JP3602938B2 - 誘導電動機の速度制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導電動機の速度制御方法に係り、特に電動機取り付けの速度センサが不要で低速度域から高トルクが得られる誘導電動機の速度制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ベクトル制御を用いた誘導電動機の速度制御方法においては、誘導電動機の実回転速度を速度センサにより検出し、検出された実回転速度とすべり周波数指令値の加算値に応じて電力変換器の出力周波数を制御する方法が一般的である。一方、奥山、他「速度，電圧センサレスベクトル制御における制御定数設定誤差の影響とその補償」電学論Ｄ、１１０，４４７（平２−５）は速度センサレスベクトル制御について述べている。この速度センサレスベクトル制御では、速度センサによる実回転速度の検出を行わず、実回転速度の代わりに、誘導電動機の回転速度を推定した速度推定値に基づいて電力変換器の出力周波数を制御する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記文献に記載された速度センサレスベクトル制御では、速度推定値に推定誤差が含まれるため、誘導電動機の実すべり周波数はすべり周波数指令値から変動するようになる。このとき、電動機磁束はトルク変化に応じて変動（減少）するようになり、その結果、電動機発生トルクがトルク電流に比例しなくなり、極度の場合はトルク不足が生じる。
【０００４】
速度推定値の推定誤差の原因としては、速度推定値の演算に用いる電動機定数（１次抵抗および２次抵抗）の設定誤差、並びにこれを１次原因として２次的に発生する電動機磁束の変動が挙げられる。従来はこの誤差原因を補償する十分な方法がなく、特に誘導電動機の回転速度が低い場合（以下、低速度域と呼ぶ）にトルク不足が生じていた。
【０００５】
本発明の目的は、低速度域においてトルクを増大させることができる誘導電動機の速度制御方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する第１の発明の特徴は、速度指令値、或いは速度推定値の絶対値が設定値未満の場合は、ｑ軸電流指令値を実質的に零にし、かつ周波数指令値として、前記速度指令値と、前記速度指令値と前記速度推定値との偏差に基づいて演算されたすべり周波数推定値とを用いて得られた値を用いることにある。
トルク不足が問題となる低速度域において、ｑ軸電流指令値を実質的に零にすることにより、速度推定値を精度良く求めることができるため、すべり周波数推定値が精度良く求められる。従って、低速度域においてもすべり周波数を考慮した誘導電動機の制御が可能となり、低速度域において誘導電動機に発生するトルクを増大できる。
【０００７】
上記目的を達成する第２の発明の特徴は、前記絶対値が前記設定値未満の場合は、前記ｄ軸電流指令値を増加することにある。
【０００８】
低速度域においてｑ軸電流指令値を実質的に零にしたために小さくなった１次電流を、ｄ軸電流指令値を増加することにより大きくできるので、誘導電動機に大きな１次電流を供給することができる。従って、低速度域において誘導電動機に発生するトルクを更に増大できる。
【０００９】
上記目的を達成する第３の発明の特徴は、前記絶対値が前記設定値未満から前記設定値に達したときは、前記ｑ軸電流指令値として前記すべり周波数推定値に基づいて得られる値を出力すると共に、前記ｄ軸電流指令値を減少することにある。
【００１０】
