JP2006033937A - 交流電動機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】帰還電流値の大きさに依存せずに、トルク脈動を低減できる交流電動機の制御装置を得る。
【解決手段】インバータ装置から出力される各相電流を検出する電流検出器と、電流検出器により検出される検出値に補正係数を乗じて電流検出値の補正を行う補正演算器と、外部からの計算指令に基づいて補正係数を算出する係数計算器と、電圧指令に基づいてインバータ装置をＰＷＭ制御する信号を発生するＰＷＭ信号発生器と、外部からの計算指令の入力時に、電圧指令を係数計算器から出力される補正係数の測定用の値に基づく電圧指令に切り替える信号スイッチとを備える。係数計算器は、複数の異なる値に対するそれぞれの補正係数をあらかじめ求めてテーブル化しておき、通常の運転時は、基準相の電流検出値に応じた補正係数をテーブルから求め、電流検出値に応じた補正係数の設定を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、三相交流電動機の制御装置に関する。

一般に、三相交流電動機を所望の速度に制御する制御装置は、三相交流を直流に変換するコンバータ装置と、コンバータ装置の直流出力に対する平滑コンデンサと、この平滑コンデンサと並列にコンバータ装置出力側に設置されていて、コンバータ装置の直流電力を三相交流に再変換するインバータ装置を備え、インバータ装置の交流出力によって三相交流電動機が駆動される。

また、三相交流電動機を制御するため、三相交流電動機のＵ、Ｖ、Ｗの各相の電流を検出する電流検出器と、三相交流電動機の回転子位置を検出する位置検出器が備えられており、位置検出器の出力を微分器により時間微分することにより回転子の速度フィードバック信号が得られる。そして、与えられた速度指令に対して、加算器により、微分器からの速度フィードバック信号と速度指令との速度偏差を算出し、電流指令発生器により、加算器からの速度偏差及び現在の速度信号から、ベクトル制御による二相の電流指令値を作成する。

一方、電流検出器により検出された三相交流電動機の各相の電流は、Ａ／Ｄ変換器によりデジタル信号に変換され、ベクトル制御を行うために、位置検出器の信号は、座標変換器により制御座標軸上に三相／二相変換される。また、加算器により、電流指令発生器から出力される二相の電流指令と、座標変換器からの二相の電流フィードバック信号との偏差を算出し、この偏差は、電流制御器により増幅して出力される。そして、この電流制御器からの出力は、座標変換器により二相／三相変換されて三相の電圧指令信号が作成され、これをＰＷＭ信号発生器によりスイッチング信号に変換される。これをゲートドライブ回路に入力してドライブ信号を作成し、このドライブ信号によりインバータ装置内の半導体パワー素子を所定のデューティー比でスイッチングさせることにより、所望の三相交流電力を三相交流電動機に出力するようにしている。

このような一般的な三相交流電動機の制御装置において、電流検出器及びＡ／Ｄ変換器の変換ゲインにアンバランスがあると、電動機に流れる三相電流の各相間にアンバランスが発生して、電動機のトルクに脈動を引き起こす場合があった。

上記の問題を解決するための三相電動機の制御装置として、三相交流電動機の各相の電流検出値のうち、１相を基準相とし、この基準相及び他の１相の巻線にのみ所定の直流が流れるようにし、このときの各電流検出値から、基準相の電流検出ゲインと他の１相の電流検出ゲインの比を求め、また、基準相及び別の他の１相の導線にのみ所定の直流が流れるようにし、このときの電流検出値から、基準相の電流検出ゲインと別の他の１相の電流検出ゲインの比を求め、電動機の運転時には、求めた変換ゲイン比を用いて電流検出値の補正係数を算出し、この係数を乗じて電流検出ゲインのアンバランスを補正したものがある（例えば、特許文献１参照）。

ところで、上述した従来交流電動機の制御装置においては、例えば、Ｖ相の電流変換ゲインの補正係数を求める際には、Ｕ相及びＶ相の巻線にのみ所定の直流が流れるように、ＰＷＭ信号発生器への入力を設定するとされている。しかしながら、Ｕ相とＶ相の巻線の抵抗値に差がある場合、あるいは電圧指令とインバータ装置が出力する電圧との間に誤差がある場合には、大きさが同じで符号が逆の電圧を交流電動機のＵ相とＶ相の間に加えても、Ｗ相に流れる電流を０とすることが出来ず、Ｗ相に流れる電流を０にするには、Ｗ相電流を観測しながらＰＷＭ信号発生器への電圧指令を微調整する必要があり、作業が複雑になるという問題点があった。

そこで、このような問題に対処すべく、交流電動機の巻線間で抵抗値に差がある場合、あるいは電圧指令とインバータ装置が出力する電圧との間に誤差がある場合にも、電圧を微調整することなく電流変換ゲインの補正係数を求めることができる交流電動機の制御装置がある（例えば、特許文献２参照）。

