JPH047674Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の技術分野〕 この考案は、交流電動機の回転速度をフイード
バツク制御する制御回路に関する。

〔従来技術〕

従来、この種の制御回路として第１図に示すも
のがあつた。第１図において、１は基準速度信号
ω_r ^*と、フイードバツクされる速度信号ω_nとを入
力し、トルク成分電流の指令信号i_1q ^*を発生する
演算器、２は基準磁束信号φ₂ ^*を入力し、磁束成
分電流の指令信号i_1d ^*を発生する演算器で、伝達
関数（１＋ｓL₂／R₂）／Ｍを有する。ただし、Ｓは 微分演算子、Ｍ，L₂，R₂はそれぞれ一次及び二
次巻線間の相互インダクタンス、二次巻線の自己
インダクタンス、二次巻線の抵抗である。３は指
令信号i_1qを基準磁束信号φ₂ ^*により割算する割算
器、４は割算器３の出力を入力し、伝達関数
MR₂／L₂を有し、すべり周波数の指令信号ω_s ^*を出 力する演算器、５は指令信号ω_s ^*と速度信号ω_nと
を加算して補正した指令信号ω_p ^*を発生する加算
器、６は指令信号i_1q ^*，i_1d ^*，ω_p ^*を入力し、各相
別の交流電流の指令信号i_u，i_v，i_wを発生する変
換器、７は指令信号i_u，i_v，i_wと駆動電流i_ub，i_vb，
i_wbの偏差を求め、これに従い、かつこれを零と
する極性で制御した指令信号i_ua，i_va，i_waを出力
する増幅器、８は指令信号i_ua，i_va，i_waにより制
御された３相交流の駆動電流i_ub，i_vb，i_wbを出力
する電力変換装置、９は駆動電流i_ub，i_vb，i_wbに
より駆動される誘導電動機、１０は誘導電動機９
の回転を検出し、速度信号ω_nを出力する検出器
である。

次に動作について説明する。誘導電動機９は駆
動電流i_ub，i_vb，i_wbにより駆動され、その回転が
検出器１０により検出され、速度信号ω_nとなつ
て演算器１に入力される。演算器１は基準速度信
号ω_r ^*と速度信号ω_nとの偏差を求め、これに従
い、かつこれを零とする極性で制御した指令信号
i_1q ^*を出力する。演算器２は基準磁束信号φ₂ ^*を
入力し、伝達関数（１＋ｓL₂／R₂）／Ｍにより指令 信号i_1d ^*を発生する。指令信号i_1q ^*は割算器３に
おいて基準磁束信号φ₂ ^*により割算され、更に伝
達関数MR₂／L₂をもつ演算器４により指令信号ω_s ^* となる。加算器５は指令信号ω_s ^*と速度信号ω_nと
の加算により指令信号ω_p ^*を求める。変換器６は
このようにして求めた指令信号i_1q ^*，i_1d ^*及びω_p ^*
により、各相別の指令信号i_u，i_v，i_wを出力する。
指令信号i_u，i_v，i_wは増幅器７及び電力変換装置
８を介して誘導電動機９に駆動電流i_ub，i_vb，i_wb
となつて供給される。

増幅器７で前述のように電流制御が行われるの
で、誘導電動機９にはトルク成分電流の指令信号
i_1q ^*、磁束成分電流の指令信号i_1d ^*に一致した電
流が供給される。このとき、誘導電動機９の二次
磁束φ₂と指令信号i_1d ^*との間には次式が成り立
つ。（参考文献 ニユードライブエレクトロニク
ス 電気書院発行 pp196） φ₂＝Ｍ／１＋sL₂／R₂i_1d ^* …(1) 演算器２は、誘導電動機９に基準磁束信号φ₂ ^*
に等しい二次磁束φ₂を発生させるために、(1)式
の逆関数である次式により、基準磁束信号φ₂ ^*か
ら指令信号i_1d ^*を演算し出力する。

i_1d ^*＝１＋sL₂／R₂／Ｍφ₂ ^* …(2) 従来の制御回路は、以上のように構成され、誘
導電動機の発生トルクT_Mをトルク成分電流の指
令信号i_1q ^*と基準磁束信号φ₂ ^*との積に比例した
もの、すなわち、 T_M−αφ₂ ^*i_1q ^* …(3) とし、直流電動機の速度制御の如く電流とトルク
との間に線形な関係を考えることで、誘導電動機
の良好な速度制御を実現しようとするものであ
る。このような制御方式は、いわゆる誘導電動機
のすべり周波数形ベクトル制御と呼ばれている
（前記文献pp205参照）。

