JPH1198897A - 誘導電動機の速度制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】低速度域において電動機トルクを増大させるこ
とができ、かつ急激な負荷トルクが加わった場合に発生
する電動機トルクの振動を抑制することができる誘導電
動機の速度制御方法を提供することにある。 【解決手段】速度指令値ω_r ^*、或いは速度推定値ω_r∧
の絶対値が設定値未満の場合は、ｑ軸電流指令値Ｉｑを
実質的に零にし、かつ周波数指令値ω₁ ^***として、速度
指令値ω_r ^*と速度推定値ω_r∧ との偏差が増加傾向の場
合はその偏差に基づいて速度指令値ω_r ^*を増加した値を
用い、前記偏差が減少傾向の場合は前記偏差に基づいて
速度指令値ω_r ^*を減少した値を用いる。

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
制御方法に係り、特に電動機取り付けの速度センサが不
要で低速度域から高トルクが得られる誘導電動機の速度
制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ベクトル制御を用いた誘導電動機の速度
制御方法においては、誘導電動機の実回転速度を速度セ
ンサにより検出し、検出された実回転速度とすべり周波
数指令値の加算値に応じて電力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、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）は速度センサレスベクトル制御について述べてい
る。この速度センサレスベクトル制御では、速度センサ
による実回転速度の検出を行わず、実回転速度の代わり
に、誘導電動機の回転速度を推定した速度推定値に基づ
いて電力変換器の出力周波数を制御する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記文献に記載された
速度センサレスベクトル制御では、速度推定値に推定誤
差が含まれるため、誘導電動機の実すべり周波数はすべ
り周波数指令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、その結果、電動機発生トルクがトルク電流に比例
しなくなり、極度の場合はトルク不足が生じる。

【０００４】速度推定値の推定誤差の原因としては、速
度推定値の演算に用いる電動機定数（１次抵抗および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
の誤差原因を補償する十分な方法がなく、特に誘導電動
機の回転速度が低い場合（以下、低速度域と呼ぶ）にト
ルク不足が生じていた。

【０００５】本発明の目的は、低速度域において電動機
トルクを増大させることができ、かつ急激な負荷トルク
が加わった場合に発生する電動機トルクの振動を抑制す
ることができる誘導電動機の速度制御方法を提供するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する第１
の発明の特徴は、速度指令値、或いは速度推定値の絶対
値が設定値未満の場合は、ｑ軸電流指令値を実質的に零
にし、かつ周波数指令値として、前記速度指令値と前記
速度推定値との偏差が増加傾向の場合は前記偏差に基づ
いて前記速度指令値を増加した値を用い、前記偏差が減
少傾向の場合は前記偏差に基づいて前記速度指令値を減
少した値を用いることにある。

【０００７】トルク不足が問題となる低速度域におい
て、速度指令値に基づいて求められた周波数指令値によ
り誘導電動機の速度を制御することにより、誘導電動機
に発生するトルクを増大できる。

【０００８】また、ｑ軸電流指令値を実質的に零にする
ことにより、誘導電動機の回転速度を精度良く推定する
ことができ、回転速度と速度推定値との誤差を小さくす
ることができる。しかし、ｑ軸電流を実質的に零にする
と、急激な負荷トルクが加わった場合に、回転速度が振
動する。ここで速度指令値と速度推定値との偏差をとる
と、前述したように速度推定値と回転速度とは誤差が小
さいため、回転速度の振動成分が得られる。その振動成
分、つまり速度推定値と速度指令値との偏差が増加傾向
の場合は、回転速度が減少傾向にあるので、前述の偏差
に基づいて増加した速度指令値を周波数指令値とするこ
とにより、誘導電動機の回転速度を増加することができ
る。また、速度推定値と速度指令値との偏差が減少傾向
の場合、すなわち回転速度が増加傾向にある場合は、前
記偏差に基づいて減少した速度指令値を周波数指令値と
することにより、誘導電動機の回転速度を減少すること
ができる。このように、回転速度が振動する場合におい
て、回転速度が減少傾向のときには回転速度を増加さ
せ、逆に回転速度が増加傾向のときには回転速度を減少
させることにより、低速度域において急激な負荷トルク
が加わった場合に発生する回転速度の振動を抑制するこ
とができる。更に、回転速度の振動を抑制することによ
って電動機トルクの振動も抑制することができる。

【０００９】上記目的を達成する第２の発明の特徴は、
速度指令値、或いは速度推定値の絶対値が設定値未満の
場合は、ｑ軸電流指令値を実質的に零にし、かつ周波数
指令値として、前記速度指令値に前記速度指令値と前記
速度推定値との偏差の微分値を加算して得られる値を用
いることにある。

【００１０】本発明も上記第１の発明と同様に、誘導電
動機に発生するトルクを増大できる。また、ｑ軸電流指
令値を実質的に零にすることにより、誘導電動機の回転
速度を精度良く推定することができ、回転速度と速度推
定値との誤差を小さくすることができる。しかし、上記
第１の発明と同様に、急激な負荷トルクが加わった場合
に回転速度が振動する。ここで速度指令値と速度推定値
との偏差をとると、前述したように速度推定値と回転速
度とは誤差が小さいため、回転速度の振動成分が得られ
る。その速度推定値と速度指令値との偏差（振動成分）
の微分値と速度指令値を加算した値を周波数指令値とす
ることにより、前記偏差が増加傾向のとき、すなわち回
転速度が減少傾向のときには回転速度を増加させ、逆に
前記偏差が減少傾向のとき、すなわち回転速度が増加傾
向のときには回転速度を減少させることができる。この
ように、回転速度が振動する場合において、回転速度が
減少傾向のときには回転速度を増加させ、逆に回転速度
が増加傾向のときには回転速度を減少させることによ
り、低速度域において急激な負荷トルクが加わった場合
に発生する回転速度の振動を抑制することができる。ま
た、回転速度の振動を抑制することによって電動機トル
クの振動も抑制することができる。更に、微分値を用い
ることにより、回転速度が減少傾向のときには回転速度
を増加させ、逆に回転速度が増加傾向のときには回転速
度を減少させることが容易に行える。

