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JPH0632592B2 - Induction motor torque control device - Google Patents
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JPH0632592B2 - Induction motor torque control device - Google Patents

Induction motor torque control device

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Publication number
JPH0632592B2
JPH0632592B2 JP61231394A JP23139486A JPH0632592B2 JP H0632592 B2 JPH0632592 B2 JP H0632592B2 JP 61231394 A JP61231394 A JP 61231394A JP 23139486 A JP23139486 A JP 23139486A JP H0632592 B2 JPH0632592 B2 JP H0632592B2
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torque
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vector
deviation
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一郎 宮下
淳 藤川
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Toyo Electric Manufacturing Ltd
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Toyo Electric Manufacturing Ltd
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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(VVVF)インバータに
よる誘導電動機のトルク制御装置に関するもので、高速
トルク制御において磁束およびトルクのヒステリシスコ
ンパレータの動作点を可変制御し、負荷の条件や運転状
態に応じてヒステリシスを最適化しようとするもので、
電流やトルクのリップルの低減、高調波損失の低減、イ
ンバータのスイッチング周波数の低減、さらに起動、超
低速運転時の滑らかな駆動、低トルク駆動等を可能にす
るものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a torque control device for an induction motor using a variable voltage variable frequency (VVVF) inverter. In high speed torque control, the operating points of a magnetic flux and torque hysteresis comparator are set. Variable control is used to optimize hysteresis according to load conditions and operating conditions.
It enables reduction of ripples of current and torque, reduction of harmonic loss, reduction of inverter switching frequency, start-up, smooth drive at ultra-low speed operation, and low torque drive.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

本発明にかかる誘導電動機のトルク制御方式の基本動作
は、電気学会論文誌Bの106巻1号第9ページの「瞬時
すべり周波数制御に基づく誘導電動機の新高速トルク制
御法」なる論文に記載されている。
The basic operation of the torque control system for an induction motor according to the present invention is described in a paper entitled "New High-Speed Torque Control Method for Induction Motor Based on Instantaneous Slip Frequency Control" on page 9 of Vol. ing.

この論文は、電動機入力電圧を検出し、これを御所回路
内で積分したものを電動機磁束としている。すなわち、
いわゆる磁束演算形の制御方式であり、磁束ベクトルの
長さが与えられた磁束指令に追従し、かつ円軌跡を描く
ようなインバータ出力電圧を運ぶ。
In this paper, the motor magnetic flux is defined as the motor input voltage detected and integrated in the gate circuit. That is,
This is a so-called magnetic flux calculation type control system, which carries an inverter output voltage that follows a magnetic flux command given the length of the magnetic flux vector and draws a circular locus.

また、電動機発生トルクを前記磁束と電動機入力電流の
ベクトル積として演算し、その大きさが与えられたトル
ク指令に追従するようなインバータ出力電圧を運ぶ。制
御は磁束およびトルクの瞬時値が所定の誤差内に保持さ
れるよう行われ、インバータ出力電圧は高速度で時々刻
々更新される。
Further, the motor-generated torque is calculated as a vector product of the magnetic flux and the motor input current, and an inverter output voltage whose magnitude follows the given torque command is carried. The control is performed so that the instantaneous values of the magnetic flux and the torque are kept within a predetermined error, and the inverter output voltage is updated at high speed every moment.

第12図は上記論文に記載された制御方式に、本出願人が
先に特願昭61-99228号(特開昭62-260593号)により提
案したPWMインバータの出力電圧検出方式を採用した
トルク制御系のブロック図であり、直流電圧源1より正
母線1aおよび負母線1bを経て、3相PWMインバータ3
を介して3相誘導電動機6に給電する。制御回路7は指
令および検出された電流,電圧信号を処理し、PWMイ
ンバータ3のスイッチング素子の通電信号を発生する。
FIG. 12 shows a torque obtained by applying the output voltage detection method of the PWM inverter proposed by the applicant to the Japanese Patent Application No. 61-99228 (Japanese Patent Laid-Open No. 62-260593) in the control method described in the above paper. 3 is a block diagram of a control system, in which a three-phase PWM inverter 3 is connected from a DC voltage source 1 through a positive bus 1a and a negative bus 1b.
Power is supplied to the three-phase induction motor 6 via. The control circuit 7 processes the command and the detected current and voltage signals, and generates an energization signal for the switching element of the PWM inverter 3.

PWMインバータ3はトランジスタとダイオードをそれ
ぞれ逆並列接続してなる6個のアームから構成されてい
るが、図のように3個の切換スイッチSu,Sv,Swとして表
すことができる。
Although PWM inverter 3 is composed of a transistor and a diode from a reverse parallel connection with six arms comprising respectively three changeover switch S u as shown in FIG, S v, can be expressed as S w.

PWMインバータ3の各出力端子から電流検出器5u,5v,
5wを経て3相誘導電動機に給電すると共に、直流側正負
母線間に電圧検出器2が接続され、これから検出器と後
述するスイッチ状態変数から各相電流および各相電圧が
検出できるようになっている。
From each output terminal of the PWM inverter 3, the current detector 5 u , 5 v ,
Power is supplied to the three-phase induction motor via 5 w , and the voltage detector 2 is connected between the positive and negative buses on the DC side. From this, each phase current and each phase voltage can be detected from the detector and the switch state variable described later. ing.

