JP2003219697A - 誘導電動機制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】トルクの偏差を低減して、実トルクを所望のト
ルクに一致させること。 【解決手段】直流を任意の周波数の交流に変換するＶＶ
ＶＦインバータ1と、ＶＶＶＦインバータ1の交流側に接
続されて駆動される誘導電動機2とから主回路を構成
し、電動機定数に基づいて一次周波数指令を生成する周
波数指令生成手段13と、周波数指令生成手段13により生
成された一次周波数指令に追従した一次周波数を誘導電
動機2に入力するように、ＶＶＶＦインバータ1を制御す
る手段とを備えて構成される誘導電動機制御装置におい
て、誘導電動機2の所望のトルクと実トルクとが偏差を
有することを示すトルク偏差指標を出力するトルク偏差
指標演算手段16と、トルク偏差指標演算手段16から出力
されるトルク偏差指標を低減するように、一次周波数を
補正する一次周波数補正手段17とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、速度検出器を用い
ずに可変電圧可変周波数インバータ（以下、ＶＶＶＦイ
ンバータと称する）により誘導電動機を制御する誘導電
動機制御装置に係り、特にトルクの偏差を低減して実ト
ルクを所望のトルクに一致させ得るようにした誘導電動
機制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、誘導電動機の制御装置は、誘
導電動機の回転速度を検出する速度検出器が備えられ、
当該速度検出器により検出された速度に基づいて制御が
行なわれている。

【０００３】図１１は、この種の従来の速度検出器を備
えた誘導電動機制御装置の概略構成例を示すブロック図
である。

【０００４】図１１において、ＶＶＶＦインバータ１の
交流側には、誘導電動機２が接続されて駆動される。

【０００５】ＶＶＶＦインバータ１と誘導電動機２との
間には、誘導電動機２に流れる電流を検出する電流検出
器６が設けられている。

【０００６】一方、ＶＶＶＦインバータ１は、ベクトル
制御部３、およびＰＷＭ制御部４により制御される。

【０００７】なお、ベクトル制御に関しては、周知の技
術ではあるが、以下に簡単にその概要について説明す
る。

【０００８】図１２は、本例にて用いる各座標系の関係
を示す図である。

【０００９】なお、図１２は、ＵＶＷ相静止座標系、ａ
ｂ軸静止座標系、ｄｑ軸回転座標系と出力電圧の関係を
示している。

【００１０】図１２において、静止座標系ａ軸から回転
座標系ｄ軸までの位相角がθdqであり、静止座標系ａ軸
から出力電圧までの位相角がθである。

【００１１】ベクトル制御の目標とする動作点は、ｄ軸
と２次磁束が一致する状態である。

【００１２】電流指令値演算部５への入力であるトルク
指令ＴmRefと二次磁束指令φ2Refとに基づいて、ｄ（磁
束）軸電流指令ＩdRefとｑ（トルク）軸電流指令ＩqRef
とが算出される。

【００１３】

【数１】

【００１４】ここに、Ｍ：相互インダクタンス、Ｌ2：
２次側自己インダクタンス、ｐ：極対数である。

【００１５】誘導電動機２のＵ相電流ＩuとＷ相電流Ｉw
は、電流検出器６によりそれぞれ検出されて、座標変換
部１１に入力される。

【００１６】後述するａ軸からｄ軸までの位相角θdqに
基づいて、ｄ軸（励磁）電流Ｉdとｑ軸（トルク）電流
Ｉqとが分離生成される。

【００１７】

【数２】

【００１８】ｄ軸電流指令ＩdRefとｄ軸電流Ｉdとが一
致するように、電流制御器８により、ｄ軸電圧指令ＶdR
efが補正される。

【００１９】ｑ軸電流指令ＩqRefとｑ軸電流Ｉqとが一
致するように、電流制御器８により、ｑ軸電圧指令ＶqR
efが補正される。

【００２０】（３）式の右辺第２項、第３項は、一次抵
抗の電圧降下と誘起電圧を補償するフィードフォワード
項であり、電圧フィードフォワード（ＦＦ）演算部７で
演算される。

【００２１】

【数３】

【００２２】ここに、Ｌ1：１次側自己インダクタン
ス、σL1：一次漏れインダクタンス（＝Ｌ1−Ｍ・Ｍ／
Ｌ2）、Ｋp：比例ゲイン、Ｋi：積分ゲインである。

【００２３】ｄｑ軸電圧指令ＶdRef,ＶqRefは、座標変
換部１０において３相電圧指令ＶuRef,ＶvRef,ＶwRefへ
と変換されて、ベクトル制御部３から出力される。

【００２４】

【数４】

【００２５】ＰＷＭ制御部４では、３相電圧指令ＶuRe
f,ＶvRef,ＶwRefを入力とし、ＶＶＶＦインバータ１内
のスイッチング素子へのゲート指令が生成出力される。

