JPH05199797A - モータの負荷トルク追従制御方法 - Google Patents

モータの負荷トルク追従制御方法

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JPH05199797A
JPH05199797A JP3358354A JP35835491A JPH05199797A JP H05199797 A JPH05199797 A JP H05199797A JP 3358354 A JP3358354 A JP 3358354A JP 35835491 A JP35835491 A JP 35835491A JP H05199797 A JPH05199797 A JP H05199797A
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JP
Japan
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motor
load torque
induction motor
primary voltage
excitation current
Prior art date
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Pending
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JP3358354A
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English (en)
Inventor
Osayasu Sato
修康 佐藤
Katsumi Yamakawa
勝己 山川
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SNC KENKYUSHO KK
Original Assignee
SNC KENKYUSHO KK
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 インバータ制御により駆動している誘導モー
タの負荷トルクを一次電流及び一次電圧及びモータ定数
を用いて算出し、この負荷トルクに最適なモータ効率を
実現するための励磁電流を演算し、この励磁電流を実現
するための一次電圧を印加してモータを駆動する。 【効果】 負荷トルク変化に追従してモータ効率が最適
になるように駆動制御される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はインバータを用いて駆動
する誘導モータを駆動するに際し、負荷トルクを検出す
ると共に、これに応じて励磁電流を変化させることでモ
ータ効率を最適にして駆動することを可能としたモータ
の負荷トルク追従制御方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】今日、食品の冷凍、冷蔵用として冷凍機
が使用されているが、その圧縮機の制御にはインバータ
を使用し、冷凍負荷の変動に対してモータの回転数を変
化させている。
【0003】前記インバータの制御方式としては、所謂
V/f制御といわれる方式が一般的に使用されている。
これは電源周波数fを変化させてモータの可変速運転を
するに際し、インバータ出力電圧Vを同時に制御してV
/f比が常に一定になるように維持し、モータの力率等
を低下させないようにする制御方式である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記V
/f制御方式にあっては冷凍機の負荷の軽重に関わらず
V/f比が一定であるために、軽負荷のときはV/f比
が相対的に大きくなってモータのすべりSが小さくなり
過ぎてしまう。一方、重負荷のときは前記と逆にV/f
比が相対的に小さくなってすべりSが大きくなり過ぎる
ことになる。その結果、モータ効率が低下してしまうと
いう課題がある。
【0005】本発明は従来の前記課題を解決し、その目
的とするところは、負荷トルクの変動に際し、モータ効
率を最適領域に維持し、省エネルギー性に富むモータの
負荷トルク追従制御方法を提供せんとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の本発明に係る手段は、インバータを用いて負荷変動に
伴って誘導モータのトルクを制御するモータの負荷トル
ク追従制御方法に於いて、駆動している誘導モータの負
荷トルクを一次電流と一次電圧及びモータ定数を用いて
算出し、この負荷トルクに対して最適なモータ効率を実
現するための励磁電流を演算し、この励磁電流を実現す
る目標一次電圧を演算し、前記目標一次電圧を印加して
モータを駆動することを特徴としてなる。
【0007】
【作用】前記手段にあっては、負荷トルクの変動に際し
て最適モータ効率を実現する一次電圧を印加することに
より、モータロスを減少させて大幅な省エネルギー化を
実現することが可能となる。
【0008】
【実施例】次に前記手段を冷凍機の圧縮機に適用した本
発明の一実施例を説明する。図1に前述した制御方法に
より駆動する誘導モータによって圧縮機を駆動する冷凍
機の構成模式図を示す。この冷凍機は圧縮機1によって
圧縮した冷媒ガスを圧縮吐出し、このガスを凝縮器2で
凝縮して液化して受液器3に送り込む。この冷媒液を膨
張弁4を介して冷却器5へ噴射して熱交換を行い、この
熱交換によって再び気化した冷媒ガスを圧縮機1で吸引
すると共に再度圧縮して循環させるものである。
【0009】前記圧縮機1は三相誘導モータ6により駆
