(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変電圧可変周波数の交流一次電圧を出力して誘導電動機を駆動する電力変換回路と、上記電力変換回路から上記誘導電動機に供給される一次電流を検出するための電流検出器と、上記一次電流と予め設定された上記交流一次電圧の周波数指令値とから第１および第２の電流成分を演算する電流成分演算回路と、上記第１の電流成分の二乗値と上記第２の電流成分の二乗値の振幅比が予め設定された所定値となるような磁束指令値を演算する磁束指令演算回路と、上記周波数指令値と上記磁束指令値から一次電圧成分指令値を演算する電圧成分指令演算回路と、上記周波数指令値と上記一次電圧成分指令値から上記誘導電動機の一次電圧指令値を演算して上記電力変換回路へ出力する一次電圧指令演算回路とを備え、上記電流成分演算回路は上記一次電圧成分指令値と同相である第１の電流成分および位相が９０度ずれた第２の電流成分を演算するように構成したことを特徴とする誘導電動機の制御装置。
【請求項２】
可変電圧可変周波数の交流一次電圧を出力して誘導電動機を駆動する電力変換回路と、上記電力変換回路から上記誘導電動機に供給される一次電流を検出するための電流検出器と、上記一次電流と予め設定された上記交流一次電圧の周波数指令値とから第１および第２の電流成分を演算する電流成分演算回路と、上記第１の電流成分の二乗値と上記第２の電流成分の二乗値の振幅比が予め設定された所定値となるような磁束指令値と該磁束指令値の微分に基づいた磁束微分指令値を演算する磁束指令演算回路と、上記周波数指令値と上記磁束指令値と上記磁束微分指令値から一次電圧成分指令値を演算する電圧成分指令演算回路と、上記周波数指令値と上記一次電圧成分指令値から上記誘導電動機の一次電圧指令値を演算して上記電力変換回路へ出力する一次電圧指令演算回路とを備え、上記電流成分演算回路は上記一次電圧成分指令値と同相である第１の電流成分および位相が９０度ずれた第２の電流成分を演算するように構成したことを特徴とする誘導電動機の制御装置。
【請求項３】
上記磁束指令演算回路中に、磁束指令値の振幅の最大値および最小値の少なくとも一方を制限する制限回路を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の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】
本発明は、誘導電動機の制御装置に係り、特に負荷状態によらず誘導電動機の効率を最大値に保つことが可能な制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１５は従来のこの種の制御装置を示すもので、特開昭６２−８９４９３号公報に示されたものである。図１５において、１ａはインバータ、２は誘導電動機、３は電流検出器、２１は順変換部、２２はコンデンサ、２３は逆変換部、２４は整流器、２５はローパスフィルタ、２６はＡ／Ｄコンバータ、２７はマイクロコンピュータによる制御回路、２８はＰＷＭ回路である。インバータ１ａはコンデンサ２２とＰＷＭ回路２８を備えた周知の電圧型ＰＷＭインバータで、誘導電動機２に可変電圧可変周波数の３相交流電圧を供給する働きをする。
【０００３】
次に、動作原理を図１６を参照しながら説明する。まず、誘導電動機の入力電流（一次電流）振幅と入力電圧（一次電圧）振幅の関係は、負荷トルクが一定の場合は図１６に示すような特性Ａを描く。つまり、必要以上に入力電圧を高くすると、励磁電流が増えて一次銅損や鉄損が増加するため誘導電動機の効率が低下する。逆に必要以上に入力電圧を低くすると、すべりが大きくなって二次電流が増え一次銅損、二次銅損が増加し誘導電動機の効率が低下する。誘導電動機の一次電流は励磁電流と二次電流とのベクトル和で表されるので、この一次電流が最小になるところ（図中のＢ点）で損失が最小となる。そこで、一次電流の振幅が最小値を示すように一次電圧の振幅を制御することにより、誘導電動機を最大効率で運転することができる。
【０００４】