【００２６】このＰＷＭ制御は周知の技術であるので、
個々ではその詳細な説明については省略する。

【００２７】誘導電動機２には、速度検出器１２が備え
られ、ロータ回転速度ωrが検出される。

【００２８】すべり周波数基準ωs*は、すべり周波数演
算部９において、ｄ軸（励磁）電流指令ＩdRefとｑ軸
（トルク）電流指令ＩqRefとに基づいて算出される。

【００２９】

【数５】 ここに、Ｒ2：2次抵抗、Ｌ2：2次側自己インダクタンス
である。

【００３０】ＶＶＶＦインバータ１の出力周波数であ
り、電動機一次周波数であるω1は、次式で演算され
る。

【００３１】

【数６】

【００３２】一次周波数ω1を積分することで、静止座
標系のａ軸から回転座標系のｄ軸までの位相角θdqが算
出される。

【００３３】

【数７】 以上は、すべり周波数形ベクトル制御の一例である。

【００３４】一方、これに対して、前記速度検出器１２
を持たない、速度センサレスベクトル制御装置も提案さ
れてきている。

【００３５】この速度センサレスベクトル制御装置とし
ても種々あるが、一例を挙げると、一次周波数演算機構
を持つものがある。

【００３６】図１３は、この種の従来の速度検出器を持
たない速度センサレスベクトル制御装置の概略構成例を
示すブロック図であり、図１１と同一部分には同一符号
を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分につい
てのみ述べる。

【００３７】すなわち、ベクトル制御部３が、電動機定
数に基づいて一次周波数指令を生成する一次周波数演算
機構１３を内部に有し、トルク指令と二次磁束指令に追
従した出力を誘導電動機２から得られるように、ＶＶＶ
Ｆインバータ１を制御するものである。

【００３８】この例では、図１３に示すように、一次周
波数演算機構１３の誘起電圧演算部１４にて、式（８）
を用いて誘起電圧Ｅ2d,Ｅ2qが算出され、さらに一次周
波数演算機構１３の一次周波数演算部１５にて、式
（９）を用いて誘起電圧Ｅ2d,Ｅ2qから一次周波数ω1が
算出される。

【００３９】ここで、sgn(*)は、*が正の時１、負の時
−１をとる符号判別関数である。

【００４０】

【数８】

【００４１】

【数９】

【００４２】

【発明が解決しようとする課題】誘導電動機２のトルク
Ｔmは、電動機定数に誤差が無く、二次磁束がｄ軸に一
致した目標動作点において、式（１０）により表わされ
る。

【００４３】

【数１０】

【００４４】しかしながら、前述したような従来の誘導
電動機制御装置においては、実際には所望のトルクが出
力されていないことがある。

【００４５】その原因としては、制御上で用いている電
動機定数の誤差、あるいは速度情報の誤差、それらに起
因する前記位相角θdqの誤差、出力電圧指令に対する出
力電圧の誤差等が考えられる。

【００４６】電動機定数は、必ず個体差を持つ。また、
温度等の使用条件によって絶えず変化するものであり、
制御で用いている定数は正しいとは限らない。

【００４７】この場合、制御上で定義したｄ軸の方向
が、実際の二次磁束の方向とずれている可能性が高く、
制御上で見かけの電流を合わせてもトルクは一致しな
い。

【００４８】そして、所望のトルクが得られていなけれ
ば、スペックを満たさないことになり、不都合が生じ
る。

【００４９】また、特に、制御モードの切り替えを伴な
うような場合には、制御モード切り替えの前後でのトル
クが不連続となり、例えば衝撃や振動を引き起こすこと
になる。

【００５０】本発明の目的は、トルクの偏差を低減し
て、実トルクを所望のトルクに一致させることが可能な
誘導電動機制御装置を提供することにある。

【００５１】さらに、本発明のもう一つの目的は、制御
モード切り替えの前後でのトルクの連続性を保証して、
衝撃や振動の発生を無くすることが可能な誘導電動機制
御装置を提供することにある。

【００５２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、直流を任意の周波数の交流に変換するＶＶＶＦイ
ンバータと、当該ＶＶＶＦインバータの交流側に接続さ
れて駆動される誘導電動機とから主回路を構成し、電動
機定数に基づいて一次周波数指令を生成する周波数指令
生成手段と、周波数指令生成手段により生成された一次
周波数指令に追従した一次周波数を誘導電動機に入力す
るように、ＶＶＶＦインバータを制御する手段とを備え
て構成される誘導電動機制御装置において、請求項１に
対応する発明では、誘導電動機の所望のトルクと実トル
クとが偏差を有することを示すトルク偏差指標を出力す
るトルク偏差指標演算手段と、トルク偏差指標演算手段
から出力されるトルク偏差指標を低減するように、一次
周波数を補正する一次周波数補正手段とを備えている。

【００５３】従って、請求項１に対応する発明の誘導電
動機制御装置においては、トルク偏差指標を一次周波数
に反映、調整することにより、電動機定数等の誤差を吸
収して、所望のトルクを実現することができる。

【００５４】また、請求項２に対応する発明では、制御
装置本体がいくつかの制御モードを有する場合に、誘導
電動機の所望のトルクと実トルクとが偏差を有すること
を示すトルク偏差指標を出力するトルク偏差指標演算手
段と、前記制御モードをある制御モードから別の制御モ
ードへ切り替えた場合に、トルク偏差指標演算手段から
出力されるトルク偏差指標を低減するように、かつ誘導
電動機の実トルクが制御モード切り替えの前後で連続と
なるように、一次周波数を補正する一次周波数補正手段
とを備えている。

【００５５】従って、請求項２に対応する発明の誘導電
動機制御装置においては、トルク偏差指標から演算した
一次周波数の補正項を、制御モード切り替えの前後で同
じ値に保持することにより、制御モード切り替えの前後
でのトルクの連続性を保証することができる。

【００５６】さらに、請求項３に対応する発明では、上
記請求項１に対応する発明の誘導電動機制御装置におい
て、上記一次周波数補正手段の代わりに、トルク偏差指
標演算手段から出力されるトルク偏差指標を低減するよ
うに、電動機定数を補正する電動機定数補正手段を備え
ている。

