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誘導電動機制御装置

国内特許コード P07A011425
整理番号 /NO33223
掲載日 2007年11月9日
出願番号 特願2002-013367
公開番号 特開2003-219697
登録番号 特許第3798700号
出願日 平成14年1月22日(2002.1.22)
公開日 平成15年7月31日(2003.7.31)
登録日 平成18年4月28日(2006.4.28)
発明者
  • 近藤 圭一郎
  • 松岡 孝一
  • 結城 和明
  • 伊東 正尚
出願人
  • (財)鉄道総合技術研究所
  • (株)東芝
発明の名称 誘導電動機制御装置
従来技術、競合技術の概要 従来から、誘導電動機の制御装置は、誘導電動機の回転速度を検出する速度検出器が備えられ、当該速度検出器により検出された速度に基づいて制御が行なわれている。図11は、この種の従来の速度検出器を備えた誘導電動機制御装置の概略構成例を示すブロック図である。図11において、VVVFインバータ1の交流側には、誘導電動機2が接続されて駆動される。VVVFインバータ1と誘導電動機2との間には、誘導電動機2に流れる電流を検出する電流検出器6が設けられている。一方、VVVFインバータ1は、ベクトル制御部3、およびPWM制御部4により制御される。なお、ベクトル制御に関しては、周知の技術ではあるが、以下に簡単にその概要について説明する。図12は、本例にて用いる各座標系の関係を示す図である。なお、図12は、UVW相静止座標系、ab軸静止座標系、dq軸回転座標系と出力電圧の関係を示している。図12において、静止座標系a軸から回転座標系d軸までの位相角がθdqであり、静止座標系a軸から出力電圧までの位相角がθである。ベクトル制御の目標とする動作点は、d軸と2次磁束が一致する状態である。電流指令値演算部5への入力であるトルク指令TmRefと二次磁束指令φ2Refとに基づいて、d(磁束)軸電流指令IdRefとq(トルク)軸電流指令IqRefとが算出される。
【数1】
ここに、M:相互インダクタンス、L2:2次側自己インダクタンス、p:極対数である。誘導電動機2のU相電流IuとW相電流Iwは、電流検出器6によりそれぞれ検出されて、座標変換部11に入力される。後述するa軸からd軸までの位相角θdqに基づいて、d軸(励磁)電流Idとq軸(トルク)電流Iqとが分離生成される。
【数2】
d軸電流指令IdRefとd軸電流Idとが一致するように、電流制御器8により、d軸電圧指令VdRefが補正される。q軸電流指令IqRefとq軸電流Iqとが一致するように、電流制御器8により、q軸電圧指令VqRefが補正される。(3)式の右辺第2項、第3項は、一次抵抗の電圧降下と誘起電圧を補償するフィードフォワード項であり、電圧フィードフォワード(FF)演算部7で演算される。
【数3】
ここに、L1:1次側自己インダクタンス、σL1:一次漏れインダクタンス(=L1-M・M/L2)、Kp:比例ゲイン、Ki:積分ゲインである。dq軸電圧指令VdRef,VqRefは、座標変換部10において3相電圧指令VuRef,VvRef,VwRefへと変換されて、ベクトル制御部3から出力される。
【数4】
PWM制御部4では、3相電圧指令VuRef,VvRef,VwRefを入力とし、VVVFインバータ1内のスイッチング素子へのゲート指令が生成出力される。このPWM制御は周知の技術であるので、個々ではその詳細な説明については省略する。誘導電動機2には、速度検出器12が備えられ、ロータ回転速度ωrが検出される。すべり周波数基準ωs*は、すべり周波数演算部9において、d軸(励磁)電流指令IdRefとq軸(トルク)電流指令IqRefとに基づいて算出される。
【数5】
ここに、R2:2次抵抗、L2:2次側自己インダクタンスである。VVVFインバータ1の出力周波数であり、電動機一次周波数であるω1は、次式で演算される。
【数6】
一次周波数ω1を積分することで、静止座標系のa軸から回転座標系のd軸までの位相角θdqが算出される。
【数7】
