JP3160778B2 - インバータ駆動電動機の速度推定方法及び装置並びにその速度推定方法を用いてなる電動機のベクトル制御装置 - Google Patents
インバータ駆動電動機の速度推定方法及び装置並びにその速度推定方法を用いてなる電動機のベクトル制御装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、速度センサを設けずに
誘導電動機（以下、適宜、電動機と略称する。）の速度
を推定し、その速度推定値に基づいて電動機の速度を制
御する、いわゆる速度センサレスの電動機ベクトル制御
装置に関する。
誘導電動機（以下、適宜、電動機と略称する。）の速度
を推定し、その速度推定値に基づいて電動機の速度を制
御する、いわゆる速度センサレスの電動機ベクトル制御
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】速度センサレスの電動機ベクトル制御装
置は、基本的に、電動機をベクトル制御により駆動する
インバータと、そのインバータの出力電流を検出してｄ
軸及びｑ軸電流の各成分を検出する電流検出部と、電動
機の速度指令値と速度推定値との差を減少させるように
ｑ軸電流指令値を決定する速度制御部と、そのｑ軸電流
指令値と電流検出部により検出されたｑ軸電流検出値と
の差を減少させるようにインバータの出力周波数を制御
するｑ軸電流制御部と、ｑ軸電流指令値に基づいてすべ
り周波数を求めるすべり周波数演算部と、そのすべり周
波数をｑ軸電流制御部の出力に加算してインバータの出
力周波数指令値を求める加算部と、その出力周波数指令
値とｑ軸電流指令値と与えられるｄ軸電流指令値とに基
づいてインバータのｄ軸及びｑ軸の各出力電圧指令値を
求める電圧指令演算部と、各出力電圧指令値と出力周波
数指令値とに基づいてインバータを制御するように構成
される。
置は、基本的に、電動機をベクトル制御により駆動する
インバータと、そのインバータの出力電流を検出してｄ
軸及びｑ軸電流の各成分を検出する電流検出部と、電動
機の速度指令値と速度推定値との差を減少させるように
ｑ軸電流指令値を決定する速度制御部と、そのｑ軸電流
指令値と電流検出部により検出されたｑ軸電流検出値と
の差を減少させるようにインバータの出力周波数を制御
するｑ軸電流制御部と、ｑ軸電流指令値に基づいてすべ
り周波数を求めるすべり周波数演算部と、そのすべり周
波数をｑ軸電流制御部の出力に加算してインバータの出
力周波数指令値を求める加算部と、その出力周波数指令
値とｑ軸電流指令値と与えられるｄ軸電流指令値とに基
づいてインバータのｄ軸及びｑ軸の各出力電圧指令値を
求める電圧指令演算部と、各出力電圧指令値と出力周波
数指令値とに基づいてインバータを制御するように構成
される。
【０００３】そして、速度センサレスの電動機ベクトル
制御における電動機の速度推定法としては、平成元年電
気学会大会 ＮＯ.１６４４「センサレスベクトル制御方
式」、並びに電学論Ｄ．１０７．２．Ｐ１９１（昭６
２）「電動機の速度、電圧センサレスベクトル制御法」
に提案されているように、電動機のｑ軸電流成分（トル
ク電流成分）の指令値と検出値の偏差に基づいて電動機
の回転速度を推定する方式が知られている。つまり、電
動機の回転速度の変化は、速度起電力の変化、ひいては
トルク電流（ｑ軸電流）の変化に表れるから、そのトル
ク電流の変化を積分することにより誘導電動機の速度を
推定できる。一方、トルク電流（ｑ軸電流）制御部は、
速度制御部から出力されるトルク電流（ｑ軸電流）の指
令値と電流検出部により検出されたトルク電流（ｑ軸電
流）の検出値との差を積分し、その積分値に応じて電動
機の電圧を制御することによりトルク電流の変動を抑制
するように動作する。したがって、トルク電流制御部の
出力は速度推定値に相当するものであるから、これを速
度制御部にフィードバックすることにより、速度センサ
を不要にしているのである。
制御における電動機の速度推定法としては、平成元年電
気学会大会 ＮＯ.１６４４「センサレスベクトル制御方
式」、並びに電学論Ｄ．１０７．２．Ｐ１９１（昭６
２）「電動機の速度、電圧センサレスベクトル制御法」
に提案されているように、電動機のｑ軸電流成分（トル
ク電流成分）の指令値と検出値の偏差に基づいて電動機
の回転速度を推定する方式が知られている。つまり、電
動機の回転速度の変化は、速度起電力の変化、ひいては
トルク電流（ｑ軸電流）の変化に表れるから、そのトル
ク電流の変化を積分することにより誘導電動機の速度を
推定できる。一方、トルク電流（ｑ軸電流）制御部は、
速度制御部から出力されるトルク電流（ｑ軸電流）の指
令値と電流検出部により検出されたトルク電流（ｑ軸電
流）の検出値との差を積分し、その積分値に応じて電動
機の電圧を制御することによりトルク電流の変動を抑制
するように動作する。したがって、トルク電流制御部の
出力は速度推定値に相当するものであるから、これを速
度制御部にフィードバックすることにより、速度センサ
を不要にしているのである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
における速度推定の応答速度は、速度制御系および電流
