JP6210915B2 - 誘導電動機駆動システム - Google Patents

Description

本発明は、誘導電動機の出力補償機能を備える誘導電動機駆動システムに関する。

従来の圧延設備に適用される誘導電動機駆動システムでは、電動機の電動機二次抵抗変化による出力トルクのずれを固定子巻線に設けたＲＴＤ（Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ：抵抗温度検出器）等の温度から推定し補償していた。

なお、誘導電動機の二次抵抗補償方式において、誘導電動機の温度変化に伴って変化する二次抵抗から算出される、すべり角周波数指令値の変化を補償することが知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開平７−３０３３９８号公報

例えば、図６は従来例の誘導電動機駆動システムの構成を示すブロック図である。図６に示す圧延設備などに適用される誘導電動機駆動システム３００には、すべり周波数制御が採用されているが、このすべり周波数（すべり角周波数指令値ωｓ^＊）演算には回転子の時定数が含まれる。この時定数には電動機二次抵抗が含まれ、誘導電動機１１１の温度変化により電動機二次抵抗値が大きく変動するため、この時定数を補正する手段として誘導電動機１１１の固定子巻線に温度検出器１１３等が設けられている。

誘導電動機駆動システム３００では、固定子巻線に温度検出器１１３からの検出温度Ｔ＿ＴＥＭＰを用いて、電動機二次抵抗値を推定する。例えば、この検出温度Ｔ＿ＴＥＭＰから、二次抵抗補償ゲイン部１１４、上下限リミット部１１５および二次抵抗補償演算部１１６により、電動機二次抵抗値が推定され、さらにこれを基準温度に基づく標準時定数との比較によって補正される。

すべり周波数演算部１１０は、この補正した二次抵抗値を用いて、すべり周波数演算を行う。しかしながら、検出温度Ｔ＿ＴＥＭＰは、回転子側の実際の温度ではなく、また、固定子巻線の温度検出箇所が一点のため、誘導電動機１１１内の温度を全体で把握できず、二次抵抗補償演算部１１６等による補正した電動機二次抵抗値に誤差が生じ、実際の出力トルクにも誤差が生じるという課題があった。

すなわち、電源角周波数ω０を安定にするためには、すべり周波数演算において明らかなように、すべり角周波数指令値ωｓ^＊の関数であるとする電動機二次時定数が一定でなければならないところ、実際の運転状態においては電動機回転子の温度変化に伴い電動機二次抵抗値が変化してしまう。このため、検出されるトルク基準電流Ｉｑ’とすべり角周波数指令値ωｓ^＊が比例しなくなるために起こるものである。

すなわち、誘導電動機１１１の温度変化に伴いその電動機二次抵抗値が変化すると、誘導電動機１１１の回転速度（角周波数ω）が変化し、実際のすべり角周波数とすべり角周波数指令値ωｓ^＊との間にずれが生じてしまう。この結果、トルク軸成分二次磁束が発生して、実際の誘導電動機１１１の出力トルクが変化してしまい、誘導電動機１１１において、所望のベクトル制御がなされず、トルク基準（トルク指令値）どおりの出力トルクが得られなくなる状態となる。

本発明が解決しようとする課題は、トルク基準と出力トルクとの差分を用いて、誘導電動機のすべり周波数を演算することにより、出力トルクの制御精度を向上することができる誘導電動機駆動システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る誘導電動機駆動システムは、圧延設備に適用される誘導電動機駆動システムであって、三相交流により駆動可能な誘導電動機と、前記誘導電動機の回転数を検出するレゾルバと、前記誘導電動機を可変速制御するインバータと、速度指令を入力して前記レゾルバにより検出された回転数から検出速度を求めてそれらの速度偏差を演算し、前記誘導電動機に入力される三相電流を検出して当該検出した三相電流と前記検出速度とすべり周波数の指令値とに基づいて前記誘導電動機に対するトルク基準電流および磁束基準電流を演算して制御するベクトル制御を用いて前記インバータを制御するベクトル制御部と、前記誘導電動機の出力トルクを演算する出力トルク演算部と、演算された前記出力トルクと前記トルク基準電流から求められるトルク基準との差分トルクを演算する差分トルク演算部と、前記差分トルク演算部で演算された前記差分トルクのうち、予め設定された差分トルク閾値を超えた異常値を除外する差分トルク制限部と、前記誘導電動機の運転条件ごとに、前記差分トルク制限部の出力をトルク補正データとして記憶し、当該トルク補正データを用いて前記誘導電動機の出力トルクの不足を補償するための補正トルクを演算する演算・メモリ部と、演算された前記トルク基準電流および磁束基準電流と前記補正トルクとを用いて前記すべり周波数の指令値を演算し、前記すべり周波数の指令値を前記ベクトル制御部に出力するすべり周波数演算部と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る誘導電動機駆動システムによれば、トルク基準と出力トルクとの差分を用いて、誘導電動機のすべり周波数を演算することにより、出力トルクの制御精度を向上することができる。

