特許 7613346 誘導電動機の制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-01-06

(45)【発行日】2025-01-15

(54)【発明の名称】誘導電動機の制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 21/16 20160101AFI20250107BHJP

【ＦＩ】

H02P21/16

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021192663

(22)【出願日】2021-11-29

(65)【公開番号】P2023079279

(43)【公開日】2023-06-08

【審査請求日】2024-02-26

(73)【特許権者】

【識別番号】000006105

【氏名又は名称】株式会社明電舎

(74)【代理人】

【識別番号】100086232

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 博通

(74)【代理人】

【識別番号】100092613

【弁理士】

【氏名又は名称】富岡 潔

(74)【代理人】

【識別番号】100104938

【弁理士】

【氏名又は名称】鵜澤 英久

(74)【代理人】

【識別番号】100210240

【弁理士】

【氏名又は名称】太田 友幸

(72)【発明者】

【氏名】毛塚 信貴

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 康司

(72)【発明者】

【氏名】小崎 圭輝

(72)【発明者】

【氏名】赤池 秀一

(72)【発明者】

【氏名】小熊 功太

【審査官】保田 亨介

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１７１３０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－０４４８７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１３８５４８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ２１／００－２５／０３

２５／０４

２５／１０－２７／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

誘導電動機を駆動制御する誘導電動機の制御装置であって、
磁束指令値に基づいてｄ軸電流指令値を出力する磁束電流指令値演算部と、
トルク指令値に基づいてｑ軸電流指令値を出力するトルク電流指令値演算部と、
前記ｄ軸電流指令値とｄ軸電流検出値との偏差および前記ｑ軸電流指令値とｑ軸電流検出値との偏差に基づいてｄ軸電圧指令値とｑ軸電圧指令値を出力する電流制御部と、
前記ｄ軸電圧指令値と前記ｑ軸電圧指令値と電源位相に基づいてＰＷＭ制御により前記誘導電動機に電圧を出力するＰＷＭインバータと、
前記ＰＷＭインバータから出力される電流検出値を検出する電流検出器と、
前記電流検出値を前記電源位相に基づいて前記ｄ軸電流検出値と前記ｑ軸電流検出値に変換する三相二相変換器と、
前記誘導電動機の回転位置を検出する回転位置検出部と、
前記回転位置に基づいてモータ回転電気角周波数を出力する速度検出器と、
前記すべり角周波数に前記モータ回転電気角周波数を加算して電源角周波数を出力する第１加算器と、
前記電源角周波数を積分して前記電源位相を出力する積分器と、
前記モータ回転電気角周波数が周波数閾値よりも小さく、かつ、前記ｑ軸電流指令値または前記トルク指令値から求めたｑ軸電流が電流閾値よりも小さいときすべり周波数補正係数として０を出力し、それ以外のとき一次電圧検出値と一次電圧理論値の差分に基づいたすべり周波数補正係数を出力する二次抵抗変動補償処理部と、
前記ｄ軸電流指令値と前記ｑ軸電流指令値と前記すべり周波数補正係数に基づいてすべり角周波数を出力するすべり演算部と、
を備え、
前記二次抵抗変動補償処理部は、
前記ｄ軸電圧指令値と前記ｑ軸電圧指令値に基づいて以下の（６）式により一次電圧検出値を出力する一次電圧検出値演算部と、
前記電源角周波数と前記ｄ軸電流指令値と前記ｑ軸電流指令値に基づいて以下の（７）式～（９）式により前記一次電圧理論値を出力する一次電圧理論値演算部と、
前記一次電圧検出値と前記一次電圧理論値の偏差を出力する第３減算器と、
前記ｑ軸電流指令値または前記トルク指令値から求めた前記ｑ軸電流と前記電流閾値と比較し前記ｑ軸電流指令値または前記ｑ軸電流が前記電流閾値よりも小さい時１を出力し、それ以外の時０を出力する第１比較器と、
前記モータ回転電気角周波数と前記周波数閾値を比較し前記モータ回転電気角周波数が前記周波数閾値よりも小さい時１を出力し、それ以外の時０を出力する第２比較器と、
前記第１比較器と前記第２比較器の出力が両方１の時１を出力し、それ以外の時０を出力する第１ＡＮＤ回路と、
前記第１ＡＮＤ回路の出力が１の時０を出力し、前記第１ＡＮＤ回路の出力が０の前記第３減算器の出力を出力する第１スイッチと、
前記第１スイッチの出力に基づいてＰＩ制御し、前記すべり周波数補正係数を出力する二次抵抗補償器と、
を備え、
前記すべり演算部は、
前記ｑ軸電流指令値とＴ型等価回路の二次抵抗を乗算する第１乗算器と、
前記ｄ軸電流指令値とＴ型等価回路の相互インダクタンスを乗算する第２乗算器と、
前記第１乗算器の出力を前記第２乗算器の出力で除算する第１除算器と、
前記第１除算器の出力と前記すべり周波数補正係数とを乗算する第３乗算器と、
前記第１除算器の出力と前記第３乗算器の出力を加算し、前記すべり角周波数を出力する第２加算器と、
を備え、
前記すべり角周波数を前記誘導電動機の駆動制御に用いることを特徴とする誘導電動機の制御装置。

【数6】

【数7】

【数8】

【数9】

Ｖ _１ｄｅｔ ：一次電圧検出値
Ｖ _１ｄ ^＊ ：ｄ軸電圧指令値
Ｖ _１ｑ ^＊ ：ｑ軸電圧指令値
Ｖ _１ｄ ：ｄ軸電圧理論値
Ｖ _１ｑ ：ｑ軸電圧理論値
Ｒ _１ ：一次抵抗
Ｉ _１ｄ ^＊ ：ｄ軸電流指令値
Ｉ _１ｑ ^＊ ：ｑ軸電流指令値
ω _１ ：電源角周波数
Ｌ _ｓ ：Ｔ－Ｉ形等価回路の励磁インダクタンス
Ｍ’：Ｔ－Ｉ形等価回路の相互インダクタンス
Ｖ _１ ：一次電圧理論値

