JP2001120000A - 誘導電動機のベクトル制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】出力電圧がＰＷＭインバータの最大値で固定と
したままでも制御可能な誘導電動機のベクトル制御装置
およびその方法を提供する。 【解決手段】誘導電動機の磁束とトルクとを電力変換装
置を介して制御する誘導電動機のベクトル制御方法にお
いて、電力変換装置の電圧を所定の値で固定するときに
は、トルク指令と磁束指令とからトルク電流指令と磁束
電流指令とを演算し、このトルク電流指令と磁束電流指
令とから電圧ベクトル指令値を演算し、この電圧ベクト
ル指令値の大きさと電力変換装置の電圧を所定の値で固
定するときの電圧ベクトルとの差から演算した磁束補正
値を前記磁束指令に加えることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘導電動機のベク
トル制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電圧形ＰＷＭインバータを電力変
換装置として用いた誘導電動機のベクトル制御装置のベ
クトル制御演算部の一例を図１４に示す。ベクトル制御
演算部１は、ベクトル制御指令値演算部１１と、ｄ軸電
流制御部１２と、ｑ軸電流制御部１３と、すべり周波数
積分部１４と、座標変換部１５と、三角波比較部１６と
からなる。ベクトル制御指令値演算部１１は、磁束指令
ΦＲｅｆ とトルク指令ＴｏｒｑＲｅｆとが入力され、
演算により磁束電流指令ＩｄＲｅｆ とトルク電流指令
ＩｑＲｅｆ とすべり周波数指令ωｓＲｅｆ とを出力
する。磁束電流指令ＩｄＲｅｆ とトルク電流指令Ｉｑ
Ｒｅｆ とは、負荷電流を直交するｄｑ軸に変換したＩ
ｄとＩｑと比較され偏差が求められる。ｄ軸電流制御部
１２は、磁束電流指令ＩｄＲｅｆ とフィードバック値
Ｉｄとの偏差を零にするような磁束電圧指令ＶｄＲｅｆ
を求め、出力する。ｑ軸電流制御部１３は、トルク電流
指令ＩｑＲｅｆ とフィードバック値Ｉｑとの偏差を零
にするようなトルク電圧指令ＶｑＲｅｆ を求め、出力
する。

【０００３】すべり周波数積分部１４は、すべり周波数
指令ωｓＲｅｆ が入力され、その積分値をすべり周波
数位相θｓとして出力する。座標変換部１５は、磁束電
圧指令ＶｄＲｅｆ とトルク電圧指令ＶｑＲｅｆとを、
すべり周波数位相θｓと回転子位相θｒとの和を基に２
相３相変換し、３相電流制御信号ＶｕＲｅｆ 、ＶｖＲ
ｅｆ 、ＶｖＲｅｆ に変換し、出力する。三角波比較
部１６は、３相電流制御信号ＶｕＲｅｆ 、ＶｖＲｅｆ
、ＶｖＲｅｆ と三角波とを比較し、パルス幅変調を
行なう。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来、電圧形ＰＷＭイ
ンバータを電力変換装置として用いた誘導電動機のベク
トル制御装置においては、出力トルクと電動機磁束を制
御するために、ＰＷＭ電圧の大きさと周波数がそれぞれ
可変であることが必要である。しかしながら、ＰＷＭイ
ンバータの容量を低減するためには、出力電圧を最大限
に利用することが必要であり、ベクトル制御用に出力電
圧を可変にするために出力電圧に余裕を持たせること
は、ＰＷＭインバータの容量増加を招き好ましくない。
よって、本発明は、出力電圧がＰＷＭインバータの最大
値で固定としたままでも制御可能な誘導電動機のベクト
ル制御方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
に 本発明の請求項１記載の誘導電動機のベクトル制御
方法では、トルク指令と磁束指令とからトルク電流指令
と磁束電流指令とを演算し、このトルク電流指令と磁束
電流指令とから電圧ベクトル指令値を演算し、この電圧
ベクトル指令値の磁束方向に対する角度をインバータ電
圧指令位相に加えることによって電流応答速度を速くす
ることができる。本発明の請求項２記載の誘導電動機の
ベクトル制御方法は、電力変換装置の電圧を所定の値で
固定するときには、トルク指令と磁束指令とからトルク
電流指令と磁束電流指令とを演算し、このトルク電流指
令と磁束電流指令とから電圧ベクトル指令値を演算し、
この電圧ベクトル指令値の大きさと電力変換装置の電圧
を所定の値で固定するときの電圧ベクトルとの差から演
算した磁束補正値を前記磁束指令に加えることによって
出力トルクを指令値に追従させることができる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照して説明する。本発明の第１の実施例を図１乃至図４
を用いて説明する。図１は、第１の実施例の誘導電動機
のベクトル制御装置のベクトル制御演算部の構成図であ
る。ベクトル制御演算部２０は、ベクトル制御指令演算
部２１と、電圧指令演算部２２と、極座標変換部２３と
電圧固定部２４と、変調率演算部２５と、磁束補正値演
算部２６と、トルク電流制御部２７と、すべり周波数積
分部２８と、ＰＷＭ電圧発生部２９とで構成される。ベ
クトル制御指令値演算部２１では、磁束指令ΦＲｅｆ
と後述する磁束補正値演算部２６の出力である磁束補正
値ΔΦとの和と、トルク指令値ＴｏｒｑＲｅｆ を入力
として、次式の演算により、磁束電流指令ＩｄＲｅｆ
、トルク電流指令ＩｑＲｅｆ、すべり周波数指令ωｓ
Ｒｅｆ を出力する。

