(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電動機を駆動するための電力変換装置の制御装置において、
前記電動機の全相の電動機諸定数の平均値と電流指令値とを用いて、各相の電圧指令値を演算する第１の手段と、
前記電動機の各相の電動機諸定数と前記平均値との差分、及び、前記電流指令値を用いて、各相の補正電圧を演算する第２の手段と、
を備え、
第１の手段から出力される前記電圧指令値を、第２の手段から出力される前記補正電圧により相ごとにそれぞれ補正して前記電力変換装置に与えることを特徴とする交流電動機駆動用電力変換装置の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載した交流電動機駆動用電力変換装置の制御装置において、
前記第１の手段は、前記電力変換装置の出力周波数に同期して回転するｄ，ｑ座標上で、前記平均値及びｄ，ｑ軸電流指令値からｄ，ｑ軸電圧指令値を演算し、これらのｄ，ｑ軸電圧指令値を静止座標上の各相の電圧指令値に変換すると共に、
前記第２の手段は、前記ｄ，ｑ軸電流指令値から静止座標上に変換した各相の電流指令値と、前記電動機の各相の電動機諸定数と前記平均値との差分とを用いて、静止座標上の各相の補正電圧を演算するように構成され、
前記第２の手段から出力される静止座標上の各相の補正電圧を、前記第１の手段から出力される各相の電圧指令値にそれぞれ加算して電圧指令値を補正することを特徴とする交流電動機駆動用電力変換装置の制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載した交流電動機駆動用電力変換装置の制御装置において、
前記第１の手段は、前記電力変換装置の出力周波数に同期して回転するｄ，ｑ座標上で、前記平均値及びｄ，ｑ軸電流指令値からｄ，ｑ軸電圧指令値を演算し、これらのｄ，ｑ軸電圧指令値を静止座標上の各相の電圧指令値に変換すると共に、
前記第２の手段は、前記ｄ，ｑ軸電流指令値と、前記電動機の各相の電動機諸定数と前記平均値との差分とを用いて、ｄ，ｑ座標上の各相の補正電圧を演算し、これらのｄ，ｑ座標上の各相の補正電圧を静止座標上の各相の補正電圧に変換するように構成され、
前記第２の手段から出力される静止座標上の各相の補正電圧を、前記第１の手段から出力される各相の電圧指令値にそれぞれ加算して電圧指令値を補正することを特徴とする交流電動機駆動用電力変換装置の制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載した交流電動機駆動用電力変換装置の制御装置において、
前記第１の手段は、
電流指令値と電流検出値との偏差に応じて電圧指令値を補正する手段を有することを特徴とする交流電動機駆動用電力変換装置の制御装置。
【請求項５】
請求項２または３に記載した交流電動機駆動用電力変換装置の制御装置において、
前記第１の手段は、
前記ｄ，ｑ軸電流指令値とｄ，ｑ軸電流検出値との偏差をなくすように動作する調節手段を備え、この調節手段の出力により前記ｄ，ｑ軸電圧指令値を補正することを特徴とする交流電動機駆動用電力変換装置の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導電動機等の交流電動機を駆動するための電力変換装置の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図４は、この種の制御装置の従来技術を示すブロック図であり、例えば特許文献１に記載されたインバータ制御装置の主要部を示している。
