JPS6042712B2 - 非同期機の運転装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、磁束演算器と周波数変換装置制御部とを備え
た、周波数変換装置から給電される非同期機の運転装置
に関するものである。

磁束演算器は固定子電圧ベクトルを表わす入力値から非
同期機内の磁界を表わす磁束ベクトルの位置を演算する
。また、周波数変換装置制御部は演算された磁束ベクト
ルの位置ならびに磁束ベクトルに平行な固定子電流ベク
トル成分およびそれに直角な固定子電流ベクトル成分を
設定する入力目標値か周波数変換装置の電気弁を制御す
るための制御量を形成する。非同期機内を支配する磁界
を磁界軸の方向にある磁束ベクトルによつて表わし、固
定子巻線に流れる電流を一つの電流ベクトルに合成する
と、周波数変換装置から給電される非同期機にとつて、
磁束ベクトルに平行な固定子電流成分（磁化電゛流）に
よつて磁束が例えば一定の大きさに保たれ、かつ磁束ベ
クトルに直角な成分（有効電流）によつて所望のトルク
値もしくは回転速度が得られるように固定子電流を制御
する上に有利である。

この種の磁界オリエンテーション駆動、即ち・ベクトル
制御運転方式は西独特許第１９４１３丘号明細書により
公知である。そこでは、固定子電流ベクトルを磁束ベク
トルと共に回転する（磁界オリエンテーションされた）
座標系において絶対値および角度について、またはデカ
ルト成分について）確定する目標値が予め与えらる。そ
れから、周波数変換装置から供給すべき固定子電流用の
対応する制御量を得るために、磁界オリエンテーション
されて予め与えられた固定子電流目標ベクトルが固定子
巻線の固定基準系に変換されなければならないが、その
ためには磁束ベクトルの位置についての情報が必要とさ
れる。この情報は固定子電流および固定子電圧の対応す
る値から磁束演算器を介して得ることができる。西独特
許第１８０６７印号明細書によれば、それは、非同期機
端子の相電圧から当該固定子巻線の抵抗電圧降下、すな
わち当該固定子巻線を流れる電流と抵抗との積、および
インダクタンス電圧降下、すなわち当該漏れインダクタ
ンスと導体電流の時間微分値の積、を差引くことによつ
て行うことができる。こうすることによつて巻線に生ず
る起電力が形成され、その起電力から積分によつて当該
巻線軸の方向に誘起される磁束が演算される。固定子電
流の場合と同様に固定子電圧や、抵抗電圧降下、漏れリ
アクタンス電圧、起電力、磁束もベクトル量として取扱
われ、それらはそれぞれ個々の固定子巻線に属する個別
量から共通のベクトルに合成される。三相回転磁界線の
場合、２つの固定子巻線の起電力または磁束を検出する
ことにより、起電力ベクトルまたは磁束ベクトルの２つ
の成分が１２００の角度をなす２つの巻線軸によつて形
成される座標系内で求められる。その場合、座標変換器
により、この斜交座標系からそれに対応する固定のデカ
ルト座標系に変換することが可能である。デカルト座標
は、以下においては記号α，βで表わされ、φ１および
ψ２で表わされる磁界オリエンテーション座標と対照さ
れる。換算は磁束演算器の出力側で行うことができる。
しかし、それは固定子電流および固定子電圧の検出の際
に既に行うことができるので、磁束演算器には固定子電
流ベクトルおよび固定子電圧ベクトルは斜交座標系また
はデカルト座標系で予め与えることができる。さらに、
起電力ベクトルから磁束ベクトルへ導く積分を固定子電
圧ベクトルから抵抗電圧降下を差引いた後で直ちに行い
、かつ漏れインダクタンス電圧を考慮するために積分後
、漏れインダクタンスと固定子電流との積を差引くこと
もできる。このような磁束演算器は例えば西独特許第２
８３３５４？明細書により公知である。固定子電圧ベク
トルから出発し、起電力の積分によつて磁束ベクトルを
形成するこの磁束演算器は１電圧モデルョと称すること
ができる。このモデルは、非同期機の固定子周波数が定
格周波数のほぼ１０％を超える限り、固定子抵抗につい
ての正確な情報が無くても非同期機運転時の精度および
制御動特性についての要求を満足させることができる。
すなわち、その場合、固定子抵抗の電圧降下は起電力に
対して無視し得るので、磁束検出時の抵抗による電圧降
下の不正確な検出および整定はあまり障害とならない。
しかし低周波の場合には、磁束の正確な決定は温度に依
存する固定子抵抗Ｒ＄についての正確な情報を得られる
かどうかに関係する。さらに、電圧モデルにおいて用い
られるオープンの積分法は零点ドリフトを防止するため
に高価な直流成分調節を付加的に必要とする。この調節
は、低周波において磁束検出の際の検出誤差の原因とな
り、しかも調節の動特性が高周波領域においても悪くす
る。という不都合がある。本発明の目的は、冒頭に述べ
た型の運転装置を、別の磁束演算器を用いることにより
、低周波においても良好な磁束検出が可能であり、しか
も全周波数領域において高い動特性精度が得られるよう
に改善することにある。

この目的は本発明によれば、周波数変換装置から給電さ
れる非同期機の固定子電流ベクトルに対する値１α・ｉ
βと、回転子軸の位置に対する測定値ＣＯｓλ，Ｓｉｎ
λと、回転子抵抗ＲＬに対するパラメータとから、少く
とも磁束ベクトルの位置（Ｃｃｓψ，，Ｓｉｎψ，の位
置を決定する実際値ψα，ψβを求めるための磁束演算
器、前記実際値により決定される磁束ベクトルの位置と
、固定子電流ベクトルの磁束ベクトルに平行な成分１（
Ｐ↑に対する目標値と、固定子電流ベクトルの磁束ベク
トルに垂直な成分１（ｆ）實に対する目標値とから周波
数変換装置を構成する電気弁を制御するための制御量を
形成する周波数変換装置制御部を備えた非同期機の運転
装置において、磁束演算器は演算回路を含み、この演算
回路は磁束ベクトルの求められた実際値ψα・φβと固
定子電圧ベクトルに対する測定された実際値Ｕα，Ｕβ
とからモデル量ＩＭα，ＩＭβを演算し、固定子電流に
対する演算されたモデルベクトルの成分を確定し、しか
もこ１れらのモデル量を固定子電流ベクトルの値として
磁束演算器の入力端に帰還するようになつていることに
よつて達成される。

