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JPH06101958B2 - High-speed torque controller for induction motor - Google Patents

High-speed torque controller for induction motor

Info

Publication number
JPH06101958B2
JPH06101958B2 JP62054822A JP5482287A JPH06101958B2 JP H06101958 B2 JPH06101958 B2 JP H06101958B2 JP 62054822 A JP62054822 A JP 62054822A JP 5482287 A JP5482287 A JP 5482287A JP H06101958 B2 JPH06101958 B2 JP H06101958B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
phase
torque
magnetic flux
signal
induction motor
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP62054822A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS63224693A (en
Inventor
勲 高橋
洋一 大森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyo Electric Manufacturing Ltd
Original Assignee
Toyo Electric Manufacturing Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyo Electric Manufacturing Ltd filed Critical Toyo Electric Manufacturing Ltd
Priority to JP62054822A priority Critical patent/JPH06101958B2/en
Publication of JPS63224693A publication Critical patent/JPS63224693A/en
Publication of JPH06101958B2 publication Critical patent/JPH06101958B2/en
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  • Inverter Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高速デジタル制用されるインバータによる誘導
電動機の瞬時磁束,トルク制御に関するもので、システ
ムの大容量化を目的とし、インバータのスイッチング素
子としてスイッチング周波数に制約のあるGTOを採用す
ることを念頭においたものであり、必ずしも大容量を目
的としないが高速なトルク制御を要するACサーボモータ
にも適用できる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial application] The present invention relates to instantaneous magnetic flux and torque control of an induction motor by an inverter used for high-speed digital control, and aims to increase the capacity of the system. It is intended to use GTO with a limited switching frequency, and it can be applied to AC servomotors that do not necessarily aim for large capacity but require high-speed torque control.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

現在誘導電動機について高速トルク制御を必要とする場
合には、ベクトル制御が広く用いられている。しかしな
がら、この制御方法は電動機の内部定数への依存性が高
く、また位置センサを必要とするなど調整が複雑な上
に、電動機内部定数の変化が制御特性に大きく影響を及
ぼす欠点を有している。更に、電流制御を基本とするた
め、瞬時磁束,瞬時トルクが必ずしも最適化されておら
ず、無駄なスイッチングが行われる等の欠点をも有す
る。
At present, vector control is widely used when high-speed torque control is required for induction motors. However, this control method is highly dependent on the internal constants of the motor, and requires complicated position adjustments such as a position sensor, and has the drawback that changes in the internal constants of the motor greatly affect the control characteristics. There is. Further, since the current control is the basis, the instantaneous magnetic flux and the instantaneous torque are not necessarily optimized, and there are disadvantages such as wasteful switching.

この制御に代る新しい制御方法として、本発明者らは先
に新しい磁束演算形の制御方法を開発した。これについ
ては、昭和60年8月発行の電気学会半導体電力変換研究
会資料に掲載されたSPC−85−45「新論理に基づく誘導
機の高速・高効率制御法」(野口,高橋)および昭和61
年1月発行の電気学会論文誌の106巻1号に掲載された6
1−B2「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」(高橋,野口)等に詳述されている
が、以下簡単に説明する。
As a new control method replacing this control, the present inventors have previously developed a new magnetic flux calculation type control method. Regarding this, SPC-85-45 “High-speed and high-efficiency control method for induction machines based on new logic” (Noguchi, Takahashi) published in the Institute of Electrical Engineers of Japan Semiconductor Power Conversion Study Material published in August 1985 and Showa era 61
Vol. 106, No. 1 of the Transactions of the Institute of Electrical Engineers of Japan published in January 6
1-B2 "New high-speed torque control method for induction motors based on instantaneous slip frequency control" (Takahashi, Noguchi), etc., but it will be briefly described below.

第8図は磁束演算形の制御方法の一例のブロック図で、
インバータ部分は簡略化して示してある。すなわち、イ
ンバータ3はトランジスタ等のスイッチング素子とダイ
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。
FIG. 8 is a block diagram of an example of a magnetic flux calculation type control method.
The inverter part is shown in a simplified manner. That is, the inverter 3 is composed of six arms each having a switching element such as a transistor and a diode connected in antiparallel, and as shown in the figure, three changeover switches Su ,
It can be expressed as S v and S w .

3相電圧形のインバータ3には直流電圧源1から正母線
1aおよび負母線1bを介して給電され、制御回路7により
インバータ3の各切換スイッチSu,Sv,Swが正,負母線
1a,1b側に倒されることにより変換された交流電力が、
電流検出器5u,5v,5wを経て3相誘導電動機6の各相端
子u,v,wに給電される。直流電圧源1の電圧は正,負母
線間に挿入された電圧検出器2により検出する。
The three-phase voltage type inverter 3 has a positive bus from the DC voltage source 1.
Is fed via the 1a and negative bus 1b, the selector switches S u of the inverter 3 by the control circuit 7, S v, S w is positive, negative bus
The AC power converted by falling to the 1a, 1b side,
Power is supplied to each phase terminal u, v, w of the three-phase induction motor 6 via the current detectors 5 u , 5 v , 5 w . The voltage of the DC voltage source 1 is detected by a voltage detector 2 inserted between the positive and negative buses.

この制御法では電磁気量を直交するd−q2軸で表される
瞬時ベクトルとして取り扱う。すなわち、1次電圧を 1次電流を 2次電流を 1次磁束を とすると で表される。ここにjはベクトル積を表す。
In this control method, the electromagnetic quantity is treated as an instantaneous vector represented by orthogonal dq2 axes. That is, the primary voltage Primary current Secondary current The primary magnetic flux And It is represented by. Here, j represents a vector product.

3相電圧vu,vv,vwおよび3相1次電流iu,iv,iwから がそれぞれ次式によって算出できる。From the three-phase voltages v u , v v , v w and the three-phase primary currents i u , i v , i w Can be calculated by the following equations.

誘導電動機6の電圧方程式は ここに R1;1次巻線抵抗 L11;1次インダクタンス R2;2次巻線抵抗 L22;3次インダクタンス M;相互インダクタンス であり、は回転角速度,pは微分演算子を表す。 The voltage equation of the induction motor 6 is Where R 1 ; primary winding resistance L 11 ; primary inductance R 2 ; secondary winding resistance L 22 ; tertiary inductance M; mutual inductance, where m is the rotational angular velocity and p is the differential operator.

一方、磁束の定義として、 式の第1行を展開して これに式を代入して整理すると 両辺を積分すると すなわち、 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, Expand the first line of the expression Substituting an expression into this and rearranging If you integrate both sides That is, Is calculated by the integral calculation of the formula.

一方、瞬時トルクTは式の のベクトル積として式により求められる。On the other hand, the instantaneous torque T is It is calculated by the formula as the vector product of.

式の右辺 に比べて一般に非常に小さいので、 の方向に延びて行くものと考えてよい。 Right side of expression Is generally very small compared to You can think of it as extending in the direction of.

はインバータ3の出力電圧である。 Is the output voltage of the inverter 3.

インバータ3を構成する各切換スイッチがそれぞれ正母
線1a側に倒れた場合を1,負母線1b側に倒れた場合を0で
表し、8通りのスイッチ状態におけるインバータ3の各
出力電圧ベクトルを式から算出すると、次の電圧ベク
トル表のごとくである。但し、実際のv1d,v1qの値は表
中の値に と電圧検出器2で検出した直流電圧源1の電圧Eを乗じ
た値である。
The output voltage vectors of the inverter 3 in the eight switch states are expressed by the formulas when the changeover switches constituting the inverter 3 fall to the positive bus line 1a side and 0 when they fall to the negative bus line 1b side, respectively. When calculated, it is as shown in the following voltage vector table. However, the actual values of v 1d and v 1q are the values in the table. And the voltage E of the DC voltage source 1 detected by the voltage detector 2 are multiplied.