制御系の応答速度に依存し、それらの応答速度は次に説
明するように高めることが難しいため、速度推定に比較
的大きな応答遅れが生じる。その結果、速度推定値をフ
ィ−ドバックして速度制御を行う速度制御系の応答が低
く制限されてしまうという問題があった。
における速度推定の応答速度は、速度制御系および電流
制御系の応答速度に依存し、それらの応答速度は次に説
明するように高めることが難しいため、速度推定に比較
的大きな応答遅れが生じる。その結果、速度推定値をフ
ィ−ドバックして速度制御を行う速度制御系の応答が低
く制限されてしまうという問題があった。
【０００５】すなわち、実際の速度変化が速度推定値に
反映するまでに応答遅れが存在し、その遅れの大きさは
電流制御系の応答速度にほぼ反比例する。特に、上記従
来の制御方式の場合、電流制御系の応答速度は速度制御
系の応答速度と関係し合い、速度制御の応答速度を高め
ようとすると電流制御系の応答速度が低下する関係にあ
る。その結果、速度推定の応答遅れが増大するため、速
度制御の応答速度を高めることが難しいのである。
反映するまでに応答遅れが存在し、その遅れの大きさは
電流制御系の応答速度にほぼ反比例する。特に、上記従
来の制御方式の場合、電流制御系の応答速度は速度制御
系の応答速度と関係し合い、速度制御の応答速度を高め
ようとすると電流制御系の応答速度が低下する関係にあ
る。その結果、速度推定の応答遅れが増大するため、速
度制御の応答速度を高めることが難しいのである。
【０００６】また、速度が変化した場合の電流変動幅
は、電流制御系の応答速度に反比例するため、上記と同
様の理由から電流制御系の応答が低い場合には電流変動
幅が大きく、速度変化幅が大きい場合には、過電流を引
き起こす恐れがある。
は、電流制御系の応答速度に反比例するため、上記と同
様の理由から電流制御系の応答が低い場合には電流変動
幅が大きく、速度変化幅が大きい場合には、過電流を引
き起こす恐れがある。
【０００７】本発明の目的は、上記従来の問題を解決す
ること、言い換えれば、速度推定の応答速度を高めるこ
とができるインバータ駆動電動機の速度推定方法及び装
置を提供することにある。
ること、言い換えれば、速度推定の応答速度を高めるこ
とができるインバータ駆動電動機の速度推定方法及び装
置を提供することにある。
【０００８】また、他の目的は、速度推定及び速度制御
の応答速度を高めることができる電動機のベクトル制御
装置を提供することにある。
の応答速度を高めることができる電動機のベクトル制御
装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るため、本発明のインバータ駆動電動機の速度推定方法
及び装置は、誘導電動機をベクトル制御により駆動する
インバータの出力周波数指令値とｑ軸電圧指令値のいず
れか一方と、誘導電動機に流入するｑ軸電流成分の検出
値の微分値とに基づいて、誘導電動機の速度推定値を演
算により求めるようにしたのである。
るため、本発明のインバータ駆動電動機の速度推定方法
及び装置は、誘導電動機をベクトル制御により駆動する
インバータの出力周波数指令値とｑ軸電圧指令値のいず
れか一方と、誘導電動機に流入するｑ軸電流成分の検出
値の微分値とに基づいて、誘導電動機の速度推定値を演
算により求めるようにしたのである。
【００１０】この場合において、速度推定値の演算は、
出力周波数指令値とｑ軸電圧指令値のいずれか一方と前
記トルク電流成分検出値の微分値とから、誘導電動機の
速度起電力の推定値を求め、その速度起電力から速度推
定値を求めるようにしてもよい。
出力周波数指令値とｑ軸電圧指令値のいずれか一方と前
記トルク電流成分検出値の微分値とから、誘導電動機の
速度起電力の推定値を求め、その速度起電力から速度推
定値を求めるようにしてもよい。
【００１１】また、出力周波数指令とｑ軸電流検出値に
基づく場合の速度推定装置は、出力周波数指令値を入力
してｑ軸電圧指令値に相当する値を求めるｑ軸電圧指令
演算部と、ｑ軸電流成分の検出値を入力して前記誘導電
動機のｑ軸電流によるインピーダンス電圧降下に相当す
る値を求める電圧降下演算部とを有し、これらにより求
めたｑ軸電圧指令値に相当する値とインピーダンス電圧
降下に相当する値の差から速度推定値を求めるように構
成することができる。
基づく場合の速度推定装置は、出力周波数指令値を入力
してｑ軸電圧指令値に相当する値を求めるｑ軸電圧指令
演算部と、ｑ軸電流成分の検出値を入力して前記誘導電
動機のｑ軸電流によるインピーダンス電圧降下に相当す
る値を求める電圧降下演算部とを有し、これらにより求
めたｑ軸電圧指令値に相当する値とインピーダンス電圧
降下に相当する値の差から速度推定値を求めるように構
成することができる。
【００１２】この場合において、ｑ軸電圧指令値とｑ軸
電流検出値に基づく場合は、ｑ軸電圧指令演算部を省略
できる。また、いずれの場合も、速度推定値のノイズを
除去する一時遅れ要素のフィルタを設けることが好まし
い。
電流検出値に基づく場合は、ｑ軸電圧指令演算部を省略
できる。また、いずれの場合も、速度推定値のノイズを
除去する一時遅れ要素のフィルタを設けることが好まし
い。
【００１３】
【００１４】
【００１５】上記他の目的を達成するため、本発明の電