本発明に係る誘導電動機駆動システムの第１の実施形態の構成を示すブロック図。 図１の誘導電動機駆動システムによる差分トルク演算処理を示す処理動作図。 本発明に係る誘導電動機駆動システムの第２の実施形態の構成を示すブロック図。 インバータ効率の一例を示す図。 モータ効率の一例を示す図。 従来例の誘導電動機駆動システムの構成を示すブロック図。

以下、本発明に係る実施形態の誘導電動機駆動システムについて、図面を参照して具体的に説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。なお、前述した図６についても同様であり、重複説明も省略している。ここで説明する下記の実施形態はいずれも、誘導電動機を制御する誘導電動機駆動システムの一例をとりあげて説明する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明に係る誘導電動機駆動システムの第１の実施形態の構成を示すブロック図である。また、図２は、図１の誘導電動機駆動システムによる差分トルク演算処理を示す処理動作図である。以下、第１の実施形態の誘導電動機駆動システムについて説明する。

第１の実施形態の誘導電動機駆動システム３０ａは、圧延時における無負荷加減速時の出力トルクＴ’を、回転角センサであるレゾルバ１２の回転数フィードバックからこの時の誘導電動機１１の出力トルクＴ’を算出し、その算出結果とその時のトルク基準Ｔｒｅｆとの差分を求める。そして、この差分を学習することにより、これを一次周波数に変換した信号を用いてすべり周波数演算部１０に入力し、この値を三相／二相変換器８にフィードバックすることで、負荷時の出力トルクＴ’を補償する機能を設けたものである。

このために、第１の実施形態の誘導電動機駆動システム３０ａは、図１に示すように、インバータ５と、誘導電動機１１と、レゾルバ（ＳＳ）１２と、インバータ制御装置２０ａと、相電流検出器５１と、インバータ出力検出器５２とを備えている。

誘導電動機１１は、圧延設備などの負荷に接続されて、当該負荷を駆動する交流電動機である。

インバータ５は、誘導電動機１１の速度を可変速可能に制御する。インバータ５は、その入力側に直流電力の供給元である直流供給源に接続され、その出力側に交流電力の供給を受ける誘導電動機１１が接続されている。

レゾルバ１２は、トランスの原理を利用したセンサであり、誘導電動機１１のロータ角度に応じて出力巻線に偏位する電圧が検出される。この検出された電圧信号が、例えば回転角のアナログ信号、または、Ａ／Ｄ変換および演算されてデジタル信号として、レゾルバ１２の外部に出力される。例えば、アナログ信号またはデジタル信号として、回転数ｒｏｔｎの信号が出力される。

インバータ制御装置２０ａは、インバータ５を介して、誘導電動機１１の速度を可変速可能に、および、出力トルクを所望の範囲に制御する。

相電流検出器５１は、インバータ５から出力されて誘導電動機１１に入力される三相電流Ｉ_Ｕ、Ｉ_ＶおよびＩ_Ｗを検出し、その検出信号をインバータ制御装置２０ａに出力する。

インバータ出力検出器５２は、例えばインバータ５の出力側に設けられ、インバータ出力電流Ｉａｃとインバータ出力電圧Ｖａｃとを計測する。インバータ出力検出器５２は、インバータ出力電流Ｉａｃとインバータ出力電圧Ｖａｃについての計測値をインバータ制御装置２０ａに出力する。