スイッチ状態番号をkとしたとき、各スイッチ状態にお
けるインバヒタ3の は、第6図に示した電圧ベトクル図のごとく、d軸と同
一方向の と、それから60°ずつ時計方向に進む と、2種の零ベクトル の8種のものとなる。
When the switch state number is k, the inverter 3 in each switch state Is the same as the d-axis as shown in the voltage vector diagram of FIG. And then proceed 60 degrees clockwise And two zero vectors It will be 8 kinds of.

第8図の制御回路7内に有するブロック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1の電圧Eとから式により1次電圧
▲▼を算出するブロックである。
Blocks 701 and 703b included in the control circuit 7 of FIG.
Is a block which calculates the change-over switch S u, S v, S w of the state and the voltage detector by 2 voltage E Tokara expression of the DC voltage source 1 detected by the primary voltage ▲ ▼ a.

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から、式により を算出するブロックである。
The block 702 is a three-phase current i u , i v , i w detected by the current detectors 5 u , 5 v , 5 w Is a block for calculating.

この 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 から1次巻線抵抗R1の積を減算する。
this Is multiplied by the primary winding resistance R 1 in block 703a and in block 704 From the primary winding resistance R 1 Subtract the product of.

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、 のd,q両軸成分φ1d,φ1qが求められる。
A 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 are obtained.

ブロック710では 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f
θを次のように発生する。
In block 710 Depending on which region the clockwise rotation angle θ with respect to the d-axis of, belongs to the boundaries, which are divided by 60 ° of 30 °, 90 °, 150 °, 210 °, 270 °, 330 °. Control flag f
θ is generated as follows.

−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 ブロック706は を次式により算出するブロックである。−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 block 706 Is a block for calculating by the following equation.

ブロック708において外部から与えられる を減算し、磁束の偏差を算出する。 Externally provided at block 708 Is subtracted to calculate the deviation of the magnetic flux.

ブロック711はヒステリシスコンパレータであり、ブロ
ック708から送られる磁束の偏差が正で所定値を超えた
とき、すなわち磁束を増加せしめる必要のあるとき制御
フラグfφ=+1とし、磁束の偏差が負で所定値を超え
たとき、すなわち磁束を減少せしめる必要のあるとき制
御フラグfφ=−1とする。
A block 711 is a hysteresis comparator. When the deviation of the magnetic flux sent from the block 708 is positive and exceeds a predetermined value, that is, when it is necessary to increase the magnetic flux, the control flag fφ = + 1 is set, and the deviation of the magnetic flux is negative and the predetermined value. Is exceeded, that is, when it is necessary to reduce the magnetic flux, the control flag fφ = −1.

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において外部から与えられるトルク
指令値T*から瞬時トルクTを減算し、トルクの偏差を算
出する。
A block 707 is a block for calculating the instantaneous torque T by calculating the vector product of both outputs of the blocks 702 and 705, and subtracting the instantaneous torque T from the torque command value T * given from the outside in block 709 to obtain the torque deviation. To calculate.

ブロック712は3値ヒステリシスコンパレータであり、
トルクの偏差が所定の誤差範囲内では零ベクトルモード
の制御フラグfτ=0を発生し、トルクの偏差が正で所
定値を超えたとき、すなわち加速トルクを要するとき制
御フラグfτ=+1とし、トルクの偏差が負で所定値を
超えたとき、すなわち減速トルクを要するとき制御フラ
グfτ=−1とする。
Block 712 is a ternary hysteresis comparator,
When the torque deviation is within a predetermined error range, a zero vector mode control flag fτ = 0 is generated, and when the torque deviation is positive and exceeds a predetermined value, that is, when acceleration torque is required, the control flag fτ = + 1 is set, and the torque When the deviation is negative and exceeds a predetermined value, that is, when deceleration torque is required, the control flag fτ = -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,fτ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、次に示
すスイッチングテーブルから制御フラグfθ,fφ,fτに
従って先の電圧ベクトル表に示したスイッチ状態番号k
を知り、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。
A block 713 is a block for determining the most suitable inverter output voltage for each combination of the three control flags fθ, fφ, fτ output from the blocks 710, 711, 712, and according to the control flags fθ, fφ, fτ from the switching table shown below. Switch state number k shown in the previous voltage vector table
Then, a switching signal is sent to the inverter 3 to instantaneously control the magnetic flux and the torque.

以上、詳細に説明したように、このような磁束演算形の
制御方法によれば、誘導電動機の内部定数をほとんど使
用しないで演算しながら、各瞬時 をほぼ一定に保ち、磁束ベクトルのリサージュ図形はほ
ぼ円を画きつつ、高速トルク制御を行うことができる。
As described in detail above, according to such a magnetic flux calculation type control method, each moment is calculated while using almost no internal constant of the induction motor. Is kept almost constant, and the Lissajous figure of the magnetic flux vector draws a circle, and high-speed torque control can be performed.

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

上記のごとく、高速トルク制御方法として極めて高性能
な磁束演算形の制御方法ではあるが、この従来の制御方
法においても、低速,軽負荷の場合には不都合を生じる
ことがあると共に、大きい過渡変動トルクにも対処でき
るようにするためには、特殊の処置を要するなどの欠点
があった。
As described above, the high-speed torque control method is an extremely high-performance magnetic flux calculation type control method. However, even in this conventional control method, inconvenience may occur in the case of low speed and light load, and large transient fluctuations may occur. However, there is a drawback that special treatment is required to deal with the torque.

すなわち、利用可能なインバータ出力電圧ベクトルが零
ベクトルを除いて6個しかなく、制御の自由度が少なく
限られている。
That is, there are only six inverter output voltage vectors available, excluding the zero vector, and the degree of freedom in control is limited.

従って、増磁成分を持ち且つトルク成分が少ない電圧ベ
クトルが常に得られるわけではないので、低速,軽負荷
になると零ベクトルの選択が多くなり、増磁ができなく
なる。このため、低速域においては磁束量が減少して、 のリサージュ図形が6角状に歪み、騒音,振動の原因と
なる。
Therefore, since a voltage vector having a magnetizing component and a small torque component is not always obtained, when the speed is low and the load is low, the zero vector is often selected and the magnetizing cannot be performed. Therefore, the amount of magnetic flux decreases in the low speed range, The Lissajous figure is distorted into a hexagon, which causes noise and vibration.

この従来の制御方法において、高電圧を印加して高加速
度を得るようにしようとすると、一般に直流電圧源1の
電圧は一定であるから、この入力電圧から決まるインバ
ータの最高電圧よりも低い値に誘導電動機の定格電圧を
設定しておく必要があり、また誘導電動機のインダクタ
ンスも低く設置しておかなくてはならない。
In this conventional control method, when an attempt is made to apply a high voltage to obtain a high acceleration, the voltage of the DC voltage source 1 is generally constant, so the value becomes lower than the maximum voltage of the inverter determined by this input voltage. The rated voltage of the induction motor must be set and the inductance of the induction motor must be low.

しかしながら、この場合定常的にはモータ電流の脈動が
増し、トルクの脈動も増加するほか、鉄損,磁気騒音も
共に増加する。
However, in this case, the pulsation of the motor current constantly increases, the pulsation of the torque also increases, and the iron loss and the magnetic noise both increase.

