JPH11187699A - 誘導電動機の速度制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電動機定数の変動等による速度推定誤差の影響
を受けることなく、零速度域においてもトルク不足を生
じない誘導電動機の速度制御法を提供すること。 【解決手段】速度指令値が所定値以下の場合、ｄ軸電流
を通常時の値以上に制御すると共に、周波数指令値の演
算に速度推定値の代わりに速度指令値を用いる。 【効果】零速度域からトルク不足なしに誘導電動機の速
度制御を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘導電動機の速度
制御方法に関し、特に電動機取り付けの速度センサが不
要で零速度域から高トルクが得られる速度センサレスベ
クトル制御法に関する。

【０００２】

【従来の技術】誘導電動機のベクトル制御においては、
電動機の回転速度とすべり周波数基準値の加算値に応じ
て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、速度センサレスベクトル制御においては、実回転
速度の代わりに速度推定値を用いて出力周波数を制御す
る。ところが、速度推定値には誤差が含まれるため、実
すべり周波数は適正基準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、この結果、電動機発生トルクはトルク
電流に比例しなくなり、極度の場合は、トルク不足を来
たす場合がある。速度推定の誤差原因としては、速度推
定演算に用いる電動機定数（１次および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。従来はこれらの変動を
補償する十分な方法がなく、このため、特に零速度近傍
においてトルク不足を生じる場合があった。なお、関係
の文献としては、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）がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、電動
機定数の変動等による速度推定誤差の影響を受けること
なく、零速度域においてもトルク不足を生じない誘導電
動機の速度制御法を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、速度指令値が
所定値以下の場合、ｄ軸電流を通常時の値以上に制御
し、また、周波数指令値を速度推定値に代えて速度指令
値に基づいて演算するようにしたことを特徴とする。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明の実施例について図を用い
て説明する。

【０００６】図１は、本発明の一実施例の速度センサレ
スベクトル制御装置の構成例を示す。１は誘導電動機、
２は電圧指令値Ｖ₁ ^*に比例した出力電圧を出力する電力
変換器、３は変換器出力電流ｉu，ｉwを座標変換し、ｄ
軸およびｑ軸電流ｉd，ｉqを演算する座標変換器、４は
ｑ軸電圧指令値Ｖ_q ^**およびｉqに基づいて速度推定値ω
_r＾を演算する速度推定器、５は速度指令値ω_r ^*と速度
推定値ω_r＾の偏差に応じて、ｑ軸電流指令値ｉq^*を出
力する速度制御器で、ｉd に応じてｉq^*を制限する制限
器を備えている。６はｉq^*とｉq に応じてΔｑを出力す
るｑ軸電流制御器、７はｉq^*に基づいてすべり周波数基
準値ω_s ^*を演算するすべり周波数演算器、８は、ω_r＾
とω_s ^*を加算して信号ω₁ ^*を得る加算器、９はω₁ ^*とω
_r ^*を回転速度の大小に応じて切り替えて出力する切り替
え器で、ω₁ ^*と関数器９１の出力Ｇa１を乗算する乗算
器９２，ω_r ^*と関数器９３の出力Ｇa２を乗算する乗算
器９４、および両乗算器の出力を加算する加算器９５に
より構成される。１０は切替回路９からの出力周波数指
令値ω₁ ^** を積分して位相基準値θを出力する位相基準
発生器、１１はｄ軸電流指令器で、添加電流値Δｉd と
関数器１１１の出力Ｇa３ を乗算する乗算器１１２、お
よび基準電流値ｉd^*と乗算器出力を加算し、その１次遅
れ値ｉd^**を出力する遅れ回路１１３により構成され
る。１２はｉd^**とｉdの偏差に応じた信号Δｄを出力す
るｄ軸電流制御器、１３はｉd^**，ｉq^*、およびω₁ ^**に
基づいてｄ軸およびｑ軸電圧基準値Ｖ_d ^*，Ｖ_q ^* を演算
する電圧演算器、１４はＶ_d ^*とΔｄの加算値Ｖ_d ^**を出
力する加算器、１５はＶ_q ^* とΔｑの加算値Ｖ_q ^**を出力
する加算器、１６はＶ_d ^**とＶ_q ^** を座標変換し、変換
器出力電圧指令値Ｖ₁ ^*（３相）を出力する座標変換器で
ある。

【０００７】以上において、９，１１が本発明の特徴的
なところである。９，１１内の関数器の特性は次のよう
である。関数器９１の出力Ｇa１ はω_r ^*が零近傍では
０、大では１の値をとり、関数器９３の出力Ｇa２ はそ
の逆の値をとる。すなわち、Ｇa１，Ｇa２は互いに相補
の、（数１）の関係にある。

【０００８】

【数１】 Ｇa１＋Ｇa２＝１ …（数１） したがって、切り替え器９の出力ω₁ ^** は（数２）で与
えられる。これにより、ω₁ ^** は零速域ではω_r ^*に、そ
れ以外ではω₁ ^*に一致する。Ｇa１，Ｇa２の漸増／漸減
領域は切り替えを円滑に行うためのもので、この領域で
はω₁ ^** としてω₁ ^*とω_r ^*の中間値が出力される。

【０００９】

【数２】 ω₁ ^**＝ω₁ ^*Ｇa１＋ω_r ^*Ｇa２ …（数２） また、関数器１１１の出力Ｇa３は、ω_r ^*が零近傍では
１、それ以外では０の値をとる。これにより、ｉd^**お
よびｉd は零速度域において基準値ｉd^*からΔｉdだけ
強められる。

【００１０】次にシステム全体の動作について述べる。
構成要素の１〜７，１０，１２，１３，１４〜１６につ
いては、従来の速度センサレスベクトル制御システムと
同様であるが、先ず概要について述べる。

【００１１】速度センサレスベクトル制御においては、
変換器出力電圧および出力電流に基づいて回転速度を推
定し、これを速度制御器５にフィードバックして速度制
御を行うと共に、速度推定値ω_r＾ とすべり周波数基準
値ω_s ^*の加算値に従い変換器出力周波数を制御する。周
知の速度センサ付きベクトル制御との違いは、電動機取
り付けの速度センサからの速度検出値を用いる代わりに
速度推定値を用いる点にあるが、基本動作は同様であ
る。