以下、インバータ制御装置２０ａについて、図１および図２を参照しながら説明する。

インバータ制御装置２０ａは、図１に示すように、ベクトル制御部２１、すべり周波数演算部１０、出力トルク演算部１３ａ、差分トルク演算部１４、差分トルク制限部１５、および演算・メモリ部１６を備えている。また、ベクトル制御部２１は、速度制御器１、ｑ軸電流制御器２、二相／三相変換器３、制御器４、界磁弱め制御器６、ｄ軸電流制御器７、三相／二相変換器８および速度検出部９を有している。

ベクトル制御部２１は、インバータ５を介して、誘導電動機１１をベクトル制御して所望の速度指令信号ωｒに応じた可変速制御を実行する。ベクトル制御部２１の構成は、周知な技術であるため、ここではその説明は簡易に行い、以降では主に、すべり周波数演算部１０、出力トルク演算部１３ａ、差分トルク演算部１４、差分トルク制限部１５、および演算・メモリ部１６の機能について説明する。

ベクトル制御部２１において、速度検出部９は、レゾルバ１２から入力される回転数ｒｏｔｎの検出信号に基づいて、速度検出信号（検出速度と称す）ωに変換する。速度検出部９は、変換した検出速度ωを出力する。その出力先は、速度制御器１、界磁弱め制御器６などである。

図１において、入力される速度指令信号（速度指令と称す）ωｒと、速度検出部９により検出された検出速度ωとから速度偏差Δω＝ωｒ−ωが算出され、この速度偏差Δωが速度制御器１に入力される。

速度制御器１は、速度偏差Δωに応じて、ｑ軸成分のトルク基準電流Ｉｑを算出する。また、速度制御器１は、その速度偏差Δωに応じて、トルク基準電流Ｉｑに対応するトルク基準Ｔｒｅｆを算出する。

界磁弱め制御器６は、検出速度ωに応じて、ｄ軸成分の磁束基準電流Ｉｄを算出する。

従来、図６に示す誘導電動機駆動システム３００では、インバータ５にて駆動される誘導電動機１１１の二次抵抗値は、ＲＴＤ／ＰＴなどの温度検出器１１３にて検出された検出値が演算されて、すべり周波数演算部１１０にフィードバックされる。すべり周波数演算部１１０は、演算された二次抵抗値に基づいて、指令値のトルク基準電流Ｉｑおよび磁束基準電流Ｉｄにフィードバックすることで、二次抵抗分を補償している。

図１に示す誘導電動機駆動システム３０ａでは、誘導電動機１１の二次抵抗値を求めるための温度監視をせずに、出力トルクＴ’とトルク基準Ｔｒｅｆとから差分トルクΔＴを算出し、この差分トルクΔＴを用いることにより、すべり周波数（すべり角周波数指令値ωｓ^＊）を演算する。以下、すべり周波数の演算処理を説明する。

また、レゾルバ１２の回転数ｒｏｔｎ、インバータ５の出力側で検出される出力電圧Ｖａｃおよび出力電流Ｉａｃに関する計測値が出力トルク演算部１３ａに入力される。出力トルク演算部１３ａは、回転数ｒｏｔｎ、インバータ５の出力電流Ｉａｃおよび出力電圧Ｖａｃの計測値を用いて出力トルクＴ’を算出する。なお、出力電圧Ｖａｃおよび出力電流Ｉａｃは、交流電圧および交流電流である。

なお、出力トルク演算部１３ａにおいて、出力トルクＴ’は、以下の（式１）から、
Ｔ’＝Ｋｇ×Ｐ／ｒｏｔｎ ・・・（式１）
と求められる。なお、Ｋｇは、単位系に応じた定数である。

また、インバータ５の出力電圧Ｖａｃおよび出力電流Ｉａｃを用いて、誘導電動機１１における電動機出力Ｐを示すと、
Ｐ＝（√３）×Ｖａｃ×Ｉａｃ ・・・（式２）
となる。

差分トルク演算部１４は、この算出した出力トルクＴ’とトルク基準Ｔｒｅｆとから差分トルクΔＴを求める。差分トルクΔＴにおける値（演算結果）を温度要因による二次抵抗変化の影響による出力トルクＴ’の変動分とし、この差分トルクΔＴの演算結果を差分トルク演算部１４から差分トルク制限部１５に出力する。

差分トルク制限部１５には、予め差分トルクΔＴの閾値が設定されており、これにより差分トルク制限部１５に入力された差分トルクΔＴの演算結果のうち異常値は除外される。その結果、差分トルク制限部１５から正常範囲とされる差分トルクΔＴの演算結果のみが出力される。