公知の磁束演算器においては非同基機の起電力ベクトル
のみを決定して、それから積分によつて磁束を検出する
のに対して、本発明においては磁束演算器内で、固定子
電圧ベクトルおよび回転子軸回転角から出発して、固定
子電流ベクトル、固定子電圧ベクトル、起電力ベクトル
および磁束ベクトルに対する微分式が解かれる。

他の非同期機パラメータとして、磁束演算器内では主イ
ンダクタンスおよび漏れインダクタンスを表わすパラメ
ータ値が用いられるが、これらはわずかしか変化せず、
本発明には関係なく整定される。公知の磁束演算器にお
いて必要な固定子電流ベクトルの代りに、回転子軸の位
置または動きについての情報が用いられる。その結果、
ＰＡＲＫの式、すなわち電気量として供給されるトルク
を非同期機の機械的トルクおよび回転子回転に結びつけ
る式、の機械的部分を解くことを必要としなくなる。そ
うすることによつて同時に動特性についてモデルと非同
期機との間に良好な一致を得ることもできる。微分式の
解にとりわけ固定子抵抗および回転子抵抗を表わすパラ
メータ値が入つているので、モデルの精度は、モデル内
で用いられる回転子抵抗および固定子抵抗に対するパラ
メータが対応する機械パラメータにどこまで一致するか
、ということに関係している。そのため、磁束演算器は
固定子抵抗または回転子抵抗またはその両者のパラメー
タ値のために可変パラメータ値を入力するための入力端
子を持つのが良い。回転子抵抗に良好に一致する回転子
抵抗パラメータ値を入力するために、本発明の一実施態
様によれば、磁束演算器から、この磁束演算器内で演算
された固定子電流ベクトルを決定する量が取出．される
。

固定子電流ベクトルでは回転軸に直角に回転するベクト
ルが問題であり、しかもそれは絶対値および角度により
、または与えられた座標系内の成分により決定されるの
で、このベクトルの決定量として、入力された固定子電
圧ベクトルに．直角な成分または平行な成分、または特
に固定子電流ベクトルの絶対値を用いることができる。
非同期機から取出される固定子電流からの回転機の固定
子電流ベクトルを決定する対応量が形成される。回転子
抵抗パラメータ値用の入力側には、前一記２つの１決定
する量ョの差が入力される積分動作調節器が設けられる
。この実施態様においては、回転機および磁束演算器に
は同じ固定子電圧ベクトルが予め与えられるということ
から出発している。

その結果同じ回転ダイヤグラムが得られ、その場合、回
転機およびモデルが異なる回転子抵抗から出発するもの
とすれば、スリップスケールのみが異なる。しかし、磁
束演算器に、回転子の実際の回転速度が入力されるので
、磁束演算器は実際の固定子電流ベクトルとは異なるモ
デル固定子電流ベクトルを検出する。そこで積分動作型
調節器により回転子抵抗のパラメータ値が、モデル固定
子電流ベクトルｌが実際の固定子電流ベクトルに追従さ
れる限り調節される。固定子電流ベクトルの平衡状態が
得られることにより実際の回転子抵抗と対抗するパラメ
ータ値との間に良好な一致性が得られる。本発明の他の
実施態様によれば、回転子抵抗のパラメータ値の整定の
ために回転機の起電力ベクトルは対応する起電力モデル
ベクトルに追従される。回転機の起電力ベクトルを形成
するために、冒頭に述べた従来技術において磁束演算器
として公知であるような起電力検出器が用いられる。こ
の起電力検出器は固定子電流および固定子電圧から非同
期機の起電力を決定する量を演算する。起電力の場合も
平面ベクトルが問題になるの、決定量として、絶対値ま
たは特に入力固定子電流ベクトルに平行な成分またはそ
れに直角な成分（無効成分）を用いることができる。さ
らに回転機内の磁束発生の過程を模擬する演算モデル回
路が設けられる。この演算モデル回路は、非同期機の固
定子電流、回転子位置、および回転子抵抗に対する可調
整のパラメータ値に基づいてモデル磁束ベクトルを演算
する。演算回路では、起電力を決定する量とモデル磁束
ベクトルから導出された、モデルの起電力を決定する量
の差が形成される。これら２つの量の差は回転子パラメ
ータ調節器に入力される。その出力は、一方では演算モ
デル回路の回転子抵抗パラメータ値用の入力端子に、他
方では磁束演算器の回転子抵抗パラメータ値用の入力端
子に入力される。この実施態様は、演算モデル回路およ
び回転機に同一の固定子電流ベクトルが予め与えられる
ことから出発しているので、ここでも回転子抵抗に依存
するスリップスケールのみは異なつている同じ円線図が
得られる。

非同期機の回転子回転角は演算モデルにも入力されるの
で、回転子抵抗用の演算モデル回路内に回転機の回転子
抵抗によつて変わるパラメータ値が入力されるならば、
演算モデル回路は与えられた滑りに対して、回転機の起
電力ベクトルとは異？るモデル起電力ベクトルを算出す
る。そこで、演算モデル回転子抵抗パラメータ値は、起
電力モデルベクトルが回転機逆起電力ベクトルに追従さ
れるまで変えられる。平衡状態が達せられると、演算モ
デルに用いられるパラメータ値は回転機の回転子抵抗に
良く一致する。そのため、回転子抵抗パラメータ調節器
に生ずる値は回転子抵抗パラメータ値としても磁束演算
器に入力させることができる。その場合、演算回路では
モデル磁束ベクトルの微分により起電力モデルベクトル
を形成するのがよい。

