JP4682521B2

JP4682521B2 - 誘導電動機の可変速制御装置

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Publication number: JP4682521B2
Application number: JP2004051615A
Authority: JP
Inventors: 宏一田島; 新一石井
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2003-09-03
Filing date: 2004-02-26
Publication date: 2011-05-11
Anticipated expiration: 2024-02-26
Also published as: JP2005102467A

Description

この発明は、可変電圧可変周波数の交流電力を出力する電力変換装置により駆動される誘導電動機の可変速制御装置に関する。

誘導電動機を所定の電圧，周波数の交流電力で可変速駆動するための可変速制御装置としては、例えば、下記特許文献１に記載されているように、前記電圧と周波数の比率が一定となるような可変電圧，可変周波数の交流電圧を前記誘導電動機に印加する方法（以下、Ｖ／ｆ比一定制御方法とも称する）を用いたものと、誘導電動機に流れる電流を該電動機の磁束と同一方向の成分と該磁束に直交する成分とに分解して、これらの電流成分をそれぞれ独立に制御する、所謂、ベクトル制御方法を用いたものとがある。さらに、このベクトル制御方法には、下記特許文献２に記載されているように、誘導電動機の回転速度を前記可変速制御装置内部で推定演算することにより、例えば、パルスエンコーダなどのような誘導電動機の速度センサを不要にした速度センサレスベクトル制御方法がある。
特開２０００−３３３５００号公報（第４頁、図１など）特許第３１５２０５８号公報（第４頁、図１など）

上述の従来の誘導電動機の可変速制御装置における問題点を、図面を参照しつつ、以下に説明する。

図７は、前記Ｖ／ｆ比一定制御方法を用いた誘導電動機の可変速制御装置の回路構成図であり、１は後述の電圧指令値演算手段１３が出力する一次電圧指令値ベクトルｖ₁ ^*に従って各相の交流電圧を出力し、誘導電動機２に給電するインバータなどの電力変換装置、１０は電力変換装置１を介して誘導電動機２を制御する可変速制御装置である。

この可変速制御装置１０は誘導電動機２の一次周波数としての周波数指令値ω₁ ^*を発生する周波数指令値発生手段１１と、周波数指令値ω₁ ^*が誘導電動機２の基底一次周波数までは該周波数指令値に比例した値を該電動機の一次電圧振幅指令値｜ｖ₁ ^*｜として出力し、それ以上の周波数指令値ω₁ ^*では一定値を一次電圧振幅指令値｜ｖ₁ ^*｜として出力するＶ／ｆ比演算手段１２と、前記係数と周波数指令値ω₁ ^*とから誘導電動機２の一次電圧指令値ベクトルｖ₁ ^*を演算して出力する電圧指令値演算手段１３とから構成されている。

図７に示した可変速制御装置１０を用いて誘導電動機２を制御する際には、電力変換装置１が一次電圧指令値ベクトルｖ₁ ^*に従った各相の交流電圧を出力するために行われるＰＷＭ演算に基づいたデッドタイムや、電力変換装置１を構成する半導体素子の順電圧降下分，スイッチング特性，スイッチングタイミングのばらつきなどに起因して、前記交流電圧の歪みが増大し、その結果、誘導電動機２にトルクリプルや回転むらが生ずるという問題点があった。

また図８は、前記速度センサレスベクトル制御方法を用いた誘導電動機の可変速制御装置の回路構成図であり、４は後述のベクトル回転器４０が出力する三相交流の電圧指令値ｖ_U ^*，ｖ_V ^*，ｖ_W ^*に従って各相の交流電圧を出力し、誘導電動機２に給電するインバータなどの電力変換装置、５は誘導電動機２の各相の電流検出値ｉ_U，ｉ_V，ｉ_Wを得るための電流検出器、３０は電力変換装置４を介して誘導電動機２を制御する可変速制御装置である。

