(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流を任意の周波数の交流に変換する３相インバータと、当該３相インバータの直流側に接続されたフィルタコンデンサと、前記３相インバータの交流側に接続されて駆動される電動機とから主回路を構成し、
磁束軸に一致した軸をｄ軸とし、当該ｄ軸に直交する軸（トルク軸）をｑ軸とするｄｑ軸回転座標系上で、速度検出器を用いずに前記３相インバータの制御を行なうベクトル制御手段を備えて構成される電力変換装置において、
前記ベクトル制御手段として、
磁束指令とトルク指令とに基づいて、トルク軸電流指令であるｑ軸電流指令と磁束軸電流指令であるｄ軸電流指令とを演算する電流指令演算手段と、
少なくとも前記電流指令演算手段により演算されたトルク軸電流指令と磁束軸電流指令とを入力とし、当該入力に基づいてｄ軸電圧指令とｑ軸電圧指令とを演算する電圧指令演算手段と、
前記電圧指令演算手段により演算されたｄ軸電圧指令とｑ軸電圧指令とを入力とし、当該ｄ軸電圧指令とｑ軸電圧指令とからなる電圧指令の大きさと前記磁束軸に対する電圧指令の角度とを演算する座標変換手段と、
前記電動機に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段により検出された電動機の電流と前記電流指令演算手段により演算された電流指令と前記電圧指令演算手段により演算された電圧指令のうちの少なくとも一つに基づいて、前記３相インバータの出力周波数を演算する出力周波数演算手段と、
前記出力周波数演算手段により演算された３相インバータの出力周波数を入力とし、当該入力された３相インバータの出力周波数を積分して位相を演算する積分手段と、
前記積分手段により演算された位相と前記座標変換手段により演算された電圧指令の角度とに基づいて、前記３相インバータのゲートを制御するゲート制御手段と、
前記電圧指令演算手段により演算された電圧指令と前記電流検出手段により検出された電動機の電流と前記電流指令演算手段により演算された電流指令のうちの少なくとも一つに基づいて、前記ｄｑ軸回転座標系上におけるｄ軸誘起電圧とｑ軸誘起電圧とを演算する誘起電圧演算手段と、
前記誘起電圧演算手段により演算されたｄ軸誘起電圧とｑ軸誘起電圧とに基づいて、当該誘起電圧の大きさを示す誘起電圧長を演算する誘起電圧長演算手段と、
前記磁束指令補正手段により補正された磁束指令と前記出力周波数演算手段により演算された３相インバータの出力周波数とに基づいて、誘起電圧基準を演算する誘起電圧基準演算手段と、
前記誘起電圧長演算手段により演算された誘起電圧長から前記誘起電圧基準演算手段により演算された誘起電圧基準を減算して偏差を演算する減算手段と、
前記減算手段により演算された誘起電圧の偏差に基づいて、前記磁束補正量を演算する第２の磁束補正量演算手段と、
前記第２の磁束補正量演算手段により演算された磁束補正量と前記磁束指令とを加算する加算手段と、
から成ることを特徴とする速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置。
【請求項２】
直流を任意の周波数の交流に変換する３相インバータと、当該３相インバータの直流側に接続されたフィルタコンデンサと、前記３相インバータの交流側に接続されて駆動される電動機とから主回路を構成し、
磁束軸に一致した軸をｄ軸とし、当該ｄ軸に直交する軸（トルク軸）をｑ軸とするｄｑ軸回転座標系上で、速度検出器を用いずに前記３相インバータの制御を行なうベクトル制御手段を備えて構成される電力変換装置において、
前記ベクトル制御手段として、
磁束指令とトルク指令とに基づいて、トルク軸電流指令であるｑ軸電流指令と磁束軸電流指令であるｄ軸電流指令とを演算する電流指令演算手段と、
少なくとも前記電流指令演算手段により演算されたトルク軸電流指令と磁束軸電流指令とを入力とし、当該入力に基づいてｄ軸電圧指令とｑ軸電圧指令とを演算する電圧指令演算手段と、
前記電圧指令演算手段により演算されたｄ軸電圧指令とｑ軸電圧指令とを入力とし、当該ｄ軸電圧指令とｑ軸電圧指令とからなる電圧指令の大きさと前記磁束軸に対する電圧指令の角度とを演算する座標変換手段と、
前記電動機に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段により検出された電動機の電流と前記電流指令演算手段により演算された電流指令と前記電圧指令演算手段により演算された電圧指令のうちの少なくとも一つに基づいて、前記３相インバータの出力周波数を演算する出力周波数演算手段と、
前記出力周波数演算手段により演算された３相インバータの出力周波数を入力とし、当該入力された３相インバータの出力周波数を積分して位相を演算する積分手段と、
前記積分手段により演算された位相と前記座標変換手段により演算された電圧指令の角度とに基づいて、前記３相インバータのゲートを制御するゲート制御手段と、
前記電圧指令演算手段により演算された電圧指令と前記電流検出手段により検出された電動機の電流と前記電流指令演算手段により演算された電流指令のうちの少なくとも一つに基づいて、前記ｄｑ軸回転座標系上におけるｄ軸誘起電圧とｑ軸誘起電圧とを演算する誘起電圧演算手段と、
前記磁束指令補正手段により補正された磁束指令と前記出力周波数演算手段により演算された３相インバータの出力周波数とに基づいて、誘起電圧基準を演算する誘起電圧基準演算手段と、
前記誘起電圧演算手段により演算されたｑ軸誘起電圧から前記誘起電圧基準演算手段により演算された誘起電圧基準を減算して偏差を演算する減算手段と、
前記減算手段により演算された誘起電圧の偏差に基づいて、前記磁束補正量を演算する第２の磁束補正量演算手段と、
前記第２の磁束補正量演算手段により演算された磁束補正量と前記磁束指令とを加算する加算手段と、
から成ることを特徴とする速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置。
【請求項３】
前記請求項１又は前記請求項２に記載の速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置において、前記電圧指令演算手段としては、前記電流指令演算手段により演算されたトルク軸電流指令と磁束軸電流指令と前記電流検出手段により検出された電動機の電流とを入力とし、当該入力に基づいてｄ軸電圧指令とｑ軸電圧指令とを演算することを特徴とする速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、速度検出器を用いずに誘導電動機の磁束とトルクとを制御する速度センサレスベクトル制御を適用した電力変換装置に係り、特に３相インバータが出力電圧の大きさが一定である定電圧可変周波数（以下、ＣＶＶＦと称する）動作をする場合においても、出力電圧の大きさが最大値で固定としたまま制御可能として３相インバータの容量を低減できるようにした速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、速度センサレスベクトル制御を適用した電力変換装置に関しては、数多くの公知例が存在する。
【０００３】
例えば、“「誘導電動機の速度・電圧センサレスベクトル制御法」昭６２電学論Ｄ１０７第２号”や“「センサレスベクトル制御インバータ」昭６３電学誌１０８第２号”等に、誘導電動機を駆動する速度センサレスベクトル制御の一例が開示されている。
【０００４】
図１８は、この種の速度センサレスベクトル制御を適用した従来の電力変換装置の概略構成例を示すブロック図である。
【０００５】
図１８において、直流を任意の周波数の交流に変換する３相インバータ１と、この３相インバータ１の交流側に接続されて駆動される誘導電動機２と、３相インバータ１の直流側に接続されたフィルタコンデンサ３とから主回路が構成され、速度センサレスベクトル制御により電動機駆動制御を行なうようになっている。
【０００６】
一方、速度センサレスベクトル制御は、電流・電圧・磁束をベクトル量として制御するものであり、磁束軸に一致した軸をｄ軸とし、このｄ軸に直交する軸（トルク軸）をｑ軸とし、３相インバータ１の出力周波数の回転角周波数と同一の速さで回転するｄｑ軸回転座標系上で、速度検出器を用いずに３相インバータ１の制御を行なう。
【０００７】
図２０は、座標系の関係を示す概念図である。
【０００８】
図２０において、ａｂ軸直交座標系は、静止座標系である。また、ｄｑ軸直交座標系は、回転座標系であり、ａｂ軸静止座標系に対してθａｂの位相差を有している。さらに、出力電圧Ｖは、ｄ軸から位相差θｖの位置に出力されるものとする。なお、ｕｖｗ軸は、静止座標系上で、各々１２０ｄｅｇの位相差を有する軸であり、ａ軸とｕ軸とが一致する。
【０００９】
速度センサレスベクトル制御にも様々な方式があるが、ここでは、誘導電動機２の２次磁束とｄ軸とが一致するように制御を行なう方式とする。従って、以下の説明における磁束という記述は、２次磁束のことを指し示すものとする。
【００１０】
ベクトル制御部は、電流検出器４と、電流指令演算部５と、電圧指令演算部６と、座標変換部７と、ゲート制御部８と、積分部９と、出力周波数演算部１１とから構成される。
【００１１】
すなわち、電流検出器４では、誘導電動機２に流れる相電流Ｉu ，Ｉw を検出する。
【００１２】
電流指令演算部５においては、磁束指令φ* とトルク指令Ｔｍ* とを入力として、例えば次式により、磁束軸（ｄ軸）電流指令Ｉｄ* とトルク軸（ｑ軸）電流指令Ｉｑ* とを演算する。
【００１３】
【数１】
0003637209.tif 000002
【００１４】
ただし、Ｍ：相互インダクタンス、Ｌ２：２次インダクタンス。
【００１５】
電圧指令演算部６においては、磁束軸（ｄ軸）電流指令Ｉｄ* とトルク軸（ｑ軸）電流指令Ｉｑ* とを入力として、例えば次式により、ｄ軸電圧指令Ｖｄ* とｑ軸電圧指令Ｖｑ* とを演算する。
【００１６】
【数２】
0003637209.tif 000003
【００１７】
ただし、Ｒ１：１次抵抗、Ｌ１：１次インダクタンス、σＬ１：漏れインダクタンス（＝Ｌ１×（１−（Ｍ×Ｍ／Ｌ１／Ｌ２）））、ωｉ：インバータ出力周波数。
【００１８】
座標変換部７においては、電圧指令演算部６からの出力であるｄ軸電圧指令  Ｖｄ* とｑ軸電圧指令Ｖｑ* とを入力して、例えば次式により、電圧指令の大きさ｜Ｖ｜とｄ軸からの位相角θｖとを演算する。
【００１９】
【数３】
0003637209.tif 000004
【００２０】
ゲート制御部８においては、座標変換部７からの出力である電圧指令の大きさ｜Ｖ｜と電圧指令のｄ軸からの位相角θｖと、３相インバータ１の出力周波数  ωｉを積分する積分部９からの出力である回転座標系ｄ軸の静止座標系ａ軸からの位相角θａｂとに基づいて、ゲート信号を作成する。
【００２１】
例えば、三角波比較ＰＷＭ制御方式の場合には、電圧指令の大きさ｜Ｖ｜と電圧指令のｄ軸からの位相角θｖと、回転座標系ｄ軸の静止座標系ａ軸からの位相角θａｂとに基づいて、例えば次式により、Ｕ相電圧指令Ｖｕ* とＶ相電圧指令Ｖｖ* とＷ相電圧指令Ｖｗ* とを演算する。
【００２２】
【数４】
0003637209.tif 000005
【００２３】
そして、このＵ相電圧指令Ｖｕ* とＶ相電圧指令Ｖｖ* とＷ相電圧指令Ｖｗ* とを三角波と比較し、その大小に応じて、３相インバータ１のスイッチング素子のオン・オフの信号を作成するものである。
【００２４】
上述の方式では、出力電圧の大きさ｜Ｖ｜とｄ軸から出力電圧の位相θｖとにより、出力電圧の大きさと位相とが任意に制御可能である。
【００２５】
出力周波数演算部１１においては、電圧指令演算部６からの出力であるｄ軸電圧指令Ｖｄ* ，ｑ軸電圧指令Ｖｑ* 、誘導電動機２の電流を検出する電流検出器４からの出力である各相電流Ｉｕ，Ｉｗ、電流指令演算部５からの出力である磁束軸電流指令Ｉｄ* ，トルク軸電流指令Ｉｑ* に基づいて、３相インバータ１の出力周波数ωｉを演算する。