動機ベクトル制御装置は、誘導電動機をベクトル制御に
より駆動するインバータと、インバータの出力電流を検
出してｄ軸及びｑ軸電流の各成分を検出する電流検出部
と、誘導電動機の速度を推定する速度推定部と、速度推
定部により推定された速度推定値と速度指令値との差を
減少させるようにｑ軸電流指令値を決定する速度制御部
と、ｑ軸電流指令値と電流検出部により検出されたｑ軸
電流検出値との差を減少させるようにインバータの出力
周波数を制御するｑ軸電流制御部と、該ｑ軸電流制御部
からの出力周波数指令値とｑ軸電流指令値と与えられる
ｄ軸電流指令値とに基づいてインバータのｄ軸及びｑ軸
の各出力電圧指令値を求める電圧指令演算部と、各出力
電圧指令値と出力周波数指令値とに基づいてインバータ
を制御するようにしてなる電動機のベクトル制御装置に
おいて、速度推定部として、上記いずれかの本発明に係
る速度制御装置を適用することを特徴とする。
動機ベクトル制御装置は、誘導電動機をベクトル制御に
より駆動するインバータと、インバータの出力電流を検
出してｄ軸及びｑ軸電流の各成分を検出する電流検出部
と、誘導電動機の速度を推定する速度推定部と、速度推
定部により推定された速度推定値と速度指令値との差を
減少させるようにｑ軸電流指令値を決定する速度制御部
と、ｑ軸電流指令値と電流検出部により検出されたｑ軸
電流検出値との差を減少させるようにインバータの出力
周波数を制御するｑ軸電流制御部と、該ｑ軸電流制御部
からの出力周波数指令値とｑ軸電流指令値と与えられる
ｄ軸電流指令値とに基づいてインバータのｄ軸及びｑ軸
の各出力電圧指令値を求める電圧指令演算部と、各出力
電圧指令値と出力周波数指令値とに基づいてインバータ
を制御するようにしてなる電動機のベクトル制御装置に
おいて、速度推定部として、上記いずれかの本発明に係
る速度制御装置を適用することを特徴とする。
【００１６】また、この場合において、速度推定値をｑ
軸電流制御部の出力に加算する加算部を設けてもよい。
さらに、速度推定部として、上記いずれかの速度推定装
置を用いることができる。
軸電流制御部の出力に加算する加算部を設けてもよい。
さらに、速度推定部として、上記いずれかの速度推定装
置を用いることができる。
【００１７】また、上記他の目的を達成するため、本発
明の他の電動機ベクトル制御装置は、上記の電動機ベク
トル制御装置を変形し、速度推定部により求めた速度推
定値をｑ軸電流制御部の出力に加算するとともに、出力
周波数指令を求める加算部の出力を速度制御部の速度推
定値として入力する構成とすることができる。この場合
においても、速度推定部としては、前述したいずれかの
速度推定装置を用いることができる。
明の他の電動機ベクトル制御装置は、上記の電動機ベク
トル制御装置を変形し、速度推定部により求めた速度推
定値をｑ軸電流制御部の出力に加算するとともに、出力
周波数指令を求める加算部の出力を速度制御部の速度推
定値として入力する構成とすることができる。この場合
においても、速度推定部としては、前述したいずれかの
速度推定装置を用いることができる。
【００１８】
【作用】このように構成することにより、本発明によれ
ば次の作用により、上記の目的が達成できる。
ば次の作用により、上記の目的が達成できる。
【００１９】本発明は、誘導電動機の速度起電力Ｅは近
似的に誘導電動機の回転速度ωに相関した物理量である
ことに鑑みなされたものである。そして、速度起電力Ｅ
は電動機に入力されるｑ軸電圧Ｖｑと電動機のインピー
ダンス電圧降下Ｖｚとの差（Ｅ＝Ｖｑ−Ｖｚ）である。
ここで、インピーダンス電圧降下Ｖｚはｑ軸電流成分に
より生ずるから、電動機のインピーダンスに関係する抵
抗とインダクタンスを予め求めておき、これにｑ軸電流
の検出値を乗ずることにより、インピーダンス電圧降下
Ｖｚ’を求めることができる。一方、電動機のｑ軸電圧
Ｖｑは実測可能であるが、ベクトル制御の場合はｑ軸電
圧指令値Ｖｑ＊を用いて近似でき、これによれば電圧検
出器を省略できる。したがって、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊
とｑ軸電流の検出値から速度起電力の推定値Ｅ’を求め
ることができる。そして、速度起電力Ｅと速度ωとの一
義的な関係から、速度推定値ω’を求めることができ
る。また、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊は、後述するように、
インバータの出力周波数指令値ω１＊に強く依存する値
であるから、その関係を用いてｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を
近似演算して用いてもよい。
似的に誘導電動機の回転速度ωに相関した物理量である
ことに鑑みなされたものである。そして、速度起電力Ｅ
は電動機に入力されるｑ軸電圧Ｖｑと電動機のインピー
ダンス電圧降下Ｖｚとの差（Ｅ＝Ｖｑ−Ｖｚ）である。
ここで、インピーダンス電圧降下Ｖｚはｑ軸電流成分に
より生ずるから、電動機のインピーダンスに関係する抵
抗とインダクタンスを予め求めておき、これにｑ軸電流
の検出値を乗ずることにより、インピーダンス電圧降下
Ｖｚ’を求めることができる。一方、電動機のｑ軸電圧
