JPS60256073A - 回転磁界機の磁束ベクトル決定方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、回転磁界機の磁束ベクトルを決定するための
方法であって、 ａ）電流および電圧から回転機の起電力ベクトルが形成
される過程と、 ｂ）起電力ベクトルが磁束ベクトルから導き出された帰
還信号により修正される過程と、Ｃ）修正された起電力
ベクトルの積分により磁束ベクトルが形成される過程と を含んでいる方法に関する。さらに、本発明は、この方
法を実施するための装置およびその応用に関する。

（従来の技術〕 このような方法はドイツ連邦共和国特許出願公開第３０
２６２０２号明細書による装置において、周波数変換装
置により給電される回転磁界機の磁界オリエンテーショ
ンによる運転に用いられている。磁界オリエンテーショ
ンでは磁束ベクトルの状態が検出され、また回転機に給
電する変換装置が磁束ベクトルの状態に関係して、磁束
に対して平行な固定子電流成分と磁束に対して垂直な固
定子電流成分とが独立に影響可能であるように制御され
る。磁束に対して平行な固定子電流成分（磁化電流）の
制御を介して磁束の絶対値に対する１つの所与の値が設
定され、他方磁束に対して垂直な電流成分（有効電流）
はトルクに比例し、直接に回転数またはトクの減結合制
御のために使用され得る。

しかし、この磁界オリエンテーションのためには磁束状
態を知る必要がある。その際、磁束をホール素子により
直接に測定せずに、計算モデル回路により電気的量から
計算するのが有利である。

そのための最も簡単な方法は、１つの起電力検出器によ
り電動機の入力電圧から固定子における抵抗性電圧降下
および誘導性漏洩電圧を差し引いて誘導起電力を決定す
るいわゆる”電圧モデル゛を使用する方法である。この
場合、磁束は起電力の積分により得られる。

回転機電流、回転機電圧、起電力および磁束を記述する
ために、それぞれ２つの決定量、たとえば静止（すなわ
ち固定子基準または“空間固定”）座標系または回転子
細と共に回転するじ回転子基準”）座標系または磁界軸
と共に回転する（“磁界基準”）座標系における直交座
標成分または極座標成分、により与えられている平面ベ
クトルが使用され得る。前記の“電圧モデル”に対して
は固定子基準の直交座標系での考察が最も簡単である。

なぜならば、たとえば三相回転機において互いに１２０
°位相のずれた３つの相の電圧および電流から１つの“
３／２”座ｉ変換器により相応の固定子電流ベクトル上
および固定子電圧ベクトル土の空間固定直交成分（添字
Ｓ１およびＳ２を付されている）を形成するだけでよい
からである。その際に起電力のベクトル土は固定子抵抗
、ｊおよび漏洩インダクタンスｌｒを考慮に入れて工＝
且−ｒゝ　・±−１′　・立上／ｄｔに従って成分ごと
の加算により計算される。磁束ベクトルヱの固定子基準
の直交成分は起電力ベクトルの相応の成分の積分により
得られる。

この積分のために必要な開いた積分器はドリフトを生ず
る傾向があり、たとえば積分器の帰還導線内に位置する
零点調節器を介して安定化されなければならない、この
零点調節器は磁束成分内に含まれている定常成分の制御
偏差からそれぞれ１つの帰還信号を形成し、この帰還信
号から空間固定の起電力成分の差し引きにより、続いて
磁束成分に通ずる積分に対する出力量が形成される。

しかし積分の零点ドリフトにより低い周波数では磁束ベ
クトルの相応に遅い変化も抑制される。

さらに、定常運転中に、固定子電流に対する目標値が磁
界基準で予め与えられるならば、同じく特に低い周波数
において現れて誤った磁界オリエンテーシヨンに通ずる
角度誤差も生ずる。しかし、この欠点の反面において電
圧モデルは良好な動的特性を有する。

しかし、回転機磁束に対する１つのモデル値を回転機電
流（すなわち固定子電流ベクトル上および同期機の場合
には励磁機電流１６）および測定された回転子位置また
は、測定技術的にしばしば有利であるように、回転子回
転数）からめることも可能である。この“電流モデル”
は回転機内に生ずる過程を、それらが磁束の形成に通ず
るかぎり、電子的にシミュレートする。この電流モデル
に対して１つの磁界基準の座標系を使用することは有利
であり、その際に磁界に対して平行な成分は添字！１で
、また磁界に対して垂直な成分は添字町で示されている
。１つの座標系から所与の角度だけ回転された他の座標
系への変換は、変換すべきベクトルの相応の成分を１つ
の相応の角度信号、たとえば回転角度のサインおよびコ
サインとして１つのいわゆる“ベクトル回転器”の角度
入力端に与えられることにより行われる。

電流モデルでは回転機パラメータに対するできるかぎり
精密なモデルパラメータが設定されなければならず、た
とえば回転子抵抗が温度により変化すると、静的過程に
おいても動的過程においてもモデル磁束に誤りが生ずる
。従って、高い運転周波数に対しては電圧モデルが有利
であるが、低い周波数では電流モデルが、静的な不正確
さを生ずる可能性があるにもかかわらず、磁束に対する
一層良好なモデル値を与える。