逆に、定常的に電流脈動を低く押え、トルク脈動,鉄
損,磁気騒音を減少させようとすると、誘導電動機の定
格電圧をインバータ入力電圧とほぼ等しい値とし、誘導
電動機のインピーダンスも大きめの値となるよう設計す
る必要がある。
On the contrary, if the current pulsation is constantly kept low to reduce the torque pulsation, iron loss, and magnetic noise, the rated voltage of the induction motor is set to a value almost equal to the inverter input voltage, and the impedance of the induction motor is also set to a large value. Need to be designed so that

この場合には過渡的に大トルクを発生せしめることがで
きない。
In this case, a large torque cannot be transiently generated.

このことから、過渡的には大トルクを発生せしめ得ると
共に、定常的にも低トルク脈動,低損失,低騒音を実現
できる誘導電動機の高速トルク制御方式が求められてい
た。
Therefore, there has been a demand for a high-speed torque control system for an induction motor, which can transiently generate a large torque and can constantly realize low torque pulsation, low loss, and low noise.

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

本発明は、3相誘導電動機のインバータによる制御シス
テムにおいて、両端にそれぞれ端子a1a2,b1b2およびc1
c2を有する互いに電気的に分離した3相対称巻線を具備
する3相誘導電動機を用い、この3相誘導電動機の第1
の端子群a1,b1,c1を第1の3相電圧形インバータに接
続すると共に、第2の端子群a2,b2,c2を零相分電流抑
制用の3相リアクトルを介して第2の3相電圧形インバ
ータに接続し、前記3相誘導電動機の瞬時磁束および瞬
時トルクが所定の誤差範囲内で与えられた指令値に追従
するように第1および第2の電圧形インバータ出力電圧
を選択する電圧制御手段と、該電圧制御手段出力の複数
通電モードの中から零相電流の現在値を減少させるよう
な第1および第2の電圧形インバータの通電モードを選
択する零相電流抑制手段を具えたことを特徴とするもの
である。
The present invention relates to a control system using an inverter of a three-phase induction motor, in which terminals a 1 a 2 , b 1 b 2 and c 1 are provided at both ends, respectively.
A three-phase induction motor having three-phase symmetrical windings electrically isolated from each other having c 2 is used.
Of the terminal groups a 1, b 1, c 1 while connected to the first 3-phase voltage source inverter, a second three-phase reactor terminal group a 2, b 2, c 2 for the zero-phase current suppression To the second three-phase voltage source inverter via the first and second voltage sources so that the instantaneous magnetic flux and the instantaneous torque of the three-phase induction motor follow a command value given within a predetermined error range. Voltage control means for selecting the inverter output voltage, and zero for selecting the conduction mode of the first and second voltage source inverters that reduces the current value of the zero-phase current from the plurality of conduction modes of the voltage control means output. It is characterized in that it is provided with a phase current suppressing means.

前記の零相分電流抑制用の3相リアクトルは、共通鉄心
に巻回された同一方向に磁気結合を有する3相巻線で構
成され、同一方向の電流成分に対してのみリアクトルと
して動作するようにしたものを用いる。
The three-phase reactor for suppressing the zero-phase current is composed of three-phase windings wound around a common iron core and having magnetic coupling in the same direction, and operates as a reactor only for current components in the same direction. Use the one that

〔作用〕[Action]

第1図は本発明にかかる誘導電動機の高速トルク制御装
置における主回路結線図である。3相誘導電動機10は両
端にそれぞれ端子a1a2,b1b2およびc1c2を有する互いに
電気的に分離した3相対称巻線を具備している。
FIG. 1 is a main circuit connection diagram in a high-speed torque control device for an induction motor according to the present invention. The three-phase induction motor 10 comprises electrically isolated three-phase symmetrical windings having terminals a 1 a 2 , b 1 b 2 and c 1 c 2 at both ends.

本発明にかかるシステムの最大の特長は、このように電
気的に絶縁された3相対称1次巻線を具備する誘導電動
機を用いることであり、本図では中性点開放形の星形結
線のごとく画かれているが、3相対称巻線であればどの
ように複雑な巻線であってもよい。
The greatest feature of the system according to the present invention is to use an induction motor having a three-phase symmetrical primary winding electrically insulated in this way. In this figure, a star-shaped connection with an open neutral point is used. However, any complex winding may be used as long as it is a three-phase symmetrical winding.

3相対称巻線の第1の端子群a1,b1,c1を第1の3相電
圧形インバータ11に接続すると共に、第2の端子群a2
b2,c2を零相分電流抑制用の3相リアクトル13を介して
第2の3相電圧形インバータ12に接続する。
The first terminal group a 1 , b 1 , c 1 of the three-phase symmetrical winding is connected to the first three-phase voltage source inverter 11, and the second terminal group a 2 ,
b 2 and c 2 are connected to the second three-phase voltage source inverter 12 via the three-phase reactor 13 for suppressing the zero-phase current.

このようなシステムにあっては、電動機の特性には影響
を及ぼさないが線電流を増大させる零相電流io=ia+ib
+icが存在する。これは誘導電動機の1次側漏れインダ
クタンスによっても抑制されるが、その値は数mHと非常
に小さいので、零相分電流抑制用の3相リアクトル13が
挿入されるのである。
In such a system, the zero-phase current i o = i a + i b that does not affect the characteristics of the motor but increases the line current.
+ I c exists. This is also suppressed by the primary-side leakage inductance of the induction motor, but its value is as small as several mH, so the three-phase reactor 13 for suppressing the zero-phase current is inserted.

第1および第2の3相電圧形インバータ11および12は、
第8図の従来例で説明したと同様に、それぞれ3個の切
換スイッチS1a,S1b,S1cおよびS2a,S2b,S2cで示して
ある。両3相電圧形インバータはいずれも直流電圧源1
から正母線1aおよび負母線1bを介して給電される。
The first and second three-phase voltage source inverters 11 and 12 are
Similar to the description of the conventional example of FIG. 8, three changeover switches S 1a , S 1b , S 1c and S 2a , S 2b , S 2c are shown. Both three-phase voltage source inverters are DC voltage source 1
From the positive bus 1a and the negative bus 1b.

ここで従来例でも説明したように各切換スイッチS1a,S
1b,S1cおよびS2a,S2b,S2cにつきそれぞれ正側母線1a
側に倒れた場合を1,負母線1b側に倒れた場合を0で表
し、両電圧形インバータのスイッチ状態番号をそれぞれ
k1およびk2で示すと、次のスイッチ状態表に示すごと
く、それぞれ8通りのスイッチ状態がある。
Here, as explained in the conventional example, each changeover switch S 1a , S
Positive side busbar 1a for 1b , S 1c and S 2a , S 2b , S 2c respectively
When falling to the side, 1 when falling to the side of the negative bus 1b is represented by 0, and the switch status numbers of the double voltage source inverter are respectively indicated.
In terms of k 1 and k 2, there are 8 different switch states, as shown in the following switch state table.

第1および第2の3相電圧形インバータ11および12にそ
れぞれ8通りのスイッチ状態があるので、これらを組み
合わせるとこのシステムには64通りのスイッチ状態があ
ることが解る。
Since each of the first and second three-phase voltage source inverters 11 and 12 has eight switching states, it can be seen that the combination of these has 64 switching states in this system.

3相誘導電動機10の端子a1a2,b1b2,c1c2を有する各相
巻線にかかる電圧va,vb,vcは、それぞれの巻線に接続
される切換スイッチS1aとS2a,S1bとS2b,S1cとS2cのス
イッチ状態によって変化する。
The voltage v a , v b , v c applied to each phase winding having the terminals a 1 a 2 , b 1 b 2 , c 1 c 2 of the three-phase induction motor 10 is a changeover switch connected to each winding. It changes depending on the switch states of S 1a and S 2a , S 1b and S 2b , and S 1c and S 2c .