Ｖｑは実測可能であるが、ベクトル制御の場合はｑ軸電
圧指令値Ｖｑ＊を用いて近似でき、これによれば電圧検
出器を省略できる。したがって、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊
とｑ軸電流の検出値から速度起電力の推定値Ｅ’を求め
ることができる。そして、速度起電力Ｅと速度ωとの一
義的な関係から、速度推定値ω’を求めることができ
る。また、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊は、後述するように、
インバータの出力周波数指令値ω１＊に強く依存する値
であるから、その関係を用いてｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を
近似演算して用いてもよい。
【００２０】このように、本発明によれば、速度制御部
と電流制御部の動作と無関係に、速度推定を行えること
から、速度制御部と電流制御部の応答速度に影響される
ことがない。その結果、速度推定の応答遅れを実質的に
無くすことができる。しかも、速度制御系と電流制御系
の応答速度を速度推定とは無関係に設定できるから、高
速応答の速度制御が可能である。
と電流制御部の動作と無関係に、速度推定を行えること
から、速度制御部と電流制御部の応答速度に影響される
ことがない。その結果、速度推定の応答遅れを実質的に
無くすことができる。しかも、速度制御系と電流制御系
の応答速度を速度推定とは無関係に設定できるから、高
速応答の速度制御が可能である。
【００２１】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。図１と図２に、本発明の速度推定方法を適用してな
る一実施例の電動機ベクトル制御装置の全体構成図を示
す。電動機１はＰＷＭインバータ２によりをベクトル制
御により駆動される。インバータ２の出力電流、すなわ
ち電動機の入力電流は電流変成器３により検出されて座
標変換部１１に入力される。この座標変換部１１は入力
される検出電流の座標系を回転座標系に変換し、周知の
ｄ軸及びｑ軸電流の各成分Ｉｄ，Ｉｑを検出する。速度
推定部１２は検出されたｑ軸電流の検出値Ｉｑと出力周
波数指令値ω＊とを入力して、後述する演算により速度
推定値ω’を求める。この速度推定値ω’は減算部１３
に入力され、図示していない速度設定手段から与えられ
る速度指令ω＊との差が求められる。その速度差は速度
制御部（ＡＳＲ）１４に入力される。ＡＳＲ１４はその
速度差を減少させるようにｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を決定
して出力する。このＩｑ＊は減算部１５に入力され、こ
こでｑ軸電流の検出値Ｉｑとの差が求められる。その電
流差はｑ軸電流制御部（ＡＣＲ）１６に入力される。こ
のＡＣＲ１６はその電流差を減少させるようにインバー
タ２の出力周波数指令値ω1＊の基本制御量を決定して
出力する。一方、すべり周波数演算部１７は、ｑ軸電流
指令値Ｉｑ＊に基づいてすべり周波数ωｓを求める。こ
のすべり周波数ωｓは加算部１８にてＡＣＲ１６の出力
に加算され、インバータ２の出力周波数指令値ω1＊と
して出力される。この出力周波数指令値ω1＊は速度推
定部１２、電圧指令演算部１９、基準位相発生部２０に
それぞれ入力される。電圧指令演算部１９は、出力周波
数指令値ω1＊と、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊と、与えられ
るｄ軸電流（励磁電流）指令値Ｉｄ＊とを入力し、下記
式（１），（２）によりｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊とｑ軸電
圧指令値Ｖｑ＊とを求めて、座標変換部２１に出力す
る。
る。図１と図２に、本発明の速度推定方法を適用してな
る一実施例の電動機ベクトル制御装置の全体構成図を示
す。電動機１はＰＷＭインバータ２によりをベクトル制
御により駆動される。インバータ２の出力電流、すなわ
ち電動機の入力電流は電流変成器３により検出されて座
標変換部１１に入力される。この座標変換部１１は入力
される検出電流の座標系を回転座標系に変換し、周知の
ｄ軸及びｑ軸電流の各成分Ｉｄ，Ｉｑを検出する。速度
推定部１２は検出されたｑ軸電流の検出値Ｉｑと出力周
波数指令値ω＊とを入力して、後述する演算により速度
推定値ω’を求める。この速度推定値ω’は減算部１３
に入力され、図示していない速度設定手段から与えられ
る速度指令ω＊との差が求められる。その速度差は速度
制御部（ＡＳＲ）１４に入力される。ＡＳＲ１４はその
速度差を減少させるようにｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を決定
して出力する。このＩｑ＊は減算部１５に入力され、こ
こでｑ軸電流の検出値Ｉｑとの差が求められる。その電
流差はｑ軸電流制御部（ＡＣＲ）１６に入力される。こ
のＡＣＲ１６はその電流差を減少させるようにインバー
タ２の出力周波数指令値ω1＊の基本制御量を決定して
出力する。一方、すべり周波数演算部１７は、ｑ軸電流