【００１１】上記目的を達成する第３の発明の特徴は、
前記絶対値が前記設定値未満の場合は、前記ｄ軸電流指
令値を増加することにある。

【００１２】低速度域においてｑ軸電流指令値を実質的
に零にしたために小さくなった一次電流を、ｄ軸電流指
令値を増加することにより大きくできるので、誘導電動
機に大きな一次電流を供給することができる。従って、
低速度域において誘導電動機に発生するトルクを更に増
大できる。

【００１３】上記目的を達成する第４の発明の特徴は、
前記絶対値が前記設定値未満の場合は、前記周波数指令
値として、前記偏差に基づいて演算されたすべり周波数
推定値，前記速度指令値および前記微分値の加算により
得られた値を用いることにある。

【００１４】精度良く求められた速度推定値と速度指令
値との偏差に基づいてすべり周波数推定値を演算するた
め、すべり周波数推定値は精度良く求められる。従っ
て、低速度域においてもすべり周波数を考慮した誘導電
動機の制御が可能となり、低速度域において誘導電動機
に発生するトルクを増大できる。

【００１５】上記目的を達成する第５の発明の特徴は、
前記絶対値が前記設定値未満から前記設定値に達したと
きは、前記ｑ軸電流指令値として前記すべり周波数推定
値に基づいて得られる値を出力すると共に、前記ｄ軸電
流指令値を減少することにある。

【００１６】速度指令値或いは速度推定値の絶対値が設
定値に達した場合にすべり周波数推定値に基づいてｑ軸
電流指令値を求めることにより、低速度域において発生
していたトルクと同等なトルクを、誘導電動機の速度が
低速度域より大きくなったときにも発生させることがで
きる。従って、誘導電動機の速度が低速度域から低速度
域より大きい速度になった場合の切り替えが、円滑に行
われる。

【００１７】また、ｑ軸電流の発生に伴ってｄ軸電流指
令値を減少させることにより、必要以上の電流が誘導電
動機に流れることを防止でき、低速度域からの速度上昇
に要する電力消費量を低減できる。

【００１８】上記目的を達成する第６の発明の特徴は、
前記ｑ軸電流指令値は、前記ｄ軸電流指令値の減少に応
じて増加することにある。

【００１９】ｄ軸電流指令値の減少に応じてｑ軸電流指
令値を増加することにより、ｄ軸電流の減少に伴う磁束
の減少に起因したトルクの減少を防止できる。

【００２０】上記目的を達成する第７の発明の特徴は、
前記ｑ軸電流指令値の増加は、前記絶対値が前記設定値
未満の時のｄ軸電流指令値と、前記絶対値が前記設定値
以上になったときのｄ軸電流指令値との比に基づいて行
うことにある。

【００２１】ｄ軸電流の減少に比例して誘導電動機にお
ける磁束は減少し、磁束の減少に比例してトルクも減少
する。また、トルクはｑ軸電流にも比例する。このた
め、速度指令値或いは速度推定値の絶対値が設定値未満
の時のｄ軸電流指令値と、速度指令値或いは速度推定値
の絶対値が設定値以上になったときのｄ軸電流指令値と
の比に基づいてｑ軸電流指令値を増加することにより、
磁束の減少によるトルクの減少を更に抑制できる。

【００２２】上記目的を達成する第８の発明の特徴は、
前記絶対値が前記設定値以上の場合は、前記ｑ軸電流指
令値を、誘導電動機における過電流の発生を防止するｑ
軸電流指令制限値以下に制限することにある。

【００２３】ｑ軸電流指令値の増加を制限することによ
り、誘導電動機における過電流を防止することができ
る。

【００２４】上記目的を達成する第９の発明の特徴は、
前記周波数指令値から求められた位相を補正し、前記電
力変換器は、前記周波数指令値，前記ｑ軸電流指令値、
および前記ｄ軸電流指令値に基づいて得られたｄ軸電圧
指令値およびｑ軸電圧指令値と、前記補正された位相と
に基づいて制御されることにある。

【００２５】位相を補正することにより、トルク不足を
軽減できる。具体的には、ｄ軸（制御軸）とｍ軸（磁束
軸）との位相差を調節することができるため、トルク不
足を軽減できる。

【００２６】上記目的を達成する第１０の発明の特徴
は、前記絶対値が前記設定値以上の場合は、前記絶対値
が前記設定値となった時のｄ軸電流値と、前記すべり周
波数推定値に基づいて求められたｑ軸電流指令値とに基
づいて求められた補正角を用いて、前記位相の補正を行
うことにある。

【００２７】誘導電動機の速度が、低速度域から低速度
域以上へ上昇した場合に、トルク不足を軽減できる。具
体的には、誘導電動機の速度が低速度域から低速度域以
上に変化する際に、ｄ軸とｍ軸の位相差を調節すること
により、トルク不足をより軽減できる。

【００２８】上記目的を達成する第１１の発明の特徴
は、前記絶対値が前記設定値未満の場合は、前記絶対値
が前記設定値となった時のｄ軸電流値と、前記ｑ軸電流
指令値とに基づいて求められた補正角を用いて前記位相
の補正を行うことにある。

【００２９】誘導電動機の速度が、低速度域以上から低
速度域へ下降した場合に、トルク不足を軽減できる。具
体的には、誘導電動機の速度が低速度域以上から低速度
域へ下降する際に、ｄ軸とｍ軸の位相差を調節すること
により、トルク不足をより軽減できる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
例を詳細に説明する。

