(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
速度検出器を有さない誘導電動機をインバータを介して駆動制御する誘導電動機の制御装置において、
誘導電動機の入力電流を検出する電流検出器、
この電流検出器の検出電流を３φ／２φ変換して誘導電動機のトルク分電流を演算する３φ／２φ変換器、
３φ／２φ変換器で演算したトルク分電流から低周波成分を通過させ、高周波雑音をカットしてトルク分電流の振動成分を取り出すバンドパスフィルタと、この振動成分から周波数補正分を演算するゲイン演算部を有する周波数補正分演算部、
外部から入力される周波数指令から上記周波数補正分を減算し出力周波数指令を演算する減算器、
上記周波数指令に基づき上記周波数補正分で補正された電圧指令値を出力するＶ／Ｆ制御器、
及び上記電圧指令値と上記出力周波数指令に基づいて三相電圧基準を出力しインバータの出力を制御する相電圧基準信号発生器を備え、
振動を抑制して安定に運転するように制御する誘導電動機の制御装置。
【請求項２】
速度検出器を有さない誘導電動機をインバータを介して駆動制御する誘導電動機の制御装置において、
誘導電動機の入力電流を検出する電流検出器、
この電流検出器の検出電流を３φ／２φ変換して誘導電動機のトルク分電流を演算する３φ／２φ変換器、
３φ／２φ変換器で演算したトルク分電流から低周波成分を通過させ、高周波雑音をカットしてトルク分電流の振動成分を取り出すバンドパスフィルタと、この振動成分から周波数補正分を演算するゲイン演算部を有する周波数補正分演算部、
外部から入力される周波数指令に基づき上記周波数補正分で補正された電圧指令値を出力するＶ／Ｆ制御器、
及び上記電圧指令値に基づいて三相電圧基準を出力しインバータの出力を制御する相電圧基準信号発生器を備え、
振動を抑制して安定に運転するように制御する誘導電動機の制御装置。
【請求項３】
周波数補正分演算部には、３φ／２φ変換器で演算したトルク分電流に、周波数指令または出力周波数指令に対応して重み付けする重み関数発生器を有する請求項１又は請求項２記載の誘導電動機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、速度検出器を付加しないで誘導電動機をインバータにて安定に運転する制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来のインバータにて誘導電動機を安定に運転する制御系の構成図であり、図において、１は速度指令ωｒ＊と誘導電動機ＩＭ２の速度ωｒとの偏差ωｒｅｒｒを検出する偏差検出器、３は偏差検出器１の偏差ωｒｅｒｒからＩＭ２のすべり周波数推定値ωｓ１を推定する比例積分演算（ＰＩ）部、４はＰＩ部３のすべり周波数推定値ωｓ１とＩＭ２の速度ωｒとにより出力周波数指令ω０を演算する加算器、５は加算器４の出力周波数指令ω０により任意の電圧指令Ｖ＊を演算するＶ／Ｆ制御器、６は加算器４の出力周波数指令ω０とＶ／Ｆ制御器５の電圧指令Ｖ＊により三相正弦波電圧基準ＶＵ＊，ＶＶ＊，ＶＷ＊を演算する相電圧基準信号発生器、７は相電圧基準信号発生器６の三相正弦波電圧基準ＶＵ＊，ＶＶ＊，ＶＷ＊によりＩＭ２に印加する三相電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷ、を出力するインバータユニット、２はインバータユニット７の三相電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷにより運転される誘導電動機（ＩＭ）、８はＩＭ２の速度ωｒを検出する速度検出器である。
【０００３】
次に動作について説明する。図６による制御系構成にて、インバータユニット７により運転されているＩＭ２が不安定となる場合、ＩＭ２には速度指令ωｒ＊と速度ωｒの差に基づく、すべり周波数ωｓ１が発生する。この時、偏差検出器１により速度指令ωｒ＊とＩＭ２の速度ωｒの偏差ωｒｅｒｒが検出され、ＰＩ部３にて偏差ωｒｅｒｒが０となるまで、すべり周波数推定値ωｓ１＊が変化し、加算器４にてすべり周波数ωｓ１＊とＩＭ２の速度ωｒから出力周波数指令ω０が演算される。