JPH1141986A - 誘導電動機の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 だ行状態から再起動する場合に、不必要な過
電流やトルクの発生を防ぐことを目的とする。 【解決手段】 だ行状態にあるドライブＡ，Ｂが再起動
する場合、まずモータ周波数推定器５Ａのみがモータ周
波数ωｒｈの推定を行ない、誘導電動機３Ａ，３Ｂのモ
ータ磁束φ２ｄ，φ２ｄ２の立ち上げ、いわゆる再起動
動作に移る。この時、モータ周波数選択器６Ｂは、モー
タ周波数推定器５Ａが推定したモータ周波数ωｒｈを選
択する。このため、モータ周波数ωｒｈに基づいて、誘
導電動機３Ａ，３Ｂのモータ磁束φ２ｄ，φ２ｄ２が立
ち上がるようにインバータ２Ａ，２Ｂが制御される。そ
して、誘導電動機３Ａ，３Ｂのモータ磁束φ２ｄ，φ２
ｄ２が立ち上がった時点で、モータ周波数選択器６Ｂ
は、モータ周波数推定器５Ｂが推定したモータ周波数ω
ｒｈ２を選択するように動作する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は速度センサレスベク
トル制御により誘導電動機を制御する誘導電動機の制御
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば電気車の制御では、インバータに
より誘導電動機をある速度まで加速した後、インバータ
を停止して、電気車の惰性にまかせて走行するだ行状態
が存在する。このだ行状態からインバータを再起動して
力行あるいは回生といった動作へ移行する場合、設置さ
れた速度センサの情報から、だ行状態にある誘導電動機
の周波数を検出してインバータ周波数を制御する。

【０００３】図１６は、従来のベクトル制御による誘導
電動機の制御装置の構成図である。ベクトル制御器１０
０は、トルク指令値Ｔｍ^*と２次磁束指令値φ２ｄ^*を入
力し、磁束軸（以下、ｄ軸という。）電圧指令値Ｖｄ^*
とトルク軸（以下、ｑ軸という。）電圧指令値Ｖｑ^*を
演算して出力する。すべり周波数演算器１０１は、トル
ク指令値Ｔｍ^*と２次磁束指令値φ２ｄ^*を入力し、すべ
り周波数基準ωｓ^*を演算して出力する。座標変換器１
０２は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ^*とｑ軸電圧指令値Ｖｑ^*を
入力し、３相の電圧指令値Ｖｕ^*，Ｖｖ^*，Ｖｗ^*に変換
して出力する。インバータ１０３は、３相の電圧指令値
Ｖｕ^*，Ｖｖ^*，Ｖｗ^*に従い、図示しない電力源から供
給される直流を交流に変換して誘導電動機１０４を駆動
する。速度センサ１０５は、誘導電動機１０４の回転周
波数（以下、モータ周波数という。）ωｒを検出する。
加算器１０６は、すべり周波数基準ωｓ^*とモータ周波
数ωｒを加算し、インバータ周波数ωｉｎｖを出力す
る。積分器１０６は、インバータ周波数ωｉｎｖを積分
して、座標変換器１０２に出力する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このようなベクトル制
御による誘導電動機の制御装置において、だ行状態から
インバータ１０３の再起動を行なう場合、速度センサ１
０５が誘導電動機１０４のモータ周波数ωｒを検出でき
るので、インバータ周波数ωｉｎｖを得ることができ、
安定かつ確実な再起動を行なうことが可能である。

【０００５】しかしながら、速度センサ１０５を備えな
い速度センサレスベクトル制御を採用しようとすると、
速度センサを備えないために、誘導電動機のモータ周波
数の情報を得ることができない。このようなモータ周波
数が特定できない状態で、インバータを再起動すると、
過渡的なトルクが大きく発生したり、過電流が発生して
インバータが停止するといった問題点が発生する。

【０００６】そこで、本発明は、上述した問題点を解決
するためになされたもので、だ行状態からインバータを
再起動する場合に、必要となる誘導電動機のモータ周波
数を推定し、安定かつ確実に再起動を行なうことのでき
る、速度センサレスベクトル制御により誘導電動機を制
御する誘導電動機の制御装置を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために、請求項１に記載の発明は、直流を交流に変換す
る複数のインバータと、これらインバータによりそれぞ
れ駆動される複数の誘導電動機と、これら誘導電動機の
回転周波数をそれぞれ推定する複数の周波数推定手段
と、これら周波数推定手段が推定した回転周波数と、ト
ルク指令値、磁束指令値に基づいて出力電圧指令値を演
算し、この出力電圧指令値に基づいて前記複数のインバ
ータそれぞれを制御するベクトル制御手段と、前記複数
のインバータを停止させるだ行状態から、前記複数のイ
ンバータそれぞれを再起動する際に、前記複数の誘導電
動機のうち少なくとも１台の誘導電動機の回転周波数を
推定し、この回転周波数を用いて、前記複数台のインバ
ータ全てを再起動させる再起動手段とを有してなる。

【０００８】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、前記再起動手段は、前記だ行状態に、
少なくとも１台のインバータに前記磁束指令値を与え、
前記少なくとも１台のインバータを動作させる動作手段
を備え、前記だ行状態から、前記複数のインバータそれ
ぞれを再起動する際に、前記動作手段により動作される
少なくとも１台のインバータが駆動する誘導電動機の回
転周波数を推定し、この回転周波数を用いて、前記複数
台のインバータ全てを再起動させることを特徴とする。