【００３１】図１は本発明の好適な一実施例である誘導
電動機の速度制御装置を示す。本実施例の誘導電動機１
は、電力変換器２より出力される３相交流電力により制
御される。電流検出器２０は、電力変換器２から出力さ
れる電流ｉｕ，ｉｗを検出する。電流検出器２０で検出
された電流ｉｕ，ｉｗは位相信号θ′と共に、座標変換
器３に入力される。座標変換器３は入力された電流ｉ
ｕ，ｉｗ、及び信号θ′を用いて電流ｉｕ，ｉｗの座標
変換を行い、ｄ軸電流信号Ｉｄ、及びｑ軸電流信号Ｉｑ
を演算する。速度推定器４は信号Ｉｑ、及びｑ軸電圧指
令信号Ｖｑ^**を用いて、（数１）に従い、誘導電動機１
の速度推定信号ω_r∧を演算する。

【００３２】

【数１】 ω_r∧＝{Ｖｑ^**−ω₁ ^***・Ｌ_σ ^*・Ｉｄ^** −(Ｒ_σ ^*＋Ｌ_σ ^*ｓ)・Ｉｑ}／(１＋Ｔｏｓ) …（数１） ここで、Ｌ_σ ^*は漏れインダクタンスの設定値、Ｒ_σ ^*は
抵抗設定値（１次抵抗と２次抵抗の和）、Ｔｏは速度推
定器４の１次遅れ時定数である。

【００３３】速度制御器５は、加算器２１で求められ
た、信号ω_r∧ と速度指令信号ω_r ^*との偏差信号，信号
Ｉｄ，関数器１１３の出力信号Ｇａ２およびすべり周波
数推定信号ω_s ^*∧を入力し、ｑ軸電流指令信号Ｉｑ^* を
出力する。なお、すべり周波数推定信号ω_s ^*∧は、加算
器２１で求められた、信号ω_r∧ と信号ω_r ^*との偏差信
号に基づいてすべり周波数推定器９により求められる。

【００３４】速度制御器５の構成を図２を用いて詳細に
説明する。速度制御器５に入力された、信号ω_r∧と信
号ω_r ^* との偏差信号は、加算器５０１および積分回路
５０２に入力される。積分回路５０２は、入力された偏
差信号を積分して加算器５０１に出力する。加算器５０
１は、入力された偏差信号とその積分信号とを加算し、
その加算値を係数器５０３に出力する。係数器５０３
は、入力された加算値に係数Ｋｐをかけ、信号Ｉｑ１^*
として加算器５０４に出力する。なお、信号Ｉｑ１^*は
信号Ｇａ２がＧａ２＝１の間は０とする。

【００３５】一方、速度制御器５に入力された信号ω_s ^*
∧は乗算器５０５において、設定器５０６の出力である
（Ｉｄ^**・Ｔ２）が乗算され、その乗算結果は信号Ｉｑ
₀ ^*として出力される。ホールド回路５０７には、信号Ｇ
ａ２と信号Ｉｑ₀ ^*が入力され、入力された信号Ｇａ２が
Ｇａ２＝１からＧａ２≠１になるときに、Ｇａ２≠１と
なる直前の信号Ｉｑ₀ ^*を保持する。すなわち、低速度域
以外（Ｇａ２≠１）では、Ｇａ２≠１となる直前の信号
Ｉｑ₀ ^*を出力し続ける。ホールド回路５０７から出力さ
れた信号Ｉｑ₀ ^*は加算器５０４に入力される。

【００３６】加算器５０４では、信号Ｉｑ₁ ^*と信号Ｉｑ
₀ ^*とを加算し、その加算結果を除算器５０８に出力す
る。信号Ｉｑ₁ ^*は前述したように信号Ｇａ２がＧａ２＝
１の間は０であるため、信号Ｇａ２がＧａ２≠１となっ
た瞬間には、加算器５０８の出力は信号Ｉｑ₀ ^*となる。
すなわち信号Ｉｑ₀ ^*は信号Ｇａ２がＧａ２≠１である速
度領域における、加算器５０４の出力の初期値である。

【００３７】除算器５０８には、設定器５０９から出力
された(Ｉｄ^**／Ｉｄ^**max）も入力され、信号Ｉｑ₁ ^*と
信号Ｉｑ₀ ^*との加算値を(Ｉｄ^**／Ｉｄ^**max）で除算す
る。ここでＩｄ^**max は信号Ｇａ２がＧａ２＝１のとき
のｄ軸電流指令信号の値である。この除算結果は、リミ
ット回路５１０に入力される。リミット回路５１０には
信号Ｇａ２、およびｑ軸電流制限信号Ｉｑ^*maxが入力さ
れる。信号Ｉｑ^*maxは、ｑ軸電流制限信号演算器５１１
において信号Ｉｄと、設定器５１３より出力される一次
電流制限信号Ｉ₁maxとに基づいて（数２）により演算さ
れる。

【００３８】

【数２】

【００３９】リミット回路５１０は、入力された信号Ｇ
ａ２がＧａ２＝１のときは設定器５１２より入力される
０を出力し、Ｇａ２≠１となったときに、除算器５０８
の出力をｑ軸電流指令信号Ｉｑ^* として出力する。ま
た、リミット回路５１０は、信号Ｉｑ^* が信号Ｉｑ^*max
を越えないように制限する。このようにして求められた
信号Ｉｑ^* および信号Ｉｑ₀ ^*が速度制御器５から出力さ
れる。

【００４０】再び、図１にて速度制御装置の構成を説明
する。速度制御器５から出力された信号Ｉｑ^* は、すべ
り演算器７，電圧演算器１６、及び加算器２２に入力さ
れる。すべり演算器７は、入力された信号Ｉｑ^*より、
すべり周波数指令信号ω_s ^* を得る。加算器８は信号ω_s
^*と信号ω_r∧ とを加算して信号ω₁ ^*を求め、信号ω₁ ^*
を切り替え器１１に出力する。一方、加算器１０は、信
号ω_r ^*，信号ω_s ^*∧および微分信号Δωを加算し、その
加算結果を信号ω₁ ^** として切り替え器１１に出力す
る。なお信号Δωは、信号ω_r ^*と信号ω_r∧ の偏差を微
分したもので、微分演算器２５にて演算される。切り替
え器１１は、信号ω_r ^*も入力する。

