WO1990007822A1 - Method of controlling slip frequency of induction motor - Google Patents

Description

明 細 書

誘導電動機のすべ り 周波数制御方法

技 術 分 野

本発明は、 誘導電動機のすべ り周波数制御方法に関 し、 特に、 すべ り周波数制御を正確に行える と共に制御応答 性に優れた こ の種の制御方法に関する。

背 景 技 術

回転磁界よ り も遅い速度で、 すなわちすべ り を伴っ て 回転す る誘導電動機にお いて、 すべ り周波数を制御 して 電動機回転速度を可変制御する こ とが知 ら れている。 又、 固定子に供給さ れる励磁電流と回転子に供給される二次 電流の大 き さ及び方向と を調整する べク ト ル制御を行つ て、 電動機の動的運転 · 制御特性を改善す る こ と'も公知 であ る。

第 4 図は、 従来の三相誘導電動機用べク ト ル制御 シ ス テ ムを例示 し、 三相誘導電動機 6 は、 電動機の実際回転 速度 ω ι· を検出するため の速度検出器 7 と、 各相の実際 電流を検出する ための電流検出器 C T U , C Τ V , C T W と を備えてい る。

第 4 図の制御 シ ス テ ム において、 ベ ク ト ル制御用プロ セ ッ サ （図示略） がプロ グ ラ ム （図示略） か ら読出 した 速度指令 V c と速度検出器 7 で検出 した実際速度 ω r と の偏差を増幅器 1 で増幅 して ト ル ク指令 T を生成 してい る。 次に、 要素 2 において、 ト ルク 指令 T を要素 8 力 1 ら 送出 さ れる励磁磁束指令 Φで除算 して二次電流指令 I 2 を得、 さ ら に、 要素 1 0 において、 比例定数 K 2と二次 電流指令 I 2と の積を励磁磁束指令 Φで除算してすべり 周波数 ω s を算出 してい る。 詳し く は、 要素 1 0 は、 ハ 一 ドウ エ アで構成されている。 要素 1 0 は、 た とえば、 ソ フ ト ウ ェ アで分周比が値 Κ 2 I 2， 1 / Φ に夫々設定さ れる二つの分周器で構成さ.れ、 こ の場合、 ベク ト ル制御 に用い る基準ク 口 ッ ク信号を これら分周器で分周 してす ベ り周波数 w s ( = K 2 I 2/ 0 ) を得ている。

更に、 第 4 図の制御 シ ス テム において、 すべり周波数 ω s と実際速度 ω r とを加算器 1 1 で加算 して励磁磁束 周波数 ω θを算出 し、 又、 要素 9 で励磁磁束指令 Φ を比 例定数 Κ 1で除 して励磁電流成分 I 0を求めている。 電流 演算回路 3 は励磁電流成分 I Q及び二次電流指令 ί 2に基 づいて一次電流指令 I 1を決定し、 三相変換器 4 は一次 電流指令 I 1と励磁磁束周波数 ω 0と に基づいて各栢の電 流指令 Ι ϋ ( = Ι 1 X δίηω Ot) , I V ( = I I sin (ω O t-ΐ π /3) ) , I W ( = I 1 x s in ( ω 0 t-4 ττ /3 ) ) を 決定する。 さ ら に、 電流制御器 5 は、 電流検出器 C T U, C T V， C T Wで検出 した実際電流と電流指令 I U, I V， I Wと の偏差が零になる よ う に電流制御を行う。

しか しながら、 すべ り 周波数決定要素 1 0 をハ— ドウ エ アで構成した上記従来のべ ク ト ル制御 シ ス テム によれ ば、 二次電流指令 I 2が零であ る場合でも、 ハ— ド ゥ エ ァの特性上、 僅かなすべ り周波数 ω s が発生する。 従つ て、 すべ り周波数制御に誤差が生 じ る。 ま た、 二次電流 指令 I 2および励磁磁束指令 Φに応 じて二つの分周器に 分周比 Κ 2 Ι 2, 1 ΖΦを設定 した後に基準ク ロ ッ ク 信号 を当該二つの分周器で分周する ので、 両指令 1 2， Φの 発生時点か ら実際にすべ り が発生する ま でに時間を要す る。 従っ て、 すべ り制御上の応答性が低下する。