【請求項2】

誘導電動機を駆動制御する誘導電動機の制御装置であって、
磁束指令値に基づいてｄ軸電流指令値を出力する磁束電流指令値演算部と、
トルク指令値に基づいてｑ軸電流指令値を出力するトルク電流指令値演算部と、
前記ｄ軸電流指令値とｄ軸電流検出値との偏差および前記ｑ軸電流指令値とｑ軸電流検出値との偏差に基づいてｄ軸電圧指令値とｑ軸電圧指令値を出力する電流制御部と、
前記ｄ軸電圧指令値と前記ｑ軸電圧指令値と電源位相に基づいてＰＷＭ制御により前記誘導電動機に電圧を出力するＰＷＭインバータと、
前記ＰＷＭインバータから出力される電流検出値を検出する電流検出器と、
前記電流検出値を前記電源位相に基づいて前記ｄ軸電流検出値と前記ｑ軸電流検出値に変換する三相二相変換器と、
前記誘導電動機の回転位置を検出する回転位置検出部と、
前記回転位置に基づいてモータ回転電気角周波数を出力する速度検出器と、
前記すべり角周波数に前記モータ回転電気角周波数を加算して電源角周波数を出力する第１加算器と、
前記電源角周波数を積分して前記電源位相を出力する積分器と、
前記モータ回転電気角周波数が基底回転角速度以上の場合にトルク閾値を前記モータ回転電気角周波数に応じて変動させて補正トルク閾値とし、前記モータ回転電気角周波数が周波数閾値よりも小さく、かつ、前記トルク指令値が前記補正トルク閾値よりも小さいときすべり角周波数補正係数として０を出力し、それ以外のとき一次電圧検出値と一次電圧理論値の差分に基づいたすべり周波数補正係数を出力する二次抵抗変動補償処理部と、
前記ｄ軸電流指令値と前記ｑ軸電流指令値と前記すべり周波数補正係数に基づいてすべり角周波数を出力するすべり演算部と、
を備え、
前記二次抵抗変動補償処理部は、
前記ｄ軸電圧指令値と前記ｑ軸電圧指令値に基づいて以下の（６）式により一次電圧検出値を出力する一次電圧検出値演算部と、
前記電源角周波数と前記ｄ軸電流指令値と前記ｑ軸電流指令値に基づいて以下の（７）式～（９）式により前記一次電圧理論値を出力する一次電圧理論値演算部と、
前記一次電圧検出値と前記一次電圧理論値の偏差を出力する第３減算器と、
前記モータ回転電気角周波数と前記周波数閾値を比較し前記モータ回転電気角周波数が前記周波数閾値よりも小さい時１を出力し、それ以外の時０を出力する第２比較器と、
前記基底回転角速度を前記モータ回転電気角周波数で除算する第２除算器と、
前記モータ回転電気角周波数と前記基底回転角速度とを比較し、前記モータ回転電気角周波数が前記基底回転角速度以上の場合１を出力し、それ以外の時０を出力する第３比較器と、
前記第３比較器の出力が１の時に前記第２除算器の出力を出力し、前記第３比較器の出力が０の時に１を出力する第２スイッチと、
トルク閾値と前記第２スイッチの出力を乗算して前記補正トルク閾値を出力する第４乗算器と、
前記前記補正トルク閾値と前記トルク指令値とを比較し、前記トルク指令値が前記補正トルク閾値よりも小さい時１を出力し、それ以外の時０を出力する第４比較器と、
前記第２比較器と前記第４比較器の出力が両方１の時１を出力し、それ以外の時０を出力する第２ＡＮＤ回路と、
前記第２ＡＮＤ回路の出力が１の時０を出力し、前記第２ＡＮＤ回路の出力が０の時前記第３減算器の出力を出力する第１スイッチと、
前記第１スイッチの出力に基づいてＰＩ制御し、前記すべり周波数補正係数を出力する二次抵抗補償器と、
を備え、
前記すべり演算部は、
前記ｑ軸電流指令値とＴ型等価回路の二次抵抗を乗算する第１乗算器と、
前記ｄ軸電流指令値とＴ型等価回路の相互インダクタンスを乗算する第２乗算器と、
前記第１乗算器の出力を前記第２乗算器の出力で除算する第１除算器と、
前記第１除算器の出力と前記すべり周波数補正係数とを乗算する第３乗算器と、
前記第１除算器の出力と前記第３乗算器の出力を加算し、前記すべり角周波数を出力する第２加算器と、
を備え、
前記すべり角周波数を前記誘導電動機の駆動制御に用いることを特徴とする誘導電動機の制御装置。

【数6】

【数7】

【数8】

【数9】

Ｖ _１ｄｅｔ ：一次電圧検出値
Ｖ _１ｄ ^＊ ：ｄ軸電圧指令値
Ｖ _１ｑ ^＊ ：ｑ軸電圧指令値
Ｖ _１ｄ ：ｄ軸電圧理論値
Ｖ _１ｑ ：ｑ軸電圧理論値
Ｒ _１ ：一次抵抗
Ｉ _１ｄ ^＊ ：ｄ軸電流指令値
Ｉ _１ｑ ^＊ ：ｑ軸電流指令値
ω _１ ：電源角周波数
Ｌ _ｓ ：Ｔ－Ｉ形等価回路の励磁インダクタンス
Ｍ’：Ｔ－Ｉ形等価回路の相互インダクタンス
Ｖ _１ ：一次電圧理論値