【００２６】
図１９は、出力周波数演算部１１の構成例を示すブロック図である。
【００２７】
図１９において、出力周波数演算部１１は、誘起電圧演算部２１と、除算器３２と、比例積分制御器３３と、加算器３１とから構成される。
【００２８】
誘起電圧演算器２１においては、例えば次式により、ｄ軸誘起電圧Ｅｄとｑ軸誘起電圧Ｅｑとを演算する。
【００２９】
【数５】
0003637209.tif 000006
【００３０】
【数６】
0003637209.tif 000007
【００３１】
ただし、ｓ：ラプラス演算子。
【００３２】
除算器３２においては、誘起電圧演算器２１により演算されたｑ軸誘起電圧  Ｅｑを磁束指令φ* で割り、出力周波数基準ωirefを演算する。
【００３３】
比例積分制御器３３においては、誘起電圧演算器２１により演算されたｄ軸誘起電圧Ｅｄを入力とし、例えば次式により、３相インバータ１の出力周波数ωｉへの補正量Δωｉを演算する。
【００３４】
【数７】
0003637209.tif 000008
【００３５】
ただし、Ｋｐ：比例ゲイン、Ｋｉ：積分ゲイン。
【００３６】
出力周波数補正量Δωｉは、出力周波数基準ωirefと加算器３１により加算され、出力周波数ωｉとなる。
【００３７】
図１９の構成では、ｑ軸誘起電圧Ｅｑに基づいて演算された出力周波数基準  ωirefを、ｄ軸誘起電圧Ｅｄに基づいて補正している。
【００３８】
ベクトル制御が成り立つ場合、定常状態のベクトル図は、例えば図２１に示すようになる。この場合には、ｄ軸と磁束軸とが一致し、ｄ軸誘起電圧Ｅｄは発生しない。
【００３９】
また、ベクトル制御が成り立たない場合、すなわち軸ずれを生じている場合のベクトル図は、例えば図２２に示すようになる。軸ずれにより、磁束軸とｄ軸が一致しない場合には、磁束とは誘起電圧が直交するため、ｄ軸誘起電圧Ｅｄが発生する。従って、ｄ軸誘起電圧Ｅｄに基づいて３相インバータ１の出力周波数  ωｉを補正することにより、軸ずれを補償して、磁束軸とｄ軸とを一致させることが可能である。
【００４０】
積分部９においては、出力周波数演算部１１によりこのようにして演算された出力周波数ωｉを入力とし、出力周波数ωｉを積分して、その積分値が出力される。この積分部９の出力は、静止座標系ａ軸から回転座標系ｄ軸までの回転位相角θａｂである。
【００４１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したような従来の速度センサレスベクトル制御を適用した電力変換装置においては、誘導電動機２のトルクを制御するために、出力電圧の大きさと位相と周波数とが可変であることが必要である。
【００４２】
しかしながら、３相インバータ１の容量を低減するためには、出力電圧の大きさを最大限に利用することが不可欠である。速度センサレスベクトル制御において、出力電圧の大きさを可変とするために、出力電圧の大きさに余裕を持たせることは、３相インバータ１の容量増加を招くことになり、好ましくない。
【００４３】
本発明の目的は、３相インバータが出力電圧の大きさが一定であるＣＶＶＦ動作をする場合においても、出力電圧の大きさが最大値で固定としたまま制御可能として３相インバータの容量を低減することが可能な速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置を提供することにある。
【００４４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明では、直流を任意の周波数の交流に変換する３相インバータと、当該３相インバータの直流側に接続されたフィルタコンデンサと、前記３相インバータの交流側に接続されて駆動される電動機とから主回路を構成し、
磁束軸に一致した軸をｄ軸とし、当該ｄ軸に直交する軸（トルク軸）をｑ軸とするｄｑ軸回転座標系上で、速度検出器を用いずに前記３相インバータの制御を行なうベクトル制御手段を備えて構成される電力変換装置において、
前記ベクトル制御手段として、
磁束指令とトルク指令とに基づいて、トルク軸電流指令であるｑ軸電流指令と磁束軸電流指令であるｄ軸電流指令とを演算する電流指令演算手段と、
少なくとも前記電流指令演算手段により演算されたトルク軸電流指令と磁束軸電流指令とを入力とし、当該入力に基づいてｄ軸電圧指令とｑ軸電圧指令とを演算する電圧指令演算手段と、
前記電圧指令演算手段により演算されたｄ軸電圧指令とｑ軸電圧指令とを入力とし、当該ｄ軸電圧指令とｑ軸電圧指令とからなる電圧指令の大きさと前記磁束軸に対する電圧指令の角度とを演算する座標変換手段と、
前記電動機に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段により検出された電動機の電流と前記電流指令演算手段により演算された電流指令と前記電圧指令演算手段により演算された電圧指令のうちの少なくとも一つに基づいて、前記３相インバータの出力周波数を演算する出力周波数演算手段と、
前記出力周波数演算手段により演算された３相インバータの出力周波数を入力とし、当該入力された３相インバータの出力周波数を積分して位相を演算する積分手段と、
前記積分手段により演算された位相と前記座標変換手段により演算された電圧指令の角度とに基づいて、前記３相インバータのゲートを制御するゲート制御手段と、
前記電圧指令演算手段により演算された電圧指令と前記電流検出手段により検出された電動機の電流と前記電流指令演算手段により演算された電流指令のうちの少なくとも一つに基づいて、前記ｄｑ軸回転座標系上におけるｄ軸誘起電圧とｑ軸誘起電圧とを演算する誘起電圧演算手段と、
前記誘起電圧演算手段により演算されたｄ軸誘起電圧とｑ軸誘起電圧とに基づいて、当該誘起電圧の大きさを示す誘起電圧長を演算する誘起電圧長演算手段と、
前記磁束指令補正手段により補正された磁束指令と前記出力周波数演算手段により演算された３相インバータの出力周波数とに基づいて、誘起電圧基準を演算する誘起電圧基準演算手段と、
前記誘起電圧長演算手段により演算された誘起電圧長から前記誘起電圧基準演算手段により演算された誘起電圧基準を減算して偏差を演算する減算手段と、
前記減算手段により演算された誘起電圧の偏差に基づいて、前記磁束補正量を演算する第２の磁束補正量演算手段と、
前記第２の磁束補正量演算手段により演算された磁束補正量と前記磁束指令とを加算する加算手段とを備える。
【００４５】
従って、請求項１の発明の速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置においては、３相インバータがＣＶＶＦ動作する場合に、推定演算された誘起電圧の大きさと誘起電圧基準との偏差に基づいて、この偏差が零となるように磁束補正量を演算する。ＣＶＶＦ動作の場合、磁束指令が実際の磁束量に一致しないと、誘起電圧基準と実際の誘起電圧の大きさとが一致しない。推定演算された誘起電圧と誘起電圧基準との偏差に基づいて磁束補正量を演算することで、電動機の各状態量が対応する各指令と一致し、３相インバータの出力トルクをその指令に追従させることができる。１パルスモードにおいても動作可能であり、３相インバータの電圧を最大限に利用することができる。
【００４６】
また、請求項２の発明では、直流を任意の周波数の交流に変換する３相インバータと、当該３相インバータの直流側に接続されたフィルタコンデンサと、前記３相インバータの交流側に接続されて駆動される電動機とから主回路を構成し、
磁束軸に一致した軸をｄ軸とし、当該ｄ軸に直交する軸（トルク軸）をｑ軸とするｄｑ軸回転座標系上で、速度検出器を用いずに前記３相インバータの制御を行なうベクトル制御手段を備えて構成される電力変換装置において、
前記ベクトル制御手段として、
磁束指令とトルク指令とに基づいて、トルク軸電流指令であるｑ軸電流指令と磁束軸電流指令であるｄ軸電流指令とを演算する電流指令演算手段と、
少なくとも前記電流指令演算手段により演算されたトルク軸電流指令と磁束軸電流指令とを入力とし、当該入力に基づいてｄ軸電圧指令とｑ軸電圧指令とを演算する電圧指令演算手段と、
前記電圧指令演算手段により演算されたｄ軸電圧指令とｑ軸電圧指令とを入力とし、当該ｄ軸電圧指令とｑ軸電圧指令とからなる電圧指令の大きさと前記磁束軸に対する電圧指令の角度とを演算する座標変換手段と、
前記電動機に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段により検出された電動機の電流と前記電流指令演算手段により演算された電流指令と前記電圧指令演算手段により演算された電圧指令のうちの少なくとも一つに基づいて、前記３相インバータの出力周波数を演算する出力周波数演算手段と、
前記出力周波数演算手段により演算された３相インバータの出力周波数を入力とし、当該入力された３相インバータの出力周波数を積分して位相を演算する積分手段と、
前記積分手段により演算された位相と前記座標変換手段により演算された電圧指令の角度とに基づいて、前記３相インバータのゲートを制御するゲート制御手段と、
前記電圧指令演算手段により演算された電圧指令と前記電流検出手段により検出された電動機の電流と前記電流指令演算手段により演算された電流指令のうちの少なくとも一つに基づいて、前記ｄｑ軸回転座標系上におけるｄ軸誘起電圧とｑ軸誘起電圧とを演算する誘起電圧演算手段と、
前記磁束指令補正手段により補正された磁束指令と前記出力周波数演算手段により演算された３相インバータの出力周波数とに基づいて、誘起電圧基準を演算する誘起電圧基準演算手段と、
前記誘起電圧演算手段により演算されたｑ軸誘起電圧から前記誘起電圧基準演算手段により演算された誘起電圧基準を減算して偏差を演算する減算手段と、
前記減算手段により演算された誘起電圧の偏差に基づいて、前記磁束補正量を演算する第２の磁束補正量演算手段と、
前記第２の磁束補正量演算手段により演算された磁束補正量と前記磁束指令とを加算する加算手段とを備える。
【００４７】
従って、請求項２の発明の速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置においては、３相インバータがＣＶＶＦ動作する場合に、推定演算されたｑ軸誘起電圧の大きさと誘起電圧基準との偏差に基づいて、この偏差が零となるように磁束補正量を演算する。ベクトル制御を施す場合、ｄ軸に磁束を一致させるため、ｑ軸誘起電圧のみが発生し、ｄ軸誘起電圧は発生しない。３相インバータがＣＶＶＦ動作を行なう場合、磁束指令が実際の磁束量に一致しないと、誘起電圧基準と実際のｑ軸誘起電圧とが一致しない。推定演算されたｑ軸誘起電圧と誘起電圧基準との偏差に基づいて磁束補正量を演算することで、電動機の各状態量が対応する各指令と一致し、３相インバータの出力トルクをその指令に追従させることができる。１パルスモードにおいても動作可能であり、３相インバータの電圧を最大限に利用することができる。
【００４８】
さらに、請求項３の発明では、前記請求項１又は前記請求項２に記載の速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置において、前記電圧指令演算手段としては、前記電流指令演算手段により演算されたトルク軸電流指令と磁束軸電流指令と前記電流検出手段により検出された電動機の電流とを入力とし、当該入力に基づいてｄ軸電圧指令とｑ軸電圧指令とを演算する。
【００４９】
従って、請求項３の発明の速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置においては、トルク軸電流指令と磁束軸電流指令の他に、電動機の電流に基づいてｄ軸電圧指令とｑ軸電圧指令とを演算することにより、磁束補正に対する過補正を抑制することができる。
【００６３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００６４】
