(57)【要約】【課題】誘導電動機を指示通りに高速回転制御することができる制御装置を提供する。【解決手段】本発明に係る制御装置は、漏れインダクタンスＬaを含む当該誘導電動機の定数を参照しながら、ｄ軸電圧指令値Ｖd*及びｑ軸電圧指令値Ｖq*に基づいてトルク電流予測値Ｉq**を求める電流予測値計算部を備え、この電流予測値計算部において参照される漏れインダクタンスＬaは、一次角周波数ω1に応じて補正された後のものであることを特徴とする。また、当該補正は、一次角周波数ω1が当該誘導電動機の定格回転数ωmを超えた場合にのみ行われるのが好ましい。【選択図】図２
2010178529.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された速度指令値ωr*に従って、速度センサを備えていない誘導電動機を、当該誘導電動機の一次電流を参照しながら制御する制御装置であって、
トルク電流指令値Ｉq*と前記一次電流から求めた実際のトルク電流Ｉqとの偏差、及び磁化電流指令値Ｉd*と前記一次電流から求めた実際の磁化電流Ｉdとの偏差が０になるようなｄ軸電圧指令値Ｖd*及びｑ軸電圧指令値Ｖq*を求める電流制御部と、
漏れインダクタンスＬaを含む当該誘導電動機の定数を参照しながら、少なくとも前記ｄ軸電圧指令値Ｖd*及び前記ｑ軸電圧指令値Ｖq*に基づいてトルク電流予測値Ｉq**を求める電流予測値計算部と、
前記トルク電流予測値Ｉq**と前記実際のトルク電流Ｉqとの偏差が０になるような一次角周波数ω1を求める周波数制御部と、
前記一次角周波数ω1に滑り角周波数を加味して求めた当該誘導電動機の回転速度ωrと前記速度指令値ωr*との偏差が０になるように、少なくとも前記トルク電流指令値Ｉq*を決定する速度制御部と、
を備え、前記電流予測値計算部において参照される前記漏れインダクタンスＬaは、前記一次角周波数ω1に応じて補正された後のものであることを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記トルク電流予測値Ｉq**は、
【数１】
2010178529.tif 000010
（ただし、Ｒ1、ＬMはそれぞれ当該誘導電動機の一次抵抗、相互インダクタンス）
の計算式によって求められ、
前記補正は、前記一次角周波数ω1に応じて前記漏れインダクタンスＬaを増加させるものであることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記補正は、前記一次角周波数ω1が所定の閾値を上回った場合にのみ行われることを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記補正が、
【数２】
2010178529.tif 000011
（ただし、Ｌa'は補正後の漏れインダクタンス、ωthは所定の閾値、Ａは補正の程度を調整するための任意の定数（０＜Ａ））
または、
【数３】
2010178529.tif 000012
（ただし、Ｌa'は補正後の漏れインダクタンス、ωthは所定の閾値、Ａは補正の程度を調整するための任意の定数（１＜Ａ））
のいずれかの計算式によって行われることを特徴とする請求項３に記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力された速度指令値に従って、速度センサを備えていない誘導電動機を、当該誘導電動機の一次電流を参照しながら制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電動機の制御装置は、制御すべき電動機の種類等に応じて様々なタイプのものが使用されている。例えば、速度センサを備えていない誘導電動機をベクトル制御する従来の制御装置としては、特許文献１に記載の図５のものが知られている。
【０００３】
この制御装置１’は、入力された速度指令値ωr*に従って、誘導電動機２０の一次電流ＩU,V,Wを参照しながら誘導電動機２０をベクトル制御するものである。
制御装置１’において、速度制御部２は、速度指令値ωr*と演算により求められた実際の回転速度ωrとの偏差が０になるような磁化電流指令値Ｉd*及びトルク電流指令値Ｉq*を求める。電流制御部３は、この磁化電流指令値Ｉd*と一次電流ＩU,V,Wから求められた実際の磁化電流Ｉdとの偏差が０になるようなｄ軸電圧指令値Ｖd*と、トルク電流指令値Ｉq*と実際のトルク電流Ｉqとの偏差が０になるようなｑ軸電圧指令値Ｖq*とを求める。
