JP6021145B2

JP6021145B2 - 誘導機制御装置

Info

Publication number: JP6021145B2
Application number: JP2012183429A
Authority: JP
Inventors: 賢司宮田
Original assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Current assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Priority date: 2012-08-22
Filing date: 2012-08-22
Publication date: 2016-11-09
Anticipated expiration: 2032-08-22
Also published as: JP2014042398A

Description

本発明は、誘導機の起動時に残留磁束がある場合でもスムーズな速度推定が出来るようになる誘導機制御装置に関するものである。

図2は、一従来例を示すブロック図である。1は誘導機、2は電圧検出器、3は電流検出器、4は電力変換器、5は電流制御手段、6は制御指令作成手段、7は速度演算手段、8は予備励磁演算手段、9は初期速度演算手段、10は制御切替手段、11は電圧切替手段、12は制御切替信号発生器である。

電力変換器4は電圧切替手段11から電圧指令V*を入力し、誘導機1に電力を配給する。

電圧検出器2は、誘導機１に入力される入力電圧vを検出する。

電流検出器3は、誘導機1に入力される入力電流iを検出する。

制御切替信号発生器12は、速度指令ω_m*を入力し、制御切替信号CHを出力する。制御切替信号CHは、始動時に1となり、予備励磁演算手段8が予備励磁演算手段8の速度指令ω_m*を演算する所定時間後に2となり、初期速度演算手段12の二次磁束Ψ₂が速度演算の出来る大きさにまで初期速度演算手段12の速度指令ω_m*を実速度に追従した後に0となる。

予備励磁演算手段8は、電圧指令V*と、入力電流ｉを入力し、予備励磁演算手段8の電圧指令V₁と予備励磁演算手段8の演算速度ω₁₁と予備励磁演算手段8の演算二次磁束Ψ₂₁を出力する。制御切替信号CHが1の時、誘導機１の電圧指令V*と入力電流ｉから、誘導機1の入力電流iが所定の直流電流i_dxとなる電圧切替手段11に出力する予備励磁演算手段8の電圧V₁を演算し、予備励磁演算手段8の演算速度ω₁₁を求めるための二次磁束Ψ₂のα成分Ψ_2α、β成分Ψ_2βを式(1)、式(2)で演算する。

ここで、Ｒ₁は誘導機1の一次抵抗、Ｌ_σはL₁−M²/Ｌ₂、Ｌ₁は誘導機1の一次自己インダクタンス、Ｌ₂は誘導機1の二次自己インダクタンス、Ｍは誘導機1の相互インダクタンス、pはd/dt 、i_α、i_βは入力電流iのα、β成分、v_α、v_βは電圧指令V*のα、β成分である。所定時間後の二次磁束Ψ₂のベクトルの回転角θを所定時間で除することで予備励磁演算手段8の演算速度ω₁₁を求める。予備励磁演算手段8の演算二次磁束Ψ₂₁は式(3)で演算する。

ここで、Ｔ₂は誘導機1の二次時定数であり、jは虚数単位である。式(3)の第2項は円軌跡を描く項であり、式(1)と式(2)により所定時間後の第2項のベクトルと予備励磁演算手段8の演算速度ω₁₁が求められると、第1項も求められるため、所定時間後の予備励磁演算手段8の演算二次磁束Ψ₂₁を演算できる。

初期速度演算手段9は、電圧指令V*と、入力電流ｉと予備励磁演算手段8の演算二次磁束Ψ₂₁を入力し、初期速度演算手段9の演算速度ω₁₂を出力する。予備励磁演算後、磁束が速度演算の出来る大きさになるまで演算速度を実速度に追従させるため、制御切替信号CHが2の時、予備励磁演算手段8のω₁₁と予備励磁演算手段8の演算二次磁束Ψ₂₁を初期値として、電圧指令V*と誘導機１の入力電流ｉから式(1)、式(2)を用いて二次磁束Ψ₂を演算し、誘導機１の入力電流ｉと二次磁束Ψ₂から、制御切替手段10に出力する初期速度演算手段9の演算速度ω₁₂を式(4)で演算する。

ここでk_gは速度ゲイン、Ψ_2α、Ψ_2βは二次磁束Ψ₂のα、β成分である。この時、トルク指令を0で制御した時、演算速度と実速度に誤差があると演算トルクが0にならないことを利用し、演算トルクに比例する式(2)の括弧の中の値が0になるように初期速度演算手段9の演算速度ω₁₂を演算する。

