JPS61196787A - 誘導電動機のトルク制御方式 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、誘導電動機のトルク制御方式に関するもので
ある。

（従来技術とその問題点） 最近の誘導電動機の速度制御は、ベクトル制御が一般的
に用いられている。このようなベクトル制御により誘導
電動機の速度制御を行なう場合に□　は、工作機械等の
主軸用モータ等のように高速回転領域まで速度制御を行
なう場合や、一定回転数において、トルク指令に応じて
励磁を弱めるような制御を行なう場合に、電動機の２次
もれインダクタンス、励磁鉄損等の効果により、トルク
指令と励磁電流、２次電流、すべり周波数が非線形とな
り、この結果、トルク指令に対して出力トルクも非線形
となり、正確なトルク指令ができなくなる。

これに対処するため従来は、モータの出力トルクを正確
に知る手段として、モータトルクを測定する、トルク、
センサ等の外部機器を使用していた。このため設備コス
トがかさむという問題があった。

（発明の目的） 本発明は、このような従来技術の問題点を解消し、特別
なトルク測定機器を必要とすることなく、トルク指令に
対して出力トルクを線形に制御する、誘導電動機のトル
ク制御方式の提供を目的とするものである。

（発明の概要） 本発明の誘導電動機のトルク制御方式は、電動機に対す
るトルク指令及び電動機に対応して決定される励磁磁束
指令をもとにして、これらの指令に対して線形な出力ト
ルクが得られるように、励磁電流指令、２次電流指令を
それぞれ、励磁磁束方向成分および電動機の起電圧方向
（トルク方向）成分にベクトル分解し、これらのベクト
ル値の合成により電動機の１次電流指令を求めることを
特徴とする。また、必要な負荷電流を流すためのすべり
周波数指令を得ることにより、電動機トルクを線形に制
御するために、特別なトルク測定機器を必要とすること
なく、トルク指令そのものを゛出力トルクとして代用で
きるようにしたことを特徴とするものである。

（実施例） 以下、図により本発明の一実施例について説明する。

はじめに、本発明の前提となる、誘導電動機の緒特性の
関係を、第３図の等何回路、第４図、第５図のベクトル
図により説明する。

誘導電動機の２次人力Ｒ２は、 Ｐ２°ＥＩＸＩＩＸｃｏｓθ２　　・・・（１）で求め
られる。ここで、Φを励磁磁束、ω。を励磁周波数とす
ると、誘起起電圧Ｅ、は、Ｅ□＝ｄΦ／ｄｔ＝ω。×Φ
　　・・・（２）２次電流は、 Ｉｚ＝Ｅｔ／１ＺｚＪ ＝Ｅｔ　／　（Ｒ２／Ｓ）　２＋Ｘ２　’・・・（３） 力率は、 ｃｏｓθ２　　＝（Ｒ２／Ｓ）　　／　ｌ　　Ｚ　　ｌ
＝　（Ｒ２／Ｓ）　／Ｗ万丁Ｔ〒ｘ２”・・・　（４） で求められる。

（２）、（３）、（４）式を（１）式に代入すると、 Ｒ２＝Ｅ１　２＊（Ｒ２Ｉｓ）／　（（Ｒ２／Ｓ）　　
’　　＋）［２ｚ）＝Ｉ２２・（Ｒ２／Ｓ）　　　　　
　　　・・・　（５）２次銅損Ｒ２ｒは、 Ｐ２ｒ＝Ｉ２　２−　Ｒ２＝ＳＸＰ２　　　　　・・−
（６）で求められ、電動機の出力Ｐｍは、 Ｐ　ｍ＝　Ｒ２Ｒ２ｒ　＝　（Ｉ　　Ｓ）　Ｒ２・・・
（７） となる。また、電動機のトルクをＴｍ、電動機の回転数
をωｍとすると、 Ｐ　ｍ　＝　（１）　ｍ　Ｘ　Ｔ　ｍ　　　　　　　　
−（８）となる。