次に動作について説明する。まず、電流検出器３で検出された一次電流をローパスフィルタ２５に入力すると、一次電流の平均値が出力される。つづいて、この平均値はＡ／Ｄコンバータ２６を介して制御回路２７に取り込まれる。制御回路２７は上記の動作原理に基づいて、一次電流の平均値が減少するような一次電圧指令値を演算し、ＰＷＭ回路２８に出力する。その結果、ＰＷＭ回路２８とインバータ１ａとで構成される電圧型ＰＷＭインバータは、制御回路２７から出力された一次電圧指令値に一致した一次電圧を誘導電動機２へ供給する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の誘導電動機の制御装置は、以上のように、誘導電動機の一次電流を検出してこの振幅が最小となるように一次電圧振幅を制御していたので、制御に必要な情報は一次電流のみであり安価な装置構成で制御が可能となる。しかし、誘導電動機を可変速運転する場合、可変速運転中は電圧型ＰＷＭインバータの周波数指令値の変化に応じて一次電圧振幅が変化するため、一次電流振幅を最小にするように一次電圧振幅を制御することができない。このため、従来の制御装置では、可変速運転中は誘導電動機を最大効率で運転できないという問題があった。
【０００６】
さらに、一定速運転中でも、一次電圧振幅の変化が速すぎて、誘導電動機の発生トルクが負荷トルク以下となって誘導電動機の回転速度が低下し始めると、誘起電圧も回転速度に比例して減少する。その結果、一次電圧振幅をさらに下げると一次電流振幅が低下することとなり、最悪時には誘導電動機が停止してしまうという問題が生じる。そのため、一次電圧振幅変化を緩やかにする必要があるが、一定速運転時に頻繁な負荷トルク変動がある用途では、負荷トルク変動に追従した最大効率運転ができないという問題があった。
【０００７】
本発明は上記のような従来のものの問題点を解消するためになされたものであり、一次電流を検出して安価な装置構成で、一定速運転時のみならず加減速運転時にも高効率で誘導電動機を制御することができ、さらに、負荷トルクが急激に変化するような用途においても、制御の安定性を損ねることなく、誘導電動機の高効率運転が可能な制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る誘導電動機の制御装置は、以下に述べるような手段を備えたものである。
（１）誘導電動機の一次電流と予め設定された一次電圧の周波数指令値とから後述の一次電圧成分指令値と同相である第１の電流成分および位相が９０度ずれた第２の電流成分を演算する電流成分演算回路、
（２）上記第１の電流成分の二乗値と上記第２の電流成分の二乗値の振幅比が予め設定された所定値となるような磁束指令値を演算する磁束指令演算回路、
（３）周波数指令値と上記磁束指令値から一次電圧成分指令値を演算する電圧成分指令演算回路、
（４）上記周波数指令値と上記一次電圧成分指令値から上記誘導電動機の一次電圧指令値を演算する一次電圧指令演算回路、
（５）上記一次電圧指令値を入力して上記誘導電動機の一次電圧を制御する電力変換回路。
【０００９】
また、第２の発明に係る誘導電動機の制御装置は、以下に述べるような手段を備えたものである。
（１）誘導電動機の一次電流と予め設定された一次電圧の周波数指令値とから後述の一次電圧成分指令値と同相である第１の電流成分および位相が９０度ずれた第２の電流成分を演算する電流成分演算回路、
（２）上記第１の電流成分の二乗値と上記第２の電流成分の二乗値の振幅比が予め設定された所定値となるような磁束指令値と該磁束指令値の微分に基づいた磁束微分指令値を演算する磁束指令演算回路、
（３）周波数指令値と上記磁束指令値と磁束微分指令値から一次電圧成分指令値を演算する電圧成分指令演算回路、
（４）上記周波数指令値と上記一次電圧成分指令値から上記誘導電動機の一次電圧指令値を演算する一次電圧指令演算回路、
（５）上記一次電圧指令値を入力して上記誘導電動機の一次電圧を制御する電力変換回路。
【００１０】
また、第３の発明に係る誘導電動機の制御装置は、上記第１または第２の発明に加えて上記磁束指令演算回路中に、磁束指令値の振幅の最大値および最小値の少なくとも一方を制限する制限回路を備えたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明による誘導電動機の制御装置を図面とともに説明する。
