(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機に流れる一次電流を、当該電動機の二次磁束に平行な励磁電流成分とこれに直交するトルク電流成分とに分け、前記励磁電流成分は当該電動機の速度検出値から得られる磁束指令値から演算される励磁電流指令値に一致させ、前記トルク電流成分はトルク指令設定器で設定するトルク指令値を前記磁束指令値で除算して得られるトルク電流指令値に一致させることで、前記電動機のトルクを制御する電動機のベクトル制御装置において、
前記電動機の速度検出値と当該電動機の正転側速度制限値または逆転側速度制限値との偏差の比例制御を演算してトルク指令補正値を出力する第１トルク指令補正値演算回路と、このトルク指令補正値と前記トルク指令値とを加算して新たなトルク指令値を演算する第１加算器と、を備えることを特徴とする電動機のベクトル制御装置。
【請求項２】
電動機に流れる一次電流を、当該電動機の二次磁束に平行な励磁電流成分とこれに直交するトルク電流成分とに分け、前記励磁電流成分は当該電動機の速度検出値から得られる磁束指令値から演算される励磁電流指令値に一致させ、前記トルク電流成分はトルク電流指令設定器で設定するトルク電流指令値に一致させることで、前記電動機のトルクを制御する電動機のベクトル制御装置において、
前記電動機の速度検出値と当該電動機の正転側速度制限値または逆転側速度制限値との偏差の比例制御の演算結果を前記磁束指令値で除算演算してトルク電流指令補正値を出力する第１トルク電流指令補正値演算回路と、このトルク電流指令補正値と前記トルク電流指令値とを加算して新たなトルク電流指令値を演算する第２加算器と、を備えることを特徴とする電動機のベクトル制御装置。
【請求項３】
電動機に流れる一次電流を、当該電動機の二次磁束に平行な励磁電流成分とこれに直交するトルク電流成分とに分け、前記励磁電流成分は当該電動機の速度検出値から得られる磁束指令値から演算される励磁電流指令値に一致させ、前記トルク電流成分はトルク指令設定器で設定するトルク指令値を前記磁束指令値で除算して得られるトルク電流指令値に一致させることで、前記電動機のトルクを制御する電動機のベクトル制御装置において、
前記電動機の速度検出値と当該電動機の正転側速度制限値または逆転側速度制限値との偏差の比例積分制御の演算結果に前記トルク指令値を加算してトルク指令補正値を出力する第２トルク指令補正値演算回路と、前記電動機の回転方向に対応して前記トルク指令値をこのトルク指令補正値で補正して新たなトルク指令値を出力するトルク指令補正回路と、を備えることを特徴とする電動機のベクトル制御装置。
【請求項４】
電動機に流れる一次電流を、当該電動機の二次磁束に平行な励磁電流成分とこれに直交するトルク電流成分とに分け、前記励磁電流成分は当該電動機の速度検出値から得られる磁束指令値から演算される励磁電流指令値に一致させ、前記トルク電流成分はトルク電流指令設定器で設定するトルク電流指令値に一致させることで、前記電動機のトルクを制御する電動機のベクトル制御装置において、
前記電動機の速度検出値と当該電動機の正転側速度制限値または逆転側速度制限値との偏差の比例積分制御の演算結果を前記磁束指令値で除算演算し，この除算演算結果に前記トルク電流指令値を加算してトルク電流指令補正値を出力する第２トルク電流指令補正値演算回路と、前記電動機の回転方向に対応して前記トルク電流指令値をこのトルク電流指令補正値で補正して新たなトルク電流指令値を出力するトルク電流指令補正回路と、を備えることを特徴とする電動機のベクトル制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動機をベクトル制御する際のトルク指令値と負荷トルクの不適合により生じる不都合を回避できる電動機のベクトル制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は電動機のベクトル制御装置の第１従来例を示したブロック回路図である。図５において、インバータ２はベクトル制御により交流電源１からの交流電力を可変電圧・可変周波数の交流電力に変換し、電動機として例えば誘導電動機３へ供給することにより、負荷４を駆動する誘導電動機３は所望の回転速度で運転することができる。ここでベクトル制御とは、誘導電動機３の一次電流を二次磁束と平行な励磁電流成分と，これと直交するトルク電流成分とに分け、両電流成分を以下に記述する指令値に一致するように、別個に制御する。
【０００３】
