JPH0356093A - 誘導電動機制御装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は、誘導電動機の可変速制御装置に関するもの
である。

し従来の技術〕 第４図はオーム社発行「パワーエレクトロニクス入門」
２３０ページに示された従来の誘導電動機制御装置を示
すブロック図である。図において、（１）は誘導電動機
、（２）　ハＰ　ＷＭ　−（　冫ハ−　９、（３）は一
次角周波数指令傾斜信号発生器、（４〉は一次角周波数
より電圧指令を出力する電圧パターン発生器、（５）は
インバータの直流電圧より電圧指令の大きさを補正する
電圧指令補正器、（６）は一次角周波数指令をパルス信
号に変換するＶ／Ｆ変換器、（７）はパルスを計数し正
弦波の位相を作るリングカウンタ、（８）はリングカウ
ンタ（７）の出力より三相の正弦波を発生する正弦波発
生器、（９）〜（１ｌ）は正弦波の振幅を電圧指令に比
例させるための掛算器、（１２）はＰＷＭ変調のための
キャリアを発生する三角波発生器、（１３）〜（ｌ５）
は三角波と三相電圧指令とを比較し、ＰＷＭインバータ
のベース信号を作る比較器、（１６）〜（ｌ８）はベー
ス信号増幅器である。

次にこの装置の動作について説明する。一次角周波数指
令傾斜信号発生器（３〉は一次角周波数指令を適当な変
化率でランプ状に変化させる。電圧パターン発生器（４
）は電動機にかける電圧の振幅を一次角周波数に比例し
て変化させる。電動機にかかる電圧はインバータの直流
電圧．に比例して変化するため、電圧指令補正器（５）
により直流電圧に応じて電圧指令を補正する。また、一
次角周波数指令に応じた周波数を持つ三相正弦波を作る
ために、Ｖ／Ｆ変換器（６）によって一次角周波数指令
をパルス信号に変換し、リングカウンタ（７）によって
パルスを計数し、位相を出力する。正弦波発生器（８〉
は、リングカウンタの位相データより、一次角周波数指
令に応じた周波数を持つ三相正弦波を出力する。掛算器
（９〉〜（１１）によって、電圧指令に比例した振幅を
持つ三相正弦波電圧指令が作られる。

三角波発生器（１２）の出力する三角波と三相電圧指令
は比較器〈ｌ３〉〜（ｌ５〉によって比較され、更にＰ
ＷＭインバータ（２）のトランジスタの短絡を防止する
休止期間を付加されてベース信号として出力される。ベ
ース信号増幅器（ｉ６）〜（ｌ８〉はベース信号を増幅
してＰＷＭインバータ（２〉のトランジスタをドライブ
し、誘導電動機（１）は上記のように制御されたＰＷＭ
インバータ（２）によって駆動される。

第５図はトランジスタインバータの一相分を示したもの
で、図のように、トランジスタＴｒｌ’Ｔ　及びダイオ
ードＤ，Ｄ２と電源が接続され、ｒ２　　　　　　　　
　　　　　　　　１電流は負荷の方向へ流れ出している
ものとする。

第６図はそのときのＰＷＭ信号と導通しているトランジ
スタ、ダイオードを示している。、電圧指令Ｖ本と三角
波形Ｖｒにより発生するＰＷＭ信号により、はじめトラ
ンジスタＴｒ１が導通しているが、時刻ｔ　でトランジ
スタＴｒ１はＯＦＦする。

ｌ トランジスタＴｒｌが瞬時にＯＦＦできないため、短絡
を防止するためにトランジスタＴｒ２は時刻ｔ２でＯＮ
させる。更に、時刻ｔ３でＰＷＭ信号によりトランジス
タＴ　がＯＰＰｔ、時刻ｔ４でトンジスｒ２ 夕ＴｒｌがＯＮする。ここで電流の方向が変わらないと
すると、時刻１　　−１　　までダイオードＤ２が１４ ０ＮＬでいる。これは、元のＰＷＭ信号に対して、時刻
ｔ３〜ｔ４の期間だけ負の電圧が長くかかることを意味
する。また、これとは逆に電流の方向が負荷から流れ込
む方向のときは、正の電圧が長めにかかる。この歪電圧
を三相分合わせると、元の三相電圧指令の周波数の６倍
の成分になる。

［発明が解決しようとする課題コ 従来の誘導電動機制御装置は以上のように構成されてい
るので、出力電圧が電圧指令と一致せず、これに歪み電
圧が重畳されて電動機の電流を歪ませるため、トルクリ
ップルを発生させたり、電動機の種類によっては安定に
速度制御できないことがある。