図１は本発明の実施の形態１による誘導電動機の制御装置の全体構成を示すブロック図である。図１において、１は誘導電動機２の前段に設けられた可変電圧可変周波数の交流電圧を出力する電力変換回路であって、この電力変換回路１は例えば従来装置におけるインバータ１ａとＰＷＭ回路２８とから構成される。２は誘導電動機、３は電流検出器であり、これらは従来装置のものと全く同一のものである。８は例えば使用者により予め設定された周波数指令値を出力する周波数指令発生器である。４は周波数指令発生器８から出力される周波数指令値および誘導電動機２に供給される一次電流に基づいて第１および第２の電流成分を演算する電流成分演算回路、５は電流成分演算回路４に接続され第１および第２の電流成分に基づいて磁束指令値を演算する磁束指令演算回路である。また、６は磁束指令演算回路５および周波数指令発生器８に接続され一次電圧成分指令値を演算する電圧成分指令演算回路、７は電圧成分指令演算回路６および周波数指令発生器８に接続され一次電圧指令値を演算する一次電圧指令演算回路である。
【００１２】
また、図２は上述した電流成分演算回路４の詳細な構成を示すブロック図である。図２において、電流成分演算回路４は、電流検出器３に接続された入力端子４０、４１と、周波数指令発生器８に接続された入力端子４２と、係数器４３〜４５と、加算器４６、５５と、Ｖ／Ｆコンバータ４７と、カウンタ４８と、ＲＯＭ４９と、乗算形Ｄ／Ａコンバータ５０、５１、５３、５４と、減算器５２と、減算器５２および加算器５５にそれぞれ接続された出力端子５６および５７とから構成されている。
【００１３】
また、図３は上述した磁束指令演算回路５の詳細な構成を示すブロック図である。図３において、磁束指令演算回路５は、電流成分演算回路４に接続された入力端子６０、６１と、乗算器６２、６３と、係数器６４と、減算器６５と、積分器６６と、制限器６７と、制限器６７に接続された出力端子６８とから構成されている。
【００１４】
また、図４は上述した電圧成分指令演算回路６の詳細な構成を示すブロック図である。図４において、電圧成分指令演算回路６は周波数指令発生器８に接続された入力端子７０と、磁束指令演算回路５に接続された入力端子７１と、係数器７２と、乗算器７３と、乗算器７３に接続された出力端子７４とから構成されている。
【００１５】
また、図５は上述した一次電圧指令演算回路７の詳細な構成を示すブロック図である。図５において、一次電圧指令演算回路７は、電圧成分指令演算回路６に接続された入力端子７５と、周波数指令発生器８に接続された入力端子７６と、Ｖ／Ｆコンバータ７７と、カウンタ７８と、ＲＯＭ７９と、乗算形Ｄ／Ａコンバータ８０、８１と、係数器８２、８３、８５、８７と、加算器８４と、減算器８６と、係数器８３に接続された出力端子８８と、係数器８５に接続された出力端子８９と、係数器８７に接続された出力端子９０とから構成されている。
【００１６】
さて、実施の形態１の動作の説明に移る前に、本発明における誘導電動機の高効率制御方式について説明する。
まず、周知のように、速度検出器を用いることなく誘導電動機を可変速制御する方式として、Ｖ／Ｆ一定制御方式がある。本制御方式では、誘導電動機の一次電圧振幅Ｖ1が（１）式の関係式を用いて制御される。
Ｖ1=Φ1ω1      （１）
ここで、Φ1は一次磁束振幅、ω1は一次角周波数（＝２πｆ1、ｆ1：一次周波数）である。
つまり、一次電圧振幅Ｖ1を一次角周波数ω1に比例させれば、誘導電動機の一次磁束振幅Φ1を制御することができる。
【００１７】
次に、本発明における電流成分演算方式について説明する。
公知のように、誘導電動機１に供給される一次電流Ｉ1u、Ｉ1v、Ｉ1wは直交座標軸（ａ−ｂ座標軸とする）上の成分Ｉ1a、Ｉ1bに（２）式の関係式を用いて変換できる。
【００１８】
【数１】
0003716670.tif 000002
【００１９】
さらに、ａ−ｂ座標軸上の電流成分Ｉ1a、Ｉ1bは、一次角周波数ω1で回転する回転座標軸（ｄ−ｑ座標軸とする）上の成分Ｉ1d、Ｉ1qに（３）式の関係式を用いて変換できることも公知である。
Ｉ1d＝Ｉ1acosθ1＋Ｉ1bsinθ1
Ｉ1q＝−Ｉ1asinθ1＋Ｉ1bcosθ1
（ただし、θ1＝∫ω1dt）                （３）
【００２０】
一方、電圧に関しても同様の関係が成立するが、（２）式を利用してａ−ｂ座標軸上の電圧成分Ｖ1a、Ｖ1bから一次電圧Ｖ1u、Ｖ1v、Ｖ1wを求める関係式を導出すると（４）式が得られる。
【００２１】
【数２】
0003716670.tif 000003
【００２２】
