(57)【要約】【課題】応答性が良く、しかも構成が比較的簡素な誘導電動機の制御装置を提供する。【解決手段】本発明に係る制御装置１は、トルク電流指令値Ｉq*と実際のトルク電流Ｉqとの偏差、及び磁化電流指令値Ｉd*と実際の磁化電流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２と、当該電圧指令値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１０と、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を求める周波数制御部７と、一次角周波数ω1に滑り角周波数ωslを加味して求めた実際の回転速度ωrと速度指令値ωr*との偏差が０になるように、少なくともトルク電流指令値Ｉq*を決定する速度制御部２とを備える。【選択図】図１
2010172125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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であって、
トルク電流指令値と前記一次電流から求めた実際のトルク電流との偏差、及び磁化電流指令値と前記一次電流から求めた実際の磁化電流との偏差が０になるようなｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を求める電流制御部と、
前記ｄ軸電圧指令値及び前記ｑ軸電圧指令値に基づいて、トルク電流予測値を求める電流予測値計算部と、
前記トルク電流予測値と前記実際のトルク電流との偏差が０になるような一次角周波数を求める周波数制御部と、
前記一次角周波数に滑り角周波数を加味して求めた前記誘導電動機の回転速度と前記速度指令値との偏差が０になるように、少なくとも前記トルク電流指令値を決定する速度制御部と、
を備えたことを特徴とする制御装置。
【請求項２】
次式により、前記トルク電流予測値（Ｉq**）が計算されることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【数１】
2010172125.tif 000010
（ただし、Ｒ1、Ｌ1、Ｌ2、ＬMはそれぞれ前記誘導電動機の一次抵抗、一次インダクタンス、二次インダクタンス、相互インダクタンス、ω1は前記一次角周波数、Ｖd*は前記ｄ軸電圧指令値、Ｖq*は前記ｑ軸電圧指令値である）
【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、非特許文献１に記載の図２のものが知られている。
【０００３】
この制御装置１００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を参照しながら当該誘導電動機２０をベクトル制御するものである。
この制御装置１００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になるような界磁電流指令値Ｉd*及びトルク電流指令値Ｉq*を求める。三相−二相変換部６は、検出した一次電流ＩU,V,Wから実際のトルク電流Ｉqを求める。周波数制御部７は、Ｂ部において求められたトルク電流指令値Ｉq*と実際のトルク電流Ｉqとの偏差が０になるような一次角周波数ω1を求める。
【０００４】
また、電圧演算部１１は、界磁電流指令値Ｉd*、トルク電流指令値Ｉq*、一次角周波数ω1及び誘導電動機２０の定数に基づいて、次式により、ｄ軸電圧指令値Ｖd*及びｑ軸電圧指令値Ｖq*を求める。
【数１】
2010172125.tif 000003
ここで、Ｒ1、Ｌ1、Ｌ2、ＬMはそれぞれ誘導電動機２０の一次抵抗、一次インダクタンス、二次インダクタンス、相互インダクタンスである。
【０００５】
二相−三相変換部４は、ｄ軸電圧指令値Ｖd*及びｑ軸電圧指令値Ｖq*を三相に変換して一次電圧指令値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。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「交流電動機可変速駆動の基礎と応用」、電気学会  交流電動機駆動方式の技術分類・用語整理調査専門委員会  編、１９９８年１０月２８日、ｐ．９３（図４．１６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記の通り、この従来の制御装置１００は、一次角周波数ω1を介したフィードバック制御を行っている。しかしながら、一般に一次角周波数ω1は誘導電動機２０の負荷の急激な変動等に対して緩やかにしか変動しないので、制御装置１００は、負荷の変動等に対する応答性が悪かった。このため、従来の制御装置１００では、誘導電動機２０の最新の状態に応じてｄ軸電圧指令値Ｖd*及びｑ軸電圧指令値Ｖq*が更新されるまでの間に、インバータ５及び誘導電動機２０に過電流が流れ続け、これらが損傷する場合があった。
【０００８】
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、応答性が良く、しかも構成が比較的簡素な誘導電動機の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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る制御装置は、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、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、トルク電流指令値と前記一次電流から求めた実際のトルク電流との偏差、及び磁化電流指令値と前記一次電流から求めた実際の磁化電流との偏差が０になるようなｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を求める電流制御部と、前記ｄ軸電圧指令値及び前記ｑ軸電圧指令値に基づいて、トルク電流予測値を求める電流予測値計算部と、前記トルク電流予測値と前記実際のトルク電流との偏差が０になるような一次角周波数を求める周波数制御部と、前記一次角周波数に滑り角周波数を加味して求めた前記誘導電動機の回転速度と前記速度指令値との偏差が０になるように、少なくとも前記トルク電流指令値を決定する速度制御部とを備えている。
【００１０】
上記制御装置において、前記トルク電流予測値（Ｉq**）は、次式により計算されることが好ましい。
