JP2000175492A - 誘導電動機の制御装置 - Google Patents
誘導電動機の制御装置Info
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- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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- Power Engineering (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 一定速運転時のみならず加減速運転時にも、
さらに負荷トルクが急激に変化するような用途において
も、誘導電動機の高効率運転を可能とする。 【解決手段】 一次周波数８および一次電流３から第１
および第２の電流成分を求め４、それぞれの二乗値が所
定の振幅比となるように誘導電動機２の磁束振幅を制御
する５、６、７ように構成した。さらに、磁束指令値の
振幅の最大値および最小値の少なくとも一方を制限する
ように構成した。
さらに負荷トルクが急激に変化するような用途において
も、誘導電動機の高効率運転を可能とする。 【解決手段】 一次周波数８および一次電流３から第１
および第２の電流成分を求め４、それぞれの二乗値が所
定の振幅比となるように誘導電動機２の磁束振幅を制御
する５、６、７ように構成した。さらに、磁束指令値の
振幅の最大値および最小値の少なくとも一方を制限する
ように構成した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、誘導電動機の制御
装置に係り、特に負荷状態によらず誘導電動機の効率を
最大値に保つことが可能な制御装置に関する。
装置に係り、特に負荷状態によらず誘導電動機の効率を
最大値に保つことが可能な制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１５は従来のこの種の制御装置を示す
もので、特開昭６２−８９４９３号公報に示されたもの
である。図１５において、１ａはインバータ、２は誘導
電動機、３は電流検出器、２１は順変換部、２２はコン
デンサ、２３は逆変換部、２４は整流器、２５はローパ
スフィルタ、２６はＡ／Ｄコンバータ、２７はマイクロ
コンピュータによる制御回路、２８はＰＷＭ回路であ
る。インバータ１ａはコンデンサ２２とＰＷＭ回路２８
を備えた周知の電圧型ＰＷＭインバータで、誘導電動機
２に可変電圧可変周波数の３相交流電圧を供給する働き
をする。
もので、特開昭６２−８９４９３号公報に示されたもの
である。図１５において、１ａはインバータ、２は誘導
電動機、３は電流検出器、２１は順変換部、２２はコン
デンサ、２３は逆変換部、２４は整流器、２５はローパ
スフィルタ、２６はＡ／Ｄコンバータ、２７はマイクロ
コンピュータによる制御回路、２８はＰＷＭ回路であ
る。インバータ１ａはコンデンサ２２とＰＷＭ回路２８
を備えた周知の電圧型ＰＷＭインバータで、誘導電動機
２に可変電圧可変周波数の３相交流電圧を供給する働き
をする。
【０００３】次に、動作原理を図１６を参照しながら説
明する。まず、誘導電動機の入力電流（一次電流）振幅
と入力電圧（一次電圧）振幅の関係は、負荷トルクが一
定の場合は図１６に示すような特性Ａを描く。つまり、
必要以上に入力電圧を高くすると、励磁電流が増えて一
次銅損や鉄損が増加するため誘導電動機の効率が低下す
る。逆に必要以上に入力電圧を低くすると、すべりが大
きくなって二次電流が増え一次銅損、二次銅損が増加し
誘導電動機の効率が低下する。誘導電動機の一次電流は
励磁電流と二次電流とのベクトル和で表されるので、こ
の一次電流が最小になるところ（図中のＢ点）で損失が
最小となる。そこで、一次電流の振幅が最小値を示すよ
うに一次電圧の振幅を制御することにより、誘導電動機
を最大効率で運転することができる。
明する。まず、誘導電動機の入力電流（一次電流）振幅
と入力電圧（一次電圧）振幅の関係は、負荷トルクが一
定の場合は図１６に示すような特性Ａを描く。つまり、
必要以上に入力電圧を高くすると、励磁電流が増えて一
次銅損や鉄損が増加するため誘導電動機の効率が低下す
る。逆に必要以上に入力電圧を低くすると、すべりが大
きくなって二次電流が増え一次銅損、二次銅損が増加し
誘導電動機の効率が低下する。誘導電動機の一次電流は
励磁電流と二次電流とのベクトル和で表されるので、こ
の一次電流が最小になるところ（図中のＢ点）で損失が
最小となる。そこで、一次電流の振幅が最小値を示すよ
うに一次電圧の振幅を制御することにより、誘導電動機
を最大効率で運転することができる。
【０００４】次に動作について説明する。まず、電流検
出器３で検出された一次電流をローパスフィルタ２５に
入力すると、一次電流の平均値が出力される。つづい
て、この平均値はＡ／Ｄコンバータ２６を介して制御回
路２７に取り込まれる。制御回路２７は上記の動作原理
に基づいて、一次電流の平均値が減少するような一次電
圧指令値を演算し、ＰＷＭ回路２８に出力する。その結
果、ＰＷＭ回路２８とインバータ１ａとで構成される電
圧型ＰＷＭインバータは、制御回路２７から出力された
一次電圧指令値に一致した一次電圧を誘導電動機２へ供
給する。
出器３で検出された一次電流をローパスフィルタ２５に
入力すると、一次電流の平均値が出力される。つづい
て、この平均値はＡ／Ｄコンバータ２６を介して制御回
路２７に取り込まれる。制御回路２７は上記の動作原理
に基づいて、一次電流の平均値が減少するような一次電
圧指令値を演算し、ＰＷＭ回路２８に出力する。その結
果、ＰＷＭ回路２８とインバータ１ａとで構成される電
圧型ＰＷＭインバータは、制御回路２７から出力された
一次電圧指令値に一致した一次電圧を誘導電動機２へ供
給する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の誘導電動機の制
御装置は、以上のように、誘導電動機の一次電流を検出
してこの振幅が最小となるように一次電圧振幅を制御し
ていたので、制御に必要な情報は一次電流のみであり安
価な装置構成で制御が可能となる。しかし、誘導電動機
を可変速運転する場合、可変速運転中は電圧型ＰＷＭイ
ンバータの周波数指令値の変化に応じて一次電圧振幅が
変化するため、一次電流振幅を最小にするように一次電
圧振幅を制御することができない。このため、従来の制
御装置では、可変速運転中は誘導電動機を最大効率で運
転できないという問題があった。
御装置は、以上のように、誘導電動機の一次電流を検出
してこの振幅が最小となるように一次電圧振幅を制御し
ていたので、制御に必要な情報は一次電流のみであり安
価な装置構成で制御が可能となる。しかし、誘導電動機
を可変速運転する場合、可変速運転中は電圧型ＰＷＭイ
ンバータの周波数指令値の変化に応じて一次電圧振幅が
変化するため、一次電流振幅を最小にするように一次電
圧振幅を制御することができない。このため、従来の制
御装置では、可変速運転中は誘導電動機を最大効率で運
転できないという問題があった。
【０００６】さらに、一定速運転中でも、一次電圧振幅
の変化が速すぎて、誘導電動機の発生トルクが負荷トル
ク以下となって誘導電動機の回転速度が低下し始める
と、誘起電圧も回転速度に比例して減少する。その結
果、一次電圧振幅をさらに下げると一次電流振幅が低下
することとなり、最悪時には誘導電動機が停止してしま
うという問題が生じる。そのため、一次電圧振幅変化を
緩やかにする必要があるが、一定速運転時に頻繁な負荷
トルク変動がある用途では、負荷トルク変動に追従した
最大効率運転ができないという問題があった。
の変化が速すぎて、誘導電動機の発生トルクが負荷トル
ク以下となって誘導電動機の回転速度が低下し始める
と、誘起電圧も回転速度に比例して減少する。その結
果、一次電圧振幅をさらに下げると一次電流振幅が低下
することとなり、最悪時には誘導電動機が停止してしま
うという問題が生じる。そのため、一次電圧振幅変化を
緩やかにする必要があるが、一定速運転時に頻繁な負荷
トルク変動がある用途では、負荷トルク変動に追従した
最大効率運転ができないという問題があった。
【０００７】本発明は上記のような従来のものの問題点
を解消するためになされたものであり、一次電流を検出
して安価な装置構成で、一定速運転時のみならず加減速
運転時にも高効率で誘導電動機を制御することができ、
さらに、負荷トルクが急激に変化するような用途におい
ても、制御の安定性を損ねることなく、誘導電動機の高
効率運転が可能な制御装置を提供することにある。
を解消するためになされたものであり、一次電流を検出
して安価な装置構成で、一定速運転時のみならず加減速