速度演算手段7は、電圧指令V*と、入力電流ｉを入力し、速度演算手段7の演算速度ω_mを出力する。初期速度演算後、速度を演算するため、制御切替信号CHが0の時、電圧指令V*と誘導機１の入力電流ｉから式(1)、式(2)を用いて二次磁束Ψ₂を演算し、誘導機１の入力電流ｉと二次磁束Ψ₂から、速度演算手段7の演算速度ω_mを式(5)〜式(7)で演算する。

ここでωは二次磁束速度、ω_sはすべり速度、Ｒ_２は誘導機の二次抵抗である。

制御切替手段10は、制御切替信号CHと予備励磁演算手段8の演算速度ω₁₁と初期速度演算手段9の演算速度ω₁₂と速度演算手段7の演算速度ω_mとトルク指令τ*を入力し、切替トルク指令τ₀*と切替演算速度ω₁を出力する。制御指令作成手段6に出力する切替トルク指令τ₀*と切替演算速度ω₁を、制御切替信号CHが1の時は予備励磁演算手段8の演算速度ω₁₁とトルク指令0に、制御切替信号CHが2の時は初期速度演算手段9の演算速度ω₁₂とトルク指令0に、制御切替信号CHが0の時は速度演算手段7の演算速度ω_mとトルク指令τ*に切り替える。

制御指令作成手段6は、切替トルク指令τ₀*と切替演算速度ω₁と磁束指令φ*を入力し、電流指令I_d*、I_q*と速度指令ω_m*を出力する。切替トルク指令τ₀*と磁束指令φ*から電流制御手段5に出力する電流指令I_d*、I_q*を式(8)、式(9)で演算する。

切替演算速度ω₁と切替トルク指令τ₀*と磁束指令φ*と電流指令I_q*から電流制御手段5と制御切替信号発生器12に出力する速度指令ω_m*を式(10)、式(11)で演算する。

ここでω_s*は滑り速度指令である。

電流制御手段5は、入力電流ｉと電流指令I_d*、I_q*と速度指令ω_m*を入力し、電流制御手段5の電圧指令V₀を出力する。誘導機１の入力電流ｉを基に、誘導機１の入力電流と速度が電流指令I_d*、I_q*、速度指令ω_m*となるような、電圧切替手段11と速度演算手段7と初期速度演算手段9に出力する電流制御手段5の電圧指令V₀を演算する。

電圧切替手段11は、電流制御手段5の電圧指令V₀と予備励磁演算手段8の電圧指令V_１を入力し、電圧指令V*を出力する。電力変換器に出力する電圧指令V*を、制御切替信号CHが1の時は予備励磁演算手段8の電圧指令V₁に、制御切替信号CHが1以外の時は電流制御手段5の電圧指令V₀に切替える。

以上の構造にすることにより、誘導機1の始動時に予備励磁演算、初期速度演算、速度演算の順に演算しスムーズな速度推定が出来るようになる。また速度演算手段７と予備励磁演算手段８と初期速度演算手段9に入力される電圧指令V*の代わりに、電圧検出器2で検出される入力電圧vを用いても同等な速度推定が出来る。

特開平１１−２８５３００号公報

すなわち、請求項１に係る発明によれば、速度指令（ωm*）を入力し制御切替信号（CH）を出力する制御切替信号発生器と、
誘導機の入力電流（i）と電圧指令（V*）を入力し、電圧（V1）と演算速度（ω11）
とを出力する予備励磁演算手段と、
前記入力電流（i）と前記電圧指令（V*）と電圧（V0）とを入力し、演算速度（ω12）を出力する初期速度演算手段と、
前記入力電流（i）と前記電圧指令（V*）と前記電圧（V0）とを入力し、演算速度（ωm）を出力する速度演算手段と、
トルク指令（τ*）と、前記演算速度（ω11）と前記演算速度（ω12）と前記演算速度（ωm）を入力し、切替トルク指令（τ0*）と切替演算速度（ω1）とを出力する制御切替手段と、
磁束指令（φ*）と前記切替トルク指令（τ0*）と前記切替演算速度（ω1）を入力し、電流指令（Ｉd*、Ｉq*）と速度指令（ωm*）とを出力する制御指令作成手段と、
前記入力電流（i）と前記電流指令（Ｉd*、Ｉq*）と前記速度指令（ωm*）を入力し、前記電圧（V0）を出力する前記電流制御手段と、
前記電圧（V0）と前記電圧（V1）を入力し、電力変換器に出力される前記電圧指令（V*）を切替える電圧切替手段を有する誘導機制御装置において、
前記入力電流（i）と前記電圧指令（V*）とを入力し、前記制御切替手段に演算速度（ω13）を出力し、前記初期速度演算手段に演算二次磁束（Ψ23）の二分の一の値を出力する初期速度演算準備手段を追加することを特徴とする。