【０００７】

【数１】 ただし、 Ｍ：相互インダクタンス Ｌ２ ：２次インダクタンス Ｒ２ ：２次抵抗 電圧指令演算部２２においては、ベクトル制御指令値演
算部２１から出力される磁束電流指令ＩｄＲｅｆ とト
ルク電流指令ＩｑＲｅｆ を入力として、次式の演算に
より、磁束軸電圧指令ＶｄＲｅｆ 、トルク軸電圧指令
ＶｑＲｅｆ を求めて出力する。

【０００８】

【数２】 ただし、Ｒ１２：Ｒ１ ＋Ｒ２ ＊（Ｍ／Ｌ２ ）２ Ｒ１ ：一次抵抗 、Ｒ２ ：二次抵抗 Ｌ１ ：一次インダクタンス、Ｌ２ ：二次インダクタ
ンス Ｍ ：相互インダクタンス σ ：１−Ｍ２ ／（Ｌ１ ＊Ｌ２ ） ω１ ：インバータ角周波数、ωｒ：回転子角周波数 極座標変換部２３においては、電圧指令演算部２２から
出力される磁束方向電圧指令ＶｄＲｅｆ とトルク方向
電圧指令ＶｑＲｅｆ を入力として、次式の演算によ
り、電圧ベクトルの大きさ｜Ｖ｜と電圧ベクトルの磁束
軸方向に対する角度δを出力する。

【０００９】

【数３】 電圧固定部２４においては、極座標変換部２３の出力で
ある電圧ベクトルの大きさ｜Ｖ｜と電圧ベクトルの大き
さの指令値｜Ｖ｜Ｒｅｆ と電圧固定指令Ｖｆｉｘとを
入力として、電圧固定指令Ｖｆｉｘ に従って新たな電
圧ベクトルの大きさ｜Ｖ｜´を演算して出力する。電圧
固定部２４は、電圧ベクトルの大きさ｜Ｖ｜が所定値を
越えると電圧ベクトルの大きさの指令値｜Ｖ｜Ｒｅｆ
に固定するように動作する。電圧固定指令Ｖｆｉｘ
は、電圧ベクトルの大きさを指令値｜Ｖ｜Ｒｅｆ に固
定するときは”１“であり、電圧ベクトルの大きさを指
令値｜Ｖ｜Ｒｅｆ に固定しないときは”０“であり、
電圧固定部２４は、電圧固定指令Ｖｆｉｘ の値によっ
て、電圧固定指令Ｖｆｉｘ が１の時、｜Ｖ｜´＝｜Ｖ
｜Ｒｅｆ電圧固定指令Ｖｆｉｘ が０の時、｜Ｖ｜´＝
｜Ｖ｜を出力する。磁束補正値演算部２６を図２を用い
て説明する。磁束補正値演算部２６は、電圧固定部２４
から出力される電圧ベクトルの大きさ｜Ｖ｜´と、極座
標変換部２３から出力される電圧ベクトル角度δと、電
圧指令演算部２２から出力されるトルク軸方向電圧Ｖｑ
Ｒｅｆ とインバータ角周波数ω１ を入力として次の
演算により磁束補正値ΔΦを演算する。

【００１０】

【数４】 トルク電流制御部２７は、ベクトル制御指令値演算部２
１から出力されるトルク電流指令ＩｑＲｅｆ とトルク
電流実際値Ｉｑを入力として次式で表される比例積分制
御によりすべり周波数補正値Δωｓを出力する。

【００１１】

【数５】 ただし、 ｓ：微分演算子 Ｋｐ：比例ゲイン Ｋｉ：積分ゲイン すべり周波数積分部２８においては、ベクトル制御指令
値演算部２１から出力されるすべり周波数指令値ωｓＲ
ｅｆ とトルク電流制御部２７から出力されるすべり周
波数補正値Δωｓの和を入力として、入力の積分値をす
べり周波数位相θｓとして出力する。

【００１２】

【数６】 ただし、ｓ：微分演算子 変調率演算部２５においては、電圧固定部２４から出力
される電圧ベクトルの大きさ｜Ｖ｜´とＰＷＭインバー
タ直流リンク電圧Ｖｄｃを入力として、次の演算によ
り、変調率αを演算する。

【００１３】

【数７】 ＰＷＭ電圧発生部２９を図３と図４を用いて説明する。
ＰＷＭ電圧発生部２９においては、すべり周波数積分部
２８から出力されるすべり周波数位相θｓと、回転子位
相θｒと、極座標変換部２３から出力される電圧ベクト
ル角度δとの和であるインバータ位相θ１ と、変調率
演算部２５から出力される変調率αと、パルスモード指
令Ｐｍｏｄｅを入力として次の演算により３相ＰＷＭ電
圧指令ＶｕＰＷＭ、ＶｖＰＷＭ 、ＶｗＰＷＭ を出力
する。パルスモード指令が１であった場合の動作を説明
する。入力されたインバータ位相θ１ を用いて、ＵＶ
Ｗ各相のインバータ位相θｕ、θｖ、θｗを次式のよう
に演算する。

【００１４】

【数８】 Ｕ相インバータ位相θｕは、相ＰＷＭ電圧発生部３１に
入力されて次式の演算によりＵ相ＰＷＭ電圧指令ＶｕＰ
ＷＭ を出力する。

【００１５】

【数９】 同様にＶ相ＰＷＭ電圧指令ＶｖＰＷＭ 、Ｗ相電圧指令
ＶｗＰＷＭ は相ＰＷＭ電圧発生部３１により次のよう
に出力される。

【００１６】

【数１０】 このときの、パルス波形は、図４に示す様になる。次
に、パルスモード指令が３の場合の、相ＰＷＭ電圧発生
部３１の動作を説明する。あらかじめ計算し記憶してお
いた、ＰＷＭ電圧のオンオフ位相θＳＷと変調率αの関
係に従って、変調率αにより異なるオンオフ位相θＳＷ
を用いて相ＰＷＭ電圧を演算する。変調率αとＰＷＭ電
圧のオンオフ位相θＳＷは例えば次のようになる。