例えばa相について考えると、直流電圧源1の電圧をE
としたとき、S1aとS2aが共に正母線1a側または負母線1b
側に倒れている場合はva=0、S1aが正母線1a側に倒れS
2aが負母線1b側に倒れている場合はva=E、S1aが負母
線1b側に倒れてS2aが正母線1a側に倒れている場合はva
=−Eとなる。
For example, considering the phase a, the voltage of the DC voltage source 1 is E
, S 1a and S 2a are both positive bus 1a side or negative bus 1b
If it falls to the side, v a = 0, S 1a falls to the side of the positive bus 1a S
2a is when the fallen to negative bus 1b side v a = E, if S 1a is S 2a lying on negative bus 1b side is lying on positive bus 1a side v a
= -E.

第1および第2の3相電圧形インバータ11および12のス
イッチ状態番号k1およびk2の各組み合わせについて、各
相巻線にかかる電圧va,vb,vcと、そのときのd−q2軸
変換された合成電圧ベクトルは19種類あり、その区別
はVの右下サフィックスによりV0〜V18のごとく示す。
同一の合成電圧ベクトルに対して複数のスイッチ状態
が存在するものであること、また同様に合成電圧ベクト
ルV0〜V6では同一の合成電圧ベクトルでも異なる相電圧
を有することがわかる。
For each combination of the switch state numbers k 1 and k 2 of the first and second three-phase voltage source inverters 11 and 12, the voltage v a , v b , v c applied to each phase winding, and d− at that time There are 19 types of composite voltage vectors that have undergone q2-axis conversion, and the distinction is shown as V 0 to V 18 by the lower right suffix of V.
It can be seen that a plurality of switch states exist for the same combined voltage vector, and similarly, the combined voltage vectors V 0 to V 6 have different phase voltages even if they are the same combined voltage vector.

合成電圧ベクトルは、=Vd+jVqで表され、各相巻
線電圧va,vb,vcから次式によって求めることができ
る。
Resultant voltage vector is = is represented by V d + jV q, can be obtained each phase winding voltage v a, v b, from v c by the following equation.

合成電圧ベクトルの大きさは、第8図で説明した従来
のインバータによる3相誘導電動機の駆動システムにお
ける のものと、 のものおよび1.5倍のものがある。
The magnitude of the composite voltage vector is the same as that of the conventional three-phase induction motor drive system using the inverter described in FIG. Of the And 1.5 times.

V1〜V6は従来の であり、V13〜V18は▲√▼倍、V7〜V12は1.5倍の大き
さである。小さい合成電圧ベクトルV1〜V6は主に定常状
態の制御に用いられ、その他の大きい合成電圧ベクトル
は過渡状態の制御に用いられる。
V 1 to V 6 are conventional , V 13 to V 18 are ▲ √ ▼ times, and V 7 to V 12 are 1.5 times. The small combined voltage vectors V 1 to V 6 are mainly used for steady state control, and the other large combined voltage vectors are used for transient state control.

トルクや磁束の制御は従来システムと同様に合成電圧ベ
クトルの選択によって行うが、零相電流の抑制は合成
電圧ベクトルの相電圧状態を切り換えるか、または合
成電圧ベクトルを変更することによって行う。
The torque and the magnetic flux are controlled by selecting the combined voltage vector as in the conventional system, but the zero-phase current is suppressed by switching the phase voltage state of the combined voltage vector or changing the combined voltage vector.

合成電圧ベクトルの変更を要することがあるのはV13
〜V16が選択された場合であり、これは合成電圧ベクト
ルV13〜V18はv0で表される零相電圧v0=va+vb+vcが零
ではないにも拘らず、相電圧状態が一種類しかないため
である。
It may be necessary to change the composite voltage vector to V 13
A case where ~V 16 is selected, this is despite the synthesis voltage vector V 13 ~V 18 is zero-phase voltage is represented by v 0 v 0 = v a + v b + v c is not zero, the phase This is because there is only one voltage state.

3相誘導電動機10の1次側の特性方程式は式と同様に =R1+P ……………………… で表される。ここでR1は1次巻線抵抗、は1次磁束、
は1次電流ベクトルで =Id+jIq で表され、各相線電流ia,ib,icから で算出できる。
The characteristic equation on the primary side of the three-phase induction motor 10 is expressed as = R 1 + P …………………………. Where R 1 is the primary winding resistance, is the primary magnetic flux,
Is the primary current vector and is expressed as = I d + jI q , and from each phase line current i a , i b , i c Can be calculated by

1次磁束=Φ+jΦも式と同様に =∫(−R1)dt ……………………… で表され、巻線の電圧降下は小さく無視すると、1次磁
束ベクトルの軌跡は合成電圧ベクトルの方向に、
の大きさに比例した速度で移動する。従って、合成電圧
ベクトルを適当に選べば、1次磁束の絶対値||を
一定に保つように制御できる。
Primary magnetic flux = Φ d + jΦ q is also expressed by the formula = ∫ (-R 1 ) dt …………………………, and if the voltage drop of the winding is neglected, the locus of the primary magnetic flux vector Is in the direction of the composite voltage vector,
Moves at a speed proportional to the size of. Therefore, if the combined voltage vector is properly selected, the absolute value || of the primary magnetic flux can be controlled to be kept constant.

第3図は1次磁束ベクトルの軌跡を示す図で、1次磁
束ベクトルを時計方向に回転させた場合の1次磁束ベ
クトルの軌跡と合成電圧ベクトルの関係を表したも
のである。|Φ|を磁束指令値、|ΔΦ|を許容誤差
としたとき、 |Φ|−|ΔΦ|≦||≦|Φ|+|Δφ| が満足されるように合成電圧ベクトルが選択される。
FIG. 3 is a diagram showing the locus of the primary magnetic flux vector, and shows the relationship between the locus of the primary magnetic flux vector and the combined voltage vector when the primary magnetic flux vector is rotated clockwise. When | Φ * | is the magnetic flux command value and | ΔΦ | is the allowable error, the combined voltage vector is selected so that | Φ * |-| ΔΦ | ≦ || ≦ | Φ * | + | Δφ | is satisfied. To be done.

トルクTについても式と同様に T=Φ×Iq−Φ×Id ………………… で演算することができ、1次側の内部定数のみで求める
ことができる。
Similarly to the equation, the torque T can be calculated by T = Φ d × I q −Φ q × I d ………………, and can be obtained only by the internal constant on the primary side.

第4図はすべり角周波数に対するトルクのステップ応答
を示すグラフで、前記の文献「新理論に基づく誘導機の
高速・高効率制御法」に掲載されたものであり、回転子
に対する1次磁束の相対速度であるすべり角周波数
をステップ変化させたときのトルクのステップ応答を
示すものである。
Fig. 4 is a graph showing the step response of torque with respect to the slip angular frequency, which was published in the above-mentioned document "High-speed and high-efficiency control method for induction machines based on the new theory" and shows the primary magnetic flux for the rotor. Slip angular frequency which is relative velocity
It shows the step response of torque when s is stepwise changed.

この図によると、定常トルクは、=2π・15で最大
値となっているが、過渡時においてのトルクの増加率は
ほぼすべり角周波数の大きさに比例していることが
わかる。
According to this figure, the steady-state torque has a maximum value at s = 2π · 15, but it is understood that the rate of increase in torque during the transition is almost proportional to the magnitude of the slip angular frequency s .

このようなトルク特性から、回転子角速度の変化が
トルクTの変化に対して非常に遅いと仮定すると、1次
磁束ベクトルの回転角速度φを変化させることによ
ってトルクを制御できることになる。
From such torque characteristics, assuming that the change in the rotor angular velocity m is very slow with respect to the change in the torque T, the torque can be controlled by changing the rotational angular velocity φ of the primary magnetic flux vector.