【００１２】速度制御器５からのｑ軸電流指令値ｉq^*
並びにｄ軸電流指令ｉd^**に従い電動機電流ｉq，ｉdを
制御するには、このために必要な電動機電圧を変換器よ
り供給する必要がある。そこで、電圧演算器１３におい
て、電流指令値ｉd^**，ｉq^* および周波数指令ω₁ ^** に
基づいてｄ軸およびｑ軸電圧基準値Ｖ_d ^*，Ｖ_q ^*を演算
し、これを用いて変換器出力電圧を制御する。しかし、
これだけでは制御誤差により電流ｉd，ｉqが各指令値に
一致しないため、ｑ軸およびｄ軸電流制御器６，１２か
らのΔｑ，Δｄにより電圧Ｖ_q ^*，Ｖ_d ^*を修正し、ｉq，
ｉdを指令値に一致するように制御する。このようにし
てすべり周波数制御型ベクトル制御の動作が行われ、電
動機トルクはｉq^*に比例して制御される。

【００１３】次に、各構成要素の詳細な動作について述
べる。

【００１４】速度推定器４において（数３）に従い速度
推定値ω_r＾を演算する。

【００１５】

【数３】 ω_r＾＝１／(１＋Ｔ_0s)Ｌ₂ ^*／(Ｍ^*φ_2d ^*){Ｖ_q ^**−ω₁ ^***Ｌσ^*ｉd^** −(Ｒσ^*＋Ｌσ^*ｓ)ｉq} …（数３） ここに、Ｔ₀ ：オブザーバ時定数 Ｌ₂ ^*，Ｍ^*：２次および励磁インダクタンス（基準値） φ_2d ^*：２次磁束（基準値） Ｒσ^*：１次および２次抵抗の和（基準値） Ｌσ^*：１次および２次漏れインダクタンスの和（基準
値） ω₁ ^**：変換器出力周波数（指令値） 図２に速度推定器４の（数３）に基づく演算内容を示
す。４１は電動機モデルであり、電動機ｑ軸電圧Ｖ
_q（＝Ｖ_q ^**）と誘導起電力ｅ_q および電流ｉqの関係を
示す。推定原理は、ｅ_q を逆モデルにより推定し、基準
磁束量で割算することにより速度推定値ω_r＾を演算す
るものである。

【００１６】ω_r＾は速度制御器５へのフィードバック
信号に用いると共に、ω₁ ^* の演算に用いられる。この
演算式を（数４）に示す。従来制御ではω₁ ^*がそのまま
出力周波数指令値ω₁ ^**に使用され、変換器の出力周波
数が制御される。

【００１７】

【数４】 ω₁ ^*＝ω_r＾＋ω_s ^* …（数４） 一方、速度制御器５において、速度偏差ω_r ^*−ω_r＾ に
応じてｑ軸電流指令値ｉq^* が演算される。電動機トル
クは基本的にはｉq^* に比例するため、ω_r＾ がω_r ^*に
一致するように速度制御が行われる。電動機トルクがｉ
q^*に正しく比例するためには、電動機電流ｉq がｉq^*に
一致し、また電動機磁束が基準値に保たれることが条件
である。これには電動機電流ｉd，ｉqを各指令値ｉ
d^**，ｉq^* に一致するように制御することが必要であ
り、このために、ｄ軸およびｑ軸電流制御器１２，６が
設けてある。各運転条件における電動機電圧は（数５）
で示されるが、これに相当の電圧Ｖ_d ^*，Ｖ_q ^*はｉd^**，
ｉq^*，ω₁ ^**および電動機定数に基づいて（数６）を用
い、予め演算により求めることができる。電圧演算器１
３においてこの演算を行う。

【００１８】

【数５】 Ｖ_d ＝ｒ１ｉd−ω₁Ｌσｉq Ｖ_q ＝ｒ１ｉq＋ω₁Ｌσｉd＋ω₁(Ｍ／Ｌ₂)φ_2d …（数５） ここに、ｒ１：１次抵抗（実際値） Ｌσ^* ：１次および２次漏れインダクタンスの和（実際
値） Ｌ₂ ，Ｍ：２次および励磁インダクタンス（実際値） φ_2d：２次磁束（実際値）

【００１９】

【数６】 Ｖ_d ^*＝ｒ１^*ｉd^**−ω₁ ^**Ｌσ^*ｉq^* Ｖ_q ^*＝ｒ１^*ｉq^*＋ω₁ ^**Ｌσ^*ｉd^**＋ω₁ ^**(Ｍ^*／Ｌ₂ ^*)φ_2d ^* …（数６） ここに、＊および＊＊は、基準値／指令値を示す。

【００２０】変換器出力電圧（電動機電圧）は、基本的
にはこのＶ_d ^*およびＶ_q ^*に従い制御される。しかし、制
御誤差があると、これだけでは実電流ｉd，ｉqが各指令
値に一致しないため、ｄ軸およびｑ軸電流制御器１２，
６により電流偏差に応じた信号Δｄ，Δｑを求め、これ
により出力電圧を修正し、ｉd，ｉqを指令値に一致する
ように制御している。

【００２１】以上が従来からのものと共通な動作である
が、次に本発明に直接関係する内容について述べる。

【００２２】速度推定器４で求めたω_r＾ には推定誤差
が含まれる。このため、前述のようにトルク不足の問題
が発生する。推定誤差の原因には、１次および２次抵抗
の温度変化並びに電動機の鉄心飽和による漏れインダク
タンスの変動などがあるが、特に零速度域では種々の原
因からトルク低下が生じ易い。