【数１１】 そして、θＳＷとＵ相電圧位相θｕとの位相比較によ
り、Ｕ相ＰＷＭ電圧指令は次のように求められる。

【００１７】

【数１２】 同様にＶ相ＰＷＭ電圧指令ＶｖＰＷＭ 、Ｗ相電圧指令
ＶｗＰＷＭ は相ＰＷＭ電圧発生部３１により次のよう
に出力される。

【００１８】

【数１３】 同様にして、他のパルスモードにおいても、変調率に対
応して記憶しておいたＰＷＭ電圧オンオフ位相と各相電
圧位相との比較により相ＰＷＭ電圧指令を決定して出力
する。この様に構成されたベクトル制御装置では、磁束
指令とトルク指令とからトルク電流指令と磁束電流指令
とを演算し、磁束電流指令とトルク電流指令とから磁束
方向成分電圧とトルク方向成分電圧とを演算し、磁束方
向成分電圧とトルク方向成分電圧とから第１の電圧ベク
トルの大きさと磁束軸方向に対する電圧ベクトルの角度
を演算し、電圧ベクトルの大きさを固定するときには第
２の電圧ベクトルの大きさとして所定の固定電圧ベクト
ルの大きさを出力し、前記電圧ベクトルの角度を滑り周
波数位相に加えることによって電流応答速度を速くする
ことができ、第２の電圧ベクトルの大きさと前記電圧ベ
クトルの角度と前記トルク方向成分電圧とインバータ角
周波数とから、第２の電圧ベクトルの大きさが固定電圧
ベクトルの大きさに固定されたことによって生じる磁束
指令との誤差を補正する磁束補正値を演算し、その磁束
補正値を磁束指令に加えることによって出力トルクを指
令値に追従させることができる。

【００１９】次に、本発明の第２の実施例を図５を用い
て説明する。第２の実施例において、ベクトル制御演算
部４０は、ベクトル制御指令値演算部４１と、電圧指令
演算部２２と、極座標変換部２３と、変調率演算部２５
と、トルク電流制御部２７とすべり周波数積分部２８
と、ＰＷＭ電圧発生部２９とで構成される。この構成に
おいて、電圧指令演算部２２と、極座標変換部２３と、
変調率演算部２５と、トルク電流制御部２７と、すべり
周波数積分部２８と、ＰＷＭ電圧発生部２９の動作は第
１の実施例と同様であるので、説明は省略する。ベクト
ル制御指令値演算部４１においては、磁束指令ΦＲｅｆ
とトルク指令ＴｏｒｑＲｅｆ と、回転子角周波数ω
ｒと、電圧ベクトルの大きさ指令値｜Ｖ｜Ｒｅｆ と電
圧固定指令Ｖｆｉｘ を入力として、電圧固定指令Ｖｆ
ｉｘの値に従って次の２通りの演算方法で、軸電流指令
ＩｄＲｅｆ 、トルク電流指令ＩｑＲｅｆ 、すべり周
波数指令ωｓＲｅｆ を出力する。電圧固定指令Ｖｆｉ
ｘ は、電圧ベクトルの大きさを固定するとき ：Ｖｆ
ｉｘ ＝１電圧ベクトルの大きさを固定しないとき：Ｖ
ｆｉｘ ＝０をとる。まず、電圧固定指令Ｖｆｉｘ ＝
１の時のときには、トルク指令ＴｏｒｑＲｅｆ と、電
圧ベクトルの大きさ指令｜Ｖ｜Ｒｅｆ と、回転子角周
波数ωｒとをパラメータとして、あらかじめ記憶してお
いたｄ軸電流指令ＩｄＲｅｆ 、ｑ軸電流指令ＩｑＲｅ
ｆ、すべり周波数指令ωｓＲｅｆ を出力する。

【００２０】このときの、ＩｄＲｅｆ 、ＩｑＲｅｆ
、ωｓＲｅｆ の満たすべき条件は、

【数１４】 Ｒ１２：Ｒ１ ＋Ｒ２ ×（Ｍ／Ｌ２ ）２ Ｒ１ ：一次抵抗 、Ｒ２ ：二次抵抗 Ｌ１ ：一次インダクタンス、Ｌ２ ：二次インダクタ
ンス Ｍ ：相互インダクタンス σ ：１−Ｍ２ ／（Ｌ１ ×Ｌ２ ） ωｒ：回転子角周波数 である。また、電圧固定指令Ｖｆｉｘ ＝０の時のとき
には、磁束指令ΦＲｅｆ と、トルク指令値ＴｏｒｑＲ
ｅｆ を入力として、次式の計算により、磁束電流指令
ＩｄＲｅｆ 、トルク電流指令ＩｑＲｅｆ 、すべり周
波数指令ωｓＲｅｆ を出力する。