速度指令値或いは速度推定値の絶対値が設定値に達した場合にすべり周波数推定値に基づいてｑ軸電流指令値を求めることにより、低速度域において発生していたトルクと同等なトルクを、誘導電動機の速度が低速度域より大きくなったときにも発生させることができる。従って、誘導電動機の速度が低速度域から低速度域より大きい速度になった場合の切り替えが、円滑に行われる。また、ｑ軸電流の発生に伴ってｄ軸電流指令値を減少させることにより、必要以上の電流が誘導電動機に流れることを防止でき、低速度域からの速度上昇に要する電力消費量を低減できる。
【００１１】
上記目的を達成する第４の発明の特徴は、前記ｑ軸電流指令値は、前記ｄ軸電流指令値の減少に応じて増加することにある。
【００１２】
ｄ軸電流指令値の減少に応じてｑ軸電流指令値を増加することにより、ｄ軸電流の減少に伴う磁束の減少に起因したトルクの減少を防止できる。
【００１３】
上記目的を達成する第５の発明の特徴は、前記ｑ軸電流指令値の増加は、前記絶対値が前記設定値未満の時のｄ軸電流指令値と、前記絶対値が前記設定値以上になったときのｄ軸電流指令値との比に基づいて行うことにある。
【００１４】
ｄ軸電流の減少に比例して誘導電動機における磁束は減少し、磁束の減少に比例してトルクも減少する。また、トルクはｑ軸電流にも比例する。このため、速度指令値或いは速度推定値の絶対値が設定値未満の時のｄ軸電流指令値と、速度指令値或いは速度推定値の絶対値が設定値以上になったときのｄ軸電流指令値との比に基づいてｑ軸電流指令値を増加することにより、磁束の減少によるトルクの減少を更に抑制できる。
【００１５】
上記目的を達成する第６の発明の特徴は、前記絶対値が前記設定値以上の場合は、前記ｑ軸電流指令値を、誘導電動機における過電流の発生を防止するｑ軸電流指令制限値以下に制限することにある。
【００１６】
ｑ軸電流指令値の増加を制限することにより、誘導電動機における過電流を防止することができる。
【００１７】
上記目的を達成する第７の発明の特徴は、前記周波数指令値から求められた位相を補正し、前記電力変換器は、前記周波数指令値、前記ｑ軸電流指令値、および前記ｄ軸電流指令値に基づいて得られたｄ軸電圧指令値およびｑ軸電圧指令値と、前記補正された位相とに基づいて制御されることにある。
【００１８】
位相を補正することにより、トルク不足を軽減できる。具体的には、ｄ軸（制御軸）とｍ軸（磁束軸）との位相差を調節することができるため、トルク不足を軽減できる。
【００１９】
上記目的を達成する第８の発明の特徴は、前記絶対値が前記設定値以上の場合は、前記絶対値が前記設定値となった時のｄ軸電流値と、前記すべり周波数推定値に基づいて求められたｑ軸電流指令値とに基づいて求められた補正角を用いて、前記位相の補正を行うことにある。
【００２０】
誘導電動機の速度が、低速度域から低速度域以上へ上昇した場合に、トルク不足を軽減できる。具体的には、誘導電動機の速度が低速度域から低速度域以上に変化する際に、ｄ軸とｍ軸の位相差を調節することにより、トルク不足をより軽減できる。
【００２１】
上記目的を達成する第９の発明の特徴は、前記絶対値が前記設定値未満の場合は、前記絶対値が前記設定値となった時のｄ軸電流値と、前記ｑ軸電流指令値とに基づいて求められた補正角を用いて前記位相の補正を行うことにある。
【００２２】
誘導電動機の速度が、低速度域以上から低速度域へ下降した場合に、トルク不足を軽減できる。具体的には、誘導電動機の速度が低速度域以上から低速度域へ下降する際に、ｄ軸とｍ軸の位相差を調節することにより、トルク不足をより軽減できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。
【００２４】