同様に、（３）式を利用してｄ−ｑ座標軸上の電圧成分Ｖ1d、Ｖ1qからａ−ｂ座標軸上の電圧成分Ｖ1a、Ｖ1bを求める関係式を導出すると（５）式が得られる。
Ｖ1a＝Ｖ1dcosθ1−Ｖ1qsinθ1
Ｖ1b＝Ｖ1dsinθ1＋Ｖ1qcosθ1      （５）
【００２３】
従って、電圧成分指令演算回路６から出力される一次電圧成分指令値を、ｑ軸上の電圧成分指令値Ｖ1q*とすると、一次電流のｑ軸成分Ｉ1qが一次電圧成分指令値と同相の電流成分すなわち第１の電流成分となる。また、ｄ軸成分とｑ軸成分は位相が９０度ずれていることから、一次電流のｄ軸成分Ｉ1dが一次電圧成分指令値と位相が９０度ずれた電流成分すなわち第２の電流成分となる。
ここで、一次電流のｄ軸成分Ｉ1dおよびｑ軸成分Ｉ1qは、（２）式および（３）式から一次電流Ｉ1u、Ｉ1vおよび一次周波数ｆ1から演算できることがわかる。
【００２４】
次に、誘導電動機の銅損は電流の二乗値に比例することが知られている。そこで、誘導電動機の一次周波数ｆ1は６０Hz（一定）、かつ発生トルクは定格トルクの２０％（一定）とし、一次磁束振幅Φ1を変化させた場合の誘導電動機の効率と、第１および第２の電流成分の二乗値の関係を調べた計算結果の一例をそれぞれ図６（ａ）、（ｂ）に示す。なお、計算にあたっては、銅損および鉄損を考慮している。また、一次電圧成分指令値Ｖ1q*は（１）式の関係式を用いて求め、（４）式および（５）式を用いて得られる一次電圧Ｖ1u、Ｖ1v、Ｖ1wが誘導電動機に印加されるものとした。ただし、Ｖ1d*＝０とした。
【００２５】
図６から、誘導電動機の効率が最大となるときの第１の電流成分Ｉ1qの二乗値と第２の電流成分Ｉ1dの二乗値の関係は一意に決まることがわかる。すなわち、誘導電動機の効率は図のＡ点で最大となるが、このとき、Ｉ1q2＝６２Ａ、Ｉ1d2＝２１Ａなので、Ｉ1dの二乗値のＩ1qの二乗値に対する振幅比Ｋ（＝Ｉ1d2／Ｉ1q2）の値は０．３４（＝２１／６２）となる。従って、振幅比Ｋが０．３４となるように一次磁束振幅Φ1を制御すれば、誘導電動機の効率が最大となることがわかる。
【００２６】
このように、一次周波数と発生トルクがわかれば、誘導電動機の効率が最大となる振幅比Ｋの値を求めることができる。さらに、図６からわかるように、最大効率点（Ａ点）付近の効率変化は緩やかなので、Ｋの値が最大効率点での値から多少ずれても誘導電動機の効率はあまり変化しない。そこで、一次周波数と発生トルクを変化させた場合に、誘導電動機の効率が最大となる振幅比Ｋの値がどのように変化するかを計算によって調べたところ、Ｋの値の変化が小さいことが明らかとなった。以上のことから、振幅比Ｋの値を一定としても実用上問題ないと考えられる。振幅比Ｋの値を一定（０．３４）として、一次周波数ｆ1や発生トルクを変化させた場合の誘導電動機の効率の計算結果を図７に実線で示す。この図では、比較のために、一次磁束振幅値Φ1を定格値一定とした従来のＶ／Ｆ制御時の効率特性が破線で示されている。この図から、振幅比Ｋの値を一定としても、従来のＶ／Ｆ制御時と比較して軽負荷時の効率を大幅に改善できることがわかる。
【００２７】
また、本制御方式によれば、軽負荷時に誘導電動機の一次磁束振幅が減少することにより、一次電流が減少し、銅損や鉄損が減少するので、効率が向上される。逆に、負荷が増加すると、最大効率点での一次磁束振幅が増加する。その結果、磁気飽和が原因で誘導電動機の一次磁束が指令値どおりに増えなくなると、一次電流が増加して銅損が増加し、効率が低下するという問題が生じる。そのため、一次磁束振幅値Φ1に制限を設けるとよい。図７では、本発明による制御時の一次磁束指令値Φ1*の最大値を定格値としている。その結果、誘導電動機の負荷が増加すると、本発明による制御時と従来のＶ／Ｆ制御時は同じ効率特性を示す。また、後述の理由により一次磁束指令値Φ1*に最小値を設けている。このため、本発明による制御時には、ごく軽負荷時に誘導電動機の効率が低下している。
【００２８】
次に、負荷トルクをステップ状に急変させたときの応答波形の一例を図８に示す。図８において、（ａ）は効率、（ｂ）はトルク、（ｃ）は回転速度の経時変化をそれぞれ示している。図では、回転速度１７６０ｒｐｍにおいて負荷トルクを１０％と３０％の間でステップ状に急変させた場合を示している。この図から、本発明による制御方式は、負荷トルクの急変時にも、制御の安定性が損なわれることなく、高効率運転を実現できることがわかる。なお、一次電圧の変化に対する一次磁束の応答には、誘導電動機のインダクタンスに起因する遅れがある。このため、軽負荷時に一次磁束振幅を小さくしすぎると、負荷トルクが急激に変化するような場合は、負荷トルク変化に対し一次磁束の変化が追従できないため、過渡的に過大な一次電流が流れる恐れがある。このような場合は、一次磁束指令値Φ1*に最小値を設けると良い。
