(57)【要約】【課題】  電動機定数において誤差が生じても回転速度を簡単かつ高精度に制御することができる誘導電動機の回転速度制御装置および回転速度制御方法を提供する。【解決手段】  インバータ２を用いて制御される誘導電動機１の回転速度制御装置であって、誘導電動機１の電動機定数を用いてすべり角周波数指令値ωｓｅを演算するすべり角周波数演算部５Ｆ１と、誘導電動機１の制御に用いる誘導電動機１の所定の変数から電動機定数に依ることなく、誘導電動機１に生じるトルク値Ｔｅｓｔを取得するトルク取得部５Ｊと、トルク取得部５Ｊで取得されたトルク値Ｔｅｓｔの変化に応じてすべり角周波数指令値ωｓｅを補正する補正部５Ｋとを備えている。【選択図】  図２
2013138548.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータを用いて制御される誘導電動機の回転速度制御装置であって、
誘導電動機の電動機定数を用いてすべり角周波数指令値を演算するすべり角周波数演算部と、
誘導電動機の制御に用いる誘導電動機の所定の変数から電動機定数に依ることなく、誘導電動機に生じるトルク値を取得するトルク取得部と、
前記トルク取得部で取得されたトルク値に応じて前記すべり角周波数指令値を補正する補正部とを備えた、誘導電動機の回転速度制御装置。
【請求項２】
前記補正部は、前記トルク指令値と前記トルク値との差をトルク偏差として算出し、前記トルク偏差を低減させるように前記すべり角周波数指令値を補正する、請求項１に記載の誘導電動機の回転速度制御装置。
【請求項３】
前記トルク取得部は、誘導電動機の有効電力および回転速度計測値からトルク値を推定するトルク推定部を備えている、請求項１または２に記載の誘導電動機の回転速度制御装置。
【請求項４】
前記誘導電動機は、三相交流誘導電動機であり、
前記トルク推定部は、前記三相交流誘導電動機の各相の電流計測値と各相の電圧指令値とに基づいて前記有効電力を演算する、請求項３に記載の誘導電動機の回転速度制御装置。
【請求項５】
インバータを用いて制御される誘導電動機の回転速度制御方法であって、
誘導電動機の電動機定数を用いてすべり角周波数指令値を演算し、
誘導電動機の制御に用いる誘導電動機の所定の変数から誘導電動機定数に依ることなく、誘導電動機に生じるトルク値を取得し、
取得された前記トルク値に応じて前記すべり角周波数指令値を補正する、誘導電動機の回転速度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導電動機の回転速度制御装置および回転速度制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータで駆動・制御される誘導電動機の可変速制御システムにおいては、高精度の回転速度制御を行うためにベクトル制御が用いられる。誘導電動機のベクトル制御系としては、実用的なすべり周波数形がよく用いられる。この制御方式では、誘導電動機の回転速度を指令値に追従させるためのトルク指令値が速度指令値および速度の偏差に基づいて演算され、このトルク指令値より誘導電動機のすべり角周波数指令値およびトルク電流指令値（δ軸電流指令値）が誘導電動機の電動機定数を用いて演算される。また、すべり角周波数指令値および誘導電動機の回転速度計測値からインバータ周波数が決定される。ここで、電動機定数(抵抗値など)は温度などの影響を受けるため、予め設定された値と誘導電動機の駆動時における実際の値との間で誤差が生じる可能性がある。このような電動機定数が実際の値との間で誤差を生じると、所望のトルクを精度良く発生させることができず、速度制御性能を向上させることができない。
【０００３】
誘導電動機は、インバータによりすべり角周波数指令値の符号を電動機動作時と逆転させることで、発電機としても動作させることができる。発電を主目的とする可変速制御システムに採用される誘導電動機は、発電のための回転効率を重視するために巻線抵抗を極力低減した設計となっており、定格すべり角周波数を小さくしている。例えば一般的な誘導電動機においては定格トルクに対して±５％程度ずらした定格すべり角周波数とするのに対し、発電機においては定格トルクに対して±０．５％程度以下にずらした定格すべり角周波数とする場合がある。このように、定格すべり角周波数の小さい発電機用の誘導電動機において精度良く回転速度やトルクを制御しようとするためには、すべり角周波数をより精密に制御する必要があるため、上記誤差による影響が大きくなりやすい。
【０００４】
このような電動機定数の誤差補償やトルク補償の方法としては、制御器内に状態推定器（オブザーバ）を実装することが知られている。しかし、オブザーバを用いた方法では、状態推定のために演算量が大きく増大し、状態推定を的確に行うためのオブザーバパラメータの調整に時間を必要とする問題がある。また、誘導電動機の電動機定数を用いてすべり角周波数指令値およびトルク電流指令値を演算する必要があるが、オブザーバを用いた方法では、この電動機定数が予め設定された値に対して変化した場合に、十分補償できるとは言えない。
【０００５】
