(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサーレスベクター制御方式の誘導電動機用磁束制御装置として、
速度指令（Ｗ＊ｍ）と推定速度(Ｗｍ)との間の速度誤差の入力を受けて、トルク分電流指令（ｉ＊ｑ）を出力する速度制御装置(４０４)、
前記トルク分電流指令（ｉ＊ｑ）の入力を受けて、トルク分電圧指令（Ｖ＊ｑ）に出力するトルク電流制御装置(４０６)、
磁束指令(λ＊ｄｒ)と推定磁束値(λｄｒ)との間の磁束誤差の入力を受けて、磁束分電流指令（ｉ＊ｄ）を出力する磁束制御装置(４０８)、
前記磁束分電流指令（ｉ＊ｄ）の入力を受けて、磁束分電圧指令（Ｖ＊ｄ）に出力する磁束電流制御装置(４１０)、
前記トルク分電圧指令（Ｖ＊ｑ）及び磁束分電圧指令（Ｖ＊ｄ）を、誘導電動機に印加される三相の電圧指令に変換して出力する三相変換器(４１１)、
前記誘導電動機の三相の電流、前記トルク分電圧指令（Ｖ＊ｑ）及び前記磁束分電圧指令（Ｖ＊ｄ）の入力を受けて、前記誘導電動機の回転子の回転角(θｅ)、前記回転子の推定磁束値(λｄｒ)及び前記回転子の推定速度(Ｗｍ)を出力する磁束推定機(４１５)、
前記トルク分電圧指令（Ｖ＊ｑ）及び前記推定速度(Ｗｍ)の入力を受けて、前記磁束指令(λ＊ｄｒ)の大きさを調整するゲイン値を出力する磁束調整装置(４１６)、及び
前記磁束調整装置（４１６）からゲイン値の入力を受け、前記磁束誤差の算出のために、前記磁束指令(λ＊ｄｒ)に当該ゲイン値を乗算して出力する乗算器（４１７）、を含み、
前記磁束調整装置(４１６)は、前記回転子の回転速度が低い場合、前記磁束指令(λ＊ｄｒ)の大きさを大きくし、
前記磁束調整装置(４１６)は、前記トルク分電圧指令（Ｖ＊ｑ）と設定された最低磁束分指令電圧（Ｖｍｉｎ）との差の入力を受けてゲイン値を設定する磁束調整制御器(５０３)、前記推定速度(Ｗｍ)が設定された速度以下であるか否かを判断する比較器(５０６)、及び、前記推定速度(Ｗｍ)が前記比較器(５０６)で設定された速度以下であると判断された場合には前記磁束調整制御器(５０３)で設定されたゲイン値を大きくし、前記推定速度(Ｗｍ)が前記比較器(５０６)で設定された速度より大きいと判断された場合には前記磁束調整制御器(５０３)で設定されたゲイン値を変更しないようにして、ゲイン値を前記乗算器（４１７）へ出力する選択器(５０７)を含むことを特徴とする、誘導電動機用磁束制御装置。
【請求項２】
前記磁束調整装置(４１６)は、前記推定速度(Ｗｍ)が前記比較器(５０６)で設定された速度以下であると判断された場合、前記磁束調整制御器(５０３)で設定されたゲイン値を所定の設定範囲に制限する制限器(５０４)をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の誘導電動機用磁束制御装置。
【請求項３】
前記所定の設定範囲は、下限が１００％、上限が２００％であることを特徴とする、請求項２に記載の誘導電動機用磁束制御装置。
【請求項４】
前記最低磁束分指令電圧（Ｖｍｉｎ）は、前記誘導電動機の定格電圧の１０％に設定されたことを特徴とする、請求項１〜３のうちいずれか一つに記載の誘導電動機用磁束制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は誘導電動機用磁束制御装置に関し、より具体的にはセンサーレスベクター制御を適用した誘導電動機駆動インバータシステムにおいて低速領域における磁束推定性能低下現象を最小化できる磁束制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、速度や位置センサーなしで誘導電動機を可変速駆動する方法として、開ループ（Ｏｐｅｎ  ｌｏｏｐ）制御方式の電圧／周波数（Ｖ／ｆ）一定制御方式と、電動機回転子磁束の位置を電圧、電流及び電動機パラメーターを演算して推定するセンサーレスベクター制御方式があり、速度制御性能、負荷変動に対する制御性能は、後者のセンサーレスベクター制御方式が優れており、多く用いられている。