図１は本発明の好適な一実施例である誘導電動機の速度制御装置を示す。本実施例の誘導電動機１は、電力変換器２より出力される３相交流電力により制御される。電流検出器２０は、電力変換器２から出力される電流ｉｕ，ｉｗを検出する。電流検出器２０で検出された電流ｉｕ，ｉｗは位相信号θ′と共に、座標変換器３に入力される。座標変換器３は入力された電流ｉｕ，ｉｗ、及び信号θ′を用いて電流ｉｕ，ｉｗの座標変換を行い、ｄ軸電流信号Ｉｄ、及びｑ軸電流信号Ｉｑを演算する。速度推定器４は信号Ｉｑ、及びｑ軸電圧指令信号Ｖｑ^＊＊を用いて、（数１）に従い、誘導電動機１の速度推定信号ω_ｒ＾を演算する。
【００２５】
【数１】

【００２６】
ここで、Ｌ_σ ^＊は漏れインダクタンスの設定値、Ｒ_σ ^＊は抵抗設定値（１次抵抗と２次抵抗の和）、Ｔｏは速度推定器４の１次遅れ時定数である。
【００２７】
速度制御器５は、加算器２１で求められた、信号ω_ｒ＾と速度指令信号ω_ｒ ^＊との偏差信号、信号Ｉｄ、関数器１１３の出力信号Ｇａ２およびすべり周波数推定信号ω_ｓ ^＊＾を入力し、ｑ軸電流指令信号Ｉｑ^＊を出力する。なお、すべり周波数推定信号ω_ｓ ^＊＾は、加算器２１で求められた、信号ω_ｒ＾と信号ω_ｒ ^＊ との偏差信号に基づいてすべり周波数推定器９により求められる。
【００２８】
速度制御器５の構成を図２を用いて詳細に説明する。速度制御器５に入力された、信号ω_ｒ＾と信号ω_ｒ ^＊との偏差信号は、加算器５０１および積分回路５０２に入力される。積分回路５０２は、入力された偏差信号に１次遅れを持たせて加算器５０１に出力する。加算器５０１は、入力された偏差信号とその積分信号とを加算し、その加算値を係数器５０３に出力する。係数器５０３は、入力された加算値に係数Ｋｐをかけ、信号Ｉｑ_１ ^＊として加算器５０４に出力する。なお、信号Ｉｑ_１ ^＊は信号Ｇａ２がＧａ２＝１の間は０とする。
【００２９】
一方、速度制御器５に入力された信号ω_ｓ ^＊＾ は乗算器５０５において、設定器５０６の出力である（Ｉｄ^＊＊・Ｔ２）が乗算され、その乗算結果は信号Ｉｑ_０ ^＊として出力される。ホールド回路５０７には、信号Ｇａ２と信号Ｉｑ_０ ^＊が入力され、入力された信号Ｇａ２がＧａ２＝１からＧａ２≠１になるときに、Ｇａ２≠１となる直前の信号Ｉｑ_０ ^＊を保持する。すなわち、低速度域以外（Ｇａ２≠１）では、Ｇａ２≠１となる直前の信号Ｉｑ_０ ^＊を出力し続ける。ホールド回路５０７から出力された信号Ｉｑ_０ ^＊は加算器５０４に入力される。
【００３０】
加算器５０４では、信号Ｉｑ_１ ^＊と信号Ｉｑ_０ ^＊とを加算し、その加算結果を除算器５０８に出力する。信号Ｉｑ_１ ^＊は前述したように信号Ｇａ２がＧａ２＝１の間は０であるため、信号Ｇａ２がＧａ２≠１となった瞬間には、加算器５０８の出力は信号Ｉｑ_０ ^＊となる。すなわち信号Ｉｑ_０ ^＊は信号Ｇａ２がＧａ２≠１である速度領域における、加算器５０４の出力の初期値である。
【００３１】
除算器５０８には、設定器５０９から出力された（Ｉｄ^＊＊／Ｉｄ^＊＊ｍａｘ ）も入力され、信号Ｉｑ_１ ^＊と信号Ｉｑ_０ ^＊との加算値を（Ｉｄ^＊＊／Ｉｄ^＊＊ｍａｘ ）で除算する。ここでＩｄ^＊＊ｍａｘ は信号Ｇａ２がＧａ２＝１のときのｄ軸電流指令信号の値である。この除算結果は、リミット回路５１０に入力される。リミット回路５１０には信号Ｇａ２、およびｑ軸電流制限信号Ｉｑ^＊ｍａｘが入力される。信号Ｉｑ^＊ｍａｘは、ｑ軸電流制限信号演算器５１１において信号Ｉｄと、設定器５１３より出力される１次電流制限信号Ｉ_１ｍａｘとに基づいて（数２）により演算される。
【００３２】
【数２】

【００３３】
リミット回路５１０は、入力された信号Ｇａ２がＧａ２＝１のときは設定器 ５１２より入力される０を出力し、Ｇａ２≠１となったときに、除算器５０８の出力をｑ軸電流指令信号Ｉｑ^＊として出力する。また、リミット回路５１０は、信号Ｉｑ^＊が信号Ｉｑ^＊ｍａｘ を越えないように制限する。このようにして求められた信号Ｉｑ^＊および信号Ｉｑ_０ ^＊が速度制御器５から出力される。
