(57)【要約】【課題】駆動速度（回転速度）の指令値を誘導電動機の相電流のゼロクロス信号と同期して与える方法を採用することによって、駆動速度切換時におけるオーバーシュートやアンダーシュートの発生を効果的に抑制する。【解決手段】可変周波数出力を供給するインバータを用いて誘導電動機を駆動する方法において、誘導電動機１の相電圧と相電流との位相差を検出し、誘導電動機１の負荷の変化に対する駆動周波数−駆動速度特性を予め記憶させておいたプロセッサ６に位相差の情報信号を入力し、これに基づいて、誘導電動機１の駆動速度が駆動速度指令値ω＊ｒｍになるような駆動周波数指令値ω＊ｒｅをプロセッサ６で演算し、この演算で得られた駆動周波数指令値ω＊ｒｅに関する信号をラッチし、このラッチされた駆動周波数指令値信号を相電流のゼロクロス信号Ｐｉに同期してインバータ２の側に与えることにより、誘導電動機１を駆動する。【選択図】        図１
2004173457.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変周波数出力を供給するインバータを用いて誘導電動機を駆動する方法において、
（ａ）  前記誘導電動機の相電圧と相電流との位相差を検出し、
（ｂ）  前記誘導電動機の負荷の変化に対する駆動周波数−駆動速度特性を予め記憶させておいたプロセッサに前記位相差の情報信号を入力し、
（ｃ）  これに基づいて、前記誘導電動機の駆動速度が駆動速度指令値になるような駆動周波数指令値を前記プロセッサで演算し、
（ｄ）  この演算で得られた駆動周波数指令値に関する信号をラッチし、
（ｅ）  前記ラッチされた駆動周波数指令値信号を相電流のゼロクロス信号に同期して前記インバータの側に与えることにより、前記誘導電動機を駆動するようにしたこと、
を特徴とする誘導電動機の速度制御方法。
【請求項２】
（ａ）  交流電源に接続されると共に誘導電動機に相電流を供給するインバータと、
（ｂ）  前記誘導電動機の負荷の変化に対する駆動周波数−駆動速度特性を予め測定して得られる周波数指令テーブルが記憶され、外部から駆動速度指令値が入力されるのに応じて前記誘導電動機が前記駆動速度指令値になるような駆動周波数指令値を演算するように構成されたプロセッサと、
（ｃ）  前記誘導電動機の相電圧及び相電流についてのそれぞれのゼロクロス信号の位相差を時間差として検出すると共に、前記時間差を前記プロセッサに出力する位相差検出器と、
（ｄ）  前記プロセッサから出力される駆動周波数指令値が一方の入力端子に入力されると共に、前記相電流についてのゼロクロス信号が他方の入力端子に入力されるラッチ手段としてのＡＮＤ回路と、
（ｅ）  相電流ゼロクロス信号に同期して前記ＡＮＤ回路から出力される駆動周波数指令値が入力されると共に、前記駆動周波数指令値に基づいて相電圧指令値を演算してその相電圧指令値を前記インバータに出力する相電圧指令演算器と、をそれぞれ具備することを特徴とする誘導電動機の速度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、速度センサを用いることなく誘導電動機の速度制御を行なうための速度制御方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の誘導電動機の速度制御方法（速度センサレス制御方法）としては、誘導電動機の駆動電圧（相電圧）と駆動電流（相電流）との位相差に着目してインバータの出力周波数を決定し、速度制御を行う方法がある（特開平９−７４７８５号参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−７４７８５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の誘導電動機の速度制御方法にあっては、誘導電動機に駆動周波数指令値すなわち駆動速度指令値をステップ的に与えた場合（或る駆動速度指令値から他の駆動速度指令値に段階的に切り換えた場合）には、誘導電動機の実際の回転速度にオーバーシュート若しくはアンダーシュートが発生してしまうという問題があった。