発 明 の 開 示

本発明の目的 は、 すべ り周波数制御を正確に実行可能 で制御応答性に優れた誘導電動機のすべ り 周波数制御方 法を提供する こ と にあ る。

上述の目的を達成する ため、 本発明の一つの態様によ れば、 . すべ り周波数制御方法は、 速度制御ル ー チ ンにお いて二次電流指令と励磁磁束指令と に基づいてすべ り周 波数を算出する工程 （ a ) と、 前記算出すベ り周波数に 基づいて前記速度制御ル ー チ ン の一周期当 り のすベ り量 を算出する工程 （ b ) と、 前記算出すベ り 量に基づいて 電流制御ル ー チ ン の一周期当 り のすべ り分配デー タ を算 出する工程 （ c ) と、 前記算出すベ り分配デー タ に誘導 電動機の実際速度を表す速度デー タ を加えて励磁磁束周 波数を算出する工程 （ d ) と を備える。

本発明の別の態様によ れば、 すベ ..り周波数制御方法は、 速度制御ル ー チ ンを周期的に実行する工程 （ a ) と、 電 流制御ル ー チ ン を周期的 に実行する工程 （ b ) と を備え、 前記工程 （ a ) は、 二次電流指令と励磁磁束指令と に基 づいてすベ り周波数を算出する工程 （ a 1 ) と、 前記算 出すベ り 周波数 と前回周期の速度制御ル ー チ ン で のすべ り量算出に伴っ て生じた余り と の加算値を速度制御ルー チ ン起動周波数で割る こ と によ り、 今回周期の速度制御 ル -チ ンにおけ るすべ り 量を算出する と共に当該すベり 量算出に伴って生 じた余 り を算出する工程 （ a 2 ) とを 含み、 前記工程 （ b ) は、 前記算出すベ り 量と前回周期 の電流制御ルー チ ンでのす.ベ り分配デー タ算出に伴っ て 生じた余 り と の加算値を前記速度制御ルー チ ンでの電流 制御ルー チ ン起動回数で割る こ と によ り、 今回周期の電 流制御ルーチ ン におけるすべり分配デー タ を算出する と 共に当該すベり 分配デー タ算出に伴って生 じた余り を算 出する.工程 （ b 1 ) と、 前記算出すベり分配デー タ に誘 導電動機の実際速度を表す速度デー タ を加えて励磁磁束 周波数を算出する工程 （ b 2 ) と を含む。

上述のよ う に、 本発明のすべ り周波数制御方法によれ ば、 二次電流指令及び励磁磁束指令に従っ て求めたすべ り周波数に基づいて速度制御ルー チ ンの一周期当 り のす ベり量を算出する と共に当該算出すベり量に基づいて求 めた電流制御ルー チ ンの一周期当 り のすべ り分配データ に応 じて励磁磁束周波数を算出する よ う に したので、 或 は、 算出すベ り 周波数と前回の速度制御ル ー チ ンでの余 り と の加算値を速度制御ルーチ ン起動周波数で割る こ と によ り得た今回の速度制御ルー チ ンでのすべ り量と、 前 回の電流制御ルー チ ンでの余り と の加算値を、 電流制御 ルーチ ン起動回数で割る こ と によ り算出 した今回の電流 制御ル ー チ ンでのすべり 分配デー タ に基づいて励磁磁朿 周波数を算出す る よ う に したので、 すべ り 周波数及び励 磁磁朿周波数を ソ フ ト ウ ェ ア処理によ り決定でき、 分周 器な どのハ ー ド ウ ェ ア要素を用いる必要がない。 こ のた め、 制御 シス テ ム の低コ ス ト 化が図られ、 また、 ハ一 ド ウ ェ ア要素を使用 した場合と異な り、 二次電流指令が零 にな る と、 すべ り 周波数が.直ち に零にな っ て電流位相変 化を防止する。 こ のため、 電動機停止時の制御安定性を 向上で き、 従っ て、 制御ゲイ ンを増大可能である。 さ ら に、 二次電流指令及び励磁磁束指令の発生時点か ら実際 にすべ り が発生する までの時間を短縮でき、 従って、 制 御応答性を向上で き る。

図 面 の 簡 単 な 説 明

第 1 図は本発明の一実施例のすべ り周波数制御方法が 適用さ れる べク ト ル制御用プ ロ セ ッ サが実行する速度制 御ルー チ ンでのすべ り周波数， すべ り量算出処理を示す フ ロ ー チ ヤ一 ト、 第 2 図はプロ セ ッ サが実行する電流制 御ルー チ ンでのすべ り分配デー タ， 励磁磁束周波数算出 処理を示すフ ロ ー チ ヤ — ト、 第 3 図は速度制御ルー チ ン を起動 さ せるた め の第 1 のタ イ マ出力 と電流制御ルー チ ンを起動 させ る ための第 2 のタ イ マ出力 と を示すタ イ ミ ン グチ ャ ー ト、 第 4 図は従来公知の三相誘導電動機用べ ク ト ノレ制御シス テ ムを示すブロ ッ ク 図であ る。