【００５７】従って、請求項３に対応する発明の誘導電
動機制御装置においては、制御上で用いられ、誤差の原
因となっている電動機定数を、トルク偏差指標により補
正して、電動機定数を正しく推定することにより、フィ
ードフォワード指令によって所望のトルクを得ることが
できる。

【００５８】さらにまた、請求項４に対応する発明で
は、上記請求項１乃至請求項３のいずれか１項に対応す
る発明の誘導電動機制御装置において、一次周波数が低
い領域では、一次周波数の補正、あるいは電動機定数の
補正を行なわないように切り替える切替手段を付加して
いる。

【００５９】従って、請求項４に対応する発明の誘導電
動機制御装置においては、一次周波数が低い領域では、
一次周波数の補正、あるいは電動機定数の補正を行なわ
ないようにすることにより、低周波数領域で相対的に影
響の大きくなる誤差を除外して、所望のトルクを得るこ
とができる。

【００６０】一方、請求項５に対応する発明では、上記
請求項１または請求項２に対応する発明の誘導電動機制
御装置において、トルク偏差指標演算手段としては、誘
導電動機の実トルクを検出するトルク検出手段と、トル
ク指令とトルク検出手段により検出された実トルクとの
差を演算する手段とを備えている。

【００６１】従って、請求項５に対応する発明の誘導電
動機制御装置においては、トルク偏差から、トルク偏差
指標を演算することにより、所望のトルクを得ることが
できる。

【００６２】また、請求項６に対応する発明では、上記
請求項１または請求項２に対応する発明の誘導電動機制
御装置において、トルク偏差指標演算手段としては、Ｖ
ＶＶＦインバータの出力基準を演算する電力基準演算手
段と、ＶＶＶＦインバータの出力を演算する電力演算手
段と、電力基準演算手段により演算された出力基準と電
力演算手段により演算された出力との差を演算する手段
とを備えている。

【００６３】従って、請求項６に対応する発明の誘導電
動機制御装置においては、出力偏差から、トルク偏差指
標を演算することにより、トルク偏差を低減することが
できる。

【００６４】さらに、請求項７に対応する発明では、上
記請求項１または請求項２に対応する発明の誘導電動機
制御装置において、トルク偏差指標演算手段としては、
ＶＶＶＦインバータの出力電圧および出力電圧指令を分
離して得られる、誘導電動機の二次磁束の方向に一致す
るｄ（磁束）軸電圧と当該ｄ軸成分に直交するｑ（トル
ク）軸電圧のうち、ｑ軸電圧指令とｑ軸電圧との差を演
算する手段を備えている。

【００６５】従って、請求項７に対応する発明の誘導電
動機制御装置においては、ｑ軸電圧偏差から、トルク偏
差指標を演算することにより、トルク偏差を低減するこ
とができる。

【００６６】さらにまた、請求項８に対応する発明で
は、上記請求項１または請求項２に対応する発明の誘導
電動機制御装置において、トルク偏差指標演算手段とし
ては、誘導電動機の入力電流を分離して得られる、誘導
電動機の主磁束の方向に一致するｄ（磁束）軸電流と当
該ｄ軸成分に直交するｑ（トルク）軸電流のうち、ｄ軸
電流指令とｄ軸電流との差を演算する手段を備えてい
る。

【００６７】従って、請求項８に対応する発明の誘導電
動機制御装置においては、ｄ軸電流偏差から、トルク偏
差指標を演算することにより、トルク偏差を低減するこ
とができる。

【００６８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００６９】（第１の実施の形態）図１は、本実施の形
態による誘導電動機制御装置の概略構成例を示すブロッ
ク図であり、図１３と同一部分には同一符号を付してそ
の説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べ
る。

【００７０】すなわち、本実施の形態による誘導電動機
制御装置は、図１に示すように、前記図１３に、トルク
偏差指標演算部１６と、補正部１７とを付加した構成と
している。

【００７１】トルク偏差指標演算部１６は、前記誘導電
動機２の所望のトルクと実トルクとが偏差を有すること
を示すトルク偏差指標を出力する。

【００７２】補正部１７は、トルク偏差指標演算部１６
から出力されるトルク偏差指標を低減するように、一次
周波数演算機構１３により算出された一次周波数を補正
する。

【００７３】次に、以上のように構成した本実施の形態
による誘導電動機制御装置の作用について説明する。

【００７４】なお、本実施の形態にて用いる座標系は、
前記図１２にて説明した従来技術と同一である。

【００７５】図１において、トルク偏差指標演算部１６
では、誘導電動機２の所望のトルクと実トルクとが偏差
を有することを示すトルク偏差指標を演算して出力す
る。

【００７６】補正部１７では、トルク偏差指標演算部１
６からのトルク偏差指標を低減するように、一次周波数
演算機構１３からの一次周波数を補正する。

【００７７】図２は、補正部１７の内部構成例を示すブ
ロック図である。

【００７８】図２において、補正部１７は、制御器２２
と、加算器Ａとを備えている。

【００７９】すなわち、補正部１７に入力される被補正
値とは、一次周波数演算機構１３からの出力である、一
次周波数基準ω1Hであり、補正部１７から出力される補
正値とは、一次周波数ω1である。

【００８０】なお、補正部１７の構成は、図２に示すよ
うに、補正項を加算して補正する方式に限定されるもの
ではない。ここで、電動機トルクＴmとすべり周波数ωs
との間には、式（１１）に示すような関係がある。

