JPH04217897A - 誘導電動機のトルク制限方法及び制御方法 - Google Patents

誘導電動機のトルク制限方法及び制御方法

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JPH04217897A
JPH04217897A JP3013774A JP1377491A JPH04217897A JP H04217897 A JPH04217897 A JP H04217897A JP 3013774 A JP3013774 A JP 3013774A JP 1377491 A JP1377491 A JP 1377491A JP H04217897 A JPH04217897 A JP H04217897A
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山添 勝
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蓑和 弘文
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新一 石井
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】この発明は、電圧形インバータに
より誘導電動機を駆動する場合のトルク制限方法及び制
御方法に関する。 【0002】 【従来の技術】図23に、汎用の誘導電動機(以下、モ
ータという)を駆動する電圧形インバータとしての汎用
インバータ(主としてインバータの出力電圧Vと出力周
波数fとの比を制御するV/f制御を行なう)の一構成
例を示す。同図において、周波数設定器7により与えら
れた周波数設定値は加減速演算器6に与えられ、ある決
められた加減速時間に従ってインバータ出力周波数指令
値f1*が加減速演算器6から出力される。この出力周
波数指令値f1*を入力とするV/fパターン発生器5
によるV/fパターンに従い出力電圧の大きさ|V|が
求められ、この出力電圧の大きさ|V|と周波数指令値
f1*とから3相の出力電圧指令va*,vb*,vc
*が3相正弦波発生器4により求められる。この3相電
圧指令va*,vb*,vc*がPWM回路3に入力さ
れ、電圧形インバータ2のスイッチング素子のオンオフ
を決めるPWM信号が電圧形インバータ2に与えられ、
3相電圧指令va*,vb*,vc*に応じたインバー
タ出力電圧が得られてモータ1に給電されることにより
、モータ1は所望の運転状態になる。 【0003】このような汎用インバータにおいては、そ
の出力トルクは管理されず、例えば負荷が重くなってく
るとインバータ出力電流(すなわちモータ一次電流、以
下単に一次電流という)が増加し、この一次電流の値が
インバータ2の保護レベルである電流制限レベルに達し
たならば電流が一定になるようにインバータ2が動作す
るため、モータ1の出力トルクは急激に減少してモータ
1の速度が低下し、場合によってはストールしてしまう
ことがある。図24はV/f制御を行なった場合のモー
タ1の速度−トルク特性の一例である。一次電流i1が
制限に達しない範囲ではトルクτはすべり周波数にほぼ
比例して増えるが、一旦電流制限にかかって一次電流i
1が一定状態になると、図24に示すようにトルクτは
急激に減少する。このため、モータ1を急激に加速する
場合でも、十分な加速トルクを得るために一次電流が増
え、これが電流制限レベルに達すると出力トルクが減少
してそのためにモータ1が加速されないという現象が発
生していた。 【0004】これに対して、一次電流が制限レベルに達
したことを検知すると直ちにインバータ出力周波数の増
加を停止させるかもしくは減少させ、モータ1の回転周
波数がインバータ出力周波数に接近してすべりが減少し
、一次電流が制限レベル以内になるのを待って再加速を
行なう方法が従来から採られていた(日本電機工業会技
術資料第148号:インバータドライブの適用指針参照
)。 【0005】一方、このような汎用インバータでは、モ
ータ1が制動モードになってモータ1からインバータ2
にパワーが回生されてくるとインバータ2の直流中間電
圧が上昇する。通常、この種の汎用インバータにおいて
は、主回路を過電圧から保護するべく直流中間電圧をあ
る値以下に抑えるように、直流中間回路に並列に抵抗(
以下、DB抵抗という)及びパワースイッチ素子からな
る回路を接続し、直流中間電圧が上昇すると上記パワー
スイッチ素子をオンしてDB抵抗によりパワーを消費さ
せて過電圧を防ぐようになっている。また、DB抵抗を
使用しない場合は、インバータ2の制御電源等により消
費されるパワー以上に回生しなければよいという観点か
ら、長い時間をかけてモータ1を減速することで回生パ
ワーを抑える方法が採られていた。更に、インバータ2
の主回路電源が停電等で消失した場合には、直流中間電
圧が低下して装置を正常に運転することができなくなる
ため、直流中間電圧を常に監視してこれがある値以下に
なったら主回路電源が消失したと判断し、保護のために
インバータ2を停止する処置が採られていた。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】前述したように従来の
汎用インバータでは、トルクはなるがままの状態で管理
されていないため、重負荷時や急加速の場合に一次電流
が電流制限レベルに達したならばモータのトルクが急激
に減少し、トルク不足になってストールしたりする問題
があった。また、負荷に許容されるトルク以上の過大な
トルクが、インバータの出力し得る範囲で負荷にかかっ
たりすることも発生していた。この場合にトルクを制限
する従来の方法として、一次電流が電流制限レベルによ
って制限されたことにより、インバータ出力周波数を操
作することが行なわれているが、モータトルクをある与
えられたレベル内に制限することはできなかった。第1
及び第2の発明は上記問題点を解決するためになされた
もので、その目的とするところは、V/f制御を行なう
汎用インバータによってモータのトルクを管理し、重負
荷時や急加速時のトルク急減、負荷に対する過大トルク
出力等を防止する誘導電動機のトルク制限方法を提供す
ることにある。 【0007】また、従来の汎用インバータでは、前述し
たようにモータ制動時に回生されるパワーを消費するた
めのDB抵抗やパワースイッチング素子、更にはその制
御回路が必要であり、コストの上昇及び装置の大型化を
招く欠点があった。また、DB抵抗を使用しない場合に
は、減速時間の長期化を招いていた。一方、主回路電源
が停電した場合にはインバータ動作を一旦停止するため
、停電回復時にモータの状況に応じてインバータ出力を
準備したりしてモータの拾い込みを行うなど、運転復帰
に時間がかかるという欠点があった。第3ないし第5の
発明は上記問題点を解決するためになされたもので、そ
の目的とするところは、モータ制動時にモータからの回
生パワーを抑えるようにトルク制限指令値を小さくし、
インバータの直流中間電圧の異常上昇を防いでDB抵抗
やパワースイッチ素子を不要とし、比較的短い減速時間
でモータの制動を可能にすると共に、主回路電源停電時
にも可能な限りインバータの運転を継続して停電回復時
に直ちに停電前の運転状態に復帰できるようにした誘導
電動機のトルク制限方法を提供することにある。 【0008】更に、上記各発明ではPI調節器等からな
るトルク制限調節器のゲインが固定されており、モータ
の定トルク領域以外で制御系のゲインが低下するため、
モータの発生トルクを制御する能力が低下するという問
題があった。第6の発明は上記問題点を解決するために
なされたもので、その目的とするところは、トルク制限
調節器のゲインをV/fパターンから定まるモータの一
次磁束の大きさに応じて可変とし、モータの定出力領域
においても所望のトルク制限性能が得られるようにした
誘導電動機のトルク制限方法を提供することにある。 【0009】また、第7の発明は、前記第1または第2
の発明においてトルク演算に用いる電動機の一次磁束演
算値のリプルを除去可能とした誘導電動機の制御方法を
提供することを目的とする。更に、第8の発明は、V/
f制御により駆動される電動機の磁束制御方法において