このように、従来の方法は、速度指令ωｒ＊にＩＭ２の速度ωｒが一致するように、速度フィードバック制御系にて構成されているため誘導電動機を安定に運転することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の誘導電動機を安定に制御するためには、図６のようにＩＭ２の速度ωｒを検出する速度検出器８を特別に設置する必要があった。この速度検出器８が故障または誤動作した場合には、偏差検出器１に入力される速度ωｒはＩＭ２の実速度とは異なり、図６の制御構成が誤動作し、ＩＭ２の速度ωｒは速度指令ωｒ＊に対して良好な運転特性が得られなくなる問題点があった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、速度検出器を用いることなく、インバータにより誘導電動機を安定に運転する制御装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る誘導電動機の制御装置は、速度検出器を有さない誘導電動機をインバータを介して駆動制御する誘導電動機の制御装置において、誘導電動機の入力電流を検出する電流検出器、この電流検出器の検出電流を３φ／２φ変換して誘導電動機のトルク分電流を演算する３φ／２φ変換器、３φ／２φ変換器で演算したトルク分電流から低周波成分を通過させ、高周波雑音をカットしてトルク分電流の振動成分を取り出すバンドパスフィルタと、この振動成分から周波数補正分を演算するゲイン演算部を有する周波数補正分演算部、外部から入力される周波数指令から上記周波数補正分を減算し出力周波数指令を演算する減算器、上記周波数指令に基づき上記周波数補正分で補正された電圧指令値を出力するＶ／Ｆ制御器、及び上記電圧指令値と上記出力周波数指令に基づいて三相電圧基準を出力しインバータの出力を制御する相電圧基準信号発生器を備え、振動を抑制して安定に運転するように制御するものである。
【０００７】
また、速度検出器を有さない誘導電動機をインバータを介して駆動制御する誘導電動機の制御装置において、誘導電動機の入力電流を検出する電流検出器、
この電流検出器の検出電流を３φ／２φ変換して誘導電動機のトルク分電流を演算する３φ／２φ変換器、３φ／２φ変換器で演算したトルク分電流から低周波成分を通過させ、高周波雑音をカットしてトルク分電流の振動成分を取り出すバンドパスフィルタと、この振動成分から周波数補正分を演算するゲイン演算部を有する周波数補正分演算部、外部から入力される周波数指令に基づき上記周波数補正分で補正された電圧指令値を出力するＶ／Ｆ制御器、及び上記電圧指令値に基づいて三相電圧基準を出力しインバータの出力を制御する相電圧基準信号発生器を備え、振動を抑制して安定に運転するように制御するものである。
【０００８】
また、周波数補正分演算部には、３φ／２φ変換器で演算したトルク分電流に、周波数指令または出力周波数指令に対応して重み付けする重み関数発生器を有するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態を図をもとに説明する。図１は実施の形態１による誘導電動機の制御装置を示す構成図である。図１において、５は周波数指令ω＊により任意の電圧指令値Ｖ＊を演算するＶ／Ｆ制御器、６は減算器１４の出力周波数指令ω０とＶ／Ｆ制御器５の電圧指令値Ｖ＊により三相正弦波電圧基準ＶＵ＊，ＶＶ＊，ＶＷ＊を演算する相電圧基準信号発生器、７は相電圧基準信号発生器６の三相正弦波電圧基準ＶＵ＊，ＶＶ＊，ＶＷ＊により誘導電動機ＩＭ２に印加する三相電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷを出力するインバータユニット（すなわちインバータ）、２はインバータユニット７の三相電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷにより運転制御される誘導電動機（ＩＭ）である。
【００１０】
