JPH02250690A - 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】 ［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し、特に、
周波数変換器（インバータ）を用いて誘導電動機に印加
される電圧をその電圧指令値に追従するように誘導電動
機を制御する誘導電動機のベクトル制御装置に関する。

［従来の技術］ 誘導電動機は、直流電動機に比較して、構造が堅牢でメ
ンテナンスが不要であるとという特長があるため、制御
用としても直流電動機に置換えられることが多くなって
きている。しかしながら、誘導電動機では、直流機の界
磁に相当する二次磁束（ｄ軸二次磁束）とこれと直交し
たトルク発生に寄与し、電機子電流に相当する二次電流
（ｑ軸二次電流）を直接には制御することができない。

そのため、誘導電動機を用いて直流電動機と同等の高い
応答性で制御を行う場合、周知のように、ベクトル制御
と呼ばれる手法が、現在広く採用されている。ここで、
ベクトル制御とは、誘導電動機の内蔀定数（−次巻線抵
抗、二次巻線抵抗等）を、予め誘導電動機の制御装置に
与えることにより、誘導電動機を制御するものである。

以下に、従来のベクトル制御装置について説明する。

第５図は誘導電動機の等価回路を示している。

第５図において、ｒｌは一次巻線抵抗、σＬ１は一次巻
線漏れインダクタンス、Ｍは相互インダクタンス、「２
／ｓは等価二次巻線抵抗で、σは漏れ係数（σ−１−Ｍ
　２／　Ｌ　ｒ　　・Ｌｌ）、Ｓはすべり、Ｌｌは一次
巻線インダクタンス、Ｌｌは二次巻線インダクタンス、
「２は二次巻線抵抗である。

また、■、は誘導電動機の一次巻線に印加される一次電
圧、Ｉｌは誘導電動機の一次巻線を流れる一次電流、Ｉ
ｏは励磁に関する励磁電流、Ｅｌは励磁に関するインダ
クタンス成分（相互インダクタンスＭ）に印加される電
圧、及びＩ２は誘導電動機の二次導体を流れる二次電流
である。−次電圧ｖｌは互いに直交するｄ軸−次電圧■
１．とｑ軸−次電圧Ｖ１．の２つの成分で表され、同様
に一次電流１１は互いに直交するｄ軸一次電流１１ｄと
ｑ軸一次電流１１＋の２つの成分で表され、二次電流Ｉ
２は互いに直交するｄ軸二次電流Ｉ２ａとｑ軸二次電流
１２ｑの二つの成分で表される。また、励磁電流Ｉ０に
よって発生する磁束はそれぞれ互いに直交するｄ、ｑ軸
成分に分けられ、二次側に鎖交するｄ軸二次磁束φ２４
、ｑ軸二次磁束φ２．という二つの成分で表される。

ここで、誘導電動機を直流電動機と同等の高い応答性で
制御を行う場合、上述したように、ｄ軸二次磁束φ２．
とｑ軸二次電流１２Ｑを独立に制御しなければならない
。誘導電動機を用いる場合、ｄ軸二次磁束φ２□とｑ軸
二次電流１２．を直接制御することはできない。このた
め、電動機内部定数を用い、直接制御できるｄ軸一次電
流ＩＢ、ｑ軸一次電流Ｉ　ｌ’Ｌによってｄ軸二次磁束
φ２４とｑ軸二次電流Ｉ２．の非干渉化を計り、独立に
制御する方式をベクトル制御という。

第６図を参照して従来のベクトル制御装置について説明
する。

このベクトル制御装置は、指令値として、励磁に寄与す
るｄ軸一次電流指令値１１’−”と、これと直交したト
ルク発生に寄与するｑ軸一次電流指令値１１♂を得るた
めのモータの回転角速度指令値ω、１とを用いる。ｑ軸
一次電流指令値１１♂は、減算器１１で回転角速度指令
値ω、１と速度検出器ＰＧで検出された角速度ω、との
差をとり、この差信号を増幅器１２と飽和要素１３とを
通すことによりつくられる。誘導電動機ＩＭの一次電流
は、電流検出器１４ｕ、１４ｖ、１４ｗによってそれぞ
れＵ相、　ｖ＃ｉ、及びＷ相−次電流ＩＵ。

ＩＶ＋　及びＩＷとして検出される。これら検出された
一次電流１１＋　　ＩＶ＋及びＩｗは３相２相変換器１
５に供給され、ｄ軸一次電流１１□、ｑ軸一次電流１１
＋に変換される。