【００２９】
次に、上述した実施の形態１の動作を図２〜図５を参照しながら説明する。
まず、図２で示すように、第１および第２の電流成分、すなわち一次電流のｑ軸成分Ｉ1qおよびｄ軸成分Ｉ1dが電流成分演算回路４から出力される。すなわち、電流検出器３から入力端子４０および４１を経由して、それぞれ一次電流Ｉ1uおよびＩ1vを入力すると、係数器４３〜４５および加算器４６によって、（２）式の演算が行なわれ、係数器４３および加算器４６からそれぞれ一次電流のａ軸成分Ｉ1aおよびｂ軸成分Ｉ1bが出力される。
【００３０】
一方、周波数指令発生回路８から出力されたアナログ量の一次周波数指令値ｆ1*を入力端子４２を経由してＶ／Ｆコンバータ４７に入力すると、周波数が一次周波数指令値ｆ1*に比例したパルス列の信号が得られ、カウンタ４８によって一次周波数指令値ｆ1*の時間積分値であるディジタル量の角度θ1が求められ、sinθ1およびcosθ1の値が記憶されたＲＯＭ４９のアドレスとして入力される。すると、ＲＯＭ４９からsinθ1およびcosθ1のディジタル量が出力される。
続いて、係数器４３および加算器４６からそれぞれ出力された一次電流のａ軸成分Ｉ1aおよびｂ軸成分Ｉ1bと、ＲＯＭ４９から出力されたsinθ1およびcosθ1のディジタル量を乗算形Ｄ／Ａコンバータ５０、５１、５３、５４に入力して乗算、アナログ変換した後、減算器５２および加算器５５に入力すると、（３）式の演算が行なわれ、出力端子５６および５７からそれぞれ第１および第２の電流成分Ｉ1qおよびｄ軸成分Ｉ1dが出力される。
【００３１】
続いて、図３で示すように、一次磁束指令値Φ1*が磁束指令演算回路５から出力される。すなわち、電流成分演算回路４から入力端子６０および６１を経由して、第１および第２の電流成分Ｉ1qおよびＩ1dを入力すると、乗算器６２および６３からそれぞれの電流成分の二乗値が出力される。続いて、乗算器６２から出力された第１の電流成分Ｉ1qの二乗値を係数器６４に入力してＫ倍したのち、減算器６５によって第２の電流成分Ｉ1dの二乗値との偏差が求められる。さらに、この偏差を積分器６６に入力すると一次磁束指令値Φ1*が出力され、制限器６７によって所定の最小値以下かつ最大値以上にならないように値が制限されたのち、出力端子６８から一次磁束指令値Φ1*が出力される。
【００３２】
続いて、図４で示すように、一次電圧成分指令値Ｖ1q*が電圧成分指令演算回路６から出力される。すなわち、周波数指令発生回路８から入力端子７０を経由して出力された一次周波数指令値ｆ1*を係数値が２πの係数器７２に入力すると一次角周波数指令値ω1*が出力される。続いて、磁束指令演算回路５から入力端子７１を経由して出力された一次磁束指令値Φ1*と、上記一次角周波数指令値ω1*を乗算器７３により（１）式の演算が行われ、出力端子７４から一次電圧成分指令値Ｖ1q*が出力される。
【００３３】
次に、図５で示すように、一次電圧指令値Ｖ1u*、Ｖ1v*、Ｖ1w*が一次電圧指令演算回路７から出力される。すなわち、電圧成分指令演算回路６から入力端子７５を経由して一次電圧成分指令値Ｖ1q*が入力される。一方、入力端子７６を経由して周波数指令発生回路８から一次周波数指令値ｆ1*を入力すると、上述した電流成分演算回路４と同じ動作によって、ＲＯＭ７９からsinθ1およびcosθ1のディジタル値が出力される。
【００３４】
そして、一次電圧成分指令値Ｖ1q*とsinθ1およびcosθ1のディジタル値を乗算形Ｄ／Ａコンバータ８０、８１に入力して乗算、アナログ変換すると、（５）式の演算が行われ一次電圧のａ軸およびｂ軸の成分指令値Ｖ1a*、Ｖ1b*が出力される。ただし、一次電圧のｄ軸成分指令値Ｖ1d*の値は０である。続いて、係数器８２、８３、８５、８７、減算器８４、８６によって、（４）式の演算が行われ、出力端子８８〜９０からそれぞれ、一次電圧指令値Ｖ1u*、Ｖ1v*、Ｖ1w*が出力される。
【００３５】
