(57)【要約】【課題】  界磁弱め領域を急加速する際の出力電圧指令の上昇を抑えるととともに、急減速時においても、誘導電動機の磁束変化を急速に行うようにして、トルク特性の低下を回避することができる誘導電動機のベクトル制御装置を提供する。【解決手段】  座標変換手段と、励磁電流制御手段（ＡＣＲｄ）と、トルク電流制御手段（ＡＣＲｑ）と、すべり周波数指令演算手段と、一次周波数指令演算手段と、前記励磁電流制御手段（ＡＣＲｄ）とトルク電流制御手段（ＡＣＲｑ）の出力を一次電圧指令として誘導電動機を制御する電圧形インバータを備えた誘導電動機のベクトル制御装置において、すべり周波数指令演算手段に設定された定格すべり周波数指令値の大きさを可変させる定格すべり周波数指令値可変手段を備える。【選択図】    図１
2006121770.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導電動機の一次電流を検出し、検出した電流を励磁電流検出Ｉｄとトルク電流検出Ｉｑとに変換する第１の座標変換手段と、励磁電流検出Ｉｄが励磁電流指令Ｉｄ*に一致するように励磁方向の電流制御を行う励磁電流制御手段（ＡＣＲｄ）と、トルク電流検出Ｉｑがトルク電流指令Ｉｑ*に一致するようにトルク方向の電流制御を行うトルク電流制御手段（ＡＣＲｑ）と、該誘導電動機の定格すべり周波数値と、磁束指令あるいは励磁電流（指令あるいは検出）と、トルク電流を用いてすべり周波数指令を演算するすべり周波数指令演算手段と、該誘導電動機の検出された速度とすべり周波数指令を加算して一次周波数指令を演算する一次周波数指令演算手段と、前記励磁電流制御手段（ＡＣＲｄ）とトルク電流制御手段（ＡＣＲｑ）の出力を固定座標系における電圧指令Ｖu*、Ｖv*、Ｖw*に変換する第２の座標変換手段と、前記第２の座標変換手段出力を一次電圧指令として誘導電動機を制御する電圧形インバータを備えた誘導電動機のベクトル制御装置において、
前記すべり周波数指令演算手段に設定された定格すべり周波数指令値の大きさを可変させる定格すべり周波数指令値可変手段を備えたことを特徴とする誘導電動機のベクトル制御装置。
【請求項２】
誘導電動機の一次電流を検出し、検出した電流を励磁電流検出Ｉｄとトルク電流検出Ｉｑとに変換する第１の座標変換手段と、励磁電流検出Ｉｄが励磁電流指令Ｉｄ*に一致するように励磁方向の電流制御を行う励磁電流制御手段（ＡＣＲｄ）と、トルク電流検出Ｉｑがトルク電流指令Ｉｑ*に一致するようにトルク方向の電流制御を行うトルク電流制御手段（ＡＣＲｑ）と、該誘導電動機の定格すべり周波数値と、磁束指令あるいは励磁電流（指令あるいは検出）と、トルク電流を用いてすべり周波数指令を演算するすべり周波数指令演算手段と、該誘導電動機の検出された速度とすべり周波数指令を加算して一次周波数指令を演算する一次周波数指令演算手段と、励磁電流、トルク電流、および前記一次周波数指令あるいは前記検出速度を用い、誘導電動機を模擬して回転座標系での電圧指令Ｖｄ’、Ｖｑ’を演算する電圧指令演算手段と、電圧指令演算手段の出力に、電流制御手段の出力を加算して求めた値Ｖｄ*、Ｖｑ*を固定座標系における電圧指令Ｖu*、Ｖv*、Ｖw*に変換する第２の座標変換手段と、前記第２の座標変換手段出力を一次電圧指令として誘導電動機を制御する電圧形インバータを備えた誘導電動機のベクトル制御装置において、
前記すべり周波数指令演算手段に設定された定格すべり周波数指令値の大きさを可変させる定格すべり周波数指令値可変手段を備えたことを特徴とする誘導電動機のベクトル制御装置。
【請求項３】
前記すべり周波数指令演算手段出力であるすべり周波数指令の大きさを可変させるすべり周波数指令補償手段を備え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ベクトル制御装置。
【請求項４】
前記すべり周波数指令演算手段は、事前に複数の定格すべり周波数値を設定しておき、誘導電動機の加減速レートあるいは磁束指令の変化レートに応じて、すべり周波数指令を演算に用いる定格すべり周波数値を選択する定格すべり周波数指令値選択手段を有することを特徴とする請求項１乃至３記載の誘導電動機のベクトル制御装置。
【請求項５】
前記すべり周波数指令演算手段は、誘導電動機のベクトル制御装置の外部からオンラインで変更される定格すべり周波数値に基づいて、すべり周波数指令を演算する定格すべり周波数指令値書き換え手段を有することを特徴とする請求項１乃至４記載の誘導電動機のベクトル制御装置。
【請求項６】
前記すべり周波数指令可変手段は、界磁弱め領域で誘導電動機を加速する際、誘導電動機の加速レートあるいは磁束指令の変化レートに基づいて、すべり周波数指令が大きくなるようにする手段を有することを特徴とする請求項１乃至５記載の誘導電動機のベクトル制御装置。
【請求項７】
前記すべり周波数指令可変手段は、界磁弱め領域で誘導電動機を加速する際、トルク電流制御手段（ＡＣＲｑ）の出力値が正転時：正、逆転時：負であれば、すべり周波数指令が大きくなるようにする手段を有することを特徴とする請求項２乃至６記載の誘導電動機のベクトル制御装置。
【請求項８】
前記電圧指令演算手段からの出力値をVｄ’、Vｑ’、 前記第２の座標変換手段への入力値をVｄ* 、Vｑ*とした場合、√（Vｄ’ ２＋Vｑ’２）の値が、√（Vｄ*２＋Vｑ*２）の値より所定値以上小さいときに、すべり周波数指令が大きくなるようにする手段を有することを特徴とする請求項２記載の誘導電動機のベクトル制御装置。
【請求項９】
前記すべり周波数指令可変手段は、界磁弱め領域で誘導電動機を減速する際、誘導電動機の減速レートあるいは磁束指令の変化レートに基づいて、すべり周波数指令が小さくなるようにする手段を有することを特徴とする請求項１乃至５記載の誘導電動機のベクトル制御装置。
【請求項１０】