この可変速制御装置３０は誘導電動機２の速度指令値ω_r ^*を発生する速度指令値発生手段３１と、この速度指令値ω _r ^*と後述の速度推定手段４１で導出された誘導電動機２の速度推定値ω_r ^#との偏差を零にする調節演算を行い、この演算結果を誘導電動機２のｑ軸成分の一次電流指令値ｉ_1q ^*として出力する速度調節器３２と、磁束指令値発生手段３３が出力する誘導電動機２の２次磁束指令値φ₂ ^*に基づいた誘導電動機２のｄ軸成分の一次電流指令値ｉ_1d ^*を出力する電流指令値演算手段３４と、誘導電動機２の一次電流指令値ｉ_1q ^*と一次電流指令値ｉ_1d ^*とから誘導電動機２のすべり周波数ω_sを演算するすべり周波数演算手段３５と、このすべり周波数ω_sと前記速度推定値ω_r ^#とを加算し、この加算値を誘導電動機２の一次周波数指令値ω₁ ^*として出力する加算演算器３６と、一次周波数指令値ω₁ ^*を積分演算して得られる位相角指令値θ^*を出力する積分手段３７と、電流検出器５で得られた電流検出値ｉ_U，ｉ_V，ｉ_Wを位相角指令値θ^*に基づいた座標変換を行い、誘導電動機２のｄ軸成分の一次電流検出値ｉ_1dとｑ軸成分の一次電流検出値ｉ_1qとを得るベクトル回転器３８と、前記一次電流指令値ｉ_1q ^*および一次電流指令値ｉ_1d ^*と、前記一次電流検出値ｉ_1dおよび一次電流検出値ｉ_1qとの偏差を零にする調節演算を行い、これらの演算結果を誘導電動機２のｄ軸成分の一次電圧指令値ｖ_1d ^*およびｑ軸成分の一次電圧指令値ｖ_1q ^*として出力する電流調節手段３９と、誘導電動機２の一次電圧指令値ｖ_1d ^*と一次電圧指令値ｖ_1q ^*とを位相角指令値θ^*に基づく座標変換を行い、電力変換装置４への三相交流の電圧指令値ｖ_U ^*，ｖ_V ^*，ｖ_W ^*を得るベクトル回転器４０と、前記一次電圧指令値ｖ_1d ^*と一次電圧指令値ｖ_1q ^*と一次電流検出値ｉ_1dと一次電流検出値ｉ_1qとに基づいて誘導電動機２の速度推定値ω_r ^#を導出する速度推定手段４１とから構成されている。

図８に示した可変速制御装置３０を用いて誘導電動機２を制御すれば、電流調節手段３９などによって、上述の図７で示した可変速制御装置１０で問題となった電力変換装置１が出力する交流電圧の歪みが抑制され、その結果、誘導電動機２にトルクリプルや回転むらも軽減されるが、速度調節器３２，すべり周波数演算手段３５，速度推定手段４１など演算量が多く、この可変速制御装置３０には高価な演算機能を具備する必要があった。

さらに図９は、上述の図８で示した可変速制御装置３０に対する問題点であった制御量をより少なくするために、単に電流制御を行う回路構成図である。

この可変速制御装置４２では磁束指令値発生手段３３，電流指令値演算手段３４，積分手段３７，ベクトル回転器３８，電流調節手段３９，ベクトル回転器４０の他に、誘導電動機２の一次周波数としての周波数指令値ω₁ ^*を発生する周波数指令値発生手段４３が設けられている。

図９に示した可変速制御装置４２を用いて誘導電動機２を制御する際には、誘導電動機２が出力するトルクが大きい状態で、制御不能に陥る恐れがあった。

この発明の目的は、上記問題点を解消しつつ、より少ない演算量で誘導電動機のトルクリプルや回転むらを抑制できる誘導電動機の可変速制御装置を提供することにある。

前記課題を解決すため、請求項１の発明は、可変電圧可変周波数の交流電力を出力する電力変換装置により駆動される誘導電動機の可変速制御装置において、
前記誘導電動機の一次周波数指令値と一次電圧指令値と一次電流検出値とに基づいて、該電動機のトルク演算値を演算するトルク演算手段と、
二次磁束指令値から前記誘導電動機のｄ軸成分の第１の一次電流指令値を演算する第１電流指令値演算手段と、
前記トルク演算値から前記誘導電動機のｑ軸成分の第２の一次電流指令値を演算する第２電流指令値演算手段と、
前記一次周波数指令値を積分演算した位相角指令値を求める積分手段と、
前記一次電流検出値を前記位相角指令値に基づいて回転座標上の直交する２軸成分に変換する第１のベクトル回転器と、
前記第１の一次電流指令値および第２の一次電流指令値と回転座標上の直交する２軸成分に変換された前記一次電流検出値との偏差を零にする調節演算を行い、これらの演算結果に基づく値を回転座標上の直交する２軸成分の一次電圧指令値として出力する電流調節手段と、
回転座標上の直交する２軸成分の前記一次電圧指令値を三相交流の電圧指令値に変換する第２のベクトル回転器とからなることを特徴とする。