【００８１】

【数１１】 式（１１）より、トルクはすべり周波数ωsによって補
正できる。

【００８２】言い換えれば、一次周波数ω１に対して補
正を施すことにより、トルクの偏差を減じて、所望のト
ルクを実現することができることが分かる。

【００８３】式（１２）は、制御器２２の構成の一例を
示す式である。

【数１２】

【００８４】以上より、トルク偏差指標演算手段１６に
より得られたトルク偏差指標に基づいて、一次周波数ω
１を補正することにより、トルクの補正が可能となる。

【００８５】これにより、電動機定数等の誤差を吸収し
て、所望のトルクを実現することができる。

【００８６】上述したように、本実施の形態による誘導
電動機制御装置では、所望のトルクと出力トルクとの偏
差を示すトルク偏差指標を検出して、一次周波数ω１に
反映、調整するようにしているので、トルクの偏差を低
減して、実トルクを所望のトルクに一致させることが可
能となる。

【００８７】（第２の実施の形態）図３は、本実施の形
態による誘導電動機制御装置の概略構成例を示すブロッ
ク図であり、図１３と同一部分には同一符号を付してそ
の説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べ
る。

【００８８】すなわち、本実施の形態による誘導電動機
制御装置は、図３に示すように、前記図１３に、トルク
偏差指標演算部１６と、補正部１７とを付加し、さらに
制御装置本体がいくつかの制御モードを有し、制御モー
ドの切り替えを行なう構成としている。

【００８９】トルク偏差指標演算部１６は、前記誘導電
動機２の所望のトルクと実トルクとが偏差を有すること
を示すトルク偏差指標を出力する。

【００９０】補正部１７は、制御モードをある制御モー
ドから別の制御モードへ切り替えた場合に、トルク偏差
指標演算部１６から出力されるトルク偏差指標を低減す
るように、かつ誘導電動機の実トルクが制御モード切り
替えの前後で連続となるように、一次周波数演算機構１
３により算出された一次周波数を補正する。

【００９１】次に、以上のように構成した本実施の形態
による誘導電動機制御装置の作用について説明する。

【００９２】なお、本実施の形態にて用いる座標系は、
前記図１２にて説明した従来技術と同一である。

【００９３】図３において、トルク偏差指標演算部１６
では、誘導電動機２の所望のトルクと実トルクとが偏差
を有することを示すトルク偏差指標を演算して出力す
る。

【００９４】補正部１７では、制御モードをある制御モ
ードから別の制御モードへ切り替えた場合に、トルク偏
差指標演算部１６から出力されるトルク偏差指標を低減
するように、かつ誘導電動機の実トルクが制御モード切
り替えの前後で連続となるように、一次周波数演算機構
１３により算出された一次周波数を補正する。

【００９５】ここでは、電流制御をする電流制御モード
１と、電流制御をしない電流制御モード０との切り替え
を想定して例示する。

【００９６】ここで、電流制御部８からの出力ＶdPI,Ｖ
qPIは、電流制御モード１の場合には式（１３）、電流
制御モード０の場合には式（１４）にて表わされる。

【００９７】

【数１３】

【００９８】

【数１４】 図４は、補正部１７の内部構成例を示すブロック図であ
る。

【００９９】図４において、補正部１７は、制御器２２
と、保持機構１８と、加算器Ａとを備えている。

【０１００】すなわち、制御モードの切り替えを想定し
ており、保持機構１８において、制御モードの切り替わ
りを検出すると、その時点での補正項の値を保持する。

【０１０１】以上より、制御モード切り替え前まで、補
正によって所望のトルクを維持していれば、制御モード
切り替えの前後で等しい補正を行なうことで、制御モー
ド切り替えの前後のトルクの連続性を保証することがで
きる。

【０１０２】上述したように、本実施の形態による誘導
電動機制御装置では、トルク偏差指標から演算した一次
周波数の補正項を、制御モード切り替えの前後で同じ値
に保持するようにしているので、制御モード切り替えの
前後でのトルクの連続性を保証することが可能となる。

【０１０３】これにより、制御モード切り替えの前後で
のトルクが不連続となって、例えば衝撃や振動を引き起
こすようなことがなくなる。

【０１０４】（第３の実施の形態）図５は、本実施の形
態による誘導電動機制御装置の概略要部構成例を示すブ
ロック図であり、図１３と同一部分には同一符号を付し
てその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ
述べる。

【０１０５】すなわち、本実施の形態による誘導電動機
制御装置は、図３に示すように、前記図１３における一
次周波数演算機構１３の入力部に、トルク偏差指標演算
部１６と、補正部１７’とを付加した構成としている。

【０１０６】トルク偏差指標演算部１６は、前記誘導電
動機２の所望のトルクと実トルクとが偏差を有すること
を示すトルク偏差指標を出力する。

【０１０７】補正部１７’は、トルク偏差指標演算部１
６から出力されるトルク偏差指標を低減するように、電
動機定数（本例では、電動機の一次漏れインダクタン
ス）を補正する。

【０１０８】次に、以上のように構成した本実施の形態
による誘導電動機制御装置の作用について説明する。

【０１０９】なお、本実施の形態にて用いる座標系は、
前記図１２にて説明した従来技術と同一である。

【０１１０】図５において、トルク偏差指標演算部１６
では、誘導電動機２の所望のトルクと実トルクとが偏差
を有することを示すトルク偏差指標を演算して出力す
る。

【０１１１】補正部１７’では、トルク偏差指標演算部
１６からのトルク偏差指標を低減するように、電動機定
数、すなわち電動機の一次漏れインダクタンスσL1を補
正する。

