JPH0270282A - インバータ装置 - 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〕 この発明は回転検出器（以下ＰＧと記す）のない誘導電
動機のトルク特性及び回転数精度を改善する電圧形ＰＷ
Ｍ方式のインバータ装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来のＰＧを有しない誘導電動機を駆動制御する電圧形
ＰＷＭインバータ装埴にはＶ／ｌ＝　（出力電圧／周波
数）一定のオープンループ制御が用いられている。

第３図は誘導電動機の一相分等価回路を示す。

図において。

Ｌ１＝　１次インダクタンス Ｌ２＝　２次インダクタンス Ｍ　＝相互インダクタンス Ｖ、＝１次電圧 ω１＝　１次角周波数 Ｒ１−１次巻線抵抗 Ｒ２−２次巻線抵抗 Ｅ１＝誘起電圧 ω２＝　２次角周波数 ｔ、　＝　Ｌ、−Ｍ　（１次漏れインダクタンス）ｔ２
＝Ｌ２−Ｍ（２次漏れインダクタンス）である。

ここで２次電流■２と発生トルクＴは ωま ただし、ｆｌ＝−Ｈ 誘導電動機の回転角周波数ωＭは、極対数をｎとすると １０Ｍ　＝　ω１−ω２ ・・・（３） で表わされる。（２）式にてＥ、／＋、　　を一定に制
御すればトルクＴはω２に比例し、ωいは（３）式で表
わされる。しかし実際の制御ではＥ、／ｌ、　　を−定
ではなくＶ、／ｆ、を一定に制御しているため。

Ｒ５とｔ、の影響によりＥ、／＋、を一定にｉｌｉ制御
されていない。それゆえ１こ１周波数の小さな範囲。

すなわち低速において、ｖｌが小さ（なるためＲ３によ
る電圧ドロップの影響が大きくなりε１／ｆ１を一定に
保てなくなり、低速でのトルク不足となる。又（３）式
により回転角周波数ωＭもω２分、−次角周波数ω、よ
り低下する。

第４図は従来の電圧形ＰＷＭインバータ装置におけるＶ
／Ｆ一定のオープンループ制御回路のブロック図を示す
。図において、　　（１００）はインバータ運転角周波
数指令ω１＊を積分値θ０を出力する積分器、　　（Ｉ
Ｎ）、（１１２）、（目３）は上記積分値θ０を入力し
て位相が２π／３づつ異なる正弦波を出力する正弦関数
発生３．　　（１２４）、　（＋２２）。

（＋２３）は上記正弦波関数発生器（１１＋　）〜（＋
１２）。

の出力信号と上記指令ωげとの債を出力する乗算器であ
る。

次に、この第４図に示した回路の動作について説明する
。積分ｇｚ（ｔｏｏ）はインバータ運転角周波数（１次
角周波数）指令ω１°を積分してθ０出力し、正弦波関
数発生ａ（＋＋Ｏ）〜（１１２）は上記θ０を入力して
苅θ１ｍ（−一π）、Ｗ（θ−−π）を演算して出力し
、掛は算３（＋２０）〜（１２２）は上記演算結果にそ
れぞれ上記指令ωビを乗算して相電圧指令ｕ”、ｖ”　
　　ｗ”を出力し、この相電圧指令が誘導電動機のイン
バータ制御に用いられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の電圧形ＰＷＭインバータ装置では、その出力電圧
Ｖと周波数Ｆの比Ｖ／Ｆを一定にする制御方式であり、
この制御方法を用いた上記ＰＷＭインバータ装置により
駆動制御される誘導電動機は低速域において、その−次
抵抗Ｒ１における電圧ドロップの影響によりトルク不足
となる。

また、上記誘導電動機の低速域において、負荷に比例し
て誘導電動機の回転角周波数ωＭが低下する不具合があ
るなどの問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、誘導電動機をその低速域においても、良好な
トルク特性および回転数精度で運転できる電圧形ＰＷＭ
方式のインバータ装置を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この第１の発明に係る電圧形ＰＷＭ方式のインバータ装
置は誘導電動機の相電流を検出してトルり分電流工、お
よび励磁電流指令に相当する２相電流信号を出力する３
相／２相変換手段と、上記３相／２相変換手段が出力す
る２相電流信号と。