電流制御ループを構成している電圧指令値発生器１６で
は、ｄ軸一次電流指令値１１ａ＋Ｑ軸一次電流指令値１
　’ｌ’ｑ”　ｌ　　ｄ軸一次電流１１ｄ＋Ｑ軸一次電
流１１．にもとづいてｄ軸一次電圧指令値Ｖ＋ａ＋Ｑ軸
一次電圧指令値ｖ１２を発生する。

具体的には、減算器１７によりｄ軸一次電圧指令値１１
．′からｄ軸一次電流１．ｄを減算し、この減算結果を
増幅器１８でＰＩ補償して減算結果を０にするようなｄ
軸一次電圧指令値ｖ、、ｔ”を得る。

同様に、減算器１９によりｑ軸一次電流指令値１１−か
らｑ軸一次電流１’ｌ＋を減算し、この減算結果を増幅
器２０でＰＩ補償して減算結果をＯにするようなｑ軸二
次電圧指令値ｖＩ２を得る。

一方、電流制御装置２１′は、ｑ軸一次電流１１ｑに対
ｔで後述する演算を行い、すべり回転角速度ω、を発生
する。このすべり回転角速度ω。

は加算器２２で角速度ω、と加算される。加算結果は、
位相制御装置２３により積分され角度信号θ。に変換さ
れる。

２相−３相変換器２４は、角度信号θ。にもとづいて、
ｄ軸及びｑ軸一次電圧指令値ｖ１゜ｖ１♂をＵ相、■相
、及びＷ相の一次電圧指令値ＶＵ　、Ｖｖ　、及びｖ、
”ｌ、：：変換する。

３相インバータ２５は、電源から電力の供給を受け、誘
導電動機ＩＭに印加されるＵ相、■相。

及びＷ相の一時電圧をそれぞれ、Ｕ相、■相、及びＷ相
の一次電圧指令値Ｖｕ”　　Ｖｖ　　　Ｖｗに追従する
ように制御する。

ところで、誘導電動機の電源が電流源であると考えた場
合、誘導電動機の内部は第７図のようなモデル図で表わ
され、出力トルクＴ、は、周知のように、 Ｔ　・　−φ　２ａ”ｌ　　ｌ喝−φ　２Ｑ　　　　Ｉ
　　１４で与えられる。ここで、トルクＴｅを線形制御
するためには、φ２６−一定、φ２．−〇として制御を
行う必要がある。

φ２Ｑ−〇とするためには、次の式（１）で与えられる
状態量Ｘを０にすれば良い。

以下参日 但し、φ２６：ｄ軸二次鎖発磁束 ここで、φ２．−Ｍ・■１−で表わされるので、を満足
すれば、ｘ−０となる。

電流制御装置２１′は上記（２）式の演算を行なってす
べり回転角速度ω、を制御するものである。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、このような従来の誘導電動機のベクトル制御
装置では、誘導電動機の温度変動に伴って、誘導電動機
の内部定数（二次巻線抵抗ｒ２等）の値が２０％〜３０
％も変化するので、ｑ発磁次鎖交磁束φ２．の値が零か
らずれてきて、結果として高精度のトルク制御を行うこ
とが困難になるという欠点がある。

従来、この誘導電動機の内部定数を補償するため゛、誘
導電動機の内部に温度センサを埋め込み、誘導電動機の
温度を測定することにより、誘導電動機の内部定数の変
動を検出し、それを補正するという方法がとられていた
。

しかしながら、この方法では、温度センサを必要とする
ため、制御装置が高価で複雑なものとなった。また、温
度センサと制御装置とを接続するための信号線が存在す
ることにより、誘導電動機の信頼性を低下させてしまう
という欠点がある。

本発明の課題は、温度センサを用いることなく、内部定
数の変化を補正することができる誘導電動機のベクトル
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］ 本発明による誘導電動機のベクトル制御装置は、励磁に
寄与するｄ軸一次電流指令値と、これと直交したトルク
発生に寄与するｑ軸一次電流指令値と、ｄ軸−時電流の
検出値、及びｑ軸一次電流の検出値とにもとづいてｄ軸
及びｑ軸一次電圧指令値を算出し、前記ｑ軸一次電流の
検出値から求められたすべり回転角速度と電動機回転角
速度にもとづく角度信号にもとづいて前記算出されたｄ
軸及びｑ軸一次電圧指令値を２相−３相変換してＵ相、
■相、及びＷ相一次電圧指令値を求め、求められたこれ
らの一次電圧指令値を入力とする周波数変換器を用いて
誘導電動機を制御するベクトル制御装置において、前記
ｄ軸及びｑ軸一次電流の各検出値、前記ｄ軸及びｑ軸一
次電圧指令値、及び前記回転角速度をもとにあらかじめ
定められた演算を行なって二次時定数変動係数を算出す
る手段と、該算出された二次時定数変動係数にもとづい
て前記回転角速度を補償する手段とを有することを特徴
とする。