１０ａ，１０ｂ，１０ｃはインバータユニット７からＩＭ２に流れる電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷをおのおの検出する電流検出器、１１は減算器１４の出力周波数指令ω０により三角関数信号ＳＩＮω０ｔ、ＣＯＳω０ｔを発生する三角関数信号発生器、１２は電流検出器１０ａ，１０ｂ，１０ｃの電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷを三角関数信号発生器１１の三角関数信号ＳＩＮω０ｔ、ＣＯＳω０ｔにて３φ／２φ変換することでＩＭ２のトルク分電流Ｉqを演算する３φ／２φ変換部、１３は３φ／２φ変換部１２のトルク分電流Ｉqからトルク分電流の不安定成分つまり振動成分を取り出すハイパスフィルタと、上記トルク分電流の不安定成分から周波数補正分ωｓを演算するゲイン演算部Ｋaからなる周波数補正分演算部、１４は周波数補正分演算部１３のωｓと周波数指令ω＊から出力周波数指令ω０を演算する減算器、２０は周波数指令ω＊から周波数補正分ωｓを減算する減算器で、減算器２０の出力をＶ／Ｆ制御器５に入力し、電圧指令値Ｖ＊に反映させる。
【００１１】
図１の動作を説明する。図２は図１の各部の値の波形図である。図２（ａ）に示すようにＩＭ２の速度ωｒが振動している場合、図２（ｂ）に示すようなすべり周波数が発生する。この時、トルク分電流Ｉqも次の（１）式の関係で図２（ｃ）に示す振動成分が発生する。
Ｉq   ∝  すべり周波数                 --------------  （１）
【００１２】
このトルク分電流Ｉqからハイパスフィルタを用いて振動成分のみを抽出し、次の（２）式の関係を用いて図２（ｄ）に示す周波数補正成分ωｓ  を算出する。
ωｓ  ∝  トルク分電流Ｉqの振動成分      -------------   （２）
【００１３】
減算器１４では、上記周波数補正分ωｓと周波数指令ω＊から、出力周波数指令ω０を次の（３）式にて求めて
ω０  ＝  ω＊−ωｓ                   --------------  （３）
相電圧基準信号発生器６に入力する。同様に減算器２０でω＊−ωｓを求めＶ／Ｆ制御器５に入力し、補正された電圧指令値Ｖ＊を出力する。
【００１４】
出力周波数指令ω０と補正された電圧指令値Ｖ＊を相電圧基準信号発生器６に入力し、相電圧基準信号発生器６で演算する。相電圧基準信号発生器６で演算し出力された相電圧基準信号にて運転されたＩＭ２のすべり周波数（∝トルク分電流Ｉq）は、図２（ｅ）に示すように振動成分がなくなり、安定した誘導電動機の運転特性が得られることになる。なお、周波数補正分演算部１３におけるゲインＫａ、ハイパスフィルタの時定数ｔについては、アナログ回路であればボリューム、デジタル回路であればメモリまたは自己消去可能な不揮発メモリなどによって構成され、容易に設定値を可変できるようになっていることは言うまでもない。
そして、上述では、周波数補正分演算部１３のフィルタ構成をハイパスフィルタとしたが、図５のように、３φ／２φ変換部１２のトルク分電流Ｉqからトルク分電流の振動成分を取り出すと共に、低周波成分を通過させ、高周波雑音をカットとする、所望の周波数成分のみを抽出するバンドパスフィルタを採用することにより、定常特性を損なうことなくより安定な運転特性を得ることができる。
【００１５】
また、上記では、周波数指令ω＊を周波数補正分ωｓで補正してＶ／Ｆ制御器５に入力しているが、周波数指令ω＊をそのまま入力してＶ／Ｆ制御器５の仮出力を得、この仮出力を周波数補正分ωｓで補償してＶ／Ｆ制御器５の本出力を得てもよい。
【００１６】
実施の形態１のように、周波数補正分ωｓで、電圧指令値Ｖ＊と出力周波数指令ω０の両方を補正するようにしているので、誘導電動機ＩＭ２の磁束を一定に保つことになり、振動を抑制するトルクの補償を効果的に達成することができる。
【００１７】
実施の形態２．
また、周波数補正分ωｓを図３に示すように、Ｖ／Ｆ制御器５により電圧指令値Ｖ＊にのみ反映させても安定な運転特性が得られる。これは、ＩＭ２の印加電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷを変化させてもトルク分電流が変化することによる。
このようにすることにより、構成要素の一部を削除でき、安価に目的を達成できる。
そして、図３では、周波数補正分演算部１３のフィルタ構成をハイパスフィルタとしたが、図５のように、３φ／２φ変換部１２のトルク分電流Ｉqからトルク分電流の振動成分を取り出すと共に、低周波成分を通過させ、高周波雑音をカットとする、所望の周波数成分のみを抽出するバンドパスフィルタを採用することにより、定常特性を損なうことなくより安定な運転特性を得ることができる。
【００１８】
実施の形態３．