すなわち、誘導電動機３に結合している速度検出器５が検出する速度検出値Ｎを磁束指令演算器７へ入力して磁束指令値Φ2 * を演算し、磁束指令値Φ2 * を励磁電流演算回路８へ入力して励磁電流指令値Ｉm * を得る。また、トルク指令設定器９が設定するトルク指令値τ* を前述の磁束指令値Φ2 * で除算する演算を除算器１０で行わせることにより、トルク電流指令値Ｉt * を得る。ベクトル制御回路６は、前述した励磁電流成分を励磁電流指令値Ｉm * に一致させる制御と、トルク電流成分をトルク電流指令値Ｉt * に一致させる制御とを行う。ここでベクトル制御回路６の動作は周知であるし、本発明とは無関係であるから、ベクトル制御回路６の動作説明は省略する。インバータ２はベクトル制御回路６が出力する制御信号に従って所望の電圧と周波数の交流電力を出力するので、誘導電動機３は所望の回転速度で運転して負荷４を駆動する。
【０００４】
図６は電動機のベクトル制御装置の第２従来例を示したブロック回路図であるが、この図６の第２従来例に記載の交流電源１，インバータ２，誘導電動機３，負荷４，速度検出器５，ベクトル制御回路６，磁束指令演算器７，および励磁電流演算回路８の名称・用途・機能は、図５で既述の第１従来例回路の場合と同じであるから、これらの説明は省略する。
【０００５】
図６の第２従来例回路では、トルク指令設定器９と除算器１０の代わりに設置したトルク電流指令設定器１１がトルク電流指令値Ｉt * を設定している。このトルク電流指令値Ｉt * と前述の励磁電流指令値Ｉm * とをベクトル制御回路６へ入力させることにより、図５の第１従来例回路の場合と同様に、誘導電動機３は所望の回転速度で負荷４を駆動する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
誘導電動機３が駆動する負荷４には、運転状況によって負荷トルクが変化する場合があるし、なんらかの原因で負荷トルクが急激に変化することもある。例えば、負荷トルクが減少しているのにトルク電流指令設定器１１（図６参照）で設定するトルク電流指令値Ｉt * が従来通りのままであると、誘導電動機３の回転速度を上昇させてトルク電流成分がこのトルク電流指令値Ｉt * に一致するまで増大させることになる。すなわち誘導電動機３の回転速度が予定値よりも大きくなる不都合を生じるが、場合によってはその回転速度が危険値を越えてしまうこともあり得る。
【０００７】
すなわち、トルク電流指令値Ｉt * ，あるいはトルク指令値τ* が、負荷トルクに対して不適切な値に設定されていると、回転速度が過度に上昇して危険になる恐れを生じることがある。
【０００８】
そこでこの発明の目的は、ベクトル制御で運転する電動機のトルク指令値が当該電動機で駆動する負荷のトルクと適合していなくても、電動機速度が過度に上昇するのを防ぐことにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、この発明の電動機のベクトル制御装置は、
電動機に流れる一次電流を、当該電動機の二次磁束に平行な励磁電流成分とこれに直交するトルク電流成分とに分け、これら両電流成分を別個にそれぞれの指令値に一致させるようベクトル制御するにあたって、前記電動機の速度検出値と当該電動機の正転側または逆転側速度制限値との偏差の比例制御を演算する第１トルク指令補正値演算回路を備え、これが出力するトルク指令補正値でトルク指令値を補正する。
【００１０】
または、前記電動機の速度検出値と当該電動機の正転側または逆転側速度制限値との偏差の比例制御の演算結果を磁束指令値で除算演算する第１トルク電流指令補正値演算回路を備え、これが出力するトルク電流指令補正値でトルク電流指令値を補正する。
【００１１】
または、前記電動機の速度検出値と当該電動機の正転側または逆転側速度制限値との偏差の比例積分制御の演算結果に前記トルク指令値を加算する第２トルク指令補正値演算回路を備え、これが出力するトルク指令補正値で、トルク指令値を電動機の回転方向に対応して補正する。
【００１２】
または、前記電動機の速度検出値と当該電動機の正転側または逆転側速度制限値との偏差の比例積分制御の演算結果を前記磁束指令値で除算演算し，この除算演算結果に前記トルク電流指令値を加算する第２トルク電流指令補正値演算回路を備え、これが出力するトルク電流指令補正値で、トルク電流指令値を電動機の回転方向に対応して補正する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に記載の本発明の各実施例では、電動機の正転方向の回転速度は正の値で逆転方向の回転速度は負の値で表すものとし、正転に力を与えるトルクは正の値で、逆転に力を与えるトルクは負の値で表すものとする。