運転時にも高効率で誘導電動機を制御することができ、
さらに、負荷トルクが急激に変化するような用途におい
ても、制御の安定性を損ねることなく、誘導電動機の高
効率運転が可能な制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】第１の発明に係る誘導電
動機の制御装置は、以下に述べるような手段を備えたも
のである。 （１）誘導電動機の一次電流と予め設定された一次電圧
の周波数指令値とから後述の一次電圧成分指令値と同相
である第１の電流成分および位相が９０度ずれた第２の
電流成分を演算する電流成分演算回路、 （２）上記第１の電流成分の二乗値と上記第２の電流成
分の二乗値の振幅比が予め設定された所定値となるよう
な磁束指令値を演算する磁束指令演算回路、 （３）周波数指令値と上記磁束指令値から一次電圧成分
指令値を演算する電圧成分指令演算回路、 （４）上記周波数指令値と上記一次電圧成分指令値から
上記誘導電動機の一次電圧指令値を演算する一次電圧指
令演算回路、 （５）上記一次電圧指令値を入力して上記誘導電動機の
一次電圧を制御する電力変換回路。
動機の制御装置は、以下に述べるような手段を備えたも
のである。 （１）誘導電動機の一次電流と予め設定された一次電圧
の周波数指令値とから後述の一次電圧成分指令値と同相
である第１の電流成分および位相が９０度ずれた第２の
電流成分を演算する電流成分演算回路、 （２）上記第１の電流成分の二乗値と上記第２の電流成
分の二乗値の振幅比が予め設定された所定値となるよう
な磁束指令値を演算する磁束指令演算回路、 （３）周波数指令値と上記磁束指令値から一次電圧成分
指令値を演算する電圧成分指令演算回路、 （４）上記周波数指令値と上記一次電圧成分指令値から
上記誘導電動機の一次電圧指令値を演算する一次電圧指
令演算回路、 （５）上記一次電圧指令値を入力して上記誘導電動機の
一次電圧を制御する電力変換回路。
【０００９】また、第２の発明に係る誘導電動機の制御
装置は、以下に述べるような手段を備えたものである。 （１）誘導電動機の一次電流と予め設定された一次電圧
の周波数指令値とから後述の一次電圧成分指令値と同相
である第１の電流成分および位相が９０度ずれた第２の
電流成分を演算する電流成分演算回路、 （２）上記第１の電流成分の二乗値と上記第２の電流成
分の二乗値の振幅比が予め設定された所定値となるよう
な磁束指令値と該磁束指令値の微分に基づいた磁束微分
指令値を演算する磁束指令演算回路、 （３）周波数指令値と上記磁束指令値と磁束微分指令値
から一次電圧成分指令値を演算する電圧成分指令演算回
路、 （４）上記周波数指令値と上記一次電圧成分指令値から
上記誘導電動機の一次電圧指令値を演算する一次電圧指
令演算回路、 （５）上記一次電圧指令値を入力して上記誘導電動機の
一次電圧を制御する電力変換回路。
装置は、以下に述べるような手段を備えたものである。 （１）誘導電動機の一次電流と予め設定された一次電圧
の周波数指令値とから後述の一次電圧成分指令値と同相
である第１の電流成分および位相が９０度ずれた第２の
電流成分を演算する電流成分演算回路、 （２）上記第１の電流成分の二乗値と上記第２の電流成
分の二乗値の振幅比が予め設定された所定値となるよう
な磁束指令値と該磁束指令値の微分に基づいた磁束微分
指令値を演算する磁束指令演算回路、 （３）周波数指令値と上記磁束指令値と磁束微分指令値
から一次電圧成分指令値を演算する電圧成分指令演算回
路、 （４）上記周波数指令値と上記一次電圧成分指令値から
上記誘導電動機の一次電圧指令値を演算する一次電圧指
令演算回路、 （５）上記一次電圧指令値を入力して上記誘導電動機の
一次電圧を制御する電力変換回路。
【００１０】また、第３の発明に係る誘導電動機の制御
装置は、上記第１または第２の発明に加えて上記磁束指
令演算回路中に、磁束指令値の振幅の最大値および最小
値の少なくとも一方を制限する制限回路を備えたもので
ある。
装置は、上記第１または第２の発明に加えて上記磁束指
令演算回路中に、磁束指令値の振幅の最大値および最小
値の少なくとも一方を制限する制限回路を備えたもので
ある。
【００１１】
【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明に
よる誘導電動機の制御装置を図面とともに説明する。図
１は本発明の実施の形態１による誘導電動機の制御装置
の全体構成を示すブロック図である。図１において、１
は誘導電動機２の前段に設けられた可変電圧可変周波数
の交流電圧を出力する電力変換回路であって、この電力
変換回路１は例えば従来装置におけるインバータ１ａと
ＰＷＭ回路２８とから構成される。２は誘導電動機、３
は電流検出器であり、これらは従来装置のものと全く同
一のものである。８は例えば使用者により予め設定され
た周波数指令値を出力する周波数指令発生器である。４
は周波数指令発生器８から出力される周波数指令値およ
び誘導電動機２に供給される一次電流に基づいて第１お
よび第２の電流成分を演算する電流成分演算回路、５は
電流成分演算回路４に接続され第１および第２の電流成
分に基づいて磁束指令値を演算する磁束指令演算回路で
ある。また、６は磁束指令演算回路５および周波数指令
発生器８に接続され一次電圧成分指令値を演算する電圧
成分指令演算回路、７は電圧成分指令演算回路６および
周波数指令発生器８に接続され一次電圧指令値を演算す
る一次電圧指令演算回路である。
よる誘導電動機の制御装置を図面とともに説明する。図
１は本発明の実施の形態１による誘導電動機の制御装置
の全体構成を示すブロック図である。図１において、１
は誘導電動機２の前段に設けられた可変電圧可変周波数
の交流電圧を出力する電力変換回路であって、この電力
変換回路１は例えば従来装置におけるインバータ１ａと
ＰＷＭ回路２８とから構成される。２は誘導電動機、３
は電流検出器であり、これらは従来装置のものと全く同
一のものである。８は例えば使用者により予め設定され
た周波数指令値を出力する周波数指令発生器である。４
は周波数指令発生器８から出力される周波数指令値およ
び誘導電動機２に供給される一次電流に基づいて第１お
よび第２の電流成分を演算する電流成分演算回路、５は
電流成分演算回路４に接続され第１および第２の電流成
分に基づいて磁束指令値を演算する磁束指令演算回路で
ある。また、６は磁束指令演算回路５および周波数指令
発生器８に接続され一次電圧成分指令値を演算する電圧
成分指令演算回路、７は電圧成分指令演算回路６および
周波数指令発生器８に接続され一次電圧指令値を演算す
る一次電圧指令演算回路である。
【００１２】また、図２は上述した電流成分演算回路４
の詳細な構成を示すブロック図である。図２において、
電流成分演算回路４は、電流検出器３に接続された入力
端子４０、４１と、周波数指令発生器８に接続された入
力端子４２と、係数器４３〜４５と、加算器４６、５５
と、Ｖ／Ｆコンバータ４７と、カウンタ４８と、ＲＯＭ
４９と、乗算形Ｄ／Ａコンバータ５０、５１、５３、５
４と、減算器５２と、減算器５２および加算器５５にそ
れぞれ接続された出力端子５６および５７とから構成さ
れている。
の詳細な構成を示すブロック図である。図２において、
電流成分演算回路４は、電流検出器３に接続された入力
端子４０、４１と、周波数指令発生器８に接続された入
力端子４２と、係数器４３〜４５と、加算器４６、５５
と、Ｖ／Ｆコンバータ４７と、カウンタ４８と、ＲＯＭ
４９と、乗算形Ｄ／Ａコンバータ５０、５１、５３、５
４と、減算器５２と、減算器５２および加算器５５にそ
れぞれ接続された出力端子５６および５７とから構成さ
れている。
【００１３】また、図３は上述した磁束指令演算回路５
の詳細な構成を示すブロック図である。図３において、
磁束指令演算回路５は、電流成分演算回路４に接続され
た入力端子６０、６１と、乗算器６２、６３と、係数器
６４と、減算器６５と、積分器６６と、制限器６７と、
制限器６７に接続された出力端子６８とから構成されて
いる。
の詳細な構成を示すブロック図である。図３において、
磁束指令演算回路５は、電流成分演算回路４に接続され
た入力端子６０、６１と、乗算器６２、６３と、係数器
６４と、減算器６５と、積分器６６と、制限器６７と、
制限器６７に接続された出力端子６８とから構成されて
いる。
【００１４】また、図４は上述した電圧成分指令演算回
路６の詳細な構成を示すブロック図である。図４におい
て、電圧成分指令演算回路６は周波数指令発生器８に接
続された入力端子７０と、磁束指令演算回路５に接続さ
れた入力端子７１と、係数器７２と、乗算器７３と、乗
算器７３に接続された出力端子７４とから構成されてい
る。
路６の詳細な構成を示すブロック図である。図４におい
て、電圧成分指令演算回路６は周波数指令発生器８に接