また、低速域で一次電圧に含゛まれる一次抵抗電圧降下
成分が大きくなるため、一次鎖交磁束の大きさが小さく
なり、発生トルクが小さくなるなどの問題があった。

この発明は上記のような課題を解消するためになされた
もので、電力変換装置の出力電圧に含まれる高調波成分
を低減でき、さらに、速度にかかわらず一次鎖交磁束を
制御できて、低速域でもトルク不足が発生しない誘導電
動機制御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］ この発明に係る誘導電動機制御装置は、一次鎖交磁束指
令と周波数指令より電圧指令を作成し、誘導電動機に入
力される一次電圧と一次電流を検出して、検出一次電流
と誘導電動機の一次抵抗の推定値を用いて一次抵抗電圧
降下を推定し、検出一次電圧から一次抵抗電圧降下を除
き、指令電圧と一次抵抗電圧降下を除いた一次電圧の差
を積分器に入力し、更に積分器の出力と指令電圧及び一
次抵抗電圧降下を加えて電力変換装置の出力電圧指令と
して電力変換装置に入力するようにしたものである。

［作用］ この発明において、電圧指令と一次抵抗電圧降下を除い
た一次電圧の差を積分器に入力し、その積分器の出力と
電圧指令及び一次抵抗電圧降下を加えて電力変換装置の
出力電圧指令として電力変換装置に入力したため、電力
変換装置の発生する外乱を抑制し、さらに誘導電動機の
一次鎖交磁束を制御することができる。

［実施例〕 第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図で、従来
例の第４図と同符号のものは同一又は相当部分である。

図において、（１９〉は一次角速度指令（ω）と一次鎖
交磁束指令（λｅ　本）よりｄｓ 三相交流電圧指令を発生する電圧作成器、（２０）．（
２１）は減算器、（２２）　，　（２３）はゲインＫの
積分器、（２４）〜（２７〉は加算器、（２ｇ），　（
２９）は電流検出値より一次抵抗電圧降下を演算する演
算器、（３０）　，　（３１）は減算器である。

上記のようなこの発明による誘導電動機制御装置におい
て、誘導電動機（１）にかかる電圧をｖｕｓ’ｙ　　，
ｖ　　とし、ＰＷＭインバータ（２）の出力電ｙ５　　
　　　　ｗｓ 圧指令をｖｕｓ　　”　ｖｓ＊ｖｓ”とすると、■　，
＊　　　　，・　　　　　　　　。８ ｖ　　，ｖ　　は、 ｙ５　　　　　　ｖｓ で表わされる。ここで、Δ　，Δ　，Δ　はＰＷｕｓ　
　　　　　ｖｓ　　　　　．ｗｓＭインバータ（２〉の
発生する外乱電圧である。

電圧作成器（１９〉は次式の膚算を実行する。

本　　　　　　　　　　　　　　　　　　本ここで、ｖ
　　　（０）　，　　ｖ　　　（０）ｕｓ　　　　　　
　　　　　　　　ｖｓ値である。したがって、Ｖ　本 ｕＳ ように表わすことができる。

は積分器の初期 Ｖ　本は次式の ｖＳ ここで、ｉ　　，ｉ　　はＵ相，Ｖ相電流、Ｒ８ｕｓ　
　　　　　ｖｓ 導電動機の一次抵抗推定値である。

［１］式と［４コ式より次式が導出される。

は誘 ［５］式の右辺第３項はその周波数特性が第２図に示す
ようになり、低周波域のゲインが小さくなる。ＰＷＭイ
ンバータ（２）の発生する外乱で主要な成分は基本波の
６倍の成分であるから、Ｋをその周波数の数倍程度にと
ることによって、外乱電圧を抑制することができる。

また、［５］式をさらに変形すると次式になる。

これを直交座標（ｄ　−　ｑ） 系に変換すると、 下記 の変換式 より、 となる。ここで、 誘導電動機の一次鎖交磁束の式 は、 ・・・［９］ であるから、 ［８コ 式は となる。［１０］式をωで回転する座標（ｄｅ　　ｑ　
ｅ　）より、 ・・・　［１２コ となる。