【００４１】切り替え器１１は、関数器１１１及び１１
３，乗算器１１２及び１１４、及び加算器１１５を有す
る。乗算器１１２は、関数器１１１の出力信号Ｇａ１と
信号ω₁ ^*との乗算信号を出力する。乗算器１１４は、関
数器１１３の出力信号Ｇａ２と信号ω₁ ^** との乗算信号
を出力する。加算器１１５は、２つの乗算信号を加算し
て得られた周波数指令信号ω₁ ^***を出力する。この信号
ω₁ ^***は、位相演算器１２、及び電圧演算器１６に入力
される。

【００４２】図３は、図１に示す関数器１１１の入出力
関係図である。図３に示すように、関数器１１１の関数
は信号ω_r ^*の絶対値が設定値Ｒ（第１設定値）の絶対値
以下の場合には０、設定値Ｑ（第２設定値）の絶対値よ
り大きい場合には１を出力するように設定されている。
本実施例では、設定値Ｑは速度１０％および−１０％
で、設定値Ｒは５％および−５％である。図４は、図１
に示す関数器１１３の入出力関係図である。図４に示す
ように、関数器１１３の関数は信号ω_r ^*の絶対値が設定
値Ｒの絶対値以下の場合には１、設定値Ｑの絶対値より
大きい場合には０を出力するように設定されている。ま
た、関数器１１１に設定されている関数と、関数器１１
３に設定されている関数には、信号ω_r ^*の絶対値が設定
値Ｒの絶対値よりも大きく、かつ設定値Ｑの絶対値以下
の範囲において、図３、及び図４に示すように、それぞ
れに相反する漸増・漸減領域が設けられている。なお、
この漸増・漸減領域は切り替えによる急激な変化を抑制
するために設けられている。信号Ｇａ１と信号Ｇａ２の
関係は（数３）で示される。

【００４３】

【数３】 Ｇａ１＋Ｇａ２＝１ …（数３） 信号ω₁ ^***は、（数４）で表され、信号ω_r ^*の絶対値が
設定値Ｒの絶対値以下の領域では信号ω₁ ^** に等しくな
り、信号ω_r ^*の絶対値が設定値Ｑの絶対値よりも大きな
領域では信号ω₁ ^*に等しくなる。また、漸増・漸減領域
では信号ω₁ ^*と信号ω₁ ^**の中間値をとる。

【００４４】

【数４】 ω₁ ^***＝Ｇａ１・ω₁ ^*＋Ｇａ２・ω₁ ^** …（数４） 図１において、位相演算器１２は、信号ω₁ ^***を積分し
て得られる信号θを出力する。この信号θは加算器２３
に入力される。

【００４５】位相補正器１３は、信号Ｇａ２，信号Ｉｑ
^* ，信号Ｉｑ₀ ^*および信号Ｉｄを入力し、補正信号δ_φ
∧を出力する。出力された信号δ_φ∧は加算器２３によ
り信号θに加算され、その加算結果は位相信号θ′とし
て出力される。

【００４６】位相補正器１３の構造を図５を用いて詳細
に説明する。位相補正器１３に入力された信号Ｉｄと信
号Ｇａ２は共にホールド回路１３１に入力される。ホー
ルド回路１３１は信号Ｇａ２がＧａ２＝１からＧａ２≠
１へと変化する直前の信号Ｉｄを保持し、信号Ｉｄ₀と
して出力する。信号Ｉｄ₀は信号Ｉｑ₀ ^*と共に関数器１
３２に入力される。関数器１３２では（数５）に基づい
て信号δ_φ0∧ を演算し、加算器１３５に信号δ_φ0∧
を出力する。

【００４７】

【数５】

【００４８】一方、ホールド回路１３３には、信号Ｉｑ
^* ，信号Ｉｄおよび信号Ｇａ２が入力される。ホールド
回路１３３は、信号Ｇａ２がＧａ２≠１からＧａ２＝１
へと変化する直前の信号Ｉｑ^* および信号Ｉｄを保持
し、それぞれ信号Ｉｑ₂ ^*および信号Ｉｄ₂ として関数器
１３４に入力される。関数器１３４では（数６）に基づ
いて信号δ_φ1∧を演算し、加算器１３５に信号δ_φ1∧
を出力する。

【００４９】

【数６】

【００５０】加算器１３５では、信号δ_φ0∧から信号
δ_φ1∧を減算し、その減算結果を補正信号δ_φ∧とし
て出力する。なお、誘導電動機の始動時において、信号
Ｇａ２がＧａ２＝１の間は、信号δ_φ0∧および信号δ
_φ1∧が０となるため、位相補正器１３の出力信号δ_φ
∧も０となる。また、信号Ｇａ２がＧａ２≠１のときに
は信号δ_φ1∧が０であるため、信号δ_φ∧は信号δ_φ0
∧に等しくなる。

【００５１】図１において、ｄ軸電流指令器１４は、関
数器１４１，乗算器１４２、および加算器１４３を備え
る。関数器１４１における入力と出力の関係は関数器１
１３と等しい。乗算器１４２は、ｄ軸電流付加信号ΔＩ
ｄに信号Ｇａ３を乗算する。なお、信号ΔＩｄは正の値
を有し、予め設定されている。得られた乗算信号は加算
器１４３において信号Ｉｄ^* と加算され、加算器１４３
は加算結果としてｄ軸電流指令信号Ｉｄ^**を出力する。
すなわちｄ軸電流指令器１４は、信号ω_r ^*の絶対値が設
定値Ｒの絶対値以下の場合に、信号Ｉｄ^* を信号ΔＩｄ
の大きさだけ増加した信号Ｉｄ^**を出力し、信号ω_r ^*の
絶対値が設定値Ｑの絶対値より大きい場合に、信号Ｉｄ
^*を信号Ｉｄ^**として出力する。また、信号ω_r ^* の絶対
値が設定値Ｒの絶対値より大きく、かつ信号ω_r ^*の絶対
値が設定値Ｑの絶対値以下の場合には、信号Ｉｄ^*を信
号ΔＩｄの大きさだけ増加した値と信号Ｉｄ^*との中間
値を信号Ｉｄ^**として出力する。

