JP3424836B2 - AC motor current control device - Google Patents
AC motor current control deviceInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、交流電動機の電流制御
装置に関し、特に電動機の高速領域での出力トルクを増
大させる電流制御装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to current control of an AC motor.
The present invention relates to a device , and more particularly, to a current control device that increases output torque of a motor in a high speed region.
【0002】[0002]
【従来の技術】図1は、従来から実施されている交流電
動機の速度ループのブロック図である。図1において、
要素1は速度ループの伝達関数の項で、kv1は積分ゲイ
ン、kv2は比例ゲインである。指令速度vcから速度検
出器等で検出される電動機の実速度のフィードバック値
fvを減じて速度偏差を求め、上記要素1によるPI
(比例積分)制御がなされ、トルク指令(電流指令)が
求められる。このトルク指令に対し、電流リミット回路
2によってトルク指令が制限される。すなわち、要素1
による速度ループ処理によって求められたトルク指令が
リミット回路2の制限値よりその絶対値が小さければ、
このトルク指令がそのまま電流ループへのトルク指令T
cとして出力されるが、上記絶対値がリミット値より大
きければ、リミット値がトルク指令Tcとして出力され
る。上記トルク指令Tcに要素3R 〜3T により、ロー
タの電気角θに応じて2π/3位相のずれた正弦波が乗
じられてR,S,T相の各相トルク指令(電流指令)T
cR,TcS,TcTが求められる(この図1に示す例は3相
の交流電動機である)。2. Description of the Related Art FIG. 1 is a block diagram of a speed loop of a conventional AC motor. In FIG.
Element 1 is the term of the transfer function of the velocity loop, kv1 is the integral gain, and kv2 is the proportional gain. The speed deviation is obtained by subtracting the feedback value fv of the actual speed of the electric motor detected by the speed detector or the like from the command speed vc,
(Proportional integration) control is performed and a torque command (current command) is obtained. In response to this torque command, the current limit circuit 2 limits the torque command. That is, element 1
If the absolute value of the torque command obtained by the speed loop processing by is smaller than the limit value of the limit circuit 2,
This torque command is directly applied to the torque command T to the current loop.
However, if the absolute value is larger than the limit value, the limit value is output as the torque command Tc. The torque command Tc is multiplied by a sine wave having a phase difference of 2π / 3 according to the electrical angle θ of the rotor by the elements 3R to 3T, and the torque command (current command) T of each phase of R, S, and T phases is obtained.
cR, TcS, TcT are obtained (the example shown in FIG. 1 is a three-phase AC motor).
【0003】この各相トルク指令(電流指令)TcR,T
cS,TcTが各相の電流ループ回路4R〜4Tに入力され
て電流ループ処理が実行される。電流ループは通常PI
制御等で制御され、図1では、R相の電流ループのブロ
ック図のみを示しているが他の相の構成もこのR相と同
一である。R相について、この電流ループ処理を説明す
ると、R相へのトルク指令(電流指令)TcRとR相の実
電流を検出器で検出したR相電流フィードバック値IRr
との差の電流偏差を積分し(要素5)、積分ゲインk1
を乗じた値から、R相電流フィードバック値IRrに比例
ゲインk2(要素6)を乗じた値を減じた値をR相のP
WM指令として出力する。なお他のS相,R相も同様で
ある。Each phase torque command (current command) TcR, T
cS and TcT are input to the current loop circuits 4R to 4T for the respective phases, and the current loop processing is executed. Current loop is usually PI
Although it is controlled by control or the like, and FIG. 1 shows only a block diagram of the R-phase current loop, the configuration of the other phases is the same as that of the R-phase. The current loop processing for the R phase will be described. The torque command (current command) TcR to the R phase and the R phase current feedback value IRr detected by the detector for the actual current of the R phase are detected.
And the current deviation of the difference is integrated (element 5), and the integration gain k1
The value obtained by subtracting the value obtained by multiplying the R-phase current feedback value IRr by the proportional gain k2 (element 6) from the value obtained by multiplying by
Output as WM command. The same applies to the other S and R phases.