また、電動機定数を用いる代わりに予め定められた特性から演算した定常状態のトルクおよび過渡状態のトルクに基づいてトルク電流を算出する構成も知られている（例えば特許文献１参照）。しかしながら、特許文献１には、このようなトルク電流を用いた速度補償方法については開示されておらず、依然として上記問題が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１７４４９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、以上のような課題を解決すべくなされたものであり、電動機定数において誤差が生じても回転速度を簡単かつ高精度に制御することができる誘導電動機の回転速度制御装置および回転速度制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のある形態に係る誘導電動機の回転速度制御装置は、インバータを用いて制御される誘導電動機の回転速度制御装置であって、誘導電動機の電動機定数を用いてすべり角周波数指令値を演算するすべり角周波数演算部と、誘導電動機の制御に用いる誘導電動機の所定の変数から電動機定数に依ることなく、誘導電動機に生じるトルク値を取得するトルク取得部と、前記トルク取得部で取得されたトルク値に応じて前記すべり角周波数指令値を補正する補正部とを備えている。
【０００９】
上記構成によれば、誘導電動機の制御に用いる誘導電動機の所定の変数から誘導電動機の電動機定数に依ることなく、誘導電動機に生じるトルク値が取得される。そして、当該推定されたトルク値に応じてすべり角周波数指令値が補正される。つまり、すべり角周波数指令値の補正の際には電動機定数を含まない値が用いられる。このように、電動機定数を使用して制御演算されるすべり角周波数形ベクトル制御系の操作量出力とは独立した（電動機定数に生じる誤差の影響を受けない）トルク補償が可能となる。したがって、すべり角周波数指令値を演算するための電動機定数が実際の値に対して誤差を生じても、すべり角周波数指令値を実情に沿った適正な値に補正することができる。これにより、電動機定数において誤差が生じても回転速度を簡単かつ高精度に制御することができる。
【００１０】
前記補正部は、前記トルク指令値と前記トルク値との差をトルク偏差として算出し、前記トルク偏差を低減させるように前記すべり角周波数指令値を補正してもよい。これによれば、トルク指令値とトルク値との差（トルク偏差）を算出し、このトルク偏差が低減する（理想的には０となる）ようにすべり角周波数指令値が補正される。したがって、簡単な演算ですべり角周波数指令値の補正基準となるトルク偏差を算出することができ、かつトルク偏差が低減するように補正する方法自体も既存のフィードバック制御を用いて容易に構築することができる。
【００１１】
前記トルク取得部は、誘導電動機の有効電力および回転速度計測値からトルク値を推定するトルク推定部を備えてもよい。これによれば、回転速度制御のために必要な他の演算で用いた値および算出された値を利用してトルク値を推定することにより、補償のためにセンサなどの機器を新たに設置することなく、演算量の増大を防止しつつ容易に演算することができる。
【００１２】
前記誘導電動機は、三相交流誘導電動機であり、前記トルク推定部は、前記三相交流誘導電動機の各相の電流計測値と各相の電圧指令値とに基づいて前記有効電力を演算するよう構成されてもよい。これによれば、有効電力を得るために別途電力計を設ける必要がないため、構成を簡単化でき、既存の誘導電動機システムへの導入が容易となる。
【００１３】
また、本発明の他の形態に係る誘導電動機の回転速度制御方法は、インバータを用いて制御される誘導電動機の回転速度制御方法であって、誘導電動機の電動機定数を用いてすべり角周波数指令値を演算し、誘導電動機の制御に用いる誘導電動機の所定の変数から誘導電動機定数に依ることなく、誘導電動機に生じるトルク値を取得し、前記トルク値に応じて前記すべり角周波数指令値を補正するものである。
【００１４】
上記方法によれば、誘導電動機の制御に用いる誘導電動機の所定の変数から誘導電動機定数に依ることなく、誘導電動機に生じるトルク値が取得される。そして、当該取得されたトルク推定値の変化に応じてすべり角周波数指令値が補正される。このように、すべり角周波数指令値の補正の際には電動機定数を含まない値が用いられる。つまり、電動機定数を使用して制御演算されるすべり角周波数形ベクトル制御系の操作量出力とは独立した（影響を受けない）トルク補償が可能となる。したがって、すべり角周波数指令値を演算するための電動機定数が実際の値に対して誤差を生じても、すべり角周波数指令値を実情に沿った適正な値に補正することができる。これにより、電動機定数において誤差が生じても回転速度を高精度に制御することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は以上に説明したように構成され、電動機定数において誤差が生じても回転速度を簡単かつ高精度に制御することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は本発明の一実施形態に係る誘導電動機の回転速度制御装置が適用された誘導電動機システムの全体構成例を示す図である。
