(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
速度指令値にすべり周波数に相関する物理量を修正値として加算し、該修正された速度指令値に基づいて出力電圧の周波数を制御して誘導電動機をベクトル制御する誘導電動機駆動装置において、
回転方向のトルクを増加させるように前記修正値を低減補正して、該低減補正された修正値に応じた速度指令値に基づいて出力電圧の周波数を制御し、該低減補正する前の前記修正された速度指令値に基づいて出力電圧の大きさを制御することを特徴とする誘導電動機駆動装置。
【請求項２】
前記すべり周波数に相関する物理量は、電動機電流と電動機発生トルクと前記電動機電流に基づいて推定されるすべり周波数推定値の少なくとも１つであることを特徴とする請求項１に記載の誘導電動機駆動装置。
【請求項３】
前記すべり周波数に相関する物理量が設定値以上のときと変化率の少なくとも一方に応じて前記修正値を低減補正することを特徴とする請求項１に記載の誘導電動機駆動装置。
【請求項４】
前記速度指令値が設定値以下のときに、前記修正値を低減補正することを特徴とする請求項１に記載の誘導電動機駆動装置。
【請求項５】
前記速度指令値が設定値以下のときに、前記速度指令値に応じて前記修正値を低減補正することを特徴とする請求項４に記載の誘導電動機駆動装置。
【請求項６】
前記修正値は、同一トルク条件もしくは同一電動機電流条件下で、所定の電動機速度以下における値が該所定の電動機速度以上における値よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の誘導電動機駆動装置。
【請求項７】
速度指令値にすべり周波数に相関する物理量を修正値として加算し、該修正された速度指令値に基づいて出力電圧の周波数を制御して誘導電動機をベクトル制御する誘導電動機駆動装置において、
電動機電流と電動機速度の少なくとも一方に応じて前記修正値を補正する手段を設け、該手段により所定の電動機速度以下における補正された前記修正値は、同一電動機電流条件下で、回転方向のトルクが増加するように、該所定の電動機速度以上における値よりも小さくなし、前記小さく補正された修正値に応じた速度指令値に基づいて出力電圧の周波数を制御し、前記小さく補正される前の修正値に応じた速度指令値に基づいて出力電圧の大きさを制御することを特徴とする誘導電動機駆動装置。
【請求項８】
前記修正値を補正する手段は、前記電動機電流と前記電動機速度の変化率との少なくとも一方に応じて前記修正値を低減補正することを特徴とする請求項７に記載の誘導電動機駆動装置。
【請求項９】
前記修正値を補正する手段は、前記誘導電動機の特性パラメータに係る所定の時定数の変化率に応じて前記修正値を低減補正することを特徴とする請求項７に記載の誘導電動機駆動装置。
【請求項１０】
速度指令値にすべり周波数に相関する物理量を修正値として加算し、該修正された速度指令値に応じてベクトル制御に係る出力電圧を制御するとともに、前記修正された速度指令値に基づいて前記出力電圧の周波数を制御する誘導電動機駆動装置において、
電動機電流と電動機速度と前記誘導電動機の特性パラメータに係る所定の時定数の少なくとも１つに応じて、少なくとも前記出力電圧の周波数を制御する前記速度指令値に係る前記修正値を補正する手段を設け、前記低減補正された修正値に応じて出力電圧の周波数を制御し、該低減補正する前の前記修正された速度指令値に応じて出力電圧の大きさを制御するものであって、前記補正は、回転方向のトルクを増加するように出力電圧の周波数を低減するようになされることを特徴とする誘導電動機駆動装置。
【請求項１１】
前記修正値を補正する手段は、前記電動機電流と前記電動機速度と前記誘導電動機の特性パラメータに係る所定の時定数の少なくとも１つの変化率に応じて前記修正値を低減補正することを特徴とする請求項１０に記載の誘導電動機駆動装置。
【請求項１２】
前記修正値を補正する手段は、前記周波数の制御に係る前記修正値と同一の修正値により前記出力電圧のd軸電圧の制御に係る前記速度指令値を補正することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の誘導電動機駆動装置。
【請求項１３】
前記修正値を補正する手段は、電動機電流と電動機速度と前記誘導電動機の特性パラメータに係る所定の時定数の少なくとも１つに応じて、前記修正値を変化させることを特徴とする請求項１０に記載の誘導電動機駆動装置。
【請求項１４】
前記修正値を補正する手段により補正された前記修正値は、同一トルク条件もしくは同一電動機電流条件下で、所定の電動機速度以下における値が、該所定の電動機速度以上における値よりも小さいことを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれかに記載の誘導電動機駆動装置。
【請求項１５】
速度指令値にすべり周波数に相関する物理量を修正値として加算し、該修正された速度指令値に応じてベクトル制御に係るｄ軸出力電圧及びｑ軸出力電圧を制御するとともに、前記修正された速度指令値に基づいて前記出力電圧の周波数を制御する誘導電動機駆動装置において、
前記ｑ軸出力電圧は前記修正された速度指令値に応じた値となり、前記ｄ軸出力電圧は前記修正された速度指令値に応じた値よりも小さくなると共に、前記出力電圧の周波数は回転方向のトルクを増加させるように前記修正された速度指令値に応じた値よりも小さくなるように補正して制御することを特徴とする誘導電動機駆動装置。
【請求項１６】
速度指令値にすべり周波数に相関する物理量を修正値として加算し、該修正された速度指令値に応じてベクトル制御に係る出力電圧を制御するとともに、前記修正された速度指令値に基づいて前記出力電圧の周波数を制御する誘導電動機駆動装置において、