［９コ 式もａ　ｅ　−ｑｅ 座標系に変換すると、 ・・・［１３］ となり、 ［１３コ式に［ｌ２］式を代入して整理すると、・・・
［１４］ となる。［ｌ４］式より、ｄ８軸一次鎖交磁束λ　ｅ　
はカットオフ周波数〜Ｋ”　＋（ＩＪ”一付近までｄｓ はほぼｄ８軸一次鎖交磁束指令λｅ本に一致ｄｓ し、外乱の影響もＫを大きくすることにより１７Ｋ以下
にできることがわかる。またｑ８軸一次鎖交磁束Δｅ　
は磁束指令に対してはほぼ０になり、ｑＳ 外乱に対してもその影響がｌ／Ｋ以下になる。

さらに、電動機の発生トルクの式は下記の通りで、 Ｔ　　−ｐ（ｉｅ　　λ　ｅ　−ｉｄｅｓλｑ　ｅ　，
）ｅ　　　　　ｑｓ　　ｄｓ ・・［１５］ ＊ ただし、ｐは極対数であり、λ　ｅ　≧λｄｅｓ、ｄｓ λ　ｅ　二〇とすると、 ｑｓ Ｔ　　　　−ｐ　　λ　　ｅ　　’　　ｉ　　　ｅ　　
　　　　　　　　　　　　　　−［１６コｄｓ　　　ｑ
ｓ となるため、電流ｉｅ　　に比例して速度にかかわｑＳ らずトルクが発生することとなる。従って、インバータ
の発生する外乱を抑制し、かつ一次鎖交磁束を指令通り
制御できるために低速域でも・トルク不足が発生しない
。

上記の実施例では、電圧検出器には検出おくれなどが無
いものとして扱ったが、この電圧検出器の検出おくれが
無視できない場合がある。第３図はこのような場合にお
けるこの発明の他の実施例を示すブロック図であり、図
中、第１図と同一符号は同一または相当部分をあらわす
。ここで電圧検出器の伝達関数（３２）　，　（３３）
をＧ　（ｓ）で示すとき、指令側にもこの伝達関数（３
２）　，　（３３）と同じ伝達特性を持つ演算器（３４
）　，　（３５）を電圧作戊器（１９）と威算器（２０
），（２１）との間に付加し、積分器（２２）　，　（
２３）の特性をＫ／ｓＧ（ｓ）とすることによって、第
１図による実施例と同様の効果が得られる。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、指令電圧と一次抵抗
電圧降下を除いた一次電圧の差を積分器に入力し、その
積分器の出力に指令電圧及び一次抵抗電圧降下を加えて
、電力変換装置の出力電圧指令として電力変換装置に入
力するように構成したので、電力変換装置で発生する外
乱が抑制され、電動機の一次鎖交磁束を制御することが
でき、速度に関係なくトルクを発生できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック図、
第２図はこの発明による誘導電動機制御装置の外乱に対
する特性を示す線図、第３図はこの発明の他の実施例の
構成を示すブロック図、第４図は従来の誘導電動機制御
装置の構成を示すブロック図、第５図はトランジスタ式
ＰＷＭインバータの一相分を示す回路図、第６図はＰＷ
〜１信号と導通しているトランジスタ及びダイオートの
動作説明図である。 図において、（１）は誘導電動機、（２）はＰＷＭイン
バータ、（ｌ９）は電圧作成器、（２０）〜（２｛）は
減算器、（２２＞．（２３）は積分器、（２４）〜（２
７）は加算器、（２８）　，　（２９）は定数掛算器、
（３０），（３１）は減算器である。 なお、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 誘導電動機と、この誘導電動機に電力を供給する電力変
   換器と、この電力変換器の出力電圧を検出する電圧検出
   器と、上記電力変換器の出力電流を検出する電流検出器
   とを備えた制御装置において、 上記電力変換器が出力する電力の周波数設定値と上記誘
   導電動機の一次鎖交磁束指令値を入力として上記周波数
   設定値と同一の周波数を有し上記周波数設定値と上記一
   次鎖交磁束指令値の積に比例した振幅を有する三相正弦
   波電圧を出力する電圧作成器と、上記電流検出器の検出
   電流値と上記誘導電動機の一次抵抗値の積を一次抵抗電
   圧降下値として出力する定数掛算器と、上記電圧検出器
   の検出電圧値と上記一次抵抗電圧降下値との差を演算し
   この演算値を上記電圧作成器が出力する三相正弦波電圧
   値から差し引く減算器と、この減算器が出力する三相電
   圧値を入力とする積分器と、この積分器の出力と上記三
   相正弦波電圧値及び上記一次抵抗電圧降下値を加算する
   加算器とを備え、この加算器の出力値を上記電力変換器
   の電圧指令値とすることを特徴とする誘導電動機制御装
   置。