図４において、１１はベクトル制御指令演算器、１２ｄ，１２ｑはフィードフォワード電流制御器、１３ｄ，１３ｑはＰＩ（比例積分）調節器、１４は２相／３相変換器、１５は積分器、１６はＰＷＭ発生器、１７は電流検出器、１８は３相／２相変換器、１９は速度検出器、２０はインバータ、３０は３相誘導電動機である。
【０００３】
この従来技術は、３相誘導電動機３０をインバータ２０により駆動するシステムであり、制御手法としてベクトル制御を用いている。ここで、ベクトル制御手法については周知であるため、以下では本発明と関係する部分のみを説明し、他の部分については詳細な説明を省略する。
【０００４】
一般に、ベクトル制御されている３相誘導電動機の電圧電流方程式を、電源角周波数に同期して回転し、かつ電動機の磁束の方向をｄ軸とするｄ，ｑ座標上で表現すると、数式１のようになる。なお、数式１におけるＲ２０，Ｌｍ，Ｌσ，τ２は、数式２に示すとおりである。
【０００５】
【数１】
0004935560.tif 000002
【０００６】
【数２】
0004935560.tif 000003
【０００７】
数式１に基づき、図４の従来技術では、フィードフォワード電流制御器１２ｄ，１２ｑにより、励磁電流指令に相当するｄ軸電流指令値ｉ１ｄ＊、トルク電流指令に相当するｑ軸電流指令値ｉ１ｑ＊、及び磁束指令値φ２ｄ＊から、ｄ，ｑ軸の電圧指令値ｖ１ｄＦＦ＊，ｖ１ｑＦＦ＊を生成している。
しかしながら、制御装置内で用いる電動機諸定数と実際の電動機諸定数との誤差や、インバータ２０の出力電圧誤差等により、実際には、電流指令値通りに電流が流れない。そこで、電流指令値ｉ１ｄ＊，ｉ１ｑ＊と電流検出値ｉ１ｄ，ｉ１ｑとの誤差をなくすように動作するＰＩ調節器１３ｄ，１３ｑを設け、これらの調節器出力ｖ１ｄＰＩ＊，ｖ１ｑＰＩ＊により前記ｖ１ｄＦＦ＊，ｖ１ｑＦＦ＊をそれぞれ補正することで電圧指令値ｖ１ｄ＊，ｖ１ｑ＊を生成している。
なお、前述したように、電流検出値ｉ１ｄ，ｉ１ｑの検出動作や電圧指令値ｖ１ｄ＊，ｖ１ｑ＊に基づいてインバータ２０を制御する動作については、説明を割愛する。
【０００８】
【特許文献１】特開平９−４７０６９号公報（段落［００１９］〜［００２３］、図２等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
インバータと電動機との間を結ぶ電力配線の設置状態により、見かけ上、電動機の漏れインダクタンスや巻線抵抗等の諸定数が各相でばらつくことがあり、また、電動機の諸定数そのものにも、各相にばらつきがある。
ここで、制御対象である電動機が３相交流電動機であり、この電動機に３相平衡電流を流せば理想的な磁束分布が得られるような構造である場合には、電動機に３相平衡電流を流す必要がある。換言すれば、３相電流が不平衡であると、電動機にトルクの脈動が発生し、電動機に接続されている機械負荷装置に悪影響を及ぼす。
【００１０】