【図２】図２は図１に示す誘導電動機システムにおけるインバータ制御装置の制御演算に関する構成を示すブロック図である。
【図３】図３は図２に示すインバータ制御装置の一部をより詳細に示すブロック図である。
【図４】図４は本発明の一実施形態に係る誘導電動機の回転速度制御装置の変形例におけるインバータ制御装置の一部を示すブロック図である。
【図５】図５は一般的なインバータ制御装置の制御演算に関する構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下ではすべての図を通じて同一または相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
【００１８】
まず、本発明の一実施形態に係る誘導電動機の回転速度制御装置が適用された誘導電動機システムの概略構成について説明する。図１は本発明の一実施形態に係る誘導電動機の回転速度制御装置が適用された誘導電動機システムの全体構成例を示す図である。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態においては、誘導電動機１として、三相交流誘導電動機が設けられている。誘導電動機１の出力軸には、駆動対象８（回転体、回転機械など）が接続される。駆動対象８は、出力軸に直接接続されてもよいし、減速機などを介して間接的に接続されてもよい。
【００２０】
誘導電動機１は、回転速度制御装置として機能するインバータ制御装置５からの制御信号に基づいて動作するインバータ２によってＰＷＭ制御される。インバータ２は、フィルタ４を介して電力系統１２に接続されるコンバータ３に接続されている。これにより、電力系統１２から受電した交流電力がコンバータ３で直流電力に変換され、インバータ２がこの直流電力をＰＷＭ変調することにより、誘導電動機１へ交流駆動電力を供給する。コンバータ３は、コンバータ制御装置６によって制御されている。直流部母線には、当該直流部母線の電圧を検出する直流部母線電圧センサ１１が設けられており、コンバータ制御装置６は、直流部母線電圧センサ１１により検出された直流部母線電圧に応じてコンバータ３を制御する。コンバータ制御装置６は、定常運転時において、直流部母線電圧が略一定に保持されるようにコンバータ３を制御する。インバータ制御装置５およびコンバータ制御装置６は、システム統括制御装置７からインバータ２およびコンバータ３の運転および停止指令や誘導電動機１の速度指令値を受け、これらに基づいてインバータ２およびコンバータ３を制御する。
【００２１】
なお、図１においては、インバータ制御装置５、コンバータ制御装置６およびシステム統括制御装置７をそれぞれ別個の制御装置として記載した例を示しているが、本発明はこれに限られず、例えば、上記３つの制御装置を１つの制御装置において実行することとしてもよい。また、制御装置自体は、マイクロコントローラ、ＭＰＵ、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）、論理回路などで構成されてもよく、互いに協働して制御する複数の制御器によって構成されてもよい。
【００２２】
誘導電動機１の出力軸には、誘導電動機１の回転速度を計測する速度センサ９が設けられている。速度センサ９は、例えば、ロータリエンコーダやレゾルバなどが用いられる。また、誘導電動機１の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）には、当該各相電流を計測するためのインバータ電流センサ１０が設けられている。なお、後述するように、３相のうち２相の電流が分かれば、残りの１相の電流は演算できる（ｉu＋ｉv＋ｉw＝０が成り立つ）ため、３相のうちの１相（例えばＶ相）にはインバータ電流センサ１０を設けなくてもよい（あるいはインバータ電流センサ１０による計測値を用いないこととしてもよい）。
【００２３】
インバータ制御装置５は、システム統括制御装置７から出力される速度指令値、速度センサ９から出力される回転速度計測値およびインバータ電流センサ１０から出力される各相の電流計測値を取得し、誘導電動機１の速度制御演算を実行する。速度制御演算の結果、生成されるＰＷＭのデューティ比に基づいてインバータ２を駆動する。
【００２４】
ここで、本発明の一実施形態における回転速度制御装置として機能するインバータ制御装置５と一般的なインバータ制御装置との差異を明らかにすべく、まず、一般的なインバータ制御装置について説明し、その後で本実施形態におけるインバータ制御装置（回転速度制御装置）について説明する。
【００２５】
図５は一般的なインバータ制御装置の制御演算に関する構成を示すブロック図である。図５は、すべり周波数形ベクトル制御系のインバータ制御装置５’を示している。なお、図５においては、複数の機能ブロック５Ａ〜５Ｉを備えたインバータ制御回路５’として示されているが、これらの機能ブロック５Ａ〜５Ｉは、必ずしも物理的な構成を意味するものではなく、演算プログラムや制御回路の一部を機能的に示すものである。
【００２６】