【００３４】
再び、図１にて速度制御装置の構成を説明する。速度制御器５から出力された信号Ｉｑ^＊ は、すべり演算器７，電圧演算器１６、及び加算器２２に入力される。すべり演算器７は、入力された信号Ｉｑ^＊より、すべり周波数指令信号ω_ｓ ^＊ を得る。加算器８は信号ω_ｓ ^＊と信号ω_ｒ＾とを加算して信号ω１^＊を求め、信号ω１^＊を切り替え器１１に出力する。一方、加算器１０は、信号ω_ｒ ^＊と信号ω_ｓ ^＊＾ を加算し、その加算結果を信号ω１^＊＊として切り替え器１１に出力する。また、信号ω_ｒ ^＊も切り替え器１１に入力される。
【００３５】
切り替え器１１は、関数器１１１及び１１３，乗算器１１２及び１１４、及び加算器１１５を有する。乗算器１１２は、関数器１１１の出力信号Ｇａ１と信号ω_１ ^＊との乗算信号を出力する。乗算器１１４は、関数器１１３の出力信号Ｇａ２と信号ω_１ ^＊＊ との乗算信号を出力する。加算器１１５は、２つの乗算信号を加算して得られた周波数指令信号ω_１ ^＊＊＊を出力する。この信号ω_１ ^＊＊＊は、位相発生器１２、及び電圧演算器１６に入力される。
【００３６】
図３は、図１に示す関数器１１１の入出力関係図である。図３に示すように、関数器１１１の関数は信号ω_ｒ ^＊の絶対値が設定値Ｒ（第１設定値）の絶対値以下の場合には０、設定値Ｑ（第２設定値）の絶対値より大きい場合には１を出力するように設定されている。本実施例では、設定値Ｑは速度１０％および−１０％で、設定値Ｒは５％および−５％である。図４は、図１に示す関数器１１３の入出力関係図である。図４に示すように、関数器１１３の関数は信号ω_ｒ ^＊の絶対値が設定値Ｒの絶対値以下の場合には１、設定値Ｑの絶対値より大きい場合には０を出力するように設定されている。また、関数器１１１に設定されている関数と、関数器１１３に設定されている関数には、信号ω_ｒ ^＊の絶対値が設定値Ｒの絶対値よりも大きく、かつ設定値Ｑの絶対値以下の範囲において、図３、及び図４に示すように、それぞれに相反する漸増・漸減領域が設けられている。なお、この漸増・漸減領域は切り替えによる急激な変化を抑制するために設けられている。信号Ｇａ１と信号Ｇａ２の関係は（数３）で示される。
【００３７】
【数３】
Ｇａ１＋Ｇａ２＝１ …（数３）
信号ω_１ ^＊＊＊は、（数４）で表され、信号ω_ｒ ^＊の絶対値が設定値Ｒの絶対値以下の領域では信号ω_１ ^＊＊ に等しくなり、信号ω_ｒ ^＊の絶対値が設定値Ｑの絶対値よりも大きな領域では信号ω_１ ^＊に等しくなる。また、漸増・漸減領域では信号ω_１ ^＊と信号ω_１ ^＊＊の中間値をとる。
【００３８】
【数４】

【００３９】
図１において、位相発生器１２は、信号ω_１ ^＊＊＊を積分して得られる信号θを出力する。この信号θは加算器２３に入力される。
【００４０】
位相補正器１３は、信号Ｇａ２，信号Ｉｑ^＊，信号Ｉｑ_０ ^＊ および信号Ｉｄを入力し、補正信号δ_φ＾を出力する。出力された信号δ_φ＾は加算器２３により信号θに加算され、その加算結果は位相信号θ′として出力される。
【００４１】
位相補正器１３の構造を図５を用いて詳細に説明する。位相補正器１３に入力された信号Ｉｄと信号Ｇａ２は共にホールド回路１３１に入力される。ホールド回路１３１は信号Ｇａ２がＧａ２＝１からＧａ２≠１へと変化する直前の信号 Ｉｄを保持し、信号Ｉｄ_０ として出力する。信号Ｉｄ_０ は信号Ｉｑ_０ ^＊と共に関数器１３２に入力される。関数器１３２では（数５）に基づいて信号δ_{φ ０}＾ を演算し、加算器１３５に信号δ_{φ ０}＾を出力する。