、電動機の一次磁束を高精度に制御して所望のトルクを
得、しかも磁束調節系のソフトウェア化を容易にした誘
導電動機の制御方法を提供することを目的とする。 【0010】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第1及び第2の発明は、汎用インバータの出力電圧
及び出力電流からモータのトルクを演算してトルク制限
指令値と比較し、その結果に応じてインバータ出力周波
数を操作することによりモータのトルクを制限するよう
にしたものである。すなわち第1の発明は、前記インバ
ータの出力電圧と出力電流とに基づき前記モータのトル
クを演算し、このトルク演算値の大きさが別途与えられ
たトルク制限指令値の大きさより大きい場合に前記トル
ク演算値とトルク制限指令値との偏差に応じた周波数操
作量をトルク制限調節器から出力させ、前記モータ駆動
時には前記出力周波数を下げるように、また、前記モー
タ制動時には前記出力周波数を上げるように前記出力周
波数を操作することを特徴とする。なお、前記トルク演
算値が前記トルク制限指令値より小さい場合に前記トル
ク制限調節器の出力が零であれば前記トルク制限調節器
の入力を零とし、それ以外の場合には前記偏差をトルク
制限調節器の入力とすることが望ましい。また、モータ
が駆動運転される場合には、トルク制限調節器の出力で
ある周波数操作量の大きさをインバータの運転周波数指
令値までに制限すると共に、モータが制動運転される場
合には、前記周波数操作量の大きさをモータの最大すべ
り周波数までに制限することが望ましい。 【0011】また、第2の発明は第1の発明におけるモ
ータのトルク演算方法に特徴を有するもので、前記イン
バータの出力電圧を時定数T1、検出ゲインK1の電圧
検出フィルタを介して検出し、この電圧検出フィルタの
出力信号E1と前記インバータの出力電流i1とを3相
/2相変換器により直交する2軸成分に分解して直交2
相信号(i1α,i1β),(E1α,E1β)に変換
し、前記時定数T1、検出ゲインK1、前記モータの一
次抵抗R1及び前記インバータの出力角周波数ω1から
、次の数式1、数式2、数式3に従って前記モータのト
ルク演算値τ0を求め、第1の発明と同様にこのトルク
演算値の大きさとトルク制限指令値の大きさとの比較結
果に応じてインバータの出力周波数を操作するものであ
る。 【0012】 【数1】       【0013】 【数2】       【0014】 【数3】 ■      【0015】なお、この場合、インバー
タ出力周波数がインバータ電圧検出フィルタのカットオ
フ周波数に比べて十分高い場合には、以下の数式4によ
ってトルクを演算し、それ以外の周波数領域では前述の
数式3に従ってトルクを演算すればよい。 【0016】 【数4】 【0017】第3の発明は、第1の発明にかかるモータ
のトルク制限方法において、前記トルク制限指令値とし
てモータの駆動トルク制限指令値及び制動トルク制限指
令値を有し、モータの制動時には、インバータの損失(
インバータの制御電源等における消費パワーや各種のロ
ス)に相当するモータからの回生パワーに対応する制動
トルク制限指令値をトルク演算値との比較に用いるもの
である。 【0018】第4の発明は、前記トルク制限指令値とし
てモータの駆動トルク制限指令値及び制動トルク制限指
令値を有すると共に、モータの制動時において、インバ
ータの直流中間電圧を保護レベル以下の一定範囲内に抑
えるように、インバータの直流中間電圧に応じて、コン
パレータ及び接点の動作によりインバータの前記損失相
当の回生パワーに対応する制動トルク制限指令値と、こ
の制動トルク制限指令値よりも小さい別の制動トルク制
限指令値とを切り換えてトルク演算値との比較に用いる
ものである。 【0019】第5の発明は、前記トルク制限指令値とし
てモータの駆動トルク制限指令値及び制動トルク制限指
令値を有すると共に、モータの直流中間電圧が一定値に
まで低下したことをコンパレータにて検知し、これによ
りインバータの主回路電源の停電を検出してこの停電検
出によりモータを制動モードに切り換えると共に、イン
バータの動作を継続するのに必要なパワーのみをモータ
から回生するように接点を介して選択した制動トルク制
限指令値を前記トルク演算値との比較に用いるものであ
る。 【0020】第6の発明は、上記第1の発明において、
電動機の一次磁束の大きさに応じてPI調節器等からな
るトルク制限調節器のゲインを可変としたものである。 【0021】第7の発明は、モータの端子電圧及び一次
電流を同一の時定数を持つ一次フィルタにそれぞれ入力
すると共に、前記時定数を、インバータの動作周波数範
囲において一次フィルタ特性をほぼ積分特性とみなせる
値に設定し、前記各一次フィルタの出力信号に基づいて
モータの一次磁束を演算し、この一次磁束演算値に基づ
いてトルクを制御するものであり、具体的には、各一次
フィルタの時定数T1及び検出ゲインK1、各一次フィ
ルタの出力信号E1及びi1、誘導電動機の一次抵抗R
1、前記一次フィルタとは別に設けた積分特性を得るた
めの一次フィルタの時定数T2及び検出ゲインK2、微
分演算子pに基づき、一次磁束Φ1を以下の数式5に従
って演算するものである。 【0022】 【数5】 【0023】第8の発明は、上記第7の発明により求め
た一次磁束演算値Φ1をインバータの出力周波数で回転
する直交2軸上の成分Φ1d,Φ1qに変換し、一次磁
束指令値Φ1*の前記直交2軸上の成分Φ1d*,Φ1
q*と前記直交2軸上の成分Φ1d,Φ1qとの偏差が
ゼロになるように調節器により調節動作させ、前記調節
器の出力である端子電圧指令値の直交2軸成分を固定子
軸上の各相電圧指令値に変換してインバータに与えるも
のである。 【0024】 【作用】第1または第2の発明によれば、汎用インバー
タの出力電圧及び出力電流からトルクを演算し、このト
ルク演算値をトルク制限指令値と比較してその結果に応
じてインバータ出力周波数を操作することにより、モー
タのすべり周波数を制御して重負荷時や急加速時などに
一次電流を制限にかけることなくトルクの低下を防ぐよ
うに出力トルクをトルク制限指令値以下に制限し、モー
タがストールするのを防止すると共に、負荷に過大なト
ルクがかかるのを防ぐことができる。 【0025】第3または第4の発明によれば、モータの
制動時にインバータへの回生パワーを抑制するような小
さい制動トルク制限指令値を選択することにより、DB
抵抗を用いずともインバータの直流中間電圧の上昇を防
止し、比較的短い時間でのモータの減速が可能になる。 【0026】第5の発明によれば、主回路電源の停電時
において、モータの回転エネルギーからインバータの運
転継続に必要なパワーだけ回生するような制動トルク制
限指令値を選択して直流中間電圧をインバータの運転に
必要な値に保つため、主回路電源停電時にもインバータ
の運転を継続することができ、電源復帰時には直ちに停
電前の運転状態に戻すことができる。 【0027】第6の発明によれば、PI調節器等からな
るトルク制限調節器のゲインを、V/fパターンから定
まるモータの一次磁束Φ1の大きさにより変化させるこ
とで、モータの制御系のゲインが低下する定出力領域に
おいて、インバータの出力周波数が変化した場合でも常
に同一のトルク制限性能を得ることができる。 【0028】第7の発明によれば、端子電圧検出用及び
一次電流検出用の一次フィルタの時定数を同一にするこ
とにより、電流リプル成分が除去された信号を用いて簡
単な演算式にて一次磁束を演算でき、一次磁束演算値の
リプルを少なくすることができる。また、第8の発明に
よれば、第7の発明による一次磁束演算値を磁束調節系
のフィードバック信号として用いることにより、低周波
数領域においてモータ一次抵抗による電圧降下を考慮し
た制御が可能になり、指令値どおりの所望のトルクを得
ることができる。更に、一次磁束演算値をインバータ出
力周波数で回転する直交2軸上の成分に分解することに
より、磁束変化分に対してのみ応答する調節器を構成可
能としてソフトウェア化が容易になり、CPU等の負担
を少なくすることができる。 【0029】 【実施例】以下、図に沿って本発明の実施例を説明する
。図1は第1の発明にかかる実施例の構成を示しており
