JPS6115582A - 誘導電動機の制御方法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は誘導電動機の制御方法に係り、特に高速応答制
御が行える制御方法に関する。

〔発明の背景〕

誘導電動機のトルクを高速応答に制御する方法として磁
界加速法が知られている。（１１（界加速法は、ｄ動機
内部磁界の大きさを一定に保ち、その回転速度を制御す
ることによりトルクを高速応答に制御せんとするもので
ある。電動機を駆動するインバータが電圧源とみなせる
ならば、電動機の磁束ベクトル（大きさと位相）はイン
バータ出力電圧により固定される。したがって、出力電
圧／周波数の比を一定に制御することにより磁束を一定
に保つことができ、また、出力周波数を制御して磁束の
回転速度を任意に調節できる。このようにして、すベシ
周波数（磁束と回転子の回転周波数の差）を調節するこ
とによ９２次電流並びにトルクを制御できる。このよう
な制御方式を電圧形制御と称する。

ところで、この制御方式においては電動機２次巻線抵抗
がその巻線温度により変化すると、同一のすべり周波数
に対して２次電流が変化する。すなわち、同一トルクを
発生する際におけるすべり周波数が変化し、トルクをそ
の指令値に比例して制御できない。その結果、トルクの
低下が起シ、またトルクの制御精度が低下するという不
具合がある。

ところで、誘導電動機の２次抵抗変化による制御特性の
変動の防止方法として、電ｊｊＩ１機電圧及び°電流を
検出して２次磁束を検出し、その検出値がトルク指令値
と磁束指令値から演１つ、シた２次磁束の計イ呟と一致
するようにして、制御回路における２次抵抗設定値を修
正すること７５−１特開昭５４−１４７４１６号公報に
開示されてい、ζ１゜ｉ〜かしながら、本発明の適用対
象である’ｊＪＹ、圧形’１１ｉ１Ｊ御方式においては
、変換器出力電圧（電動様？ｉＬ圧＞　１−．１：変換
装置の電圧指令に応じて制御さ）１、そのＩｉ／ｊ　Ｉ
ｄ２次抵抗抵抗変化っては変化することがない１．シた
がって前述のような電流形制御（変換装置の電流指令に
応じて変換器の出力電流を１ｔｌＪ御Ｊ゛る方式）にお
けるように、電動機電圧を検出し″Ｃ２次ＥｒＥ　ｊ’
＋°Ｌ変化の影響を補償することはできない。

〔発明の目的〕

本発明の目的はこの問題を解決することにあシ、電動機
の２次抵抗の変化による制御特性の変動を防止する誘導
電動機の制御方法ＪＥ−ＩＧＪｊ零を提供することにあ
る。

〔発明の概要〕

本発明の特徴は、電圧指令に応じてインバータの出力電
圧を制御し、また、ｔべり周波数指令と電動機の回転速
度検出信号の和に応じてインバータの出力周波数と制御
する際に電動機電流の指令値と実際値の偏差に応じてす
ベシ周波数を修正制御するようにしたことにある。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示す。

第１図において、１はＰＷＭ（パルス幅変調）インバー
タ、２は誘導電動機、３は電圧指令信号（正弦波信号）
と搬送波信号（三角波信号）を比較し、その比較信号に
応じてインバータのスイッチング素子をオンオフ制御し
て、インバータの出力電圧をパルス幅制御するＰＷＭ制
御回路、４は周波数指令ωｌ＊に比例した周波数の撮巾
一定な正弦波信号を発生する発振器、５は発振器４の信
号と前記周波数指令ωｌ＊を乗算し、振幅及び周波数が
ω１９比例して変化する電圧指令信号（正弦波）を出力
する電圧指令発生器、６は電動機の回転速度を検出する
ための速度検出器、７は速度指令ｎ”と速度検出信号の
偏差を出力する加！′）□計、）ｔは速度偏差増幅器、
９は増幅器８からの１・・１・りＩｉ：？　砂Ｔ　＊に
基づいてすベシ周波数指令ω。′；Ｉ：出力する関数発
生器、１０は速度検出信号Ｑ）ｒ、ずへり周波数指令ω
、＊及び後述のすべり周波数修正信号１１ω６″を加算
し、周波数指令ωごを出力する加力器、１１はトルク指
令ｒ　の絶対値を出力する演算器、１２はトルク指令の
７也対値に基づいて１次ｆｉｔ流の指令信号Ｉ＋＊を出
力する関数発生器、１３ｉまインバータの出力電流の大
きさｌＩ＋ｌを検出する電流検出器、１４は電流の指令
信号と検出１３号に加算しその偏差を出力する加算器、
１５は電流偏差増幅器、１６はすベシ周波数指令ωごと
増幅器１５の出力信号δを乗算し、すベシ周波ｋｓ＜　
ｎ′Ｓ正信号Δω、を出力する乗算器である。

次に動作を説明する前にまず本発明の適用対象である電
圧形制御方式について説明する。誘導電動機の一般等価
回路を第４図（ａ）に示す。αは任意に選べるので、１
次のりアクタンスを・零にするようにαを定めると同図
（１））の等何回路が得られる。

