JP2001238497A - 誘導電動機の駆動制御装置 - Google Patents

誘導電動機の駆動制御装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 誘導電動機の速度センサレスベクトル制御方
式において、ごく低速域まで安定した速度推定を行い、
確実に減速することにある。 【解決手段】 誘導電動機5を駆動する電力変換器4
と、誘導電動機に供給する交流電流を検出する電流検出
手段6と、検出された交流電流を回転磁界座標系の磁束
軸(d軸)成分の電流(以下、d軸電流)とd軸と直行
する成分(以下、q軸電流)に変換する変換手段7と、
q軸電流Iqから速度推定値Frを生成する第1の速度
推定手段11,12と、速度推定値に基づいて誘導電動
機を駆動制御する手段1,3を備えた誘導電動機の駆動
制御装置において、d軸電流指令値Id*とq軸電流指
令値Iq*とから速度推定値を生成する第2の速度推定
手段10,12を設け、減速動作中に速度推定値が所定
値以下になると、第2の速度推定手段に切り替えて誘導
電動機を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、誘導電動機の駆動
制御装置に係り、特に、電動機取り付けの速度センサが
不要な速度センサレスベクトル制御による駆動制御に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来、電力変換器(インバータ)を用い
て誘導電動機を駆動し、この誘導電動機の速度を速度セ
ンサを用いずに推定する方法として、例えば、特開昭6
2−23390号公報に記載されているように、誘導電
動機の出力電圧および出力電流から電動機電流のq軸電
流成分(トルク電流成分)を検出し、この検出値と指令
値との偏差に応じて電動機の回転速度を推定する方式が
知られている。速度センサを用いずに誘導電動機の回転
速度を推定する原理は、以下に説明する理論に基づいて
いる。すなわち、速度推定値の偏差はすべり周波数の偏
差となり、q軸電流の指令値と検出値との偏差となって
現れる。つまりq軸電流の指令値と検出値の偏差は、速
度推定値と真の速度の偏差に比例する。したがって、q
軸電流の指令値と検出値の偏差に応じて速度推定値を増
減するように制御すれば、q軸電流の検出値を指令値に
一致させることができると同時に、速度推定値を真の速
度に一致させることができる。このように、q軸電流制
御によって速度推定値を生成することにより、速度セン
サを不要としている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このような速度センサ
レスベクトル制御においては、誘導電動機の速度が極低
速域の場合、出力電圧値は非常に小さな値となる。一
方、ベクトル制御で使用する電動機定数の設定誤差なら
びに電力変換器を構成する半導体素子の上下アームの短
絡防止期間による出力電圧誤差が生じる。したがって、
出力電圧の小さくなる極低速域においては、この出力電
圧誤差の影響が非常に大きくなる。一方、上述の速度セ
ンサレスベクトル制御方式においては、出力電圧が指令
値に一致するものと仮定して速度推定を行っており、こ
のように電圧誤差が大きくなると、推定速度の誤差も増
大し、制御不安定の原因となる。このため、速度センサ
レスベクトル制御方式では、ごく低速域まで安定した速
度推定を行い、確実に減速することが課題であった。
【0004】本発明の課題は、誘導電動機の速度センサ
レスベクトル制御方式において、ごく低速域まで安定し
た速度推定を行い、確実に減速することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、d軸電流指令値とq軸電流指令値とから速度推定値
を生成する第2の速度推定手段を設け、減速動作中に速
度推定値が所定値以下になると、第2の速度推定手段に
切り替えて誘導電動機の制御を行う。ここで、第2の速
度推定手段は、d軸電流指令値とq軸電流指令値の積よ
り加速度指令値を求め、切り替え直前の速度推定値を初
期値として加速度指令値を積分することにより、推定速
度を求める。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を用いて説明する。図1は、本発明の速度センサレ
スベクトル制御方式による誘導電動機の駆動制御装置の
第1の実施形態を示す。電圧ベクトル演算器1は、d軸
電流指令値Id*とq軸電流指令値Iq*とインバータ周
波数Finvと電動機定数よりd軸電圧指令Vd*とq
軸電圧指令Vq*を生成する。位相演算器2は、インバ
ータ周波数Finvを積分して位相θを求める。座標変
換器3は、d軸電圧指令Vd*とq軸電圧指令Vq*を位
相θにより座標変換して三相交流電圧指令V1を生成す
る。電力変換器4は、三相交流電圧指令V1より誘導電