【0004】図2は上記図1中のR相の電流ループのブ
ロック図を電動機をも含めて現したブロック図で、要素
5,6は図1の要素5,6と同一で積分の項と比例の項
である。また、要素7は電動機の伝達関数の項で、Rは
R相の巻線抵抗を示しLはR相巻線のインダクタンスを
示す。なお、S相,T相も同様なブロック図である。上
記電流ループの伝達関数を求めると次の1式のようにな
る。
IRr/TcR=k1/[LS2 +(R+k2)S+k1] …(1)
上記1式で示される電流ループの伝達関数から分かるよ
うに、電流ループの特性は、積分ゲインk1,比例ゲイ
ンk2によって影響し、これらのゲインが大きすぎると
発振等の現象が生じ、電流ループの帯域に限界がある。FIG. 2 is a block diagram showing the block diagram of the R-phase current loop in FIG. 1 including the electric motor. Elements 5 and 6 are the same as the elements 5 and 6 in FIG. It is a proportional term. Further, the element 7 is a term of the transfer function of the electric motor, R is the winding resistance of the R phase, and L is the inductance of the R phase winding. Note that the S phase and the T phase are similar block diagrams. The transfer function of the current loop is calculated as shown in the following equation 1. IRr / TcR = k1 / [LS 2 + (R + k2) S + k1] (1) As can be seen from the transfer function of the current loop represented by the above equation 1, the characteristics of the current loop are affected by the integral gain k1 and the proportional gain k2. However, if these gains are too large, a phenomenon such as oscillation occurs and the band of the current loop is limited.
【0005】図4,図5はこの電流ループの周波数特性
の一例を示す図で、横軸は対数目盛りで指令周波数(回
転数)であり、図4の縦軸は電流ループの伝達関数のゲ
インを示し、図5の縦軸は位相遅れを示す。この例では
200Hz程度の帯域を持っていることが分かる。通常
200Hz〜300Hzの帯域を持っている。上記図5
に示すように、電動機の回転数が高速になると位相遅れ
が生じる。そこで、指令周波数は電動機の回転数に比例
するので現状では高速回転時に、位相遅れによる力率低
下を防止するために指令の位相を進める位相進め制御が
実施されている。すなわち、図1において要素3R 〜3
T によるロータ電気角θを電動機の実速度に応じて位相
遅れ分ph(v)を補正して角相のトルク指令(電流指
令)TcR,TcS,TcTを求めるようにしている。すなわ
ち、図1におけるθの変わりに[θ+ph(v)]を代
入して位相進め制御を行っている。FIGS. 4 and 5 are views showing an example of the frequency characteristic of this current loop. The horizontal axis is the logarithmic scale of the command frequency (rotation speed), and the vertical axis of FIG. 4 is the gain of the transfer function of the current loop. And the vertical axis of FIG. 5 shows the phase delay. It can be seen that this example has a band of about 200 Hz. It usually has a band of 200 Hz to 300 Hz. Figure 5 above
As shown in, the phase delay occurs when the rotation speed of the electric motor becomes high. Therefore, since the command frequency is proportional to the rotation speed of the electric motor, currently, at the time of high speed rotation, phase advance control is performed to advance the phase of the command in order to prevent the power factor from decreasing due to the phase delay. That is, elements 3R to 3 in FIG.
The rotor electrical angle θ due to T is corrected for the phase delay ph (v) according to the actual speed of the electric motor, and the torque commands (current commands) TcR, TcS, TcT of the angular phases are obtained. That is, the phase advance control is performed by substituting [θ + ph (v)] in place of θ in FIG.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上述したように、位相
進め制御によって電流ループの位相の遅れによる電流力
率の低下を防止することができるが、図4に示すよう
に、電流ループのゲインは電動機高速運転時に低下する
ので、高速運転時には電動機の実電流はリミット回路に
よるリミット値に比べゲイン低下分小さくなり、電動機
の出力最大トルクが低下することになる。As described above, the phase advance control can prevent the decrease of the current power factor due to the delay of the phase of the current loop. However, as shown in FIG. Since the motor current decreases during high-speed operation, the actual current of the electric motor during high-speed operation is smaller than the limit value of the limit circuit by the gain decrease, and the maximum output torque of the motor decreases.
【0007】そこで、本願発明の目的は、高速領域での
出力トルク低下を防止する交流電動機の電流制御装置を
提供することにある。Therefore, an object of the present invention is to provide a current control device for an AC electric motor which prevents a decrease in output torque in a high speed range.