【０００３】
ところが、センサーレスベクター制御方式では、低速区間で電動機を駆動するために必要な電圧の大きさが小さくなるとオフセット（ｏｆｆｓｅｔ）、デッドタイム（ｄｅａｄ  ｔｉｍｅ）等の影響で電動機に入力される電圧(インバータ出力電圧)の推定に誤差が生じて磁束推定性能が低下し、低速では高速領域に比べて十分な性能が得られない場合が多い。
【０００４】
図１は、速度(位置)センサーがないセンサーレスベクター制御方式で可変速駆動される誘導電動機システムのブロック図を示す。
【０００５】
インバータ１０１は、センサーレス誘導電動機１０２をユーザが入力した速度指令（Ｗ＊ｍ）通りに運転するようにしている電圧をセンサーレス誘導電動機１０２に出力する。
【０００６】
減算器１０３は、外部から入力された速度指令（Ｗ＊ｍ）とセンサーレス磁束推定機１１５の出力中の一つの推定速度（Ｗｍ）を差し引いて速度誤差を検出する。
【０００７】
速度制御装置１０４は電流指令を出力する装置であり、Ｋｐ＿ｓは比例ゲインを、Ｋｉ＿ｓは積分ゲインを、ｓはラプラス演算子を示す。
【０００８】
減算器１０５は、トルク分電流指令（ｉ＊ｑ）とトルク分電流（ｉｄ）を差し引いてトルク分電流誤差を検出する。
【０００９】
トルク電流制御装置１０６において、Ｋｐ＿ｑ符号は比例ゲイン、Ｋｉ＿ｑは積分ゲインを示す。
【００１０】
減算器１０７は、磁束指令(λ＊ｄｒ)とセンサーレス磁束推定機１１５の出力の推定磁束(λｄｒ)を差し引いて磁束誤差を検出する。
【００１１】
磁束制御装置１０８において、Ｋｐ＿ｆは比例ゲインを、Ｋｉ＿ｆは積分ゲインを示す。
【００１２】
減算器１０９は、磁束分電流指令（ｉ＊ｄ）と磁束分電流（ｉｄ）を差し引いて磁束分電流誤差を検出する。
【００１３】
磁束電流制御装置１１０において、Ｋｐ＿ｄは比例ゲインを、Ｋｉ＿ｄは積分ゲインを示す。
【００１４】
三相変換器１１１は、センサーレス磁束推定機１１５から誘導電動機１０２の回転子磁束の電気的回転角(θｅ)の入力を受けて、電流制御装置１０６、１１０の出力であるトルク分電圧指令（Ｖ＊ｑ）と磁束分電圧指令（Ｖ＊ｄ）を三相の電圧指令であるＶ＊ａ、Ｖ＊ｂ及びＶ＊ｃに変換する。
【００１５】
電圧制御装置１１２は、電力用半導体素子(ＩＧＢＴ)を含み、三相の電圧指令であるＶ＊ａ、Ｖ＊ｂ及びＶ＊ｃの入力を受けて、パルス幅変調(ＰＷＭ、Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ)方式によって誘導電動機１０２に電圧指令Ｖ＊ａ、Ｖ＊ｂ及びＶ＊ｃ値で制御された三相の出力電圧を印加する。
【００１６】
各々の電流センサー１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃは、電圧制御装置１１２の三相出力線に接続されて、誘導電動機１０２に流れる三相電流であるｉａ、ｉｂ及びｉｃを検出する。
【００１７】
二相変換装置１１４は、誘導電動機１０２の回転子の磁束角(θｅ)の入力を受けて、電動機三相電流ｉａ、ｉｂ及びｉｃをトルク分電流(ｉｑ)、磁束分電流(ｉｄ)に変換する。
【００１８】
センサーレス磁束推定機１１５は、電流センサー１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃから誘導電動機１０２の三相電流の入力を受けて、トルク電流制御装置１０６及び磁束電流制御装置１１０から電圧指令の入力を受けて、回転子磁束の回転角(θｅ)、回転子磁束の大きさ(λｄｒ)及び電動機回転子速度(Ｗｍ)を出力する。
【００１９】
前記構成の作動をさらに具体的に説明すると、ユーザから誘導電動機１０２が回転すべき速度指令（Ｗ＊ｍ）が入力されると、減算器１０３は、速度指令（Ｗ＊ｍ）とセンサーレス磁束推定機１１５から出力された推定速度(Ｗｍ)を差し引いて速度誤差を計算し、これを速度制御装置１０４に入力する。速度制御装置１０４は、入力された速度誤差から誘導電動機１０２が速度指令（Ｗ＊ｍ）通り回転するようにするトルク分電流指令（ｉ＊ｑ）を計算する。