続された入力端子７０と、磁束指令演算回路５に接続さ
れた入力端子７１と、係数器７２と、乗算器７３と、乗
算器７３に接続された出力端子７４とから構成されてい
る。
【００１５】また、図５は上述した一次電圧指令演算回
路７の詳細な構成を示すブロック図である。図５におい
て、一次電圧指令演算回路７は、電圧成分指令演算回路
６に接続された入力端子７５と、周波数指令発生器８に
接続された入力端子７６と、Ｖ／Ｆコンバータ７７と、
カウンタ７８と、ＲＯＭ７９と、乗算形Ｄ／Ａコンバー
タ８０、８１と、係数器８２、８３、８５、８７と、加
算器８４と、減算器８６と、係数器８３に接続された出
力端子８８と、係数器８５に接続された出力端子８９
と、係数器８７に接続された出力端子９０とから構成さ
れている。
路７の詳細な構成を示すブロック図である。図５におい
て、一次電圧指令演算回路７は、電圧成分指令演算回路
６に接続された入力端子７５と、周波数指令発生器８に
接続された入力端子７６と、Ｖ／Ｆコンバータ７７と、
カウンタ７８と、ＲＯＭ７９と、乗算形Ｄ／Ａコンバー
タ８０、８１と、係数器８２、８３、８５、８７と、加
算器８４と、減算器８６と、係数器８３に接続された出
力端子８８と、係数器８５に接続された出力端子８９
と、係数器８７に接続された出力端子９０とから構成さ
れている。
【００１６】さて、実施の形態１の動作の説明に移る前
に、本発明における誘導電動機の高効率制御方式につい
て説明する。まず、周知のように、速度検出器を用いる
ことなく誘導電動機を可変速制御する方式として、Ｖ／
Ｆ一定制御方式がある。本制御方式では、誘導電動機の
一次電圧振幅Ｖ1が（１）式の関係式を用いて制御され
る。 Ｖ1 =Φ1ω1 （１） ここで、Φ1は一次磁束振幅、ω1は一次角周波数（＝２
πｆ1、ｆ1：一次周波数）である。つまり、一次電圧振
幅Ｖ1を一次角周波数ω1に比例させれば、誘導電動機の
一次磁束振幅Φ1を制御することができる。
に、本発明における誘導電動機の高効率制御方式につい
て説明する。まず、周知のように、速度検出器を用いる
ことなく誘導電動機を可変速制御する方式として、Ｖ／
Ｆ一定制御方式がある。本制御方式では、誘導電動機の
一次電圧振幅Ｖ1が（１）式の関係式を用いて制御され
る。 Ｖ1 =Φ1ω1 （１） ここで、Φ1は一次磁束振幅、ω1は一次角周波数（＝２
πｆ1、ｆ1：一次周波数）である。つまり、一次電圧振
幅Ｖ1を一次角周波数ω1に比例させれば、誘導電動機の
一次磁束振幅Φ1を制御することができる。
【００１７】次に、本発明における電流成分演算方式に
ついて説明する。公知のように、誘導電動機１に供給さ
れる一次電流Ｉ1u、Ｉ1v、Ｉ1wは直交座標軸（ａ−ｂ座
標軸とする）上の成分Ｉ1a、Ｉ1bに（２）式の関係式を
用いて変換できる。
ついて説明する。公知のように、誘導電動機１に供給さ
れる一次電流Ｉ1u、Ｉ1v、Ｉ1wは直交座標軸（ａ−ｂ座
標軸とする）上の成分Ｉ1a、Ｉ1bに（２）式の関係式を
用いて変換できる。
【００１８】
【数１】
【００１９】さらに、ａ−ｂ座標軸上の電流成分Ｉ1a、
Ｉ1bは、一次角周波数ω1で回転する回転座標軸（ｄ−
ｑ座標軸とする）上の成分Ｉ1d、Ｉ1 qに（３）式の関係
式を用いて変換できることも公知である。 Ｉ1d＝Ｉ1acosθ1＋Ｉ1bsinθ1 Ｉ1 q＝−Ｉ1asinθ1＋Ｉ1bcosθ1 （ただし、θ1＝∫ω1dt） （３）
Ｉ1bは、一次角周波数ω1で回転する回転座標軸（ｄ−
ｑ座標軸とする）上の成分Ｉ1d、Ｉ1 qに（３）式の関係
式を用いて変換できることも公知である。 Ｉ1d＝Ｉ1acosθ1＋Ｉ1bsinθ1 Ｉ1 q＝−Ｉ1asinθ1＋Ｉ1bcosθ1 （ただし、θ1＝∫ω1dt） （３）
【００２０】一方、電圧に関しても同様の関係が成立す
るが、（２）式を利用してａ−ｂ座標軸上の電圧成分Ｖ
1a、Ｖ1bから一次電圧Ｖ1u、Ｖ1v、Ｖ1wを求める関係式
を導出すると（４）式が得られる。
るが、（２）式を利用してａ−ｂ座標軸上の電圧成分Ｖ
1a、Ｖ1bから一次電圧Ｖ1u、Ｖ1v、Ｖ1wを求める関係式
を導出すると（４）式が得られる。
【００２１】
【数２】
【００２２】同様に、（３）式を利用してｄ−ｑ座標軸
上の電圧成分Ｖ1d、Ｖ1qからａ−ｂ座標軸上の電圧成分
Ｖ1a、Ｖ1bを求める関係式を導出すると（５）式が得ら
れる。 Ｖ1a＝Ｖ1dcosθ1−Ｖ1qsinθ1 Ｖ1b＝Ｖ1dsinθ1＋Ｖ1qcosθ1 （５）
上の電圧成分Ｖ1d、Ｖ1qからａ−ｂ座標軸上の電圧成分
Ｖ1a、Ｖ1bを求める関係式を導出すると（５）式が得ら
れる。 Ｖ1a＝Ｖ1dcosθ1−Ｖ1qsinθ1 Ｖ1b＝Ｖ1dsinθ1＋Ｖ1qcosθ1 （５）
【００２３】従って、電圧成分指令演算回路６から出力
される一次電圧成分指令値を、ｑ軸上の電圧成分指令値
Ｖ1q *とすると、一次電流のｑ軸成分Ｉ1qが一次電圧成
分指令値と同相の電流成分すなわち第１の電流成分とな
る。また、ｄ軸成分とｑ軸成分は位相が９０度ずれてい
ることから、一次電流のｄ軸成分Ｉ1dが一次電圧成分指
令値と位相が９０度ずれた電流成分すなわち第２の電流
成分となる。ここで、一次電流のｄ軸成分Ｉ1dおよびｑ
軸成分Ｉ1qは、（２）式および（３）式から一次電流Ｉ
1u、Ｉ1vおよび一次周波数ｆ1から演算できることがわ
かる。
される一次電圧成分指令値を、ｑ軸上の電圧成分指令値
Ｖ1q *とすると、一次電流のｑ軸成分Ｉ1qが一次電圧成
分指令値と同相の電流成分すなわち第１の電流成分とな
る。また、ｄ軸成分とｑ軸成分は位相が９０度ずれてい
ることから、一次電流のｄ軸成分Ｉ1dが一次電圧成分指
令値と位相が９０度ずれた電流成分すなわち第２の電流
成分となる。ここで、一次電流のｄ軸成分Ｉ1dおよびｑ
軸成分Ｉ1qは、（２）式および（３）式から一次電流Ｉ
1u、Ｉ1vおよび一次周波数ｆ1から演算できることがわ
かる。
【００２４】次に、誘導電動機の銅損は電流の二乗値に
比例することが知られている。そこで、誘導電動機の一
次周波数ｆ1は６０Hz（一定）、かつ発生トルクは定格
トルクの２０％（一定）とし、一次磁束振幅Φ1を変化
させた場合の誘導電動機の効率と、第１および第２の電
流成分の二乗値の関係を調べた計算結果の一例をそれぞ
れ図６（ａ）、（ｂ）に示す。なお、計算にあたって
は、銅損および鉄損を考慮している。また、一次電圧成
分指令値Ｖ1q *は（１）式の関係式を用いて求め、
（４）式および（５）式を用いて得られる一次電圧
Ｖ1u、Ｖ1v、Ｖ1wが誘導電動機に印加されるものとし
た。ただし、Ｖ1d *＝０とした。
比例することが知られている。そこで、誘導電動機の一
次周波数ｆ1は６０Hz（一定）、かつ発生トルクは定格
トルクの２０％（一定）とし、一次磁束振幅Φ1を変化
させた場合の誘導電動機の効率と、第１および第２の電
流成分の二乗値の関係を調べた計算結果の一例をそれぞ
れ図６（ａ）、（ｂ）に示す。なお、計算にあたって
は、銅損および鉄損を考慮している。また、一次電圧成
分指令値Ｖ1q *は（１）式の関係式を用いて求め、
（４）式および（５）式を用いて得られる一次電圧
Ｖ1u、Ｖ1v、Ｖ1wが誘導電動機に印加されるものとし
た。ただし、Ｖ1d *＝０とした。
【００２５】図６から、誘導電動機の効率が最大となる
ときの第１の電流成分Ｉ1qの二乗値と第２の電流成分Ｉ
1dの二乗値の関係は一意に決まることがわかる。すなわ
ち、誘導電動機の効率は図のＡ点で最大となるが、この
とき、Ｉ1q 2＝６２Ａ、Ｉ1d 2＝２１Ａなので、Ｉ1dの二
乗値のＩ1qの二乗値に対する振幅比Ｋ（＝Ｉ1d 2／
Ｉ1 q 2）の値は０．３４（＝２１／６２）となる。従っ
て、振幅比Ｋが０．３４となるように一次磁束振幅Φ1
を制御すれば、誘導電動機の効率が最大となることがわ
かる。
ときの第１の電流成分Ｉ1qの二乗値と第２の電流成分Ｉ
1dの二乗値の関係は一意に決まることがわかる。すなわ
ち、誘導電動機の効率は図のＡ点で最大となるが、この
とき、Ｉ1q 2＝６２Ａ、Ｉ1d 2＝２１Ａなので、Ｉ1dの二
乗値のＩ1qの二乗値に対する振幅比Ｋ（＝Ｉ1d 2／
Ｉ1 q 2）の値は０．３４（＝２１／６２）となる。従っ
て、振幅比Ｋが０．３４となるように一次磁束振幅Φ1
を制御すれば、誘導電動機の効率が最大となることがわ
かる。
【００２６】このように、一次周波数と発生トルクがわ
かれば、誘導電動機の効率が最大となる振幅比Ｋの値を
求めることができる。さらに、図６からわかるように、
最大効率点（Ａ点）付近の効率変化は緩やかなので、Ｋ
の値が最大効率点での値から多少ずれても誘導電動機の
効率はあまり変化しない。そこで、一次周波数と発生ト
ルクを変化させた場合に、誘導電動機の効率が最大とな
る振幅比Ｋの値がどのように変化するかを計算によって