【００２１】

【数１５】 ただし、 Ｍ：相互インダクタンス Ｌ２ ：２次インダクタンス Ｒ２ ：２次抵抗 この様に構成されたベクトル制御装置では、磁束指令と
トルク指令と回転子角周波数と電圧ベクトルの大きさを
固定するかしないかを決定する電圧固定指令と所定の固
定電圧ベクトルの大きさとから、電圧ベクトルの大きさ
を固定するときにはトルク指令と回転子角周波数と固定
電圧ベクトルの大きさとを基にトルク電流指令と磁束電
流指令とを演算し、固定電圧ベクトルの大きさに固定さ
れたことによって生じる磁束指令との誤差を補正し出力
トルクを指令値に追従させる。電圧ベクトルの大きさを
固定しないときには磁束指令とトルク指令とを基にトル
ク電流指令と磁束電流指令とを演算する。また、磁束電
流指令とトルク電流指令とから磁束方向成分電圧とトル
ク方向成分電圧とを演算し、磁束方向成分電圧とトルク
方向成分電圧とから磁束軸方向に対する電圧ベクトルの
角度を演算し、この電圧ベクトルの角度を滑り周波数位
相に加えることによって電流応答速度を速くすることが
できる。次に、本発明の第３の実施例を図６および図７
を用いて説明する。第３の実施例において、ベクトル制
御演算部５０は、ベクトル制御指令値演算部２１と、電
圧指令演算部２２と、極座標変換部２３と、電圧固定部
２４と、変調率演算部２５と、磁束補正値演算部２６
と、トルク電流制御部５３と、すべり周波数積分部２８
と、ＰＷＭ電圧発生部２９と、重み係数演算部５４と、
ｄ軸電流制御部５５と、ｑ軸電流制御部５６とで構成さ
れる。

【００２２】ベクトル制御指令値演算部２１と、電圧指
令演算部２２と、極座標変換部２３と、電圧固定部２４
と、変調率演算部２５と、磁束補正値演算部２６と、す
べり周波数積分部２８と、ＰＷＭ電圧発生部２９の動作
は第１の実施例と同様であるので、説明を省略する。重
み係数演算部５４を図７を用いて説明する。重み係数演
算部５４は、制御モード切替判別部５７と変化率リミッ
ト部５８とから構成される。制御モード切替判別部５７
においては、インバータ角周波数ω１ の絶対値｜ω１
｜を入力として、次の条件判別により制御モードＣｍｏ
ｄｅを出力する。制御モードは、一定電圧制御のときＣ
ｍｏｄｅ＝０で、可変電圧制御のときＣｍｏｄｅ＝１と
する。現在の制御モードが、Ｃｍｏｄｅ＝０の時には、

【数１６】 となる。現在の制御モードが、Ｃｍｏｄｅ ＝１の時
には、

【数１７】 となる。

【００２３】ただし、ωＣＨＧ１≦ωＣＨＧ２とする。
変化率リミット部５８においては、制御モード切替判別
部５７から出力される制御モードＣｍｏｄｅを入力と
し、Ｃｍｏｄｅの上昇・下降速度に制限を与えた値を重
み係数Ｋ１として出力する。重み係数Ｋ２は、重み係数
Ｋ１の上昇・下降速度に応じて、下降・上昇する。制御
モードＣｍｏｄｅ がｔ＝０に０から１に変化した場
合は、変化率の制限値をａとすると、重み係数Ｋ１と重
み係数Ｋ２とは次のように変化する。

【００２４】

【数１８】 制御モードＣｍｏｄｅ がｔ＝０に１から０に変化し
た場合も同様にして、

【数１９】 ｄ軸電流制御部５５においては、ベクトル制御指令値演
算部２１から出力される磁束電流指令値ＩｄＲｅｆ か
ら磁束電流実際値Ｉｄを差し引いた値に、重み係数演算
部５４から出力される重み係数Ｋ１を乗じた値を入力と
し、次の式で表される比例積分制御により磁束方向電圧
補正値ΔＶｄを出力する。

【００２５】

【数２０】 ただし、ｓ ：微分演算子 Ｇｐ：比例ゲイン、Ｇｉ：積分ゲイン ｄ軸電流制御部５５の出力ΔＶｄは、電圧指令演算部２
２から出力される磁束方向電圧指令ＶｄＲｅｆ に加算
されて新たな磁束方向電圧指令ＶｄＲｅｆとして極座標
変換部２３に入力される。ｑ軸電流制御部５６において
は、ベクトル制御指令値演算部２１から出力されるトル
ク電流指令値ＩｑＲｅｆ からトルク電流実際値Ｉｑを
差し引いた値に、重み係数演算部５４から出力される重
み係数Ｋ１を乗じた値を入力とし、次の式で表される比
例積分制御によりトルク方向電圧補正値ΔＶｑを出力す
る。

【００２６】

【数２１】 ただし、ｓ ：微分演算子 Ｇｐ：比例ゲイン、Ｇｉ：積分ゲイン ｑ軸電流制御部５６の出力ΔＶｑは、電圧指令演算部２
２から出力されるトルク方向電圧指令ＶｑＲｅｆ に加
算されて新たなトルク方向電圧指令ＶｑＲｅｆとして極
座標変換部２３に入力される。トルク電流制御部５３に
おいては、ベクトル制御指令値演算部２１から出力され
るトルク電流指令値ＩｑＲｅｆ からトルク電流実際値
Ｉｑを差し引いた値に、重み係数演算部５４から出力さ
れる重み係数Ｋ２を乗じた値を入力とし、次の式で表さ
れる比例積分制御によりすべり周波数補正値Δωｓを出
力する。