【０００９】請求項３に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、前記再起動手段は、前記だ行状態に、
少なくとも１台のインバータに前記磁束指令値より低い
磁束指令値を与え、前記少なくとも１台のインバータを
動作させる動作手段を備え、前記だ行状態から、前記複
数のインバータそれぞれを再起動する際に、前記動作手
段により動作される少なくとも１台のインバータが駆動
する誘導電動機の回転周波数を推定し、この回転周波数
を用いて、前記複数台のインバータ全てを再起動させる
ことを特徴とする。

【００１０】請求項４に記載の発明は、請求項２または
請求項３に記載の発明において、前記動作手段により動
作される少なくとも１台のインバータの入力側に接続さ
れたコンデンサと、このコンデンサに直流電圧を供給す
るコンバータと、このコンバータの供給する直流電圧を
前記だ行状態に低くなるように前記コンバータを制御す
る電圧制御手段とを有してなる。

【００１１】請求項５に記載の発明は、請求項２または
請求項３に記載の発明において、前記動作手段は、前記
だ行状態に動作させる少なくとも１台のインバータのス
イッチング周波数を通常動作時に比べて低くするように
制御することを特徴とする。

【００１２】請求項６に記載の発明は、直流を交流に変
換する複数のインバータと、これらインバータによりそ
れぞれ駆動される複数の誘導電動機と、これら誘導電動
機の回転周波数をそれぞれ推定する複数の周波数推定手
段と、これら周波数推定手段が推定した回転周波数と、
トルク指令値、磁束指令値に基づいて出力電圧指令値を
演算し、この出力電圧指令値に基づいて前記複数のイン
バータそれぞれを制御するベクトル制御手段と、前記複
数のインバータを停止させるだ行状態から、前記複数の
インバータそれぞれを再起動する際に、前記複数の誘導
電動機のうち少なくとも１台の誘導電動機の回転周波数
を検出手段と、この検出手段により検出された回転周波
数を用いて、前記複数台のインバータ全てを再起動させ
る再起動手段とを有してなる。

【００１３】請求項７に記載の発明は、直流を交流に変
換するインバータと、このインバータにより駆動される
誘導電動機と、この誘導電動機の回転周波数を推定する
第１の周波数推定手段と、この第１の周波数推定手段が
推定した回転周波数と、トルク指令値、磁束指令値に基
づいて出力電圧指令値を演算し、この出力電圧指令値に
基づいて前記インバータを制御するベクトル制御手段
と、前記インバータを停止させるだ行状態から、前記イ
ンバータを再起動する際に、前記誘導電動機の回転周波
数を推定する第２の周波数推定手段と、この第２の周波
数推定手段により推定された回転周波数を用いて、前記
インバータを再起動させる再起動手段と、この再起動手
段による前記インバータの再起動中あるいは再起動が終
了した際に、前記再起動手段から前記ベクトル制御手段
に切替えて前記インバータを制御する切替え手段とを有
してなる。

【００１４】請求項８に記載の発明は、請求項７に記載
の発明において、前記第２の周波数推定手段は、前記イ
ンバータに任意の電圧を出力させて、前記誘導電動機へ
供給される相電流を検出する電流検出手段と、この電流
検出手段により検出された相電流から、前記インバータ
が出力する電圧のベクトル方向に一致する電流成分を演
算する演算手段と、この演算手段により演算された電流
成分が零になるように、前記インバータのインバータ周
波数を制御するインバータ周波数制御手段とを備え、前
記電流成分が零に近付いた際に、前記インバータ周波数
制御手段により制御されたインバータ周波数を前記回転
周波数として推定することを特徴とする。

【００１５】請求項９に記載の発明は、請求項７に記載
の発明において、前記第２の周波数推定手段は、前記イ
ンバータに任意の電圧を出力させて、前記誘導電動機へ
供給される相電流を検出する電流検出手段と、この電流
検出手段により検出された相電流の大きさを演算する演
算手段と、この演算手段により演算された相電流の大き
さが最小になるように、前記インバータのインバータ周
波数を制御するインバータ周波数制御手段とを備え、前
記相電流の大きさが最小になった際に、前記インバータ
周波数制御手段により制御されたインバータ周波数を前
記回転周波数として推定することを特徴とする。

【００１６】

【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。図１は、本発明の
第１の実施の形態を示す誘導電動機の制御装置の構成図
である。ドライブＡは、ベクトル制御器１Ａ，インバー
タ２Ａ，誘導電動機３Ａ，電流検出器４Ａ，モータ周波
数推定器５Ａから構成される。ベクトル制御器１Ａは、
トルク指令値Ｔｍ^*と２次磁束指令値φ２ｄ^*と後述する
モータ周波数ωｒｈを入力し、３相の電圧指令値Ｖ
ｕ^*，Ｖｖ^*，Ｖｗ^*を出力する。インバータ２Ａは、３
相の電圧指令値Ｖｕ^*，Ｖｖ^*，Ｖｗ^*に従い、図示しな
い電力源から供給される直流を交流に変換して誘導電動
機３Ａを駆動する。電流検出器４Ａは、誘導電動機３Ａ
に流れる電流Ｉｕ，Ｉｗを検出する。モータ周波数推定
器５Ａは、ベクトル制御器１Ａが出力した３相の電圧指
令値Ｖｕ^*，Ｖｖ^*，Ｖｗ^*と、電流検出器４Ａが検出し
た電流Ｉｕ，Ｉｗとを入力し、誘導電動機３Ａのモータ
周波数ωｒｈを推定する。このモータ周波数推定器５Ａ
によって推定されたモータ周波数ωｒｈが、ベクトル制
御器１Ａに入力される。また、ドライブＢもドライブＡ
とほぼ同様の構成であり、ベクトル制御器１Ｂ，インバ
ータ２Ｂ，誘導電動機３Ｂ，電流検出器４Ｂ，モータ周
波数推定器５Ｂ，切替え器６Ｂから構成される。ベクト
ル制御器１Ｂは、トルク指令値Ｔｍ２^*と２次磁束指令
値φ２ｄ２^*と後述するモータ周波数を入力し、３相の
電圧指令値Ｖｕ２^*，Ｖｖ２^*，Ｖｗ２^*を出力する。イ
ンバータ２Ｂは、３相の電圧指令値Ｖｕ２^*，Ｖｖ２^*，
Ｖｗ２^*に従い、図示しない電力源から供給される直流
を交流に変換して誘導電動機３Ｂを駆動する。電流検出
器４Ｂは、誘導電動機３Ｂに流れる電流Ｉｕ２，Ｉｗ２
を検出する。モータ周波数推定器５Ｂは、ベクトル制御
器１Ｂが出力した３相の電圧指令値Ｖｕ２^*，Ｖｖ２^*，
Ｖｗ２^*と、電流検出器４Ｂが検出した電流Ｉｕ２，Ｉ
ｗ２とを入力し、誘導電動機３Ｂのモータ周波数ωｒｈ
２を推定する。切替え器６Ｂは、モータ周波数推定器５
Ａによって推定されたモータ周波数ωｒｈとモータ周波
数推定器５Ｂによって推定されたモータ周波数ωｒｈ２
のどちらか一方を選択する。この切替え器６Ｂによって
選択された一方のモータ周波数が、ベクトル制御器１Ｂ
に入力される。