【００５２】電圧演算器１６は、信号Ｉｄ^**，速度制御
器５から出力された信号Ｉｑ^* 、及び信号ω₁ ^***に基づ
いて、信号Ｖｄ^*、及び信号Ｖｑ^*を出力する。これらの
信号は（数７）の演算によって得られる。

【００５３】

【数７】

【００５４】ここで、Ｒ１^*は１次抵抗設定値、Ｌ_σ ^*
はインダクタンスの設定値、Ｍ^* は相互インダクタンス
設定値、Ｌ₂ ^*は２次側インダクタンス設定値、φ_2d ^* は
ｄ軸２次磁束設定値である。

【００５５】電圧演算器１６から出力された信号Ｖｄ^*
およびＶｑ^*は演算誤差を含んでいる。そのため、加算
器１７および１８において、ｄ軸電流制御器１５、及び
ｑ軸電流制御器６で演算されたｄ軸電圧補正信号Δｄお
よびｑ軸電圧補正信号Δｑを加算することにより、信号
Ｖｄ^*およびＶｑ^*の演算誤差を補正し、ｄ軸電圧指令信
号Ｖｄ^**およびｑ軸電圧指令信号Ｖｑ^**を出力する。な
お、信号Δｄは、加算器２４から出力された、信号Ｉｄ
^**と信号Ｉｄとの偏差信号に応じて、ｄ軸電流制御器１
５で求められる。また、信号Δｑは、加算器２２から出
力された、信号Ｉｑ^* と信号Ｉｑとの偏差信号に応じ
て、ｑ軸電流制御器６で求められる。

【００５６】座標変換器１９は、信号θ′を用いて信号
Ｖｄ^**、及び信号Ｖｑ^**の座標変換を行い、３相の出力
電圧指令信号ｖ１^*を出力する。電力変換器２は、信号
ｖ１^*に比例した電圧を出力し、誘導電動機１を制御す
る。

【００５７】次に、本実施例の特徴的な構成である速度
制御器５, ｄ軸電流指令器１４、切り換え器１１, 位相
補正器１３および微分演算器２５のもたらす効果につい
て詳細に説明する。

【００５８】速度制御器５は、前述したように低速度域
ではｑ軸電流指令信号Ｉｑ^* として０を出力するためｑ
軸電流は０に制御され、速度推定信号ω_r∧ は、推定誤
差の原因である抵抗値の設定誤差の影響を受けなくな
る。すなわち、（数１）に示すように、速度推定信号ω
_r∧ の演算において抵抗値はｑ軸電流値と乗算されるた
め、ｑ軸電流を０に制御することによって、抵抗値の設
定誤差の影響を受けなくなる。従って、低速度域におい
ても速度推定信号ω_r∧ が精度良く演算される。また、
速度制御器５において、信号Ｇａ２がＧａ２≠１となっ
た瞬間には信号Ｉｑ^* として信号Ｉｑ₀ ^*が出力される。
すなわち、信号Ｉｑ₀ ^*はＧａ２≠１となる領域における
信号Ｉｑ^* の初期値となる。この信号Ｉｑ₀ ^*は、低速度
域におけるすべり周波数推定信号ω_s ^*∧に基づいて求め
られるため、低速度域におけるトルクと同等のトルクを
Ｇａ２≠１となったときにも発生させることができる。
よって、低速度域と、低速度域よりも誘導電動機の速度
が大きい領域との切り替えが、円滑に行われる。

【００５９】加えて、速度制御器５では、低速度域にお
けるｄ軸電流指令信号（Ｉｄ^**max)と、低速度域よりも
誘導電動機の速度が大きい領域におけるｄ軸電流指令信
号（Ｉｄ^**）との比に基づいてｑ軸電流指令信号Ｉｑ^*
を増加している。この信号Ｉｑ^* の増加は、信号Ｉｄ^**
の減少に応じて発生する磁束の減少に起因するトルクの
減少を、ｑ軸電流を増加することにより抑制するのもで
ある。

【００６０】更に速度制御器５では、信号Ｉｑ^* の増加
を一次電流制限値に基づいて制限しているため、誘導電
動機における過電流が防止される。

【００６１】以上説明したように、低速度域において信
号Ｉｑ^* を０にすることにより、速度推定信号ω_r∧の
推定誤差の問題は解消されるが、ｑ軸電流指令信号Ｉｑ
^*を０とすると、誘導電動機に流れる一次電流が減少し
てしまう。そこで本実施例では、ｄ軸電流指令器１４に
おいて信号Ｉｄ^* に信号ΔＩｄを加えることにより、ｄ
軸電流指令信号Ｉｄ^**を増加し、ｑ軸電流指令信号Ｉｑ
^* が０になることによる一次電流の減少を防止してい
る。すなわち、ｑ軸電流指令信号Ｉｑ^* が減少した分
を、ｄ軸電流指令信号Ｉｄ^**を強めることにより補って
いる。このように、一次電流の不足を防止でき、一次電
流の不足が原因となって発生するトルク不足を防止でき
る。