また請求項２の発明は、可変電圧可変周波数の交流電力を出力する電力変換装置により駆動される誘導電動機の可変速制御装置において、
前記誘導電動機の一次周波数指令値と一次電圧指令値と一次電流検出値とに基づいて、該電動機のトルク演算値を演算するトルク演算手段と、
二次磁束指令値から前記誘導電動機のｄ軸成分の第１の一次電流指令値を演算する第１電流指令値演算手段と、
前記トルク演算値から前記誘導電動機のｑ軸成分の第２の一次電流指令値を演算する第２電流指令値演算手段と、
前記一次周波数指令値を積分演算した位相角指令値を求める積分手段と、
前記第１の一次電流指令値および第２の一次電流指令値を前記位相角指令値に基づいて静止座標上の直交する２軸成分に変換する第３のベクトル回転器と、
前記一次電流検出値を静止座標上の直交する２軸成分に変換する３相／２相変換器と、
前記第１の一次電流指令値および第２の一次電流指令値と静止座標上の直交する２軸成分に変換された前記一次電流検出値との偏差を零にする調節演算を行い、これらの演算結果に基づく値を静止座標上の直交する２軸成分の一次電圧指令値として出力する電流調節手段と、
静止座標上の直交する２軸成分の前記一次電圧指令値を三相交流の電圧指令値に変換する２相／３相変換器とからなることを特徴とする。

請求項３の発明は、可可変電圧可変周波数の交流電力を出力する電力変換装置により駆動される誘導電動機の可変速制御装置において、
前記誘導電動機の一次周波数指令値と一次電圧指令値と一次電流検出値とに基づいて、該電動機のトルク演算値を演算するトルク演算手段と、
二次磁束指令値から前記誘導電動機のｄ軸成分の第１の一次電流指令値を演算する第１電流指令値演算手段と、
前記トルク演算値から前記誘導電動機のｑ軸成分の第２の一次電流指令値を演算する第２電流指令値演算手段と、
前記一次周波数指令値を積分演算した位相角指令値を求める積分手段と、
前記第１の一次電流指令値および第２の一次電流指令値を前記位相角指令値に基づいて三相の電流指令値に変換する第４のベクトル回転器と、
前記三相の電流指令値と前記一次電流検出値との偏差を零にする調節演算を行い、これらの演算結果に基づく値を三相の電圧指令値として出力する電流調節手段とからなることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の誘導電動機の可変速制御装置において、前記トルク演算手段は、前記誘導電動機の有効電力演算値に基づいて該電動機のトルク演算値を演算することを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記誘導電動機を無負荷状態で運転し、この状態で得られる有効電力演算値を記憶し、この記憶値と該誘導電動機が通常運転時に得られる有効電力演算値とに基づいて、前記トルク演算値を演算することを特徴とする。

請求項１〜３の発明の可変速制御装置によれば、誘導電動機のトルク演算値に基づいた電流指令値に追従するように該電動機の電流を制御するため、従来のＶ／ｆ比一定制御方法と比較して、電力変換装置のＰＷＭ演算に基づいたデッドタイムや、電力変換装置を構成する半導体素子の順電圧降下分，スイッチング特性，スイッチングタイミングのばらつきなどに起因する出力交流電圧の歪みが減少し、従って、誘導電動機にトルクリプルや回転むらを抑制することができる。また、このとき、従来のベクトル制御方法に比して、演算量を少ない回路構成にできるため、安価な可変速制御装置で具現できる。さらに、誘導電動機のトルク演算値に基づいた電流指令値で該電動機を制御するため、誘導電動機が出力するトルクが大きい状態でも、該電動機を安定に制御することができる。

また、請求項４および５の発明の可変速制御装置によれば、誘導電動機のトルク演算値をより少ない演算量で導出することができる。

図１は、この発明の第１の実施例を示す誘導電動機の可変速制御装置の回路構成図であり、この図において、図７に示した従来例構成と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。

すなわち、図１に示した可変速制御装置１５は、周波数指令値発生手段１１が出力する誘導電動機２の一次周波数指令値ω₁ ^*と電流検出器３で得られる誘導電動機２の一次電流検出値ｉ₁と後述の電流調節手段１９が出力する誘導電動機２の一次電圧指令値ベクトルｖ₁ ^*とに基づいて、誘導電動機２のトルク演算値τ^#を求めるトルク演算手段１６と、このトルク演算値τ^#と磁束指令値発生手段１７が出力する誘導電動機２の２次磁束指令値φ₂ ^*とから誘導電動機２の一次電流指令値ｉ₁ ^*を導出する電流指令値演算手段１８と、この一次電流指令値ｉ₁ ^*と前記一次電流検出値ｉ₁との偏差を零にする調節演算を行い、この演算結果と前記一次周波数指令値ω₁ ^*とに基づいた誘導電動機２の一次電圧指令値ベクトルｖ₁ ^*とを出力する電流調節手段１９とから構成されている。