動するものであるが、このモータ6はインバータ制御部
7によって駆動制御される。即ち、圧力センサ8によっ
て検出した冷媒ガスの圧力値に対し、目標圧力設定部9
から指示された目標圧力になるように制御演算部ユニッ
ト10で演算し、インバータ制御部7から周波数f及び電
圧Vを制御して最適効率で運転するものである。
【0010】ここで前記インバータ制御部7により、負
荷トルクに追従して最適効率で誘導モータ6を駆動制御
する方法について具体的に説明する。図2に誘導モータ
6の一相当たりの等価回路を示す。尚、図2のT型等価
回路は鉄損分を無視しているが、実用上は問題ない。
【0011】図2の等価回路に於いて、 V1 :相間電圧 I1 :一次電流 I21:二次電流 I0 :励磁電流 R1 :一次巻線抵抗 R21:二次巻線抵抗 X1 :一次漏れリアクタンス (X1 =ωL1111:一次漏れ等価インダクタン
ス) Xm :励磁リアクタンス (Xm =ωLm1m1:励磁等価インダクタンス) S :すべり ω :角周波数 である。
【0012】ここで、トルク因子パラメータZを以下の
ように定義する。 Z=SXm /R21 ……………………………………………………(1) またA(Z) 、B(Z) を以下のように定義する。 A(Z) =R1 −X1 Z …………………………………………………(2) B(Z) =R1 Z+(X1 +Xm ) ……………………………………(3)
【0013】この場合、一次電圧V1 及び一次電流I1
は以下の如くして求められる。 |V1 |=|I0 |{A2 (Z) +B2 (Z) }1/2 [V]……………(4) |I1 |=|I0 |(1+Z2 1/2 [A]…………………………(5)
【0014】そしてモータの全出力トルクTg(m)は、モ
ータの極数をPとすると、 Tg(m)=(3PLm1|I0 2 Z)/2 [N・ m] ……………(6) として算出される。
【0015】更にモータの全出力PO 、発熱損失WH
消費電力Ei 、モータ効率ηm は、それぞれ以下の如く
して算出される。 PO =3|I0 2 (Xm −R21Z)Z [W] …………………(7) WH =3|I0 2 {(1+Z2 )R1 +R212 } [W] …(8) Ei =PO +WH [W] ……………………………………………(9) ηm =ηm (Z) =PO /Ei =1/{1+(WH /PO )} =1/{1+g(Z) } ………………(10) 但し、 g(Z) =WH /PO ={(R1 +R21)Z2 +R1 }/(Xm −R21Z)Z ……(11)
【0016】ここで、前記モータ効率ηm を最大とする
トルク因子パラメータZの値Z* は、g′(Z* ) =0と
してg(Z) の最小値を与えるZ=Z* として求めること
が出来、その値は、 Z* =R1 m /[{R1 (R1 +R21)Xm 2 +(R1 212 1/2 +R1 21]……(12) である。
【0017】このZ=Z* の時、誘導モータのモータ効
率ηm は最大値ηm (Z* ) であり、その値は、 ηm (Z* ) =Z* /{(2R1 /Xm )+Z* } ………………(13) となる。
【0018】また前記一次電圧値|V1 |及び一次電流
値|I1 |はセンサで検出することが出来、これにより
モータのトルク因子パラメータZのある時点での値Z
(n) は(nは現在時点を示すサフィックス)、前記
(4)、(5)式から求めることが出来る。その値Z
(n) は、 Z(n) =[R1 m +{(R1 m 2 +S1 2 1/2 ]/S1 …(14) 但し、 S1 =(V1 /I1 2 −(R1 2 +X1 2 )………………………(15) S2 ={R1 2 +(X1 +Xm 2 }−(V1 /I1 2 ………(16) である。
【0019】以上の諸式を用いて最大効率を得るための
励磁電流を演算するものであるが、以下の説明では便宜
上励磁電流の大きさ|I0 |をCと表示し、右下にサフ
ィックスを表示する。例えば、 C(1) :励磁電流の初期値 C(n) :励磁電流の現在値 C(n+1) :次に出力すべき励磁電流値 を表す。尚、他の諸量についてもサフィックスの意味す
るところは同じである。
【0020】さて、ここで前記冷凍機の誘導モータにあ
る適当な一次電圧V1 、一次角周波数ωを与えて運転を
開始したとする。この時ある時点より以下の制御動作を
行うために、一次電圧V1 及び一次電流I1 を検出し、
パラメータZの演算を(14)式に基づいて算出し、且つ
励磁電流Cの演算を(5)式によって実行する。
【0021】即ち、 Z(1) =[R1 m(1)+{(R1 m(1)2 +S1(1)2(1)1/2 ]/S1(1) …………(17) C(1) =|I1 (1) /(1+Z(1) 2 1/2 ………………………(18)
【0022】よって、この時点での負荷トルクTgL(1)
は、前記(6)式のモータトルクと釣り合うから、 TgL(1) =(3PLm1(1) 2 (1) )/2 [N・m]……………(19) である。この時、モータ効率ηm を最大とするためのZ
の目標値がZ* (1) であるから(Z* (1) は前記(12)
式にXm(1)の値を用いれば求められる)、出力すべき最
適励磁電流C(2) は次式をみたすものである。
【0023】即ち、 Tgm(1) =(3PLm1(2) 2 * (1) )/2=T
gL(1) より、 C(2) =C(1) (Z(1) /Z* (1) 1/2 ………………………(20)
【0024】前記C(2) を実現する一次電圧値|V1