3相かご形誘導電動機の1次端子電圧および電流をそれ
ぞれ とし、2次電流を とすると、電圧方程式は ただし、記号 は直軸,横軸すなわちd,q2軸交換された量のベクト
ル表示であり、例えば はd軸成分をv1d,q軸成分をv1qとすると で示され、 も同様に定義される。なお、式左辺のはd,q両軸
成分とも0の場合を表し、かご形回転子の場合2次電圧
はこのようにとなる。
The primary terminal voltage and current of the three-phase squirrel cage induction motor And the secondary current is Then, the voltage equation is However, the symbol Is a vector display of the quantities exchanged on the straight axis, the horizontal axis, that is, the d and q2 axes. Is the d-axis component is v 1 d and the q-axis component is v 1 q Indicated by Is similarly defined. In the left side of the equation, both d and q axis components are 0, and in the case of the squirrel cage rotor, the secondary voltage is as follows.

式における定数は R;1次巻線抵抗 L11;1次インダクタンス R;2次巻線抵抗 L22;2次インダクタンス M;相互インダクタンス mは回転角速度,pは微分演算子,jはベクトル積を
表す。
The constant in the equation is R 1 ; primary winding resistance L 11 ; primary inductance R 2 ; secondary winding resistance L 22 ; secondary inductance M; mutual inductance m is rotational angular velocity, p is differential operator, j is vector Represents the product.

一方、磁束の定義として、1次磁束 式の第1行を展開して 式を代入し、整理すると 両辺を積分すると すなわち、電動機1次磁束は式の積分演算により求め
られる。
On the other hand, as the definition of magnetic flux, the primary magnetic flux Is Expand the first line of the expression Substituting expressions and rearranging If you integrate both sides That is, the primary magnetic flux of the electric motor is obtained by the integral calculation of the equation.

各切換スイッチSu,Sv,Swは、正母線1a側に倒れる場合と
負母線1b側に倒れる場合とがあり、中間位置をとること
はない。前者を状態1,後者を状態0とするとインバー
タの出力状態は下に示すスイッチ状態変数表ですべてを
表すことができる。
The changeover switches S u , S v , and S w may fall to the positive bus line 1a side or to the negative bus line 1b side, and do not take intermediate positions. When the former is the state 1 and the latter is the state 0, the output states of the inverter can all be represented by the switch state variable table shown below.

ここに、kは切換スイッチ状態を示す番号で、この8通
りしか存在しない。また、▲▼,▲▼はd,q
2軸成分で表したスイッチ状態変数で、実際のd,q軸
電圧v1d,v1qは、これに直流電圧源1の電圧Vと を乗じ と表せる。
Here, k is a number indicating the state of the changeover switch, and there are only eight of these. Also, ▲ d ▼, ▲ q ▼ are d, q
With the switch state variables expressed by two axis components, the actual d and q axis voltages v 1d and v 1q are the same as the voltage V of the DC voltage source 1. Multiply by Can be expressed as

先のスイッチ状態変数表を図示したのが第2図であり、
v1の横の括弧内は切換スイッチSu,Sv,Swの状態を示して
おり、kが増加するに従って時計方向に60°ずつステッ
プする電圧ベクトルを表している。
The switch state variable table is shown in FIG.
The parentheses next to v 1 indicate the states of the changeover switches S u , S v , and S w , and represent the voltage vector that steps in 60 ° clockwise steps as k increases.

なお、k=0およびk=7は零ベクトルと呼ばれるもの
で、図では原点に一致する。k=0およびk=7はそれ
ぞれインバータの出力となる第12図の切換スイッチSu,S
v,Swがすべて正母線1a側に倒れるか、または負母線1b側
に倒れるかの違いはあるが、誘導電動機6の線間電圧は
いずれも0となり、3相短絡モードである。また、u,
v,w相の基準軸は後述する式により、それぞれ、k
=1,k=3,k=5の方向に対応する。
Note that k = 0 and k = 7 are called zero vectors and coincide with the origin in the figure. k = 0 and k = 7 are the outputs of the inverter, respectively, and the changeover switches Su , S of FIG.
v, or S w collapses all positive line 1a side, or of differences fall into negative bus 1b side, but which also zero either the line voltage of the induction motor 6 is a three-phase short circuit mode. Also, u,
The reference axes of the v and w phases are respectively k
= 1, k = 3, k = 5.

瞬時トルクTは式の1次磁束 と1次電流 のベクトル積として式により求められる。The instantaneous torque T is the primary magnetic flux of the formula And primary current It is calculated by the formula as the vector product of.

ここで、φ1d,φ1qおよびi1d,i1qはそれぞれ1次磁束 および1次電流 をd,q2軸に分解したときの各成分である。 Where φ 1d , φ 1q and i 1d , i 1q are the primary magnetic flux, respectively. And primary current Is each component when is decomposed into d and q2 axes.

ブロック701および703bは切換スイッチSu,Sv,Swの状態
と電圧検出器2で検出した直流電圧源の電圧Vとから1
次端子電圧 を算出するブロックであり、スイッチ状態変数表と式
とから算出される。
Block 701 and 703b are changeover switch S u, and a S v, the voltage V of the DC voltage source that is detected in the state of S w and the voltage detector 2 1
Next terminal voltage Is a block for calculating a switch state variable table and an equation.

ブロック702は電流検出器5u,5v,5wにより検出された3
相電流iu,iv,iwを、次式によりd,q2軸成分に変換す
るブロックである。
Block 702 is 3 detected by current detectors 5 u , 5 v , 5 w
This is a block that converts the phase currents iu, iv, and iw into d and q biaxial components by the following equation.

この1次電流 に、ブロック703aにおいて1次巻線抵抗R1を乗じ、ブロ
ック704において1次端子電圧v1から1次巻線抵抗R1
1次電流i1の積を減算する。
This primary current Is multiplied by the primary winding resistance R 1 in block 703a, and the product of the primary winding resistance R 1 and the primary current i 1 is subtracted from the primary terminal voltage v 1 in block 704.