電動機電流と電動機速度と前記誘導電動機の特性パラメータに係る所定の時定数の少なくとも１つに応じて、前記出力電圧の周波数指令値を回転方向のトルクを増加するように低減補正すると共に、前記低減補正された周波数指令に基づいて、前記出力電圧のｑ軸電圧指令値及びｄ軸電圧指令値を求め、さらに、前記求めたｑ軸電圧指令値を増加補正して各々の指令値を用いて制御する手段を設けたことを特徴とする誘導電動機駆動装置。
【請求項１７】
前記ｑ軸電圧指令値を補正する手段は、同一トルク条件もしくは同一電動機電流条件下で、補正後のｑ軸電圧指令値を所定の電動機速度以上に比べ該所定の電動機速度以下において大きく補正することを特徴とする請求項１６に記載の誘導電動機駆動装置。
【請求項１８】
前記ｑ軸電圧指令値を補正する手段は、前記ｑ軸電圧指令値の補正量を、前記電動機電流と前記電動機速度と前記時定数の少なくとも１つの変化率に応じて変化させることを特徴とする請求項１７に記載の誘導電動機駆動装置。
【請求項１９】
速度指令値に電動機電流に基づいて求めたすべり周波数推定値を加算して周波数指令値を生成し、該周波数指令値に基づいてベクトル制御に係る電圧指令値を生成するとともに出力電圧の周波数を制御する誘導電動機駆動装置において、
前記すべり周波数推定値よりも小さいすべり周波数補償値を生成し、前記速度指令値に前記すべり周波数推定値を加算した周波数指令値Ａと、前記速度指令値に前記すべり周波数補償値を加算した周波数指令値Ｂを生成し、前記周波数指令値Aを用いてｑ軸電圧指令値を演算し、前記周波数指令値Bを用いてｄ軸電圧指令値を演算し、前記周波数指令値Bを用いて出力電圧の周波数を制御するものであって、前記周波数指令値は、前記出力電圧の周波数を低減補正して回転方向のトルクを増加させるような値として設定してなる誘導電動機駆動装置。
【請求項２０】
前記周波数指令値Ｂを用いてｄ軸電圧指令値を演算することを特徴とする請求項１９に記載の誘導電動機駆動装置。
【請求項２１】
前記周波数指令値Aから前記周波数指令値Bを引いた差分が、定格すべり角周波数の０倍より大きく１倍以下であることを特徴とする請求項１９又は２０に記載の誘導電動機駆動装置。
【請求項２２】
前記速度指令値又は電動機速度が設定値以上に達したとき、前記周波数指令値Aと前記周波数指令値Ｂを一致させることを特徴とする請求項１９に記載の誘導電動機駆動装置。
【請求項２３】
前記周波数指令値Aと前記周波数指令値Ｂを一致させる際に、前記誘導電動機の特性パラメータに係る所定の時定数の変化率で両者の値を変化させることを特徴とする請求項２２に記載の誘導電動機駆動装置。
【請求項２４】
前記周波数指令値Aと前記周波数指令値Ｂを一致させるのに要する時間を、前記誘導電動機のTσ（漏れインダクタンスの一次側換算値の和Lσ／電動機抵抗の一次側換算値の和rσ）の１／１０以上で、前記誘導電動機の二次時定数Ｔ２の１０倍以下にすることを特徴とする請求項２３に記載の誘導電動機駆動装置。
【請求項２５】
前記周波数指令値Aと前記周波数指令値Ｂを一致させるにあたり、前記速度指令値の変化率に応じて両者の差を変化させて一致させることを特徴とする請求項２２に記載の誘導電動機駆動装置。
【請求項２６】
前記電動機電流が設定値を超えたとき、前記周波数指令値Aと前記周波数指令値Bの差を大きくすることを特徴とする請求項１９に記載の誘導電動機駆動装置。
【請求項２７】
前記すべり周波数補償値を小さくして、前記周波数指令値Aと前記周波数指令値Bの差を大きくすることを特徴とする請求項２６に記載の誘導電動機駆動装置。
【請求項２８】
前記電動機電流が設定値を超えたとき、前記すべり周波数補償値を０にすることを特徴とする請求項１９に記載の誘導電動機駆動装置。
【請求項２９】
前記すべり周波数補償値を０にする際に、前記誘導電動機の特性パラメータに係る所定の時定数の変化率で前記すべり周波数補償値を変化させることを特徴とする請求項２８に記載の誘導電動機駆動装置。
【請求項３０】
前記すべり周波数補償値を０にするのに要する時間を、前記誘導電動機のTσ（漏れインダクタンスの一次側換算値の和Lσ／電動機抵抗の一次側換算値の和rσ）の１／１０以上で、前記誘導電動機の二次時定数Ｔ２の１０倍以下であることを特徴とする請求項２９に記載の誘導電動機駆動装置。
【請求項３１】
前記すべり周波数補償値を０にする際に、前記速度指令値の変化率に応じてゼロにすることを特徴とする請求項２８に記載の誘導電動機駆動装置。
【請求項３２】
誘導電動機が起動した後は、周波数指令値に基づいて、誘導電動機の電圧の大きさと周波数を制御し、起動に際しては、電圧印加後の、電圧の大きさの変化に対する周波数の変化は、起動された後の電圧の大きさの変化に対する周波数の変化よりも小さくなるように、前記周波数指令値に基づいて電圧の大きさを制御し、且つ、該電圧の周波数を、前記周波数指令値に従う値よりも低減制御することを特徴とする誘導電動機制御装置。
【請求項３３】
前記電圧の大きさの変化に対する周波数の変化は、出力電流に基づいて制御されることを特徴とする請求項３２に記載の誘導電動機制御装置。
【請求項３４】
誘導電動機が起動した後は、周波数指令値に基づいて、誘導電動機の電流の大きさと周波数を制御し、起動に際しては、電流発生後の、電流の大きさの変化に対する周波数の変化は、起動された後の電流の大きさの変化に対する周波数の変化よりも小さくなるように、前記周波数指令値に基づいて電流の大きさを制御し、且つ、該電流の周波数を、前記周波数指令値に従う値よりも低減制御することを特徴とする誘導電動機制御装置。
【請求項３５】
前記電流の大きさの変化に対する周波数の変化は、出力電流に基づいて制御されることを特徴とする請求項３４に記載の誘導電動機制御装置。
【請求項３６】