【００２７】

【数２２】 ただし、ｓ ：微分演算子 Ｋｐ：比例ゲイン、Ｋｉ：積分ゲイン この様に構成されたベクトル制御装置では、可変電圧制
御と固定電圧制御との移行時にその重みを徐々に変化さ
せることによって可変電圧制御と固定電圧制御との移行
をスムースに行うことができる。次に、本発明の第４の
実施例を図８を用いて説明する。第４の実施例は、第１
の実施例の磁束補正値演算部２６の入力および演算が異
なること以外は第１の実施例と同様である。第４の実施
例のベクトル制御演算部６０は、ベクトル制御指令値演
算部２１と、電圧指令演算部２２と、極座標変換部２３
と電圧固定部２４と、変調率演算部２５と、磁束補正値
演算部６１と、トルク電流制御部２７と、すべり周波数
積分部２８と、ＰＷＭ電圧発生部２９とで構成される。
磁束補正値演算部６１においては、極座標変換部２３か
ら出力される電圧ベクトルの大きさ｜Ｖ｜と、電圧固定
部２４から出力される電圧ベクトルの大きさ｜Ｖ｜´
と、インバータ角周波数ω１ を入力とし、次の演算に
より、磁束補正値ΔΦを出力する。

【００２８】

【数２３】 他の構成要素での演算は、第１の実施例と同様である。
この様に構成されたベクトル制御装置では、磁束指令と
トルク指令とからトルク電流指令と磁束電流指令とを演
算し、磁束電流指令とトルク電流指令とから磁束方向成
分電圧とトルク方向成分電圧とを演算し、磁束方向成分
電圧とトルク方向成分電圧とから第１の電圧ベクトルの
大きさと磁束軸方向に対する電圧ベクトルの角度を演算
し、電圧ベクトルの大きさを固定するときには第２の電
圧ベクトルの大きさとして所定の固定電圧ベクトルの大
きさを出力し、前記電圧ベクトルの角度を滑り周波数位
相に加えることによって電流応答速度を速くすることが
でき、第１の電圧ベクトルの大きさと第２の電圧ベクト
ルの大きさとから、第２の電圧ベクトルの大きさが固定
電圧ベクトルの大きさに固定されたことによって生じる
磁束指令との誤差を補正する磁束補正値を演算し、その
磁束補正値を磁束指令に加えることによって出力トルク
を指令値に追従させることができる。本発明の第５の実
施例を図９乃至図１０を用いて説明する。図９は、第５
の実施例の誘導電動機のベクトル制御装置のベクトル制
御演算部の構成図である。

【００２９】ベクトル制御演算部７０は、ベクトル制御
指令演算部２１と、電圧指令演算部７１と、極座標変換
部２３と電圧固定部２４と、変調率演算部２５と、磁束
補正値演算部７２と、トルク電流制御部７３と、すべり
周波数積分部７４と、ＰＷＭ電圧発生部７５とで構成さ
れる。ベクトル制御指令値演算部２１では、磁束指令Φ
Ｒｅｆ と後述する磁束補正値演算部７２の出力である
磁束補正値ΔΦとの和と、トルク指令値ＴｏｒｑＲｅｆ
を入力として、次式の演算により、磁束電流指令ＩｄＲ
ｅｆ 、トルク電流指令ＩｑＲｅｆ、すべり周波数指令
ωｓＲｅｆ を出力する。

【００３０】

【数２４】 ただし、 Ｍ：相互インダクタンス Ｌ２ ：２次インダクタンス Ｒ２ ：２次抵抗 電圧指令演算部７１においては、ベクトル制御指令値演
算部２１から出力される磁束電流指令ＩｄＲｅｆ とト
ルク電流指令ＩｑＲｅｆ を入力として、次式の演算に
より、磁束軸電圧指令ＶｄＲｅｆ 、トルク軸電圧指令
ＶｑＲｅｆ を求めて出力する。

【００３１】

【数２５】 極座標変換部２３においては、電圧指令演算部７１から
出力される磁束方向電圧指令ＶｄＲｅｆ とトルク方向
電圧指令ＶｑＲｅｆ を入力として、次式の演算によ
り、電圧ベクトルの大きさ｜Ｖ｜と電圧ベクトルの磁束
軸方向に対する角度δを出力する。

【００３２】

【数２６】 電圧固定部２４においては、極座標変換部２３の出力で
ある電圧ベクトルの大きさ｜Ｖ｜と電圧ベクトルの大き
さの指令値｜Ｖ｜Ｒｅｆ と電圧固定指令Ｖｆｉｘとを
入力として、電圧固定指令Ｖｆｉｘ に従って新たな電
圧ベクトルの大きさ｜Ｖ｜´を演算して出力する。電圧
固定部２４は、電圧ベクトルの大きさ｜Ｖ｜が所定値を
越えると電圧ベクトルの大きさの指令値｜Ｖ｜Ｒｅｆ
に固定するように動作する。電圧固定指令Ｖｆｉｘ
は、電圧ベクトルの大きさを指令値｜Ｖ｜Ｒｅｆ に固
定するときは”１“であり、電圧ベクトルの大きさを指
令値｜Ｖ｜Ｒｅｆ に固定しないときは”０“であり、
電圧固定部２４は、電圧固定指令Ｖｆｉｘ の値によっ
て、 電圧固定指令Ｖｆｉｘ が１の時、｜Ｖ｜´＝｜
Ｖ｜Ｒｅｆ電圧固定指令Ｖｆｉｘ が０の時、｜Ｖ｜´
＝｜Ｖ｜を出力する。磁束補正値演算部７２は、電圧固
定部２４から出力される電圧ベクトルの大きさ｜Ｖ｜´
と、極座標変換部２３から出力される電圧ベクトルの大
きさ｜Ｖ｜とを入力として次の演算により磁束補正値Δ
Φを演算する。

【００３３】

【数２７】 ただし、 ｓ：微分演算子 Ｇｐ：比例ゲイン Ｇｉ：積分ゲイン トルク電流制御部７３は、ベクトル制御指令値演算部２
１から出力されるトルク電流指令ＩｑＲｅｆとトルク電
流実際値Ｉｑを入力として次式で表される比例積分制御
により磁束角度補正値Δθｒを出力する。

