(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流モータの回転速度とモータ電流値とをフィードバックし、トルク指令値に一致するトルクを出力するように電力変換装置の出力するモータ電流を制御するすべり周波数制御方式の交流モータ制御方法において、
交流モータの起動時に、当該交流モータに励磁分電流として許容される上限値まで優先的に供給し、電力変換装置の最大許容電流値の範囲内において許容される残存電流分をトルク分電流として供給するように電力変換装置を制御することを特徴とする交流モータ制御方法。
【請求項２】
前記励磁分電流の上限値は、前記交流モータが目標速度に到達するまでの時間を最短にする電流に設定することを特徴とする請求項１に記載の交流モータ制御方法。
【請求項３】
交流モータの回転速度とモータ電流値とをフィードバックし、トルク指令値に一致するトルクを出力するように電力変換装置の出力するモータ電流を制御するすべり周波数制御方式の交流モータ制御方法において、
前記トルク指令値と前記回転速度とに基づいて得られる二次磁束指令値とトルク分電流指令値を入力し、前記モータ電流値から得られる二次磁束推定値とトルク分電流実値を入力し、前記二次磁束指令値と二次磁束推定値との偏差に対してＰＩ制御演算を行って励磁分電流指令値を与えるステップと、
前記励磁分電流指令値と前記トルク電流指令値に対して、当該交流モータに励磁分電流として許容される上限値を補正励磁分電流指令値として出力し、電力変換装置の最大許容電流値の範囲内において許容される残存電流分を補正トルク分電流指令値として出力するステップと、
前記補正励磁分電流指令値と補正トルク分電流指令値に対して電流ＰＩ制御演算を行い、２相電圧指令値を得るステップと、
前記２相電圧指令値を３相電圧指令値に変換して前記電力変換装置を制御するステップとを備えたことを特徴とする交流モータ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、すべり周波数制御方式の交流モータ制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、交流モータの回転速度とモータ電流値とをフィードバックし、トルク指令値に一致するトルクを出力するように電力変換装置の出力するモータ電流を制御するすべり周波数制御方式の交流モータ制御方法では、励磁分電流とトルク分電流のそれぞれについて電力変換装置の最大許容電流の範囲内で上限値が任意に定められており、モータの起動時と定速運転中とでこれら両者の上限値を変化させるという制御はされていなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、交流モータを起動する際には、励磁が十分に行われていないうちにトルク分電流を流しても無駄電流となり、トルクにはほとんど寄与しない。一方、交流モータの二次磁束は大きな励磁分電流を流すことによって目標磁束への到達時間を短縮することができる。そこでモータ起動時には、トルク分電流は抑えて、励磁分電流を電力変換装置の許容最大電流の範囲内で可能な限り多く流せば、励磁時間を早め、その後にトルク分電流を流すようにすればこのトルク分電流が無駄電流になることがなく、トルク指令値にモータの出力トルクが到達するまでに要する時間を短縮することができることになる。
【０００４】
しかしながら、上述したように従来の交流モータ制御方法では、電力変換装置の最大許容電流の範囲内でトルク分電流と励磁分電流とに共に固定的な上限値を設定していてそれ以上の励磁分電流を流す制御はできなかった。このため、モータの起動応答特性が遅い問題点があった。
【０００５】
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたもので、交流モータの起動応答性能を早めることができる交流モータ制御方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、交流モータの回転速度とモータ電流値とをフィードバックし、トルク指令値に一致するトルクを出力するように電力変換装置の出力するモータ電流を制御するすべり周波数制御方式の交流モータ制御方法において、交流モータの起動時に、当該交流モータに励磁分電流として許容される上限値まで優先的に供給し、電力変換装置の最大許容電流値の範囲内において許容される残存電流分をトルク分電流として供給するように電力変換装置を制御することを特徴とするものである。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１の交流モータ制御方法において、前記励磁分電流の上限値を、前記交流モータが目標速度に到達するまでの時間を最短にする電流に設定することを特徴とするものである。
【０００８】