動機5を駆動する交流電圧を生成する。電流検出器6
は、電動機電流を検出し、三相交流電流Iu、Iv、I
wを出力する。座標変換器7は、三相交流電流Iu、I
v、Iwを位相θにより座標変換してd軸電流とq軸電
流Iqを生成する。すべり周波数演算部8は、d軸電流
指令値Id*とq軸電流指令値Iq*と電動機定数よりす
べり周波数指令Fsを求める。インバータ周波数Fin
vは、推定速度Frにすべり周波数指令Fsを加算して
求める。因みに、推定速度Frを推定速度ではなく、誘
導電動機5に取り付けられた速度センサの検出値を用い
てインバータを制御すれば、速度センサありのベクトル
制御として動作する。加速度推定部9は、大きく分けて
d軸電流指令値Id*とq軸電流指令値Iq*よりフィー
ドフォワード的に推定加速度を求める基準加速器10
と、q軸電流指令値Iq*とq軸電流検出値Iqの偏差
よりq軸電流制御を行うq軸電流制御器11からなる。
基準加速器10は、d軸電流指令値Id*とq軸電流指
令値Iq*の積より電動機トルクを求め、加速度α1を
生成する。q軸電流制御器11は、q軸電流指令値Iq
*とq軸電流検出値Iqの偏差に応じた加速度α2を出
力する。比較演算器13は、推定速度Frを常時監視
し、推定速度Frが速度下限値Frminより大きい場
合には“真”と判断し、推定速度Frが速度下限値Fr
min以下の場合には“偽”と判断する。電流制御器1
1の切替信号は、比較演算器13の出力と力行/回生切
替信号P/Bの論理和で生成され、力行動作中(加速
中)もしくは推定速度Frが速度下限値Frminより
も大きい場合には、切替信号は“真”となり、スイッチ
14は推定加速度αとして電流制御器11の出力α2を
選択する。回生動作中(減速中)かつ推定速度Frが速
度下限値Frmin以下になると切替信号は“偽”とな
り、スイッチ14は推定加速度αとして基準加速器10
の出力α1を選択する。推定速度Frは、推定加速度α
を速度推定部12により積分して得る。ここで、スイッ
チ14が推定加速度αとして基準加速器10の出力α1
を選択するとき、速度推定部12は、切り替える直前の
速度推定値を初期値として加速度α1を積分することに
より、推定速度Frを求める。
【0007】本実施形態において、回生動作中(減速
中)の極低速域では基準加速器10の出力する推定加速
度α1に基づいて速度推定値Frを求める。次第に低速
となるにつれて出力電圧の誤差が増大するが、極低速域
においてはd軸電流指令値Id*とq軸電流指令値Iq*
を用いて推定速度Frを演算し、精度の不確かなq軸電
流検出値Iqを使用しないため、推定速度Frおよびイ
ンバータ周波数Finvを安定化することができる。こ
の結果、安定したモータトルクを発生することができ、
誘導電動機の速度を安定して減速することが可能にな
る。また、本実施形態においては、電流指令値および電
流検出値より推定加速度α1、α2を求め、これらを積
分して推定速度Frを演算するという構成になっている
ため、2つの推定加速度α1、α2の切り替え時に誤差
が生じていても、推定速度Frは連続した値を取ること
ができる。
【0008】図2は、本発明の第2の実施形態であり、
加速度推定部9において、基準加速器10を常時動作さ
せるようにしたものである。力行動作中(加速中)もし
くは推定速度Frが速度下限値Frminよりも大きい
場合には、切替信号は“真”となり、スイッチ14は電
流制御器11の出力を接続し、基準加速器10の出力α
1と電流制御器11の出力α2の加算結果が推定加速度
αとなる。回生動作中(減速中)かつ推定速度Frが速
度下限値Frmin以下になると、切替信号は“偽”と
なり、スイッチ14は電流制御器11の出力を切り離
し、基準加速器10の出力α1がそのまま推定加速度α
となる。
【0009】本実施形態において、力行動作中(加速
中)もしくは推定速度Frが速度下限値Frminより
も大きい場合は、基準加速器10が主体的に動作し、基
準加速器10の出力である推定加速度α1を積分して得
られる推定速度Frと真の速度の偏差によって生じるq
軸電流検出値Iqとq軸電流指令値Iq*の偏差に基づ
いて電流制御器11は動作する。このため、電流制御器
11の動作は図1の構成よりも小さくなり、低速域での
q軸電流検出値Iqの誤差の影響を少なくすることがで
きる。このため、推定速度の下限値Frminを図1の
構成よりも下げることができる。
【0010】図3は、本発明の第3の実施形態であり、
力行動作中(加速中)もしくは推定速度Frが速度下限
値Frminよりも大きい場合には、切替信号は“真”
となり、スイッチ14は電流制御器11の出力を速度演
算器12の方へ接続し、基準加速器10の出力α1と電
流制御器11の出力α2の加算結果が推定加速度αとな
る。回生動作中(減速中)かつ推定速度Frが速度下限
値Frmin以下になると、切替信号は“偽”となり、
スイッチ14は電流制御器11の出力α2を電圧ベクト