誘導電動機が起動した後は、周波数指令値に基づいて、誘導電動機の電圧の大きさと周波数を制御し、起動に際しては、電圧印加後の、電圧の大きさの変化に対する周波数の変化は、起動された後の電圧の大きさの変化に対する周波数の変化よりも小さくなるように、前記周波数指令値に基づいて電圧の大きさを制御し、且つ、該電圧の周波数を、前記周波数指令値に従う値よりも低減制御する誘導電動機制御方法。
【請求項３７】
前記電圧の大きさの変化に対する周波数の変化は、出力電流に基づいて制御されることを特徴とする請求項３６に記載の誘導電動機制御方法。
【請求項３８】
誘導電動機が起動した後は、周波数指令値に基づいて、誘導電動機の電流の大きさと周波数を制御し、起動に際しては、電流発生後の、電流の大きさの変化に対する周波数の変化は、起動された後の電流の大きさの変化に対する周波数の変化よりも小さくなるように、前記周波数指令値に基づいて電流の大きさを制御し、且つ、該電流の周波数を、前記周波数指令値に従う値よりも低減制御する誘導電動機制御方法。
【請求項３９】
前記電流の大きさの変化に対する周波数の変化は、出力電流に基づいて制御されることを特徴とする請求項３８に記載の誘導電動機制御方法。
【請求項４０】
周波数指令値を演算し、該周波数指令値に基づいて電圧指令値を演算する誘導電動機制御装置であって、起動された後は、該演算された周波数指令値により誘導電動機の電圧の周波数を制御し、該電圧指令値により誘導電動機の電圧の大きさを制御し、起動に際しては、電圧印加後の、前記演算された電圧指令値に基づいて誘導電動機の電圧が制御され、回転方向のトルクを増加させるように前記電圧指令値の演算の基となった周波数指令値よりも小さく補正された周波数指令値を演算し、前記小さく補正された周波数指令値により電圧の周波数を制御することを特徴とする誘導電動機制御装置。
【請求項４１】
周波数指令値を演算し、該周波数指令値に基づいて電流の大きさと周波数を制御する誘導電動機制御装置であって、起動された後は、該演算された周波数指令値により誘導電動機の電流の周波数を制御し、該指令値に応じて誘導電動機の電流の大きさを制御し、起動に際しては、電流発生後の、回転方向のトルクを増加させるように前記電流の大きさの制御の基となった周波数指令値よりも小さく補正された周波数指令値を演算し、前記小さく補正された周波数指令値により電流の周波数を制御することを特徴とする誘導電動機制御装置。
【請求項４２】
周波数指令値を演算し、該周波数指令値に基づいて電圧指令値を演算する誘導電動機制御方法であって、起動された後は、該演算された周波数指令値により誘導電動機の電圧の周波数を制御し、該電圧指令値により誘導電動機の電圧の大きさを制御し、起動に際しては、電圧印加後の、前記演算された電圧指令値に基づいて誘導電動機の電圧が制御され、回転方向のトルクを増加させるように前記電圧指令値の演算の基となった周波数指令値よりも小さく補正された周波数指令値を演算し、前記小さく補正された周波数指令値により電圧の周波数を制御する誘導電動機制御方法。
【請求項４３】
周波数指令値を演算し、該周波数指令値に基づいて電流の大きさと周波数を制御する誘導電動機制御方法であって、起動された後は、該演算された周波数指令値により誘導電動機の電流の周波数を制御し、該指令値に応じて誘導電動機の電流の大きさを制御し、起動に際しては、回転方向のトルクを増加させるように、電流発生後の、前記電流の大きさの制御の基となった周波数指令値よりも小さく補正された周波数指令値を演算し、前記小さく補正された周波数指令値により電流の周波数を制御する誘導電動機制御方法。
【請求項４４】
速度指令値にすべり周波数に相関する物理量を加算して周波数指令値を演算し、起動後は、該周波数指令値に基づいて電圧の周波数を制御すると共に電圧を制御する誘導電動機制御装置であって、回転方向のトルクを増加させるように、すべり速度を小さくみつもって演算された周波数指令値に基づいて誘導電動機の電圧の周波数を制御すると共に、前記小さくみつもった周波数指令値に相当する電圧よりも大きな値となるように電圧を制御することを特徴とする誘導電動機制御装置。
【請求項４５】
速度指令値にすべり周波数に相関する物理量を加算して周波数指令値を演算し、起動後は、該周波数指令値に基づいて電流の周波数を制御すると共に電流を制御する誘導電動機制御装置であって、回転方向のトルクを増加させるように、すべり速度を小さくみつもって演算された周波数指令値に基づいて誘導電動機の電流の周波数を制御すると共に、前記小さくみつもった周波数指令値に相当する電流よりも大きな値となるように電流を制御することを特徴とする誘導電動機制御装置。
【請求項４６】
速度指令値にすべり周波数に相関する物理量を加算して周波数指令値を演算し、起動後は、該周波数指令値に基づいて電圧の周波数を制御すると共に電圧を制御する誘導電動機制御方法であって、回転方向のトルクを増加させるように、すべり速度を小さくみつもって演算された周波数指令値に基づいて誘導電動機の電圧の周波数を制御すると共に、前記小さくみつもった周波数指令値に相当する電圧よりも大きな値となるように電圧を制御する誘導電動機制御方法。
【請求項４７】
速度指令値にすべり周波数に相関する物理量を加算して周波数指令値を演算し、起動後は、該周波数指令値に基づいて電流の周波数を制御すると共に電流を制御する誘導電動機制御方法であって、回転方向のトルクを増加させるように、すべり速度を小さくみつもって演算された周波数指令値に基づいて誘導電動機の電流の周波数を制御すると共に、前記小さくみつもった周波数指令値に相当する電流よりも大きな値となるように電流を制御する誘導電動機制御方法。
【請求項４８】