調べたところ、Ｋの値の変化が小さいことが明らかとな
った。以上のことから、振幅比Ｋの値を一定としても実
用上問題ないと考えられる。振幅比Ｋの値を一定（０．
３４）として、一次周波数ｆ1や発生トルクを変化させ
た場合の誘導電動機の効率の計算結果を図７に実線で示
す。この図では、比較のために、一次磁束振幅値Φ1を
定格値一定とした従来のＶ／Ｆ制御時の効率特性が破線
で示されている。この図から、振幅比Ｋの値を一定とし
ても、従来のＶ／Ｆ制御時と比較して軽負荷時の効率を
大幅に改善できることがわかる。
かれば、誘導電動機の効率が最大となる振幅比Ｋの値を
求めることができる。さらに、図６からわかるように、
最大効率点（Ａ点）付近の効率変化は緩やかなので、Ｋ
の値が最大効率点での値から多少ずれても誘導電動機の
効率はあまり変化しない。そこで、一次周波数と発生ト
ルクを変化させた場合に、誘導電動機の効率が最大とな
る振幅比Ｋの値がどのように変化するかを計算によって
調べたところ、Ｋの値の変化が小さいことが明らかとな
った。以上のことから、振幅比Ｋの値を一定としても実
用上問題ないと考えられる。振幅比Ｋの値を一定（０．
３４）として、一次周波数ｆ1や発生トルクを変化させ
た場合の誘導電動機の効率の計算結果を図７に実線で示
す。この図では、比較のために、一次磁束振幅値Φ1を
定格値一定とした従来のＶ／Ｆ制御時の効率特性が破線
で示されている。この図から、振幅比Ｋの値を一定とし
ても、従来のＶ／Ｆ制御時と比較して軽負荷時の効率を
大幅に改善できることがわかる。
【００２７】また、本制御方式によれば、軽負荷時に誘
導電動機の一次磁束振幅が減少することにより、一次電
流が減少し、銅損や鉄損が減少するので、効率が向上さ
れる。逆に、負荷が増加すると、最大効率点での一次磁
束振幅が増加する。その結果、磁気飽和が原因で誘導電
動機の一次磁束が指令値どおりに増えなくなると、一次
電流が増加して銅損が増加し、効率が低下するという問
題が生じる。そのため、一次磁束振幅値Φ1に制限を設
けるとよい。図７では、本発明による制御時の一次磁束
指令値Φ1 *の最大値を定格値としている。その結果、誘
導電動機の負荷が増加すると、本発明による制御時と従
来のＶ／Ｆ制御時は同じ効率特性を示す。また、後述の
理由により一次磁束指令値Φ1 *に最小値を設けている。
このため、本発明による制御時には、ごく軽負荷時に誘
導電動機の効率が低下している。
導電動機の一次磁束振幅が減少することにより、一次電
流が減少し、銅損や鉄損が減少するので、効率が向上さ
れる。逆に、負荷が増加すると、最大効率点での一次磁
束振幅が増加する。その結果、磁気飽和が原因で誘導電
動機の一次磁束が指令値どおりに増えなくなると、一次
電流が増加して銅損が増加し、効率が低下するという問
題が生じる。そのため、一次磁束振幅値Φ1に制限を設
けるとよい。図７では、本発明による制御時の一次磁束
指令値Φ1 *の最大値を定格値としている。その結果、誘
導電動機の負荷が増加すると、本発明による制御時と従
来のＶ／Ｆ制御時は同じ効率特性を示す。また、後述の
理由により一次磁束指令値Φ1 *に最小値を設けている。
このため、本発明による制御時には、ごく軽負荷時に誘
導電動機の効率が低下している。
【００２８】次に、負荷トルクをステップ状に急変させ
たときの応答波形の一例を図８に示す。図８において、
（ａ）は効率、（ｂ）はトルク、（ｃ）は回転速度の経
時変化をそれぞれ示している。図では、回転速度１７６
０ｒｐｍにおいて負荷トルクを１０％と３０％の間でス
テップ状に急変させた場合を示している。この図から、
本発明による制御方式は、負荷トルクの急変時にも、制
御の安定性が損なわれることなく、高効率運転を実現で
きることがわかる。なお、一次電圧の変化に対する一次
磁束の応答には、誘導電動機のインダクタンスに起因す
る遅れがある。このため、軽負荷時に一次磁束振幅を小
さくしすぎると、負荷トルクが急激に変化するような場
合は、負荷トルク変化に対し一次磁束の変化が追従でき
ないため、過渡的に過大な一次電流が流れる恐れがあ
る。このような場合は、一次磁束指令値Φ1 *に最小値を
設けると良い。
たときの応答波形の一例を図８に示す。図８において、
（ａ）は効率、（ｂ）はトルク、（ｃ）は回転速度の経
時変化をそれぞれ示している。図では、回転速度１７６
０ｒｐｍにおいて負荷トルクを１０％と３０％の間でス
テップ状に急変させた場合を示している。この図から、
本発明による制御方式は、負荷トルクの急変時にも、制
御の安定性が損なわれることなく、高効率運転を実現で
きることがわかる。なお、一次電圧の変化に対する一次
磁束の応答には、誘導電動機のインダクタンスに起因す
る遅れがある。このため、軽負荷時に一次磁束振幅を小
さくしすぎると、負荷トルクが急激に変化するような場
合は、負荷トルク変化に対し一次磁束の変化が追従でき
ないため、過渡的に過大な一次電流が流れる恐れがあ
る。このような場合は、一次磁束指令値Φ1 *に最小値を
設けると良い。
【００２９】次に、上述した実施の形態１の動作を図２
〜図５を参照しながら説明する。まず、図２で示すよう
に、第１および第２の電流成分、すなわち一次電流のｑ
軸成分Ｉ1qおよびｄ軸成分Ｉ1dが電流成分演算回路４か
ら出力される。すなわち、電流検出器３から入力端子４
０および４１を経由して、それぞれ一次電流Ｉ1uおよび
Ｉ1vを入力すると、係数器４３〜４５および加算器４６
によって、（２）式の演算が行なわれ、係数器４３およ
び加算器４６からそれぞれ一次電流のａ軸成分Ｉ1aおよ
びｂ軸成分Ｉ1bが出力される。
〜図５を参照しながら説明する。まず、図２で示すよう
に、第１および第２の電流成分、すなわち一次電流のｑ
軸成分Ｉ1qおよびｄ軸成分Ｉ1dが電流成分演算回路４か
ら出力される。すなわち、電流検出器３から入力端子４
０および４１を経由して、それぞれ一次電流Ｉ1uおよび
Ｉ1vを入力すると、係数器４３〜４５および加算器４６
によって、（２）式の演算が行なわれ、係数器４３およ
び加算器４６からそれぞれ一次電流のａ軸成分Ｉ1aおよ
びｂ軸成分Ｉ1bが出力される。
【００３０】一方、周波数指令発生回路８から出力され
たアナログ量の一次周波数指令値ｆ 1 *を入力端子４２を
経由してＶ／Ｆコンバータ４７に入力すると、周波数が
一次周波数指令値ｆ1 *に比例したパルス列の信号が得ら
れ、カウンタ４８によって一次周波数指令値ｆ1 *の時間
積分値であるディジタル量の角度θ1が求められ、sinθ
1およびcosθ1の値が記憶されたＲＯＭ４９のアドレス
として入力される。すると、ＲＯＭ４９からsinθ1およ
びcosθ1のディジタル量が出力される。続いて、係数器
４３および加算器４６からそれぞれ出力された一次電流
のａ軸成分Ｉ1aおよびｂ軸成分Ｉ1bと、ＲＯＭ４９から
出力されたsinθ1およびcosθ1のディジタル量を乗算形
Ｄ／Ａコンバータ５０、５１、５３、５４に入力して乗
算、アナログ変換した後、減算器５２および加算器５５
に入力すると、（３）式の演算が行なわれ、出力端子５
６および５７からそれぞれ第１および第２の電流成分Ｉ
1qおよびｄ軸成分Ｉ1dが出力される。
たアナログ量の一次周波数指令値ｆ 1 *を入力端子４２を
経由してＶ／Ｆコンバータ４７に入力すると、周波数が
一次周波数指令値ｆ1 *に比例したパルス列の信号が得ら
れ、カウンタ４８によって一次周波数指令値ｆ1 *の時間
積分値であるディジタル量の角度θ1が求められ、sinθ
1およびcosθ1の値が記憶されたＲＯＭ４９のアドレス
として入力される。すると、ＲＯＭ４９からsinθ1およ
びcosθ1のディジタル量が出力される。続いて、係数器
４３および加算器４６からそれぞれ出力された一次電流
のａ軸成分Ｉ1aおよびｂ軸成分Ｉ1bと、ＲＯＭ４９から
出力されたsinθ1およびcosθ1のディジタル量を乗算形
Ｄ／Ａコンバータ５０、５１、５３、５４に入力して乗
算、アナログ変換した後、減算器５２および加算器５５
に入力すると、（３）式の演算が行なわれ、出力端子５
６および５７からそれぞれ第１および第２の電流成分Ｉ
1qおよびｄ軸成分Ｉ1dが出力される。
【００３１】続いて、図３で示すように、一次磁束指令
値Φ1 *が磁束指令演算回路５から出力される。すなわ
ち、電流成分演算回路４から入力端子６０および６１を
経由して、第１および第２の電流成分Ｉ1qおよびＩ1dを
入力すると、乗算器６２および６３からそれぞれの電流
成分の二乗値が出力される。続いて、乗算器６２から出
力された第１の電流成分Ｉ1qの二乗値を係数器６４に入
力してＫ倍したのち、減算器６５によって第２の電流成
分Ｉ1dの二乗値との偏差が求められる。さらに、この偏
差を積分器６６に入力すると一次磁束指令値Φ1 *が出力