【００４２】
【数５】

【００４３】
一方、ホールド回路１３３には、信号Ｉｑ^＊ ，信号Ｉｄおよび信号Ｇａ２が入力される。ホールド回路１３３は、信号Ｇａ２がＧａ２≠１からＧａ２＝１へと変化する直前の信号Ｉｑ^＊および信号Ｉｄを保持し、それぞれ信号Ｉｑ_２ ^＊ および信号Ｉｄ^２ として関数器１３４に入力される。関数器１３４では（数６）に基づいて信号δ_{φ １}＾を演算し、加算器１３５に信号δ_{φ １}＾を出力する。
【００４４】
【数６】

【００４５】
加算器１３５では、信号δ_{φ ０}＾ から信号δ_{φ １}＾ を減算し、その減算結果を補正信号δ_φ＾ として出力する。なお、誘導電動機の始動時において、信号Ｇａ２がＧａ２＝１の間は、信号δ_{φ ０}＾ および信号δ_{φ １}＾ が０となるため、位相補正器１３の出力信号δ_φ＾ も０となる。また、信号Ｇａ２がＧａ２≠１のときには信号δ_{φ １}＾ が０であるため、信号δ_φ＾は信号δ_{φ ０}＾に等しくなる。
【００４６】
図１において、ｄ軸電流指令器１４は、関数器１４１，乗算器１４２、および加算器１４３を備える。関数器１４１における入力と出力の関係は関数器１１３と等しい。乗算器１４２は、ｄ軸電流付加信号ΔＩｄに信号Ｇａ３を乗算する。なお、信号ΔＩｄは正の値を有し、予め設定されている。得られた乗算信号は加算器１４３において信号Ｉｄ^＊ と加算され、加算器１４３は加算結果としてｄ軸電流指令信号Ｉｄ^＊＊を出力する。すなわちｄ軸電流指令器１４は、信号ω_ｒ ^＊の絶対値が設定値Ｒの絶対値以下の場合に、信号Ｉｄ^＊ を信号ΔＩｄの大きさだけ増加した信号Ｉｄ^＊＊を出力し、信号ω_ｒ ^＊の絶対値が設定値Ｑの絶対値より大きい場合に、信号Ｉｄ^＊を信号Ｉｄ^＊＊ として出力する。また、信号ω_ｒ ^＊の絶対値が設定値Ｒの絶対値より大きく、かつ信号ω_ｒ ^＊の絶対値が設定値Ｑの絶対値以下の場合には、信号Ｉｄ^＊を信号ΔＩｄの大きさだけ増加した値と信号Ｉｄ^＊との中間値を信号Ｉｄ^＊＊として出力する。
【００４７】
電圧演算器１６は、信号Ｉｄ^＊＊、速度制御器５から出力された信号Ｉｑ^＊ 、及び信号ω_１ ^＊＊＊に基づいて、信号Ｖｄ^＊、及び信号Ｖｑ^＊を出力する。これらの信号は（数７）の演算によって得られる。
【００４８】
【数７】

【００４９】
ここで、Ｒ１^＊は１次抵抗設定値、Ｌ_σ ^＊はインダクタンスの設定値、Ｍ^＊は相互インダクタンス設定値、Ｌ２^＊は２次側インダクタンス設定値、φ_２ｄ ^＊はｄ軸２次磁束設定値である。
【００５０】
電圧演算器１６から出力された信号Ｖｄ^＊およびＶｑ^＊は演算誤差を含んでいる。そのため、加算器１７および１８において、ｄ軸電流制御器１２、及びｑ軸電流制御器６で演算されたｄ軸電圧補正信号Δｄおよびｑ軸電圧補正信号Δｑを加算することにより、信号Ｖｄ^＊およびＶｑ^＊の演算誤差を補正し、ｄ軸電圧指令信号Ｖｄ^＊＊およびｑ軸電圧指令信号Ｖｑ^＊＊を出力する。なお、信号Δｄは、加算器２４から出力された、信号Ｉｄ^＊＊と信号Ｉｄとの偏差信号に応じて、ｄ軸電流制御器１５で求められる。また、信号Δｑは、加算器２２から出力された、信号 Ｉｑ^＊ と信号Ｉｑとの偏差信号に応じて、ｑ軸電流制御器６で求められる。
【００５１】
座標変換器１９は、信号θ′を用いて信号Ｖｄ^＊＊、及び信号Ｖｑ^＊＊の座標変換を行い、３相の出力電圧指令信号ｖ_１ ^＊を出力する。電力変換器２は、信号ｖ_１ ^＊に比例した電圧を出力し、誘導電動機１を制御する。
【００５２】
次に、本実施例の特徴的な構成である速度制御器５，ｄ軸電流指令器１４，切り替え器１１および位相補正器１３のもたらす効果について詳細に説明する。
【００５３】