(2) は、(4)式より、 |V1 (2) =C(2) (A2 (Z* ) +B2 (Z* ) )1/2 [V]………(21) となる。
【0025】前記の如く一次電圧値を連続的に制御する
ことにより、誘導モータは負荷トルクに対応しつつ、且
つインバータの許容する一次電圧及び一次電流の範囲内
で最適なモータ効率ηm (Z* ) で運転されることにな
る。尚、前記最適モータ効率を得るための励磁電流C及
び一次電圧V1 の一般表示は、
【0026】 C(n+1) =C(n) (Z(n) /Z* (n) 1/2 ………………………(22) V1(n+1)=C(n+1) (A2 (Z* (n) ) +B2 (Z* (n) ) )1/2 ……(23) (n=1,2,3,………) である。但し、
【0027】 A(Z* (n) ) =R1 −X1 (n) * (n) B(Z* (n) ) =R1 * (n) +(X1 (n) +Xm (n) ) 前記の如く一次電圧をインバータ制御することにより、
負荷トルクの変動に追従して最適効率でモータを駆動す
ることが出来るものである。
【0028】前記の如くインバータ制御するための演算
制御ブロック図及び演算フローチャートは図3及び図4
に示す通りである。図3のブロック図に於いて、誘導モ
ータ6は三相電源をコンバータ11及びインバータ12を介
して電圧及び周波数制御して駆動される。13は過電流、
過電圧に至るのを未然に防止するための加減速抑制部で
あり、14は加減速時間を設定する傾斜信号発生部であ
る。
【0029】そして前述した如く駆動している誘導モー
タ6の一次電流及び一次電圧を検出すると共に、圧力セ
ンサ8によって負荷トルクを検出し、演算部15によって
前述した演算、即ち図4のフローチャートに示すように
一次電圧、一次電流及び周波数fからトルク因子パラメ
ータZ(n) 及び目標トルク因子パラメータZ* (n) を演
算し、更にそれらから最適モータ効率を実現するための
目標励磁電流C(n+1) を演算し、その目標励磁電流を実
現するための目標一次電圧V1 を電圧演算部16で演算し
て求め、その電圧値をPMW信号発生部17を介してイン
バータ制御するものである。
【0030】冷凍機用圧縮機の誘導モータを前記の如く
インバータ制御するとにより、モータロスを可能な限り
減少することが出来る。
【0031】尚、前述した実施例では冷凍機用圧縮機の
誘導モータの制御について説明したが、本発明は必ずし
も冷凍機用のモータに限定する必要はなく、他にも例え
ば空調用ポンプや工作機械等に使用する誘導モータをイ
ンバータ制御する場合に適用することが可能である。
【0032】
【発明の効果】本発明は前述した如く、誘導モータをイ
ンバータ駆動するに際し、負荷トルクの変化に追従して
モータ効率が最適になるように電圧印加することによ
り、環境変化に応じて生じていたモータロスを減少さ
せ、大幅な省エネルギー化を図ることが出来、モータの
寿命を延ばすことが出来るものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実行する一実施例である冷凍機の構成
説明図である。
【図2】誘導モータの一相当たりの等価回路である。
【図3】インバータ制御ブロック図である。
【図4】最適効率演算手順のフローチャートである。
【符号の説明】
1…圧縮機 9…圧力設定部 2…凝縮器 10…制御演算部ユニット 3…受液器 11…コンバータ 4…膨張弁 12…インバータ 5…冷却器 13…加減速抑制部 6…誘導モータ 14…傾斜信号発生部 7…インバータ制御部 15…演算部 8…圧力センサ 16…電圧演算部 17…PMW信号発生部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 インバータを用いて負荷変動に伴って誘
    導モータのトルクを制御するモータの負荷トルク追従制
    御方法に於いて、駆動している誘導モータの負荷トルク
    を一次電流と一次電圧及びモータ定数を用いて算出し、
    この負荷トルクに対して最適なモータ効率を実現するた
    めの励磁電流を演算し、この励磁電流を実現する目標一
    次電圧を演算し、前記目標一次電圧を印加してモータを
    駆動するモータの負荷トルク追従制御方法。
JP3358354A 1991-12-27 1991-12-27 モータの負荷トルク追従制御方法 Pending JPH05199797A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2149981A4 (en) * 2007-05-18 2018-01-24 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Apparatus and method for controlling permanent magnet synchronous motor, and program

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2149981A4 (en) * 2007-05-18 2018-01-24 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Apparatus and method for controlling permanent magnet synchronous motor, and program

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