【００６２】切り換え器１１では、低速度域において速
度指令信号ω_r ^*，すべり周波数推定信号ω_s ^*∧および微
分信号Δωの加算値を、周波数指令信号ω₁ ^***として用
いている。このことにより、誘導電動機の回転速度は速
度指令信号ω_r ^*に従って制御される。このように低速度
域においても、すべり周波数を考慮した速度制御を行う
ため、誘導電動機を速度指令信号ω_r ^*により指令した回
転速度で制御することができる。

【００６３】位相補正器１３では、補正信号δ_φ∧が演
算され、位相信号θに加算される。低速度域において、
前述したようにｑ軸電流指令信号Ｉｑ^* を０にする場合
は、トルクを出すために、図６（ａ）に示されるように
ｄ軸（制御軸）とｍ軸（磁束軸）とに位相差を持たせて
制御する。しかしながら、ベクトル制御では、ｄ軸とｍ
軸との位相差を０に制御しなければｑ軸電流指令信号Ｉ
ｑ^* に応じたトルクを得ることができない。そのため、
低速度域におけるｑ軸電流指令信号Ｉｑ^* を０に制御す
る制御手法（以下、ｑ軸電流指令零制御と呼ぶ）からベ
クトル制御へと制御手法を変える場合、ｄ軸とｍ軸との
位相差が０となるように、ｄ軸の位相を進める必要があ
る。従って本実施例では、前述のようにｑ軸電流指令零
制御からベクトル制御へと制御手法が切り替わる際に、
位相信号θ′に補正角δ_φ∧（＝δ_φ0∧)を加算するこ
とにより、図６(ｂ)に示すように、ｄ軸とｍ軸との位相
差が０となるようにｄ軸を進めている。なお、関数器１
３２で演算されるδ_φ0∧は図６（ａ）中のδ_φ0 の推
定値である。

【００６４】一方、ベクトル制御からｑ軸電流指令零制
御へと制御手法が切り替わる際には、ｍ軸とｄ軸の位相
が一致しているため（図６（ｃ）参照）、ｄ軸の位相を
図６（ｄ）に示すように遅らせる必要がある。そこで本
発明では、補正信号δ_φ∧の値を（δ_φ0∧−δ_φ1∧）
とし、ｄ軸の位相を遅らせている。このように制御手法
に応じてｄ軸とｍ軸との位相差を調節しているため、ト
ルク不足の発生を防止することができる。

【００６５】微分演算器２５は、速度指令信号ω_r ^*と速
度推定信号ω_r∧ の偏差を微分して微分信号Δωを求め
る。その微分信号Δω, 速度指令信号ω_r ^*およびすべり
周波数推定信号ω_s ^*∧の加算値がω₁ ^** として切り替え
器１１に入力される。この微分信号Δωにより、急激な
負荷トルクが加わった場合に発生する電動機トルクの振
動を抑制することができる。以下、その作用について説
明する。

【００６６】まず、急激な負荷トルクが加わった場合に
電動機のトルクが振動する原理を図７を用いて説明す
る。図７は、ａ点において急激な負荷トルクτ_L が加わ
った場合の速度指令信号ω_r ^*，回転速度ω_r，速度推定
信号ω_r∧，電動機トルクτmzおよびｑ軸磁束φ２ｑを
示す。

【００６７】図にも示されるように、急激な負荷トルク
τ_Lが加わると、回転速度ω_rは、しばらくの間振動す
る。なお、速度推定信号ω_r∧は回転速度ω_rの推定値で
あるので、回転速度ω_rと同様に振動する。また、回転
速度ω_rが振動することにより、電動機に発生する実す
べり周波数ω_s（図示しない）も振動する。

【００６８】更に、ｑ軸磁束φ２ｑは（数８）で示され
るため、実すべり周波数ω_s の振動の影響を受けて図に
示すように振動する。なお（数８）において、φ２ｄは
ｄ軸磁束、Ｔ２は２次時定数である。

【００６９】

【数８】 φ２ｑ＝ω_s・φ２ｄ・Ｔ２ …（数８） また、電動機のトルクτm は（数９）で示される。

【００７０】

【数９】 τm＝３／２・Ｐ・(Ｍ／Ｌ₂)・(φ２ｄ・Ｉｑ−φ２ｑ・Ｉｄ） …（数９） ここで、Ｐは電動機の極数、Ｍは相互インダクタンス、
Ｌ₂ は２次側インダクタンスである。前述したように、
低速度域ではｑ軸電流信号Ｉｑは０に制御されるため、
低速度域における電動機トルクτmzは（数１０）で示さ
れる。

【００７１】

【数１０】 τmz＝−３／２・Ｐ・(Ｍ／Ｌ₂)・φ２ｑ・Ｉｄ …（数１０） すなわち、低速度域における電動機トルクτmzは、ｑ軸
磁束φ２ｑとｄ軸電流Ｉｄの積により発生する。従って
電動機トルクτmzも、ｑ軸磁束φ２ｑの振動の影響によ
り、ｑ軸磁束φ２ｑと同期した成分で振動する。

【００７２】図８は、ｂ点において急激な負荷トルクτ
_L が加わった場合の、本実施例における速度指令信号ω
_r ^*，回転速度ω_r，速度推定信号ω_r∧，電動機トルクτ
mzおよびｑ軸磁束φ２ｑを示す。本実施例では、低速度
域において、微分信号Δω，速度指令信号ω_r ^*およびす
べり周波数推定信号ω_s ^*∧の加算値を周波数指令信号ω
₁ ^***とするため、微分信号Δωの増減により信号ω₁ ^***
も増減する。すなわち、速度指令信号ω_r ^*と速度推定信
号ω_r∧ の偏差が増加傾向にあるとき（回転速度ω_rが
減少傾向のとき）、微分信号Δωは正の値となるため信
号ω₁ ^*** が増加し、それに伴い回転速度ω_r も増加す
る。逆に、速度指令信号ω_r ^*と速度推定信号ω_r∧の偏
差が減少傾向にあるとき（回転速度ω_rが増加傾向のと
き）、微分信号Δωは負の値となるため信号ω₁ ^***が減
少し、それに伴い回転速度ω_r も減少する。このよう
に、微分信号Δωにより信号ω₁ ^***を調整することによ
り、回転速度ω_rの振動を抑制することができる。ま
た、回転速度ω_rの振動を抑制することによって、図に
も示すように、実すべり周波数ω_s およびｑ軸磁束φ２
ｑの振動を抑制でき、その結果、電動機トルクτmｚの
振動を抑制することができる。本発明の他の実施例であ
る誘導電動機の速度制御装置を図９を用いて以下に説明
する。本実施例は速度推定器を用いずに、ｑ軸電流制御
器から速度推定信号を得る速度センサレスベクトル制御
を適用した誘導電動機の速度制御装置である。本実施例
の構成について、主に図１の実施例の構成と異なる箇所
を説明する。