【請求項3】

誘導電動機を駆動制御する誘導電動機の制御装置であって、
磁束指令値に基づいてｄ軸電流指令値を出力する磁束電流指令値演算部と、
トルク指令値に基づいてｑ軸電流指令値を出力するトルク電流指令値演算部と、
前記ｄ軸電流指令値とｄ軸電流検出値との偏差および前記ｑ軸電流指令値とｑ軸電流検出値との偏差に基づいてｄ軸電圧指令値とｑ軸電圧指令値を出力する電流制御部と、
前記ｄ軸電圧指令値と前記ｑ軸電圧指令値と電源位相に基づいてＰＷＭ制御により前記誘導電動機に電圧を出力するＰＷＭインバータと、
前記ＰＷＭインバータから出力される電流検出値を検出する電流検出器と、
前記電流検出値を前記電源位相に基づいて前記ｄ軸電流検出値と前記ｑ軸電流検出値に変換する三相二相変換器と、
前記誘導電動機の回転位置を検出する回転位置検出部と、
前記回転位置に基づいてモータ回転電気角周波数を出力する速度検出器と、
前記すべり角周波数に前記モータ回転電気角周波数を加算して電源角周波数を出力する第１加算器と、
前記電源角周波数を積分して前記電源位相を出力する積分器と、
前記モータ回転電気角周波数に基づいてテーブルで求めた電流閾値よりも前記ｑ軸電流指令値が小さいときすべり周波数補正係数として０を出力し、それ以外のとき一次電圧検出値と一次電圧理論値の差分に基づいたすべり周波数補正係数を出力する二次抵抗変動補償処理部と、
前記ｄ軸電流指令値と前記ｑ軸電流指令値と前記すべり周波数補正係数に基づいてすべり角周波数を出力するすべり演算部と、
を備え、
前記二次抵抗変動補償処理部は、
前記ｄ軸電圧指令値と前記ｑ軸電圧指令値に基づいて以下の（６）式により一次電圧検出値を出力する一次電圧検出値演算部と、
前記電源角周波数と前記ｄ軸電流指令値と前記ｑ軸電流指令値に基づいて以下の（７）式～（９）式により前記一次電圧理論値を出力する一次電圧理論値演算部と、
前記一次電圧検出値と前記一次電圧理論値の偏差を出力する第３減算器と、
前記モータ回転電気角周波数に基づいて前記電流閾値を出力する前記テーブルと、
前記電流閾値と前記ｑ軸電流指令値とを比較し前記ｑ軸電流指令値が前記電流閾値よりも小さい時１を出力し、それ以外の時０を出力する第４比較器と、
前記第４比較器の出力が１の時０を出力し、前記第４比較器の出力が０の時に前記第３減算器の出力を出力する第１スイッチと、
前記第１スイッチの出力に基づいてＰＩ制御し、前記すべり周波数補正係数を出力する二次抵抗補償器と、
を備え、
前記すべり演算部は、
前記ｑ軸電流指令値とＴ型等価回路の二次抵抗を乗算する第１乗算器と、
前記ｄ軸電流指令値とＴ型等価回路の相互インダクタンスを乗算する第２乗算器と、
前記第１乗算器の出力を前記第２乗算器の出力で除算する第１除算器と、
前記第１除算器の出力と前記すべり周波数補正係数とを乗算する第３乗算器と、
前記第１除算器の出力と前記第３乗算器の出力を加算し、前記すべり角周波数を出力する第２加算器と、
を備え、
前記すべり角周波数を前記誘導電動機の駆動制御に用いることを特徴とする誘導電動機の制御装置。

【数6】

【数7】

【数8】

【数9】

Ｖ _１ｄｅｔ ：一次電圧検出値
Ｖ _１ｄ ^＊ ：ｄ軸電圧指令値
Ｖ _１ｑ ^＊ ：ｑ軸電圧指令値
Ｖ _１ｄ ：ｄ軸電圧理論値
Ｖ _１ｑ ：ｑ軸電圧理論値
Ｒ _１ ：一次抵抗
Ｉ _１ｄ ^＊ ：ｄ軸電流指令値
Ｉ _１ｑ ^＊ ：ｑ軸電流指令値
ω _１ ：電源角周波数
Ｌ _ｓ ：Ｔ－Ｉ形等価回路の励磁インダクタンス
Ｍ’：Ｔ－Ｉ形等価回路の相互インダクタンス
Ｖ _１ ：一次電圧理論値

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、誘導電動機の定数である二次抵抗が運転状態に応じて変動した場合にも、適切に補償可能な誘導電動機の制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、誘導電動機ＩＭの温度変化により生じる二次抵抗の変動に起因してトルク精度が悪化することを課題としている。特許文献１では、一次電圧の理論値と実際値の偏差よりすべり周波数を補正して、二次抵抗の変動を補正している。

【0003】

特許文献２は、運転状態によってモータ定数が変動した際に二次磁束が指令通りに得ることができなくなりトルク制御精度が悪化することを課題としている。特許文献２は、ｄ軸の誘起電圧成分の検出値と理論値の差分から１次周波数の補償値を求めて、軸ずれを補償する方式である。この軸ずれは、温度変化による二次抵抗値の変動を補償する方式と同様の効果が得られる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開昭５８－５１７８８号公報

【文献】特開２０００－３３３５００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１は、一次電圧の理論値と一次電圧の実際値とが一致するようにすべり周波数を補正することについて記載されている。この手法は、（１）式と（２）式の関係が同一極性になることを前提に補正している。

【0006】

【数1】

【0007】

【数2】

【0008】

しかし、低速・低トルク時には極性が反転する。このため、特許文献１の手法では補償を確実に実施することができない問題点がある。

【0009】

特許文献２は、力行・回生に応じてゲインの切り替えを実施する必要があるため、回転数とトルクの関係より力行・回生を判定する必要がある。しかし、回転数の検出値は遅れがあり、低速時には検出誤差が大きくなるため正確に検出することは難しい。よって、低速時には不感帯を設けて二次抵抗動作を停止する必要がある。このように、ゲインの切り替えと不感帯の動作が必要となるため、ゲインの処理が煩雑となる問題がある。

