JPS63144795A - 誘導電動機の速度制御装置 - 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回転速度制御に係り、回転検出器
を使用せずに制御を行う誘導電動機の回転数制御装置に
関するものである。

従来技術 従来、例えば第４図に示す様に直流バッテリ１から供給
される電力を平滑用コンデンサ２と可変電圧−可変周波
数インバータ３を通して３相交流に変換し誘導電動機５
を駆動制御する場合、３相誘導電動機の回転数を制御す
るために回転数制御回路２４には回転数指令値ω、Ｉゆ
と各相電流検出値’１１＋１ｂ、電動機−の回転数検出
器２３による検出値ω１が入力されこれより出力される
誘導電動機の１次入力周波数指令値ωゆと１次電流指令
値ｉオ　（又は電圧指令値Ｖゆ）をＰＷＭ（パルス幅変
調）回路８にてパルス符号化しインバータ駆動回路９を
通してインバータ３を制御するようになっていた。

発明の解決しようとする問題点 そして前記回転数制御回路２４は高精度なベクトル制御
や単なるすべり周波数制御などが適用されるが、いずれ
の場合にもその出力値を求めるには実際の回転数検出値
が必要不可欠なものとなる。しかし、この値を得るに必
要な回転数検出器は一般に高価であり、また精密で誘導
電動機に直接取り付けて使用するためそれ自体の耐環境
性から誘導電動機の本来持つ堅牢さを損なうという問題
点があった。

本発明は、誘導電動機のすべり周波数を該電動機の入力
状態より求めることによって従来必要とされた回転数検
出器を使用せずに誘導電動機の速度を制御することをそ
の解決しようとする問題点とするものである。

問題点を解決するための手段 誘導電動機の周波数と２次入力より該誘導電動機のすべ
り周波数を演算するすべり周波数演算手段と、すべり周
波数と外部より入力される回転数指令値より誘導電動機
の周波数を演算してこれを該電力変換装置に与える回転
数制御手段を備えた誘導電動機の速度制御装置をその要
旨とするものである。

作用 速度制御に用いる誘導電動機のすべり周波数は、これを
求める演算手段の入力に従来のような回転数検出値を使
用せずに行うため回転数検出器を不用にし、これによる
コストを無くして安価な構成で誘導電動機の持つ堅牢さ
を生かすことが出来る。

実施例 以下、本発明を可変電圧−可変周波数インバータ駆動の
３相誘導電動機（以下ＩＭと称す）に具体化した実施例
を示す。

第１図において直流電圧源であるバッテリｌより供給さ
れる電圧はコンデンサ２を通ることにより平滑化されイ
ンバータ３の入力側には安定した電圧が印加される。前
記インバータ３は後に説明するＩＭＭ度制御装置からの
信号を基にスイッチ０Ｎ−ＯＦＦ制御し直流を３相交流
に変換してＩＭ５を駆動するに必要な電力を供給する。

次にＩＭ速度を制御するためのすべり周波数演算装置６
にはインバータ３の入力電圧ＶＤＣと入力電流ＩＤＣと
１Ｍ入力の３相電流のうちの２相の相電流１．、＋ｂと
その線間電圧Ｖ、の検出値を各センサより入力し、途中
回転数制御回路７からＩＭ周周波数指令値エヤ入力して
すべり周波数推定値ωｔを算出し、この値は次に回転数
制御回路７へ入力され次いで外部から入力される回転数
指令値ω１を基にＩＭ１次周波数指令値ωゆと１Ｍ１次
電流（又は電圧）の指令値１１ゆ（又はｖ１＊）を算出
する。これらの値は次段のＰＷＭ回路８へ入力されてパ
ルス幅変調され、インバータ駆動回路９を通ってインバ
ータ３へ入力され前記に示した様に電圧及び周波数を制
御する。

ここで前記すべり周波数演算装置６並びに回転数制御回
路７の構成を第２図に示し以下これについて説明する。

まずインバータ３の入力側からの入力電圧ＶＤＣと入力
電流ＩＤＣはＩＭｌ＆入力演算器１２へ入力されＩＭＩ
次人力Ｐ１を演算する。

一方ＩＭ１次側からは入力相電流の瞬時値ｊｌｌ＋ｉ、
を検出してこの値を電流実効値演算器１０へ入力し、ま
た前記’ｍｒｉｂ間の線間電圧Ｖｌ　は電圧実効値演算
器１１へ入力し、それぞれ入力電流実効値■、入力電圧
実効値ｖＩを算出する。但しここで入力電流の瞬時値を
’ａ＋’ｂの２相検出しているが、これはインバータ３
の電力変換によって変動する周波数や電力の可変領域全
てにわたって高精度に実効値を得るためであり、この目
的において検出する電流は２相に限ったものではない。