【０００４】
二相−三相変換部４は、一次角周波数ω1を積分部８で時間積分して得た磁束角θ1を参照しながら、ｄ軸電圧指令値Ｖd*及びｑ軸電圧指令値Ｖq*を三相に変換し、一次電圧指令値ＶU,V,Wを出力する。そして、インバータ５は、この一次電圧指令値ＶU,V,Wに基づいて誘導電動機２０を駆動する。
【０００５】
三相−二相変換部６は、磁束角θ1を参照しながら、インバータ５から誘導電動機２０に向かって流れる一次電流ＩU,V,W（三相）に基づいて実際の磁化電流Ｉd及びトルク電流Ｉqを求める。
【０００６】
また、制御装置１’は、一次角周波数ω1、ｄ軸電圧指令値Ｖd*及びｑ軸電圧指令値Ｖq*に基づいて、実際に流れるであろうトルク電流Ｉq（＝トルク電流予測値Ｉq**）を求める電流予測値計算部１０’を備えている。トルク電流予測値Ｉq**は、一般的なベクトル制御のための行列式の逆行列を用いて、次式により求められる。
【数１】
2010178529.tif 000003
ここで、Ｒ1は誘導電動機２０の一次抵抗、Ｌaは誘導電動機２０の一次漏れインダクタンスと二次漏れインダクタンスとの和（以下、単に「漏れインダクタンス」という）、ＬMは誘導電動機２０の相互インダクタンスであり、これらは定数として定数記憶部１１に予め格納されている。
【０００７】
周波数制御部７は、上記（１）式によって求められたトルク電流予測値Ｉq**と実際のトルク電流Ｉqとの偏差が０になるような一次角周波数ω1を求める。そして、速度制御部２は、この一次角周波数ω1に滑り角周波数ωslを加味して得た実際の誘導電動機２０の回転速度ωrと速度指令値ωr*との偏差が０になるような磁化電流指令値Ｉd*及びトルク電流指令値Ｉq*を求める。
【０００８】
結局、この従来の制御装置１’によれば、（１）式を用いることによってベクトル制御に必要な関係を維持しながら、磁化電流Ｉd及びトルク電流Ｉqを直接フィードバックしてｄ軸電圧指令値Ｖd*及びｑ軸電圧指令値Ｖq*を求めることにより、一次角周波数ω1を介したフィードバックを行うタイプの制御装置よりも応答性を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特願２００９−１３２２７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、この従来の制御装置１’では、定格回転数を超える回転数で誘導電動機２０を動作させた場合に、指示通りの制御が行えない場合があった。
すなわち、制御装置１’では、誘導電動機２０を高速回転させた場合に、トルク電流予測値Ｉq**が実際のトルク電流Ｉqよりもかなり高めに計算され、これに応じて電流から計算される一次角周波数ω1も高めに計算される。そして、一次角周波数ω1と実際の誘導電動機２０の回転数ωrとの差が大きくなり（滑り角周波数ωslが大きくなり過ぎる）、トルクが出ないために誘導電動機２０を指示通りの回転数で動作させることができなかった。
【００１１】
本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、誘導電動機を指示通りに高速回転制御することができる制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願発明者は、鋭意検討を重ねた結果、誘導電動機を高速回転させると漏れインダクタンスが増加すると仮定し、漏れインダクタンスを適宜補正してその増加分をキャンセルすれば高速回転中においても誘導電動機を指示通りに制御できることを見い出し、本発明を完成させるに至った。
【００１３】
