JPH11285299A - 誘導電動機のベクトル制御装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トルク指令値、第１の２次磁束指令値および
誘導電動機定数に基づいて、誘導電動機のベクトル制御
を行う誘導電動機のベクトル制御装置および方法におい
て、電圧可変領域だけでなく電圧固定領域においてもベ
クトル制御を実現すると共に、演算遅れをなくし、且つ
制御器等の定数の調整を不要にする。 【解決手段】 トルク指令値、２次磁束指令値、インバ
ータ角周波数、誘導電動機定数およびインバータ入力電
圧設定値を用いて、２次磁束指令演算部１にて第２の２
次磁束指令値を演算し、ベクトル制御演算部２により第
２の２次磁束指令値とトルク指令値を用いてベクトル制
御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は誘導電動機のベク
トル制御装置および方法に関し、特に電圧固定領域にお
いて最適なベクトル制御状態を実現する技術に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ベクトル制御は誘導電動機の出
力トルクを高速に制御するための一つの方式として、産
業分野で広く採用されている。周知のように、ベクトル
制御は、出力電圧の大きさと位相を制御するため、出力
電圧の大きさと位相を任意に変化させることができる出
力電圧可変領域で用いられるのが一般的である。

【０００３】しかし、ベクトル制御の使用用途によって
は、出力電圧可変領域だけでなく、出力電圧が固定され
る領域まで運転領域が要求される場合があり、前述した
ように電圧の大きさを変化させることができない電圧固
定領域では、電圧位相は変化させることができるもの
の、電圧の大きさを変化させることができないため、ベ
クトル制御は原理上不可能となる。

【０００４】そこで、電圧固定領域では、２次磁束指令
を誘導電動機回転速度に反比例させて変化させることに
より磁束量を減少させる、いわゆる弱め界磁制御が適用
される場合がある。しかしこの方法では、２次磁束指令
を前記のように変化させても誘導電動機の出力トルクが
ベクトル制御のトルク指令に一致しなくなり、ベクトル
制御状態からずれてしまう。

【０００５】すなわち、出力電圧が固定されている領域
では、出力電圧が一定になるように２次磁束指令を設定
しなければ、ベクトル制御状態からずれてしまう。

【０００６】そこで、電圧固定領域における２次磁束指
令の設定の方式の一つとして、例えば図９に示す方法が
提案されている。

【０００７】図９は、例えば、第３３回鉄道におけるサ
イバネティクス利用国内シンポジウム論文集２４８ペー
ジに記載されているベクトル制御装置の動作を説明する
ためのブロック図である。図９において、５１は誘導電
動機回転速度frを入力として、２次磁束指令Φref１を
決めるためのテーブル、５２は２次磁束指令Φref１と
後述する２次磁束補正値ΔΦを加算して第２の２次磁束
指令Φref２を演算する第１の加算器、５３はトルク指
令TrqRefと、第２の２次磁束指令Φref２から、磁束分
電流指令IdRef、トルク分電流指令IqRefおよびすべり周
波数指令fsを演算するベクトル制御演算部である。

【０００８】５４は前記磁束分電流指令IdRef、トルク
分電流指令IqRefを用いてｄ軸電圧指令VdRefおよびｑ軸
電圧指令VqRefを演算する電圧FF演算部、５５はｄ軸電
圧指令VdRefおよびｑ軸電圧指令VqRefより第１の電圧振
幅|V|および電圧位相δを演算する極座標変換部、５６
はインバータ入力電圧Vdcにより第１の電圧振幅|V|を制
限して第２の電圧振幅|V|fixを出力する電圧固定部、５
７は第２の電圧振幅|V|fixと、後述する第２の位相θ２
より、インバータのスイッチング信号を演算するPWM演
算部である。

【０００９】５８は第２の電圧振幅|V|fixから第１の電
圧振幅|V|を減算して、電圧偏差ΔVを演算する第１の減
算器、５９は電圧偏差ΔVを入力として、２次磁束補正
値ΔΦを演算する磁束補正値演算部である。

