Spice is widely used as a versatile simulation tool for electronic circuit analysis and seems to be useful for pOwer electrOnic circuits However,it is dittcult to apply SPICE straightway

SPICEに よるインバー タ駆動誘導機の シ ミュ レー シ ョン

松 坂 知 行

^*・

Sirnulation of an invertor driven induction mOtor using SPICE

Tomoyuki lvIATSUZAKA・

^*

Abstract

Spice is widely used as a versatile simulation tool for electronic circuit analysis and seems to be useful for pOwer electrOnic circuits However,it is dittcult to apply SPICE straightway

ァ er electrOnic circuit including electrical rnachines because the elements of circuit models to describe machine characteristics are not included in SPICE  Hence,it is necessary to state machine characteristics using circuit models included in SPICE  This paper presents the method to express machine characteristics using circuit elements in SPICE

1。 ま え が き イ ンバ ー タで駆 動 され た誘 導 機 の シ ミュレー シ ョン方法 につ いて述べ る。

本稿 はパ ワー回路で駆動 され る誘導 機 の シ ミュレーシ ョンについて述べている。パ ワー回 路はパ ワー トランジスタ,サ^{イ リスタな どのス}

イ ッチ素子を含んでいるため連続系 と異 な リシ ミュレーシ ョンが面到である。一方回路 シ ミュ レータ としてSPICEが広 く用 い られ て い る。

そ こでSPICEを用 いてパ ワー回路で駆動 され る誘導機のシ ミュレーシ ョンを行 う方法を研究 した。 しか しSPICEは電子 回路解析用 として 設計 されているため,パワー駆動回路のシ ミュ レーシ ョンは可能 で あ るが,誘導 機 の シ ミュ レーシ ョンには特別 な工夫が必要である。すな わち誘導機 を等価 な電子回路で表現す る必要が ある。誘導機を等価電子回路で表現で きればパ ワー駆 動 回路 と誘 導 機 を合 め た 全 体 の 系 が

SPICEでシ ミュレーシ ョンで きるので

,非

2.誘_{導機の動特}

^:1上

¹⁾

(1)

(2)

^d―

1に d―

1を

(a)電

l,=Rlケ lα +少

19=Rlケ 19+つ

2ど

^2,+こ

2ケ 29+沙

²

こ こ で

φ ^lど =Lil,1』 十″ J2ど

φ 17=Lilゲ l?十 〃ど

φ

ケ 1ど 十二

2ど

φ

ぢ l?十 L22ゲ

(b)   トルク

2'2ど φ _2】 ケ

平成 4年 12月 15日 受理

率 情報 システムエ学研究所教授

中事電気工学科助教授 (3)

ブ

'と

「   φ

2e

2

加α^=クェど半 φュど十¥ん^ど

少ぬ^?=劣

?半

"が娩―等 んじ十¥ぬ^√ωφ2?

崩^=物 拳_φ

_{29+¥φ l?+ω}

少

^{tυ =(T―}

(8)

した が って (8)式 の状態方程式 を求 め る こ とに よ り

(6),(7)式

lど

^2ど

φ

19

(a)q座標軸等価回路

十

+ ω φ

2,

ω φ

2J

(4)

(5)

(6)

(7) 寅l  Lll― れr

21,=

ι

17=

22ど=

夕2?=

L22 ルr   尺2

￨

夕ぅ

,c ￨ ￨ ￨ ^￨

=汚 ^{‑1/2 7g/21       0}

‑1/2‑7g/2

41ど ι19

(b)d座標軸等価回路 図1 '― ?軸等価 回路

(c)電

力

P=ωT

(d)機

械的運動方程式

_ノィ

υ

こ こ で

つ三場彿^Tと′は負荷トルク

よって (2)式 よ り

また この逆変換 は以下 の よ うになる。

(9)

￨夕封^{=涯li 21 1}

￨

‑1/2

‑1/2

‑7写_/

ια ワぅ 夕c

(1)式

(6),(7)式

(5)式

2ど

(10)

