JP2010273400A - 誘導電動機制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】界磁磁束飽和を考慮した界磁電流指令の補正を磁束制御にて行い、誘導電動機の安定した回転制御を実現する。
【解決手段】界磁磁束制御部２−１は、界磁電流指令ｉｌ＊ｄに１次側インダクタンスの推定値Ｌ１＿ＨＡＴを乗算して１次磁束指令φ１＊ｄを得て、１次磁束指令φ１＊ｄと実際の磁束との間の偏差がゼロになるように磁束制御する。具体的には、１次磁束指令φ１＊ｄに１次角周波数ω１を乗算して２次側誘起電圧分Ｄを算出する。２次側誘起電圧分Ｄに、トルク電流指令ｉ＊ｑに基づく誘導電動機６６の１次側抵抗による電圧降下分Ａと、トルク電流指令ｉ＊ｑの変化分に基づく誘導電動機６６の巻線端子に発生する電圧降下分Ｂとを加算し、トルク分電圧Ｃを減算した結果の誘起電圧偏差ΔＶがゼロになるようにＰＩ制御を行い、補正後の界磁電流指令Δｉ＊ｄを算出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、誘導電動機を回転制御する制御装置に関し、特に、界磁磁束飽和を考慮した界磁電流指令を生成する制御装置に関する。

図７は、従来における誘導電動機の制御システムの構成を示す制御ブロック図である。この制御システム５１は、制御装置、誘導電動機６６及びパルスジェネレータ６５から構成される。制御装置は、制御システム５１のうち誘導電動機６６及びパルスジェネレータ６５を除く部分であり、電流制御部５２、固定・回転座標変換部５３、電力増幅器５４、速度制御部５５、すべり角周波数生成器５７、積分器５９及び加算器６４を備える。制御装置は、誘導電動機６６の回転速度を所定の速度指令ω＊にするために、トルク電流検出値ｉｑがトルク電流指令ｉ＊ｑに一致し、界磁電流検出値ｉｄが界磁電流指令ｉ＊ｄに一致するように誘導電動機６６を制御する。

電流制御部５２は、界磁電流制御器６０及びトルク電流制御器６１を備える。界磁電流制御器６０は、界磁電流指令ｉ＊ｄと界磁電流検出値ｉｄとの間の界磁電流偏差がゼロになるように電流制御し、界磁電圧指令ｖ＊ｄを算出する。トルク電流制御器６１は、トルク電流指令ｉ＊ｑとトルク電流検出値ｉｑとの間のトルク電流偏差がゼロになるように電流制御し、トルク電圧指令ｖ＊ｑを算出する。

固定・回転座標変換部５３は、２φ―３φ座標変換器６２及び３φ―２φ座標変換器６３を備える。２φ―３φ座標変換器６２は、回転座標系の界磁電圧指令ｖ＊ｄ及びトルク電圧指令ｖ＊ｑから、回転磁界位置θに基づいて３相交流電圧指令Ｖ＊ｕ，Ｖ＊ｖ，Ｖ＊ｗを算出する。３φ―２φ座標変換器６３は、３相交流電流検出値ｉｕ，ｉｖ，ｉｗから、回転磁界位置θに基づいて回転座標系の界磁電流検出値ｉｄ及びトルク電流検出値ｉｑを算出する。

電力増幅器５４は、３相交流電圧指令Ｖ＊ｕ，Ｖ＊ｖ，Ｖ＊ｗから生成したＰＷＭ信号によってスイッチング素子のゲートをオンオフし、駆動電圧を誘導電動機６６に印加する。

速度制御部５５は、速度指令ω＊と速度検出値ωｒとの間の速度偏差がゼロになるように速度制御し、トルク電流指令ｉ＊ｑを算出する。

すべり角周波数生成器５７は、界磁電流指令ｉ＊ｄ、トルク電流指令ｉ＊ｑ、誘導電動機６６の２次側抵抗値ｒ２（図示せず）及び２次側インダクタンスＬ２（図示せず）に基づいて、次式による演算を行い、すべり角周波数ωｓを出力する（非特許文献１を参照）。
ωｓ＝（ｉ＊ｑ／ｉ＊ｄ）×（ｒ２／Ｌ２）
ここで、誘導電動機６６の２次側インダクタンスＬ２は、誘導電動機６６の固有値である。

加算器６４は、すべり角周波数ωｓに、パルスジェネレータ６５からのパルス信号のカウント値から得られた誘導電動機６６の速度検出値（誘導電動機回転角周波数）ωｒを加算し、１次角周波数ω１を出力する。

積分器５９は、１次角周波数ω１を時間積分し、回転磁界位置θを出力する。このように、制御装置は、誘導電動機６６の回転速度を所定の速度指令ω＊にするために、トルク電流検出値ｉｑがトルク電流指令ｉ＊ｑに一致し、界磁電流検出値ｉｄが界磁電流指令ｉ＊ｄに一致するように誘導電動機６６を制御する。