【0010】

以上示したようなことから、誘導電動機の運転状態に応じて二次抵抗が変動した場合にも適切に補償することにより、高精度にトルクを制御する誘導電動機の制御装置を提供することが課題となる。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、誘導電動機を駆動制御する誘導電動機の制御装置であって、モータ回転電気角周波数が周波数閾値よりも小さく、かつ、ｑ軸電流指令値またはトルク指令値から求めたｑ軸電流が電流閾値よりも小さいときすべり周波数補正係数として０を出力し、それ以外のとき一次電圧検出値と一次電圧理論値の差分に基づいたすべり周波数補正係数を出力する二次抵抗変動補償処理部と、ｄ軸電流指令値と前記ｑ軸電流指令値と前記すべり周波数補正係数に基づいてすべり角周波数を出力するすべり演算部と、を備え、前記すべり角周波数を前記誘導電動機の駆動制御に用いることを特徴とする。

【0012】

また、他の態様として、誘導電動機を駆動制御する誘導電動機の制御装置であって、モータ回転電気角周波数が基底回転角速度以上の場合にトルク閾値を前記モータ回転電気角周波数に応じて変動させて補正トルク閾値とし、前記モータ回転電気角周波数が周波数閾値よりも小さく、かつ、トルク指令値が前記補正トルク閾値よりも小さいときすべり角周波数補正係数として０を出力し、それ以外のとき一次電圧検出値と一次電圧理論値の差分に基づいたすべり周波数補正係数を出力する二次抵抗変動補償処理部と、ｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値と前記すべり周波数補正係数に基づいてすべり角周波数を出力するすべり演算部と、を備え、前記すべり角周波数を前記誘導電動機の駆動制御に用いることを特徴とする。

【0013】

また、他の態様として、誘導電動機を駆動制御する誘導電動機の制御装置であって、モータ回転電気角周波数に基づいてテーブルで求めた電流閾値よりもｑ軸電流指令値が小さいときすべり周波数補正係数として０を出力し、それ以外のとき一次電圧検出値と一次電圧理論値の差分に基づいたすべり周波数補正係数を出力する二次抵抗変動補償処理部と、ｄ軸電流指令値と前記ｑ軸電流指令値と前記すべり周波数補正係数に基づいてすべり角周波数を出力するすべり演算部と、を備え、前記すべり角周波数を前記誘導電動機の駆動制御に用いることを特徴とする。

【0014】

また、その一態様として、前記二次抵抗変動補償処理部は、ｄ軸電圧指令値とｑ軸電圧指令値に基づいて前記一次電圧検出値を出力する一次電圧検出値演算部と、電源角周波数と前記ｄ軸電流指令値と前記ｑ軸電流指令値に基づいて前記一次電圧理論値を出力する一次電圧理論値演算部と、前記一次電圧検出値と前記一次電圧理論値の偏差を出力する第３減算器と、前記ｑ軸電流指令値または前記トルク指令値から求めた前記ｑ軸電流と前記電流閾値と比較し前記ｑ軸電流指令値または前記ｑ軸電流が前記電流閾値よりも小さい時１を出力し、それ以外の時０を出力する第１比較器と、前記モータ回転電気角周波数と前記周波数閾値を比較し前記モータ回転電気角周波数が前記周波数閾値よりも小さい時１を出力し、それ以外の時０を出力する第２比較器と、前記第１比較器と前記第２比較器の出力が両方１の時１を出力し、それ以外の時０を出力する第１ＡＮＤ回路と、前記第１ＡＮＤ回路の出力が１の時０を出力し、前記第１ＡＮＤ回路の出力が０の前記第３減算器の出力を出力する第１スイッチと、前記第１スイッチの出力に基づいてＰＩ制御し、前記すべり周波数補正係数を出力する二次抵抗補償器と、を備えたことを特徴とする。

【0015】

また、他の態様として、前記二次抵抗変動補償処理部は、ｄ軸電圧指令値とｑ軸電圧指令値に基づいて前記一次電圧検出値を出力する一次電圧検出値演算部と、電源角周波数と前記ｄ軸電流指令値と前記ｑ軸電流指令値に基づいて前記一次電圧理論値を出力する一次電圧理論値演算部と、前記一次電圧検出値と前記一次電圧理論値の偏差を出力する第３減算器と、前記モータ回転電気角周波数と前記周波数閾値を比較し前記モータ回転電気角周波数が前記周波数閾値よりも小さい時１を出力し、それ以外の時０を出力する第２比較器と、前記基底回転角速度を前記モータ回転電気角周波数で除算する第２除算器と、前記モータ回転電気角周波数と前記基底回転角速度とを比較し、前記モータ回転電気角周波数が前記基底回転角速度以上の場合１を出力し、それ以外の時０を出力する第３比較器と、前記第３比較器の出力が１の時に前記第２除算器の出力を出力し、前記第３比較器の出力が０の時に１を出力する第２スイッチと、トルク閾値と前記第２スイッチの出力を乗算して前記補正トルク閾値を出力する第４乗算器と、前記補正トルク閾値と前記トルク指令値とを比較し、前記トルク指令値が前記補正トルク閾値よりも小さい時１を出力し、それ以外の時０を出力する第４比較器と、前記第２比較器と前記第４比較器の出力が両方１の時１を出力し、それ以外の時０を出力する第２ＡＮＤ回路と、前記第２ＡＮＤ回路の出力が１の時０を出力し、前記第２ＡＮＤ回路の出力が０の前記第３減算器の出力を出力する第１スイッチと、前記第１スイッチの出力に基づいてＰＩ制御し、前記すべり周波数補正係数を出力する二次抵抗補償器と、を備えたことを特徴とする。