され、制限器６７によって所定の最小値以下かつ最大値
以上にならないように値が制限されたのち、出力端子６
８から一次磁束指令値Φ1 *が出力される。
値Φ1 *が磁束指令演算回路５から出力される。すなわ
ち、電流成分演算回路４から入力端子６０および６１を
経由して、第１および第２の電流成分Ｉ1qおよびＩ1dを
入力すると、乗算器６２および６３からそれぞれの電流
成分の二乗値が出力される。続いて、乗算器６２から出
力された第１の電流成分Ｉ1qの二乗値を係数器６４に入
力してＫ倍したのち、減算器６５によって第２の電流成
分Ｉ1dの二乗値との偏差が求められる。さらに、この偏
差を積分器６６に入力すると一次磁束指令値Φ1 *が出力
され、制限器６７によって所定の最小値以下かつ最大値
以上にならないように値が制限されたのち、出力端子６
８から一次磁束指令値Φ1 *が出力される。
【００３２】続いて、図４で示すように、一次電圧成分
指令値Ｖ1q *が電圧成分指令演算回路６から出力され
る。すなわち、周波数指令発生回路８から入力端子７０
を経由して出力された一次周波数指令値ｆ1 *を係数値が
２πの係数器７２に入力すると一次角周波数指令値ω1 *
が出力される。続いて、磁束指令演算回路５から入力端
子７１を経由して出力された一次磁束指令値Φ1 *と、上
記一次角周波数指令値ω 1 *を乗算器７３により（１）式
の演算が行われ、出力端子７４から一次電圧成分指令値
Ｖ1q *が出力される。
指令値Ｖ1q *が電圧成分指令演算回路６から出力され
る。すなわち、周波数指令発生回路８から入力端子７０
を経由して出力された一次周波数指令値ｆ1 *を係数値が
２πの係数器７２に入力すると一次角周波数指令値ω1 *
が出力される。続いて、磁束指令演算回路５から入力端
子７１を経由して出力された一次磁束指令値Φ1 *と、上
記一次角周波数指令値ω 1 *を乗算器７３により（１）式
の演算が行われ、出力端子７４から一次電圧成分指令値
Ｖ1q *が出力される。
【００３３】次に、図５で示すように、一次電圧指令値
Ｖ1u *、Ｖ1v *、Ｖ1w *が一次電圧指令演算回路７から出
力される。すなわち、電圧成分指令演算回路６から入力
端子７５を経由して一次電圧成分指令値Ｖ1q *が入力さ
れる。一方、入力端子７６を経由して周波数指令発生回
路８から一次周波数指令値ｆ1 *を入力すると、上述した
電流成分演算回路４と同じ動作によって、ＲＯＭ７９か
らsinθ1およびcosθ1のディジタル値が出力される。
Ｖ1u *、Ｖ1v *、Ｖ1w *が一次電圧指令演算回路７から出
力される。すなわち、電圧成分指令演算回路６から入力
端子７５を経由して一次電圧成分指令値Ｖ1q *が入力さ
れる。一方、入力端子７６を経由して周波数指令発生回
路８から一次周波数指令値ｆ1 *を入力すると、上述した
電流成分演算回路４と同じ動作によって、ＲＯＭ７９か
らsinθ1およびcosθ1のディジタル値が出力される。
【００３４】そして、一次電圧成分指令値Ｖ1q *とsinθ
1およびcosθ1のディジタル値を乗算形Ｄ／Ａコンバー
タ８０、８１に入力して乗算、アナログ変換すると、
（５）式の演算が行われ一次電圧のａ軸およびｂ軸の成
分指令値Ｖ1a *、Ｖ1b *が出力される。ただし、一次電圧
のｄ軸成分指令値Ｖ1d *の値は０である。続いて、係数
器８２、８３、８５、８７、減算器８４、８６によっ
て、（４）式の演算が行われ、出力端子８８〜９０から
それぞれ、一次電圧指令値Ｖ1u *、Ｖ1v *、Ｖ1w *が出力
される。
1およびcosθ1のディジタル値を乗算形Ｄ／Ａコンバー
タ８０、８１に入力して乗算、アナログ変換すると、
（５）式の演算が行われ一次電圧のａ軸およびｂ軸の成
分指令値Ｖ1a *、Ｖ1b *が出力される。ただし、一次電圧
のｄ軸成分指令値Ｖ1d *の値は０である。続いて、係数
器８２、８３、８５、８７、減算器８４、８６によっ
て、（４）式の演算が行われ、出力端子８８〜９０から
それぞれ、一次電圧指令値Ｖ1u *、Ｖ1v *、Ｖ1w *が出力
される。
【００３５】続いて、これらの一次電圧指令Ｖ1u *、Ｖ
1v *、Ｖ1w *を電力変換回路１に入力すると、周知の動作
によって誘導電動機２に印加される一次電圧の実際値が
それぞれ、これらの一次電圧指令に追従するよう制御さ
れる。
1v *、Ｖ1w *を電力変換回路１に入力すると、周知の動作
によって誘導電動機２に印加される一次電圧の実際値が
それぞれ、これらの一次電圧指令に追従するよう制御さ
れる。
【００３６】以上の動作によって、誘導電動機２の一次
磁束振幅Φ1が磁束指令演算回路５から出力される指令
値Φ1 *に追従するように制御される。その結果、第１の
電流成分Ｉ1qの二乗値と第２の電流成分Ｉ1qの二乗値の
振幅比は、（６）式の関係を満足されるように制御され
る。
磁束振幅Φ1が磁束指令演算回路５から出力される指令
値Φ1 *に追従するように制御される。その結果、第１の
電流成分Ｉ1qの二乗値と第２の電流成分Ｉ1qの二乗値の
振幅比は、（６）式の関係を満足されるように制御され
る。
【００３７】
【数３】
【００３８】実施の形態２．なお、一次周波数ｆ1が低
い範囲では、誘導電動機の一次巻線抵抗Ｒ1による電圧
低下が原因で一次磁束振幅Φ1が指令値どおりに制御さ
れなくなり、所望の効率改善効果が得られない場合が考
えられる。このような場合は、電圧成分指令演算回路６
の構成を図９のように変更して、上記電圧低下分を電流
成分演算回路４から出力された第１および第２の電流成
分Ｉ1qおよびＩ1dを用いて補正すればよい。
い範囲では、誘導電動機の一次巻線抵抗Ｒ1による電圧
低下が原因で一次磁束振幅Φ1が指令値どおりに制御さ
れなくなり、所望の効率改善効果が得られない場合が考
えられる。このような場合は、電圧成分指令演算回路６
の構成を図９のように変更して、上記電圧低下分を電流
成分演算回路４から出力された第１および第２の電流成
分Ｉ1qおよびＩ1dを用いて補正すればよい。
【００３９】すなわち、図９に示されたブロック図の電
圧成分指令演算回路６aでは、電流成分演算回路４から
入力端子９１、９２をそれぞれ経由して出力された第１
および第２の電流成分Ｉ1qおよびＩ1dをそれぞれ、誘導
電動機２の一次巻線抵抗Ｒ1に等しい係数値を持った係
数器９３、９４に入力すると、一次巻線抵抗Ｒ1による
電圧低下分Ｒ1Ｉ1q、Ｒ1Ｉ1dが求められる。そして、加
算器９５によって、乗算器７３から出力されたｑ軸電圧
成分指令値（図４の電圧成分指令値から出力される一次
電圧成分指令値と同じ電圧）と係数器９３から出力され
た一次巻線抵抗Ｒ1による電圧低下分Ｒ1Ｉ1qが加算さ
れ、ｑ軸の一次電圧成分指令値Ｖ1q *として出力端子９
６から出力される。一方、一次巻線抵抗Ｒ1による電圧
低下分Ｒ1Ｉ 1dはｄ軸の一次電圧成分指令値Ｖ1d *として
出力端子９７から出力される。
圧成分指令演算回路６aでは、電流成分演算回路４から
入力端子９１、９２をそれぞれ経由して出力された第１
および第２の電流成分Ｉ1qおよびＩ1dをそれぞれ、誘導
電動機２の一次巻線抵抗Ｒ1に等しい係数値を持った係
数器９３、９４に入力すると、一次巻線抵抗Ｒ1による
電圧低下分Ｒ1Ｉ1q、Ｒ1Ｉ1dが求められる。そして、加
算器９５によって、乗算器７３から出力されたｑ軸電圧
成分指令値（図４の電圧成分指令値から出力される一次
電圧成分指令値と同じ電圧）と係数器９３から出力され
た一次巻線抵抗Ｒ1による電圧低下分Ｒ1Ｉ1qが加算さ
れ、ｑ軸の一次電圧成分指令値Ｖ1q *として出力端子９
６から出力される。一方、一次巻線抵抗Ｒ1による電圧
低下分Ｒ1Ｉ 1dはｄ軸の一次電圧成分指令値Ｖ1d *として
出力端子９７から出力される。
【００４０】次に、これらのｑ軸およびｄ軸の一次電圧
成分指令値Ｖ1q *、Ｖ1d *は一次電圧指令演算回路７へ入
力され、（４）式および（５）式の関係式を用いて一次
電圧指令Ｖ1u *、Ｖ1v *、Ｖ1w *に変換され、電力変換回
路１へ出力される。
成分指令値Ｖ1q *、Ｖ1d *は一次電圧指令演算回路７へ入
力され、（４）式および（５）式の関係式を用いて一次
電圧指令Ｖ1u *、Ｖ1v *、Ｖ1w *に変換され、電力変換回
路１へ出力される。
【００４１】実施の形態３．本発明の実施の形態３によ
る誘導電動機の制御装置について説明する。図１０は、
実施の形態１において、大きなステップ幅で負荷トルク
が急変した場合の応答波形の一例を示し、（ａ）は効
率、（ｂ）はトルク、（ｃ）は回転速度、（ｄ）は一次
電流の経時変化をそれぞれ示している。図では、回転速
度９００ｒｐｍにおいて負荷トルクを０％から８０％に
ステップ状に急変させた場合を示している。一次磁束指
令値Φ1 *の最小値を小さくしすぎると上述したように、
過渡的に過大な一次電流が流れる。そこで、負荷トルク