すなわち、本発明に係る制御装置は、入力された速度指令値ωr*に従って、速度センサを備えていない誘導電動機を、当該誘導電動機の一次電流を参照しながら制御するものであって、トルク電流指令値Ｉq*と前記一次電流から求めた実際のトルク電流Ｉqとの偏差、及び磁化電流指令値Ｉd*と前記一次電流から求めた実際の磁化電流Ｉdとの偏差が０になるようなｄ軸電圧指令値Ｖd*及びｑ軸電圧指令値Ｖq*を求める電流制御部と、漏れインダクタンスＬaを含む当該誘導電動機の定数を参照しながら、少なくとも前記ｄ軸電圧指令値Ｖd*及び前記ｑ軸電圧指令値Ｖq*に基づいてトルク電流予測値Ｉq**を求める電流予測値計算部と、前記トルク電流予測値Ｉq**と前記実際のトルク電流Ｉqとの偏差が０になるような一次角周波数ω1を求める周波数制御部と、前記一次角周波数ω1に滑り角周波数を加味して求めた当該誘導電動機の回転速度ωrと前記速度指令値ωr*との偏差が０になるように、少なくとも前記トルク電流指令値Ｉq*を決定する速度制御部とを備え、前記電流予測値計算部において参照される前記漏れインダクタンスＬaは、前記一次角周波数ω1に応じて補正された後のものであることを特徴とする。
【００１４】
具体的には、前記トルク電流予測値Ｉq**は、
【数２】
2010178529.tif 000004
（ただし、Ｒ1、ＬMはそれぞれ当該誘導電動機の一次抵抗、相互インダクタンス）
の計算式によって求められ、前記補正は、前記一次角周波数ω1に応じて前記漏れインダクタンスＬaを増加させるものであることが好ましい。
【００１５】
また、前記補正は、前記一次角周波数ω1が当該誘導電動機の定格回転数を上回った場合にのみ行われるのが好ましい。
【００１６】
また、前記補正は、
【数３】
2010178529.tif 000005
（ただし、Ｌa'は補正後の漏れインダクタンス、ωthは所定の閾値、Ａは補正の程度を調整するための任意の定数（０＜Ａ））
または、
【数４】
2010178529.tif 000006
（ただし、Ｌa'は補正後の漏れインダクタンス、ωthは所定の閾値、Ａは補正の程度を調整するための任意の定数（１＜Ａ））
のいずれかの計算式によって行われることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、誘導電動機を指示通りに高速回転制御することができる制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る制御装置のブロック図である。
【図２】実施例１に係る制御装置で補正された後の漏れインダクタンスのグラフである。
【図３】実施例２に係る制御装置で補正された後の漏れインダクタンスのグラフである。
【図４】変形例に係る制御装置で補正された後の漏れインダクタンスのグラフである。
【図５】従来の制御装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る誘導電動機の制御装置の好ましい実施形態について説明する。なお、図１において、図５と同一の符号を付したブロックについては従来技術で説明したものと同様なので、ここでは説明を省略する。
【実施例１】
【００２０】
図１に、実施例１に係る制御装置１のブロック図を示す。制御装置１は、入力された速度指令値ωr*に従って、誘導電動機２０の一次電流ＩU,V,Wを参照しながら誘導電動機２０をベクトル制御するものである。
【００２１】
この制御装置１において、電流予測値計算部１０は次式によりトルク電流予測値Ｉq**を求める。
【数５】
2010178529.tif 000007
ここで、Ｒ1は誘導電動機２０の一次抵抗、Ｌaは誘導電動機２０の漏れインダクタンス、ＬMは誘導電動機２０の相互インダクタンスであり、これらは定数として定数記憶部１１に予め格納されている。
【００２２】
電流予測値計算部１０は、これらの定数のうち、一次抵抗Ｒ1と相互インダクタンスＬMについては定数記憶部１１に格納されているものをそのまま用いるが、漏れインダクタンスＬaについては、定数補正部１２で補正した後のものを用いて（２）式の計算を行う。
【００２３】
具体的には、実施例１に係る制御装置１において、電流予測値計算部１０は、まず一次角周波数ω1の絶対値｜ω1｜が所定の閾値ωthを超えているか否かを判定し、超えていないと判定した場合は、定数記憶部１１に格納されている漏れインダクタンスＬaをそのまま用いて、つまり補正することなく（２）式の計算を行う。一方、｜ω1｜が閾値ωthを超えていると判定した場合は、次式により漏れインダクタンスＬaの補正を行う。
【数６】
2010178529.tif 000008
ここで、Ｌa'は補正後の漏れインダクタンス、Ａは補正の程度を調整するための任意の定数（０＜Ａ）である。
【００２４】