図１に示したトルク演算手段１６では、先ず、誘導電動機２の一次電圧指令値ベクトルｖ₁ ^*と該電動機の一次電流検出値ｉ₁とを一次周波数指令値ω₁ ^*を積分演算して得られる位相角指令値θ^*に基づく回転座標上のｄ軸成分の一次電圧指令値ｖ_1d ^*および一次電流検出値ｉ_1dとｑ軸成分の一次電圧指令値ｖ_1q ^*および一次電流検出値ｉ_1qとに分解し、その後、下記数１式の演算を行い誘導電動機２のトルク演算値τ^#を得ている。
［数１］
τ^#＝（３／２）ｐ（１／ω₁ ^*）
×｛ｖ_1d ^*・ｉ_1d＋ｖ_1q ^*・ｉ_1q−Ｒ₁（ｉ_1d ²＋ｉ_1q ²）｝
ここで、ｐは誘導電動機２の極対数、Ｒ₁は誘導電動機２のＴ−１型等価回路における一次抵抗である。

また、電流指令値演算手段１８では二次磁束指令値φ₂ ^*に対応した一定値とトルク演算値τ^#に比例した値とに基づいて誘導電動機２の一次電流指令値ｉ₁ ^*を得ている。

すなわち、上述の可変速制御装置１５によれば、誘導電動機２のトルク演算値τ^#と二次磁束指令値φ₂ ^*とに基づいた一次電流電流指令値ｉ₁ ^*に追従するように該電動機の一次電流を制御するため、従来のＶ／ｆ比一定制御方法と比較して、電力変換装置１のＰＷＭ演算に基づくデッドタイムや、電力変換装置１を構成する半導体素子の順電圧降下分，スイッチング特性，スイッチングタイミングのばらつきなどに起因する出力交流電圧の歪みが減少し、従って、誘導電動機２にトルクリプルや回転むらを抑制することができる。また、このとき、従来のベクトル制御方法に比して、演算量を少ない回路構成にできるため、安価な可変速制御装置で具現できる。さらに、誘導電動機２のトルク演算値τ^#に基づいた電流指令値ｉ₁ ^*で該電動機を制御するため、誘導電動機２が出力するトルクが大きい状態でも、該電動機を安定に制御することができる。

図２は、この発明の第２の実施例を示す誘導電動機の可変速制御装置の回路構成図であり、この図において、図１に示した実施例構成と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。

すなわち、図２に示した可変速制御装置２１は、図１に示した可変速制御装置１５における電流指令値演算手段１８と電流調節手段１９に代えて、第１電流指令値演算手段２２と第２電流指令値演算手段２３と電流調節手段２４とを備えている。

この第１電流指令値演算手段２２では二次磁束指令値φ₂ ^*に対応した一定の値を誘導電動機２のｄ軸成分の一次電流指令値ｉ_1d ^*として出力し、また、第２電流指令値演算手段２３ではトルク演算値τ^#に比例した値を誘導電動機２のｑ軸成分の一次電流指令値ｉ_1q ^*として出力している。さらに電流調節手段２４では前記一次電流指令値ｉ_1d ^*および一次電流指令値ｉ_1q ^*と、一次周波数指令値ω₁ ^*を積分演算して得られる位相角指令値θ^*に基づく回転座標上のｄ軸成分の一次電流検出値ｉ_1dおよびｑ軸成分の一次電流検出値ｉ_1qとの偏差が零になる調節演算を行い、これらの演算結果を誘導電動機２の一次電圧指令値ベクトルｖ₁ ^*として出力している。

すなわち、上述の可変速制御装置２１によれば、誘導電動機２のトルク演算値τ^#に基づいた該電動機のｑ軸成分の電流指令値ｉ_1q ^*に追従するように該電動機の電流を制御するため、従来のＶ／ｆ比一定制御方法と比較して、電力変換装置１のＰＷＭ演算に基づくデッドタイムや、電力変換装置１を構成する半導体素子の順電圧降下分，スイッチング特性，スイッチングタイミングのばらつきなどに起因する出力交流電圧の歪みが減少し、従って、誘導電動機にトルクリプルや回転むらを抑制することができる。また、このとき、従来のベクトル制御方法に比して、演算量を少ない回路構成にできるため、安価な可変速制御装置で具現できる。さらに、誘導電動機のトルク演算値に基づいた電流指令値で該電動機を制御するため、誘導電動機が出力するトルクが大きい状態でも、該電動機を安定に制御することができる。