【００１７】ここで、例えば電気車の制御を考えた場
合、インバータ２Ａ，２Ｂの動作を完全に停止して、惰
性で走行するだ行状態が存在する。このだ行状態では、
誘導電動機３Ａ，３Ｂには、ごく微小な残留磁束が残る
のみである。

【００１８】図２は、だ行状態から再起動する場合のド
ライブＡ，Ｂの動作シーケンス図である。すなわち以
下、再起動手段を説明する。だ行状態にあるドライブ
Ａ，Ｂが再起動する場合、まずドライブＡのモータ周波
数推定器５Ａのみがモータ周波数ωｒｈの推定を行な
う。このモータ周波数推定器５Ａの推定したモータ周波
数ωｒｈが安定したところで、誘導電動機３Ａ，３Ｂの
モータ磁束φ２ｄ，φ２ｄ２の立ち上げ、いわゆる再起
動動作に移る。この時、ドライブＢのモータ周波数選択
器６Ｂは、ドライブＡのモータ周波数推定器５Ａが推定
したモータ周波数ωｒｈを選択する。このため、ドライ
ブＡ，Ｂ共、モータ周波数ωｒｈに基づいて、それぞれ
誘導電動機３Ａ，３Ｂのモータ磁束φ２ｄ，φ２ｄ２が
立ち上がるようにインバータ２Ａ，２Ｂが制御される。
そして、誘導電動機３Ａ，３Ｂのモータ磁束φ２ｄ，φ
２ｄ２が立ち上がった時点で、だ行状態を示すフラグＦ
ＲＵＮが「１」から「０」となり、モータ周波数選択器
６Ｂは、ドライブＢのモータ周波数推定器５Ｂが推定し
たモータ周波数ωｒｈ２を選択するように動作する。だ
行状態から再起動して、力行・回生状態となってから
は、それぞれ独自に推定したモータ周波数を用いて制御
を行なう。

【００１９】以上の制御を行なうことにより、だ行から
の再起動時における過渡トルクや過電流の発生を最小限
に抑制することができる。すなわち、モータ周波数の推
定は、磁束により発生する誘起電圧を元にするものであ
る。だ行状態からの再起動では、モータ周波数を推定す
るために必要な誘起電圧が存在しないため、何らかの電
圧を与え、磁束すなわち誘起電圧を発生させることが不
可欠である。この場合、モータ周波数が未知であるた
め、磁束とトルクを非干渉に制御することが困難で、何
らかの過渡的なトルクや電流が発生する。複数台のイン
バータが同時にだ行状態から再起動を行なう場合、他の
インバータは、その推定値に従い磁束の立ち上げを行な
うことで、システム全体としての過渡トルクや電流値を
抑制することが可能である。

【００２０】また、図３に示すようなシーケンスに基づ
いて、だ行状態からドライブＡ，Ｂを再起動してもよ
い。本シーケンスでは、だ行状態においても、ドライブ
Ａのベクトル制御器１Ａに２次磁束指令値φ２ｄ^*のみ
を与え続けインバータ２Ａの動作を停止せさない。一
方、だ行状態において、ドライブＢのベクトル制御器１
Ｂには２次磁束指令値φ２ｄ２^*を与えず、インバータ
２Ｂの動作を停止する。ドライブＢのモータ周波数選択
器６Ｂは、だ行状態を示すフラグＦＲＵＮが「１」であ
るとき、ドライブＡのモータ周波数推定器５Ａが推定し
たモータ周波数ωｒｈを選択し、誘導電動機３Ｂのモー
タ磁束φ２ｄ２が立ち上がるようにインバータ２Ｂが制
御される。そして、誘導電動機３Ｂのモータ磁束φ２ｄ
２が立ち上がった時点で、だ行状態を示すフラグＦＲＵ
Ｎが「１」から「０」となり、モータ周波数選択器６Ｂ
は、ドライブＢのモータ周波数推定器５Ｂが推定したモ
ータ周波数ωｒｈ２を選択するように動作する。だ行状
態から再起動して、力行・回生状態となってからは、そ
れぞれ独自に推定したモータ周波数を用いて制御を行な
う。