【００１４】
図１は本発明の第１実施例を表したブロック回路図であるが、この第１実施例回路は、図５で既述の第１従来例回路に第１トルク指令補正値演算回路２０と第１加算器２４とを付加した構成であるから、図５の第１従来例回路と同じ部分の説明は省略する。
【００１５】
図１の第１実施例回路において、第１トルク指令補正値演算回路２０を構成している制限回路２１は、速度検出器５が検出する速度検出値Ｎを所定の正転速度制限値あるいは逆転速度制限値で制限している。そこでこの制限回路２１の出力値と速度検出値Ｎとの偏差を加算器２２で演算して速度偏差ΔＮを得る。比例調節器２３はこの速度偏差ΔＮを入力してトルク指令補正値Δτを出力する。第１加算器２４は、トルク指令設定器９が設定するトルク指令値τ* とこのトルク指令補正値Δτとを図示の極性で加算することにより、トルク指令設定器９が設定するトルク指令値τ* を補正する。
【００１６】
例えば、誘導電動機３の速度検出値Ｎが制限回路２１で定めている制限値よりも小であるならば、加算器２２への２つの入力値は同値であるから、この加算器２２が演算する速度偏差ΔＮは零となる。従ってトルク指令補正値Δτも零であって、トルク指令値τ* は補正されない。しかし誘導電動機３が正転運転中にその速度検出値Ｎが所定の制限値を越えるならば、速度検出値Ｎは制限回路２１の出力値よりも大となる。従って加算器２２の演算結果である速度偏差ΔＮは負の値となり、トルク指令補正値Δτも負となるから、逆転に力を与えるトルク指令補正値Δτが得られることになる。それ故、第１加算器２４の演算結果はトルク指令設定器９の設定値よりもトルク指令補正値Δτだけ小さくなる。また誘導電動機３が逆転運転中ならば、前記とは逆にトルク指令補正値Δτは正の値を呈するから、正転に力を与えるトルク指令補正値Δτが得られることになる。すなわちトルク指令設定器９が設定している負のトルク指令値τ* を正のトルク指令補正値Δτで補正するから、前述と同様に第１加算器２４の演算結果は負の値であって、トルク指令補正値Δτだけ小さくなる。
【００１７】
図２は本発明の第２実施例を表したブロック回路図であるが、この第２実施例回路は、図６で既述の第２従来例回路に第１トルク電流指令補正値演算回路３０と第２加算器３２とを付加した構成であるから、図６の第２従来例回路と同じ部分の説明は省略する。
【００１８】
図２の第２実施例回路において、第１トルク電流指令補正値演算回路３０を構成している制限回路２１，加算器２２，及び比例調節器２３の名称・用途・機能は図１で既述の第１実施例回路と同じであって、比例調節器２３からはトルク指令補正値Δτが出力する。除算器３１ではこのトルク指令補正値Δτを磁束指令演算器７が出力する磁束指令値Φ2 * で除算することにより、トルク電流指令補正値ΔＩt を得る。トルク電流指令設定器１１が設定しているトルク電流指令値Ｉt * とこのトルク電流指令補正値ΔＩt とを、第２加算器３２において図示の極性で加算することにより、トルク電流指令設定器１１が設定するトルク電流指令補正値ΔＩt を補正する。
【００１９】
図３は本発明の第３実施例を表したブロック回路図であるが、この第３実施例回路は、図５で既述の第１従来例回路に第２トルク指令補正値演算回路４０とトルク指令補正回路５２とを付加した構成であるから、図５の第１従来例回路と同じ部分の説明は省略する。
【００２０】
図３の第３実施例回路において、速度制限値切換え器４１は速度検出値Ｎの極性に対応して切り換わる。すなわち誘導電動機３が正転運転中（すなわちＮ＞０）ならば正転速度制限値が加算器４４へ与えられるし、逆転運転中（Ｎ＜０）ならば逆転速度制限値が加算器４４へ入力する。一方速度検出値Ｎも加算器４４へ入力して、両入力の偏差を比例調節器４５と積分調節器４６へ与えるのであるが、積分調節器４６の出力側にはこれの演算結果が正の値ならば＋０に制限する制限器４７が設置されている。比例調節器４５の出力と制限器４７を経由した積分調節器４６の出力とを加算器４８で加算することにより、トルク指令補助補正値τ1 * が得られる。
【００２１】
誘導電動機３が正転運転中（Ｎ＞０）ならば極性切換え器５０は図示の状態であって前述のトルク指令補助補正値τ1 * はそのまま加算器５１へ与えられるが、誘導電動機３が逆転運転中（Ｎ＜０）ならば極性切換え器５０が切換わって、トルク指令補助補正値τ1 * は乗算器４９を経て加算器５１へ与えられる。ここで乗算器４９はトルク指令補助補正値τ1 * に−１を乗算するから、逆転運転中ならば正転運転中とは逆極性のトルク指令補助補正値τ1 * が加算器５１へ入力することになる。
