JPH06335278A - 誘導電動機のベクトル制御インバータのチューニング方法 - Google Patents

誘導電動機のベクトル制御インバータのチューニング方法

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JPH06335278A
JPH06335278A JP12160693A JP12160693A JPH06335278A JP H06335278 A JPH06335278 A JP H06335278A JP 12160693 A JP12160693 A JP 12160693A JP 12160693 A JP12160693 A JP 12160693A JP H06335278 A JPH06335278 A JP H06335278A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 磁気飽和特性の測定、補償定数の設定および
相互インダクタンス(励磁インダクタンス)の測定、そ
の補償値の設定を精度よく自動的に行う誘導電動機のベ
クトル制御装置のチューイング方法の提供。 【構成】 係数器509と、積分器512と、関数発生
器513と、二相/三相変換器506と、ベクトル演算
器504と、ベクトル回転器505と、磁束演算部51
6と、速度検出部510と、磁束指令演算部503と、
除算器502、508と、速度制御器501と、磁束制
御器507と、電流制御器517、518、519と、
磁束指令補償部521からなる誘導電動機のベクトル制
御装置において、磁束指令値ψ2 *と検出された磁束ψ2
の偏差Δψ2を”0”にするI制御を行う磁束制御器5
07が、その出力値を磁束指令値の±0.5%の範囲に
入れるように自動制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【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、特にベクトル制御インバータのチュー
ニングに関する。
【0002】
【従来の技術】誘導電動機の速度制御として応答性と精
度の両者に優れたすべり周波数制御方式が知られてお
り、特に電動機の一次電流を励磁電流とトルク電流とに
分けて制御し、二次磁束とトルク電流を常に直交するよ
うに制御することで直流電動機と同等の応答性を得るこ
とができるベクトル制御方式が実施されている。図5は
通常の誘導電動機のサーボシステムのブロック図であ
る。このサーボシステムは、交流を直流に変換するコン
バータ部と、U,V,Wの各相の電流制御器出力の電圧
指令をサイリスタやスイッチング素子を用いてPWM信
号に変調し、交流電圧を発生するインバータ部からなる
電圧形PWMインバータ401、誘導電動機402、回
転子電気角速度(以下速度と略称する)の検出器として
のエンコーダ409、U,V,Wの各相に流れる電流を
検出する電流検出器406、407、408と、U,
V,Wのそれぞれの相間の電圧を検出する電圧検出器4
05、ベクトル制御を行うベクトル制御装置413およ
び指令発生器404からなる。
【0003】図6は図5に示すベクトル制御装置413
の詳細図である。ベクトル制御装置413は、係数器5
09、積分器512、位相θ1 *を入力としexp(jθ
1 *)、つまり、cosθ1 *+jsinθ1 *を発生する関
数発生器513、磁束ベクトルの方向(以下d軸と称
す)と、それに直交する方向(以下q軸と称す)に成分
を持つベクトルをU,V,W相の相互に120度の位相
差を持つ方向の成分に変換する二相/三相変換器506
と、d軸成分αとq軸成分βに対するγ=α+jβのベ
クトル、つまり振幅|γ|=(α2+β21/2、位相t
an-1(β/α)を演算するベクトル演算器504と、
ベクトルγとexp(jθ1 *)を入力とし位相をθ1 *
tan-1(β/α)とするベクトル回転器505と、電
圧検出器405から得られた一次電圧ベクトルv1 、お
よび電流検出器406、407、408から得られた一
次電流ベクトルi1 により磁束を検出する磁束演算部5
16、エンコーダ409の信号θr から速度を演算する
速度検出部510と、速度の値により弱め界磁を行う磁
束指令演算部503と、除算器502、508と、指令
発生器404から指令された速度指令ωr *と速度検出値
ω r の偏差を”0”にするために設けられたPI制御を
行う速度制御器501と、磁束指令ψ2 *と検出された磁
束ψ2の偏差(Δψ2)を”0”にするために設けられた
I制御を行う磁束制御器507と、U,V,Wの各相毎
に一次電流の指令値の偏差を零にするように設けられた
P制御を行う電流制御器517、518、519からな
