JPS62171493A - 交流電動機の電流検出方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は可変電圧・可変周波数の交流を出力する電圧型
周波数変換器により駆動される交流電動機の電流検出方
法に関する。

〔従来の技術〕

交流電動機を可変電圧・可変周波数の交流を出力する周
波数変換器によって駆動する場合、電動機の回転速度Ｎ
は次式で与えられる。

Ｎ＝−（ｆｌｆｓ）　　　　　　　　　　・・（１）Ｏ ここに、ｐｏ　：極対数、ｆ工　：駆動周波数、ｆｓ　
：すべり周波数。

（１）式におけるすベリ周波数ｊｓはトルクに比例して
変化するため、駆動周波数ｆ１が一定値である場合には
回転速度Ｎがトルクに応じて変動する。このため単に駆
動周波数ｆ１を一定に保つだけでは精度のよい速度制御
が行えない、一方、電動機の軸端に速度検出器を取付け
、速度指令信号と速度検出器の検出信号の偏差に応じて
駆動周波数ｆ１を制御すれば高い精度が得られる。しか
し、速度検出器が必要であり、取付けが面倒で電動機周
りの構造が複雑になると共に速度信号の伝送用に長距離
ケーブルが必要であるなどの不都合がある。

そのため、速度検出器を用いずにすべり周波数ｆｓを検
出し、そのすべり周波数ｆ、が所定値となるようにすベ
リ周波数制御を行う方式として、誘導電動機の１次電圧
ｖ１と１次電流工１から励磁電流成分工、を演算により
求め、エエと工、の比からすベリ周波数ｆ８を演算する
方法が知られている。このように、すベリ周波数を演算
する際には、１次電流の成分を高精度検出することが必
要である。このことは例えば特開昭５４−１１４１３号
公報に記載されている。しかし、この方法はサイリスタ
変換器の出力電圧に含まれる高調波に基づく電圧の波形
歪みの影響を受は易く、特に電動機の回転速度が低い（
電動機の誘起起電力が小さい）場合、あるいは出力電圧
波形が方形波状である電圧型サイリスタ変換器を用いる
場合ではその影響は顕著であり、精度よくすべり周波数
ｆｓを検出　・することが困難である。

以上はすべり周波数を求めることについて説明したが、
誘導電動機の流れる１次電流の有効電流と無効電流を精
度良く検出することが強く要求されている。

本発明の目的は電圧型周波数変換器から交流電動機に供
給される１次電流の有効電流および無効電流を精度良く
検出できる交流電動機の電流検出方法を提供することに
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の電圧型周波数変換器の出力電流の実際値と周波
数変換器の１つの出力相の電圧位相に相応する正弦値お
よび余弦値との演算によって有効電流または無効電流を
求める。

〔作用〕

電圧型周波数変換器はその出力電圧の基本波成分の大き
さと位相を電圧指令信号に応じて制御することができる
。そこで電圧指令信号の電圧位相指令信号と電圧型周波
数変換器の出力電流を乗算し、フーリエ変換の原理に従
い出力電流の出力電圧に同相な成分（有効分）と出力電
圧に対し９０度位相差の成分（無効分）の各々を検出す
る。