周波数指令値を演算し、前記周波数指令値に基づいて電圧指令値を演算し、起動後は、前記周波数指令値及び電圧指令値に基づいて誘導電動機を制御する誘導電動機制御装置であって、起動にあたっては、前記電圧指令値を用いて誘導電動機の電圧の大きさを制御すると共に、回転方向のトルクを増加させるように、前記電圧指令値に相当する周波数指令値よりも小さくなる周波数指令値を演算し、該演算された周波数指令値を用いて誘導電動機の電圧の周波数を制御することを特徴とする誘導電動機制御装置。
【請求項４９】
周波数指令値を演算し、起動後は、前記周波数指令値に基づいて誘導電動機の電流の周波数を制御すると共に、前記周波数指令値に基づいて誘導電動機の電流を制御する誘導電動機制御装置であって、起動にあたっては、前記電流に制御すると共に、回転方向のトルクを増加させるように、前記電流に相当する周波数指令値よりも小さくなる周波数指令値を演算し、該演算された周波数指令値を用いて誘導電動機の電流の周波数を制御することを特徴とする誘導電動機制御装置。
【請求項５０】
速度指令値にすべり周波数に相関する物理量を加算して周波数指令値を演算し、前記周波数指令値に基づいて電圧指令値を演算し、起動後は、前記周波数指令値及び電圧指令値に基づいて誘導電動機を制御する誘導電動機制御方法であって、起動にあたっては、前記電圧指令値を用いると共に、回転方向のトルクを増加させるように、前記電圧指令値に相当する周波数指令値よりも小さくなる周波数指令値を用いて誘導電動機を制御する誘導電動機制御方法。
【請求項５１】
速度指令値にすべり周波数に相関する物理量を加算して周波数指令値を演算し、起動後は、前記周波数指令値に基づいて周波数を制御すると共に、前記周波数指令値に基づいて誘導電動機の電流を制御する誘導電動機制御方法であって、起動にあたっては、前記電流に制御すると共に、回転方向のトルクを増加させるように、前記電流に相当する周波数指令値よりも小さくなる周波数指令値を用いて誘導電動機を制御する誘導電動機制御方法。
【請求項５２】
速度指令値にすべり周波数に相関する物理量を加算して周波数指令値を演算し、起動後は、前記周波数指令値にしたがって、誘導電動機に印加する電圧の周波数と電圧の大きさを制御する誘導電動機制御装置であって、起動に際しては、電圧印加後の、前記電圧の大きさの変化に対する周波数の変化は、起動された後の前記電圧の大きさの変化に対する周波数の変化よりも、小さくなるように、前記電圧の大きさの制御に用いる指令値に相当する周波数よりも低減した周波数となるように前記印加される電圧の周波数を修正して制御することを特徴とする誘導電動機制御装置。
【請求項５３】
速度指令値にすべり周波数に相関する物理量を加算して周波数指令値を演算し、起動後は、前記周波数指令値にしたがって、誘導電動機に印加する電流の周波数と電流の大きさを制御する誘導電動機制御装置であって、起動に際しては、電流発生後の、前記電流の大きさの変化に対する周波数の変化の割合である比は、誘導電動機の定格電流の大きさに対する定格すべり周波数の比よりも、小さくなるように、前記電流の大きさの制御に用いる指令値に相当する周波数よりも低減した周波数となるように前記印加される電流の周波数を修正して制御することを特徴とする誘導電動機制御装置。
【請求項５４】
周波数指令値を演算し、起動後は、前記周波数指令値にしたがって、誘導電動機に印加する電圧の周波数と電圧の大きさを制御する誘導電動機制御方法であって、起動に際しては、電圧印加後の、前記電圧の大きさの変化に対する周波数の変化は、起動された後の前記電圧の大きさの変化に対する周波数の変化よりも、小さくなるように、前記電圧の大きさの制御に用いる指令値に相当する周波数よりも低減した周波数となるように前記印加される電圧の周波数を修正して制御する誘導電動機制御方法。
【請求項５５】
周波数指令値を演算し、起動後は、前記周波数指令値にしたがって、誘導電動機に印加する電流の周波数と電流の大きさを制御する誘導電動機制御方法であって、起動に際しては、電流発生後の、前記電流の大きさの変化に対する周波数の変化の割合である比は、誘導電動機の定格電流の大きさに対する定格すべり周波数の変化の比よりも、小さくなるように、前記電流の大きさの制御に用いる指令値に相当する周波数よりも低減した周波数となるように前記印加される電流の周波数を修正して制御する誘導電動機制御方法。
【請求項５６】
誘導電動機に印加する電流の周波数と電流の大きさを制御する誘導電動機制御装置であって、起動後は、周波数指令値に基づいて誘導電動機の電流の周波数を制御し、前記周波数指令値に相応して誘導電動機の電流の大きさを制御し、起動に際しては、電流発生後の、前記電流の大きさの変化に対する周波数の変化の割合である比は、誘導電動機の定格電流の大きさに対する定格すべり周波数の変化の比よりも、小さくなるように、前記周波数指令値により電流の大きさを制御し、前記電流の大きさの制御に用いる指令値より低減した値に基づいて電流の周波数を制御することを特徴とする誘導電動機制御装置。
【請求項５７】
誘導電動機に印加する電流の周波数と電流の大きさを制御する誘導電動機制御方法であって、起動後は、周波数指令値に基づいて誘導電動機の電流の周波数を制御し、前記周波数指令値に相応して誘導電動機の電流の大きさを制御し、起動に際しては、電流発生後の、前記電流の大きさの変化に対する周波数の変化の割合である比は、誘導電動機の定格電流の大きさに対する定格すべり周波数の変化の比よりも、小さくなるように、前記周波数指令値により電流の大きさを制御し、前記電流の大きさの制御に用いる指令値より低減した値に基づいて電流の周波数を制御する誘導電動機制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，誘導電動機をベクトル制御により可変速制御する駆動装置に係り、具体的には起動ないし加速時における制御技術に属する。
【０００２】
【従来の技術】