このとき、すべり角周波数φが増加すれ
ばトルクTは増加し、が減少すればトルクTも減少
する。このように、1次磁束ベクトルの回転角速度
φを変えることによって、トルクTのリミットサイクル
制御が可能である。
At this time, if the slip angular frequency s = φm increases, the torque T increases, and if s decreases, the torque T also decreases. Thus, the angular velocity of rotation of the primary magnetic flux vector
Limit cycle control of the torque T is possible by changing φ .

次に、トルクと磁束を同時に制御するための合成電圧ベ
トクル選択のための手法について述べる。第5図はあ
る時刻における合成電圧ベクトルと1次磁束ベクト
ルの関係を示す図である。
Next, a method for selecting a combined voltage vector for simultaneously controlling torque and magnetic flux will be described. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the combined voltage vector and the primary magnetic flux vector at a certain time.

式から合成電圧ベクトルは1次磁束よりほぼ90°
だけ進んでいるべきであり、v0,v2,v3,v8,v15を選
択することにより、1次磁束ベクトルを矢印θ方向に
回転させることができる。この中で1次磁束ベクトル
を減少させるものはV3からV15であり、増加させるもの
はV2かV8である。
From the formula, the combined voltage vector is almost 90 ° from the primary magnetic flux.
The primary magnetic flux vector can be rotated in the direction of the arrow θ by selecting v 0 , v 2 , v 3 , v 8 , and v 15 . Among these, the one that decreases the primary magnetic flux vector is V 3 to V 15 , and the one that increases it is V 2 or V 8 .

また、1次磁束ベクトルの回転角速度φはV0の場合
が最小で、V2およびV3で中間となり、V8およびV15で最
大にすることができる。
Further, the rotational angular velocity φ of the primary magnetic flux vector is minimum in V 0 , intermediate in V 2 and V 3 , and maximum in V 8 and V 15 .

従って、1次磁束ベクトルの回転角速度φの平均値
が低速の場合には、トルクTを減少させるときV0、トル
クTを増加させると共に1次磁束を増加させるとき
V2、同じく1次磁束ベクトルを減少させるときV3を選
択する。
Therefore, when the average value of the rotational angular velocity φ of the primary magnetic flux vector is low, when the torque T is decreased, V 0 , when the torque T is increased and the primary magnetic flux is increased,
Select V 2 and also V 3 to reduce the primary magnetic flux vector.

また、1次磁束ベクトルの回転角速度φの平均値が
高速の場合には、1次磁束ベクトルを増加させると共
にトルクTを小さくするときはV2、同じくトルクTを大
きくするときはV8を選択し、1次磁束ベクトルを減少
させると共にトルクTを小さくするときはV3、トルクT
を大きくするときはV15を選択する。
When the average value of the rotational angular velocity φ of the primary magnetic flux vector is high, select V 2 to increase the primary magnetic flux vector and reduce the torque T, and select V 8 to increase the torque T. However, when the primary magnetic flux vector is reduced and the torque T is reduced, V 3 and torque T
Select V 15 to increase.

1次磁束ベクトルの現在位置により選択すべき合成電
圧ベクトルは変化するが、前記の考え方によればよ
い。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によって、属する領域を区分する。第8図の従
来例では6つの領域区分としたが、本発明では選択可能
の合成電圧ベクトルの方向が多くなったので、領域信
号θとしてθ〜θ12の12区分を下記の回転角θの範
囲で発するようにする。
Although the combined voltage vector to be selected changes depending on the current position of the primary magnetic flux vector, the above-mentioned idea may be used. The region to which the primary magnetic flux vector belongs is divided by the rotation angle θ in the clockwise direction with respect to the d axis of the primary magnetic flux vector. In the conventional example shown in FIG. 8, there are six areas, but in the present invention, the directions of the selectable combined voltage vector are increased. Therefore, as the area signal θ n , 12 areas of θ 1 to θ 12 are set as the rotation angles below. It emits in the range of θ.

0°≦θ< 30°;θ=θ 30°≦θ< 60°;θ=θ 60°≦θ< 90°;θ=θ 90°≦θ<120°;θ=θ 120°≦θ<150°;θ=θ 150°≦θ<180°;θ=θ 180°≦θ<210°;θ=θ 210°≦θ<240°;θ=θ 240°≦θ<270°;θ=θ 270°≦θ<300°;θ=θ10 300°≦θ<330°;θ=θ11 330°≦θ<360°;θ=θ12 1次磁束の絶対値||およびトルクTをそれぞれ磁束
指令値|Φ|およびトルク指令値T*とヒステリシスコ
ンパレータにより比較し、磁束増減信号φとして増磁の
とき1,減磁のとき0を出力せしめ、トルク増減信号τ
としてトルク増加のとき1、トルク減少のとき0を出力
せしめると共に、1次磁束ベクトルの回転角速度φ
についてその方向と大小を判定することにより、前記の
領域信号θによって次に示す合成電圧ベクトル選択表
により、望ましい合成電圧ベクトルを選択することが
できる。
0 ° ≦ θ <30 °; θ n = θ 1 30 ° ≦ θ <60 °; θ n = θ 2 60 ° ≦ θ <90 °; θ n = θ 3 90 ° ≦ θ <120 °; θ n = θ 4 120 ° ≦ θ <150 °; θ n = θ 5 150 ° ≦ θ <180 °; θ n = θ 6 180 ° ≦ θ <210 °; θ n = θ 7 210 ° ≦ θ <240 °; θ n = θ 8 240 ° ≤ θ <270 °; θ n = θ 9 270 ° ≤ θ <300 °; θ n = θ 10 300 ° ≤ θ <330 °; θ n = θ 11 330 ° ≤ θ <360 ° Θ n = θ 12 Absolute value of primary magnetic flux || and torque T are compared with magnetic flux command value | Φ * | and torque command value T * by hysteresis comparator, and when magnetic flux increase / decrease signal φ is increased, 1, When demagnetizing, 0 is output and torque increase / decrease signal τ 1
As a result, 1 is output when the torque is increased, 0 is output when the torque is decreased, and the rotational angular velocity φ of the primary magnetic flux vector is output.
By determining the direction and the magnitude of the above, it is possible to select a desired combined voltage vector by the combined voltage vector selection table shown below according to the area signal θ n .

先にも述べたように、このようなシステムにあっては零
相電流i0=ia+ib+icが流れることがあり、これによっ
て損失が増大するので、零相電流i0を抑制する必要があ
る。
As described above, in such a system, the zero-phase current i 0 = i a + i b + i c may flow, which increases the loss. Therefore, the zero-phase current i 0 is suppressed. There is a need.

零相電流i0は零相電圧v0との間に次の関係式が成立す
る。
The following relational expression holds between the zero-phase current i 0 and the zero-phase voltage v 0 .

ここに R0;3相リアクトル13の巻線抵抗 R1;誘導電動機10の1次巻線抵抗 L0;3相リアクトル13の漏れインダクタンス L11;誘導電動機10の1次インダクタンス M0;3相リアクトル13の相互インダクタンス 従って、零相電流i0は零相電圧v0=va+vb+vcによって
制御できる。
Where R 0 ; winding resistance of 3-phase reactor 13 R 1 ; primary winding resistance of induction motor 10 L 0 ; leakage inductance of 3-phase reactor 13 L 11 ; primary inductance of induction motor 10 M 0 ; 3-phase mutual inductance of the reactor 13 Therefore, the zero-phase current i 0 can be controlled by the zero-phase voltage v 0 = v a + v b + v c.