〔実施例〕

第１図に、本発明の一実施例を示す。

第１図は本発明は誘導電動機を横腹検出器なしで速度制
御を行うものに適用した例を示す。

第１図においては、１は商用交流電圧を整流するダイオ
ード整流器、２は整流器１の出力電圧を平滑するための
平滑コンデンサ、３はスイッチング素子としてＧＴＯサ
イリスタを用いた電圧型ＰＷＭインバータ、４は誘導電
動機、５は速度指令回路、６は電動機４の１次電流を検
出する電流検出器、７は１次電流のトルク作用電流成分
（有効電流）Ｉｚ＃と励磁電流成分（無効電流）Ｉｔｓ
をそれぞれ検出する電流成分検出器、８は有効電流■１
βと無効電流Ｉｔ（に基づいてすベリ周波数を求めすベ
リ周波数信号を出力するすべり周波数演算回路、９はす
ベリ周波数信号と速度指令信号を加算し、ＰＷＭインバ
ータ３の出力周波数を指令する周波数指令信号を出力す
る加算器、１０は加算器９の周波数指令信号に比例した
周波数の２指圧弦波信号（電圧位相指令信号）を発生す
る２相発振器、１１は電動機４の磁束量を指令する磁束
指令回路、１２は磁束指令信号と周波数指令信号を掛算
し電圧指令信号を出力する掛算器、１３゜１４は発振器
１０と、掛算器１２の出力信号を掛算する掛算器、１５
は２相宿号を３相宿号に変換する相数変換器、１６はＰ
ＷＭインバータ３を構成するＧＴＯサイリスタのオン・
オフの周波数を制御する搬送波信号を発生する発振器、
１７は相数変換器１５と発振器１６の出力信号を比較し
、パルス幅変Ｍ信号（ＰＷＭ信号）を出力する比較器。

１８はＰＷＭインバータ３を構成するＧＴＯサイリスタ
をオン・オフ制御するためのゲート信号を出力するゲー
トアンプである。

第５図に電流成分検出器７の詳細な回路構成図を示す。

７１はＩＵ　ｒ　ｌ’Ｖ　ｇ　ＩＷを所定比率で加減算
する加算器、７２はｉｔからｉｖを減算する減算器で、
これにより３相電流信号ｉｕ”ｉｗを２相電流信号ｉａ
、ｉｂに変換する。７３〜７６は２相発振器１ｏの出力
信号ａ、ｂと２相電流信号ｉａ　＋　ｉｂを掛算する掛
算器、７７．７８は各掛算器７３〜７６の出力信号の加
減算を行う加減算器である。

次にその動作について説明する。周知のように電圧形パ
ルス幅変調インバータ３はインバータを構成するＧＴ○
サイリスタのオン・オフ時間を変化させることにより出
力電圧を可変にできる。具体的には相数変換器１５から
の電圧指令信号（正弦波）と発振器１６からの搬送波信
号（３角波）を比較器１７において比較し、その出力信
号であるＰＷＭ信号に応じてインバータ３のＧＴＯサイ
リスタをオン・オフ制御して出力電圧を電圧指令信号に
比例するように制御する。

次に、第１図の動作の理解を容易にするため動作の基本
的な考え方を説明する。電動機４の１次電流の励磁電流
成分１ｘａおよびトルク作用電流成分■１βは次式で与
えられる。

ここに、Ｐ：ｄ／ｄｔ（演算子） Ｔ２　：２次時定数 Ｍ′　＝１次−２次間相互インダクタンスφ２′：２次
鎖交磁束 ｆｓ　：すべり周波数 すなわち、すべり周波数ｆ、は次式に従い演算できる。

または 一方、電動機４の回転周波数Ｊ、と駆動周波数ｆ１は ｆｒ＝ｆｓ　　ｆｓ　（２極機の場合）　　　　　−（
６）の関係があるから、駆動周波数ｆ１を予めすベリ周
波数１．分だけ大きくしておき ｆ　Ｌ’　＝　ｆ　１＋　ｆ　ｓ　　　　　　　　　　
　−（７）なるｆｘ’　　を新たな駆動周波数とすれば
、！　ｒ＝ｆ　ｔ’　−ｆ　ｓ＝　ｆ　ｔ　　　　　　
　　　”・（８）の関係が成立する。すなわち、回転周
波数！、は元の駆動周波数ｆｘに対応する。

このことから、速度指令信号を駆動周波数ｆｓの指令信
号に対応させ、これにすべり周波数Ｊｓ相当の信号を加
算し、それによりインバータ３の出力周波数ｆｌ’　　
を制御すれば回転速度ｆ、を速度指令に精度よく一致さ
せることができる。