誘導電動機をベクトル制御により可変速制御する場合、速度指令値ωr*にすべり周波数ωsを加算してインバータの周波数指令値ω1*を求め、これに基づいてｄ軸電圧指令値Ｖd*、ｑ軸電圧指令値Ｖq*及び位相θを演算して、誘導電動機に供給する交流電圧をベクトル制御して速度を可変している。つまり、周波数指令値ω1*に対応した位相θによりＶd*、Ｖq*を座標変換して、周波数指令値に対応した周波数を有する交流電圧指令値Ｖu*、Ｖv*、Ｖw*を生成し、これに基づいてインバータを可変速制御している。なお、通常のベクトル制御では電動機の磁束に平行な成分をｄ軸、垂直な成分をｑ軸と定義している。
【０００３】
ここで、ｄ軸電圧指令値Ｖd*とｑ軸電圧指令値Ｖq*の理論式を数1と数2に示す。それらの式において、ｒ1は誘導電動機の一次抵抗、Ｍは相互インダクタンス、Ｌ2は二次側自己インダクタンス、Ｌσは漏れインダクタンス一次側換算値の和を示す。
【０００４】
【数１】
0003716347.tif 000002
【０００５】
【数２】
0003716347.tif 000003
ところで、実際のすべり周波数ωsは直接検出できないことから、例えば、数3に示す誘導電動機の検出電流に基づいた式により推定したすべり周波数推定値ωs’を用いている。同式中、ＩdFBはｄ軸検出電流値、ＩqFBはｑ軸検出電流値、Ｔ2は電動機の二次時定数である。
【０００６】
【数３】
0003716347.tif 000004
したがって、周波数指令値ω1*は数４に示すように、速度指令値ωr*とすべり周波数推定値ωs’の和となる。
【０００７】
【数４】
0003716347.tif 000005
一方、定常状態において誘導電動機に流れる励磁電流Ｉdとトルク電流Ｉq、及びｄ軸磁束Φ2dとｑ軸磁束Φ2qは、数５、数式６の関係を満たしている。なお、ωsは電動機の実際のすべり周波数である。
【０００８】
【数５】
0003716347.tif 000006
【０００９】
【数６】
0003716347.tif 000007
ここで、ベクトル制御では、Φ2d＞０、Φ2q＝０が常に満たされているものとして制御する。また、誘導電動機に発生するトルクτは、Φ2dとＩqの積に比例する。この誘導電動機の制御方法は、例えば総合電子出版社発行の「ACサーボシステムの理論と設計の実際（p102-p103）」に記載されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来方式においては、誘導電動機の起動や加速時のように、電動機の発生トルクに対して負荷トルクが大きい場合には、過渡的に数５、数６の条件が崩れて磁束が変動し、トルクτが不足して起動失敗や加速失敗に至る場合がある。これは、起動時のように負荷トルクが大きいと、実際のすべり周波数ωsが急激に増加し、電流Ｉd、Ｉqがその変化に追従できない場合が生ずることによる。
【００１１】
すなわち、前述したように、ベクトル制御はΦ2q＝０、Φ2d＞０の条件が満たされているものとして制御理論が組み立てられている。しかし、数6のΦ2qの理論式には、実すべり周波数ωs（＝ω1*−実モータ速度）が負の項に含まれているため、起動時又は加速時に周波数指令値ω1*を急激に増加させることにより実すべり周波数ωsが増加すると、過渡的にΦ2qが定常時の“０”から負側（Φ2q＜0）になる。Φ2qが負になると、数5から明らかなように、Φ2dが減少する。その結果、トルクτ＝Φ2d×Ｉqが減少し、発生トルクがますます不足して起動及び加速できないという問題が出るのである。
【００１２】
そこで、本発明は、誘導電動機の起動時や加速時における過渡的な磁束低下を抑制し、十分なトルクを発生させることを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、次に述べる手段により、上記課題を解決するものである。
【００１４】
本発明は、速度指令値にすべり周波数に相関する物理量の修正値を加算し、該修正された速度指令値に基づいて出力電圧の周波数を制御して誘導電動機をベクトル制御する誘導電動機駆動装置において、前記すべり周波数に相関する物理量に応じて前記修正値を低減補正することを特徴とする。
【００１５】
すなわち、負荷トルクが大きい場合に周波数指令を増加させると、実すべり周波数が増大するから、すべり周波数に相関する物理量の修正値が増大し、これにより益々周波数指令値が高くなる一方、電流Ｉd、Ｉqの制御がその変化に追従できないために、ますます発生トルクが不足することになる。
【００１６】
そこで、本発明は、少なくとも出力電圧の周波数制御に係る速度指令値に加算する修正値を、例えば、すべり周波数推定値よりも小さな値に低減補正することにより、周波数制御に係る速度指令値を実際の電動機速度に近付けて実すべり周波数を低減するようにしたのである。その結果、電流Ｉd、Ｉq制御の追従性が改善され、十分なトルクを発生させることができるのである。
【００１７】
ここで、修正値を補正する因子のすべり周波数に相関する物理量は、電動機電流と電動機の発生トルクと電動機電流に基づいて推定されるすべり周波数推定値の少なくとも１つを適用できる。この場合、すべり周波数に相関する物理量が設定値以上のときと、変化率の少なくとも一方に応じて修正値を低減補正することが好ましい。また、速度指令値が設定値以下のときに、修正値を低減補正するようにしてもよい。この場合、修正値の低減補正の度合いは、速度指令値が設定値以下のときに、速度指令値に応じて変えるようにすることができる。
【００１８】
ところで、上記のように低減補正すると、修正値は、同一トルク条件もしくは同一電動機電流条件下で、所定の電動機速度以下における値が該所定の電動機速度以上における値よりも小さくなる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
（第一実施形態）
