JPH0767319B2 - Variable speed controller for induction motor - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ベクトル制御を基礎技術とした誘導電動機の
高精度な可変速制御装置に関する。The present invention relates to a highly accurate variable speed control device for an induction motor based on vector control as a basic technology.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第６図は、かかるベクトル制御による誘導電動機の可変
速制御装置の従来例を示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram showing a conventional example of a variable speed control device for an induction motor by such vector control.

同図において、１は直流電源PNを３相電源に変換するイ
ンバータ、２は制御対象である誘導電動機、３は速度検
出器であり例えばパルス発振器を用いる。制御装置は、
速度設定器４、速度調節器５、磁化電流設定器８、すべ
り演算器９、積分器10、３相/2相変換器11、座標回転器
（VD）12,15、電流調節器13,14、点弧パルス発生器16、
で構成される。In the figure, 1 is an inverter for converting a DC power supply PN into a 3-phase power supply, 2 is an induction motor to be controlled, 3 is a speed detector, and for example, a pulse oscillator is used. The controller is
Speed setter 4, speed adjuster 5, magnetizing current setter 8, slip calculator 9, integrator 10, 3-phase / 2-phase converter 11, coordinate rotator (VD) 12,15, current adjuster 13,14 , Firing pulse generator 16,
Composed of.

速度設定器４で設定された速度設定値ω₂ ^*は速度調節器
５に入力される。速度調節器５は速度設定値ω_２ ^＊と速
度検出器３の出力から求まる速度実際値ω_２との偏差を
増幅し、その出力はトルク電流の目標値i_T ^*となる。８
はすでに述べたように、磁化電流の目標値i_M ^*を与える
磁化電流設定器であり、９は磁化電流目標値i_M ^*とトル
ク電流目標値i_T ^*とから下記（１）式に従い、電動機の
磁束ベクトルの角速度ω_Ｓを演算するすべり演算器であ
る。The speed set value ω ₂ ^* set by the speed setter 4 is input to the speed adjuster 5. The speed controller 5 amplifies the deviation between the speed set value ω ₂ ^* and the actual speed value ω ₂ obtained from the output of the speed detector 3, and the output becomes the target value i _T ^* of the torque current. 8
Is a magnetizing current setter that gives the target value i _M ^* of the magnetizing current, and 9 is based on the following equation (1) from the magnetizing current target value i _M ^* and the torque current target value i _T ^* It is a slip calculator that calculates the angular velocity ω _S of the magnetic flux vector of the electric motor.

なお磁束ベクトルの角速度ω_Ｓは定常状態では誘導電動
機のすべり周波数に相当する。The angular velocity ω _{S of the} magnetic flux vector corresponds to the slip frequency of the induction motor in the steady state.

ただし Ｋは比例定数 r₂′は誘導電動機の２次抵抗 l_mは誘導電動機の励磁インダクタンス ｐは微分演算子 T₂＝（l₂′＋l_m）／r₂′ l₂′は誘導電動機の２次のもれインダクタンス 磁束ベクトルの角速度ω_Ｓと電動機の速度実際値ω_２は
積分器10で加算したのち積分し、回転子に対する磁束ベ
クトルの位相角を得る。11は、すでに述べたように電
動機電流を直交した２相電流ｉ_α,i_βに変換する３相/2
相変換器で、その値を座標回転器12で座標軸をだけ回
転することにより磁化電流i_Mとトルク電流i_Tを得る。磁
化電流i_M，トルク電流i_Tはそれぞれ電流調節器13と14に
入力され、該電流調節器13と14はそれぞれi_M ^*とi_M，i_T ^*
とi_Tの偏差を増幅する。それぞれの出力は電動機の２軸
電圧目標値v_M ^*とv_T ^*に相当し、v_M ^*，v_T ^*は座標変換器15
で２相の電圧目標値ｖ_α ^*,v_β ^*に変換される。ｖ_α ^*,v
_β ^*より点弧パルス発生器16によりインバータのスイツ
チングが行われる。 Where K is the proportional constant r ₂ ′ is the secondary resistance of the induction motor l _m is the excitation inductance of the induction motor p is the differential operator T ₂ = (l ₂ ′ + l _m ) / r ₂ ′ l ₂ ′ is the induction motor 2 The following leakage inductance, the angular velocity ω _{S of the} magnetic flux vector and the actual velocity value ω ₂ of the electric motor are added by the integrator 10 and then integrated to obtain the phase angle of the magnetic flux vector with respect to the rotor. 11 is a three-phase / 2 that converts the motor current into the two-phase currents i _α and i _β that are orthogonal to each other as described above.
In the phase converter, the magnetizing current i _M and the torque current i _T are obtained by rotating the values on the coordinate axes by the coordinate rotator 12. The magnetizing current i _M and the torque current i _T are input to current regulators 13 and 14, respectively, and the current regulators 13 and 14 are i _M ^* , i _M , and i _T ^* , respectively ^.
And the deviation of i _T is amplified. The respective outputs correspond to the two-axis voltage target values v _M ^* and v _T ^* of the electric motor, and v _M ^* and v _T ^* are coordinate converters 15
_Is converted into two-phase voltage target values v _α ^* , v _β ^* . v _α ^* , v
_{From β} ^* , the ignition pulse generator 16 switches the inverter.