、図23と同一の機能については同一の符号を付して説
明を省略する。図1においてインバータ2の出力電圧、
モータ1の一次電流は絶縁検出器13及び電流検出器1
2によりそれぞれ検出され、出力電圧は電圧検出フィル
タ9を通して一次電流と共にトルク演算器8に入力され
る。演算されたトルク演算値τ0は加算器19において
トルク制限指令値τrと比較され、その偏差Δτ=τ0
−τrは比例調節器(P調節器)と積分調節器(I調節
器)からなるトルク制限調節器10に与えられる。なお
、19′はトルク偏差演算部である。また、トルク制限
調節器10の出力Δfはリミッタ18により別途与えら
れるリミッタ値内に制限された後、加算器11において
加減速演算器6の出力f**から減算され、その結果が
インバータの出力周波数指令値f*としてV/fパター
ン発生器5に与えられる。 【0030】ここで、トルク制限調節器10は例えば速
度調節器等に適用されているものと異なり、トルク演算
値τ0の大きさがトルク制限指令値τrの大きさより大
きくなった時にだけ調節動作を開始するように作られて
いる。例えば、モータ駆動時ではトルク制限調節器出力
ΔfはΔf≧0になるように制限される。すなわち、Δ
f<0ならばΔf=0とする。いまトルク演算値τ0が
トルク制限指令値τrより小さければ(Δτ<0)、ト
ルク制限調節器出力はΔf=0となり、インバータ出力
周波数は加減速演算器6の出力f**と一致している。 そして、負荷が変化してΔτ>0(トルク演算値τ0が
トルク制限指令値τrを越えた状態)になると、トルク
制限調節器出力はΔf>0となる。加減速演算器6はΔ
f≠0の条件で出力をホールドし、その結果インバータ
出力周波数指令値f*はΔfだけ下がることになる。こ
れはモータ1のすべり周波数を小さくしたことになり、
出力トルクが小さくなる。この結果、Δτ<0となるが
トルク制限調節器10の出力は調節器により決まる速さ
でΔf=0になる。モータ制動時においてはトルク制限
指令値τrを越えた場合にΔτ<0となり、その結果Δ
f<0となってやはりモータ1のすべり周波数を小さく
するように働く。以上のようにこのトルク制限ループは
制限指令値τrを越えたトルクの量に応じてモータ1の
すべり周波数を変えることにより、モータ1の発生トル
クをトルク制限指令値以下に制限する機能を持つ。 【0031】前記トルク制限方法を実現するためにはト
ルクを検出(演算)する必要があり、汎用インバータに
おいてトルク演算に使える情報としては、インバータ出
力電流、インバータ出力電圧がある。トルクを演算する
方法としては、モータの一次磁束ベクトルΦ1と一次電
流ベクトルi1とのベクトル積を示す次の数式6がよく
知られており、この数式6における一次磁束ベクトルΦ
1は、モータ端子電圧ベクトルV1と一次電流ベクトル
i1及びモータ一次抵抗R1から数式7によって求める
ことができる。なお、以下の各数式においてゴシック体
で示した記号はベクトル量を表している。 【0032】 【数6】 【0033】 【数7】 【0034】汎用インバータに適用されている電圧形イ
ンバータの出力電圧はPWM信号により制御された電圧
パルスになっているため、その検出には一次フィルタが
用いられる。一次フィルタの出力電圧ベクトルE1は次
の数式8で表される。この数式8において、T1は一次
フィルタの時定数、K1は検出ゲイン、pは微分演算子
を示す。 【0035】 【数8】 【0036】従って、次の数式9を前記数式7に代入す
ると、数式10を得る。 【0037】 【数9】 【0038】 【数10】 【0039】よってこの数式10に従って演算すれば、
モータの一次磁束ベクトルΦ1を求めることができ、前
記数式6によってトルクτを求めることができる。しか
し、数式10における積分を実現するためには種々の問
題がある。特に、マイコンを使ったソフトウェアで実現
する場合、■完全積分をソフトウェアで実現するとE1
やi1の検出オフセットにより飽和する。■サンプリン
グ時間としてE1やi1の周波数に対して十分に速い必
要があり、マイコンに対する負担が大きい等の問題があ
る。 【0040】そこで、第2の発明は上記問題点を解決す
るためのもので、具体的には、トルク演算器8における
トルク演算方法に特徴を有している。ここで、前記各ベ
クトル量(Φ1,E1,i1)をモータの固定子側にと
った直交2軸(α,β)成分に分解して考える。例えば
、Aをある一定角周波数ωで回転するベクトルとすると
、このベクトルAは周知のように数式11で表すことが
できる。なお、数式11においてθ=ωtである。 【0041】 【数11】 【0042】上記数式11のベクトルAを積分すると、
ベクトルBに関する次の数式12を得る。 【0043】 【数12】 【0044】従って、数式10の積分項に上記数式12
の考え方を適用すると、直交2軸(α,β)上での一次
磁束ベクトルΦ1の各成分は次の数式13、数式14に
よって求めることができ、これらの数式は積分の要素を
含まない(すなわち、速いサンプリングを必要としない
)ため、マイコンの負担は軽減される。 【0045】 【数13】       【0046】 【数14】       【0047】一方、数式6のトルクの演算
式は次の数式15のように書くこともできる。 【0048】 【数15】 ■      【0049】3相信号から直交2軸(α
,β)成分への変換は、一般によく知られている3相/
2相変換式である数式16を使えば簡単に求めることが
できる。 【0050】 【数16】 【0051】図2は前記数式13、数式14、数式15
を実現するためのトルク演算器8の構成を示している。 図において、801,802は3相/2相変換器、80
3〜806は電圧検出フィルタ9の時定数及びモータ一
次抵抗R1により決まるゲインの設定器、807,80
8,810,815はそれぞれ減算器、809は加算器
、811,812は除算器、813,814は乗算器で
ある。この例では、演算を簡単にするため電圧検出フィ
ルタ9として時定数と検出ゲインとの関係をT1=K1
としてある。 【0052】インバータ出力電圧検出フィルタ(一次フ
ィルタ)9のカットオフ周波数に比べてインバータ出力
周波数が十分高い場合には、この検出フィルタの特性は
積分特性と見なすことができ、更にモータ一次抵抗R1
による電圧降下分がモータ一次電圧に比べて無視できる
場合は、前記インバータ出力電圧検出フィルタの出力信
号E1はモータの一次磁束と見なすことが可能である。 従って、トルク演算式としては(K1=T1とした)、
次の数式17を適用することができ、演算が簡単になる
。 【0053】 【数17】       【0054】このトルク制限方法で用いら
れるトルク制限調節器10は、先に述べたようにトルク
演算値τ1の大きさがトルク制限指令値τrの大きさよ
り大きくなった場合に調節動作を始める。例えば、駆動
時には調節器出力ΔfはΔf>0となり、加減速演算器
6の出力から減算されることによりインバータ出力周波
数を下げる働きをする。これによりすべりを一定に保と
うとし、トルクが増加するのを防ぐ。その結果、Δτ=
τ0−τr<0になるが調節器出力Δfは直ちに零には
ならず、Δτの大きさと制限調節器10の特性により決
まる速さでΔfは減少し零になる。 【0055】すなわち駆動時の場合、調節器出力Δf=
0の場合(トルク制限動作をしていない)はτ0−τr
<0ならば制限調節器入力をΔτ=0とし、τ0−τr
>0ならばΔτ=τ0−τrとする。Δf≠0の場合(
トルク制限動作をしている)は制限調節器入力をΔτ=
τ0−τrとする。この特性を図示すると図3のように
なる。 こうすることにより、トルク制限動作がスムーズに行な
われる。一方、制動時の場合には、トルクの極性をマイ
ナスとすれば同様に考えられる。このトルク制限動作に
よりインバータ出力周波数は操作されるが、モータの駆
動時は出力周波数を下げる方向に働き、制動時は出力周
波数を上げる方向に働く。従って、トルク制限調節器1
0の出力Δfに対するリミッタ18としては、駆動時に
は加減速演算器6の出力で決まる運転周波数指令値f*
*までとし、制動時にはモータの速度上昇を防ぐために
最大すべり周波数ωslmaxまでに制限することが要
