WO2000019596A1

WO2000019596A1 - Dispositif de commande de moteur asynchrone

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Publication number: WO2000019596A1
Application number: PCT/JP1999/005261
Authority: WO
Inventors: Yoshihiko Kinpara; Miho Okuyama; Masato Koyama; Hisao Sakurai
Original assignee: Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
Priority date: 1998-09-29
Filing date: 1999-09-27
Publication date: 2000-04-06
Also published as: US6194864B1; JP2000175492A; CN1287709A; JP3716670B2; EP1035645A1; EP1035645B1; DE69936505T2; TW536864B; DE69936505D1; CN1196248C; EP1035645A4

Description

明細書誘導電動機の制御装置技術分野

この発明は、誘導電動機の制御装置に係り、特に負荷状態によらず誘導電動機の効率を最大値に保つことが可能な制御装置に関するものである。背景技術

第 1図は、例えば特開昭 6 2— 8 9 4 9 3号公報に開示された従来の制御装置を示す構成図である。図において、 l aはインバー夕、 2は誘導電動機、 3は電流検出器、 2 1は順変換部、 2 2はコンデンサ、 2 3 は逆変換部、 2 4は整流器、 2 5は口一パスフィル夕、 2 6は八/0コンバ一夕、 2 7はマイクロコンピュータによる制御回路、 2 8はPWM 回路である。インバー夕 1 aはコンデンサ 2 2 と P WM回路 2 8 とを備えた周知の電圧型 P WMィンバ一夕で、誘導電動機 2に可変電圧可変周波数の 3相交流電圧を供給する働きをする。

第 2図は、従来の誘導電動機の制御装置における高効率制御方式の動作原理の説明図である。第 2図を参照して、動作原理について説明する。まず、誘導電動機の入力電流（一次電流）振幅と入力電圧（一次電圧 ) 振幅の関係は、負荷トルクが一定の場合は第 2図に示すような特性曲線 Aを描く。つまり、必要以上に入力電圧を高くすると、励磁電流が増えて一次銅損や鉄損が増加するため誘導電動機の効率が低下する。逆に必要以上に入力電圧を低くすると、すべりが大きくなつて二次電流が増え一次銅損、二次銅損が増加し誘導電動機の効率が低下する。誘導電動機の一次電流は励磁電流と二次電流とのべクトル和で表されるので、この一次電流が最小になるところ（図中の B点）で損失が最小となる。そこで、一次電流の振幅が最小値を示すように一次電圧の振幅を制御することにより、誘導電動機を最大効率で運転することができる。

次に動作について説明する。

まず、電流検出器 3で検出された一次電流を口一パスフィル夕 2 5 に入力すると、一次電流の平均値が出力される。続いて、この平均値は A Z D コンバータ 2 6 を介して制御回路 2 7に取り込まれる。制御回路 2 7は上記の動作原理に基づいて、一次電流の平均値が減少するような一次電圧指令値を演算し、 P W M回路 2 8 に出力する。その結果、 P W M 回路 2 8 とィンバ一夕 1 aとで構成される電圧型 P W Mィンバ一夕は、制御回路 2 7から出力された一次電圧指令値に一致した一次電圧を誘導電動機 2へ供給する。

従来の誘導電動機の制御装置は、以上のように、誘導電動機の一次電流を検出してこの振幅が最小となるように一次電圧振幅を制御していたので、制御に必要な情報は一次電流のみであり安価な装置構成で制御が可能となる。しかし、誘導電動機を可変速運転する場合、可変速運転中は電圧型 P W Mインバ一夕の周波数指令値の変化に応じて一次電圧振幅が変化するため、一次電流振幅を最小にするように一次電圧振幅を制御することができない。このため、従来の制御装置では、可変速運転中は誘導電動機を最大効率で運転できないという課題があった。

さらに、一定速運転中でも、一次電圧振幅の変化が速すぎて、誘導電動機の発生トルクが負荷トルク以下となって誘導電動機の回転速度が低下し始めると、誘起電圧も回転速度に比例して減少する。その結果、一次電圧振幅をさらに下げると一次電流振幅が低下することとなり、最悪時には誘導電動機が停止してしまうという問題が生じる。そのため、一次電圧振幅変化を緩やかにする必要があるが、一定速運転時に頻繁な負荷トルク変動がある用途では、負荷トルク変動に追従した最大効率運転ができないという課題があつた。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、一次電流を検出して安価な装置構成で、一定速運転時のみならず加減速運転時にも高効率で誘導電動機を制御することができ、さらに、負荷トルクが急激に変化するような用途においても、制御の安定性を損ねることなく、誘導電動機の高効率運転が可能な il 御装置を得ることを目的とする。発明の開示