別途入力される励磁電流指令工δ０およびインバータ運
転角周波数指令ωビと予め設定された上記誘導電動機の
１次巻線抵抗日、および１次インダクタンスＬ１に相当
する定数を用いて上記誘導電動機のトルク分電圧Ｖ、お
よび励磁分電圧Ｖδに相当する２相電圧化号を出力する
２相電圧出力手段と上記２相電圧出力手段の出力信号を
入力して上記誘導電動機の制御を指令する相電圧指令ｖ
ｕ　、ＶＶ　、ＶＷ　を出力する２相／３相変換手段と
を備え、上記２相電圧出力手段はその出力する２相電圧
化号Ｖ、、Ｖδを、おおよそｖ、＝に（ＩＪ”−Ｉａ）
ωげ／　ｌωｔ”ｌ＋ＲＩ　Ｉ７−十Ｌ１ω１工δ０Ｖ
δ＝Ｒ１（δ ただし、には正の定数 となるように制御するものである。

また、第２の発明に係るインバータ装置は上記第１の発
明に係るインバータ装置において、誘導電動機の回転角
周波数指令ｎωいと、励磁電流指令■δ０と、トルク分
電流信号工、とを入力し。

かつ予め設定された上記誘導電動機の２次巻線抵抗Ｒ２
および磁束漏れ係数σに相当する定数を用いて、インバ
ータ運転角周波数指令ω１＊を出力するインバータ運転
角周波数指令出力手段を備え。

上記インバータ運転角周波数指令出力手段が出力する指
令ωげは、上記誘導電動機の回転角周波数指令ｎ　Ｑｌ
　ｙに、おおよそＲ２／１１−σ）１１ｆｆ”）・Ｉｙ
で示される上記誘導電動機のすべり周波数の補正値を加
算したものである。

〔作　用〕

第１図の発明においては、３相／２相変換手段が誘導電
動機の３相電流を検出してトルク分電流Ｉ、および励磁
分電流Ｉδに相当する２相電流信号を出力し、２相電圧
出力手段が上記２相電流信号と励磁電流指令Ｉδ＊およ
びインバータ運転角周波数指令ωげを入力して、かつ予
め設定された上記誘導電動機の１次巻線抵抗日１および
１次すアクタンスＬ１に相当する定数、および正の定数
Ｋを用いて、おおよそ ％＝Ｋ（Ｉａ”　Ｉｔ）ωｔ”／ｌωばｌ＋ＲＩ　Ｉｙ
＋Ｌ１　（ｄｌ　Ｉａ”Ｖδ＝Ｒ１ｉδ になるように制御された上記誘導電動機のトルク分電圧
Ｖ、および励磁分電圧■δに相当する２相電圧化号を出
力し、２相／３相変換手段が、上記２相電圧化号を入力
して誘導電動機を制御する相電圧指令ｙｕ＊　ｌ　ｙ、
＊　ｌ　ＶＷ”を出力する。

また第２の発明においては、インバータ運転角周波数指
令出力手段は、励磁電流指令Ｉａ＊と、トルク分電流信
号工、とを入力し、予め設定された誘導電動機の２次巻
線抵抗日２および磁束漏れ係数０に相当する定数を用い
て、おおよそＲ２／（（１−σ）ＩＪ０）・Ｉ、で示さ
れる上記誘導電動機のすべり周波数補正値を求め、この
値を別途入力された誘導電動機の回転角周波数指令ｎω
Ｍに加算したものを上記第１の発明におけるインバータ
装置のインバータ運転角周波数指令ω１°とし出力する
。

〔発明の実施例〕

この第１および第２の発明の実施例である電圧形ＰＷＭ
方式のインバータ装置の制御方法の原理について説明す
る。誘導機の電圧電流及びトルクの方程式は次の１４１
．　＋５１式で表わされることが一般に知られている。