速度制御器５は、前述したように低速度域ではｑ軸電流指令信号Ｉｑ^＊ として０を出力するためｑ軸電流は０に制御され、速度推定信号ω_ｒ＾は、推定誤差の原因である抵抗値の設定誤差の影響を受けなくなる。すなわち、（数１）に示すように、速度推定信号ω_ｒ＾の演算において抵抗値はｑ軸電流値と乗算されるため、ｑ軸電流を０に制御することによって、抵抗値の設定誤差の影響を受けなくなる。従って、低速度域においても速度推定信号ω_ｒ＾が精度良く演算される。
【００５４】
また、速度制御器５において、信号Ｇａ２がＧａ２≠１となった瞬間には信号Ｉｑ^＊として信号Ｉｑ_０ ^＊が出力される。すなわち、信号Ｉｑ_０ ^＊ はＧａ２≠１となる領域における信号Ｉｑ^＊ の初期値となる。この信号Ｉｑ_０ ^＊は、低速度域におけるすべり周波数推定信号ω_ｓ ^＊＾ に基づいて求められるため、低速度域におけるトルクと同等のトルクをＧａ２≠１となったときにも発生させることができる。よって、低速度域と、低速度域よりも誘導電動機の速度が大きい領域との切り替えが、円滑に行われる。
【００５５】
加えて、速度制御器５では、低速度域におけるｄ軸電流指令信号（Ｉｄ^＊＊ｍａｘ）と、低速度域よりも誘導電動機の速度が大きい領域におけるｄ軸電流指令信号 （Ｉｄ^＊＊）との比に基づいてｑ軸電流指令信号Ｉｑ^＊ を増加している。この信号Ｉｑ^＊ の増加は、信号Ｉｄ^＊＊の減少に応じて発生する磁束の減少に起因するトルクの減少を、ｑ軸電流を増加することにより抑制するのもである。
【００５６】
更に速度制御器５では、信号Ｉｑ^＊ の増加を１次電流制限値に基づいて制限しているため、誘導電動機における過電流が防止される。
【００５７】
以上説明したように、低速度域において信号Ｉｑ^＊ を０にすることにより、速度推定信号ω_ｒ＾の推定誤差の問題は解消されるが、ｑ軸電流指令信号Ｉｑ^＊ を０とすると、誘導電動機に流れる１次電流が減少してしまう。そこで本実施例では、ｄ軸電流指令器１４において信号Ｉｄ^＊ に信号ΔＩｄを加えることにより、ｄ軸電流指令信号Ｉｄ^＊＊を増加し、ｑ軸電流指令信号Ｉｑ^＊ が０になることによる１次電流の減少を防止している。すなわち、ｑ軸電流指令信号Ｉｑ^＊ が減少した分を、ｄ軸電流指令信号Ｉｄ^＊＊を強めることにより補っている。このように、１次電流の不足を防止でき、１次電流の不足が原因となって発生するトルク不足を防止できる。
【００５８】
切り替え器１１では、低速度域において速度指令信号ω_ｒ ^＊とすべり周波数推定信号ω_ｓ ^＊＾ の加算値を、周波数指令信号ω_１ ^＊＊＊として用いている。このことにより、誘導電動機の回転速度は速度指令信号ω_ｒ ^＊に従って制御される。このように低速度域においても、すべり周波数を考慮した速度制御を行うため、誘導電動機を速度指令信号ω_ｒ ^＊により指令した回転速度で制御することができる。
【００５９】
位相補正器１３では、補正信号δ_φ＾が演算され、位相信号θに加算される。低速度域において、前述したようにｑ軸電流指令信号Ｉｑ^＊ を０にする場合は、トルクを出すために、図６（ａ）に示されるようにｄ軸（制御軸）とｍ軸（磁束軸）とに位相差を持たせて制御する。しかしながら、ベクトル制御では、ｄ軸とｍ軸との位相差を０に制御しなければｑ軸電流指令信号Ｉｑ^＊ に応じたトルクを得ることができない。そのため、低速度域におけるｑ軸電流指令信号Ｉｑ^＊ を０に制御する制御手法（以下、ｑ軸電流指令零制御と呼ぶ）からベクトル制御へと制御手法を変える場合、ｄ軸とｍ軸との位相差が０となるように、ｄ軸の位相を遅らせる必要がある。従って本実施例では、前述のようにｑ軸電流指令零制御からベクトル制御へと制御手法が切り替わる際に、位相信号θ′に補正角δ_φ＾（＝δ_{φ ０}＾）を加算することにより、図６（ｂ）に示すように、ｄ軸とｍ軸との位相差が０となるようにｄ軸を遅らせる。なお、関数器１３２で演算されるδ_{φ ０}＾は図６（ａ）中のδ_{φ ０}の推定値である。