求される。 【0056】以上の実施例は正転時に駆動トルクを正、
制動トルクを負とした場合について述べた。モータの逆
転時においても同様の考え方をすることにより、トルク
制限機能を得ることができる。すなわち前記数式13、
数式14においてω1を符号付(正転時に正、逆転時に
負)として扱えばよい。トルク演算値の極性は加減速演
算器6の出力周波数を絶対値として扱うか、正負の値と
して扱うかによる。例えば、絶対値として扱う場合はト
ルク演算値は別途決まる出力周波数極性により駆動トル
クが正、制動トルクが負となるように演算する必要があ
る。具体的には出力周波数極性が正の時は+1を、出力
周波数極性が負の時は−1を数式15等で求めたトルク
演算値に掛けることで求めることができる。何れにして
も、先に述べた制限方法の考え方を実現するようにすれ
ばよい。図4は本発明によって改善されたモータの速度
−トルク特性の一例である。同図から明らかなように、
本発明によれば一次電流i1を電流制限レベル内の一定
値に抑えた状態でモータ1のトルクτを一定の制限レベ
ル(トルク制限指令値τr)に制限することが可能であ
る。 【0057】図5は磁束制御形PWMインバータに本発
明を適用した場合の回路構成を示している。なお、図1
と同一の機能については同一の符号を付して説明を省略
する。図5において、磁束検出器(一次フィルタを使用
)17はインバータ出力電圧を入力とし、その出力は磁
束としてV相磁束演算器16(U相,W相の磁束を検出
した場合であって具体的にはV相=−(U相+W相)の
演算を行なう)及び加算器20a,20b,20cを経
由して磁束調節器15a,15b,15cにフィードバ
ックされる。加算器11の出力すなわちインバータ周波
数指令値f*は、磁束パターン発生器14に与えられて
磁束の大きさが決められる。3相正弦波発生器4は磁束
の大きさと周波数指令値とから磁束指令値を発生し、加
算器20a,20b,20cを介して前記磁束調節器1
5a,15b,15cに与える。そして、磁束調節器1
5a,15b,15cの出力である電圧指令値はPWM
回路3に与えられる。ここで、出力電圧検出フィルタと
しては磁束検出器17を用いることができ、その出力信
号をトルク演算器8に入力してトルクを演算する。この
ように、本発明は磁束制御形PWMインバータに対して
も適用することができる。 【0058】次に、第3の発明の実施例について、図6
及び図7を参照しつつ説明する。前述したようにこの第
3の発明及び後述する第4の発明は、モータ1の制動時
におけるインバータ2の直流中間電圧の異常上昇を防止
しようとするものである。すなわち、前述した第1及び
第2の発明におけるトルク制限指令値τrとしては、駆
動用及び制動用が用意されており、モータ1の運転モー
ド(駆動/制動)に応じたトルク制限指令値τrが選択
されて使用される。いま、DB抵抗なしでモータ制動時
に回生パワーによる直流中間電圧の上昇を防ぐためには
、インバータ2の制御電源等で消費される損失相当のパ
ワー以上にモータ1から回生しなければよい。このため
、従来では減速時間を充分長く設定することにより回生
パワーを抑えていた。一方、モータ1の回転角速度をω
2、回生パワーをP1、インバータ出力角周波数をω1
とすると、トルクτは次の数式18により表すことがで
きる。 【0059】 【数18】       【0060】従って回生パワーP0を、イ
ンバータ制御電源の消費パワー、各種ロスの合計パワー
(インバータ2により発生する損失に相当するパワー)
に等しく設定して一定値とし、インバータ出力周波数ω
1に応じ各出力周波数での適切なトルクを演算してトル
ク制限指令値τrとして与えることにより、モータ制動
時においても直流中間電圧の異常上昇を防ぐことができ
、これによってDB抵抗なしでモータ1を回生制動運転
(回生回避運転)することができる。更に、回生できる
適切なパワーを設定することで、DB抵抗がない場合に
おけるインバータ2の最大能力でのモータ減速が可能に
なる。 【0061】図6は、このような点に鑑みてなされた第
3の発明の一実施例である。なお、この実施例を始めと
して以下の各実施例は、前記図1におけるトルク偏差演
算部19′でのトルク制限指令値τrの生成回路に特徴
を有しており、モータ1の駆動回路の構成は図1と同一
である。図6において、21はトルク演算値τ0が入力
されるコンパレータである。このコンパレータ21は、
トルク演算値τ0に基づいてモータ1が駆動モードにあ
るか制動モードにあるかを判断して接点S1を駆動する
ものであり、接点S1を切り換えることにより駆動トル
ク制限指令値τD*と第1の制動トルク制限指令値τr
1*とを切り換え、いずれか一方をトルク制限指令値τ
rとして加算器19に出力するように構成されている。 【0062】更に、制動トルク制限指令値は、回生回避
運転を選択するか否かに応じて接点S2を切り換えるこ
とにより、2つの指令値を切り換えてトルク制限指令値
τrとするようになっている。すなわち、DB抵抗を用
いた通常の制動モードでは前記第1の制動トルク制限指
令値τr1*を用い、回生回避運転が選択された場合に
は接点S2を切り換え、回生パワーP0及びインバータ
出力角周波数ω1を入力とする割算器22により前記数
式17の演算を行って求めた制動トルク制限指令値がト
ルク制限指令値τrとして加算器19に出力される。こ
のように構成することにより、回生回避運転モードでは
インバータ制御電源の消費パワーや各種のロスの合計値
である一定の回生パワーP0と、インバータ出力角周波
数ω1とに基づく適切なトルクを演算し、これをトルク
制限指令値τrとして与えることができ、その結果とし
て、インバータ2の直流中間電圧の異常上昇を防止する
ことができる。 【0063】次に、図7は第3の発明の他の実施例であ
る。この実施例では、上記実施例のように回生パワーP
0とインバータ出力角周波数ω1とから制動トルク制限
指令値を演算する代わりに、ある周波数(例えば定格周
波数)でのトルクを求めてこれを第2の制動トルク制限
指令値τr2*とし、この指令値τr2を回生回避運転
モードにおいて用いるものである。この場合、トルク制
限指令値τ■rの生成回路の構成は、図6における割算
器22が不要であるほかは図6と同様であり、その動作
も基本的に図6と同一であるため、説明を省略する。 【0064】上述したように第3の発明によれば、回生
回避運転モードにおいて適切なトルク制限指令値τrを
得て、直流中間電圧の上昇を一応防止することができる
。しかるに上記方法において、例えば図6に示した実施
例では、回生パワーP0の設定のためにインバータ制御
電源の消費パワーや各種のロスを求めなければならず、
また、回生パワーP1として適切な値を与えなければ直
流中間電圧の上昇が起こり、保護レベル(OVレベル)
に達してインバータ2が停止してしまうことがあり得る
。第4の発明はこの点に着目したもので、インバータ2
の直流中間電圧を検出し、この電圧が上記保護レベルよ
り少し低いレベル(VHレベル)に達したかどうかを検
出するVHコンパレータを設け、仮に直流中間電圧がV
Hレベルに達したならば、回生パワーが大き過ぎると判
断して先に与えた回生パワー設定値P0をP01(P0
1<P0)に低下させ、これにより回生パワーを減少さ
せて直流中間電圧の上昇を抑えるようにしたものである
。この結果、直流中間電圧がVHレベルよりも小さくな
れば再び回生パワー設定値をP0に復帰させる。このよ
うに回生パワーの設定値P0を、直流中間電圧がVHレ
ベルに達したならば当初の値よりも小さな値に切り換え
ることで、直流中間電圧が保護レベルにまで上昇するこ
とがなく、インバータが停止するのを防ぐことができる
。 【0065】図8は第4の発明の一実施例を示すもので
、この実施例は、上述した回生パワー設定値P0の制御
を複数の制動トルク制限指令値の切り換えにより実現し
たものである。すなわち、図8において、加算器19、
コンパレータ21、接点S0,S2等の接続構成は図7
と同様であり、図7と異なるのは、回生回避選択モード
における制動トルク制限指令値として第2及び第3の制
動トルク制限指令値τr2*,τr3■*を有する点、
及びこれらの指令値τr2*,τr3*をVHコンパレ