このような制御装置は、誘導電動機６６の定数に基づいて回転制御を行うことから、その定数を予め設定されたパラメータとして保持している。しかしながら、制御装置が広い速度範囲で制御を行うとすると、誘導電動機６６内部に界磁磁束飽和が起こり、界磁電流と界磁磁束とがリニアの関係にならず、保持しているパラメータをそのまま使用することができない場合があり得る。制御装置は、界磁磁束飽和が起こっているにもかかわらず、保持しているパラメータをそのまま使用した場合、誘導電動機６６の回転速度を所定の速度指令ω＊にすることができず、誘導電動機６６の安定した回転制御を実現することができなくなる。そこで、制御装置は、界磁磁束飽和の影響を吸収するための界磁飽和補正テーブル（誘導電動機６６の界磁飽和磁束の特性データを実験により取得し、これをテーブル化したもの）を設け、指令値として用いていた界磁電流指令ｉ＊ｄを、この界磁飽和補正テーブルによって新たな指令に変換し、変換後の新たな指令によって界磁電流制御を行う。

また、界磁飽和補正テーブルを用いる例ではないが、界磁磁束飽和の影響等を考慮した新たな界磁電流指令ｉ＊ｄを算出する例として、界磁電流指令ｉ＊ｄと界磁電流検出値ｉｄとの間の差を所定期間積分して飽和度データを算出し、この飽和度データの増減により、新たな界磁電流指令ｉ＊ｄを算出する制御装置が知られている（特許文献１を参照）。また、界磁磁束飽和等が影響して、誘導電動機６６の１次側抵抗値、１次側インダクタンス、漏れ係数等のパラメータに誤差が生じた場合であっても、１次磁束指令と、実際の１次磁束に１次側インダクタンスを乗算した結果とが一致したときにゼロとなる誤差電流を求め、誤差電流に基づいてこれらのパラメータを補正する制御装置も知られている（特許文献２を参照）。

特開平１０−３２７５９１号公報 特開平８−８０１００号公報

正田英介、「パワーエレクトロニクス」、（株）オーム社、平成１１年４月３０日、ｐ．１８３−１８６

従来の、界磁飽和補正テーブルを用いる制御装置では、界磁磁束飽和の影響を吸収するための界磁飽和補正テーブルを設ける必要があり、界磁飽和補正テーブルを作成するのに手間がかかるという問題があった。しかも、界磁磁束飽和の特性は誘導電動機毎に異なるから、界磁飽和補正テーブルを誘導電動機毎に作成する必要があり、多大な工数を要するという問題があった。

また、一般に、誘導電動機の界磁磁束は界磁電流に対して、１次遅れの特性を有するから、界磁電流指令ｉ＊ｄに対して界磁磁束が確立するまでに時間がかかり、誘導電動機の起動と共にトルク制御を行うことができなかった。そこで、誘導電動機の効率化運転を実現するために、誘導電動機の起動と共にトルク制御を行うことが望まれていた。

そこで、本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、界磁磁束飽和を考慮した界磁電流指令の補正を磁束制御により行い、誘導電動機の安定した回転制御を実現可能な誘導電動機制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明による誘導電動機制御装置は、誘導電動機の界磁電流指令を補正して新たな界磁電流指令を生成する界磁磁束制御部を備え、所定の回転速度を目標値として、界磁電流検出値が前記補正後の新たな界磁電流指令に一致するように、かつ、トルク電流検出値がトルク電流指令に一致するように、前記誘導電動機を回転制御する誘導電動機制御装置において、前記界磁磁束制御部が、前記界磁電流指令及び前記誘導電動機の１次側インダクタンスにより、１次磁束指令を演算する磁束演算器と、前記１次磁束指令と実際の１次磁束との間の偏差がゼロになるようにＰＩ制御を行い、補正後の新たな界磁電流指令を算出する磁束補正制御部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明による誘導電動機制御装置は、前記界磁磁束制御部が、さらに、前記誘導電動機の２次側抵抗値、２次側インダクタンス、前記新たな界磁電流指令、及びトルク電流指令から算出されたすべり角周波数に前記誘導電動機の速度検出値を加算して得られた１次角周波数と、前記磁束演算器により演算された１次磁束指令とを乗算し、２次側誘起電圧分を出力する乗算器と、前記乗算器により出力された２次側誘起電圧分と、前記トルク電流指令に基づく前記誘導電動機の１次側抵抗による電圧降下分と、前記トルク電流指令の変化分に基づく前記誘導電動機の巻線端子に発生する電圧降下分とを加算し、電圧指令を出力する加算器と、前記１次側抵抗値、トルク電流検出値、１次側インダクタンス、１次角周波数、１次磁束、漏れ係数及び微分演算子から算出されたトルク分電圧を、前記加算器により出力された電圧指令から減算し、誘起電圧偏差を出力する減算器と、を備え、前記磁束補正制御部が、前記減算器により出力された誘起電圧偏差がゼロになるようにＰＩ制御を行い、補正後の新たな界磁電流指令を算出することを特徴とする。

また、本発明による誘導電動機制御装置は、前記界磁磁束制御部が、さらに、前記界磁電流指令を時間微分し、前記時間微分の結果に、前記誘導電動機の２次側抵抗値に２次側インダクタンスの逆数を乗算して得られる値を乗算し、界磁電流微分補償分を出力する界磁電流微分補償器と、前記磁束補正制御部により算出された新たな界磁電流指令に、前記界磁電流微分補償器により出力された界磁電流微分補償分を加算する加算器と、を備えたことを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、１次磁束指令と実際の１次磁束との間の偏差がゼロになるようにＰＩ制御を行うようにした。つまり、界磁磁束飽和を考慮して界磁電流指令の補正を行うようにした。これにより、誘導電動機の安定した回転制御を実現することができる。また、界磁飽和補正テーブルを用いることなく界磁電流指令を補正するから、界磁飽和補正テーブルを作成する手間を省くことができる。