3, SPICEに よるシミュレーション 図2は (8)式 に よ り導 かれたd軸,q軸回路 を表わす等価電子 回路 であ る。図中^d tt q車由電 圧 υェど,%lTは (10)式 を参 照 し図3の回路 で求 め られ る。 また図4は トル ク と回転速度 を表す 等価 電 子 回路 で,(3),(6),(7)式か ら導 かれ る。

図5は_固定子d軸電流,q軸電 流 を求 め る等価 電子 回路 で,(6),(7)式か ら導 かれ る。また図⁶ はa相の電流 を求 め る回路

,図

D=Lllと22 〃2      (11)

を示す。

以上 の等価電子 回路 で誘導機 の動作 を各種条 件 で シ ミュ レーシ ョン した ところ,文献

(2)の

︱

︱

︱

︱

‑12‑

んr _φ2J

Vュ d

Vlq

ネ

SPICEに

よるインバ ータ駆動誘導機 のシ ュ ミレーシ ョン

d軸 回路

q軸 _回路 図 2 SPICE向 き等価回路

Mφ?」

φ

固定子 d軸 電圧

▲ Ｔ Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ

ム Ｔ Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ 鉗

▲ Ｔ Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ

磋 ミ

狛

︱

︱

︱

︱

小

︱

︱ Ｉ Ｔ Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ

D

Ａ Ｔ Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ Ｖ

Ｖ Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ

固定子 q軸 _電圧 図

琥 ?軸 電圧

トル ク

転速 度 図 4  トルク ,回 転角速度

‑13‑

￨ D

R2Lュ ェ

D

R2Lll

￨ RI吻

Ｄ一咆

Mφ_1002(ュ D

Mφ7̀!

D

^lΩ

▲ Ｔ

︲

︲

︲

︲ ニュ︒

︲

︲

︲

︲

︲

︲

ｈ２   ｈ２

D

ホ Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ

・ Ｉ ュ ｑ

Ｉ

︲

︲

︲

︲

D

L2,φ

L2?φ

電圧制御  非線系電圧 電流源    制御電流源

固定子

d軸

固定子q軸_電流

図5 固定子 琥?軸^電流

a相

図

8 

08   12   1.6

時 間 (s)

20  24+101 Vc

理

頓斗

︶ ぱ 揺

︺ 翻

一                          一  一  一

▲ Ｔ Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ ｒ ｌ ａ ｔ ｌ ｉ ｌ ｌ ｌ

く︵

︶ ド 腿 雫

椰^H 0̲0    0 4

1)一 V(32

2)一 V(lo

3)一 V(5)

図

9 

図7 電源 シ ンボル

結果 と一致す ることが確認 された。

つ ぎに図

パ ワー トランジスタを用いたイ ンノ ミ

_で

^{スイ ッチは}

号で駆動 さ れ る。出力電圧 は図

回路で

電圧 に 変換 され る。

図

SPICEに よる

動誘導電動機 の起動 トル ク ,回 転数

動電流のシ ミュレー

シ ョン結果 で あ る。等価 な正弦波駆動電動機 の 実験結果 と比較 した ところ妥 当 な結果 であ る こ

とが確認 で きた。

4。

以上

SPICEに

等価 正 弦波 に よる実験結果 と比較 した ところ妥 当 な こ とが確 認 で きた。

本

SPICEは

電圧制御 電圧源

‑14‑

＋   一

Va Vb

キ   一

SPICEに

よるインバータ駆動誘導機のシュミレーシ ョン

路 要 素 を マ ウス で接 続 す るだ け で シ ミュ レー シ ョンが実 行 で き るの で

^{め て シ ミュレー}

シ ョンの効率 が よい こ とが分か った。

5.参 考 文 献

1)松

坂 ,佐 々木 :誘 導機 の起動 電流 シ ミュレー シ ョン ,第 10回 シ ミュレーシ ョン テ ク ノ ロ ジー コンファレンス

2)秦

泉寺

^{藤 訳 :パ} ワーエ レク トロエクス

ACド

ライブ ,電 気書院