【００２１】以上のような制御により、複数台のインバ
ータを備えたシステムにおいては、少なくとも１台のイ
ンバータをだ行時にも動作させて、誘導電動機に磁束を
与え続けるようにすることで、だ行からの再起動の際に
も安定したモータ周波数を推定することができる。また
動作を停止していたインバータも、このモータ周波数推
定値を利用して、自己の誘導電動機の磁束を立ち上げ、
自己のモータ周波数推定値が安定になった時点で、自己
のモータ周波数推定値を利用することで、すべてのイン
バータが安定した再起動を行うことができる。

【００２２】また、図４に示すようなシーケンスに基づ
いて、だ行状態からドライブＡ，Ｂを再起動してもよ
い。本シーケンスでは、だ行状態においても、ドライブ
Ａのベクトル制御器１Ａに２次磁束指令値φ２ｄ^*のみ
を与え続けインバータ２Ａの動作を停止せさない。一
方、だ行状態において、ドライブＢのベクトル制御器１
Ｂには２次磁束指令値φ２ｄ２^*を与えず、インバータ
２Ｂの動作を停止する。なお、このだ行状態にドライブ
Ａのベクトル制御器１Ａに与え続ける２次磁束指令値φ
２ｄ^*は、力行あるいは回生状態の通常時に与えられる
２次磁束指令値に対して小さく設定する。そして、再起
動時において、インバータ２Ａの磁束立ち上げを行な
う。後のシーケンスは図３に示したシーケンスと同様で
ある。

【００２３】以上のような制御により、図３に示したシ
ーケンス制御の効果に加えて、だ行状態におけるインバ
ータ２Ａの出力電流値を小さくすることができ、損失を
低減することができる。

【００２４】図５は、本発明の第２の実施の形態を示す
誘導電動機の制御装置の構成図である。本発明の実施の
形態は、図３、図４に示した動作シーケンス図による制
御のように、だ行状態において少なくとも１台のインバ
ータを動作させるものである。そして、この少なくとも
だ行状態において動作し続けるインバータ２Ａがコンバ
ータ８、コンデンサ９に接続されている点が特徴であ
る。単相あるいは３相交流電源７から供給される交流電
力をコンバータ８で直流電力に変換し、インバータ２Ａ
で交流電力に変換して誘導電動機３Ａを駆動する。コン
デンサ９の端子間電圧Ｖｄｃは電圧検出器１０で検出さ
れ、比較器１１において電圧指令値Ｖｄｃ^*との偏差が
演算され、電圧制御器１２に入力される。電圧制御器１
２は、端子間電圧Ｖｄｃが電圧指令値Ｖｄｃ^*に一致す
るようにコンバータ８の出力電圧を制御する。

【００２５】図６は、フラグＦＲＵＮと電圧指令値Ｖｄ
ｃ^*の関係図である。図６のようにだ行状態を示すフラ
グＦＲＵＮが「０」から「１」に変化すると、電圧指令
値Ｖｄｃ^*は力行や回生の通常時に比べて小さく設定さ
れる。そして、電圧指令値Ｖｄｃ^*に端子間電圧Ｖｄｃ
に一致するようにコンバータ８を制御する。そして、通
常時より低く制御された端子間電圧Ｖｄｃをインバータ
２Ａで交流に変換することになる。

【００２６】このように制御することにより、インバー
タ２Ａの損失は端子間電圧Ｖｄｃの大きさにも依存する
ので、だ行状態においても動作し続けるインバータ２Ａ
の損失を低減することができる。

【００２７】図７は、本発明の第３の実施の形態を示す
誘導電動機の制御装置の構成図である。本発明の実施の
形態は、図３、図４に示した動作シーケンス図による制
御のように、だ行状態において少なくとも１台のインバ
ータを動作させるものである。そして、この少なくとも
だ行状態において動作し続けるインバータ２Ａのスイッ
チング周波数Ｆｓを制御することが特徴である。切替え
器１３Ａは、スイッチング周波数Ｆｓ１，Ｆｓ２のどち
らか一方を選択してスイッチング周波数Ｆｓとしてイン
バータ２Ａに与える。このスイッチング周波数Ｆｓ２
は、スイッチング周波数Ｆｓ１に比べて低い周波数であ
る。すなわち、切替え器１３Ａは、力行あるいは回生状
態の通常時には、フラグＦＲＵＮが「０」であるため、
スイッチング周波数Ｆｓ１を選択してスイッチング周波
数Ｆｓとしてインバータ２Ａに与える。一方、だ行状態
ではフラグＦＲＵＮが「１」であるため、切替え器１３
Ａは、スイッチング周波数Ｆｓ２を選択してスイッチン
グ周波数Ｆｓとしてインバータ２Ａに与える。

【００２８】このように制御することにより、インバー
タ２Ａの損失はインバータ２Ａを構成するスイッチング
素子のスイッチング回数に比例するため、インバータの
スイッチング周波数にも依存するので、だ行状態におい
ても動作し続けるインバータ２Ａのスイッチング周波数
を通常時に比べて低くすることにより、損失を低減する
ことができる。

【００２９】図８は、本発明の第４の実施の形態を示す
誘導電動機の制御装置の構成図である。本発明の実施の
形態では、少なくとも１台の誘導電動機３Ａに速度セン
サ１４Ａを備えている点が特徴である。だ行状態から再
起動を行なう場合には、切替え器１５Ａ，１５Ｂは速度
センサ１４Ａが検出したモータ周波数ωｒを選択する。
磁束が立ち上がり、だ行状態を示すフラグＦＲＵＮが
「０」となると、切替え器１５Ａ，１５Ｂはモータ周波
数推定器５Ａ，５Ｂが各々推定するモータ周波数ωｒ
ｈ，ωｒｈ２を選択する。したがって、だ行状態からの
再起動時の間のみ、速度センサ１４Ａの検出値を用い、
磁束が立ち上がった時点で、モータ周波数推定器５Ａ，
５Ｂが推定したモータ周波数を用いるように制御するこ
とで、安定かつ確実に磁束の立ち上げ、いわゆる再起動
を行なうことができる。この場合、少なくとも再起動時
のみに唯一一つの速度センサからの情報が判りさえすれ
ばよく、精度的にも十分なものは必要とならない。