【０１１２】すなわち、補正部１７’に入力される被補
正値とは、電動機の一次漏れインダクタンスσL1の初期
設定値であり、補正部１７から出力される補正値とは、
電動機の一次漏れインダクタンスσL1の補正値である。

【０１１３】ここで、トルク偏差指標演算部１６により
検出したトルク偏差指標を、補正部１７’で電動機の一
次漏れインダクタンスσL1へ反映し、誘起電圧演算部１
４における前記演算式（８）の電動機定数とする。

【０１１４】そして、前記式（９）から一次周波数ω1
を演算することにより、所望のトルクを実現することが
できる。

【０１１５】以上より、トルク偏差指標演算手段１６に
より得られたトルク偏差指標に基づいて、電動機の一次
漏れインダクタンスσL1を補正することにより、トルク
の補正が可能となる。

【０１１６】これにより、電動機定数等の誤差を吸収し
て、所望のトルクを実現することができる。

【０１１７】上述したように、本実施の形態による誘導
電動機制御装置では、所望のトルクと出力トルクとの偏
差を示すトルク偏差指標を検出して、電動機定数（電動
機の一次漏れインダクタンスσL1）に反映、調整するよ
うにしているので、トルクの偏差を低減して、実トルク
を所望のトルクに一致させる、すなわち電動機定数を正
しく推定することにより、フィードフォワード指令によ
って、所望のトルクを得ることが可能となる。

【０１１８】（第４の実施の形態）図６は、本実施の形
態による誘導電動機制御装置の概略要部構成例を示すブ
ロック図であり、図１または図３または図５と同一部分
には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異な
る部分についてのみ述べる。

【０１１９】すなわち、本実施の形態による誘導電動機
制御装置は、図６に示すように、前記図１または図３ま
たは図５に、切り替え器２３と、比較器２４と、絶対値
演算器２５とを付加した構成としている。

【０１２０】絶対値演算器２５は、前記一次周波数ω1
を入力して、その絶対値を演算する。

【０１２１】比較器２４は、絶対値演算器２５により演
算された絶対値を、補正開始周波数と比較する。

【０１２２】切り替え器２３は、比較器２４による比較
結果に基づいて、前記トルク偏差指標演算部１６から出
力されるトルク偏差指標と“０”値とを切り替える。

【０１２３】すなわち、一次周波数が低い領域では、一
次周波数の補正、あるいは電動機定数の補正を行なわな
いように切り替えるようにしている。

【０１２４】次に、以上のように構成した本実施の形態
による誘導電動機制御装置の作用について説明する。

【０１２５】なお、図１または図３または図５と同一部
分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる
部分の作用についてのみ述べる。

【０１２６】図６において、絶対値演算器２５では、一
次周波数ω1の絶対値|ω1を演算する。

【０１２７】比較器２４では、一次周波数ω1の絶対値|
ω1|を補正開始周波数ω1_limと比較する。

【０１２８】切り替え器２３では、比較器２４による比
較結果が、|ω1|>ω1_limの時にはトルク偏差指標を、|
ω1|≦ω1_limの時には０を出力する。

【０１２９】これにより、一次周波数の絶対値|ω1|
が、補正開始周波数ω1_lim以下の低い領域において
は、補正値の更新を行なわない。ここで、低周波数領域
で補正値を更新しない利点について挙げる。

【０１３０】第一に、一次抵抗の誤差の影響の除外であ
る。

【０１３１】一次抵抗の誤差は、周波数依存性はない
が、例えば電動機の漏れインダクタンスσL1の誤差を想
定し、補正しようとした場合、電圧指令の演算式である
前記（３）式、誘起電圧の演算式である前記（８）式等
で、電動機の漏れインダクタンスσL1の誤差は、一次周
波数ω1に比例して影響するため、低速領域ではＲ1の誤
差に埋もれて、誤った補正をする可能性が高い。すなわ
ち、前記（３）式、（８）式において、σ・Ｌ1の誤差
を想定した時に、それ以外のパラメータ誤差等を無視で
きる閾値が概ね１０％である。よって、概ね１０％前後
でσ・Ｌ1の補正を行なう／行なわない、と切り替える
ことが極めて有効である。

【０１３２】第二に、出力電圧誤差の影響の除外であ
る。

【０１３３】電圧型インバータでは、電圧指令と出力電
圧とはほぼ一致するが、デッドタイムや、素子損失の影
響で、必ず誤差を持つ。こちらも、低周波数領域では、
出力電圧に占める割合が相対的に影響が大きくなる。

【０１３４】したがって、一次周波数ω1が低い領域で
は補正値の更新を行なわないようにすることにより、以
上のような二点の問題を解消することができる。

【０１３５】上述したように、本実施の形態による誘導
電動機制御装置では、一次周波数が低い領域では、一次
周波数の補正、あるいは電動機定数の補正を行なわない
ようにしているので、低周波数領域で相対的に影響の大
きくなる誤差を除外して、所望のトルクを得ることが可
能となる。

【０１３６】（第５の実施の形態）図７は、本実施の形
態による誘導電動機制御装置の概略要部構成例を示すブ
ロック図であり、図１または図３と同一部分には同一符
号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分につ
いてのみ述べる。

【０１３７】すなわち、本実施の形態による誘導電動機
制御装置は、図７に示すように、前記図１または図３に
おけるトルク偏差指標演算部１６を、トルク検出器１９
と、減算器２１とから構成している。