図２は、（２）式の計算に用いられる漏れインダクタンスＬa（Ｌa'）のグラフである。一次角周波数ω1の絶対値｜ω1｜が閾値ωthを超えていない場合は、前記の通り、定数記憶部１１に格納されている漏れインダクタンスＬaがそのまま用いられる。本実施例では、閾値ωthが誘導電動機２０の定格回転数ωmよりも高く設定されているので、誘導電動機２０を定格回転数ωm以下で制御する場合は、補正は行われない。
【００２５】
一方、一次角周波数ω1の絶対値｜ω1｜が閾値ωthを超えると、補正により漏れインダクタンスＬa'は一次関数的に増加し、補正によって増加した後の漏れインダクタンスＬa'が（２）式の計算に用いられる。例えば、Ａ＝１、ω1＝１．５×ωthとすると、漏れインダクタンスＬa'はＬaの１．５倍となり、（２）式のＬaには“１．５×Ｌa”が代入される。そして、トルク電流予測値Ｉq**は、当該補正を行わなかった場合の約１／１．５倍となる。
【実施例２】
【００２６】
続いて、実施例２に係る制御装置について説明する。本実施例に係る制御装置と実施例１に係る制御装置１とは、漏れインダクタンスＬaを補正するための計算式が異なっており、本実施例では次式により補正が行われる。
【数７】
2010178529.tif 000009
ここで、Ａは補正の程度を調整するための任意の定数（１＜Ａ）である。
【００２７】
図３は、（２）式の計算に用いられる漏れインダクタンスＬa（Ｌa'）のグラフである。実施例１と同様に、一次角周波数ω1の絶対値｜ω1｜が閾値ωthを超えていない場合は、定数記憶部１１に格納されている漏れインダクタンスＬaがそのまま用いられる。
【００２８】
一方、一次角周波数ω1の絶対値｜ω1｜が閾値ωthを超えると、補正により漏れインダクタンスＬa'は指数関数的に増加し、補正によって増加した後の漏れインダクタンスＬa'が（２）式の計算に用いられる。図３に示すように、本実施例では、閾値ωthが定格回転数ωmに等しく設定されているので、誘導電動機２０の回転数が定格回転数ωmを超えると補正が行われる。例えば、Ａ＝２、ω1＝１．５×ωthとすると、漏れインダクタンスＬa'はＬaの１．２５倍となり、（２）式のＬaには“１．２５×Ｌa”が代入される。そして、トルク電流予測値Ｉq**は、当該補正を行わなかった場合の約１／１．２５倍となる。
【００２９】
以上のように、本発明に係る制御装置１では、誘導電動機２０を高速回転させた場合に、（２）式中の漏れインダクタンスＬaを増加させる補正が行われる。そして、これにより、当該補正が行われなかった場合に比べてトルク電流予測値Ｉq**が低めに計算されるので、トルク不足になることなく、誘導電動機２０を指示通りの回転数で動作させることができる。
【００３０】
なお、本発明は上記構成に限定されるものではなく、下記のような構成も含まれる。
例えば、漏れインダクタンスＬa'は一次角周波数ω1に応じて増加すればよく、補正のための計算式は上記（３）（４）式に限定されない。また、漏れインダクタンスＬa'は、一次角周波数ω1が変わる度に計算するほか、一次角周波数ω1と漏れインダクタンスＬa'との対応関係を表すテーブルを参照することによって求めてもよい。
【００３１】
さらに、上記各実施例では、一次角周波数ω1の絶対値｜ω1｜が定格回転数ωmを超えた場合に補正が行われるよう閾値ωthを設定したが、これに限定されるものではない。例えば、図４に示すように、｜ω1｜が第１の閾値ωth1（＜ωm）と第２の閾値ωth2（＞ωm）との間にある場合は、漏れインダクタンスＬa'を緩やかに増加させる第１の補正が行われ、｜ω1｜が第２の閾値ωth2を超えると漏れインダクタンスＬa'を急激に増加させる第２の補正が行われるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１      制御装置
２      速度制御部
３      電流制御部
４      二相−三相変換部
５      インバータ
６      三相−二相変換部
７      周波数制御部
８      積分部
９      滑り角周波数計算部
１０    電流予測値計算部
１１    定数記憶部
１２    定数補正部
２０    誘導電動機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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