【0008】[0008]
【問題を解決するための手段】本発明は、交流電動機の
速度に応じて、トルク指令の制限値を変えることによっ
て上記課題を解決した。特に、電動機の速度に対応した
電流の周波数に応じて電流ループの伝達関数の絶対値を
求め、該絶対値に逆比例してトルク指令の制限値を変え
るようにする。若しくは、電動機の速度に対応した電流
ループの伝達関数の絶対値に逆比例したトルク指令の制
限値を記憶手段に記憶しておき、電動機の速度に応じて
記憶手段に記憶された制限値を読み出し、該制限値をト
ルク指令の制限値とした交流電動機を制御する。The present invention has solved the above problems by changing the limit value of the torque command according to the speed of the AC motor. In particular, it corresponds to the speed of the motor
The absolute value of the transfer function of the current loop is obtained according to the frequency of the current, and the limit value of the torque command is changed in inverse proportion to the absolute value. Alternatively, the limit value of the torque command inversely proportional to the absolute value of the transfer function of the current loop corresponding to the speed of the electric motor is stored in the storage means, and the limit value stored in the storage means is read according to the speed of the electric motor. , And controls the AC motor with the limit value as the limit value of the torque command.
【0009】[0009]
【作用】交流電動機の速度が高速になると電流ループの
伝達関数のゲインが低下するが、このゲインの低下を補
うように、トルク指令の制限値を変え増大するようにす
ることによって電動機の出力トルクの低下を防止する。
この場合、電動機の速度に対応した電流の周波数に応じ
て電流ループの伝達関数の絶対値を求め、該絶対値に逆
比例してトルク指令の制限値を変える。若しくは、予め
電動機の速度に対応した電流ループの伝達関数の絶対値
に逆比例したトルク指令の制限値を記憶手段に記憶して
おき、この記憶手段から速度に応じて制限値を読み出し
その制限値でトルク指令を制限するようにする。When the speed of the AC motor increases, the gain of the transfer function of the current loop decreases. However, the output torque of the motor is increased by changing the limit value of the torque command so as to compensate for the decrease in the gain. Prevent the decrease of.
In this case, depending on the frequency of the current corresponding to the speed of the motor
Then, the absolute value of the transfer function of the current loop is obtained, and the limit value of the torque command is changed in inverse proportion to the absolute value. Alternatively, the limit value of the torque command inversely proportional to the absolute value of the transfer function of the current loop corresponding to the speed of the electric motor is stored in the storage means in advance, and the limit value is read from the storage means according to the speed and the limit value is read. Limit the torque command with.
【0010】[0010]
【実施例】上記1式で示される電流ループの伝達関数に
S=jω(ωは電動機の電気角速度)を代入すると、
IRr/TcR=k1/[−Lω2 +jω(R+k2)+k1] …(2)
該伝達関数の絶対値Gを求めると、G=|IRr/TcR|
=k1/[(k1−Lω2 )2 +ω2 (R+k2)2 ]1/2 …(3)
また、電動機の電気角速度ωは、電動機の速度をv,電
動機の極数をPとすると次の4式で求められる。EXAMPLE When S = jω (ω is the electrical angular velocity of the motor) is substituted into the transfer function of the current loop shown by the above equation 1, IRr / TcR = k1 / [-Lω 2 + jω (R + k2) + k1] (2) ) If the absolute value G of the transfer function, G = | IRr / TcR | = k1 / [(k1-Lω 2) 2 + ω 2 (R + k2) 2] 1/2 ... (3) in addition, the electrical angular velocity of the electric motor ω is obtained by the following four equations, where v is the speed of the electric motor and P is the number of poles of the electric motor.
【0011】
ω=(v/60)・(P/2)・2π …(4)
電流ループの積分ゲインk1、比例ゲインk2は設定さ
れた値であり、使用する電動機が決まれば、極数P、巻
線抵抗R、インダクタンスLは決まるため、電動機の速
度vを検出することによって上記3式及び4式より、電
流ループのゲインの絶対値Gは求まる。Ω = (v / 60) · (P / 2) · 2π (4) The integral gain k1 and the proportional gain k2 of the current loop are set values, and if the electric motor to be used is determined, the number of poles P Since the winding resistance R and the inductance L are determined, the absolute value G of the gain of the current loop can be obtained by detecting the speed v of the electric motor from the above expressions 3 and 4.