図4は残留磁束がある場合の制御の例である。101は予備励磁演算手段７で式(1)、式(2)よって演算される二次磁束Ψ₂が描くベクトル軌跡、102は予備励磁演算手段７で演算される初期速度演算手段9の初期磁束となる予備励磁演算手段8の演算二次磁束Ψ₂₁、103は初期速度演算手段9で式(1)、式(2)よって演算される二次磁束Ψ₂が描く二次磁束のベクトル軌跡である。

始動時に残留磁束Ψ₂₀がある場合、式(3)は式(12)となる。

予備励磁演算手段7で速度を推定後、初期速度演算手段9の初期値の予備励磁演算手段8の演算二次磁束Ψ₂₁を演算する時に残留磁束Ψ₂₀がある場合、式(12)により予備励磁演算手段8の演算二次磁束Ψ₂₁が残留磁束Ψ₂₀を含むことで、原点を中心にするベクトル軌跡を描く実際の磁束からずれた値になり、初期速度演算手段9が式(1)、式(2)を用いて演算する二次磁束Ψ₂は103の様に、中心点が原点からずれたベクトル軌跡を描き始める。

その結果、初期速度演算手段9は原点からずれた二次磁束Ψ₂を修正するため、速度推定に時間がかかってしまったり、磁束のずれを修正できない場合、速度推定が出来ず起動が出来なくなってしまう現象が起きる。
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものである。

前述の問題点を解決するために、制御切替信号発生器12の代わりに制御切替信号CHを出力する第2の制御切替信号発生器14と、制御切替手段10に初期速度演算準備手段13の演算速度ω₁₃と初期速度演算手段9に一定時間後の初期速度演算準備手段13の演算二次磁束Ψ₂₃の半分の値を出力する初期速度演算準備手段13を追加する。

すなわち、速度指令（ω_m*）を入力し制御切替信号（CH）を出力する制御切替信号発生器と、前記制御切替信号（CH）で、誘導機の入力電流（i）と電圧指令（V*）を入力し、電圧切替手段に予備励磁演算手段の電圧（V₁）を出力し、制御切替手段に予備励磁演算手段の演算速度（ω₁₁）を出力し、初期速度演算手段に予備励磁演算手段の演算二次磁束（Ψ₂₁）を出力する予備励磁演算手段と、前記制御切替信号で、誘導機の入力電流（i）と電圧指令（V*）と予備励磁演算手段の演算二次磁束（Ψ₂₁）を入力し、前記制御切替手段に初期速度演算手段の演算速度（ω₁₂）を出力する初期速度演算手段と、前記制御切替信号で、誘導機の入力電流（i）と電圧指令（V*）を入力し、前記制御切替手段に速度演算手段の演算速度（ω_m）を出力する速度演算手段と、前記制御切替信号（CH）で、トルク指令（τ*）と、前記予備励磁演算手段の演算速度（ω₁₁）と前記初期速度演算手段の演算速度（ω₁₂）と前記速度演算手段の演算速度（ω_m）を入力し、制御指令作成手段に出力される切替トルク指令（τ₀*）と切替演算速度（ω₁）を切替える制御切替手段と、磁束指令（φ*）と前記制御切替手段から切替トルク指令（τ₀*）と切替演算速度（ω₁）を入力し、電流制御手段に電流指令（Ｉ_d*、Ｉ_q*）と速度指令（ω_m*）を出力し前記制御切替信号発生器に速度指令（ω_m*）を出力する前記制御指令作成手段と、前記誘導機の入力電流（i）と前記制御指令作成手段から電流指令（Ｉ_d*、Ｉ_q*）と速度指令（ω_m*）を入力し、電圧切替手段に電流制御手段の電圧（V₀）を出力する前記電流制御手段と、前記制御切替信号（CH）で電流制御手段の電圧（V₀）と予備励磁演算手段の電圧（V₁）を入力し、電力変換器に出力される電圧指令（V*）を切替える電圧切替手段を有する誘導機制御装置において、前記制御切替信号発生器の代わりに速度指令（ω_m*）を入力し、制御切替信号（CH）を出力する第2の制御切替信号発生器を備え、前記制御切替信号（CH）により、誘導機の入力電流（i）と電圧指令（V*）を入力し、制御切替手段に初期速度演算準備手段の演算速度（ω₁₃）を出力し、初期速度演算手段に初期速度演算準備手段の演算二次磁束（Ψ₂₃）の二分の一の値を出力する初期速度演算準備手段を追加することを特徴とする。