演算器によつて形成された起電力ベクトルおよび起電力
モデルベクトルは、両ベクトルの絶対値の差を形成する
ため、絶対値形成用ベクトルアナライザおよび減算回路
を含む装置に入力される。しかも、この装置は、減算回
路に加えて、ベクトルアナライザの代りに少なくとも一
つのベクトル回転器を含んでいてもよい。ベクトル回転
器には、固定子電流ベクトルからベクトルアナライザで
形成された信号、すなわち固定の基準座標系における固
定子電流ベクトルの位置を表わす信号、が入力される。
ベクトル回転器は、入力されたベクトル量の、固定子基
準系（添字α，β）から、固定子電流ベクトルと共に回
転する座標系（添字Ｊｌ，ｊ２）への座標変換を実行す
る。そのため上記装置は、固定子電流と共に回転する座
標系における回転機起電力ベクトルと起電力モデルベク
トルとの間のベクトル差に対応する２つの座標を．出力
する。両起電力ベクトルをバランスさせるため、上記の
回転基準座標系における座標の一つが用いられる。特に
固定子電流に直角な成分（無効成分）を用いるのがよい
。回転機の起電力ベクトルの無効成分は常に起電力ベク
トルおよび抵抗電ζ圧降下の和ベクトルの無効成分に等
しい。その理由は、抵抗電圧降下は常に有効電圧の降下
のみであり、したがつて、固定子電流に平行に存在する
ベクトルを示すからである。この和ベクトルは、固定子
電流ベクトルから起電力検出器内で漏れイ・ンダクタン
ス電圧降下、すなわち漏れインダクタンスと固定子電流
の時間微分値との積、を差引くことによつて簡単に形成
することができる。この和ベクトルの無効成分は、起電
力ベクトルを決定する量として、起電力モデルベクトル
を決定する起電力モデルベクトルの無効成分と共に調節
器に入力される。その場合、固定子電流ベクトルに平行
な和ベクトル成分（有効成分）は、回転機の起電力ベク
トルの有効成分から（もしくは、バランス状態が得られ
た後は、起電力モデルベクトルの有効成分から）抵抗電
圧降下分だけ、すなわち固定子抵抗と固定子電流ベクト
ルの絶対値との積の分だけ異な）つているという事実を
利用することができる。

そのため、固定子電流ベクトルの角度位置を求めるベク
トルアナライザによつて、固定子電流ベクトルの絶対値
も形成され、割算回路の除数人力端子に入力される。同
時に、回転機起電力ベクトルと・起電力モデルベクトル
との間の差の座標変換を行うベクトル回転器によつて、
このベクトル差の有効成分も演算される。ベクトル差の
この有効成分は割算回路の被除数人力端子に入力され、
その結果その出力には、両起電力の無効成分がバランス
゛したとき、同時に固定子抵抗に対するバランスしたパ
ラメータ値が生ずる。この実施態様は磁束演算器と共に
起電力検出器および演算モデル回路を必要とし、そのた
め比較的高価になる。

しかし、それは高精度で動特性も良好であるという特徴
を持つている。より安価に構成したい場合は、固定子抵
抗を決定するために対応するパラメータ値用の磁束演算
器の入力側に、固定子温度の検出信号が入力され、演算
回路内に記憶されている温度修正関数による温度に無関
係の出力値の修正によつて温度に依存する固定子抵抗パ
ラメータ値を形成する演算回路を設ける構成とするのが
よい。固定子巻線の温度の考慮は、温度に依存する出力
値に固定子巻線温度を乗算することによつて、容易に行
うことができる。次に図面を参照して本発明をさらに詳
細に説明する。第１図において、非同期機１は三相系統
電源Ｎから、系統励磁整流器２，平滑された中間回路電
流を有する直流中間回路３および自励式インバータ４か
ら成る周波数変換装置を介して給電される。

周波数変換装置の電気弁を点弧制御するために周波数変
換装置制御部５が設けられている。制御部５には、磁界
軸に平行な成分１７１（磁化電流）およびそれに直角な
成分１７２が別々に入力される。両人力は固定子電流目
標ベクトル±＊を形成する。両人力からベクトルアナラ
イザ６が目標ベクトルの絶対値１＊を演算する。この絶
対値ｉ刻ま固定子電流絶対値の実際値１と比較され電流
調節器７に入力される。電流調節器は制御偏差から整流
器２の点弧制御装置８に対する制御量を出力する。ベク
トルアナライザ６はさらに単位ベクトルの、磁界オリエ
ンテーションされた両座標軸への射影を出力する。その
場合、単位ベクトルは制御ベクトルとして磁界オリエン
テーションされた座標系における固定子電流目標ベクト
ル±水の位置を表わすものである。磁界オリエンテーシ
ョンされた座標系は空間的に固定のデカルト基準系（固
定子基準系）に対して磁束角φｓだけ回転している。こ
の単位ベクトルの射ト１ｎα，ＣＯｓαはベクトル回転
器９によつて固定子基準座標系に変換される。ベクトル
回転器９には磁界軸の方向にある単位ベクトルの射影Ｓ
ｉｎψＳ，ＣＯＳｑ）Ｓが入力される。磁界軸の位置に
ついてのこと角度情報はベクトルアナライザ１０から取
出される。ベクトルアナライザ１０には固定子基準座標
系における磁束ベクトル立の成分ψα，ψβが入力され
る。この種のベクトルアナライザおよびベクトル回転器
は例えば西独国特許出願公開第２９１９７８６号明細書
に記載されている。ベクトルア回転器９の出力端子には
デカルトの固定子基準座標系における制御ベクトルの成
分が生ずる。この成分から座標変換器９″内で、相互に
１２００ずつずれた、固定子巻線軸に平行な３つの軸に
関する成分が形成される。かくして、座標変換器９″は
インバータ４の点弧制御装置９″の制御電圧を出力する
。磁化電流に関する、磁界に平行な成分劃，は磁束の大
きさを決定するので、非同期機を運転制御する場合、磁
化電流の目標値１嗜は磁束調節器１１につて形成される
。磁束調節器１１には、磁束目標値ψ水と、ベクトルア
ナライザ１０で形成されるベクトルの絶対値ψとの間の
制御偏差が入力される。磁界に直角な固定子電流成分（
有効電流）の目標値１妾．を介して非同期機のトルクも
しくは回転速度が制御される。そのため例えば速度調節
器１２が設けられる。速度調節器１２は与えられた目標
回転速度ω＊と回転子位置検出器１３を介して取出され
る回転子位置（位置角λ）の時間微分λ″として与えら
れる対応する実際値との間の制御偏差から目標速度の整
定のために必要な有効電流を形成する。本発明に従い、
磁束ベクトルにいての角度情報（Ｓｉｎｑ）Ｓ，ｃＯｓ
ｑ）ｓ）は磁束演算器２０から供給される。