（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態による速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置の概略構成例を示すブロック図であり、図１８と同一要素には同一符号を付して示している。
【００６５】
図１において、直流を任意の周波数の交流に変換する３相インバータ１と、この３相インバータ１の交流側に接続されて駆動される誘導電動機２と、３相インバータ１の直流側に接続されたフィルタコンデンサ３とから主回路が構成され、速度センサレスベクトル制御により電動機駆動制御を行なうようになっている。なお、本実施の形態では、電動機として誘導電動機２を駆動する場合について述べる。
【００６６】
一方、速度センサレスベクトル制御は、電流・電圧・磁束をベクトル量として制御するものであり、磁束軸に一致した軸をｄ軸とし、このｄ軸に直交する軸  （トルク軸）をｑ軸とするｄｑ軸回転座標系上で、速度検出器を用いずに３相インバータ１の制御を行なう。
【００６７】
ベクトル制御部は、電流検出器４と、電流指令演算部５と、電圧指令演算部６と、座標変換部７と、ゲート制御部８と、積分部９と、磁束指令補正部１０と、出力周波数演算部１１とから構成している。
【００６８】
電流検出器４は、誘導電動機２に流れる相電流Ｉｕ，Ｉｗを検出する。
【００６９】
電流指令演算部５は、後述する補正後の磁束指令φ* cmp とトルク指令Ｔｍ* とを入力とし、この入力に基づいて、トルク軸電流指令であるｑ軸電流指令    Ｉｑ* と磁束軸電流指令であるｄ軸電流指令Ｉｄ* とを演算する。
【００７０】
電圧指令演算部６は、電流指令演算部５により演算されたトルク軸電流指令  Ｉｑ* と磁束軸電流指令Ｉｄ* とを入力とし、この入力に基づいてｄ軸電圧指令Ｖｄ* とｑ軸電圧指令Ｖｑ* とを演算する。
【００７１】
出力周波数演算部１１は、電流検出器４により検出された誘導電動機２の相電流Ｉｕ，Ｉｗと、電流指令演算部５により演算された電流指令Ｉｄ* ，Ｉｑ* と、電圧指令演算部６により演算された電圧指令Ｖｄ* ，Ｖｑ* のうちの少なくとも一つに基づいて、３相インバータ１の出力周波数ωｉを演算する。
【００７２】
積分部９は、出力周波数演算部１１により演算された３相インバータ１の出力周波数ωｉを入力とし、この入力された３相インバータ１の出力周波数ωｉを積分して位相θａｂを演算する。
【００７３】
座標変換部７は、電圧指令演算部６により演算されたｄ軸電圧指令Ｖｄ* とｑ軸電圧指令Ｖｑ* とを入力とし、この入力に基づいて電圧指令の大きさ｜Ｖ｜とｄ軸からの位相角θｖとを演算する。
【００７４】
ゲート制御部８は、座標変換部７により演算された電圧指令のｄ軸からの位相角θｖと、積分部９により演算された回転座標系ｄ軸の静止座標系ａ軸からの位相角θａｂとに基づいて、３相インバータ１のゲートを制御する。
【００７５】
磁束指令補正部１０は、電圧指令演算部６により演算された電圧指令Ｖｄ* ，Ｖｑ* と、座標変換部７により演算された電圧指令の大きさ｜Ｖ｜と、電流検出器４により検出された誘導電動機２の相電流Ｉｕ，Ｉｗの少なくとも一つに基づいて、誘導電動機２の電流・電圧・磁束といった状態量を対応する指令と一致させるように、上記磁束指令φ* を補正して補正後の磁束指令φ* cmp を演算する。
【００７６】
次に、以上のように構成した本実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置の作用について説明する。
【００７７】
図１において、磁束指令補正部１０には磁束指令φ* が入力され、詳細を後述するように補正して、補正後の磁束指令φ* cmp が出力される。
【００７８】
電流指令演算部５には、補正後の磁束指令φ* cmp とトルク指令Ｔｍ* とが入力され、例えば次式により、磁束軸（ｄ軸）電流指令Ｉｄ* とトルク軸（ｑ軸）電流指令Ｉｑ* とが演算される。
【００７９】
【数８】
0003637209.tif 000009
【００８０】
ただし、Ｍ：相互インダクタンス、Ｌ２：２次インダクタンス。
【００８１】
電圧指令演算部６には、磁束軸（ｄ軸）電流指令Ｉｄ* と、トルク軸（ｑ軸）電流指令Ｉｑ* とが入力され、例えば次式により、ｄ軸電圧指令Ｖｄ* とｑ軸電圧指令Ｖｑ* とが演算される。
【００８２】
【数９】
0003637209.tif 000010
【００８３】
ただし、Ｒ１：１次抵抗、Ｌ１：１次インダクタンス、σＬ１：漏れインダクタンス（＝Ｌ１×（１−Ｍ×Ｍ／Ｌ１／Ｌ２）））、ωｉ：インバータ出力周波数。
【００８４】
座標変換部７には、電圧指令演算部６からの出力であるｄ軸電圧指令Ｖｄ* ，ｑ軸電圧指令Ｖｑ* が入力され、例えば次式により、電圧指令の大きさ｜Ｖ｜とｄ軸からの位相角θｖとが演算される。
【００８５】
【数１０】
0003637209.tif 000011
【００８６】
ゲート制御部８では、座標変換部７からの出力である電圧指令のｄ軸からの位相角θｖと、積分部９からの出力である回転座標系ｄ軸の静止座標系ａ軸からの位相角θａｂとに基づいて、ゲート信号が生成される。
【００８７】
例えば、３相インバータ１が最大の電圧を出力可能な１パルスモードでの動作を簡単に説明する。
【００８８】
１パルスモードは、３相インバータ１の各相が出力１周期のうち、１８０度ずつオン・オフを行なう動作モードである。ゲート制御部８に入力される電圧指令のｄ軸からの位相角θｖと、回転座標系ｄ軸の静止座標系ａ軸からの位相角    θａｂとから、各相の出力電圧の位相θuu、θvv、θwwが、例えば次式により、決められる。
【００８９】
【数１１】
0003637209.tif 000012
【００９０】
そして、この３相インバータ１の各相の位相θuu、θvv、θwwに基づいて、例えば次式のような出力を得るゲート信号が生成されるものとする。
【００９１】
【数１２】
0003637209.tif 000013
【００９２】
ただし、Ｖｄｃ：直流リンク電圧。
【００９３】
１パルスモードでは、３相インバータ１の出力電圧の大きさは一定であり、位相のみを制御することが可能である。３相インバータ１の出力電圧の大きさは、３相インバータ１が出力し得る最大の値となるのが特徴である。
【００９４】
３相インバータ１が１パルスモードを代表とするＣＶＶＦ動作をする場合、出力電圧の大きさは制御不能で、出力電圧の位相と周波数のみを制御することができる。
【００９５】
磁束指令補正部１０では、電圧指令演算部６からの出力であるｄ軸電圧指令  Ｖｄ* ，ｑ軸電圧指令Ｖｑ* と、座標変換部７からの出力である電圧指令の大きさ｜Ｖ｜と、電流検出器４により検出された誘導電動機２の各相電流、Ｉｕ，  Ｉｗとに基づいて、実際の誘導電動機２の状態量と対応する指令との相違を判断して、磁束指令φ* が補正される。誘導電動機２の電圧は、概ね磁束×周波数で表わされるため、磁束指令φ* を補正することで、出力電圧の大きさを補正していることになる。
【００９６】
出力周波数演算部１１では、電圧指令演算部６からの出力であるｄ軸電圧指令Ｖｄ* ，ｑ軸電圧指令Ｖｑ* と、電流指令演算部５からの出力である磁束軸（ｄ軸）電流指令Ｉｄ* ，トルク軸（ｑ軸）電流指令Ｉｑ* と、電流検出器４により検出された誘導電動機２の各相電流、Ｉｕ，Ｉｗとに基づいて、３相インバータ１の出力周波数ωｉが演算される。
【００９７】
ここで、出力周波数演算部１１は、例えば図２に示すように、出力周波数基準量演算器２７と、出力周波数補正量演算器２８と、乗算器３０と、加算器３１とから構成される。
【００９８】
出力周波数基準量演算器２７では、電圧指令演算部６からの出力であるｄ軸電圧指令Ｖｄ* ，ｑ軸電圧指令Ｖｑ* 、電流指令演算部５からの出力である磁束軸（ｄ軸）電流指令Ｉｄ* ，トルク軸（ｑ軸）電流指令Ｉｑ* 、電流検出器４により検出された誘導電動機２の各相電流、Ｉｕ，Ｉｗのうちの少なくとも一つに基づいて、出力周波数基準量が演算され、乗算器３０へ入力される。
【００９９】
また、乗算器３０には、ゲインＫも入力される。このゲインＫは、０か１をとるものとする。
【０１００】
乗算器３０では、出力周波数基準量演算器２７からの出力である出力周波数基準量にゲインＫを乗じて、出力周波数基準量ωirefが出力される。
【０１０１】
また、出力周波数補正量演算器２８では、電圧指令演算部６からの出力であるｄ軸電圧指令Ｖｄ* ，ｑ軸電圧指令Ｖｑ* 、電流指令演算部５からの出力である磁束軸（ｄ軸）電流指令Ｉｄ* ，トルク軸（ｑ軸）電流指令Ｉｑ* 、電流検出器４により検出された誘導電動機２の各相電流、Ｉｕ，Ｉｗのうちの少なくとも一つに基づいて、出力周波数基準量ωirefへの補正量Δωｉが演算される。
【０１０２】
加算器３１には、乗算器３０からの出力である出力周波数基準ωirefと、出力周波数補正量演算器２８からの出力である出力周波数補正量Δωｉとが入力され、この出力周波数基準ωirefと出力周波数補正量Δωｉとを加算して、３相インバータ１の出力周波数ωｉが演算される。
【０１０３】
このようにして、出力周波数演算部１１により演算された３相インバータ１の出力周波数ωｉは、積分部９に入力され、その積分値が出力される。この積分部９の出力は、静止座標系ａ軸から回転座標系ｄ軸までの回転位相角θａｂである。
【０１０４】
上述したように、本実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置では、３相インバータ１がＣＶＶＦ動作する場合に、誘導電動機２の電流・電圧・磁束といった各状態量と対応する各指令との差異に基づいて磁束指令  φ* を補正することにより、誘導電動機２の各状態量とその各指令とが一致し、３相インバータ１の出力トルクをその指令に追従させることができる。１パルスモードにおいても動作可能であり、３相インバータ１の電圧を最大限に利用することができる。
【０１０５】
以上により、３相インバータ１が出力電圧の大きさが一定であるＣＶＶＦ動作をする場合においても、出力電圧の大きさが最大値で固定としたまま制御可能として、３相インバータ１の容量を低減することが可能となる。
【０１０６】
（第１の実施の形態の変形例）
前記第１の実施の形態の出力周波数演算部１１において、前記ゲインＫが１の場合には、出力周波数基準量ωirefと出力周波数補正量Δωｉとの加算値により出力周波数ωｉとするもので、ゲインＫ＝０の場合には、出力周波数基準量    ωirefを演算せず、出力周波数補正量Δωｉを出力周波数ωｉとする構成の速度センサレスベクトル制御となる。
【０１０７】
図３は、出力周波数演算部１１の他の構成例を示すブロック図である。
【０１０８】
図３において、出力周波数演算部１１は、出力周波数基準量演算器２７と、出力周波数補正量演算器２８と、乗算器３０と、加算器３１とから構成される。
【０１０９】
また、出力周波数基準量演算器２７は、誘起電圧演算器２１と、除算器３２とから構成される。
【０１１０】
さらに、出力周波数補正量演算器２８は、誘起電圧演算器２１と、比例積分制御器３３とから構成される。
【０１１１】
誘起電圧演算器２１では、例えば次式により、ｑ軸誘起電圧Ｅｑを演算する。
【０１１２】
【数１３】
0003637209.tif 000014
【０１１３】
除算器３２では、誘起電圧演算器２１の出力であるｑ軸誘起電圧Ｅｑを、補正後の磁束指令値φ* cmp で割る。
【０１１４】
除算器３２からの出力は、ゲインＫと乗算されて、出力周波数基準ωirefとなる。
【０１１５】
出力周波数補正量演算器２８では、誘起電圧演算器２１により演算されたｄ軸誘起電圧Ｅｄが比例積分制御器３３に入力され、比例積分制御器３３では、例えば次式により、出力周波数補正量Δωｉが演算される。
【０１１６】
【数１４】
0003637209.tif 000015
【０１１７】
ただし、Ｋｐ：比例ゲイン、Ｋｉ：積分ゲイン。
【０１１８】