ータ23の出力により切り換わる接点S3によって選択
できるようにした点である。上記第2の制動トルク制限
指令値τr2*は、前述の如く数式18に基づきある出
力周波数(例えば定格周波数)ω1のもとで求めたトル
ク制限指令値である。一方、第3の制動トルク制限指令
値τr3*については、τr3*<τr2*(前述した
P01<P0の関係に相当する)となる値を予め設定し
ておく。 【0066】図9はこの実施例の動作を示すものであり
、VHコンパレータ23は直流中間電圧EdがVHレベ
ルに達したかどうかを検出している。いま、モータ1の
制動モードになり、第2の制動トルク制限指令値τr2
*により制限されたパワーがモータ1からインバータ2
に回生されてその結果直流中間電圧EdがEd0から上
昇し、VHレベルであるEd1に達したならば、VHコ
ンパレータ23の出力により接点S3が切り換わり、第
3の制動トルク制限指令値τr3*が選択される。これ
により直流中間電圧Edが低下し、VHコンパレータ2
3のヒステリシス幅で決まるレベルEd2に達すると接
点S3は再びトルク制限指令値τr2*を選択し、直流
中間電圧Edは再び上昇する。以上の動作を繰り返すこ
とにより、直流中間電圧EdはVHコンパレータ23に
より決まる一定の電圧幅に制御され、DB抵抗なしでも
過電圧になることなくモータ1を制動することができる
。 【0067】次に、図10は第5の発明の一実施例を示
している。インバータ2の主回路電源停電時においては
、モータ1の持つ回転エネルギーを有効利用することで
運転を継続することが可能である。インバータ2の運転
を安全に継続できる最低の直流中間電圧レベルをVLレ
ベルとすると、主回路電源があれば直流中間電圧はVL
レベルより高く、主回路電源停電時にVLレベル以下に
なることから、直流中間電圧がVLレベルに達したかど
うかを判断するVLコンパレータを設け、このVLコン
パレータの出力信号に基づいて主回路電源が停電かどう
かを判断する。もし停電を検知したならば、制動時に使
うトルク制限指令値を停電時用に設けたトルク制限指令
値に切り換える。この時のトルク制限指令値はインバー
タ2の運転を継続するために必要なパワーに相当する値
である。更に、モータ1の運転モードを制動モードに切
り換えることにより、モータ1の回転エネルギーを少し
ずつ直流中間回路に戻し、主回路電源の停電に関わらず
直流中間電圧を所定の値に保持してインバータ1の運転
を継続することができる。 【0068】すなわち図10において、VLコンパレー
タ24はインバータ2の直流中間電圧がVLレベルに達
したことを検出し、主回路電源の停電を検知してタイマ
ー25及び後述する接点S3に信号を出力する。ここで
、タイマー25は主回路電源の復帰確認タイマーである
。また、タイマー25の出力は接点S2に加えられてお
り、タイマー出力による接点S2の切り換えによって第
1の制動トルク制限指令値τr1*と停電用の第4また
は第5の制動トルク制限指令値τr4*,τr5*(τ
r4*>τr5*)とを切り換えるように構成されてい
る。更に、VLコンパレータ24の出力により、第4ま
たは第5の制動トルク制限指令値τr4*,τr5*が
切り換えられるものである。 【0069】次に、この実施例の動作を図11及び図1
2を参照しつつ説明する。例えば、いま、ある周波数で
モータ1が駆動されているとする。このときトルク制限
指令値τrとしては、駆動トルク制限指令値τ0*また
は第1の制動トルク制限指令値τr1*がモータ1の運
転モードに応じて接点S1により選択されている。この
状態で主回路電源が停電し、図11に示す如く、直流中
間電圧Edがその初期値Ed0から低下してVLコンパ
レータ24のVLレベルEd3以下になったとする。こ
のとき、VLコンパレータ24の出力信号により、タイ
マー25を介して接点S2が駆動され、第1の制動トル
ク制限指令値τr1*から停電時用の第4または第5の
制動トルク制限指令値τr4*,τr5*側に切り換わ
る。このとき、モータ1の制御としては、主回路電源の
停電を検知したことにより、モータ1を強制的に制動モ
ードにする(例えば減速指令を与える)。上述したよう
なトルク制限指令値の切り換えにより、このトルク制限
指令値によって制限された回生パワーが直流中間回路に
返還される。ここで、図12に示すように、接点S3は
当初、第4の制動トルク制限指令値τr4*を選択して
いる。これによりモータ1からインバータ2にパワーが
返還され、直流中間電圧Edが図示するように上昇して
いくと共に、この電圧EdがVLコンパレータ24のヒ
ステリシス幅によって決まるレベルEd4に達すると接
点S3は第5の制動トルク制限指令値τr5*側に切り
換わる。これにより直流中間電圧Edは再び低下してい
き、以後は同様の動作が繰り返される。 【0070】なお、主回路電源が復帰したかどうかは、
直流中間電圧EdがVLコンパレータ24によって決ま
る電圧Ed4以上になった状態が、タイマー25により
設定された一定時間td以上継続したことで判別する。 図12はこの主回路電源復帰時の動作を示すものであり
、直流中間電圧Edが電圧E■d4以上になってから一
定時間td経過した時点で主回路電源の復帰が検出され
、接点S2■が再び切り換わって第1の制動トルク制限
指令値τr1*が選択されることになる。 【0071】次に、図13ないし図15は第6の発明の
一実施例を説明するためのものである。上述した各発明
において、トルク制限調節器10のゲインは通常、固定
されている。ここで、モータ1の発生トルクτとモータ
1の一次磁束Φ1とすべり角周波数ωs1との関係は、
次の数式19によって表すことができる。なお、数式1
9において、Kmはモータ定数から決まる係数、Kは1
/(KmΦ12)で表される係数である。 【0072】 【数19】 【0073】モータ1の定トルク領域ではインバータ出
力電圧が周波数に比例して変化し、その結果、一次磁束
Φ1をほぼ一定とすることができるので、数式19にお
ける係数Kが一定になる。従って、すべり角周波数ωs
lは出力周波数によらずトルクτにより定まる。これに
対してモータ1の定出力領域ではインバータ出力電圧が
一定になるため、一次磁束Φ1は図13に示すように周
波数fに反比例する関数となる。このため、係数Kは一
次磁束Φ1の大きさによって変化することになる。一方
、汎用インバータによって汎用モータを駆動する用途に
おいては、モータの定出力領域まで使用することが多く
、どの出力周波数でも同じトルク制限性能を得るために
は、上記係数Kの変化に応じてトルク制限調節器のゲイ
ンを変化させることが好ましい。すなわち、PI調節器
等からなるトルク制限調節器のゲインを、一次磁束Φ1
に応じて変化させればよい。 【0074】第6の発明は上記の点に着目してなされた
ものであり、図14にその一実施例の構成を示す。同図
において、図1の実施例と同一の構成要素には同一の符
号を付して詳述を省略し、以下、図1の実施例に付加し
た部分を中心に説明する。まず、図14において、加算
器11の出力である周波数指令値f*は、V/fパター
ンから定まる磁束パターン発生器26に入力されている
。この磁束パターン発生器26の出力は乗算器27にお
いて自乗され、次の除算器28にて1との間で除算する
ことにより、前記数式19から明らかな如く係数Kに比
例するゲインパターン1/Φ12を得る。このゲインパ
ターン1/Φ12をトルク制限調節器10′に加えるこ
とにより、調節器10′内のPI調節器の比例ゲインを
変化させるものである。 【0075】図15はトルク制限調節器10′の一例を
示すものである。定出力領域での比例ゲインKPは、乗
算器101においてゲインパターン1/Φ12と定トル
ク領域での比例ゲインKP′を乗算することにより求ま
る。従って、入力であるΔτに対し、比例ゲインKPを
持つ乗算器102、積分器103及び加算器104によ
ってPI調節演算が行われ、トルク制限調節器10′の
出力である周波数操作量Δfが得られる。 【0076】この実施例によれば、汎用インバータのト
ルク制限調節器のゲインをV/fパターンから定まるモ
ータの一次磁束Φ1の大きさに応じて変化させることに
より、制御系のゲインが低下する定出力領域においても
良好なトルク制限性能を実現することができる。なお、