【００７３】本実施例は図１の実施例の速度推定信号に
相当する、速度推定相当信号ω_r∧をｑ軸電流指令信号
Ｉｑ^* とｑ軸電流信号Ｉｑとの偏差信号に基づいてｑ軸
電流制御器６′から得ている。得られた速度推定相当信
号ω_r∧ は、加算器８′においてすべり周波数指令信号
ω_s ^*と加算され、ω₁ ^*として出力される。また信号ω_r
∧は加算器２１に入力され、加算器２１では信号ω_r∧
と信号ω_r ^*との偏差が求められる。なお、図１の実施例
ではｑ軸電流制御器６の出力を信号Ｖｑ^* の補正に用い
ていたが、本実施例は前述した構成の違いにより、信号
Ｖｑ^* を補正する必要がなくなった。また、前述したよ
うに本実施例では、信号ω_r∧ がｑ軸電流制御器６′か
ら得られるため、図１に示される速度推定器４を備えて
いない。本実施例においても、速度制御器５，切り替え
器１１，位相補正器１３，ｄ軸電流指令器１４および微
分演算器２５が図１の実施例と同様に動作するため、図
１の実施例と同じ作用効果を生じる。

【００７４】本発明の他の実施例である誘導電動機の速
度制御装置を図１０を用いて以下に説明する。本実施例
は、速度推定器を用いずに、ｑ軸電流制御器の出力とす
べり周波数指令信号との偏差を速度推定信号とする速度
センサレスベクトル制御を適用したものである。本実施
例の構成について、主に図１の実施例の構成と異なる箇
所を説明する。

【００７５】本実施例では、ｑ軸電流制御器６″の出力
である信号ω₁ ^*とすべり演算器７の出力であるすべり周
波数指令信号ω_s ^*との偏差信号を加算器８″で演算し、
加算器８″の出力を速度推定相当信号ω_r∧とする。信
号ω_r∧は加算器２１に入力され、加算器２１では信号
ω_r∧ と速度指令信号ω_r ^*との偏差が求められる。な
お、図１の実施例ではｑ軸電流制御器６の出力を信号Ｖ
ｑ^* の補正に用いていたが、本実施例は前述した構成の
違いにより、信号Ｖｑ^* を補正する必要がなくなった。
また、前述したように本実施例では、信号ω_r∧ が加算
器８″において信号ω₁ ^*とすべり演算器７の出力である
すべり周波数指令信号ω_s ^*との偏差信号として求められ
るため、図１に示される速度推定器４を備えていない。

【００７６】本実施例においても、速度制御器５，切り
替え器１１，位相補正器１３，ｄ軸電流指令器１４およ
び微分演算器２５が図１の実施例と同様に動作するた
め、図１の実施例と同じ作用効果を生じる。

【００７７】本実施例は、図９の実施例と同様に、速度
推定器を用いなくても図１の実施例と同じ作用効果を生
じる。

【００７８】以上説明した各実施例では信号ω_r ^*の絶対
値と設定値の絶対値との大小関係により関数器１１１，
１１３、及び１４２の出力を制御している。しかし、ど
の実施例においても信号ω_r∧ の絶対値と設定値の絶対
値との大小関係により、関数器１１１，１１３、及び１
４２の出力を制御することで、ほぼ同じような効果を得
ることができる。

【００７９】

【発明の効果】本発明によれば、トルク不足が問題とな
る低速度域において、誘導電動機に発生するトルクを増
大でき、かつ急激な負荷トルクが加わった場合に発生す
る電動機トルクの振動を抑制することができる。

【００８０】また本発明によれば、誘導電動機の速度が
低速度域から低速度域より大きい速度になった場合の切
り替えが、円滑に行われる。

【００８１】更に本発明によれば、誘導電動機における
過電流を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な一実施例でる誘導電動機の速度
制御装置の構成図である。

【図２】図１に示す速度制御器５の構成図である。

【図３】図１に示す関数器１１１の入出力関係図であ
る。

【図４】図１に示す関数器１１３の入出力関係図であ
る。

【図５】図１に示す位相補正器１３の構成図である。

【図６】図１の実施例における磁束，一次電流，ｄ軸電
流およびｑ軸電流をベクトル表示した図であり、（ａ）
および（ｄ）は低速度域における磁束および一次電流を
ベクトル表示した図、（ｂ）および（ｃ）は誘導電動機
の速度が低速度域以上になったときの磁束および各電流
をベクトル表示した図である。

【図７】低速度域において、ｑ軸電流を０としたときに
急激な負荷トルクτ_L が加わった場合の、速度指令信号
ω_r ^*，回転速度ω_r，速度推定信号ω_r∧，電動機トルク
τmzおよびｑ軸磁束φ２ｑを示す図である。

【図８】低速度域において急激な負荷トルクτ_L が加わ
った場合の、本発明における速度指令信号ω_r ^*，回転速
度ω_r，速度推定信号ω_r∧，電動機トルクτmzおよびｑ
軸磁束φ２ｑを示す図である。