すなわち、前記の合成電圧ベクトル選択表によって選択
した合成電圧ベクトルの中から、零相電流i0と逆方向
の零相電圧成分を生ずる相電圧を有する通電モードのも
のを選択すればよい。
That is, it is only necessary to select, from the combined voltage vectors selected by the above-mentioned combined voltage vector selection table, the one in the conduction mode having the phase voltage that produces the zero phase voltage component in the opposite direction to the zero phase current i 0 .

実際には零相電流i0を検出してこれを所定の最高零相電
流Δiと3値ヒステリシスコンパレータにより比較
し、零相電流制御信号I0として最高零相電流Δi以下
のときは0、正で超えたときには−1、負で超えたとき
には+1を発生せしめ、この零相電流制御信号I0と前記
の領域信号θによって、次に示す零相電流抑制用相電
圧表を用いて最適な通電モードを選択する。
Actually, the zero-phase current i 0 is detected and compared with a predetermined maximum zero-phase current Δi 0 by a three-value hysteresis comparator, and when the maximum zero-phase current Δi 0 or less is set as the zero-phase current control signal I 0 , 0 , -1 is generated when the value exceeds the positive value, and +1 is generated when the value exceeds the negative value, and the zero-phase current control phase voltage table shown below is used by the zero-phase current control signal I 0 and the region signal θ n . Select the optimal energization mode.

合成電圧ベクトルV1〜V6の場合には零相電流制御信号I0
に応じて2つの相電圧状態を切り換える。合成電圧ベク
トルV0およびV7〜V12は零相電圧v0が零なので零相電流i
0は変化しない。合成電圧ベクトルV13〜V18は相電圧状
態が1つしかないので、零相電流制御信号I0が切り換え
を指令したときは、そのときの1次磁束ベクトルの領
域信号θの希,偶に応じて合成電圧ベクトルV7〜V12
に切り換える。
Zero-phase current control signal I 0 for combined voltage vector V 1 to V 6
To switch between the two phase voltage states. Since the zero-phase voltage v 0 of the combined voltage vectors V 0 and V 7 to V 12 is zero, the zero-phase current i
0 does not change. Since the combined voltage vectors V 13 to V 18 have only one phase voltage state, when the zero-phase current control signal I 0 commands switching, the primary or secondary magnetic flux vector area signal θ n at that time is rare or even. Depending on the combined voltage vector V 7 ~ V 12
Switch to.

これで零相電流i0を抑制する相電圧が決まるので、それ
をスイッチング信号に変換しなければならない。3相誘
導電動機の任意の1相巻線に接続される切換スイッチを
S1xおよびS2xとしたとき、そのスイッチ状態は相電圧が
Eおよび−Eのときは(1,0)および(0,1)と一義的に
決まる。しかしながら相電圧が0のときのスイッチ状態
は、(0,0)または(1,1)のいずれでもよいので、この
2個の切換スイッチS1xとS2xのスイッチングを均等化す
るように切り換える。
Since this determines the phase voltage that suppresses the zero-phase current i 0 , it must be converted into a switching signal. A changeover switch connected to any one-phase winding of a three-phase induction motor
When S 1x and S 2x are set, the switch states are uniquely determined as (1,0) and (0,1) when the phase voltages are E and −E. However, since the switch state when the phase voltage is 0 may be either (0,0) or (1,1), these two changeover switches S 1x and S 2x are switched so as to be equalized.

〔実施例〕〔Example〕

第7図は本発明にかかる誘導電動機の高速トルク制御装
置の一実施例のブロック図であり、第1および第2の2
相電圧形インバータ11および12、零相分電流抑制用3相
リアクトル13および3相誘導電動機10は第1図に示した
ものと同一のものであって、簡単化のために単線結線で
示してある。
FIG. 7 is a block diagram of an embodiment of the high-speed torque control device for an induction motor according to the present invention.
The phase voltage source inverters 11 and 12, the zero-phase current suppressing three-phase reactor 13 and the three-phase induction motor 10 are the same as those shown in FIG. 1, and are shown as a single wire connection for simplification. is there.

直流電圧源1から直流電圧Eが第1および第2の3相電
圧形インバータ11および12に給電され、第1の3相電圧
形インバータ11出力は中性点を開放された3相誘導電動
機10の通常側端子である第1の端子群a1,b1,c1に接続
され、第2の3相電圧形インバータ12出力は3相誘導電
動機10の開放された中性点側端子である第2の端子群
a2,b2,c2に3相リアクトル13を介して接続されてい
る。
The DC voltage E is supplied from the DC voltage source 1 to the first and second three-phase voltage source inverters 11 and 12, and the output of the first three-phase voltage source inverter 11 is the three-phase induction motor 10 with the neutral point opened. Connected to the first terminal group a 1 , b 1 , c 1 which are the normal side terminals of the second three-phase voltage source inverter 12 output is the open neutral point side terminal of the three-phase induction motor 10. Second terminal group
It is connected to a 2 , b 2 , and c 2 via a three-phase reactor 13.

各相の巻線電圧検出手段21および線電流検出手段22か
ら、巻線電圧va,vb,vcおよび線電流ia,ib,icがフィ
ードバックされ、それぞれ3相〜2相変換手段23および
24において、d−q2軸成分Vd,VqおよびId,Iqに変換さ
れる。
The winding voltage v a , v b , v c and the line currents i a , i b , i c are fed back from the winding voltage detecting means 21 and the line current detecting means 22 for each phase, and each of them is converted into three-phase to two-phase. Means 23 and
At 24, the d- q biaxial components are converted into V d , V q and I d , I q .

電圧Vd,Vqはそれぞれ1次巻線抵抗模擬手段25および26
により1次電圧降下R1IaおよびR1Iqを減算手段27および
28により差し引かれた後、積分手段29および30により式
で示した1次磁束のd軸成分Φおよびq軸成分Φ
が算出される。
The voltages V d and V q are respectively the primary winding resistance simulating means 25 and 26.
To reduce the primary voltage drops R 1 I a and R 1 I q by subtracting means 27 and
After being subtracted by 28, the d-axis component Φ d and the q-axis component Φ of the primary magnetic flux expressed by the equations by the integrating means 29 and 30.
q is calculated.

1次磁束の両軸成分ΦおよびΦは磁束領域判定手段
31に送られ領域信号θとしてθ〜θ12のいずれかを
発生すると共に、磁束絶対値演算手段32にも送られ、1
次磁束の絶対値||が により算出される。
Both axis components Φ d and Φ q of the primary magnetic flux are the magnetic flux region determination means.
One of θ 1 to θ 12 is generated as the area signal θ n and is also sent to the magnetic flux absolute value calculating means 32.
Absolute value of the next magnetic flux || Is calculated by

外部から与えられる磁束指令値|Φ|から減算手段33
において1次磁束の絶対値||が減算され、磁束の誤
差がヒステリシスコンパレータ34に送られて磁束増減信
号φを発生する。磁束増減信号φは1か0のいずれかで
あり、1のとき増磁を、0のとき減磁を指示するもので
ある。
Subtracting means 33 from externally applied magnetic flux command value | Φ * |
At, the absolute value || of the primary magnetic flux is subtracted, and the error of the magnetic flux is sent to the hysteresis comparator 34 to generate the magnetic flux increase / decrease signal φ. The magnetic flux increase / decrease signal φ is either 1 or 0. When 1 is set, the magnetic flux is increased and when 0 is set, the demagnetization is instructed.

1次磁束の両軸成分ΦおよびΦは、さらにそれぞれ
3相〜2相変換手段24の出力である線電流の両軸成分Iq
およびIdが乗算手段35および36で乗算され、減算手段37
で減算することにより式によるトルクTが算出され
る。
The biaxial components Φ d and Φ q of the primary magnetic flux are further the biaxial components I q of the line current output from the 3-phase to 2-phase conversion means 24, respectively.
And I d are multiplied by multiplying means 35 and 36, and subtracting means 37
The torque T according to the formula is calculated by subtracting with.