磁束演算器２０内では回転子位置検出器１３で検出され
た回転子軸の角度λおよび固定子電圧ベクトルｙが入力
される。固定子電流ベクトルｙは第１図の実施例ではデ
カルトの固定子基準座標系における両成分Ｕα，Ｕβの
形で与えられる。両成分Ｕα，Ｕβは回転機への２本の
入力導線Ｒ，Ｓに設けられた計器用変圧器２２から座標
変換器２１を介して得られる。原理的には固定子電圧ベ
クトルｙは他の座標系、例えば回転子基準の座標系で得
ることもできる。何故なら座標変換のための演算回路構
成をそれなりにすることができるからである。実際値の
代りに、、相応して良好な制御の場合には目標値を用い
ることもできる。磁束演算器内で解くべき一連の式につ
いて説明する。

磁束演算器内で解くべきＰＡＲＫの式においては、固定
子電流±および回転子電流±Ｌから磁化電流±μがによ
ｈ形成される。

主インダクタンスＬ，固定子漏れリアクタンスＬＯ５（
本発明の枠内で簡略に漏れインダクタンスＬσとも表わ
される）、および回転子漏れインダクタンスに応じて、
固定子内の磁束立３および回転子内の磁束垂１を作るた
めの・磁化電流が流れる。こ？ベクＹ）Ｊ式はベクル和
の不変のためあらゆる座標系に適用可能である。

その場合、回転子，（回転子位置角λ）と共に回転する
座標系（座標Ｄ，ｑ）への、固定子基準の座標系（添字
α，β）で与えられる電流座標の換算は対応する回転マ
トリクスＤ（λ）によつて与えられる。しかし、固定子
巻線および回転子巻線の電圧に対する式おいては、磁束
立３および立０の間微分が誘起起電力の形で与えられる
。

この式はもはや座標変換に対して不変ではない。むしろ
、固定子基準座標系における固定子電圧ベクトル旦に対
して次式が与えられる。同様に回転子基準座標系におけ
る非同期機の回転子短絡時の電圧式が与えられ、それは
次式のよるになる。

空隙磁束（主磁束）立は次式によつて表わされる。

したがつて、（５）ないし（６）式および（２）式から
、ここで、この式は例えばＦ●Ｂｌａｓｃｈｋｅの論文
″ＤａｓＶｅｒｆａｈｒｅｎｄｅｒＦｅｌｄＯｒｉｅｎ
ｔｉｅｒｌｌｒｌｇｚｕｒＲｅｇｅｌｕｎｇｄｅｒＤｒ
ｅｈｆｅｌｄｍａｓＣｈｉｎｅ′５，ＴＵＢｒａｕｎｓ
ｃｈｗｅｉｇ１９７４，第６〜９ページから来ているも
の、非同期機の場合、界磁巻線および制動巻線の代りに
回転子内の短絡巻線のみが存在していることを考慮して
いる。

対応する式は例えば６４Ｓｉｅｍｅｎｓ−ＦＯｒｓｃｈ
−Ｕ．Ｅｎｔｗ．−Ｂｅｒ．６６ｌ９７２年第１号、第
１８４ページにも式２〜６として記載されている。

そこに挙げられている式１および７は回転機の電気的ト
ルクおよび電気的、機械的トルクの結合による回転子の
角速度の計算について表現しているもので、ここでは必
見とされない。というのは磁束演算器には回転子位置λ
を介して、回転子の角速度についての必要な情報が入力
されるからである。同様の式は上述の文献６６Ｓｉｅｍ
ｅｎｓ−ＦＯｒｓｃｈ−Ｕ．Ｅｎｔｗ．−Ｂｅｒ．“１
９７評第１号、第１５７〜１６６ページに、一般的な場
合（同期機）に対して、回転子基準座標系て与えられる
式からも与えられる。そこには、この微分方程式を解く
ための回路も示されている。もちろん、その回路は、こ
こで用いられる磁束演算器２０の必要に合わせて変形で
きる。この提案された回路においては、電気的トルクの
結合により回転子位置を計算するため、機械的部分が設
けられいる。本発明の磁束演算器では、そのような機械
的部分を必要とせず、それは回転子位置角を直接入力す
ることによつて代替されている。第２図には磁束演算器
２０の内部構成が示されている。

この回路においては、磁束演算回路３０内で式（１″）
および（■）に応じてベクトル立が回転子基準の座標ψ
Ｄ，ψｑに演算され、続いて、入力された回転子位置角
λの角度関数Ｓｉｎλ，ＣＯｓλに応じて固定子基準の
座標ψα，ψβに変換される（変換回路３１）。微分回
路３２，３２″ではそれからそれぞれ起電力ベクトル旦
＝渣立の固定子基準座標成分ｅα，ｅβが演算され、電
流演算回路３３，３３″で固定子電流ベクトル±の固定
子座標成分が求められる。磁束演算回路３０に入力する
ため、この固定子座標成分１α，ｉβは変換回路１３４
で再び磁束演算回路が動作する回転子座標系に変換され
る。第２図に示されている磁束演算回路３０の理解のた
めに式（■）と（１″）をまとめてみると、第８図の上
半部には対応する回路構成が示されている。