【0012】そこで、リミット回路2の電流制限値(ト
ルクリミット値)Ilim を次の5式で求める。
Ilim =Imax ・(1/G) …(5)
なお、Imax は電動機が出力できる最大電流値である。Therefore, the current limit value (torque limit value) I lim of the limit circuit 2 is calculated by the following five equations. I lim = I max · (1 / G) (5) Note that I max is the maximum current value that the motor can output.
【0013】上記5式及び3式、4式を参照して分かる
ように、電動機速度が低速の場合には、ゲインの絶対値
Gの値は略「1」となり電流制限値はImax となる。し
かし、速度v(角速度ω)が高速となると、ゲインの絶
対値Gの値は低下し、この低下分だけ、上記5式で算出
される電流制限値Ilim は増大するから、高速時におい
ても電動機の最大出力トルクは減少することはない。ま
た、電動機の速度と(1/G)の関係を図示すると、図
6に示すようになる。[0013] The above Equation 5 and Equation 3, as can be seen with reference to Equation 4, when the motor speed is low, the value of the absolute value G is substantially "1" current limit value of the gain becomes I max . However, when the speed v (angular speed ω) becomes high speed, the value of the absolute value G of the gain decreases, and the current limit value I lim calculated by the above equation 5 increases by this decrease amount. The maximum output torque of the electric motor never decreases. The relationship between the speed of the electric motor and (1 / G) is shown in FIG.
【0014】そこで、電動機の速度を検出して上記3〜
4式の演算を行うことによって電流制限値(トルクリミ
ット値)Ilim を求めるか、図6より、速度に対する
(電流制限値(トルクリミット値)Ilim をテーブルと
して記憶させておき、検出速度に応じて電流制限値(ト
ルクリミット値)Ilim を変えるようにすればよい。Therefore, by detecting the speed of the electric motor,
The current limit value (torque limit value) I lim is obtained by performing the calculation of four expressions, or (current limit value (torque limit value) I lim for speed is stored as a table from FIG. The current limit value (torque limit value) I lim may be changed accordingly.
【0015】図3は、電動機を制御するプロセッサが実
施する所定周期毎の速度ループ処理のフローチャートで
ある。まず、速度指令vcを読み込むと共に、速度検出
器等で検出された電動機の実速度のフィードバック値f
vを読み込む(ステップS1,S2)。次に、上記3式
〜5式の演算を行うことによって電流制限値Ilim を算
出する(ステップS3)。なお、電流制限値Ilim を算
出する代りに、上述した図6に示すような、電動機速度
に対する電流制限値Ilim をテーブルとして記憶してお
き、このテーブルから電流制限値を読み出すようにして
もよい。次に、読み込んだ速度指令vcと実速度のフィ
ードバック値fvに基づき、従来と同様に速度ループ処
理を行い、トルク指令を求め(ステップS4)、ステッ
プS3で求めた電流制限値とステップS4で求めたトル
ク指令の絶対値を比較し、小さい方をトルク指令Tcと
して電流ループに引き渡し速度ループ処理を終了する
(ステップS5,S6)。電流ループでは、従来と同様
に、検出されたロータの電気角位置θ及び電動機実速度
より、位相進め処理を行い、角相毎のトルク指令(電流
指令)を求め、電流ループ処理を行って電動機を駆動す
ることになる。FIG. 3 is a flow chart of the speed loop processing for each predetermined cycle which is executed by the processor that controls the electric motor. First, the speed command vc is read, and a feedback value f of the actual speed of the electric motor detected by a speed detector or the like.
v is read (steps S1 and S2). Next, the current limit value I lim is calculated by performing the calculations of the above expressions 3 to 5 (step S3). Instead of calculating the current limit I lim, as shown in FIG. 6 described above, stores the current limit I lim as a table for the motor speed, it is read the current limit value from this table Good. Next, based on the read speed command vc and the feedback value fv of the actual speed, speed loop processing is performed in the same manner as the conventional method, and the torque command is calculated (step S4). The absolute values of the torque commands are compared, and the smaller one is transferred to the current loop as the torque command Tc, and the speed loop process is ended (steps S5 and S6). In the current loop, the phase advance processing is performed from the detected electrical angle position θ of the rotor and the actual motor speed, and the torque command (current command) for each angular phase is obtained, and the current loop processing is performed in the current loop, as in the conventional case. Will drive.
