(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導電動機の入力電圧ベクトルから一次抵抗と漏れインダクタンスによる電圧降下を除いたものを時間積分して磁束ベクトルを演算する磁束演算手段と，前記誘導電動機に電力を供給し始めた直後の所定の微少期間ｔ１に，前記誘導電動機の入力電流が零または零に近い値の直流電流となるようにして，前記磁束演算手段の出力の磁束ベクトルの軌跡である円弧の中心を求めて前記誘導電動機の回転角周波数と残留磁束ベクトルを推定する第１速度推定手段と，前記第１速度推定手段で速度が推定できなかった場合で，該第１速度推定手段の実行直後の所定の微少期間ｔ２に，前記誘導電動機の入力電流が所定の直流電流ベクトルとなるようにして，前記磁束演算手段の出力の磁束ベクトルの軌跡である円弧の中心を求めて前記誘導電動機の回転角周波数と残留磁束ベクトルを推定する第２速度推定手段とを具備した誘導電動機に電力を供給する電力変換器を制御する誘導電動機の制御装置において，
前記第２速度推定手段で速度が推定できなかった場合で，該第２速度推定手段の実行直後に，前記第２速度推定手段で流した電流と逆方向に直流電流を流すようにして他は前記第２速度推定手段と同じ方法で前記誘導電動機の回転角周波数と残留磁束ベクトルを推定する第３速度推定手段を具備することを特徴とする誘導電動機の制御装置。
【請求項２】
前記第１，第２または第３の速度推定手段において，前記磁束演算手段の出力の磁束ベクトルの軌跡である円弧の中心を求める際に，円弧の最初から最後までの時間を３等分して，それぞれの時間領域における円弧の平均値を計算して３点を求め，該３点を通る円の中心を求めて前記円弧の中心とすることを特徴とする請求項１記載の誘導電動機の制御装置。
【請求項３】
前記第２または第３速度推定手段において，該第２または第３速度推定手段で流す直流電流ベクトルをｉｘとし，該第２または第３速度推定手段で得られた速度に相当する角周波数をω０とし，前記誘導電動機の２次時定数をＴ２，相互インダクタンスをＭとし，虚数単位をｊで表して，前記磁束演算手段の出力の磁束ベクトルの軌跡である円弧の中心のベクトルをｆ０とし，前記第２または第３速度推定手段の最後の時点での前記磁束演算手段の出力の磁束ベクトルをｆ１として，残留磁束ベクトルφ０を，
φ０＝Ｍ・ｉｘ／（１−ｊ・ω０・Ｔ２）＋ｆ１−ｆ０
により求める第２または第３速度推定手段を具備することを特徴とする請求項１又は２記載の誘導電動機の制御装置。
【請求項４】
前記第１速度推定手段の微少時間ｔ１，および前記第２または第３速度推定手段の微少時間ｔ２を，所定の最大時間と，前記磁束演算手段の出力の磁束ベクトルの軌跡である円弧の中心角が所定の角度になる時間との短い方の時間とすることを特徴とする請求項１、２又は３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，交流電動機を駆動するインバータの制御に関するもので，特に始動を滑らかにするものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術の１例を図２に示し，図２に基づいて従来の技術を説明する。
通常運転状態では，運転切換器７は通常運転制御器５を選択して，通常運転制御器５の出力の制御信号を電力変換器１に入力する。電力変換器１は入力した制御信号に基づいて誘導電動機４に電力を供給する。
【０００３】
誘導電動機４に電力を供給し始めた直後の所定の微少期間ｔ１は，運転切換器７は第１速度推定手段８を選択する。第１速度推定手段８は，誘導電動機４の入力電流が零または零に近い値の直流電流となるような制御信号を出力して，磁束演算手段６の出力の磁束ベクトルを入力して，前記微少期間ｔ１の磁束ベクトルの軌跡である円弧の中心を求めて，円弧の中心角θを得て
ω０＝θ／ｔ１                                    ▲１▼
により誘導電動機４の回転角周波数ω０を求めて出力する。また第１速度推定手段８は，
φ０＝ｆ１−ｆ０                                  ▲２▼
により誘導電動機４の残留磁束ベクトルφ０を求めて出力する。ここでｆ０は，円弧の中心の磁束ベクトルであり，ｆ１は，前記微少期間ｔ１の最終時点での磁束ベクトルである。
【０００４】
誘導電動機４の回転角周波数ω０が０に近かったり，残留磁束が非常に小さい場合は，第１速度推定手段８において，磁束演算手段６の出力の磁束ベクトルは円弧状にならなかったり非常に小さな円弧になるので，回転角周波数ω０や残留磁束ベクトルφ０を求められない。その場合運転切換器７は，第１速度推定手段８を選択した後の所定の微少期間ｔ２の間、第２速度推定手段９を選択する。第１速度推定手段８で回転角周波数ω０や残留磁束ベクトルφ０が求めることができた場合は運転切換器７は，通常運転制御器５を選択する。
【０００５】
第２速度推定手段９は，前記誘導電動機の入力電流が所定の直流電流ベクトルｉｘ１となるようにして，第１速度推定手段８と同様に誘導電動機４の残留磁束ベクトルφ０を求めて出力する。また第２速度推定手段９は，