・・・＋４１ Ｔ＝ｎ（１ａ）Ｌｔ（λδ１７−λｙ’δ）・・・＋５
） ここで。

Ｒ１，Ｒ２１次、２次巻線抵抗 Ｌｉ、　Ｌ２　”次、２次巻線のインダクタンスσ＝　
１＋Ｍ２／Ｌ、　Ｌ２：漏れ係数（Ｍ：相互インダクタ
ンス ｖ、、　ｖδ：１次のｒ−δ軸上の電圧ｉ７，１δ：１
次のｒ−δ軸上の電流 λδ、λが２次磁束をＭで割った正規化２次磁束ω１．
ω２：１次及び２次角周波数 Ｐ＝ｄ／ｄｔ：微分演算子 ｎ：極対数 定常状態においてはＰ＝０とすればよい。この時（４）
式は と表わされる。なお、（６）式において大文字は定常状
態を表わしている。

又トルクＴは ｖ＝ｎ（＋　　１７）Ｌｌ（Ａａ５　　％Ｉδ）　　　
　　　−１７１と表わされる。

ここで。

Ｖ、（＝Ｖど）＝　Ｋ　（Ｉａ”　　Ｉａ）　ｓｇｎ　
（ＩＪＩ　＋ＲＩ　Ｉ７＋Ｌ１ω１■δ”　　・・−１
８１Ｖｌｊ　（”Ｖδ”）＝　Ｒｊ　Ｉａ−・・（９ま
ただし＊　　ｓｕｎ　１ｊＪ１　＝＋　（（１１１≧０
）＝−１（ω２＜０） Ｋ　−フィードバックゲイン （串印は指令を示す） のように制御すると仮定すると（６）代筆２行に１９１
式を代入して ａ工＋　（１１７）　Ａγ＝０　　　　　　　　　　・
・・ｕｌγ もれ係数σは非常に少ないのでσ＝０とするとＡ、＝−
δ■γ　　　　　　　　　　　　　　・・・ａυ（６）
代筆４行より Ｒ２Ｉδ＝　Ｒ２Ａａ−Ｌ２ω２Ａγ ＝　Ｒ２Ａδ十ａ　Ｉ２　ω２　Ｉγ・”　［Ｉ２した
がって Ａδ＝Ｉδ−σＬ２／Ｒ２ω２Ｉ、　　　　　　　　　
　・・・αＪσ＝０を代入すると Ａδ＝Ｉδ　　　　　　　　　　　　　　　　　−・・
（１４１（６）代筆３行から Ｒ２Ｉ、　＝　Ｌ２ω２Ａδ＋Ｒ２Ａ　、　　　　　　
　　　　・・・α９上記０９式にα９式のＡ、＝−σエ
アを代入して、かつ、　　＋／（＋十〇）キ（１−σ）
とするとＩ、’：：（１−σ）Ｌ２Ａδω２／Ｒ２・・
・αす次に（６）式第１行の資に（８）式のｖｒＩを代
入すると。

Ｌ、ω、（Ｉど−（１−σ）Ａａ−σ工δ）＋Ｋ　ＣＡ
ａ”　−Ｉａ）　ｓｇｎ　ωｌ　＝　０・・・ａη 上式が成立をする条件は０４１式よりＡｌ：Ｉａである
から■δ”＝Ｉδとなる。ここでｓｇｎω、は制御の安
定性を確保するためにつけである。

以上の式を用いると（７）式で示したトルクＴの式は Ｔ　＝　ｎ　（＋−ａ）Ｌｔ　（ＡａＩ７−−．４７−
　Ｉａ）’；；ｎ（＋　　ａ）Ｌｌ（Ｉど坏−σＩ、Ｉ
δつ’；ｌ：ｎＬ４ＩビＩ、　　（σ２（１）　　　　
　　・・−Ｉ８となり発生トルクはＩ、に比例し又０１
式よりＩ。

とω２は比例する。したがって０８式より低速でのトル
クが改善される。

また、Ａａ”：Ｉａ”の制御が行われているので。

四式より ω２’ｌｌ；Ｒ２／（（１−σ）Ｌ２ＡδｉＩ、　　　
　　　・ａａとなる。したがって ω１　＝　ｎ　ｌｌｄ”ｙ　＋　Ｒ２／　Ｉ　（＋　　
’）　Ｉど）−Ｉ、　　　−＋２［）ここでｎω０Ｍ＝
モードル回転角周波数指令のようにω、を制御すること
によりモードル回転角周波数を０００Ｍになるように制
御が可能となる。