以上が動作の基本的な考え方である。

次に第１図の実施例の動作を説明する。まず、本発明の
要部である電流検出について説明する。

電流成分検出器７は有効電流Ｉｓβと無効電流１１ａを
次のようにして検出する。まず、電流検出器６で検出し
た３相の１次電流信号（１Ｕ＋　Ｉ　Ｖ　ｖｉｗ）を第
５図に示す加減算器７１．７２により２相信号（ｉａ、
ｉｂ）に変換する。その演算内容は下式であり、そのベ
クトルの位相関係を第２図に示す。

ここに、ｋ：比例定数 このようにして得た２相信号ｉａ　、ｉｂと２相発振器
１０の正弦波出力信号（ａ、ｂ）を掛算器７３〜７６で
掛算し、無効電流Ｅ　１ａ、有効電流Ｉｔｌの検出信号
ｉ１ｄ、ｉ１βを得る。その演算内容は次式に示す通り
であり、ベクトルの位相関係を第３図に示す。

１ｔａ＝−ｂ−ｉａ＋ａ−ｉｂ ＝に’ｌ５ｉｎθ １１β＝ａ−ｉａ＋ｂ−ｉｂ ＝　ｋ’　　・Ｉｃｏｓ（１・＝（１０）ここに、ｋ′
　：比例定数 工　：１次電流の振幅 θ　：信号ｉａ　、　ｉｂの信号ａ、ｂに対する遅れ位
相角度 ２相発振器の信号ａ、ｂと電動機４の１次電圧は以下で
述べるように位相が一致するため、（１０）式の演算に
より１次電流の無効電流Ｉｒｅと有効電流工１βが検出
される。

すベリ周波数演算回路８の詳細な構成図を第６図に示す
。１次遅れ回路８１及び割算器８２から成り、（４）式
に対応した演算を行いすベリ周波数ｆＳに比例した信号
が求められる。

すベリ周波数演算回路８で求めたすべり周波数信号と速
度指令回路５から与えられる速度指令信号が加算器９で
加算され周波数指令信号が取り出される。この関係につ
いては（７）（８）式等で述べた通りである。

２相発振器１ｏはこの周波数指令信号に比例した周波数
をもつ２指圧弦波信号ａ、ｂを発生する。

２相発振器１０は例えば周知の積分形態歯状波発振器と
関数発生器からなるものが用いられ、その出力信号ａ、
ｂは次式に示すような振巾が一定な正弦波信号である。

ａ　＝ｓｉｎ　（２πｆｔｔ） ｂ　＝ｃｏｓ　（２ｘ　ｆ　ｘ　ｔ　）　　　　　　　
　　−（１１）掛算器１３．１４は２相信号ａまたはｂ
と掛算器１２からの電圧指令信号を掛算して次式に示す
信号ｃ、ｄを出力する。

ｃ　＝Ａｓｉｎ　（２ｔｃ　Ｊｔｔ） ｄ＝Ａｃｏｓ　（２πｆｔｔ）　　　　　　　　・・（
１２）ここに、Ａ：電圧指令信号振幅 相数変換器１５は周知の方法により２相信号Ｃ９ｄを３
相宿号に変換する。ＰＷＭインバータ３の出力電圧は前
述したようにしてこの３相宿号に比例するように制御さ
れるが、このとき出力電圧Ｅｕ”Ｅｗと１次電流工υ〜
Ｉｓの位相関係は第４図に示すようになる。この際、１
次電流の無効電流エニーと有効電流工１βは次式で与え
られ、（１０）式のｉ　１ｇ、　ｉ　ｔｌと比例関係が
成立する。

Ｉ　１ａ＝　Ｉ　ｓｉｎθ ＩＩβ＝Ｉｃｏｓθ　　　　　　　　　　　　−（１３
）以上のようにして制御するのであるが、電動機４の回
転速度を速度指令信号に比例して精度よく制御すること
ができる。また速度検出器を省略できるので、特にその
取付けが困難な場合において大きな効果が得られる。