【０１３８】トルク検出器１９は、前記誘導電動機２の
出力トルク（実トルク）を検出する。

【０１３９】減算器２１は、トルク指令とトルク検出器
１９により検出された実トルクとの差を演算する。

【０１４０】次に、以上のように構成した本実施の形態
による誘導電動機制御装置の作用について説明する。

【０１４１】なお、図１または図３と同一部分の作用に
ついてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用
についてのみ述べる。

【０１４２】図７において、トルク検出器１９では、誘
導電動機２の出力トルクＴmを検出する。

【０１４３】減算器２１では、トルク指令ＴmRefと出力
トルクＴmとの差ΔＴm＝ＴmRef−Ｔmを演算し、トルク
偏差指標として出力する。

【０１４４】以上より、誘導電動機２の出力トルクを直
接に検出することで、所望のトルクＴmRefと実トルクＴ
mとを一致させることができる。

【０１４５】上述したように、本実施の形態による誘導
電動機制御装置では、トルク偏差ΔＴmから、トルク偏
差指標を演算するようにしているので、所望のトルクを
得ることが可能となる。

【０１４６】（第６の実施の形態）図８は、本実施の形
態による誘導電動機制御装置の概略要部構成例を示すブ
ロック図であり、図１または図３と同一部分には同一符
号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分につ
いてのみ述べる。

【０１４７】すなわち、本実施の形態による誘導電動機
制御装置は、図８に示すように、前記図１または図３に
おけるトルク偏差指標演算部１６を、電力基準演算部２
０Ａと、電力演算部２０Ｂと、減算器２１とから構成し
ている。

【０１４８】電力基準演算部２０Ａは、前記ＶＶＶＦイ
ンバータ１の出力基準を演算する。

【０１４９】電力演算部２０Ｂは、前記ＶＶＶＦインバ
ータ１の出力を演算する。

【０１５０】減算器２１は、電力基準演算部２０Ａによ
り演算された出力基準と、電力演算部２０Ｂにより演算
された出力との差を演算する。

【０１５１】次に、以上のように構成した本実施の形態
による誘導電動機制御装置の作用について説明する。

【０１５２】なお、図１または図３と同一部分の作用に
ついてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用
についてのみ述べる。

【０１５３】図８において、電力演算部２０Ａでは、Ｖ
ＶＶＦインバータ１の出力基準Ｐ*を演算する。

【０１５４】電力演算部２０Ｂでは、ＶＶＶＦインバー
タ１の出力Ｐを演算する。

【０１５５】減算器２１では、出力基準Ｐ*と出力Ｐと
の差（出力偏差）ΔＰ＝Ｐ*−Ｐを演算し、トルク偏差
指標として出力する。

【０１５６】ここで、電動機トルクＴmとＶＶＶＦイン
バータ１の出力Ｐ、損失Ｐlossとの間には、式（１５）
に示すような関係がある。

【０１５７】

【数１５】 ここで、ｐ：極対数を表わす。

【０１５８】式（１５）より、損失Ｐlossが小さい、あ
るいは損失Ｐlossの変動が小さい場合、出力偏差ΔＰ
は、トルクの偏差ΔＴmの指標となる。

【０１５９】本実施の形態では、式（１６）、（１７）
を用いている。

【数１６】

【０１６０】

【数１７】 ここで、電圧フィードフォワード値は、式（１８）で演
算する。

【０１６１】また、ｄ軸電圧Ｖd，ｑ軸電圧Ｖqは、直接
検出することが望ましいが、電圧型インバータでは電圧
指令とほぼ一致することが知られている。

【０１６２】よって、ここでは式（１９）として扱う。

【０１６３】

【数１８】

【０１６４】

【数１９】

【０１６５】以上より、出力偏差ΔＰをトルク偏差指標
とすることにより、出力偏差ΔＴmを低減することがで
きる。

【０１６６】上述したように、本実施の形態による誘導
電動機制御装置では、出力偏差ΔＰから、トルク偏差指
標を演算するようにしているので、所望のトルクを得る
ことが可能となる。

【０１６７】（第７の実施の形態）図９は、本実施の形
態による誘導電動機制御装置の概略要部構成例を示すブ
ロック図であり、図１または図３と同一部分には同一符
号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分につ
いてのみ述べる。

【０１６８】すなわち、本実施の形態による誘導電動機
制御装置は、図９に示すように、前記図１または図３に
おけるトルク偏差指標演算部１６を、減算器２１から構
成している。

【０１６９】減算器２１は、前記ＶＶＶＦインバータ１
の出力電圧および出力電圧指令を分離して得られる、誘
導電動機２の二次磁束の方向に一致するｄ（磁束）軸電
圧と当該ｄ軸成分に直交するｑ（トルク）軸電圧のう
ち、ｑ軸電圧指令とｑ軸電圧との差を演算する。

【０１７０】次に、以上のように構成した本実施の形態
による誘導電動機制御装置の作用について説明する。

【０１７１】なお、図１または図３と同一部分の作用に
ついてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用
についてのみ述べる。

【０１７２】図９において、前記ＶＶＶＦインバータ１
の出力は、電流制御部８にて電流制御を行なっている場
合、 Ｉd＝ＩdRef，Ｉq＝IqRef と見なすことができる。