る。トルク電流指令Iτ* は、速度制御器501の出力
であるトルク指令T*を磁束指令演算部503の出力で
ある磁束指令ψ2 *で除算し、励磁電流指令Iψ*は、磁
束制御器507の出力と磁束指令ψ2 * を入力とする磁
束指令補償部520の出力の和として求められる。
【0004】次に、このベクトル制御装置の動作につい
て説明する。誘導電動機402の電圧、電流の関係は、
静止座標形において次式で表わされる。
【0005】
【数1】
【0006】 R: 毎相の抵抗 L、M: 自己インダクタンス、相互インダクタンス l: 全漏れインダクタンス ωr: 速度 p: 微分演算子 添え字: 一次および二次を示す ここで回路定数は図7に示す非対称T形等価回路での定
数である。また、二次鎖交磁束ベクトルΨ2と、励磁電
流ベクトルiψについては次式で示される。 Ψ2=M(i1+i2) (2) iψ=i1+i2 (3) (1)式は、(2)、(3)式を用いて次式に展開され
る。
【0007】 v1=(R1+lp)i1+pΨ2 (4) 0=R22+(p−jωr)Ψ2 (5) 次に,磁束の回転座標上で考えると、一次電流ベクトル
1 ,二次電流ベクトルi2は、次式で表わされる。 i1=(Iψ+jIτ)Θ (6) i2=−(1/R2){pψ2+j(ωψ−ωr)ψ2}Θ (7) 但,Θ=exp(jθψ), θψ:磁束ベクトルの
角度 となる。一次電流ベクトルi1 の演算は、式(6)に従
って演算されている。(6)式のうちIψ+jIτに対
応する指令の演算は、ベクトル演算器504、Θは関数
発生器513により演算され、この2つの要素からベク
トル回転器505の出力として(6)式に対応する一次
電流指令i1 *が求められる。
【0008】また、トルク電流指令Iτ*と滑り角速度
指令ωs *は次式の関係にあり、 ωs *=R2 *Iτ*/ψ2 (8) 除算器508および係数器509を用いて演算され、磁
束ベクトルの角度θψは次式の関係にあり θψ= ∫ωψdt=(ωr+ωs *)/p (9) 速度検出部510の出力である速度検出値ωr と(8)
式で求められた滑り角速度指令ωs *の和を積分器512
により積分して求められる。ベクトル回転器505の出
力値である一次電流指令i1 *は,二相/三相変換器50
6によりU,V,W相に変換され、電流検出器406、4
07、408で検出された各相の電流検出値とのそれぞ
れの差を電流制御器517、518、519に入力し、
P制御された結果を電圧形PWMインバータ401への
電圧指令値として出力する。また、U,V,W相の各相間
の電圧は、電圧検出器405により検出され、一次電流
検出値と共に磁束演算部516の入力となる。
【0009】(4)式により誘導電動機402の電圧、
電流を基にした電動機磁束式 Ψ2=∫{v1ー(R1 *+l*p)i1}dt (10) が導かれる。(10)式は積分演算のためドリフトや一
次抵抗値誤差が低速で拡大されたり、また磁束ベクトル
の初期位置を確定できない等、演算手法に関する問題、
また、電動機一次パラメータの補償誤差が磁束演算値に
含まれるという問題がある。そのため、磁束演算部51
6は、入力された一次電流i1 を、一次抵抗R1 *および
漏れインダクタンスl* を補償した後、(10)式の電
動機磁束の積分要素を一次遅れ要素に置き換えた式を基
に、二次鎖交磁束ベクトルΨ2 を求め、 ψ2=|Ψ2| の演算を行い、磁束検出値ψ2を出力している。
【0010】次に、磁束指令補償部520について図6
を参照して説明する。(2)、(3)式より、二次鎖交
磁束ベクトルΨ2 、励磁電流ベクトルiψの間には、次
式の比例関係があるが、 Ψ2=Miψ (11) 界磁弱め制御を行う場合には、誘導電動機の鉄心部の磁
気飽和のため(11)式が成立せず、その補償を行う必
要がある。磁束指令補償部520は、この磁気飽和現象
を補償するために設けられたものであり、図8に示すよ
うに、界磁量が100%(定格)、75%、50%のそ
れぞれの点で、励磁電流指令Iψ* の大きさを決める補
償係数A,B,Cを持ち、それぞれの点1、2、3と原
点0との間は直線近似されている。このようにして、誘
導電動機402の磁気飽和特性(ψ2 *とIψ*の関係)
を内蔵している。
【0011】以上のようにしてベクトル制御が行われる
ため、従来は、制御対象となる誘導電動機の相互インダ
クタンス(励磁インダクタンス)および磁気飽和特性を
電動機の設計値あるいは測定値より求めていた。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の技術で
は、誘導電動機の設計値からの演算や測定に手間がかか
るだけではなく精度のよい測定が難しいという問題があ