【０００５】
更に具体的に述べると、従来技術においては、図６に示すように、駆動速度指令値ω＊ｒｍが外部から与えられると、誘導電動機２０の駆動電圧（相電圧）Ｖと駆動電流（相電流）Ｉとの位相差（時間差）ｔが位相検出器２１にて検出されると共に、この位相差ｔと速度制御回路２２のマイクロプロセッサ２３に予め記憶された駆動周波数−駆動速度特性とに基づいて駆動周波数指令値ω＊ｒｅが瞬時に演算され、三相電圧指令演算器（図示せず）及びＰＷＭインバータ２４を順次に介して三相誘導電動機２０に駆動電圧を印加するようにしていた。しかしながら、この方法では、駆動速度指令値ω＊ｒｍをステップ的に与えた場合には、後に詳述するように誘導電動機２０の相電流が過渡現象を起こすことに起因して、誘導電動機２０の実際の速度に極端なオーバーシュート或いはアンダーシュートが生じるという問題があった。図７は、オーバーシュートＲが発生する一例をシミュレーションで示した図である。
【０００６】
本発明は、このような問題を解消すべくなされたものであって、その目的は、駆動速度（回転速度）の指令値を誘導電動機の相電流のゼロクロス信号と同期して与える方法を採用することによって、駆動速度切換時におけるオーバーシュートやアンダーシュートの発生を効果的に抑制することができる誘導電動機の速度制御方法及び装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明に係る誘導電動機の速度制御方法では、可変周波数出力を供給するインバータを用いて誘導電動機を駆動する方法において、前記誘導電動機の相電圧と相電流との位相差を検出し、前記誘導電動機の負荷の変化に対する駆動周波数−駆動速度特性を予め記憶させておいたプロセッサに前記位相差の情報信号を入力し、これに基づいて、前記誘導電動機の駆動速度が駆動速度指令値になるような駆動周波数指令値を前記プロセッサで演算し、この演算で得られた駆動周波数指令値に関する信号をラッチし、前記ラッチされた駆動周波数指令値信号を相電流のゼロクロス信号に同期して前記インバータの側に与えることにより、前記誘導電動機を駆動するようにしている。
また、本発明に係る誘導電動機の速度制御装置では、交流電源に接続されると共に誘導電動機に相電流を供給するインバータと、前記誘導電動機の負荷の変化に対する駆動周波数−駆動速度特性を予め測定して得られる周波数指令テーブルが記憶され、外部から駆動速度指令値が入力されるのに応じて前記誘導電動機が前記駆動速度指令値になるような駆動周波数指令値を演算するように構成されたプロセッサと、前記誘導電動機の相電圧及び相電流についてのそれぞれのゼロクロス信号の位相差を時間差として検出すると共に、前記時間差を前記プロセッサに出力する位相差検出器と、前記プロセッサから出力される駆動周波数指令値が一方の入力端子に入力されると共に、前記相電流についてのゼロクロス信号が他方の入力端子に入力されるラッチ手段としてのＡＮＤ回路と、相電流ゼロクロス信号に同期して前記ＡＮＤ回路から出力される駆動周波数指令値が入力されると共に、前記駆動周波数指令値に基づいて相電圧指令値を演算してその相電圧指令値を前記インバータに出力する相電圧指令演算器とをそれぞれ具備するようにしている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図１〜図５を参照して説明する。
【０００９】