従って前記ドイツ連邦共和国特許出願公開第３０２６２
０２号明細書には、両モデルを組み合わせて用いる方法
が示されている。電圧モデルに相応して回転機電流およ
び回転機電圧から電圧モデルに対応づけられている１つ
のモデル起電力ベクトルの２つの成分が形成され、次い
でこれらの成分からこの電圧モデルに対応づけられてい
る磁束ベクトルの相応の成分が零点調節器に対する指令
ベクトルヱ０として形成される。この場合、回路は固定
子基準で作動し、また磁束の形成のために各直交起電力
成分に対する各１つの積分器を含んでいる。それにより
、電圧モデルが少な（ともその静的挙動に関して電流モ
デルに追従させられ、従って電圧モデルの良好な動的特
性が保たれ、しかし低い周波数においては一層良好な電
流モデルの静的な磁束決定が利用されるようにすること
ができる。

積分器および補正調節器の出力はそれぞれ１つの回転ベ
クトルの固定子基準の直交成分を示し、従ってそれらは
常に交流量を処理しなければならず、このことは高い運
転周波数において不利であり得るだけでなく、特にディ
ジタル化の際に高い計算速度を必要とする。

たとえば磁束決定の際に１°の位相誤差を超過してはな
らなければ、処理要素は全体として約２０＃ａよりも大
きい遅れを有してはならない、このことは線形部品によ
るアナログ技術でのみ容易に実現可能であると思われる
。しかし、パルス幅変調により作動しまた例えば４００
ｎの時定数により自ずから平滑化を行うベクトル回転器
および他の部品は既に、回転磁界機を高い動的特性をも
って調節する際に追加的装置により補償されなければな
らない位相誤差を発生する。

現在利用可能なディジタル計算機は数１００１１ａの計
算クロックを有するので、位相誤差に伴う遅れがあると
、このような方法のディジタル化が許されないと思われ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、回転磁界機の磁束ベクトルの基準量を
めるための改良された方法を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的は、本発明によれば、特許請求の範囲第１項に
記載の方法または同第９項記載の装置により達成される
０本方法の有利な応用は特許請求の範囲第８項に示され
ている０本発明の好ましい実施態様は特許請求の範囲第
２項ないし第８項、第１０項および第１１項に示されて
いる。

本発明は、交流量の代わりに直流量が使用されるならば
、前記の遅れが磁束の位相の決定に本質的な誤りを惹起
しないという事実の認識から出発している。すなわち、
固定子基準の座標系内で磁束絶対値！および磁束角度φ
、により与えられ且つ周波敷金、で回転する磁束ベクト
ル！＄は、周波数ｋにより固定子基準の座標系に対して
回転する座標系内で差周波数−＄−〃でしか回転しない
、従って、磁束の成分は回転する座標系内で、座標系の
回転周波数が磁束周波数に近づくほど直流電圧の性格を
帯びる。

従って、本発明によれば、起電力から磁束をめる積分が
回転座標系内で行われる。すなわち、積分が固定子基準
の起電力ベクトル１ｓに対してではなく、変換により回
転座標系内に修正された起電力ベクトル１−に対して行
われる。

特に目的にかなった回転座標系として実証されているの
は、回転子磁束基準の座標系、すなわち座標軸ができる
かぎり固定的に磁束ベクトルと結びつけられている座標
系である。

このような措置は３つの段階で行われる。第１の段階で
は起電力ベクトルが、固定子軸Ｓ１に対して（周波数〃
により変化する）角度β−ｆｉｔｄｔだけ回転されてい
る座標系内でめられる。このような座標系の決定は技術
的に“ベクトル発振器２により行われる。このようなベ
クトル発振器では、入力周波数〃から積分器により得ら
れた出力信号βが１つの単位ベクトルの極座標角度成分
として関数発生器により負度信号対、β−ｗ（ｃｏｓβ
、ｓｉｎβ）に、すなわち相応の単位ベクトルの固定子
基準の直交成分に換算される。

第２の段階では、この座標内で与えられた（“修正され
た”）起電力ベクトルの積分の際に、回転子の起電力成
分！、が考慮に入れられなければならない、すなわち、
物理的関係ｄ’ｓ、／ｄｔ＝工Ｓにより回転座標系内で
下記の関係がある。

ヱ愈’　ｆ（ｅ　ｙ　＋ｅ”＠）　ｄ　ｔここで、　ｅ
”自＋−Ｉ　°’Ｐｎｓ　ｅｌ”１２＝　Ｉ　°’Ｐ？
１技術的に、このことは積分により得られた磁束ベクト
ルが帰還ループ内で一方では周波数々を乗算され、他方
ではπ／２だけ回転されなければならないことを意味す
る。この追加ベクトル７Ｉは次いで積分器の入力端で起
電力１〕に加算されなければならない。

最後に、座標系ができるかぎり固定的な位相で磁束ベク
トルと共に回転するようにしなければならない、そのた
めには基準系の周波数ｋが磁束ベクトルの運動に追従さ
せられる。磁束ベクトルから、磁束ベクトルの方向（単
位ベクトル、、ｔ　ｓ　）が１つの回転座標軸β１と一
致するときのみ零になる１つの量が形成されることは有
利である。このような量はたとえば磁束軸と座標軸との
間の差角度φ＄−β、この角度の適当な角度関数（たと
えば５ｉｎ（φＳ−β））または座標軸β１に対して垂
直な磁束ベクトルの成分型＠２”′ｆ・５ｉｎ（φＳ−
β）である、さて基準系の周波数は、この量が消滅する
ように事後調節される。すなわち特にこの量が目標値零
を有する追従調節器に与えられると、この調節器は出力
量として基準系の周波数りを供給する。この周波数は前
記ベクトル発振器により回転基準系の形成のために必要
とされ、その後は調節された状態Ｉ＝ｄｓまたはβ−φ
＄が成り立つ。