ブロック705は式に従って磁束を積分演算するブロッ
クであり、1次磁束 のd,q両軸成分φ1d,φ1qが求められ、ブロック710
にて磁束ベクトル長φ1が次式により求められる。
The block 705 is a block for integrating the magnetic flux according to the formula The d and q biaxial components φ 1d and φ 1q of
At, the magnetic flux vector length φ 1 is calculated by the following equation.

更に、ブロック710では、第3図の磁束状態図に示すよ
うに、1次磁束 ベクトルのd軸を基準とする時計方向の回転角θが、境
界線として30°,90°,150°,210°,270°,330°の
60°毎に仕切られるどの領域に属しているかによって制
御フラグfθを次のように発生する。
Further, in block 710, as shown in the magnetic flux state diagram of FIG. The clockwise rotation angle θ with respect to the d axis of the vector is 30 °, 90 °, 150 °, 210 °, 270 °, 330 ° as the boundary line.
The control flag fθ is generated as follows depending on which region is divided at every 60 °.

−30°≦θ<30°;fθ=I 30°≦θ<90°;fθ=II 90°≦θ<150°;fθ=III 150°≦θ<210°;fθ=IV 210°≦θ<270°;fθ=V 270°≦θ<330°;fθ=VI 第4図はヒステリシスコンパレータの状態制御図で、磁
束ベクトル長φが磁束指令値▲φ* 1▼に対し、誤差限
界Δφを用いて となるように制御するための制御フラグfφを発生す
る。すなわち、磁束ベクトル長φが増加して上限であ
に達すると減磁を指令する制御フラグfφ=0を発生
し、また磁束ベクトル長φが減少して下限である に達すると増磁を指令する制御フラグfφ=1を発生す
る。
−30 ° ≦ θ <30 °; fθ = I 30 ° ≦ θ <90 °; fθ = II 90 ° ≦ θ <150 °; fθ = III 150 ° ≦ θ <210 °; fθ = IV 210 ° ≦ θ < 270 °; fθ = V 270 ° ≦ θ <330 °; fθ = VI FIG. 4 is a state control diagram of the hysteresis comparator. The magnetic flux vector length φ 1 is the error limit Δφ with respect to the magnetic flux command value ▲ φ * 1 ▼. make use of A control flag fφ for controlling so that That is, the magnetic flux vector length φ 1 increases and is the upper limit. Control flag fφ = 0 is generated when the magnetic flux vector reaches φ, and the magnetic flux vector length φ 1 decreases to the lower limit. Control flag fφ = 1 for instructing the magnetization is generated.

かくして、磁束ベクトル長φは第4図に示される矢印
の方向にリミットサイクルを描くようにして制御される
ことになるが、実際には、ブロック706で式により算
出された磁束ベクトル長φがブロック708において磁
束指令値▲φ* 1▼から減算され、ブロック711において
第4図の状態制御図に従い制御フラグfφ=1,0を発
生する。
Thus, the magnetic flux vector length φ 1 is controlled so as to draw a limit cycle in the direction of the arrow shown in FIG. 4, but in reality, the magnetic flux vector length φ 1 calculated by the equation in block 706. Is subtracted from the magnetic flux command value ▲ φ * 1 ▼ in block 708, and the control flag fφ = 1,0 is generated in block 711 according to the state control diagram of FIG.

第4図に示した磁束のリミットサイクルは、第3図に関
していえば、1次磁束 のベクトルの頭部が常に図示された円環部分に存在する
ように制御されていることに対応する。
The limit cycle of the magnetic flux shown in FIG. 4 is the primary magnetic flux as shown in FIG. This corresponds to the fact that the head of the vector is controlled to always exist in the illustrated torus part.

第4図による制御フラグfφと第3図で説明した制御フ
ラグfθとが組み合わされて、例えばfφ=1,fθ=
Iの制御フラグが立っているとすると、領域が−30°≦
θ<30°における増磁モードを意味するから、1次磁束 ベクトルに積分されるべき1次電圧 ベクトルは円の外向き成分を持つたものとなり、第3図
からk=1,2,6のいずれかのみが選ばれる可能性が
ある。
The control flag fφ according to FIG. 4 and the control flag fθ described with reference to FIG. 3 are combined, and, for example, fφ = 1, fθ =
If the I control flag is set, the area is −30 ° ≦
Since it means the magnetization mode at θ <30 °, the primary magnetic flux Primary voltage to be integrated into vector The vector has an outward component of a circle, and it is possible that only k = 1, 2, or 6 is selected from FIG.

ブロック707はブロック702,705の両出力のベクトル積
を式により演算し瞬時トルクTを算出するブロックで
あり、ブロック709においてトルク指令Tから瞬時ト
ルクTを減算し、トルク指令Tと式により求められ
た瞬時トルクTとの差が所定の誤差限界以内に押えられ
るように、ブロック712において第5図の状態制御図に
従って制御フラグfrを発生する。
Block 707 is a block which calculates the calculated instantaneous torque T a vector product between the output of the block 702, 705 by the equation, by subtracting the instantaneous torque T from the torque command T * at block 709, the torque command T * and the formula A control flag fr is generated in accordance with the state control diagram of FIG. 5 in block 712 so that the difference from the obtained instantaneous torque T is suppressed within a predetermined error limit.