なお主制御対象がトルクの場合には速度設定器４、速度
調節器５は不要であり、トルクの所望値に対応してi_{T *}
を与えればよい。When the main control target is torque, the speed setter 4 and speed adjuster 5 are not required, and i _{T * is} set according to the desired torque value _.
Should be given.

以上が交流電動機の高性能なトルク制御技術として知ら
れるベクトル制御の概要である。The above is an outline of vector control known as high-performance torque control technology for AC motors.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

ベクトル制御は、すでに述べたように、交流電動機の磁
束や電流等をベクトル量として取り扱い、磁束ベクトル
に平行して磁束発生に寄与する電流成分（磁化電流）
と、同ベクトルに直交しトルク発生に寄与する電流成分
（トルク電流）を独立に制御することにより、交流電動
機の高性能なトルク制御を可能とする。しかるに、これ
までのベクトル制御においては、交流電動機の鉄損に関
しては言及されておらず、鉄損は微少であるとの仮定の
もとに無視されている。As described above, the vector control handles the magnetic flux and current of the AC motor as vector quantities, and the current component (magnetizing current) that contributes to the magnetic flux generation in parallel with the magnetic flux vector.
By independently controlling the current component (torque current) orthogonal to the vector and contributing to torque generation, high-performance torque control of the AC motor is enabled. However, in the conventional vector control, the iron loss of the AC motor is not mentioned, and it is ignored on the assumption that the iron loss is minute.

鉄損を無視する影響は、所望トルクに対し、実際に発生
するトルクに誤差を生じる。特に張力制御を行う用途で
は、良好なトルク制御精度が必要とされるが、鉄損に起
因するトルク制御誤差は数％に達することもあり、鉄損
は無視できるとは云い難い。The effect of ignoring iron loss causes an error in the actually generated torque with respect to the desired torque. Especially for the purpose of performing tension control, good torque control accuracy is required, but torque control error due to iron loss can reach several%, and iron loss cannot be neglected.

本発明の目的は、誘導電動機の鉄損を考慮し、鉄損分を
予め見込んだトルク電流目標値を設定することにより、
誘導電動機の高応答，高精度なトルク制御を実現する誘
導電動機の可変速制御装置を提供することにある。An object of the present invention is to consider the iron loss of the induction motor, and by setting the torque current target value that allows for the iron loss in advance,
An object of the present invention is to provide a variable speed control device for an induction motor, which realizes high response and highly accurate torque control of the induction motor.

〔課題を解決するための手段〕[Means for Solving the Problems]

上記目的達成のため、本発明では、ベクトル制御による
誘導電動機の可変速制御装置において、電動機特性で決
まり熱損失となり発生に寄与しない鉄損電流分を設定す
る鉄損電流設定手段と、前記電動機トルクを所望トルク
に対応させるべくトルク電流値を設定するトルク電流設
定手段と、前記鉄損電流設定手段とトルク電流設定手段
との出力の和を求める加算手段とからなり、前記加算手
段の出力を前記トルク電流の調整のためのトルク電流目
標値として設定するトルク電流目標値設定手段を具備し
た。To achieve the above object, in the present invention, in a variable speed control device for an induction motor by vector control, iron loss current setting means for setting an iron loss current component that is determined by the motor characteristics and does not contribute to the generation of heat loss, and the motor torque. To a desired torque, and a torque current setting means for setting a torque current value, and an adding means for obtaining a sum of outputs of the iron loss current setting means and the torque current setting means. A torque current target value setting means for setting a torque current target value for adjusting the torque current is provided.

〔作用〕[Action]

誘導電動機の鉄損を考慮するならば、磁束ベクトルに直
交する電流成分は、本来のトルク発生に寄与するトルク
電流と熱損失となりトルク発生に寄与しない鉄損電流に
分類される。なおトルク電流の概念を明確にするため、
以後、従来のトルク電流を第１のトルク電流、本発明に
従い本来のトルク発生に寄与するトルク電流を第２のト
ルク電流とよぶことにする。各電流は次式の関係とな
る。If the iron loss of the induction motor is considered, the current component orthogonal to the magnetic flux vector is classified into a torque current that originally contributes to torque generation and a heat loss, which is an iron loss current that does not contribute to torque generation. In order to clarify the concept of torque current,
Hereinafter, the conventional torque current will be referred to as a first torque current, and the torque current contributing to the original torque generation according to the present invention will be referred to as a second torque current. The respective currents have the following relationship.