【0016】

また、他の態様として、前記二次抵抗変動補償処理部は、ｄ軸電圧指令値とｑ軸電圧指令値に基づいて前記一次電圧検出値を出力する一次電圧検出値演算部と、電源角周波数と前記ｄ軸電流指令値と前記ｑ軸電流指令値に基づいて前記一次電圧理論値を出力する一次電圧理論値演算部と、前記一次電圧検出値と前記一次電圧理論値の偏差を出力する第３減算器と、前記モータ回転電気角周波数に基づいて前記電流閾値を出力する前記テーブルと、前記電流閾値と前記ｑ軸電流指令値とを比較し前記ｑ軸電流指令値が前記電流閾値よりも小さい時１を出力し、それ以外の時０を出力する第４比較器と、前記第４比較器の出力が１の時０を出力し、前記第４比較器の出力が０の時に前記第３減算器の出力を出力する第１スイッチと、前記第１スイッチの出力に基づいてＰＩ制御し、前記すべり周波数補正係数を出力する二次抵抗補償器と、を備えたことを特徴とする。

【0017】

また、その一態様として、磁束指令値に基づいて前記ｄ軸電流指令値を出力する磁束電流指令値演算部と、トルク指令値に基づいて前記ｑ軸電流指令値を出力するトルク電流指令値演算部と、前記ｄ軸電流指令値とｄ軸電流検出値との偏差および前記ｑ軸電流指令値とｑ軸電流検出値との偏差に基づいてｄ軸電圧指令値とｑ軸電圧指令値を出力する電流制御部と、前記ｄ軸電圧指令値と前記ｑ軸電圧指令値と電源位相に基づいてＰＷＭ制御により前記誘導電動機に電圧を出力するＰＷＭインバータと、前記ＰＷＭインバータから出力される電流検出値を検出する電流検出器と、前記電流検出値を前記電源位相に基づいて前記ｄ軸電流検出値と前記ｑ軸電流検出値に変換する三相二相変換器と、前記誘導電動機の回転位置を検出する回転位置検出部と、前記回転位置に基づいて前記モータ回転電気角周波数を出力する速度検出器と、前記すべり角周波数に前記モータ回転電気角周波数を加算して電源角周波数を出力する第１加算器と、前記電源角周波数を積分して前記電源位相を出力する積分器と、を備え、前記二次抵抗変動補償処理部は、前記ｄ軸電流指令値と前記ｑ軸電流指令値と前記ｄ軸電圧指令値と前記ｑ軸電圧指令値と前記電源角周波数と前記モータ回転電気角周波数に基づいて前記すべり周波数補正係数を出力することを特徴とする。

【0018】

また、その一態様として、前記すべり演算部は、前記ｑ軸電流指令値とＴ型等価回路の二次抵抗を乗算する第１乗算器と、前記ｄ軸電流指令値とＴ型等価回路の相互インダクタンスを乗算する第２乗算器と、前記第１乗算器の出力を前記第２乗算器の出力で除算する第１除算器と、前記第１除算器の出力と前記すべり周波数補正係数とを乗算する第３乗算器と、前記第１除算器の出力と前記第３乗算器の出力を加算し、前記すべり角周波数を出力する第２加算器と、を備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、誘導電動機の運転状態に応じて二次抵抗が変動した場合にも適切に補償することにより、高精度にトルクを制御する誘導電動機の制御装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】実施形態１における誘導電動機の制御装置を示すブロック図。

【図2】実施形態１におけるすべり演算部を示すブロック図。

【図3】実施形態１における二次抵抗変動補償処理部を示すブロック図。

【図4】実施形態２における誘導電動機の制御装置を示すブロック図。

【図5】実施形態２における二次抵抗変動補償処理部を示すブロック図。

【図6】実施形態３における二次抵抗変動補償処理部を示すブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本願発明における誘導電動機の制御装置の実施形態１～３を図１～図６に基づいて詳述する。

【0022】

［実施形態１］
本実施形態１では、二次抵抗の変動を一次電圧の理論値と実際値の偏差より算出してすべり周波数を補正する手法を適用する。本手法を適用するために、不感帯処理を設けることにより制御が不安定になり二次抵抗の変動を補償できずにトルク精度が悪化することを防止する。また、適切な不感帯処理を設けることにより高周波数での運転状態でも適切に二次抵抗の変動を補償する。

【0023】

本実施形態１における誘導電動機の制御装置を図１に示す。図１では、誘導電動機ＩＭ制御時の電流制御系を示している。

【0024】

磁束電流指令値演算部１は、磁束指令値Ｆｌｕｘ^*からｄ軸電流指令値Ｉ_1d ^*を算出する。トルク電流指令値演算部２は、トルク指令値Ｔｏｒｑｕｅ^*からｑ軸電流指令値Ｉ_1q ^*を演算する。

【0025】

第１減算器３は、ｄ軸電流指令値Ｉ_1d ^*からｄ軸電流検出値Ｉ_1dを減算する。第２減算器４は、ｑ軸電流指令値Ｉ_1q ^*からｑ軸電流検出値Ｉ_1qを減算する。電流制御器５は第１減算器３の出力に対して電流制御を行い、ｄ軸電圧指令値Ｖ_1d ^*を出力する。電流制御器６は第２減算器４の出力に対して電流制御を行い、ｑ軸電圧指令値Ｖ_1q ^*を出力する。

【0026】

ＰＷＭインバータ７は、ｄ軸電圧指令値Ｖ_1d ^*，ｑ軸電圧指令値Ｖ_1q ^*、電源位相θに基づいたＰＷＭ制御により、誘導電動機ＩＭに電圧を出力する。

【0027】

電流検出器８は、ＰＷＭインバータ７の出力であるＵ相電流検出値Ｉ_U，Ｖ相電流検出値Ｉ_V，Ｗ相電流検出値Ｉ_Wを検出する。三相二相変換器９は、Ｕ相電流検出値Ｉ_U，Ｖ相電流検出値Ｉ_V，Ｗ相電流検出値Ｉ_Wを電源位相θに基づいてｄ軸電流検出値Ｉ_1d，ｑ軸電流検出値Ｉ_1qに変換する。