発明を実施するための最良の形態

以下、 第 1 図〜第 3 図を参照 して、 本発明の一実施例 のすベ り 周波数制御方法を説明する。 - 本実施例の制御方法は、 第 4 図に示す従来の ものと略 同一構成のべク ト ル制御 シス テム によ り実行される。 但 し、 ハ ー ドウ ェ ア要素 1 0, 1 1 を用いてすべり周波数 ω s 及び励磁磁束周波数 ω θを算出する第 4 図の もの と 異な り、 両該ノヽ。 ラ メ ー タ w s, ω θをソ フ ト ウ ェ ア処理 で算出する本実施例の シ ステム において、 べク ト ル制御 用プロ セ ッ サは、 第 1， 第 2 の所定周期 T V, T iで夫々 発生する第 1， 第 2 の ソ フ ト ウ ェ ア タ イ マ 出力に応じて 速度制御ルー チ ン及び電流制御ルーチ ンの夫々 を籙り返 して割込み起動 し、 両該制御ルー チ ンにおいて第 1 図及 び第 2·図のすべ り制御パ ラ メ — タ算出処理を夫々実行す る よ う になっている。 好ま し く は、 第 1 のタ イ マ出力を、 第 3 図に示すよ う に、 第 2 のタ イ マ出力の発生周期 T i の n倍の周期 T Vでかつ第 2 のタ ィ マ出力に同期して発 生させ る。

速度制御ルー チ ンに含まれるすべり周波数， すべり量 算出処理 （第 1 図） において、 べク ト ル制御用プロ セ ツ サは、 下記第 （ 1 ) 式に示すよ う に、 二次電流指令 1 2 に比例定数 K 2を乗じて得た値 K 21 2を励磁磁束指令 Φ で除す る こ と に よ り、 すべり周波数 ί s を算出する （ス テ ツ プ 1 0 1 ) 。

i s = K 2 · I 2/ Φ · · · ( 1 ) 次に、 プロ セ ッ サは、 前回周期の速度制御ルー チ ンで のすベ り量算出 （後述） に伴って生 じた余 り α ' を上記 算出すベ り周波数 ί s に加え る （ ス テ ッ プ 1 0 2 ) 。 そ して、 下記第 （ 2 ) 式に従っ て、 加算結果 f S + fl! ， を 速度制御ルー チ ン起動周波数 C Vで割る こ と によ り 今回 周期の速度制御ルーチ ン でのすベ り量 A と余 り a と を求 める （ ス テ ッ プ 1 0 3 ) 。 すなわち、 1 秒当 り のすべ り 量がすべ り周波数に相当する よ う に、 すべ り量 Aを決定 する。 余 り α の初期値は予め 「 0 」 に設定 される。

f s + な ， = A · C V + · · · ( 2 ) そ して、 プロ セ ッ サ は、 算出すベ り量 A および余り な (次回周期での余 り ' ） をプロ セ ッ サ に内蔵の第 1， 第 2 の レ ジ ス タ に夫々格納 し （ ス テ ッ プ 1 0 4 ) 、 今回 周期の.速度制御ルー チ ン を終了する。

—方、 電流制御ルー チ ン に含ま れるすべ り分配デー タ， 励磁磁束周波数算出処理 （第 2 図） において、 プロ セ ッ サ は、 当該電流制御ルー チ ンを含む速度制御ルー チ ン に ついて上述のよ う に算出 したすべ り量 A に前回周期の電 流制御ルー チ ン でのすべ り分配デー タ算出 （後述） に伴 つ て生 じた余 り /8 ， を加え る （ ス テ ッ プ 2 0 1 ) 。 さ ら に、 下記第 （ 3 ) 式に従 っ て、 加算結果 A + yS ' を速度 制御ル 一 チ ンの一周期当 り の電流制御ルー チ ン起動回数 n ( = 1 2 ) で割る こ と に よ り 今回周期の電流制御ル— チ ンで のすべ り 分配デー タ ω s と余 り >8 と を求める （ ス テ ツ プ 2 0 2 〉 。 即ち、 一速度制御周期全体にわた っ て すべ り 量が均等にな る よ う に、 すべ り 分配デー タ co s を 決定す る。 余 り >S の初期値は予め 「 0 」 に設定される。