上記実施例ではゲインパターン1/Φ12をハードウェ
アにより求めることとしたが、ソフトウェアによりテー
ブル処理をしてゲインパターン1/Φ12を求めてもよ
い。 【0077】次に、図16ないし図20は第7の発明の
一実施例を示すものである。ここで前述した第2の発明
において、定常状態で成立する数式13,14を用いる
ことにより、積分要素を含むことなく一次磁束ベクトル
Φ1の各成分を求めることができる。しかるに、一次磁
束ベクトルΦ1の演算に必要なモータ一次電流i1の検
出に際し、通常はPWMによるリプルを除去する程度の
ものを使用しているため、一次電流検出信号のリプルを
完全に除去することができない。このため、特に低周波
数領域において一次磁束演算値にリプルが現われ、この
演算値を使って一次磁束を制御しようとすると上記リプ
ルが悪影響を与えることになる。更に、上記数式13,
14が定常状態で成立するものであるので、過渡状態で
の特性が劣るという問題がある。 【0078】更に、図5に示したような磁束制御形PW
M方式において、磁束検出器17は実質的に、モータの
端子電圧を積分器(実用上、運転周波数領域において積
分特性とみなせるように低いカットオフ周波数を持つ一
次フィルタ)を通して検出するものであり、その検出信
号を一次磁束相当のものとみなして調節器15a,15
b,15cにより磁束指令値に一致するように調節動作
させ、モータの一次磁束を制御するものである。また、
この技術では、固定子軸上での3相量として磁束を扱い
、アナログ回路により調節器15a,15b,15cを
構成していた。なお、磁束制御形PWM方式については
、「磁束制御形PWM方式による高性能汎用インバータ
」(電気学会産業電力応用研究会  IEA−87−6
)に詳述されている。 【0079】上述した磁束制御方法では、モータの一次
抵抗R1による電圧降下分を無視してモータ端子電圧の
積分値を一次磁束としているため、上記電圧降下分を無
視できない低周波数領域では磁束が弱まって所望のトル
クを出力できないおそれがある。また、調節器15a,
15b,15c等をソフトウェアにより実現するにあた
り、インバータの出力周波数に追随できる調節器を構成
する必要があるため、マイコンにとっての負担が大きい
という問題もある。従って、第7及び第8の発明は、前
述したような磁束演算値が有するリプルを低減し、かつ
過渡時の特性向上を図ると共に、所望のトルクを出力可
能とし、更に磁束調節系のソフトウェア化を容易にした
誘導電動機の制御方法を提供するものである。 【0080】図16は第7の発明の一実施例を示すもの
で、図1と同一の構成要素には同一の符号を付してある
。インバータ2はV/f制御により決まる周波数及び大
きさを持つ3相電圧を出力し、これによりモータ1が駆
動、制御される。モータ1の端子電圧は絶縁検出器(電
圧検出器)13により検出され、その検出信号である端
子電圧ベクトルV1は電圧検出フィルタ9に入力されて
いる。一方、モータ1の一次電流は電流検出器12によ
り検出され、その検出信号である一次電流ベクトルI1
は電流検出フィルタ31に入力されている。ここで、電
圧検出フィルタ9及び電流検出フィルタ31は同一の時
定数T1を持つ一次フィルタである。各フィルタ9,3
1の出力である一次電圧ベクトルE1、一次電流ベクト
ルi1は一次磁束演算部32に入力されており、一次磁
束演算部32はモータ一次抵抗R1、一次電圧ベクトル
E1及び一次電流ベクトルi1を用いて前記数式7によ
り一次磁束ベクトルΦ1を演算する。 【0081】なお、図16は各信号をベクトル量で表記
しているが、3相信号にて示すと図17のようになる。 同図において、13a,13cは絶縁検出器、9a,9
cは電圧検出フィルタ、12a,12cは電流検出器、
31a,31cは電流検出フィルタである。ここではa
相及びc相を用いているが、3相のうち任意の2相を用
いて演算すればよい。ここで、モータ1の一次磁束ベク
トルΦ1は端子電圧ベクトルV1、一次電流ベクトルI
1及び一次抵抗R1から前記数式7によって表される。 また、一次磁束演算部32の入力信号である各ベクトル
E1,i1は、Kvを電圧検出フィルタ9,9a,9c
の検出ゲイン、Kiを電流検出フィルタ31,31a,
31cの検出ゲイン、pを微分演算子とすると、それぞ
れ次の数式20、数式21により表される。 【0082】 【数20】 【0083】 【数21】 【0084】上記数式20,21から次の数式22を得
る。 【0085】 【数22】 【0086】上記数式22を前記数式7に代入して整理
すると、次の数式23を得る。 【0087】 【数23】 【0088】上記数式23の第2項の積分を完全積分に
より実現すると、前記数式10の場合と同様に、■検出
信号のオフセットによる飽和■ソフトウェアにより実現
する場合にインバータ周波数に対して十分に早いサンプ
リング時間が必要でマイコンの負担が大きい等の問題が
ある。このため、積分特性を一次遅れフィルタで近似し
て演算を行うこととし、一次遅れフィルタとして時定数
がT2のものを適用する。これにより、数式23は以下
の数式24のようになる。なお、数式24において、K
2は一次遅れフィルタの検出ゲインである。 【0089】 【数24】 【0090】数式24をブロック図で示すと、図18の
ようになる。この図18では各信号をベクトル量にて示
してあるが、実際に回路あるいはソフトウェアを作る場
合には3相量で扱い、各相ごとに演算する方法もある。 図19は固定直交2軸(α−β軸)上での信号を用いた
場合である。この構成は、磁束演算値を用いた制御(例
えば後述する直流自動磁束調節器(AΦR)に対して有
効である。図において、電流検出フィルタ31a,31
cの検出ゲインは一般にKiとしたが、図18及び図1
9から明らかなように、この検出ゲインKi=Kvとす
ることで演算あるいは回路が簡略化される。すなわち、
実用上は電圧検出フィルタ9a,9cとまったく同じフ
ィルタを電流検出フィルタとして用いればよい。こうす
ることにより、一次磁束Φ1を実質上、前記数式5によ
り演算することができる。また、積分器の代わりの一次
遅れフィルタのカットオフ周波数ω2(=1/T2)は
インバータの最低周波数(例えば0.5Hz)より小さ
い値に選ぶことで、インバータの動作周波数領域で十分
な積分特性を得ることができる。なお、図19において
33,34は3相/2相変換器を示し、図20は一次遅
れフィルタの特性の一例を示している。 【0091】このように、電流検出信号に対しても電圧
検出信号と同じフィルタ(インバータ周波数に対して十
分に低いカットオフ周波数を持つ:積分特性)を挿入す
ることにより、PWMによる電流リプル成分が除去され
た信号を用いて一次磁束を演算することができる。この
ため、演算結果としてリプルの少ない信号を得ることが
でき、磁束制御における悪影響を除去することができる
。なお、インバータ出力周波数の中高周波数領域では電
流に関する量の比率が小さく、磁束演算値における影響
が小さいが、本実施例では低周波数領域におけるリプル
の低減に特に有効である。 【0092】一方、V/f制御によりモータを駆動する
際、磁束を指令値どおりに制御できれば所望の発生トル
クを確保することができる。通常の磁束制御形PWM方
式においては、インバータ出力電圧の積分値(実際的に
は一次フィルタの出力信号)を磁束とみなして制御して
いる。しかるに、インバータの出力周波数の低周波数領
域では、モータの一次抵抗の影響により指令値どおりの
磁束が得られず、所望のトルクを得ることができない。 これに対して、前記磁束演算方法を用いることにより、
その磁束演算値を制御のフィードバック信号に用いるこ
とができ、これによって低周波数領域でもモータの一次
抵抗による電圧降下を考慮した制御が可能になる。この
制御方法のソフトウェア化を考えた場合、従来の交流信
号による調節器を用いると、この調節器はインバータの
出力周波数に対し十分に速い応答性を持つ必要がある。 これはマイコンのサンプリング時間の短縮化を意味し、
CPUにとって大きな負担となってコストの増加をも招
く。このため、インバータの出力周波数で回転する座標
上に検出量を変換することにより、インバータの出力周