［作用］ 第３図、第４図を参照して本発明の原理２作用について
説明する。

前述した（２）式では誘導電動機の二次巻線抵抗「２．
二次巻線インダクタンスＬ２を内部定数（二次時定数）
として用いており、特、に二次巻線抵抗「２が温度変化
により大幅に変動することは上述した通りである。この
ため、二次時定数の同定が必要であり、以下に本発明に
よる同定法の原理について説明する。

第３図は二次時定数が一致してベクトル制御が成立して
いる場合のモデル図であり、制御装置があるｄ軸一次電
流ＩＩａ、ｑ軸一次電流１１．を供給した場合にｄ軸−
次電圧、ｑ軸−次電圧がどのように表現されるかを示す
ものである。

第３図においては、ベクトル制御が成立していることか
らｄ軸−次電圧Ｖ１．．ｑ軸−次電圧ｖ１Ｑはそれぞれ
、ｄ軸一次電圧指令値ｖ＋４．４軸一次電圧指令値ｖ１
♂と見なしても良く、ｄ軸一次電流ｌ１ａｒ　　ｑ軸一
次電流１１１．及び内部定数とにより次式で表わされる
。

Ｖ＋ｄ−ｒ　１”　Ｉ　、ａ−ａ　ｅ　ω。−Ｌ、−Ｉ
＋、　　（ａ）Ｖｌ。−「１　・Ｉ、Ｑ＋（σ・ＬＩ＋
Ｍ２／Ｌ２　）・ωｏ　　ｘ、、　　　　　　　　　　
　　（４）第４図はベクトル制御が不成立の場合のモデ
ル図である。

この場合、ｑ発磁次鎖交磁束φ２．≠０であることによ
る他への干渉分を考慮しなければならない。

この干渉分は次式で表わされる二次時定数変動係数ＲＫ
を用いて計算される。

このようにして得られた二次時定数変動係数Ｒにを用い
て第４図の破線で囲まれた部分の状態量を計算すると、
ｄ軸−次電圧ｖ、、’　、ｑ軸−次電圧ｖ３．はそれぞ
れ次式で与えられる。

ｖｌｑ　　ｍｊ、　　　　ｒ＋、＋ａ　　・　Ｌｌ　　
ｅ　　ω。　　　Ｉ、ｄ式（３）、（４）及び式（６）
、（７）について考えると、ここでは電源として電流源
形を考えており、ｄ軸一次電流Ｉ＋ｄ＋　　ｑ軸一次電
流ＩＩｑを供給している。

ベクトル制御が成立していれば、実際のｄ軸一次電圧指
令値ｖ、、　　　ｑ軸一次電圧指令値ｖ１゜は１１ｄ、
１１Ｑという一次電流が流れている場合、（３）、（４
）式で表される値となる。しかし、二次時定数が変動す
ると、上述したのと同じｄ軸一次電流１＋ａ＋　　９輪
−次電流１１＋が流れていても、ｄ軸一次電圧指令値ｖ
、、、ｑ軸一次電圧指令値ｖ１．！はそれぞれ、式（３
）、（４）で表わされる値ではなく式（６）、（７）で
表わされる値となる。そこで、６輪−次電流１＋ａ、ｑ
軸一次電流Ｉ３．が流れている時に式（３）、（４）に
よりｄ軸一次電圧指令値”＋ａ＋Ｑ軸一次電圧指令値ｖ
１゜を計算し、ｄ軸一次電流指令値Ｉ、％とｄ軸一次電
流１１ｄとを用いて減算器１７、増幅器１８を通して得
られた電圧Ｖ、、、及び電流Ｉ　ＩＱ　　　Ｉ　Ｉｌｌ
とを用いて減算器１９、増幅器２０を通して得られた電
圧ｖ１♂とそれぞれ差をとってｄ軸−火蓋電圧Δｖ１４
、ｑ軸−火蓋電圧Δｖ１．とする。そして、これらの差
電圧が０であれば二次時定数一致、すなわちベクトル制
御成立と判断し、差電圧が０でなければベクトル制御不
成立と判定できる。