本発明の一実施例における誘導電動機の制御システムの構成を示す制御ブロック図である。 本発明の一実施例における同システムのうちの制御装置に備えた界磁磁束制御部の構成を示す制御ブロック図である。 本発明の一実施例における同システムのうちの制御装置に備えた界磁磁束制御部を伝達関数にて表現した制御ブロック図である。 本発明の他の実施例における同システムのうちの制御装置に備えた界磁磁束制御部の構成を示す制御ブロック図である。 本発明の他の実施例における同システムのうちの制御装置に備えた界磁磁束制御部を伝達関数にて表現した制御ブロック図である。 界磁磁束の応答性を説明するためのブロック図である。 従来における誘導電動機の制御システムの構成を示す制御ブロック図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
〔制御システム〕
まず、誘導電動機の制御システムについて説明する。図１は、本発明の一実施例における誘導電動機の制御システムの構成を示す制御ブロック図である。この制御システム１は、制御装置、誘導電動機６６及びパルスジェネレータ６５から構成される。制御装置は、制御システム１のうち誘導電動機６６及びパルスジェネレータ６５を除く部分であり、界磁磁束制御部２、電流制御部５２、固定・回転座標変換部５３、電力増幅器５４、速度制御部５５、すべり角周波数生成器５７、積分器５９及び加算器６４を備える。図７に示した従来の制御装置と図１の制御装置とを比較すると、図１の制御装置は、従来の制御装置に加えて界磁磁束制御部２を備えている点で相違する。

界磁磁束制御部２は、界磁電流指令ｉ１＊ｄ、誘導電動機６６における１次側（固定子側、ステータ側）巻線のインダクタンスの推定値（１次側インダクタンスの推定値）Ｌ１＿ＨＡＴ（図示せず）、１次角周波数ω１、トルク電流指令ｉ＊ｑに基づく誘導電動機６６の１次側抵抗による電圧降下分Ａ、トルク電流指令ｉ＊ｑの変化分に基づく誘導電動機６６の巻線に発生する電圧降下分Ｂ、及びトルク分電圧Ｃを入力する。そして、界磁磁束制御部２は、界磁電流指令ｉ１＊ｄ及び１次側インダクタンスの推定値Ｌ１＿ＨＡＴから１次磁束指令φ１＊ｄを演算により求め、１次磁束指令φ１＊ｄ、１次角周波数ω１、電圧降下分Ａ、電圧降下分Ｂ及びトルク分電圧Ｃに基づいて界磁磁束偏差に対応する誘起電圧偏差ΔＶを求め、この界磁磁束偏差に対応する誘起電圧偏差ΔＶがゼロとなるように（界磁磁束偏差がゼロになるように）磁束制御し、補正後の界磁電流指令ｉ＊ｄ（又はΔｉ＊ｄ）を電流制御部５２及びすべり角周波数生成器５７に出力する。ここで、界磁電流指令ｉ１＊ｄは、予め設定された固定値である。また、１次側インダクタンスの推定値Ｌ１＿ＨＡＴは、誘起電動機６６の固有値である。１次角周波数ω１は加算器６４から入力する。電圧降下分Ａ，電圧降下分Ｂ及びトルク分電圧Ｃについては後述する。尚、界磁磁束制御部２の詳細については後述する。

電流制御部５２は、界磁電流制御器６０及びトルク電流制御器６１を備える。界磁電流制御器６０は、補正後の界磁電流指令ｉ＊ｄ及び界磁電流検出値ｉｄを入力し、補正後の界磁電流指令ｉ＊ｄから界磁電流検出値ｉｄを減算し、演算の結果により、得られる界磁電流偏差がゼロになるように電流制御し、界磁電圧指令ｖ＊ｄを固定・回転座標変換部５３に出力する。トルク電流制御器６１は、トルク電流指令ｉ＊ｑ及びトルク電流検出値ｉｑを入力し、トルク電流指令ｉ＊ｑからトルク電流検出値ｉｑを減算し、演算の結果により、得られるトルク電流偏差がゼロになるように電流制御し、トルク電圧指令ｖ＊ｑを固定・回転座標変換部５３に出力する。

固定・回転座標変換部５３は、２φ―３φ座標変換器６２及び３φ―２φ座標変換器６３を備える。２φ―３φ座標変換器６２は、回転座標系の界磁電圧指令ｖ＊ｄ及びトルク電圧指令ｖ＊ｑと回転磁界位置θを入力し、界磁電圧指令ｖ＊ｄ及びトルク電圧指令ｖ＊ｑを回転磁界位置θに基づいて３相交流電圧指令Ｖ＊ｕ，Ｖ＊ｖ，Ｖ＊ｗに変換し、電力増幅器５４に出力する。

３φ―２φ座標変換器６３は、誘導電動機６６の巻線（固定子側又は１次側）に流れる３相交流電流検出値ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ及び回転磁界位置θを入力し、２φ―３φ座標変換器６２とは逆の変換処理を行う。すなわち、３φ―２φ座標変換器６３は、３相交流電流検出値ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを、回転磁極と同方向の磁束を作る成分ｉｄ（界磁電流検出値）及び回転磁極に直交する方向の磁束を作る成分ｉｑ（トルク電流検出値）とに変換し、界磁電流検出値ｉｄ及びトルク電流検出値ｉｑを電流制御部５２の界磁電流制御器６０及びトルク電流制御器６１に出力する。