A + S ' = ω s · n + β · · · ( 3 ) そ し て、 プロ セ ッ サ は、 算出すベ り 分 @eデー タ co s と 余り yS (次回周期での余 り 5 ' ) とを第 3， 第 4 の レ ジ ス タ に夫々格納する （ ス テ ッ プ 2 0 3 ) 。 次に、 プロ セ ッ サは、 第 4 図の要素 7 に対応する速度検出器から供給 される実際速度データ ω r を読取り （ ス テ ッ プ 2 0 4 ) 、 下記第 （ 4 ) 式で示すよ う.に、 当該データ ω Γ をすベり 分配デー タ ω s に加える こ と によ り励磁磁束周波数 ω 0 を求め、 こ の算出値 ω θを第 4 図の要素 3 に対応する三 相変換器に出力する （ス テ ッ プ S 2 0 5 ) 。

ω θ = ω s + ω τ · · · ( 4 ) べク.ト ル制御用プロ セ ッ サは、 第 1 図及び第 2 図の算 出処理の夫々 を上記第 1， 第 2 のタ イ マ出力に応じて繰 り返し実行する。 '

上述のよ う に、 速度制御ルーチ ン実行周期 Τ V毎にソ フ ト ウ エア処理によ り算出 したすべり量 Α に応じて電動 機 6 の各栢電流を制御す る本実施例の方法によれば、 二 次電流指令 I 2の発生か ら実際にすべ りが発生する まで の時間を短縮で き、 従っ て、 制御応答性が向上する。 ま た、 二次電流指令 I 2が零になる と、 算出すベ り量 Aひ いては算出すベ り 周波数 f s も直ち に零にな り、 電動機 停止時での制御安定性が向上する。 また、 周期 T Vよ り も相当に短い電流制御ル ー チ ン実行周斯 T i毎に分配デ 一 夕 ω s 及び励磁磁束周波数 ο) 0を ソ フ ト ウ エア処理に よ り算出する ので、 時間経過に伴う デー タ ω s , ω 0の 変動を防止でき、 これら デー タ の均一化が図 られる。 以下、 速度制御ルーチ ン実行周期 T V及び電流制御ル 一チ ン実行周期 T iを 2 msec及び 1 6 7 /z secに、 換言す れば、 速度制御ル ー チ ン起動周波数 C i及び電流制御ル 一チ ン起動周波数 C Vを 5 0 0 Hz及び 6 KHzに夫々設定 し, すべ り 周波数 f s を 2, 7 5 O Hzに制御す る場合につい て、 各周期の速度制御ル ー チ ンにおけるすべ り量 A及び 余り α の変化パタ一 ン な らびに各周期の電流制御ル ーチ ンにお け るすべ り 分配デー タ ω s 及び余り ；9 の変化バタ ー ン を示す。 上記設定例において、 一速度制御ルー チ ン 実行周期 T Vで の電流制御ル ー チ ン起動回数 η ( = Τ V/ T i ) は 「 1 2 」 であ る。

第

電流制御ル ー チ ン すベ り分配デー タ ω s 余り 第 1 周期 0 ( = 5/12) 5 第 2 周期 0 ( = (5 + 5)ハ 2) 1 0

3 周期 1 ( = (5 + 10)ハ 2) 3 第 4 周期 0 ( = (5 + 3)ハ 2) 8

5 周期 1 ( = (5 + 8)ハ 2) 1 第 6 周期 0 ( = . (5 + 1)ハ 2) 6

7 周期 0 ( =' (5 + 6)ハ 2) 1 1

8 周期 1 ( = (5 + 1D/12) 4 第 9 周期 0 ( = (5+4)/12) 9 第 1 0 周期 1 ( = (5 + 9)ハ 2) 2 第 1 1 周期 0 ( = (5 + 2)ハ 2) 7

2 周期 1 ( = (5+7)/12) 0 第 1 周期の速度制御ルー チ ン

すべ り量 A = 5 ( = 2750/500)

余り α = 2 5 0

第 1 〜第 1 2 周期の電流制御ル ー チ ンで のすべり分配 データ ω s， 余り ）3 は上記第 1 表のよ う に変化する。 第 2 周期の速度制御ルー チ ン

すべ り量 A = 6 ( = ： (2750+ 250)/500)