【００３０】図９は、本発明の第５の実施の形態を示す
誘導電動機の制御装置の構成図である。ベクトル制御器
１６は、トルク指令値Ｔｍ^*と２次磁束指令値φ２ｄ^*を
入力し、ｄｑ軸電圧指令値Ｖｄ１^*，Ｖｑ１^*を出力す
る。すべり周波数演算器１７は、トルク指令値Ｔｍ^*と
２次磁束指令値φ２ｄ^*を入力し、すべり周波数基準ω
ｓ^*を演算して出力する。座標変換器１８は、後述する
切替え器２７，２８を介して出力されるｄｑ軸電圧指令
値Ｖｄ^*，Ｖｑ^*を入力し、３相の電圧指令値Ｖｕ^*，Ｖ
ｖ^*，Ｖｗ^*に変換して出力する。インバータ１９は、３
相の電圧指令値Ｖｕ^*，Ｖｖ^*，Ｖｗ^*に従い、図示しな
い電力源から供給される直流を交流に変換して誘導電動
機２０を駆動する。電流検出器２１は、誘導電動機２０
に流れる電流Ｉｕ，Ｉｗを検出する。座標変換器２２
は、電流Ｉｕ，Ｉｗを入力し、ｄｑ軸電流Ｉｄ，Ｉｑに
変換して出力する。モータ周波数推定器２３は、ｄｑ軸
電圧指令値Ｖｄ^*，Ｖｑ^*とｄｑ軸電流Ｉｄ，Ｉｑとを入
力し、誘導電動機２０のモータ周波数ωｒｈ１を推定す
る。また、モータ周波数推定器２４は、ｄｑ軸電流Ｉ
ｄ，Ｉｑを入力し、誘導電動機２０のモータ周波数ωｒ
ｈ２、インバータ周波数ωｉｎｖ２、ｄｑ軸電圧指令値
Ｖｄ２^*，Ｖｑ２^*を出力する。加算器２５は、すべり周
波数基準ωｓ^*と後述する切替え器２９を介して出力さ
れたモータ周波数ωｒｈを加算し、インバータ周波数ω
ｉｎｖ１を出力する。積分器２６は、後述する切替え器
３０を介して出力されたインバータ周波数ωｉｎｖを積
分して、座標変換器１８，２２に出力する。

【００３１】切替え器２７〜３０は、図１０に示す切替
え信号Ｓ１，Ｓ２に基づいて、それぞれ２入力から１出
力を得るものである。切替え信号Ｓ１は、だ行状態から
再起動を行うためにモータ周波数を推定する状態には信
号「ａ」を示し、再起動状態及び通常の力行・回生状態
には、信号「ｂ」を示すもので、切替え信号Ｓ２は、モ
ータ周波数を推定する状態から再起動状態にかけては信
号「ａ」を示し、通常の力行・回生状態には、信号
「ｂ」を示すものである。まただ行状態は、インバータ
１９の動作を完全に停止しているため、切替え信号Ｓ
１，Ｓ２は出力されない。すなわち、切替え器２７は、
モータ周波数推定器２４が出力したｄ軸電圧指令値Ｖｄ
２^*とベクトル制御器１６が出力したｄ軸電圧指令値Ｖ
ｄ１^*を入力し、切替え信号Ｓ２が信号「ａ」を示すと
きにはｄ軸電圧指令値Ｖｄ２^*を、切替え信号Ｓ２が信
号「ｂ」を示すときにはｄ軸電圧指令値Ｖｄ１^*を選択
し、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ^*として座標変換器１８に対し
て出力する。切替え器２８は、モータ周波数推定器２４
が出力したｑ軸電圧指令値Ｖｑ２^*とベクトル制御器１
６が出力したｑ軸電圧指令値Ｖｑ１^*を入力し、切替え
信号Ｓ２が信号「ａ」を示すときにはｑ軸電圧指令値Ｖ
ｑ２^*を、切替え信号Ｓ２が信号「ｂ」を示すときには
ｑ軸電圧指令値Ｖｑ１^*を選択し、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ^*
として座標変換器１８に対して出力する。切替え器２９
は、モータ周波数推定器２４が出力したモータ周波数ω
ｒｈ２とモータ周波数推定器２３が出力したモータ周波
数ωｒｈ１を入力し、切替え信号Ｓ２が信号「ａ」を示
すときにはモータ周波数ωｒｈ２を、切替え信号Ｓ２が
信号「ｂ」を示すときにはモータ周波数ωｒｈ１を選択
し、モータ周波数ωｒｈとして加算器２５に対して出力
する。切替え器３０は、モータ周波数推定器２４が出力
したインバータ周波数ωｉｎｖ２と加算器２５が出力し
たインバータ周波数ωｉｎｖ１を入力し、切替え信号Ｓ
１が信号「ａ」を示すときにはインバータ周波数ωｉｎ
ｖ２を、切替え信号Ｓ１が信号「ｂ」を示すときにはイ
ンバータ周波数ωｉｎｖ１を選択し、インバータ周波数
ωｉｎｖとして積分器２６に対して出力する。