図３は、この発明の第３の実施例を示す誘導電動機の可変速制御装置の回路構成図であり、この図において、図８，図９に示した従来例構成と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。

すなわち、図３に示した可変速制御装置４５には磁束指令値発生手段３３，積分手段３７，ベクトル回転器３８，電流調節手段３９，ベクトル回転器４０，周波数指令値発生手段４３の他に、第１電流指令値演算手段４６と第２電流指令値演算手段４７とトルク演算手段４８とを備えている。

この第１電流指令値演算手段４６では磁束指令値発生手段３３が出力する誘導電動機２の二次磁束指令値φ₂ ^*に対応した一定の値を誘導電動機２のｄ軸成分の一次電流指令値ｉ_1d ^*として出力し、また、第２電流指令値演算手段４７では後述のトルク演算手段４１が出力するトルク演算値τ^#に比例した値を誘導電動機２のｑ軸成分の一次電流指令値ｉ_1q ^*として出力している。さらに、トルク演算手段４８では周波数指令値発生手段４３が出力する誘導電動機２の一次周波数指令値ω₁ ^*と、誘導電動機２のｄ軸成分の一次電圧指令値ｖ_1d ^*および一次電流検出値ｉ_1dと、該電動機のｑ軸成分の一次電圧指令値ｖ_1q ^*および一次電流検出値ｉ_1qとから、前記数１式の演算に従った誘導電動機２のトルク演算値τ^#を得ている。

すなわち、上述の可変速制御装置４５によれば、誘導電動機２のトルク演算値τ^#に基づいた該電動機のｑ軸成分の電流指令値ｉ_1q ^*に追従するように該電動機の電流を制御するため、従来のＶ／ｆ比一定制御方法と比較して、電力変換装置４のＰＷＭ演算に基づくデッドタイムや、電力変換装置４を構成する半導体素子の順電圧降下分，スイッチング特性，スイッチングタイミングのばらつきなどに起因する出力交流電圧の歪みが減少し、従って、誘導電動機にトルクリプルや回転むらを抑制することができる。また、このとき、従来のベクトル制御方法に比して、演算量を少ない回路構成にできるため、安価な可変速制御装置で具現できる。さらに、誘導電動機のトルク演算値に基づいた電流指令値で該電動機を制御するため、誘導電動機が出力するトルクが大きい状態でも、該電動機を安定に制御することができる。

図４は、この発明の第４の実施例を示す誘導電動機の可変速制御装置の回路構成図であり、この図において、図３に示した実施例構成と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。

すなわち、図４に示した可変速制御装置５０には磁束指令値発生手段３３，積分手段３７，周波数指令値発生手段４３，第１電流指令値演算手段４６，第２電流指令値演算手段４７の他に、ベクトル回転器５１と３相／２相変換器５２と電流調節手段５３とトルク演算手段５４と２相／３相変換器５５とを備えている。

この可変速制御装置５０が図３に示した可変速制御装置４５と異なる点は、可変速制御装置４５では回転座標上の直交するｄ−ｑ軸に分解したｄ軸成分，ｑ軸成分それぞれの制御量に基づいて誘導電動機２を可変速制御しているのに対して、可変速制御装置５０では静止座標上の直交するα−β軸に分解したα軸成分，β軸成分それぞれの制御量に基づいて誘導電動機２を可変速制御していることである。このとき、トルク演算手段５４では、先ず、直交するα−β軸上の制御量としてのｖα^*，ｖβ^*，ｉα，ｉβそれぞれを直交するｄ−ｑ軸上の制御量としてのｖ_1d ^*，ｖ_1q ^*，ｉ_1d，ｉ_1qそれぞれに分解し、その後、前記数１式の演算に従った誘導電動機２のトルク演算値τ^#を得ている。

図５は、この発明の第５の実施例を示す誘導電動機の可変速制御装置の回路構成図であり、この図において、図３に示した実施例構成と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。

図５に示した可変速制御装置５７には磁束指令値発生手段３３，積分手段３７，周波数指令値発生手段４３，第１電流指令値演算手段４６，第２電流指令値演算手段４７の他に、ベクトル回転器５８と電流調節手段５９とトルク演算手段６０とを備えている。