誘導機の起動時に残留磁束がある場合でも、初期速度演算時に二次磁束Ψ₂のベクトル軌跡が原点を中心に回る様に修正し、スムーズな速度推定が出来るようになる。

図1は、本発明の一実施例を示すブロック図である。図2は、一従来例を示すブロック図である。図3は、本発明の一実施例が描く磁束のベクトル図である。図4は、一従来例が描く磁束のベクトル図である。

初期速度演算準備手段13と制御切替信号発生器12の代わりに第2の制御切替信号発生器14を新たに追加し、起動時に残留磁束がある場合でも、初期速度演算時に二次磁束Ψ₂のベクトル軌跡が原点を中心に回る様に修正し、スムーズな速度推定が出来るようになる。

図１は、本発明の一実施例を示すブロック図である。13は初期速度演算準備手段、14は第2の制御切替信号発生器である。

第2の制御切替信号発生器14は、速度指令ω_m*を入力し、制御切替信号CHを出力する。制御切替信号CHは、始動時に1となり、予備励磁演算手段8で速度指令ω_m*を演算する所定時間後に3となり、初期速度演算準備手段13で初期速度演算準備手段13の演算二次磁束Ψ₂₃のベクトル軌跡が半周する一定時間後に2となり、初期速度演算手段12で磁束が速度演算の出来る大きさにまで速度指令ω_m*を実速度に追従した後に0となる。

初期速度演算準備手段13は、電圧指令V*と入力電流ｉを入力し、初期速度演算準備手段13の演算速度ω₁₃と初期速度演算準備手段13の演算二次磁束Ψ₂₃を出力する。初期速度演算時に、二次磁束Ψ₂のベクトル軌跡が原点を中心に回る様に修正するため、制御切替信号CHが3の時、二次磁束の初期値を0とし、速度を予備励磁演算で演算された予備励磁演算手段8の演算速度ω₁₁で固定して、電圧指令V*と誘導機１の入力電流ｉから式(1)、式(2)を用いて初期速度演算準備手段13の演算二次磁束Ψ₂₃を、初期速度演算準備手段13の演算二次磁束Ψ₂₃のベクトル軌跡が半周する一定時間の間演算し、一定時間後に初期速度演算手段９に初期速度として予備励磁演算手段8の演算速度ω₁₁と同じ初期速度演算準備手段13の演算速度ω₁₃と、初期磁束として一定時間後の初期速度演算準備手段13の演算二次磁束Ψ₂₃の半分の値を出力する。

制御切替手段10は、予備励磁演算手段8の演算速度ω₁₁と初期速度演算手段9の演算速度ω₁₂と初期速度演算準備手段13の演算速度ω₁₃と速度推定手段7の演算速度ω_mとトルク指令τ*を入力し、切替トルク指令τ₀*と切替演算速度ω₁を出力する。制御指令作成手段6に出力する切替トルク指令τ₀*と切替演算速度ω₁を、制御切替信号CHが1の時は予備励磁演算手段8の演算速度ω₁₁とトルク指令0に、制御切替信号CHが3の時は初期速度演算準備手段13の演算速度ω₁₃とトルク指令0に、制御切替信号CHが2の時は初期速度演算手段9の演算速度ω₁₂とトルク指令0に、制御切替信号CHが0の時は速度演算手段7の演算速度ω_mとトルク指令τ*に切替える。