電力増幅器５４は、ＰＷＭ制御器（図示せず）及びスイッチング素子（図示せず）を備える。ＰＷＭ制御器（図示せず）は、３相交流電圧指令Ｖ＊ｕ，Ｖ＊ｖ，Ｖ＊ｗ及び所望のキャリア信号（図示せず）を入力し、３相交流電圧指令Ｖ＊ｕ，Ｖ＊ｖ，Ｖ＊ｗと所望のキャリア信号（図示せず）とを比較し、演算の結果により、得られるＰＷＭ信号を出力する。つまり、ＰＷＭ制御器（図示せず）は、スイッチング素子（図示せず）のゲートをオンオフさせるためのＰＷＭ信号を出力する。スイッチング素子（図示せず）は、このＰＷＭ信号によってスイッチング素子（図示せず）のゲートをオンオフし、誘導電動機６６を駆動するための駆動電圧を誘導電動機６６の巻線に印加する。

速度制御部５５は、速度指令ω＊、及び誘導電動機６６の回転速度である速度検出値ωｒを入力し、速度指令ω＊から速度検出値ωｒを減算し、演算の結果により、得られる速度偏差がゼロになるように速度制御し、例えば、比例積分演算したトルク電流指令ｉ＊ｑを電流制御部５２のトルク電流制御器６１、及びすべり角周波数生成器５７に出力する。

すべり角周波数生成器５７は、界磁電流指令ｉ＊ｄ、トルク電流指令ｉ＊ｑ、誘導電動機６６の２次側抵抗値ｒ２（図示せず）及び２次側インダクタンスＬ２（図示せず）を入力し、従来技術にて示した演算を行い、演算の結果により、得られるすべり角周波数ωｓを加算器６４に出力する

加算器６４は、すべり角周波数ωｓを入力すると共に、誘導電動機６６の回転軸に連結されたパルスジェネレータ６５から出力されるパルス信号のカウント値が時間微分され、これによって得られる誘導電動機６６の速度検出値ωｒを入力する。そして、加算器６４は、すべり角周波数ωｓに速度検出値ωｒを加算し、演算の結果により、得られる１次角周波数ω１を界磁磁束制御部２及び積分器５９に出力する。

積分器５９は、１次角周波数ω１を入力し、１次角周波数ω１を時間積分し、演算の結果により、得られる回転磁界位置θを固定・回転座標変換部５３の２φ―３φ座標変換器６２及び３φ―２φ座標変換器６３に出力する。

〔界磁磁束制御部〕
次に、図１に示した界磁磁束制御部２について詳細に説明する。以下に示す第１の界磁磁束制御部２（２−１）は、前述のとおり、界磁電流指令ｉ１＊ｄ、１次側インダクタンスの推定値Ｌ１＿ＨＡＴ、１次角周波数ω１、電圧降下分Ａ、電圧降下分Ｂ及びトルク分電圧Ｃを入力し、界磁電流指令ｉ１＊ｄ及び１次側インダクタンスの推定値Ｌ１＿ＨＡＴから演算により求めた１次磁束指令φ１＊ｄを用いて、界磁磁束偏差に対応する誘起電圧偏差ΔＶがゼロになるように（界磁磁束偏差がゼロになるように）磁束制御する。そして、界磁磁束制御部２は、入力した界磁電流指令ｉ１＊ｄを補正し、補正後の界磁電流指令ｉ＊ｄ（又はΔｉ＊ｄ）を出力する。ここで、１次磁束指令φ１＊ｄは、界磁飽和補正テーブルを用いることなく、１次側インダクタンスの推定値Ｌ１＿ＨＡＴを含む演算式により求められ、磁束制御によって、界磁電流と界磁磁束とがリニアの関係にならない磁束飽和特性を補償する。

また、以下に示す第２の界磁磁束制御部２（２−２）は、第１の界磁磁束制御部２−１により、界磁飽和補正テーブルを用いることなく１次磁束指令φ１＊ｄを演算し、磁束制御により補正後の界磁電流指令ｉ＊ｄ（又はΔｉ＊ｄ）を生成することに加えて、界磁電流指令ｉ１＊ｄの微分値を演算し、これを補正後の界磁電流指令ｉ＊ｄ（又はΔｉ＊ｄ）に追加する。すなわち、第２の界磁磁束制御部２−２は、第１の界磁磁束制御部２−１による、界磁飽和補正テーブルを用いることなく磁束飽和特性を補償する機能を実現することに加えて、界磁電流指令ｉ１＊ｄの微分値を用いることにより、界磁磁束の時間遅れを補償する機能を実現する。

（第１の界磁磁束制御部の構成及び動作）
まず、第１の界磁磁束制御部２−１の構成及び動作について説明する。図２は、本発明の一実施例における同システムのうちの制御装置に備えた界磁磁束制御部２−１の構成を示す制御ブロック図である。図３は、図２の界磁磁束制御部２−１を伝達関数にて表現した制御ブロック図である。界磁磁束制御部２−１は、図２及び図３に示すように、磁束演算器３、乗算器４、加算器５、減算器６及び界磁磁束飽和補正制御部７を備える。