【００３２】まず、通常の力行・回生状態では、上述し
たように切替え信号Ｓ１，Ｓ２とも信号「ｂ」を示す。
したがって、ベクトル制御器１６がトルク指令値Ｔｍ^*
と２次磁束指令値φ２ｄ^*を入力して演算したｄｑ軸電
圧指令値Ｖｄ１^*，Ｖｑ１^*が、ｄｑ軸電圧指令値Ｖ
ｄ^*，Ｖｑ^*として得られ、モータ周波数推定器２３がｄ
ｑ軸電圧指令値Ｖｄ^*，Ｖｑ^*（Ｖｄ１^*，Ｖｑ１^*）とｄ
ｑ軸電流Ｉｄ，Ｉｑを入力して推定したモータ周波数ω
ｒｈ１がモータ周波数ωｒｈとして得られる。そして加
算器２５によって得られたモータ周波数ωｒｈ（ωｒｈ
１）とすべり周波数ωｓ^*との加算値であるインバータ
周波数ωｉｎｖ１が、インバータ周波数ωｉｎｖとして
得られる。以上の動作はいわゆる速度センサレスベクト
ル制御の動作と同様である。

【００３３】だ行状態では、インバータ１９の動作は停
止されているが、だ行状態から起動する場合は、まずモ
ータ周波数を推定しなくてはならない。そこで、このモ
ータ周波数を推定する状態になると、上述したように切
替え信号Ｓ１，Ｓ２とも信号「ａ」を示す。したがっ
て、モータ周波数推定器２４が出力するｄｑ軸電圧指令
値Ｖｄ２^*，Ｖｑ２^*が、ｄｑ軸電圧指令値Ｖｄ^*，Ｖｑ^*
として得られ、同じくモータ周波数推定器２４が出力す
るインバータ周波数ωｉｎｖ２が、インバータ周波数ω
ｉｎｖとして得られる。このように、だ行状態において
インバータ周波数ωｉｎｖが得られると、切替え信号Ｓ
１のみが信号「ａ」から信号「ｂ」となる。切替え信号
Ｓ１が信号「ｂ」となると、ベクトル制御器１６がトル
ク指令値Ｔｍ^*と２次磁束指令値φ２ｄ^*を入力して演算
したｄｑ軸電圧指令値Ｖｄ１^*，Ｖｑ１^*が、ｄｑ軸電圧
指令値Ｖｄ^*，Ｖｑ^*として得られ、加算器２５によって
得られたモータ周波数ωｒｈ（ωｒｈ２）とすべり周波
数ωｓ^*との加算値であるインバータ周波数ωｉｎｖ１
が、インバータ周波数ωｉｎｖとして得られる。そして
この再起動の途中乃至は終了した時点、すなわち時速が
立ち上がる途中或いは立ち上がった時点で、切替え信号
Ｓ２も信号「ａ」から信号「ｂ」となる。これにより通
常の速度センサレスベクトル制御系に移行する。

【００３４】速度センサレスベクトル制御ではモータ周
波数を推定する必要があり、このモータ周波数の推定に
は、ほぼ正確に把握できたある程度の磁束の存在が不可
欠であるが、だ行状態では、磁束が存在せず、また存在
していてもごく微少であるため、通常状態でモータ周波
数を推定している推定器が安定に動作せず、モータ周波
数の推定が困難となる場合がある。このようなモータ周
波数の推定値が安定しない状態で、磁束の立ち上げを行
う場合、過大な過渡トルクが発生したり、或いは、磁束
が立ち上がらない状態となる。そこで、本実施の形態の
ように、だ行からの再起動時におけるモータ周波数の推
定を、通常時のモータ周波数を推定する推定器とは別に
設けた推定器で行うことで、安定かつ確実な再起動を行
うことができる。

【００３５】図１１は、図９に示した第５の実施の形態
におけるモータ周波数推定器２４を中心に、切替え信号
Ｓ１，Ｓ２が信号「ａ」である状態を示してあり、切替
え器２７〜３０などは省略してある。

【００３６】モータ周波数推定器２４は、ｄｑ軸電圧指
令値Ｖｄ２^*，Ｖｑ２^*として、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ２^*
を０とし、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ２^*を任意な値Ｖｒｅｆ
に設定して出力する。この設定されて出力された値が、
ｄｑ軸電圧指令値Ｖｄ^*，Ｖｑ^*として、座標変換器１８
に与えられる。この場合、出力電圧ベクトルは、ｄｑ軸
回転座標系上で、ｑ軸に一致する事になる。この出力電
圧ベクトルに一致する電流成分すなわちｑ軸電流Ｉｑが
インバータ周波数制御器２４ａに入力される。インバー
タ周波数制御器２４ａは例えば入力をＰＩ制御する構成
とし、出力電圧ベクトルに一致する電流成分すなわちｑ
軸電流成分Ｉｑを零にするようなインバータ周波数ωｉ
ｎｖ２を出力する。この値が、インバータ周波数ωｉｎ
ｖとして、積分器３８に与えられる。そして、ｑ軸電流
成分Ｉｑが零或いはその近傍になった事を零電流検出器
２４ｂが検出すると、その時点でのインバータ周波数ω
ｉｎｖ２をラッチ器２４ｃで保持し、この値をモータ周
波数ωｒｈ２として出力する。

【００３７】また図１２は、図９に示した第５の実施の
形態におけるモータ周波数推定器２４を中心に、切替え
信号Ｓ１，Ｓ２が信号「ａ」である状態を示してあり、
切替え器２７〜３０などは省略してある。