【0028】

回転位置検出部ｐｐは誘導電動機ＩＭの回転位置を検出する。速度検出器１１は、回転位置に基づいてモータ回転電気角周波数ω_rを出力する。

【0029】

二次抵抗変動補償処理部１４は、ｄ軸電圧指令値Ｖ_1d ^*，ｑ軸電圧指令値Ｖ_1q ^*とｄ軸電流指令値Ｉ_1d ^*，ｑ軸電流指令値Ｉ_1q ^*、電源角周波数ω₁、モータ回転電気角周波数ω_rに基づいてすべり周波数補正係数を出力する。

【0030】

すべり演算部１０はｄ軸電流指令値Ｉ_1d ^*，ｑ軸電流指令値Ｉ_1q ^*，すべり周波数補正係数に基づいて、すべり角周波数ω_s ^*を演算する。第１加算器１２は、すべり角周波数ω_s ^*にモータ回転電気角周波数ω_rを加算して電源角周波数ω₁を出力する。積分器１３は、電源角周波数ω₁を積分し電源位相θを出力する。

【0031】

すべり角周波数ω_s ^*は、すべり演算部１０により、ｄ軸電流指令値Ｉ_1d ^*とｑ軸電流指令値Ｉ_1q ^*とモータ定数よりすべり演算を実施することで得る。二次抵抗変動補償処理部１４は、二次抵抗変動補償を行い、すべり演算に反映させる（後述の図２、（３）式～（５）式）。この構成により、二次抵抗の変動を補正する。

【0032】

図２にすべり演算部１０の構成を示す。すべり演算部１０は、第１乗算器１５、第２乗算器１６と、第１除算器１７と、第３乗算器１８と、第２加算器１９と、を備える。

【0033】

第１乗算器１５は、ｑ軸電流指令値Ｉ_1q ^*とＴ型等価回路の二次抵抗Ｒ₂’を乗算する。第２乗算器１６はｄ軸電流指令値Ｉ_1d ^*とＴ－Ｉ型等価回路の相互インダクタンスＭ’を乗算する。第１除算器１７は第１乗算器１５の出力を第２乗算器１６の出力で除算する。すなわち、第１，第２乗算器１５，１６、第１除算器１７では、以下の（３）式より補償処理無しのすべり角周波数指令ω_sを演算する。

【0034】

【数3】

【0035】

第３乗算器１８は、二次抵抗変動補償処理部１４から出力されたすべり周波数補正係数Ｋと補償無しのすべり角周波数指令ω_sを乗算することにより、（４）式のようにすべり角周波数の補償項ω_{s_comp}を得る。

【0036】

【数4】

【0037】

第２加算器１９は、第１除算器１７の出力（補償無しのすべり角周波数指令ω_s）と第３乗算器１８の出力（すべり角周波数の補償項ω_{s_comp}＝Ｋω_s）を加算することにより、（５）式のように、すべり角周波数ω_s ^*を得る。

【0038】

【数5】

【0039】

図３に本実施形態１における二次抵抗変動補償処理部１４を示す。

【0040】

一次電圧検出値演算部２０は、ｄ軸電圧指令値Ｖ_1d ^*とｑ軸電圧指令値Ｖ_1q ^*に基づいて、（６）式の演算を行い、一次電圧検出値Ｖ_1detを演算する。

【0041】

【数6】

【0042】

一次電圧理論値演算部２１は、電源角周波数ω₁とｄ軸電流指令値Ｉ_1d ^*とｑ軸電流指令値Ｉ_1q ^*に基づいて、（７）式、（８）式、（９）式の演算を行い一次電圧理論値Ｖ₁を演算する。

【0043】

【数7】

【0044】

【数8】

【0045】

【数9】

【0046】

ここで、Ｖ₁：一次電圧理論値、Ｖ_1d：ｄ軸電圧理論値、Ｖ_1q：ｑ軸電圧理論値、Ｒ₁：一次抵抗、Ｌ_s：Ｔ－Ｉ形等価回路の励磁インダクタンス、Ｍ’：Ｔ－Ｉ形等価回路の相互インダクタンスとする。

【0047】

第３減算器２２は、一次電圧検出値Ｖ_1detと一次電圧理論値Ｖ₁の差分を算出する。第１比較器２５は、ｑ軸電流指令値Ｉ_1q ^*と電流閾値とを比較し、ｑ軸電流指令値Ｉ_1q ^*が電流閾値よりも小さい時１を出力し、それ以外の時０を出力する。第２比較器２６はモータ回転電気角周波数ω_rと周波数閾値とを比較し、モータ回転電気角周波数ω_rが周波数閾値よりも小さい時１を出力し、それ以外の時０を出力する。第１ＡＮＤ回路２７は、モータ回転電気角周波数ω_rとｑ軸電流指令値Ｉ_1q ^*が共に周波数閾値，電流閾値よりも小さい時１を出力し、それ以外の時０を出力する。

【0048】

第１スイッチ２３は、モータ回転電気角周波数ω_rとｑ軸電流指令値Ｉ_1q ^*が周波数閾値、電流閾値よりも小さい時０を出力し、それ以外の時は第３減算器２２の出力を二次抵抗補償器２４に出力する。二次抵抗補償器２４は、第１スイッチ２３の出力に基づいてＰＩ制御を行い、すべり周波数補正係数を出力する。