ここで、電動機のトルクＴｍは、（１）　　、　　（２
）、（７）、（８）式より、 Ｔｍ＝　Ｐｍ／ωｍ ＝（１−３）Ｒ２／０ｍ ＝　（１／ωｍ）Ｘ　（１−（ωｓｌω６月ＸＰ２＝　
Ｒ２／ω０ ＝　　（１／（１）０　　）ＸＥＩ　　ＸＩ２　　Ｘ　
　ｃｏｓθ２＝ΦＸｌ２Ｘｃｏｓθ２　　　　　　＝（
９）となる。

但し、ωＳをすべり周波数とする。

次に、Ｉｏ、Ｉ２のΦ軸成分（励磁磁束成分）、Ｅｌ軸
成分（起電圧方向成分）をそれぞれ■。

Ｍ　、　Ｉｎ　ω、およびＩ２Ｍ、Ｌ２１Ｊ）として、
以下のように求める。Ｌｏを励磁インダクタンスとする
と、 Φ＝Ｌ０ＸＩｏＭ であるから、 Ｉ（ＩＭ　　＝　　（１／Ｌｏ）ＸΦ　　　・　（１０
）また、■ｏωは鉄損成分であり、比例定数をＫとする
と、 ＩＯωｍＫＸ（＋）６　ＸΦ　　　　・（１１）で近似
される。

さらに、（９）式を変形して、 Ｉ２　（１）＝　Ｉ２　Ｘ　ｃｏｓθ２＝Ｔｍ／Φ・・
・（１２） が得られ、２次電流のΦ軸成分Ｉ２Ｍは、Ｉ２Ｍ　＝　
Ｉ２　Ｘ　ｓｉｎθ２＝Ｉ２ωＸｔａｎθ２＝　Ｉ　２
　ωＸ　（Ｘ２　／　（Ｒ２／　Ｓ）　）＝　Ｉ　２　
（＋）　Ｘ　（ＳＸ２　／　Ｒ２）＝Ｉ２ω×ω５Ｘ（
Ｌ２／Ｒ２） ・・・（１３） となるが、（２）、（３）、（４）、（１２）式％式％ が得られ、両辺をΦで割ると、 Ｉ２（１）／Φ＝　（（１）　５ＸＲ２）　／　（Ｒ２
ｚ＋（ω５Ｌ２）２） ・・・（１４） 以上を前提として、本発明によるトルク指令に応じた１
次電流およびすべり周波数を求める具体的方法について
以下に説明する。

一般に、励磁磁束Φの最大値は、［１１電動機に流し得
る最大励磁電流、［２］電動機に印加できる最大電圧、
のいずれかによって決定される。

電動機の実際の制御においては、負荷が小さいときには
励磁音を減少させる等の理由により励磁を弱める場合が
あるが、以下の説明においては磁束指令は最大値を与え
るものとする。

トルク指令Ｔｍと、磁束指令Φがそれぞれ与えられると
、（１０）式より■。Ｍが、（１１）式よりＩ。ωが、
また（１２）式よりＩ２ωが各々求められる。

次に、Ｉ２ωとΦより、（１４）式によりすべり周波数
ωＳが決定されるが、ωＳをＣＰＵ等により短時間に演
算するのは困難なので、予め、Ｉ２ω／Φの値に対する
ωＳの値を求めておき、ωＳをデータテーブルとして、
また、Ｉ２ω／Φの値をデータアドレスとしてメモリに
記憶させておく。

このようにして、Ｉ２ωとωＳが求められれば、（１３
）式よりＩ２Ｍが得られる。

以上より、１次電流Ｉ！のΦ軸成分Ｉｌ　（Φ）は、 １１　（Φ）＝ＩＯＭ　　＋Ｉ２Ｍ　　　−（１５）Ｅ
ｌ軸成分Ｉｔ（Ｅｌ）は、 １１　　（Ｅｌ）＝１．（１）＋ｌ２（１）・・・（１
６） として、それぞれ求めることができる。

このようにして得られた１次電流は、誘導電動機の諸定
数を全て考慮した場合の電流指令であり、トルク指令に
対して線形な出力トルクを得るための電流指令となって
いる。