【００３８】モータ周波数推定器２４は、ｄｑ軸電圧指
令値Ｖｄ２^*，Ｖｑ２^*として、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ２^*
を０とし、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ２^*を任意な値Ｖｒｅｆ
に設定して出力する。この設定されて出力された値が、
ｄｑ軸電圧指令値Ｖｄ^*，Ｖｑ^*として、座標変換器１８
に与えられる。電流ベクトル長演算器２４ｄは、ｄｑ軸
電流Ｉｄ，Ｉｑを入力し、その大きさＩ１を演算して出
力する。最小化制御器２４ｅは、大きさＩ１が最小とな
るようなインバータ周波数ωｉｎｖ２を出力する。この
値が、インバータ周波数ωｉｎｖとして、積分器３８に
与えられる。そして、大きさＩ１が最小となった時点で
インバータ周波数ωｉｎｖ２をラッチ器２４ｆで保持
し、この値をモータ周波数ωｒｈ２として出力する。

【００３９】図１３は、ｄｑ軸回転座標系上で、ｑ軸に
ある電圧を与え、ｄ軸電圧を零とし、モータ周波数を１
００Ｈｚとした場合の定常状態でのｄｑ軸電流値をそれ
ぞれ表すグラフである。横軸はインバータ周波数であ
る。図１３より、インバータ周波数がモータ周波数に一
致する１００Ｈｚを境に、ｑ軸電流の符号が正負逆転し
ているのが分かる。また、インバータ周波数がモータ周
波数に一致する１００Ｈｚの点で、大きさＩ１が最小値
をとり、１００Ｈｚから離れるにしたがって、斬増して
いくのが分かる。

【００４０】また図１４、図１５は、ｄｑ軸回転座標系
上で、ｑ軸にある電圧を与え、ｄ軸電圧を零とし、モー
タ周波数を５０Ｈｚ、１５０Ｈｚとした場合の定常状態
でのｄｑ軸電流値をそれぞれ表すグラフである。この場
合も、インバータ周波数がモータ周波数に一致する５０
Ｈｚまたは１５０Ｈｚを境に、ｑ軸電流の符号が正負逆
転しているのが分かる。また、インバータ周波数がモー
タ周波数に一致する５０Ｈｚまたは１５０Ｈｚの点で、
大きさＩ１が最小値をとり、５０Ｈｚまたは１５０Ｈｚ
から離れるにしたがって、斬増していくのが分かる。

【００４１】これら図１３乃至図１５に示す特性を利用
して、ｑ軸電流が正である場合には、インバータ周波数
を低下するように制御し、ｑ軸電流が負である場合に
は、インバータ周波数を増加するように制御することに
より、インバータ周波数とモータ周波数とを一致させる
ことができる。また、大きさＩ１の最小値を探し、最小
値となった時点の周波数がモータ周波数に一致すること
になる。このような制御は、モータパラメータに依存し
ないため、モータ周波数を正確に推定することが可能で
ある。

【００４２】図１１に示したモータ周波数推定器の構成
では、直接ｑ軸電流を検出して、零あるいはその近傍と
なったことを判断して、モータ周波数を推定している。
この部分は、モータ周波数推定の早さを考慮して、推定
開始からある時間遅れてインバータ周波数をラッチして
モータ周波数としても同様の作用効果を得ることができ
る。

【００４３】図１２に示したモータ周波数推定器の構成
では、大きさＩ１を最小化してモータ周波数を推定して
いる。ｄｑ軸回転座標系上の電流値の大きさと、静止座
標系上での電流値の大きさは、比例するものであり、ま
た相電流の実効値もまた比例するものである。したがっ
て、ｄｑ軸回転座標系上の電流値の大きさを最小化する
代わりに、静止座標系上の電流値の大きさや相電流の実
効値を最小化しても、同様の作用効果を得ることができ
る。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
だ行状態から再起動する場合に、不必要な過電流やトル
クの発生を防ぐことができ、安定かつ確実に再起動を行
なうことのできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す誘導電動機の
制御装置の構成図である。

【図２】だ行状態から再起動する場合の動作シーケンス
図である。

【図３】だ行状態から再起動する場合の動作シーケンス
図である。

【図４】だ行状態から再起動する場合の動作シーケンス
図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態を示す誘導電動機の
制御装置の構成図である。

【図６】フラグと電圧指令値の関係図である。

【図７】本発明の第３の実施の形態を示す誘導電動機の
制御装置の構成図である。

【図８】本発明の第４の実施の形態を示す誘導電動機の
制御装置の構成図である。

【図９】本発明の第５の実施の形態を示す誘導電動機の
制御装置の構成図である。

【図１０】切替え信号を示す図である。

【図１１】図９に示したモータ周波数推定器の詳細説明
図である。

【図１２】図９に示したモータ周波数推定器の詳細説明
図である。

【図１３】ｄｑ軸電流値を表すグラフである。

【図１４】ｄｑ軸電流値を表すグラフである。

【図１５】ｄｑ軸電流値を表すグラフである。

【図１６】従来の誘導電動機の制御装置の構成図であ
る。

【符号の説明】

１Ａ，１Ｂ，１６…ベクトル制御器 ２Ａ，２Ｂ，１９…インバータ ３Ａ，３Ｂ，２０…誘導電動機 ４Ａ，４Ｂ，２１…電流検出器 ５Ａ，５Ｂ，２３，２４…モータ周波数推定器 ６Ｂ，１３Ａ，１５Ａ，１５Ｂ，２７，２８，２９，３
０…切替え器 ８…コンバータ ９…コンデンサ １０…電圧検出器 １２…電圧制御器 １７…すべり周波数演算器 １８，２２…座標変換器 ２４ａ…インバータ周波数制御器 ２４ｂ…零電流検出器 ２４ｃ，２４ｆ…ラッチ器 ２４ｄ…電流ベクトル長演算器 ２４ｅ…最小化制御器