本発明の第一の実施形態について、図1〜図３を用いて説明する。図２は、本発明に係る誘導電動機駆動装置の第一実施形態及び周辺部を含む全体構成図である。図１は、図２の交流電圧指令演算部２０の詳細構成図である。
【００２０】
図２に示すように、誘導電動機駆動装置は、交流電源1から供給される三相交流電圧を順変換器２で直流電圧に変換し、変換された直流電圧を平滑コンデンサ３で平滑し、平滑された直流電圧を逆変換器４により所望の周波数の三相交流電圧に変換して誘導電動機６に供給するようになっている。逆変換器４は、例えばＩＧＢＴなどの半導体スイッチ素子を用いて構成され、それらの半導体スイッチ素子はＰＷＭゲートパルス演算部１１で生成されたゲート信号によって制御される。ＰＷＭゲートパルス演算部１１へ入力される交流電圧指令値は、電流検出部５により検出された電動機電流と速度指令値ωr*に基づいて交流電圧指令演算部２０で演算により求められるようになっている。
【００２１】
次に、交流電圧指令演算部２０の詳細について述べる。第一実施形態は、誘導電動機の起動時や加速時等のように負荷トルクが大きい時に周は巣指令を増加させた場合に起きる過渡的なトルク不足を補償するため、位相θ及びｄ軸電圧指令値Ｖd*の演算に用いる周波数指令値ω1*を、すべり周波数推定値ωs’に相関させた小さな値より修正することを特徴とする。つまり、周波数指令値自体を低減すると共に、数5、数６で説明したように、実すべり周波数ωsが大きくなるとΦ2dが減少するので、その減少を抑えるためである。
【００２２】
一方、ｑ軸電圧指令値Vq*の演算に用いるすべり周波数推定値ωs’は、従来同様に、例えば数３により求めた値とすることを特徴とする。その理由は、Vq*=ω1*×Φ2qであるから、すべり周波数推定値ωs’を小さく補正すると、ω1*が小さくなってVq*が低下し、Iqが下がって、却ってトルクが減少してしまうからである。
【００２３】
図1において、図示していない制御器等から入力される速度指令値ωr*は、加算器２１、２２に入力されている。すべり周波数演算部２３は、電動機電流Ｉmをｄｑ軸座標変換して得られるＩdFBとIqFBを入力し、数３に基づいてすべり周波数推定値ωs’を演算して出力するように構成されている。なお、ＩdFB、ＩqFBは検出値に代えて制御部内で生成される電流指令値Ｉd*、Iq*を用いることも、よく知られている。また、ＩdFB、ＩqFBは図示していない座標変換部により、電動機電流Ｉmをｄｑ軸座標系に変換して得られることもよく知られている。
【００２４】
すべり周波数補正部２４は、すべり周波数演算部２３から出力されるすべり周波数推定値ωs’を入力し、これに係数ｋ（ただし、０≦ｋ＜１）を掛けてすべり周波数補正値ｋ・ωs’を出力する。つまり、加算器２１に入力されるすべり周波数補正値ｋ・ωs’は、加算器２２に入力されるすべり周波数推定値ωs’に比例し、かつすべり周波数推定値ωs’よりも小さい値である。また、すべり周波数推定値ωs’とすべり周波数補正値ｋ・ωs’は、図３に示すすべり周波数演算部２３とすべり周波数補正部２４において、電動機電流に基づいてそれぞれ独立に求めるようにしてもよい。
【００２５】
加算器２１と加算器２２は、速度指令値ωr*にすべり周波数を加算して修正する部分である。加算器２１は、出力（ωr*＋ｋ・ωs’）を周波数指令値ω1*Cとして位相演算部２５に、また周波数指令値ω1*BとしてＶd*演算部２６に入力する。また、加算器２２は、出力（ωr*＋ωs’）を周波数指令値ω1*AとしてＶq*演算部２７に入力する。Ｖd*演算部２６は、入力される励磁電流指令値Ｉd*とトルク電流指令値Ｉq*及び周波数指令値ω1*Bを用いて、ｄ軸電圧指令値Ｖd*を演算する。Ｖq*演算部２７は、励磁電流指令値Ｉd*とトルク電流指令Ｉq*及び周波数指令値ω1*A を用いて、ｑ軸電圧指令値Ｖq*を演算する。位相演算部２５においては、周波数指令値ω1*C を積分して位相θを演算する。座標変換部２８は、ｄ軸電圧指令値Ｖd*とｑ軸電圧指令値Ｖq*を位相θに従って座標変換を行い、周波数指令値ω1*Cに対応する周波数の交流電圧指令値Ｖu*、Ｖv*、Ｖw*を生成し、図1のＰＷＭゲートパルス演算部１１に出力する。
【００２６】
次に、本実施形態の動作を説明する。ここで、位相θを演算する際の周波数指令値ω1*Cと、Ｖd*の演算に用いる周波数指令値ω1*Bは、何れも加算器２１の出力（ωr*＋ｋ・ωs’）であるから本来同一値であるが、理論式の理解を助けるために、便宜的に両者を区別して表している。本実施形態のＶd*、Ｖq*は、数７〜数９の様になり、電動機電流Ｉd、Ｉqは数１０〜１２の様になる。なお、ｒσは電動機抵抗の一次側換算値の和である。
【００２７】
【数７】
0003716347.tif 000008
【００２８】
【数８】
0003716347.tif 000009
【００２９】
【数９】
0003716347.tif 000010
【００３０】
【数１０】
0003716347.tif 000011
【００３１】
【数１１】
0003716347.tif 000012
【００３２】
【数１２】
0003716347.tif 000013
本実施形態のように、ω1*B＝ω1*C＜ω1*Aに設定することにより、電動機の実すべり周波数ωsは、数１３のように、すべり周波数推定値ωs’に比べて小さめに制御される。その結果、数式５、数式６におけるωsの増加に伴う磁束Φ2dの急減を抑えることができる。
【００３３】
【数１３】
0003716347.tif 000014
特に、Ｖq*演算用の周波数指令値ω1*Aは、数８から判るように、数式３に従いすべり周波数推定値ωs’をそのまま用いている。したがって、Ｖq*は低下しない。これは、電圧指令値Ｖq*の低下に伴う磁束Φ2ｑの低下を起こさせないようにして、トルクの減少を抑えるためである。
【００３４】
