前記トルク電流成分目標値に加算し、この加
   算結果を新たなトルク電流成分目標値にすることを特徴
   とする誘導電動機のベクトル制御方法。