【００２３】本発明は、零速度域のトルク低下の防止を
目的に、零速度域では前述と異なる原理により速度制御
を行う。以下、この内容について述べる。

【００２４】トルク低下は前述のように速度推定誤差が
原因であるが、さらにこれを分析すると次の２つに大別
できる。

【００２５】（１）速度推定値を基に周波数を制御する
ことから、推定誤差により実すべり周波数が適正値から
変動する。

【００２６】（２）速度推定値を用いて速度制御するた
め、推定誤差によりトルク電流を適正値に制御できな
い。

【００２７】そこで本発明においては、それぞれを次の
ようにして解決する。

【００２８】「１」零速度域では、推定値ω_r＾ に代え
て速度指令値ω_r ^*を用い出力周波数指令値ω₁ ^** を演算
する。すなわち、零速度域では、切り替え器９により通
常時のω₁ ^*に代えてω_r ^*を選択し出力させ、変換器出力
周波数を速度指令値ω_r ^*に応じて制御する。

【００２９】「２」零速度域では、ｄ軸電流を通常時よ
り大きめの所定値に制御する。すなわち、ｄ軸電流指令
器１１において、通常時の基準値ｉd^*にΔｉdを加算
し、ｉdを強め制御する。

【００３０】「１」「２」を適用した場合の、電動機発
生トルクτ_e と電流Ι₁ の関係を（数７）に示す。

【００３１】

【数７】 τ_e ＝ｋ(ω_sＴ₂)／(１＋(ω_sＴ₂)²)Ｉ₁ ² …（数７） ここに、ｋ：比例定数 ω_s ：すべり Ｔ₂ ：２次時定数 Ｉ₁ ：電動機電流の大きさ Ｉ₁ が一定の場合、電動機トルクτ_e は、ω_s・Ｔ₂＝±
１において最大値をとるが、ω_s＝０からこの間は、τ
_e はすべり周波数ω_sに応じて変化する。この場合、ω_s
は、実速度ω_rが変換器出力周波数ω₁(＝ω_r ^*）に対し
て変動することにより受動的に発生する。すなわち、負
荷トルクの増／減に応じてω_s が増／減することによ
り、τ_e は負荷トルクに追従して発生する。この結果、
電動機速度ω_r はω_r ^*の近傍（すべり分だけ変動）に保
たれる様になり、速度指令値に応じて速度制御が行われ
る。

【００３２】ここで、電動機最大トルクは負荷最大トル
ク以上であることが必要なため、Ｉ₁ を負荷最大トルク
に見合う値以上に予め制御する必要がある。このために
ｉdあるいはｉqを所定値に制御する。この方法として
は、ｉq^*を速度偏差とは無関係に所定値に設定する方法
もあるが、零速度域では負荷トルクの方向をω_r＾など
から検知することが精度上、難しいので、ｉq^*の極性の
設定が行えない。このため、極性の設定が不要なｉd^**
を所定値に設定する方法を図１の実施例では適用してい
る。このとき、前記「２」でも記述したように、電流指
令値ｉd^** を、通常時の基準値ｉd^*にΔｉdを加算した
値とし、ｉd（＝Ｉ₁ 相当）を最大負荷トルクに見合う
値に制御する。

【００３３】零速度域においては、以上のように変換器
の出力周波数と出力電流を制御するため、前記（１）
（２）の問題が解決され、トルク不足も解消する。

【００３４】出力周波数が数Ｈｚ以上の範囲では、切り
替え器９の出力はω_r ^*からω₁ ^*に切り替えられ、従来方
式と同様に速度推定値ω_r＾ を用いて周波数制御を行
う。切り替えを円滑にするため、切り替えに伴うω₁ ^**
の急激な変化を抑制するように、ω_r ^*とω₁ ^*を漸次切り
替える。関数器９１，９３の出力Ｇa１，Ｇa２の漸増／
漸減特性はこのために設けている。また、ｄ軸電流指令
器１１においては、ｉdの急変を抑えるため、遅れ回路
１１３が設けてある。

【００３５】また、ｉdを強めた状態(零速度域）では、
電動機電流Ｉ₁ が定格値を超えないようにするため、ｉ
q^*を制限する必要があること、また、この期間では、ω
_r＾の精度低下により、ｉq^*は適正値から離れるため、
ｉq^*を所定値または略零に制限することが必要である。
本実施例では、(数８）に従いｉdに応じてｉq^*の制限値
ｉq_MAXを可変する方法を用いている。

【００３６】

【数８】 ｉq_MAX＝√(Ｉ₁ ^*2−ｉd²) …（数８） ここに、Ｉ₁ ^*：電動機電流設定値図３は本発明の他の実
施例を示す。速度推定値ω_r＾ をｑ軸電流制御器６′の
出力より得る方式の速度センサレスベクトル制御装置へ
の適用例である。図において、１〜３，５，７，９〜１
４，１６は図１のものと同一物である。６′はｉq^*とｉ
qの偏差に応じてω_r＾を出力するｑ軸電流制御器、８′
はω_r＾とω_s ^*を加算し、信号ω₁ ^*を出力する加算器で
あり、切り替え器９は前記実施例と同様にω_r ^*の大小に
応じてω₁ ^*とω_r ^*を選択し出力する。切り替え器９より
ω₁ ^*が出力される従来制御の状態では、電流制御器６′
の出力がω_r＾ 相当となることを考慮すれば、前記実施
例と同様に動作し、同様の効果が得られることは明らか
である。

【００３７】図４は本発明の他の実施例を示す。信号ω
₁ ^*をｑ軸電流制御器６″の出力より得る方式の速度セン
サレスベクトル制御装置への適用例である。図におい
て、１〜３，５，７，９〜１４，１６は図１のものと同
一物である。６″はｉq^*とｉqの偏差に応じてω₁ ^*を出
力するｑ軸電流制御器、８″はω₁ ^*からω_s ^*を減算し、
速度推定値ω_r＾ を求め速度制御器５にフィードバック
する減算器であり、切り替え器９は前記実施例と同様に
ω_r ^*の大小に応じてω₁ ^*とω_r ^*を選択し出力する。切り
替え器９よりω₁ ^*が出力される従来制御の状態では、電
流制御器６″の出力がω₁ ^*相当となることを考慮すれ
ば、前記実施例と同様に動作し、同様の効果が得られる
ことは明らかである。