以上のように検出された差分トルクΔＴが、演算・メモリ部１６に入力される。演算・メモリ部１６は、例えば時系列に検出された複数の差分トルクΔＴの演算結果に関するデータを記憶する。

演算・メモリ部１６は、差分トルクΔＴについて、例えば環境条件、負荷条件などの運転条件で区分して、トルク補正データに関するテーブルデータとして記憶する。

誘導電動機駆動システム３０ａにおいて、例えば無負荷時加速運転および無負荷時減速運転に基づいて、差分トルクΔＴが演算され、その際のトルク基準Ｔｒｅｆと共に演算・メモリ部１６に記憶される。演算・メモリ部１６は、負荷時運転において、記憶されたその差分トルクΔＴを取り出し、現在のトルク基準Ｔｒｅｆに差分トルクΔＴ分を補正して、補正後の出力トルク（補正トルクＴｘ）を求める。演算・メモリ部１６は、求めた補正トルクＴｘの値を、すべり周波数演算部１０に出力する。

すべり周波数演算部１０は、補正トルクＴｘの他にもトルク基準電流Ｉｑ（と対応するトルク基準Ｔｒｅｆ）および磁束基準電流Ｉｄを入力して、これらの入力に基づいてすべり周波数の指令値（すべり角周波数指令値ωｓ^＊）を演算する。すべり周波数演算部１０は、補正トルクＴｘに応じてトルク基準電流Ｉｑを補正する。これにより、すべり周波数演算部１０は、周知の式を用いて、すべり周波数の指令値を演算する。

すべり周波数演算部１０から出力されるすべり角周波数指令値ωｓ^＊と、検出速度ωとを加算して得られる電源角周波数ω０＝ωｓ^＊＋ωが、三相／二相変換器８に入力される。

さらに、三相／二相変換器８は、インバータ出力の三相電流Ｉ_Ｕ、Ｉ_Ｖ、Ｉ_Ｗに基づいて、電源角周波数ω０に対応する、検出値としての二相電流として座標変換であるｄ−ｑ軸成分要素（Ｉｄ’、Ｉｑ’）を算出する。三相／二相変換器８は、算出したＩｄ’、Ｉｑ’をｄ軸電流制御器７およびｑ軸電流制御器２の入力にフィードバック（帰還）して、指令値としての磁束基準電流Ｉｄ、トルク基準電流Ｉｑに加算する。

ｄ軸電流制御器７は、磁束基準電流Ｉｄ＋Ｉｄ’に所定のゲインをかけて、二相／三相変換器３に出力する。また、ｑ軸電流制御器２は、トルク基準電流Ｉｑ＋Ｉｑ’に所定のゲインをかけて、二相／三相変換器３に出力する。すなわち、ｄ軸電流制御器７およびｑ軸電流制御器２は、指令値の二相電流と検出値の二相電流が一致するように電流制御して、その制御出力を二相／三相変換器３に出力する。なお、磁束基準電流Ｉｄ＋Ｉｄ’およびトルク基準電流Ｉｑ＋Ｉｑ’は、Ｉｄ’およびＩｑ’を加算表示した例で示しているが、座標の基準のとり方により磁束基準電流Ｉｄ−Ｉｄ’およびトルク基準電流Ｉｑ−Ｉｑ’のように減算表示してもよい。

ｄ軸電流制御器７およびｑ軸電流制御器２から出力される二相電流が二相／三相変換器３に入力され、二相／三相変換器３により三相電流に変換される。二相／三相変換器３は、変換した三相電流の指令値を制御器４に出力する。

制御器４は、三相電流の指令値に応じて、インバータ５を制御する。

以下、温度要因による二次抵抗変化の影響による出力トルクＴ’の変動分を補償する制御処理について説明する。

圧延時の出力トルクＴ’について、以下の要因による出力トルク低下が挙げられ、
（１）温度要因以外のモータロスによる出力トルク低下：Ｔ_{Ｍ＿ｌｏｓｓ}
（２）機械ロスによる出力トルク低下：Ｔ_{ｍｅｃｈ＿ｌｏｓｓ}
（３）温度要因による二次抵抗変動の影響で起きる出力トルク低下：Ｔ_{Ｒ２＿ｌｏｓｓ}
この（１）から（３）を考慮して、トルク基準Ｔｒｅｆであるとき、無負荷時加減速運転の出力トルクＴ’は、以下の（式３）から求められる。
Ｔ’＝Ｔｒｅｆ−Ｔ_{Ｍ＿ｌｏｓｓ}−Ｔ_{ｍｅｃｈ＿ｌｏｓｓ}−Ｔ_{Ｒ２＿ｌｏｓｓ}
・・・（式３）