外部から与えられるトルク指令値T*から減算手段38にお
いてトルクTが減算されて、算出されたトルクの誤差が
ヒステリシスコンパレータ39およびコンパレータ40,41
へ送られる。
The torque T is subtracted from the torque command value T * given from the outside by the subtracting means 38, and the error of the calculated torque is the hysteresis comparator 39 and the comparators 40 and 41.
Sent to.

ヒステリシスコンパレータ39はトルク指令値の2%程度
を誤差限界ΔT1とし、トルクの誤差がこの誤差限界ΔT1
を正側で超えるとトルク増減信号τとして1を発生し
て増磁を指示し、負側で超えるとトルク増減信号τ
して0を発生して減磁を指示する。
The hysteresis comparator 39 sets the error limit ΔT 1 to about 2% of the torque command value, and the torque error is the error limit ΔT 1
Is exceeded on the positive side, 1 is generated as the torque increase / decrease signal τ 1 to instruct to increase the magnetism, and when it is exceeded on the negative side, 0 is generated as the torque increase / decrease signal τ 1 to instruct demagnetization.

コンパレータ40および41はそれぞれトルク指令値の5%
程度の誤差限界ΔT2およびトルク指令値の10%程度の誤
差限界ΔT3を持ち、いずれも入力が誤差限界を超えると
それぞれトルク差信号τおよびτを1とし、誤差限
界以内では0としてアップダウンカウンタ42へ送る。
Comparators 40 and 41 each have 5% of the torque command value
There is an error limit ΔT 2 of about 10% and an error limit ΔT 3 of about 10% of the torque command value. In both cases, the torque difference signals τ 2 and τ 3 are set to 1 when the input exceeds the error limit, and 0 is set within the error limit. Send to the up / down counter 42.

アップダウンカウンタ42はトルク増減信号τおよびト
ルク差信号τ,τを入力とし、1〜4を誤差信号d
として出力するもので、トルク差信号τが0から1に
なったときトルク増減信号τが1の場合は4を上限と
して1ずつアップカウントと、トルク増減信号τが0
の場合は1を下限として1ずつダウンカウントする。ト
ルク差信号τが0から1になったときトルク増減信号
τが1の場合は内容の如何にかかわらず内容を4と
し、トルク増減信号τが0の場合は内容の如何にかか
わらず内容を1とする。
The up / down counter 42 receives the torque increase / decrease signal τ 1 and the torque difference signals τ 2 and τ 3 as inputs, and outputs 1 to 4 as the error signal d.
When the torque difference signal τ 2 changes from 0 to 1, when the torque increase / decrease signal τ 1 is 1, the count is incremented by 1 with 4 being the upper limit, and the torque increase / decrease signal τ 1 is 0.
In this case, 1 is counted down by 1 with 1 being the lower limit. When the torque difference signal τ 3 changes from 0 to 1, when the torque increase / decrease signal τ 1 is 1, the content is set to 4 and when the torque increase / decrease signal τ 1 is 0, regardless of the content. The content is 1.

このアップダウンカウンタ42の内容が誤差信号dとなる
が、誤差信号dには1〜4の4種があり、これらが前記
合成電圧ベクトル選択表において述べた1次磁束ベク
トルの回転速度φに対応しており φ≫0のときd=1 φ>0のときd=2 φ<0のときd=3 φ≪0のときd=4 に相当する。
The content of the up / down counter 42 becomes an error signal d. There are four types of error signals d 1 to 4, and these correspond to the rotation speed φ of the primary magnetic flux vector described in the above composite voltage vector selection table. When φ >> 0, d = 1 φ> 0, d = 2 φ <0, d = 3 φ << 0, d = 4.

一方、線電流検出手段22からは各相の線電流ia,ib,ic
が合計手段43にも送られ、零相電流i0が演算されて3値
ヒステリシスコンパレータ44へ送られる。
On the other hand, from the line current detecting means 22, the line currents i a , i b , i c of each phase
Is also sent to the summing means 43, and the zero-phase current i 0 is calculated and sent to the ternary hysteresis comparator 44.

3値ヒステリシスコンパレータ44は、動作限界Δi0とし
出力として零相電流抑制信号I0を発生する。零相電流抑
制信号I0は零相電流i0が動作限界Δi0を正側で超えたと
き−1,負側で超えたとき+1、動作限界Δi0以下のとき
0となる。
The ternary hysteresis comparator 44 sets the operation limit Δi 0 and generates the zero-phase current suppression signal I 0 as an output. The zero-phase current suppression signal I 0 is −1 when the zero-phase current i 0 exceeds the operation limit Δi 0 on the positive side, +1 when the zero-phase current i 0 exceeds the operation limit Δi 0, and 0 when it is less than or equal to the operation limit Δi 0 .

記憶手段45には先に説明した合成電圧ベクトル選択表お
よび零相電流抑制用相電圧表を記憶したROMを中心とす
るものであって、トルク増減信号τ、誤差信号d、磁
束増減信号φ、領域信号θおよび零相電流抑制信号I0
を入力とし、合成電圧ベクトル選択表から選択した合成
電圧ベクトルから最適の通電モードを選び出して、第
1および第2のインバータ11,12の各スイッチング素子
のスイッチング信号の形で出力する。
The storage means 45 is mainly composed of a ROM storing the above-mentioned combined voltage vector selection table and zero-phase current suppressing phase voltage table, and includes a torque increase / decrease signal τ 1 , an error signal d, and a magnetic flux increase / decrease signal φ. , Region signal θ n and zero-phase current suppression signal I 0
, The optimum energization mode is selected from the combined voltage vector selected from the combined voltage vector selection table, and is output in the form of the switching signal of each switching element of the first and second inverters 11 and 12.

記憶手段45の出力を受けたスイッチング均等化手段46で
は、前述の通り相電圧が0になる両スイッチング素子の
スイッチ状態が均等化するように動作する。記憶手段45
の出力が変化したときに出力を発生する出力変化検出手
段47の出力をラッチ手段48に送り、ラッチ手段48が保持
するスイッチング均等化手段46の前回出力をスイッチン
グ均等化手段48にもどすことにより、スイッチングの均
等化が行われる。
The switching equalizing means 46, which has received the output of the storage means 45, operates so as to equalize the switch states of both switching elements whose phase voltage becomes 0 as described above. Storage means 45
By sending the output of the output change detection means 47 which generates an output when the output of the change to the latch means 48, by returning the previous output of the switching equalization means 46 held by the latch means 48 to the switching equalization means 48, Switching equalization is performed.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上詳細に説明したように、第1および第2の2個の電
圧形インバータにより発生する19種の合成電圧ベクトル
を使い分け、零相電流を抑制し且つスイッチングを均
等化しながら、過渡的には高速のトルク応答性を持ち、
且つ定常的にはトルクリップルが少なく低騒音の誘導電
動機の駆動システムを構成することができる。
As described in detail above, the 19 kinds of combined voltage vectors generated by the first and second two voltage source inverters are selectively used to suppress the zero-phase current and equalize the switching, while transiently increasing the speed. Has a torque response of
In addition, it is possible to construct a drive system for an induction motor that has a low torque ripple and low noise in a steady state.

本発明にかかる誘導電動機の高速トルク制御装置は、GT
Oのようにあまりスイッチング周波数を高くできないス
イッチング素子を用いて、大容量で且つ高速応答性を有
するシステムを可能ならしめると同時に、高速スイッチ
ング素子を用いれば、従来方式より格段に優れた過渡応
答および定常特性を兼ね具えたサーボシステムとするこ
ともできる。
The high-speed torque control device for an induction motor according to the present invention is GT
Using a switching element such as O that does not increase the switching frequency too much enables a system with a large capacity and a high-speed response, and at the same time, if a high-speed switching element is used, the transient response and the It is also possible to use a servo system that also has steady characteristics.