〔実施例〕

第１図には、回転磁界機の例として非同期機１が周波数
変換装置２から可変の振幅、位相または゛周波数の固定
子電流により制御される装置が示されている。

回転磁界機の磁束は磁束ｙ（絶対値！、固定子軸に対す
る角度φＳ）に対して平行な固定子電流成分ｉ　ｖ＋じ
磁化電流”）に比例しており、従ってたとえば１つの磁
束調節器３により制御偏差（１ヱ１”−甲）から固定子
電流の相応の磁界基準の制御成分ｉ　！１として予め与
えられ得る。それに対して垂直な固定子電流成分ｉ　７
２’　（“有効電流”）は−電磁束では回転機のトルク
に比例しており、たとえば回転数１に対する１つの調節
器４により固定子電流の第２の磁界基準の制御成分ｉ−
として予め与えられ得る。

周波数変換装置２が実・際に回転機に所望の固定子電流
を与えるためには、この磁界基準の予め与えられた制御
ベクトルで、を適当な仕方で固定子基準の固定子電流に
対する操作量に換算する必要がある。第１図の？Ｉでは
、ベクトルアナライザ６が先ず絶対値ｉＮをめ、この絶
対値がベクトルアナライザ７により・形成された実際電
流絶対値ｉとの比較により、また１つの後段の絶対値調
節器８を介して絶対値操作量として周波数変換装置の制
御量Ｗ５に入力される。その際、ベクトルアナライザ７
は入力量として１つの３／２変換器９から回転機の端子
で取り出される実際固定子電流ベクトル±Ｓを受ける。

さらにベクトルアナライザ６は目標電流ベクトル±！の
方向を示す単位ベクトルをめ、このベクトルは関数形成
器６′により磁界基準の電流ベクトルａ’ｒ　Ｃｔ　ａ
　ｎ　（ｉ’ｙ２／　ｉ”ｙＩ）に換算される。ベクト
ルアナライザ７の後に接続されているベクトル回転器１
３から１つの関数形成器１４゛により比較点１０に与え
られる相応の角度実際値との比較により、１つの角度調
節器１１が固定子基準の電流周波数に対する操作量を供
給し、この操作量が制御装置５の相応の周波数制御入力
端に供給され、その結果、回転機にａ’ｒ　ｃ　ｔ　ａ
　ｎ　（ｉ”ｙ２／ｉ”ｖ＋　）により磁界オリエンテ
ーションされて予め与えられ且つ固定子方向に変換され
た位相ａｒｃｔ　ａ’ｎ　（ｉ　Ｓ２／　ｉ　ｓ＋）−
φ５＋ａｒｃｔａｎ　（ｉｖｔ　／、：ｉ　ｖ＋　）　
′を有する固定子電流が与えられる。

その際に調節器１１には磁界周波数ゐｓも与えられ得る
ので、電流角度は自動的に磁束角度φ５＝Ｊｊｓｄｔに
より変調され、また角度調節器１１は角度偏差ａ　ｒ　
Ｃｔ　ａ　ｎ　（１”？２／　ｌ’ｙ１）　ａ　ｒｃ＝
ｔ　ａ　ｎ　（ｉ　９２／　ｉ〒１）−を零に調節する
、だけでよい。　− １転磁界機制御の磁界オリエンテーションは常に、磁界
基準の制御量ｉ−、ビ！２から周波数変換装置の固定子
基準の制御量（ここでは固定子電流の振幅および周波数
）へ移行するため、磁束角度φＳ・に関する情報を必要
とする。第１図では、この角度情報はベクトル回転器１
３に対するベクトル、Ｌｓとして必要とされる。ベクト
ル回転器１３の前に、角度加算φ、＝β＋φ８に相応し
てβ座標系内でめられた磁束角度φ、（固定子基準の成
分ｃｏｓβ、ｓｉｎβにより予め与えられた軸りとβ基
準座標系内でめられた磁束ベクトル卒８との間の角度）
を固定子座標系に換算するため、１つのベクトル回転器
１３’が接続されている。さて、実際磁束絶対値！、相
応の磁束角度φＳまたはφＳならびに磁束周波数をめる
ために本発明による方法が用いられる。゛ その際、先ず起電力検出器１５が設けられており、この
起電力検出器が１つの３／２変換器１６を介して回転機
端子で取り出された電圧ベクトルｕｓ７！ｌζら差し引
き点１７および１８において回転機の固定子オーム抵抗
のパラメータｒゝおよび一洩インダクタンスのパラメー
タ１′によりベクトルｒ５　・土、およびＩ”　・ｄｉ
５／ｄｔの差し引きにより固定子基準の起電力ベクトル
！Ｓを形成する。

前記のベクトル発振器２０は、回転座標系の周波数りに
相応する入力量から、固定座標系に対する回転−座標系
の回転角度βを記述する信号りを固定子に供給し、この
信号は回転する座標軸の固定子基準の成分と平衡状態で
の磁束軸の方向とを示す。