さて、図４に示した従来技術では、電動機諸定数が全相で同一であるという前提のもとで電圧指令値ｖ１ｄＦＦ＊，ｖ１ｑＦＦ＊を演算し、更に電流指令値ｉ１ｄ＊，ｉ１ｑ＊と電流検出値ｉ１ｄ，ｉ１ｑとの偏差に応じて上記電圧指令値ｖ１ｄＦＦ＊，ｖ１ｑＦＦ＊を補正することにより、電圧指令値ｖ１ｄ＊，ｖ１ｑ＊を得ている。
ここで、上述したように電動機諸定数が各相で不平衡である場合、全相の電動機諸定数が平衡であるという前提のもとで電圧指令値を演算するだけでは、電動機の３相電流が不平衡となる。これに対し、図４のように電流指令値ｉ１ｄ＊，ｉ１ｑ＊と電流検出値ｉ１ｄ，ｉ１ｑとの偏差に応じて電圧指令値ｖ１ｄＦＦ＊，ｖ１ｑＦＦ＊を補正することで、上述した電動機諸定数のばらつきに起因した電流不平衡を低減することが可能となる。
【００１１】
しかしながら、電動機諸定数の各相のばらつきによる電流歪みを低減するべく、電流指令値と電流検出値との偏差に応じて電圧指令値を補正し、理想的な３相平衡電流を流すためには、制御装置の応答性を十分高める必要がある。このことは、演算プロセッサ等の演算周期を早くする、すなわち、必要以上に高速で高価な演算プロセッサ等を用いる必要性が生じ、装置の低価格化の妨げとなる。
そこで本発明の解決課題は、交流電動機のトルクの脈動を抑制可能な低コストの制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、交流電動機を駆動するための電力変換装置の制御装置において、
前記電動機の全相の電動機諸定数の平均値と電流指令値とを用いて、各相の電圧指令値を演算する第１の手段と、
前記電動機の各相の電動機諸定数と前記平均値との差分、及び、前記電流指令値を用いて、各相の補正電圧を演算する第２の手段と、を備え、
第１の手段から出力される前記電圧指令値を、第２の手段から出力される前記補正電圧により相ごとにそれぞれ補正して前記電力変換装置に与えるものである。
【００１３】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載した制御装置において、
前記第１の手段は、前記電力変換装置の出力周波数に同期して回転するｄ，ｑ座標上で、前記平均値及びｄ，ｑ軸電流指令値からｄ，ｑ軸電圧指令値を演算し、これらのｄ，ｑ軸電圧指令値を静止座標上の各相の電圧指令値に変換すると共に、
前記第２の手段は、前記ｄ，ｑ軸電流指令値から静止座標上に変換した各相の電流指令値と、前記電動機の各相の電動機諸定数と前記平均値との差分とを用いて、静止座標上の各相の補正電圧を演算するように構成され、
前記第２の手段から出力される静止座標上の各相の補正電圧を、前記第１の手段から出力される各相の電圧指令値にそれぞれ加算して電圧指令値を補正するものである。
【００１４】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載した制御装置において、
前記第１の手段は、前記電力変換装置の出力周波数に同期して回転するｄ，ｑ座標上で、前記平均値及びｄ，ｑ軸電流指令値からｄ，ｑ軸電圧指令値を演算し、これらのｄ，ｑ軸電圧指令値を静止座標上の各相の電圧指令値に変換すると共に、
前記第２の手段は、前記ｄ，ｑ軸電流指令値と、前記電動機の各相の電動機諸定数と前記平均値との差分とを用いて、ｄ，ｑ座標上の各相の補正電圧を演算し、これらのｄ，ｑ座標上の各相の補正電圧を静止座標上の各相の補正電圧に変換するように構成され、