第１図は、本発明の一実施形態に係る誘導電動機の速度制御方法を施行するための速度制御装置を示すものである。図１において、１は制御対象である三相誘導電動機（以下、単に誘導電動機１と記載する）、２はこの誘導電動機１に可変周波数出力（駆動電力）を供給するＰＷＭ（パルス幅変調）インバータ、３はこのＰＷＭインバータ２に交流電力を供給する交流電源、４は誘導電動機１の速度制御を行なう速度制御回路である。上述のＰＷＭインバータ２は、交流電源３から供給される電力に基づいて直流電圧を作り、ＰＷＭ制御により誘導電動機１に駆動電力を供給するように構成されている。そして、誘導電動機１の相電流は、電流検出器５によって検出され、その検出信号が速度制御装置４に入力されるようになっている。
【００１０】
上述の速度制御回路４は、誘導電動機１の負荷の変化に対する駆動周波数−駆動速度特性を予め測定して得られる周波数指令テーブル、すなわち、誘導電動機１の相電圧と相電流との間の位相差（時間差）に対応する出力周波数のデータテーブル（位相差時間−出力周波数テーブル）が記憶され、外部から速度制御回路４に駆動速度指令値ω＊ｒｅが入力されるのに応じて、誘導電動機１が前記駆動速度指令値ω＊ｒｅになるような駆動周波数を演算するように構成されたプロセッサ（マイクロプロセッサ）６と、誘導電動機１の相電流及び相電圧についてのそれぞれのゼロクロス信号（図１に示すゼロクロス信号検出部７ａ，７ｂからそれぞれ出力されるパルス信号）Ｐｖ，Ｐｉの位相差（すなわち、相電圧指令値ν＊ｕと電流検出値ｉｕ  との位相差）ｔを時間差（時間換算値としての位相差時間）として検出すると共に、その位相差ｔをプロセッサ６に出力する位相差検出器８と、プロセッサ６から出力される駆動周波数指令値ω＊ｒｅが一方の入力端子に入力されると共に、相電流についてのゼロクロス信号Ｐｉが他方の入力端子に入力されるラッチ手段としてのＡＮＤ回路９と、相電流ゼロクロス信号Ｐｉに同期してＡＮＤ回路９から出力される駆動周波数指令値ωｅｓｔｒｅが入力されると共に、この駆動周波数指令値ωｅｓｔｒｅに基づいて相電圧指令値（三相電圧指令値ν＊ｕ，ν＊ｖ，ν＊ｗ）を演算してその相電圧指令値をＰＷＭインバータ２に出力する三相電圧指令演算器１０とから構成されている。
【００１１】
なお、プロセッサ６に記憶される周波数指令テーブルの駆動周波数−駆動速度特性は、誘導電動機１にかかる負荷を変化させた時にこの負荷の変化に拘わらず回転速度を一定にさせた場合の位相差に対する駆動周波数の特性、すなわち、負荷の変化に拘わらず誘導電動機１の回転速度を一定にするための駆動周波数特性に関する周波数指令テーブル（位相差時間−出力周波数テーブル）である。従って、この周波数指令テーブルは、位相差データテーブルであって、速度制御すべき誘導電動機１について前もって実験にて求められたものであり、その実験データがプロセッサ６に入力されて記憶されている。
【００１２】
次に、上述の如き構成の誘導電動機の速度制御装置の動作について説明すると以下の通りである。まず、図１に示すように三相電圧指令値ν＊ｕ，ν＊ｖ，ν＊ｗがＰＷＭインバータ２に与えられると、このＰＷＭインバータ２は、交流電源３から変換された直流電源をＰＷＭ駆動し、誘導電動機１に駆動電圧を印加する。この時、誘導電動機１の相電流ｉｕが電流検出器５により検出され、ゼロクロス信号検出部７ａにおいて電流検出値ｉｕ  のゼロクロスタイミングが検出されて図２及び図４に示すようなパルス信号から成るゼロクロス信号（駆動電流ｉｕがゼロクロスする時点に同期する矩形状の相電流ゼロクロストリガ信号）Ｐｉが位相差検出器８及びＡＮＤ回路９に電圧値信号としてそれぞれ入力される。
【００１３】