インバータ電流センサ１０により検出されたＵ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖ、Ｗ相電流ｉｗは、三相交流／γ−δ座標変換器５Ａに入力される。三相交流／γ−δ座標変換器５Ａは、入力された各相の電流を、以下の式（１）を用いた三相／二相変換演算によりγ軸電流(二次磁束分電流)ｉγｓおよびδ軸電流(トルク分電流)ｉδｓに変換して出力する。
【００２７】
【数１】
2013138548.tif 000003
【００２８】
ここで、θは、後述するように、インバータ電気角を表す。
【００２９】
γ軸電流ｉγｓは、磁束演算器５Ｂに入力される。磁束演算器５Ｂは、γ軸電流ｉγｓと誘導電動機１の回路定数である二次抵抗Ｒｒ、二次自己インダクタンスＬｒおよび相互インダクタンスＭより、以下の式（２）に基づいて二次磁束の推定値（以下、単に磁束推定値と称する）φｅｓｔを算出する。
【００３０】
【数２】
2013138548.tif 000004
【００３１】
ここで、ｓはラプラス変数を表す。
【００３２】
磁束推定値φｅｓｔは、磁束制御器５Ｄに入力される。磁束制御器５Ｄは、以下の式（３）に示すように、磁束推定値φｅｓｔと磁束指令値φｃｍｄとの偏差からγ軸電流(二次磁束分電流)指令値ｉγｓ＿ｃｍｄを算出する。
【００３３】
【数３】
2013138548.tif 000005
【００３４】
ここで、Ｋ１Ｐは、磁束制御器５Ｄにおける比例ゲインを表し、Ｋ１Ｉは、磁束制御器５Ｄにおける積分ゲインを表す。
【００３５】
また、回転速度センサ９の検出出力は、速度信号処理器５Ｃ１に入力される。速度信号処理器５Ｃ１は、回転速度センサ９の検出出力に基づいて誘導電動機１の回転軸の回転速度計測値ωｒｍを出力する。出力された回転速度計測値ωｒｍは、回転速度指令値ωｒｍ＿ｃｍｄとともに速度制御器５Ｃ２に入力される。速度制御器５Ｃ２は、以下の式（４）に示すように、回転速度指令値ωｒｍ＿ｃｍｄと回転速度計測値ωｒｍとの偏差からトルク指令値Ｔｃｍｄを算出する。
【００３６】
【数４】
2013138548.tif 000006
【００３７】
ここで、Ｋ２Ｐは、速度制御器５Ｃ２における比例ゲインを表し、Ｋ２Ｉは、速度制御器５Ｃ２における積分ゲインを表す。
【００３８】
トルク指令値Ｔｃｍｄと磁束指令値φｃｍｄとは、トルク分電流変換器５Ｅに入力される。トルク分電流変換器５Ｅは、トルク指令値Ｔｃｍｄ、磁束指令値φｃｍｄおよび誘導電動機１の電動機定数（二次自己インダクタンスＬｒ、相互インダクタンスＭ）から以下の式（５）に基づいてδ軸電流指令値（トルク分電流指令値）ｉδｓ＿ｃｍｄを算出する。
【００３９】
【数５】
2013138548.tif 000007
【００４０】
ここで、ｐは、誘導電動機１の極対数を表す。
【００４１】
δ軸電流指令値ｉδｓ＿ｃｍｄと磁束指令値φｃｍｄとは、すべり角周波数演算部５Ｆ１に入力される。すべり角周波数演算部５Ｆ１は、速度指令値ωｒｍ＿ｃｍｄと回転速度値である回転速度計測値ωｒｍとの偏差および磁束指令値φｃｍｄに基づいてすべり角周波数指令値ωｓｅを演算する。この例において、すべり角周波数演算部５Ｆ１は、上述のように速度指令値ωｒｍ＿ｃｍｄと回転速度計測値ωｒｍとの偏差に基づいて得られるδ軸電流指令値（トルク分電流指令値）ｉδｓ＿ｃｍｄ、磁束指令値φｃｍｄおよび誘導電動機１の電動機定数（二次自己インダクタンスＬｒ、相互インダクタンス、二次抵抗Ｒｒ）を用いて以下の式（６）に基づいてすべり角周波数指令値ωｓｅを算出する。
【００４２】
【数６】
2013138548.tif 000008
【００４３】
すべり角周波数指令値ωｓｅは、電源角周波数変換器５Ｆ２に入力される。電源角周波数変換器５Ｆ２は、すべり角周波数指令値ωｓｅと回転速度計測値ωｒｍから以下の式（７）に基づいてインバータ電源角周波数指令値ωｉｎｖを算出する。
【００４４】
【数７】
2013138548.tif 000009
【００４５】
インバータ電源角周波数指令値ωｉｎｖは、積分器５Ｆ３において時間積分され、インバータ電源角θに変換される。インバータ電源角θは、三角関数演算器５Ｆ４においてｓｉｎおよびｃｏｓの値が算出され、前述した三相／二相変換演算（式（１））および後述する二相／三相変換演算（式（１２））に用いられる。
【００４６】
磁束制御器５Ｄから出力されたγ軸電流指令値ｉγｓ＿ｃｍｄは、γ軸電流ｉγｓとともにγ軸電流制御器５Ｇ１に入力される。γ軸電流制御器５Ｇ１は、γ軸電流指令値ｉγｓ＿ｃｍｄとγ軸電流ｉγｓとの偏差から以下の式（８）に基づいてγ軸電圧指令値ｖγｓ＿ｃｍｄを算出する。
【００４７】
【数８】
2013138548.tif 000010
【００４８】
ここで、Ｋ３Ｐは、γ軸電流制御器５Ｇ１における比例ゲインを表し、Ｋ３Ｉは、γ軸電流制御器５Ｇ１における積分ゲインを表す。
【００４９】
また、トルク分電流変換器５Ｅから出力されたδ軸電流指令値ｉδｓ＿ｃｍｄは、δ軸電流ｉδｓとともにδ軸電流制御器５Ｇ２に入力される。δ軸電流制御器５Ｇ２は、δ軸電流指令値ｉδｓ＿ｃｍｄとδ軸電流ｉδｓとの偏差から以下の式（９）に基づいてδ軸電圧指令値ｖδｓ＿ｃｍｄを算出する。
【００５０】
【数９】
2013138548.tif 000011
【００５１】