特開平５−９１７８０号公報（第１頁、図１） 特開２００４−１３５４０７号公報（第１頁、図１）

しかしながら、従来技術には次のような課題がある。特許文献２における交流電動機の制御装置では、電流検出器の変換ゲインのアンバランスは、帰還電流に依存せずに固定であると想定し、ある１種類の電流値に対応する電流変換ゲインの補正係数を１種類だけ求めていた。しかし、帰還電流値の大きさに応じて変換ゲインアンバランスが異なる場合には、１種類と定めた固定の補正係数による補正を実施しても、帰還電流値によっては、補正値と実際のゲインアンバランスが異なるため、トルク脈動を低減しづらくなるといった問題がある。

本発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、帰還電流値の大きさに依存せずに、トルク脈動を低減できる交流電動機の制御装置を得ることを目的とする。

本発明に係る交流電動機の制御装置は、交流電力を直流電力に変換するコンバータ装置と、コンバータ装置の直流電力を可変電圧可変周波数の交流に変換して交流電動機に供給するインバータ装置と、交流電動機の回転子位置を検出する位置検出器と、インバータ装置から出力される各相電流を検出する電流検出器と、電流検出器により検出される検出値に補正係数を乗じて電流検出値の補正を行う補正手段と、外部からの計算指令に基づいて補正係数の算出を行う係数計算器と、電圧指令に基づいてインバータ装置をＰＷＭ制御する信号を発生するＰＷＭ信号発生器と、補正手段により補正された電流検出値を三相の電圧指令信号に変換した電圧指令をＰＷＭ信号発生器に出力する制御部とを備え、制御部は、通常の運転時は、外部からの速度指令及び位置検出器の検出信号に基づく電圧指令をＰＷＭ信号発生器に出力し、外部からの計算指令の入力時は、係数計算器から出力される補正係数の測定用の値に基づく電圧指令をＰＷＭ信号発生器に出力するように信号処理を切り換える信号スイッチ部を有し、係数計算器は、ある相の補正係数を求める際に、その相及び基準相の電流検出値以外に、その他の相の電流検出値をも用いて計算を行う交流電動機の制御装置において、係数計算器は、補正係数の測定用の値と補正係数とを対応付けて記憶する記憶部を有し、ある相の補正係数を求める際に、補正係数の測定用の値として複数の異なる値を制御部に出力し、複数の異なる値に対するそれぞれの補正係数を求めて記憶部に記憶させ、通常の運転時は、基準相の電流検出値を検出し、電流検出値に対応する補正係数を記憶部に記憶されたデータから算出し、電流検出値に応じた補正係数により補正手段の補正係数を変更するものである。

本発明によれば、電流検出値を補正するための補正係数を求める係数計算器により、あらかじめ複数の異なる電流値に対応するそれぞれの補正係数を求めておくことにより、帰還電流値の大きさに応じて電流変換ゲインの補正係数を設定してゲインアンバランスを補正するため、帰還電流値の大きさに依存せずに、トルク脈動を正確に低減できる交流電動機の制御装置を得ることができる。

以下、本発明の交流電動機の制御装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。本発明の交流電動機の制御装置は、インバータが通常の運転を行っていない場合に、電流検出器の電流検出値を補正するための補正係数を複数の異なる電流値に対して求めておき、インバータが通常の運転を実施している時に、帰還電流値の大きさに応じて電流変換ゲインの補正係数を設定してゲインアンバランスを補正することを特徴とする。なお、交流電動機の制御装置の用途としては、エレベータへの適用を一例として説明している。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における交流電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、三相交流電動機を所望の速度に制御する制御装置は、三相交流１を直流に変換するコンバータ装置２と、コンバータ装置２の直流出力を平滑する平滑コンデンサ３と、この平滑コンデンサ３と並列にコンバータ装置２の出力側に設置されていて、コンバータ装置２の直流電力を三相交流に再変換するインバータ装置４とを備えている。このインバータ装置４の交流出力によって、三相交流電動機５、例えば永久磁石電動機などの同期電動機が駆動される。

また、三相交流電動機５を制御するための制御装置として、三相交流電動機５のＵ、Ｖ、Ｗの各相の電流を検出する電流検出器１０ａ、１０ｂ、１０ｃと、三相交流電動機５の回転子位置を検出する位置検出器１１が備えられている。この位置検出器１１の出力を微分器１２により時間微分することにより、回転子の速度フィードバック信号が得られる。また、与えられたモータ速度指令に対して、加算器１３ａにより、微分器１２からの速度フィードバック信号との速度偏差を算出する。さらに、電流指令発生器１４により、加算器１３ａからの速度偏差及び微分器１２からの速度フィードバック信号から、ベクトル制御による二相の電流指令値を生成する。