磁束演算器３は、界磁電流指令ｉ１＊ｄを入力し、界磁電流指令ｉ１＊ｄに１次側インダクタンスの推定値Ｌ１＿ＨＡＴを乗算し、さらに、１次遅れ要素のフィルタを介することにより、得られる１次磁束指令φ１＊ｄを乗算器４に出力する。具体的には、磁束演算器３は、以下の式により、１次磁束指令φ１＊ｄを求める。
φ１＊ｄ＝ｉ１＊ｄ×Ｌ１＿ＨＡＴ／（１＋（ｓ／ωｆ））
ただし、１／ωｆはフィルタ時定数を示す。

乗算器４は、磁束演算器３から１次磁束指令φ１＊ｄを入力すると共に、加算器６４から１次角周波数ω１を入力し、１次磁束指令φ１＊ｄに１次角周波数ω１を乗算し、演算の結果により、得られる２次側誘起電圧分Ｄを加算器５に出力する。

加算器５は、乗算器４から２次側誘起電圧分Ｄを入力すると共に、電圧降下分Ａ及び電圧降下分Ｂを入力し、２次側誘起電圧分Ｄに電圧降下分Ａ及び電圧降下分Ｂを加算し、演算の結果により、得られる電圧指令Ｅを減算器６に出力する。ここで、電圧降下分Ａは、トルク電流指令ｉ＊ｑに基づく誘導電動機６６の１次側抵抗による電圧降下分であり、以下の式となる。
Ａ＝ｒ１＿ＨＡＴ×ｉ＊ｑ
ただし、ｒ１＿ＨＡＴ及びｉ＊ｑは、誘導電動機６６における１次側抵抗値ｒ１の推定値、及びトルク電流指令をそれぞれ示す。トルク電流指令ｉ＊ｑは速度制御部５５から入力する。

また、電圧降下分Ｂは、トルク電流指令ｉ＊ｑの変化分に基づく誘導電動機６６の巻線に発生する電圧降下分であり、以下の式となる。
Ｂ＝σ×Ｌ１＿ＨＡＴ×ｓ×ｉ＊ｑ
ただし、σ、Ｌ１＿ＨＡＴ及びｓは、漏れ係数、１次側インダクタンスの推定値及び微分演算子をそれぞれ示す。σは予め設定された固定値である。

減算器６は、加算器５から電圧指令Ｅを入力すると共に、トルク分電圧Ｃを入力し、電圧指令Ｅからトルク分電圧Ｃを減算し、演算の結果により、得られる誘起電圧偏差ΔＶを界磁磁束飽和補正制御部７に出力する。ここで、トルク分電圧Ｃは、以下の式となる。
Ｃ＝ｒ１×ｉｑ＋σ×Ｌ１×ｓ×ｉｑ＋ω１×φ１ｄ
ただし、ｒ１、ｉｑ、Ｌ１及びφ１ｄは、１次側抵抗値、トルク電流検出値、１次側インダクタンス及び実際の１次磁束をそれぞれ示す。第１項のｒ１×ｉｑは、トルク電流検出値ｉｑに基づく１次側抵抗の実電圧降下分であり、第２項のσ×Ｌ１×ｓ×ｉｑは、トルク電流検出値ｉｑの変化分に基づくコイル端子に発生する電圧降下分であり、第３項のω１×φ１ｄは、１次磁束φ１ｄによる２次側誘起電圧である。１次側抵抗値ｒ１は、前述のとおり、誘導電動機６６の固有値である。トルク電流検出値ｉｑは３φ―２φ座標変換器６３から入力する。１次側インダクタンスＬ１は、前述のとおり、誘導電動機６６の固有値である。１次角周波数ω１は加算器６４から入力する。また、減算器６により出力される誘起電圧偏差ΔＶは、以下の式に示すように、１次角周波数ω１に界磁磁束偏差（φ１＊ｄ−φ１ｄ）を乗算した値となる。
ΔＶ＝ω１×φ１＊ｄ−ω１×φ１ｄ
＝ω１（φ１＊ｄ−φ１ｄ）

界磁磁束飽和補正制御部７は、ホールド演算器８及びＰＩ制御器９を備える。界磁磁束飽和補正制御部７は、減算器６から誘起電圧偏差ΔＶを入力し、誘起電圧偏差ΔＶがゼロになるように電圧制御し、補正後の界磁電流指令Δｉ＊ｄ（図１では界磁磁束制御部２によりｉ＊ｄが出力されるが、ここでは説明の便宜上Δｉ＊ｄとする。）を電流制御部５２に出力する。

ホールド演算器８は、減算器６から誘起電圧偏差ΔＶを入力し、誘起電圧偏差ΔＶに対し誘導電動機６６の１次角周波数ω１に基づく電圧偏差ＦをＰＩ制御器９に出力する。具体的には、ホールド演算器８は、以下の式により電圧偏差Ｆを求める
Ｆ＝ΔＶ×（Ｐ（０）×ω１）／（１＋Ｐ（０）×ω１^２）
ただし、Ｐ（０）は定数を示す。１次角周波数ω１は加算器６４から入力する。例えば、ホールド演算器８は、１次角周波数ω１がゼロのとき、電圧偏差Ｆ＝０をＰＩ制御器９に出力し、１次角周波数ω１がゼロより大きいとき、前記式を近似して、電圧偏差Ｆ＝ΔＶ／ω１をＰＩ制御器９に出力する。

