(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータにより駆動される誘導電動機であって、該電動機に流れる一次電流を座標変換した該電動機の二次磁束と平行の座標軸（Ｍ軸）成分と、このＭ軸に直交する座標軸（Ｔ軸）成分とに基づくベクトル制御によって該電動機を可変速制御する誘導電動機の制御装置において、
前記電動機のトルク指令値（τ* ）から該電動機の速度推定値（ωrE）を演算して出力する電動機モデルと、
前記トルク指令値（τ* ）を前記電動機の二次磁束指令値（φ2 * ）で除算演算して得られるＴ軸電流指令値（ｉT * ）からＴ軸電流推定値（ｉTE）を演算して出力するＴ軸電流演算器と、
前記二次磁束指令値（φ2 * ）を前記電動機の励磁インダクタンス（ＬM ）で除算演算して得られるＭ軸電流指令値（ｉM * ）からＭ軸電流推定値（ｉME）を演算して出力するＭ軸電流演算器と、
前記電動機の速度指令値（ωr * ）と、該電動機の速度検出値（ωr ）又は前記速度推定値（ωrE）との偏差を入力し、調節動作によりこの入力偏差を零にする前記トルク指令値（τ* ）を出力する速度調節器と、
前記速度検出値（ωr ）又は前記速度推定値（ωrE）から前記二次磁束指令値（φ2 * ）を演算して出力する磁束指令演算器と、
前記Ｔ軸電流指令値（ｉT * ）と、Ｔ軸電流検出値（ｉT ）又は前記Ｔ軸電流推定値（ｉTE）との偏差を入力し、調節動作によりその入力偏差を零にするＴ軸電圧指令値（ｖT * ）を出力するＴ軸電流調節器と、
前記Ｍ軸電流指令値（ｉM * ）と、Ｍ軸電流検出値（ｉM ）又はＭ軸電流推定値（ｉME）との偏差を入力し、調節動作によりその入力偏差を零にするＭ軸電圧指令値（ｖM * ）を出力するＭ軸電流調節器と、
前記それぞれの検出値と、この検出値に対応するそれぞれの推定値とを切り替えて出力する切替スイッチとを備えたことを特徴とする誘導電動機の制御装置。
【請求項２】
インバータにより駆動される誘導電動機であって、該電動機に流れる一次電流を座標変換した該電動機の二次磁束と平行の座標軸（Ｍ軸）成分と、このＭ軸に直交する座標軸（Ｔ軸）成分とに基づくベクトル制御によって該電動機を可変速制御する誘導電動機の制御装置において、
前記電動機のトルク指令値（τ* ）を前記電動機の二次磁束指令値（φ2 * ）で除算演算して得られるＴ軸電流指令値（ｉT * ）からＴ軸電流推定値（ｉTE）を演算して出力するＴ軸電流演算器と、
前記二次磁束指令値（φ2 * ）を前記電動機の励磁インダクタンス（ＬM ）で除算演算して得られるＭ軸電流指令値（ｉM * ）からＭ軸電流推定値（ｉME）を演算して出力するＭ軸電流演算器と、
前記Ｔ軸電流推定値（ｉTE）とＭ軸電流推定値（ｉME）とから前記電動機の速度推定値（ωrE）を演算して出力する電動機モデルと、
前記電動機の速度指令値（ωr * ）と、該電動機の速度検出値（ωr ）又は前記速度推定値（ωrE）との偏差を入力し、調節動作によりこの入力偏差を零にする前記トルク指令値（τ* ）を出力する速度調節器と、
前記速度検出値（ωr ）又は前記速度推定値（ωrE）から前記二次磁束指令値（φ2 * ）を演算して出力する磁束指令演算器と、
前記Ｔ軸電流指令値（ｉT * ）と、Ｔ軸電流検出値（ｉT ）又は前記Ｔ軸電流推定値（ｉTE）との偏差を入力し、調節動作によりその入力偏差を零にするＴ軸電圧指令値（ｖT * ）を出力するＴ軸電流調節器と、
前記Ｍ軸電流指令値（ｉM * ）と、Ｍ軸電流検出値（ｉM ）又はＭ軸電流推定値（ｉME）との偏差を入力し、調節動作によりその入力偏差を零にするＭ軸電圧指令値（ｖM * ）を出力するＭ軸電流調節器と、
前記それぞれの検出値と、この検出値に対応するそれぞれの推定値とを切り替えて出力する切替スイッチとを備えたことを特徴とする誘導電動機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ベクトル制御によって誘導電動機を可変速制御する誘導電動機の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、この種の誘導電動機の制御装置の従来例を示す回路構成図である。