そして、この出力周波数補正量Δωｉは、加算器３１により出力周波数基準量ωirefと加算されて、３相インバータ１の出力周波数ωｉとなる。
【０１１９】
図３の出力周波数演算部１１においては、ゲインＫが１であるとすると、ｑ軸誘起電圧に基づいて演算された出力周波数基準ωirefを、ｄ軸誘起電圧Ｅｄに基づいて補正している。
【０１２０】
前述した図２１のように、ベクトル制御が成り立つ場合、すなわちｄ軸と磁束軸とが一致する場合には、ｄ軸誘起電圧は発生しない。ｄ軸誘起電圧に基づいて出力周波数を補正することで、軸ずれを補償して、磁束軸とｄ軸とを一致させることが可能である。
【０１２１】
また、ゲインＫが０であり、出力周波数基準ωirefが存在しない場合でも、比例積分制御器３３の積分の作用により、軸ずれを補償した安定な動作が可能である。
【０１２２】
図４は、出力周波数演算部１１の他の構成例を示すブロック図である。
【０１２３】
なお、本例では、前記ゲインＫが０である場合の例であるため、出力周波数基準量演算器は存在しない。
【０１２４】
図４において、出力周波数演算部１１は、座標系変換器３４と、減算器３５と、比例積分制御器３３とから構成される。
【０１２５】
座標系変換器３４では、例えば次式により、誘導電動機２の各相電流Ｉｕ，  Ｉｗを、ｄｑ軸回転座標系上での電流Ｉｄ，Ｉｑに変換する。
【０１２６】
ただし、θａｂは、静止座標系ａ軸から回転座標系ｄ軸までの位相角。
【０１２７】
【数１５】
0003637209.tif 000016
【０１２８】
減算器３５では、トルク軸（ｑ軸）電流指令Ｉｑ* からトルク軸（ｑ軸）電流Ｉｑを減算して、偏差ΔＩｑを演算する。
【０１２９】
比例積分制御器３３には、このトルク軸（ｑ軸）電流の偏差ΔＩｑが入力され、３相インバータ１の出力周波数ωｉを出力する。
【０１３０】
図４の出力周波数演算部１１においては、トルク軸（ｑ軸）電流の偏差ΔＩｑに基づいて、３相インバータ１の出力周波数ωｉを補正している。
【０１３１】
前述した図２１のように、ベクトル制御が成り立つ場合には、トルク軸  （ｑ軸）電流指令Ｉｑ* とトルク軸（ｑ軸）電流Ｉｑとは一致する。このトルク軸  （ｑ軸）電流の偏差ΔＩｑは、３相インバータ１の出力周波数ωｉがベクトル制御として適切に与えられないために生じるものであると考えられる。
【０１３２】
このトルク軸電流の偏差ΔＩｑに基づいて、３相インバータ１の出力周波数  ωｉを補正演算することで、ベクトル制御の条件である磁束軸とｄ軸とを一致させることが可能である。
【０１３３】
（第２の実施の形態）
図５は、本実施の形態による速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置における磁束指令補正部１０の概略構成例を示すブロック図であり、前記図１と同一要素には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１３４】
すなわち、図５に示すように、本実施の形態の磁束指令補正部１０は、磁束補正量演算器１２と、加算器１３とから構成している。
【０１３５】
磁束補正量演算器１２は、電圧指令演算部６により演算された電圧指令Ｖｄ* ，Ｖｑ* と、座標変換部７により演算された電圧指令の大きさ｜Ｖ｜と、電流検出器４により検出された誘導電動機２の相電流Ｉｕ，Ｉｗと、電流指令演算部５により演算された電流指令Ｉｑ* ，Ｉｄ* のうちの少なくとも一つに基づいて、磁束補正量φcmp を演算する。
【０１３６】
加算器１３は、磁束補正量演算器１２により演算された磁束補正量φcmp と磁束指令φ* とを加算して、補正後の磁束指令φ* cmp を出力する。
【０１３７】
次に、以上のように構成した本実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置の作用について説明する。
【０１３８】
なお、ここでは、前記図１と異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０１３９】
図５において、磁束補正量演算器１２では、電圧指令演算部６からの出力であるｄ軸電圧指令Ｖｄ* ，ｑ軸電圧指令Ｖｑ* 、座標変換部７からの出力である電圧指令の大きさ｜Ｖ｜、電流指令演算部５からの出力である磁束軸（ｄ軸）電流指令Ｉｄ* ，トルク軸（ｑ軸）電流指令Ｉｑ* 、電流検出器４により検出された誘導電動機２の各相電流Ｉｕ，Ｉｗとに基づいて、実際の誘導電動機２の状態量と対応する指令との差異を判断し、磁束指令φ* への磁束補正量φcmp が演算される。
【０１４０】
そして、この磁束指令φ* への磁束補正量φcmp は、加算器１３により磁束指令φ* と加算されて、補正後の磁束指令φ* cmp が出力される。
【０１４１】
上述したように、本実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置では、３相インバータ１がＣＶＶＦ動作する場合に、誘導電動機２の電流・電圧・磁束といった各状態量と対応する各指令との差異に基づいて磁束補正量φcmp を演算し、この磁束補正量φcmp を磁束指令φ* に加算することで磁束指令φ* を補正することにより、誘導電動機２の各状態量とその各指令とが一致し、３相インバータ１の出力トルクをその指令に追従させることができる。１パルスモードにおいても動作可能であり、３相インバータ１の電圧を最大限に利用することができる。
【０１４２】
以上により、３相インバータ１が出力電圧の大きさが一定であるＣＶＶＦ動作をする場合においても、出力電圧の大きさが最大値で固定としたまま制御可能として、３相インバータ１の容量を低減することが可能となる。
【０１４３】
（第３の実施の形態）
図６は、本実施の形態による速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置における磁束指令補正部１０の磁束補正量演算器１２の概略構成例を示すブロック図であり、前記図１および図５と同一要素には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１４４】
すなわち、図６に示すように、本実施の形態の磁束補正量演算器１２は、出力電圧長演算器１５と、減算器１６と、第２の磁束補正量演算器１４とから構成している。
【０１４５】
出力電圧長演算器１５は、３相インバータ１の出力電圧の大きさ｜Ｖ｜* を示す電圧長を演算する。
【０１４６】
減算器１６は、出力電圧長演算器１５により演算された出力電圧の大きさ    ｜Ｖ｜* から前記座標変換部７により演算された電圧指令の大きさ｜Ｖ｜を減算して、偏差Δ｜Ｖ｜を演算する。
【０１４７】
第２の磁束補正量演算器１４は、減算器１６により演算された電圧の偏差    Δ｜Ｖ｜に基づいて、前記磁束補正量φcmp を演算する。
【０１４８】
次に、以上のように構成した本実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置の作用について説明する。
【０１４９】
なお、ここでは、前記図１および図５と異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０１５０】
図６において、出力電圧長演算器１５では、３相インバータ１がＣＶＶＦ動作をする場合に、実際に３相インバータ１から出力される出力電圧の大きさが演算される。
【０１５１】
例えば、３相インバータ１が１パルスモードの場合、実際に３相インバータ１から出力される出力電圧の大きさ｜Ｖ｜* は、例えば次式により、直流リンク電圧Ｖｄｃから一意に決まる。
【０１５２】
出力電圧長演算器１５では、実際に３相インバータ１から出力される出力電圧長、すなわち出力電圧の大きさ｜Ｖ｜* が出力される。
【０１５３】
【数１６】
0003637209.tif 000017
【０１５４】
減算器１６では、出力電圧長演算器１５からの出力である実際の出力電圧の大きさ｜Ｖ｜* から、座標変換部７からの出力である指令としての出力電圧の大きさ｜Ｖ｜が減算される。
【０１５５】
この減算器１６からの出力Δ｜Ｖ｜は、３相インバータ１の出力電圧の大きさの実際値と指令値との偏差を表わし、第２の磁束補正量演算器１４に入力される。
【０１５６】
第２の磁束補正量演算器１４では、減算器１６からの出力である出力電圧の大きさの実際値と指令値との偏差Δ｜Ｖ｜が零となるように、例えば次式により、比例積分制御により磁束補正量φcmp が演算される。
【０１５７】
【数１７】
0003637209.tif 000018
【０１５８】
ただし、ｓ：ラプラス演算子、Ｋｐ：比例ゲイン、Ｋｉ：積分ゲイン。
【０１５９】
すなわち、実際に３相インバータ１から出力される出力電圧の大きさ｜Ｖ｜* が、指令としての出力電圧の大きさ｜Ｖ｜よりも大きい場合（Δ｜Ｖ｜＞０）には、磁束指令φ* を大きくするような、すなわち正の磁束補正量φcmp を出力するように、ゲインＫｐ，Ｋｉが設定される。
【０１６０】
出力電圧の大きさ｜Ｖ｜は、高速回転領域では概ね磁束指令φ* に比例するため、補正後の磁束指令φ* cmp が大きくなることにより、指令としての出力電圧の大きさ｜Ｖ｜を大きくすることができる。
【０１６１】
上述したように、本実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置では、３相インバータ１がＣＶＶＦ動作する場合に、３相インバータ１から実際に出力される出力電圧の大きさ｜Ｖ｜* と電圧指令に基づく出力電圧の大きさ｜Ｖ｜との偏差Δ｜Ｖ｜に基づいて、この偏差Δ｜Ｖ｜が零となるように磁束補正量φcmp を演算し、この磁束補正量φcmp を磁束指令φ* に加算することで磁束指令φ* を補正することにより、３相インバータ１から出力され、誘導電動機２にかかる実際の電圧の大きさと電圧指令の大きさとが一致することで、誘導電動機２の各状態量とその各指令とが一致し、３相インバータ１の出力トルクをその指令に追従させることができる。１パルスモードにおいても動作可能であり、３相インバータ１の電圧を最大限に利用することができる。
【０１６２】
以上により、３相インバータ１が出力電圧の大きさが一定であるＣＶＶＦ動作をする場合においても、出力電圧の大きさが最大値で固定としたまま制御可能として、３相インバータ１の容量を低減することが可能となる。
【０１６３】
（第４の実施の形態）
図７は、本実施の形態による速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置における磁束指令補正部１０の磁束補正量演算器１２の概略構成例を示すブロック図であり、前記図１および図５と同一要素には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１６４】
すなわち、図７に示すように、本実施の形態の磁束補正量演算器１２は、直流電圧検出器１７と、第２の出力電圧長演算器１８と、減算器１６と、第２の磁束補正量演算器１４とから構成している。
【０１６５】
直流電圧検出器１７は、フィルタコンデンサ３にかかる直流リンク電圧Ｖｄｃを検出する。
【０１６６】
第２の出力電圧長演算器１８は、電圧検出器１７により検出された直流リンク電圧Ｖｄｃに基づいて、３相インバータ１の出力電圧の大きさ｜Ｖ｜* を示す電圧長を演算する。
【０１６７】
減算器１６は、第２の出力電圧長演算器１８により演算された出力電圧の大きさ｜Ｖ｜* から前記座標変換部７により演算された電圧指令の大きさ｜Ｖ｜を減算して、偏差Δ｜Ｖ｜を演算する。
【０１６８】
第２の磁束補正量演算器１４は、減算器１６により演算された電圧の偏差    Δ｜Ｖ｜に基づいて、前記磁束補正量φcmp を演算する。
【０１６９】
次に、以上のように構成した本実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置の作用について説明する。
【０１７０】