【００３８】前記実施例では、零速度域においてｉd を
所定値に強め制御しているが、零速度域でのトルクが正
負両方向あり、一定していない場合はこの方法が適して
いる。理由については先述した。一方、トルクが片方向
のみの場合は、ｉq^*の極性はトルク方向に応じて設定す
ればよいので、前記実施例のようにｉd を所定値に設定
する代わりに、零速度域においてｉq^*を所定値（負荷最
大トルクに見合う値）に設定する方法も可能である。

【００３９】図５に、この実施例の構成を示す。図にお
いて、構成要素の１〜１０，１２〜１６は図１のものと
同一物であり、動作も同じである。１７は回転速度の大
小に応じて速度制御器５の出力ｉq^*と設定電流値ｉq０
を切り替えて出力する切替回路で、ω_r ^*に応じて零速度
域において「１」、それ以外では「０」の信号を出力す
る関数器１７１，ｉq０と遅れ回路１７２の出力Ｇa４
(０≦Ｇa４≦１）を乗算する乗算器１７３，Ｇa４に対
して相補の関係にある信号Ｇa５(＝１−Ｇa４，０≦Ｇa
５≦１)とｉq^*を乗算する乗算器１７４、および両乗算
器の出力を加算し、ｑ軸電流制御器６の電流指令ｉq^**
を出力する加算器１７５から構成される。

【００４０】このものの動作は、以下である。関数器１
７１は、前述したように、零速度域においては「１」、
それ以外では「０」の信号を出力する。遅れ回路１７２
は切り替えを円滑に行わせるためのもので、前記信号に
１次遅れで追従する信号Ｇa４を出力する。

【００４１】零速度域ではＧa４は「１」、Ｇa５は
「０」のため、乗算器１７３，１７４および加算器１７
５の動作に従い、ｑ軸電流指令器１７からはｉq０ が出
力される。したがって、零速度近傍ではｉq０に従いｉq
が制御されて十分なトルクが得られる（ｉq０ は負荷最
大トルクに見合う値に設定される）。なお、零速度域以
外ではこれとは逆にｉq^*に従いｉqが制御され、動作は
従来のものと同一となる。以上のようにして、零速度域
では、ω_r ^*に応じて変換器出力周波数を、また、所定値
ｉq０ に従い電動機電流を制御することから、このもの
においても前記実施例と同様の効果が得られる。

【００４２】前記実施例は、速度制御器５を備え、その
出力信号ｉq^*に応じてトルクを制御する速度制御方式へ
の適用例であったが、速度制御器を備えない方式にも本
発明を適用し同様の効果が得られる。

【００４３】図６はこの実施例の構成を示す。図におい
て、構成要素の１〜３，１０〜１４，１６は図１のもの
と同一物である。７′はｑ軸電流値ｉq に基づいてすべ
り周波数基準値ω_s ^*を求めるすべり周波数演算器であ
る。

【００４４】次にシステム全体の動作について述べる。
零速度域以外の状態ではω_r ^*＋ω_s ^*の周波数指令値ω₁
^** が、また、ｄ軸電流指令器１１からは基準値ｉd^*が
出力される。このとき全体の動作は従来の速度センサレ
スベクトル制御システムと同一となる。すなわち、略ω
_r ^*に応じて変換器出力周波数を制御すると共に、電圧演
算器１３においてｉd^*，ｉqおよびω₁ ^**に基づいて所要
の電動機電圧を演算し、これにより変換器出力電圧を制
御する。

【００４５】以上のようにして、変換器の出力電圧と周
波数が制御されることから、Ｖ／ｆ制御に類似の動作が
行われる。しかし、電圧演算器１３により、電動機の内
部電圧降下を補償して誘導起電力（電動機磁束）が所定
値となるように制御しているため、低速度域まで十分な
トルクが得られるものである。

【００４６】このものに本発明を適用した場合は、零速
度域ではω_r ^*を出力し、またｄ軸電流指令器１１は、ｉ
d^*にΔｉd を加算した指令値ｉd^**を出力し、ｉdを強め
制御する。これにより、前記実施例と同様に、速度指令
値に応じて周波数を制御し、ｄ軸電流を通常時より大き
めの所定値に制御することが行われるため、零速度域の
トルク不足は解消される。

【００４７】前記実施例までは、零速度域において、変
換器出力周波数ω₁ を速度指令値ω_r ^*で制御する方式で
あり、負荷トルクが作用すると、電動機の回転速度ω_r
はすべり周波数ω_s 分だけω_r ^*から低下する。この補償
は、図１の実施例における、ｄ軸およびｑ軸の電流制御
器出力Δｄ，Δｑを用いて、零速度域のすべり周波数を
推定し、該すべり推定値を周波数指令値に加算すること
により行うことができる。

【００４８】図７はこの実施例の構成を示す。図１の速
度センサレスベクトル制御装置に、零速度域のすべり補
償を適用した例である。図において、１〜１６は図１の
ものと同一物である。１８は、ｄ軸およびｑ軸の電流制
御器出力Δｄ，Δｑと、出力周波数指令値ω₁ ^**を用い
て零速度域のすべり周波数推定値ω_s＾を求めるすべり
推定器であり、１９は、信号ω_r ^*と１８の出力値である
ω_s＾の加算値ω₁ ^*** を出力する加算器である。切り替
え器９の出力ω₁ ^** は、零速度域では、ω_r ^*＋ω_s＾
に、それ以外ではω_r ^*＋ω_s ^*に一致する。すべり推定器
１８の構造を図８を用いて説明する。

【００４９】すべり推定器１８に入力された信号ω₁ ^**
は、電動機の速度起電力定数１８１が乗算され、その乗
算値と信号Δｑが加算器１８２に入力される。更に、信
号Δｄと加算器１８２の出力信号は、除算器１８３に入
力される。除算器１８３の出力信号に電動機の２次時定
数の逆数（１／Ｔ₂ ^*）を乗算し、信号ω_s^を出力する。

【００５０】次に、本実施例の特徴的な構成であるすべ
り推定器１８のもたらす効果について説明する。電動機
のｄ軸およびｑ軸の電圧指令値Ｖ_d ^**，Ｖ_q ^**、および、
電動機のｄ軸およびｑ軸の電圧Ｖ_d ，Ｖ_q は、それぞれ
（数９)，(数１０）で示される。