指令値Ｉｑ＊に基づいてすべり周波数ωｓを求める。こ
のすべり周波数ωｓは加算部１８にてＡＣＲ１６の出力
に加算され、インバータ２の出力周波数指令値ω1＊と
して出力される。この出力周波数指令値ω1＊は速度推
定部１２、電圧指令演算部１９、基準位相発生部２０に
それぞれ入力される。電圧指令演算部１９は、出力周波
数指令値ω1＊と、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊と、与えられ
るｄ軸電流（励磁電流）指令値Ｉｄ＊とを入力し、下記
式（１），（２）によりｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊とｑ軸電
圧指令値Ｖｑ＊とを求めて、座標変換部２１に出力す
る。
【００２２】 Ｖｄ＊＝Ｒ1・Ｉｄ＊−ω1＊・Ｌσ・Ｉｑ＊ （１） Ｖｑ＊＝Ｒ1・Ｉｑ＊＋ω1＊・Ｌσ・Ｉｄ＊＋ω1＊(Ｍ / Ｌ2)ψｄ （２） ここで、Ｒ1 ：一次抵抗値 Ｌσ：漏れインダクタンス値 Ｍ ：相互インダクタンス値 Ｌ2 ：二次インダクタンス値 ψｄ ：二次磁束値 基準位相発生部２０は、電動機磁束の基準位相信号を発
生するものであり、入力される出力周波数指令値ω1＊
に対応する周波数及び位相を有する正弦波と余弦波とを
発生し、座標変換部１１と２１に出力する。座標変換部
２１は入力される各出力電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊に基
づいて、３相の電圧指令波形を生成してインバータ２に
出力する。インバ−タ２は入力される電圧指令値に出力
電圧が比例するようにパルス幅制御する。これにより、
電動機１の速度は速度指令ω＊に一致するように制御さ
れる。
生するものであり、入力される出力周波数指令値ω1＊
に対応する周波数及び位相を有する正弦波と余弦波とを
発生し、座標変換部１１と２１に出力する。座標変換部
２１は入力される各出力電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊に基
づいて、３相の電圧指令波形を生成してインバータ２に
出力する。インバ−タ２は入力される電圧指令値に出力
電圧が比例するようにパルス幅制御する。これにより、
電動機１の速度は速度指令ω＊に一致するように制御さ
れる。
【００２３】ここで、本発明の特徴部にかかる速度推定
部１２の詳細構成を図２を用いて説明する。同図は、電
圧指令演算部１９から電動機１に至る回路要素をｑ軸電
流Ｉｑにのみ着目して表した等価回路ブロック図と、速
度推定部１２の演算ブロック図との関係を説明する図で
ある。
部１２の詳細構成を図２を用いて説明する。同図は、電
圧指令演算部１９から電動機１に至る回路要素をｑ軸電
流Ｉｑにのみ着目して表した等価回路ブロック図と、速
度推定部１２の演算ブロック図との関係を説明する図で
ある。
【００２４】電圧指令演算部１９で演算されるｑ軸電圧
指令値Ｖｑ＊は、前記式（２）で求められるが、同式の
右辺第１項と第２項は実質的に小さくあるいはキャンセ
ルされるので、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊に影響が大きい第
３項を考えるだけでよい。そこで、図２では、電圧指令
演算部１９の伝達関数を式（２）の第３項のＭ・φｄ／
Ｌ2のみで表している。電圧指令演算部１９から出力さ
れるＶｑ＊に応じたｑ軸電圧Ｖｑが電動機１に印加さ
れ、電動機１が回転すると速度起電力Ｅが発生し、その
差（Ｖｑ−Ｅ）と電動機の漏れインピーダンス要素（１
／Ｒ＋Ｌσ・ｓ）に応じてｑ軸電流Ｉｑが流れる。ここ
で、抵抗Ｒは電動機の１次側からみた１次と２次の抵抗
の合計値である。
指令値Ｖｑ＊は、前記式（２）で求められるが、同式の
右辺第１項と第２項は実質的に小さくあるいはキャンセ
ルされるので、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊に影響が大きい第
３項を考えるだけでよい。そこで、図２では、電圧指令
演算部１９の伝達関数を式（２）の第３項のＭ・φｄ／
Ｌ2のみで表している。電圧指令演算部１９から出力さ
れるＶｑ＊に応じたｑ軸電圧Ｖｑが電動機１に印加さ
れ、電動機１が回転すると速度起電力Ｅが発生し、その
差（Ｖｑ−Ｅ）と電動機の漏れインピーダンス要素（１
／Ｒ＋Ｌσ・ｓ）に応じてｑ軸電流Ｉｑが流れる。ここ
で、抵抗Ｒは電動機の１次側からみた１次と２次の抵抗
の合計値である。
【００２５】速度推定部１２は、図から判るように、基
本的に速度起電力Ｅの推定値Ｅ’を求め、その推定値
Ｅ’から速度推定値ω’を求めるようになっている。そ
のために、まず、出力周波数指令値ω1＊を入力し、速
度指令値演算部に相当するブロック１２ａにおいて、予
め設定された前記式（２）の第３項の定数Ｍ・φｄ／Ｌ
2を乗ずることによって、ｑ軸電圧指令値の近似値Ｖ
ｑ’を求める。一方、ｑ軸電流の検出値Ｉｑを入力し、
電圧降下演算部に相当するブロック１２ｂにおいて、予
め設定された漏れインピーダンス要素の逆数（Ｒ’＋Ｌ
σ’・ｓ）を乗ずることによって、漏れインピーダンス
電圧降下Ｖｚを求める。そして、減算部１２ｃにおいて
（Ｖｑ−Ｖｚ）を演算することによって、速度起電力の