ＰＩ制御器９は、ホールド演算器８から電圧偏差Ｆを入力し、電圧偏差ＦがゼロになるようにＰＩ制御し、つまり、ＰＩ制御器９は、１次角周波数ω１が限りなくゼロに近くなったときに、電圧偏差Ｆがゼロになり、ＰＩ制御器９の中の積分の値をＰＩ制御器９の出力値としてそのまま保持させることができ、得られる補正後の界磁電流指令Δｉ＊ｄを電流制御部５２に出力する。具体的には、ＰＩ制御器９は、以下の式により補正後の界磁電流指令Δｉ＊ｄを求める。
Δｉ＊ｄ＝Ｋｐ×（１＋１／（Ｔｉｓ））×Ｆ
ただし、Ｋｐは比例ゲイン定数を示し、Ｔｉは積分時定数を示す。比例ゲイン定数Ｋｐ及び積分時定数Ｔｉは予め設定される固定値である。

以上のように、誘導電動機６６の制御装置に備えた界磁磁束制御部２−１は、界磁電流指令ｉｌ＊ｄを入力し、界磁電流指令ｉｌ＊ｄ及び１次側インダクタンスの推定値Ｌ１＿ＨＡＴによって１次磁束指令φ１＊ｄを演算し、１次磁束指令φ１＊ｄと実際の磁束との間の偏差がゼロになるように磁束制御するようにした。これにより、誘導電動機６６の制御装置は、界磁電流指令ｉ＊ｄと界磁電流指令ｉ＊ｄに基づく磁束との間に比例関係が成立しない場合でも、すなわち、界磁電流と界磁磁束とがリニアにならない界磁磁束飽和状態においても、１次磁束指令φ１＊ｄと実際の磁束との間の偏差がゼロとなるように磁束制御するから、界磁電流検出値ｉｄを界磁電流指令ｉｌ＊ｄに一致させることができる。したがって、界磁磁束飽和を考慮して界磁電流指令ｉｌ＊ｄの補正を行い、誘導電動機６６の安定した回転制御を実現することができる。また、誘導電動機６６の制御装置は、誘導電動機６６毎に界磁電流指令ｉｌ＊ｄと１次磁束指令φ１＊ｄとの間の関係を定義した界磁飽和補正テーブルを用いる必要がないから、誘導電動機６６毎に界磁飽和補正テーブルを作成する必要もなく、作業負荷をなくすことができる。

（第２の界磁磁束制御部の構成及び動作）
次に、第２の界磁磁束制御部２−２の構成及び動作について説明する。図４は、本発明の他の実施例における同システムのうちの制御装置に備えた界磁磁束制御部２−２の構成を示す制御ブロック図である。図５は、図４の界磁磁束制御部２−２を伝達関数にて表現した制御ブロック図である。界磁磁束制御部２−２は、図４及び図５に示すように、前述した界磁磁束制御部２−１の構成に加え、界磁電流微分補償器１０、界磁電流フィードフォワード補償器１１及び加算器１２，１３を備える。磁束演算器３、乗算器４、加算器５、減算器６及び界磁磁束飽和補正制御部７については、前述したので説明を省略する。

界磁電流微分補償器１０は、界磁電流指令ｉ１＊ｄを入力し、界磁電流指令ｉ１＊ｄを時間微分し、演算の結果により、得られる値に１／Ｗ２＿ＨＡＴを乗算する。さらに、界磁電流微分補償器１０は、乗算結果を微分補償フィルタ時定数１／ωｆを有するフィルタに入力し、演算の結果により、得られる界磁電流微分補償分を加算器１２に出力する。具体的には、界磁電流微分補償器１０は、以下の式により、界磁電流微分補償分ｉ＊ｄ（１）を求める。
ｉ＊ｄ（１）＝（ｓ／Ｗ２＿ＨＡＴ）×（１／（１＋ｓ／ωｆ））×ｉ１＊ｄ

ここで、１／Ｗ２＿ＨＡＴは、界磁電流微分補償器１０の微分ゲインである。Ｗ２＿ＨＡＴは、以下の式に示すように、誘導電動機６６のパラメータである２次側抵抗値ｒ２（図示せず）に誘導電動機６６のパラメータである２次側インダクタンスＬ２（図示せず）の逆数を乗算し、得られる値である。
Ｗ２＿ＨＡＴ＝ｒ２／Ｌ２

界磁電流フィードフォワード補償器１１は、界磁電流指令ｉ１＊ｄを入力し、界磁電流指令ｉ１＊ｄを、微分補償フィルタ時定数１／ωｆを有する１次遅れ要素により演算し、演算の結果により、得られる界磁電流フィードフォワード補償分ｉ＊ｄ（２）を加算器１２に出力する。具体的に、界磁電流フィードフォワード補償器１１は、以下の式により、界磁電流フィードフォワード補償分を求める。
ｉ＊ｄ（２）＝（１／（１＋ｓ／ωｆ））×ｉ１＊ｄ