第１のトルク電流＝第２のトルク電流＋鉄損電流 ……
（２） 本発明では、その原理に従い、所望トルクに対応して第
２のトルク電流を制御し、鉄損電流は電動機特性で決ま
る所定値を供給し、よつて高精度なトルク制御を実現す
る。また誘導電動機の２次磁束が一定のとき、トルクと
すべり周波数は比例するため、すべり周波数は所望トル
クに対応した第２のトルク電流に比例して制御する。First torque current = second torque current + iron loss current ...
(2) According to the present invention, according to the principle, the second torque current is controlled according to the desired torque, and the iron loss current is supplied with a predetermined value determined by the motor characteristic, thus realizing highly accurate torque control. . Further, when the secondary magnetic flux of the induction motor is constant, the torque is proportional to the slip frequency, so the slip frequency is controlled in proportion to the second torque current corresponding to the desired torque.

〔実施例〕〔Example〕

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図である。第
１図を従来の技術を示した第６図と比較すると、鉄損電
流設定器６と加算器７が図示の如く追加された点で相違
するだけで、他は変わらないことが分かる。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. Comparing FIG. 1 with FIG. 6 showing the prior art, it can be seen that the iron loss current setting device 6 and the adder 7 are added as shown in FIG.

第１図において、速度調節器５は、速度設定値ω_２ ^＊と
速度検出器３の出力から求まる速度実際値ω_２との偏差
を増幅し、その出力は所望トルクに対応した第２のトル
ク電流の目標値i_T′^＊となる。６は電動機特性で決まる
鉄損電流値を与える鉄損電流設定器で、その設定値i₀ ^*
とi_T′^＊は加算器７に入力され、第１のトルク電流の目
標値i_T ^*を得る。これ以後の回路動作は第６図を参照し
て既に述べた所と全く同じであるので、ここに繰り返す
必要はないであろう。In FIG. 1, the speed controller 5 amplifies the deviation between the speed setting value ω ₂ ^* and the actual speed value ω ₂ obtained from the output of the speed detector 3, and the output thereof is the second torque corresponding to the desired torque. It becomes the target value i _T ′ ^{* of the} current. 6 is an iron loss current setting device that gives an iron loss current value determined by the motor characteristics, and its set value i ₀ ^*
And i _T ′ ^* are input to the adder 7 to obtain the target value i _T ^* of the first torque current. Since the circuit operation thereafter is exactly the same as that already described with reference to FIG. 6, it need not be repeated here.

次に鉄損電流設定器の具体例について説明する。一般
に、鉄損は磁束Ψの変化に起因して生じ、その値はｄΨ
/dtに依存する。いま一相の磁束を とするとｄΨ/dtは次の（３）式となる。Next, a specific example of the iron loss current setting device will be described. Generally, iron loss is caused by a change in magnetic flux Ψ, and its value is dΨ.
Depends on / dt. Now the magnetic flux of one phase Then, dΨ / dt becomes the following equation (3).

すなわち磁束の回転が双方向の場合（ω_１が両極性の場
合）、回転方向によつて鉄損電流の極性は変化する。第
２図はω_１が両極性の場合の鉄損電流設定器の構成例を
示すブロツク図である。 That is, when the rotation of the magnetic flux is bidirectional (when ω ₁ has both polarities), the polarity of the iron loss current changes depending on the rotation direction. FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of the iron loss current setting device when ω ₁ has both polarities.

第２図において、６は鉄損電流設定器、6Aはω_１の極性
を判定する比較器、6Bは極性を反転する反転器、6Cは比
較器6Aの出力によつてそのオン／オフを行う切換器であ
る。すなわちω_１＞０のときは鉄損電流i₀ ^*は設定器６
の設定値に、ω_１＞０のときはi₀ ^*は設定器６の設定値
の逆極性となる。In FIG. 2, 6 is an iron loss current setting device, 6A is a comparator that determines the polarity of ω ₁ , 6B is an inverter that inverts the polarity, and 6C is on / off by the output of the comparator 6A. It is a switch. That is, when ω ₁ > 0, the iron loss current i ₀ ^* is set by the setter 6
When ω ₁ > 0, i ₀ ^* has the opposite polarity to the set value of the setter 6.