いま積分回路２１内で起電力ベクトルが回転座標系内の
回転子成分！、を考慮に入れて積分される。そのために
先ず１つのベクトル回転器２２が１１ｓの固定子基準の
成分を角度信号りにより回転座標系内の相応の起電力成
分至ｊに変換する。この変換された成分が成分ごとの積
分のために加算回路２３を介して２つの積分器（第１図
中に単一の参照符号２４により示されている）に供給さ
れる。前記の回転子成分１−は、最後に、磁束の成分″
Ｐａｌおよび！＠２として得られた積分器出力信号が成
分ごとに周波数々を乗算され（乗算器２５）、且つ両成
分が回転子成分の形成規則に相応して１つの符号反転を
考慮に入れて回転座標系に対する順序を入れ換えられる
ことにより形成される。

この入れ換えは結局π／２だけの回転に相当し、従って
第１図中にベクトル回転（ベクトル回転器２６）として
示されている。ベクトル回転器２６により形成された回
転子成分は次いで加算回路２３に与えられる。

積分回路２１により形成された成分Ｖ　、、　＝　Ｖ・
５ｌｎ（φＳ−β）からいま目標値’％＝０を有する１
つのＰｌｉｉ節器２７を介して、乗算器２５およびベク
トル発振器２０により必要とされる周波数ｋが形成され
る。調節器２７は磁束のＬに対して垂直な成分′Ｐ１２
を迅速に零に調節する。すなわちベクトルＶ、＝（甲’
　ｃｏｓφ＄Ｓ’Ｐ−ｓ　ｉｎφＳ）および［＝（ｃｏ
ｓβ、ｓｉｎβ）は定常的に同一方向を示しくβ＝φＳ
）、また回転磁界機調節の動特性にそれほど高い要求が
課せられない場合には磁束角度φ、≠βとして、また甲
≠甲ｓ１としで設定され得る。

しかし、Ｖ８２を与えられる追従調節器２７の代わりに
、少なくとも磁束の定常状態が他の仕方で知られている
かぎり、追従調節器３０も使用され得る。たとえば既に
“電流モデル１が磁束をめるための他の回路の例として
記載されている。さらに構成要素１５および２１により
められた磁束ベクトルが回転機の制御、従ってまた実際
の磁束の形成に作用するので、しばしば制御部内で形成
される目標値および（または）実際値は、回転機の定常
状態が生ずるように他の仕方で計算きれ得る。

従って、第１図中には、１つの指令角度φ″Ｓまたは１
つの指令絶対値型０により（φＳ＝β＝φｆＳを有する
定常状態に対しては磁界基準の成分！’ｓ＋　”　’Ｐ
”、’ｆ”’ａ２＝　０により）少なくとも磁界の定常
状態を十分な精度で表す１つの指令ベクトルエｅｓを準
備する電流モデルまたは他の任意の装置が使用され得る
。その際、ベクトルアナライザ３２は絶対値甲′および
相応の角度信号、、ｌ’ｓを供給する。両角度信号−〆
、および、β−から１つの角度差形成器（たとえばベク
トル回転器３３）が相応の差角度φ”Ｓ−β（または５
ｉｎ（φ”Ｓ−β））を調節器３０に対する入力信号と
して供給する。この調節器３０は同じくベクトル発振器
２０に対する必要な周波数βを供給し得る。切換器３６
は、〃決定のために両可能性の一方のみが必要であるこ
と、または両可能性の間で切換が行われ得ることを示し
ている。その際、１つの短絡スイッチ３７により、周波
数〃が追従関節器２７から予め与えられれば、調節器３
０は不作用にされ且つ零に設定され得る。

同様に絶対値′Ｐ′に対しても、不作用化のための短絡
スイッチ３９を有する１つの相応の絶対値調節器３８が
設けられている。この絶対値調節器は、計算された磁束
ベクトル１日が定常状態で、磁界オリエンチーシランに
よって甲″８１＝甲′および”’１１２　＝Ｏにより与
えられる指令ベクトルｆ、と一致するようにする。この
調節器は第１図による実施例ではベクトル調節器（各ベ
クトル成分に対して各１つの調節器）として構成されて
おり、第１の補正ベクトルＡ甲８の成分を供給し、この
成分は同じく加算点２３に与えられている。

第１図中に示されてい切換器３６の位置では調節器３０
および３８は不作用化されている。切換器３６がこの位
置におかれるのは、特に回転磁界機が高い回転数で回転
しており、従って誘導される電圧が良好な制御精度を可
能にする高いレベルを有する非指令運転の場合である。

しかし、低い回転数では、この電圧モデルは定常状態で
磁束の誤りに通ずる著しい計算誤差を生ずる危険がある
。この場合にはスイッチ３６の切換および調節器３０の
作用化により、電圧モデルが電流モデル３１または指令
ベクトルで、を供給する他の装置により指令される指令
運転に移行し得る。