ル演算器1に接続し、q軸電流指令値Iq*とq軸電流
検出値Iqの偏差に基づいてd軸とq軸の電圧ベクトル
指令値Vd*、Vq*を補正する。
【0011】本実施形態において、回生動作中(減速
中)の極低速域では基準加速器10の出力する推定加速
度α1に基づいて速度推定値Frを求めるため、推定速
度Frおよびインバータ周波数Finvを安定化するこ
とができる。また、図2の構成と比較して、電流制御器
11の出力α2を用いて電圧ベクトル指令値Vd*、V
q*の補正を行うことにより、発生するトルクの精度を
高めることができる。これにより、誘導電動機の速度を
安定して減速することが可能になる。
【0012】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
所定値以下の速度域では電流指令値より推定速度を求
め、低速域で精度の不確かな電流検出値を使用しないた
め、極低速域でも安定した推定速度を求めることがで
き、この結果、出力周波数(インバータ周波数)が安定
し、安定したトルクを発生することが可能となり、安定
してごく低速域まで減速することが可能となる。また、
電流指令値および電流検出値より推定加速度を求め、こ
れらを積分して推定速度を演算する構成であるため、2
つの推定加速度の切り替え時に誤差が生じていても、推
定速度は連続した値を取ることができるという利点があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態による誘導電動機の駆
動制御装置
【図2】本発明の第2の実施形態
【図3】本発明の第3の実施形態
【符号の説明】
1…電圧ベクトル演算器、2…位相演算器、3…座標変
換器(二相→三相変換)、4…電力変換器、5…誘導電
動機、6…交流電流検出器、7…座標変換器(三相→二
相変換)、8…すべり周波数演算器、9…加速度推定
部、10…基準加速器、11…電流制御器、12…速度
推定部、13…比較器、14…切替スイッチ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 嶋田 基巳 茨城県ひたちなか市市毛1070番地 株式会 社日立製作所水戸事業所内 (72)発明者 仲田 清 茨城県ひたちなか市市毛1070番地 株式会 社日立製作所水戸事業所内 Fターム(参考) 5H576 BB10 DD02 DD04 EE01 FF07 GG04 HB02 JJ22 LL13 LL22 LL39

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 誘導電動機を駆動する電力変換器と、前
    記誘導電動機に供給する交流電流を検出する電流検出手
    段と、前記検出された交流電流を回転磁界座標系の磁束
    軸(d軸)成分の電流(以下、d軸電流)とd軸と直行
    する成分(以下、q軸電流)に変換する変換手段と、前
    記q軸電流から速度推定値を生成する第1の速度推定手
    段と、前記速度推定値に基づいて前記誘導電動機を駆動
    制御する手段を備えた誘導電動機の駆動制御装置におい
    て、d軸電流指令値とq軸電流指令値とから速度推定値
    を生成する第2の速度推定手段を設け、減速動作中に速
    度推定値が所定値以下になると、前記第2の速度推定手
    段に切り替えて前記誘導電動機を制御することを特徴と
    する誘導電動機の駆動制御装置。
  2. 【請求項2】 誘導電動機を駆動する電力変換器と、前
    記誘導電動機に供給する交流電流を検出する電流検出手
    段と、前記検出された交流電流を回転磁界座標系の磁束
    軸(d軸)成分の電流(以下、d軸電流)とd軸と直行
    する成分(以下、q軸電流)に変換する変換手段と、前
    記q軸電流とq軸電流指令値との偏差から加速度推定値
    を生成する第1の加速度推定手段と、前記加速度推定値
    を積分して速度推定値を生成する速度推定部と、前記速
    度推定値に基づいて前記誘導電動機を駆動制御する手段
    を備えた誘導電動機の駆動制御装置において、d軸電流
    指令値とq軸電流指令値の積から加速度推定値を生成す
    る第2の加速度演算手段を設け、減速動作中に速度推定
    値が所定値以下になると、前記第2の加速度演算手段か
    ら前記第1の加速度推定手段を切り離して推定速度を演
    算することを特徴とする誘導電動機の駆動制御装置。
  3. 【請求項3】 請求項2において、前記第2の加速度演
    算手段から切り離した前記第1の加速度推定手段から出
    力される加速度推定値に基づいてd軸とq軸の電圧ベク
    トル指令値を補正することを特徴とする誘導電動機の駆
    動制御装置。
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