【００５１】

【数９】 Ｖ_d ^**＝ｒ１^*ｉd^**−ω₁ ^**Ｌσ^*ｉq^*＋Δｄ Ｖ_q ^**＝ｒ１^*ｉq^*＋ω₁ ^**Ｌσ^*ｉd^** ＋ω₁ ^**(Ｍ^*／Ｌ₂ ^*)φ_2d ^*＋Δｑ …（数９）

【００５２】

【数１０】 Ｖ_d ＝ｒ１ｉd−ω₁Ｌσｉq−ω₁(Ｍ／Ｌ₂)φ_2q Ｖ_q ＝ｒ１ｉq＋ω₁Ｌσｉd＋ω₁(Ｍ／Ｌ₂)φ_2q …（数１０） 零速度域では、（９)，(１０）式において、ｑ軸電流ｉ
q を０に制御していることから、ｉq・ｒ１＝０ 、また
同式の第２項は、第３項に比べて小さく、例え、Ｌσ^*
≠Ｌσであっても無視できる。ここで、(９式）＝（１
０式）の関係より、ｄ軸およびｑ軸の電流制御器出力Δ
ｄ，Δｑは（数１１）で示される。

【００５３】

【数１１】 Δｄ＝(ｒ１−ｒ１^*)ｉd−ω₁(Ｍ／Ｌ₂)φ_2q Δｑ＝ω₁(Ｍ／Ｌ₂)φ_2d−ω₁ ^**(Ｍ^*／Ｌ₂ ^*)φ_2d ^* …（数１１） よって、ｄ軸電流制御器の出力Δｄには、ｑ軸磁束φ_2q
による速度起電力ｅ_q(＝ω₁(Ｍ／Ｌ₂)φ_2q)が現れる。
一方、Δｑに速度起電力基準値［ω₁ ^**（Ｍ^*／Ｌ₂ ^*)φ
_2d ^*］を加算すると、電動機のｄ軸磁束φ_2d に関係した
速度起電力ｅ_d(＝ω₁(Ｍ／Ｌ₂)φ_2d）が得られる。

【００５４】また、前述のように、ｉd：所定値，ｉq＝
０に制御した場合、ｄ，ｑ軸の磁束φ_2d，φ_2qと電動機
のすべり周波数ω_s の関係は（数１２）で示される。

【００５５】

【数１２】 ω_s ＝１／Ｔ₂ ^*(−φ_2q／φ_2d） ＝１／Ｔ₂ ^*(ｅ_d／ｅ_q） …（数１２） そこで、(数１３)で示す演算を行うことにより、電動機
のすべり周波数ω_s＾を演算することができる。

【００５６】

【数１３】 ω_s＾＝１／Ｔ₂ ^*{Δｄ／(Δｑ＋ω₁ ^**(Ｍ^*／Ｌ₂ ^*)φ_2d ^*)} …（数１３） （数１３)で求めた信号ω_s＾を速度指令値ω_r ^*に加算し
て、出力周波数指令値ω₁ ^** を制御すれば、負荷トルク
による回転速度の低下を補償でき、高精度な速度制御を
行うことができる。

【００５７】また、上記Δｄ，Δｑの代わりに、電圧指
令値Ｖ_d ^**から抵抗基準値ｒ１・ｉdを差し引いてｅ_d＾
(＝−ω₁(Ｍ／Ｌ₂)φ_2q）を求め、Ｖ_q ^** から非干渉基
準値（ω₁ ^**Ｌσ^*ｉd^**)を差し引き、ω₁ ^**(Ｍ^*／Ｌ₂ ^*)
φ_2d ^*を加算してｅ_q＾(＝ω₁(Ｍ／Ｌ₂)φ_2d）を求め
て、（１４）式で示す演算を行うことにより、ω_s＾を
演算することもできる。

【００５８】

【数１４】 ω_s＾＝１／Ｔ₂ ^*{ｅ_d＾／ｅ_q＾} …（数１４） すなわち、電圧指令値から２次磁束φ_2d，φ_2qに関係す
るｄ，ｑ軸の速度起電力（ｅ_d，ｅ_q）を検出して、その
比に基づいてすべり周波数ω_s＾ を演算し、演算値ω_s
＾ を用いて周波数指令値を修正（ω₁ ^**＝ω_r ^*＋ω
_s＾）することにより回転速度の低下を補償する。

【００５９】図９は本発明の他の実施例を示す。本実施
例は、速度推定値ω_r＾ をｑ軸電流制御器６′の出力よ
り得る方式の速度センサレスベクトル制御装置に、零速
度域のすべり補償を適用した例である。図において、１
〜３，５，７，９〜１４，１６，１９は図７のものと同
一物である。６′はｉq^*とｉqの偏差に応じてω_r＾を出
力するｑ軸電流制御器、８′はω_r＾とω_s ^*を加算し、
信号ω₁ ^* を出力する加算器、１８′はＶ_q ^*とΔｄによ
りω_s＾を出力するすべり推定器である。

【００６０】本実施例では、ｑ軸電圧基準値＝ｑ軸電圧
(Ｖ_q ^*＝Ｖ_q）の関係から、（数６の２行目)＝(数１０の
２行目)であり、零速度域では、ｑ軸電流ｉqを０に制御
していることから、ｉq ・ｒ１＝０、また同式の第２項
は、第３項に比べて小さく、例え、Ｌσ^*≠Ｌσであっ
ても無視できる。つまり、Ｖ_q ^*＝Ｅ_q(＝ω₁(Ｍ／Ｌ₂)φ
_2d）となる。Δｄは、前実施例と同様なので、Ｖ_q ^*とΔ
ｄの比によりすべり周波数推定値ω_s＾を演算すること
ができる。すなわち、図１０に示す構成でω_s＾を演算
することができ、ω_s＾を用いて周波数指令値を修正
（ω₁ ^**＝ω_r ^*＋ω_s＾)すれば、前記実施例と同様に動
作し、同様の効果が得られることは明らかである。