【００３４】

【数２８】 ただし、 ｓ：微分演算子 Ｋｐ：比例ゲイン Ｋｉ：積分ゲイン すべり周波数積分部７４においては、ベクトル制御指令
値演算部２１から出力されるすべり周波数指令値ωｓＲ
ｅｆ を入力として、入力の積分値をすべり周波数位相
θｓとして出力する。

【００３５】

【数２９】 ただし、ｓ：微分演算子 変調率演算部２５においては、電圧固定部２４から出力
される電圧ベクトルの大きさ｜Ｖ｜´とＰＷＭインバー
タ直流リンク電圧Ｖｄｃを入力として、次の演算によ
り、変調率αを演算する。

【００３６】

【数３０】 ＰＷＭ電圧発生部７５を図１０を用いて説明する。ＰＷ
Ｍ電圧発生部７５においては、すべり周波数積分部７４
から出力されるすべり周波数位相θｓと、トルク電流制
御部７３から出力される磁束角度補正値Δθｒと、回転
子位相θｒと、極座標変換部２３から出力される電圧ベ
クトル角度δとの４値の和であるインバータ位相θ１
と、変調率演算部２５から出力される変調率αと、パル
スモード指令Ｐｍｏｄｅを入力として次の演算により３
相ＰＷＭ電圧指令ＶｕＰＷＭ 、ＶｖＰＷＭ 、ＶｗＰ
ＷＭ を出力する。パルスモード指令が１であった場合
の動作を説明する。入力されたインバータ位相θ１ を
用いて、ＵＶＷ各相のインバータ位相θｕ、θｖ、θｗ
を次式のように演算する。

【００３７】

【数３１】 Ｕ相インバータ位相θｕは、相ＰＷＭ電圧発生部３１に
入力されて次式の演算によりＵ相ＰＷＭ電圧指令ＶｕＰ
ＷＭ を出力する。

【００３８】

【数３２】 同様にＶ相ＰＷＭ電圧指令ＶｖＰＷＭ 、Ｗ相電圧指令
ＶｗＰＷＭ は相ＰＷＭ電圧発生部３１により次のよう
に出力される。

【００３９】

【数３３】 次に、パルスモード指令が３の場合の、相ＰＷＭ電圧発
生部３１の動作を説明する。あらかじめ計算し記憶して
おいた、ＰＷＭ電圧のオンオフ位相θＳＷと変調率αの
関係に従って、変調率αにより異なるオンオフ位相θＳ
Ｗを用いて相ＰＷＭ電圧を演算する。変調率αとＰＷＭ
電圧のオンオフ位相θＳＷは例えば次のようになる。

【数３４】 そして、θＳＷとＵ相電圧位相θｕとの位相比較によ
り、Ｕ相ＰＷＭ電圧指令は次のように求められる。

【００４０】

【数３５】 同様にＶ相ＰＷＭ電圧指令ＶｖＰＷＭ 、Ｗ相電圧指令
ＶｗＰＷＭ は相ＰＷＭ電圧発生部３１により次のよう
に出力される。

【００４１】

【数３６】 同様にして、他のパルスモードにおいても、変調率に対
応して記憶しておいたＰＷＭ電圧オンオフ位相と各相電
圧位相との比較により相ＰＷＭ電圧指令を決定して出力
する。この様に構成されたベクトル制御装置では、磁束
指令とトルク指令とからトルク電流指令と磁束電流指令
とを演算し、磁束電流指令とトルク電流指令とから磁束
方向成分電圧とトルク方向成分電圧とを演算し、磁束方
向成分電圧とトルク方向成分電圧とから第１の電圧ベク
トルの大きさと磁束軸方向に対する電圧ベクトルの角度
を演算し、電圧ベクトルの大きさを固定するときには第
２の電圧ベクトルの大きさとして所定の固定電圧ベクト
ルの大きさを出力し、前記電圧ベクトルの角度を回転子
回転角位相に加えることによって電流応答速度を速くす
ることができ、第２の電圧ベクトルの大きさと前記電圧
ベクトルの角度と前記トルク方向成分電圧とインバータ
角周波数とから、第２の電圧ベクトルの大きさが固定電
圧ベクトルの大きさに固定されたことによって生じる磁
束指令との誤差を補正する磁束補正値を演算し、その磁
束補正値を磁束指令に加えることによって出力トルクを
指令値に追従させることができる。

【００４２】本発明の第６の実施例を図１１を用いて説
明する。図１１は、第６の実施例の誘導電動機のベクト
ル制御装置のベクトル制御演算部の構成図である。ベク
トル制御演算部８０は、ベクトル制御指令演算部８１
と、電圧指令演算部７１と、極座標変換部２３と電圧固
定部２４と、変調率演算部２５と、磁束補正値演算部７
２と、２次抵抗補正値演算部８２と、すべり周波数積分
部７４と、ＰＷＭ電圧発生部７５とで構成される。この
構成において、電圧指令演算部７１と、極座標変換部２
３と電圧固定部２４と、変調率演算部２５と、磁束補正
値演算部７２と、すべり周波数積分部７４と、ＰＷＭ電
圧発生部７５の動作は第５の実施例と同様であるので、
説明は省略する。ベクトル制御指令値演算部８１では、
磁束指令ΦＲｅｆ と磁束補正値演算部７２の出力であ
る磁束補正値ΔΦとの和と、トルク指令値ＴｏｒｑＲｅ
ｆ と、後述する２次抵抗補正値演算部８２の出力であ
る２次抵抗補正値ΔＲ２とを入力として、次式の演算に
より、磁束電流指令ＩｄＲｅｆ 、トルク電流指令Ｉｑ
Ｒｅｆ 、すべり周波数指令ωｓＲｅｆ を出力する。