【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高速トルク制御装
置における主回路結線図、第2図は合成電圧ベクトル
図、第3図は1次磁束ベクトルの軌跡を示す図、第4図
はすべり角周波数に対するトルクのステップ応答を示す
グラフ、第5図は合成電圧ベクトルと1次磁束ベクトル
の関係を示す図、第6図は従来の電圧ベクトル図、第7
図は本発明にかかる誘導電動機の高速トルク制御装置の
一実施例のブロック図、第8図は従来の磁束演算形の制
御方法の一例のブロック図である。 1……直流電圧源、2……電圧検出器、3……インバー
タ、6,10……3相誘導電動機、7……制御回路、11……
第1の3相電圧形インバータ、12……第2の3相電圧形
インバータ、13……3相リアクトル。
FIG. 1 is a main circuit connection diagram in a high-speed torque control device for an induction motor according to the present invention, FIG. 2 is a combined voltage vector diagram, FIG. 3 is a diagram showing a locus of a primary magnetic flux vector, and FIG. 4 is a slip angle. FIG. 5 is a graph showing the step response of torque with respect to frequency, FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the combined voltage vector and the primary magnetic flux vector, FIG. 6 is a conventional voltage vector diagram, and FIG.
FIG. 8 is a block diagram of an embodiment of a high-speed torque control device for an induction motor according to the present invention, and FIG. 8 is a block diagram of an example of a conventional magnetic flux calculation type control method. 1 ... DC voltage source, 2 ... voltage detector, 3 ... inverter, 6,10 ... three-phase induction motor, 7 ... control circuit, 11 ...
First three-phase voltage source inverter, 12 ... second three-phase voltage source inverter, 13 ... three-phase reactor.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】3相誘導電動機のインバータによるトルク
制御システムにおいて、 両端にそれぞれ端子a1a2 b1b2 c1c2を有する互いに電気
的に分離した3相対称巻線を具備する3相誘導電動機の
第1の端子群a1 b1 c1を第1の3相電圧形インバータに
接続すると共に、 第2の端子群a2 b2 c2を零相分電流抑制用の3相リアク
トルを介して第2の3相電圧形インバータに接続し、 前記3相誘導電動機の瞬時磁束および瞬時トルクが所定
の誤差範囲内で与えられた指令値に追従するように該3
相誘導電動機の1次電圧と1次電流から1次磁束ベルト
ルを求める手段と、 前記1次磁束ベクトルが円周を12等分したどの円弧領域
に存在するかを判断して領域信号θを出力する磁束領
域判定手段と、 前記1次磁束ベクトルの絶対値とその指令値との偏差に
応じて増磁または減磁を指示する磁束増減信号φを出力
する手段と、 前記3相誘導電動機の1次電圧と1次電流からトルクT
を求めてその指令との偏差であるトルク誤差を算出する
手段と、 前記トルク誤差が誤差限界を正側で越えるとトルク増を
指示しかつ負側で越えるとトルク減を指示するトルク増
減信号τ1を発生する手段と、 前記トルク誤差に応じてトルク差信号τ2 τ3を発生す
る手段と、 前記トルク増減信号τ1とトルク差信号τ2 τ3の組み
合わせに応じて評価される誤差信号dを出力する手段
と、 各相の線電流を合計して零相電流i0を演算する手段と、 前記零相電流i0が所定の値を正側および負側に越えた場
合または越えない場合で零相電流抑制信号I0を出力する
3値ヒステリシスコンパレータと、 前記トルク増減信号τ1と誤差信号dと磁束増減信号φ
と領域信号θと零相電流抑制信号I0の組み合わせに応
じて予め記憶されているスイッチングテーブルから第1
および第2の3相電圧形インバータのスイッチング信号
を出力する記憶手段とを、 設けて成ることを特徴とする誘導電動機の高速トルク制
御装置。
1. A torque control system using an inverter for a three-phase induction motor, comprising a first group of terminals for a three-phase induction motor having electrically isolated three-phase symmetrical windings having terminals a1a2 b1b2 c1c2 at both ends. Connect a1 b1 c1 to the first three-phase voltage source inverter, and also connect the second terminal group a2 b2 c2 to the second three-phase voltage source inverter via the three-phase reactor for zero-phase current suppression. , So that the instantaneous magnetic flux and the instantaneous torque of the three-phase induction motor follow the given command value within a predetermined error range.
A means for determining the primary magnetic flux beltle from the primary voltage and the primary current of the phase induction motor, and determining in which circular arc area that the primary magnetic flux vector is divided into 12 equal parts, the area signal θ n is calculated. A magnetic flux region determining means for outputting; a means for outputting a magnetic flux increasing / decreasing signal φ for instructing to increase or decrease the magnetization in accordance with a deviation between the absolute value of the primary magnetic flux vector and its command value; Torque T from primary voltage and primary current
And a torque increase / decrease signal .tau.1 for instructing torque increase when the torque error exceeds the error limit on the positive side and for decreasing the torque when the torque error exceeds the error limit on the positive side. Means for generating a torque difference signal τ2τ3 according to the torque error, and means for outputting an error signal d evaluated according to a combination of the torque increase / decrease signal τ1 and the torque difference signal τ2τ3. A means for calculating the zero-phase current i0 by summing the line currents of the respective phases, and a zero-phase current suppression signal I0 when the zero-phase current i0 exceeds or does not exceed a predetermined value on the positive and negative sides. A three-value hysteresis comparator for outputting the torque increase / decrease signal τ1, the error signal d, and the magnetic flux increase / decrease signal φ.
From the switching table stored in advance according to the combination of the region signal θ n and the zero-phase current suppression signal I0.
And a storage means for outputting a switching signal of the second three-phase voltage source inverter, the high-speed torque control device for an induction motor.
【請求項2】前記3相リアクトルは共通鉄心に巻回され
た同一方向に磁気結合を有する3相巻線で構成され、同
一方向電流成分に対してのみリアクトルとして動作する
ものである特許請求の範囲第(1)項記載の誘導電動機
の高速トルク制御装置。
2. The three-phase reactor is composed of three-phase windings wound around a common iron core and having magnetic coupling in the same direction, and operates as a reactor only for current components in the same direction. A high-speed torque control device for an induction motor according to the range (1).
【請求項3】前記記憶手段の出力信号は第1および第2
の3相電圧形インバータにより発生する瞬時電圧ベクト
ル形式として出力される特許請求の範囲第(1)項記載
の誘導電動機の高速トルク制御装置。
3. The output signals of the storage means are first and second.
A high-speed torque control device for an induction motor according to claim (1), which is output as an instantaneous voltage vector format generated by the three-phase voltage source inverter.
【請求項4】前記3値ヒステリシスコンパレータは各相
電流瞬時値のベクトル和で表される零相電流を減少させ
る通電モードを選定する特許請求の範囲第(1)項記載
の誘導電動機の高速トルク制御装置。
4. The high-speed torque of an induction motor according to claim 1, wherein the three-value hysteresis comparator selects a conduction mode for reducing a zero-phase current represented by a vector sum of instantaneous currents of respective phases. Control device.
【請求項5】前記記憶手段の出力したスイッチ状態を記
憶し、次回のスイッチングはなるべく前回と異なるスイ
ッチ状態を選定する特許請求の範囲第(1)項記載の誘
導電動機の高速トルク制御装置。
5. A high-speed torque control device for an induction motor according to claim 1, wherein the switch state output from said storage means is stored and a switch state different from the previous one is selected for next switching.
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