この発明に係る誘導電動機の制御装置は、可変電圧可変周波数の交流一次電圧を出力して誘導電動機を駆動する電力変換回路と、上記電力変換回路から上記誘導電動機に供給される一次電流を検出するための電流検出器と、上記一次電流と予め設定された上記交流一次電圧の周波数指令値とから第 1および第 2の電流成分を演算する電流成分演算回路と、上記第 1の電流成分の二乗値と上記第 2の電流成分の二乗値の振幅比が予め設定された所定値となるような磁束指令値を演算する磁束指令演算回路と、上記周波数指令値と上記磁束指令値とから一次電圧成分指令値を演算する電圧成分指令演算回路と、上記周波数指令値と上記一次電圧成分指令値から上記誘導電動機の一次電圧指令値を演算して上記電力変換回路へ出力する一次電圧指令演算回路とを備え、上記電流成分演算回路は上記一次電圧成分指令値と同相である第 1の電流成分および位相が 9 0度ずれた第 2の電流成分を演算するように構成したものである。このことによって、一定速運転時のみならず加減速運転時にも高効率で誘導電動機を制御することができる。また、負荷トルクが急激に変化するような用途においても、制御の安定性を損ねることなく、誘導電動機の高効率運転が可能となる。さらに、制御に必要な情報は誘導電動機に供給される一次電流のみであるので、制御装置が安肺に構成できるという効果を奏する。

この発明に係る誘導電動機の制御装置は、可変電圧可変周波数の交流一次電圧を出力して誘導電動機を駆動する電力変換回路と、上記電力変換回路から上記誘導電動機に供給される一次電流を検出するための電流検出器と、上記一次電流と予め設定された上記交流一次電圧の周波数指令値とから第 1および第 2の電流成分を演算する電流成分演算回路と、上記第 1の電流成分の二乗値と上記第 2の電流成分の二乗値の振幅比が予め設定された所定値となるような磁束指令値と該磁束指令値の微分に基づいた磁束微分指令値を演算する磁束指令演算回路と、上記周波数指令値と上記磁朿指令値と上記磁束微分指令値とから一次電圧成分指令値を演算する電圧成分指令演算回路と、上記周波数指令値と上記一次電圧成分指令値とから上記誘導電動機の一次電圧指令値を演算して上記電力変換回路へ出力する一次電圧指令演算回路とを備え、上記電流成分演算回路は上記一次電圧成分指令値と同相である第 1の電流成分および位相が 9 0度ずれた第 2の電流成分を演算するように構成したものである。

このことによって、一定速運転時のみならず加減速運転時にも高効率で誘導電動機を制御することができる。また、負荷トルクが急激に変化するような用途においても、磁束指令に対する磁束の応答性が向上し、負荷トルクが急変した時の過大な一次電流を抑制することが可能であるので、安定に制御することができ、誘導電動機の高効率運転が可能となる。さらに、制御に必要な情報は誘導電動機に供給される一次電流のみであるので、制御装置が安価に構成できるという効果を奏する。

この発明に係る誘導電動機の制御装置は、磁束指令演算回路中に、磁朿指令値の振幅の最大値および最小値の少なくとも一方を制限する制限回路を設けるようにしたものである。

このことによって、最大値を制限した場合には、負荷が増加したときに最大効率点での一次磁朿振幅が増加する結果、磁気飽和が原因で誘導電動機の一次磁束が指定値どおりに増えなくなると一次電流が増加して鉄損が増加し、効率が低下するという問題を防止できるという効果を奏する。また、最小値を制限した場合には、軽負荷時に一次磁束振幅を小さくしすぎると、負荷トルクが、急激に変化するような場合に、負荷卜ルク変化に対し一次磁束の変化が追従できないため、過渡的に過大な一次電流が流れるという問題を防止できるという効果を奏する。図面の簡単な説明

第 1図は、従来の誘導電動機の制御装置の構成を示すプロック図である。

第 2図は、従来の誘導電動機の制御装置における高効率制御方式の動作原理の説明図である。

第 3図は、この発明の実施の形態 1 による誘導電動機の制御装置の全体構成を示すブロック図である。

第 4図は、この発明の実施の形態 1 に係る電流成分演算回路の構成を示すブロック図である。

第 5図は、この発明の実施の形態 1 に係る磁束指令演算回路の構成を示すプロック図である。

第 6図は、この発明の実施の形態 1 に係る電圧成分指令演算回路の構成を示すブロック図である。

第 7図は、この発明の実施の形態 1 に係る一次電圧指令演算回路の構成を示すブロック図である。第 8図は、この発 Π/jによる高効率制御方式の動作原理の説明図である第 9図は、この発叫の実施の形態 1 および従来の ί| 御方式による誘導電勋機の効率特性を示す説明図である。