前記すべり周波数指令可変手段は、界磁弱め領域で誘導電動機を減速する際、トルク方向電流制御手段（ＡＣＲｑ）の出力値が正転時：負、逆転時：正であれば、すべり周波数指令が小さくなるようにする手段を有することを特徴とする請求項２乃至５、および９記載の誘導電動機のベクトル制御装置。
【請求項１１】
前記電圧指令演算手段からの出力値をVｄ’、Vｑ’、 前記第２の座標変換手段への入力値をVｄ* 、Vｑ*とした場合、√（Vｄ’ ２＋Vｑ’２）の値が、√（Vｄ*２＋Vｑ*２）の値より所定値以上大きいときに、すべり周波数指令が小さくなるようにする手段を有することを特徴とする請求項２記載の誘導電動機のベクトル制御装置。
【請求項１２】
誘導電動機の一次電流を検出し、検出した電流を励磁電流検出Ｉｄとトルク電流検出Ｉｑとに変換する第１の座標変換手段と、励磁電流検出Ｉｄが励磁電流指令Ｉｄ*に一致するように励磁方向の電流制御を行う励磁電流制御手段（ＡＣＲｄ）と、トルク電流検出Ｉｑがトルク電流指令Ｉｑ*に一致するようにトルク方向の電流制御を行うトルク電流制御手段（ＡＣＲｑ）と、該誘導電動機の定格すべり周波数値と、磁束指令あるいは励磁電流（指令あるいは検出）と、トルク電流を用いてすべり周波数指令を演算するすべり周波数指令演算手段と、該誘導電動機の検出された速度とすべり周波数指令を加算して一次周波数指令を演算する一次周波数指令演算手段と、前記励磁電流制御手段（ＡＣＲｄ）とトルク電流制御手段（ＡＣＲｑ）の出力を固定座標系における電圧指令Ｖu*、Ｖv*、Ｖw*に変換する第２の座標変換手段と、前記第２の座標変換手段出力を一次電圧指令として誘導電動機を制御する電圧形インバータを備えた誘導電動機のベクトル制御方法において、
前記すべり周波数指令演算手段に設定された定格すべり周波数指令値の大きさを可変にすることを特徴とする誘導電動機のベクトル制御方法。
【請求項１３】
誘導電動機の一次電流を検出し、検出した電流を励磁電流検出Ｉｄとトルク電流検出Ｉｑとに変換する第１の座標変換手段と、励磁電流検出Ｉｄが励磁電流指令Ｉｄ*に一致するように励磁方向の電流制御を行う励磁電流制御手段（ＡＣＲｄ）と、トルク電流検出Ｉｑがトルク電流指令Ｉｑ*に一致するようにトルク方向の電流制御を行うトルク電流制御手段（ＡＣＲｑ）と、該誘導電動機の定格すべり周波数値と、磁束指令あるいは励磁電流（指令あるいは検出）と、トルク電流を用いてすべり周波数指令を演算するすべり周波数指令演算手段と、該誘導電動機の検出された速度とすべり周波数指令を加算して一次周波数指令を演算する一次周波数指令演算手段と、励磁電流、トルク電流、および前記一次周波数指令あるいは前記検出速度を用い、誘導電動機を模擬して回転座標系での電圧指令Ｖｄ’、Ｖｑ’を演算する電圧指令演算手段と、電圧指令演算手段の出力に、電流制御手段の出力を加算して求めた値Ｖｄ*、Ｖｑ*を固定座標系における電圧指令Ｖu*、Ｖv*、Ｖw*に変換する第２の座標変換手段と、前記第２の座標変換手段出力を一次電圧指令として誘導電動機を制御する電圧形インバータを備えた誘導電動機のベクトル制御方法において、
前記すべり周波数指令演算手段に設定された定格すべり周波数指令値の大きさを可変にすることを特徴とする誘導電動機のベクトル制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導電動機を制御するベクトル制御装置に係り、界磁弱め領域を急加減速する際のトルク特性を低下させない誘導電動機のベクトル制御装置とその制御方法に関する。  
【背景技術】
【０００２】
従来の誘導電動機のベクトル制御装置のうち、トルク特性を低下させないものとして下記のものが知られている。
第１の従来技術は、界磁弱め領域を運転する際、誘導電動機モデルを内蔵して磁束演算し、これを用いて励磁電流指令を演算し、誘導電動機の磁束変化を急速に行わせるように磁束制御している。（例えば、特許文献１参照）
また、第２の従来技術は、誘導電動機を駆動するためのＰＷＭインバータの出力電圧飽和を防止するため、電圧形インバータの直流電圧から限界出力電圧を求め、出力電圧指令が限界出力電圧を上回ると磁束指令を抑制して出力電圧指令を抑えることで、出力電圧指令が限界出力電圧以下に保つようにしている（例えば、特許文献２参照）。
また、第３の従来技術は、誘導電動機の温度上昇により、結果的に定格すべり周波数値の過小設定時に生じる出力電圧指令の上昇を抑制するため、トルク電流制御部（ＡＣＲｑ）出力、あるいは励磁電流制御部（ＡＣＲｄ）出力が零となるように定格すべり周波数設定値を調整するようにしているものもある（例えば、特許文献３参照）。
このように、従来の誘導電動機のベクトル制御装置は、磁束を急速変化させるための励磁電流指令を求め磁束制御したり、出力電圧指令が限界出力電圧を上回ることを検出して磁束指令を抑制したり、トルク電流制御部（ＡＣＲｑ）出力、あるいは励磁電流制御部（ＡＣＲｄ）出力が零となるように定格すべり周波数設定値を調整したりするのである。
【特許文献１】特公平８−２４４４０号公報（第５頁、図１）
【特許文献２】実開平６−２１３９４号公報（第３頁、図１）
【特許文献３】特開平１０−３２３０９７号公報（第８頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の誘導電動機のベクトル制御装置は、特に大容量誘導電動機で顕著である定出力領域を急加速する際の出力電圧指令の急激な上昇（跳ね上がり）に対応しようとすると、第１の従来装置では、誘導電動機の二次回路時定数Ｔ２の一次遅れフィルタを介してでしか磁束を弱めることができないので、誘導電動機の二次回路時定数Ｔ２に比べ加速時間が短くなる程その効果が小さくなり、第２、第３の従来装置は、そもそも、界磁弱め領域での急加速時の動作を想定したものではなく、急加速時に十分な応答を取ろうとすると、補償量は積分動作を含む制御器の出力から成るので定常状態時での安定動作を犠牲にしてしまうことになり、特に第３の従来装置では、温度変化のような緩やかな状態変化ではない急激な変化を伴う場合は、使用することが困難である。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、界磁弱め領域で誘導電動機を急加速する際の出力電圧指令の上昇を抑えるととともに、急減速時においても、誘導電動機の磁束変化を急速に行うようにして、トルク特性の低下を回避することができる誘導電動機のベクトル制御装置とその制御方法を提供することを目的とする。