ここで、 Δ　Ｖｌａ−Ｖ＋ａ　　　　　　　　　（ｒ＋　　　　
　　　Ｉ＋ａ−（７”（ｃｕｅＬ　＋　　’Ｉ　＋ｑ） ΔＶ１．−ＶＢ、’−（、ｒｌ　　　ＩＨ＋（ｃｙ　　
・、Ｌ１＋　Ｍ　２／　Ｌ　２　　）　　・　ω。　　
　■　１．）ベクトル制御不成立の場合、次式にもとづ
いて求めた二次時定数変動係数Ｒににもとづいて二次時
定数の変動分を補償することができる。

［実施例］ 第１図を参照して本発明の一実施例について説明する。

本発明では、温度センサを用いることなく、二次巻線抵
抗「２の変動分を補償するために、従来の構成に加えて
、あらかじめ定められた演算を行う演算部３１、この演
算部３１の出力信号にもとづいて二次巻線抵抗ｒ２を補
正するための係数部３２及び乗算器３３とを有し、乗算
器３３の出力に応じて電流制御装置２１はすべり回転角
速度ω１を補正する。

演算部３１は、前述した（１０）式の演算を行うもので
あり、第２図で表わすことができる。具体的には、演算
部３１は、ｄ軸及びｑ軸一次電圧指令値ｖ１６．及びＶ
、、、ｄ軸及びｑ軸一次電流１１ｄ＋及びＩ　ｌｑ＋及
び磁束回転角速度ω。を入力とし、差電圧ΔＶ、、、　
ΔＶＩＱが発生している時、すなわちベクトル制御不成
立時に上記演算結果として二次時定数変動係数Ｒにを生
成する。

係数部３２１乗算器３３．及び電流制御装置２１により
前述した（２）式の演算が行われ、二次巻線抵抗「２の
変動分が補正される。

［発明の効果］ 以上の説明で明らかなように、本発明によれば、ｄ軸及
びｑ軸一次電流を検出し、これらの検出値とｄ軸一次電
流指令値、ｑ軸一次電流指令値との偏差を求め、これら
の偏差を用いてｄ軸及びｑ軸一次電圧指令値を出力する
と共に、ベクトル制御不成立時には上記各位にもとづい
て二次時定数変動係数を算出するようにしたことにより
、温度センサを用いることなく、二次巻線抵抗の変動分
を補正することができ、このことにより高精度のトルク
制御を行うことができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるベクトル制御装置の一実施例の構
成を示すブロック図、第２図は第１図に示された演算部
３１の演算内容を説明するためのブロック図、第３図は
ベクトル制御成立時の誘導電動機の内部モデルを説明す
るためのブロック図、第４図はベクトル制御不成立時の
誘導電動機の内部モデルを説明するためのブロック図、
第５図は一般的な誘導電動機の等価回路図、第６図は従
来のベクトル制御装置の構成を示すブロック図１．第７
図は駆動源を電流源とした場合の誘導電動機の内部モデ
ルを説明するための図。 図中、１２，１８．２０は増幅器、２１は電流制御装置
、２３は位相制御装置、３１は演算部。 竺５図 第７図 “０ 〉 ミ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、励磁に寄与するｄ軸一次電流指令値と、これと直交
   したトルク発生に寄与するｑ軸一次電流指令値と、ｄ軸
   一次電流の検出値、及びｑ軸一次電流の検出値とにもと
   づいてｄ軸及びｑ軸一次電圧指令値を算出し、前記ｑ軸
   一次電流の検出値から求められたモータのすべり回転角
   速度とモータ回転角速度にもとづく角度信号にもとづい
   て前記算出されたｄ軸及びｑ軸一次電圧指令値を２相−
   ３相変換してＵ相、Ｖ相、及びＷ相一次電圧指令値を求
   め、求められたこれらの一次電圧指令値を入力とする周
   波数変換器を用いて誘導電動機を制御するベクトル制御
   装置において、前記ｄ軸及びｑ軸一次電流の各検出値、
   前記ｄ軸及びｑ軸一次電圧指令値、及び前記回転角速度
   をもとにあらかじめ定められた演算を行なって二次時定
   数変動係数を算出する手段と、該算出された二次時定数
   変動係数にもとづいて前記回転角速度を補償する手段と
   を有することを特徴とする誘導電動機のベクトル制御装
   置。