続いて、これらの一次電圧指令Ｖ1u*、Ｖ1v*、Ｖ1w*を電力変換回路１に入力すると、周知の動作によって誘導電動機２に印加される一次電圧の実際値がそれぞれ、これらの一次電圧指令に追従するよう制御される。
【００３６】
以上の動作によって、誘導電動機２の一次磁束振幅Φ1が磁束指令演算回路５から出力される指令値Φ1*に追従するように制御される。その結果、第１の電流成分Ｉ1qの二乗値と第２の電流成分Ｉ1qの二乗値の振幅比は、（６）式の関係を満足されるように制御される。
【００３７】
【数３】
0003716670.tif 000004
【００３８】
実施の形態２．
なお、一次周波数ｆ1が低い範囲では、誘導電動機の一次巻線抵抗Ｒ1による電圧低下が原因で一次磁束振幅Φ1が指令値どおりに制御されなくなり、所望の効率改善効果が得られない場合が考えられる。このような場合は、電圧成分指令演算回路６の構成を図９のように変更して、上記電圧低下分を電流成分演算回路４から出力された第１および第２の電流成分Ｉ1qおよびＩ1dを用いて補正すればよい。
【００３９】
すなわち、図９に示されたブロック図の電圧成分指令演算回路６aでは、電流成分演算回路４から入力端子９１、９２をそれぞれ経由して出力された第１および第２の電流成分Ｉ1qおよびＩ1dをそれぞれ、誘導電動機２の一次巻線抵抗Ｒ1に等しい係数値を持った係数器９３、９４に入力すると、一次巻線抵抗Ｒ1による電圧低下分Ｒ1Ｉ1q、Ｒ1Ｉ1dが求められる。そして、加算器９５によって、乗算器７３から出力されたｑ軸電圧成分指令値（図４の電圧成分指令値から出力される一次電圧成分指令値と同じ電圧）と係数器９３から出力された一次巻線抵抗Ｒ1による電圧低下分Ｒ1Ｉ1qが加算され、ｑ軸の一次電圧成分指令値Ｖ1q*として出力端子９６から出力される。一方、一次巻線抵抗Ｒ1による電圧低下分Ｒ1Ｉ1dはｄ軸の一次電圧成分指令値Ｖ1d*として出力端子９７から出力される。
【００４０】
次に、これらのｑ軸およびｄ軸の一次電圧成分指令値Ｖ1q*、Ｖ1d*は一次電圧指令演算回路７へ入力され、（４）式および（５）式の関係式を用いて一次電圧指令Ｖ1u*、Ｖ1v*、Ｖ1w*に変換され、電力変換回路１へ出力される。
【００４１】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３による誘導電動機の制御装置について説明する。図１０は、実施の形態１において、大きなステップ幅で負荷トルクが急変した場合の応答波形の一例を示し、（ａ）は効率、（ｂ）はトルク、（ｃ）は回転速度、（ｄ）は一次電流の経時変化をそれぞれ示している。図では、回転速度９００ｒｐｍにおいて負荷トルクを０％から８０％にステップ状に急変させた場合を示している。
一次磁束指令値Φ1*の最小値を小さくしすぎると上述したように、過渡的に過大な一次電流が流れる。そこで、負荷トルクの変化幅が大きい場合は、過渡応答を改善するために磁束指令演算回路５から磁束指令値Φ1*に加え磁束微分指令値sΦ1*を出力し、電圧成分指令演算回路６は一次周波数指令値ｆ1*と上記Φ1*およびsΦ1*とに基づいて磁束に関する微分項磁束を補正すればよい。磁束Φ1に同期して回転する誘導電動機の座標軸上では次式が成り立つ。
Ｖ1d = Ｒ1Ｉ1d + sΦ1
Ｖ1q = Ｒ1Ｉ1q + ωΦ1      （７）
ただし、ｓは微分演算子（ラプラス演算子）
そこで、一次電圧のｄ軸成分指令Ｖ1d*に磁束微分指令値を考慮すれば、磁束Φ1の応答が向上する。従って、負荷トルクが急変した時の過大な一次電流を抑制することが可能な上に、回転速度の応答性を向上させることができる。
【００４２】
図１０と同様の負荷変動時のｄ軸一次電圧成分指令Ｖ1d*に磁束微分指令値を考慮した本発明の実施の形態３による装置における応答波形の一例を図１１に示す。図１１において、（ａ）は効率、（ｂ）はトルク、（ｃ）は回転速度、（ｄ）は一次電流の経時変化をそれぞれ示している。図１０と比較して分かるように、ｄ軸一次電圧成分指令Ｖ1d*に磁束微分指令値を考慮すれば、過大な一次電流を抑制することが可能な上に回転速度の応答性が向上することが分かる。
【００４３】
図１２は本発明の実施の形態３に係る電圧成分指令演算回路５ｂを示すブロック図であり、図１２において、１０１は一次遅れ演算器、１０２は磁束微分指令値の出力端子である。その他の構成は実施の形態１と同一のものであり、その説明を省略する。