また、すべり周波数指令の大きさを補償することができ、最適なすべり周波数を指令することができるようにする。また、事前に設定しておいた複数の定格すべり周波数値から、すべり周波数指令を演算する際に用いる定格すべり周波数値を選択することができるようにする。また、誘導電動機のベクトル制御装置の外部からオンラインで変更される定格すべり周波数値に基づいて、最適なすべり周波数を指令することができるようにする。
さらに、界磁弱め領域で誘導電動機を加速または減速する際、誘導電動機の磁束指令の変化レートあるいは加速レートに基づいて、最適なすべり周波数を指令することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、誘導電動機の一次電流を検出し、検出した電流を励磁電流検出Ｉｄとトルク電流検出Ｉｑとに変換する第１の座標変換手段と、励磁電流検出Ｉｄが励磁電流指令Ｉｄ*に一致するように励磁方向の電流制御を行う励磁電流制御手段（ＡＣＲｄ）と、トルク電流検出Ｉｑがトルク電流指令Ｉｑ*に一致するようにトルク方向の電流制御を行うトルク電流制御手段（ＡＣＲｑ）と、該誘導電動機の定格すべり周波数値と、磁束指令あるいは励磁電流（指令あるいは検出）と、トルク電流を用いてすべり周波数指令を演算するすべり周波数指令演算手段と、該誘導電動機の検出された速度とすべり周波数指令を加算して一次周波数指令を演算する一次周波数指令演算手段と、前記励磁電流制御手段（ＡＣＲｄ）とトルク電流制御手段（ＡＣＲｑ）の出力を固定座標系における電圧指令Ｖu*、Ｖv*、Ｖw*に変換する第２の座標変換手段と、前記第２の座標変換手段出力を一次電圧指令として誘導電動機を制御する電圧形インバータを備えた誘導電動機のベクトル制御装置において、すべり周波数指令演算手段に設定された定格すべり周波数指令値の大きさを可変させる定格すべり周波数指令値可変手段を備えたことを特徴とするものである。
また、請求項２に記載の発明は、誘導電動機の一次電流を検出し、検出した電流を励磁電流検出Ｉｄとトルク電流検出Ｉｑとに変換する第１の座標変換手段と、励磁電流検出Ｉｄが励磁電流指令Ｉｄ*に一致するように励磁方向の電流制御を行う励磁電流制御手段（ＡＣＲｄ）と、トルク電流検出Ｉｑがトルク電流指令Ｉｑ*に一致するようにトルク方向の電流制御を行うトルク電流制御手段（ＡＣＲｑ）と、該誘導電動機の定格すべり周波数値と、磁束指令あるいは励磁電流（指令あるいは検出）と、トルク電流を用いてすべり周波数指令を演算するすべり周波数指令演算手段と、該誘導電動機の検出された速度とすべり周波数指令を加算して一次周波数指令を演算する一次周波数指令演算手段と、励磁電流、トルク電流、および前記一次周波数指令あるいは前記検出速度を用い、誘導電動機を模擬して回転座標系での電圧指令Ｖｄ’、Ｖｑ’を演算する電圧指令演算手段と、電圧指令演算手段の出力に、電流制御手段の出力を加算して求めた値Ｖｄ*、Ｖｑ*を固定座標系における電圧指令Ｖu*、Ｖv*、Ｖw*に変換する第２の座標変換手段と、前記第２の座標変換手段出力を一次電圧指令として誘導電動機を制御する電圧形インバータを備えた誘導電動機のベクトル制御装置において、すべり周波数指令演算手段に設定された定格すべり周波数指令値の大きさを可変させる定格すべり周波数指令値可変手段を備えたことを特徴とするものである。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１、あるいは２記載の誘導電動機のベクトル制御装置において、すべり周波数指令演算手段出力であるすべり周波数指令の大きさを可変させるすべり周波数指令補償手段を備えたことを特徴とするものである。
また、請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３記載の誘導電動機のベクトル制御装置において、すべり周波数指令演算手段は、事前に複数の定格すべり周波数値を設定しておき、誘導電動機の加減速レートあるいは磁束指令の変化レートに応じて、すべり周波数指令を演算に用いる定格すべり周波数値を選択する定格すべり周波数指令値選択手段を有することを特徴とするものである。
また、請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４記載の誘導電動機のベクトル制御装置において、すべり周波数指令演算手段は、誘導電動機のベクトル制御装置の外部からオンラインで変更される定格すべり周波数値に基づいて、すべり周波数指令を演算する定格すべり周波数指令値書き換え手段を有することを特徴とするものである。
また、請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５記載の誘導電動機のベクトル制御装置において、すべり周波数指令可変手段は、界磁弱め領域で誘導電動機を加速する際、誘導電動機の加速レートあるいは磁束指令の変化レートに基づいて、すべり周波数指令が大きくなるようにする手段を有することを特徴とするものである。
また、請求項７に記載の発明は、請求項２ないし６記載の誘導電動機のベクトル制御装置において、すべり周波数指令可変手段は、界磁弱め領域で誘導電動機を加速する際、トルク電流制御手段（ＡＣＲｑ）の出力値が正転時：正、逆転時：負であれば、すべり周波数指令が大きくなるようにする手段を有することを特徴とするものである。