ここでＩｄから微分回路８０および比例回路ＲＬ，Ｌσ
により第１，第２の項が、反転出力量−ψ６から比例性
をもつて導く導線８１（係
Ｌσ１数Ｌ，ＲＬ）により第３の項が形成され、
丁の乗算により第４の項が形成され、これら各項の値ｌ
が加算点８２に入力される。

ここで上記の式の結果が加算点８２の加算出力として生
ずる。加算信号は積分（積分器８３）によつて求める磁
束成分ψ，を与える。第８図の下半部は、この回路を簡
略化したものを示したものである。

ここでは微分回路８０の代 ＬＯＬりに
時限特性（１＋Ｓ−玉『）を有する時限回路８『が用い
られている（Ｓ＝ラブラス変換演算子）。

この回路は、ラプラス変換によつて得られる次式によつ
て表わすことができる。この関係は、Ｒ１がＬに、Ｒ２
がＬσに、かつＣ１が１／ＲＬにそれぞれ比例するもの
と仮定すれば、第２図に示されている回路に到る。

同じことが成分ψ９に示しても得られる。電流成分１α
，ｉβの演算のために平滑回路３３，３３″が用いられ
る。

というのは、式（■）は次のよう変形できるからである
。この説明のために第９図の回路を参照する。

ここで微分回路３２から取出される成分−ｅα＝椿ψα
，入力量Ｕα，および積分器９２の出力端子９１から取
出される出力量１αは（増幅（係数ＲＳ）および反転し
て）加算点９３に導入される。加算信号は積分器の入力
側に導かれる。簡単化することによつて第２図に示され
ている回路が生ずる。その場合、固定子漏れインダクタ
ンスＬσはコンデンサＣ２によつて示され、固定子抵抗
は抵抗Ｒ３によつて示されている。非同期機の微分方程
式を解くための、この磁束演算器の構成は、前述の従来
技術により公知である。本発明の場合、コンデンサＣ１
およびＣ２は、固有の回転機パラメータＲしおよびＲＳ
に適合させるため ±および
゛ＲＦＩＩ青に比例して変わる。

さらに、磁束演算器で演算された電流成分１α，ｉβの
値ないし磁束成分ψα，ψβの値は出力端子３４，３４
″ないし３５，３５″に導かれる。これらの電流成分は
磁束演算器のパラメータ整定Ｒｈに対応する値１Ｍα，
ＩＭＰを表わす。その場合、ベクトルアナライザ１０（
第１図）によつて磁束成分ψＭα，Ｍβから角度信号Ｓ
ｉｎｃｐｓ，ｃＯｓｃｐｓが形成できる。角度信号Ｓｉ
ｎｑ）Ｓ，ｃＯｓＰｓは、磁束演算器のパラメータ値Ｒ
気およびＲ？が回転機パラメータＲＳおよびＲＬに十分
正確に整定されていれば、固定子座標系のノα軸と磁束
軸との間の角度ψｓに対応する。ここでもちろん、磁束
演算器は、磁束ベクトルの正確な位置決定のために十分
に正確に整定されるべき他のパラメータ、例えばＬ，Ｌ
ＯＩ′，ＬＯ５などを利用することに注意すべきである
。磁束演算器２０で演算された磁束ベクトル垂は、固定
子抵抗に対するパラメータ値Ｒ気および回転子抵抗に対
するパラメータ値Ｒｈが非同期機の対応する抵抗値に正
確に一致すればするほど、回転機の磁束を正確に表現す
る。

それ故、パラメ１−タ値を対応する回転機の値に調整す
るために、磁束演算器２０には入力端子が設けられてい
る。ここで多くの場合、回転機の固定抵抗ＲＳの温度依
存性を考慮することが必要である。このことは第１図の
実施例の場合、温度に関連する値が入・力されることに
よつて行われる。この値は一定の基準温度において固定
子抵抗に調整される出力値Ｒ邑に固定子巻線温度０Ｓの
補正関係を乗算することによつて得られる。多くの場合
、Ｒデの入力端子側に、出力値Ｒ已に固定子温度θ８を
乗算する乗”算回路２３を前値すれば十分である。回転
機の回転子抵抗Ｒしに一致する回転子抵抗パラメータ値
Ｒｈを入力するために、磁束演算器２０の対応する入力
端子に一致化回路が前置される。

この一致回路は、回転機および磁束演算器に、固定子電
圧に対する同じベクトルが予め与えられることに基づい
ている。それ故に、磁束演算器および回転機に対して同
一の円線図が得られる。その場合、ＲＬＸＲｈに対する
滑りスケールが異なるだけである。第３図には円線図が
示されている。

ここで円弧の外側にあるスケールは回転機に対するもの
であり、内側にあるスケールはモデルに対するものであ
り、Ｒｈ＞ＲＬの場合について示されている。第３，図
に示されている回転機の固定子電流±に対しては例えば
滑り０．０５が対応する。回転子位置入力により磁束演
算器２０には同一の滑り０．０５が与えられ、それに応
じて皐束演算器内では固定子電流±Ｍが得られる。一致
化回路には今や±＝±ＭつまりはＲＬ＝Ｒｈが得られる
ところまで与えられ回転子抵抗パラメータ値Ｒｈが変え
られる。この原理を実現するため磁束演算器のＲｈ用入
力端子側に積分動作型調節器２４が設けられている。