しかし、従来の制御回路において、基準磁束信
号φ₂ ^*から指令信号i_1d ^*を演算する演算器２に微
分要素を含むため以下のような欠点がある。これ
を図を用いて説明する。

誘導電動機９を起動するとき、図３−ａのよう
に基準磁束信号φ₂ ^*は０からある値までステツプ
的に与えられる。このとき演算器２は、誘導電動
機９に基準磁束信号φ₂ ^*に一致した二次磁束を発
生させるのに必要な指令信号i_1d ^*を出力するもの
であるが、式(2)で表される伝達関数に微分要素を
含むため、指令信号i_1d ^*は、ステツプ的信号のよ
うに急激に変化する入力に対して図３−ｂの実線
のように演算器２の出力の上限値に達し飽和して
しまう。

したがつて、図３−ａ，ｃに示すように基準磁
束信号φ₂ ^*と誘導電動機９の二次磁束φ₂が一致し
ない。そして、図１において、すべり周波数の指
令信号ω_sを求める際に基準磁束信号φ₂ ^*を用いて
いるが、前述のようにφ₂ ^*は二次磁束φ₂に一致し
ていないので、ここで得られる指令ω_s ^*も適当で
はない。

以上の理由から、従来の制御回路では誘導電動
機９の発生トルクは指令信号i_1q ^*と基準磁束信号
φ₂ ^*との積に比例せず制御の線形性が悪化し良好
な速度制御が行えない場合があるという欠点があ
つた。

一方、演算器２の上限値は電力変換器の電流容
量によつて決まるので、飽和させないようにする
には極めて大きな電流容量の電力変換器が必要と
なり、装置の大型化は、コストアツプになる。ま
た、アナログ回路で演算器２を構成しようとする
場合、微分要素を含むためパルス性のノイズの影
響を受けやすく制御が不安定になるといつた欠点
もあつた。

〔考案の概要〕

この考案は、上記のような従来のものの欠点を
除去するためになされたもので、基準磁束信号を
処理する回路部分に一次遅れ要素を含む伝達関数
をもたせることにより、この回路部分の出力の飽
和による基準磁束信号と二次磁束との不一致を防
止し、良好な制御特性が得られるとともに、パル
ス性のノイズの影響を受けにくい交流電動機の制
御回路を提供することを目的とする。

〔考案の実施例〕

以下、この考案の一実施例を図について説明す
る。第２図において、第１図と同一符号は同一部
分を示す。基準磁束信号φ₂ ^*は、ゲインＫの増幅
器１１を介して減算器１２の正入力に供給される
と共に、一次遅れの伝達関数 １／１＋ｓL₂／KR₂（Ｋ＞１の定数） …(4) をもつ演算器１３に供給され、この演算器１３の
出力である信号φ₂ ^*はゲインＫ−１の増幅器１４
を介して減算器１２の負入力に供給される。減算
器１２は増幅器１１の出力から増幅器１４の出力
を減算した出力をゲイン１／Ｍの増幅器１５を介す ることにより補正された指令信号i_1d ^*を出力す
る。この指令信号i_1d ^*は変換器６に入力される。

演算器１３の出力である信号φ₂′は割算器１６
に入力され、演算部１から出力された指令信号
i_1q ^*を割算し、ゲインMR₂／L₂の増幅器１７を介す ることにより、補正された指令信号ω_s ^*を出力す
る。指令信号ω_s ^*は速度信号ω_nと加算器５で加算
し、この加算器５から補正した指令信号ω_p ^*を変
換器６に入力する。

上記実施例の構成により、基準磁束信号φ₂ ^*か
指令信号i_1d ^*までの伝達関数は、次式のようにな
る。

i_1d ^*（ｓ）／φ₂ ^*（ｓ）−１／Ｍ〔Ｋ＋Ｋ−１／１＋
ｓ（L₂／KR₂）〕＝１／Ｍ・１＋ｓ（L₂／R₂）／１＋ｓ
（L₂／KR₂）…(5) 磁束成分電流の指令信号i_1d ^*から、誘導電動機
９の実際の二次磁束φ₂までの伝達関数は、 φ₂（ｓ）／i_1d ^*（ｓ）＝１／１＋ｓ（L₂／R₂）…(6) また、基準磁束信号φ₂ ^*から二次磁束φ₂までの
伝達関数は、(5)式を(6)式で辺辺割ると次式のよう
になる。