第 1 0図は、この発明の実施の形態 1 による高効率制御系の負荷トルクのステップ変化時の応答波形を示す図である。

第 1 1 図は、この発明の実施の形態 2 に係る電圧成分指令演算回路の構成を示すプロック図である。

第 1 2図は、この発叨の実施の形態 1 による高効率制御系の荷トルクの急激なステツプ変化時の応答波形を示す図である。

第 1 3図は、この発明の実施の形態 3 による高効率制御系の負荷トルクの急激なステツプ変化時の応答波形を示す図である。

第 1 4図は、この発明の実施の形態 3 に係る磁束指令演算回路の構成を示すプロック図である。

第 1 5図は、この発明の実施の形態 3 に係る電圧成分指令演算回路の構成を示すブロック図である。

第 1 6図は、この発明の実施の形態 4に係る電圧成分指令演算回路の構成を示すブロック図である。発明を実施するための最良の形態

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための最良の形態について、添付の図面に従って説明する。

実施の形態 1 .

第 3図は、この発明の実施の形態 1 による誘導電動機の制御装置の全体構成を示すブロック図である。第 3図において、 1は誘導電動機 2の前段に設けられた可変電圧可変周波数の交流電圧を出力する電力変換回路であって、この電力変換回路 1 は例えば従来装置におけるインバ一夕

1 aと P WM回路 2 8 とから構成される。 2は誘導電動機、 3は電流検出器であり、これらは従来装置のものと全く同一のものである。 8は例えば使用者により予め設定された周波数指令値を出力する周波数指令発生器である。 4は周波数指令発生器 8から出力される周波数指令値および誘導電動機 2 に供給される一次電流に基づいて第 1および第 2の電流成分を演算する電流成分演算回路、 5は電流成分演算回路 4に接続され第 1および第 2の電流成分に基づいて磁束指令値を演算する磁束指令演算回路である。また、 6は磁束指令演算回路 5および周波数指令発生器 8に接続され一次電圧成分指令値を演算する電圧成分指令演算回路、 Ί は電圧成分指令演算回路 6および周波数指令発生器 8 に接続され一次電圧指令値を演算する一次電圧指令演算回路である。

また、第 4図は上述した電流成分演算回路 4の詳細な構成を示すプロック図である。第 4図において、電流成分演算回路 4は、電流検出器 3 に接続された入力端子 4 0 , 4 1 と、周波数指令発生器 8に接続された入力端子 4 2 と、係数器 4 3〜 4 5 と、加算器 4 6 , 5 5 と、 V/Fコンバ一夕 4 7 と、カウン夕 4 8 と、 R O M 4 9 と、乗算形 D/Aコンパ —夕 5 0 , 5 1， 5 3 , 5 4 と、減算器 5 2 と、減算器 5 2および加算器 5 5 にそれそれ接続された出力端子 5 6および 5 7 とから構成されている。

また、第 5図は上述した磁束指令演算回路 5の詳細な構成を示すプロツク図である。第 5図において、磁束指令演算回路 5は、電流成分演算回路 4に接続された入力端子 6 0 , 6 1 と、乗算器 6 2 , 6 3 と、係数器 6 4 と、減算器 6 5 と、積分器 6 6 と、制限器 6 7 と、制限器 6 7 に接続された出力端子 6 8 とから構成されている。

また、第 6図は上述した電圧成分指令演算回路 6の詳細な構成を示すブロック図である。第 6図において、電圧成分指令演算回路 6は周波数指令発生器 8 に接続された入力端子 7 0 と、磁朿指令演算回路 5 に接続された入力端子 7 1 と、係数器 7 2 と、乗算器 7 3 と、乗算器 7 3 に接続された出力端子 7 4 とから構成されている。

また、第 7図は上述した一次電圧指令演算回路 7の詳細な構成を示すブロック図である。第 7図において、一次電圧指令演算回路 7は、電圧成分指令演算回路 6 に接続された入力端子 7 5 と、周波数指令発生器 8 に接続された入力端子 7 6 と、 V/ Fコンパ一夕 7 7 と、カウンタ 7 8 と、 R O M 7 9 と、乗算形 D / Aコンパ一夕 8 0 , 8 1 と、係数器 8 2 ， 8 3 , 8 5 , 8 7 と、加算器 8 4 と、減算器 8 6 と、係数器 8 3に接続された出力端子 8 8 と、係数器 8 5 に接続された出力端子 8 9 と、係数器 8 7に接続された出力端子 9 0 とから構成されている。

さて、実施の形態 1の動作の説明に移る前に、本発明における誘導電動機の高効率制御方式について説明する。

まず、周知のように、速度検出器を用いることなく誘導電動機を可変速制御する方式として、 V/ F—定制御方式がある。本制御方式では、誘導電動機の一次電圧振幅 V iが（ 1 ) 式に示される関係式を用いて制御される。