推定値Ｅ’を求める。これにブロック１２ｄにおいてブ
ロック１２ａの逆数を乗ずることにより、周波数（速
度）の単位系に変換して、速度推定値ω’を得る。次
に、時定数Ｔの一時遅れ要素をからなるフィルタブロッ
ク１２ｅにて処理し、検出値Ｉｑなどに含まれるリップ
ル、ノイズを除去して出力する。
本的に速度起電力Ｅの推定値Ｅ’を求め、その推定値
Ｅ’から速度推定値ω’を求めるようになっている。そ
のために、まず、出力周波数指令値ω1＊を入力し、速
度指令値演算部に相当するブロック１２ａにおいて、予
め設定された前記式（２）の第３項の定数Ｍ・φｄ／Ｌ
2を乗ずることによって、ｑ軸電圧指令値の近似値Ｖ
ｑ’を求める。一方、ｑ軸電流の検出値Ｉｑを入力し、
電圧降下演算部に相当するブロック１２ｂにおいて、予
め設定された漏れインピーダンス要素の逆数（Ｒ’＋Ｌ
σ’・ｓ）を乗ずることによって、漏れインピーダンス
電圧降下Ｖｚを求める。そして、減算部１２ｃにおいて
（Ｖｑ−Ｖｚ）を演算することによって、速度起電力の
推定値Ｅ’を求める。これにブロック１２ｄにおいてブ
ロック１２ａの逆数を乗ずることにより、周波数（速
度）の単位系に変換して、速度推定値ω’を得る。次
に、時定数Ｔの一時遅れ要素をからなるフィルタブロッ
ク１２ｅにて処理し、検出値Ｉｑなどに含まれるリップ
ル、ノイズを除去して出力する。
【００２６】上述したように、上記の実施例によれば、
ＡＳＲ１４とＡＣＲ１６の系統とは無関係に速度推定を
行っていることから、ＡＣＲ１６の出力を速度推定値と
して用いていた従来の技術に比し、速度推定の応答速度
がＡＣＲ系の応答速度に依存しないため、ＡＳＲ系の応
答速度を高くしても、従来のように速度推定遅れが増大
することがなく、高い応答速度の速度制御系を実現でき
る。
ＡＳＲ１４とＡＣＲ１６の系統とは無関係に速度推定を
行っていることから、ＡＣＲ１６の出力を速度推定値と
して用いていた従来の技術に比し、速度推定の応答速度
がＡＣＲ系の応答速度に依存しないため、ＡＳＲ系の応
答速度を高くしても、従来のように速度推定遅れが増大
することがなく、高い応答速度の速度制御系を実現でき
る。
【００２７】なお、上記実施例では、出力周波数指令値
ω1＊を入力し、ｑ軸電圧指令値の近似値Ｖｑ’を求め
るブロック１２ａを設けた例について示したが、これに
代えてブロック１２ａを省略し、電圧指令演算部１９か
ら出力されるｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を直接用いるように
してもよい。
ω1＊を入力し、ｑ軸電圧指令値の近似値Ｖｑ’を求め
るブロック１２ａを設けた例について示したが、これに
代えてブロック１２ａを省略し、電圧指令演算部１９か
ら出力されるｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を直接用いるように
してもよい。
【００２８】また、上記実施例では、速度推定部１２で
求めた推定値ω’をＡＳＲ系のみにフィードバックする
例を示したが、図１の点線で示したように、ＡＣＲ１７
の出力に加算部２２を設け、同時に速度推定値ω’をＡ
ＣＲ１７の出力に加算するようにしてもよい。これによ
れば、速度推定値ω’は速度変化（速度起電力変化）に
対する応答遅れがほとんど無いため、ＡＣＲ１７の出力
値の変化よりも速く、速度推定値ω’が変化することか
ら、速度変化時の電流偏差が減少し、電流のオ−バ−シ
ュ−ト（過大）を防止することができる。
求めた推定値ω’をＡＳＲ系のみにフィードバックする
例を示したが、図１の点線で示したように、ＡＣＲ１７
の出力に加算部２２を設け、同時に速度推定値ω’をＡ
ＣＲ１７の出力に加算するようにしてもよい。これによ
れば、速度推定値ω’は速度変化（速度起電力変化）に
対する応答遅れがほとんど無いため、ＡＣＲ１７の出力
値の変化よりも速く、速度推定値ω’が変化することか
ら、速度変化時の電流偏差が減少し、電流のオ−バ−シ
ュ−ト（過大）を防止することができる。
【００２９】図３に、速度推定部１２の他の実施例の構
成を示す。図２との相違点は、一次遅れ要素から成るフ
ィルタブロック１２ｅを図示のように配置することによ
り、ブロック１２ｂに含まれていた微分要素（ｓ）を無
くし、ｑ軸電流Ｉｑに含まれるリプッル成分による演算
誤差の発生を抑えるようにしたことが特徴である。これ
にともない、ブロック１２ｂをブロック１２ｆ，ｇに分
けて演算内容の整合をとっている。この場合も、ブロッ
ク１２ａを省略し、電圧指令演算部１９から出力される
ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を直接用いるようにしてもよい。
成を示す。図２との相違点は、一次遅れ要素から成るフ
ィルタブロック１２ｅを図示のように配置することによ
り、ブロック１２ｂに含まれていた微分要素（ｓ）を無
くし、ｑ軸電流Ｉｑに含まれるリプッル成分による演算
誤差の発生を抑えるようにしたことが特徴である。これ
にともない、ブロック１２ｂをブロック１２ｆ，ｇに分
けて演算内容の整合をとっている。この場合も、ブロッ
ク１２ａを省略し、電圧指令演算部１９から出力される
ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を直接用いるようにしてもよい。
【００３０】図４は、本発明の速度推定法を適用してな
る電動機ベクトル制御装置の他の実施例を示す。図１と
同一の機能構成を有する部品要素には同一符号を付して
説明を省略する。図１の実施例では、速度推定部１２で
求めた速度推定値ω’を直接ＡＳＲ１４にフィ−ドバッ
クする例を示したが、本実施例では速度推定値ω’をＡ
ＣＲ１６の出力に加算し、この加算値ω”を速度推定値
としてフィ−ドバックするようにしたものである。本実
施例によっても、図１実施例と同様。高い応答速度の速
度制御を実現することができる。
る電動機ベクトル制御装置の他の実施例を示す。図１と
同一の機能構成を有する部品要素には同一符号を付して
説明を省略する。図１の実施例では、速度推定部１２で
求めた速度推定値ω’を直接ＡＳＲ１４にフィ−ドバッ
クする例を示したが、本実施例では速度推定値ω’をＡ
ＣＲ１６の出力に加算し、この加算値ω”を速度推定値
としてフィ−ドバックするようにしたものである。本実
施例によっても、図１実施例と同様。高い応答速度の速
度制御を実現することができる。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電動機の速度を速度制御系及び電流制御系の応答速度と
切り離して推定できるため、速度推定の応答速度を任意
に高めることができる。また、速度制御系及び電流制御
系の応答速度を速度推定とは切り離して任意に設定でき
る。その結果、高い応答速度の速度制御を実現できる。
また、速度推定値を速度制御系にフィードバックするこ
とに加え、電流制御部の出力に加算するようにしたもの
によれば、速度変化時における電流の無用な変動を抑制
し過大電流を防止できる。
電動機の速度を速度制御系及び電流制御系の応答速度と
切り離して推定できるため、速度推定の応答速度を任意
に高めることができる。また、速度制御系及び電流制御
系の応答速度を速度推定とは切り離して任意に設定でき
る。その結果、高い応答速度の速度制御を実現できる。
また、速度推定値を速度制御系にフィードバックするこ
とに加え、電流制御部の出力に加算するようにしたもの
によれば、速度変化時における電流の無用な変動を抑制
し過大電流を防止できる。
【図１】本発明の速度推定方法を適用してなる電動機ベ
クトル制御装置の一実施例の全体構成図である。
クトル制御装置の一実施例の全体構成図である。
【図２】図１の速度推定部の一実施例の詳細ブロック図
である。
である。
【図３】速度推定部の他の実施例の詳細ブロック図であ
る。
る。
【図４】本発明の速度推定方法を適用してなる電動機ベ
クトル制御装置の他の実施例の全体構成図である。
クトル制御装置の他の実施例の全体構成図である。
１ 誘導電動機 ２ ＰＷＭインバータ １２ 速度推定部 １４ 速度制御部 １６ 電流制御部 １９ 電圧指令演算部
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02P 21/00 H02P 5/408 - 5/412 H02P 7/628 - 7/632
Claims (6)
- 【請求項１】 誘導電動機をベクトル制御により駆動す
るインバータの出力周波数指令値とｑ軸電圧指令値のい
ずれか一方と、前記誘導電動機に流入するｑ軸電流成分
の検出値の微分値とから、前記誘導電動機の速度推定値
を演算により求めるインバータ駆動電動機の速度推定方
法。 - 【請求項２】 誘導電動機をベクトル制御により駆動す
るインバータの出力周波数指令値とｑ軸電圧指令値のい
ずれか一方と、前記誘導電動機に流入するｑ軸電流成分
の検出値の微分値とから、前記誘導電動機の速度起電力
の推定値を求め、該速度起電力から速度推定値を求める
ことを特徴とするインバータ駆動電動機の速度推定方
法。 - 【請求項３】 誘導電動機をベクトル制御により駆動す
るインバータの出力周波数指令値と、前記誘導電動機に
流入するｑ軸電流成分の検出値とを入力し、該入力され
た指令値と検出値に基づいて前記誘導電動機の速度推定
値を求める速度推定部を備えてなり、該速度推定部は、
出力周波数指令値を入力してｑ軸電圧指令値に相当する
値を求めるｑ軸電圧指令演算部と、前記ｑ軸電流成分の
検出値を入力して前記誘導電動機のｑ軸電流によるイン
ピーダンス電圧降下に相当する値を求める電圧降下演算
部とを有し、これらのｑ軸電圧指令値に相当する値とイ
ンピーダンス電圧降下に相当する値の差から速度推定値
を求めるものであることを特徴とするインバータ駆動電
動機の速度推定装置。 - 【請求項４】 誘導電動機をベクトル制御により駆動す
るインバータのｑ軸電圧指令値と、前記誘導電動機に流
入するｑ軸電流成分の検出値とを入力し、該入力された
ｑ軸電圧指令値とｑ軸電流成分検出値に基づいて前記誘
導電動機の速度推定値を求める速度推定部を備えてな
り、該速度推定部は、前記ｑ軸電流成分検出値を入力し
て前記誘導電動機のｑ軸電流によるインピーダンス電圧
降下に相当する値を求める電圧降下演算部を有し、該イ
ンピーダンス電圧降下に相当する値と前記ｑ軸電圧指令
値との差から前記速度推定値を求めることを特徴とする