【００２０】
減算器１０５は、速度制御装置１０４の出力であるトルク分電流指令（ｉ＊ｑ）と二相変換装置１１４の出力であるトルク分電流(ｉｑ)を差し引いたトルク分電流誤差を計算して、トルク電流制御装置１０６に入力する。
【００２１】
トルク電流制御装置１０６は、入力されたトルク分電流誤差から誘導電動機１０２にトルク分電流(ｉｑ)が指令（ｉ＊ｑ）分流れるようにするトルク分電圧指令（Ｖ＊ｑ）を計算する。
【００２２】
減算器１０７は、磁束指令(λ＊ｄｒ)とセンサーレス磁束推定機１１５から入力された磁束推定値(λｄｒ)を差し引いて磁束誤差を計算する。磁束指令(λ＊ｄｒ)値は、予め計算され、インバータ装置１０１の内部の記憶装置(図示せず)に保存される。式(１)において、Ｖ  ｒａｔｅ及びＦｒｅｑ  ｒａｔｅは、各々電動機定格電圧及び定格周波数である。
【００２３】
【数１】
0005639035.tif 000002
【００２４】
磁束制御装置１０８は、磁束誤差から誘導電動機１０２の内部磁束がλ＊ｄｒ通り確立されるようにする磁束分電流指令（ｉ＊ｄ）を計算する。減算器１０９は、磁束分電流指令（ｉ＊ｄ）と二相変換装置１１４の出力である磁束分電流(ｉｄ)を差し引いた磁束分電流誤差を計算し、磁束電流制御装置１１０に伝達する。
【００２５】
磁束電流制御装置１１０は、磁束分電流誤差から誘導電動機１０２に磁束分電流が指令（ｉ＊ｄ）分流れるようにする磁束分電圧指令（Ｖ＊ｄ）を計算する。電流制御装置１０６、１１０の出力（ｖ＊ｑ、ｖ＊ｄ）は、三相変換装置１１１を介して三相の電圧指令(Ｖ＊ａ、Ｖ＊ｂ、Ｖ＊ｃ)に変換され、電圧制御装置１１２に入力される。
【００２６】
三相変換装置１１１は、トルク分／磁束分電圧指令（ｖ＊ｑ、ｖ＊ｄ）及び誘導電動機１０２の回転子磁束の回転角(θｅ)の入力を受けて、式(２)、(３)を演算して、トルク分／磁束分の二相電圧指令を三相電圧指令に変換する。式(２)、(３)において、ＳＩＮ、ＣＯＳはｓｉｎｅ、ｃｏｓｉｎｅ三角関数を示す。
【００２７】
【数２】
0005639035.tif 000003
【００２８】
【数３】
0005639035.tif 000004
【００２９】
電圧制御装置１１２は、誘導電動機１０２へ三相変換装置１１１から伝送された電圧(Ｖ＊ａ、Ｖ＊ｂ、Ｖ＊ｃ)が印加されるように、パルス幅変調方式により出力電圧を制御する。誘導電動機１０２の三相電流(ｉａ、ｉｂ、ｉｃ)は、三つの電流検出装置１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃを介して検出され、二相変換装置１１４を介してトルク分電流(ｉｑ)と磁束分電流(ｉｄ)に変換される。二相変換装置１１４は、式(４)、(５)の演算により、電動機の三相電流(ｉａ、ｉｂ、ｉｃ)を電動機出力トルク（Ｔｏｒｑｕｅ）に比例するトルク分電流(ｉｑ)と、これと９０度を成して電動機の磁束（Ｆｌｕｘ）に比例する電流(ｉｄ)に変換する。ここで、ｉｄ、ｉｑは、同期座標界における磁束分／トルク分電流を示し、ｉｄｓｓ、ｉｑｓｓは、停止座標界における磁束分／トルク分電流を示す。
【００３０】
【数４】
0005639035.tif 000005
【００３１】
【数５】
0005639035.tif 000006
【００３２】
センサーレス磁束推定機１１５は、誘導電動機１０２の三相電流(ｉａ、ｉｂ、ｉｃ)とトルク電流制御装置１０６の出力（Ｖ＊ｑ）、磁束電流制御装置１１０の出力（Ｖ＊ｄ）の入力を受けて、誘導電動機１０２の回転子磁束の回転角(θｅ)、回転子磁束の大きさ(λｄｒ)及び電動機回転子速度(Ｗｍ)を出力する。センサーレス磁束推定機１１５は、図２のように内部的に磁束推定部２０２、回転角及び速度推定部２０３の２つの装置で構成されている。
【００３３】
【数６】
0005639035.tif 000007