第5図は3値ヒステリシスコンパレータの状態制御図
で、電動機力行時はトルク偏差T−Tが上限値ΔT
1(ΔT1>0)に達すると、加速モードの制御フラグfr
=1を発生する。電動機が加速されてトルク偏差が下限
値−ΔT2(ΔT2>0)に達すると、零ベクトルモードの
制御フラグfr=0を発生し、トルクが漸減して再び偏差
が増加し上限値ΔT1に達すると加速モードに移り、第5
図の上半部のヒステリシスループを矢印方向に周回する
リミットサイクルを描く。
FIG. 5 is a state control diagram of the three-value hysteresis comparator. The torque deviation T * -T is the upper limit value ΔT when the motor is running.
When 1 (ΔT 1 > 0) is reached, the acceleration mode control flag fr
= 1 is generated. When the motor is accelerated and the torque deviation reaches the lower limit value −ΔT 2 (ΔT 2 > 0), a zero vector mode control flag fr = 0 is generated, the torque gradually decreases, the deviation increases again, and the upper limit value ΔT 1 When it reaches to
Draw a limit cycle that goes around the hysteresis loop in the upper half of the figure in the direction of the arrow.

これを時間領域にて表すと第6図のトルク波形図に示す
ごとく瞬時トルクTは変動し、トルク指令Tを挾んで
上,下の偏差分ΔT1+ΔT2の帯域内を往復する。
When this is expressed in the time domain, the instantaneous torque T fluctuates as shown in the torque waveform diagram of FIG. 6, and it reciprocates within the band of the upper and lower deviations ΔT 1 + ΔT 2 across the torque command T * .

次に、電動機が回生制動を行っている時は第5図の下半
部のヒステリシスループを描くことになり、トルク偏差
が負の下限値ΔT1(ΔT1>0)に達すると減速モードの
制御フラグfr=−1を発生する。以下、力行時と同様に
矢印の方向のリミットサイクルを繰り返えす。かくして
ブロック712は制御フラグfr=1,0,−1を出力す
る。
Next, when the electric motor is performing regenerative braking, a hysteresis loop in the lower half of FIG. 5 is drawn, and when the torque deviation reaches the negative lower limit value ΔT 1 (ΔT 1 > 0), the deceleration mode The control flag fr = -1 is generated. After that, the limit cycle in the direction of the arrow is repeated as in the case of power running. Thus, block 712 outputs the control flags fr = 1,0, -1.

ブロック713はブロック710,711,712から出力される3
個の制御フラグfθ,fφ,frの各組み合わせに最も適
したインバータ出力電圧を決定するブロックであり、第
3図で説明した1次磁束 のベクトル長と回転方向をこれら3個の制御フラグf
θ,fφ,frが制御する。
Block 713 is output from blocks 710, 711, 712 3
This is a block for determining the most suitable inverter output voltage for each combination of the individual control flags fθ, fφ, fr, and the primary magnetic flux described in FIG. Of the vector length and rotation direction of these three control flags f
θ, fφ, fr are controlled.

例えば前述のごとく制御フラグfφ=1,fθ=Iの場
合には、電圧ベクトルをスイッチ状態変数表のkに従っ
で表すとすると、電圧ベクトルとして選ばれる可能性が
あるのはk=1,2,6のいずれかであるが、このとき
制御フラグfr=1ならば、時計方向に回転する成分を持
つベクトルK=2すなわち出力電圧ベクトル が選ばれる。もしfr=−1のときは fr=0のときはゼロベクトルで、 または が選ばれる。
For example, when the control flags fφ = 1 and fθ = I as described above, the voltage vector is set according to k in the switch state variable table. If k = 1, 2, or 6 may be selected as the voltage vector, then if the control flag fr = 1 at this time, the vector K having a component that rotates in the clockwise direction is used. = 2, that is, the output voltage vector Is selected. If fr = -1 Zero vector when fr = 0, Or Is selected.

次に示すスイッチングテーブルは、3個の制御フラグf
φ,fθ,frのすべての組み合わせについて出力電圧ベ
クトルの番号kの値を示したもので、毎演算サイクル毎
にブロック713においてこのスイッチングテーブルを参
照することにより、インバータ3へスイッチング信号を
送り、磁束およびトルクの瞬時制御が行われる。
The following switching table shows three control flags f
The values of the number k of the output voltage vector are shown for all combinations of φ, fθ, fr. By referring to this switching table in block 713 for each operation cycle, the switching signal is sent to the inverter 3 and the magnetic flux And instantaneous control of torque is performed.

インバータ周波数は第3図の1次磁束 ベクトルの回転速度と考えることができるが、これは外
部から与えられるものではなく、式による電圧ベクト
ルの積算結果として生ずるものである。
The inverter frequency is the primary magnetic flux in Fig. 3. It can be considered as the rotational speed of the vector, but this is not given from the outside but occurs as a result of integrating the voltage vector by the formula.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

従来の誘導電動機のベクトル制御の有した数々の欠点を
解決する新しい空間ベクトル法について詳細に説明した
が、要約すると次のごとくである。
The new space vector method which solves many drawbacks of the conventional vector control of the induction motor has been described in detail, and the summary is as follows.

1次端子電圧 と1次電流 から1次磁束 と瞬時トルクTを演算し、演算された1次磁束 ベクトルはその大きさを磁束指令値▲φ* 1▼と誤差限界
Δφにより磁束ヒステリシスコンパレータにより制御さ
れる。また、瞬時トルクTはトルク指令Tとのトルク
偏差T−Tについて3値トルクヒステリシスコンパレ
ータにより制御される。
Primary terminal voltage And primary current To the primary magnetic flux And the instantaneous torque T are calculated, and the calculated primary magnetic flux The magnitude of the vector is controlled by the magnetic flux hysteresis comparator according to the magnetic flux command value ▲ φ * 1 ▼ and the error limit Δφ. The instantaneous torque T is controlled by the three-value torque hysteresis comparator with respect to the torque deviation T * -T from the torque command T * .