算出された電流実効値■。は１Ｍ１次銅損演算器１３に
入力されてＴＭ１次銅損Ｗ１を算出し、一方電流実効値
■１　と電圧実効値■、は１Ｍ鉄損演算器１４に入力し
てＩＭ鉄損Ｗ０を算出し前記Ｗ＋　、Ｗｅは加算器１６
によって加えられ、これがすなわち１Ｍ１次側の損失と
なる。前記損失は前記１次人力Ｐ、から減算器１５によ
って減算されてＩＭ２次人力Ｐ２が導きだされ、この値
は回転数制御回路７の出力であるＩＭＩ次周波数指令値
ωゆと共にすべり周波数演算器１７へ入力されすべり周
波数推定値ω↑を算出する。

このすべり周波数推定値ωぐは次段の回転数制御回路７
へ入力されＩＭ１次周波数指令値ωヤから減算器１８に
よって減算することによりＩＭ回転数推定値ωｔを出し
、この値と外部から新たに入力される回転数指令値ω、
との差Δω１を減算器２０によって導き出しこれをすべ
り周波数指令設定器２１へ入力してすべり周波数指令値
ω。を出力し、さらに加算器１９によってこのω。に前
記１Ｍ回転数推定値ω↑を加えることにより新たなｒＭ
１次周波数指令値ωゆを算出し、この値は次段のＰＷＭ
回路８や、減算器１８、すべり周波数演算器１７へ供給
される。またＩＭ回転数推定値ω公とＩＭ回転数指令値
ω。は１Ｍ１次電流（又は電圧）設定器２２へ供給され
ベクトル制御やＶ／Ｆ制御等によってインバータを制御
するに必要なＩＭ電流１１＊（又は電圧Ｖｌゆ）を設定
しＰＷＭ回路８へ入力される。

次に第２図に示す回路構成によって演算されるＩＭ１次
人力Ｐ０．２法人力Ｐ７．１次銅損Ｗ。

、鉄損Ｗ０及びすべり周波数推定値ω７が理論的に導か
れることを以下説明する。

まずＩＭ１次人力ＰＩはインバータへの入力電圧Ｖゎい
入力電流ＩＤＣ、インバータ効率η１として次式で示さ
れる。

Ｐｌ　＝η＋　　ＩｎｃＶｎｃ　　　　　　　　　　（
１１但しη１は予め測定により求めた定数とする。前記
＋１１式より１Ｍ１次入力演算器１２は乗算器を用いる
。

次に１次銅損Ｗ１、鉄損Ｗ０については第３図のｒＭ等
価回路を基に説明する。この等価回路はＩＭの３相ある
うちの１相を示し１次側と２次側の巻線抵抗をｒ　１　
＊　　ｒ　ｚ　、同じく１次側と２次側の漏れインダク
タンスをＬ＋　、Ｌｘ　、励磁インダクタンスをＭ、す
べりをＳで示し１次側にはヒステリシス損とうず電流損
から成る鉄損Ｗｏを鉄損分抵抗ｒｃによるものとして示
している。ＩＭＩ次銅損ＷＩは１次巻線抵抗ｒ１による
損失であり、１次側に電圧Ｖ１を印加し巻線抵抗ｒ、に
電流Ｉ、が流れるとするとＷ、は、 Ｗｒ　　＝３　ｒ＋　　・Ｔ＋　　”　　　　　　　　
　　　　ｆ２１となり、１次銅損演算回路工０も乗算器
にて構成される。また、鉄損Ｗ０は鉄損分抵抗ｒｃに電
流Ｉ　ｒｃが流れるとすると次式で示される。

Ｗｏ　”　３　ｒｅ　　’　Ｉ　ｒｃ”＝３ｒｃ　　（
（ｖ＋　−ｒ＋　　Ｉ、）／ｒｃ　）　２＝３　（Ｖ＋
　　　”＋　　ＩＩ）　”　／ｒｅ　　（３１ここでｒ
Ｃ＋ｒｌ　は予め測定により求められる一定値を用いて
算出する。

前記（１）−＋３１　式テ求められる値Ｐ　＋　、Ｗｒ
　、ＷｅよりＩＭ２次人力Ｐ２は、 Ｐｇ　＝Ｐ＋　　　（Ｗｒ　＋Ｗｏ　）　　　　　　＋
４）となる。前記（４）式において右辺（）内は加算器
１６で、右辺第１項との減算は減算器１５で行われる。