【００１０】６０は誘導電動機回転速度frとすべり周波
数指令fsを加算して、インバータ周波数finvを演算する
第２の加算器、６１はインバータ周波数より位相θを演
算する積分器、６２は位相θと電圧位相δを加算して、
第２の位相θ２を演算する第３の加算器、６３は誘導電
動機のU、W相電流Iu、Iwからトルク分電流Iqを演算する
座標変換部、６４はトルク分電流指令IqRefからトルク
分電流Iqを減算してトルク分電流偏差ΔIqを演算する第
２の減算器、６５はトルク分電流偏差ΔIqより２次抵抗
推定値R2＾を演算する２次抵抗補正部である。

【００１１】次に、電圧固定領域におけるベクトル制御
の各指令の動作に着目して説明する。誘導電動機回転数
frが周波数F1以下の領域では、トルク指令TrqRef並びに
第１および第２の磁束指令Φref１、Φref２は一定とな
り、ベクトル制御演算部５３において演算されるトルク
分電流指令IqRefおよび磁束分電流指令IdRefは一定とな
る。また、電圧ＦFF演算部５４にて演算されるｄ軸電圧
指令VdRefおよびｑ軸電圧指令VqRefはそれぞれ負方向、
正方向に増加し、第１の電圧振幅|V|および第２の電圧
振幅|V|fixは単調に増加する。ここで周波数F１とは、
第１の電圧振幅|V|がインバータ入力電圧Vdcにより決ま
る値より大きくなる周波数のことである。

【００１２】誘導電動機回転数frが周波数F1以下の領域
においては第１の電圧振幅|V|と第２の電圧振幅|V|fix
は等しいため、電圧偏差ΔVはゼロとなり、磁束補正値
ΔΦもゼロとなる。

【００１３】次に誘導電動機回転速度frが周波数F1以上
になると、第１の磁束指令Φref１はテーブル５１に設
定されたように減少する。その結果、トルク分電流指令
IqRefは増加し、磁束分電流指令IdRefは減少する。ｄ軸
電圧指令VdRef、ｑ軸電圧指令VqRefおよび第１の電圧振
幅|V|の増加の割合も減少する。

【００１４】しかし、第１の磁束指令Φref１をテーブ
ル５１の設定により減少させたにもかかわらず、第１の
電圧振幅|V|がインバータ入力電圧Vdcにより決まる値よ
り大きくなり、第１の電圧振幅|V|と第２の電圧振幅|V|
fixが異なる値になった場合には、電圧偏差ΔVは負の値
となる。そして磁束補正値演算部５９は、第１の電圧振
幅|V|と第２の電圧振幅|V|fixを等しくするような磁束
補正値ΔΦを演算する。その結果、第１の磁束指令ΦRe
f１を変化させるテーブル５１が最適に設定されていな
い場合でも、ベクトル制御状態を維持するような第２の
２次磁束指令ΦRef2を演算し、出力電圧が固定される誘
導電動機回転数fr以上の領域においても、ベクトル制御
を実現することができる。

【００１５】図１０は、従来の電圧固定領域のベクトル
制御装置の動作を示すタイミングチャートである。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】従来の電圧固定領域に
おけるベクトル制御方式は以上のような構成および動作
となっており、この方式でも電圧固定領域においてベク
トル制御は可能であるが、２次磁束の絞り込み量の演算
がフィードバック的に決定されるため、演算遅れによる
誤差等が発生する可能性があるだけでなく、磁束補正値
演算部の構成によっては定数の調整が困難であることか
ら、電圧固定領域においてベクトル制御方式として十分
な方式とは言い難い。