インバータ駆動電動機の速度推定装置。 - 【請求項５】 誘導電動機をベクトル制御により駆動す
るインバータと、該インバータの出力電流を検出してｄ
軸及びｑ軸電流の各成分を検出する電流検出部と、前記
誘導電動機の速度を推定する速度推定部と、該速度推定
部により推定された速度推定値と速度指令値との差を減
少させるようにｑ軸電流指令値を決定する速度制御部
と、該ｑ軸電流指令値と前記電流検出部により検出され
たｑ軸電流検出値との差を減少させるように前記インバ
ータの出力周波数を制御するｑ軸電流制御部と、該ｑ軸
電流制御部からの出力周波数指令値と前記ｑ軸電流指令
値と与えられるｄ軸電流指令値とに基づいて前記インバ
ータのｄ軸及びｑ軸の各出力電圧指令値を求める電圧指
令演算部と、該各出力電圧指令値と前記出力周波数指令
値とに基づいて前記インバータを制御するようにしてな
る電動機のベクトル制御装置において、前記速度推定部
が、請求項３又は４に記載の速度推定装置であることを
特徴とする電動機のベクトル制御装置。 - 【請求項６】 誘導電動機をベクトル制御により駆動す
るインバータと、該インバータの出力電流を検出してｄ
軸及びｑ軸電流の各成分を検出する電流検出部と、前記
誘導電動機の速度指令値と速度推定値との差を減少させ
るようにｑ軸電流指令値を決定する速度制御部と、該ｑ
軸電流指令値と前記電流検出部により検出されたｑ軸電
流検出値との差を減少させるように前記インバータの出
力周波数を制御するｑ軸電流制御部と、前記ｑ軸電流指
令値に基づいてすべり周波数を求めるすべり周波数演算
部と、該すべり周波数を前記ｑ軸電流制御部の出力に加
算して前記インバータの出力周波数指令値を求める加算
部と、該出力周波数指令値と前記ｑ軸電流指令値と与え
られるｄ軸電流指令値とに基づいて前記インバータのｄ
軸及びｑ軸の各出力電圧指令値を求める電圧指令演算部
と、該各出力電圧指令値と前記出力周波数指令値とに基
づいて前記インバータを制御するようにしてなる電動機
のベクトル制御装置において、前記出力周波数指令値と
前記ｑ軸電圧指令値のいずれか一方の指令値と、前記ｑ
軸電流検出値とを入力し、該入力された指令値と検出値
に基づいて前記誘導電動機の速度推定値を求める速度推
定部を設け、該速度推定部により求めた速度推定値を前
記ｑ軸電流制御部の出力に加算するとともに、前記出力
周波数指令を求める加算部の出力を前記速度制御部の前
記速度推定値として入力することを特徴とする電動機の
ベクトル制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24922092A JP3160778B2 (ja) | 1992-09-18 | 1992-09-18 | インバータ駆動電動機の速度推定方法及び装置並びにその速度推定方法を用いてなる電動機のベクトル制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24922092A JP3160778B2 (ja) | 1992-09-18 | 1992-09-18 | インバータ駆動電動機の速度推定方法及び装置並びにその速度推定方法を用いてなる電動機のベクトル制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06105580A JPH06105580A (ja) | 1994-04-15 |
| JP3160778B2 true JP3160778B2 (ja) | 2001-04-25 |
Family
ID=17189708
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24922092A Expired - Lifetime JP3160778B2 (ja) | 1992-09-18 | 1992-09-18 | インバータ駆動電動機の速度推定方法及び装置並びにその速度推定方法を用いてなる電動機のベクトル制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3160778B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3513561B2 (ja) | 2000-02-29 | 2004-03-31 | 株式会社日立製作所 | 誘導電動機の制御装置 |
| EP1944862B1 (en) | 2007-01-15 | 2011-08-03 | Hitachi Industrial Equipment Systems Co., Ltd. | Induction motor controller |
| JP6979281B2 (ja) | 2017-04-20 | 2021-12-08 | 株式会社日立産機システム | 誘導モータの速度推定方法およびそれを用いた電力変換装置 |
-
1992
- 1992-09-18 JP JP24922092A patent/JP3160778B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06105580A (ja) | 1994-04-15 |
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