【００２２】
加算器５１は極性切換え器５０を経由したトルク指令補助補正値τ1 * とトルク指令設定器９で設定しているトルク指令値τ* との和であるトルク指令補正値τLIM を演算している。加算器５１での演算は下記の数式１で表される。
【００２３】
【数１】
τLIM ＝τ* ＋τ1 * 
トルク指令補正回路５２はトルク指令設定器９が設定するトルク指令値τ* を前述のトルク指令補正値τLIM で補正するのであるが、この補正状況は速度検出値Ｎの極性（すなわち誘導電動機３が正転か逆転か）で異なる。その補正状況は次の通りである。
【００２４】
(A) Ｎ＞０の場合（正転運転中）
▲１▼  τ1 * ＞０，τLIM ＞τ* ならばトルク指令値τ* はそのままで補正しない。
▲２▼  τ1 * ＜０，τLIM ＜τ* ならばトルク指令値τ* はトルク指令補正値τLIM で補正する。
【００２５】
(B) Ｎ＜０の場合（逆転運転中）
▲１▼  τ1 * ＜０，τLIM ＜τ* ならばトルク指令値τ* はそのままで補正しない。
▲２▼  τ1 * ＞０，τLIM ＞τ* ならばトルク指令値τ* はトルク指令補正値τLIM で補正する。
【００２６】
例えば誘導電動機３が正転運転中（Ｎ＞０）であってその速度検出値Ｎが所定の速度制限値以内にある場合は、加算器４４での演算結果はプラスの値を呈するから、加算器５１へ入力するτ1 * もプラスの値となる。従って数式１を参照して、τLIM ＞τ* となる。これは前記の(A) ▲１▼に該当し、トルク指令設定器９で設定するトルク指令値τ* は補正を受けない。
【００２７】
また、正転運転中（Ｎ＞０）であって速度検出値Ｎが所定の速度制限値を越えている場合は、加算器４４の演算結果はマイナスの値を呈するから、数式１により、τLIM ＜τ* となる。これは(A) ▲２▼に該当し、トルク指令値τ* はトルク指令補正値τLIM により補正されることになる。これは正転速度制限値に対する制限動作であって、加算器４８の演算結果（即ち比例積分調節動作）であるトルク指令補助補正値τ1 * がマイナスの場合，すなわち逆転トルクが出力される場合にトルク指令補正を行う。
【００２８】
図４は本発明の第４実施例を表したブロック回路図であるが、この第４実施例回路は、図６で既述の第２従来例回路に第２トルク電流指令補正値演算回路６０とトルク電流指令補正回路６２とを付加した構成であるから、図６の第２従来例回路と同じ部分の説明は省略する。更に第２トルク電流指令補正値演算回路６０は図３で既述の第３実施例回路に記載の第２トルク指令補正値演算回路４０に除算器６１を付加した構成である。この除算器６１はトルク指令補助補正値τ1 * を磁束指令値Φ2 * で除算することでトルク電流指令補助補正値Ｉt1* に換算しているのが異なる点であり、これ以外は同じである。
【００２９】
図４の第４実施例回路において、除算器６１が演算するトルク電流指令補助補正値Ｉt1* とトルク電流指令設定器１１が設定するトルク電流指令値Ｉt * とを加算器５１で加算することで、トルク電流指令補正値ＩtLIMが得られるが、この演算は下記の数式２で表される。
【００３０】
【数２】
ＩtLIM＝Ｉt * ＋Ｉt1* 
トルク電流指令補正回路６２はトルク電流指令設定器１１が設定するトルク電流指令値Ｉt * を前述のトルク電流指令補正値ＩtLIMで補正するのであるが、この補正状況は前述と同様に速度検出値Ｎの極性によって異なる。その補正状況は次の通りである。
【００３１】
(C) Ｎ＞０の場合（正転運転中）
▲１▼  Ｉt1* ＞０，ＩtLIM＞Ｉt * ならばトルク電流指令値Ｉt * はそのままで補正しない。
▲２▼  Ｉt1* ＜０，ＩtLIM＜Ｉt * ならばトルク電流指令値Ｉt * はトルク電流指令補正値ＩtLIMで補正する。
【００３２】
(D) Ｎ＜０の場合（逆転運転中）
▲１▼  Ｉt1* ＜０，ＩtLIM＜Ｉt * ならばトルク電流指令値Ｉt * はそのままで補正しない。
▲２▼  Ｉt1* ＞０，ＩtLIM＞Ｉt * ならばトルク電流指令値Ｉt * はトルク電流指令補正値ＩtLIMで補正する。
【００３３】
例えば誘導電動機３が正転運転中（Ｎ＞０）であってその速度検出値Ｎが所定の速度制限値以内にある場合は、加算器４４での演算結果はプラスの値を呈するから、加算器５１へ入力するＩt1* もプラスの値となる。従って数式２を参照して、ＩtLIM＞Ｉt * となる。これは前記の(C) ▲１▼に該当し、トルク電流指令設定器１１で設定するトルク電流指令値Ｉt * は補正を受けない。