V , = Φ , ω , ( 1 )

ここで、 Φ iは一次磁束振幅、 ω ,は一次角周波数（ = 2 7Γ f い f ！：一次周波数）である。

つまり、一次電圧振幅 V tを一次角周波数 ω ,に比例させれば、誘導電動機の一次磁束振幅 Φ ,を制御することができる。

次に、本発明における電流成分演算方式について説明する。

公知のように、誘導電動機 2に供給される一次電流 I i _tl、 I _{l v}、 I , _wは直交座標軸（ a — b座標軸とする）上の成分 I _{l a}、 I _{l b}に（ 2 ) 式に示される関係式を用いて変換できる。

I ! _b = I ! / 2+ ■ I , _v ( 2 )

さらに、 a— b座標軸上の電流成分 I , _a、 I , _bは、一次角周波数 ω iで回転する回転座標軸（ d— q座標軸とする）上の成分 I , _d 、 I , _q に（ 3 ) 式に示される関係式を用いて変換できることも公知である。

I i q =— I i _a s i n 0 i + l H) c o s 0 i

(ただし、 S t ^ S o^ d t ) ( 3 )

一方、電圧に関しても同様の関係が成立するが、（ 2 ) 式を利用して a— b座標軸上の電圧成分 V , _a、 V , _bから一次電圧 V i _u、 V _{l v}、 V！ _wを求める関係式を導出すると（ 4 ) 式が得られる。

V _{l u} 二 · V _{l a}

V , ニ - (V _{l a} - V3"V _{l b}) / V6~

V _{l w}二 - （V _{l u} + V _{l v})

= - (V _{l a} - V3"V _{l b}) /V6" ( 4 )

同様に、（ 3 ) 式を利用して d— q座標軸上の電圧成分 V , _d、 V _{l q} から a— b座標軸上の電圧成分 V _{l a}、 V_{l b}を求める関係式を導出すると（ 5 ) 式が得られる。

V i _a = V _{l d} c o s 0 ! -V _{l q} s i η θ _x

V _{l b} = V _{l d} s i n ^ ! +V ^ c o s ^ ! ( 5 )

従って、電圧成分指令演算回路 6から出力される一次電圧成分指令値を、 q軸上の電圧成分指令値 V _q *とすると、一次電流の q軸成分 _qがー次電圧成分指令値と同相の電流成分すなわち第 1の電流成分となる。また、 d軸成分と q軸成分は位相が 9 0度ずれていることから、一次電流の d軸成分 I , _dがー次電圧成分指令値と位相が 9 0度ずれた電流成分すなわち第 2の電流成分となる。

ここで、一次電流の d '|i|t|成分 I , _dおよび q [tl成分 I , _qは、（ 2 ) 式および（ 3 ) 式から一次電流 I い，、 I ， _vおよび一次周波数 f ,から演算できることがわかる。

次に、誘導電動機の銅損は電流の二乗値に比例することが知られている。そこで、誘導電動機の一次周波数は 6 0 H z (—定）、かつ発生トルクは定格トルクの 2 0 % (—定）とし、一次磁束振幅 Φ ,を変化させた場合の誘導電動機の効率と、第 1および第 2の電流成分の二乗値の関係を調ベた計算結果の一例をそれそれ第 8図（ a ) 、 ( b ) に示す。なお、計算にあたっては、銅損および鉄損を考慮している。また、一次電圧成分指令値 V , _q *は（ 1 ) 式に示される関係式を用いて求め、（ 4 ) 式および（ 5 ) 式を用いて得られる一次電圧 Vいい V _{l v}、 V _{l w}が誘導電動機に印加されるものとした。ただし、 V , _d * 二 0 とした。

第 8図から、誘導電動機の効率が最大となるときの第 1の電流成分 I

1 _qの二乗値と第 2の電流成分 I ！ _dの二乗値の関係は一意に决まることがわかる。すなわち、誘導電動機の効率は図の A点で最大となるが、このとき、 I _{l q} ² = 6 2 A、 I _{l d} ² = 2 1 Aなので、 I _{l d}の二乗値の _qの二乗値に対する振幅比 K (- I _{l d} ²/ I _{l q} ² ) の値は 0. 3 4 ( =