従来はこれらのヒステリシスコンパレータが動作する動
作点の値、即ち、磁束の誤差限界Δφ、トルク偏差の上
限値ΔT1,下限値−ΔT2は、負荷の状態や運転の状態に
無関係に固定の値を設定されていた。
Conventionally, the operating point values at which these hysteresis comparators operate, namely, the magnetic flux error limit Δφ, the upper limit value ΔT 1 of the torque deviation, and the lower limit value −ΔT 2 are fixed values irrespective of the load condition and the operating condition. Was set.

このために、特殊の運転条件の場合には、誘導電動機の
1次端子電圧 1次電流 発生する瞬時トルクTなどが、ヒステリシスの動作点の
前後で急峻に変化し、運転動作に円滑さを欠くきらいが
あった。
Therefore, under special operating conditions, the primary terminal voltage of the induction motor Primary current There is a tendency that the generated instantaneous torque T or the like changes sharply before and after the operating point of hysteresis, and the running operation lacks smoothness.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

誘導電動機の全運転領域でショックの少ない円滑な運動
動作をさせるために、磁束ヒステリシスコンパレータお
よびトルクヒステリシスコンパレータの動作点を負荷お
よび運転の状態に応動して可変制御を行うものである。
In order to perform a smooth motion operation with less shock in the entire operating region of the induction motor, the operating points of the magnetic flux hysteresis comparator and the torque hysteresis comparator are variably controlled in response to the load and operating conditions.

先ず、磁束ヒステリシスコンパレータの動作点を可変と
する場合について述べる。磁束指令値▲φ* 1▼と誤差限
界Δφにより となるように制御される1次磁束 ベクトルは、磁束ベクトル長φが上限を越えると減
磁、下限を下回ると増磁するように2値のヒステリシス
コンパレータで制御される。
First, the case where the operating point of the magnetic flux hysteresis comparator is variable will be described. Based on the magnetic flux command value ▲ φ * 1 ▼ and the error limit Δφ Primary magnetic flux controlled to be The vector is controlled by a binary hysteresis comparator so that when the magnetic flux vector length φ 1 exceeds the upper limit, it demagnetizes, and when it falls below the lower limit, it increases.

起動時や超低速で駆動する時は、トルク変動およびトル
クの立ち上がりを円滑にするために磁束指令値▲φ* 1
を小さくし、誘導電動機内の1次磁束 を弱界磁とすると、発生トルクは小さくなる。このこと
は式からも明らかである。
When starting up or driving at an ultra-low speed, the magnetic flux command value ▲ φ * 1
The primary magnetic flux in the induction motor When is a weak field, the generated torque is small. This is also clear from the equation.

一旦円滑に起動した後に磁束指令値を徐々に増加し、所
定の動作点まで可変させることにより、磁束指令値▲φ
* 1▼を所定の動作点に固定したままの起動動作に比べ
て、誘導電動機の1次端子▲▼,1次電流 瞬時トルクTの変化が滑らかになり安定となる。
After the smooth start-up, the magnetic flux command value is gradually increased and changed to a predetermined operating point, so that the magnetic flux command value ▲ φ
* 1 Compared to the starting operation with the ▼ fixed at the specified operating point, the primary terminals of the induction motor ▲ 1 ▼, primary current The change in the instantaneous torque T becomes smooth and stable.

従って、磁束ヒステリシスコンパレータを全運転領域で
安定動作をさせるために、誘導電動機の回転速度にほぼ
比例させた磁束指令値▲φ* 1▼を与えると共に、誤差限
界Δφはヒステリシスコンパレータの動作間隔に比例す
るので、インバータのスイッチング周波数の限界近くま
で狭く設定すればよい。
Therefore, in order to operate the magnetic flux hysteresis comparator stably in the entire operating range, the magnetic flux command value ▲ φ * 1 ▼ which is almost proportional to the rotation speed of the induction motor is given, and the error limit Δφ is proportional to the operation interval of the hysteresis comparator. Therefore, it may be set to a value close to the limit of the switching frequency of the inverter.

次に、トルクヒステリシスコンパレータの動作点を可変
とする場合について述べる。3値ヒステリシスコンパレ
ータにおいては上限値ΔT1と下限値−ΔT2により運転モ
ードが制御され、制御フラグfrが発生する。ヒステリシ
スの動作点であるΔT1,ΔT2を固定した状態では、軽負
荷時にはヒステリシスコンパレータの動作頻度が低く、
発生トルクのリップルの割合が大きくなる。また、逆に
重負荷時には力行モードの割合が大きくなり正常なヒス
テリシス動作を取らない。
Next, a case where the operating point of the torque hysteresis comparator is made variable will be described. In the three-value hysteresis comparator, the operation mode is controlled by the upper limit value ΔT 1 and the lower limit value −ΔT 2 , and the control flag fr is generated. With the hysteresis operating points ΔT 1 and ΔT 2 fixed, the operation frequency of the hysteresis comparator is low at light load,
The ratio of the generated torque ripple increases. On the contrary, when the load is heavy, the ratio of the power running mode becomes large and the normal hysteresis operation cannot be performed.

そこで、誘導電動機の瞬時トルクTとトルク指令T
のトルク偏差T−Tの上限値ΔT1,下限値−ΔT2をト
ルク指令Tの大きさにほぼ比例して設定すれば、全運
動領域においてトルク指令Tに応じたヒステリシス動
作が可能となる。
Therefore, if the upper limit value ΔT 1 and the lower limit value −ΔT 2 of the torque deviation T * −T between the instantaneous torque T of the induction motor and the torque command T * are set substantially in proportion to the magnitude of the torque command T * , then Hysteresis operation according to the torque command T * becomes possible in the motion region.