一方、電流検出器１０ａ、１０ｂ、１０ｃにより検出された三相交流電動機５の各相の電流は、Ａ／Ｄ変換器１５ａ、１５ｂ、１５ｃによりデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器１５ｂ、１５ｃの出力は、補正手段である補正演算器２１ａ，２１ｂにより補正係数Ｋｖ，Ｋｗが乗ぜられる。そして、ベクトル制御を行うために、Ａ／Ｄ変換器１５ａの出力と、補正演算器２１ａ，２１ｂを介したＡ／Ｄ変換器１５ｂ、１５ｃの出力は、座標変換器１６により、三相／二相変換される。

また、外部からの電流センサゲイン係数計算指令により、補正演算器２１ａ，２１ｂの補正係数Ｋｖ、ｋｗの測定、算出を行う電流センサゲイン係数計算器２２を備えている。さらに、電流センサゲイン係数計算器２２は、外部からの電流センサゲイン係数計算指令により、電流検出ゲインの補正係数を測定するための電流指令値として、所定のトルク電流指令及び無効電流の０指令を生成する。

また、外部からの電流センサゲイン係数計算指令により、加算器１３ｂ、１３ｃに与える電流指令値を、電流指令発生器１４で生成された２相の電流指令値から、電流センサゲイン係数計算器２２で生成された測定用の２相の電流指令値に切り替える信号スイッチ２３ａを備えている。なお、通常の運転動作では、電流センサゲイン係数計算指令は与えられないため、信号スイッチ２３ａは、電流指令発生器１４で生成された２相の電流指令値を加算器１３ｂ、１３ｃに与える。

また、加算器１３ｂ、１３ｃは、信号スイッチ２３ａから出力される二相の電流指令と、座標変換器１６からの二相の電流フィードバック信号との偏差を算出する。これらの偏差は、それぞれ電流制御器１７ａ、１７ｂにより増幅して出力される。そして、この電流制御器１７ａ、１７ｂからの出力は、座標変換器１８により二相／三相変換され、三相の電圧指令信号が生成される。

また、座標変換器１６及び座標変換器１８は、外部からの電流センサゲイン係数計算指令により、通常運転時に使用している位置検出器１１の出力信号である回転子電気角から、電流センサゲイン係数計算器２２で生成されるインバータの制御電気角位相に切り換える信号スイッチ２３ｂを備えている。電流センサゲイン係数計算器２２で生成されるこの制御電気角位相については、図２を用いて後述する。

座標変換器１８を介した電圧指令は、ＰＷＭ信号発生器１９に入力されて、スイッチング信号に変換される。このスイッチング信号は、ゲートドライブ回路２０に入力されてドライブ信号が生成される。このドライブ信号によりインバータ装置４内の半導体パワー素子を所定のデューティー比でスイッチングさせることによって、所望の三相交流電力を三相交流電動機５に出力するようにしている。

三相交流電動機５の回転出力により、シーブ２４が駆動され、エレベータかご２５及びカウンタ２６が上下移動する。エレベータかご２５は、かご内の乗車人数による荷重あるいは、上昇時、下降時の移動スピード等の種々の負荷条件に対して、トルク脈動を低減した安定した速度制御が要求される。

なお、以上の構成のうち、図１に示した一点鎖線で囲んだ部分の制御装置は、ＣＰＵ、メモリ、論理回路等（いずれも図示せず）によるデジタル回路、及び同回路に搭載されたソフトウェアにより実現されている場合が多い。

上記の如く構成された図１に示す三相交流電動機の制御装置によれば、三相交流電動機の各相の電流検出値のうち、１相（例えばＵ相）を基準相とし、この基準相及び他の１相（例えばＶ相）の巻線にのみ所定の直流が流れるようにし、このときの各電流検出値から、基準相の電流検出ゲインと他の１相の電流検出ゲインの比を求める。また、基準相及び別の他の１相（例えばＷ相）の導線にのみ所定の直流が流れるようにし、このときの電流検出値から、基準相の電流検出ゲインと別の他の１相の電流検出ゲインの比を求める。

さらに、本願では、所定の直流電流として複数の異なる電流値を設定し、それぞれの電流値に対する補正係数を求めて記憶しておき、電動機の運転時には、基準相の電流検出値を検出し、その電流検出値に応じた補正係数を記憶部のデータに基づいて算出し、この補正係数を乗じて電流検出ゲインのアンバランスを補正する。

すなわち、図１に示す制御装置においては、Ａ／Ｄ変換器１５ｂ、１５ｃの出力に、補正係数Ｋｖ、Ｋｗを乗じて電流検出値の補正を行う補正演算器２１ａ、２１ｂ、電流検出ゲインの補正係数の測定を指示する電流センサゲイン係数計算指令により、補正係数Ｋｖ、Ｋｗの測定、算出を行う電流センサゲイン係数計算器２２、及び電流センサゲイン係数計算指令により、加算器１３ｂ、１３ｃに与える電流指令値を、電流指令発生器１４で生成された２相の電流指令値から、電流センサゲイン係数計算器２２で生成された測定用の２相の電流指令値に切り替える信号スイッチ２３ａ、外部からの電流センサゲイン係数計算指令により、座標変換器１６及び座標変換器１８に与える電気角信号を、通常運転時に使用している位置検出器１１の出力信号である回転子位置から、電流センサゲイン係数計算器２２で生成されたインバータの制御電気角位相に切り換える信号スイッチ２３ｂが加えられている。