【００３４】
また、正転運転中（Ｎ＞０）であって速度検出値Ｎが所定の速度制限値を越えている場合は、加算器４４の演算結果はマイナスの値を呈するから、数式２により、ＩtLIM＜Ｉt * となる。これは(C) ▲２▼に該当し、トルク電流指令値Ｉt * はトルク電流指令補正値ＩtLIMにより補正されることになる。これは正転速度制限値に対する制限動作であって、加算器４８の演算結果（即ち比例積分調節動作）であるトルク電流指令補助補正値Ｉt1* がマイナスの場合，すなわち逆転トルクが出力される場合にトルク電流指令補正を行う。
【００３５】
【発明の効果】
ベクトル制御により電動機を制御する際に、負荷が変動してトルク指令値またはトルク電流指令値が不適切になった場合は、電動機速度が異常に上昇する恐れがあるが、本発明によれば、電動機速度が予め定めた速度制限値を越えた場合には、設定したトルク指令値またはトルク電流指令値に補正を加えることにより、電動機速度の上昇を抑制する。これはら設定値が負荷に対して不適切な設定をした場合でも同様である。その結果、過速度による装置が破損するなどの危険を未然に、且つ容易に防止することができる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を表したブロック回路図
【図２】本発明の第２実施例を表したブロック回路図
【図３】本発明の第３実施例を表したブロック回路図
【図４】本発明の第４実施例を表したブロック回路図
【図５】電動機のベクトル制御装置の第１従来例を示したブロック回路図
【図６】電動機のベクトル制御装置の第２従来例を示したブロック回路図
【符号の説明】
２                    インバータ
３                    誘導電動機
４                    負荷
５                    速度検出器
６                    ベクトル制御回路
７                    磁束指令演算器
８                    励磁電流演算回路
９                    トルク指令設定器
１０，３１，６１        除算器
１１                    トルク電流指令設定器
２０                    第１トルク指令補正値演算回路
２１                    制限回路
２２，４４，４８，５１  加算器
２３，４５              比例調節器
２４                    第１加算器
３０                    第１トルク電流指令補正値演算回路
３２                    第２加算器
４０                    第２トルク指令補正値演算回路
４１                    速度制限値切換え器
４２，４３              絶対値演算器
４６                    積分調節器
４７                    制限器
４９                    乗算器
５０                    極性切換え器
５２                    トルク指令補正回路
６０                    第２トルク電流指令補正値演算回路
６２                    トルク電流指令補正回路
Ｉm *                 励磁電流指令値
Ｉt *                 トルク電流指令値
Ｉt1*                 トルク電流指令補助補正値
ＩtLIM                トルク電流指令補正値
ΔＩt                   トルク電流指令補正値
Ｎ                    速度検出値
ΔＮ                    速度偏差
Φ2 *                 磁束指令値
τ*                   トルク指令値
τ1 *                 トルク指令補助補正値
τLIM                 トルク指令補正値
Δτ                    トルク指令補正値
【図１】
0003752896.tif 000002
【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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