位相差検出器８においては、図３に示す方法で、電圧指令値ν＊ｕ（或いは、ν＊ｖ又はν＊ｗ）と電流検出値ｉｕ（或いは、ｉｖ又はｉｗ）との位相差ｔがプロセッサ６内のソフトウェアタイマによって測定される。すなわち、電圧指令値ν＊ｕのゼロクロス信号の立ち上がり時点（或いは、立ち下がり時点）でソフトウェアタイマが起動され、電流検出値ｉｕのゼロクロス信号の立ち上がり時点（或いは、立ち下がり時点）でソフトウェアタイマを停止させることによって位相差（位相差時間）ｔが測定される。そして、このようにして求めた位相差ｔは、周波数指令テーブルが記憶されているプロセッサ６に入力される。このプロセッサ６においては、入力された位相差ｔ並びに外部から入力される駆動速度指令値ω＊ｒｍに基づいて、プロセッサ６内に予め記憶されている位相差時間−出力周波数テーブルを利用して、誘導電動機１の駆動速度が負荷の大きさに関わらず常に駆動速度指令値ω＊ｒｍとなるように、すなわち、誘導電動機１への負荷変動があっても誘導電動機１の回転速度が一定となるように、駆動周波数指令値ω＊ｒｅ（図１及び図４参照）が演算（決定）される。
【００１４】
このようにして得られた駆動周波数指令値ω＊ｒｅは、ＡＮＤ回路９の一方の入力端子に供給される。そして、ゼロクロス信号検出部７ａから出力されるゼロクロス信号ＰｉがＡＮＤ回路９の他方の入力端子に入力される。かくして、プロセッサ６から出力される駆動周波数指令値ω＊ｒｅは、図４に示す如く、位相差ｔの検出に用いられた相電流ゼロクロス信号に引き続く後続の相電流ゼロクロス信号が立ち上がる時点までＡＮＤ回路９によりラッチされ、この相電流ゼロクロス信号に後続する１つ次の相電流ゼロクロス信号がトリガ信号として立ち上がる時点のゼロクロスタイミングＴで、駆動周波数指令値ωｅｓｔｒｅとしてＡＮＤ回路９から三相電圧指令演算器１０に出力される。これに伴い、三相交流電圧指令演算器１０が、駆動周波数指令値ωｅｓｔｒｅに応じた周波数の三相電圧指令値ν＊ｕ，ν＊ｖ，ν＊ｗを出力し、これらの三相電圧指令値ν＊ｕ，ν＊ｖ，ν＊ｗに基づいて誘導電動機１が駆動速度指令値ω＊ｒｅに応じた所定の回転速度で回転駆動される。
【００１５】
このような構成の本実施形態の速度制御装置によれば、誘導電動機１の相電圧と相電流との位相差に着目して誘導電動機１を速度検出器（速度センサ）を用いることなく速度制御を行うようにした速度センサレス駆動において、駆動周波数指令値ωｅｓｔｒｅを相電流検出値のゼロクロス信号Ｐｉと同期して与えることによって、速度切換時（速度ステップ時）における速度増加の際のオーバーシュート若しくは速度減少の際のアンダーシュートを抑えることができる。因みに、図５は、本実施形態のような制御方式を施行した場合の速度応答をシミュレーションにより示したものである。図５から明らかなように、駆動速度指令値ω＊ｒｅをステップ的に与えた場合であっても、本発明を適用することにより速度のオーバーシュートの発生が充分に抑えられており、本発明の有用性を確認することができる。なお、速度のアンダーシュートの抑制についての説明は省略するが、オーバーシュートの抑制の場合と同様の作用効果を奏することができる。
【００１６】
ここで、上述の如く速度のオーバーシュート及びアンダーシュートの発生が抑制される理由につき考察すると、次の通りである。すなわち、本方法において、プロセッサ６に記憶されている相電圧と相電流との位相差と出力周波数との関係を示すデータテーブルは、相電流が定常状態の時に測定した値である。よって、実際に本方法の速度センサレス駆動で誘導電動機を駆動している時には、相電流が定常状態である時の電圧との位相差を検出するのが理想である。
【００１７】
しかし、誘導電動機に周波数指令をステップ状に与えた場合には、通常、誘導電動機の相電流は過渡現象を生じる。本実施形態の速度センサレス駆動においては、相電流が過渡現象を生じている最中に相電流と相電圧との位相差を検出して、プロセッサ６内の位相差データテーブルを使って電圧の出力周波数を決定したとしても、速度センサレス駆動に理想的な電圧出力周波数とはならない。その結果、過渡現象中に電流のゼロクロスを検出するタイミングよっては、過大若しくは過小な周波数を出力して、速度のオーバーシュート若しくはアンダーシュートを発生させてしまうことがある。