【数２】
2010172125.tif 000004
（ただし、Ｒ1、Ｌ1、Ｌ2、ＬMはそれぞれ前記誘導電動機の一次抵抗、一次インダクタンス、二次インダクタンス、相互インダクタンス、ω1は前記一次角周波数、Ｖd*は前記ｄ軸電圧指令値、Ｖq*は前記ｑ軸電圧指令値である）
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、応答性が良く、しかも構成が比較的簡素な誘導電動機の制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る制御装置のブロック図である。
【図２】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】
【００１３】
以下、図１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。
【００１４】
本発明に係る制御装置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を参照しながら当該誘導電動機２０をベクトル制御するものである。
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になるような界磁電流指令値Ｉd*及びトルク電流指令値Ｉq*をＰＩ制御により求める。電流制御部３は、この界磁電流指令値Ｉd*と一次電流ＩU,V,Wから求められた実際の界磁電流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ＰＩ制御により求める。
【００１５】
二相−三相変換部４は、次式を用いて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。なお、次式中のθ1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である。
【数３】
2010172125.tif 000005
【数４】
2010172125.tif 000006
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。
【００１６】
三相−二相変換部６は、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）を参照し、次式により、実際の界磁電流Ｉd及びトルク電流Ｉqを求める。
【数５】
2010172125.tif 000007
【数６】
2010172125.tif 000008
【００１７】
前記の通り、界磁電流Ｉd及びトルク電流Ｉqは、電流制御部３において、ｄ軸電圧指令値Ｖd*及びｑ軸電圧指令値Ｖq*を求める際に使用される。
つまり、本発明に係る制御装置１では、界磁電流Ｉd及びトルク電流Ｉqが直接フィードバックされ、そのフィードバック結果に応じたｄ軸電圧指令値Ｖd*及びｑ軸電圧指令値Ｖq*が求められる。したがって、本発明によれば、一次角周波数ω1を介したフィードバックを行う従来のものよりも、応答性が良い制御装置を実現することができる。
【００１８】
ところで、本発明に係る制御装置１では、電流制御部３において従来の電流演算部１１（図２参照）で用いられていた（１）式を使用しない。したがって、このままでは、界磁電流指令値Ｉd*及びトルク電流指令値Ｉq*と、ｄ軸電圧指令値Ｖd*及びｑ軸電圧指令値Ｖq*との間で（１）式の関係が成立せず、誘導電動機２０をベクトル制御することはできない。
【００１９】
そこで、本発明に係る制御装置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、次式により求められる。
【数７】
2010172125.tif 000009
上記（６）式は、（１）式で用いられている行列の逆行列を用いている。したがって、ｄ軸電圧指令値Ｖd*及びｑ軸電圧指令値Ｖq*と、この式で得られる界磁電流予測値Ｉd**及びトルク電流予測値Ｉq**との間には、（１）式の関係が成立することになる。
【００２０】
なお、トルク電流予測値Ｉq**は、ｄ軸電圧指令値Ｖd*及びｑ軸電圧指令値Ｖq*ではなく、誘導電動機２０の一次電圧を参照することによっても求めることができるが、この場合は、トルク電流予測値Ｉq**を求めるための計算が上記（６）式の計算よりも複雑なものとなってしまう。したがって、構成を比較的簡素にするという観点から、トルク電流予測値Ｉq**は、（６）式に示すようにｄ軸電圧指令値Ｖd*及びｑ軸電圧指令値Ｖq*に基づいて求めるのが望ましい。
【００２１】
周波数制御部７は、Ａ部におい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。その後、一次角周波数ω1は、滑り角周波数計算部９から出力される滑り角周波数ωslが加味されて誘導電動機２０の実際の回転速度ωrとなる。そして、速度制御部２は、この回転速度ωrと速度指令値ωr*との偏差が０になるような界磁電流指令値Ｉd*及びトルク電流指令値Ｉq*を求める。
【００２２】
結局、本発明に係る制御装置によれば、界磁電流Ｉd及びトルク電流Ｉqを直接フィードバックし、その結果に応じたｄ軸電圧指令値Ｖd*及びｑ軸電圧指令値Ｖq*が求めることにより、一次角周波数ω1を介したフィードバックを行う従来の制御装置よりも、応答性を向上させることができる。
また、本発明に係る制御装置によれば、（６）式を用いてトルク電流予測値Ｉq**を求め、そのトルク電流予測値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を求めることにより、比較的簡素な構成で（１）式の関係を維持することができる。
【００２３】
以上、本発明に係る制御装置の好ましい実施形態について説明してきたが、本発明は上記構成に限定されるものではない。
例えば、界磁電流指令値Ｉd*は、速度制御部２でＰＩ制御により求められるのではなく、予め決められた定数とすることができる。また、界磁電流指令値Ｉd*及びトルク電流指令値Ｉq*は、実際の回転数ωrに応じた必要トルクに基づいて求めることもできる。
この他、速度制御部２、電流制御部３及び周波数制御部７における制御はＰＩ制御に限定されず、ＰＩＤ制御等の他の制御方法とすることもできる。
【符号の説明】
【００２４】
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
２０    誘導電動機
【図１】
2010172125.tif 000011
【図２】
2010172125.tif 000012