一次磁束指令値Φ1*が制限器６７によって制限されない範囲に存在する場合、積分器６６の入力は磁束指令Φ1*の微分値に比例する。従って、積分器６６の入力（即ち減算器６５の出力）に基づいて磁束微分指令値を求めればよい。
一次遅れ演算器１０１は、Ｋ倍された第１の電流成分Ｉ1qの二乗値と第２の電流成分Ｉ1dの二乗値との偏差を入力し、次式で示される一次遅れ演算を行う。
sΦ1*= Ｋx／（１＋Ｔxｓ）Ｕ1      （８）
ただし、    Ｕ1：減算器６５の出力
Ｋx：ゲイン設定値
Ｔx：時定数設定値
そして一次遅れ演算器１０１の演算結果は磁束微分指令値sΦ1*として出力端子１０２から出力される。
【００４４】
図１３は本発明の実施の形態３に係る電圧成分指令演算回路６ｂを示すブロック図であり、図１３において、１１０は磁束微分指令値の入力端子、１１１はｄ軸一次電圧成分指令の出力端子である。その他の構成は実施の形態１と同一のものであり、その説明を省略する。
この様にｄ軸およびｑ軸の一次電圧成分指令値Ｖ1d*，Ｖ1q*は出力端子１１１、７４から出力される。そして、これらのｑ軸およびｄ軸の一次電圧成分指令値Ｖ1q*、Ｖ1d*は上記実施の形態２と同様に一次電圧指令Ｖ1u*、Ｖ1v*、Ｖ1w*に変換され、電力変換回路１へ出力される。
これにより、磁束指令に対する磁束の応答性が向上し、負荷トルクが急変した時の過大な一次電流を抑制できる。
【００４５】
実施の形態４．
なお、一次周波数ｆ1が低い範囲で、誘導電動機の一次巻線抵抗Ｒ1による電圧低下が原因で一次磁束振幅Φ1が指令値どおりに制御されなくなり、所望の効率改善効果が得られない場合は、上記実施の形態３における電圧成分指令演算回路６ｂの構成を図１４のように変更し、実施の形態２の場合と同様に、上記電圧低下分を電流成分演算回路４から出力された第１および第２の電流成分Ｉ1qおよびＩ1dを用いて補正してもよい。図１４において、１２０は磁束指令演算回路５ｂに接続された入力端子、１２１、１２２は加算器、１２３はｑ軸一次電圧成分指令の出力端子、１２４はｄ軸一次電圧成分指令の出力端子である。その他の構成は実施の形態２の図９と同一のものであり、その説明を省略する。
【００４６】
加算器１２１によって（８）式の一次抵抗によるｑ軸電圧降下分Ｒ1Ｉ1qを補正し、加算器１２２によって（７）式の一次抵抗によるｑ軸電圧降下分Ｒ1Ｉ1dを補正する。
これにより、誘導電動機の一次巻線抵抗Ｒ1による電圧低下分が補正できるので、一次周波数ｆ1が低い範囲でも一次磁束振幅Φ1を指令値どおりに制御でき、、所望の効率改善効果が得られる上に負荷トルクが急変した時の過大な一次電流を抑制できる。
【００４７】
なお、上記各実施の形態では、本発明をＶ／Ｆ一定制御に適用した場合について説明したが、誘導モータの磁束を制御するベクトル制御や一次磁束一定制御などの他の制御にも適用できることは言うまでもない。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように、第１の発明においては、可変電圧可変周波数の交流一次電圧を出力して誘導電動機を駆動する電力変換回路と、上記電力変換回路から上記誘導電動機に供給される一次電流を検出するための電流検出器と、上記一次電流と予め設定された上記交流一次電圧の周波数指令値とから第１および第２の電流成分を演算する電流成分演算回路と、上記第１の電流成分の二乗値と上記第２の電流成分の二乗値の振幅比が予め設定された所定値となるような磁束指令値を演算する磁束指令演算回路と、上記周波数指令値と上記磁束指令演算回路の出力から一次電圧成分指令値を演算する電圧成分指令演算回路と、上記周波数指令値と上記一次電圧成分指令値から上記誘導電動機の一次電圧指令値を演算して上記電力変換回路へ出力する一次電圧指令演算回路とを備え、上記電流成分演算回路は上記一次電圧成分指令値と同相である第１の電流成分および位相が９０度ずれた第２の電流成分を演算するように構成したので、一定速運転時のみならず加減速運転時にも高効率で誘導電動機を制御することができる。さらに、負荷トルクが急激に変化するような用途においても、制御の安定性を損ねることなく、誘導電動機の高効率運転が可能である。
さらに、制御に必要な情報は誘導電動機に供給される一次電流のみであるので、制御装置が安価に構成できる効果がある。
【００４９】