また、請求項８記載の発明は、前記電圧指令演算手段からの出力値をVｄ’、Vｑ’、 前記第２の座標変換手段への入力値をVｄ* 、Vｑ*とした場合、√（Vｄ’ ２＋Vｑ’２）の値が、√（Vｄ*２＋Vｑ*２）の値より所定値以上小さいときに、すべり周波数指令が大きくなるようにする手段を備えたものである。
また、請求項９に記載の発明は、請求項１ないし５記載の誘導電動機のベクトル制御装置において、すべり周波数指令可変手段は、界磁弱め領域で誘導電動機を減速する際、誘導電動機の減速レートあるいは磁束指令の変化レートに基づいて、すべり周波数指令が小さくなるようにする手段を有することを特徴とするものである。
また、請求項１０に記載の発明は、請求項２ないし５、および８記載の誘導電動機のベクトル制御装置において、すべり周波数指令可変手段は、界磁弱め領域で誘導電動機を減速する際、トルク方向電流制御手段（ＡＣＲｑ）の出力値が正転時：負、逆転時：正であれば、すべり周波数指令が小さくなるようにする手段を有することを特徴とするものである。
また、請求項１１に記載の発明は、前記電圧指令演算手段からの出力値をVｄ’、Vｑ’、 前記第２の座標変換手段への入力値をVｄ* 、Vｑ*とした場合、√（Vｄ’ ２＋Vｑ’２）の値が、√（Vｄ*２＋Vｑ*２）の値より所定値以上大きいときに、すべり周波数指令が小さくなるようにする手段を備えたものである。
また、請求項１２に記載の発明は、誘導電動機の一次電流を検出し、検出した電流を励磁電流検出Ｉｄとトルク電流検出Ｉｑとに変換する第１の座標変換手段と、励磁電流検出Ｉｄが励磁電流指令Ｉｄ*に一致するように励磁方向の電流制御を行う励磁電流制御手段（ＡＣＲｄ）と、トルク電流検出Ｉｑがトルク電流指令Ｉｑ*に一致するようにトルク方向の電流制御を行うトルク電流制御手段（ＡＣＲｑ）と、該誘導電動機の定格すべり周波数値と、磁束指令あるいは励磁電流（指令あるいは検出）と、トルク電流を用いてすべり周波数指令を演算するすべり周波数指令演算手段と、該誘導電動機の検出された速度とすべり周波数指令を加算して一次周波数指令を演算する一次周波数指令演算手段と、前記励磁電流制御手段（ＡＣＲｄ）とトルク電流制御手段（ＡＣＲｑ）の出力を固定座標系における電圧指令Ｖu*、Ｖv*、Ｖw*に変換する第２の座標変換手段と、前記第２の座標変換手段出力を一次電圧指令として誘導電動機を制御する電圧形インバータを備えた誘導電動機のベクトル制御方法において、前記すべり周波数指令演算手段に設定された定格すべり周波数指令値の大きさを可変にするものである。
また、請求項１３に記載の発明は、誘導電動機の一次電流を検出し、検出した電流を励磁電流検出Ｉｄとトルク電流検出Ｉｑとに変換する第１の座標変換手段と、励磁電流検出Ｉｄが励磁電流指令Ｉｄ*に一致するように励磁方向の電流制御を行う励磁電流制御手段（ＡＣＲｄ）と、トルク電流検出Ｉｑがトルク電流指令Ｉｑ*に一致するようにトルク方向の電流制御を行うトルク電流制御手段（ＡＣＲｑ）と、該誘導電動機の定格すべり周波数値と、磁束指令あるいは励磁電流（指令あるいは検出）と、トルク電流を用いてすべり周波数指令を演算するすべり周波数指令演算手段と、該誘導電動機の検出された速度とすべり周波数指令を加算して一次周波数指令を演算する一次周波数指令演算手段と、励磁電流、トルク電流、および前記一次周波数指令あるいは前記検出速度を用い、誘導電動機を模擬して回転座標系での電圧指令Ｖｄ’、Ｖｑ’を演算する電圧指令演算手段と、電圧指令演算手段の出力に、電流制御手段の出力を加算して求めた値Ｖｄ*、Ｖｑ*を固定座標系における電圧指令Ｖu*、Ｖv*、Ｖw*に変換する第２の座標変換手段と、前記第２の座標変換手段出力を一次電圧指令として誘導電動機を制御する電圧形インバータを備えた誘導電動機のベクトル制御方法において、前記すべり周波数指令演算手段に設定された定格すべり周波数指令値の大きさを可変にするものである。
【発明の効果】
【０００５】
請求項１、２、１２、１３に記載の発明によると、定格すべり周波数指令値の大きさを可変させることができ、目的を達成するのに最適なすべり周波数を指令することができる。また、請求項３に記載の発明によると、すべり周波数指令の大きさを補償することができ、目的を達成するのに最適なすべり周波数を指令することができる。請求項４に記載の発明によると、事前に設定しておいた複数の定格すべり周波数値から、誘導電動機の磁束指令の変化レートあるいは加減速レートに応じて、すべり周波数指令を演算する際に用いる定格すべり周波数値を選択することができ、目的を達成するのに最適なすべり周波数を指令することができる。請求項５に記載の発明によると、誘導電動機のベクトル制御装置の外部からオンラインで変更される定格すべり周波数値に基づいて、すべり周波数指令を演算することができ、目的を達成するのに最適なすべり周波数を指令することができる。
特に、請求項６、７に記載の発明によると、界磁弱め領域で誘導電動機を加速する際、誘導電動機の磁束指令の変化レートあるいは加速レートに基づいて、すべり周波数指令が大きくなるようにでき、目的を達成するのに最適なすべり周波数を指令することができる。
また、請求項８に記載の発明によると、界磁弱め領域で誘導電動機を減速する際、電圧指令演算手段からの出力Vｄ’、Vｑ’に基づいて、すべり周波数指令が大きくなようにでき、目的を達成するのに最適なすべり周波数を指令することができる。
また、請求項９、１０に記載の発明によると、界磁弱め領域で誘導電動機を減速する際、誘導電動機の磁束指令の変化レートあるいは減速レートに基づいて、すべり周波数指令が小さくなるようにでき、目的を達成するのに最適なすべり周波数を指令することができる。