の変化幅が大きい場合は、過渡応答を改善するために磁
束指令演算回路５から磁束指令値Φ1 *に加え磁束微分指
令値sΦ1 *を出力し、電圧成分指令演算回路６は一次周
波数指令値ｆ1 *と上記Φ1 *およびsΦ1 *とに基づいて磁
束に関する微分項磁束を補正すればよい。磁束Φ1に同
期して回転する誘導電動機の座標軸上では次式が成り立
つ。 Ｖ1d = Ｒ1Ｉ1d + sΦ1 Ｖ1q = Ｒ1Ｉ1q + ωΦ1 （７） ただし、ｓは微分演算子（ラプラス演算子） そこで、一次電圧のｄ軸成分指令Ｖ1d *に磁束微分指令
値を考慮すれば、磁束Φ1の応答が向上する。従って、
負荷トルクが急変した時の過大な一次電流を抑制するこ
とが可能な上に、回転速度の応答性を向上させることが
できる。
る誘導電動機の制御装置について説明する。図１０は、
実施の形態１において、大きなステップ幅で負荷トルク
が急変した場合の応答波形の一例を示し、（ａ）は効
率、（ｂ）はトルク、（ｃ）は回転速度、（ｄ）は一次
電流の経時変化をそれぞれ示している。図では、回転速
度９００ｒｐｍにおいて負荷トルクを０％から８０％に
ステップ状に急変させた場合を示している。一次磁束指
令値Φ1 *の最小値を小さくしすぎると上述したように、
過渡的に過大な一次電流が流れる。そこで、負荷トルク
の変化幅が大きい場合は、過渡応答を改善するために磁
束指令演算回路５から磁束指令値Φ1 *に加え磁束微分指
令値sΦ1 *を出力し、電圧成分指令演算回路６は一次周
波数指令値ｆ1 *と上記Φ1 *およびsΦ1 *とに基づいて磁
束に関する微分項磁束を補正すればよい。磁束Φ1に同
期して回転する誘導電動機の座標軸上では次式が成り立
つ。 Ｖ1d = Ｒ1Ｉ1d + sΦ1 Ｖ1q = Ｒ1Ｉ1q + ωΦ1 （７） ただし、ｓは微分演算子（ラプラス演算子） そこで、一次電圧のｄ軸成分指令Ｖ1d *に磁束微分指令
値を考慮すれば、磁束Φ1の応答が向上する。従って、
負荷トルクが急変した時の過大な一次電流を抑制するこ
とが可能な上に、回転速度の応答性を向上させることが
できる。
【００４２】図１０と同様の負荷変動時のｄ軸一次電圧
成分指令Ｖ1d *に磁束微分指令値を考慮した本発明の実
施の形態３による装置における応答波形の一例を図１１
に示す。図１１において、（ａ）は効率、（ｂ）はトル
ク、（ｃ）は回転速度、（ｄ）は一次電流の経時変化を
それぞれ示している。図１０と比較して分かるように、
ｄ軸一次電圧成分指令Ｖ1d *に磁束微分指令値を考慮す
れば、過大な一次電流を抑制することが可能な上に回転
速度の応答性が向上することが分かる。
成分指令Ｖ1d *に磁束微分指令値を考慮した本発明の実
施の形態３による装置における応答波形の一例を図１１
に示す。図１１において、（ａ）は効率、（ｂ）はトル
ク、（ｃ）は回転速度、（ｄ）は一次電流の経時変化を
それぞれ示している。図１０と比較して分かるように、
ｄ軸一次電圧成分指令Ｖ1d *に磁束微分指令値を考慮す
れば、過大な一次電流を抑制することが可能な上に回転
速度の応答性が向上することが分かる。
【００４３】図１２は本発明の実施の形態３に係る電圧
成分指令演算回路５ｂを示すブロック図であり、図１２
において、１０１は一次遅れ演算器、１０２は磁束微分
指令値の出力端子である。その他の構成は実施の形態１
と同一のものであり、その説明を省略する。一次磁束指
令値Φ1 *が制限器６７によって制限されない範囲に存在
する場合、積分器６６の入力は磁束指令Φ1 *の微分値に
比例する。従って、積分器６６の入力（即ち減算器６５
の出力）に基づいて磁束微分指令値を求めればよい。一
次遅れ演算器１０１は、Ｋ倍された第１の電流成分Ｉ1q
の二乗値と第２の電流成分Ｉ1dの二乗値との偏差を入力
し、次式で示される一次遅れ演算を行う。 sΦ1 *= Ｋx／（１＋Ｔxｓ）Ｕ1 （８） ただし、 Ｕ1：減算器６５の出力 Ｋx：ゲイン設定値 Ｔx：時定数設定値 そして一次遅れ演算器１０１の演算結果は磁束微分指令
値sΦ1 *として出力端子１０２から出力される。
成分指令演算回路５ｂを示すブロック図であり、図１２
において、１０１は一次遅れ演算器、１０２は磁束微分
指令値の出力端子である。その他の構成は実施の形態１
と同一のものであり、その説明を省略する。一次磁束指
令値Φ1 *が制限器６７によって制限されない範囲に存在
する場合、積分器６６の入力は磁束指令Φ1 *の微分値に
比例する。従って、積分器６６の入力（即ち減算器６５
の出力）に基づいて磁束微分指令値を求めればよい。一
次遅れ演算器１０１は、Ｋ倍された第１の電流成分Ｉ1q
の二乗値と第２の電流成分Ｉ1dの二乗値との偏差を入力
し、次式で示される一次遅れ演算を行う。 sΦ1 *= Ｋx／（１＋Ｔxｓ）Ｕ1 （８） ただし、 Ｕ1：減算器６５の出力 Ｋx：ゲイン設定値 Ｔx：時定数設定値 そして一次遅れ演算器１０１の演算結果は磁束微分指令
値sΦ1 *として出力端子１０２から出力される。
【００４４】図１３は本発明の実施の形態３に係る電圧
成分指令演算回路６ｂを示すブロック図であり、図１３
において、１１０は磁束微分指令値の入力端子、１１１
はｄ軸一次電圧成分指令の出力端子である。その他の構
成は実施の形態１と同一のものであり、その説明を省略
する。この様にｄ軸およびｑ軸の一次電圧成分指令値Ｖ
1d *，Ｖ1q *は出力端子１１１、７４から出力される。そ
して、これらのｑ軸およびｄ軸の一次電圧成分指令値Ｖ
1q *、Ｖ1d *は上記実施の形態２と同様に一次電圧指令Ｖ
1u *、Ｖ1v *、Ｖ1w *に変換され、電力変換回路１へ出力
される。これにより、磁束指令に対する磁束の応答性が
向上し、負荷トルクが急変した時の過大な一次電流を抑
制できる。
成分指令演算回路６ｂを示すブロック図であり、図１３
において、１１０は磁束微分指令値の入力端子、１１１
はｄ軸一次電圧成分指令の出力端子である。その他の構
成は実施の形態１と同一のものであり、その説明を省略
する。この様にｄ軸およびｑ軸の一次電圧成分指令値Ｖ
1d *，Ｖ1q *は出力端子１１１、７４から出力される。そ
して、これらのｑ軸およびｄ軸の一次電圧成分指令値Ｖ
1q *、Ｖ1d *は上記実施の形態２と同様に一次電圧指令Ｖ
1u *、Ｖ1v *、Ｖ1w *に変換され、電力変換回路１へ出力
される。これにより、磁束指令に対する磁束の応答性が
向上し、負荷トルクが急変した時の過大な一次電流を抑
制できる。
【００４５】実施の形態４．なお、一次周波数ｆ1が低
い範囲で、誘導電動機の一次巻線抵抗Ｒ1による電圧低
下が原因で一次磁束振幅Φ1が指令値どおりに制御され
なくなり、所望の効率改善効果が得られない場合は、上
記実施の形態３における電圧成分指令演算回路６ｂの構
成を図１４のように変更し、実施の形態２の場合と同様
に、上記電圧低下分を電流成分演算回路４から出力され
た第１および第２の電流成分Ｉ1qおよびＩ1dを用いて補
正してもよい。図１４において、１２０は磁束指令演算
回路５ｂに接続された入力端子、１２１、１２２は加算
器、１２３はｑ軸一次電圧成分指令の出力端子、１２４
はｄ軸一次電圧成分指令の出力端子である。その他の構
成は実施の形態２の図９と同一のものであり、その説明
を省略する。
い範囲で、誘導電動機の一次巻線抵抗Ｒ1による電圧低
下が原因で一次磁束振幅Φ1が指令値どおりに制御され
なくなり、所望の効率改善効果が得られない場合は、上
記実施の形態３における電圧成分指令演算回路６ｂの構
成を図１４のように変更し、実施の形態２の場合と同様
に、上記電圧低下分を電流成分演算回路４から出力され
た第１および第２の電流成分Ｉ1qおよびＩ1dを用いて補
正してもよい。図１４において、１２０は磁束指令演算
回路５ｂに接続された入力端子、１２１、１２２は加算
器、１２３はｑ軸一次電圧成分指令の出力端子、１２４
はｄ軸一次電圧成分指令の出力端子である。その他の構
成は実施の形態２の図９と同一のものであり、その説明
を省略する。
【００４６】加算器１２１によって（８）式の一次抵抗
によるｑ軸電圧降下分Ｒ1Ｉ1qを補正し、加算器１２２
によって（７）式の一次抵抗によるｑ軸電圧降下分Ｒ1
Ｉ1dを補正する。これにより、誘導電動機の一次巻線抵
抗Ｒ1による電圧低下分が補正できるので、一次周波数
ｆ1が低い範囲でも一次磁束振幅Φ1を指令値どおりに制
御でき、、所望の効率改善効果が得られる上に負荷トル
クが急変した時の過大な一次電流を抑制できる。
によるｑ軸電圧降下分Ｒ1Ｉ1qを補正し、加算器１２２
によって（７）式の一次抵抗によるｑ軸電圧降下分Ｒ1
Ｉ1dを補正する。これにより、誘導電動機の一次巻線抵
抗Ｒ1による電圧低下分が補正できるので、一次周波数
ｆ1が低い範囲でも一次磁束振幅Φ1を指令値どおりに制
御でき、、所望の効率改善効果が得られる上に負荷トル