2 1 / 6 2 ) となる。従って、振幅比 Kが 0. 3 4 となるように一次磁束振幅 Φ！を制御すれば、誘導電動機の効率が最大となることがわかるこのように、一次周波数と発生トルクがわかれば、誘導電動機の効率が最大となる振幅比 Kの値を求めることができる。さらに、第 8図からわかるように、最大効率点（ A点）付近の効率変化は緩やかなので、 K の値が最大効率点での値から多少ずれても誘導電動機の効率はあまり変化しない。そこで、一次周波数と ¾生トルクを変化させた場合に、誘導電動機の効率が最大となる振幅比 Kの値がどのように変化するかを計算によって調べたところ、 κの ffiの変化が小さいことが π刀らかとなつた。以上のことから、振幅比 Kの iii を一定としても突用上問題ないと考えられる。振幅比 Κの値を一定 ( 0 . 3 4 ) として、次周波数，や発生トルクを変化させた場合の誘導電動機の効率の計算結果を第 9図に実線で示す。この図では、比較のために、一次磁束振幅値 Φ ,を定格値一定とした従来の V / F制御時の効率特性が破線で示されている。この図から、振幅比 Kの値を一定としても、従来の V / F制御時と比蛟して軽負荷時の効率を大幅に改善できることがわかる。

また、本制御方式によれば、軽負荷時に誘導電動機の一次磁束振幅が減少することにより、一次電流が減少し、銅損や鉄損が減少するので、効率が向上される。逆に、負荷が増加すると、最大効率点での一次磁束振幅が増加する。その結果、磁気飽和が原因で誘導電動機の一次磁束が指令値どおりに増えなくなると、一次電流が増加して銅損が増加し、効率が低下するという問題が生じる。そのため、一次磁束振幅値 Φ ,に制限を設けるとよい。第 9図では、本発明による制御時の一次磁束指令値の最大値を定格値としている。その結果、誘導電動機の負荷が増加すると、本発明による制御時と従来の V / F制御時は同じ効率特性を示す。また、後述の理由により一次磁束指令値 Φ i = こ最小値を設けている。このため、本発明による制御時には、ごく軽負荷時に誘導電動機の効率が低下している。

次に、負荷トルクをステップ状に急変させたときの応答波形の一例を第 1 0図に示す。第 1 0図において、（ a ) は効率、（ b ) はトルク、 ( c ) は回転速度の経時変化をそれそれ示している。図では、回転速度 1 7 6 0 r p mにおいて負荷トルクを 1 0 %と 3 0 %との間でステップ状に急変させた場合を示している。この図から、本発明による制御方式は、負荷トルクの急変時にも、制御の安定性が損なわれることなく、高効率運転を実現できることがわかる。なお、 -次電圧の変化に対する一次磁束の応答には、誘導^動機のインダク夕ンスに起因する遅れがある。このため、軽負荷時に一次磁朿振幅を小さくしすぎると、負荷トルクが急激に変化するような場合は、負荷トルク変化に対し一次磁束の変化が追従できないため、過渡的に過大な一次電流が流れる恐れがある。このような場合は、一次磁束指令値 Φ , *に最小値を設けると良い。

次に、上述した実施の形態 1の動作を第 4図〜第 7図を参照しながら説明する。

まず、第 4図で示すように、第 1および第 2の電流成分、すなわち一次電流の q蚰成分 I , _qおよび d蚰成分 I , _dが電流成分演算回路 4から出力される。すなわち、電流検出器 3から入力端子 4 0および 4 1 を経由して、それそれ一次電流 I ！および I _vを入力すると、係数器 4 3 〜 4 5および加算器 4 6 によって、（ 2 ) 式の演算が行なわれ、係数器 4 3および加算器 4 6 からそれそれ一次電流の a軸成分 I , _aおよび b 軸成分 I , _bが出力される。

一方、周波数指令発生回路 8から出力されたアナログ量の一次周波数指令値 f i *を入力端子 4 2 を経由して V / Fコンバータ 4 7 に入力すると、周波数が一次周波数指令値 f に比例したパルス列の信号が得られ、カウン夕 4 8 によって一次周波数指令値 f , *の時間積分値であるディジタル量の角度 ^ iが求められ、 s i η β tおよび c o s S iの値が記憶された R 0 M 4 9のアドレスとして入力される。すると、 R O M 4 9から s i η θ ,および c o s θ ,のディジタル量が出力される。続いて、係数器 4 3および加算器 4 6からそれそれ出力された一次電流の a蚰成分 I _a、および b軸成分 I , _bと、 R 0 M 4 9から出力された s i η θ ,および c o s 0 ！のディジタル量を乗算形 D / Aコンパ一夕 5 0， 5 1， 5 3， 5 4に入力して乗算、アナログ変換した後、減算器 5 2および加算器 5 5 に入力すると、（ 3 ) 式の演算が行なわれ、出力端子 5 6および 5 7からそれそれ第 1 および第 2の電流成分 I i _ηおよび d蚰成分 I , _dが出力される。