また、請求項１１に記載の発明によると、界磁弱め領域で誘導電動機を減速する際、電圧指令演算手段からの出力Vｄ’、Vｑ’に基づいて、すべり周波数指令が小さくなようにでき、目的を達成するのに最適なすべり周波数を指令することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１は、本発明の誘導電動機のベクトル制御装置の制御ブロック図である。図において、１は誘導電動機、２は誘導電動機１を駆動する電圧形インバータ（２−１はコンバータ部、２−２はインバータ部）、３はＰＷＭ演算部で固定座標系における一次電圧指令Ｖu*，Ｖv*、Ｖw*からＰＷＭ演算を行ってＰＷＭパルスパターンを発生する。
４はベース回路、５はインバータ出力電流を検出する電流検出器、６は誘導電動機に付設された速度検出器、７は速度演算部で速度検出器６の検出パルスから誘導電動機１の検出速度ωrを発生する。
８は座標変換部で後述する磁束指令位相θを用いて、前記検出電流を３相/２相変換して回転座標ｄ−ｑ軸成分（Iｄ：励磁電流,Iｑ：トルク電流）に変換し、９、１０は加算器で、励磁電流指令Iｄ*と検出Iｄとを突き合わせて励磁電流偏差ΔIｄを、トルク電流指令Iｑ*と検出Iｑとを突き合わせてトルク電流偏差ΔIｑをそれぞれ求める。１１は励磁電流制御部（ＡＣＲｄ）で励磁電流偏差ΔIｄから励磁電流方向の電圧指令Ｖｄ*を、１２はトルク電流制御部（ＡＣＲｑ）でトルク電流偏差ΔIｄからトルク電流方向の電圧指令Ｖｑ*を求める。１３は座標変換部で後述する磁束指令位相θを用いて、励磁電流方向の電圧指令Ｖｄ*とトルク電流方向の電圧指令Ｖｑ*から、固定座標系における一次電圧指令Ｖu*，Ｖv*、Ｖw*を求める。
１４は磁束指令演算部、１５はすべり周波数演算部、１６は加算器で磁束指令演算部１４は、前記検出速度ωrと、すべり周波数演算部１５の出力値であるすべり周波数指令ωs*を加算器１６を用いて加算した一次周波数指令ω1*を入力として、磁束指令φ*を出力する。１７は係数器１７で前記φ*から励磁電流指令Iｄ*を求める。１８は積分器で前記一次周波数指令ω1*を積分し、磁束指令位相θを求める構成となっている。
【０００８】
図２（ａ）（ｂ）は、設定された定格すべり周波数指令値を可変するすべり周波数演算部１５の構成を示す。図２（ａ）において、２６はレート演算手段、２７は逆数回路、２８は比例ゲイン、２９はリミッタ、３０は乗算器、３２は加算器からなる。
レート演算手段２６、および逆数回路２７は、入力された磁束指令φ*の前回値との差に基づいて、磁束指令の変化レートを演算してその逆数を求め、比例ゲイン２８で定数倍され、リミッタ２９により加速時は０で下限リミット、減速時は０で上限リミットする。加算器３２は、定数１とリミッタ２９の出力を加算し、乗算器３０は、加算器３２の出力と設定されたすべり周波数指令ωs*の積を演算し出力し、この出力値を新たに設定された定格すべり周波数指令値ωs0*として用いるようにする。なお、逆数回路２７は、負の係数器に置換してもよい。
図２（ａ）では、磁束指令φ*の大きさを用いて界磁弱め領域での加速、減速での変化レートを演算するようにしたが、磁束指令φ*の大きさが定格磁束以下であることの情報を付加すれば、磁束指令φ*に替えて検出速度ωrを、逆数回路２７に替えて絶対値回路３３を用いた図２（ｂ）の構成にしてもよい。
以上のように、図２（ａ）（ｂ）を用いて定格すべり周波数設定値ωs0*を可変することで、界磁弱め領域を加減速する際、加速時にはすべり周波数を大きく、減速時はすべり周波数を小さく指令することができる。
【０００９】
次に、図３を用いて、大きなすべりを指令することで、誘導電動機の磁束を急速に変化せることが可能であることを説明する。
まず、誘導電動機を界磁弱め領域を急加速する際の現象を説明する。
誘導電動機が界磁弱め領域を急加速する際の磁束指令φ*は、例えば誘起電圧Ｅを一定にし、（１）式に従い演算で求められる。
φ  ＝  Ｅ／ω1                                          ・・・（１）
（φ：磁束、E：誘起電圧、ω1：一次周波数）
演算された磁束指令φ*に基づき、励磁電流指令Ｉｄ*が小さくなるように制御されても、（２）式から明らかなように、誘起電動機の磁束φは、励磁電流Ｉｄの変化に対し、二次回路時定数Ｔ2を時定数とする一次遅れ関数でしか変化しない。
φ  ＝  Ｍ・Ｉｄ／（１＋Ｔ2・ｓ）                        ・・・（２）
（Ｍ：励磁インダクタンス、ｓ：微分演算子）
したがって、大容量モータのように、二次回路時定数Ｔ２が大きい場合は特に、誘起電動機の磁束φを急速には小さくできない。したがって、上記(1)式により、一次周波数ω1が急速に大きくなると、磁束φが弱まらない間は、誘起電圧Ｅも上昇を続けるために、一次電圧指令Ｖ1*も上昇することになり、出力電圧が飽和する。
上記(2)式からわかるように、磁束φを弱めるためには、励磁電流Ｉｄを急速に弱めることが必要であり、励磁電流Ｉｄを負値にすると更に効果的である。
図３は、回転座標系（ｄ−ｑ軸）上にインバータ出力電流I1を描いたものである。回転座標系（ｄ−ｑ軸）のｄ軸とインバータ出力電流I1のなす角度はｔａｎ-1 （ωｓ*・Ｔ2）（ただし、Ｔ2：二次回路時定数）で求まるので、ωs*を大きく指令すれば、ｄ軸はｄ’軸のようになり、インバータ出力電流I1との位相差を大きくすることができる。
したがって、誘導電動機に流れるインバータ出力電流I1は、すべり周波数指令を大きく指令することで、励磁電流Iｄ、トルク電流Ｉｑを、図３に示す励磁電流Ｉｄ’（＜Iｄ）、トルク電流Ｉｑ’とすることができる。また、図３に示すように励磁電流Ｉｄを負値にもすることができる。
過小すべりを指令した際の動作は上記と逆動作となる。
以上のように、誘導電動機に流れるＩｄの大きさは、大きなすべり指令を与えることで小さく、小さなすべり指令を与えることで大きくすることができる。
【００１０】