この可変速制御装置５７が図３に示した可変速制御装置４５と異なる点は、可変速制御装置４５では回転座標上の直交するｄ−ｑ軸に分解したｄ軸成分，ｑ軸成分それぞれの制御量に基づいて誘導電動機２を可変速制御しているのに対して、可変速制御装置５７では三相交流としてのＵ相，Ｖ相，Ｗ相に分解したそれぞれの制御量に基づいて誘導電動機２を可変速制御していることである。このとき、トルク演算手段６０では、先ず、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の制御量としてのｖ_U ^*，ｖ_V ^*，ｖ_W ^*，ｉ_U，ｉ_V，ｉ_Wそれぞれを直交するｄ−ｑ軸上の制御量としてのｖ_1d ^*，ｖ_1q ^*，ｉ_1d，ｉ_1qそれぞれに分解し、その後、前記数１式の演算に従った誘導電動機２のトルク演算値τ^#を得ている。

図６は、この発明の第６の実施例を示す誘導電動機の可変速制御装置の回路構成図であり、この図において、図１に示した実施例構成および図７に示した従来例構成と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。

すなわち、図６に示した可変速制御装置２６は周波数指令値発生手段１１，Ｖ／ｆ演算手段１２，電圧指令値演算手段１３，トルク演算手段１６，磁束指令値発生手段１７，電流指令値演算手段１８，電流調節手段１９の他に、切替信号発生手段２７と切替手段２８とを備えている。

図６の回路構成からも明らかなように、可変速制御装置２６では図１に示した可変速制御装置１５の制御機能と、図７に示した可変速制御装置１０の制御機能とを、新たに備えた切替信号発生手段２７と切替手段２８とにより、切り替えて誘導電動機２を可変速制御している。

すなわち、切替信号発生手段２７では周波数指令値発生手段１１からの誘導電動機２の一次周波数指令値ω₁ ^*とトルク演算手段１６からのトルク演算値τ^#とから、誘導電動機２が低速領域、且つ、軽低負荷の状態のときには切替手段２８の出力を電流調節手段１９側出力とし、該電動機の状態が前記以外のときには切替手段２８の出力を電圧指令値演算手段１３側出力とする切替信号を発するように動作する。

この可変速制御装置２６によれば、誘導電動機２の速度や負荷の状態により、トルク演算値τ^#に基づいた電流指令値で誘導電動機２を制御する方法と、従来のＶ／ｆ比一定制御方法とを切り替えて誘導電動機２を可変速制御するため、より演算量の少ない回路構成で、低速・軽負荷時のトルクリプルや回転むらを軽減でき、且つ、誘導電動機２が重負荷時に、その電気定数の変動に起因するトルク演算値τ^#の推定誤差の増大に影響されない可変速制御装置を提供することができる。

図１０は、この発明の第７の実施例を示す誘導電動機の可変速制御装置の回路構成図であり、この図において、図１に示した実施例構成と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。

すなわち、図１０に示した可変速制御装置６１では、図１に示した可変速制御装置１５におけるトルク演算手段１６に代えて、トルク演算手段６２またはトルク演算手段６３のいずれかを備えている。

図１１はトルク演算手段６２の詳細回路構成図であり、有効電力演算手段６２ａと、無負荷有効電力設定手段６２ｂと、加算演算手段６２ｃと、除算演算手段６２ｄとから構成されている。このトルク演算手段６２での演算動作を以下に説明する。

有効電力演算手段６２ａでは、先ず、誘導電動機２の一次電圧指令値ベクトルｖ₁ ^*と該電動機の一次電流検出値ｉ₁とを一次周波数指令値ω₁ ^*を積分演算して得られる位相角指令値θ^*に基づく回転座標上のｄ軸成分の一次電圧指令値ｖ_1d ^*および一次電流検出値ｉ_1dとｑ軸成分の一次電圧指令値ｖ_1q ^*および一次電流検出値ｉ_1qとに分解し、その後、下記数２式の演算を行い誘導電動機２の有効電力演算値Ｐ^#を得ている。
［数２］
Ｐ^#＝３・（ｖ_1d ^*・ｉ_1d＋ｖ_1q ^*・ｉ_1q）
無負荷有効電力設定手段６２ｂでは、実験などにより誘導電動機２が無負荷運転時に発生する有効電力値を計測し、この計測値をＰ₀ ^*として設定，出力する。

従って、除算演算手段６２ｄの演算結果である誘導電動機２のトルク演算値τ^##は、下記数３式で表される。
［数３］
τ^##＝（Ｐ^#−Ｐ₀ ^*）／ω₁ ^*
また、図１２はトルク演算手段６３の詳細回路構成図であり、このトルク演算手段６３が図１１に示したトルク演算手段６２と異なる点は、無負荷有効電力設定手段６２ｂに代えて無負荷有効電力記憶手段６３ａを備えていることである。