波数成分を除き、磁束の変化分に対してのみ応答する調
節器を構成してCPUの負担を少なくすることが可能で
ある。 【0093】図21は上記の点に鑑みてなされた第8の
発明の一実施例である。図において、周波数設定値f1
**は加減速演算器6に入力されてその出力f1*が出
力周波数指令値となり、磁束指令演算器35の入力とな
る。この磁束指令演算器35により各周波数に対する磁
束指令値が得られる。また、f1*は積分器41にも入
力され、磁束ベクトルの角度θが演算される。この実施
例では、回転軸のq軸を磁束ベクトルと同一の方向に取
ったため、磁束指令演算器35の出力がφ1d*となり
、q軸成分はφ1q*=0とした。φ1d*,φ1q*
は回転軸と磁束ベクトルとの角度δをどうとるかにより
決めることができる(この実施例では、δ=0°)。な
お、磁束ベクトルと回転軸等の関係を図22に示す。磁
束演算器36は2軸成分の磁束演算値φ1α,φ1βを
出力し、ベクトル回転器39により回転軸上の成分であ
るφ1q,φ1qを得る。このφ1q,φ1qが検出信
号としてPI調節器37,38の入力側にフィードバッ
クされ、それぞれφ1d*,φ1q*に一致するように
PI調節器37,38が電圧指令値v1d*,v1q*
を出力する。 【0094】この電圧指令値v1d*,v1q*はベク
トル回転器40により固定直交2軸成分v1α*,v1
β*に変換された後、2相/3相変換器42により3相
電圧指令値va*,vb*,vc*となり、インバータ
の各相電圧指令値として制御が行なわれる。このように
ベクトル回転器39によりインバータ出力周波数で回転
する軸の成分に分解することにより、PI調節器37,
38は磁束の変化分に対する調節能力即ち応答の速さを
持てばよいことになる。また、指令値を一次磁束として
与えることができるため、インバータ出力周波数の低周
波数領域でも指令値どおりの磁束を得ることができ、そ
の結果、所望のトルクを確保することができる。 【0095】 【発明の効果】以上のように第1の発明によれば、イン
バータの出力電圧と出力電流とからモータトルクを演算
し、このトルク演算値τ0を別途与えられたトルク制限
指令値τrと比較してトルク演算値τ0がトルク制限指
令値τrよりも大きくなれば、その偏差Δτを入力とす
るトルク制限調節器の出力に応じてインバータ出力周波
数を操作することにより、モータトルクをトルク制限指
令値内に制限することができ、重負荷時や急加速時のト
ルク急減や負荷に対する過大なトルク出力等を防止する
ことができる。 【0096】第2の発明によれば、3相/2相変換器等
からなるトルク演算器を備えたことにより、マイコンに
よるトルクの演算を簡単に行なうことができ、演算負荷
の減少を図ることができる。第3の発明によれば、モー
タの制動時に、インバータの損失相当のパワーのみを回
生するように制動トルク制限指令値を小さくして回生パ
ワーを抑制するため、DB抵抗やパワースイッチ素子及
びその制御回路等を用いることなく直流中間電圧の上昇
を防止すると共に、比較的短い時間でモータを減速する
ことができる。同時に、DB抵抗等が不要なことからコ
ストの低減、装置の小型化が可能である。第4の発明に
よれば、直流中間電圧が保護レベルよりも若干低いVH
レベルを越えないように制動トルク制限指令値を切り換
えて回生パワーを制御するので、直流中間電圧は上記コ
ンパレータにより決まる一定の電圧範囲内に制御され、
DB抵抗等を用いることなく、モータを制動することが
できる。 【0097】第5の発明によれば、主回路電源の停電時
に、モータの回転エネルギーをトルク制限機能により制
限しながらインバータに回生することによってインバー
タを継続運転することができ、従来のようにインバータ
停止後の運転復帰に長時間を要するといった不都合もな
い。 【0098】第6の発明によれば、汎用インバータのト
ルク制限調節器のゲインをV/fパターンから定まるモ
ータの一次磁束の大きさに応じて変化させることにより
、制御系のゲインが低下する定出力領域においても良好
なトルク制限性能を実現することができる。なお、この
発明は第2ないし第5の発明と組合わせて用いてもよい
。 【0099】第7の発明によれば、モータの一次電流検
出信号に対して端子電圧検出信号と同一の時定数をもつ
フィルタを挿入することにより、PWMによる電流リプ
ルが除去された信号を用いて一次磁束を演算することが
でき、磁束演算値に含まれるリプルを除去して高精度な
磁束演算を行なうことができる。また、第8の発明によ
れば、第7の発明により演算した磁束演算値をフィード
バック信号として用いた磁束調節系を構成することによ
り、インバータ出力周波数の低周波数領域においても指
令値どおりの磁束を得ることができ、その結果所望のト
ルクを確保できると共に、調節器をインバータ出力周波
数で回転する軸上で実現することでソフトウェア化が容
易になり、マイコンの負担も少なくなる等の効果がある
。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1及び第2の発明の一実施例が適用されるブ
ロック構成図である。
【図2】トルク演算器のブロック構成図である。
【図3】トルク制限調節器の入力特性図である。
【図4】モータの速度−トルク特性図である。
【図5】第1及び第2の発明を磁束制御形PWMインバ
ータに対して適用した場合のブロック構成図である。
【図6】第3の発明の一実施例を示すトルク制限指令値
の生成回路図である。
【図7】第3の発明の他の実施例を示すトルク制限指令
値の生成回路図である。
【図8】第4の発明の一実施例を示すトルク制限指令値
の生成回路図である。
【図9】図8の動作説明図である。
【図10】第5の発明の一実施例を示すトルク制限指令
値の生成回路図である。
【図11】図10の動作説明図である。
【図12】図10の動作説明図である。
【図13】第6の発明の解決課題を説明するためのイン
バータ出力電圧及びモータ一次磁束の周波数特性図であ
る。
【図14】第6の発明の一実施例が適用されるブロック
構成図である。
【図15】トルク制限調節器の一構成例を示す図である
。
【図16】第7の発明の一実施例が適用されるブロック
構成図である。
【図17】図16の具体的なブロック構成図である。
【図18】図16,図17の演算ブロック図である。
【図19】図16,図17の演算ブロック図である。
【図20】一次遅れフィルタの特性図である。
【図21】第8の発明の一実施例が適用されるブロック
構成図である。
【図22】図21における磁束ベクトルと回転軸等の関
係を示す図である。
【図23】従来の技術を説明するための汎用インバータ
のブロック構成図である。
【図24】従来の技術を説明するためのモータの速度−
トルク特性図である。
【符号の説明】
1  誘導電動機 2  電圧形インバータ 3  PWM回路 4  3相正弦波発生器 5  V/fパターン発生器 6  加減速演算器 7  周波数設定器 8  トルク演算器 9,9a,9c  電圧検出フィルタ 10,10′  トルク制限調節器 12,12a,12c  電流検出器 13,13a,13c  絶縁検出器(電圧検出器)1
4,26  磁束パターン発生器 15a,15b,15c  磁束調節器16  V相磁
束演算器 17  磁束検出器 18  リミッタ 19′  トルク偏差演算部 21,23,24  コンパレータ 22  割算器 25  タイマー 31,31a,31c  電流検出フィルタ32  一
次磁束演算部 35  磁束指令演算器 36  磁束演算器 37,38  PI調節器 39,40  ベクトル回転器 41  積分器 42  2相/3相変換器 101,102  乗算器 103  積分器 104  加算器 801,802  3相/2相変換器 S1,S2,S3  接点

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  インバータの出力電圧と出力周波数と
    の比を制御するV/f制御により制御される誘導電動機
    のトルク制限方法において、前記インバータの出力電圧
    と出力電流とに基づき前記電動機のトルクを演算し、こ
    のトルク演算値の大きさが別途与えられたトルク制限指