ところで、Vd*演算用の周波数指令値ω1*Bを、位相θ演算用の周波数指令値ω1*Cと同一にしたのは、仮に、ω1*B＞ω1*Cにすると、数７のＶd*を数１０に代入して明らかなように、Ｉdが低下して磁束及びトルクが減少するからである。そこで、本実施形態では、ω1*B＝ω1*Cに設定することにより、Ｉdの低下を抑えて磁束Φ2ｄの低減を抑制しているのである。
【００３５】
このように、本実施形態は、インバータを制御する周波数指令値ω1*Cを小さな値に補正し、周波数指令値ω1*Cを電動機の実回転速度に近付けて、実すべり周波数の急激な増加に起因する過渡的な磁束低下を抑制して、十分なトルクを発生させることを本旨とする。
【００３６】
また、周波数指令値ω1*Cに合わせてd軸電圧指令値Ｖd*を制御する周波数指令値ω1*Bを小さな値に補正することが好ましい。これによれば、（ω1*C−ω1*B）の要素を含むd軸励磁電流Ｉdの低下を抑えてトルクの低下を抑えることができる。
【００３７】
更に、ｑ軸電圧指令値Ｖq*の制御に用いる周波数指令値ω1*Aは、周波数指令値ω1*Cよりも大きな値にすることが好ましい。例えば、すべり周波数推定値を基準にして制御することにより、ｑ軸電流Ｉqの低下を抑えてトルクの低下を抑えることができる。
【００３８】
ここで、図４を用いて、本実施形態による検証結果を説明する。図4は、本実施形態を用いた場合と従来方式の場合の電動機起動特性のシミュレーション結果を示す。従来方式においては、周波数指令を増加させた場合、磁束が低下してトルク電流が許容値以上に流れているにも拘わらず、トルクは起動トルクにも達していない。これに対し、本発明方式においては、周波数指令増加後に磁束は一旦下がるものの、直ぐに増加し、トルク電流が許容値以下で起動トルクが発生している。このため、従来方式では起動失敗を起こし電動機速度はゼロのままだが、本発明方式によれば電動機の起動が達成されている。
（第二実施形態）
本発明の第二実施形態を図５〜図７を用いて説明する。本実施形態が図１の実施形態と異なる部分は、すべり周波数補正部２４に代えて、数9における係数ｋを速度指令値ωr*に応じて変化させるようにしたすべり周波数補正部３０を設けたことにある。その他については、第一実施形態と同一であることから、同一符号を付して説明を省略する。
【００３９】
つまり、図１の実施形態において、係数ｋを一定値に保持すると、電動機が起動又は加速して所定の速度に到達した場合でも、周波数指令値ω1*Aと周波数指令値ω1*Bが異なったままになり、定常状態において磁束の不安定要因となる。
【００４０】
そこで、本実施形態のすべり周波数補正部３０は、速度指令ωr*を取り込み、ωr*に応じて係数ｋを増加し、所定以上の速度において係数ｋを“１”に変更して、周波数指令値ω1*Aと周波数指令値ω1*Bを一致させるようにしている。すなわち、すべり周波数補正部３０は、例えば図６に示すように、速度指令ωr*が停止時からωr1*までは数９の係数kをk1（0≦k1＜1）に設定し、ωr1*からωr2*までは徐々に増加させて、ωr2*以上でk=1に変更するように設定する。例えば、ωr1*は定格速度の３~４％、ωr2*は定格速度の１０%程度に設定することができる。
【００４１】
なお、速度指令ωr*に応じて係数ｋを増加する方法は、図6に限らず図7のようにすることができる。つまり、ωr*がωr1*に到達した時間t1から所定の時間t2までの間はkをk1から1に徐々に変化させる。図6、図7のように、係数ｋを一定の増加率で緩やかに“１”に変化させる理由は、kを例えばステップ的に“１”に増加すると、過渡的なトルク変動を生じるからである。そこで、kを“１”に変化させる時間は、例えば電流が変化する場合の時定数Tσ（=Lσ／rσ）の1／10以上から、磁束が変化する場合の時定数Ｔ2の１０倍程度とするのが好ましい。（第三実施形態）
本発明の第三の実施形態を図8に示す。本実施形態が図５の実施形態と異なる点は、すべり周波数補正部３０の係数ｋを電動機電流に応じて変化させるようにした点にある。例えば、トルク電流Ｉqが所定値を超える場合、それは磁束が十分でないことが原因と考えられる。そこで、トルク電流Ｉqが所定値Ｉqrefを越えた場合、すべり周波数補正値ｋ・ωs’を更に小さくする。これにより、第一実施例で述べたように磁束Φ2dの低下を抑制して、Ｉqの増加を抑えることができる。ここで、Ｉqrefの設定値は、インバータに流すことができる許容電流値よりも低く設定する。この本実施形態によれば、電動機の起動又は加速時における過電流を抑制する効果もある。
【００４２】
上述した第二及び第三実施形態は、見方を変えると、すべり周波数推定値ωs’は、同一トルクもしくは同一電流の条件下では電動機速度に関わらず同一である。一方、すべり周波数補正値ｋ・ωs’は、同一トルクもしくは同一電流の条件下では、低速度領域と高速度領域で値が異なるように設定される。そして、電動機の起動又は加速時における磁束の低下を抑制して高トルクを得ることができる。特に、第二及び第三実施形態によれば、加速後の高速運転時においても安定した運転を行うことができる。
【００４３】
また、図５、図８の実施形態では、すべり周波数補正部２４の係数kを速度指令値又は電動機電流に応じて変化させるようにしたが、これに代えてすべり周波数補正部２４はすべり周波数推定値ωs’の急激な変化を抑えるように、例えばωs’の変化率を制限する要素を用いることができる。
（第四実施形態）
図９に、本発明の第四実施形態の交流電圧指令演算部の構成図を示す。本実施形態は第一実施形態に対して演算の手順が異なるだけであり、実質的に等価である。すなわち、Vq*演算部２７に入力する周波数指令を、Ｖd*演算部２６に入力する周波数指令ω1*Bと同じにする。そして、すべり周波数推定値ωs’からすべり周波数補正値ｋ・ωs’を減算する減算器３１を設け、この減算器３１の出力（１−ｋ）ωs’をVq*補正値演算部３２に入力する。Vq*補正値演算部３２は、数１４によりΔVq*を求めて加算器３３に出力してVq*演算部２７の出力の電圧指令値Ｖq*に加算してＶq*補正するようにしている。