0003566577.tif 000002
により残留磁束ベクトルφ０を求めて出力する。ここで，Ｔ２は誘導電動機４の２次時定数，Ｍは相互インダクタンス，ｊは虚数単位，ｅｘｐは指数関数である。誘導電動機４の回転角周波数ω０が０に近い場合は，第２速度推定手段９においても磁束演算手段６の出力の磁束ベクトルが円弧状にならないので，ω０を求めることができないが，その場合はω０＝０およびφ０＝０を出力する。
【０００６】
運転切換器７は，第２速度推定手段９を選択した後は，通常運転制御器５を選択する。通常運転制御器５は，第１速度推定手段８または第２速度推定手段９で求められた誘導電動機４の回転角周波数ω０や残留磁束ベクトルφ０を回転角周波数や磁束の演算の初期値として使用して，誘導電動機４が所定の出力トルクや所定の速度状態となるような制御信号を出力する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
第１の問題を以下に示す。誘導電動機に直流電流ベクトルｉｘを流した時の磁束ベクトルφは，
φ＝φｘ＋（φｘ０−φｘ）・ｅｘｐ（ｊ・ω０・ｔ−ｔ／Ｔ２）      ▲４▼
で表される。ここでｔは経過時間，φｘ０は直流電流ベクトルｉｘを流し始めたときの磁束，φｘは
φｘ＝Ｍ・ｉｘ／（１−ｊ・ω０・Ｔ２）                            ▲５▼
である。▲４▼式より磁束ベクトルφは，半径φｘ０−φｘの円弧を描き，その中心はφｘとなることが分かる。
【０００８】
従来の技術において，誘導電動機が回転している場合，第２速度推定手段９では回転角周波数ω０を求めることができるとしている。しかし，▲４▼式のφｘ０−φｘが零に近い値の場合では，磁束ベクトルφの描く円の半径が非常に小さいことになり，その円の回転角を求めることができず，回転角周波数ω０を求めることができなくなる。すると第２速度推定手段９では，ω０＝０として出力するので，通常運転制御器５においてω０は０でないにも関わらずω０＝０として制御をすることになり，正常な制御ができなくなる。
【０００９】
第２の問題を以下に示す。誘導電動機が回転している場合，第１速度推定手段８や第２速度推定手段９で用いる磁束演算手段６の出力の磁束ベクトルは円弧を描くとしているが，例えば誘導電動機の回転子のスロットがスキューされてないことにより空間高調波が大きい誘導電動機では，磁束ベクトルは前記空間高調波によって発生する高調波成分を含むようになり，磁束演算手段６の出力の磁束ベクトルは円弧に高調波が重畳されたようになる。すると円弧の中心および中心角を求める際の誤差が大きくなり，それによって求められる回転角周波数ω０や残留磁束ベクトルφ０に誤差を含むようになる。
【００１０】
第３の問題を以下に示す。第２速度推定手段９において，残留磁束ベクトルφ０を▲３▼式によって求めているが，これは▲４▼式からφｘ０＝０として導き出された式である。よって第２速度推定手段を開始した時に磁束が残っていてφｘ０が０でない場合は，残留磁束ベクトルφ０の計算を間違えてしまう。
【００１１】
第４の問題を以下に示す。第１速度推定手段８の微少時間ｔ１や第２速度推定手段９の微少時間ｔ２が固定値の場合，磁束ベクトルの円弧の中心角θは回転角周波数ω０に比例して広がる。するとω０が非常に大きな場合は，θは１８０度を越えてしまうことがあり，最初の時点の磁束ベクトルと最後の時点の磁束ベクトルと円弧の中心の情報より中心角を求めている場合は，θの計算を間違う恐れがある。
本発明は上述した点に鑑みて創案されたもので、その目的とするところは、これらの課題を解消し、始動時における誘導電動機の回転角周波数や残留磁束ベクトルがより正確により確実に把握でき，通常運転制御におけるトルクや速度の制御への移行時に，過電流になったり急加減速などの過渡現象が生じなくなる誘導電動機の制御装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
つまり、その目的を達成するための手段は、
１．請求項１において、
前記第１の問題を解決するために，第２速度推定手段で速度が推定できなかった場合で，該第２速度推定手段の実行直後に，前記第２速度推定手段で流した電流と逆方向に直流電流を流すようにして他は前記第２速度推定手段と同じ方法で前記誘導電動機の回転角周波数と残留磁束ベクトルを推定する第３速度推定手段を具備する。
【００１３】
２．請求項２において、
前記第２の問題を解決するために，前記第１，第２または第３の速度推定手段において，前記磁束演算手段の出力の磁束ベクトルの軌跡である円弧の中心を求める際に，円弧の最初から最後までの時間を３等分して，それぞれの時間領域における円弧の平均値を計算して３点を求めて，該３点を通る円の中心を求めて前記円弧の中心とすることを特徴とする。
【００１４】
３．請求項３において、
前記第３の問題を解決するために，前記第２または第３速度推定手段において，該第２または第３速度推定手段で流す直流電流ベクトルをｉｘとし，該第２または第３速度推定手段で得られた速度に相当する角周波数をω０とし，前記誘導電動機の２次時定数をＴ２，相互インダクタンスをＭとし，虚数単位をｊで表して，前記磁束演算手段の出力の磁束ベクトルの軌跡である円弧の中心のベクトルをｆ０とし，前記第２または第３速度推定手段の最後の時点での前記磁束演算手段の出力の磁束ベクトルをｆ１として，残留磁束ベクトルφ０を，