【００６０】
一方、ベクトル制御からｑ軸電流指令零制御へと制御手法が切り替わる際には、ｍ軸とｄ軸の位相が一致しているため（図６（ｃ）参照）、ｄ軸の位相を図６（ｄ）に示すように進ませる必要がある。そこで本発明では、補正信号δ_φ＾ の値を（δ_{φ ０}＾−δ_{φ １}＾）とし、ｄ軸の位相を進ませている。このように制御手法に応じてｄ軸とｍ軸との位相差を調節しているため、トルク不足の発生を防止することができる。
【００６１】
本発明の他の実施例である誘導電動機の速度制御装置を図７を用いて以下に説明する。本実施例は速度推定器を用いずに、ｑ軸電流制御器から速度推定信号を得る速度センサレスベクトル制御を適用した誘導電動機の速度制御装置である。本実施例の構成について、主に図１の実施例の構成と異なる箇所を説明する。
【００６２】
本実施例は図１の実施例の速度推定信号に相当する、速度推定相当信号ω_ｒ＾をｑ軸電流指令信号Ｉｑ^＊ とｑ軸電流信号Ｉｑとの偏差信号に基づいてｑ軸電流制御器６′から得ている。得られた速度推定相当信号ω_ｒ＾は、加算器８′においてすべり周波数指令信号ω_ｓ ^＊と加算され、ω_１ ^＊として出力される。また信号ω_ｒ＾は加算器２１に入力され、加算器２１では信号ω_ｒ＾と信号ω_ｒ ^＊との偏差が求められる。なお、図１の実施例ではｑ軸電流制御器６の出力を信号Ｖｑ^＊ の補正に用いていたが、本実施例は前述した構成の違いにより、信号Ｖｑ^＊ を補正する必要がなくなった。また、前述したように本実施例では、信号ω_ｒ＾がｑ軸電流制御器 ６′から得られるため、図１に示される速度推定器４を備えていない。
【００６３】
本実施例においても、速度制御器５，切り替え器１１，位相補正器１３およびｄ軸電流指令器１４が図１の実施例と同様に動作するため、図１の実施例と同じ作用効果を生じる。
【００６４】
本発明の他の実施例である誘導電動機の速度制御装置を図８を用いて以下に説明する。本実施例は、速度推定器を用いずに、ｑ軸電流制御器の出力とすべり周波数指令信号との偏差を速度推定信号とする速度センサレスベクトル制御を適用したものである。本実施例の構成について、主に図１の実施例の構成と異なる箇所を説明する。
【００６５】
本実施例では、ｑ軸電流制御器６″の出力である信号ω_１ ^＊とすべり演算器７の出力であるすべり周波数指令信号ω_ｓ ^＊との偏差信号を加算器８″で演算し、加算器８″の出力を速度推定相当信号ω_ｒ＾とする。信号ω_ｒ＾は加算器２１に入力され、加算器２１では信号ω_ｒ＾と速度指令信号ω_ｒ ^＊との偏差が求められる。なお、図１の実施例ではｑ軸電流制御器６の出力を信号Ｖｑ^＊ の補正に用いていたが、本実施例は前述した構成の違いにより、信号Ｖｑ^＊ を補正する必要がなくなった。また、前述したように本実施例では、信号ω_ｒ＾が加算器８″において信号ω_１ ^＊とすべり演算器７の出力であるすべり周波数指令信号ω_ｓ ^＊との偏差信号として求められるため、図１に示される速度推定器４を備えていない。
【００６６】
本実施例においても、速度制御器５、切り替え器１１、位相補正器１３およびｄ軸電流指令器１４が図１の実施例と同様に動作するため、図１の実施例と同じ作用効果を生じる。
【００６７】
本実施例は、図７の実施例と同様に、速度推定器を用いなくても図１の実施例と同じ作用効果を生じる。
【００６８】