ここで、Ｋ４Ｐは、δ軸電流制御器５Ｇ２における比例ゲインを表し、Ｋ４Ｉは、δ軸電流制御器５Ｇ２における積分ゲインを表す。
【００５２】
上記式（８）および式（９）で算出されたγ軸電圧指令値ｖγｓ＿ｃｍｄおよびδ軸電圧指令値ｖδｓ＿ｃｍｄは、γ軸とδ軸との間で干渉しているため、非干渉化制御器５Ｈにおいて演算された補償値を各軸の電圧指令値より差し引きして非干渉化する。具体的には、非干渉化制御器５Ｈは、γ軸電流ｉγｓ、δ軸電流ｉδｓ、磁束推定値φｅｓｔおよびインバータ電源角周波数指令値ωｉｎｖから各軸の電圧指令値が以下の式（１０）および式（１１）でそれぞれ示されるような各軸の電圧補償値ｉγｓ＿ｃｍｄ＿ｃｍｐ，ｉδｓ＿ｃｍｄ＿ｃｍｐとなるように、γ軸−δ軸間の干渉による電圧項を演算する。
【００５３】
【数１０】
2013138548.tif 000012
【００５４】
【数１１】
2013138548.tif 000013
【００５５】
ここで、σは誘導電動機１の漏れ係数を表し、Ｌｓは一次自己インダクタンスを表す。
【００５６】
非干渉化の結果得られたγ軸電圧補償値ｉγｓ＿ｃｍｄ＿ｃｍｐおよびδ軸電圧補償値ｉδｓ＿ｃｍｄ＿ｃｍｐは、γ−δ／三相交流座標変換器５Ｉに入力される。γ−δ／三相交流座標変換器５Ｉは、入力された各相の電圧補償値を、以下の式（１２）を用いた二相／三相変換演算により三相電圧指令値ｖｕ＿ｃｍｄ，ｖｖ＿ｃｍｄ，ｖｗ＿ｃｍｄに変換して出力する。
【００５７】
【数１２】
2013138548.tif 000014
【００５８】
以上のようにして得られた三相の電圧指令値ｖｕ＿ｃｍｄ，ｖｖ＿ｃｍｄ，ｖｗ＿ｃｍｄは、インバータ２に入力される。インバータ２においては、入力された各相の電圧指令値に基づいて１周期の間に各相のゲートがオン（またはオフ）となる時間の割合（デューティ比）を調整することにより誘導電動機１に対してＰＷＭ制御を行う。
【００５９】
一般的なインバータ制御装置５’においては、上記式（５）および式（６）に示すように、トルク電流指令値ｉδｓ＿ｃｍｄおよびすべり角周波数指令値ωｓｅの算出には、電動機定数（二次抵抗Ｒｒ、二次自己インダクタンスＬｒおよび相互インダクタンスＭ）が用いられる。したがって、このような電動機定数が温度変化などにより実際の値との間で誤差を生じると、所望のトルクを精度良く発生させることができず、速度制御性能を向上させることができない問題がある。
【００６０】
さらに、一般的なインバータ制御装置５’においては、上記式（７）に示すように、電源角周波数指令値ωｉｎｖは、すべり角周波数指令値ωｓｅに回転速度計測値ωｒｍが加算されたものとなる。すなわち、回転速度の真の値をωｒｍ＿ｒｅａｌとし、回転速度誤差をωｅｒｒとすると、回転速度計測値ωｒｍは、以下の式（１３）で表せる。
【００６１】
【数１３】
2013138548.tif 000015
【００６２】
したがって、上記式（７）に上記式（１３）を代入すると、電源角周波数指令値ωｉｎｖは、以下の式（１４）で表せる。
【００６３】
【数１４】
2013138548.tif 000016
【００６４】
このように、一般的なインバータ制御装置５’においては、回転速度に計測誤差ωｅｒｒが生じると、すべり角周波数ωｉｎｖの誤差が回転速度誤差ωｅｒｒと同じレベルで生じる（ωｓｅの誤差がｐωｅｒｒとして現れる）こととなる。特に、発電機として用いられる誘導電動機１においては、前述したように、発電のための回転効率（発電効率）を重視するために巻線抵抗を極力低減した設計となっており、定格すべり角周波数を小さくしている。言い換えると、一般的な誘導電動機においては速度制御がし易いように、ある程度定格すべり角周波数を大きくしている。例えば、一般的な誘導機においては定格トルクに対して進む側または遅れる側に５％程度ずらした定格すべり角周波数としている。これに対し、発電機として用いられる誘導電動機１においては定格トルクに応じた定格すべり角周波数（例えば３０Ｈｚ）に対して進む側または遅れる側に０．５パーセント以下（好ましくは０．３パーセント以下、例えば０．０９Ｈｚ）程度ずれた値とする場合が好ましい。
【００６５】
したがって、特に、上記のような発電機として用いられる誘導電動機１においては、すべり角周波数指令値ωｓｅも非常に小さい値となるため、一般的なインバータ制御装置５’をそのまま適用した場合には、制御指令値が回転速度誤差ωｅｒｒの影響を大きく受けてしまうこととなる。例えば、回転速度誤差ωｅｒｒが定格回転数の１％（上記の例で言えば０．３Ｈｚ）程度発生した場合、それだけで、定格すべり角周波数以上のずれを生じることとなるため、すべり角指令値ωｓｅに基づいて回転速度を適正に制御することができなくなる。
【００６６】
以上のように、一般的なインバータ制御装置５’においては、電動機定数の誤差および回転速度の計測誤差による制御指令値への影響が大きいという問題がある。
【００６７】