第１図に示すものでは、磁束指令回路１１及び掛算器１
２の働きにより磁束量を任意に制御することができる。

しかし磁束量一定の条件で運転する場合には、無効電流
Ｔ１αは一定であるため（４）式から明らかなようにｆ
ｓ＝ｋ“ｉｉβ（ｋ′：比例定数）とみなすことができ
る。したがってこの場合は、第１図におけるすべり周波
数演算回路８を省略できる。

また、すベリ周波数ｆｓは（５）式に従っても求めるこ
とが可能である。したがってすベリ周波数演算回路８の
代りに有効電流１１βを磁束指令信号で割算してすベリ
周波数ｆｓを演算して加算器９に加えるようにしても同
一の効果が得られる。

第７図は本発明を他の制御装置に適用した例を示す。

第７図において、第１図と異なる点は、速度制御回路を
設は速度制御応答を改善するようにしたことである。第
７図において１９は速度検出用減算器、２０は速度偏差
増巾器、２１はすべり周波数偏差増巾器であり、他の部
品は第１図に示したものと同一である。減算器１９にお
いて２相発振器１０の入力信号である駆動周波数ｆｉに
比例する信号とすべり周波数演算回路８の出力信号の差
から、（１１）式の関係に従い速度信号を検出する。増
巾器２０において速度指令と速度信号の偏差が増巾され
、その出力信号は増巾器２１のすべり周波数指令として
加えられる。なお、通常誘導電動機４の過負荷過電流を
防止するため、すベリ周波数指令の振巾を制限しすベリ
周波数の最大値を制限するためのすべり周波数制限器が
増巾器２ｏに設けるのが望ましい。増巾器２１は積分器
の動作を行うもので、前記すべり周波数指令とすべり周
波数信号の偏差に応じて周波数指令信号が変化する。な
お、偏差が零の場合は駆動周波数ｆ１は一定値に保持さ
れる。

第７図の実施例では、速度偏差増巾器２０の働きにより
速度偏差が十分に増巾され、その偏差信号に応じて電動
機のトルクと比例関係にあるすべり周波数を制御するた
め優れた速度応答性能が得られる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は電圧型周波数変換器の出力
電流と出力電圧位相に相応する正弦値および余弦値との
演算によって、出力電流の有効成分及び無効成分を検出
するようにしているので電圧型周波数変換器の出力電圧
の波形歪みの影響を受けることがなく、高精度な検出が
行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路構成図、第２〜４
図は第１図の装置の動作を説明するための図、第５図、
第６図は第１図の回路部品の詳細な回路構成図、第７図
は本発明の他の適用例を示す回路構成図である。 １・・・ダイオード整流器、２・・・平滑コンデンサ、
３・・・ＰＷＭインバータ、４・・・誘導電動機、５・
・・速度指令回路、６・・・電流検出器、７・・・電流
成分検出器、８・・・すべり周波数演算回路、９・・・
加算器、１０・・２相発振器、１１・・・磁束指令回路
、１２・・・掛算器、１３．１４・・・掛算器、１５・
・・相数変換器、１６・・・　　−ｒ゛＼

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、出力電圧の大きさと周波数を可変できる電圧型周波
   数変換器と、該電圧型周波数変換器により駆動される交
   流電動機と、前記電圧型周波数変換器の出力電流を検出
   する電流検出手段と、前記電圧型周波数変換器を構成す
   るスイッチング素子を制御する信号から少なくとも１つ
   の出力相の瞬時電圧位相に相応する正弦値および余弦値
   を出力する関数信号発生手段とを具備して電流検出信号
   を得る方法において、前記電圧型周波数変換器の出力電
   流の実際値と前記電圧位相に相応する正弦値および余弦
   値と演算により、前記電圧型周波数変換器の出力相の有
   効電流または無効電流を求めるようにしたことを特徴と
   する交流電動機の電流検出方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記交流電動機は
   誘導電動機であつて、演算により求めた有効電流と無効
   電流は前記誘導電動機のすべり周波数の演算に用いられ
   ることを特徴とする交流電動機の電流検出方法。