【００６１】図１１は、本発明の他の実施例を示す。本
実施例は、信号ω₁ ^*をｑ軸電流制御器６″の出力より得
る方式の速度センサレスベクトル制御装置に、零速度域
のすべり補償を適用した例である。図において、１〜
３，５，７，９〜１４，１６，１９は図７のものと同一
物である。

【００６２】６″はｉq^*とｉqの偏差に応じてω₁ ^*を出
力するｑ軸電流制御器、８″はω₁ ^*からω_s ^*を減算し、
速度推定値ω_r＾ を求め速度制御器５にフィードバック
する減算器、１８′はＶ_q ^*とΔｄによりω_s＾ を出力す
るすべり推定器である。本実施例でも図９の実例と同様
に、図１０に示す構成でω_s＾ を演算することができ、
ω_s＾ を用いて周波数指令値を修正（ω₁ ^**＝ω_r ^*＋ω_s
＾）すれば、前記実施例と同様に動作し、同様の効果が
得られることは明らかである。

【００６３】図１２は、本発明の他の実施例を示す。本
実施例は、速度制御器を備えない速度センサレスベクト
ル制御装置に、零速度域のすべり補償を適用した例であ
る。図において、構成要素の１〜３，１０〜１４，１６
は図７のものと同一物である。７′はｑ軸電流値ｉq に
基づいてすべり周波数基準値ω_s ^*を求めるすべり周波数
演算器、１８′はＶ_q ^* とΔｄによりω_s＾を出力するす
べり推定器である。本実施例でも図１１の実例と同様
に、図１０に示す構成でω_s＾ を演算することができ、
ω_s＾ を用いて周波数指令値を修正（ω₁ ^**＝ω_r ^*＋ω_s
＾）すれば、前記実施例と同様に動作し、同様の効果が
得られることは明らかである。

【００６４】前記実施例までは、零速度域において、ｄ
軸電流値ｉd を負荷トルクに関係なく一定に制御する方
式であったが、軽負荷時には運転効率が低下する。そこ
で、演算したすべり推定値ω_s＾ によりｄ軸電流指令値
ｉd^** を修正することにより、軽負荷時の運転効率を向
上させる。

【００６５】図１３は、この実施例の構成を示す。本実
施例は、図７の速度センサレスベクトル制御装置に、ｄ
軸電流指令値の修正補償を適用した例である。図におい
て、１〜１０，１２〜１６，１８，１９は図７のものと
同一物である。

【００６６】すべり推定器１８の出力信号ω_s＾ はｄ軸
電流指令器１１′において、関数発生器１１５に入力さ
れる。関数発生器１１５では、ω_s＾ を用いて、負荷ト
ルクに見合うｄ軸電流指令修正ゲインを演算する。乗算
器１１６では、ｄ軸電流指令基準ｉd^*と関数発生器１１
５の出力信号が入力され、出力信号ｉd^** が演算され
る。

【００６７】次に、本発明の特徴的な構成であるｄ軸電
流指令器１１′のもたらす効果について説明する。零速
度域では、ｉd：所定値，ｉq＝０に制御した場合、ｄ軸
およびｑ軸の電流制御器出力Δｄ，Δｑの比に基づい
て、負荷トルクに見合った電動機のすべり周波数ω_sを
推定することができた。この推定値ω_s＾を用いて、
（数１５）で示す演算を行うことにより、負荷トルクに
見合ったｄ軸電流指令値を演算することができる。

【００６８】

【数１５】 ｉd^**＝Ｆ(ω_s＾)ｉd^* …（数１５） ただし、Ｆ(ω_s＾)は、ω_s＾＝０のとき、Ｆ(ω_s＾)＝
１ ω_s＾＞０のとき、Ｆ(ω_s＾)＞１ となるような、任意の関数。

【００６９】（数１５）で求めたｄ軸電流指令値ｉd^**
を用いれば、 無負荷（ω_s＾＝０）では、ｉd^**＝ｉd^* 負荷時（ω_s＾＞０）では、ｉd^**＞ｉd^* となり、負荷トルク(すべり周波数推定値ω_s＾）に応じ
てｄ軸電流指令値が修正されるため、軽負荷時の運転効
率を高くすることができる。

【００７０】また、本実施例では、関数Ｆ(ω_s＾）によ
り、ｉd^** を直接修正しているが、関数Ｆ(ω_s＾）に応
じて、図７に示すΔｉd を修正することを行ってもその
効果は同様である。

【００７１】図１４は、本発明の他の実施例を示す。本
実施例は、速度推定値ω_r＾ をｑ軸電流制御器６′の出
力より得る方式の速度センサレスベクトル制御装置に、
ｄ軸電流指令値の修正補償を適用した例である。図にお
いて、１〜３，５，６′，７，８′９〜１０，１２〜１
４，１６，１８′，１９は図９のものと同一物である。

【００７２】１１′は信号ω_s＾に応じて信号ｉd^**を修
正するｄ軸電流指令器である。本実施例でも、前記実施
例と同様に動作し、同様の効果が得られることは明らか
である。

【００７３】図１５は、本発明の他の実施例を示す。本
実施例は、信号ω₁ ^*をｑ軸電流制御器６″の出力より得
る方式の速度センサレスベクトル制御装置にｄ軸電流指
令値の修正補償を適用した例である。図において、１〜
３，５，６″，７，８″，９〜１０，１２〜１４,１
６，１８′,１９は図１１のものと同一物である。１
１′は信号ω_s＾に応じて信号ｉd^**を修正するｄ軸電流
指令器である。本実施例でも、前記実施例と同様に動作
し、同様の効果が得られることは明らかである。

【００７４】図１６は、本発明の他の実施例を示す。本
実施例は、速度制御器を備えない速度センサレスベクト
ル制御装置に、ｄ軸電流指令値の修正補償を適用した例
である。図において、構成要素の１〜３，７′，１０〜
１４，１６，１８′は図６のものと同一物である。１
１′は信号ω_s＾に応じて信号ｉd^**を修正するｄ軸電流
指令器である。本実施例でも、前記実施例と同様に動作
し、同様の効果が得られることは明らかである。