また、第２の発明においては、可変電圧可変周波数の交流一次電圧を出力して誘導電動機を駆動する電力変換回路と、上記電力変換回路から上記誘導電動機に供給される一次電流を検出するための電流検出器と、上記一次電流と予め設定された上記交流一次電圧の周波数指令値とから第１および第２の電流成分を演算する電流成分演算回路と、上記第１の電流成分の二乗値と上記第２の電流成分の二乗値の振幅比が予め設定された所定値となるような磁束指令値と該磁束指令値の微分に基づいた磁束微分指令値を演算する磁束指令演算回路と、上記周波数指令値と上記磁束指令値と上記磁束微分指令値から一次電圧成分指令値を演算する電圧成分指令演算回路と、上記周波数指令値と上記一次電圧成分指令値から上記誘導電動機の一次電圧指令値を演算して上記電力変換回路へ出力する一次電圧指令演算回路とを備え、上記電流成分演算回路は上記一次電圧成分指令値と同相である第１の電流成分および位相が９０度ずれた第２の電流成分を演算するように構成したので、一定速運転時のみならず加減速運転時にも高効率で誘導電動機を制御することができる。さらに、負荷トルクが急激に変化するような用途においても、磁束指令に対する磁束の応答性が向上し、負荷トルクが急変した時の過大な一次電流を抑制することが可能であるので、安定に制御することができ、誘導電動機の高効率運転が可能である。
さらに、制御に必要な情報は誘導電動機に供給される一次電流のみであるので、制御装置が安価に構成できる効果がある。
【００５０】
また、第３の発明においては、上記第１または第２の発明に加えて、上記磁束指令演算回路中に、磁束指令値の振幅の最大値および最小値の少なくとも一方を制限する制限回路を備えたので、最大値を制限した場合は、負荷が増加したときに最大効率点での一次磁束振幅が増加する結果、磁気飽和が原因で誘導電動機の一次磁束が指定値どおりに増えなくなると一次電流が増加して鉄損が増加し、効率が低下するという問題を防止できる。また、最小値を制限した場合は、軽負荷時に一次磁束振幅を小さくしすぎると、負荷トルクが急激に変化するような場合に、負荷トルク変化に対し一次磁束の変化が追従できないため、過渡的に過大な一次電流が流れるという問題を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１による誘導電動機の制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】  実施の形態１に係る電流成分演算回路の構成を示すブロック図である。
【図３】  実施の形態１に係る磁束指令演算回路の構成を示すブロック図である。
【図４】  実施の形態１に係る電圧成分指令演算回路の構成を示すブロック図である。
【図５】  実施の形態１に係る一次電圧指令演算回路の構成を示すブロック図である。
【図６】  本発明による高効率制御方式の動作原理を説明するための図である。
【図７】  実施の形態１および従来の制御方式による誘導電動機の効率特性を示す説明図である。
【図８】  実施の形態１による高効率制御系の負荷トルクのステップ変化時の応答波形を示す図である。
【図９】  本発明の実施の形態２に係る電圧成分指令演算回路の構成を示すブロック図である。
【図１０】  実施の形態１による高効率制御系の負荷トルクの急激なステップ変化時の応答波形を示す図である。
【図１１】  実施の形態３による高効率制御系の負荷トルクの急激なステップ変化時の応答波形を示す図である。
【図１２】  実施の形態３に係る磁束指令演算回路の構成を示すブロック図である。
【図１３】  実施の形態３に係る一次電圧指令演算回路の構成を示すブロック図である。
【図１４】  実施の形態４に係る一次電圧指令演算回路の構成を示すブロック図である。
【図１５】  従来の誘導電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１６】  従来の誘導電動機の制御装置における高効率制御方式の動作原理を説明する図である。
【符号の説明】
１  電力変換回路、２  誘導電動機、３  電流検出器、４  電流成分演算回路、５  磁束指令演算回路、６、６ａ  電圧成分指令演算回路、７  一次電圧指令演算回路、８  周波数指令発生器。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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