そこで、本実施形態のインバータ制御装置５においては、上記のように電動機定数が実際の値との間で誤差を生じた場合であっても、誘導電動機１の制御に用いる誘導電動機の所定の変数（各相の電流値、電圧値、電力値などであり、計測値、演算値および指令値のいずれをも含む）から誘導電動機定数（一次側、二次側それぞれの自己インダクタンス、抵抗値、一次側と二次側との間の相互インダクタンスなど）に依ることなく、トルク推定値に基づいてすべり角周波数指令値ωｉｎｖに対して直接的に補正を加えている。これにより、すべり角周波数指令値ωｉｎｖ（および結果としてトルク電流指令値ｉδｓ＿ｃｍｄ）が補正され、実情に応じた適切な電圧指令値ｖｕ＿ｃｍｄ，ｖｖ＿ｃｍｄ，ｖｗ＿ｃｍｄを得ることができる。
【００６８】
図２は図１に示す誘導電動機システムにおけるインバータ制御装置の制御演算に関する構成を示すブロック図である。図２においては、図５に示す一般的なインバータ制御装置５’と同様の構成には同じ符号を付し、説明を省略する。なお、図２においては、複数の機能ブロック５Ａ〜５Ｋを備えたインバータ制御回路５として示されているが、これらの機能ブロック５Ａ〜５Ｋは、必ずしも物理的な構成を意味するものではなく、演算プログラムや制御回路の一部を機能的に示すものである。本実施形態におけるインバータ制御装置５においても、基本的には、一般的なインバータ制御装置５’と同様の演算（式（１）〜式（１２））は行われる。ただし、電源角周波数変換器５Ｆ２には、すべり角周波数指令値ωｓｅの代わりに後述する補正部５Ｋから出力されるすべり角周波数補償値ωｃｍｐが入力される。
【００６９】
本実施形態における誘導電動機１の回転速度制御装置として機能するインバータ制御装置５は、前述したすべり角周波数演算部５Ｆ１に加え、誘導電動機１の制御に用いる誘導電動機の所定の変数から誘導電動機の電動機定数に依ることなく、誘導電動機１に生じるトルク値を取得するトルク取得部と、トルク取得部で推定されたトルク値に応じてすべり角周波数指令値ωｓｅを補正する補正部５Ｋとを備えている。本実施形態においては、トルク取得部は、トルク値としてトルク推定値Ｔｅｓｔを推定するトルク推定部５Ｊを備えている。
【００７０】
図３は図２に示すインバータ制御装置の一部をより詳細に示すブロック図である。図３に示すように、トルク推定部５Ｊは、まず、誘導電動機の制御に用いる誘導電動機の所定の変数として、インバータ電流センサ１０により検出された各相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗと、上記式（１２）で得られた各相の電圧指令値ｖｕ＿ｃｍｄ，ｖｖ＿ｃｍｄ，ｖｗ＿ｃｍｄとを用いて以下の式（１５）で示すような有効電力（推定値）Ｐｅｓｔを算出する。
【００７１】
【数１５】
2013138548.tif 000017
【００７２】
電圧指令値ｖｕ＿ｃｍｄ，ｖｖ＿ｃｍｄ，ｖｗ＿ｃｍｄを用いて有効電力（推定値）Ｐｅｓｔを算出することにより、有効電力Ｐを得るために別途電力計や電圧計を設ける必要がないため、構成を簡単化でき、既存の誘導電動機システムへの導入が容易となる。
【００７３】
ただし、本発明は、電圧値として電圧指令値ｖｕ＿ｃｍｄ，ｖｖ＿ｃｍｄ，ｖｗ＿ｃｍｄを用いて有効電力を推定することに限られない。例えば、電圧センサを用いて三相電圧を実際に計測して、有効電力の実際の値Ｐを算出することとしてもよいし、電力センサを用いて有効電力Ｐを直接的に計測することとしてもよい。
【００７４】
さらに、トルク推定部５Ｊは、得られた有効電力（推定値）Ｐｅｓｔおよび回転速度計測値ωｒｍから以下の式（１６）に基づいてトルク推定値Ｔｅｓｔを推定する。
【００７５】
【数１６】
2013138548.tif 000018
【００７６】
このように、本実施形態においては、誘導電動機の制御（回転速度制御）のために必要な他の演算で用いた値および算出された値を利用してトルク推定値Ｔｅｓｔを推定することにより、補償のためにセンサなどの機器を新たに設置することなく、演算量の増大を防止しつつ容易に演算することができる。
【００７７】
トルク推定部５Ｊから出力されたトルク推定値Ｔｅｓｔは、補正部５Ｋに入力される。補正部５Ｋには、トルク指令値Ｔｃｍｄも入力される。補正部５Ｋは、トルク指令値Ｔｃｍｄとトルク推定値Ｔｅｓｔとの差をトルク偏差Ｔｅｒｒ（＝Ｔｃｍｄ−Ｔｅｓｔ）として算出する。
【００７８】
さらに、補正部５Ｋは、算出されたトルク偏差Ｔｅｒｒを低減させるようにすべり角周波数指令値ωｓｅを補正する。具体的には、補正部５Ｋは、トルク偏差Ｔｅｒｒが入力され、補正後のすべり角指令値であるすべり角補償値ωｃｍｐがフィードバックされることにより当該トルク偏差Ｔｅｒｒが０に近づくような補正値ｙｔｃｍｐを演算するトルク補償器５１を備えている。トルク補償器５１は、トルク偏差Ｔｅｒｒを用いて、以下の式（１７）に基づいて補正値ｙｔｃｍｐを算出する。
【００７９】
【数１７】
2013138548.tif 000019
【００８０】
ここで、Ｋｐｔｃｍｐは、トルク補償器５１における比例ゲインを表し、Ｋｉｔｃｍｐは、トルク補償器５１における積分ゲインを表す。これらのゲインは、予め設定される。
【００８１】
トルク補償器５１は、トルク偏差Ｔｅｒｒが０となるように補正値ｙｔｃｍｐを調整することが可能な構成を有する限り、特に限定されないが、例えば、ＰＩ補償器などが好ましい。
【００８２】