【０１７３】さらに、一次周波数演算機構１３内で、前
記式（８）、式（９）の演算を行なっている場合には、
式（２０）が成り立つ。

【０１７４】

【数２０】 この場合、式（２１）が成立する。

【０１７５】

【数２１】

【０１７６】式（１５）、式（１９）より、ｑ軸電圧偏
差 ΔＶq＝ＶqRef−ＶqFF をトルク偏差指標とすることにより、トルク偏差ΔＴm
を低減することができる。

【０１７７】上述したように、本実施の形態による誘導
電動機制御装置では、ｑ軸電圧偏差ΔＶqから、トルク
偏差指標を演算するようにしているので、所望のトルク
を得ることが可能となる。

【０１７８】（第８の実施の形態）図１０は、本実施の
形態による誘導電動機制御装置の概略要部構成例を示す
ブロック図であり、図１または図３と同一部分には同一
符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分に
ついてのみ述べる。

【０１７９】すなわち、本実施の形態による誘導電動機
制御装置は、図１０に示すように、前記図１または図３
におけるトルク偏差指標演算部１６を、減算器２１から
構成している。

【０１８０】減算器２１は、前記誘導電動機２の出力電
流を分離して得られる、誘導電動機２の主磁束の方向に
一致するｄ（磁束）軸電流と当該ｄ軸成分に直交するｑ
（トルク）軸電流のうち、ｄ軸電流指令とｄ軸電流との
差を演算する。

【０１８１】次に、以上のように構成した本実施の形態
による誘導電動機制御装置の作用について説明する。

【０１８２】なお、図１または図３と同一部分の作用に
ついてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用
についてのみ述べる。

【０１８３】図１０において、前記式（８）のｄ軸誘起
電圧Ｅ2Dは、一次周波数に比例して、ｑ軸電流Ｉq偏差
の影響が支配的になる。

【０１８４】すなわち、前記ＶＶＶＦインバータ１の出
力は、電流制御部８にて電流制御を行なわない場合、 ＩdRef−Ｉd は偏差を持つが、 ＩqRef−Ｉq≒０ となる。

【０１８５】この場合、前記式（２２）も成立するの
で、この場合には、式（２２）が成立する。

【０１８６】

【数２２】

【０１８７】式（１５）、式（２２）より、ｄ軸電流偏
差 ΔＩd＝ＩdRef−Ｉd をトルク偏差指標とすることにより、トルク偏差ΔＴm
を低減することができる。

【０１８８】上述したように、本実施の形態による誘導
電動機制御装置では、ｄ軸電流偏差ΔＩdから、トルク
偏差指標を演算するようにしているので、所望のトルク
を得ることが可能となる。

【０１８９】（その他の実施の形態）尚、本発明は、上
記各実施の形態に限定されるものではなく、実施段階で
はその要旨を逸脱しない範囲で、種々に変形して実施す
ることが可能である。また、各実施の形態は可能な限り
適宜組合わせて実施してもよく、その場合には組合わせ
た作用効果を得ることができる。さらに、上記各実施の
形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される
複数の構成要件における適宜な組合わせにより、種々の
発明を抽出することができる。例えば、実施の形態に示
される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されて
も、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題（の
少なくとも一つ）が解決でき、発明の効果の欄で述べら
れている効果（の少なくとも一つ）が得られる場合に
は、この構成要件が削除された構成を発明として抽出す
ることができる。

【０１９０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の誘導電動
機制御装置によれば、所望のトルクと出力トルクとの偏
差を示すトルク偏差指標を検出して、一次周波数、ある
いは電動機定数に反映するようにしているので、トルク
の偏差を低減して、実トルクを所望のトルクに一致させ
ることが可能となる。

【０１９１】さらに、本発明の誘導電動機制御装置によ
れば、トルク偏差指標から演算した一次周波数の補正項
を、制御モード切り替えの前後で同じ値に保持するよう
にしているので、制御モード切り替えの前後でのトルク
の連続性を保証して、衝撃や振動の発生を無くすること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による誘導電動機制御装置の第１の実施
の形態を示すブロック図。

【図２】同第１の実施の形態の誘導電動機制御装置にお
ける補正部の内部構成例を示すブロック図。

【図３】本発明による誘導電動機制御装置の第２の実施
の形態を示すブロック図。

【図４】同第２の実施の形態の誘導電動機制御装置にお
ける補正部の内部構成例を示すブロック図。

【図５】本発明による誘導電動機制御装置の第３の実施
の形態を示すブロック図。

【図６】本発明による誘導電動機制御装置の第４の実施
の形態を示すブロック図。

【図７】本発明による誘導電動機制御装置の第５の実施
の形態を示すブロック図。

【図８】本発明による誘導電動機制御装置の第６の実施
の形態を示すブロック図。

【図９】本発明による誘導電動機制御装置の第７の実施
の形態を示すブロック図。

【図１０】本発明による誘導電動機制御装置の第１０の
実施の形態を示すブロック図。

【図１１】従来の速度検出器を備えた誘導電動機制御装
置の概略構成例を示すブロック図。

【図１２】各座標系の関係を示す図。

【図１３】速度検出器を持たない速度センサレスベクト
ル制御装置の概略構成例を示すブロック図。

【符号の説明】

１…ＶＶＶＦインバータ ２…誘導電動機 ３…ベクトル制御部 ４…ＰＷＭ制御部 ５…電流指令値演算部 ６…電流検出器 ７…電圧フィードフォワード（ＦＦ）演算部 ８…電流制御器 ９…すべり周波数演算部 １０…座標変換部 １１…座標変換部 １２…速度検出器 １３…一次周波数演算機構 １４…誘起電圧演算部 １５…一次周波数演算部 １６…トルク偏差指標演算部 １７…補正部 １７’…補正部 １８…保持機構 １９…トルク検出器 ２０Ａ…電力基準演算部 ２０Ｂ…電力演算部 ２１…減算器 ２２…制御器 ２３…切り替え器 ２４…比較器 ２５…絶対値演算器 Ａ…加算器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松岡 孝一 東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財団 法人鉄道総合技術研究所内 (72)発明者 結城 和明 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中事業所内 (72)発明者 伊東 正尚 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中事業所内 Ｆターム(参考） 5H576 DD02 DD04 EE01 GG04 GG07 HB01 JJ01 JJ25 LL14 LL22 LL38