通常の運転動作では、電流センサゲイン係数計算指令は与えられず、そのため信号スイッチ２３ａは、電流指令発生器１４で生成された２相の電流指令値を加算器１３ｂ、１３ｃに与え、スイッチ２３ｂは、位置検出器１１の出力信号である回転子位置を電気角信号として座標変換器１６及び座標変換器１８に与える。

この時、図１に示した制御装置においては、Ａ／Ｄ変換器１５ｂ、１５ｃの出力に、補正演算器２１ａ、２１ｂにより補正係数Ｋｖ、Ｋｗが乗ぜられて、基準相であるＵ相に対するＶ、Ｗ相の電流検出及びＡ／Ｄ変換のゲインのアンバランスが補正され、補正後の電流値によりベクトル制御が行われる。

さらに、本発明における電流センサゲイン係数計算器２２は、補正係数の測定用の所定の電流値と補正係数とを対応付けて記憶する補正値テーブルをさらに有し、外部から電流センサゲイン係数計算指令が与えられたときに、複数の所定の電流値に対応するそれぞれの補正係数Ｋｖ、Ｋｗを求めて補正値テーブルに格納する。そして、電流センサゲイン係数計算指令が与えられない通常の運転動作において、電流センサゲイン係数計算器２２は、電流検出器１０ａ及びＡ／Ｄ変換器１５ａを介して基準相であるＵ相の帰還電流値を読み取り、補正値テーブルに格納されたデータに基づいて、帰還電流値に対応する補正係数Ｋｖ、Ｋｗを求め、その補正係数をそれぞれ補正演算器２１ａ、２１ｂに設定する。

このようにして、図１に示した制御装置は、通常の運転動作における基準相の帰還電流値に応じて、適切な補正係数を採用して補正後の電流検出値を生成することができる。補正後の電流検出値を座標変換器１６により三相二相変換したものを、フィードバック信号として用いて電流を制御することにより、基準相の帰還電流値に応じて、各相の電流検出器による変換ゲインの差は解消され、帰還電流値の大きさに依存せずに電流のアンバランスがなくなり、トルク脈動を低減できる。

次に、補正係数Ｋｖ、Ｋｗを算出するために電流センサゲイン係数計算器２２によって生成される制御電気角位相について説明する。図２は、本発明の実施の形態１において、通常同期モータの制御でよく用いられるｄ軸電流０制御を行っている場合の、回転子電気角と各相電流の関係を示す図である。図２に示すように、タイミング１付近（電気角６０°付近）ではＵ相とＶ相に電流が流れてＷ相にはほとんど電流が流れず、またタイミング２付近（電気角１２０°付近）ではＵ相とＷ相に電流が流れてＶ相にはほとんど電流が流れなくなることが分かる。

これらのタイミングに回転子電気角を固定し、所定のトルク電流指令を与えると、永久磁石形同期電動機の２相に符号が反対の直流電流を流し、残りの１相にはほとんど電流が流れない状態にすることが可能となる。なお上記の説明では、各相電流を検出するタイミングを電気角６０°と１２０°の二つとしたが、同様のタイミングは電気角２４０°と３００°にも現れ、後者のタイミングを用いても効果が同様である。したがって、電流センサゲイン係数計算器２２は、補正係数Ｋｖ、Ｋｗを算出する際のインバータの制御電気角位相として、上述のような電気角を設定することとなる。

次に、電流検出ゲインの補正係数の測定を行う時の動作について説明する。まず、ある瞬間に交流電動機５の各相に流れる電流のデジタル信号値Ｘｕ、Ｘｖ、Ｘｗと、電流変換ゲインＫｖ、Ｋｗの関係について検討してみる。中性点が外部に接続されていない一般の三相交流電動機においては、各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗについて式（１）が成り立つ。
Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０ （１）

各相の電流値をデジタル変換すると、前述したように検出・変換による誤差が生じるが、例えば、Ｕ相のデジタル変換ゲインを基準として、これに対するＶ、Ｗ相の電流変換ゲインの補正係数をＫｖ、Ｋｗとすると、デジタル変換後の信号値の間には、式（２）が成り立つ。
Ｘｕ＋Ｋｖ・Ｘｖ＋Ｋｗ・Ｘｗ＝０ （２）

これより、ある瞬間（タイミング１）と別の瞬間（タイミング２）の各相電流のデジタル信号値の間には、次の式（３−１）、（３−２）が成り立つ（添字１はタイミング１の信号、添字２はタイミング２の信号を表す）。
Ｘｕ１＋Ｋｖ・Ｘｖ１＋Ｋｗ・Ｘｗ１＝０ （３−１）
Ｘｕ２＋Ｋｖ・Ｘｖ２＋Ｋｗ・Ｘｗ２＝０ （３−２）