補正部５Ｋは、算出された補正値ｙｔｃｍｐをすべり角周波数演算部５Ｆ１から出力されたすべり角周波数指令値ωｓｅに加えたすべり角周波数補償値ωｃｍｐ（ωｃｍｐ＝ωｓｅ＋ｙｔｃｍｐ）を出力する。前述したように、電源角周波数変換器５Ｆ２には、補正部５Ｋから出力されるすべり角周波数補償値ωｃｍｐが入力され、当該すべり角周波数補償値ωｃｍｐに基づいて以下の式（１８）に示すように、インバータ角周波数指令値ωｉｎｖを算出する（上記式（７）においてωｓｅをωｃｍｐ＝ωｓｅ＋ｙｔｃｍｐに置き換えた式が用いられる）。
【００８３】
【数１８】
2013138548.tif 000020
【００８４】
これによれば、トルク指令値Ｔｃｍｄとトルク推定値Ｔｅｓｔとの差（トルク偏差Ｔｅｒｒ）を算出し、このトルク偏差Ｔｅｒｒが低減する（理想的には０となる）ようにすべり角周波数指令値ωｓｅが補正される。したがって、簡単な演算ですべり角周波数指令値ωｓｅの補正基準となるトルク偏差Ｔｅｒｒを算出することができ、かつトルク偏差Ｔｅｒｒが低減するように補正する方法自体も既存のフィードバック制御を用いて容易に構築することができる。
【００８５】
以上のように、上記構成によれば、誘導電動機１の制御に用いる誘導電動機の所定の変数（有効電力（推定値）Ｐｅｓｔおよび回転速度計測値ωｒｅ）から誘導電動機の電動機定数に依ることなく、誘導電動機１に生じるトルクがトルク推定値Ｔｅｓｔとして推定される。そして、当該推定されたトルク推定値Ｔｅｓｔの変化に応じてすべり角周波数指令値ωｓｅが補正される。このとき、補正値ｙｔｃｍｐを算出するために電動機定数を用いない。このように、電動機定数を使用して制御演算されるすべり角周波数形ベクトル制御系の操作量出力とは独立した（電動機定数に生じる誤差の影響を受けない）トルク補償が可能となる。つまり、すべり角周波数指令値ωｓｅの補正の際には電動機定数（インダクタンスや抵抗値等）を含まない値（補正値ｙｔｃｍｐ）が用いられる。したがって、すべり角周波数指令値ωｓｅを演算するための電動機定数が実際の値に対して誤差を生じても、すべり角周波数指令値ωｓｅを実情に沿った適正な値に補正することができる。同様に、回転速度計測値ωｒｍにおいて計測誤差が生じても、電源角周波数指令値ωｉｎｖを実情に沿った適正な値に補正することができる。これにより、電動機定数および回転速度計測値ωｒｍにおいて誤差が生じても回転速度を高精度に制御することができる。さらに、上記式（１５）〜式（１８）に示すように、すべり角周波数指令値ωｓｅを補正するために複雑な演算を必要とせず、その演算量も少なくてすむ。したがって、回転速度を高精度に制御するための演算量の増大を抑制することができる。
【００８６】
ここで、本実施形態においては、トルク推定値Ｔｅｓｔを推定する際に、回転速度計測値ωｒｍを使用しているため、回転速度の計測誤差によってトルク推定値Ｔｅｓｔに影響が生じる可能性がないとはいえない。しかしながら、本実施形態におけるトルク補償を伴う制御演算においては、回転速度の計測誤差による影響が図５に示すような一般的な制御演算の場合に比べて極めて小さいことを以下で説明する。
【００８７】
前述のように、回転速度の真の値をωｒｍ＿ｒｅａｌとし、回転速度誤差をωｅｒｒとすると、トルク推定値Ｔｅｓｔは、以下の式（１９）で表せる。
【００８８】
【数１９】
2013138548.tif 000021
【００８９】
ここで、回転速度を計測するための速度センサ９においては、設計上、回転速度誤差ωｅｒｒが回転速度の真の値ωｒｍ＿ｒｅａｌに対しては十分小さくなるように設定されている（そのような計測精度を満足する速度センサ９を設けている）。したがって、ωｒｍ＿ｒｅａｌ＞＞ωｅｒｒであると言える。このとき、上記式（１９）は、以下の式（２０）のように変形できる。
【００９０】
【数２０】
2013138548.tif 000022
【００９１】
ここで、誘導電動機１に発生するトルクの真の値Ｔrealは、有効電力Ｐを用いて以下の式（２１）のように表せる。
【００９２】
【数２１】
2013138548.tif 000023
【００９３】
したがって、トルクの真の値Ｔｒｅａｌに対して回転速度の計測誤差を考慮した場合のトルク推定値Ｔｅｓｔに生じる誤差の割合は、以下の式（２２）のように表せる。
【００９４】
【数２２】
2013138548.tif 000024
【００９５】
前述したとおり、回転速度の真の値ωｒｍ＿ｒｅａｌが回転速度誤差ωｅｒｒに対して十分に大きいため、式（２２）は、０に近い値となり、回転速度誤差ωｅｒｒによって生じるトルク推定値Ｔｅｓｔへの影響は、十分に小さく無視できる程度であると言える。
【００９６】
さらに、トルク補償器５１が例えばＰＩ補償器である場合、当該トルク補償器５１の比例ゲインおよび積分ゲインを調整することにより、制御指令値（すべり角周波数指令値ωｓｅ）の回転速度誤差ωｅｒｒに対する感度を調整（低感度化）して、回転速度誤差ωｅｒｒの制御指令値への影響を実用上問題ない程度にすることができる。
【００９７】
＜変形例＞
次に、本発明の一実施形態に係る誘導電動機の回転速度制御装置の変形例について説明する。図４は本発明の一実施形態に係る誘導電動機の回転速度制御装置の変形例におけるインバータ制御装置の一部を示すブロック図である。図４は、インバータ制御装置５において図３に示すのと略同様の部分を示すものであり、図３と同様の構成については同じ符号を付し説明を省略する。