指令運転状態では、定常的な計算誤差は指令ベクトルの
作用により抑制されるが、電圧モデルの動的特性は維持
されている。指令運転状態から非指令運転状態への移行
は１段階で、または連続的に、切換器３６の交互の開路
および閉路により行われ得る。第１図と異なり、回転機
の磁束を監視および関節の目的で検出するために、電圧
モデルを回転機への前記作用から切り離して利用するこ
ともできる。たとえば電圧モデルからめられた磁束と他
の仕方でめられた磁束との比較から回転機の回転子抵抗
を決定するために電流および電圧から磁束をめる必要の
ある他の方法が知られている。第１図による回路では起
電力検出器は回転機の漏洩電圧降下のベクトル１１　・
ｄ土ｓ　／　ｄｔを必要とする。電流の微分は技術的に
不完全にしか実行可能でないので、ドイツ連邦共和国特
許出願公開第３０３４２７５号明細書の第１２図および
第１３図による回路が好ましい、この回路は本明細書の
第２図に示されており、起電力ベクトルとして、平滑化
時定数ｔおよびラプラス変数Ｓにより Ｌ＝１／　（１＋ｓｔ）　・　（ｕＨ−ｒ５−±Ｓ−Ｉ
　−ｄ±ｓ／ｄ　ｔ） で表される平滑化起電力のベクトル６Ｓを形成する。こ
の回路は起電力検出器１５の差し引き点１７と１８との
間に積分時定数ｔををする１つの積分器５０（第２図）
を含んでおり、差し引き点１８には漏洩電圧降下ベクト
ルの代わりにその積分１′　・土ｓが与えられている。

その際、差し引き点１７には追加的に起電力検出器の出
力ベクトルすなわち平滑化起電力ベクトル軌跡が負に与
えられている。

しかし、この平滑化は動的過程において位相ずれを生せ
しめる。この位相ずれは、第２図中にベクトル３の固定
子基準の成分に対して平滑化磁束ヱ、に通ずる積分定数
Ｔを有する積分器５１により示されている後続の積分の
際に、平滑化ベクトルの積分により形成された積分に平
滑化時定数【（または比ｔ／Ｔ、乗算器５２）を乗算さ
れた平滑化起電力ベクトル軌跡が加算点５３において加
えられることにより考慮に入れられ得る。それにより正
しい位相で非平滑磁束ベクトル卒ｓが形成される。

平滑化の同時補償のもとに平滑化起電力ベクトルを積分
するためのこの積分回路２１’は回転座標系内にも移行
し得る。これは第３図中に示されており、この場合、ベ
クトル回転器２２が平滑化起電力ベクトルを角度信号、
β−により回転座標系内に変換する。いま積分器２４が
回転座標系内の成分ごとの積分を実行する。その際、乗
算器２５が積分により得られた平滑化磁束ベクトル卒ｓ
に回転周波数々を乗算し、また第１図中にベクトル回転
器２６により示されている９０°の回転が符号反転（イ
ンバータ５４）と、端子５５と５６との間の座標対応の
入れ換えにより実現されている。

こうして得られた回転子成分を加算要素２３に加えるこ
とにより、積分器２４は事情化磁束ベクトルＬを供給す
る。いま平滑化の補償は乗算器５２および加算点５３に
より行われ得る。

第１図中に示されている電圧モデルの指令状態では指令
ベクトルで、への追従により相応の追従調節器３０．３
７が積分ドリフトおよび他の計算誤差により惹起された
定常成分を零に調節するが、不作用状態の追従調節器で
はこのような積分誤差は常に自動的には補正され得ない
。第４図には固定子基準の座標系内の磁束ベクトル卒−
のベクトル軌跡と成分′ＰＳ＋および甲ｓ２とが示され
ており、積分ドリフトによりベクトル＆跡の零点０は座
標原点００に対して、“偏心性”または“定常成分ベク
トル”と呼ばれるベクトルＡ（固定子基準の成分Δｓ１
、ΔＳ２）だけ定常状態でずらされている。

いま本発明の実施態様では、積分に修正された起電力ベ
クトルとして回、転座標系内に変換された起電力ベクト
ルと補正ベクトルＬｖとのベクトル和を使用することが
提案される。その際、補正ベクトル土工は特に簡単な実
施例では回転座標系内で回転座標軸φ２　（これはε−
±π／またけ回転された磁束ベクトルエｓの方向に一致
する）に対して平行または逆平行に与えられている。ベ
クトルの絶対値は計算されたベクトルの１つのいわゆる
“揮発性”量により、すなわち定常的な均等な回転の際
には１つの中心ベクトル軌跡上で零になるが偏心性の増
大と共に増大する量により決定される。１つのこのよう
な量はたとえば、０ｏ−０で示されている直線の上側の
半平面内で正の回転の際に正になり、また他の半平面内
で正の回転の際に負になる角加速度φｓ＝ｄ参ｓ／ｄｔ
であってよい、１つの好ましい他の揮発性量は、正の回
転の際に左上の半平面内では負であり、また他の半平面
内では正である磁束絶対値の導関数平により与えられて
いる。

さて第５図および第６図には、磁束ベクトルの１つの偏
心した固定子基準のベクトル軌跡において、ε＝±π／
２を予め与えること、すなわちベクトル土−（０、±１
）および絶対値座標Δ＝１！１を予め与えることにより
、どのように補正ベクトル関数が形成されるかが示され
ている。符号がそれぞれ一φ・φＳの符号に相応して選
ばれると、第５図では補正ベクトル関数は固定子基準ま
たは磁界基準の座標系内で成分 δ！！１ニー″Ｆ−ｃｏｓｔｚ。