続いて、第 5図で示すように、一次磁束指令値 Φ , *が磁束指令演算回路 5から出力される。すなわち、電流成分演算回路 4から入力端子 6 0および 6 1 を経由して、第 1および第 2の電流成分 I , _qおよび I ， _d を入力すると、乗算器 6 2および 6 3からそれそれの電流成分の二乗値が出力される。続いて、乗算器 6 2から出力された第 1 の電流成分 I , _qの二乗値を係数器 6 4 に入力して K倍したのち、減算器 6 5 によって第 2の電流成分 I _{t d}の二乗値との偏差が求められる。さらに、この偏差を積分器 6 6 に入力すると一次磁束指令値 Φ , *が出力され、制限器 6 7によって所定の最小値以下かつ最大値以上にならないように値が制限されたのち、出力端子 6 8から一次磁束指令値 Φ i *が出力される。続いて、第 6図で示すように、一次電圧成分指令値 V , _q *が電圧成分指令演算回路 6から出力される。すなわち、周波数指令発生回路 8から入力端子 7 0 を経由して出力された一次周波数指令値 ί* ! *を係数値が 2 ττの係数器 7 2 に入力すると一次角周波数指令値 ω , *が出力される。続いて、磁束指令演算回路 5から入力端子 7 1 を経由して出力された一次磁束指令値 Φ t *と、上記一次角周波数指令値 ω i *とについて乗算器 7 3により（ 1 ) 式の演算が行われ、出力端子 7 4から一次電圧成分指令値 V！ _q *が出力される。

次に、第 7図で示すように、一次電圧指令値 V _{l u} *、 V _{l v} *、 V _{l w} * がー次電圧指令演算回路 7から出力される。すなわち、電圧成分指令演算回路 6から入力端子 7 5 を経由して一次電圧成分指令値 V , _q *が入力される。一方、入力端子 7 6 を経由して周波数指令発生回路 8から一次阆波数指令値 f , *を入力すると、上述した電流成分演算回路 4 と同じ動作によって、 R〇 M 7 9から s i η 6> ,および c o s 6> ,のデイジ夕ル爐が出力される。

そして、一次電圧成分指令値 V _{l q} *と s i n ^ ,および c o s S ,のディジタル値を乗算形 D / Aコンバータ 8 0 , 8 1 に入力して乗算、ァナログ変換すると、（ 5 ) 式の演算が行われ一次電圧の a t]および b軸の成分指令値 V _{t a} *、 V , _t) *が出力される。ただし、一次電圧の d軸成分指令値 V , _d *の値は 0である。続いて、係数器 8 2 ， 8 3 , 8 5， 8 7、加算器 8 4、減算器 8 6によって、（ 4 ) 式の演算が行われ、出力端子 8 8〜 9 0からそれぞれ、一次電圧指令値 V i 、 V ,、. *、 V , _w* が出力される。

続いて、これらの一次電圧指令値 V , 、 V _{l v}*、 V _{l w}*を電力変換回路 1 に人力すると、周知の動作によって誘導電動機 2に印加される一次電圧の実際値がそれそれ、これらの一次電圧指令に追従するよう制御される。

以上の動作によって、誘導電動機 2の一次磁束振幅 Φ ,が磁束指令演算回路 5から出力される指令値《ϊ^ *に追従するように制御される。その結果、第 1の電流成分 I , _qの二乗値と第 2の電流成分 I , ^の二乗値との振幅比は、（ 6 ) 式の関係を満足するように制御される。

T 2

1 1 d

二 K ( 6 )

T 2

1 Q 実施の形態 2.

なお、一次周波数 f ,が低い範囲では、誘導電動機の- 次卷線抵抗 R

！による電圧低下が原因で一次磁朿振幅 Φ ！が指令値どおりに制御されなくなり、所望の効率改善効果が得られない場合が考えられる。このような場合は、電圧成分指令演算回路 6の構成を第 1 1図のように変更して、上記電圧低下分を^流成分演算回路 4から出力された第 1および第 2の電流成分 I , _ηおよび I , _dを用いて補正すればよい。

すなわち、第 1 1図に示されたブロック図の電圧成分指令演算回路 6 aでは、電流成分演算回路 4から入力端子 9 1 , 9 2 をそれそれ経由して出力された第 1および第 2の電流成分 I t _qおよび I , _dをそれそれ、誘導電動機 2の一次巻線抵抗 R ,に等しい係数値を持つた係数器 9 3 , 9 4に入力すると、一次巻線抵抗 R tによる電圧低下分 R , I , _q、 R , I _{I d}が求められる。そして、加算器 9 5 によって、乗算器 7 3 から出力された q軸電圧成分指令値（第 6図の電圧成分指令演算回路から出力される一次電圧成分指令値と同じ電圧）と係数器 9 3から出力された-- 次巻線抵抗 R iによる電圧低下分 R , I , _qが加算され、 q軸の一次電圧成分指令値 V】 _q *として出力端子 9 6から出力される。一方、一次巻線抵抗 R ,による電圧低下分 R i I , _dは d軸の一次電圧成分指令値 V > _d * として出力端子 9 7から出力される。