【0049】

本実施形態１での特徴は下記となる。
・モータ回転電気角周波数ω_rとｑ軸電流指令値Ｉ_1q ^*を周波数閾値、電流閾値と比較し、周波数閾値、電流閾値よりも小さいときは二次抵抗補償器２４の入力を０とする。

【0050】

一次電圧検出値Ｖ_1detに二次抵抗の変動が反映された値になることを説明する。

【0051】

電流制御器５，６では電流指令値と電流検出値の差分が０となるように制御される。誘導電動機ＩＭの電流検出値が電流指令値と同一となるように制御されるため、電流制御器５，６の出力である電圧指令値には誘導電動機ＩＭの状態変化が反映された値となる。このため、電流制御器５，６の出力であるｄ軸電圧指令値Ｖ_1d ^*とｑ軸電圧指令値Ｖ_1q ^*には、二次抵抗の変動が反映された電圧指令値となる。

【0052】

よって、ｄ軸電圧指令値Ｖ_1d ^*とｑ軸電圧指令値Ｖ_1q ^*はそれぞれ（１０）式、（１１）式となる。

【0053】

【数10】

【0054】

【数11】

【0055】

【数12】

【0056】

【数13】

【0057】

ここで、λ_2d：２次側ｄ軸磁束、λ_2q：２次側ｑ軸磁束、Ｍ：Ｔ型等価回路の相互インダクタンス、Ｒ₂’：Ｔ型等価回路の二次抵抗、Ｒ_err’：Ｔ型等価回路の二次抵抗誤差である。

【0058】

一次電圧検出値Ｖ_1detは（１４）式となる。（１４）式に示す通り、二次抵抗の変動により二次磁束が適切に制御できなくなるため、一次電圧検出値Ｖ_1detに二次抵抗の変動が反映される。

【0059】

【数14】

【0060】

一次電圧検出値Ｖ_1detにおいて、二次抵抗の変動によって生じた誤差電圧成分Ｖ_1diffを抜き出すと（１５）式となる。

【0061】

【数15】

【0062】

一次電圧検出値Ｖ_1detと一次電圧理論値Ｖ₁の差分を取り、二次抵抗補償器２４から出力されたすべり周波数補正係数をすべり演算に適用し、一次電圧の検出値と理論値を一致させる。これにより、二次抵抗の変動を補償することが可能となる。

【0063】

次に、不感帯処理について説明する。

【0064】

誤差電圧成分Ｖ_1diffは、低回転数（低出力周波数）の場合とｑ軸電流Ｉ_qが小さい場合に極性が反転する。誤差電圧成分Ｖ_1diffが０となる場合において、モータ回転電気角周波数ω_rとｑ軸電流検出値Ｉ_1qについて解くと（１６）式と（１７）式となる。

【0065】

【数16】

【0066】

【数17】

【0067】

ただし、（１７）式のＡは以下の（１８）式とする。また、Ｔはトルク指令である。

【0068】

【数18】

【0069】

（１６）式と（１７）式を使用して、電流閾値、周波数閾値を設定する。
モータ回転電気角周波数ω_rとｑ軸電流検出値Ｉ_1qは相互に関係している。このため、どちらか一方の値を設定した後に、（１６）式と（１７）式を使用して他方を設定することにする。

【0070】

モータ回転電気角周波数ω_rを設定した後に、ｑ軸電流検出値Ｉ_1qは（１７）式を設定する場合：モータ回転電気角周波数ω_rは下記より設定する。
１．使用される回転数の範囲。
２．回転数の検出精度。
例えば、モータ回転電気角周波数ω_rの周波数閾値はトルク精度が要求される回転数＋回転数検出精度を設定する。

【0071】

モータ回転電気角周波数ω_rの周波数閾値を（１７）式のω_rに代入することにより求めて算出したものをｑ軸電流検出値Ｉ_1qの電流閾値とする。

【0072】

ｑ軸電流検出値Ｉ_1qを設定した後に、モータ回転電気角周波数ω_rは（１６）式を設定する場合：ｑ軸電流検出値Ｉ_1qは下記より設定する。
１．要求されるトルクに必要な最小のｑ軸電流。
２．電流検出精度。

【0073】

例えば、ｑ軸電流検出値Ｉ_1qの電流閾値は要求されるトルクに必要な最小のｑ軸電流＋電流検出精度を設定する。

【0074】

ｑ軸電流検出値Ｉ_1qの電流閾値を（１６）式にＩ_1qに代入することにより求めて算出したものをモータ回転電気角周波数ω_rの周波数閾値とする。

【0075】

ここでは、ｑ軸電流検出値Ｉ_1qを使用しているがトルク指令値Ｔ（＝Ｔｏｒｑｕｅ^*）に置き換えても問題ない。ｑ軸電流検出値Ｉ_1qとトルク指令値Ｔは、（１９）式の関係がある。すなわち、図３の第１比較器２５で用いるｑ軸電流指令値Ｉ_1q ^*を（１９）式で求めたｑ軸電流Ｉ₁で置き換えればよい。

【0076】

【数19】

【0077】

ここで、Ｔ：トルク指令値、Ｋ_tiq：トルク指令値－ｑ軸電流指令変換係数である。

【0078】

これにより、要求される運転範囲でのトルク精度を確保しつつ安定した運転を実施することが可能となる。

【0079】

以上示したように、本実施形態１によれば、二次抵抗の変動によるトルク精度の悪化を防止するために、二次抵抗変動補償を実施する。この二次抵抗変動補償法でゲインの極性が切り替わる点を不感帯とする必要があるが、不感帯処理を適切に設定することにより高精度なトルク制御が実施できる。

【0080】

［実施形態２］
実施形態１では定出力範囲を考慮しきれていないため、本実施形態２では定出力範囲まで拡張して適切に不感帯を設定する。

【0081】

本実施形態２における誘導電動機の制御装置の構成を図４に示す。本実施形態２では、二次抵抗変動補償処理部１４にトルク指令値Ｔｏｒｑｕｅ^*を入力し、トルク指令値Ｔｏｒｑｕｅ^*を用いて、閾値と比較して不感帯処理を実施する。その他は、実施形態１と同じであるので説明は省略する。