上記の式（３−１）、（３−２）において、未知数はＫｖ、Ｋｗの二つであるから、二式を連立して解けばＫｖ、Ｋｗを求めることができる。この場合、測定時にいずれかの相の電流を零にする必要はないので、ＰＷＭ信号発生器１９への電圧指令を微調整する必要がなくなる。

次に、式（３−１）、（３−２）より、電流変換ゲインの補正係数Ｋｖ、Ｋｗを求める具体的方法について説明する。

式（３−１）、（３−２）を整理してマトリクス表現すると、式（４）のように表せる。

式（４）を変形して式（５）を得る。

上記式（５）を用いれば、２つのタイミングでの２組の各相電流のデジタル信号値（Ｘｕ１,Ｘｖ１,Ｘｗ１）と（Ｘｕ２,Ｘｖ２,Ｘｗ２）から、電流変換ゲインの補正係数Ｋｖ、Ｋｗを求めることができる。なお、式（５）右辺の逆行列は、具体的には式（６）で表される。

ここで、もし大きさが一定の誤差が測定ノイズ等により各デジタル信号値に混入した場合に、式（５）で求めるＫｖ、Ｋｗの計算精度に着目すれば、Ｕ相に流れる電流が同じ場合、式（６）右辺の分母が大きいほど、誤差の影響が少なくなることが分かる。これは、Ｕ相とＶ相の間に電流が流れてＷ相にはほとんど流れない状態（タイミング１）と、Ｕ相とＷ相の間に電流が流れてＶ相にはほとんど流れない状態（タイミング２）の２組のデジタル信号値を用いた場合に、上記の電流変換ゲインの補正係数Ｋｖ、Ｋｗの計算精度が良くなることを示している。

次に、補正係数の算出処理について、図３に示すフローチャートを参照して説明する。図３は、本発明の実施の形態１による交流電動機の制御装置において、電流変換ゲインの補正係数を求める際の電流センサゲイン係数計算器２２の動作を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ３０１において、電流センサゲイン係数計算器２２は、電流変換ゲインの補正係数を測定するために、測定用の２相の電流指令値を信号スイッチ２３ａに出力し、インバータの制御電気角位相を固定とする電気角信号を信号スイッチ２３ｂに出力する。このような出力状態で、外部からの電流センサゲイン係数計算指令に基づいて信号スイッチ２３ａ、２３ｂを切り換えることにより、制御電気角位相を固定して、ＰＷＭ信号発生器１９への入力に、Ｕ相及びＶ相の巻線に概ね所定の直流が流れ、一方、Ｗ相巻線にはほとんど電流が流れないような、電圧設定値を与えることができる。例えば、Ｕ相とＶ相に大きさが同じで符号が逆の電圧指令を与え、Ｗ相には０電圧指令を与える。これは、図２におけるタイミング１に相当する。

次に、ステップＳ３０２において、電流センサゲイン係数計算器２２は、電流検出器１０ａ、１０ｂ、１０ｃにより検出されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各巻線に流れる電流を、Ａ／Ｄ変換器１５ａ、１５ｂ、１５ｃによりデジタル変換されたデジタル信号値として読み込み、そのデジタル信号値をそれぞれＸｕ１（Ｕ相）、Ｘｖ１（Ｖ相）、Ｘｗ１（Ｗ相）として記憶する。

次に、ステップＳ３０３において、電流センサゲイン係数計算器２２は、今度は、Ｕ相及びＷ相の巻線について、ステップＳ３０１と同様に一定の直流電流が流れるようにする。これは、図２におけるタイミング２に相当する。次に、ステップＳ３０４において、電流センサゲイン係数計算器２２は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各巻線に流れる電流を、ステップＳ３０２と同様にデジタル信号値として読み込み、そのデジタル信号値をそれぞれＸｕ２（Ｕ相）、Ｘｖ２（Ｖ相）、Ｘｗ２（Ｗ相）として記憶する。

次に、ステップＳ３０５において、電流センサゲイン係数計算器２２は、デジタル信号値として記憶したＸｕ１、Ｘｖ１、Ｘｗ１及びＸｕ２、Ｘｖ２、Ｘｗ２の各値を用いて、前述の式（５）から基準相であるＵ相に対するＶ相及びＷ相の補正係数Ｋｖ、Ｋｗをそれぞれ算出する。

次に、ステップＳ３０６において、電流センサゲイン係数計算器２２は、算出した補正係数Ｋｖ、Ｋｗを、その算出のために一定とした直流電流値と対応づけて補正値デーブルに記憶させる。次に、ステップＳ３０７において、電流センサゲイン係数計算器２２は、所定の直流電流値に対する補正係数Ｋｖ、Ｋｗの算出が完了したかを判断し、完了したと判断した場合には処理を終了し、一方、完了していないと判断した場合には、ステップＳ３０８に進む。