δ甲７−−平・ｓｉｎｇ＝−１ δ甲５１＝−甲・ｃｏｓ（ｇ＋φ、） δ’Ｐ、２＝−”Ｐ・５ｉｎ（ε＋φ＄）により生ずる
。

第５図かられかるように、補正ベクトルを予め与える際
に、直流分ベクトルに対して垂直な補正ベクトルの成分
は１回転の際に消滅するが、補正ベクトルは第５図中に
示されている種々の磁束ベクトルの方向φＳにおいて常
に直流分ベクトルＡに対して反対向きの成分δ甲Δを有
する。第６図にはφｓく０の場合について相応の関係が
示されている。

確かに多くの場合に、補正ベクトル互ヱと磁束軸Ｌｓ’
Ｌとの間の角度εを一定にπ／２により予め与えるので
はなく、ン＄＃〃および（または）回転磁界機の運転状
態を示す他の状態量Ｗの関数として予め与えることが有
利である。さらに、揮発性量（ここではニーφ）と補正
ベクトル絶対値ＩＬヱＩとの間の比例係数をも関数に関
係して予め与えることが有利であり得る。磁界基準の１
、座標内（または定常的にそれと一致する。β−基準の
β座標内）では、それによって補正ベクトルエニー−φ
・土＜ａ、　Ｗ） または　Ｌニー−φ・土＜ｆｉ、　Ｗ）が得られる。こ
こで、ｔ　（ｊ、Ｗ）または土（り、Ｗ）は、φＳまた
はβ基準の座標系内のベクトル軌跡を第７図に例示され
ている１つのベクトル関数である。

補正ベクトルａＶは、（揮発性愛自体に相応して）定常
状態でａｙ−ｏになるので、それ自体同じく“揮発性”
である。補正ベクトルは磁束をめる際に減衰を生じさせ
、また回転機制御部への作用を介して回転機自体の運転
に作用する。指令ベクトルｆｓも非安定状態に相応して
可変であり、またたとえば動的指令量φ”が電流モデル
または回転機制御のための他の装置からめられ得る動的
過程に対しては、この減衰は望ましくないことがあり得
る。その場合、この減衰は、計算された磁束ベクトル！
Ｓの揮発性量φから生ずる補正ベクトル絶対値が直接に
用いられるのではなく、差φ−φ０が用いられることに
より減ぜられ得る。さらに、前記減衰に対して動的角度
φＢが無視され得ること、また↓ｓ”ｌとおき得ること
が実証されており、さらにその際に揮発性量は微分によ
り初めて積分回路の出力端において形成される必要はな
く、良好な近似をもって積分回路の入力端、特に磁界に
対して平行な起電力成分に対する端子において取り出さ
れ得る。

補正ベクトルａｔとベクトル関数ｇ　（Ｓｓ、Ｗ）また
は土＜Ｄ、Ｗ）との間には比例係数−φまたは−（！−
！力、（ｅｓ＋−φ”）、−（ｅ？ｌ’Ｐ”）または照
像の大きさを有する比例性が存在する。その際にベクト
ル関数！（Ｓｓ、Ｗ）は変数Ｗ（たとえば回転機の電圧
と電流との間の角度）を介して回転機の特定の動的運転
状態を意図により減衰させるために使用され得る。その
際にｇ（ａｓ、Ｗ）またはｅ　＜＃、　Ｗ＞が、ｉ、に
関係するベクトル軌跡を第７図中に例示されている回転
座標系内の１つの制御ベクトルとして予め与えられるこ
とは好ましい。その際にこれらのベクトル軌跡の両枝は
電動機または発電機運転に相当する。

高い周波数に対しては角度εは９０゛付近に位置し、停
止状態に近い周波数において初めてφ１成分がφ２成分
を凌駕する。その際に停止状態自体（＃５＝Ｏ）は、座
標系の回転速度が零に向かう１つの特異状態である。１
つのこのような特異状態では補正ベクトルを不作用化す
るのが有利である。すなわち、補正ベクトルの磁束ベク
トルに対して垂直な成分は、このようにして制御ベクト
ル土を予め与える場合には、同時に補正ベクトルμＹ自
体も揮発性量の絶対値に相応して零になるときのみ零に
なる。

第８図には再び周波数変換装置により給電され磁界オリ
エンテーションにより制御される非同期機を例として、
起電力ベクトルの平滑化および減衰のためのこれらの対
策が回転機制御部にどのように組み込まれ得るかが示さ
れている。

周波数変換装置２を介しての非同期機１の磁界オリエン
テーションによる調節または制御のために磁界基準の制
御ベクトル上〒の入力のみが示されており、またこれら
の磁界基準の制御量−９１、ｉ−から周波数変換装置に
対する必要な操作量を形成するための種々の可能性およ
び必要な変換要素はベクトル回転器６０により単にシン
ボルで示されているｔその際に磁束角度φ、は１つのベ
クトルアナライザ７０およびベクトル回転器７１により
、計算された磁界軸と座標軸りとの間の角φＢと軸、β
−と軸Ｓ１との間の角度との角度加算に相応して形成さ
れる。