加算器１２は、界磁電流微分補償分ｉ＊ｄ（１）及び界磁電流フィードフォワード補償分ｉ＊ｄ（２）を入力し、界磁電流微分補償分ｉ＊ｄ（１）に界磁電流フィードフォワード補償分ｉ＊ｄ（２）を加算し、演算の結果により、得られる界磁電流補償分を加算器１３に出力する。加算器１３は、界磁磁束飽和補正制御部７から界磁電流指令Δｉ＊ｄを入力すると共に、加算器１２から界磁電流補償分を入力し、界磁電流指令Δｉ＊ｄに界磁電流補償分を加算し、演算の結果により、得られる補正後の界磁電流指令ｉ＊ｄを電流制御部５２に出力する。

以上のように、誘導電動機６６の制御装置における界磁磁束制御部２−２は、界磁電流指令ｉｌ＊ｄを入力し、界磁電流指令ｉｌ＊ｄ及び１次側インダクタンスの推定値Ｌ１＿ＨＡＴによって１次磁束指令φ１＊ｄを演算し、１次磁束指令と実際の磁束との間の偏差がゼロになるように磁束制御すると共に、界磁電流指令ｉ１＊ｄを時間微分して界磁電流微分補償分ｉ＊ｄ（１）を算出し、界磁電流フィードフォワード補償分ｉ＊ｄ（２）を算出し、前記磁束制御により得られた界磁電流指令Δｉ＊ｄに界磁電流微分補償分ｉ＊ｄ（１）及び界磁電流フィードフォワード補償分ｉ＊ｄ（２）を加算して補正後の界磁電流指令ｉ＊ｄを生成するようにした。これにより、界磁磁束制御部２−１による効果に加えて、界磁電流指令ｉ１＊ｄに対する界磁磁束の立ち上がり時間の遅れを小さくすることができ、誘導電動機６６の起動と共に、誘導電動機６６をトルク制御することができる。

また、界磁磁束制御部２−２は、界磁電流微分補償器１０において、微分ゲイン１／Ｗ２＿ＨＡＴのＷ２＿ＨＡＴとして、誘導電動機６６のパラメータである２次側抵抗値ｒ２に誘導電動機６６のパラメータである２次側インダクタンスＬ２の逆数を乗算した値を用い、界磁電流微分補償分ｉ＊ｄ（１）を求めるようにした。これにより、界磁電流指令ｉ１＊ｄに対して遅れがなく、応答性の良い界磁磁束を得ることができる。以下、その理由について説明する。

図６は、界磁磁束の応答性を説明するためのブロック図である。このブロック図は、図４及び図５に示した界磁磁束制御部２−２の界磁電流微分補償器１０、界磁電流フィードフォワード補償器１１及び加算器１２と、加算器１２により出力された界磁電流指令ｉ＊ｄを入力信号とし界磁電流検出値ｉｄを出力信号としたときの伝達関数１／（１＋ｓ／ωｅ）の制御系、及び、界磁電流検出値ｉｄを入力信号とし２次磁束φ２ｄを出力信号としたときの伝達関数ｒ２ｎ／（ｓ＋Ｗ２）の制御系を示している。ここで、ωｅは、ｄ軸電流制御によって得られる応答角周波数を示す。また、Ｗ２は２次時定数、すなわち以下の式により表される。
Ｗ２＝ｒ２／Ｌ２
また、ｒ２ｎは正規化２次抵抗、すなわち以下の式により表される。
ｒ２ｎ＝（Ｍ／Ｌ２）^２×ｒ２
Ｍは相互インダクタンスである。尚、図６において、図４及び図５に示した磁束演算器３、乗算器４、加算器５、減算器６、界磁磁束飽和補正制御部７及び加算器１３は、説明を簡単にするために省略してある。

図６において、２次磁束φ２ｄと界磁電流指令ｉ１＊ｄとの間の関係を求めると、以下の式で表される。
φ２ｄ＝（ｒ２ｎ／Ｗ２）×〔（１＋ｓ／Ｗ２＿ＨＡＴ）／（１＋ｓ／Ｗ２）〕×〔１／（１＋ｓ／ωｅ）〕×〔１／（１＋ｓ／ωｆ）〕×ｉ１＊ｄ
ここで、ωｅ及びωｆがＷ２に比べて十分に大きいとき、つまり、応答性が速く得られる場合、以下の式で表される。
φ２ｄ＝（ｒ２ｎ／Ｗ２）×〔（１＋ｓ／Ｗ２＿ＨＡＴ）／（１＋ｓ／Ｗ２）〕×ｉ１＊ｄ
いま、Ｗ２＿ＨＡＴ＝Ｗ２＝ｒ２／Ｌ２とすると、以下の式で表される。
φ２ｄ＝（ｒ２ｎ／Ｗ２）×ｉ１＊ｄ
この式により、２次磁束φ２ｄは、界磁電流指令ｉ１＊ｄに対して１次遅れの特性を有していないことがわかる。

従来、界磁磁束は、界磁電流に対して１次遅れの特性を有していたため、界磁電流指令に対し界磁磁束が確立するまでに時間がかかり、誘導電動機６６の起動と共にトルク制御を行うことができなかった。界磁磁束制御部２−２を備えた制御装置によれば、界磁電流指令ｉ１＊ｄに対して遅れがなく、応答性の良い界磁磁束を得ることができる。