図１において、誘導電動機のすべり周波数の演算を、磁束指令φ*とトルク電流指令Ｉｑ*で演算するようにで示したが、磁束指令φ*に替えて励磁電流（指令Ｉｄ*あるいは検出Ｉｄ）に基づいて演算しても，トルク電流指令Ｉｑ*に替えてトルク電流検出Ｉｑを用いて演算してもよい。
なお、磁束指令演算部１４の入力値が、一次周波数指令ω1*に替えて検出速度ωrである制御ブロック図であってもよい。
【実施例２】
【００１１】
図４は、第２実施例の構成を示す制御ブロック図である。図４が図１と異なるところは、電圧指令演算部１９、加算器２０、２１を追加したことである。
電圧指令演算部１９は、励磁電流指令Ｉｄ*、トルク電流指令Ｉｑ*、および一次周波数指令ω1*を用い、誘導電動機の電気定数を用い模擬した（３）式に基づき回転座標系での電圧指令Ｖｄ’、Ｖｑ’を演算し、
【００１２】
【数１】
2006121770.tif 000003
【００１３】
励磁電流制御部（ＡＣＲｄ）１１、トルク電流制御部（ＡＣＲｑ）１２の出力と、加算器２０，２１を用いてそれぞれ加算した結果を、新たに回転座標系での一次電圧指令Ｖｄ*、Ｖｑ*として座標変換部１３に入力するようにしている。
また、図５（ａ）は、すべり周波数指令を補償するすべり周波数演算部１５の構成を示している。図５（ａ）は、トルク電流制御部（ＡＣＲｑ）１２の出力値を、逆転時には係数器３４1（係数：−１）と乗算する選択手段３１を設け、その出力を比例ゲイン２８で定数倍し、リミッタ２９により加速時は０で下限リミット、減速時は０で上限リミットする。加算器３２は、定数１とリミッタ２９の出力を加算し、乗算器３０は、加算器３２の出力と設定されたすべり周波数指令ωs*の積を演算し出力し、この出力値を新たに設定された定格すべり周波数指令値ωs0*として用いるようにする。以上の構成により、定格すべり周波数指令値を可変している。
次に、図４、５（ａ）の構成で誘導電動機の磁束を急速に変化せることが可能であることを説明する。
図４では誘導電動機のベクトル制御装置は電圧指令演算部１９を設けた制御構成にしているので、誘導電動機のベクトル制御装置内の電流制御部１１，１２出力を用いて、一次電圧指令Ｖ1*が大きくなっているか、あるいは小さくなっているかを判断することができる。
通常、界磁弱め領域は高速域であるので、一次電圧指令Ｖ1*の主たる成分はトルク電流方向電圧指令Ｖｑ*であるので、トルク電流制御部（ＡＣＲｑ）１２の出力が正転時：正、逆転時：負であれば一次電圧指令が大きく出力され、上記と逆であれば一次電圧指令が小さく出力されていると判断できる。また、周知のように、すべり周波数指令を過小設定すると一次電圧指令は過大となり、すべり周波数を過大設定すると一次電圧指令は過小となることを考慮すれば、トルク電流制御部（ＡＣＲｑ）１２の出力により、定格すべり周波数ωs0*を補償することで、一次電圧指令Ｖ1*を適正な値に制御できる。
以上より、定格すべり周波数設定値ωs0*を可変することで、出力電圧指令の急激な上昇を回避でき、強いては、界磁弱め領域での誘導電動機の磁束の変化を急速に行うことができる。
また、すべり周波数指令を補償するすべり周波数演算部１５の構成は、図５（ａ）の構成とはせず、図２を基本構成とした図５（ｂ）、（ｃ）としてもよい。
図５（ｂ）は、２６はレート演算手段、２７は逆数回路、２８は比例ゲイン、２９はリミッタ、３０、３０１は乗算器、３１は選択手段、３２は加算器、３４１、３４２は係数器からなる。
レート演算手段２６、および逆数回路２７は、入力された磁束指令φ*の前回値との差に基づいて、磁束指令の変化レートを演算してその逆数を求め、比例ゲイン２８で定数倍され、リミッタ２９により加速時は０で下限リミット、減速時は０で上限リミットする。
トルク電流制御部（ＡＣＲｑ）１２の出力値を、逆転時には係数器３４1（係数：−１）と乗算する選択手段３１を設け、乗算器３０１は選択手段３１と上記リミッタ２９の出力を乗算する。
加算器３２は、定数１と乗算器３０１出力を加算し、乗算器３０は、加算器３２の出力と設定されたすべり周波数指令ωs*の積を演算し出力し、この出力値を新たに設定された定格すべり周波数指令値ωs0*として用いるようにする。以上の構成により、定格すべり周波数指令値を可変にしている。
なお、図５（ｂ）、（ｃ）の違いは、図２（ａ）、（ｂ）の違いと同じであるので、図５（ｃ）の説明は省略する。
【実施例３】
【００１４】
図６（ａ）（ｂ）は、第３実施例の構成を示す制御ブロック図である。
図６（ａ）は、図１の制御構成（実施例１）時のすべり周波数指令を補償するすべり周波数演算部１５の構成を示す。
図６（ａ）において、２５はすべり演算部、２６はレート演算手段、２７は逆数回路、２８は比例ゲイン、２９はリミッタ、３０は乗算器、３２は加算器からなる。
すべり演算部２５は、入力されたトルク電流指令Ｉｑ*、磁束指令φ*と設定された定格すべり周波数値ωs0*から（４）式を用いて、
ωs*＝  ωs0*  ×  Iq*／φ*                      ・・・（４）
で演算される。
レート演算手段２６、および逆数回路２７は、入力された磁束指令φ*の前回値との差に基づいて、磁束指令の変化レートを演算し、その逆数は比例ゲイン２８で定数倍され、リミッタ２９により加速時は０で下限リミット、減速時は０で上限リミットする。
加算器３２は、定数１とリミッタ２９出力を加算し、乗算器３０は、加算器３２の出力とすべり演算部出力の積を演算し、すべり周波数指令ωs*として求めている。以上の構成により、すべり演算部２５出力のすべり周波数指令を、乗算器３０出力に可変している。
以上のように、図６（ａ）を用いてすべり周波数ωs*を演算することで、界磁弱め領域を加減速する際、加速時にはすべり周波数を大きく、減速時はすべり周波数を小さく指令することができる。