（式３）において、無負荷であれば（１）温度要因以外のモータロスによる出力トルク低下、（２）機械ロスによる出力トルク低下は運転条件が変わっても一定と考えて問題ないため、変動があるのは、（３）温度要因による二次抵抗変動の影響で起きる出力トルク低下となる。トルク基準Ｔｒｅｆからの差は、最終的にこの（３）による出力トルク低下の変動を考慮すれば良い。

具体的には、誘導電動機駆動システム３０ａにおいて、負荷運転前に、例えば圧延時の無負荷時加減速運転を利用し、図２に示すようなタイミングで差分トルク演算を行う。ただし、図２のような加速・減速状態において、速度フィードバックは速度基準（速度指令ωｒ）に追従していること、圧延材は無い（材噛込みや尻抜けはなし）状態で速度基準を満たしているものとする。

誘導電動機駆動システム３０ａでは、図２に示すように、例えば速度指令ωｒが無負荷時加速運転（期間Ｉ、ＩＩＩ）および無負荷時減速運転（期間Ｖ、ＶＩＩ）の各々の状態になるように外部から入力される。ここで、この際の出力トルクについて、図２に示すように、無負荷時加速トルクＴ’ａｃとし、無負荷時減速トルクＴ’ｄｅｃとして区分して記載する。なお、期間ＩＩ、ＩＶおよびＶＩでは、定速度とする。

また、例えば期間ＩおよびＩＩＩで取得されたトルク基準Ｔｒｅｆと無負荷時加速トルクＴ’ａｃとの差について算術平均し、その結果を差分トルクΔＴａｃとする。同様に、例えば期間ＶおよびＶＩＩで取得されたトルク基準Ｔｒｅｆと無負荷時減速トルクＴ’ｄｅｃとの差について算術平均し、その結果を差分トルクΔＴｄｅｃとする。

これらの差分トルクΔＴａｃ、差分トルクΔＴｄｅｃを含む差分トルクΔＴを、逐次記憶して学習するために、例えば演算・メモリ部１６では、次のような計算を行い、差分トルクΔＴ（ｎ）を求めて記憶する。ここで、ΔＴ（ｎ）は、ｎ回目（ｎは１以上の整数）の計算（例えば算術平均）により求められた差分トルクを表すものとする。定速度状態から１回目の加速、減速、２回目の加速、減速、３回目・・・ｎ回目などの試験状態を繰り返した場合に、ｎ回目までで求められる差分トルクΔＴ（ｎ）は以下の（式４）または（式５）で求められる。

無負荷時加速ｎ回目までで求められる差分トルクΔＴ（ｎ）は、ΔＴ’（ｎ）として、

で示される。

また、無負荷時減速ｎ回目までで求められる差分トルクΔＴ（ｎ）は、ΔＴ’’（ｎ）として、

で示される。

出力トルク演算部１３ａは、前述したように、レゾルバ１２から得られる回転数ｒｏｔｎと、インバータ５の出力電圧Ｖａｃおよび出力電流Ｉａｃの計測値とから無負荷時加速トルクＴ’ａｃや、無負荷時減速トルクＴ’ｄｅｃなどの出力トルクＴ’を演算する。

差分トルク演算部１４は、この算出した出力トルクＴ’とトルク基準Ｔｒｅｆとから差分トルクΔＴ（差分トルクΔＴａｃ、差分トルクΔＴｄｅｃ）を求める。さらに、差分トルク制限部１５に入力された差分トルクΔＴの演算結果のうち異常値は除外される。その結果、差分トルク制限部１５から正常範囲とされる差分トルクΔＴの演算結果のみが出力される。

以上のように、演算・メモリ部１６には、予め無負荷時に収集された複数の差分トルクΔＴ（ｎ）の演算結果が入力され、格納される。無負荷時加減運転を繰り返すことによって、差分トルクΔＴ（ｎ）が収束していき、より精度の高いトルク補正が可能となる。