以上説明した各実施例では信号ω_ｒ ^＊の絶対値と設定値の絶対値との大小関係により関数器１１１，１１３、及び１４２の出力を制御している。しかし、どの実施例においても信号ω_ｒ＾の絶対値と設定値の絶対値との大小関係により、関数器１１１，１１３、及び１４２の出力を制御することで、ほぼ同じような効果を得ることができる。
【００６９】
【発明の効果】
本発明によれば、トルク不足が問題となる低速度域において、すべり周波数を考慮した誘導電動機の制御が可能となり、低速度域において誘導電動機に発生するトルクを増大できる。
【００７０】
また本発明によれば、誘導電動機の速度が低速度域から低速度域より大きい速度になった場合の切り替えが、円滑に行われる。
【００７１】
更に本発明によれば、誘導電動機における過電流を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な一実施例でる誘導電動機の速度制御装置の構成図である。
【図２】図１に示す速度制御器５の構成図である。
【図３】図１に示す関数器１１１の入出力関係図である。
【図４】図１に示す関数器１１３の入出力関係図である。
【図５】図１に示す位相補償器１３の構成図である。
【図６】図１の実施例における磁束、１次電流，ｄ軸電流およびｑ軸電流をベクトル表示した図であり、（ａ）および（ｄ）は低速度域における磁束および１次電流をベクトル表示した図、（ｂ）および（ｃ）は誘導電動機の速度が低速度域以上になったときの磁束および各電流をベクトル表示した図である。
【図７】本発明の他の実施例である誘導電動機の速度制御装置の構成図である。
【図８】本発明の他の実施例である誘導電動機の速度制御装置の構成図である。
【符号の説明】
１…誘導電動機、２…電力変換器、３…座標変換器、４…速度推定器、５…速度制御器、６…ｑ軸電流制御器、７…すべり演算器、９…すべり周波数推定器、１１…切り替え器、１２…位相演算器、１３…位相補正器、１４…ｄ軸電流指令器、１５…ｄ軸電流指令器、１６…電圧演算器、１９…座標変換器。

Claims (2)

1. 速度制御手段において速度推定値と速度指令値の偏差からｑ軸電流指令値を得、前記速度推定値とすべり周波数指令値に基づいて得られた周波数指令値、前記ｑ軸電流指令値、及びｄ軸電流指令値に基づいて電力変換器を制御し、前記電力変換器により誘導電動機を制御する誘導電動機の速度制御方法において、
   前記速度指令値、或いは前記速度推定値の絶対値が設定値未満の場合は、前記ｑ軸電流指令値を実質的に零にすると共に、前記ｄ軸電流指令値を増加させ、かつ前記周波数指令値として、前記速度指令値と、すべり周波数指令値の代わりに前記速度指令値と前記速度推定値との偏差に基づいて演算されたすべり周波数推定値とを用いて得られた値を用いることを特徴とする誘導電動機の速度制御方法。
2. 速度制御手段において速度推定値と速度指令値の偏差からｑ軸電流指令値を得、前記ｑ軸電流指令値と、電力変換器から出力される電流を座標変換して得られるｑ軸電流値との偏差に基づいて周波数指令値を求め、前記周波数指令値と、前記ｑ軸電流指令値から求められたすべり周波数指令値とに基づいて前記速度推定値を求め、前記周波数指令値、前記ｑ軸電流指令値、及びｄ軸電流指令値に基づいて前記電力変換器を制御し、前記電力変換器により誘導電動機を制御する誘導電動機の速度制御方法において、
   前記速度指令値、或いは前記速度推定値の絶対値が設定値未満の場合は、前記ｑ軸電流指令値を実質的に零にすると共に、前記ｄ軸電流指令値を増加させ、かつ前記周波数指令値として、前記速度指令値と、すべり周波数指令値の代わりに前記速度指令値と前記速度推定値との偏差に基づいて演算されたすべり周波数推定値とを用いて得られた値を用いることを特徴とする誘導電動機の速度制御方法。

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