なお、ここでは、前記図１および図５と異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０１７１】
図７において、直流電圧検出器１７では、３相インバータ１の直流側に接続されたフィルタコンデンサ３にかかる直流リンク電圧Ｖｄｃが検出され、この検出された直流リンク電圧Ｖｄｃは、第２の出力電圧長演算器１８に入力される。
【０１７２】
第２の出力電圧長演算器１８では、３相インバータ１がＣＶＶＦ動作をする場合に、実際に３相インバータ１から出力される出力電圧の大きさ｜Ｖ｜* が演算される。
【０１７３】
例えば、３相インバータ１が１パルスモードの場合、実際に３相インバータ１から出力される出力電圧の大きさ｜Ｖ｜* は、例えば次式により、直流リンク電圧Ｖｄｃに応じて演算される。
【０１７４】
【数１８】
0003637209.tif 000019
【０１７５】
減算器１６では、第２の出力電圧長演算器１８からの出力である実際の出力電圧の大きさ｜Ｖ｜* から、座標変換部７からの出力である指令としての出力電圧の大きさ｜Ｖ｜が減算される。
【０１７６】
この減算器１６からの出力Δ｜Ｖ｜は、３相インバータ１から出力される実際の出力電圧の大きさと指令としての出力電圧の大きさとの偏差を表わし、第２の磁束補正量演算器１４に入力される。
【０１７７】
第２の磁束補正量演算器１４では、減算器１６からの出力である出力電圧の大きさの実際値と指令値との偏差Δ｜Ｖ｜が零となるように、例えば次式により、比例制御により磁束補正量φcmp が演算される。
【０１７８】
【数１９】
0003637209.tif 000020
【０１７９】
ただし、ｓ：ラプラス演算子、Ｋｐ：比例ゲイン、Ｋｉ：積分ゲイン。
【０１８０】
すなわち、実際に３相インバータ１から出力される出力電圧の大きさ｜Ｖ｜* が、指令としての出力電圧の大きさ｜Ｖ｜よりも大きい場合（Δ｜Ｖ｜＞０）には、磁束指令φ* を大きくするような、すなわち正の磁束補正量φcmp を出力するように、ゲインＫｐ，Ｋｉが設定される。
【０１８１】
出力電圧の大きさ｜Ｖ｜は、高速回転領域では概ね磁束指令φ* に比例するため、補正後の磁束指令φ* cmp が大きくなることにより、指令としての出力電圧の大きさ｜Ｖ｜を大きくすることができる。
【０１８２】
上述したように、本実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置では、３相インバータ１がＣＶＶＦ動作する場合に、３相インバータ１から実際に出力される出力電圧の大きさ｜Ｖ｜* と電圧指令に基づく出力電圧の大きさ｜Ｖ｜との偏差Δ｜Ｖ｜に基づいて、この偏差Δ｜Ｖ｜が零となるように磁束補正量φcmp を演算し、この磁束補正量φcmp を磁束指令φ* に加算することで磁束指令φ* を補正するようにしている。
【０１８３】
従って、３相インバータ１から出力され、誘導電動機２にかかる実際の電圧長と電圧指令長とが一致することで、誘導電動機２の各状態量とその各指令とが一致し、３相インバータ１の出力トルクをその指令に追従させることができる。１パルスモードにおいても動作可能であり、３相インバータ１の電圧を最大限に利用することができる。
【０１８４】
特に、直流リンク電圧Ｖｄｃが変動するような場合にも、直流リンク電圧Ｖｄｃに応じた出力電圧の大きさを算出することにより、直流リンク電圧Ｖｄｃの変動にも関わらず、３相インバータ１の出力トルクをその指令に追従させることができる。
【０１８５】
以上により、３相インバータ１が出力電圧の大きさが一定であるＣＶＶＦ動作をする場合においても、出力電圧の大きさが最大値で固定としたまま制御可能として、３相インバータ１の容量を低減することが可能となり、さらに３相インバータ１の出力電圧の変動にも対処することが可能となる。
【０１８６】
（第５の実施の形態）
図８は、本実施の形態による速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置における磁束指令補正部１０の磁束補正量演算器１２の概略構成例を示すブロック図であり、前記図１および図５と同一要素には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１８７】
すなわち、図８に示すように、本実施の形態の磁束補正量演算器１２は、磁束長演算器１９と、減算器１６と、第２の磁束補正量演算器１４とから構成している。
【０１８８】
磁束長演算器１９は、前記電圧指令演算部６により演算された電圧指令Ｖｄ* ，Ｖｑ* と、前記電流検出器４により検出された誘導電動機２の相電流Ｉｕ，  Ｉｗと、前記電流指令演算部５により演算されたトルク軸電流指令Ｉｑ* ，磁束軸電流指令Ｉｄ* のうちの少なくとも一つに基づいて、磁束の大きさ｜φ｜を示す磁束長を演算する。
【０１８９】
減算器１６は、磁束長演算器１９により演算された磁束の大きさ｜φ｜から前記磁束指令補正部１０により補正された磁束指令φ* cmp を減算して、偏差
Δ｜φ｜を演算する。
【０１９０】
第２の磁束補正量演算器１４は、減算器１６により演算された磁束の偏差
Δ｜φ｜に基づいて、前記磁束補正量φcmp を演算する。
【０１９１】
次に、以上のように構成した本実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置の作用について説明する。
【０１９２】
なお、ここでは、前記図１および図５と異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０１９３】
図８において、磁束長演算器１９では、例えば次式により、磁束推定の演算が行なわれる。
【０１９４】
【数２０】
0003637209.tif 000021
【０１９５】
【数２１】
0003637209.tif 000022
【０１９６】
【数２２】
0003637209.tif 000023
【０１９７】
この場合、磁束推定の方法としては、上述の演算以外にも多数存在するものであり、その方法をここで限定するものではない。
【０１９８】
減算器１６では、磁束長演算器１９からの出力である磁束の大きさ｜φ｜から、補正後の磁束指令φ* cmp が減算される。
【０１９９】
この減算器１６からの出力Δ｜φ｜は、推定演算された磁束の大きさと指令値との偏差を表わし、第２の磁束補正量演算器１４に入力される。
【０２００】
第２の磁束補正量演算器１４では、減算器１６からの出力である推定演算された磁束の大きさと指令値との偏差Δ｜φ｜が零となるように、例えば次式により、比例積分制御により磁束補正量φcmp が演算される。
【０２０１】
【数２３】
0003637209.tif 000024
【０２０２】
ただし、ｓ：ラプラス演算子、Ｋｐ：比例ゲイン、Ｋｉ：積分ゲイン。
【０２０３】
すなわち、推定演算された磁束の大きさ｜φ｜が、補正後の磁束指令φ* cmp よりも大きい場合（Δ｜φ｜＞０）には、磁束指令φ* を大きくするような、すなわち正の磁束補正量φcmp を出力するように、ゲインＫｐ，Ｋｉが設定される。
【０２０４】
上述したように、本実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置では、３相インバータ１がＣＶＶＦ動作する場合に、推定演算された磁束の大きさ｜φ｜と補正後の磁束指令φ* cmp との偏差Δ｜φ｜に基づいて、この偏差Δ｜φ｜が零となるように磁束補正量φcmp を演算する。
【０２０５】
ＣＶＶＦの場合、磁束指令が実際の磁束量に一致しないと、出力電圧の指令値と実際の出力電圧とが一致しない。誘導電動機２にかかる実際の磁束長と磁束指令長とが一致することで、誘導電動機２の各状態量とその各指令とが一致し、３相インバータ１の出力トルクをその指令に追従させることができる。１パルスモードにおいても動作可能であり、３相インバータ１の電圧を最大限に利用することができる。
【０２０６】
以上により、３相インバータ１が出力電圧の大きさが一定であるＣＶＶＦ動作をする場合においても、出力電圧の大きさが最大値で固定としたまま制御可能として、３相インバータ１の容量を低減することが可能となる。
【０２０７】
（第６の実施の形態）
図９は、本実施の形態による速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置における磁束指令補正部１０の磁束補正量演算器１２の概略構成例を示すブロック図であり、前記図１および図５と同一要素には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０２０８】
すなわち、図９に示すように、本実施の形態の磁束補正量演算器１２は、ｄ軸磁束演算器２０と、減算器１６と、第２の磁束補正量演算器１４とから構成している。
【０２０９】
ｄ軸磁束演算器２０は、前記電圧指令演算部６により演算された電圧指令
Ｖｄ* ，Ｖｑ* と、前記電流検出器４により検出された誘導電動機２の相電流  Ｉｕ，Ｉｗと、前記電流指令演算部５により演算されたトルク軸電流指令Ｉｑ* ，磁束軸電流指令Ｉｄ* のうちの少なくとも一つに基づいて、前記ｄｑ軸回転座標系上でのｄ軸磁束φｄを演算する。
【０２１０】
減算器１６は、ｄ軸磁束演算器２０により演算されたｄ軸磁束の大きさφｄから前記磁束指令補正部１０により補正された磁束指令φ* cmp を減算して、偏差Δ｜φ｜を演算する。
【０２１１】
第２の磁束補正量演算器１４は、減算器１６により演算された磁束の偏差
Δ｜φ｜に基づいて、前記磁束補正量φcmp を演算する。
【０２１２】
次に、以上のように構成した本実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置の作用について説明する。
【０２１３】
なお、ここでは、前記図１および図５と異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０２１４】
図９において、ｄ軸磁束演算器２０では、例えば前述の（２１）式，（２２）式，（２３）式により、ｄ軸磁束推定の演算が行なわれる。
【０２１５】
この場合、ｄ軸磁束推定の方法としては、上述の演算以外にも多数存在するものであり、その方法をここで限定するものではない。
【０２１６】
減算器１６では、ｄ軸磁束演算器２０からの出力である推定演算されたｄ軸磁束φｄから、補正後の磁束指令値φ* cmp が減算される。
【０２１７】
この減算器１６からの出力Δ｜φ｜は、推定演算されたｄ軸磁束φｄと補正後の磁束指令値φ* cmp との偏差を表わし、第２の磁束補正量演算器１４に入力される。
【０２１８】
第２の磁束補正量演算器１４では、減算器１６からの出力である推定演算されたｄ軸磁束φｄと補正後の磁束指令値φ* cmp との偏差Δ｜φ｜が零となるように、例えば次式により、比例積分制御により磁束補正量φcmp が演算される。
【０２１９】
【数２４】
0003637209.tif 000025
【０２２０】
ただし、ｓ：ラプラス演算子、Ｋｐ：比例ゲイン、Ｋｉ：積分ゲイン。
【０２２１】
すなわち、推定演算されたｄ軸磁束φｄが、補正後の磁束指令φ* cmp よりも大きい場合（Δ｜φ｜＞０）には、磁束指令φ* を大きくするような、すなわち正の磁束補正量φcmp を出力するように、ゲインＫｐ，Ｋｉが設定される。
【０２２２】
上述したように、本実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置では、３相インバータ１がＣＶＶＦ動作する場合に、誘導電動機２に発生する実際のｄ軸磁束の大きさφｄと補正後の磁束指令φ* cmp との偏差Δ｜φ｜に基づいて、この偏差Δ｜φ｜が零となるように磁束補正量φcmp を演算する。
【０２２３】