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流を交流に変換する複数のインバータ
   と、 これらインバータによりそれぞれ駆動される複数の誘導
   電動機と、 これら誘導電動機の回転周波数をそれぞれ推定する複数
   の周波数推定手段と、 これら周波数推定手段が推定した回転周波数と、トルク
   指令値、磁束指令値に基づいて出力電圧指令値を演算
   し、この出力電圧指令値に基づいて前記複数のインバー
   タそれぞれを制御するベクトル制御手段と、 前記複数のインバータを停止させるだ行状態から、前記
   複数のインバータそれぞれを再起動する際に、前記複数
   の誘導電動機のうち少なくとも１台の誘導電動機の回転
   周波数を推定し、この回転周波数を用いて、前記複数台
   のインバータ全てを再起動させる再起動手段とを有する
   誘導電動機の制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の誘導電動機の制御装置
   において、 前記再起動手段は、前記だ行状態に、少なくとも１台の
   インバータに前記磁束指令値を与え、前記少なくとも１
   台のインバータを動作させる動作手段を備え、前記だ行
   状態から、前記複数のインバータそれぞれを再起動する
   際に、前記動作手段により動作される少なくとも１台の
   インバータが駆動する誘導電動機の回転周波数を推定
   し、この回転周波数を用いて、前記複数台のインバータ
   全てを再起動させることを特徴とする誘導電動機の制御
   装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の誘導電動機の制御装置
   において、 前記再起動手段は、前記だ行状態に、少なくとも１台の
   インバータに前記磁束指令値より低い磁束指令値を与
   え、前記少なくとも１台のインバータを動作させる動作
   手段を備え、前記だ行状態から、前記複数のインバータ
   それぞれを再起動する際に、前記動作手段により動作さ
   れる少なくとも１台のインバータが駆動する誘導電動機
   の回転周波数を推定し、この回転周波数を用いて、前記
   複数台のインバータ全てを再起動させることを特徴とす
   る誘導電動機の制御装置。
4. 【請求項４】 請求項２または請求項３に記載の誘導電
   動機の制御装置において、 前記動作手段により動作される少なくとも１台のインバ
   ータの入力側に接続されたコンデンサと、 このコンデンサに直流電圧を供給するコンバータと、 このコンバータの供給する直流電圧を前記だ行状態に低
   くなるように前記コンバータを制御する電圧制御手段と
   を有する誘導電動機の制御装置。
5. 【請求項５】 請求項２または請求項３に記載の誘導電
   動機の制御装置において、 前記動作手段は、前記だ行状態に動作させる少なくとも
   １台のインバータのスイッチング周波数を通常動作時に
   比べて低くするように制御することを特徴とする誘導電
   動機の制御装置。
6. 【請求項６】 直流を交流に変換する複数のインバータ
   と、 これらインバータによりそれぞれ駆動される複数の誘導
   電動機と、 これら誘導電動機の回転周波数をそれぞれ推定する複数
   の周波数推定手段と、 これら周波数推定手段が推定した回転周波数と、トルク
   指令値、磁束指令値に基づいて出力電圧指令値を演算
   し、この出力電圧指令値に基づいて前記複数のインバー
   タそれぞれを制御するベクトル制御手段と、 前記複数のインバータを停止させるだ行状態から、前記
   複数のインバータそれぞれを再起動する際に、前記複数
   の誘導電動機のうち少なくとも１台の誘導電動機の回転
   周波数を検出手段と、 この検出手段により検出された回転周波数を用いて、前
   記複数台のインバータ全てを再起動させる再起動手段と
   を有する誘導電動機の制御装置。
7. 【請求項７】 直流を交流に変換するインバータと、 このインバータにより駆動される誘導電動機と、 この誘導電動機の回転周波数を推定する第１の周波数推
   定手段と、 この第１の周波数推定手段が推定した回転周波数と、ト
   ルク指令値、磁束指令値に基づいて出力電圧指令値を演
   算し、この出力電圧指令値に基づいて前記インバータを
   制御するベクトル制御手段と、 前記インバータを停止させるだ行状態から、前記インバ
   ータを再起動する際に、前記誘導電動機の回転周波数を
   推定する第２の周波数推定手段と、 この第２の周波数推定手段により推定された回転周波数
   を用いて、前記インバータを再起動させる再起動手段
   と、 この再起動手段による前記インバータの再起動中あるい
   は再起動が終了した際に、前記再起動手段から前記ベク
   トル制御手段に切替えて前記インバータを制御する切替
   え手段とを有する誘導電動機の制御装置。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の誘導電動機の制御装置
   において、前記第２の周波数推定手段は、 前記インバータに任意の電圧を出力させて、前記誘導電
   動機へ供給される相電流を検出する電流検出手段と、 この電流検出手段により検出された相電流から、前記イ
   ンバータが出力する電圧のベクトル方向に一致する電流
   成分を演算する演算手段と、 この演算手段により演算された電流成分が零になるよう
   に、前記インバータのインバータ周波数を制御するイン
   バータ周波数制御手段とを備え、 前記電流成分が零に近付いた際に、前記インバータ周波
   数制御手段により制御されたインバータ周波数を前記回
   転周波数として推定することを特徴とする誘導電動機の
   制御装置。
9. 【請求項９】 請求項７に記載の誘導電動機の制御装置
   において、前記第２の周波数推定手段は、 前記インバータに任意の電圧を出力させて、前記誘導電
   動機へ供給される相電流を検出する電流検出手段と、 この電流検出手段により検出された相電流の大きさを演
   算する演算手段と、 この演算手段により演算された相電流の大きさが最小に
   なるように、前記インバータのインバータ周波数を制御
   するインバータ周波数制御手段とを備え、 前記相電流の大きさが最小になった際に、前記インバー
   タ周波数制御手段により制御されたインバータ周波数を
   前記回転周波数として推定することを特徴とする誘導電
   動機の制御装置。