ただ、トルクヒステリシス幅ΔT1+ΔT2をあまり狭くす
ると、インバータのスイッチング周波数が高くなるの
で、インバータを構成するスイッチング素子のスイッチ
ング周波数の限界以内となるよう狭く設定すればよい。
However, if the torque hysteresis width ΔT 1 + ΔT 2 is made too narrow, the switching frequency of the inverter becomes high, so it may be set narrow within the switching frequency limit of the switching elements forming the inverter.

〔作用〕[Action]

磁束ヒステリシスコンパレータとトルクヒステリシスコ
ンパレータの作用を具体的に説明する。
The operation of the magnetic flux hysteresis comparator and the torque hysteresis comparator will be specifically described.

磁束ヒステリシスコンパレータの状態図は第4図に示し
た通りであるが、その動作を理解し易くするために横軸
を電動機の1次磁束長φのままとした第7図,第8図
に書き替える。これらの図で磁束指令値▲φ* 1▼は誤差
限界Δφ=φmax−φminの中心から磁束零までの距離で
あり、最大磁束φmaxと最小磁束φminの差である誤差限
界Δφはヒステリシスコンパレータの動作ヒステリシス
幅を示す。
The state diagram of the magnetic flux hysteresis comparator is as shown in Fig. 4, but in order to make it easier to understand its operation, the horizontal axis is left unchanged from the primary magnetic flux length φ 1 of the motor. Rewrite. In these figures, the magnetic flux command value ▲ φ * 1 ▼ is the distance from the center of the error limit Δφ = φmax−φmin to the magnetic flux zero, and the error limit Δφ, which is the difference between the maximum magnetic flux φmax and the minimum magnetic flux φmin, is the operation of the hysteresis comparator. Indicates the hysteresis width.

起動時や超低速時のように速度による逆起電力が少な
く、1次磁束 が小さい場合は第8図に示したごとく、磁束指令値▲φ
* 1▼を小さくすると共に、誤差限界Δφを磁束指令値▲
φ* 1▼の1次函数として小さくする。なお、Δφの関数
形は簡単のため▲φ* 1▼の1次関数としたが、1次以外
の曲線を使用し特性の変化をなめらかにすることが可能
である。
There is little back electromotive force due to speed, such as during startup and ultra-low speed, and the primary magnetic flux If is small, as shown in Fig. 8, the magnetic flux command value ▲ φ
* 1 ▼ is reduced and the error limit Δφ is set to the magnetic flux command value ▲
Reduce it as the primary function of φ * 1 ▼. Note that the function form of Δφ is a linear function of ▲ φ * 1 for simplicity, but it is possible to use a curve other than linear to make the change in characteristics smooth.

起動後速度が段々上昇するにつれて、磁束指令値▲φ* 1
▼および誤差限界Δφを第7図に示したように所定の値
に近付けることにより、磁束のヒステリシスの動作範囲
を有効に使用でき、且つインバータシステムが有するス
イッチング素子のスイッチング特性の能力を一杯まで使
うことができる。
As the speed gradually increases after startup, the magnetic flux command value ▲ φ * 1
By approaching ▼ and the error limit Δφ to a predetermined value as shown in FIG. 7, the operating range of the hysteresis of the magnetic flux can be effectively used, and the switching characteristics of the switching element of the inverter system can be used to the maximum. be able to.

次に、トルクヒステリシスコンパレータの作用を説明す
る。トルクヒステリシスコンパレータの状態図は第5図
に示した通りであるが、その動作を理解し易くするため
に横軸を電動機の瞬時トクリTのままとした第9図,第
10に書き替える。
Next, the operation of the torque hysteresis comparator will be described. The state diagram of the torque hysteresis comparator is as shown in Fig. 5, but in order to make it easier to understand its operation, the horizontal axis is the instantaneous torque T of the electric motor.
Rewrite to 10.

これらの図でトルク指令Tはヒステリシスループの中
心からトルク零点までの距離であり、トルク偏差T
Tの上限値ΔT1と下限値ΔT2をにより3値のヒステリシ
スコンパレータの動作を決定する。第9図に示したよう
にトルク指令Tが大きい時は上限値ΔT1,下限値ΔT2
共に大きく設定し、逆に第10に示したようにトルク指令
が小さい時は上限値ΔT1,下限値ΔT2共に小さくな
るよう、上限値ΔT1,下限値ΔT2共にトルク指令T
1次函数として動作点を変化させる。ΔT1,,ΔT2は簡
単のためTの1次関数としたが、1次以外の曲線を利
用し、特性の変化をなめらかにすることが可能である。
In these figures, the torque command T * is the distance from the center of the hysteresis loop to the torque zero point, and the torque deviation T * -
The operation of the ternary hysteresis comparator is determined by the upper limit value ΔT 1 and the lower limit value ΔT 2 of T. As shown in FIG. 9, when the torque command T * is large, the upper limit value ΔT 1 and the lower limit value ΔT 2
Both set large, the upper limit value [Delta] T 1 when a small torque command T * as shown in 10 in the opposite, the lower limit value [Delta] T 2 so that both smaller, the upper limit value [Delta] T 1, the lower limit value [Delta] T 2 together the torque command T * The operating point is changed as a first-order function of. ΔT 1 and ΔT 2 are linear functions of T * for the sake of simplicity, but it is possible to use curves other than linear to smooth the change in characteristics.

このようにすることにより、トルクヒステリシスの動作
範囲を有効に使用でき、且つインバータスイッチング周
波数特性を能力一杯まで使うことができる。更に、誘導
電動機の発生トルクのリップルを低減することができ、
従来方式に比べて改善による効果は大きい。
By doing so, the operating range of the torque hysteresis can be effectively used, and the inverter switching frequency characteristic can be used to the maximum capacity. Furthermore, it is possible to reduce the ripple of the torque generated by the induction motor,
The effect of the improvement is greater than that of the conventional method.