１、５１ 誘導電動機の制御システム
２ 界磁磁束制御部
３ 磁束演算器
４ 乗算器
５、１２、１３、６４ 加算器
６ 減算器
７ 界磁磁束飽和補正制御部
８ ホールド演算器
９ ＰＩ制御器
１０ 界磁電流微分補償器
１１ 界磁電流フィードフォワード補償器
５２ 電流制御部
５３ 固定・回転座標変換部
５４ 電力増幅器
５５ 速度制御部
５７ すべり角周波数生成器
５９ 積分器
６０ 界磁電流制御器
６１ トルク電流制御器
６２ ２φ―３φ座標変換器
６３ ３φ―２φ座標変換器
６５ ＰＧ（パルスジェネレータ）
６６ 誘導電動機
ｒ１ １次側抵抗値
ｒ２ ２次側抵抗値
Ｌ１ １次側インダクタンス
Ｌ２ ２次側インダクタンス
Ｍ 相互インダクタンス
ｒ１＿ＨＡＴ １次側抵抗の推定値
Ｌ１＿ＨＡＴ １次側インダクタンスの推定値
Ｌ２＿ＨＡＴ ２次側インダクタンスの推定値
ｉ１＊ｄ 界磁電流指令
ｉ＊ｄ、Δｉ＊ｄ 補正後の界磁電流指令
φ１＊ｄ １次磁束指令
φ１ｄ １次磁束
φ２ｄ ２次磁束
ω１ １次角周波数
ωｓ すべり角周波数
ω＊ 速度指令
ωｒ 速度検出値
θ 回転磁界位置
ｉ＊ｑ トルク電流指令
ｖ＊ｄ 界磁電圧指令
ｖ＊ｑ トルク電圧指令
Ｖ＊ｕ Ｕ相交流電圧指令
Ｖ＊ｖ Ｖ相交流電圧指令
Ｖ＊ｗ Ｗ相交流電圧指令
ｉｕ Ｕ相交流電流検出値
ｉｖ Ｖ相交流電流検出値
ｉｗ Ｗ相交流電流検出値
ｉｄ 界磁電流検出値
ｉｑ トルク電流検出値
Ａ トルク電流指令ｉ＊ｑに基づく１次側抵抗による電圧降下分
Ｂ トルク電流指令ｉ＊ｑ変化分に基づく巻線端子に発生する電圧降下分
Ｃ トルク分電圧
Ｄ １次磁束指令φ１＊ｄによる２次側誘起電圧
Ｅ 電圧指令
Ｆ 電圧偏差
Ｐ（０） 定数
Ｋｐ 比例ゲイン定数
Ｔｉ 積分時定数
１／Ｗ２＿ＨＡＴ 微分ゲイン
１／ωｆ フィルタ時定数
ｓ 微分演算子

Claims (3)

1. 誘導電動機の界磁電流指令を補正して新たな界磁電流指令を生成する界磁磁束制御部を備え、所定の回転速度を目標値として、界磁電流検出値が前記補正後の新たな界磁電流指令に一致するように、かつ、トルク電流検出値がトルク電流指令に一致するように、前記誘導電動機を回転制御する誘導電動機制御装置において、
   前記界磁磁束制御部は、
   前記界磁電流指令及び前記誘導電動機の１次側インダクタンスにより、１次磁束指令を演算する磁束演算器と、
   前記１次磁束指令と実際の１次磁束との間の偏差がゼロになるようにＰＩ制御を行い、補正後の新たな界磁電流指令を算出する磁束補正制御部と、
   を備えることを特徴とする誘導電動機制御装置。
2. 請求項１に記載の誘導電動機制御装置において、
   前記界磁磁束制御部は、さらに、
   前記誘導電動機の２次側抵抗値、２次側インダクタンス、前記新たな界磁電流指令、及びトルク電流指令から算出されたすべり角周波数に前記誘導電動機の速度検出値を加算して得られた１次角周波数と、前記磁束演算器により演算された１次磁束指令とを乗算し、２次側誘起電圧分を出力する乗算器と、
   前記乗算器により出力された２次側誘起電圧分と、前記トルク電流指令に基づく前記誘導電動機の１次側抵抗による電圧降下分と、前記トルク電流指令の変化分に基づく前記誘導電動機の巻線端子に発生する電圧降下分とを加算し、電圧指令を出力する加算器と、
   前記１次側抵抗値、トルク電流検出値、１次側インダクタンス、１次角周波数、１次磁束、漏れ係数及び微分演算子から算出されたトルク分電圧を、前記加算器により出力された電圧指令から減算し、誘起電圧偏差を出力する減算器と、を備え、
   前記磁束補正制御部は、前記減算器により出力された誘起電圧偏差がゼロになるようにＰＩ制御を行い、補正後の新たな界磁電流指令を算出することを特徴とする誘導電動機制御装置。
3. 請求項１または２に記載の誘導電動機制御装置において、
   前記界磁磁束制御部は、さらに、
   前記界磁電流指令を時間微分し、前記時間微分の結果に、前記誘導電動機の２次側抵抗値に２次側インダクタンスの逆数を乗算して得られる値を乗算し、界磁電流微分補償分を出力する界磁電流微分補償器と、
   前記磁束補正制御部により算出された新たな界磁電流指令に、前記界磁電流微分補償器により出力された界磁電流微分補償分を加算する加算器と、を備えたことを特徴とする誘導電動機制御装置。

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