ベクトル制御においては、ｄ軸と磁束軸が一致する、すなわちｑ軸磁束が零であるように制御する。ＣＶＶＦ動作の場合、実際に誘導電動機２に発生するｄ軸磁束と磁束指令とが一致しないと、電圧指令と実際の出力電圧とが一致しない。誘導電動機２のｄ軸磁束を推定演算し、磁束指令との偏差に応じて磁束指令量を演算することで、誘導電動機２の各状態量とその各指令とが一致し、３相インバータ１の出力トルクをその指令に追従させることができる。１パルスモードにおいても動作可能であり、３相インバータ１の電圧を最大限に利用することができる。
【０２２４】
特に、この場合には、前記第５の実施の形態と比較して、過渡的には演算量が少なくて済み、結果として演算に関するプログラムサイズを小さくすることができる。
【０２２５】
以上により、３相インバータ１が出力電圧の大きさが一定であるＣＶＶＦ動作をする場合においても、出力電圧の大きさが最大値で固定としたまま制御可能として、３相インバータ１の容量を低減することが可能となる。
【０２２６】
（第７の実施の形態）
図１０は、本実施の形態による速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置における磁束指令補正部１０の磁束補正量演算器１２の概略構成例を示すブロック図であり、前記図１および図５と同一要素には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０２２７】
すなわち、図１０に示すように、本実施の形態の磁束補正量演算器１２は、誘起電圧演算器２１と、誘起電圧長演算器２２と、誘起電圧基準演算器２３と、減算器１６と、第２の磁束補正量演算器１４とから構成している。
【０２２８】
誘起電圧演算器２１は、前記電圧指令演算部６により演算された電圧指令
Ｖｄ* ，Ｖｑ* と、前記電流検出器４により検出された誘導電動機２の相電流  Ｉｕ，Ｉｗと、前記電流指令演算部５により演算されたトルク軸電流指令Ｉｑ* ，磁束軸電流指令Ｉｄ* のうちの少なくとも一つに基づいて、前記ｄｑ軸回転座標系上におけるｄ軸誘起電圧Ｅｄとｑ軸誘起電圧Ｅｑとを演算する。
【０２２９】
誘起電圧長演算器２２は、誘起電圧演算器２１により演算されたｄ軸誘起電圧Ｅｄとｑ軸誘起電圧Ｅｑとに基づいて、この誘起電圧の大きさ｜Ｅ｜を示す誘起電圧長を演算する。
【０２３０】
誘起電圧基準演算器２３は、前記磁束指令補正部１０により補正された磁束指令φ* cmp と、前記出力周波数演算部１１により演算された３相インバータ１の出力周波数ωｉとに基づいて、誘起電圧基準Ｅref を演算する。
【０２３１】
減算器１６は、誘起電圧長演算器２２により演算された誘起電圧長｜Ｅ｜から誘起電圧基準演算器２３により演算された誘起電圧基準Ｅref をを減算して、偏差Δ｜Ｅ｜を演算する。
【０２３２】
第２の磁束補正量演算器１４は、減算器１６により演算された誘起電圧の偏差Δ｜Ｅ｜に基づいて、前記磁束補正量φcmp を演算する。
【０２３３】
次に、以上のように構成した本実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置の作用について説明する。
【０２３４】
なお、ここでは、前記図１および図５と異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０２３５】
図１０において、誘起電圧演算器２１では、例えば次式により、誘起電圧推定の演算が行なわれる。
【０２３６】
【数２５】
0003637209.tif 000026
【０２３７】
【数２６】
0003637209.tif 000027
【０２３８】
この誘起電圧演算器２１からの出力であるｄ軸誘起電圧Ｅｄとｑ軸誘起電圧Ｅｑは、誘起電圧長演算器２２に入力される。
【０２３９】
誘起電圧長演算器２２では、例えば次式により、推定演算された誘起電圧の大きさ｜Ｅ｜が演算される。
【０２４０】
【数２７】
0003637209.tif 000028
【０２４１】
誘起電圧基準演算器２３では、補正後の磁束指令φ* cmp と３相インバータ１の出力周波数ωｉとに基づいて、例えば次式により、誘起電圧基準Ｅref が演算される。
【０２４２】
【数２８】
0003637209.tif 000029
【０２４３】
減算器１６では、誘起電圧演算器２１からの出力である推定演算された誘起電圧の大きさ｜Ｅ｜から、誘起電圧基準演算器２３からの出力である誘起電圧基準Ｅref が減算される。
【０２４４】
この減算器１６からの出力Δ｜Ｅ｜は、推定演算された誘起電圧の大きさ    ｜Ｅ｜と誘起電圧基準Ｅref との偏差を表わし、第２の磁束補正量演算器１４に入力される。
【０２４５】
第２の磁束補正量演算器１４では、減算器１６からの出力である推定演算された誘起電圧の大きさ｜Ｅ｜と誘起電圧基準Ｅref との偏差Δ｜Ｅ｜が零となるように、例えば次式により、比例積分制御により磁束補正量φcmp が演算される。
【０２４６】
【数２９】
0003637209.tif 000030
【０２４７】
ただし、ｓ：ラプラス演算子、Ｋｐ：比例ゲイン、Ｋｉ：積分ゲイン。
【０２４８】
すなわち、推定演算された誘起電圧の大きさ｜Ｅ｜が、誘起電圧基準Ｅref よりも大きい場合（Δ｜Ｅ｜＞０）には、磁束指令φ* を大きくするような、すなわち正の磁束補正量φcmp を出力するように、ゲインＫｐ，Ｋｉが設定される。
【０２４９】
上述したように、本実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置では、３相インバータ１がＣＶＶＦ動作する場合に、推定演算された誘起電圧の大きさ｜Ｅ｜と誘起電圧基準Ｅref との偏差Δ｜Ｅ｜に基づいて、この偏差Δ｜Ｅ｜が零となるように磁束補正量φcmp を演算する。
【０２５０】
ＣＶＶＦ動作の場合、磁束指令が実際の磁束量に一致しないと、誘起電圧基準と実際の誘起電圧の大きさとが一致しない。推定演算された誘起電圧と誘起電圧基準との偏差に基づいて磁束補正量を演算することで、誘導電動機２の各状態量とその各指令とが一致し、３相インバータ１の出力トルクをその指令に追従させることができる。１パルスモードにおいても動作可能であり、３相インバータ１の電圧を最大限に利用することができる。
【０２５１】
以上により、３相インバータ１が出力電圧の大きさが一定であるＣＶＶＦ動作をする場合においても、出力電圧の大きさが最大値で固定としたまま制御可能として、３相インバータ１の容量を低減することが可能となる。
【０２５２】
（第８の実施の形態）
図１１は、本実施の形態による速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置における磁束指令補正部１０の磁束補正量演算器１２の概略構成例を示すブロック図であり、前記図１および図５と同一要素には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０２５３】
すなわち、図１１に示すように、本実施の形態の磁束補正量演算器１２は、誘起電圧演算器２１と、誘起電圧基準演算器２３と、減算器１６と、第２の磁束補正量演算器１４とから構成している。
【０２５４】
誘起電圧演算器２１は、前記電圧指令演算部６により演算された電圧指令
Ｖｄ* ，Ｖｑ* と、前記電流検出器４により検出された誘導電動機２の相電流  Ｉｕ，Ｉｗと、前記電流指令演算部５により演算されたトルク軸電流指令Ｉｑ* ，磁束軸電流指令Ｉｄ* のうちの少なくとも一つに基づいて、前記ｄｑ軸回転座標系上におけるｄ軸誘起電圧Ｅｄとｑ軸誘起電圧Ｅｑとを演算する。
【０２５５】
誘起電圧基準演算器２３は、前記磁束指令補正部１０により補正された磁束指令φ* cmp と、前記出力周波数演算部１１により演算された３相インバータ１の出力周波数ωｉとに基づいて、誘起電圧基準Ｅref を演算する。
【０２５６】
減算器１６は、誘起電圧演算器２１により演算されたｑ軸誘起電圧Ｅｑから誘起電圧基準演算器２３により演算された誘起電圧基準Ｅref を減算して、偏差  Δ｜Ｅ｜を演算する。
【０２５７】
第２の磁束補正量演算器１４は、減算器１６により演算された誘起電圧の偏差Δ｜Ｅ｜に基づいて、前記磁束補正量φcmp を演算する。
【０２５８】
次に、以上のように構成した本実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置の作用について説明する。
【０２５９】
なお、ここでは、前記図１および図５と異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０２６０】
図１１において、誘起電圧演算器２１では、例えば前述の（２７）式，
（２８）式により、誘起電圧推定の演算が行なわれる。
【０２６１】
誘起電圧基準演算器２３では、補正後の磁束指令φ* cmp と３相インバータ１の出力周波数ωｉとに基づいて、例えば前述の（３０）式により、誘起電圧基準Ｅref が演算される。
【０２６２】
減算器１６では、誘起電圧演算器２１からの一方の出力であるｑ軸誘起電圧  Ｅｑから、誘起電圧基準演算器２３からの出力である誘起電圧基準Ｅref が減算される。
【０２６３】
この減算器１６からの出力Δ｜Ｅ｜は、減算器１６からの出力である推定演算されたｑ軸誘起電圧Ｅｑと誘起電圧基準Ｅref との偏差を表わし、第２の磁束補正量演算器１４に入力される。
【０２６４】
第２の磁束補正量演算器１４では、減算器１６からの出力である推定演算されたｑ軸誘起電圧Ｅｑと誘起電圧基準Ｅref との偏差Δ｜Ｅ｜が零となるように、例えば次式により、比例積分制御により磁束補正量φcmp が演算される。
【０２６５】
【数３０】
0003637209.tif 000031
【０２６６】
ただし、ｓ：ラプラス演算子、Ｋｐ：比例ゲイン、Ｋｉ：積分ゲイン。
【０２６７】
すなわち、実際のｑ軸誘起電圧Ｅｑが誘起電圧基準Ｅref よりも大きい場合  （Δ｜Ｅ｜＞０）には、磁束指令φ* を大きくするような、すなわち正の磁束補正量φcmp を出力するように、ゲインＫｐ，Ｋｉが設定される。
【０２６８】
上述したように、本実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置では、３相インバータ１がＣＶＶＦ動作する場合に、推定演算されたｑ軸誘起電圧の大きさＥｑと誘起電圧基準Ｅref との偏差Δ｜Ｅ｜に基づいて、この偏差Δ｜Ｅ｜が零となるように磁束補正量φcmp を演算する。
【０２６９】
ベクトル制御を施す場合、ｄ軸に磁束を一致させるため、ｑ軸誘起電圧のみが発生し、ｄ軸誘起電圧は発生しない。３相インバータ１がＣＶＶＦ動作を行なう場合、磁束指令が実際の磁束量に一致しないと、誘起電圧基準と実際のｑ軸誘起電圧とが一致しない。推定演算されたｑ軸誘起電圧と誘起電圧基準との偏差に基づいて磁束補正量を演算することで、誘導電動機２の各状態量とその各指令とが一致し、３相インバータ１の出力トルクをその指令に追従させることができる。１パルスモードにおいても動作可能であり、３相インバータ１の電圧を最大限に利用することができる。
【０２７０】
以上により、３相インバータ１が出力電圧の大きさが一定であるＣＶＶＦ動作をする場合においても、出力電圧の大きさが最大値で固定としたまま制御可能として、３相インバータ１の容量を低減することが可能となる。
【０２７１】
（第９の実施の形態）
図１２は、本実施の形態による速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置における出力周波数演算部１１の概略構成例を示すブロック図であり、前記図１と同一要素には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０２７２】
本実施の形態は、前記第１の実施の形態において、３相インバータ１に接続される電動機が特に誘導電動機２であると限定した場合の出力周波数演算部１１の構成例について特定している。
【０２７３】
すなわち、図１２に示すように、本実施の形態の出力周波数演算部１１は、ロータ回転周波数演算部２４と、滑り周波数演算部２５と、加算器２６とから構成している。
【０２７４】