【００４３】

【数３７】 ただし、 Ｍ：相互インダクタンス Ｌ２ ：２次インダクタンス Ｒ２ ：２次抵抗 ２次抵抗補正値演算部８２は、ベクトル制御指令値演算
部８１から出力されるトルク電流指令ＩｑＲｅｆ とト
ルク電流実際値Ｉｑを入力として次式で表される比例積
分制御により２次抵抗補正値ΔＲ２を出力する。

【００４４】

【数３８】 ただし、 ｓ：微分演算子 Ｋｐ：比例ゲイン Ｋｉ：積分ゲイン この様に構成されたベクトル制御装置では、磁束指令と
トルク指令とからトルク電流指令と磁束電流指令とを演
算し、磁束電流指令とトルク電流指令とから磁束方向成
分電圧とトルク方向成分電圧とを演算し、磁束方向成分
電圧とトルク方向成分電圧とから第１の電圧ベクトルの
大きさと磁束軸方向に対する電圧ベクトルの角度を演算
し、電圧ベクトルの大きさを固定するときには第２の電
圧ベクトルの大きさとして所定の固定電圧ベクトルの大
きさを出力し、前記電圧ベクトルの角度を回転子回転角
位相に加えることによって電流応答速度を速くすること
ができ、第２の電圧ベクトルの大きさと前記電圧ベクト
ルの角度と前記トルク方向成分電圧とインバータ角周波
数とから、第２の電圧ベクトルの大きさが固定電圧ベク
トルの大きさに固定されたことによって生じる磁束指令
との誤差を補正する磁束補正値を演算し、その磁束補正
値を磁束指令に加えることによって出力トルクを指令値
に追従させることができる。次に、本発明の第７の実施
例を図１２および図１３を用いて説明する。第７の実施
例において、ベクトル制御演算部９０は、ベクトル制御
指令値演算部２１と、電圧指令演算部７１と、極座標変
換部２３と、電圧固定部２４と、変調率演算部２５と、
磁束補正値演算部７２と、トルク電流制御部９１と、す
べり周波数積分部７４と、ＰＷＭ電圧発生部７５と、重
み係数演算部９２と、ｄ軸電流制御部９３と、ｑ軸電流
制御部９４とで構成される。

【００４５】ベクトル制御指令値演算部２１と、電圧指
令演算部７１と、極座標変換部２３と、電圧固定部２４
と、変調率演算部２５と、磁束補正値演算部７２と、す
べり周波数積分部７４と、ＰＷＭ電圧発生部７５の動作
は第５の実施例と同様であるので、説明を省略する。重
み係数演算部９２を図１３を用いて説明する。重み係数
演算部９２は、制御モード切替判別部９５と変化率リミ
ット部９６とから構成される。制御モード切替判別部９
５においては、インバータ角周波数ω１の絶対値｜ω１
｜を入力として、次の条件判別により制御モードＣｍｏ
ｄｅを出力する。制御モードは、一定電圧制御のときＣ
ｍｏｄｅ＝０で、可変電圧制御のときＣｍｏｄｅ＝１と
する。現在の制御モードが、Ｃｍｏｄｅ＝０の時には、

【数３９】 となる。現在の制御モードが、Ｃｍｏｄｅ＝１の時に
は、

【数４０】 となる。

【００４６】ただし、ωＣＨＧ１≦ωＣＨＧ２とする。
変化率リミット部９６においては、制御モード切替判別
部９５から出力される制御モードＣｍｏｄｅを入力と
し、Ｃｍｏｄｅの上昇・下降速度に制限を与えた値を重
み係数Ｋ１として出力する。重み係数Ｋ２は、重み係数
Ｋ１の上昇・下降速度に応じて、下降・上昇する。制御
モードＣｍｏｄｅがｔ＝０に０から１に変化した場合
は、変化率の制限値をａとすると、重み係数Ｋ１と重み
係数Ｋ２とは次のように変化する。

【００４７】

【数４１】

【数４２】 ｄ軸電流制御部９３においては、ベクトル制御指令値演
算部２１から出力される磁束電流指令値ＩｄＲｅｆ か
ら磁束電流実際値Ｉｄを差し引いた値に、重み係数演算
部９２から出力される重み係数Ｋ１を乗じた値を入力と
し、次の式で表される比例積分制御により磁束方向電圧
補正値ΔＶｄを出力する。

【００４８】

【数４３】 ただし、ｓ ：微分演算子 Ｇｐ：比例ゲイン、Ｇｉ：積分ゲイン ｄ軸電流制御部９３の出力ΔＶｄは、電圧指令演算部７
１から出力される磁束方向電圧指令ＶｄＲｅｆ に加算
されて新たな磁束方向電圧指令ＶｄＲｅｆ として極座
標変換部２３に入力される。ｑ軸電流制御部９４におい
ては、ベクトル制御指令値演算部２１から出力されるト
ルク電流指令値ＩｑＲｅｆ からトルク電流実際値Ｉｑ
を差し引いた値に、重み係数演算部９２から出力される
重み係数Ｋ１を乗じた値を入力とし、次の式で表される
比例積分制御によりトルク方向電圧補正値ΔＶｑを出力
する。