次にすべり周波数ω５は発生トルクＴａとほぼ比例関係
にあり次式が成立する。但しに、は定数である。

Ｔ、−ωｓＫ＋　　　　　　　　　　　　　Ｆ＋１−力
発生トルクＴ。は２成人力Ｐ２と１次周波数ωによって
次式で示される。但しｐはＩＭの極対数である。

Ｔａ　＝　ｐ　Ｐ　ｔ　／ω　　　　　　　　　　　（
６）前記（５）式、（６）式よりすべり周波数ω５は、
ωｓ　＝ｐ　Ｐｇ　／　（ωに＋）　　　　　　　（７
１となって求められる。（７）式に基づいてすべり周波
数演算器１７は乗算器及び除算器で構成され、変数のω
は回転数制御回路７より得られるＩＭ１次周波数指令値
ωゆを、Ｋ、は予め測定による定数を用いることにより
すべり周波数推定値ω？は（７）式より、 ωｓ＝ｐＰｇ／（ωヤに＋）　　　　　　　（８）で得
られる。この値は次段の回転数制御回路７へ入力される
。

ここでＩＭ１次周波数ωとＩＭ回転数ω１、すべり周波
数ω５は、 ω＝ω、十ω５（９） の関係があり回転数制御回路７では（９）式に基づいて
演算される。すなわちすべり周波数推定値ωｔとＩＭ１
次周波数指令値ωゆよりＩＭ回転数推定値ω當は、 ω含　＝ω申　−０９０ｍ より求められこれは減算器１８にて演算される。

このＱ２と外部からのＩＭ回転数指令値ω。よりすべり
周波数指令値ω、が算出され、さらにこの値と前記ＩＭ
回転数推定値ω↑から加算器１９によって新たなＩＭ１
次周波数指令値ω、が算出される。

ω、＝ω０＋ω否　　　　　　　　　　　　αＤなお、
本発明は前記実施例に限られるものではなく例えば１Ｍ
１次入力の演算には（１）式のようにインバータ３の入
力の代わりにＩＭの３相交流入力を直接検出して求めて
も良いし、すべり周波数演算器１７へ入力するＩＭ１次
周波数指令値ωゆの代わりにインバータ３より検出した
ＩＭ１次周波周波数検出値力しても良い。また、本発明
をインバータ以外の例えばサイクロコンバータなどの交
流−交流電力変換器を用いた誘導電動機に使用しても良
いし、Ａ／Ｄ変換してマイクロコンピュータによるディ
ジタル制御にする等本発明の要旨を逸脱しない範囲で応
用しても良い。

発明の効果 以上、詳述した様に本発明によれば回転数検出器を用い
ずにすべり周波数を推定して回転数を演算するため回転
数検出器を不用とし安価な構成で誘導電動機を制御する
ことができ、また従来の回転数検出器の耐環境性からも
誘導電動機の持つ堅牢さを生かすという優れた効果を得
ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を可変電圧−可変周波数インバータ駆
動の３相誘導電動機に具体化した速度制御装置の電気ブ
ロック回路図、第２図は第１図中の速度制御装置を詳細
に示した電気ブロック回路図、第３図は３相誘導電動機
の等価回路図（１相のみ）、第４図は従来の速度制御装
置を示す電気ブロック回路図である。 図中、３は可変電圧−可変周波数インバータ、４は電流
センサ、５は３相誘導電動機、６はすべり周波数演算装
置、７は回転数制御回路、１０゜１１は電流及び電圧実
効値検出器、１２はＩＭ１次入力演算器、１３は１Ｍ１
次銅損演算器、１４はＩＭ鉄損演算器、１７はすべり周
波数演算器、１５．１８．２０は減算器、１６．１９は
加算器、２１はすべり周波数指令設定器、２２は１Ｍ電
流（又は電圧）設定器、２３は回転数検出器である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）電源からの電圧及び周波数を電力変換装置にて制御
   させることによって誘導電動機の速度を制御させる誘導
   電動機の速度制御装置において、誘導電動機の周波数と
   ２次入力の各値より該誘導電動機のすべり周波数を演算
   するすべり周波数演算手段と、すべり周波数と外部より
   入力される回転数指令値より誘導電動機の周波数を演算
   して該電力変換装置に与える回転数制御手段を備えたこ
   とを特徴とする誘導電動機の速度制御装置。 ２）誘導電動機の２次入力は電力変換装置の入力電力と
   、誘導電動機の入力電圧と入力電流の各データより演算
   する特許請求の範囲第１項記載の誘導電動機の速度制御
   装置。 ３）回転数制御手段には、すべり周波数と回転数指令値
   より誘導電動機の入力電流（又は入力電圧）を設定する
   装置を備えた特許請求の範囲第１項記載の誘導電動機の
   速度制御装置。