ロータ回転周波数演算部２４は、電圧指令演算部６からの出力であるｄ軸電圧指令Ｖｄ* ，ｑ軸電圧指令Ｖｑ* 、電流指令演算部５からの出力である磁束軸（ｄ軸）電流指令Ｉｄ* ，トルク軸（ｑ軸）電流指令Ｉｑ* 、電流検出器４により検出された誘導電動機２の各相電流、Ｉu ，Ｉw のうちの少なくとも一つに基づいて、誘導電動機２のロータの回転周波数を推定演算し、ロータ周波数ωrhを出力する。
【０２７５】
滑り周波数演算部２５は、電流指令演算部５からの出力である磁束軸（ｄ軸）電流指令Ｉｄ* ，トルク軸（ｑ軸）電流指令Ｉｑ* 、電流検出器４により検出された誘導電動機２の各相電流、Ｉu ，Ｉw のうちの少なくとも一つに基づいて、誘導電動機２の滑り周波数を演算し、滑り周波数ωshを出力する。
【０２７６】
加算器２６は、ロータ周波数演算部２４からの出力ωrhと、滑り周波数演算部２５からの出力ωshとを加算し、３相インバータ１の出力周波数を出力する。
【０２７７】
次に、以上のように構成した本実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置の作用について説明する。
【０２７８】
なお、ここでは、前記図１および図５と異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０２７９】
図１２において、ロータ周波数演算部２４では、電圧指令演算部６からの出力であるｄ軸電圧指令Ｖｄ* ，ｑ軸電圧指令Ｖｑ* 、電流指令演算部５の出力である磁束軸（ｄ軸）電流指令Ｉｄ* やトルク軸（ｑ軸）電流指令Ｉｑ* 、電流検出器４により検出された誘導電動機２の各相電流Ｉｕ，Ｉｗに基づいて、誘導電動機２のロータの回転周波数が推定演算され、ロータ周波数ωrhが出力される。
【０２８０】
滑り周波数演算部２５では、電流指令演算部５からの出力である磁束軸  （ｄ軸）電流指令Ｉｄ* ，トルク軸（ｑ軸）電流指令Ｉｑ* 、電流検出器４により検出された誘導電動機２の各相電流Ｉｕ，Ｉｗに基づいて、誘導電動機２に与えるべき滑り周波数が演算され、滑り周波数ωshが出力される。
【０２８１】
この場合、滑り周波数演算部２５では、例えば次式により、滑り周波数ωshが演算される。
【０２８２】
【数３１】
0003637209.tif 000032
【０２８３】
加算器２６では、ロータ周波数演算部２４からの出力であるロータ周波数ωrhと、滑り周波数演算部２５からの出力である滑り周波数ωshとが加算されて、３相インバータ１の出力周波数ωｉが演算される。
【０２８４】
ここで、ロータ周波数演算部２４は、例えば図１３に示すように、ロータ周波数基準演算部３６と、ロータ周波数補正量演算部３７と、加算器３８とから構成される。
【０２８５】
ロータ周波数基準演算部３６では、電圧指令演算部６からの出力であるｄ軸電圧指令Ｖｄ* ，ｑ軸電圧指令Ｖｑ* 、電流指令演算部５からの出力である磁束軸（ｄ軸）電流指令Ｉｄ* ，トルク軸（ｑ軸）電流指令Ｉｑ* 、電流検出器４により検出された誘導電動機２の各相電流Ｉｕ，Ｉｗに基づいて、誘導電動機２のロータの回転周波数の基準量ωrh* が推定演算される。
【０２８６】
ロータ周波数補正量演算部３７では、電圧指令演算部６からの出力であるｄ軸電圧指令Ｖｄ* ，ｑ軸電圧指令Ｖｑ* 、電流指令演算部５からの出力である磁束軸（ｄ軸）電流指令Ｉｄ* ，トルク軸（ｑ軸）電流指令Ｉｑ* 、電流検出器４により検出された誘導電動機２の各相電流Ｉｕ，Ｉｗに基づいて、誘導電動機２のロータの回転周波数への補正量ωrhcmp が演算される。
【０２８７】
加算器３８では、ロータ周波数基準演算部３６からの出力であるロータ周波数基準量ωrh* と、ロータ周波数補正量演算部３７からの出力であるロータ周波数補正量ωrhcmp とが加算されて、ロータ周波数ωrhが演算される。
【０２８８】
ここで、ロータ周波数補正量演算部３７は、例えば図１４に示すように、ｑ軸磁束演算器３９と、比例積分制御器４０とから構成される。
【０２８９】
ｑ軸磁束演算器３９では、電圧指令演算部６からの出力であるｄ軸電圧指令  Ｖｄ* ，ｑ軸電圧指令Ｖｑ* 、電流指令演算部５からの出力である磁束軸  （ｄ軸）電流指令Ｉｄ* ，トルク軸（ｑ軸）電流指令Ｉｑ* 、電流検出器４により検出された誘導電動機２の各相電流Ｉｕ，Ｉｗに基づいて、例えば（２１）式，  （２２）式，（２３）式により、ｑ軸磁束φｑが推定演算される。
【０２９０】
そして、この演算されたｑ軸磁束φｑは、比例積分制御器４０に入力され、例えば次式により、ロータ周波数補正量ωrhcmp が演算される。
【０２９１】
【数３２】
0003637209.tif 000033
【０２９２】
ただし、ｓ：ラプラス演算子、Ｋｐ：比例ゲイン、Ｋｉ：積分ゲイン。
【０２９３】
ロータ周波数が正確に演算される場合、速度センサ付きの滑り周波数形ベクトル制御と等価であり、ｄ軸と磁束軸とが一致し、ｑ軸磁束は発生しない。
【０２９４】
このようにして、ｑ軸磁束φｑを推定演算し、このｑ軸磁束φｑに基づいてロータ周波数を補正することにより、ロータ周波数の誤差を補正して、ｄ軸と磁束軸とを一致させる速度センサレスベクトル制御を行なうことができる。
【０２９５】
上述したように、本実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置では、誘導電動機２の各状態量から誘導電動機２のロータ周波数を推定演算し、誘導電動機２の各状態量から与えるべき滑り周波数を演算し、これらロータ周波数と滑り周波数とを加算して３相インバータ１の出力周波数とすることにより、磁束軸とｄ軸とが一致するように制御を行なうことができる。
【０２９６】
また、３相インバータ１がＣＶＶＦ動作する場合に、誘導電動機２の電流・電圧・磁束といった各状態量と対応する各指令との差異に基づいて磁束指令φ* を補正することにより、誘導電動機２の各状態量とその各指令とが一致し、３相インバータ１の出力トルクをその指令に追従させることができる。１パルスモードにおいても動作可能であり、３相インバータ１の電圧を最大限に利用することができる。
【０２９７】
以上により、３相インバータ１が出力電圧の大きさが一定であるＣＶＶＦ動作をする場合においても、出力電圧の大きさが最大値で固定としたまま制御可能として、３相インバータ１の容量を低減することが可能となる。
【０２９８】
（第９の実施の形態の変形例）
図１５は、ロータ周波数補正量演算部３７の他の構成例を示すブロック図である。
【０２９９】
図１５において、ロータ周波数補正量演算部３７は、ｄ軸誘起電圧演算部４１と、比例積分制御器４０とから構成される。
【０３００】
ｄ軸誘起電圧演算器４１では、電圧指令演算部６からの出力であるｄ軸電圧指令Ｖｄ* ，ｑ軸電圧指令Ｖｑ* 、電流指令演算部５からの出力である磁束軸（ｄ軸）電流指令Ｉｄ* ，トルク軸（ｑ軸）電流指令Ｉｑ* 、電流検出器４により検出された誘導電動機２の各相電流Ｉｕ，Ｉｗに基づいて、例えば（２１）式，  （２２）式により、ｄ軸誘起電圧Ｅｄが推定演算される。
【０３０１】
そして、この演算されたｄ軸誘起電圧Ｅｄは、比例積分制御器４０に入力され、例えば次式により、ロータ周波数補正量ωrhcmp が演算される。
【０３０２】
【数３３】
0003637209.tif 000034
【０３０３】
ただし、ｓ：ラプラス演算子、Ｋｐ：比例ゲイン、Ｋｉ：積分ゲイン。
【０３０４】
ロータ周波数が正確に演算される場合、速度センサ付きの滑り周波数形ベクトル制御と等価であり、ｄ軸と磁束軸とが一致し、ｑ軸誘起電圧は発生しない。
【０３０５】
このようにして、ｄ軸誘起電圧Ｅｄを推定演算し、このｄ軸誘起電圧Ｅｄに基づいてロータ周波数を補正することにより、ロータ周波数の誤差を補正して、ｄ軸と磁束軸とを一致させる速度センサレスベクトル制御を行なうことができる。
（第１０の実施の形態）
図１６は、本実施の形態による速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置の概略構成例を示すブロック図であり、前記図１と同一要素には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０３０６】
本実施の形態は、前記第１乃至第９の各実施の形態において、電動機として誘導電動機を駆動する場合の構成例について示したものを、誘導電動機に限らず全ての電動機について同様に適用可能とした場合の構成例について示している。
【０３０７】
なお、ここでは、その一例として、電動機として永久磁石電動機を駆動する場合の構成例について示している。
【０３０８】
すなわち、図１６に示すように、本実施の形態の電力変換装置は、前記図１における誘導電動機２を、永久磁石電動機４１に置き換えた点のみが異なっている。
【０３０９】
図１６は、３相インバータ１と、３相インバータ１の直流側に接続されたフィルタコンデンサ３と、該３相インバータ１の交流側に接続された永久磁石電動機２とより主回路が構成され、ベクトル制御により電動機駆動制御を行うものとする。
【０３１０】
次に、以上のように構成した本実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置の作用について説明する。
【０３１１】
図１４において、磁束指令補正部１０には磁束指令φ* が入力され、詳細を後述するように補正して、補正後の磁束指令φ* cmp が出力される。
【０３１２】
電流指令演算部５には、補正後の磁束指令φ* cmp とトルク指令Ｔｍ* とが入力され、例えば次式により、磁束軸（ｄ軸）電流指令Ｉｄ* とトルク軸（ｑ軸）電流指令Ｉｑ* とが演算される。
【０３１３】
【数３４】
0003637209.tif 000035
【０３１４】
ただし、ΔＬ：Ｌｄ−Ｌｑ。
【０３１５】
電圧指令演算部６には、磁束軸（ｄ軸）電流指令Ｉｄ* と、トルク軸（ｑ軸）電流指令Ｉｑ* とが入力され、例えば次式により、ｄ軸電圧指令Ｖｄ* とｑ軸電圧指令Ｖｑ* とが演算される。
【０３１６】
【数３５】
0003637209.tif 000036
【０３１７】
ただし、Ｒ：抵抗、Ｌｄ：ｄ軸インダクタンス、Ｌｑ：ｑ軸インダクタンス、ωｉ：インバータ出力周波数、φｆ：永久磁石磁束。
【０３１８】
座標変換部７には、電圧指令演算部６からの出力であるｄ軸電圧指令Ｖｄ* ，ｑ軸電圧指令Ｖｑ* が入力され、例えば次式により、電圧指令の大きさ｜Ｖ｜とｄ軸からの位相角θｖとが演算される。
【０３１９】
【数３６】
0003637209.tif 000037
【０３２０】
ゲート制御部８では、座標変換部７からの出力である電圧指令のｄ軸からの位相角θｖと、積分部９からの出力である回転座標系ｄ軸の静止座標系ａ軸からの位相角θａｂとに基づいて、ゲート信号が生成される。
【０３２１】
なお、このゲート制御部８の動作は、前記第１の実施の形態におけるゲート制御部８の動作と同一であるため、ここではその説明を省略する。
【０３２２】
磁束指令補正部１０では、電圧指令演算部６からの出力であるｄ軸電圧指令  Ｖｄ* ，ｑ軸電圧指令Ｖｑ* と、座標変換部７からの出力である電圧指令の大きさ｜Ｖ｜と、電流検出器４により検出された永久磁石電動機４１の各相電流Ｉｕ，Ｉｗとに基づいて、実際の永久磁石電動機４１の状態量と対応する指令との相違を判断して、磁束指令φ* が補正される。永久磁石電動機４１の電圧は、概ね磁束×周波数で表わされるため、磁束指令φ* を補正することで、出力電圧の指令を補正していることになる。
【０３２３】
なお、この磁束指令補正部１０についても、前記第１の実施の形態における磁束指令補正部１０と同一の構成をとることができる。
【０３２４】
出力周波数演算部１１では、電圧指令演算部６からの出力であるｄ軸電圧指令Ｖｄ* ，ｑ軸電圧指令Ｖｑ* と、電流検出器４により検出された永久磁石電動機４１の各相電流Ｉｕ，Ｉｗとに基づいて、３相インバータ１の出力周波数ωｉが演算される。
【０３２５】