この調節器２４には、固定子電流ベクトル±を決定する
量と、対応する微分方程式を解く際に磁束演算器内で計
算されるモデル固定子電流ベクトルーしを決定する量が
入力される。決定する量としては特に固定子電流の絶対
値１と磁束演算器内で算出されたモデル固定子電流の絶
対値１Ｍを用いることができる。その場合、ＲＬ−Ｒｈ
〉０のときは常にｉ−１Ｍ〉０である。周波数が極めて
低く、しかも滑りが極めて低い場合だけは、ｉ−ＩＭお
よびＲＬ−ＲＴＭの間に単調体が無くなり、この極端な
運転状態では、場合により極性転換が考慮されなければ
ならない。磁束演算器内で算出された固定子電流ベクト
ル±９の絶対値１Ｍの形成は、磁束演算器２０で算出さ
れた固定子電流ベクトルの、固定子座標系で求められた
成分１Ｍα，ＩＭβが入力されるベクトルアナライザ２
５によつて容易に行うことができる。同様に回転機の固
定子電流±の絶対値１は、回転機電流のデカルト座標成
分１α，ｉβが入力されるベクトルアナライザ２６によ
つて決定される。このデカルト成分は、２本の回転機入
力導線Ｒ，Ｓ内で変流器２７により回転機電流１Ｒ，ｉ
ｓを検出し、座標変換器２８でデカルトの固定子座標系
に変換することによつて形成される。第４図には第１図
の回路の機能が略示されている。

符号４０て周波数変換装置／非同期機の系統が示されて
いる。固定子電圧ベクトルは二重線矢印見α，βで示さ
れている。固定子座標系におけるベクトルの両成分を取
扱うためである。この固定子電圧ベクトルは磁束演算器
４１にも入力される。磁束演算器４１にはさらに固定子
巻線温度θＳについての情報（すなわち整定された固定
子抵抗パラメータ値Ｒ９に対する温度修正信号）および
回転子位置λについての情報が回転機から与えられる。
磁束演算器４１は二重線矢印立α，βによつて記号化さ
れた磁束ベクトルの位置および大きさについての情報（
これは周波数変換装置制御部に必要とされる）を出力す
る。回転子抵抗一致化回路は実質的に前述のベクトルア
ナライザ２５，２６および積分動作型調節器２４から成
つている。その場合、両固定子電流ベクトルは再び二重
線矢印±α，βおよび１Ｍα，βで示されている。第５
図おび第６図の実施例は非同期機の回転子抵抗ないし固
定子抵抗の一致化のための他の回路・構成を示すもので
ある。

この回路は１電流モデルョとして示されている演算モデ
ル回路５０を使用しているのが特徴である。回転子抵抗
および場合によつては固定子抵抗の一致化のためこの電
流モデルは′６■ＥｒｆａｈｒｅｎｕｎｄＶＯｒｒｉｃ
ｈｔｕｎ？ＵｍＥｒｎｌｌｔｔｅｌｎｄｅｓＬａｅｕｆ
ｅｒ−ＷｉｄｅｒｓｔａｎｄｅｓｓｉｎｅｒＡｓｙｎｃ
ｈｒＯｎｍａｓｃｈｉｎｅ″という発明の名称で同一出
願人が西独国に同時に出願した出願の中に記載されてお
り、ここではその概要を述べるにどめる。演算モデル回
路５０は非同期機の固定子電流ベクトル±から出発し、
他の情報として、非同期機から取出される回転子位置角
λの情報が用いられる。

この電流モデルにも回転子抵抗パラメータ値Ｒｈが入力
され、そのパラメータ値によつて、非同期機内の動的過
程を模擬するモデル回路内で転機の磁束ベクトルに対す
るモデルベクトルが演算される。この場合、電流モデル
５０および非同期機には同じ固定子電流ベクトルが与え
られるので、ここでもＲｈＶＲＬの場合に対する異なる
滑りスケールで同一の円線図が得られる。しかし、電流
モデルにはあらゆる時点に実際の回転子位置したがつて
実際の滑りが与えれるので、モデル磁束ベクトルベクト
ルｂは実際の磁束ベクトル褒とは異なる。同様にモデル
磁束ベクトルから微分によつて得られるモデル起電力ベ
クトル旦Ｍも回転機の起電力ベクトル旦とは異なる。そ
のため、回転子抵抗パラメータ値用電流モデルの入力側
には回転子抵抗パラメータ調節器５１が前置されている
。この調節器５１に（ま回転機の起電力ベクトル旦を決
定する量と、それに対応するモデル起電力ベクトル旦、
を決定する量との間の偏差が入力される。いまや調節器
５１により、両起電力ベクトル旦，．Ｅ４が等しくなる
ところまで、すなわち調節器入力側で決定する量の差が
無くなるまで、回転子抵抗パラメータ値Ｒｈが変えられ
る。その場合、調節器出力端子には回転子抵抗ＲＬに十
分な精度をもつて対応する値が現われる。原理的には調
節器５１における平衡作用のために起電力ベクトルの代
りに対応す磁束ベクトルを用いることができる。

そのためには、起電力検出器を用いて、固定子電圧ベク
トルｙから、抵抗電圧降下および漏れインダクタンス電
圧を減算して、その差を積分することによつて、回転機
の磁束ベクトル乗を形成することができる。続いて演算
回路内でベクトル立，立．を決定する２つの量の差が形
成され、調節器５１に入力される。決定する量として両
ベクトルの絶対値が用いられる場合、ベクトルの成分が
それぞれベクトルアナライザに入力され、ベクトルアナ
ライザに生ずるベクトル絶対値が減算回路に入力される
。回転子抵抗の平衡のためには磁束ベクトルからではな
く、起電力ベクトルから出発するのが回路技術的に簡単
である。