φ０＝Ｍ・ｉｘ／（１−ｊ・ω０・Ｔ２）＋ｆ１−ｆ０          ▲６▼
により求める第２または第３速度推定手段を具備する。
【００１５】
４．請求項４において、
前記第４の問題を解決するために，前記第１速度推定手段の微少時間ｔ１，および前記第２または第３速度推定手段の微少時間ｔ２を，所定の最大時間と，前記磁束演算手段の出力の磁束ベクトルの軌跡である円弧の中心角が所定の角度になる時間との短い方の時間とすることを特徴とする。
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳述する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図１のブロック図に示し，図１に基づいて説明する。なお、符号１〜９の説明は，従来技術で説明したので省く。
第２速度推定手段９において，回転角周波数ω０を求めることができなかった場合は，運転切換器７は，第２速度推定手段９を選択した後の所定の微少期間ｔ２の間，第３速度推定手段１０を選択する。
第３速度推定手段１０は，前記誘導電動機の入力電流が所定の直流電流ベクトルｉｘ２となるようにして，第２速度推定手段９と同様に，誘導電動機４の回転角周波数ω０と残留磁束ベクトルφ０を求めて出力する。この場合流す直流電流ベクトルの向きは第２速度推定手段９の場合の逆とする。
つまりｉｘ２＝−ｉｘ１の関係とする。第２速度推定手段９で回転角周波数を求めることができないのは，回転が停止している場合か▲４▼式のφｘ０−φｘが零に近い値の場合のどちらかである。第３速度推定手段１０においては，ｉｘ２＝−ｉｘ１とすることにより，後者の場合を除くことができるので，回転角周波数を間違いなく求めることが可能となる。
【００１７】
本実施例の第２速度推定手段９や第３速度推定手段１０において，残留磁束ベクトルφ０は，▲３▼式の代わりに▲６▼式で求められる。ここで▲６▼式のｉｘには，第２速度推定手段９の場合ｉｘ１を適用し，第３速度推定手段１０の場合ｉｘ２を適用する。▲６▼式の第１項は▲４▼式の第１項を表しており，▲６▼式のｆ１−ｆ０の項は▲４▼式の第２項のｔ＝ｔ２に相当するため，第２または第３速度推定手段を開始した時に磁束が残っていてφｘ０が０でなくても，▲６▼式では正確に残留磁束ベクトルφ０を求めることができる。
【００１８】
本実施例の第１速度推定手段８や第２速度推定手段９や第３速度推定手段１０の磁束ベクトル軌跡の円弧の中心を求める方法を図３に基づいて説明する。
微少期間ｔ１またはｔ２を３等分してそれらを時間順に期間ｔａ，ｔｂ，ｔｃとする。期間ｔａでの磁束軌跡の平均点をＰａとし，他の２つの期間の磁束軌跡の平均点をそれぞれＰｂ，Ｐｃとして求める。これらＰａ，Ｐｂ，Ｐｃの３点を通る円の中心を求める。Ｐａ点からＰｃ点までの円弧の中心角θｘを求め，それを１．５倍して▲１▼式で用いるθとする。
【００１９】
本実施例の第１速度推定手段８の微少期間ｔ１および第２速度推定手段９や第３速度推定手段１０の微少期間ｔ２は，磁束演算手段６の出力の磁束ベクトルの軌跡である円弧の中心角が所定の角度例えば１８０度を越える時間とする。
つまり各速度推定手段において随時中心角を求めておき，その中心角が例えば１８０度を越えた時点で回転角周波数ω０や残留磁束ベクトルφ０を求めて，各速度推定手段を終了するようにする。なお円弧の中心角が所定の角度を越えていない場でも所定時間例えば２０ｍｓｅｃを経過していれば，回転角周波数ω０や残留磁束ベクトルφ０を求めて，各速度推定手段を終了するようにする。
【００２０】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば，始動時における誘導電動機の回転角周波数や残留磁束ベクトルがより正確により確実に把握できるため，通常運転制御におけるトルクや速度の制御への移行時に，過電流になったり急加減速などの過渡現象が生じなくなり，実用上、極めて有用性の高いものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例を表すブロック図である。
【図２】従来の１例を表すブロック図である。
【図３】速度推定手段での磁束ベクトル軌跡の１例である。
【符号の説明】
１    電力変換器
２    電流ベクトル検出器
３    電圧ベクトル検出器
４    誘導電動機
５    通常運転制御器
６    磁束演算手段
７    運転切替器
８    第１速度推定手段
９    第２速度推定手段
１０    第３速度推定手段
【図１】
0003566577.tif 000003
【図２】
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【図３】
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