次に、これらの q軸および d軸の一次電圧成分指令値 V , _q *、 V _{l d} * は一次電圧指令演算回路 7へ入力され、（ 4 ) 式および（ 5 ) 式の関係式を用いて一次電圧指令値 V , _u *、 V _{l v} *、 V _{l w} *に変換され、電力変換回路 1へ出力される。実施の形態 3 .

本発明の実施の形態 3 による誘導電動機の制御装置について説明する。第 1 2図は、実施の形態 1 において、大きなステップ幅で負荷トルクが急変した場合の応答波形の一例を示し、（ a ) は効率、（ b ) はトルク、（ c ) は回転速度、（ d ) は一次電流の経時変化をそれそれ示している。図では、回転速度 9 0 0 r p mにおいて負荷トルクを 0 %から 8 0 %にステツプ状に急変させた場合を示している。

一次磁束指令値 φ , *の最小値を小さくしすぎると上述したように、過渡的に過大な一次電流が流れる。そこで、負荷トルクの変化幅が大きい場合は、過渡応答を改善するために磁束指令演算回路 5から磁朿指令値 Φ に加え磁束微分指令値 s Φ を出力し、電圧成分指令演算回路 6は一次周波数指令値 f , *と上記 Φ および s Φ！ *とに基づいて磁束に関する微分項磁束を補正すればよい。磁束 Φ ,に同期して回転する誘導電動機の座標軸上では次式が成り立つ。

V , _d = R , I , ₍₁ + s Φ ,

ν , ^ Ε ^ , , +ω Φ , ( 7 )

ただし、 sは微分演算子（ラプラス演算子）

そこで、一次電圧の d軸成分指令値 V , _d *に磁束微分指令値を考慮すれば、磁束 Φ ,の応答が向上する。従って、負荷トルクが急変した時の過大な一次電流を抑制することが可能な上に、回転速度の応答性を向上させることができる。

第 1 2図と同様の負荷変動時の d軸一次電圧成分指令値 V > _d *に磁束微分指令値を考慮した本発明の実施の形態 3による装置における応答波形の一例を第 1 3図に示す。第 1 3図において、（ a ) は効率、（ b ) はトルク、（ c ) は回転速度、（ d ) は一次電流の経時変化をそれぞれ示している。第 1 2図と比較して分かるように、 d軸一次電圧成分指令値 V , _d*に磁束微分指令値を考慮すれば、過大な一次電流を抑制することが可能な上に回転速度の応答性が向上することが分かる。

第 1 4図は本発明の実施の形態 3に係る磁束指令演算回路 5 bを示すプロック図であり、第 1 4図において、 1 0 1は一次遅れ演算器、 1 0 2は磁束微分指令値の出力端子である。その他の構成は実施の形態 1 と同一のものであり、その説明を省略する。一次磁束指令値 Φ , *が制限器 6 7 によって制限されない範囲に存在する場合、積分器 6 6の入力は磁束指令 Φ , *の微分値に比例する。従つて、積分器 6 6の入力（即ち減算器 6 5の出力）に基づいて磁束微分指令値を求めればよい。

一次遅れ演算器 1 0 1 は、 K倍された第 1 の電流成分 I ！ _qの二乗値と第 2 の電流成分 I _dの二乗値との偏差を入力し、次式で示される一次遅れ演算を行う。

s Φ ！ * = K _x ( 1 + T _v s ) U ( 8 )

ただし U 減算器 6 5の出力

K ゲイン設定値

T .. 時定数設定値

そして一次遅れ演算器 1 0 1 の演算結果は磁束微分指令値 s Φ , *として出力端子 1 0 2から出力される。

第 1 5図は本発明の実施の形態 3 に係る電圧成分指令演算回路 6 bを示すブロック図であり、第 1 5図において、 1 1 0は磁束微分指令値の入力端子、 1 1 1は d軸一次電圧成分指令値の出力端子である。その他の構成は実施の形態 1 と同一のものであり、その説明を省略する。

この様に d軸および q軸の一次電圧成分指令値 V i _d *、 V i _q *は出力端子 1 1 1 , 7 4から出力される。そして、これらの q軸および d軸の一次電圧成分指令値 V , _q *、 V！ _d *は上記実施の形態 2 と同様に一次電圧指令値 V _{l u} *、 V _{l v} *、 V _{l w} *に変換され、電力変換回路 1 へ出力される。