【００３４】
【数７】
0005639035.tif 000008
【００３５】
誘導電動機固定子回路方程式を利用すると、次の式(８)、(９)のようにｄ軸(磁束軸)、ｑ軸(トルク軸)固定子磁束推定値を算出することができる。式(８)、(９)において、ｒｓは、誘導電動機固定子抵抗であり、式において用いられた文字上段の記号「∧」は測定された実際値ではなく計算された推定値を示す。通常、式(８)、(９)の電圧として用いられる電圧値は、実測値ではなく式(６)で算出した指令値を用いる。
【００３６】
【数８】
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【００３７】
式(８)、(９)から得られた固定子磁束から誘導電動機の固定子及び回転子との間の関係を利用して式(１０)、(１１)のように回転子磁束を計算できる。式(１０)、(１１)において、σＬｓは固定子漏れインダクタンスであり、式(１２)のように与えられる。式(１２)において、Ｌｓは誘導電動機の固定子インダクタンス、Ｌｒは回転子インダクタンス、Ｌｍは相互インダクタンスである。
【００３８】
【数９】
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【００３９】
【数１０】
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【００４０】
【数１１】
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【００４１】
式(１１)、(１２)によって算出された回転子磁束は、回転角及び速度推定部２０３に供給され、式(１３)のように回転子磁束の回転角(θｅ)を計算する。式(１３)において、ｔａｎ−１は三角関数ｔａｎｇｅｎｔの逆関数である。センサーレス制御器種類に応じて、式(１３)の値をそのまま適用することもでき、式(１３)の値を元に位相固定ループ（ＰＬＬ、Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）等の追加的な演算が加えられることもある。
【００４２】
【数１２】
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【００４３】
磁束推定部２０１の出力の一つである回転子磁束の大きさ(λｄｒ)は、式(１１)、(１２)から算出された停止座標界回転子磁束と、式(１３)の回転角から次の式(１４)のように計算される。
【００４４】
【数１３】
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【００４５】
回転角及び速度推定部２０３では、回転角及び速度推定のために式(１３)を計算し、式(１３)で算出された磁束の電気的回転角を次の式(１５)を介して電動機極数を持って機械的回転角に変換する。式(１５)において、Ｐは誘導電動機極数である。また、式(１６)の演算を介して現在回転子の電気的回転角度を演算する。回転子速度も位相固定ループと同様な演算を介してより精度よく演算できる。式(１６)において、ｓはラプラス演算子である。
【００４６】
【数１４】
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【００４７】
式(１３)〜(１５)の磁束及び回転角推定部の結果値が計算されるためには、式(８)、(９)の固定子磁束を計算すべきであるが、この過程において積分演算が必要となる。ところが式(８)、(９)に用いられる電圧、電流値にオフセット（Ｏｆｆｓｅｔ）が含まれている場合、積分器が発散されて実用に使用できない恐れがある。一般に、このような発散問題を解決するために、直流(周波数０)成分の影響を取り除くために、次の式(１７)、(１８)のように積分演算後、ハイパスフィルタ（Ｈｉｇｈ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）を適用している。式(１６)、(１７)において、Ｔはハイパスフィルタの時定数である。