そして、ステップＳ３０８において、電流センサゲイン係数計算器２２は、Ｕ−Ｖ、Ｕ−Ｗ間通電時の電流値を変更し、再びステップＳ３０１〜ステップＳ３０６の処理を繰り返すことにより、各所定の電流値に対応する変換ゲイン補正係数を算出し、補正値テーブルに記憶させる。

以上の動作により、複数の所定の電流値に対応する補正係数Ｋｖ、Ｋｗが、補正値テーブルに記憶される。図４は、本発明の実施の形態１における補正値テーブルのデータ構造を示す図である。補正値テーブルは、所定の電流値（Ｉｕ１、Ｉｕ２、Ｉｕ３・・・）と、それに対応して電流センサゲイン係数計算器２２によって算出された補正係数（Ｋｖ（１）、Ｋｖ（２）、Ｋｖ（３）・・・、Ｋｗ（１）、Ｋｗ（２）、Ｋｗ（３）・・・）で構成される。

また、図５は、図４の補正値テーブルに格納されたデータに基づいて電流値と補正係数の関係を示したグラフである。所定の電流値であるＩｕ１〜Ｉｕ３の３ポイントに対して補正係数Ｋｖをプロットしたものが図５（ａ）であり、補正係数Ｋｗをプロットしたものが図５（ｂ）である。図５（ａ）において、電流値Ｉｕ１以下の電流値に対する補正係数Ｋｖは、Ｋｖ（１）で一定とし、電流値Ｉｕ３以上の電流値に対する補正係数Ｋｖは、Ｋｖ（３）で一定としている。同様に、図５（ｂ）において、電流値Ｉｕ１以下の電流値に対する補正係数Ｋｗは、Ｋｗ（１）で一定とし、電流値Ｉｕ３以上の電流値に対する補正係数Ｋｗは、Ｋｗ（３）で一定としている。

図３で示したような一連の処理は、外部からの電流センサゲイン係数計算指令に基づいて、エレベータの通常走行とは異なる変換ゲイン比算出モードで実施される。エレベータ通常走行において、電流センサゲイン係数計算器２２は、算出された補正値テーブルの結果に基づいて、次のようにして、補正係数Ｋｖ、Ｋｗの設定値を修正する。

電流センサゲイン係数計算器２２は、エレベータ通常走行時のＵ相の帰還電流値Ｉｕを電流検出器１０ａ及びＡ／Ｄ変換器１５ａを介してデジタル信号値として読み込む。そして、電流センサゲイン係数計算器２２は、補正値テーブルに格納されているデータに基づいて帰還電流値Ｉｕに応じた最適な補正係数を求めることができる。例えば、図５（ａ）に示すように、Ｕ相の帰還電流値Ｉｕが所定の電流値Ｉｕ１とＩｕ２との間の値であった場合には、Ｉｕに対応する補正係数Ｋｖは、Ｋｖ（１）とＫｖ（２）の値を直線補完することにより求めることができる。同様にして、図５（ｂ）に示すように、Ｉｕに対応する補正係数Ｋｗは、Ｋｗ（１）とＫｗ（２）の値を直線補完することにより求めることができる。

電流センサゲイン係数計算器２２は、このようにして求まったＵ相の帰還電流値Ｉｕに対応する新たな補正係数Ｋｖ、Ｋｗを用いて、補正演算器２１ａ、２１ｂに設定された補正係数を更新することができる。その結果、エレベータ通常走行時のＵ相の帰還電流値に応じた補正係数を用いてＡ／Ｄ変換のゲインのアンバランスが補正でき、補正後の電流値によりベクトル制御を行うことにより、トルク脈動を低減した速度制御を実現できる。

なお、電流検出器を使用する際には、使用に先立って時間的に減衰する交流電流を流して、電流検出器内の磁気回路のヒステリシスを除去する消磁動作を行うこと、さらに消磁動作後の電流０の状態での検出出力を記憶し、この値を電流検出のオフセット値として、実際の測定時の検出値から減じたものを電流検出値とすることが一般的である。これらの動作については、この発明の実施の形態には記載していないが、これらの動作を電流検出ゲインの補正係数の測定を行う前に実施することにより、この発明においても電流検出及び電流検出ゲインの補正係数の精度を向上できることは言うまでもない。さらに、電流検出値を適切なローパスフィルタを介して処理することにより、ノイズの影響を少なくできることはもちろんである。

また、上記の実施の形態では、電流変換ゲインの補正係数を求める際、交流電動機の三相中の二相に主に電流が流れるようにしたが、式（５）は各相の電流の大きさにかかわらず成立するので、任意の通電状態でも電流変換ゲインの補正係数を求めることができるのは勿論である。さらに、上記の実施の形態では、直流電流を流して電流検出値を測定し、電流変換ゲインの補正係数を求めたが、流す電流は直流である必要はなく、測定に支障の無い程度の低い周波数の交流電流でもかまわない。さらに、上記の実施の形態では、図３に示した処理を１回行って、ある１つの所定電流値に対する電流変換ゲインの補正係数を求めるものとしたが、図３の動作を複数回行って、得られた複数の電流変換ゲインの補正係数の平均値を算出すれば、より高い精度の電流変換ゲインの補正係数が得られることは言うまでもない。