また、実施の形態１，２において、図４に示すように、周波数補正分演算部１３と３φ／２φ変換部１２との間に周波数指令ω＊または、出力周波数指令ω０に対応した重みを発生する重み関数発生器３０を付加することで、所望の運転周波数付近において安定な運転特性を得ることができる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の誘導電動機の制御装置によれば、速度検出器を有さない誘導電動機をインバータを介して駆動制御する誘導電動機の制御装置において、誘導電動機の入力電流を検出する電流検出器、この電流検出器の検出電流を３φ／２φ変換して誘導電動機のトルク分電流を演算する３φ／２φ変換器、３φ／２φ変換器で演算したトルク分電流から低周波成分を通過させ、高周波雑音をカットしてトルク分電流の振動成分を取り出すバンドパスフィルタと、この振動成分から周波数補正分を演算するゲイン演算部を有する周波数補正分演算部、外部から入力される周波数指令から上記周波数補正分を減算し出力周波数指令を演算する減算器、上記周波数指令に基づき上記周波数補正分で補正された電圧指令値を出力するＶ／Ｆ制御器、及び上記電圧指令値と上記出力周波数指令に基づいて三相電圧基準を出力しインバータの出力を制御する相電圧基準信号発生器を備え、振動を抑制して安定に運転するように制御するようにしたので、速度検出器を用いずに誘導電動機の安定な運転特性を得ることができる。システムが安価に構成でき誘導電動機の安定な運転特性を得られる効果がある。さらに、トルク分電流の振動成分を取り出すフィルタは、低周波成分を通過させ、高周波雑音をカットするバンドパスフィルタであるので、定常特性を損なうことなくより安定な運転特性を得ることができる。
【００２０】
また、速度検出器を有さない誘導電動機をインバータを介して駆動制御する誘導電動機の制御装置において、誘導電動機の入力電流を検出する電流検出器、この電流検出器の検出電流を３φ／２φ変換して誘導電動機のトルク分電流を演算する３φ／２φ変換器、３φ／２φ変換器で演算したトルク分電流から低周波成分を通過させ、高周波雑音をカットしてトルク分電流の振動成分を取り出すバンドパスフィルタと、この振動成分から周波数補正分を演算するゲイン演算部を有する周波数補正分演算部、外部から入力される周波数指令に基づき上記周波数補正分で補正された電圧指令値を出力するＶ／Ｆ制御器、及び上記電圧指令値に基づいて三相電圧基準を出力しインバータの出力を制御する相電圧基準信号発生器を備え、振動を抑制して安定に運転するように制御するので、速度検出器を用いずに誘導電動機の安定な運転特性を得ることができ、システムがさらに安価に構成できる。さらに、トルク分電流の振動成分を取り出すフィルタは、低周波成分を通過させ、高周波雑音をカットするバンドパスフィルタであるので、定常特性を損なうことなくより安定な運転特性を得ることができる。
【００２２】
また、周波数補正分演算部には、３φ／２φ変換器で演算したトルク分電流に、周波数指令または出力周波数指令に対応して重み付けする重み関数発生器を有するので、所望の運転周波数付近において安定な運転特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１による誘導電動機の制御装置を示す構成図である。
【図２】  図１の各部の値の波形図である。
【図３】  実施の形態２による誘導電動機の制御装置を示す構成図である。である。
【図４】  実施の形態３による誘導電動機の制御装置の主要部を示す構成図である。
【図５】  実施の形態１，２による誘導電動機の制御装置の主要部を示す構成図である。
【図６】  従来の誘導電動機を安定に運転する制御系の構成図である。
【符号の説明】
２  誘導電動機                     ５  Ｖ／Ｆ制御器
６  相電圧基準信号発生器            ７ インバータ
１１  三角関数信号発生器            １２ ３φ／２φ変換部
１３  周波数補正分演算部            １４ 減算器
２０  減算器                       ３０  重み関数発生器。
【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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