また、Ｉｒ　　（Φ）、Ｉｔ　　（Ｅｌ）は、それぞれ
誘導電動機のベクトル制御における励磁電流成分、負荷
電流成分に対応するものである。

以下、本発明の具体例について、第１図のブロック図及
び第２図のフローチャートにより説明する。

■速度指令ωＣと、電動機の出方軸に直結した速度発電
機で得られた電動機回転数ωｍとを、比較器ａに入力し
、 Ｔｍ＝に１　　（ωｃ−ωｍ） ＋に２　ｆ　（（＋１０−０ｍ）　ｄｔの演算を行ない
、トルク指令Ｔｍを算出する。なお、ベクトル制御にお
いてはこのような速度偏差の演算でトルク指令とみなし
ていることは、通常知られた事項であるので、これ以上
の説明は省略する。

■励磁周波数ω０から、磁束特性曲線上の励磁磁束Φを
決定する。

■励磁磁束Φより、励磁電流■。のΦ方向成分ＩＯＨを
、 ＩＯＭ　　＝　　（１，／Ｌｏ　）ＸΦで求め、加算器
ｄ２に入力する。

■Φとω。より、■ｏのＥ１１方向性 Ｉｏω＝に３×ω。ＸΦ として求め、加算器ｄ１に入力する。

０２次電流Ｉ２のＥ、方向成分を除算器ｂ１により、 Ｉ２ω＝（Ｔｍ／Φ） として求める。

■得られた■２ωと励磁磁束指令Φを除算器ｂ２に入力
し、予めメモリに記憶させておいたデータテーブルより
、Ｉ２ω／Φのデータアドレスに対応するすべり周波数
ωＳを求める。

■■２ωとωＳを乗算器ｃ２に入力し、更に（Ｌ２　／
　Ｒ２）を乗算して、２次電流のΦ方向成分Ｉ２Ｍ　＝
　（Ｌ２／Ｒ２）ＸＩ２ωＸωｓを演算して、加算器ｄ
２に入力する。

■加算器ｄ２により、■１のΦ方向成分Ｉ＋　　（Φ）
　−Ｉｏｒ１＋Ｉ２Ｍ を演算する。

■加算器ｄ１により、ＩｌのＥ、方向成分Ｉ　Ｉ（Ｅｌ
　）　＝　ＩＯ（１）＋Ｉ２　（＋）を演算する。

◎電流演算回路Ａからは、直交する２相の１次電流指令
■１が得られ、２相−３相変換回路Ｂに入力される。

ｏ２相−３相回路から得られる誘導電動機Ｍの各相指令
電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは、電流制御器Ｃに入力される。

電動機の各相の実際電流はＣＴｕ　。

ＣＴｖ　、ＣＴｗにより検゛出され、指令電流と比較さ
れて、電流制御器で所定の制御が行なわれる。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、特別なトルク測定
機器を必要とすることなく、トルク指令に対して線形な
出力トルクを得ることができる。

このため、低コストで誘導電動機の正確な出力トルクを
判断できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概略のブロック図、第２図はフローチ
ャート、第３図は等両回路、第４図、第５図はベクトル
図である。 Ａ・・・電流演算回路、Ｂ・・・２相−３相変換器、Ｃ
・・・電流制御器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 誘導電動機に対するトルク指令および励磁周波数から励
   磁磁束指令を決定する手段、励磁磁束から励磁電流の励
   磁磁束成分を決定する手段、励磁磁束と励磁周波数から
   励磁電流の起電圧方向成分を決定する手段、前記トルク
   指令と励磁磁束指令から電動機２次電流の起電圧方向成
   分を決定する手段、該２次電流の起電圧成分と励磁磁束
   からすべり周波数を決定する手段、２次電流の起電圧方
   向成分とすべり周波数より２次電流の励磁磁束成分を決
   定する手段、上記励磁電流および２次電流のそれぞれの
   励磁磁束成分と起電圧方向成分により、電動機１次電流
   の励磁磁束方向成分と起電圧方向成分とを求める手段、
   該２次方向成分の合成により電動機１次電流指令を求め
   る手段を具備し、誘導電動機の出力トルクをトルク指令
   に対して直線的に制御することを特徴とする誘導電動機
   のトルク制御方式。