図3は初期速度演算準備手段13を追加し残留磁束がある場合の制御の例である。104は式(1)、式(2)よって演算される初期速度演算準備手段13の演算二次磁束Ψ₂₃が描くベクトル軌跡、105は初期速度演算準備手段13で演算される初期速度演算手段9の初期磁束となる一定時間後の初期速度演算準備手段13の演算二次磁束Ψ₂₃の半分の値である。予備励磁演算手段7で速度を推定後、その速度で初期速度演算準備手段13により磁束ベクトルを半周回転した後、磁束を半分にして初期速度演算手段9の初期値にすることで、初期速度演算手段9の二次磁束が描くベクトル軌跡の中心が原点になるような初期速度演算手段9の初期磁束に修正する。

以上の構造にすることにより、誘導機1の起動時に残留磁束がある場合でも、初期速度演算手段9を行う前に初期速度演算準備手段13を行うことで、初期速度演算手段9で演算される二次磁束Ψ₂のベクトル軌跡の中心点を修正し、原点を中心に回転することでスムーズな速度推定が出来るようになる。また速度演算手段７と予備励磁演算手段８と初期速度演算手段9と初期速度演算準備手段13に入力される電圧指令V*の代わりに、電圧検出器2で検出される入力電圧vを用いても同等な速度推定が出来る。

誘導機の始動時に残留磁束がある場合でも、スムーズな速度推定が出来るようになる。

１誘導機
２電圧検出器
３電流検出器
４電力変換器
５電流制御手段
６制御指令作成手段
７速度演算手段
８予備励磁演算手段
９初期速度演算手段
１０制御切替手段
１１電圧切替手段
１２制御切替信号発生器
１３初期速度演算準備手段
１４第２の制御切替信号発生器
１０１予備励磁演算手段7が描く二次磁束のベクトル軌跡、
１０２予備励磁演算手段7の所定時間後の演算二次磁束Ψ₂₁
１０３初期速度演算手段9が描く二次磁束のベクトル軌跡
１０４初期速度演算準備手段13が描く二次磁束のベクトル軌跡
１０５初期速度演算準備手段13の一定時間後の演算二次磁束Ψ₂₃の半分の値

ｖ・・・・入力電圧
ｉ・・・・入力電流
ω₁・・・・切替演算速度
ω₁₁・・・・予備励磁演算手段の演算速度
ω₁₂・・・・初期速度演算手段の演算速度
ω₁₃・・・・初期速度演算準備手段の演算速度
ω_m・・・・速度演算手段の演算速度
Ψ₂₁・・・・予備励磁演算手段の演算二次磁束
Ψ₂₃・・・・初期速度演算準備手段の演算二次磁束
V₀ ・・・・電流制御手段の電圧
V₁・・・・予備励磁演算手段の電圧
V*・・・・電圧指令
φ*・・・・磁束指令
τ*・・・・トルク指令
τ₀*・・・・切替トルク指令
Ｉ_d*・・・・d軸電流指令
Ｉ_q*・・・・q軸電流指令
ω_m*・・・・速度指令
CH・・・・制御切替信号

Claims

速度指令（ωm*）を入力し制御切替信号（CH）を出力する制御切替信号発生器と、
誘導機の入力電流（i）と電圧指令（V*）を入力し、電圧（V1）と演算速度（ω11）
とを出力する予備励磁演算手段と、
前記入力電流（i）と前記電圧指令（V*）と電圧（V0）とを入力し、演算速度（ω12）を出力する初期速度演算手段と、
前記入力電流（i）と前記電圧指令（V*）と前記電圧（V0）とを入力し、演算速度（ωm）を出力する速度演算手段と、
トルク指令（τ*）と、前記演算速度（ω11）と前記演算速度（ω12）と前記演算速度（ωm）を入力し、切替トルク指令（τ0*）と切替演算速度（ω1）とを出力する制御切替手段と、
磁束指令（φ*）と前記切替トルク指令（τ0*）と前記切替演算速度（ω1）を入力し、電流指令（Ｉd*、Ｉq*）と速度指令（ωm*）とを出力する制御指令作成手段と、
前記入力電流（i）と前記電流指令（Ｉd*、Ｉq*）と前記速度指令（ωm*）を入力し、前記電圧（V0）を出力する前記電流制御手段と、
前記電圧（V0）と前記電圧（V1）を入力し、電力変換器に出力される前記電圧指令（V*）を切替える電圧切替手段を有する誘導機制御装置において、
前記入力電流（i）と前記電圧指令（V*）とを入力し、前記制御切替手段に演算速度（ω13）を出力し、前記初期速度演算手段に演算二次磁束（Ψ23）の二分の一の値を出力する初期速度演算準備手段を追加することを特徴とする誘導機制御装置。