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流を任意の周波数の交流に変換する可
   変電圧可変周波数インバータ（ＶＶＶＦインバータ）
   と、当該ＶＶＶＦインバータの交流側に接続されて駆動
   される誘導電動機とから主回路を構成し、 電動機定数に基づいて一次周波数指令を生成する周波数
   指令生成手段と、 前記周波数指令生成手段により生成された一次周波数指
   令に追従した一次周波数を前記誘導電動機に入力するよ
   うに、前記ＶＶＶＦインバータを制御する手段とを備え
   て構成される誘導電動機制御装置において、 前記誘導電動機の所望のトルクと実トルクとが偏差を有
   することを示すトルク偏差指標を出力するトルク偏差指
   標演算手段と、 前記トルク偏差指標演算手段から出力されるトルク偏差
   指標を低減するように、前記一次周波数を補正する一次
   周波数補正手段と、 を備えて成ることを特徴とする誘導電動機制御装置。
2. 【請求項２】 直流を任意の周波数の交流に変換する可
   変電圧可変周波数インバータ（ＶＶＶＦインバータ）
   と、当該ＶＶＶＦインバータの交流側に接続されて駆動
   される誘導電動機とから主回路を構成し、 電動機定数に基づいて一次周波数指令を生成する周波数
   指令生成手段と、 前記周波数指令生成手段により生成された一次周波数指
   令に追従した一次周波数を前記誘導電動機に入力するよ
   うに、前記ＶＶＶＦインバータを制御する手段とを備え
   て構成される誘導電動機制御装置において、 制御装置本体がいくつかの制御モードを有する場合に、
   前記誘導電動機の所望のトルクと実トルクとが偏差を有
   することを示すトルク偏差指標を出力するトルク偏差指
   標演算手段と、 前記制御モードをある制御モードから別の制御モードへ
   切り替えた場合に、前記トルク偏差指標演算手段から出
   力されるトルク偏差指標を低減するように、かつ前記誘
   導電動機の実トルクが前記制御モード切り替えの前後で
   連続となるように、前記一次周波数を補正する一次周波
   数補正手段と、 を備えて成ることを特徴とする誘導電動機制御装置。
3. 【請求項３】 前記請求項１に記載の誘導電動機制御装
   置において、 前記一次周波数補正手段の代わりに、 前記トルク偏差指標演算手段から出力されるトルク偏差
   指標を低減するように、前記電動機定数を補正する電動
   機定数補正手段を備えて成ることを特徴とする誘導電動
   機制御装置。
4. 【請求項４】 前記請求項１乃至請求項３のいずれか１
   項に記載の誘導電動機制御装置において、 前記一次周波数が低い領域では、前記一次周波数の補
   正、あるいは前記電動機定数の補正を行なわないように
   切り替える切替手段を付加して成ることを特徴とする誘
   導電動機制御装置。
5. 【請求項５】 前記請求項１または請求項２に記載の誘
   導電動機制御装置において、 前記トルク偏差指標演算手段としては、 前記誘導電動機の実トルクを検出するトルク検出手段
   と、 トルク指令と前記トルク検出手段により検出された実ト
   ルクとの差を演算する手段と、 を備えたことを特徴とする誘導電動機制御装置。
6. 【請求項６】 前記請求項１または請求項２に記載の誘
   導電動機制御装置において、 前記トルク偏差指標演算手段としては、 前記ＶＶＶＦインバータの出力基準を演算する電力基準
   演算手段と、 前記ＶＶＶＦインバータの出力を演算する電力演算手段
   と、 前記電力基準演算手段により演算された出力基準と前記
   電力演算手段により演算された出力との差を演算する手
   段と、 を備えたことを特徴とする誘導電動機制御装置。
7. 【請求項７】 前記請求項１または請求項２に記載の誘
   導電動機制御装置において、 前記トルク偏差指標演算手段としては、 前記ＶＶＶＦインバータの出力電圧および出力電圧指令
   を分離して得られる、前記誘導電動機の二次磁束の方向
   に一致するｄ（磁束）軸電圧と当該ｄ軸成分に直交する
   ｑ（トルク）軸電圧のうち、ｑ軸電圧指令と前記ｑ軸電
   圧との差を演算する手段を備えたことを特徴とする誘導
   電動機制御装置。
8. 【請求項８】 前記請求項１または請求項２に記載の誘
   導電動機制御装置において、 前記トルク偏差指標演算手段としては、 前記誘導電動機の入力電流を分離して得られる、前記誘
   導電動機の主磁束の方向に一致するｄ（磁束）軸電流と
   当該ｄ軸成分に直交するｑ（トルク）軸電流のうち、ｄ
   軸電流指令と前記ｄ軸電流との差を演算する手段を備え
   たことを特徴とする誘導電動機制御装置。