前記第２の手段から出力される静止座標上の各相の補正電圧を、前記第１の手段から出力される各相の電圧指令値にそれぞれ加算して電圧指令値を補正するものである。
【００１５】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載した制御装置において、
前記第１の手段は、電流指令値と電流検出値との偏差に応じて電圧指令値を補正する手段を有するものである。
【００１６】
請求項５に係る発明は、請求項２または３に記載した制御装置において、
前記第１の手段は、前記ｄ，ｑ軸電流指令値とｄ，ｑ軸電流検出値との偏差をなくすように動作する調節手段を備え、この調節手段の出力により前記ｄ，ｑ軸電圧指令値を補正するものである。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１〜３に係る発明によれば、基本的に、電流指令値と電流検出値との誤差をなくすような調節器の出力を用いて電圧指令値を補正する必要がない。すなわち、電動機諸定数の全相の平均値、及び、各相の電動機諸定数と前記平均値との差を電流指令値と共に用いて補正電圧を演算し、この補正電圧によって電圧指令値を補正することにより、高速かつ高価な演算プロセッサ等を用いることなく、電動機諸定数の各相のばらつきに起因する電流不平衡やトルクの脈動を低減すると共に、制御装置の低コスト化に寄与することができる。
また、請求項４，５に係る発明によれば、制御装置内で用いる電動機諸定数と実際の電動機諸定数との誤差や、電力変換装置の出力電圧誤差等の影響を補償することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の第１実施形態を示すブロック図であり、図４と同一の構成要素には同一の番号を付してある。
まず、前述した数式１より、静止座標上での定常状態の電圧電流方程式は数式３によって表される。なお、以下の数式における添字Ｕ，Ｖ，Ｗは、３相の各相を示している。
【００１９】
［数３］
ｖＵ＝（Ｒ１＋ｊω１・Ｌσ）ｉＵ＋ω１・φ２ｄＵ
ｖＶ＝（Ｒ１＋ｊω１・Ｌσ）ｉＶ＋ω１・φ２ｄＶ
ｖＷ＝（Ｒ１＋ｊω１・Ｌσ）ｉＷ＋ω１・φ２ｄＷ
数式３におけるφ２ｄＵ，φ２ｄＶ，φ２ｄＷは、３相誘導電動機３０の３相各相の磁束成分であり、数式１におけるφ２ｄの各相成分に相当する。
【００２０】
ここで、数式３において、電動機定数Ｒ１，Ｌσが各相で異なる場合、各相の電流指令値及び磁束指令値、角周波数指令値をそれぞれｉＵ＊，ｉＶ＊，ｉＷ＊，φ２ｄＵ＊，φ２ｄＶ＊，φ２ｄＷ＊，ω１＊とすると、数式４が成立する。
【００２１】
［数４］
ｖＵ＊＝（Ｒ１＋ｊω１・Ｌσ）ｉＵ＊＋（ΔＲ１Ｕ＋ｊω１・ΔＬσＵ）ｉＵ＊＋ω１＊・φ２ｄＵ＊
ｖＶ＊＝（Ｒ１＋ｊω１・Ｌσ）ｉＶ＊＋（ΔＲ１Ｖ＋ｊω１・ΔＬσＶ）ｉＶ＊＋ω１＊・φ２ｄＶ＊
ｖＷ＊＝（Ｒ１＋ｊω１・Ｌσ）ｉＷ＊＋（ΔＲ１Ｗ＋ｊω１・ΔＬσＷ）ｉＷ＊＋ω１＊・φ２ｄＷ＊
【００２２】
但し、数式４において、
Ｒ１：Ｕ，Ｖ，Ｗ各相の真の１次巻数抵抗値Ｒ１Ｕ，Ｒ１Ｖ，Ｒ１Ｗの平均値、
ΔＲ１Ｕ，ΔＲ１Ｖ，ΔＲ１Ｗ：Ｕ，Ｖ，Ｗ各相の真の１次巻数抵抗値Ｒ１Ｕ，Ｒ１Ｖ，Ｒ１Ｗと上記平均値Ｒ１との差分、
Ｌσ：Ｕ，Ｖ，Ｗ各相の真の漏れインダクタンス値ＬσＵ，ＬσＶ，ＬσＷの平均値、
ΔＬσＵ，ΔＬσＶ，ΔＬσＷ：Ｕ，Ｖ，Ｗ各相の真の漏れインダクタンス値ＬσＵ，ＬσＶ，ＬσＷと上記平均値Ｌσとの差分である。