なおトルク分電工費、励磁分電圧Ｖδ傘からなる２相電
圧を相電圧指令Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖッに変換する２４ｕ／３
柑変換（２φ→３φ）は・・・Ｑυ また誘導電動機の３相電流’Ｖｌ　　’Ｌｌｌ　　’Ｗ
をトルク分電流ｉｒと励磁分電流ｉδからなる２相電流
への２相／３相電流変換（３φ→２φ変換）は上記の式
を逆変換したものである。

次に第１の発明の実施例を第１図により説明する。第１
図は３相誘導電動機の低速域でのトルク特性の改善を計
った電圧形ＰＷＭ方式インバータ装置のインバータ制砥
部（６）である。図において。

＋１１は３相誘導電動機（図示せず）の３相電流を検出
し、別途入力された後述の積分手段（３）により積分さ
れたインバータ運転角周波数指令ωげの積分値を用いて
、トルク分電流Ｉ　および励磁分電流γ 工δに相当する２相電流信号を出力する３相／２相変換
手段、（２）は上記２相電流信号、上記インバータ運転
角周波数指令ω、−および励磁電流指令工δ０を入力し
て、上記誘導電動機のトルク分電圧Ｖ、および励磁分電
圧Ｖδに相当する２相電圧信号を出力する２相電圧出力
手段である。■は上記ＩＣと■δを入力し、その差に予
め設定されたフィードバックゲインである正の定数Ｋを
乗算して出力する定数設定１ｈ、　ＯＤは定数設定器■
の出力信号に上記指令ω、拳を乗算する乗算器、（２）
は上記指令ωばの絶対値信号を出力する絶対値回路、の
は乗算器なりからの入力信号を絶対値回路四からの入力
信号で除算する除算器、Ｑ４．（ハ）はそれぞれ誘導電
動Ｂ１（図示せず）の１次巻線抵抗Ｒ１に相当する定数
が予め設定されており、上記２相電流信号が入力される
とＲ，Ｉ、、　Ｒ，Ｉａ　に相当する信号を出力する定
数設定器、■は上記指令■δ８とω１＊を乗算する乗算
器、＠は予め上記誘導電動機の１次インダクタンスＬ１
に相当する定数が設定されており２乗算器囚からの信号
入力により。

Ｌ１ωヒＩδ０に相当する信号を出力する定数設定器、
＠、■は加算ｔ；であり、（至）は設定器Ｇ：４．　＠
からの入力信号を加算して出力し、ａは加算器（至）お
よび除算ｔ２（２）からの入力信号を加算して出力する
。

この加算器囚の出力信号および設定器（至）の出力信号
がそれぞれ２相電圧出力手段（２）が出力する２相電圧
Ｖｒ、Ｖδ　相当の電圧信号である。＋３１は上記イン
バータ運転角周波数指令ω１°を入力し、この値を積分
して出力する積分手段、（４）は積分手段（３１の出力
信号および２相電圧出力手段（２）からの２相電圧信号
を入力して相電圧指令信号Ｖ♂、■、。

ｖｗ　　を出力する２相／３相変換手段である。

次に第１図に示したインバータ制御部の動作について説
明する。３相／２相変換訟１１）は誘導電動機（図示せ
ず）の３相電流ｉｖ＋　’ｕｎ　’ｗを検出し、別途入
力されたインバータ運転角周波数指令ωげの積分値を用
いてトルク分電流■、および励磁分電流工δに相当する
２相電流信号を出力する。２相電圧出力手段（２１の一
部を構成する設定器■は、インバータ運転角周波数指令
ω１°と上記励磁分電流工δ相当の信号を入力し、これ
等の差（工δ”−Ｉａ）に予め定めた正の定数Ｋを乗算
した値の信号Ｋ（Ｉａ”−Ｉａ）を乗算ｇ”；　１３１
へ出力する。