余り = 0

〜第 1 2 周期の電流制御ル一 チ ンで のすべり分配 デー タ ω s, 余 り jS は下記第 2 表のよ う に変化する。

第 2

電流制御ル ー チ ン すベり分配デー タ ω s 余り ；5 第 1 周期 0 ( = (6+0)ハ 2) 6

2 周期 1 ( = (6+6)ハ 2) 0

3 周期 0 ( = (6+0)/12) 6

4 周期 1 ( = (6+6)ハ 2) 0

5 周期 0 ( = (6+0)/12) 6

6 周期 1 ( = (6+6)ハ 2) 0

7 周期 0 ( = (6+0)/12) 6

8 周期 1 (^: = (6+6)ハ 2) 0

9 周期 0 ( = (6+0)/12) 6

0 周期 1 ( = (6+6)ハ 2) 0

1 周期 0 ( = (6+0)ハ 2) 6

2 周期 1 ( = (6+6)/12) 0 第 3 周期の速度制御ル— チ ン すべ り量 A = 5 ( = (2750 + 0)/500 )

余 り な = 2 5 0

すべ り分配デー タ w s , 余り yS の変ィ匕パタ ー ンは、 第 1 表に示す第 1 周期の速度制御ル ー チ ン の場合と同一で あ α

第 4 周期の速度制御ルー チ ン

すべ り量 A = 6 ( = (2750 + 250 )/500 )

余り α = 0

すべ り 分配デー タ W S， 余 り yS の変化パ タ ー ンは、 第

2 表に示す第 3 周期の速度制御ル ー チ ン の場合と同一で あ 。 .

上述のよ う に、 速度制御ルー チ ン 2 周期 （ = 4 msec) 毎に 1 1 個のパ ル ス が、 従っ て、 速度制御ル ー チ ン 5 0 0 回 （ = 1 秒） あた り 2 , 7 5 0 ( = 11/2 X 500) 個 のパル ス がすべ り 分配デー タ ω s と して時間経過につれ て均等に出力さ れる。 結局、 2 , 7 5 0 Hzのすベ り周波 数 f s が得られる。

Claims

1 請 求 の 範 囲

1. 速度制御ルー チ ン において二次電流指令ど励磁磁束 指令と に基づいてすべり周波数を算出する工程 （ a ) と、 前記算出すベ り周波数に基づいて前記速度制御ル — チ ン の一周期当りのすべり量を算出する工程 （ b ) と、 前記算出すベり量に.基づいて電流制御ルー チ ン の —周期当り のすべり分配データ を算出する工程 （ c ) と、 前記算出すベり分配デー タ に誘導電動機の実際速 度を表す速度データを加えて励磁磁束周波数を算出す る工程 （ d ) とを備える誘導電動機のすべり周波数制 御方.法。

2. 前記工程 （ a ) 〜 （ d ) を、 前記す.ベり周波数制御 方法が適用される制御 シス テム に搭載したベ ク ト ル制 御用プロセ ッ サによ り実行する請求の範囲第 1項記載 の誘導電動機のすべり周波数制御方法。

3. 速度制御ル ー チ ンを周期的に実行する工程 （ a ) と、 電流制御ル ー チ ンを周期的に実行する工程 （ b ) とを 備え、 前記工程 （ a ) は、 二次電流指令と励磁磁束指 令とに基づいてすべり周波数を算出する工程 （ a 1 ) と、 前記算出すベり周波数と前回周期の速度制御ルー チ ン で のすべ り量算出に伴って生じた余り との加算値 を速度制御ル ー チ ン起動周波数で割る こ と に よ り、 今 回周期の速度制御ルーチンにおけるすべ り量を算出す る と共に当該すベり量算出に伴って生じた余りを算出 する工程 （ a 2 ) とを含み、 前記工程 （ b ) は、 前記 算出すベり量と前回周期の電流制御ル ー チ ンでのすべ り分配デー タ算出に伴って生じた余 り と の加算値を前 記速度制御ル ー チ ンで の電流制御ル ーチ ン起動回数で 割る こ と によ り、 今回周期の電流制御ル ー チ ンにおけ るすべり分配データを算出する と共に当該すベり分配 デー タ算出に伴って生 じた余り を算出する工程 （ b 1 ) と、 前記算出すベり分配デー タ に誘導電動機の実際速 度を表す速度データを加えて励磁磁束周波数を算出す る工程 （ D 2 ) とを含む誘導電動機のすべり周波数制 御方法。

4 . 前記工程 （ a ) 及び前記工程 （ b ) を、 前記すベり 周波数制御方法が適用される制御 シ ス テ ム に搭載した べ ク ト ル制御用プロ セ ッ サ によ り実行する請求の範囲 第 3 項記載の誘導電動機のすべり周波数制御方法。

5 . 前記速度制御ル ー チ ン の一実行周期中に前記電流制 御ル ーチ ン を複数回実行する請求の範囲第 3項記載の 誘導電動機のすべり周波数制御方法。