固定子電圧ベクトル！、を形成するための３／２変換器
１６の後に直流分調節部が接続されていることは有利で
ある。この直流分調節器は１つの帰還ループ内で固定子
電圧ベクトルの成分を、大きな積分時間ををする１つの
積分回路６１を介して指令し、その出力信号は電圧ベク
トルの成分内の直流分に相当し且つ相応の補正ベクトル
として１つの差し引き点６２において電圧ベクトルｕｓ
に加えられる。

６３で事情化起電力のベクトル軌跡を形成するための第
２図中に示されている起電力検出器が示されている。磁
界角度φ、への角度βの追従による磁界基準の回転座標
系内への変換（ベクトル回転器２２）の後に、第３図に
従って構成された積分回路６４が回転子成分を考慮に入
れて積分を実行する。

その際、加算回路２３に、１つの補正ベクトル形成器か
ら供給されている補正ベクトル軌跡が加えられている。

補正ベクトル形成器は方向形成手段として１つの制御ベ
クトル形成器６５を含んでおり、この制御ベクトル形成
器が第７図のように制御ベクトルｇ　＜ｆｉ、　Ｗ）を
回転速度βの関数として供給し、その際に状態量Ｗに対
する入力により、制御ベクトルが回転磁界機の１つの状
態量Ｗの関数としても予め与えられ得ることが示されて
いる。絶対値形成手段として制御ベクトル上の絶対値を
、絶対値を決定する量φ＃Ｉまたはφ−甲′に相応して
、修正する乗算器６６における成分ごとの乗算により、
制御ベクトルから補正ベクトル軌跡が形成される。その
際、破線により、乗算器６６の係数を入力する種々の可
能性が示されている。

求められた磁界に対して垂直な磁束成分φ８□の零点偏
差または指令角度φＩ）ｓからの角度座標φ。

ζβの制御偏差φ″Ｓ−βに相応して回転座標系の追従
に用いられる第８図中に示されている他の手段は第１図
中に示されている手段と同一であり、同一の参照符号を
付されている。