図３において、１は商用電源などの交流電源、２は半導体スイッチなどで構成されるインバータ、３は誘導電動機、４は誘導電動機３の負荷、５は誘導電動機３の回転速度を検出する速度検出器、６は誘導電動機３の入力の相電流を検出する電流検出器、１０は制御装置、１１は制御装置１０の動作などをコントロールする上位コントローラを示す。
【０００３】
この制御装置１０は速度指令演算器１２と、速度調節器１３と、磁束指令演算器１４と、除算器１５と、すべり周波数演算器１６と、除算器１７と、Ｔ軸電流調節器１８と、Ｍ軸電流調節器１９と、積分器２０と、座標変換器２１，２２とを備えている。
図３に示した誘導電動機３の制御装置１０の動作を以下に説明する。
【０００４】
上位コントローラ１１に内蔵する速度設定器１１ａは誘導電動機３が運転するべき速度設定値ωr # を設定し、速度指令演算器１２は予め定めた加減速度により変化し、最終的には該速度設定値ωr # に一致する速度指令値ωr * を出力する。速度調節器１３はこの速度指令値ωr * と速度検出器５が検出した速度検出値ωr との偏差を入力し、調節動作によりその入力偏差を零にするトルク指令値τ* を出力する。一方、磁束指令演算器１４は前記速度検出値ωr から、後述の如く二次磁束指令値φ2 * を演算して出力する。
【０００５】
前記トルク指令値τ* と二次磁束指令値φ2 * とにより式（１），（２）に従って、誘導電動機３の一次電流の二次磁束と平行なＭ軸電流指令値ｉM * と該二次磁束と垂直なＴ軸電流指令値ｉT * を演算する。
【０００６】
【数１】
ｉM * ＝（１／ＬM ）・φ2 *       …（１）
ここで、ＬM は誘導電動機３の励磁インダクタンスである。
【０００７】
【数２】
ｉT * ＝τ* ／φ2 *               …（２）
すなわち、除算器１７は前記式（１）の演算をし、除算器１５は前記式（２）の演算をしている。
座標変換器２１は、電流検出器６で検出された相電流ｉU ，ｉV ，ｉW から誘導電動機３の一次電流ｉ1 の二次磁束φ2 と平行なＭ軸電流検出値ｉM と該二次磁束と垂直なＴ軸電流検出値ｉT に変換するもので、誘導電動機３のＵ相巻線と該二次磁束とのなす角度をΨ2 として、式（３），（４）の演算を行っている。
【０００８】
【数３】
0003675182.tif 000002
【０００９】
【数４】
0003675182.tif 000003
Ｔ軸電流調節器１８は、前記Ｔ軸電流指令値ｉT * とＴ軸電流検出値ｉT との偏差を入力し、調節動作によりその入力偏差を零にするＴ軸電圧指令値ｖT * を出力する。また、Ｍ軸電流調節器１９は、前記Ｍ軸電流指令値ｉM * とＭ軸電流検出値ｉM との偏差を入力し、調節動作によりその入力偏差を零にするＭ軸電圧指令値ｖM * を出力する。
【００１０】
座標変換器２２は、前記Ｔ軸電圧指令値ｖT * とＭ軸電圧指令値ｖM * とを入力し三相電圧指令値ＶU * ，ＶV * ，ＶW * を出力するもので、誘導電動機３のＵ相巻線と二次磁束とのなす角度をΨ2 として、式（５）〜（７）の演算を行っている。
【００１１】
【数５】
ＶU * ＝ｖM * ・ｃｏｓΨ2 ＋ｖT * ・ｓｉｎΨ2     …（５）
【００１２】
【数６】
0003675182.tif 000004
【００１３】
【数７】
0003675182.tif 000005
この三相電圧指令値ＶU * ，ＶV * ，ＶW * はインバータ２により所定の電圧，周波数の三相交流電圧に変換され、誘導電動機３に供給される。
【００１４】
すべり周波数演算器１６は、下記式（８）の演算を行いすべり周波数ωS を出力する。
【００１５】
【数８】
ωS ＝Ｒ2 ・ｉT * ／φ2 *         …（８）
ここで、Ｒ2 は誘導電動機３の二次抵抗である。
積分器２０は、前記すべり周波数ωS と速度検出値ωr との加算値（＝一次周波数ω1 ）を積分演算することで、周知の如く誘導電動機３のＵ相巻線と二次磁束φ2 とのなす角度Ψ2 が得られる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
誘導電動機３が駆動源として使用される各種の産業機械設備において、上位コントローラ１１は前述の制御装置１０との間で前記速度設定値ωr # 、制御装置１０の起動・停止信号、前記速度検出値ωr などの制御装置１０の内部動作データなどの授受を含む該機械設備全体の動作をコントロールする機能を有し、この機能は、例えばプログラマブル・ロジック・コントローラ（以下、単にＰＬＣと称する）にて具現される。