φ₂（ｓ）／φ₂ ^*（ｓ）＝１／１＋ｓ（L₂／KR₂） …(7) また、基準磁束φ₂ ^*から、すべり周波数の指令
信号ω_sを求めるために用いるφ₂′までの伝達関数
は、図２より次式のようになる。

φ₂′（ｓ）／φ₂ ^*（ｓ）＝１／１＋ｓ（L₂／KR₂）…(8
) 以上から、誘導電動機９を起動するときの各部
の波形を第４図に示す。

基準磁束信号φ₂ ^*がステツプ的に与えられた
時、指令信号i_1d ^*図４−ａのように、式(5)より最
大値がＫ・φ₂ ^*／Ｍである図４−ｂのような波形
となることがわかる。また、式(7)，(8)から二次磁
束φ₂、信号φ₂′の応答波形は図４−ｃのように同
じものになる。

ところで基準磁束信号φ₂ ^*は誘導電動機９の二
次磁束φ₂に対して電気的時定数L₂／R₂の１／Ｋ
の時定数の一次遅れで応答する。

従つて、演算器１３、増幅器１１および１４に
含まれるゲインＫを大きくするほど応答は速くな
る。

しかし、ゲインＫを大きくしすぎると、指令信
号i_1d ^*を出力する増幅器１５の出力が飽和するの
で、ある一定値以下に設定する必要がある。増幅
器１５の出力の上限値i_1dmaxおよび基準磁束信
号φ₂ ^*の大きさはあらかじめわかつているので、
次式が成立するようにゲインＫを調整すれば、増
幅器１５の出力が次式の上限値i_1dmaxを超えて
飽和させない範囲で高速な二次磁束φ₂の応答が
得られる。

i_1dmax≧Ｋ・φ₂ ^*／Ｍ …(9) また、前述のようにすべり周波数の指令信号
ω_sを求めるために用いる信号φ₂′と誘導電動機９
の二次磁束φ₂の基準磁束信号φ₂ ^*に対する応答は
等しいので、最適な指令信号ω_s ^*が得られること
がわかる。

さらに、基準磁束信号φ₂ ^*から磁束分電流の指
令信号i_1d ^*までの信号伝達経路に微分要素が含ま
れないので、パルス性のノイズに影響されにく
い。

〔考案の効果〕

以上のようにこの考案によれば、基準磁束信号
を処理する回路部分に一次遅れ要素を含む伝達関
数をもたせるようにしたので、二次磁束に対する
応答性及び雑音に対する特性を改善できる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の交流電動機の制御回路を示すブ
ロツク図、第２図はこの発明の一実施例による交
流電動機の制御回路を示すブロツク図、第３図は
従来の制御回路による交流電動機起動時の各部の
信号波形図、第４図はこの発明の制御回路による
交流電動機起動時の各部の信号波形図である。 １，２，４，１３……演算部、３，１６……割
算器、５……加算器、６……変換器、８……電力
変換装置、７，１１，１４，１５，１７……増幅
器、８……誘導電動機。なお、図中、同一符号は
同一部分を示す。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 基準速度信号と回転する交流電動機から検出さ
   れた速度信号とを比較し、この比較の結果により
   トルク成分電流の指定信号を発生する第１演算器
   と、一次及び二次巻線間の相互インダクタンス
   Ｍ、二次巻線の自己インダクタンスL₂、二次巻
   線の抵抗R₂、微分演算子Ｓを構成要素とし、一
   次遅れの伝達関数を有し基準磁束信号を入力する
   第２演算器と、前記基準磁束信号をゲインＫの第
   １増幅器を介して正入力とし前記第２演算器の出
   力信号をゲインＫ−１の第２増幅器を介して負入
   力とする減算器と、前記減算器の出力信号をゲイ
   ン１／Ｍで増幅して磁束成分電流の指令信号を出
   力する第３増幅器と、前記トルク成分の電流の指
   令信号を前記第２演算器の出力信号で割算する割
   算器と、前記割算器の出力信号をゲインMR₂／
   L₂の第４増幅器を介して入力し前記速度信号と
   加算してすべり周波数の指定信号を発生する加算
   器と、前記トルク成分電流の指令信号と前記磁束
   成分電流の指令信号および前記すべり周波数の指
   令信号を入力して各相別の交流電流の指令信号を
   発生する変換器と、前記各相別の交流電流の指令
   信号と前記交流電動機に流れる駆動電流とを各相
   毎に比較して各相毎の交流電圧の指令信号を出力
   する第５増幅器と、前記各相毎の交流電圧の指令
   信号により制御され前記交流電動機の各相に対し
   駆動電流を供給する電力変換装置とを備えた交流
   電動機の制御回路。