【００４４】
つまり、Vd*演算部２６とVq*演算部２７は、各々数１、２に従って演算する。Vq*補正値演算部３２は、数１４にしたがってΔVq*を演算する。
【００４５】
【数１４】
0003716347.tif 000015
（第四実施形態の変形例）
また、図９のすべり周波数補正部２４に代えて、図５又は図８のすべり周波数補正部３０を適用し、電動機速度が所定の速度に達した際に、係数kをωr*もしくは電動機電流に基づいて変化させることにより、第二又は第三実施形態と同様の効果が得られる。
【００４６】
ここで、第四実施形態及びその変形例について、見方を変えると、同一トルクもしくは同一電流の条件下において、低速度領域におけるVq*補正値ΔVq*を高速度領域での値より大きく設定して、電動機の起動又は加速時における磁束低下を抑制して高トルクを得ているということができる。また、第四実施形態の変形例によれば、加速後の高速運転時でも安定した運転を行うことができる。
（第五実施形態）
図１０に第五実施形態の特徴部の構成を示す。本実施形態のすべり周波数演算部３４は、トルク電流の検出値ＩqFBと、励磁電流の指令値Ｉd*とから、数１５に基づいて、すべり周波数推定値ωs’を演算する。数１５は数４のＩdFBを指令値Ｉd*に置き換えたものである。定常状態においてはＩdFB=Ｉd*となるから、数１５は数４と等価となる。
【００４７】
【数１５】
0003716347.tif 000016
このようにして求めたすべり周波数推定値ωs’を、加算器２１で速度指令値ωr*に足して周波数指令値ω1*を演算する。Ｖd*演算部２６は数１に基づいてVd*を演算する。一方、本実施形態では、Ｖd*補正値演算部３５により、例えば数１６のようにVd*補正値ΔVd*を演算する。そして、加算器３６でΔVd*をVd*に足して、過渡トルク補償を実現している。
【００４８】
【数１６】
0003716347.tif 000017
ここで、係数kを0≦k＜１とし、ΔVd*＞０とする。ΔVd*をVd*に足すことで演算された新しいVd*は、数式７、数式12に表されるVd*と等価となる。また、数１６のkを電動機が所定の速度に達した後、 kを1に変化させることは、図５、図８の実施形態と同様である。また、同一トルクもしくは同一電流の条件下において、低速度領域でのＶd*補正値を高速度領域での値より大きく設定する場合も同様であり、これにより第一及び第二実施形態と同様の効果が得られる。
【００４９】
なお、本実施形態では図示を省略したが、Ｖq*演算部２７及び位相演算部２５は、加算器２１から出力される周波数指令値ω1*に基づいて、それぞれＶq*及びθを演算する。
【００５０】
なお、ｋを変化させる場合は、急峻なトルクの変動を防止するため、例えば、電流が変化する場合の時定数Ｔσ（＝Ｌσ／ｒσ）の１／１０以上から、磁束が変化する場合の時定数Ｔ２の１０倍の時間でｋを0から１に変化させるようなレートで行なえばよい。
【００５１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、誘導電動機の起動時や加速時にも十分なトルクを発生させることができる。
【００５２】
また、ｄ軸電圧指令値の演算及び位相の演算に用いる周波数指令値を、電動機電流に応じて小さく修正するようにしたものによれば、起動時や加速時にも十分なトルクを発生させ、かつ過電流を抑制する効果がある。
【００５３】
また、ｄ軸電圧指令値の演算及び位相の演算に用いる周波数指令値を、速度指令値又は電動機電流に応じて補正して小さい値にしたものによれば、加速後の高速運転時においても安定して運転を行える効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の誘導電動機駆動装置の特徴部に係る一実施の形態の交流電圧指令演算部の構成図である。
【図２】本発明の誘導電動機駆動装置に係る一実施の形態の全体構成図である。
【図３】図１のすべり周波数補正部の変形例を示す図である。
【図４】図１実施形態の効果を説明する動作波形図である。
【図５】本発明の誘導電動機駆動装置の特徴部に係る他の実施の形態の交流電圧指令演算部の構成図である。
【図６】図５実施形態のすべり周波数補正部の係数ｋの設定法を説明する図である。
【図７】図５実施形態のすべり周波数補正部の係数ｋの他の設定法を説明する図である。
【図８】本発明の誘導電動機駆動装置の特徴部に係る更に他の実施の形態の交流電圧指令演算部の構成図である。
【図９】本発明の誘導電動機駆動装置の特徴部に係る更に他の実施の形態の交流電圧指令演算部の構成図である。
【図１０】本発明の誘導電動機駆動装置の特徴部に係る更に他の実施の形態の交流電圧指令演算部に係る主要部の構成図である。
【符号の説明】
２０  交流電圧指令演算手段
２１、２２  加算器
２３  すべり周波数演算部
２４  すべり周波数補正部
２５  位相演算部
２６  Ｖd*演算部
２７  Ｖq*演算部
２８  座標変換部
【図１】
0003716347.tif 000018
【図２】
0003716347.tif 000019
【図３】
0003716347.tif 000020
【図４】
0003716347.tif 000021
【図５】
0003716347.tif 000022
【図６】
0003716347.tif 000023
【図７】
0003716347.tif 000024
【図８】
0003716347.tif 000025
【図９】
0003716347.tif 000026
【図１０】
0003716347.tif 000027