【００１７】
このＰＬＣに組み込まれているプログラムを検証する際に、従来は誘導電動機３を制御装置１０により実際に回転させるか、又は小容量のテスト用誘導電動機を接続して回転させるなどの作業が必要であり、前記プログラムに不具合（バグ）があるときには、例えば前記誘導電動機が誤回転をし、前記機械設備に損傷を与える恐れがあった。
【００１８】
この発明の目的は、上記問題点を解決する誘導電動機の制御装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
この第１の発明は、インバータにより駆動される誘導電動機であって、該電動機に流れる一次電流を座標変換した該電動機の二次磁束と平行の座標軸（Ｍ軸）成分と、このＭ軸に直交する座標軸（Ｔ軸）成分とに基づくベクトル制御によって該電動機を可変速制御する誘導電動機の制御装置において、
前記電動機のトルク指令値（τ* ）から該電動機の速度推定値（ωrE）を演算して出力する電動機モデルと、前記トルク指令値（τ* ）を前記電動機の二次磁束指令値（φ2 * ）で除算演算して得られるＴ軸電流指令値（ｉT * ）からＴ軸電流推定値（ｉTE）を演算して出力するＴ軸電流演算器と、前記二次磁束指令値（φ2 * ）を前記電動機の励磁インダクタンス（ＬM ）で除算演算して得られるＭ軸電流指令値（ｉM * ）からＭ軸電流推定値（ｉME）を演算して出力するＭ軸電流演算器と、前記電動機の速度指令値（ωr * ）と、該電動機の速度検出値（ωr ）又は前記速度推定値（ωrE）との偏差を入力し、調節動作によりこの入力偏差を零にする前記トルク指令値（τ* ）を出力する速度調節器と、前記速度検出値（ωr ）又は前記速度推定値（ωrE）から前記二次磁束指令値（φ2 * ）を演算して出力する磁束指令演算器と、前記Ｔ軸電流指令値（ｉT * ）と、Ｔ軸電流検出値（ｉT ）又は前記Ｔ軸電流推定値（ｉTE）との偏差を入力し、調節動作によりその入力偏差を零にするＴ軸電圧指令値（ｖT * ）を出力するＴ軸電流調節器と、前記Ｍ軸電流指令値（ｉM * ）と、Ｍ軸電流検出値（ｉM ）又はＭ軸電流推定値（ｉME）との偏差を入力し、調節動作によりその入力偏差を零にするＭ軸電圧指令値（ｖM * ）を出力するＭ軸電流調節器と、前記それぞれの検出値と、この検出値に対応するそれぞれの推定値とを切り替えて出力する切替スイッチとを備えたことを特徴とする。
【００２０】
また第２の発明は前記誘導電動機の制御装置において、
前記電動機のトルク指令値（τ* ）を前記電動機の二次磁束指令値（φ2 * ）で除算演算して得られるＴ軸電流指令値（ｉT * ）からＴ軸電流推定値（ｉTE）を演算して出力するＴ軸電流演算器と、前記二次磁束指令値（φ2 * ）を前記電動機の励磁インダクタンス（ＬM ）で除算演算して得られるＭ軸電流指令値（ｉM * ）からＭ軸電流推定値（ｉME）を演算して出力するＭ軸電流演算器と、前記Ｔ軸電流推定値（ｉTE）とＭ軸電流推定値（ｉME）とから前記電動機の速度推定値（ωrE）を演算して出力する電動機モデルと、前記電動機の速度指令値（ωr * ）と、該電動機の速度検出値（ωr ）又は前記速度推定値（ωrE）との偏差を入力し、調節動作によりこの入力偏差を零にする前記トルク指令値（τ* ）を出力する速度調節器と、前記速度検出値（ωr ）又は前記速度推定値（ωrE）から前記二次磁束指令値（φ2 * ）を演算して出力する磁束指令演算器と、前記Ｔ軸電流指令値（ｉT * ）と、Ｔ軸電流検出値（ｉT ）又は前記Ｔ軸電流推定値（ｉTE）との偏差を入力し、調節動作によりその入力偏差を零にするＴ軸電圧指令値（ｖT * ）を出力するＴ軸電流調節器と、前記Ｍ軸電流指令値（ｉM * ）と、Ｍ軸電流検出値（ｉM ）又はＭ軸電流推定値（ｉME）との偏差を入力し、調節動作によりその入力偏差を零にするＭ軸電圧指令値（ｖM * ）を出力するＭ軸電流調節器と、前記それぞれの検出値と、この検出値に対応するそれぞれの推定値とを切り替えて出力する切替スイッチとを備えたことを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、誘導電動機を接続したことと等価な前記電動機モデルとＴ軸電流演算器とＭ軸電流演算器と切替スイッチとにより、前記制御装置を動作させることができ、その結果、ＰＬＣのプログラムの検証が前記電動機を接続しないで行うことができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の第１の実施例を示す誘導電動機の制御装置の回路構成図であり、図３に示した従来例回路と同一機能を有するものには同一符号を付してその説明を省略する。