った。そこで、本発明は、誘導電動機の定数である相互
インダクタンス(励磁インダクタンス)と磁気飽和特性
の測定およびその補償係数の設定を精度よく自動的に行
うことのできる、誘導電動機のベクトル制御装置のチュ
ーニング方法を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の誘導電動機のベ
クトル制御のチューニング方法は、インバータを駆動電
源とする誘導電動機と、インバータ出力として所定の周
波数および位相の交流電流を発生するインバータと、前
記誘導電動機に印加された電流、電圧から電動機磁束を
演算する磁束演算部と、磁束指令の補償を行う磁束指令
補償部と、前記インバータの出力電流の周波数および位
相を制御する制御装置を有するベクトル制御装置で、前
記誘導電動機を無負荷で運転を行い、予め求められた一
次抵抗と漏れインダクタンスの補償を行った状態で実施
するベクトル制御インバータのチューニング方法におい
て、前記誘導電動機の少なくとも定格界磁量に対して、
あるいは、界磁弱め制御を行う場合は前記定格界磁量に
加え予め決めてある複数の界磁量のそれぞれに対して前
記磁束演算部が検出した電動機磁束値がそれぞれの磁束
指令値に等しくなるように前記磁束指令補償部の補償係
数を自動測定し、かつ、設定する手順を有する。
【0014】
【作用】磁束偏差(△ψ2)を ”0”にするために磁束
のフィードバックループが設けられ、積分制御される
と、定常状態においては、磁束偏差(△ψ2)は ”0”
となる。このときの励磁電流指令値が、磁束指令演算部
出力の大きさの磁束をつくるのに必要な励磁電流の大き
さである。したがって、磁束制御出力が零になるように
(つまり必要な励磁電流指令のすべてが磁束指令補償部
出力となるように)いくつかの界磁弱め率で磁束補償部
の補償係数を調整すれば、その結果より誘導電動機の磁
気飽和率を知ることができる。
【0015】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1は本発明の誘導電動機のベクトル制御
インバータのチューニング方法の第1の実施例のフロー
チャート、図3は図1に示すベクトル制御インバータの
チューニング方法が適用された誘導電動機のサーボシス
テムのブロック図、図4は図3に示すベクトル制御装置
403の詳細図である。本発明の従来技術と異なるとこ
ろは、磁束制御部507の出力の大きさにより磁束指令
補償部520内の補償係数を変更するようにすることで
あり、その変更手続は、磁束検出値と磁束指令値とを比
較する比較器と比較器の指示により補償係数を加減算す
る加算器と減算器によって図1に示すアルゴリズムに従
い磁束指令補償部521の補償係数をチューニングし、
それによって自動的に磁束制御部507の出力を所定の
差の範囲まで縮小することである。
【0016】まず、100%界磁つまり定格界磁となる
回転数で運転し(ステップ11),定常状態において磁
束制御部507の出力が”0”となるように補償係数A
を変更する。即ち、磁束制御部507の出力を検出し
(ステップ12)、出力がプラスの場合は、補償係数A
を大きくし(ステップ13)、マイナスの場合は補償係
数Aを小さくする(ステップ14)。この調整は磁束制
御部507の出力が磁束指令補償部521の出力値の例
えば±0.5%以内とする。次に、界磁量がそれぞれ7
5%および50%となる回転数で運転し(ステップ15
および19)、定常状態において磁束制御部507の出
力が”0”となるようにそれぞれ補償係数BおよびCを
変更する。即ち、磁束制御部507の出力を検出し(ス
テップ16および20)、プラスの場合は、それぞれの
補償係数BおよびCを大きくし(ステップ17および2
1)、マイナスの場合はそれぞれの補償係数を小さくす
る(ステップ18および22)。この場合の補償係数の
変更手順および調整条件は100%界磁のときと同様で
ある。以上の動作により、磁束指令補償部520の補償
係数A,B,Cの値として、誘導電動機の相互インダク
タンス(励磁インダクタンス)および磁気飽和特性を自
動測定および設定を行うことができる。
【0017】さらに、誘導電動機を定トルク領域のみで
用いるときにも調整が必要な相互インダクタンス(励磁
インダクタンス)の調整だけを行うときに適用する場合
について説明する。図2は本発明の誘導電動機のベクト
ル制御インバータのチューニング方法の第2の実施例の
フローチャートである。この第2の実施例は、第1の実
施例と同様に磁束制御部507の出力を比較器、加算
器、減算器によって0に近い所定値の範囲内に入るよう
に補償係数の数値が変更される係数器522を磁束指令
補償部521の代りに有する。次に、第2の実施例の動