【００２３】
上記のＲ１Ｕ，Ｒ１Ｖ，Ｒ１Ｗ，Ｒ１、及びＬσＵ，ＬσＶ，ＬσＷ，Ｌσは、以下の数式５〜数式８により定義される。
［数５］
Ｒ１Ｕ＝Ｒ１＋ΔＲ１Ｕ
Ｒ１Ｖ＝Ｒ１＋ΔＲ１Ｖ
Ｒ１Ｗ＝Ｒ１＋ΔＲ１Ｗ
［数６］
Ｒ１＝（Ｒ１Ｕ＋Ｒ１Ｖ＋Ｒ１Ｗ）／３
［数７］
ＬσＵ＝Ｌσ＋ΔＬσＵ
ＬσＶ＝Ｌσ＋ΔＬσＶ
ＬσＷ＝Ｌσ＋ΔＬσＷ
［数８］
Ｌσ＝（ＬσＵ＋ＬσＶ＋ＬσＷ）／３
【００２４】
以上のことから、制御対象である電動機が３相交流電動機であり、この電動機に３相平衡電流を流せば理想的な磁束分布が得られるような構造である場合、定常状態においては、３相平衡電流指令値ｉＵ＊，ｉＶ＊，ｉＷ＊を用いて数式４により電圧指令値ｖＵ＊，ｖＶ＊，ｖＷ＊を演算すれば、電動機諸定数の各相のばらつきによる影響を低減できることがわかる。
しかし、定常状態のみを考慮して電圧指令を演算するのは不十分であるため、過渡状態も考慮する必要があるが、過渡状態及び電動機諸定数の各相のばらつきを考慮して電圧指令値を演算する場合には処理が複雑になる。
【００２５】
そこで、本実施形態では、図４に示した従来技術と同様に、図１における電圧指令演算手段１２において、電源角周波数に同期して回転し、電動機３０の磁束の方向をｄ軸とするｄ，ｑ座標上にて、電動機諸定数の平均値Ｒ１，Ｌσを用いて電圧指令値ｖ１ｄ＊，ｖ１ｑ＊を演算する。なお、電圧指令演算手段１２における演算ブロック１２ｄ，１２ｑは図４のフィードフォワード電流制御器１２ｄ，１２ｑと同一の演算を行うため、同一番号を付してあり、図１の電圧指令値ｖ１ｄ＊，ｖ１ｑ＊は図４における電圧指令値ｖ１ｄＦＦ＊，ｖ１ｑＦＦ＊に相当する。
そして、電圧指令演算手段１２による上記演算結果ｖ１ｄ＊，ｖ１ｑ＊を第１の２相／３相変換器５１に送り、静止座標上の各相の電圧指令値ｖＵ＊，ｖＶ＊，ｖＷ＊を演算する。
【００２６】
一方、図１における補正電圧演算手段４０にて、数式４における各式の第２項の演算を行い、電動機諸定数の各相のばらつきを補正するための補正電圧（指令値）ΔｖＵ＊，ΔｖＶ＊，ΔｖＷ＊を演算する。なお、補正電圧演算手段４０において、４１，４２は第２，第３の２相／３相変換器、４３は加算器、４４は乗算器である。
その後、上記の演算により得られた電圧指令値ｖＵ＊，ｖＶ＊，ｖＷ＊及び補正電圧ΔｖＵ＊，ΔｖＶ＊，ΔｖＷ＊を、第１の２相／３相変換器５１の出力側の加算器５２により加算して最終的な電圧指令値ｖＵ＊＊，ｖＶ＊＊，ｖＷ＊＊を得る。これらの電圧指令値ｖＵ＊＊，ｖＶ＊＊，ｖＷ＊＊はＰＷＭ発生器１６に送られる。
【００２７】
ここで、第２の２相／３相変換器４１では、抵抗成分のばらつきの影響を補償するために、ｄ，ｑ軸電流指令値ｉ１ｄ＊，ｉ１ｑ＊から静止座標上の電流指令値ｉＵ＊，ｉＶ＊，ｉＷ＊を生成している。
また、第３の２相／３相変換器４２では、インダクタンス成分のばらつきの影響を補償するために、ｄ，ｑ軸電流指令値ｉ１ｄ＊，ｉ１ｑ＊から、静止座標上の電流指令値ｉＵ＊，ｉＶ＊，ｉＷ＊に対して電気角で位相がπ／２進んだ電流指令値ｊｉＵ＊，ｊｉＶ＊，ｊｉＷ＊を生成している。
【００２８】
以上説明した第１実施形態では、電動機諸定数の各相のばらつき、すなわちΔＲ１Ｕ，ΔＲ１Ｖ，ΔＲ１Ｗ，ΔＬσＵ，ΔＬσＶ，ΔＬσＷが過渡状態に及ぼす影響まで考慮した電圧指令値の生成手法とはならないが、実用上は問題ない。