すなわち、トルク演算手段６３を用いた可変速制御装置６１では、予め誘導電動機２を無負荷状態で試験運転を行い、このときに有効電力演算手段６２ａで演算された有効電力値を無負荷有効電力記憶手段６３ａに取り込んで記憶し、この記憶値をＰ₀ ^*として、誘導電動機２の通常運転時に出力するようにしているので、誘導電動機２の無負荷運転時の有効電力値をより適切に設定することが可能である。

従って、可変速制御装置６１によれば、誘導電動機２のトルク演算値τ^##と二次磁束指令値φ₂ ^*とに基づいた一次電流電流指令値ｉ₁ ^*に追従するように該電動機の一次電流を制御するため、従来のＶ／ｆ比一定制御方法と比較して、電力変換装置１のＰＷＭ演算に基づいたデッドタイムや、電力変換装置１を構成する半導体素子の順電圧降下分，スイッチング特性，スイッチングタイミングのばらつきなどに起因する出力交流電圧の歪みが減少し、従って、誘導電動機２にトルクリプルや回転むらを抑制することができる。

さらに、誘導電動機２のトルク演算値τ^##に基づいた電流指令値ｉ₁ ^*で該電動機を制御するため、誘導電動機２が出力するトルクが大きい状態でも、該電動機を安定に制御することができる。

図１３は、この発明の第８の実施例を示す誘導電動機の可変速制御装置の回路構成図であり、この図において、図６に示した実施例構成と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。

すなわち、図１３に示した可変速制御装置６４では、図６に示した可変速制御装置２６におけるトルク演算手段１６に代えて、トルク演算手段６２またはトルク演算手段６３のいずれかを備えている。

この可変速制御装置６４によれば、誘導電動機２の速度や負荷の状態により、トルク演算値τ^##に基づいた電流指令値で誘導電動機２を制御する方法と、従来のＶ／ｆ比一定制御方法とを切り替えて誘導電動機２を可変速制御するため、より演算量の少ない回路構成で、低速・軽負荷時のトルクリプルや回転むらを軽減でき、且つ、誘導電動機２が重負荷時に、その電気定数の変動に起因するトルク演算値τ^##の推定誤差の増大に影響されない可変速制御装置を提供することができる。

特に、トルク演算手段６３を用いた可変速制御装置６４では、予め誘導電動機２を無負荷状態で試験運転を行い、このときに有効電力演算手段６２ａで演算された有効電力値を無負荷有効電力記憶手段６３ａに取り込んで記憶し、この記憶値をＰ₀ ^*として、誘導電動機２の通常運転時に出力するようにしているので、誘導電動機２の無負荷運転時の有効電力値をより適切に設定することが可能である。

この発明の第１の実施例を示す誘導電動機の可変速制御装置の回路構成図この発明の第２の実施例を示す誘導電動機の可変速制御装置の回路構成図この発明の第３の実施例を示す誘導電動機の可変速制御装置の回路構成図この発明の第４の実施例を示す誘導電動機の可変速制御装置の回路構成図この発明の第５の実施例を示す誘導電動機の可変速制御装置の回路構成図この発明の第６の実施例を示す誘導電動機の可変速制御装置の回路構成図従来例を示す誘導電動機の可変速制御装置の回路構成図図７とは別の従来例を示す誘導電動機の可変速制御装置の回路構成図図７，８とは別の従来例を示す誘導電動機の可変速制御装置の回路構成図この発明の第７の実施例を示す誘導電動機の可変速制御装置の回路構成図図１０の部分詳細回路構成図図１０の部分詳細回路構成図この発明の第８の実施例を示す誘導電動機の可変速制御装置の回路構成図

１…電力変換装置、２…誘導電動機、３…電流検出器、４…電力変換装置、５…電流検出器、１０…可変速制御装置、１１…周波数指令値発生手段、１２…Ｖ／ｆ比演算手段、１３…電圧指令値演算手段、１５…可変速制御装置、１６…トルク演算手段、１７…磁束指令値発生手段、１８…電流指令値演算手段、１９…電流調節手段、２１…可変速制御装置、２２…第１電流指令値演算手段、２３…第２電流指令値演算手段、２４…電流調節手段、２６…可変速制御装置、２７…切替信号発生手段、２９…切替手段、３０…可変速制御装置、３１…速度指令値発生手段、３２…速度調節器、３３…磁束指令値発生手段、３４…電流指令値演算手段、３５…すべり周波数演算手段、３６…加算演算器、３７…積分手段、３８…ベクトル回転器、３９…電流調節手段、４０…ベクトル回転器、４１…速度推定手段、４２…可変速制御装置、４３…周波数指令値発生手段、４５…可変速制御装置、４６…第１電流指令値演算手段、４７…第２電流指令値演算手段、４８…トルク演算手段、５０…可変速制御装置、５１…ベクトル回転器、５２…３相／２相変換器、５３…電流調節手段、５４…トルク演算手段、５５…２相／３相変換器、５７…可変速制御装置、５８…ベクトル回転器、５９…電流調節手段、６０…トルク演算手段、６１…可変速制御装置、６２，６３…トルク演算手段、６４…可変速制御装置。