クが急変した時の過大な一次電流を抑制できる。
【００４７】なお、上記各実施の形態では、本発明をＶ
／Ｆ一定制御に適用した場合について説明したが、誘導
モータの磁束を制御するベクトル制御や一次磁束一定制
御などの他の制御にも適用できることは言うまでもな
い。
／Ｆ一定制御に適用した場合について説明したが、誘導
モータの磁束を制御するベクトル制御や一次磁束一定制
御などの他の制御にも適用できることは言うまでもな
い。
【００４８】
【発明の効果】以上のように、第１の発明においては、
可変電圧可変周波数の交流一次電圧を出力して誘導電動
機を駆動する電力変換回路と、上記電力変換回路から上
記誘導電動機に供給される一次電流を検出するための電
流検出器と、上記一次電流と予め設定された上記交流一
次電圧の周波数指令値とから第１および第２の電流成分
を演算する電流成分演算回路と、上記第１の電流成分の
二乗値と上記第２の電流成分の二乗値の振幅比が予め設
定された所定値となるような磁束指令値を演算する磁束
指令演算回路と、上記周波数指令値と上記磁束指令演算
回路の出力から一次電圧成分指令値を演算する電圧成分
指令演算回路と、上記周波数指令値と上記一次電圧成分
指令値から上記誘導電動機の一次電圧指令値を演算して
上記電力変換回路へ出力する一次電圧指令演算回路とを
備え、上記電流成分演算回路は上記一次電圧成分指令値
と同相である第１の電流成分および位相が９０度ずれた
第２の電流成分を演算するように構成したので、一定速
運転時のみならず加減速運転時にも高効率で誘導電動機
を制御することができる。さらに、負荷トルクが急激に
変化するような用途においても、制御の安定性を損ねる
ことなく、誘導電動機の高効率運転が可能である。さら
に、制御に必要な情報は誘導電動機に供給される一次電
流のみであるので、制御装置が安価に構成できる効果が
ある。
可変電圧可変周波数の交流一次電圧を出力して誘導電動
機を駆動する電力変換回路と、上記電力変換回路から上
記誘導電動機に供給される一次電流を検出するための電
流検出器と、上記一次電流と予め設定された上記交流一
次電圧の周波数指令値とから第１および第２の電流成分
を演算する電流成分演算回路と、上記第１の電流成分の
二乗値と上記第２の電流成分の二乗値の振幅比が予め設
定された所定値となるような磁束指令値を演算する磁束
指令演算回路と、上記周波数指令値と上記磁束指令演算
回路の出力から一次電圧成分指令値を演算する電圧成分
指令演算回路と、上記周波数指令値と上記一次電圧成分
指令値から上記誘導電動機の一次電圧指令値を演算して
上記電力変換回路へ出力する一次電圧指令演算回路とを
備え、上記電流成分演算回路は上記一次電圧成分指令値
と同相である第１の電流成分および位相が９０度ずれた
第２の電流成分を演算するように構成したので、一定速
運転時のみならず加減速運転時にも高効率で誘導電動機
を制御することができる。さらに、負荷トルクが急激に
変化するような用途においても、制御の安定性を損ねる
ことなく、誘導電動機の高効率運転が可能である。さら
に、制御に必要な情報は誘導電動機に供給される一次電
流のみであるので、制御装置が安価に構成できる効果が
ある。
【００４９】また、第２の発明においては、可変電圧可
変周波数の交流一次電圧を出力して誘導電動機を駆動す
る電力変換回路と、上記電力変換回路から上記誘導電動
機に供給される一次電流を検出するための電流検出器
と、上記一次電流と予め設定された上記交流一次電圧の
周波数指令値とから第１および第２の電流成分を演算す
る電流成分演算回路と、上記第１の電流成分の二乗値と
上記第２の電流成分の二乗値の振幅比が予め設定された
所定値となるような磁束指令値と該磁束指令値の微分に
基づいた磁束微分指令値を演算する磁束指令演算回路
と、上記周波数指令値と上記磁束指令値と上記磁束微分
指令値から一次電圧成分指令値を演算する電圧成分指令
演算回路と、上記周波数指令値と上記一次電圧成分指令
値から上記誘導電動機の一次電圧指令値を演算して上記
電力変換回路へ出力する一次電圧指令演算回路とを備
え、上記電流成分演算回路は上記一次電圧成分指令値と
同相である第１の電流成分および位相が９０度ずれた第
２の電流成分を演算するように構成したので、一定速運
転時のみならず加減速運転時にも高効率で誘導電動機を
制御することができる。さらに、負荷トルクが急激に変
化するような用途においても、磁束指令に対する磁束の
応答性が向上し、負荷トルクが急変した時の過大な一次
電流を抑制することが可能であるので、安定に制御する
ことができ、誘導電動機の高効率運転が可能である。さ
らに、制御に必要な情報は誘導電動機に供給される一次
電流のみであるので、制御装置が安価に構成できる効果
がある。
変周波数の交流一次電圧を出力して誘導電動機を駆動す
る電力変換回路と、上記電力変換回路から上記誘導電動
機に供給される一次電流を検出するための電流検出器
と、上記一次電流と予め設定された上記交流一次電圧の
周波数指令値とから第１および第２の電流成分を演算す
る電流成分演算回路と、上記第１の電流成分の二乗値と
上記第２の電流成分の二乗値の振幅比が予め設定された
所定値となるような磁束指令値と該磁束指令値の微分に
基づいた磁束微分指令値を演算する磁束指令演算回路
と、上記周波数指令値と上記磁束指令値と上記磁束微分
指令値から一次電圧成分指令値を演算する電圧成分指令
演算回路と、上記周波数指令値と上記一次電圧成分指令
値から上記誘導電動機の一次電圧指令値を演算して上記
電力変換回路へ出力する一次電圧指令演算回路とを備
え、上記電流成分演算回路は上記一次電圧成分指令値と
同相である第１の電流成分および位相が９０度ずれた第
２の電流成分を演算するように構成したので、一定速運
転時のみならず加減速運転時にも高効率で誘導電動機を
制御することができる。さらに、負荷トルクが急激に変
化するような用途においても、磁束指令に対する磁束の
応答性が向上し、負荷トルクが急変した時の過大な一次
電流を抑制することが可能であるので、安定に制御する
ことができ、誘導電動機の高効率運転が可能である。さ
らに、制御に必要な情報は誘導電動機に供給される一次
電流のみであるので、制御装置が安価に構成できる効果
がある。
【００５０】また、第３の発明においては、上記第１ま
たは第２の発明に加えて、上記磁束指令演算回路中に、
磁束指令値の振幅の最大値および最小値の少なくとも一
方を制限する制限回路を備えたので、最大値を制限した
場合は、負荷が増加したときに最大効率点での一次磁束
振幅が増加する結果、磁気飽和が原因で誘導電動機の一
次磁束が指定値どおりに増えなくなると一次電流が増加
して鉄損が増加し、効率が低下するという問題を防止で
きる。また、最小値を制限した場合は、軽負荷時に一次
磁束振幅を小さくしすぎると、負荷トルクが急激に変化
するような場合に、負荷トルク変化に対し一次磁束の変
化が追従できないため、過渡的に過大な一次電流が流れ
るという問題を防止できる。
たは第２の発明に加えて、上記磁束指令演算回路中に、
磁束指令値の振幅の最大値および最小値の少なくとも一
方を制限する制限回路を備えたので、最大値を制限した
場合は、負荷が増加したときに最大効率点での一次磁束
振幅が増加する結果、磁気飽和が原因で誘導電動機の一
次磁束が指定値どおりに増えなくなると一次電流が増加
して鉄損が増加し、効率が低下するという問題を防止で
きる。また、最小値を制限した場合は、軽負荷時に一次
磁束振幅を小さくしすぎると、負荷トルクが急激に変化
するような場合に、負荷トルク変化に対し一次磁束の変
化が追従できないため、過渡的に過大な一次電流が流れ
るという問題を防止できる。
【図１】 本発明の実施の形態１による誘導電動機の制
御装置の全体構成を示すブロック図である。
御装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】 実施の形態１に係る電流成分演算回路の構成
を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
【図３】 実施の形態１に係る磁束指令演算回路の構成
を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
【図４】 実施の形態１に係る電圧成分指令演算回路の
構成を示すブロック図である。
構成を示すブロック図である。
【図５】 実施の形態１に係る一次電圧指令演算回路の
構成を示すブロック図である。
構成を示すブロック図である。
【図６】 本発明による高効率制御方式の動作原理を説
明するための図である。
明するための図である。
【図７】 実施の形態１および従来の制御方式による誘
導電動機の効率特性を示す説明図である。
導電動機の効率特性を示す説明図である。