以上の説明では磁束とトルクのヒステリシスについて別
々に行ったが、本来この電動機駆動方式では同一時に制
御されるので、磁束およびトルクの両者を制御しなが
ら、トルクリップルの低減、電流リップルの低減、高調
波損失の低減、更に、起動,超低速時の滑らかな駆動、
低トルク安定駆動等が可能となる。
In the above explanation, the hysteresis of the magnetic flux and the torque was separately performed, but since this motor drive system is originally controlled at the same time, the torque ripple, the current ripple, and the harmonic are controlled while controlling both the magnetic flux and the torque. Reduction of wave loss, further start, smooth drive at ultra low speed,
A low torque stable drive is possible.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明にかかる誘導電動機のトルク制御装置に
よるトルク制御系のブロック図であり、第12と同一の符
号は同一部分を示し、異なる所はブロック711,712を71
1a,712aに変更し、ブロック710a,710bを追加したこと
である。
FIG. 1 is a block diagram of a torque control system by a torque control device for an induction motor according to the present invention. The same symbols as those in the twelfth denote the same parts, and different parts are blocks 711 and 712.
This means that the blocks are changed to 1a and 712a and blocks 710a and 710b are added.

すなわち、従来のブロック711,712はいずれも許容偏差
が一定のヒステリシスコンパレータであったが、本実施
例におけるブロック711aの磁束ヒステリシスコンパレー
タは、ブロック710bにおいて修正された磁束指令値▲φ
* 1▼をも入力とし、第7図,第8図で説明したごとく、
この修正磁束指令▲φ* 1▼′の1次函数として誤差限界
Δφを増減せしめるよう構成してある。
That is, although the conventional blocks 711 and 712 are both hysteresis comparators having a constant allowable deviation, the magnetic flux hysteresis comparator of the block 711a in this embodiment is the magnetic flux command value ▲ φ corrected in the block 710b.
* 1 ▼ is also input, as explained in Fig. 7 and Fig. 8,
As a first-order function of this modified magnetic flux command ▲ φ * 1 ▼ ′, the error limit Δφ is increased / decreased.

修正磁束指令値▲φ* 1▼′の演算は、ディジタルシステ
ムによる場合1回の演算ループに要する時間が一定であ
るので、ブロック710aにおいて1次磁束▲▼ベクト
ルが1回転するに必要な演算ループ回数をカウント記憶
し、その逆数から演算することにより磁束の周波数fを
概算する。
In the calculation of the corrected magnetic flux command value ▲ φ * 1 ▼ ', the time required for one calculation loop is constant in the case of a digital system, and therefore the calculation required for the primary magnetic flux ▲ 1 ▼ vector to rotate once in block 710a. The frequency f of the magnetic flux is roughly estimated by counting and storing the number of loops and calculating the reciprocal thereof.

ブロック710bには磁束指令値▲φ* 1▼と磁束の周波数が
入力され、第11図の修正磁束指令値−磁束周波数特性図
に示すごとく、所定の磁束周波数f0如何においては磁束
周波数fの減少と共に磁束指令値▲φ* 1▼を所定のパタ
ーンで減少せしめて修正磁束指令値▲φ* 1▼′を出力す
る。
The magnetic flux command value ▲ φ * 1 ▼ and the frequency of the magnetic flux are input to the block 710b. As shown in the modified magnetic flux command value-magnetic flux frequency characteristic diagram of FIG. 11, the magnetic flux frequency f is set at a predetermined magnetic flux frequency f 0 . With the decrease, the magnetic flux command value ▲ φ * 1 ▼ is decreased in a predetermined pattern, and the corrected magnetic flux command value ▲ φ * 1 ▼ 'is output.

また、本実施例におけるブロック712aのトルクヒステリ
シスコンパレータは、トルク指令T−Tについて3値
ヒステリシスコンパレータとして動作することは従来例
と同じであるが、トルク指令Tをも入力とし、第9
図,第10図で説明したごとく、このトルク指令Tの1
次函数として上限値ΔT1および下限値ΔT2を増減せしめ
るように構成してある。
Further, the torque hysteresis comparator of the block 712a in the present embodiment operates as a three-value hysteresis comparator for the torque command T * -T as in the conventional example, but the torque command T * is also input and
Figure, as described in FIG. 10, the torque command T * 1
As the next function, the upper limit value ΔT 1 and the lower limit value ΔT 2 are increased or decreased.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

従来のごとく磁束およびトルクヒステリシスコンパレー
タの動作点が一定の場合には、低速,低トルク時にも高
速,高トルク時と同一の動作点で制御するので、一部の
運転領域でチョッピング周波数の増大やトルクショック
が発生する等の不具合があった。
When the operating point of the magnetic flux and torque hysteresis comparator is constant as in the past, control is performed at the same operating point during high speed and high torque during low speed and low torque. There was a problem such as torque shock.

本発明にかかる誘導電動機のトルク制御装置によれば、
磁束およびトルクのヒステリシスコンパレータの動作点
を、負荷および運転状態に応動して可変とすることによ
り、誘導電動機のトルク制御が滑らかでショックの少な
いものとなる。
According to the torque control device for an induction motor of the present invention,
By making the operating point of the hysteresis comparator of the magnetic flux and torque variable in response to the load and the operating state, the torque control of the induction motor becomes smooth and the shock is small.

特に、起動時や超低速時のショックレス運転,トルクリ
ップルの減少などは、従来の動作点一定の制御に比べて
効果が大きい。更に、減速,停止までの動作についても
同じ効果が期待できる。
In particular, shockless operation at start-up or ultra-low speed, reduction of torque ripple, etc. are more effective than conventional control with a constant operating point. Further, the same effect can be expected for the operations up to deceleration and stop.