図６（ａ）では、磁束指令φ*の大きさを用いて界磁弱め領域での加速、減速での変化レートを演算するようにしたが、磁束指令φ*の大きさが定格磁束以下であることの情報を付加すれば、磁束指令φ*に替えて検出速度ωrを、逆数回路２７に替えて絶対値回路３３を用いた図６（ｂ）の構成にしてもよい。
以上のように、図６（ａ）、（ｂ）において、誘導電動機のすべり周波数の演算を、磁束指令φ*とトルク電流指令Ｉｑ*で演算するようにで示したが、磁束指令φ*に替えて励磁電流（指令Ｉｄ*あるいは検出Ｉｄ）に基づいて演算しても，トルク電流指令Ｉｑ*に替えてトルク電流検出Ｉｑを用いて演算してもよい。
なお、磁束指令演算部１４の入力値が、一次周波数指令ω1*に替えて検出速度ωrである制御ブロック図であってもよい。
【実施例４】
【００１５】
図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、第４実施例の構成を示す制御ブロック図である。
図７（ａ）は、図４の制御構成（実施例２）時のすべり周波数指令を補償するすべり周波数演算部１５の構成を示す。図７（ａ）において、２５はすべり演算部、２８は比例ゲイン、２９はリミッタ、３０は乗算器、３１は選択手段、３２は加算器、３４１、３４２は係数器からなる。
トルク電流制御部（ＡＣＲｑ）１２の出力値を、逆転時には係数器３４1（係数：−１）と乗算する選択手段３１の出力を比例ゲイン２８で定数倍し、リミッタ２９により加速時は０で下限リミット、減速時は０で上限リミットする。加算器３２は、定数１とリミッタ２９の出力を加算し、乗算器３０は、加算器３２の出力とすべり演算部２５で演算されたすべり周波数指令との積を演算し出力し、この出力値を新たにすべり周波数指令ωs*として用いるようにする。以上の構成により、定格すべり周波数指令値を可変している。
すべり演算部２５は、入力されたトルク電流指令Ｉｑ*、磁束指令φ*と設定された定格すべり周波数値ωs0*から、上記（４）式を用いて演算される。
以上のように、図７（ａ）を用いてすべり周波数ωs*を演算することで、界磁弱め領域を加減速する際、加速時にはすべり周波数を大きく、減速時はすべり周波数を小さく指令することができる。
また、すべり周波数指令を補償するすべり周波数演算部１５の構成は、図７（ａ）の構成とはせず、図２を基本構成とした図７（ｂ）、（ｃ）としてもよい。
図７（ｂ）は、２６はレート演算手段、２７は逆数回路、２８は比例ゲイン、２９はリミッタ、３０、３０１は乗算器、３１は選択手段、３２は加算器、３４１、３４２は係数器からなる。
レート演算手段２６、および逆数回路２７は、入力された磁束指令φ*の前回値との差に基づいて、磁束指令の変化レートを演算してその逆数を求め、比例ゲイン２８で定数倍され、リミッタ２９により加速時は０で下限リミット、減速時は０で上限リミットする。
トルク電流制御部（ＡＣＲｑ）１２の出力値を、逆転時には係数器３４1（係数：−１）と乗算する選択手段３１を設け、乗算器３０１は選択手段３１と上記リミッタ２９の出力を乗算する。
加算器３２は、定数１と乗算器３０１出力を加算し、乗算器３０は、加算器３２の出力とすべり演算部２５で演算されたすべり周波数指令との積を演算し出力し、この出力値を新たにすべり周波数指令ωs*として用いるようにする。以上の構成により、定格すべり周波数指令値を可変している。
なお、図７（ｂ）、（ｃ）の違いは、図２（ａ）、（ｂ）の違いと同じであるので、図７（ｃ）の説明は省略する。
以上のように、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、誘導電動機のすべり周波数の演算を、磁束指令φ*とトルク電流指令Ｉｑ*で演算するようにで示したが、磁束指令φ*に替えて励磁電流（指令Ｉｄ*あるいは検出Ｉｄ）に基づいて演算しても，トルク電流指令Ｉｑ*に替えてトルク電流検出Ｉｑを用いて演算してもよい。
なお、磁束指令演算部１４の入力値が、一次周波数指令ω1*に替えて検出速度ωrである制御ブロック図であってもよい。
【実施例５】
【００１６】
次に、第５実施例について説明する。
第５実施例では、すべり周波数指令演算部１５に事前に複数の定格すべり周波数値を設定しておき（図示せず）、界磁弱め領域を加速時には定格すべり周波数指令値が大きくなるように、減速時には定格すべり周波数指令値が小さくなるように、すべり周波数指令演算に用いる定格すべり周波数値を選択するようにする。
これにより、界磁弱め領域で誘導電動機を加減速する際、加速時にはすべり周波数を大きく、減速時はすべり周波数を小さく指令することができる。
【実施例６】
【００１７】
次に、第６実施例について説明する。
第６実施例では、すべり周波数指令演算部１５で使用する定格すべり周波数値を、ベクトル制御装置の外部から例えば、伝送機能を用いてオンラインで変更するようにしておき（図示せず）、すべり周波数指令を演算する定格すべり周波数指令値を書き換えるようにする。
これにより、界磁弱め領域を加減速する際、加速時にはすべり周波数を大きく、減速時はすべり周波数を小さく指令することができる。
【実施例７】
【００１８】
次に、第７実施例について説明する。
第７実施例は、界磁弱め領域を加速する際のみすべり周波数指令を大きくするようにする手段を有効にするようにしたものである。
実施例１ないし６記載の誘導電動機のベクトル制御装置において、誘導電動機が界磁弱め領域を加速する際、誘導電動機の磁束指令の変化レートあるいは加速レートに基づいて、すべり周波数指令が大きくなるように定格すべり周波数設定値を大きく可変されたものを用いるか、あるいはすべり周波数指令を大きく補償する。
これにより、界磁弱め領域を加速時にはすべり周波数を大きく指令することができる。
【実施例８】
【００１９】
次に、第８実施例について説明する。
第８実施例は、界磁弱め領域を加速する際のみすべり周波数指令を大きくするようにする手段を有効にするようにしたものである。