【0082】

図５に本実施形態２における二次抵抗変動補償処理部１４を示す。一次電圧検出値演算部２０、一次電圧理論値演算部２１、第３減算器２２、第１スイッチ２３、二次抵抗補償器２４、第３比較器２９については、実施形態１の図３と同様であるため、ここでの説明は省略する。

【0083】

第２除算器２８は、基底回転角速度をモータ回転電気角周波数ω_rで除算する。第３比較器２９は、モータ回転電気角周波数ω_rと基底回転角速度を比較し、モータ回転電気角周波数ω_rの方が大きい場合１を出力し、それ以外の時０を出力する。第２スイッチ３０は、第３比較器２９の出力が１の時に第２除算器２８の出力を出力し、第３比較器２９の出力が０の時に１を出力する。

【0084】

第４乗算器３１は、トルク閾値と第２スイッチ３０の出力を乗算して補正トルク閾値を出力する。第４比較器３２は、補正トルク閾値とトルク指令値Ｔｏｒｑｕｅ^*を比較し、トルク指令値Ｔｏｒｑｕｅ^*が補正トルク閾値よりも小さい場合に１を出力し、それ以外の時に０を出力する。第２ＡＮＤ回路３３は第４，第２比較器３２、２６の出力が両方１のとき１を出力する。

【0085】

図５に示すように、第４乗算器３１では、トルク指令値Ｔｏｒｑｕｅ^*のトルク閾値に対して、（２０）式の係数Ｋ₁を乗算する。

【0086】

【数20】

【0087】

ここで、ω_rbaseは基底回転角速度である。

【0088】

モータ回転電気角周波数ω_rとトルク指令値Ｔｏｒｑｕｅ^*が周波数閾値、補正トルク閾値よりも小さいときは二次抵抗補償器２４の入力を０とする。

【0089】

トルク指令値Ｔｏｒｑｕｅ^*で不感帯処理を実施する場合において、基底回転角速度ω_rbase以上の範囲ではｑ軸電流とトルク指令の間に（１９）式の関係が成り立たなくなる。

【0090】

基底回転角速度ω_rbase以上では、二次磁束を減少させるために、ｄ軸電流指令値を（２１）式のように制御する。

【0091】

【数21】

【0092】

ここで、Ｉ_1dbase：基底回転速度以下でのｄ軸電流指令値である。

【0093】

基底回転速度以上では、ｑ軸電流指令値Ｉ_1qは（２２）式のように制御する。

【0094】

【数22】

【0095】

不感帯処理としてｑ軸電流指令値Ｉ_1q ^*を使用した場合と同様の効果を得るためには、（２０）式の係数Ｋ₁をトルク閾値に乗算して補正トルク閾値とする必要がある。

【0096】

これにより、トルク指令値を不感帯処理に使用した場合においても、基底回転速度以上で適切に二次抵抗変動補償が可能となり、高精度なトルク制御が実施可能となる。

【0097】

以上示したように、本実施形態２によれば、実施形態１と同等の効果としつつ、トルク指令値を用いて不感帯処理を実施する。この場合において、定出力範囲においても適切に補正トルク閾値を設定することにより、二次抵抗変動補償を実施することができる。

【0098】

［実施形態３］
本実施形態３における誘導電動機の制御装置の全体構成図は、実施形態１，２と同一であるため省略する。

【0099】

図６に本実施形態３における二次抵抗変動補償処理部１４を示す。一次電圧検出値演算部２０、一次電圧理論値演算部２１、第３減算器２２、第１スイッチ２３、二次抵抗補償器２４は実施形態１，２と同様であるため説明を省略する。ｑ軸電流指令値Ｉ_1q ^*と比較する電流閾値は、モータ回転電気角周波数ω_rに応じたテーブル３４で事前に計算した値を保持する。テーブル３４はモータ回転電気角周波数ω_rに応じた電流閾値を出力する。

【0100】

第４比較器３５は、テーブル３４から出力された電流閾値とｑ軸電流指令値Ｉ_1q ^*と比較する。ｑ軸電流指令値Ｉ_1q ^*が電流閾値よりも小さいとき１を出力し、それ以外の時は０を出力する。

【0101】

ｑ軸電流指令値Ｉ_1q ^*は、（１７）式に示されているように複雑な式の形をしているため、常時計算を実施するのは複雑な処理が必要となる。モータ回転電気角周波数ω_rがわかっていれば、ｄ軸電流Ｉ_1dもわかる。また、運転用途に応じて二次抵抗の変動補償範囲を見積もっておけば事前に計算可能となる。

【0102】

電流閾値を複数のモータ回転電気角周波数ω_rの点で演算して、テーブルとして設定する。モータ回転電気角周波数ω_rの設定点数は用途に応じて求められる回転数とトルクの精度に応じて設定すればよい。

【0103】

これにより、常時複雑な演算を実施せずに簡易な構成で各運転条件において適切な閾値を設定することが可能となる。

【0104】

以上示したように、本実施形態３によれば、複雑な演算処理を実施することなく、簡易な構成であるが実施例１，２よりもより高精度に二次抵抗変動補償を実施することが可能である。

【0105】

以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。

【符号の説明】

【0106】

１…磁束電流指令値演算部
２…トルク電流指令値演算部
３、４…第１、第２減算器
５、６…電流制御器
７…ＰＷＭインバータ
８…電流検出器
９…三相二相変換器
１０…すべり演算部
１１…速度検出器
１２…第１加算器
１３…積分器
１４…二次抵抗変動補償処理部
ＩＭ…誘導電動機
ｐｐ…回転位置検出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】