上記実施の形態１によれば、電流センサゲイン係数計算器２２がある相の補正係数を求める際に、その相及び基準相の電流検出値以外に、その他の相の電流検出値をも用いて計算を行うようにしたので、補正係数の測定時にいずれかの相の電流を零にする必要がなくなり、電圧指令を微調整する必要がなくなる。

さらに、電流センサゲイン係数計算指令に基づいて、複数の所定の電流値とそれに対応する補正係数をあらかじめ算出しておくことにより、帰還電流値の大きさに対して変換ゲインアンバランスが異なる場合にも、通常の運転時の帰還電流値に応じて補正係数を更新することにより、正確にトルク脈動を低減することが可能となる交流電動機の制御装置を得ることができる。

なお、上記実施の形態では、位置検出器を用いて交流電動機をベクトル制御し、速度制御を行う場合について説明したが、速度検出器を用いる誘導電動機のベクトル制御、及び速度制御・位置検出器を用いないセンサレスベクトル制御等においても同様な効果があることはいうまでもなく、また、速度制御以外の制御方式（位置制御、トルク制御など）においても有効であることは勿論である。さらに、この発明の範囲は、電流フィードバックを行うベクトル制御に限定されるものではなく、検出した電流を用いて電圧指令を演算する制御方式に適用可能なものであり、同様の効果を有する。

また、上記実施の形態では、補正値テーブルに格納されているデータに基づいて最適な補正係数を求める際に直線補完を適用したが、測定データ間の補完は、直線補完には限定されない。測定データ間をあらかじめ決められた関数を用いて補完することも可能である。

実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２による交流電動機の制御装置において、電流変換ゲインの補正係数を求める際の電流センサゲイン係数計算器２２の動作を示すフローチャートである。電流センサゲイン係数計算器２２において、Ｕ−Ｖ及びＵ−Ｗ間通電時に補正係数測定用の直流電流を可変にし、複数のデジタル変換値を記録し、テーブル化するために必要となる複数のゲイン係数を算出する手段を示している。

ステップＳ６０１において、電流センサゲイン係数計算器２２は、電流センサゲイン係数計算指令によりＵ−Ｖ間に流す電流値を可変にする。具体的には、Ｕ相の帰還電流値が時間経過とともに複数の電流値を段階的に有するように設定する。図７は、本発明の実施の形態２において電流センサゲイン係数計算指令によりＵ−Ｖ間に流すＵ相電流の波形を示す図である。この時、先の図２におけるタイミング１に相当する電気角を想定すると、Ｖ相の帰還電流値としてはＵ相の帰還電流値と符号が反対で大きさが等しい電流が流れ、Ｗ相の帰還電流値としてはほとんど電流が流れていない状態となっている。

ステップＳ６０２において、電流センサゲイン係数計算器２２は、各時刻における各相の電流値を検出し、そのデジタル変換値を記憶する。具体的には、図７に示されるように、各電流値Ｉｕａ、Ｉｕｂ、ＩｕｃにおいてＴ１、Ｔ２、Ｔ３のタイミングでＵ相の帰還電流値を検出し、そのデジタル変換値Ｘｕ１ａ、Ｘｕ１ｂ、Ｘｕ１ｃを記憶する。他相（Ｖ相、Ｗ相）の電流値も同様に検出し、そのデジタル変換値Ｘｖ１ａ、Ｘｖ１ｂ、Ｘｖ１ｃ及びＸｗ１ａ、Ｘｗ１ｂ、Ｘｗ１ｃを記憶する。ここで、添字ａ、ｂ、ｃは、それぞれ時刻Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３に対応する電流値であることを表している。

ステップＳ６０３において、電流センサゲイン係数計算器２２は、ステップＳ６０１でのＵ−Ｖ間と同様にして、Ｕ−Ｗ間に流す電流値を可変にする。Ｓ６０４において、電流センサゲイン係数計算器２２は、各相の各電流値を検出し、そのデジタル変換値Ｘｕ２ａ、Ｘｕ２ｂ、Ｘｕ２ｃ、Ｘｖ２ａ、Ｘｖ２ｂ、Ｘｖ２ｃ及びＸｗ２ａ、Ｘｗ２ｂ、Ｘｗ２ｃを記憶する。Ｓ６０５において、電流センサゲイン係数計算器２２は、Ｓ６０２及びＳ６０４において記憶した各電流値におけるデジタル変換値を用いてそれぞれの電流値に対する変換ゲイン補正係数を算出する。

そして、ステップＳ６０６において、電流センサゲイン係数計算器２２は、それぞれの電流値に対して算出した補正係数Ｋｖ（ａ）、Ｋｗ（ａ）〜Ｋｖ（ｃ）、Ｋｗ（ｃ）を、その算出のために一定とした電流値Ｉｕａ〜Ｉｕｃと対応づけて補正値デーブルに記憶させる。以上の動作により、電流値を連続して変化させることにより、所定の電流値に対応するそれぞれの補正係数Ｋｖ、Ｋｗが、補正値テーブルに記憶される。