ここで、出力周波数演算部１１は、例えば図１７に示すように、出力周波数基準量演算部２７と、出力周波数補正量演算部２８と、加算器３１から構成される。
【０３２６】
また、出力周波数基準量演算部２７は、誘起電圧演算器４２と、除算器３２とから構成される。
【０３２７】
誘起電圧演算器４２では、例えば次式により、ｄ軸誘起電圧Ｅｄとｑ軸誘起電圧Ｅｑとが演算される。
【０３２８】
【数３７】
0003637209.tif 000038
【０３２９】
そして、この誘起電圧演算器４２により演算されたｑ軸誘起電圧Ｅｑは、除算器３２に入力されて、補正後の磁束指令値φ* cmp により除算される。この除算器３２からの出力は、出力周波数基準ωirefとなる。
【０３３０】
一方、出力周波数補正量演算部２８は、誘起電圧演算器４２と、比例積分制御器３３とから構成される。
【０３３１】
上記誘起電圧演算器４２により演算された誘起電圧のうち、ｄ軸誘起電圧Ｅｄが比例積分制御器３３に入力される。
【０３３２】
比例積分制御器３３では、例えば次式により、出力周波数補正量Δωｉが演算される。
【０３３３】
【数３８】
0003637209.tif 000039
【０３３４】
ただし、Ｋｐ：比例ゲイン、Ｋｉ：積分ゲイン。
【０３３５】
そして、この出力周波数補正量Δωｉは、加算器３１により出力周波数基準量ωirefと加算されて、３相インバータ１の出力周波数ωｉが演算される。
【０３３６】
このようにして、前述した誘導電動機２の駆動制御の場合と同様に、永久磁石電動機４１の駆動制御の場合にも、ベクトル制御が成り立つ場合、すなわちｄ軸と磁束軸とが一致する場合、ｄ軸誘起電圧は発生しない。
【０３３７】
このｄ軸誘起電圧に基づいて、３相インバータ１の出力周波数ωｉを補正するで、軸ずれを補償して、磁束軸とｄ軸とを一致させることが可能である。
【０３３８】
このようにして、出力周波数演算部１１により演算された３相インバータ１の出力周波数ωｉは、積分部９に入力され、その積分値が出力される。この積分部９の出力は、静止座標系ａ軸から回転座標系ｄ軸までの回転位相角θａｂである。
【０３３９】
上述したように、本実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置では、３相インバータ１がＣＶＶＦ動作する場合に、永久磁石電動機４１の電流・電圧・磁束といった各状態量と対応する各指令との差異に基づいて磁束指令φ* を補正することにより、永久磁石電動機４１の各状態量とその各指令とが一致し、３相インバータ１の出力トルクをその指令に追従させることができる。１パルスモードにおいても動作可能であり、３相インバータ１の電圧を最大限に利用することができる。
【０３４０】
（その他の実施の形態）
前記第１乃至第１０の各実施の形態では、電圧指令演算部６においては、磁束軸（ｄ軸）電流指令Ｉｄ* と、トルク軸（ｑ軸）電流Ｉｑ* とのみに基づいて、前述した（２）式により、ｄ軸電圧指令Ｖｄ* とｑ軸電圧指令Ｖｑ* とを演算する場合について説明したが、これに限定されるものではない。
【０３４１】
例えば、電動機２の相電流Ｉｕ，Ｉｗも入力し、磁束軸（ｄ軸）電流指令
Ｉｄ* と、トルク軸（ｑ軸）電流Ｉｑ* と、電流検出器４により検出された電動機の相電流Ｉｕ，Ｉｗとに基づいて、ｄ軸電圧指令Ｖｄ* とｑ軸電圧指令Ｖｑ* とを演算するようにしてもよい。Ｉｕ，Ｉｗは、例えば前述した（６）式により、Ｉｄ，Ｉｑへ変更される。
【０３４２】
この場合の演算式としては、前述した（２）式におけるｄ軸電圧指令Ｖｄ* とｑ軸電圧指令Ｖｑ* の演算式として、
Ｖｄ* ＝Ｒ１・Ｉｄ* −ωｉ・σＬ１・Ｉｑ* 
Ｖｑ* ＝Ｒ１・Ｉｑ* ＋ωｉ・Ｌ１・Ｉｄ* 
に代えて、
0003637209.tif 000040
とする場合もある。
【０３４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電力変換装置によれば、３相インバータが速度センサレスベクトル制御により出力電圧の大きさが一定であるＣＶＶＦ動作をする場合においても、電動機の情報に基づいて磁束指令を補正して、電動機の電流・電圧・磁束といった状態量を対応する指令と一致させることにより、３相インバータのトルク出力をその指令に追従させることができる。
【０３４４】
これにより、出力電圧の大きさが最大値で固定としたまま制御可能として、１パルスモードにおいても動作可能であり、３相インバータの電圧を最大限に利用して、３相インバータの容量を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置の第１の実施の形態を示すブロック図。
【図２】同第１の実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置における出力周波数演算部の詳細な第１の構成例を示すブロック図。
【図３】同第１の実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置における出力周波数演算部の詳細な第２の構成例を示すブロック図。
【図４】同第１の実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置における出力周波数演算部の詳細な第３の構成例を示すブロック図。
【図５】本発明による速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置の第２の実施の形態を示すブロック図。
【図６】本発明による速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置の第３の実施の形態を示すブロック図。
【図７】本発明による速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置の第４の実施の形態を示すブロック図。
【図８】本発明による速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置の第５の実施の形態を示すブロック図。
【図９】本発明による速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置の第６の実施の形態を示すブロック図。
【図１０】本発明による速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置の第７の実施の形態を示すブロック図。
【図１１】本発明による速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置の第８の実施の形態を示すブロック図。
【図１２】本発明による速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置の第９の実施の形態を示すブロック図。
【図１３】同第９の実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置におけるロータ周波数演算部の詳細な第１の構成例を示すブロック図。
【図１４】同第９の実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置におけるロータ周波数演算部の詳細な第２の構成例を示すブロック図。
【図１５】同第９の実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置におけるロータ周波数演算部の詳細な第３の構成例を示すブロック図。
【図１６】本発明による速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置の第１０の実施の形態を示すブロック図。
【図１７】同第１０の実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置における出力周波数演算部の詳細な構成例を示すブロック図。
【図１８】従来の速度センサレスベクトル制御を適用した電力変換装置の概略構成例を示すブロック図。
【図１９】従来の速度センサレスベクトル制御を適用した電力変換装置における出力周波数演算部の一例を示すブロック図。
【図２０】座標系の関係を示す概念図。
【図２１】軸ずれのない定常状態での誘導電動機のベクトル図。
【図２２】軸ずれのある定常状態での誘導電動機のベクトル図。
【符号の説明】
１…３相インバータ、
２…誘導電動機、
３…フィルタコンデンサ、
４…電流検出器、
５…電流指令演算部、
６…電圧指令演算部、
７…座標変換部、
８…ゲート制御部、
９…積分部、
１０…磁束指令補正部、
１１…出力周波数演算部、
１２…磁束補正量演算部、
１３…加算器、
１４…第２の磁束補正量演算器、
１５…出力電圧長演算器、
１６…減算器、
１７…直流電圧検出器、
１８…第２の出力電圧長演算器、
１９…磁束長演算器、
２０…ｄ軸磁束演算器、
２１…誘起電圧演算器、
２２…誘起電圧長演算器、
２３…誘起電圧基準演算器、
２４…ロータ周波数演算部、
２５…滑り周波数演算部、
２６…加算器、
２７…出力周波数基準量演算器、
２８…出力周波数補正量演算器、
２９…比例積分器、
３０…乗算器、
３１…加算器、
３２…除算器、
３３…比例積分制御器、
３４…座標系変換器、
３５…減算器、
３６…ロータ周波数基準演算部、
３７…ロータ周波数補正量演算部、
３８…加算器、
３９…ｑ軸磁束演算器、
４０…比例積分制御器、
４１…永久磁石電動機、
４２…誘起電圧演算器、
φ* …磁束指令、
φ* cmp …補正後の磁束指令、
Ｔｍ* …トルク指令、
Ｉｄ* …磁束軸（ｄ軸）電流指令、
Ｉｑ* …トルク軸（ｑ軸）電流指令、
Ｖｄ* …ｄ軸電圧指令、
Ｖｑ* …ｑ軸電圧指令、
｜Ｖ｜…電圧指令長（大きさ）、
θｖ…電圧指令のｄ軸からの位相角度、
θａｂ…回転座標系ｄ軸の固定座標ａ軸からの位相角度、
ｓ…ラプラス演算子、
ωiref…出力周波数基準量、
Δωｉ…出力周波数補正量、
Ｉｄ…磁束軸（ｄ軸）電流、
Ｉｑ…トルク軸（ｑ軸）電流、
ωｉ…インバータ出力周波数、
Ｒ１…誘導電動機２の１次抵抗、
Ｒ２…誘導電動機２の２次抵抗、
Ｌ１…誘導電動機２の１次インダクタンス、
Ｌ２…誘導電動機２の２次インダクタンス、
Ｍ…誘導電動機２の相互インダクタンス、
σＬ１…誘導電動機２の漏れインダクタンス、
φcmp …磁束指令補正量、
Ｖｄｃ…直流リンク電圧、
｜Ｖ｜* …実際にインバータから出力される出力電圧の大きさ、
Ｒ…永久磁石電動機４１の抵抗、
Ｌｄ…永久磁石電動機４１のｄ軸インダクタンス、
Ｌｑ…永久磁石電動機４１のｑ軸インダクタンス、
φｆ…永久磁石電動機４１の永久磁石磁束量。
【図１】
0003637209.tif 000041
【図２】
0003637209.tif 000042
【図３】
0003637209.tif 000043
【図４】
0003637209.tif 000044
【図５】
0003637209.tif 000045
【図６】
0003637209.tif 000046
【図７】
0003637209.tif 000047
【図８】
0003637209.tif 000048
【図９】
0003637209.tif 000049
【図１０】
0003637209.tif 000050
【図１１】
0003637209.tif 000051
【図１２】
0003637209.tif 000052
【図１３】
0003637209.tif 000053
【図１４】
0003637209.tif 000054
【図１５】
0003637209.tif 000055
【図１６】
0003637209.tif 000056
【図１７】
0003637209.tif 000057
【図１８】
0003637209.tif 000058
【図１９】
0003637209.tif 000059
【図２０】
0003637209.tif 000060
【図２１】
0003637209.tif 000061
【図２２】
0003637209.tif 000062