【００４８】
【数１５】
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【００４９】
図３は、回転角及び速度推定部２０３の構成を示しており、回転角演算部３０２及び速度演算部３０３で構成される。回転角演算部３０２は、磁束推定部２０２から式(１７)、(１８)で計算される停止座標界回転子磁束の入力を受けて、式(１３)の逆三角関数演算を介して磁束の回転角(θｅ)を計算する。
【００５０】
速度演算部３０３は、磁束の回転角(θｅ)を機械的回転角に変換及び微分して回転子の機械的回転速度(Ｗｍ)を計算するようになる。速度演算部３０３において、Ｐは電動機極数(ｐｏｌｅ)を示し、別の記憶装置(図示せず)に保存される。
【００５１】
センサーレスベクター制御で誘導電動機を駆動する場合、式(８)、(９)で用いた方式のように電動機逆起電力(固定子電圧−抵抗×電流)項を積分して電動機磁束を計算する方法が多く用いられる。インバータから誘導電動機に出力される電圧は、電動機回転速度と比例して高速では高い電圧、低速では低い電圧を要する。インバータ制御には電流センサー(図１の１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ)等の各種アナログ素子が用いられるが、この過程において、計算／測定される電圧、電流にオフセット（Ｏｆｆｓｅｔ）が含まれることが多い。
【００５２】
逆起電力が大きい高速領域では、インバータ出力電圧の大きさがオフセットの大きさに比べて十分に大きいため、式(８)、(９)の積分演算を行う上で問題はないが、逆起電力が小さく、インバータ出力電圧の大きさが小さいオフセット電圧に比べて十分に大きくない低速領域では、式(８)、(９)の演算がオフセットの影響を受けるようになり、結果として積分演算は発散するようになる。このため、式(８)、(９)の積分演算は、実用に用いられずオフセット(周波数０)の影響を最小限に抑えるために式(１７)、(１８)のようにハイパスフィルタを積分演算と共に用いることが多い。ハイパスフィルタを用いる場合、場合電圧、電流のオフセット問題は解決されるが、式(１７)、(１８)の演算はハイパスフィルタの時定数によって大きく影響を受けるが、電動機回転速度に比べてフィルタ時定数が十分大きくなければ必要とする磁束推定性能が得られない。従って、ハイパスフィルタの時定数は、電動機の主運転領域とフィルタの位相誤差特性を考慮して適宜選択されなければならない。しかし、このような方式は周波数が非常に低い領域ではフィルタ時定数もそれほど小さくならなければならず、これによる位相遅延等のハイパスフィルタの特性によって、良い磁束推定性能を根本的に期待し難い。
また、通常のセンサーレスベクター制御時電動機に入力される実電圧ではない制御器の指令電圧を持って磁束推定を実施するが、電圧の大きさが小さくなる低速領域では、デッドタイム（Ｄｅａｄ  ｔｉｍｅ）による電圧誤差が磁束推定に影響を与えてしまい、磁束演算に用いられる指令電圧と電動機に実際に入力される電圧間に誤差が生じ、その分磁束推定に誤差として働く問題が生じる。
【００５３】
また、通常のセンサーレスベクター制御時電動機に入力される実電圧ではない制御器の指令電圧を持って磁束推定を実施するが、電圧の大きさが小さくなる低速領域では、デッドタイム（Ｄｅａｄ  ｔｉｍｅ）による電圧誤差が磁束推定に影響を与えてしまい、磁束演算に用いられる指令電圧と電動機に実際に入力される電圧間に誤差が生じ、その分磁束推定に誤差として働く問題が生じる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００５４】