Claims

可変電圧可変周波数の交流電力を出力する電力変換装置により駆動される誘導電動機の可変速制御装置において、
前記誘導電動機の一次周波数指令値と一次電圧指令値と一次電流検出値とに基づいて、該電動機のトルク演算値を演算するトルク演算手段と、
二次磁束指令値から前記誘導電動機のｄ軸成分の第１の一次電流指令値を演算する第１電流指令値演算手段と、
前記トルク演算値から前記誘導電動機のｑ軸成分の第２の一次電流指令値を演算する第２電流指令値演算手段と、
前記一次周波数指令値を積分演算した位相角指令値を求める積分手段と、
前記一次電流検出値を前記位相角指令値に基づいて回転座標上の直交する２軸成分に変換する第１のベクトル回転器と、
前記第１の一次電流指令値および第２の一次電流指令値と回転座標上の直交する２軸成分に変換された前記一次電流検出値との偏差を零にする調節演算を行い、これらの演算結果に基づく値を回転座標上の直交する２軸成分の一次電圧指令値として出力する電流調節手段と、
回転座標上の直交する２軸成分の前記一次電圧指令値を三相交流の電圧指令値に変換する第２のベクトル回転器とからなることを特徴とする誘導電動機の可変速制御装置。
可変電圧可変周波数の交流電力を出力する電力変換装置により駆動される誘導電動機の可変速制御装置において、
前記誘導電動機の一次周波数指令値と一次電圧指令値と一次電流検出値とに基づいて、該電動機のトルク演算値を演算するトルク演算手段と、
二次磁束指令値から前記誘導電動機のｄ軸成分の第１の一次電流指令値を演算する第１電流指令値演算手段と、
前記トルク演算値から前記誘導電動機のｑ軸成分の第２の一次電流指令値を演算する第２電流指令値演算手段と、
前記一次周波数指令値を積分演算した位相角指令値を求める積分手段と、
前記第１の一次電流指令値および第２の一次電流指令値を前記位相角指令値に基づいて静止座標上の直交する２軸成分に変換する第３のベクトル回転器と、
前記一次電流検出値を静止座標上の直交する２軸成分に変換する３相／２相変換器と、
前記第１の一次電流指令値および第２の一次電流指令値と静止座標上の直交する２軸成分に変換された前記一次電流検出値との偏差を零にする調節演算を行い、これらの演算結果に基づく値を静止座標上の直交する２軸成分の一次電圧指令値として出力する電流調節手段と、
静止座標上の直交する２軸成分の前記一次電圧指令値を三相交流の電圧指令値に変換する２相／３相変換器とからなることを特徴とする誘導電動機の可変速制御装置。
可変電圧可変周波数の交流電力を出力する電力変換装置により駆動される誘導電動機の可変速制御装置において、
前記誘導電動機の一次周波数指令値と一次電圧指令値と一次電流検出値とに基づいて、該電動機のトルク演算値を演算するトルク演算手段と、
二次磁束指令値から前記誘導電動機のｄ軸成分の第１の一次電流指令値を演算する第１電流指令値演算手段と、
前記トルク演算値から前記誘導電動機のｑ軸成分の第２の一次電流指令値を演算する第２電流指令値演算手段と、
前記一次周波数指令値を積分演算した位相角指令値を求める積分手段と、
前記第１の一次電流指令値および第２の一次電流指令値を前記位相角指令値に基づいて三相の電流指令値に変換する第４のベクトル回転器と、
前記三相の電流指令値と前記一次電流検出値との偏差を零にする調節演算を行い、これらの演算結果に基づく値を三相の電圧指令値として出力する電流調節手段とからなることを特徴とする誘導電動機の可変速制御装置。
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の誘導電動機の可変速制御装置において、
前記トルク演算手段は、前記誘導電動機の有効電力演算値に基づいて該電動機のトルク演算値を演算することを特徴とする誘導電動機の可変速制御装置。
請求項４に記載の誘導電動機の可変速制御装置において、
前記誘導電動機を無負荷状態で運転し、この状態で得られる有効電力演算値を記憶し、この記憶値と該誘導電動機が通常運転時に得られる有効電力演算値とに基づいて、前記トルク演算値を演算することを特徴とする誘導電動機の可変速制御装置。