なお、演算・メモリ部１６は、差分トルクΔＴ（ｎ）の収束した結果をトルク補正データとして用いる。

演算・メモリ部１６は、例えば環境条件（周囲温度、強制空冷などの条件）、負荷条件（軽負荷、重負荷などの負荷レベル）などの運転条件により区分して、トルク補正データに関するテーブルデータとして記憶する。

これにより、誘導電動機駆動システム３０ａは、負荷時において、運転条件ごとに演算・メモリ部１６から温度要因による二次抵抗変動の影響を補正する補正トルクについてのトルク補正データを抽出する。演算・メモリ部１６は、現在のトルク基準Ｔｒｅｆについてトルク補正データを用いて補正し、補正トルクＴｘを求める。演算・メモリ部１６は、求めた補正トルクＴｘの値を、すべり周波数演算部１０に出力する。

すべり周波数演算部１０は、磁束基準、トルク基準Ｔｒｅｆ、および補正トルクＴｘを用いて、補正後のすべり周波数の指令値を演算する。

以上説明したような制御方法を用いることにより、誘導電動機１１の温度を監視しなくとも、出力トルクＴ’とトルク基準Ｔｒｅｆとから差分トルクΔＴを算出し、算出した差分トルクΔＴから補正トルクＴｘを求めてすべり周波数演算に用いる。これにより、温度要因による二次抵抗変化の影響による出力トルクＴ’の変動分を補償し、安定したトルク出力特性を得ることができる。

換言すれば、誘導電動機駆動システム３０ａは、差分トルクΔＴを用いて、出力トルクＴ’を補正することにより、誘導電動機１１の様々な運転条件の温度変化による二次抵抗変化の影響を軽減し、ベクトル制御の制御不安定やトリップ等を回避することができる。また、どのような運転条件においても精度よく出力トルクＴ’を制御することができる。

第１の実施形態によれば、トルク基準と出力トルクとの差分を用いて、誘導電動機のすべり周波数を演算することにより、出力トルクの制御精度を向上することができる。

［第２の実施形態］
図３は、本発明に係る誘導電動機駆動システムの第２の実施形態の構成を示すブロック図である。図４はインバータ効率の一例を示す図であり、図５はモータ効率の一例を示す図である。以下、第２の実施形態の誘導電動機駆動システムについて説明する。

第２の実施形態の誘導電動機駆動システム３０ｂは、図３に示すように、インバータ５と、誘導電動機１１と、レゾルバ１２と、インバータ制御装置２０ｂと、相電流検出器５１と、インバータ入力検出器（ＣＴ・ＶＴ）５３とを備えている。

相電流検出器５１は、インバータ５から出力されて誘導電動機１１に入力される三相電流Ｉ_Ｕ、Ｉ_ＶおよびＩ_Ｗを検出し、その検出信号をインバータ制御装置２０ｂに出力する。

ＣＴ・ＶＴ５３は、例えばインバータ５の装置内に設けられ、インバータ入力電流Ｉｄｃとインバータ入力電圧Ｖｄｃとを計測する。ＣＴ・ＶＴ５３は、インバータ入力電流Ｉｄｃとインバータ入力電圧Ｖｄｃの計測値をインバータ制御装置２０ｂに出力する。

以下、インバータ制御装置２０ｂについて、図３ないし図５を参照しながら説明する。

インバータ制御装置２０ｂは、図３に示すように、ベクトル制御部２１、すべり周波数演算部１０、出力トルク演算部１３ｂ、差分トルク演算部１４、差分トルク制限部１５、および演算・メモリ部１６を備えている。なお、ベクトル制御部２１の構成については、図１と同様である。

出力トルク演算部１３ｂは、インバータ入力電流Ｉｄｃと、インバータ入力電圧Ｖｄｃと、予め記憶されたインバータ効率η_ＩＮＶおよび電動機効率η_ＭＯＴを用いて、現在の電動機出力Ｐを演算する。さらに、出力トルク演算部１３ｂは、この電動機出力Ｐの計算結果と現在の回転数ｒｏｔｎから、現在の出力トルクＴ’を演算する。