本発明は、前記問題を解決するために案出され、速度(位置)センサーを備えない誘導電動機を可変速駆動するインバータ−電動機駆動システムに取り付けられる電動機磁束制御装置に関し、本発明の目的は、電圧の大きさが小さい低速区間でもセンサーレス磁束推定性能を維持できる磁束制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００５５】
本発明に係る誘導電動機用磁束制御装置は、センサーレスベクター制御方式の誘導電動機用磁束制御装置として、速度指令（Ｗ＊ｍ）と推定速度(Ｗｍ)との間の速度誤差の入力を受けて、トルク分電流指令（ｉ＊ｑ）を出力する速度制御装置（４０４）、前記トルク分電流指令（ｉ＊ｑ）の入力を受けて、トルク分電圧指令（Ｖ＊ｑ）として出力するトルク電流制御装置（４０６）、磁束指令(λ＊ｍ)と推定磁束値(λｄｒ)との間の磁束誤差の入力を受けて、磁束分電流指令（ｉ＊ｄ）を出力する磁束制御装置(４０８)、前記磁束分電流指令（ｉ＊ｄ）の入力を受けて、磁束分電圧指令（Ｖ＊ｄ）として出力する磁束電流制御装置（４１０）、前記トルク分電圧指令（Ｖ＊ｑ）及び磁束分電圧指令（Ｖ＊ｄ）を、誘導電動機に印加される三相の電圧指令に変換して出力する三相変換器４１１、前記誘導電動機の三相の電流、前記トルク分指令（Ｖ＊ｑ）及び前記磁束分電圧指令（Ｖ＊ｄ）の入力を受けて、前記誘導電動機の回転子の回転角(θｅ)、前記回転子の推定磁束値(λｄｒ)及び前記回転子の推定速度(Ｗｍ)を出力する磁束推定機（４１５）、及び前記トルク分電圧指令（Ｖ＊ｑ）及び前記推定速度(Ｗｍ)の入力を受けて、前記磁束指令(λ＊ｍ)の大きさを調整するゲイン値を出力する磁束調整装置（４１６）を含み、前記磁束調整装置（４１６）は、前記回転子の回転速度が低い場合、前記磁束指令(λ＊ｍ)の大きさを大きくする誘導電動機用磁束制御装置を提供する。従って、トルク分指令電圧の大きさが、一定値以下に低下しないため、低速でも磁束推定性能の信頼性を維持できるメリットがある。
【００５６】
また、本発明に係る誘導電動機用磁束制御装置は、前記磁束調整装置（４１６）のゲイン値の入力を受けて、前記磁束指令(λ＊ｍ)に乗じて出力する乗算器（４１７）をさらに含む誘導電動機用磁束制御装置を提供する。
【００５７】
また、本発明に係る誘導電動機用磁束制御装置は、前記磁束調整装置（４１６）は前記トルク分電圧指令（Ｖ＊ｑ）と設定された最低磁束分指令電圧（Ｖｍｉｎ）との差の入力を受けてゲインを調整する磁束調整制御器（５０３）、前記推定速度(Ｗｍ)が設定された速度以下であるか否かを判断する比較器（５０６）及び前記比較器（５０６）で設定された速度以下であると判断された場合、前記ゲイン値を出力する選択器（５０７）を含む誘導電動機用磁束制御装置を提供する。
【００５８】
また、本発明に係る誘導電動機用磁束制御装置は、前記磁束調整装置（４１６）は前記磁束調整制御器（５０３）からのゲインを設定範囲に制限して、前記ゲイン値として出力する制限器（５０４）をさらに含む誘導電動機用磁束制御装置を提供する。
【００５９】
また、本発明に係る誘導電動機用磁束制御装置は、前記設定範囲は下限が１００％、上限が２００％である誘導電動機用磁束制御装置を提供する。
【００６０】
また、本発明に係る誘導電動機用磁束制御装置は、前記最低磁束分指令電圧（Ｖｍｉｎ）は前記誘導電動機の定格電圧の１０％に設定された誘導電動機用磁束制御装置を提供する。
【００６１】
また、本発明に係る誘導電動機用磁束制御装置は、前記選択器（５０７）は前記比較器（５０６）で設定された速度以上に判断された場合、前記磁束指令(λ＊ｍ)値に影響を与えないゲイン値を出力する誘導電動機用磁束制御装置を提供する。
【００６２】
一方、本発明に係る誘導電動機用磁束制御装置は、速度指令と推定速度との間の速度誤差及び磁束指令と推定磁束との間の磁束誤差を持って誘導電動機を制御するトルク分電圧指令と磁束分電圧指令を生成する誘導電動機の磁束制御装置として、前記推定速度が設定値以下の場合、前記磁束指令に乗じて大きさを大きくできるゲイン値を出力する磁束調整装置を含む誘導電動機の磁束制御装置を提供する。従って、磁束推定性能を速度に関係なく維持できるメリットがある。