請求項３の発明は、交流モータの回転速度とモータ電流値とをフィードバックし、トルク指令値に一致するトルクを出力するように電力変換装置の出力するモータ電流を制御するすべり周波数制御方式の交流モータ制御方法において、前記トルク指令値と前記回転速度とに基づいて得られる二次磁束指令値とトルク分電流指令値を入力し、前記モータ電流値から得られる二次磁束推定値とトルク分電流実値を入力し、前記二次磁束指令値と二次磁束推定値との偏差に対してＰＩ制御演算を行って励磁分電流指令値を与えるステップと、前記励磁分電流指令値と前記トルク電流指令値に対して、当該交流モータに励磁分電流として許容される上限値を補正励磁分電流指令値として出力し、電力変換装置の最大許容電流値の範囲内において許容される残存電流分を補正トルク分電流指令値として出力するステップと、前記補正励磁分電流指令値と補正トルク分電流指令値に対して電流ＰＩ制御演算を行い、２相電圧指令値を得るステップと、前記２相電圧指令値を３相電圧指令値に変換して前記電力変換装置を制御するステップとを備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の効果】
請求項１の発明の交流モータ制御方法によれば、交流モータの起動時に、励磁分電流として許容される上限値まで優先的に供給し、電力変換装置の最大許容電流値の範囲内において許容される残存電流分をトルク分電流として供給するように電力変換装置を制御するので、トルク分電流は抑えて、励磁分電流を電力変換装置の許容最大電流の範囲内で可能な限り多く流すことができ、交流モータの励磁時間を早めることができる。
【００１０】
請求項２の発明の交流モータ制御方法によれば、交流モータの起動時に、励磁分電流として許容される上限値まで優先的に供給し、電力変換装置の最大許容電流値の範囲内において許容される残存電流分をトルク分電流として供給するように電力変換装置を制御するのにおいて、励磁分電流を交流モータが目標速度に到達するまでの時間を最短にする電流に設定するので、交流モータの起動応答特性を高めることができる。
【００１１】
請求項３の発明の交流モータ制御方法によれば、請求項１の発明と同様に、トルク分電流は抑えて、励磁分電流を電力変換装置の許容最大電流の範囲内で可能な限り多く流すことができ、交流モータの励磁時間を早めることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図１は本発明の一実施の形態の交流モータ制御方法を使用した交流モータ制御装置の制御ブロック図である。この交流モータ制御装置は、３相誘導モータ１に対してすべり周波数制御方式のベクトル制御を行うものであり、速度ＰＩ制御部２、速度演算部３、トルク指令変換部４、磁束制御部５、二次磁束演算部６、すべり周波数演算部７、電流ＰＩ制御部８、２相／３相変換部９、３相／２相変換部１０、角度演算部１１、ＰＷＭ制御部１２、インバータ１３、電流検出器１４そして回転数検出器１５から構成されている。
【００１３】
速度ＰＩ制御部２は、外部から与えられる電源角周波数指令値ωm*と速度演算部３から与えられる実電源角周波数ωmに基づき、数１式の制御演算を行い、トルク指令値T*を出力する。
【００１４】
【数１】
0003772670.tif 000002
ただし、Km：速度ＰＩ制御部２のゲイン、Tm：速度ＰＩ制御部２の積分時間である。
【００１５】
速度演算部３は回転数検出器１５が検出するモータ回転数Neから実電源角周波数ωmとモータ電気角周波数ωreを求めて、速度ＰＩ制御部２、トルク指令演算部４そして角度演算部１１に出力する。
【００１６】
トルク指令変換部４はトルク指令値T*と実電源角周波数ωmとを入力し、予め登録されている実電源角周波数ωmに対するトルク指令値T*のマップデータを参照して、二次磁束指令値φγr*と磁束優先制御前のトルク分電流指令値Ｉδs*'を求めて出力する。このマップデータは、例えば、図２（ａ），（ｂ）に示すようなものであり、両図とも、横軸が電源角周波数ωmであり、グラフ曲線それぞれが異なるトルク指令値T*それぞれに対応している。同図（ａ）のφγrマップでは、左下側の曲線ほどトルク指令値T*が大きくなり、同図（ｂ）のＩδsマップでは、右上側の曲線ほどトルク指令値T*が大きい。
【００１７】
磁束制御部５は本発明の特徴要素をなし、図３に示す内部構成であり、磁束ＰＩ制御部２１と励磁電流優先電流制御部２２を備えている。この磁束制御部５は二次磁束指令値φγr*、磁束優先制御前のトルク分電流指令値Ｉδs*'、二次磁束推定値φγr及び実励磁分電流値Ｉγsを入力し、後述する演算処理によって励磁分電流指令値Ｉγs*と磁束優先制御後の最終トルク分電流指令値Ｉδs*を算出して出力する。
【００１８】
二次磁束演算部６は、３相／２相変換部１０から実励磁分電流値Ｉγsを入力し、数２式の演算により二次磁束推定値φγrを求めて磁束制御部５とすべり周波数演算部７に出力する。
【００１９】
すべり周波数演算部７は、二次磁束推定値φγrと実励磁分電流電流値Ｉγsを入力し、数３式の演算によりすべり周波数ωseを算出して角度演算部１１に出力する。
【００２０】
【数２】
0003772670.tif 000003
【数３】
0003772670.tif 000004
ただし、M：交流モータの相互インダクタンス、Rr：回転子コイル抵抗、Lr：回転子自己インダクタンスである。
【００２１】
電流ＰＩ制御部８は磁束制御部５から励磁分電流指令値Ｉγs*と最終トルク分電流指令値Ｉδs*を入力し、また３相／２相変換部１０から実励磁分電流値Ｉγsと実トルク分電流値Ｉδsを入力し、数４式により電圧指令値Vγs*，Vδs*に変換して２相／３相変換部９に出力する。