【００７５】

【発明の効果】本発明によれば、零速度域においてもト
ルク不足を生じず、高精度，高効率な誘導電動機の速度
制御方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す、導電動機の速度制御
装置の制御回路構成図である。

【図２】図１の装置における速度推定器の演算内容の説
明図である。

【図３】本発明の他の実施例を示す、誘導電動機の速度
制御装置の制御回路構成図である。

【図４】本発明の他の実施例を示す、誘導電動機の速度
制御装置の制御回路構成図である。

【図５】本発明の他の実施例を示す、誘導電動機の速度
制御装置の制御回路構成図である。

【図６】本発明の他の実施例を示す、誘導電動機の速度
制御装置の制御回路構成図である。

【図７】本発明の他の実施例を示す、誘導電動機の速度
制御装置の制御回路構成図である。

【図８】図７の装置におけるすべり推定器の演算内容の
説明図である。

【図９】本発明の他の実施例を示す、誘導電動機の速度
制御装置の制御回路構成図である。

【図１０】図９の装置におけるすべり推定器の演算内容
の説明図である。

【図１１】本発明の他の実施例を示す、誘導電動機の速
度制御装置の制御回路構成図である。

【図１２】本発明の他の実施例を示す、誘導電動機の速
度制御装置の制御回路構成図である。

【図１３】本発明の他の実施例を示す、誘導電動機の速
度制御装置の制御回路構成図である。

【図１４】本発明の他の実施例を示す、誘導電動機の速
度制御装置の制御回路構成図である。

【図１５】本発明の他の実施例を示す、誘導電動機の速
度制御装置の制御回路構成図である。

【図１６】本発明の他の実施例を示す、誘導電動機の速
度制御装置の制御回路構成図である。

【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、
９…切り替え器、１１…ｄ軸電流指令器、１２…ｄ軸電
流制御器、１３…電圧演算器、１６…座標変換器、１８
…すべり推定器。