第３図は鉄損電流設定器の別の構成例を示すブロック図
である。第３図において、ω_１は、鉄損電流のω_１に対
する関数が記憶された関数発生器6Dに入力される。磁束
の大きさ は、鉄損電流の に対する関数が記憶された関数発生器6Eに入力される。
各関数発生器の出力は乗算器6Fで乗算され、磁化電流i₀
^*を得る。FIG. 3 is a block diagram showing another configuration example of the iron loss current setting device. In FIG. 3, ω ₁ is input to the function generator 6D in which the function of the iron loss current with respect to ω ₁ is stored. Magnitude of magnetic flux Of iron loss current Is input to the stored function generator 6E.
The output of each function generator is multiplied by the multiplier 6F, and the magnetizing current i ₀
^{Get *}

第４図は関数発生器6Dに記憶された関数の例を示すグラ
フである。第５図は関数発生器6Eに記憶された関数の例
を示すグラフである。なお は次式で求まる。FIG. 4 is a graph showing an example of the function stored in the function generator 6D. FIG. 5 is a graph showing an example of the function stored in the function generator 6E. Note that Is calculated by the following formula.

〔発明の効果〕 この発明によれば、ベクトル制御による誘導電動機の可
変速制御装置において、誘導電動機の鉄損を考慮して各
種制御量を求めるため、トルクの制御精度が向上すると
いう利点がある。 [Advantages of the Invention] According to the present invention, in a variable speed control device for an induction motor by vector control, various control amounts are obtained in consideration of iron loss of the induction motor, so that there is an advantage that torque control accuracy is improved. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第１図は本発明の一実施例としての誘導電動機の可変速
制御装置を示すブロツク図、第２図，第３図はそれぞれ
本発明の実施例において用いる鉄損電流設定器の構成例
を示すブロック図、第４図は第３図における関数発生器
6Dの関数例を示すグラフ、第５図は第３図における関数
発生器6Eの関数例を示すグラフ、第６図は誘導電動機の
ベクトル制御による可変制御装置の従来例を示すブロッ
ク図、である。 符号の説明 １……インバータ、２……誘導電動機、３……速度検出
器、４……速度設定器、５……速度調節器、６……鉄損
電流設定器、７……加算器、13,14……電流調節器、12,
15……座標回転器、16……点弧パルス発生器FIG. 1 is a block diagram showing a variable speed controller for an induction motor as an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 and 3 show examples of the configuration of an iron loss current setting device used in the embodiment of the present invention. Block diagram, Figure 4 is the function generator in Figure 3
6D is a graph showing a function example, FIG. 5 is a graph showing a function example of the function generator 6E in FIG. 3, and FIG. 6 is a block diagram showing a conventional example of a variable control device by vector control of an induction motor. . Explanation of symbols 1 ... Inverter, 2 ... Induction motor, 3 ... Speed detector, 4 ... Speed setting device, 5 ... Speed adjusting device, 6 ... Iron loss current setting device, 7 ... Adder, 13,14 ... Current regulator, 12,
15 …… Coordinate rotator, 16 …… Ignition pulse generator

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】出力電圧の大きさ，周波数および位相の制
御が可能な電力変換器を介して給電される誘導電動機の
一次電流を該電動機の磁束と平行な成分（磁化電流）と
これに直交する成分（トルク電流）とに分離し、各々を
独立に調整して少なくとも電動機トルクを制御する誘導
電動機の可変速制御装置において、 電動機特性で決まり熱損失となりトルク発生に寄与しな
い鉄損電流分を設定する鉄損電流設定手段と、 前記電動機トルクを所望トルクに対応させるべくトルク
電流値を設定するトルク電流設定手段と、 前記鉄損電流設定手段とトルク電流設定手段との出力の
和を求める加算手段とからなり、 前記加算手段の出力を前記トルク電流の調整のためのト
ルク電流目標値として設定するトルク電流目標値設定手
段を具備したことを特徴とする誘導電動機の可変速制御
装置。1. A primary current of an induction motor fed through a power converter capable of controlling the magnitude, frequency and phase of an output voltage, and a component (magnetizing current) parallel to a magnetic flux of the motor and orthogonal thereto. In the variable speed controller of the induction motor, which separates each component (torque current) and controls each independently to control the motor torque, the iron loss current that does not contribute to torque generation due to heat loss is determined by the motor characteristics. Iron loss current setting means for setting, torque current setting means for setting a torque current value so that the electric motor torque corresponds to a desired torque, and addition for obtaining a sum of outputs of the iron loss current setting means and the torque current setting means And a torque current target value setting means for setting the output of the adding means as a torque current target value for adjusting the torque current. Variable speed control device for induction motor.