乗算器；３１は上記指令ω１＊と上記設定器圓からの入
力信号を乗算し、除算器Ｑは乗算器＠からの入力信号Ｋ
（Ｉａ”−Ｉａ）ωばを絶対値回路（４）からの入力信
号である上記指令ω１＊の絶対値１ωげ１で除算した値
に（Ｉａ”　　Ｉａ　）　ωｔ°／１ω１°１を出力す
る。一方、加算器（至）は設定器（至）の出力信号Ｒ，
Ｉ、　　と設定器＠の出力信号Ｌ１ω１°Ｉａ＊を加算
して出力し、加算器のは除算器（２）と加算器（至）の
出力信号を加算して得られたトルク分電圧Ｖ、相当信号
をトルク分電圧指令ｖｒ＊として出力する。

すなわち、上記（８）式のトルク分電圧Ｖ、の演算結果
に等しい ■？＝Ｋ（Ｉａ−■δ）ωげ／１ωげＩ　＋　ＲＩ　Ｉ
ｒ　＋　Ｌｌω１°工δ０（８日） を出力する。一方、励磁分電圧指令Ｖａ”は設定器■の
出力信号Ｖδより得られる。すなわち、上記（９１式の
励磁分電圧Ｖδの演算結果に等しい。

■δ＊　＝＝　Ｒ、ｌδ （９ａ） が得られる。２相／３相変換手段（４）は上記２相電圧
指令Ｖ　、　＊　、　　Ｖ　、　＊と、積分手段（３）
から出力されるインバータ運転角周波数指令ωビの値の
積分値とを入力することにより、３相電圧指令■。。

ｖＶｌ■Ｗ”を出力し、この３相電圧指令Ｖ♂Ｖｖ′、
ｖｗ″により上記電圧形ＰＷＭインバータを駆動する。

次に第２の発明の実施例について第２図により説明する
。第２図は３相誘導電動機の低速域での回転数精度の改
善を計った電圧形ＰＷＭインバータ装置の制御部のブロ
ック図である。図において。

！６）は第１図に示したトルク特性改善を目的とした電
圧形ＰＷＭインバータ装置の制御部である。（５）はイ
ンバータ運転角周波数指令出力手段であり。

６１）は誘導電動機の２次巻線抵抗Ｒ２と漏れ係数σ（
σ＝　１−Ｍ２／Ｌ、　Ｌ２：Ｍ相互インダクタンス。

ＬＩＬ２１次、２次自己インダクタンス）ヲ用い。

予め定められた定数Ｒ２／（＋−σ）を設定し、この定
数と制御部（６）から入力されたトルク分電流Ｉ。

との債に等しい値の信号を出力する設定器、ｌ５２１は
設定器（５１１からの入力信号Ｒ２／（１−σ）・■ｒ
を励磁電流指令Ｉδ０で除算する除算ａ、　ｐ３＋は回
転角周波数指令ｎωＭ０と上記除算器し２）の出力信号
を加算する加算器である。

次に第２図に示した回路の動作について説明する。除算
器５２）は設定器（５１）からの信号Ｒ２／（＋−σ）
・工、を入力信号工δ０で除した値Ｒ２／（＋−〇）Ｉ
ａ０・■、に相当する信号を出力する。加’Ｊ：ｊ−器
（Ｉυは上記除算器α９の出力信号と外部から与えられ
た回転角周波数指令ｎωＭ３を加算した値に相当する信
号を上記制御部（６）へのインバータ運転角周波数指令
ω１°として出力する。

すなわち、上記■式に相当する ω１”＝ｎωＭ”＋Ｒ２／（１ｃｙ）Ｉａ”１７−　　
（２０ａｌを出力する。この（２０ａ　）式に相当する
信号を１吋闘部ｔＧ＋へインバータ運転角周波数指令ω
げとして与えることにより、制御対象である誘導電動機
の回転角周波数は００Ｍ０になるように制０Ｕされ、上
記誘導゛電動機の低速域でも高精度な回転が得られる。