    令値の大きさより大きい場合に前記トルク演算値とトル
    ク制限指令値との偏差に応じた周波数操作量をトルク制
    限調節器から出力させ、前記電動機駆動時には前記出力
    周波数を下げるように、また、前記電動機制動時には前
    記出力周波数を上げるように前記出力周波数を操作する
    ことを特徴とする誘導電動機のトルク制限方法。
  2. 【請求項2】  インバータの出力電圧と出力周波数と
    の比を制御するV/f制御により制御される誘導電動機
    のトルク制限方法において、前記インバータの出力電圧
    を時定数T1、検出ゲインK1の電圧検出フィルタを介
    して検出し、この電圧検出フィルタの出力信号E1と前
    記インバータの出力電流i1とを3相/2相変換器によ
    り直交する2軸成分に分解して直交2相信号(i1α,
    i1β),(E1α,E1β)に変換し、前記時定数T
    1、検出ゲインK1、前記電動機の一次抵抗R1及び前
    記インバータの出力角周波数ω1から、 に従って前記電動機のトルク演算値τ0を求め、このト
    ルク演算値の大きさが別途与えられたトルク制限指令値
    の大きさより大きい場合に前記トルク演算値とトルク制
    限指令値との偏差に応じた周波数操作量をトルク制限調
    節器から出力させ、前記電動機駆動時には前記出力周波
    数を下げるように、また、前記電動機制動時には前記出
    力周波数を上げるように前記出力周波数を操作すること
    を特徴とする誘導電動機のトルク制限方法。
  3. 【請求項3】  インバータの出力電圧と出力周波数と
    の比を制御するV/f制御により制御される誘導電動機
    のトルク制限方法であって、前記インバータの出力電圧
    と出力電流とに基づき前記電動機のトルクを演算し、こ
    のトルク演算値の大きさが別途与えられたトルク制限指
    令値の大きさより大きい場合に前記トルク演算値とトル
    ク制限指令値との偏差に応じた周波数操作量をトルク制
    限調節器から出力させ、前記電動機駆動時には前記出力
    周波数を下げるように、また、前記電動機制動時には前
    記出力周波数を上げるように前記出力周波数を操作する
    誘導電動機のトルク制限方法において、前記トルク制限
    指令値として前記電動機の駆動トルク制限指令値及び制
    動トルク制限指令値を有し、前記電動機の制動時には、
    前記インバータの損失に相当する前記電動機からの回生
    パワーに対応する制動トルク制限指令値を前記トルク演
    算値との比較に用いることを特徴とする誘導電動機のト
    ルク制限方法。
  4. 【請求項4】  インバータの出力電圧と出力周波数と
    の比を制御するV/f制御により制御される誘導電動機
    のトルク制限方法であって、前記インバータの出力電圧
    と出力電流とに基づき前記電動機のトルクを演算し、こ
    のトルク演算値の大きさが別途与えられたトルク制限指
    令値の大きさより大きい場合に前記トルク演算値とトル
    ク制限指令値との偏差に応じた周波数操作量をトルク制
    限調節器から出力させ、前記電動機駆動時には前記出力
    周波数を下げるように、また、前記電動機制動時には前
    記出力周波数を上げるように前記出力周波数を操作する
    誘導電動機のトルク制限方法において、前記トルク制限
    指令値として前記電動機の駆動トルク制限指令値及び制
    動トルク制限指令値を有すると共に、前記電動機の制動
    時において、前記インバータの直流中間電圧を保護レベ
    ル以下の一定範囲内に抑えるように、前記インバータの
    直流中間電圧に応じ、前記インバータの損失に相当する
    前記電動機からの回生パワーに対応する制動トルク制限
    指令値と、この制動トルク制限指令値よりも小さい別の
    制動トルク制限指令値とを切り換えて前記トルク演算値
    との比較に用いることを特徴とする誘導電動機のトルク
    制限方法。
  5. 【請求項5】  インバータの出力電圧と出力周波数と
    の比を制御するV/f制御により制御される誘導電動機
    のトルク制限方法であって、前記インバータの出力電圧
    と出力電流とに基づき前記電動機のトルクを演算し、こ
    のトルク演算値の大きさが別途与えられたトルク制限指
    令値の大きさより大きい場合に前記トルク演算値とトル
    ク制限指令値との偏差に応じた周波数操作量をトルク制
    限調節器から出力させ、前記電動機駆動時には前記出力
    周波数を下げるように、また、前記電動機制動時には前
    記出力周波数を上げるように前記出力周波数を操作する
    誘導電動機のトルク制限方法において、前記トルク制限
    指令値として前記電動機の駆動トルク制限指令値及び制
    動トルク制限指令値を有すると共に、前記インバータの
    直流中間電圧が一定値にまで低下したことにより前記イ
    ンバータの主回路電源の停電を検出し、この停電検出に
    より前記電動機を制動モードに切り換えると共に、前記
    インバータの動作を継続するのに必要なパワーのみを前
    記電動機から回生するように選択した制動トルク制限指
    令値を前記トルク演算値との比較に用いることを特徴と
    する誘導電動機のトルク制限方法。
  6. 【請求項6】  インバータの出力電圧と出力周波数と
    の比を制御するV/f制御により制御される誘導電動機
    のトルク制限方法であって、前記インバータの出力電圧
    と出力電流とに基づき前記電動機のトルクを演算し、こ
    のトルク演算値の大きさが別途与えられたトルク制限指
    令値の大きさより大きい場合に前記トルク演算値とトル
    ク制限指令値との偏差に応じた周波数操作量をトルク制
    限調節器から出力させ、前記電動機駆動時には前記出力
    周波数を下げるように、また、前記電動機制動時には前
    記出力周波数を上げるように前記出力周波数を操作する
    誘導電動機のトルク制限方法において、前記電動機の一
    次磁束の大きさに応じて前記トルク制限調節器のゲイン
    を可変としたことを特徴とする誘導電動機のトルク制限
    方法。
  7. 【請求項7】  インバータの出力電圧と出力周波数と
    の比を制御するV/f制御により誘導電動機のトルクを
    制御する誘導電動機の制御方法において、誘導電動機の
    端子電圧及び一次電流を同一の時定数を持つ一次フィル
    タにそれぞれ入力すると共に、前記時定数を、インバー
    タの動作周波数範囲において一次フィルタ特性をほぼ積
    分特性とみなせる値に設定し、前記各一次フィルタの出
    力信号に基づいて誘導電動機の一次磁束を演算し、この
    一次磁束演算値に基づいてトルクを制    ることを
    特徴とする誘導電動機の制御方法。
  8. 【請求項8】  各一次フィルタの時定数T1及び検出
    ゲインK1、各一次フィルタの出力信号E1及びi1、
    誘導電動機の一次抵抗R1、前記検出用一次フィルタと
    は別に設けた積分特性を得るための一次フィルタの時定
    数T2及び検出ゲインK2、微分演算子pに基づき、一
    次磁束Φ1を、 により演算する請求項7記載の誘導電動機の制御方法。
  9. 【請求項9】  請求項7または8記載の方法により誘
    導電動機の一次磁束Φ1を演算し、この一次磁束演算値
    Φ1をインバータの出力周波数で回転する直交2軸上の
    成分Φ1d,Φ1qに変換して一次磁束指令値Φ1*の
    前記直交2軸上の成分Φ1d*,Φ1q*と前記直交2
    軸上の成分Φ1d,Φ1qとの偏差がゼロになるように
    調節器により調節動作させ、前記調節器の出力である端
    子電圧指令値の直交2軸成分を固定子軸上の各相電圧指
    令値に変換してインバータに与えることを特徴とする誘
    導電動機の制御方法。
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