その場合、演算回路は、モデル磁束ベクトルちの成分別
の微分によつてモデル起電力ベクトル仝を求めるために
、微分回路を含むことになる。しかし、第５図の回路で
は、起電力ベクトルの大きさからではなく、その固定子
電流ベクトル±に直角な成分（無効成分、添字Ｊ２）か
ら出発している。抵抗電圧降下は純有効電圧降下であり
、そのため固定子電流ベクトルの方向に向たベクトルと
なるので、抵抗電圧降下は起電力ベクトルの無効成分に
は関係しない。それにより起電力検出器の構成が簡単に
なり、それは同時に回転機の固定子抵抗の一致化をも可
能にする。第５図においては、起電力検出器５２内で固
定子電圧ベクトルＵから漏れインダクタンス電圧のベク
トル成分別に減算される（減算点５３）。

漏れインダクタンス電圧ベクトルは、固定子電流ベクト
ルの成分別の微分（微分回路５４）と、固定子巻線の漏
れインダクタンスを表わすパラメータＬσとの乗算によ
つて求められる。起電力検出器５２内に、起電力演算に
必要な抵抗電圧降下の減算が省略されるので、起電力検
出器は、起電力ベクトルのデカルト固定子座標成分の代
りに、起電力ベクトルおよび抵抗電圧降下のベクトルか
ら成る和ベクトル盈の対応する成分ｓα，ｓβを出力す
る（第６図参照）。２つのベクトルの差ベクトルのデカ
ルト成分は両ベクトルの対応する成分の差に等しいので
、調節器５１に入力すべき、旦およびちの無効成分の差
が形成される。

その場合、まず成分別の減算（減算部５５）により差ベ
クトル旦−ぽが形成される。それに続く増幅の後、この
差ベクトルのデカルト成分がベクトル回転器５６に入力
される。ベクトル回転器５６は、入力ベクトルを、固定
子電流ベクトルと共に回転する座標系に変換する。その
ため、ベクトル回転器５６には量Ｓｉｎγ，ＣＯｓγが
入力される。ここで、γはデカルト固定子座標系におけ
る固定子電流ベクトルの方向を表わす。固定子電流ベク
トルの方向についてこの情報は、回転機の固定子電流ベ
クトルのデカルト成分１α，ｉβが入力されるベクトル
アナライザ５７によつて形成される。このベクトルアナ
ライザ５７は固定子電流ベクトルの絶対値１をも算出し
、それを割算回路５８の除数人力端子に入力する。かく
して、ベクトル回転器５６の出力端子には添字ｊ１およ
びＪ２で示されている差ベクトル（旦一旦Ｍ）の成分が
現われる。