ここに、 α−Ｘｔ／Ｘ□　　　　　　　　　　・・・・・・・・
・・・・（１）Ｘっ−Ｘ　１＝Ｘ□＋ｘｌ　　　　　　
間・・・曲・（２）このとき、励磁電流Ｉｏ’と１次電
流Ｉ＋及びトルクＴの関係は次式にて示される。

Ｅ＋’＝ｊＸｍＩｏ’　　　　　　　・・・・・・・・
・・・・曲・・（７）ここに、ｐは極対数である。Ｉｏ
’が一定及び電動機定数が不変であることを仮定すると
、１１及びＴはすべり角周波数Ｓωのみの関数である。

したがって、トルクに応じてＳω及び■ｌが一義的に定
まる。換言すると、Ｓωに応じてトルク及び■１を制御
できる。一方、■θ′が一定の条件は、ｌＥ＋’ｌ　を
ｏｌに比例するように制御することにより得られ、それ
は（６）式が示すよう（・こ、Ｖ’＋に１次抵抗降下λ
＋Ｉｔを加味することにより得られる。

上述の関係に従い、第１図に示すインバータ装置におい
ては次のような制御動作が行われる。

次に、ｌＩｏ’ｌを一定に保つ動作を説明する。発振器
４は周波数指令ωｌに比例した周波数の正弦波信号（誘
導起電力の位相基準）を発生［−１電圧指令発生器５に
おいて、ｏｌと正弦波信号が乗算され、ω１に比例した
大きさと周波数をもつ起電力指令ｅ１が作られる。さら
に図中に破紳にて示すように、電流検出信号ｉｌに基づ
い（ｅｌに１次抵抗降下Ｒ１ｊｔを加算し、１次電王指
令−（３相正弦波信号）が取シ出される。ＰＷ’Ｍ制御
回路３において、ｖｌと搬送波信号が比転され、周知の
パルス幅制御が行われる。これにより、インバータ１の
出力電圧はその基本波分の瞬時値がｖｌに比例するよう
に制御される。上述のようにして、’ｌｆｉ、！！１ｌ
Ｉｌ１機電圧は（６）式に従い制電圧れ、励磁電流！Ｉ
ｏ’ｌは一定に保たれる。

次に、電動機のトルク及び回転速度の制御動作について
述べる。前述したようにトルクはｌＩｏ’１一定の条件
においてはすべり角周波数Ｓωに応じて変化する。そこ
で、関数発生器９に２いて増幅器８からのトルク指令Ｔ
＊に基づいて（５）式の関係に従いすベシ周波数指令ω
、＊を取り出し、これに応じてｔベシ周波数ω８を制御
してトルクを制御する。すべり周波数の制御は次のよう
４にして行われる。加算器１０においてω、と回転速度
検出信号ω、を加算して１次局波数指令ωｌ＊を作る。

前述のようにしてインバータの出力周波数がωｌ＊に比
例して制御され、七の結果、すべり角周波数ω、。

はω、に応じて制御される。このとき、トルクはＴ　に
比例して制御される。なお、関数発生器９に関し、通常
の運転範囲においては、トルクとすベシ角周波数はを丘
ぼ比例とみなせるため、特別の（入出力関係が非直線の
）関数発生器は省略することもできる。

また、上述のようにして、トルクは回転速度の指令と検
出信号の偏差に応じて制御されるため、速度制御が行わ
れる。以上のようにしてｉｆｃ圧形制御が行われる。

しかしこの制御方式には次のような問題がある。

すなわち、（５）式が示すように１、トルクＴは２次抵
抗Ｒ２′の関数であるため、Ｒ２′が２次巻線温度によ
り変化するとトルクＴが変動する。喚言すると、同一ト
ルクを発生する際においてω、及び′ｒ　が基準値から
変動し、トルクとＴ＊の比率（ゲイン）が変動する。こ
のため、増幅器８の出力制限器動作時において、トルク
低下が生じる場合がちる。

壕だ、トルク制御（Ｔ＊を指令として与えトルクを制御
する）を行う場合においては、前述のトルク／Ｔ＊のゲ
イン変動がトルク制御梢度に悪影響を及ばず。

そこで、この解決法として次に１ホベるような本発明の
制御方法が適用される。左ず、動作原理に・ついて述べ
る。

トルクＴと励磁電流ｌ　Ｉ　ｏｌの関係は次式ｐ（二て
示される。

ことに、ω、−ｓω：すべり角周波数 Ｍ’＝Ｘ、、／ω 応じて変る。したがって、もしＲ２′が温度により変化
するとＴが変動する。ところで、１次電流の大きさＩＩ
Ｉ＋は次式にて示される。

