JP3798700B2 - 誘導電動機制御装置 - Google Patents

Description

【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、ａｂ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ＶdRef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ＶqRef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ＶuRef,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、ＶＶＶＦ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、誘導電動機定数の一次漏れインダクタンスを補正する電動機定数補正手段を備えている。
また、請求項２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、周波数指令生成手段は、誘導電動機の一次漏れインダクタンスを用いて誘起電圧を演算する誘起電圧演算手段と、当該誘起電圧に基づいて一次周波数指令を演算する手段とから成る。
【００５３】
従って、請求項１及び請求項２に対応する発明の誘導電動機制御装置においては、トルク偏差指標演算手段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を補正することにより、トルクの補正が可能となるので、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。
【００５８】
また、請求項３に対応する発明では、上記請求項１又は請求項２に対応する発明の誘導電動機制御装置において、一次周波数が低い領域では、一次周波数の補正、あるいは誘導電動機定数の補正を行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３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】
さらに、請求項４に対応する発明では、上記請求項１又は請求項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偏差を演算する手段とを備えている。
【００６１】
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、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５に対応する発明では、上記請求項１又は請求項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５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６に対応する発明は、上記請求項１又は請求項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６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７に対応する発明では、記請求項１又は請求項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７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１６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ω１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１３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,ＶqPI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１６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１４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Ｔm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２０Ａ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、ＶＶＶＦ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。

Claims (7)

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、前記誘導電動機定数の一次漏れインダクタンス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。
2. 請求項１に記載の誘導電動機制御装置において、
   前記周波数指令生成手段は、
   前記誘導電動機の一次漏れインダクタンスを用いて誘起電圧を演算する誘起電圧演算手段と、
   当該誘起電圧に基づいて一次周波数指令を演算する手段とから成ることを特徴とする誘導電動機制御装置。
3. 請求項１又は請求項２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、あるいは前記誘導電動機定数の補正を行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。
4. 請求項１又は請求項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偏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。
5. 請求項１又は請求項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。
6. 請求項１又は請求項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。
7. 請求項１又は請求項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。

Images