また、インバータのチョッピング周波数をヒステリシス
コンパレータの動作点を可変にすることにより制御する
ことができ、無駄チョッピング周波数の増大あるいは減
少を防止できる上に、負荷や運転状態に応じたトルク制
御が円滑にできるので、技術的効果は極めて大である。
In addition, the chopping frequency of the inverter can be controlled by making the operating point of the hysteresis comparator variable, and it is possible to prevent increase or decrease of the wasteful chopping frequency, and also it is possible to smoothly control the torque according to the load and the operating state. Therefore, the technical effect is extremely large.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明にかかる誘導電動機のトルク制御装置に
よるトルク制御系のブロック図、第2図はスイッチ状態
変数によるインバータの出力電圧ベクトル図、第3図は
電動機の1次磁束ベクトルの瞬時制御方法を示す磁束状
態図、第4図は磁束のヒステリシスコンパレータの状態
制御図、第5図はトルクの3値ヒステリシスコンパレー
タの状態制御図、第6図は電動機のトルク波形図であ
り、第7図,第8図は磁束のヒステリシスコンパレータ
の動作説明図、第9図,第10図はトルクのヒステリシス
コンパレータの動作説明図、第11図は修正磁束指令値−
磁束周波数特性図、第12図は従来のトルク制御方式によ
るトルク制御系ブロック図である。 1……直流電圧源、2……電圧検出器、3……PWMイ
ンバータ、5u,5v,5w……電流検出器、6……誘導電動
機、7……制御回路。
FIG. 1 is a block diagram of a torque control system by a torque control device for an induction motor according to the present invention, FIG. 2 is an output voltage vector diagram of an inverter by a switch state variable, and FIG. 3 is an instantaneous control of a primary magnetic flux vector of an electric motor. FIG. 4 is a state control diagram of a magnetic flux hysteresis comparator, FIG. 5 is a state control diagram of a torque three-value hysteresis comparator, and FIG. 6 is a torque waveform diagram of an electric motor. , Fig. 8 is an operation explanatory diagram of the magnetic flux hysteresis comparator, Figs. 9 and 10 are operational explanatory diagrams of the torque hysteresis comparator, and Fig. 11 is a corrected magnetic flux command value-
FIG. 12 is a block diagram of a torque control system based on the conventional torque control method. 1 ... DC voltage source, 2 ... voltage detector, 3 ... PWM inverter, 5u, 5v, 5w ... current detector, 6 ... induction motor, 7 ... control circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】静止座標系における電圧および電流ベクト
ル成分信号から磁束ベクトルおよびトルクの瞬時値を演
算し、該磁束演算値の大きさとその指令値との偏差が所
定の許容範囲を越えると磁束増加もしくは磁束減少を指
令する第1制御フラグを発生する2値ヒステリシス・コ
ンパレータと、前記トルク演算値とその指令値との偏差
が所定の許容範囲を越える場合および所定の許容範囲内
に収まつている場合に応じてトルク増加・減少もしくは
現状保持を指令する第2制御フラグを発生する3値ヒス
テリシス・コンパレータと、磁束ベクトル成分の大きさ
と符号から該磁束ベクトルが現在円周を区分したどの円
弧領域に存在するかを示す第3制御フラグを発生する磁
束位置検出手段とを具えるとともに、これら3個の制御
フラグ値の組み合わせによりトルク応答を最適化する電
圧ベクトルを発生するインバータのスイッチング状態を
指定することにより、誘導電動機の発生トルクを指令値
に追従制御するとともに磁束ベクトルが近似的円軌跡を
描くように制御するものにおいて、磁束指令値が大きい
ときには磁束偏差の上下限を大きく、磁束指令値が小さ
いときには磁束偏差の上下限を小さくするよう前記2値
ヒステリシス・コンパレータの動作点を可変制御すると
ともに、トルク指令が大きいときはトルク偏差の上下限
を大きく、トルク指令小さいときはトルク偏差の上下限
を小さくするよう前記3値ヒステリシス・コンパレータ
の動作点を可変制御することを特徴とする誘導電動機の
トルク制御装置。
1. An instantaneous value of a magnetic flux vector and torque is calculated from voltage and current vector component signals in a stationary coordinate system, and when the deviation between the calculated magnetic flux value and its command value exceeds a predetermined allowable range, the magnetic flux increases. Alternatively, a binary hysteresis comparator that generates a first control flag for instructing a magnetic flux reduction, and a deviation between the calculated torque value and the command value exceed a predetermined allowable range or fall within a predetermined allowable range. Depending on the case, a three-value hysteresis comparator that generates a second control flag for instructing torque increase / decrease or current status maintenance, and which arc area the current circle is divided from based on the magnitude and sign of the magnetic flux vector component And a magnetic flux position detecting means for generating a third control flag indicating whether or not there is present, and a combination of these three control flag values. By designating the switching state of the inverter that generates the voltage vector that optimizes the torque response, the torque generated by the induction motor is controlled to follow the command value and the magnetic flux vector is controlled to draw an approximate circular locus. In the above, the operating point of the binary hysteresis comparator is variably controlled so that the upper and lower limits of the magnetic flux deviation are large when the magnetic flux command value is large, and the upper and lower limits of the magnetic flux deviation are small when the magnetic flux command value is small, and the torque command is large. A torque control device for an induction motor, wherein the operating point of the three-value hysteresis comparator is variably controlled so that the upper and lower limits of the torque deviation are large when the torque command is small and the upper and lower limits of the torque deviation are small when the torque command is small.
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