【００４９】

【数４４】 ただし、ｓ ：微分演算子 Ｇｐ：比例ゲイン、Ｇｉ：積分ゲイン ｑ軸電流制御部９４の出力ΔＶｑは、電圧指令演算部７
１から出力されるトルク方向電圧指令ＶｑＲｅｆ に加
算されて新たなトルク方向電圧指令ＶｑＲｅｆとして極
座標変換部２３に入力される。トルク電流制御部９１に
おいては、ベクトル制御指令値演算部２１から出力され
るトルク電流指令値ＩｑＲｅｆ からトルク電流実際値
Ｉｑを差し引いた値に、重み係数演算部９２から出力さ
れる重み係数Ｋ２を乗じた値を入力とし、次の式で表さ
れる比例積分制御により磁束角度補正値Δθｒを出力す
る。

【００５０】

【数４５】 ただし、ｓ ：微分演算子 Ｋｐ：比例ゲイン、Ｋｉ：積分ゲイン この様に構成されたベクトル制御装置では、磁束指令と
トルク指令とからトルク電流指令と磁束電流指令とを演
算し、磁束電流指令とトルク電流指令とから磁束方向成
分電圧とトルク方向成分電圧とを演算し、磁束方向成分
電圧とトルク方向成分電圧とから第１の電圧ベクトルの
大きさと磁束軸方向に対する電圧ベクトルの角度を演算
し、電圧ベクトルの大きさを固定するときには第２の電
圧ベクトルの大きさとして所定の固定電圧ベクトルの大
きさを出力し、前記電圧ベクトルの角度を回転子回転角
位相に加えることによって電流応答速度を速くすること
ができ、第２の電圧ベクトルの大きさと前記電圧ベクト
ルの角度と前記トルク方向成分電圧とインバータ角周波
数とから、第２の電圧ベクトルの大きさが固定電圧ベク
トルの大きさに固定されたことによって生じる磁束指令
との誤差を補正する磁束補正値を演算し、その磁束補正
値を磁束指令に加えることによって出力トルクを指令値
に追従させることができる。また、可変電圧制御と固定
電圧制御との移行時にその重みを徐々に変化させること
によって可変電圧制御と固定電圧制御との移行をスムー
スに行うことができる。

【００５１】

【発明の効果】従って、 本発明の請求項１載の誘導電
動機のベクトル制御方法は、トルク指令と磁束指令とか
らトルク電流指令と磁束電流指令とを演算し、このトル
ク電流指令と磁束電流指令とから電圧ベクトル指令値を
演算し、この電圧ベクトル指令値の磁束方向に対する角
度をインバータ電圧指令位相に加えることによって電流
応答速度を速くすることができる。本発明の請求項２記
載の誘導電動機のベクトル制御方法は、電力変換装置の
電圧を所定の値で固定するときには、トルク指令と磁束
指令とからトルク電流指令と磁束電流指令とを演算し、
このトルク電流指令と磁束電流指令とから電圧ベクトル
指令値を演算し、この電圧ベクトル指令値の大きさと電
力変換装置の電圧を所定の値で固定するときの電圧ベク
トルとの差から演算した磁束補正値を前記磁束指令に加
えることによって出力トルクを指令値に追従させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例のベクトル制御演算部の機能ブロ
ック図。

【図２】第１の実施例における磁束補正値演算部の機能
ブロック図。

【図３】第１の実施例におけるＰＷＭ電圧発生部の機能
ブロック図。

【図４】第１の実施例におけるパルス波形図

【図５】第２の実施例のベクトル制御演算部の機能ブロ
ック図。

【図６】第３の実施例のベクトル制御演算部の機能ブロ
ック図。

【図７】第３の実施例における重み係数演算部の機能ブ
ロック図。

【図８】第４の実施例のベクトル制御演算部の機能ブロ
ック図。

【図９】第５の実施例のベクトル制御演算部の機能ブロ
ック図。

【図１０】第５の実施例におけるＰＷＭ電圧発生部の機
能ブロック図。

【図１１】第６の実施例のベクトル制御演算部の機能ブ
ロック図。

【図１２】第７の実施例のベクトル制御演算部の機能ブ
ロック図。

【図１３】第７の実施例における重み係数演算部の機能
ブロック図。

【図１４】従来の誘導電動機のベクトル制御演算部の機
能ブロック図。

【符号の説明】

２０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、…ベクト
ル制御演算部 ２１、８１…ベクトル制御指令値演算部 ２２、７１…電圧指令演算部 ２３…極座標変換部 ２４…電圧固定部 ２５…変調率演算部 ２６、７２…磁束補正値演算部 ２７、５３、７３、９１…トルク電流制御部 ２８、７４…すべり周波数積分部 ２９、７５…ＰＷＭ電圧発生部 ５４、９２…重み係数演算部 ５５、９３…ｄ軸電流制御部 ５６、９４…ｑ軸電流制御部 ８２…２次抵抗補正値演算部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】誘導電動機の磁束とトルクとを電力変換装
   置を介して制御する誘導電動機のベクトル制御方法にお
   いて、トルク指令と磁束指令とからトルク電流指令と磁
   束電流指令とを演算し、このトルク電流指令と磁束電流
   指令とから電圧ベクトル指令値を演算し、この電圧ベク
   トル指令値の磁束方向に対する角度をインバータ電圧指
   令位相に加えることを特徴とする誘導電動機のベクトル
   制御方法。
2. 【請求項２】誘導電動機の磁束とトルクとを電力変換装
   置を介して制御する誘導電動機のベクトル制御方法にお
   いて、前記電力変換装置の電圧を所定の値で固定すると
   きには、トルク指令と磁束指令とからトルク電流指令と
   磁束電流指令とを演算し、このトルク電流指令と磁束電
   流指令とから電圧ベクトル指令値を演算し、この電圧ベ
   クトル指令値の大きさと電力変換装置の電圧を所定の値
   で固定するときの電圧ベクトルとの差から演算した磁束
   補正値を前記磁束指令に加えることを特徴とする誘導電
   動機のベクトル制御方法。