【0016】[0016]
【発明の効果】本発明は、交流電動機の高速回転時に電
流ループの伝達関数のゲインが低下し、出力最大トルク
が低下することを、電流制限値を上記電流ループの伝達
関数のゲインが低下分を補償するように調整したから、
交流電動機の出力最大トルクは低下することがない。According to the present invention, when the AC motor rotates at a high speed, the gain of the transfer function of the current loop decreases and the maximum output torque decreases. Since it was adjusted to compensate for
The maximum output torque of the AC motor does not decrease.
【図1】交流電動機の速度ループ制御のブロック図であ
る。FIG. 1 is a block diagram of speed loop control of an AC motor.
【図2】図1における電流ループのブロック線図であ
る。2 is a block diagram of the current loop in FIG. 1. FIG.
【図3】本発明の一実施例における交流電動機を制御す
るプロセッサが所定周期毎実施する速度ループ処理のフ
ローチャートである。FIG. 3 is a flowchart of a speed loop process executed by a processor that controls an AC electric motor according to an embodiment of the present invention every predetermined period.
【図4】交流電動機の速度に対する電流ループの伝達関
数のゲインの低下を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a decrease in gain of a transfer function of a current loop with respect to a speed of an AC motor.
【図5】交流電動機の速度に対する電流ループによる位
相遅れを示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a phase delay due to a current loop with respect to a speed of an AC motor.
【図6】本発明の一実施例におれる電流制限値補正の係
数を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing coefficients for current limit value correction according to an embodiment of the present invention.
1 速度ループの伝達関数の要素 2 電流リミット回路 3R 〜3T 各相のトルク指令(電流指令)を求める要素 4R 〜4T 各相の電流ループ回路 1 Transfer loop element of velocity loop 2 Current limit circuit 3R to 3T Elements for obtaining torque command (current command) for each phase 4R to 4T Current loop circuit for each phase
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−70280(JP,A) 特開 昭59−159687(JP,A) 特開 平3−236925(JP,A) 特開 平4−75498(JP,A) 特開 平4−21388(JP,A) 実開 平2−133197(JP,U) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (56) References JP-A-2-70280 (JP, A) JP 59-159687 (JP, A) JP-A-3-236925 (JP, A) JP 4-75498 (JP, A) JP-A-4-21388 (JP, A) Actual Kaihei 2-133197 (JP, U)
Claims (2)
て、電動機の速度に対応した電流の周波数に応じて、電
流ループの伝達関数の絶対値を求め、該絶対値に逆比例
してトルク指令の制限値を変えるようにした交流電動機
の電流制御装置。1. In the control of an AC motor for current control, an absolute value of a transfer function of a current loop is obtained according to a frequency of a current corresponding to a speed of the motor, and a torque command is inversely proportional to the absolute value. A current control device for an AC electric motor that changes the limit value.
て、電動機の速度に対応した電流の周波数に応じて、電
流ループの伝達関数の絶対値に逆比例したトルク指令の
制限値を記憶手段に記憶しておき、電動機の速度に応じ
て記憶手段に記憶された制限値を読み出し、該制限値を
トルク指令の制限値とした交流電動機の電流制御装置。2. In the control of an AC motor for current control, a limit value of a torque command inversely proportional to an absolute value of a transfer function of a current loop is stored in a storage means in accordance with a frequency of a current corresponding to a speed of the motor. A current control device for an AC motor, which reads a limit value stored in a storage unit according to the speed of the electric motor and uses the limit value as a limit value for a torque command.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12405892A JP3424836B2 (en) | 1992-04-18 | 1992-04-18 | AC motor current control device |
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JP12405892A JP3424836B2 (en) | 1992-04-18 | 1992-04-18 | AC motor current control device |
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JPH05300778A JPH05300778A (en) | 1993-11-12 |
JP3424836B2 true JP3424836B2 (en) | 2003-07-07 |
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JP5125587B2 (en) * | 2008-02-19 | 2013-01-23 | 株式会社Ihi | Motor control device and motor control method |
-
1992
- 1992-04-18 JP JP12405892A patent/JP3424836B2/en not_active Expired - Fee Related
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