【発明の効果】
【００６３】
本発明は速度及び位置センサーを備えない誘導電動機を可変速駆動するインバータ−電動機駆動システムに取り付けられる電動機磁束制御装置に関し、トルク分指令電圧を一定値以下に低下しないようにすることによって、低速区間でも電動機に印加される電圧の大きさが一定値以下に低下することを防止し、電圧の大きさが小さいためセンサーレス磁束推定に誤差が生じる低速区間でもセンサーレス磁束推定性能を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】従来技術のセンサーレスベクター制御方式の誘導電動機用磁束制御装置を示したブロック図である。
【図２】従来技術のセンサーレス磁束推定機を示したブロック図である。
【図３】従来技術のセンサーレス磁束推定機の回転角及び速度推定部を示したブロック図である。
【図４】本発明に係る磁束調整装置が組み込まれた誘導電動機用磁束制御装置を示したブロック図である。
【図５】本発明に係る磁束制御装置の磁束調整装置を示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００６５】
以下、本発明に係る磁束制御装置を図面に基づいて詳細に説明する。
【００６６】
図４は、本発明の磁束制御装置が適用された速度及び位置センサーがないセンサーレスベクター制御方式で可変速駆動される誘導電動機システムの構成を示したブロック図である。
【００６７】
本発明の概念に従って、インバータ４０１には低速区間で磁束推定性能を維持させられる磁束調整装置４１６が配置される。磁束調整装置４１６は、センサーレス磁束推定装置４１５から現在の電動機速度(Ｗｍ)及び磁束電流制御装置４０６からのトルク分電圧指令（Ｖ＊ｑ）の入力を受けて、磁束誤差を計算する減算器４０７に入力される磁束指令の大きさを調整できるゲインを乗算器４１７に出力する。
【００６８】
乗算器４１７は、磁束調整装置４１６から入力されたゲインを磁束指令(λ＊ｄｒ)に乗じて最終的磁束指令になるようにする。
【００６９】
図４において、減算器４０３からセンサーレス磁束推定装置４１５までの動作は、従来技術の説明と同様であるため、重なる説明は省略し、磁束調整装置４１６の動作を中心に説明する。
【００７０】
本発明に係るセンサーレス磁束推定装置４１５を既存構造と同様であるため、磁束推定装置４１５は、逆起電力積分＋ハイパスフィルタ方式の特徴である低速区間での磁束推定性能制限はそのまま有している。
【００７１】
本発明に係る磁束調整装置４１６は、既存センサーレス磁束推定装置が有する性能制限を最小限に抑えるために低速領域では磁束指令の大きさを調整することを特徴とする。
【００７２】
前記式(１７)において、固定子抵抗項目を無視して、これをラプラス変換すると次の式(１９)の電圧−磁束間の関係が得られる。
【００７３】
通常、誘導電動機は、定格速度以下で磁束を一定に制御することが一般的であるため、磁束を一定に維持するためには、式(１９)でｓはラプラス演算子で、ｓ＝ｊｗ（ｗ：各周波数)を代入してみると、高速では大きい電圧が、低速では小さい電圧が必要であることが分かる。
【００７４】
【数１６】
0005639035.tif 000017
【００７５】
現在一定磁束制御でセンサーレス磁束推定時電圧の大きさが小さい低速区間で推定演算に誤差が生じるが、仮に低速区間で磁束の大きさを意図的に大きくすると前記式(１９)のように電動機に入力される電圧も大きくなり、センサーレス演算時に使われる電圧も大きくなる。電圧の大きさを大きくするほどオフセットやデッドタイムの影響を少なく受けて、その分センサーレス磁束推定に有利となる。
【００７６】
図５は、磁束調整装置４１６の構成を示したブロック図である。
【００７７】
磁束調整装置４１６は上述したように低速領域で磁束を大きくして、電動機に印加される電圧の大きさを大きい値に維持するために、トルク分指令電圧の大きさが一定値以下に低下しないように維持することを目標とする。