【００１８】
これを防止するには、周波数ステップ指令の場合でも、できるだけ電流の過渡現象が収まった状態で位相差をとることが必要である。そのために、本実施形態においては、駆動周波数指令信号の出力タイミングを駆動周波数指令の演算が終了した時点ではなく、次の相電流ゼロクロス信号（後続の第１番目の相電流ゼロクロス信号）がきた時点と同期させるようにしている。そのようにすることによって、駆動周波数指令信号の出力が一旦なされてから次の相電流ゼロクロス信号が発生されるまで、最大（相電流１周期分）の時間がとられることとなって、その間に相電流の過渡現象が充分に消滅することとなるため、常に、定常状態に近い状態で位相差の検出を行うこと可能となる。その結果、過大若しくは過小な周波数指令を出力することがなくなり、速度のオーバーシュート若しくはアンダーシュートを効果的に抑制することが可能となる。
【００１９】
以上、本発明の一実施形態について述べたが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。例えば、既述の実施形態では、誘導電動機１の相電圧を三相電圧指令演算器１０からの出力信号から検出するようにしたが、誘導電動機１の側から検出するようにしてもよい。また、既述の実施形態では、矩形波から成る相電流ゼロクロス信号Ｐｉを利用するようにしたが、相電流ゼロクロス信号の立ち上がり及び立下りに同期するトリガ信号を相電流ゼロクロス信号として利用することも可能である。また、インバータ２はＰＷＭ方式に限ることなく、他の方式のものを用いてもよい。また、本発明は、三相誘導電動機に限らず、その他の多相誘導電動機の速度制御（速度センサレス制御）にも適用可能である。
【００２０】
【発明の効果】
以上の如く、本発明は、誘導電動機の相電圧と相電流との位相差に着目した速度センサレス駆動を行なう際に、プロセッサにて演算して得られる駆動周波数指令値信号をラッチして相電流検出値のゼロクロス信号に同期して誘導電動機駆動用インバータの側に与えることにより、誘導電動機を駆動するようにしたものであるから、相電流検出値のゼロクロス信号に同期させて駆動周波数指令値信号を与えるようにしたことに起因して、速度ステップ時（誘導電動機の駆動速度をステップ的に切り換えた時）の駆動速度のオーバーシュート若しくはアンダーシュートを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る誘導電動機の速度制御装置を示すシステム構成図である。
【図２】相電流のゼロクロス信号を示す波形図である。
【図３】相電圧と相電流の検出値を用いて相電圧と相電流との位相差（時間差）を検出方法を示す説明図である。
【図４】相電流検出値から相電流ゼロクロス信号に同期した周波数指令値信号を出力するまでの各信号のタイミングを説明する図である。
【図５】本発明を実施することにより、速度ステップ時（駆動速度の切換時）に実際の駆動速度（実速度）のオーバーシュートが抑えられることをシミュレーションに基づいて示した図である。
【図６】従来の誘導電動機の速度制御装置を示すシステム構成図である。
【図７】従来の速度制御装置を用いた場合に速度ステップ時に発生する実際の駆動速度（実速度）のオーバーシュートをシミュレーションに基づいて示した図である。
【符号の説明】
１  誘導電動機
２  ＰＷＭインバータ
３  交流電源
４  速度制御回路
５  電流検出器
６  プロセッサ
７ａ，７ｂ  ゼロクロス信号検出部
８  位相差検出器
９  ＡＮＤ回路
１０  三相電圧指令演算器
【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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