実施例２ないし７記載の誘導電動機のベクトル制御装置において、誘導電動機が界磁弱め領域を加速する際、トルク電流制御手段（ＡＣＲｑ）の出力値が正転時：正、逆転時：負であれば、すべり周波数指令が大きくなるように定格すべり周波数設定値を大きく可変されたものを用いるか、あるいはすべり周波数指令を大きく補償する。
また、電圧指令演算部１９出力をVｄ’、Vｑ’、 座標変換手段１３への入力値をVｄ* 、Vｑ*としたとした場合、
√（Vｄ’ ２＋Vｑ’２）＋Ａ  ＜  √（Vｄ*２＋Vｑ*２）            ・・・（５）
（なお、Ａ:所定値）
を満足すれば、すべり周波数指令が大きくなるように定格すべり周波数設定値を大きく可変されたものを用いるか、あるいはすべり周波数指令を大きく補償してもよい。
これにより、界磁弱め領域を加速時にはすべり周波数を大きく指令することができる。
【実施例９】
【００２０】
次に、第９実施例について説明する。
第９の実施例は、界磁弱め領域を減速する際のみ、すべり周波数指令を小さくするようにする手段を有効にするようにしたものである。
実施例１ないし６記載の誘導電動機のベクトル制御装置において、誘導電動機が界磁弱め領域を加速する際、誘導電動機の磁束指令の変化レートあるいは減速レートに基づいて、すべり周波数指令が小さくなるように定格すべり周波数設定値を小さく可変されたものを用いるか、あるいはすべり周波数指令を小さく補償する。
これにより、界磁弱め領域を減速時にはすべり周波数を小さく指令することができる。
【実施例１０】
【００２１】
次に、第１０実施例について説明する。
第１０実施例は、界磁弱め領域を減速する際のみすべり周波数指令を小さくするようにする手段を有効にするようにしたものである。
実施例２ないし７記載の誘導電動機のベクトル制御装置において、誘導電動機が界磁弱め領域を減速する際、トルク電流制御手段（ＡＣＲｑ）の出力値が正転時：負、逆転時：正であれば、すべり周波数指令が小さくなるように定格すべり周波数設定値を小さく可変されたものを用いるか、あるいはすべり周波数指令を小さく補償する。
また、電圧指令演算部１９出力をVｄ’、Vｑ’とした場合、座標変換手段１３への入力値をVｄ*、Vｑ*としたとした場合、
√（Vｄ’ ２＋Vｑ’２）−Ａ  ＞  √（Vｄ*２＋Vｑ*２）            ・・・（６）
（なお、Ａ:所定値）
を満足すれば、すべり周波数指令が小さくなるように定格すべり周波数設定値を小さく可変されたものを用いるか、あるいはすべり周波数指令を小さく補償してもよい。
これにより、界磁弱め領域を減速時にはすべり周波数を小さく指令することができる。
【００２２】
また、すべり周波数への補償は、電圧指令の変化を抑制するのに十分な程度の補償量とし、電圧指令演算部１９を内蔵する場合は、電圧指令の目論見値からの変化分は、電圧指令Vd*、Vq*と電圧指令演算部１９出力Vd'、Vq'との差や、あるいは電流制御１１，１２出力を用いて検出・判断できる。
なお、電圧指令演算部１９を内蔵しない場合は、制御対象である誘導電動機１の二次回路時定数T2と加減速レートの大きさの比較により、すべり周波数への補償量を決定し、例えば、出力電圧指令の上昇防止であれば、二次回路時定数T2と同じ加速レートであれば、すべり周波数を補償前よりも４０％程度大きく補償（目安）すればよい。また、出力電圧指令の下降防止の補償量の大きさについても加速時と同様である。
このように、界磁弱め領域を急加減速する際、すべり周波数指令の大きさを自動で可変できる構成をしているので、界磁弱め領域を急加速する際の出力電圧指令の上昇を抑えるととともに、急減速時においても、誘導電動機の磁束変化を急速に行うように運転し、トルク特性の低下を回避することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
すべり補償量を自動で可変設定することによって、急加減速時のトルク特性の低下を抑制することができるので、定常状態だけでなく加減速時にもトルク特性が必要な用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施例を示す誘導電動機のベクトル制御装置の制御ブロック図
【図２】本発明の第１実施例を示すすべり周波数演算部１５の構成を示す制御ブロック図
【図３】本発明の動作を説明する説明図
【図４】第２実施例の構成を示す制御ブロック図
【図５】第２実施例を示すすべり周波数演算部１５の構成を示す制御ブロック図
【図６】第３実施例を示すすべり周波数演算部１５の構成を示す制御ブロック図
【図７】第４実施例を示すすべり周波数演算部１５の構成を示す制御ブロック図
【符号の説明】
【００２５】
１  誘導電動機
２  電圧形インバータ
２−１  コンバータ部
２−２  インバータ部
３  ＰＷＭ演算部
４  ベース回路
５  電流検出器
６  速度検出器
７  速度演算部
８  座標変換部
９、１０、１６、２０、２１、３２  加算器
１１  励磁電流制御部（ＡＣＲｄ）
１２  トルク電流制御部（ＡＣＲｑ）
１３  座標変換部
１４  磁束指令演算部
１５  すべり周波数演算部
１７、３４1、３４２  係数器
１８  積分器
１９  電圧指令演算部
２５  すべり演算部
２６  レート演算手段
２７  逆数回路
２８  比例ゲイン
２９  リミッタ
３０、３０1  乗算器
３１  選択手段
３３  絶対値回路
【図１】
2006121770.tif 000004
【図２】
2006121770.tif 000005
【図３】
2006121770.tif 000006
【図４】
2006121770.tif 000007
【図５】
2006121770.tif 000008
【図６】
2006121770.tif 000009
【図７】
2006121770.tif 000010