【図９】本発明の他の実施例である誘導電動機の速度制
御装置の構成図である。

【図１０】本発明の他の実施例である誘導電動機の速度
制御装置の構成図である。

【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、
７…すべり演算器、９…すべり周波数推定器、１１…切
り替え器、１２…位相演算器、１３…位相補正器、１４
…ｄ軸電流指令器、１５…ｄ軸電流制御器、１６…電圧
演算器、１９…座標変換器、２５…微分演算器。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】速度制御手段において速度推定値と速度指
   令値の偏差からｑ軸電流指令値を得、前記速度推定値に
   基づいて得られた周波数指令値，前記ｑ軸電流指令値、
   及びｄ軸電流指令値に基づいて電力変換器を制御し、前
   記電力変換器により誘導電動機を制御する誘導電動機の
   速度制御方法において、 前記速度指令値、或いは前記速度推定値の絶対値が設定
   値未満の場合は、前記ｑ軸電流指令値を実質的に零に
   し、かつ前記周波数指令値として、前記速度指令値と前
   記速度推定値との偏差が増加傾向の場合は前記偏差に基
   づいて前記速度指令値を増加した値を用い、前記偏差が
   減少傾向の場合は前記偏差に基づいて前記速度指令値を
   減少した値を用い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】速度制御手段において速度推定値と速度指
   令値の偏差からｑ軸電流指令値を得、前記ｑ軸電流指令
   値と、電力変換器から出力される電流を座標変換して得
   られるｑ軸電流値との偏差に基づいて周波数指令値を求
   め、前記周波数指令値と、前記ｑ軸電流指令値から求め
   られたすべり周波数指令値とに基づいて前記速度推定値
   を求め、前記周波数指令値，前記ｑ軸電流指令値、及び
   ｄ軸電流指令値に基づいて前記電力変換器を制御し、前
   記電力変換器により誘導電動機を制御する誘導電動機の
   速度制御方法において、 前記速度指令値、或いは前記速度推定値の絶対値が設定
   値未満の場合は、前記ｑ軸電流指令値を実質的に零に
   し、かつ前記周波数指令値として、前記速度指令値と前
   記速度推定値との偏差が増加傾向の場合は前記偏差に基
   づいて前記速度指令値を増加した値を用い、前記偏差が
   減少傾向の場合は前記偏差に基づいて前記速度指令値を
   減少した値を用いる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】速度制御手段において速度推定値と速度指
   令値の偏差からｑ軸電流指令値を得、前記速度推定値に
   基づいて得られた周波数指令値，前記ｑ軸電流指令値、
   及びｄ軸電流指令値に基づいて電力変換器を制御し、前
   記電力変換器により誘導電動機を制御する誘導電動機の
   速度制御方法において、 前記速度指令値、或いは前記速度推定値の絶対値が設定
   値未満の場合は、前記ｑ軸電流指令値を実質的に零に
   し、かつ前記周波数指令値として、前記速度指令値に前
   記速度指令値と前記速度推定値との偏差の微分値を加算
   して得られる値を用いることを特徴とする誘導電動機の
   速度制御方法。
4. 【請求項４】前記絶対値が前記設定値未満の場合は、前
   記ｄ軸電流指令値を増加することを特徴とする請求項１
   乃至３のいずれかに記載の誘導電動機の速度制御方法。
5. 【請求項５】前記絶対値が前記設定値未満の場合は、前
   記周波数指令値として、前記偏差に基づいて演算された
   すべり周波数推定値，前記速度指令値および前記微分値
   の加算により得られた値を用いることを特徴とする請求
   項３記載の誘導電動機の速度制御方法。
6. 【請求項６】前記絶対値が前記設定値未満から前記設定
   値に達したときは、前記ｑ軸電流指令値として前記すべ
   り周波数推定値に基づいて得られる値を出力すると共
   に、前記ｄ軸電流指令値を減少することを特徴とする請
   求項５記載の誘導電動機の速度制御方法。
7. 【請求項７】前記ｑ軸電流指令値は、前記ｄ軸電流指令
   値の減少に応じて増加することを特徴とする請求項６記
   載の誘導電動機の速度制御方法。
8. 【請求項８】前記ｑ軸電流指令値の増加は、前記絶対値
   が前記設定値未満の時のｄ軸電流指令値と、前記絶対値
   が前記設定値以上になったときのｄ軸電流指令値との比
   に基づいて行うことを特徴とする請求項７記載の誘導電
   動機の速度制御方法。
9. 【請求項９】前記絶対値が前記設定値以上の場合は、前
   記ｑ軸電流指令値を、誘導電動機における過電流の発生
   を防止するｑ軸電流指令制限値以下に制限することを特
   徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の誘導電動機
   の速度制御方法。
10. 【請求項１０】前記周波数指令値から求められた位相を
    補正し、前記電力変換器は、前記周波数指令値，前記ｑ
    軸電流指令値、および前記ｄ軸電流指令値に基づいて得
    られたｄ軸電圧指令値およびｑ軸電圧指令値と、前記補
    正された位相とに基づいて制御されることを特徴とする
    請求項１乃至３のいずれか記載の誘導電動機速度制御方
    法。
11. 【請求項１１】前記絶対値が前記設定値以上の場合は、
    前記絶対値が前記設定値となった時のｄ軸電流値と、前
    記すべり周波数推定値に基づいて求められたｑ軸電流指
    令値とに基づいて求められた補正角を用いて、前記位相
    の補正を行うことを特徴とする請求項１０記載の誘導電
    動機の速度制御方法。
12. 【請求項１２】前記絶対値が前記設定値未満の場合は、
    前記絶対値が前記設定値となった時のｄ軸電流値と、前
    記ｑ軸電流指令値とに基づいて求められた補正角を用い
    て前記位相の補正を行うことを特徴とする請求項１０記
    載の誘導電動機の速度制御方法。