すなわち図１に示した制御装置３０には速度指令演算器１２、速度調節器１３、磁束指令演算器１４、除算器１５、すべり周波数演算器１６、除算器１７、Ｔ軸電流調節器１８、Ｍ軸電流調節器１９、積分器２０、座標変換器２１，２２の他に電動機モデル３１とＴ軸電流演算器３２とＭ軸電流演算器３３と切替スイッチ３４とを備えている。
【００２３】
電動機モデル３１は、速度調節器１３の出力であるトルク指令値（τ* ）から、下記式（９）の演算を行い誘導電動機３の速度推定値（ωrE）を出力する。
【００２４】
【数９】
ωrE＝（１／ｓＴM ）・τ*         …（９）
ここで、ｓはラプラス演算子、ＴM は誘導電動機３のイナーシャ設定値である。Ｔ軸電流演算器３２は、除算器１５の出力であるＴ軸電流指令値（ｉT * ）に誘導電動機３の一次側時定数と等価なローパスフィルタを介した値をＴ軸電流推定値（ｉTE）として出力する。
【００２５】
Ｍ軸電流演算器３２は、除算器１７の出力であるＴ軸電流指令値（ｉM * ）に誘導電動機３の一次側時定数と等価なローパスフィルタを介した値をＭ軸電流推定値（ｉME）として出力する。
図１において、上位コントローラ１１の先述のプログラムを検証する際には、切替スイッチ３４を操作して、その接点３４ａ，３４ｂ，３４ｃそれぞれをωrE，ｉME，ｉTE側に閉路することにより、誘導電動機３を接続することなく該検証を行うことができる。
【００２６】
図２は、この発明の第２の実施例を示す誘導電動機の制御装置の回路構成図であり、図１に示した実施例回路と同一機能を有するものには同一符号を付してその説明を省略する。
すなわち図２に示した制御装置４０には、図１に示した電動機モデル３１に代えて電動機モデル４１を備えている。
【００２７】
電動機モデル４１は、Ｔ軸電流演算器３２の出力であるＴ軸電流推定値（ｉTE）と、Ｍ軸電流演算器３３の出力であるＭ軸電流推定値（ｉME）とから、下記式（１０）の演算を行い誘導電動機３の速度推定値（ωrE）を出力する。
【００２８】
【数１０】
ωrE＝（１／ｓＴM ）・ｉTE・ｉME・ＬM   …（１０）
図２において、上位コントローラ１１の先述のプログラムを検証する際には、切替スイッチ３４の接点３４ａ，３４ｂ，３４ｃそれぞれをωrE，ｉME，ｉTE側に閉路することにより、誘導電動機３を接続することなく該検証を行うことができる。
【００２９】
なお、図１，図２に示した誘導電動機の制御装置の回路構成図から明らかなように、通常の運転時にも電動機モデル３１又は電動機モデル４１を使用して速度検出器５を省略した、いわゆる誘導電動機の速度センサレスベクトル制御を行うこともできる。
【００３０】
【発明の効果】
この発明によれば、誘導電動機を接続したことと等価にする電動機モデルなどにより該電動機の制御装置と上位コントローラとしてのＰＬＣとを動作させることができ、その結果、ＰＬＣのプログラムの検証が容易、且つ効率よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施例を示す誘導電動機の制御装置の回路構成図
【図２】この発明の第２の実施例を示す誘導電動機の制御装置の回路構成図
【図３】従来例を示す誘導電動機の制御装置の回路構成図
【符号の説明】
１…交流電源、２…インバータ、３…誘導電動機、４…負荷、５…速度検出器、６…電流検出器、１０…制御装置、１１…上位コントローラ、１２…速度指令演算器、１３…速度調節器、１４…磁束指令演算器、１５…除算器、１６…すべり周波数演算器、１７…除算器、１８…Ｔ軸電流調節器、１９…Ｍ軸電流調節器、２０…積分器、２１，２２…座標変換器、３０…制御装置、３１…電動機モデル、３２…Ｔ軸電流演算器、３３…Ｍ軸電流演算器、３４…切替スイッチ、４０…制御装置、４１…電動機モデル。
【図１】
0003675182.tif 000006
【図２】
0003675182.tif 000007
【図３】
0003675182.tif 000008