実施の形態２によれば、補正係数を算出する際に相間に流す電流を時間関数として複数段階に変化させることにより、複数の電流値に対する補正係数の算出にかかる時間を低減することが可能となる。

本発明の実施の形態１における交流電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１において、通常同期モータの制御でよく用いられるｄ軸電流０制御を行っている場合の、回転子電気角と各相電流の関係を示す図である。 本発明の実施の形態１による交流電動機の制御装置において、電流変換ゲインの補正係数を求める際の電流センサゲイン係数計算器２２の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１における補正値テーブルのデータ構造を示す図である。 図４の補正値テーブルに格納されたデータに基づいて電流値と補正係数の関係を示したグラフである。 本発明の実施の形態２による交流電動機の制御装置において、電流変換ゲインの補正係数を求める際の電流センサゲイン係数計算器２２の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２において電流センサゲイン係数計算指令によりＵ−Ｖ間に流すＵ相電流の波形を示す図である。

符号の説明

１ 三相交流、２ コンバータ装置、３ 平滑コンデンサ、４ インバータ装置、５ 三相交流電動機、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ 電流検出器、１１ 位置検出器、１２ 微分器、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ 加算器、１４ 電流指令発生器、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ Ａ／Ｄ変換器、１６ 座標変換器、１７ａ、１７ｂ 電流制御器、１８ 座標変換器、１９ ＰＷＭ信号発生器、２０ ゲートドライブ回路、２１ａ、２１ｂ 補正演算器（補正手段）、２２ 電流センサゲイン係数計算器（係数計算器）、２３ａ、２３ｂ 信号スイッチ（信号スイッチ部）。

Claims (3)

1. 交流電力を直流電力に変換するコンバータ装置と、
   前記コンバータ装置の直流電力を可変電圧可変周波数の交流に変換して交流電動機に供給するインバータ装置と、
   前記交流電動機の回転子位置を検出する位置検出器と、
   前記インバータ装置から出力される各相電流を検出する電流検出器と、
   前記電流検出器により検出される検出値に補正係数を乗じて電流検出値の補正を行う補正手段と、
   外部からの計算指令に基づいて前記補正係数の算出を行う係数計算器と、
   電圧指令に基づいて前記インバータ装置をＰＷＭ制御する信号を発生するＰＷＭ信号発生器と、
   前記補正手段により補正された電流検出値を三相の電圧指令信号に変換した電圧指令を前記ＰＷＭ信号発生器に出力する制御部と
   を備え、
   前記制御部は、通常の運転時は、外部からの速度指令及び前記位置検出器の検出信号に基づく電圧指令を前記ＰＷＭ信号発生器に出力し、外部からの計算指令の入力時は、前記係数計算器から出力される補正係数の測定用の値に基づく電圧指令を前記ＰＷＭ信号発生器に出力するように信号処理を切り換える信号スイッチ部を有し、
   前記係数計算器は、ある相の補正係数を求める際に、その相及び基準相の電流検出値以外に、その他の相の電流検出値をも用いて計算を行う交流電動機の制御装置において、
   前記係数計算器は、補正係数の測定用の値と補正係数とを対応付けて記憶する記憶部を有し、ある相の補正係数を求める際に、補正係数の測定用の値として複数の異なる値を前記制御部に出力し、前記複数の異なる値に対するそれぞれの補正係数を求めて前記記憶部に記憶させ、通常の運転時は、基準相の電流検出値を検出し、前記電流検出値に対応する補正係数を前記記憶部に記憶されたデータから算出し、前記電流検出値に応じた前記補正係数により前記補正手段の補正係数を変更する
   ことを特徴とする交流電動機の制御装置。
2. 請求項１に記載の交流電動機の制御装置において、
   前記制御部は、
   前記位置検出器の出力を時間微分して速度帰還信号を出力する微分器と、
   前記微分器により出力される前記速度帰還信号と外部からの速度指令との偏差に基づいて電流指令値を出力する電流指令発生器と
   をさらに備え、
   前記信号スイッチ部は、
   通常の運転時は、前記電流指令発生器からの信号を電流指令値とし、外部からの計算指令の入力時は、前記係数計算器から出力される補正係数の測定用の電流指令値に切り替える第１の信号スイッチと、
   電圧指令を生成するタイミング信号を、通常の運転時は、前記位置検出器からの回転子位置の信号とし、外部からの計算指令の入力時は、前記係数計算器から出力される補正係数の測定用の信号に切り替える第２の信号スイッチと
   を備えたことを特徴とする交流電動機の制御装置。
3. 請求項１または２に記載の交流電動機の制御装置において、
   前記係数計算器は、補正係数の測定用の値を所定時間毎に多段階に変化させることにより複数の異なる値に対して補正係数を求めることを特徴とする交流電動機の制御装置。

Images