以上は、すべり周波数形ベクトル制御の一例である。一方、これに対して、前記速度検出器12を持たない、速度センサレスベクトル制御装置も提案されてきている。この速度センサレスベクトル制御装置としても種々あるが、一例を挙げると、一次周波数演算機構を持つものがある。図13は、この種の従来の速度検出器を持たない速度センサレスベクトル制御装置の概略構成例を示すブロック図であり、図11と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。すなわち、ベクトル制御部3が、電動機定数に基づいて一次周波数指令を生成する一次周波数演算機構13を内部に有し、トルク指令と二次磁束指令に追従した出力を誘導電動機2から得られるように、VVVFインバータ1を制御するものである。この例では、図13に示すように、一次周波数演算機構13の誘起電圧演算部14にて、式(8)を用いて誘起電圧E2d,E2qが算出され、さらに一次周波数演算機構13の一次周波数演算部15にて、式(9)を用いて誘起電圧E2d,E2qから一次周波数ω1が算出される。ここで、sgn(*)は、*が正の時1、負の時-1をとる符号判別関数である。
【数8】
【数9】
産業上の利用分野 本発明は、速度検出器を用いずに可変電圧可変周波数インバータ(以下、VVVFインバータと称する)により誘導電動機を制御する誘導電動機制御装置に係り、特にトルクの偏差を低減して実トルクを所望のトルクに一致させ得るようにした誘導電動機制御装置に関するものである。
特許請求の範囲 【請求項1】 直流を任意の周波数の交流に変換する可変電圧可変周波数インバータ(VVVFインバータ)と、当該VVVFインバータの交流側に接続されて駆動される誘導電動機とから主回路を構成し、 電動機定数に基づいて一次周波数指令を生成する周波数指令生成手段と、 前記周波数指令生成手段により生成された一次周波数指令に追従した一次周波数を前記誘導電動機に入力するように、前記VVVFインバータを制御する手段とを備えて構成される誘導電動機制御装置において、 前記誘導電動機の所望のトルクと実トルクとが偏差を有することを示すトルク偏差指標を出力するトルク偏差指標演算手段と、 前記トルク偏差指標演算手段から出力されるトルク偏差指標を低減するように、前記誘導電動機定数の一次漏れインダクタンスを補正する電動機定数補正手段を備えて成ることを特徴とする誘導電動機制御装置。
【請求項2】 請求項1に記載の誘導電動機制御装置において、 前記周波数指令生成手段は、 前記誘導電動機の一次漏れインダクタンスを用いて誘起電圧を演算する誘起電圧演算手段と、 当該誘起電圧に基づいて一次周波数指令を演算する手段とから成ることを特徴とする誘導電動機制御装置。
【請求項3】 請求項1又は請求項2に記載の誘導電動機制御装置において、 前記一次周波数が低い領域では、前記一次周波数の補正、あるいは前記誘導電動機定数の補正を行わないように切り替える切替手段を付加して成ることを特徴とする誘導電動機制御装置。
【請求項4】 請求項1又は請求項2に記載の誘導電動機制御装置において、 前記トルク偏差指標演算手段としては、 前記誘導電動機の実トルクを検出するトルク検出手段と、 トルク指令と前記トルク検出手段により検出された実トルクとの偏差を演算する手段と、 を備えたことを特徴とする誘導電動機制御装置。
【請求項5】 請求項1又は請求項2に記載の誘導電動機制御装置において、 前記トルク偏差指標演算手段としては、 前記VVVFインバータの出力基準を演算する電力基準演算手段と、 前記VVVFインバータの出力を演算する電力演算手段と、 前記電力基準演算手段により演算された出力基準と前記電力演算手段により演算された出力との差を演算する手段と、 を備えたことを特徴とする誘導電動機制御装置。
【請求項6】 請求項1又は請求項2に記載の誘導電動機制御装置において、 前記トルク偏差指標演算手段としては、 前記VVVFインバータの出力電圧および出力電圧指令を分離して得られる、前記誘導電動機の二次磁束の方向に一致するd(磁束)軸電圧と当該d軸成分に直交するq(トルク)軸電圧のうち、q軸電圧指令と前記q軸電圧との差を演算する手段を備えたことを特徴とする誘導電動機制御装置。
【請求項7】 請求項1又は請求項2に記載の誘導電動機制御装置において、 前記トルク偏差指標演算手段としては、 前記誘導電動機の入力電流を分離して得られる、前記誘導電動機の主磁束の方向に一致するd(磁束)軸電流と当該d軸成分に直交するq(トルク)軸電流のうち、d軸電流指令と前記d軸電流との差を演算する手段を備えたことを特徴とする誘導電動機制御装置。
産業区分
  • 発電、電動
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 権利存続中
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