〔発明の効果〕

以上のように、この第１の発明によれば、２相電圧出力
手段がこの発明の一実施例に示した。およそ本文＋８１
．　＋９１式で示されるように制御した誘導電動機のト
ルク分電圧指令■ビおよび励磁分電圧指令ＶＢ”を出力
するように構成したので、上記誘導電動機を低速域でも
その出力トルクが安定するように制御可能なインバータ
装置が得られる効果がある。

また、第２の発明によれば、インバータ運転角周波数指
令出力手段が誘導電動機の回転角周波数指令値ｎωＭ０
に、この発明の一実施例に示した。

およそ本文ａ！ｊ式で示されるように制御したすべり周
波数補正値を加算してインバータ運転角周波数指令ω１
°としたので、上記誘導電動機を低速域でも、その出力
トルクが安定であると共に、更に上記指令値ｎωＭ０に
対する速度低下の小さい高精度な速度制御が可能な制韻
１方法が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの第１の発明の一実施例による電圧形ＰＷＭ
インバータの制御方法を用いたインバータ制餌１部を示
すブロック図、第２図は第２の発明の一実施例による電
圧形ＰＷＭインバータの制御方法を用いたインバータ制
砒部を示すブロック図。 第３図は誘導電動機の等価回路図、第４図はｖ／ｒ−（
出力電圧／周波数）一定制御用オープンループ制闘回路
を示すブロック図である。 図において、１１）は３相／２相電流変換手段、（２Ｉ
は２相電圧出力手段、（３）は積分手段、（４）は２相
／３相変換手段、（５）はインバータ運転角周波数指令
出力手段、（６）はインバータ制御部、■は絶対値回路
、　１５１）は定数設定器を示す。 なお１図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）３相誘導電動機を速度制御するインバータ装置に
   おいて、上記誘導電動機の相電流を検出してトルク電流
   Ｉ＿ｒおよび励磁分電流Ｉ＿δに相当する２相電流信号
   を出力する３相／２相変換手段と、上記２相電流信号と
   別途入力される励磁電流指令Ｉ＿δ＾＊およびインバー
   タ運転角周波指令ω＿１＾＊と予め設定された上記誘導
   電動機の１次巻線抵抗Ｒ＿１および１次インダクタンス
   Ｌ＿１に相当する定数を用いて上記誘導電動機のトルク
   分電圧Ｖ＿γおよび励磁分電圧Ｖ＿δに相当する２相電
   圧信号を出力する２相電圧出力手段と、上記２相電圧信
   号を入力して、上記誘導電動機の制御を指令する相電圧
   指令Ｖ＿ｕ＾＊、Ｖ＿ｖ＾＊、Ｖ＿ｗ＾＊を出力する２
   相／３相変換手段とを備え、上記２相電圧出力手段はそ
   の出力する２相電圧信号が、おおよそ Ｖ＿γ＝Ｋ（Ｉ＿＾＊−Ｉ＿δ）ω＿１＾＊／｜ω＿１
   ＾＊｜＋Ｒ＿１Ｉ＿γ＋Ｌ＿１ω＿１＾＊Ｉ＿δ＾＊Ｖ
   ＿δ＝Ｒ＿１Ｉ＿δ ただし、Ｋは正の定数となるように制御する制御手段を
   有することを特徴とするインバータ装置。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載のインバータ装置にお
   いて、誘導電動機の回転角周波数指令ｎω＿Ｍと、励磁
   電流指令Ｉ＿δ＾＊と、トルク分電流信号Ｉ＿γとを入
   力し、かつ予め設定された上記誘導電動機の２次巻線抵
   抗Ｒ＿２および磁束漏れ係数σに相当する定数を用いて
   インバータ運転角周波数指令ω＿１＾＊を出力するイン
   バータ運転角周波数指令出力手段を備え、上記インバー
   タ運転角周波数指令出力手段が出力する指令ω＿１＾＊
   は上記誘導電動機の回転角周波数指令ｎω＿Ｍに、おお
   よそＲ＿２／｛（１−σ）Ｉ＿δ＾＊｝Ｉ＿γで示され
   る上記誘導電動機のすべり周波数の補正値を加算したも
   のであることを特徴とするインバータ装置。