【００９８】
図４に示すように、本変形例において、回転速度制御装置として機能するインバータ制御装置５は、トルク補償器５１から出力される補正値ｙｔｃｍｐを用いてトルク分電流変換器５Ｅから出力されるδ軸電流指令値（トルク分電流指令値）ｉδｓ＿ｃｍｄを補正するトルク分電流補正部５Ｌを備えている。トルク分電流補正部５Ｌは、補正部５Ｋで算出された補正値ｙｔｃｍｐに所定の調整係数βを掛けた値をδ軸電流指令値ｉδｓ＿ｃｍｄに加えたδ軸電流補償値ｉδｓ＿ｃｍｐを演算し、出力する。このδ軸電流補償値ｉδｓ＿ｃｍｐがδ軸電流制御器５Ｇ２（図２）に入力され、上記式（９）におけるδ軸電流指令値ｉδｓ＿ｃｍｄの代わりにδ軸電流補償値ｉδｓ＿ｃｍｐを用いてδ軸電圧指令値ｖδｓ＿ｃｍｄが算出される。
【００９９】
すべり角周波数指令値ωｓｅは、上記式（５）および式（６）に示すように、δ軸電流指令値ｉδｓ＿ｃｍｄを算出する際に用いた値（変数および電動機定数）に、さらに電動機定数を乗算した値として算出されるため、電動機定数の変動を考慮しない場合には、すべり角周波数指令値ωｓｅとδ軸電流指令値ｉδｓ＿ｃｍｄとの関係は一定の関係を保つものとして取り扱われる。しかしながら、上述したように、電動機定数は誘導電動機１の駆動状態に応じて変動するものであるため、両者の関係は一定の関係を保持しているとは言えない。そこで、すべり角周波数指令値ωｓｅとδ軸電流指令値ｉδｓ＿ｃｍｄとの双方に対して電動機定数を用いない補正値ｙｔｃｍｐを用いてトルク補償を行うことにより、より精度の高い回転速度制御を行うことができる。
【０１００】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更、修正が可能である。
【０１０１】
例えば、上記実施形態においては回転速度値として速度センサ９を用いた回転速度計測値ωｒｍを用いているが、これに代えて、誘導電動機の各相の電流値および電圧値から回転速度（推定値）を演算によって求めるセンサレス制御を適用してもよい。この場合、得られる回転速度は推定値となるため、実際に速度センサ９により回転速度を計測した場合に比べて回転速度誤差ωｅｒｒは大きくなる。しかしながら、この場合であっても、上記実施形態において説明したように、回転速度誤差ωｅｒｒは、回転速度の真の値ωｒｍ＿ｒｅａｌに対しては十分小さいといえるため、トルク推定値Ｔｅｓｔへの影響を十分に小さくすることができ、誘導電動機の回転速度を高精度に制御することができる。このような、センサレス制御の場合には、定格すべり角周波数をある程度大きくとっている一般的な誘導電動機においても回転速度誤差ωｅｒｒ自体が大きくなって制御指令値に与える影響も大きくなる。したがって、定格すべり角周波数がある程度大きい誘導電動機においても、上記実施形態の構成を適用することにより、回転速度誤差ωｅｒｒの影響を低減することがセンサレス制御の場合には特に有効となる。
【０１０２】
また、上記実施形態においては、すべり角速度計測値ωｓｅに対する補正の基準となるすべり角速度補正値ｙｔｃｍｐをトルク推定値Ｔｅｓｔから演算しているが、トルク推定値Ｔｅｓｔの代わりに、誘導電動機１のトルク値を計測により求めることとしてもよい。この場合には、誘導電動機１の回転軸にトルクセンサを設けることにより、トルク計測値を取得することができる。
【０１０３】
また、上記実施形態においては、ベクトル制御に適用した構成例を示したが、本発明はすべり角周波数指令値ωｓｅを制御量として有する他の可変速制御系（例えば誘導電動機のすべり角周波数と電圧値とに基づいて制御するＶ／ｆ制御系など）に対しても適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明の誘導電動機の回転速度制御装置および回転速度制御方法は、電動機定数において誤差が生じても回転速度を簡単かつ高精度に制御するために有用である。
【符号の説明】
【０１０５】
１  誘導電動機
２  インバータ
３  コンバータ
４  フィルタ
５  インバータ制御装置（回転速度制御装置）
５Ａ  三相交流／γ−δ座標変換器
５Ｂ  磁束演算器
５Ｃ１  速度信号処理器
５Ｃ２  速度制御器
５Ｄ  磁束制御器
５Ｅ  トルク分電流変換器
５Ｆ１  すべり角周波数演算部
５Ｆ２  電源角周波数変換器
５Ｆ３  積分器
５Ｆ４  三角関数演算器
５Ｇ１  γ軸電流制御器
５Ｇ２  δ軸電流制御器
５Ｈ  非干渉化制御器
５Ｉ  γ−δ／三相交流座標変換器
５Ｊ  トルク推定部（トルク取得部）
５Ｋ  補正部
５Ｌ  トルク分電流補正部
６  コンバータ制御装置
７  システム統括制御装置
８  駆動対象
９  速度センサ
１０  インバータ電流センサ
１１  直流部母線電圧センサ
１２  電力系統
５１  トルク補償器
【図１】
2013138548.tif 000025
【図２】
2013138548.tif 000026
【図３】
2013138548.tif 000027
【図４】
2013138548.tif 000028
【図５】
2013138548.tif 000029