これにより、磁束指令に対する磁束の応答性が向上し、負荷トルクが急変した時の過大な一次電流を抑制できる。実施の形態 4 . なお、一次周波数 f ,が低い範囲で、誘導電動機の次巻線抵抗 R , による電圧低下が原因で一次磁朿振幅 Φ ,が指令値どおりに御されなくなり、所望の効率改善効果が得られない場合は、上記実施の形態 3 における電圧成分指令演^回路 6 bの構成を第 1 6図のように変更し、実施の形態 2の場合と同様に、上記電圧低下分を電流成分演算回路 4から出力された第 1 および第 2の電流成分 I , _qおよび I , _dを用いて補正してもよい。第 1 6図において、 1 2 0は磁束指令演算回路 5 bに接続された入力端子、 1 2 1 , 1 2 2は加算器、 1 2 3は q軸一次電圧成分指令値の出力端子、 1 2 4は d蚰一次電圧成分指令値の出力端子である。その他の構成は実施の形態 2の第 1 1図と同一のものであり、その説明を省略する。

加算器 1 2 1 によって（ 8 ) 式の一次抵抗による q蚰電圧降下分 R , I , _qを補正し、加算器 1 2 2 によって（ 7 ) 式の一次抵抗による q軸電圧降下分 R】 I , _dを補正する。

これにより、誘導電動機の一次卷線抵抗 R tによる電圧低下分が補正できるので、一次周波数 : f ,が低い範囲でも一次磁束振幅 Φ ,を指令値どおりに制御でき、所望の効率改善効果が得られる上に負荷トルクが急変した時の過大な一次電流を抑制できる。

なお、上記各実施の形態では、本発明を V / F—定制御に適用した場合について説明したが、誘導モー夕の磁束を制御するべクトル制御や一次磁束一定制御などの他の制御にも適用できることは言うまでもない。産業上の利用可能性

以上のように、この発明に係る誘導電動機の制御装置は、加減速運転時および負荷トルクが急激に変化する時等においても、誘導電動機の効率を最大値に保つことに適している。

Claims

m

1 . ϊΐί変電圧可変周波数の交流一次電圧を出力して誘導電動機を駆動する電力変換回路と、上記電力変換回路から上記誘導電動機に供給される一次電流を検出するための電流検出器と、上記一次電流と予め設定された上記交流一次電圧の周波数指令値とから笫 1および第 2の電流成分を演算する竜流成分演算回路と、上記第 1の電流成分の二乗値と上記第 2 求

の電流成分の二乗値の振幅比が予め設定された所定値となるような磁束指令値を演算する磁朿指令演算回路と、上記周波数指令値と上記磁束指範

令値とから一次電圧成分指令値を演算する電圧成分指令演算回路と、上記周波数指令値と上記一次電圧成分指令値とから上記誘導電動機の一次電圧指令値を演算して上記電力変換回路へ出力する一次電圧指令演算回路とを備え、上記電流成分演算回路は上記一次電圧成分指令値と同相である第 1の電流成分および位相が 9 0度ずれた第 2の電流成分を演算するように構成したことを特徴とする誘導電動機の制御装置。

2 . 上記磁束指令演算回路中に、磁束指令値の振幅の最大値および最小値の少なくとも一方を制限する制限回路を設けたことを特徴とする請求の範囲第 1項記載の誘導電動機の制御装置。

3 . 可変電圧可変周波数の交流一次電圧を出力して誘導電動機を駆動する電力変換回路と、上記電力変換回路から上記誘導電動機に供給される一次電流を検出するための電流検出器と、上記一次電流と予め設定された上記交流一次電圧の周波数指令値とから第 1および第 2の電流成分を演算する電流成分演算回路と、上記第 1の電流成分の二乗値と上記第 2 の電流成分の二乗値の振幅比が子め設定された所定値となるような磁束指令値と該磁束指令値の微分に基づいた磁束微分指令値を演算する磁束指令演算回路と、上記周波数指令値と上記磁束指令値と上記磁束微分指令値とから一次電圧成分指令値を演算する電圧成分指令演算回路と、上記周波数指令値と上記一次電圧成分指令値とから上記誘導電動機の一次電圧指令値を演算して上記電力変換回路へ出力する一次電圧指令演算回路とを備え、上記電流成分演算回路は上記一次電圧成分指令値と同相である第 1 の電流成分および位相が 9 0度ずれた第 2の電流成分を演算するように構成したことを特徴とする誘導電動機の制御装置。

4 . 上記磁束指令演算回路中に、磁束指令値の振幅の最大値および最小値の少なくとも一方を制限する制限回路を設けたことを特徴とする請求の範囲第 3項記載の誘導電動機の制御装置。