従って調節器２７．３０および３８ならびに積分器２４
は本発明では直流量のみを処理し、従ってその調節速度
およびその磁束決定への影響に関して臨界的でない。そ
れにより全体として、使用される構成要素自体の処理速
度が低くても有害な誤差、特に磁束方向決定の際の位相
ずれを生じない方法および装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による装置の接続図、第２図は微分のた
めの回路の接続図、第３図は積分のための回路の接続図
、第４図ないし第７図は本発明を説明するためのベクト
ル軌跡図、第８図は本発明による装置の他の実施例の接
続図である。 ｌ・・・非同期機、２・・・周波数変換装置、３・・・
磁束調節器、４・・・回転数調節器、５・・・周波数変
換装置の制御装置、６．７・・・ベクトルアナライザ、
８・・・絶対値調節器、９・・・３／２変換器、１０・
・・調節比較点、１１・・・角度調節器、１３・・・ベ
クトル回転器、１４・・・関数形成器、１５・・・起電
力検出器、１６・・・３／２変換器、１７．１８・・・
差し引き点、２０・・・ベクトル発振器、２１・・・積
分回路、２２・・・ベクトル回転器、２３・・・加算要
素、２４・・・積分器、２５・・・乗算器、２６・・・
ベクトル回転器、２７．３０・・・追従調節器、３１・
・・電流モデル、３２・・・ベクトルアナライザ、３３
・・・ベクトル回転器、３６・・・切換器、３７・・・
短絡スイッチ、３８・・・絶対値調節器、３９・・・短
絡スイッチ、５０．５１・・・積分器、５２・・・乗算
器、５３・・・加算点、６０・・・ベクトル回転器、６
２・・・差し引き点、６３・・・起電力検出器、６４・
・・積分回路、６５・・・制御ベクトル形成器、６６・
・・乗算器、７０・・・ベクトルアナライザ、７１・・
・ベクトル回転器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）回転磁界機の磁束ベクトルを決定するための方法で
   あって、 ａ）電流（±Ｓ）および電圧（且、）から回転機（１）
   の起電力ベクトル（至、）が形成される過程と、 ｂ）起電力ベクトルが磁束ベクトルから導き出された帰
   還信号（〃−φＳ）により修正される過程と、 Ｃ）修正された起電力ベクトル（至、）の積分により磁
   束ベクトルが形成される過程とを含んでいる方法におい
   て、 ｄ）修正された起電力ベクトル（至〕）として起電力ベ
   クトルが、帰還信号（ハから導き出された座標系内で形
   成され、その１つの軸が固定子基準系に対して回転して
   おり（ベクトル回転器２２）、 ｅ）修正された起電力ベクトルが回転子起電力成分（ヱ
   ５）を考慮に入れて回転基準系内で積分され、 ｆ）帰還信号（〃）が磁束ベクトルから、座標系の周波
   数が磁束ベクトル（ヱ８）の運動に追従させられる（１
   １節＠２７．５ｉｎ（φ、−β）−〇）ように形成され
   る ことを特徴とする回転磁界機の磁束ベクトル決定方法。 ２）座標系の周波数＜ｉｔ）が、回転座標系１つの軸に
   対する磁束ベクトルの方向偏差（Ｖ　自２−　Ｖ・５ｉ
   ｎ（φＳ−β））が検出され且つ零に調節される（追従
   調節器２７）ことにより決定されることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の方法。 ３）座標系の周波数が、回転機の磁束に対する１つの指
   令ベクトルの方向（φ′１５）に対する１つの座標軸の
   方向偏差（ｓｉｎ（φ−−β））が検出され（ベクトル
   回転器２３）且つ零に調節される（追従調節器３７．５
   ｉｎ（φ″ｓ−β）−〇）ことにより決定されることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４）求められた磁束ベクトルと指令ベクトル゛との間の
   差を零に調節する（追従調節器３８）ことにより１つの
   補正ベクトル（ａｙ’）がめられ、この補正ベクトルが
   起電力ベクトルに加えられる（加算点２３）ことを特徴
   とする特許請求の範囲第３項記載の方法。 ５）修正された起電力ベクトル（Ｌ　ａ　）として、平
   滑化時定数（１）により平滑化された回転座標系内の起
   電力のベクトルが形成され、また磁束ベクトル（ヱａ）
   として、積分された修正された起電力ベクトルと平滑化
   時定数を乗算された修正された起電力ベクトルとの和ベ
   クトル（加算要素５３）が決定されることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載の
   方法。 ６）起電力ベクトルに、磁束ベクトル（’Ｐａ）に対し
   て回転されておりまた磁束ベクトルの揮発性量（φ−φ
   ゛）に比例する大きさを有する１つの他の補正ベクトル
   （土工）が加えられていることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項ないし第５項のいずれかに記載の方法。 ７）前記の他の補正ベクトル（旦）が座標系の回転速度
   （ハの関数として、好ましくは回転速度（β）および回
   転機の１つの状態量（Ｗ）の関数として決定されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第６項記載の方法。 ８）周波数変換装置により給電され、磁束に対して平行
   な成分および磁束に対して垂直な成分が磁界基準の制御
   量に関係して独立に変更可能である回転磁界機の運転に
   用いられ、周波数変換装置の制御量が磁界基準の制御量
   から、決定された磁束ベクトルの方向を用いてめられる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第７項の
   いずれかに記載の方法。 ９）回転磁界機の磁束ベクトルを決定するための装置で
   あって、 ａ）回転機の起電力ベクトルをめるための１つの起電力
   検出器（１５）と、 ｂ〉起電力検出器（１５）の後に接続されており１．１
   つの帰還信号により修正された１つの起電力ベクトルを
   形成するための１つの計算回路（２０，２２）と、 Ｃ）修正された起電力ベクトルの積分として磁束ベクト
   ルを形成するための１つの積分回路（２１）と を含んでいる装置において、 ｄ）計算回路が、固定子基準の座標系に対して回転され
   た回転座標系を定めるため帰還信号＜ｆｉ＞を処理する
   手段（２０）と、一回転座標系内の起電力ベクトルの成
   分を形成するための１つの変換装置（２２）とを含んで
   おり、 ｅ）積分回路（２１）内に、変換された起電力ベクトル
   と、積分された和ベクトルからπ／２の回転（ベクトル
   回転器２６）と座標系の回転周波数による乗算（乗算器
   ２５）とにより導出可能な回転子ベクトル（ｅ”ａ）と
   から第１の加算要素（２３）により形成された和ベクト
   ルの成分に対する積分器（２４）が設けられており、ま
   た磁束ベクトルが積分器（２４）の出力端から取り出さ
   れており、 ｆ）座標軸か、らの磁束ベクトルの方向偏差（φ、−β
   またはφ１．−β）を示す量が１つの角度調節器（２７
   または３０）に与えられており、その出力信号（わが帰
   還信号として座標系の回転周波数を決定する ことを特徴とする回転磁界機の磁束ベクトル決定装置。 １０）起電力検出器（６３）が電圧１ベクトル（且Ｓ）
   に対する第１の差し引き要素（１７）を含んでおり、そ
   の減数入力端に固定子電流ベクトル（±、）と固定子抵
   抗の１つのパラメータ（ｒＳ）との積と第２の差し引き
   要素（１日）の出力ベクトル（互、）とが与えられてお
   り、第１の差し引き、要素の出力ベクトルが積分Ｗ（５
   ０）を介して第２の差し引き要素（１８）に与えられて
   おり、その減数入力端に固定子電流ベクトル（±Ｓ）と
   回転機の漏洩インダクタンスのパラメータ（１）との積
   が与えられており、回転座標系内の起電力ベクトルを形
   成するための変換装置として１つのベクトル回転器（２
   ２）が用いられており、また積分回路（６４）の出力端
   にもう１つの加算要素（５３）が設けられており、この
   加算要素に第１の加算要素（２３）の積分された出力ベ
   クトルとベクトル回転器（２２）の出力ベクトルとが与
   えられていることを特徴とする特許請求の範囲第９項記
   載の装置。 １１）第１の加算要素（２３）に１つの補正ベクトル形
   成器（６５，６６）の出力ベクトル（６４）が与えられ
   ており、また補正ベクトル形成器が、１つの制御ベクト
   ル＜ｔ　＜７１、Ｗ））を形成するために帰還信号（Ｉ
   ９＃Ｊｓ）を与えられる１つの関数形成器（６５）と絶
   対値修正器（６６）とを含んでおり、絶対値修正器が制
   御ベクトル（１（β、Ｗ））に磁束ベクトルの揮発性量
   （φ−ψ”）を乗算することにより補正ベクトル（ン工
   ）を形成することを特徴とする特許請求の範囲第９項ま
   たは第１０項記載の装置。