かわりなくｌＩ＋ｌ並′びにＴの変動を防止できる。

以−ヒが原理である。

１１１１の基準値Ｉｌ＊は次式の関係にｉ、（づきトル
クの指令値Ｔ＊に応じて定め得る。

によシ防止されるが、その動作は第１図においては部品
番号の１１〜１６により次のようにしＣ行われる。

先ず、演算器１１においてＴ″′の絶対値が取シ出され
、関数発生器１２により　（１０）式の関係に従＊ いＩ＋が取シ出される。１１と電流検出器１３の検出信
号ｌ１１１を突き合せ、増幅器１５からその偏差に応じ
た信号δが取り出される。乗算器１６はω、と信号δを
乗算し、すべり周波数の修正信号Δω、を出力する。こ
こで、乗算器１６はω、＊が正（電動運転）及び負（回
生運転）のいずれにおいても、２次抵抗Ｒ２の変化ＶＣ
対応してω、＊を適正方向に修正できるようにするため
のものであろう 以上のようにして、Ｒ≦の変化に従いＩＩＩＩに変化機
；生じると、その基準値Ｌ＊との間に偏差を生じ、それ
に応じてω−をΔω−により修正するため、トルク／Ｔ
＊並びにｌ　Ｉ　ｔ　ｌ　／Ｔ＊の比率を常に一定に保
つことができる、 したがって本発明によれば、２次抵抗の変化によるトル
ク及び電流の制御特性の変動を防止して、トルクの低下
及び電流の増大を防止することができる。。

第２図は、本発明の他の実施例を示す。第１図とは電流
の検出及びすベク周波数の修正方法が異っている。捷ず
、これら相違点の内容について述べる。

１次電流工！の、励磁電流Ｂに直交な（位相差が９０度
の）成分の大きさ■、は次式にて示される。− Ｒ； 上式が示すように、ＩＩは（８）式に示すトルクとｌＩ
ｏ’ｌ一定の条件下においては比例の関係にあシ、■、
をトルクとみなすことができる。し／こがってＲ２の変
化によるトルクの変動はＮ　　ＩＱの変動として検知で
きるため、その変動に応じてω、を修正しトルク変動を
補償する１゜ 以上が動作原理であるが、第２図の実施例においては次
のようにしてその動作が行われる。電流検出器１８にお
いて次式に従い■、が検出される。

Ｉｑ＝１ｔ＋ａＡｔ＋＋ｊｖＪ’ｋｖ＋ｉｗ＋Ａｗ　　
　　−・（ｉ２）ここに、ｉＵ−、ｉｗは各相電流の瞬
時値、ＡＵ〜Ａｗは発振器４から出力される各相の誘導
起電力の位相基準信号であって、振幅は単位の大きさを
もち位相が起電力と同相の信号である（電圧指令発生器
５において、これらの信号とωｌが乗算され、各相の起
電力指令が作られる）。

Ｒイの変化により■、が変動すると、加算点１９におい
てトルク指令Ｔ＊との間に偏差が検出され、増幅器２０
よシその偏差に応じた修正信号Δω、′が取シ出される
。以上のようにして第１図の実施例と同様の効果が得ら
れる。

なお、ＩＱはトルクと比例関係にあるため、第１図にお
けるような関数発生器１２は不要である。

また、ＩＱはすベシ周波数ω、の極性に応じてその極性
が変化するため、第１図におけるような絶対値演算器１
１及び修正信号Δω、＊の極性をω、′のそれに応じて
変更するための乗算器１６は不要である。なお、部品番
号の１〜１０は第１図のものと同一物であるので説明を
省略する。

第３図は本発明の他の実施例である。加算器２１よシ得
られるトルク指令Ｔ＊と検出信号Ｉ。

の偏差に応じて、増幅器２２よシすべ）周波数指令ω−
を得て、回転速度ω、との加算により１次周波数を制御
するものである。Ｒ≦の変化によシ■、が変動すると、
ω、が変化し７、前述の実施例と同様にしてトルク及び
電流の変動を防止できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、２次抵抗の変化に
よるトルク及び電流の制御特性の変動を防止して、トル
クの低下及び電流の増大を防止することができる。

なお、前述の実施例においては、アブログ制御回路を用
いた例について説明したが、マ・ｆりＩ−１プロセツサ
によるディジタル制御を用いプζ装置に本発明を適用し
ても同様の効果が得られる。ｌ：た、前述の実施例はＰ
ＷＭインバータ装置への適用例であるが、電流形インバ
ータ及びザイクＬ】コンバータなどの他の変換器を用い
た装置にも同様に適用できる。

図面のＩ／ｉＴ巣な説明 第１図は本発明の一実施例を示すインバータ装置の構成
図、第２図及び第３図はそれぞれ本発明の他の実施例の
構成図、第４図はインバ・−夕の制御動作を説明するた
めの誘導電動機の等価回路図である。

■・・・インバータ、２・・・誘導電動機、４・・・発
振器、５・・・電圧指令発生器、１２・・・関数発生器
、１３・・・不１日　　　　　　Ａ。

不４　日 （ａ＞　　一般≧［イ面ロ寥各 Ｅ’５

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、誘導電動機と、該電動機に可変周波数の交流を供給
   する電圧制御型の電力変換器と、該電力変換器の出力電
   圧を電圧指令に応じて制御し、かつ出力周波数をすべり
   周波数指令と電動機の回転速度信号の和に応じて制御す
   るものにおいて、電動機電流の指令値と検出値の偏差に
   応じてすべり周波数を制御するようにしたことを特徴と
   する誘導電動機の制御方法。