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】誘導電動機を駆動する電力変換器と、速度
   指令値と速度推定値の偏差に応じてｑ軸電流指令値を出
   力する速度制御器と、回転磁界座標系のｄ軸（磁束軸相
   当）の電流指令値およびｑ軸の前記電流指令値に従い、
   前記電力変換器の出力電流を制御する電流制御器を備え
   た誘導電動機の速度制御装置において、速度指令値ある
   いは速度推定値が所定値以下の場合は、ｄ軸電流を通常
   時の値以上に制御することを特徴とする誘導電動機の速
   度制御方法。
2. 【請求項２】誘導電動機を駆動する電力変換器と、速度
   指令値と速度推定値の偏差に応じてｑ軸電流指令値を出
   力する速度制御器と、回転磁界座標系のｄ軸（磁束軸相
   当）の電流指令値およびｑ軸の前記電流指令値に従い、
   前記電力変換器の出力電流を制御する電流制御器を備え
   た誘導電動機の速度制御装置において、速度指令値ある
   いは速度推定値が所定値以下の場合は、ｄ軸電流を通常
   時の値以上に制御すると共に、ｑ軸電流を所定値以下に
   制限するようにしたことを特徴とする誘導電動機の速度
   制御方法。
3. 【請求項３】請求項１または２の制御方法において、前
   記ｑ軸電流指令値の所定値を零とすることを特徴とする
   誘導電動機の速度制御法。
4. 【請求項４】誘導電動機を駆動する電力変換器と、速度
   指令値と速度推定値の偏差に応じてｑ軸電流指令値を出
   力する速度制御器と、回転磁界座標系のｑ軸の電流指令
   値に従い、前記電力変換器の出力電流を制御する電流制
   御器を備えた誘導電動機の速度制御装置において、速度
   指令値あるいは速度推定値が所定値以下の場合は、前記
   速度偏差によらずｑ軸電流を所定値以上に制御すること
   を特徴とする誘導電動機の速度制御方法。
5. 【請求項５】誘導電動機を駆動する電力変換器と、速度
   指令値と速度推定値の偏差に応じてｑ軸電流指令値を出
   力する速度制御器と、回転磁界座標系のｄ軸（磁束軸相
   当）の電流指令値およびｑ軸の前記電流指令値に従い、
   前記電力変換器の出力電流を制御する電流制御器を備え
   た誘導電動機の速度制御装置において、速度指令値ある
   いは速度推定値が所定値以下の場合は、周波数指令値の
   演算に速度推定値の代わりに速度指令値を用いるように
   したことを特徴とする誘導電動機の速度制御方法。
6. 【請求項６】誘導電動機を駆動する電力変換器と、速度
   指令値と速度推定値の偏差に応じてｑ軸電流指令値を出
   力する速度制御器と、回転磁界座標系のｄ軸（磁束軸相
   当）の電流指令値およびｑ軸の前記電流指令値に従い、
   前記電力変換器の出力電流を制御する電流制御器を備え
   た誘導電動機の速度制御装置において、速度指令値ある
   いは速度推定値が所定値以下の場合は、ｄ軸電流を通常
   時の励磁電流値以上に制御すると共に、周波数指令値の
   演算に速度推定値の代わりに速度指令値を用いるように
   したことを特徴とする誘導電動機の速度制御方法。
7. 【請求項７】誘導電動機を駆動する電力変換器と、速度
   指令値と速度推定値の偏差に応じてｑ軸電流指令値を出
   力する速度制御器と、回転磁界座標系のｑ軸の電流指令
   値に従い、前記電力変換器の出力電流を制御する電流制
   御器を備えた誘導電動機の速度制御装置において、速度
   指令値あるいは速度推定値が所定値以下の場合は、ｑ軸
   電流を所定値以上に制御すると共に、周波数指令値の演
   算に速度推定値の代わりに速度指令値を用いるようにし
   たことを特徴とする誘導電動機の速度制御方法。
8. 【請求項８】誘導電動機を駆動する電力変換器と、回転
   磁界座標系のｄ軸の電流指令値に従い、前記変換器の出
   力電流を制御する電流制御器と、ｄ軸およびｑ軸の電流
   検出値あるいは指令値および前記変換器の出力周波数指
   令値に基づいて変換器の出力電圧基準値を演算する電圧
   演算器を備え、速度指令値に応じて変換器の出力周波数
   を制御する誘導電動機の速度制御装置において、速度指
   令値が所定値以下の場合、ｄ軸電流を所定値以上に制御
   することを特徴とする誘導電動機の制御方法。
9. 【請求項９】誘導電動機を駆動する電力変換器と、電流
   指令値に従い該変換器の出力電流を制御する電流制御器
   を備え、速度指令値に従い前記電力変換器の出力周波数
   を制御する誘導電動機の速度制御装置において、 前記誘導電動機の電圧値に基づいて電動機のすべり周波
   数推定値を演算し、前記速度指令値に該すべり周波数推
   定値を加算し、該加算値に応じて前記変換器の出力周波
   数を制御することを特徴とする誘導電動機の制御方法。
10. 【請求項１０】誘導電動機を駆動する電力変換器と、回
    転座標系のｄ軸およびｑ軸の電流指令値に従い、前記変
    換器の出力電流を制御する電流制御器を備え、速度指令
    値に従い、前記電力変換器の出力周波数を制御する誘導
    電動機の速度制御装置において、前記電流制御器の出力
    値に基づいて前記誘導電動機のすべり周波数推定値を演
    算し、前記速度指令値に該すべり周波数指令値を加算
    し、該加算値に応じて前記変換器の出力周波数を制御す
    ることを特徴とする誘導電動機の制御方法。
11. 【請求項１１】請求項１０の制御方法において、前記す
    べり周波数推定値の演算は、前記ｄ軸電流制御器の出力
    値と、前記ｑ軸電流制御器の出力値との比に基づいて行
    うことを特徴とする誘導電動機の速度制御方法。
12. 【請求項１２】請求項９〜１１の制御方法は、前記速度
    指令値あるいは速度推定値が所定値以下の場合に実施す
    ることを特徴とする誘導電動機の制御方法。
13. 【請求項１３】請求項９〜１１の制御方法において、前
    記電流指令値は所定値に制御することを特徴とする誘導
    電動機の制御方法。
14. 【請求項１４】請求項１０の制御方法において、ｄ軸電
    流指令値は所定値に、ｑ軸電流指令値は零に制御するこ
    とを特徴とする誘導電動機の制御方法。
15. 【請求項１５】誘導電動機を駆動する電力変換器と、電
    流指令値に従い該変換器の出力電流を制御する電流制御
    器を備え、速度指令値に従い前記電力変換器の出力周波
    数を制御する誘導電動機の速度制御装置において、 前記誘導電動機の電圧値に基づいて電動機のすべり周波
    数推定値を演算し、該すべり周波数推定値に応じて、前
    記電流指令値を修正するようにしたことを特徴とする誘
    導電動機の制御方法。
16. 【請求項１６】誘導電動機を駆動する電力変換器と、回
    転座標系のｄ軸およびｑ軸の電流指令値に従い、前記電
    力変換器の出力電流を制御する電流制御器を備え、速度
    指令値に応じて前記電力変換器の出力周波数を制御する
    誘導電動機の速度制御装置において、前記電流制御器の
    出力値に基づいて前記誘導電動機のすべり周波数推定値
    を演算し、該すべり周波数推定値に応じて、前記電流指
    令値を修正するようにしたことを特徴とする誘導電動機
    の制御方法。
17. 【請求項１７】請求項１６において、前記すべり周波数
    推定値の演算は、前記ｄ軸電流制御器の出力値と、前記
    ｑ軸電流制御器の出力値との比に基づいて行うことを特
    徴とする誘導電動機の制御方法。
18. 【請求項１８】請求項１５〜１６の制御方法は、前記速
    度指令値あるいは速度推定値が所定値以下の場合に実施
    することを特徴とする誘導電動機の制御方法。
19. 【請求項１９】請求項１６の制御方法において、前記ｄ
    軸電流指令値を前記すべり周波数推定値に応じて修正
    し、ｑ軸電流指令値は零に制御することを特徴とする誘
    導電動機の制御方法。
20. 【請求項２０】誘導電動機を駆動する電力変換器と、回
    転磁界座標系のｄ軸の電流指令値に従い該変換器の出力
    電流を制御する電流制御器と、ｄ軸およびｑ軸の電流検
    出値あるいは指令値および前記変換器の出力周波数指令
    値に基づいて、変換器の出力電圧基準値を演算する電圧
    演算器を備え、速度指令値に応じて前記電力変換器の出
    力周波数を制御する誘導電動機の速度制御装置におい
    て、 前記電圧演算器の出力値に基づいて電動機のすべり周波
    数推定値を演算し、前記速度指令値に該すべり周波数推
    定値を加算し、該加算値に応じて前記変換器の出力周波
    数を制御することを特徴とする誘導電動機の制御方法。
21. 【請求項２１】誘導電動機を駆動する電力変換器と、回
    転磁界座標系のｄ軸の電流指令値に従い該変換器の出力
    電流を制御する電流制御器と、ｄ軸およびｑ軸の電流検
    出値あるいは指令値および前記変換器の出力周波数指令
    値に基づいて、変換器の出力電圧基準値を演算する電圧
    演算器を備え、速度指令値に応じて前記電力変換器の出
    力周波数を制御する誘導電動機の速度制御装置におい
    て、 前記電圧演算器の出力値に基づいて電動機のすべり周波
    数推定値を演算し、該すべり周波数推定値に応じて、前
    記ｄ軸の電流指令値を修正するようにしたことを特徴と
    する誘導電動機の制御方法。
22. 【請求項２２】請求項２０〜２１において、前記すべり
    周波数推定値の演算は、前記電圧演算器のｄ軸出力値と
    ｑ軸出力値の比に基づいて行うことを特徴とする誘導電
    動機の制御方法。
23. 【請求項２３】請求項２０〜２１の制御方法は、前記速
    度指令値が所定値以下の場合に実施することを特徴とす
    る誘導電動機の制御方法。