【００７８】
トルク分磁束指令電圧を使う理由は、定常状態でトルク分指令電圧の大きさは、固定子抵抗値を無視する場合、次の式(２０)のように近似でき、運転中に生じる負荷変動(ｑ軸電流変動)に関係なく回転速度に比例する物理量に使用可能であるためである。
【００７９】
【数１７】
0005639035.tif 000018
【００８０】
減算器５０２は、最低磁束分指令電圧（Ｖｍｉｎ）と磁束分電流制御器４１０の出力を差し引いて、これを磁束調整制御器５０３に入力する。
【００８１】
最低磁束分指令電圧（Ｖｍｉｎ）は、オフセット影響から脱し、センサーレス磁束推定に必要な逆起電力積分演算をスムーズにできる最小トルク分電圧で定格電圧の１０％を初期値とし、実験積を決めて別の保存装置(図示せず)に保存しておく。
【００８２】
磁束調整制御器５０３は、トルク分指令電圧（Ｖ＊ｑ）の大きさが基準値の最低磁束分指令電圧（Ｖｍｉｎ）より小さい場合、乗算器４１７を介して磁束指令(λ＊ｄｒ)に乗じられるゲインを大きくし、その結果、指令磁束レベルを大きくしてトルク分指令電圧を一定にする。Ｋｐ＿ｍは比例ゲイン、Ｋｉ＿ｍは積分ゲイン、ｓはラプラス演算子である。
【００８３】
一方、制限器５０４は、磁束調整制御器５０３の動作が磁束を増加させる、つまり、電圧を大きくする側にだけ動作して、下限を１００％に設定しておき、上限は２００％以内に設定する。本発明の磁束調整装置は、低速でのセンサーレス性能向上が目標であるため、高速区間ではあえてこれを動作させる必要はない。
【００８４】
比較器５０６では、現在速度が一定速度以上／以下を比較して、速度値に応じて、選択器(Ｓｅｌｅｃｔｏｒ)５０７の状態を変化させる。選択器５０７は、比較器５０６の値に反応して、速度が所定値以下の場合には、磁束調整制御器５０３の出力が乗算器４１７を介して磁束指令(λ＊ｄｒ)に乗じられるように選択器５０７の出力が「Ａ」入力と連結されるようにし、速度が所定値以上の場合には、磁束調整制御器５０３の動作を無視するように選択器５０７の出力が「Ｂ」入力と連結されるようにする。
【００８５】
保存装置５０８は、比較器５０６が電動機速度を所定値以上であると判断する場合、磁束調整制御器５０３の出力が磁束指令(λ＊ｄｒ)値に影響を与えない値(１００％)を予め保存しておく。
【００８６】
本発明の特徴である磁束調整装置４１６の動作によって同期座標界トルク分電圧指令（Ｖ＊ｑ）が一定値以上に維持されるが、センサーレス磁束演算に使われるものは、同期座標界基準電圧ではなく停止座標界基準電圧であることに留意しなければならない。
【００８７】
前記式(６)のようにｖ＊ｑ値が一定値以上に維持される場合、式(１７)、(１８)のセンサーレス磁束推定演算に用いられる停止座標界基準電圧の大きさも共に増加し、電圧が小さい低速領域での磁束推定の不完全な点を補うことが可能となる。
【００８８】
以上、本発明を実施形態及び添付図に基づいて詳細に説明した。しかし、前記実施形態及び図によって本発明に係る範囲が制限されることなく、本発明に係る範囲は後述する特許請求範囲に記載された内容だけで制限される。
【符号の説明】
【００８９】
４０１・・・インバータ
４０２・・・誘導電動機
４０３・・・減算器
４０４・・・速度制御装置
４０５・・・減算器
４０６・・・トルク電流制御装置
４０７・・・減算器
４０８・・・磁束制御装置
４０９・・・減算器
４１０・・・磁束電流制御装置
４１１・・・三相変換器
４１２・・・電圧制御装置
４１３・・・電流センサー
４１４・・・二相転換機
４１５・・・センサーレス磁束推定装置
４１６・・・磁束調整装置
【図１】
0005639035.tif 000019
【図２】
0005639035.tif 000020
【図３】
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【図４】
0005639035.tif 000022
【図５】
0005639035.tif 000023