例えば、インバータ入力電流Ｉｄｃ（Ａ）、インバータ入力電圧Ｖｄｃ（Ｖ）、インバータ効率η_ＩＮＶ、電動機効率η_ＭＯＴ、出力Ｐ（Ｗ）、回転数ｒｏｔｎ（ｒｐｍ）、出力トルクＴ’（Ｎｍ）の単位系で、以下の（式６）および（式７）を示す。

Ｐ＝Ｉｄｃ×Ｖｄｃ×η_ＩＮＶ×η_ＭＯＴ ・・・（式６）
Ｔ’＝Ｋｇ×Ｐ／ｒｏｔｎ ・・・（式７）
によって換算できる。なお、Ｋｇは、単位系に応じた定数である。

なお、インバータ効率η_ＩＮＶおよび電動機効率η_ＭＯＴは、誘導電動機１１の負荷変動により例えばインバータ効率η_ＩＮＶ（図４）、電動機効率η_ＭＯＴ（図５）のように変化し、また、機種ごとの特性によっても変化する。

機種ごととは、インバータ効率η_ＩＮＶの場合、主に、例えばインバータ５に用いられる電力素子ごとによる効率の相違である。すなわち、このインバータ５に用いられる電力素子ごとに、インバータ効率η_ＩＮＶが異なる。電力素子（制御素子）は、例えばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＧＴＯ（Ｇａｔｅ Ｔｕｒｎ−Ｏｆｆ Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）などである。また、電動機効率η_ＭＯＴの場合、電動機効率η_ＭＯＴは使用される誘導電動機１１の設計仕様などにより異なる。

図４の例では、インバータ５の機種ごとの負荷率とインバータ効率（装置効率とも記す）η_ＩＮＶとの関係を示す。例えば、図４に示す制御素子＃１はＩＧＢＴを用いた例であり、制御素子＃２はＧＴＯを用いた例である。

また、図５の例では、誘導電動機１１の機種ごとによる電動機負荷率と電動機効率（装置効率とも記す）η_ＭＯＴとの関係を示す。また、誘導電動機１１の機種ごととして、機種Ａの定格速度や最高速度の例と、機種Ｂの定格速度や最高速度の例を示す。

ここで、それぞれの効率は、入力電圧（ｘ）、入力電流（ｙ）、回転数（ｚ）、他（・・・）などにより、例えばη_ＩＮＶ＝Ｆ（ｘ，ｙ，ｚ，・・・）、η_ＭＯＴ＝Ｇ（ｘ，ｙ，ｚ，・・・）のような関数となる。

出力トルク演算部１３ｂには、図４および図５に示すような、インバータ５の機種および誘導電動機１１の機種に対応したインバータ効率η_ＩＮＶおよび電動機効率η_ＭＯＴについて予め記憶されている。出力トルク演算部１３ｂは、これらを用いることにより、現在の電動機出力Ｐの演算が可能となる。インバータ５および誘導電動機１１のこれらの機種特性は、主に機器の設計・製作時に決定する要素である。

差分トルク演算部１４は、この出力トルクＴ’と速度制御器１から出力されるトルク基準Ｔｒｅｆとの差分トルクΔＴを求め、この演算結果を差分トルク制限部１５にて差分トルクΔＴの閾値を設けることで異常値は除外し、正常時の差分のみ検出する。

演算・メモリ部１６は、前述したように、予め無負荷時に収集された複数の差分トルクΔＴを記憶する。

これにより、誘導電動機駆動システム３０ｂは、負荷時において、運転条件ごとに演算・メモリ部１６から温度要因による二次抵抗変動の影響を補正する補正トルクＴｘについてのトルク補正データを抽出する。演算・メモリ部１６は、現在のトルク基準Ｔｒｅｆについてトルク補正データを用いて補正し、補正トルクＴｘを求める。演算・メモリ部１６は、求めた補正トルクＴｘの値を、すべり周波数演算部１０に出力する。

すべり周波数演算部１０にて、補正トルクＴｘを用いてすべり周波数（補償後のすべり角周波数指令値ωｓ^＊）を求め、三相／二相変換器８がこのすべり周波数および三相電流
を用いて、フィードバック成分の二相電流をｄ−ｑ軸制御分に変換して算出する。