なお、補正電圧ΔｖＵ＊，ΔｖＶ＊，ΔｖＷ＊の演算手段は図１の構成に何ら限定されず、例えば、図２の第２実施形態に示すような構成であっても良い。
【００２９】
すなわち、図２に示す第２実施形態では、補正電圧演算手段６０内の演算ブロック６１〜６６が、電動機諸定数の真値と３相の平均値との差分（ΔＲ１ＵとΔＬσＵ），（ΔＲ１ＶとΔＬσＶ），（ΔＲ１ＷとΔＬσＷ）をそれぞれ用いて、ｄ，ｑ座標上にて相ごとに、ｄ，ｑ座標上の補正電圧（ΔｖｄＵ＊とΔｖｑＵ＊），（ΔｖｄＶ＊とΔｖｑＶ＊），（ΔｖｄＷ＊とΔｖｑＷ＊）を演算する。
これらの演算結果を、第４〜第６の２相／３相変換器６７〜６９により静止座標上の値に変換すれば、第１実施形態と同様に補正電圧Δｖｕ＊，Δｖｖ＊，Δｖｗ＊を得ることができ、これらを加算器５２にて電圧指令値ｖＵ＊，ｖＶ＊，ｖＷ＊に加算して最終的な電圧指令値ｖＵ＊＊，ｖＶ＊＊，ｖＷ＊＊を得ることができる。
【００３０】
なお、電動機諸定数の全相の平均値を演算する手段については説明を省略したが、相ごとの電動機諸定数を同定する手段としては既に種々な手法が知られているので、同定した値から全相の平均値を算定することは容易である。
【００３１】
次いで、図３は本発明の第３実施形態を示すブロック図である。
この実施形態は、ｄ，ｑ座標上の電圧指令値ｖ１ｄ＊，ｖ１ｑ＊を演算する電圧指令演算手段７０が、図４に示したフィードフォワード電流制御器１２ｄ，１２ｑ及びＰＩ調節器１３ｄ，１３ｑからなる部分と同様に構成されている。つまり、電流指令値ｉ１ｄ＊，ｉ１ｑ＊と電流検出値ｉ１ｄ，ｉ１ｑとの誤差を補正するＰＩ調節器１３ｄ，１３ｑの出力ｖ１ｄＰＩ＊，ｖ１ｑＰＩ＊と、演算ブロック１２ｄ，１２ｑの出力ｖ１ｄＦＦ＊，ｖ１ｑＦＦ＊とをそれぞれ加算することにより、電圧指令値ｖ１ｄ＊，ｖ１ｑ＊が生成される。
【００３２】
この実施形態によれば、制御装置内で用いる電動機諸定数と実際の電動機諸定数との誤差や、インバータ２０の出力電圧誤差等の影響を補償することが可能となる。
なお、図３では、図１に対してＰＩ調節器１３ｄ，１３ｑを付加した構成となっているが、図２の構成にＰＩ調節器１３ｄ，１３ｑを付加した場合にも同様な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２実施形態を示すブロック図である。
【図３】本発明の第３実施形態を示すブロック図である。
【図４】従来技術を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３４】
１１：ベクトル制御指令演算器
１２，７０：電圧指令演算手段
１２ｄ，１２ｑ：演算ブロック（フィードフォワード電流制御器）
１３ｄ，１３ｑ：ＰＩ（比例積分）調節器
１５：積分器
１６：ＰＷＭ発生器
１７：電流検出器
１８：３相／２相変換器
１９：速度検出器
２０：インバータ
３０：３相誘導電動機
４０，６０：補正電圧演算手段
４１，４２，５１，６７〜６９：２相／３相変換器
４３，５２：加算器
４４：乗算器
６１〜６６：演算ブロック
【図１】
0004935560.tif 000004
【図２】
0004935560.tif 000005
【図３】
0004935560.tif 000006
【図４】
0004935560.tif 000007