作について説明する。まず、定格界磁つまり100%界
磁となる回転数で運転し(ステップ31)、定常状態に
おいて磁束制御部507の出力が”0”となるように係
数器522の数値を変更する。即ち、磁束制御部507
の出力が所定の範囲、例えば磁束指令値と係数器522
の数値との積の±0.5%以内とし、その範囲に入って
いるかを判定し(ステップ32)、大きい場合は係数器
522の数値を大きくし(ステップ33)、小さい場合
は係数器522の数値を小さくし(ステップ34)、前
記±0.5%の範囲に入れる操作が自動的におこなわれ
る。
【0018】さらに、速度検出器付きのすべり周波数ベ
クトル制御について説明したが、速度検出器なしの場合
でもあるいは磁束の大きさを制御するのであれば他のベ
クトル制御方式の場合でも同様に適用できる。また、図
8において原点0と点1,2,3を直線で補間したが例
えば2次以上の曲線で補間してもよい。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように本発明は誘導電動機
の相互インダクタンス(励磁インダクタンス)および磁
気飽和現象を補償するための補償係数を自動調整するの
で、手間のかかるモータ定数の設定が簡単に所定の範囲
内で行えるので、制御精度が向上し、さらに、オートチ
ューニング終了後の通常運転時には磁束制御ループが不
要となり、高価な電圧検出器を外すことができるため、
ベクトル制御インバータのコストダウンも図れる効果が
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の誘導電動機のベクトル制御インバータ
のチューイング方法の第1の実施例のフローチャートで
ある。
【図2】本発明の誘導電動機のベクトル制御インバータ
のチューイング方法の第2の実施例のフローチャートで
ある。
【図3】図1に示すベクトル制御インバータのチューイ
ング方法が適用された誘導電動機のサーボシステムのブ
ロック図である。
【図4】図3に示すベクトル制御装置403の詳細図で
ある。
【図5】従来の誘導電動機のサーボシステムのブロック
図である。
【図6】図5に示すベクトル制御装置413の詳細図で
ある。
【図7】誘導電動機の回路定数を示す等価回路である。
【図8】図4に示す磁束指令補償部520の界磁量と補
償係数との関係を示す図である。
【図9】本発明の第2の実施例のベクトル制御装置の詳
細図である。
【符号の説明】
401 電圧形PWMインバ−タ 402 誘導電動機 403、413 ベクトル制御装置 404 指令発生器 405 電圧検出器 406、407、408 電流検出器 409 エンコーダ 501 速度制御器 502 除算器 503 磁束指令演算器 504 ベクトル演算器 505 ベクトル回転器 506 二相/三相変換器 507 磁束制御部 508 除算器 509 係数器 510 速度検出部 512 積分器 513 関数発生器 516 磁束演算部 517、518、519 電流制御器 520、521 磁束指令補償部 522 係数器

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 インバータを駆動電源とする誘導電動機
    と、インバータ出力として所定の周波数および位相の交
    流電流を発生するインバータと、前記誘導電動機に印加
    された電流、電圧から電動機磁束を演算する磁束演算部
    と、磁束指令の補償を行う磁束指令補償部と、前記イン
    バータの出力電流の周波数および位相を制御する制御装
    置を有するベクトル制御装置で、前記誘導電動機を無負
    荷で運転を行い、予め求められた一次抵抗と漏れインダ
    クタンスの補償を行った状態で実施するベクトル制御イ
    ンバータのチューニング方法において、 前記誘導電動機の少なくとも定格界磁量に対して、ある
    いは、界磁弱め制御を行う場合は前記定格界磁量に加え
    て予め決めてある複数の界磁量のそれぞれに対して前記
    磁束演算部が検出した電動機磁束値がそれぞれの磁束指
    令値に等しくなるように前記磁束指令補償部の補償係数
    を自動測定し、かつ、設定することを特徴とするベクト
    ル制御インバータのチューニング方法。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6611124B2 (en) 2000-02-29 2003-08-26 Hitachi, Ltd. Control apparatus of induction motor
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