【図８】 実施の形態１による高効率制御系の負荷トル
クのステップ変化時の応答波形を示す図である。
クのステップ変化時の応答波形を示す図である。
【図９】 本発明の実施の形態２に係る電圧成分指令演
算回路の構成を示すブロック図である。
算回路の構成を示すブロック図である。
【図１０】 実施の形態１による高効率制御系の負荷ト
ルクの急激なステップ変化時の応答波形を示す図であ
る。
ルクの急激なステップ変化時の応答波形を示す図であ
る。
【図１１】 実施の形態３による高効率制御系の負荷ト
ルクの急激なステップ変化時の応答波形を示す図であ
る。
ルクの急激なステップ変化時の応答波形を示す図であ
る。
【図１２】 実施の形態３に係る磁束指令演算回路の構
成を示すブロック図である。
成を示すブロック図である。
【図１３】 実施の形態３に係る一次電圧指令演算回路
の構成を示すブロック図である。
の構成を示すブロック図である。
【図１４】 実施の形態４に係る一次電圧指令演算回路
の構成を示すブロック図である。
の構成を示すブロック図である。
【図１５】 従来の誘導電動機の制御装置の構成を示す
ブロック図である。
ブロック図である。
【図１６】 従来の誘導電動機の制御装置における高効
率制御方式の動作原理を説明する図である。
率制御方式の動作原理を説明する図である。
１ 電力変換回路、２ 誘導電動機、３ 電流検出器、
４ 電流成分演算回路、５ 磁束指令演算回路、６、６
ａ 電圧成分指令演算回路、７ 一次電圧指令演算回
路、８ 周波数指令発生器。
４ 電流成分演算回路、５ 磁束指令演算回路、６、６
ａ 電圧成分指令演算回路、７ 一次電圧指令演算回
路、８ 周波数指令発生器。
フロントページの続き (72)発明者 小山 正人 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 桜井 寿夫 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5H576 BB02 DD02 DD04 EE07 EE18 GG04 JJ07 JJ11 JJ16 KK06 LL14 LL22
Claims (3)
- 【請求項１】 可変電圧可変周波数の交流一次電圧を出
力して誘導電動機を駆動する電力変換回路と、上記電力
変換回路から上記誘導電動機に供給される一次電流を検
出するための電流検出器と、上記一次電流と予め設定さ
れた上記交流一次電圧の周波数指令値とから第１および
第２の電流成分を演算する電流成分演算回路と、上記第
１の電流成分の二乗値と上記第２の電流成分の二乗値の
振幅比が予め設定された所定値となるような磁束指令値
を演算する磁束指令演算回路と、上記周波数指令値と上
記磁束指令値から一次電圧成分指令値を演算する電圧成
分指令演算回路と、上記周波数指令値と上記一次電圧成
分指令値から上記誘導電動機の一次電圧指令値を演算し
て上記電力変換回路へ出力する一次電圧指令演算回路と
を備え、上記電流成分演算回路は上記一次電圧成分指令
値と同相である第１の電流成分および位相が９０度ずれ
た第２の電流成分を演算するように構成したことを特徴
とする誘導電動機の制御装置。 - 【請求項２】 可変電圧可変周波数の交流一次電圧を出
力して誘導電動機を駆動する電力変換回路と、上記電力
変換回路から上記誘導電動機に供給される一次電流を検
出するための電流検出器と、上記一次電流と予め設定さ
れた上記交流一次電圧の周波数指令値とから第１および
第２の電流成分を演算する電流成分演算回路と、上記第
１の電流成分の二乗値と上記第２の電流成分の二乗値の
振幅比が予め設定された所定値となるような磁束指令値
と該磁束指令値の微分に基づいた磁束微分指令値を演算
する磁束指令演算回路と、上記周波数指令値と上記磁束
指令値と上記磁束微分指令値から一次電圧成分指令値を
演算する電圧成分指令演算回路と、上記周波数指令値と
上記一次電圧成分指令値から上記誘導電動機の一次電圧
指令値を演算して上記電力変換回路へ出力する一次電圧
指令演算回路とを備え、上記電流成分演算回路は上記一
次電圧成分指令値と同相である第１の電流成分および位
相が９０度ずれた第２の電流成分を演算するように構成
したことを特徴とする誘導電動機の制御装置。 - 【請求項３】 上記磁束指令演算回路中に、磁束指令値
の振幅の最大値および最小値の少なくとも一方を制限す
る制限回路を設けたことを特徴とする請求項１または２
記載の誘導電動機の制御装置。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14446099A JP3716670B2 (ja) | 1998-09-29 | 1999-05-25 | 誘導電動機の制御装置 |
| EP99944847A EP1035645B1 (en) | 1998-09-29 | 1999-09-27 | Control device of induction motor |
| CNB998019356A CN1196248C (zh) | 1998-09-29 | 1999-09-27 | 感应电动机的控制装置 |
| PCT/JP1999/005261 WO2000019596A1 (fr) | 1998-09-29 | 1999-09-27 | Dispositif de commande de moteur asynchrone |
| DE69936505T DE69936505T2 (de) | 1998-09-29 | 1999-09-27 | Regelvorrichtung für einen induktionsmotor |
| TW088116777A TW536864B (en) | 1998-09-29 | 1999-09-28 | Apparatus for controlling an induction motor |
| US09/577,322 US6194864B1 (en) | 1998-09-29 | 2000-05-24 | Control device for induction motor |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27548298 | 1998-09-29 | ||
| JP10-275482 | 1998-09-29 | ||
| JP14446099A JP3716670B2 (ja) | 1998-09-29 | 1999-05-25 | 誘導電動機の制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000175492A true JP2000175492A (ja) | 2000-06-23 |
| JP3716670B2 JP3716670B2 (ja) | 2005-11-16 |
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ID=26475871
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14446099A Expired - Fee Related JP3716670B2 (ja) | 1998-09-29 | 1999-05-25 | 誘導電動機の制御装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6194864B1 (ja) |
| EP (1) | EP1035645B1 (ja) |
| JP (1) | JP3716670B2 (ja) |
| CN (1) | CN1196248C (ja) |
| DE (1) | DE69936505T2 (ja) |
| TW (1) | TW536864B (ja) |
| WO (1) | WO2000019596A1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| JP2015111974A (ja) * | 2013-12-06 | 2015-06-18 | ダイキン工業株式会社 | 電動機制御装置 |
| JP2015111973A (ja) * | 2013-12-06 | 2015-06-18 | ダイキン工業株式会社 | 電動機制御装置 |
| JP2015133795A (ja) * | 2014-01-10 | 2015-07-23 | ダイキン工業株式会社 | 電動機駆動装置の制御装置および電動機駆動システム |
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|---|---|---|---|---|
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