誘導電動機のベクトル制御

２０２４年４月２７日

先日図書館から、ベクトル制御の解説書を借りてきました。小生はベクトル制御の原理はわかっていますが、もう少し具体的なことが知りたかったのです。

実は小生、誘導電動機のベクトル制御のほんの初期の初期に、ちょっとだけ関係しています。1978年頃、営業マンとして特に省エネ機器に力を入れていた時代、ある会社にサイリスタインバータ+誘導電動機というシステムを納入しました。電動機出力で、確か75KWではなかったかと思います。その頃のインバータですから、電流型のサイリスタインバータです。インバータのシステムは、ロッカーみたいな大型の制御盤に納められていました。ところがその用途が負荷変動が激しく、普通の電流型では追従できず、サイリスタの焼損事故が相次ぎました。

普通はそれで出入り禁止になって終わるところですが、代理店さんが頑張ってくれて、なんと2号機を受注しました。ただし条件はベクトイル制御です。その頃やっとベクトル制御が話題になり、中大型機では製紙関係に1979年、鉄鋼関係には1980年に納入されたのが最初です(電気学会論文誌による)。その中で、大型プラントではなく、単なる1インバータ1モータのシステムとすると、日本最初ではないでしょうか。確か1980年に納入して順調に運転され、その後1号機もベクトル制御付に改造されました。

その時代、マイクロプロセッサによる制御器はあるにはありましたが、鉄鋼などの大型プラント用で、こういう小さなシステムには使えません。制御回路は、すべてアナログの演算回路です。演算速度は速いのですが、サイリスタ素子の動作が遅く、矩形波制御だったと思います。

さて小生の過去はさておき、ベクトル制御の解説ですが、まず大学の先生が書いた本を借りてきましたが、数式だらけで具体的なことはさっぱりわかりません。次に東芝の人が書いた本、これは家電の制御の解説書で永久磁石式同期電動機駆動用ですが、良くわかりました。なお説明例のインバータは、現在のIGBTを使ったPWM制御です。家電品にまでベクトル制御が使われる時代になっているんですね。

小生の頃のインバータは電流型で、しかもGTOができる前のサイリスタです。実際の制御ではインバータ部分だけではなく、コンバータ部分も制御しなければいけないんでしょうが、そこは完全なノウハウでしょう。小生は1981年に会社を辞めたので後を見ていませんが、動作の遅いサイリスタを必死で使いこなして造ったベクトル制御、素子の(特にトランジスタの)進化速度が速く、後に続く適用例がなく、袋小路の技術になったのかもしれません。