三相／二相変換器８は、これをｄ軸電流制御器７およびｑ軸電流制御器２の入力にフィードバックとして加える。このような制御処理を用いることにより、誘導電動機１１の温度を監視しなくとも、安定したトルク出力特性を得ることができる。

第２の実施形態によれば、トルク基準と出力トルクとの差分を用いて、誘導電動機のすべり周波数を演算することにより、出力トルクの制御精度を向上することができる。

また、誘導電動機の機種ごとおよびインバータの機種ごとについて、負荷率と効率との関係を用いて出力トルクを推定演算することができるため、多種多様な誘導電動機とインバータの組み合わせに対応することができる。

［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。例えば、交流電動機駆動装置は、多相（二相以上）交流電動機を制御することであってもよい。また、例えば各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。さらに、これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…速度制御器、２…ｑ軸電流制御器、３…二相／三相変換器、４…制御器、５…インバータ、６…界磁弱め制御器、７…ｄ軸電流制御器、８…三相／二相変換器、９…速度検出部、１０、１１０…すべり周波数演算部、１１、１１１…誘導電動機、１２…レゾルバ（ＳＳ）、１３ａ、１３ｂ…出力トルク演算部、１４…差分トルク演算部、１５…差分トルク制限部、１６…演算・メモリ部、２０ａ、２０ｂ、２００…インバータ制御装置、２１…ベクトル制御部、３０ａ、３０ｂ、３００…誘導電動機駆動システム、５１…相電流検出器、５２…インバータ出力検出器、５３…インバータ入力検出器（ＣＴ・ＶＴ）、１１３…温度検出器、１１４…二次抵抗補償ゲイン部、１１５…上下限リミット部、１１６…二次抵抗補償演算部

Claims (5)

1. 圧延設備に適用される誘導電動機駆動システムであって、
   三相交流により駆動可能な誘導電動機と、
   前記誘導電動機の回転数を検出するレゾルバと、
   前記誘導電動機を可変速制御するインバータと、
   速度指令を入力して前記レゾルバにより検出された回転数から検出速度を求めてそれらの速度偏差を演算し、前記誘導電動機に入力される三相電流を検出して当該検出した三相電流と前記検出速度とすべり周波数の指令値とに基づいて前記誘導電動機に対するトルク基準電流および磁束基準電流を演算して制御するベクトル制御を用いて前記インバータを制御するベクトル制御部と、
   前記誘導電動機の出力トルクを演算する出力トルク演算部と、
   演算された前記出力トルクと前記トルク基準電流から求められるトルク基準との差分トルクを演算する差分トルク演算部と、
   前記差分トルク演算部で演算された前記差分トルクのうち、予め設定された差分トルク閾値を超えた異常値を除外する差分トルク制限部と、
   前記誘導電動機の運転条件ごとに、前記差分トルク制限部の出力をトルク補正データとして記憶し、当該トルク補正データを用いて前記誘導電動機の出力トルクの不足を補償するための補正トルクを演算する演算・メモリ部と、
   演算された前記トルク基準電流および磁束基準電流と前記補正トルクとを用いて前記すべり周波数の指令値を演算し、前記すべり周波数の指令値を前記ベクトル制御部に出力するすべり周波数演算部と、を備える
   ことを特徴とする誘導電動機駆動システム。
2. 前記トルク補正データは、前記誘導電動機の無負荷加速時または無負荷減速時の少なくとも一方における、前記トルク基準と前記出力トルクとの差を算術平均した値である
   ことを特徴とする請求項１に記載の誘導電動機駆動システム。
3. 前記出力トルク演算部は、前記インバータにおける出力側の出力電圧および出力電流について計測値を前記インバータから入力し、当該計測値と検出された前記回転数とを用いて前記出力トルクを演算する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の誘導電動機駆動システム。
4. 前記出力トルク演算部は、前記インバータにおける入力側の入力電圧および入力電流について計測値を前記インバータから入力し、当該計測値と検出された前記回転数と予め定められた効率とを用いて前記出力トルクを演算する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の誘導電動機駆動システム。
5. 前記出力トルク演算部は、前記予め定められた効率を、前記誘導電動機の機種ごと、または、前記インバータの機種ごとの少なくとも一方について、負荷率と効率との関係を予め記憶し、当該負荷率と効率との関係を用いて前記出力トルクを演算する
   ことを特徴とする請求項４に記載の誘導電動機駆動システム。

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