差ベクトルの無効成分（旦一旦．）Ｊ２は前述の説明に
従い、回転機逆起電力ベクトル旦の無効成分とモデル起
電力ベクトル旦、の無効成分との間の差Ｅ，２−ＥＭ，
２に等しい。この差は調節器５１の入力端子に入力され
、演算モデル回路５０におけるパルメータ値Ｒｈの追従
のために用いられる。回転機とモデルとの間に平衡状態
が得られると、回転機の起電力ベクトル旦の無効成分Ｅ
，２はモデルの起電力ベクトルの対応する無効成分ＥＭ
，２と一致することになる。なお、差ベクトル旦−ばの
有効成分は回転器の固定子巻線の抵抗電圧降下Ｒ３・ｉ
に等しくなる。そのため有効成分（旦一旦の，１が割算
器５８の被除数人力端子に入力されると、その出力端子
には回転機の固定子抵抗ＲＳに十分一致した値が現われ
る。今や、の値は磁束演算器４１に固定子抵抗パラメー
タ値Ｒ？として入力される。磁束演算器４１内に対応す
る回転子抵抗パラメータ値ＲＴＭを入力するためには、
例えば第４図を参照して既に述べた、ベクトルアナライ
ザ２５，２６および積分動作型調節器２４を有する一致
化回路を用いることもできる。しかし他方では、固定子
抵抗パラメータ調節器５１の出力端子に生ずる、回転機
の一致化された回転子抵抗ＲＬに対する値を磁束演算器
４１に入力することもできる。その場合、調節器２４お
よびベクトルアナライザ２６は省略され、第７図に示さ
れている回路が構成される。周波数変換装置の制御に必
要な回路機の磁束ベクトルについての情報が電圧モデル
によつて形成される従来の装置に対して、本発明の装置
は、低速度領域で電圧モデルに優る電流モデルを用いる
ことが可能になる。しかしその場合、抵抗パラメータＲ
已，Ｒｈの誤調整およびそれに関連する磁束ベクトルの
誤演算は本発明の磁束演算器を用いることによつて回避
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
第１図における磁束演算器の詳細内部構成を示す概略図
、第３図は第１図の装置の動作特性を示すための円線図
、第４図は第１図の装置の機能を略示するブロック図、
第５図は本発明の他の実施例の要部を示すブロック図、
第６図は第５図の装置の動作特性を説明するためのベク
トル図、第７図は第５図の装置に対する一部変形実施例
を示すブロック図、第８図は第２図における磁束演算回
路の二つの構成例を示すブロック図、第９図は第２図に
おける平滑回路の構成を示すブロック図である。 １・・・・・・非同期機、２・・・・・・整流器、３・
・・・・・周波数変換装置、４・・・・・・自励式イン
バータ、５・・・・・・周波数変換装置制御部、２０・
・・・・・磁束演算器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 周波数変換装置から給電される非同期機の固定子電
   流ベクトルに対する値ｉα、ｉβと、回転子軸の位置に
   対する測定値ｃｏｓλ、ｓｉｎλと、回転子抵抗Ｒ＾Ｌ
   に対するパラメータとから、少くとも磁束ベクトルの位
   置ｃｏｓψｓ，ｓｉｎψｓの位置を決定する実際値ψα
   、ψβを求めるための磁束演算器２０、前記実際値によ
   り決定される磁束ベクトル位置と、固定子電流ベクトル
   の磁束ベクトルに平行な成分ｉψ＾＊＿１に対する目標
   値と、固定子電流ベクトルの磁束ベクトルに垂直な成分
   ｉψ＾＊＿２に対する目標値とから、周波数変換装置を
   構成する電気弁を制御するための制御値を形成する周波
   数変換装置制御部５を備えた非同期機の運転装置におい
   て、磁束演算器２０は演算回路３、３２′、３３、３３
   ′を含み、この演算回路は磁束ベクトルの求められた実
   際値ψα，ψβと固定子電圧ベクトルに対する測定され
   た実際値Ｕα、Ｕβとからモデル量ｉ＿Ｍα、ｉ＿Ｍβ
   を演算し、固定子電流に対する演算されたモデルベクト
   ルの成分を確定し、しかもこれらのモデル量を固定子電
   流ベクトルの値として磁束演算器の入力端に帰還するよ
   うになつていることを特徴とする非同期機の運転装置。 ２ 磁束演算器￥２０￥は回転子抵抗を表わす可変パラ
   メータ値Ｒ＾Ｌ＿Ｍを入力するための入力端子を持つて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の運転
   装置。３ 磁束演算器￥２０￥から、固定子電流に対す
   るモデルベクトルｉ＿Ｍα、ｉ＿Ｍβの絶対値ｉＭ又は
   モデルベクトルを決定する他の量が取り出され、固定子
   電流ベクトル成分ｉα、ｉβの絶対値ｉ又は固定子電流
   ベクトルを決定する他の量が形成され、回転子抵抗パラ
   メータ値Ｒ＾Ｌ＿Ｍ用の入力側に積分動作調節器２４が
   設けられ、この調節器に前記絶対値又はベクトルを決定
   する前記２つの他の量の差が導かれることを特徴とする
   特許請求の範囲第２項記載の運転装置。 ４ 固定子電流￥ｉ￥α、βおよび固定子電圧￥Ｕ￥α
   、βから非同期機４０の起電力を決定する量Ｓｊ＿２を
   演算する起電力検出器５２と、非同期機の固定子電流￥
   ｉ￥α、β、回転子位置λ、および回転子抵抗に対する
   可調整のパラメータ値Ｒ＾Ｌ＿Ｍに基づいて、磁束発生
   の過程を模擬してモデル磁束ベクトル（ψ＿Ｍα、βを
   演算する演算モデル回路５０と、非同期機の起電力を決
   定する量Ｓｊ＿２とモデル磁束ベクトルから導出された
   、モデル起電力を決定する量ｅ＿Ｍ＿ｊ＿２との差を演
   算する演算回路６０と、前記差が入力され、出力が演算
   モデル回路５０および磁束演算器４１の各回転子抵抗パ
   ラメータ値用の入力端子に入力される回転子パラメータ
   調節器５１とが設けられていることを特徴とする特許請
   求の範囲第２項記載の運転装置。 ５ 演算回路６０内において、起電力検出器５２によつ
   て形成された起電力ベクトル￥ｅ￥α、βと、モデル磁
   束ベクトル￥ψ￥＿Ｍα、βから微分によつて形成され
   た起電力モデルベクトル￥ｅ￥＿Ｍα、βとが少なくと
   もベクトルアナライザおよび減算回路によつて前記起電
   力を決定する２つの量の差として用いられる両ベクトル
   の絶対値の差を形成する装置に入力されることを特徴と
   する特許請求の範囲第４項記載の運転装置。 ６ 演算回路６０内において、起電力検出器５２によつ
   て形成された起電力ベクトル￥Ｓ￥α，βと、モデル磁
   束ベクトル￥ψ￥＿Ｍα，βから微分によつて形成され
   た起電力モデルベクトル￥ｅ￥＿Ｍα，βとが、前記起
   電力を決定する２つの量の差￥Ｓ￥＾−￥ｅ￥＿Ｍとし
   て用いられる、両ベクトルの差の固定子電流ベクトル￥
   ｉ￥α、βに直角な成分（￥Ｓ￥−￥ｅ￥＿Ｍ）＿ｊ＿
   １を形成するために、少なくともベクトル回転器５６お
   よび減算回路５５を含む装置５５，５６，５７に入力さ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の運転
   装置。 ７ 起電力検出器５２には固定子電流ベクトル￥Ｕ￥α
   ，βから漏れインダクタンス電圧Ｌσ・ｄ／ｄｔ￥ｉ￥
   α，βを差引くことによつて起電力ベクトルと抵抗によ
   る固定子電流降下とから成る和ベクトル￥ｓ￥α，βを
   演算し、この和ベクトルを非同期機の起電力ベクトルと
   して演算回路６０に入力することを特徴とする特許請求
   の範囲第６項記載の運転装置。 ８ 磁束演算器２０は非同期機の固定子抵抗Ｒ＾ｓに対
   する可調整のパラメータ値Ｒ＾Ｓ＿Ｍを入力するための
   入力端子を持つ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７項のうちいずれかに記載の運転装置。 ９ 磁束演算器２０の入力側に、固定子温度θ＾ｓの検
   出信号が入力され、温度修正関数による温度に無関係の
   出力値Ｒ＾ｓ＿Ｏの修正によつて温度に依存する固定抵
   抗のパラメータ値Ｒ＾ｓ＿Ｍを形成する演算回路２３が
   設けらていることを特徴とする特許請求の範囲第８項記
   載の運転装置。１０ 演算回路６０は減算回路５５およ
   びベクトル回転器５６によつて前記和ベクトル￥ｓ￥α
   ，βおよび起電力モデルベクトル￥ｅ￥＿Ｍα，βの固
   定子電流に平行な成分の差（￥ｓ￥−￥ｅ￥＿Ｍ）＿ｊ
   ＿１をも形成し、その差は割算器５８の被除数入力端子
   に入力され、割算器５８の除数入力端子には固定子電流
   ￥ｉ￥α，βから形成された固定子電流ベクトルの絶対
   値が入力され、割算器５８の出力は固定子抵抗パラメー
   タ値Ｒ＾Ｓ＿Ｍ用磁束演算器４１の入力端子に入力され
   ることを特徴とする特許請求の範囲第７項または第８項
   記載の運転装置。