【００２２】
【数４】
0003772670.tif 000005
ただし、KI：電流ＰＩ制御部８のゲイン、TI：電流ＰＩ制御部８の積分時間である。
【００２３】
２相／３相変換器９は２相電圧指令値Vγs*，Vδs*を入力し、次の数５式の演算によって２相／３相変換し、３相電圧指令値Vu*，Vv*，Vw*を出力する。
【００２４】
【数５】
0003772670.tif 000006
また３相／２相変換器１０は電流検出器１４が検出した３相モータ電流値Iu，Iv，Iwを入力し、次の数６式によって３相／２相変換し、２相実電流値、すなわち、実励磁分電流値Ｉγsと実トルク分電流値Ｉδsを出力する。
【００２５】
【数６】
0003772670.tif 000007
角度演算部１１は速度演算部３からモータ角周波数ωre、すべり周波数演算部７からすべり周波数ωseを入力し、次の数７式の演算によって電気角θを求めて２相／３相変換部９と３相／２相変換部１０に出力する。
【００２６】
【数７】
0003772670.tif 000008
ＰＷＭ制御器１２は与えられる３相電圧指令値Vu*，Vv*，Vw*によりＰＷＭ信号を生成し、インバータ１３のスイッチング制御を行い、交流モータ１に対してトルク指令値に応じた３相モータ電流を給電させる。
【００２７】
次に、本実施の形態の特徴要素である磁束制御部５について図３の制御ブロック図及び図４のフローチャートを用いて説明する。前述したように、磁束制御部５は図３の制御ブロックで表わされ、磁束ＰＩ制御部２１と励磁電流優先電流制御部２２から構成されている。
【００２８】
磁束ＰＩ制御部２１は、入力される二次磁束指令値φγr*と二次磁束推定値φγrとの偏差に対して次の数８式のＰＩ演算を実行し、優先制御前の励磁分電流指令値Ｉγs*'を求めて出力する（ステップＳ０５，Ｓ１０）。
【００２９】
【数８】
0003772670.tif 000009
励磁電流優先電流制御部２２は優先制御前の励磁分電流指令値Ｉγs*'とトルク分電流指令値Ｉδs*'、そして実励磁電流Ｉγsを入力し（ステップＳ１５）、目標回転数に最短時間で到達させることができる励磁分電流制限値Ｉγs_maxで制限をかけて最終励磁電流指令値Ｉγs*とする（ステップＳ２０，Ｓ２３，Ｓ２５）。なお、この励磁分電流制限値Ｉγs_maxは、適用するインバータ１３及び交流モータ１に対して予めシミュレーションにより、あるいは実験によって求めて設定しておく値である。
【００３０】
一方、トルク分電流指令値Ｉδs*'については、インバータ１３の最大許容電流値Is_maxと上記の最終励磁分電流指令値Ｉγs*とより、次の数９式の値を求め、その値を上限値として制限をかけ、最終トルク分電流指令値Ｉδ*とする（ステップＳ３０，Ｓ３３，Ｓ３５）。
【００３１】
【数９】
0003772670.tif 000010
そしてこれらの最終励磁分電流指令値Ｉγs*、最終トルク分電流指令値Ｉδs*を２相電流指令値として電流ＰＩ制御部８に出力する（ステップＳ４０）。
【００３２】
図５（ａ）〜（ｄ）は本実施の形態によるモータ起動特性をグラフにしたものである。同図（ａ），（ｂ）に示すように二次磁束が立ち上がり期間であり、回転数も低い起動初期の０〜０．０２secの期間、同図（ｃ），（ｄ）に示すように励磁分電流が大きくなり、トルク分電流は小さめに抑えられている。これにより、本実施の形態によれば、モータ起動時にトルク分電流は抑えて、励磁分電流を電力変換装置の許容最大電流の範囲内で可能な限り多く流すことができ、交流モータの励磁時間を早めることができる。しかも、このモータ起動時の励磁分電流として交流モータが目標速度に到達するまでの時間を最短にする電流値を上限値として設定するので、交流モータの起動応答特性を最高度に高めることができるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの実施の形態の交流モータ制御装置の制御ブロック図。
【図２】上記の実施の形態においてトルク指令変換部が参照するマップ。
【図３】上記の実施の形態における磁束制御部の制御ブロック図。
【図４】上記の実施の形態における磁束制御部の制御処理のフローチャート。
【図５】上記の実施の形態による制御応答特性を示すグラフ。
【符号の説明】
１  交流モータ
２速度ＰＩ制御部
３  速度演算部
４  トルク指令変換部
５  磁束制御部
６  二次磁束演算部
７  すべり周波数演算部
８  電流ＰＩ制御部
９  ２相／３相変換部
１０  ３相／２相変換部
１１  角度演算部
１２  ＰＷＭ制御部
１３  インバータ
１４  電流検出器
１５  回転数検出器
【図１】
0003772670.tif 000011
【図２】
0003772670.tif 000012
【図３】
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【図４】
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【図５】
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