【００１７】この発明は、上記のような問題点を改善す
るためになされたもので、電圧可変領域だけでなく電圧
固定領域においてもベクトル制御を実現すると共に、演
算遅れがなく、制御器等の定数の調整が不必要なベクト
ル制御装置および方法を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係るベ
クトル制御装置は、トルク指令値、第１の２次磁束指令
値および誘導電動機定数に基づいて、誘導電動機のベク
トル制御を行う誘導電動機のベクトル制御装置におい
て、前記トルク指令値、前記第１の２次磁束指令値、イ
ンバータ角周波数、前記誘導電動機定数およびインバー
タ入力電圧設定値に基づいて第２の２次磁束指令値を演
算する２次磁束指令演算部と、前記第２の２次磁束指令
値とトルク指令値を用いてベクトル制御を行うベクトル
制御演算部とを備えるものである。

【００１９】請求項２の発明に係るベクトル制御装置
は、トルク指令値、第１の２次磁束指令値および誘導電
動機定数に基づいて、誘導電動機のベクトル制御を行う
誘導電動機のベクトル制御装置において、前記トルク指
令値、前記第１の２次磁束指令値、インバータ角周波
数、前記誘導電動機定数およびインバータ入力電圧設定
値に基づいて第２の２次磁束指令値を演算する２次磁束
指令演算部と、ベクトル制御に用いる第３の２次磁束指
令値として、前記第１の２次磁束指令値あるいは前記第
２の２次磁束指令値のどちらかをインバータ角周波数に
より切り替えて設定する指令切り替え部と、前記第３の
２次磁束指令値と前記トルク指令値を用いてベクトル制
御を行うベクトル制御演算部とを備えるものである。

【００２０】請求項３の発明に係るベクトル制御装置
は、トルク指令値、第１の２次磁束指令値および誘導電
動機定数に基づいて、誘導電動機のベクトル制御を行う
誘導電動機のベクトル制御装置において、前記トルク指
令値、前記第１の２次磁束指令値、インバータ角周波
数、前記誘導電動機定数およびインバータ入力電圧設定
値に基づいて第２の２次磁束指令値を演算する２次磁束
指令演算部と、ベクトル制御に用いる第３の２次磁束指
令値として、前記第１の２次磁束指令値あるいは前記第
２の２次磁束指令値のどちらかに基づいて演算される電
圧値により切り替えて設定する指令切り替え部と、前記
第３の２次磁束指令値と前記トルク指令値を用いてベク
トル制御を行うベクトル制御演算部とを備えるものであ
る。

【００２１】請求項４の発明に係るベクトル制御装置
は、トルク指令値、第１の２次磁束指令値および誘導電
動機定数に基づいて、誘導電動機のベクトル制御を行う
誘導電動機のベクトル制御装置において、前記トルク指
令値、前記第１の２次磁束指令値、インバータ角周波
数、前記誘導電動機定数およびインバータ入力電圧設定
値に基づいて第２の２次磁束指令値を演算する２次磁束
指令演算部と、ベクトル制御に用いる第３の２次磁束指
令値として、前記第１の２次磁束指令値と前記第２の２
次磁束指令値を比較し、そのうちの小さい値を設定する
低位選択部と、前記第３の２次磁束指令値と前記トルク
指令値とを用いてベクトル制御を行うベクトル制御演算
部とを備えるものである。

【００２２】請求項５の発明に係るベクトル制御装置
は、請求項１乃至４の何れかに記載の誘導電動機のベク
トル制御装置において、前記２次磁束指令演算部は、
（１）乃至（７）式を使用して前記第２の２次磁束指令
値を演算するものである。

【００２３】請求項６の発明に係るベクトル制御装置
は、請求項１乃至５の何れかに記載の誘導電動機のベク
トル制御装置において、前記インバータ角周波数を前記
インバータ入力電圧値にて補正する補正手段を更に備え
るものである。

【００２４】請求項７の発明に係るベクトル制御装置
は、請求項１乃至６の何れかに記載の誘導電動機のベク
トル制御装置において、磁束分電流指令と誘導電動機の
磁束分電流の偏差に基づいて補償値ΔΦを演算する補償
部と、ベクトル制御に用いる第４の２次磁束指令値とし
て、前記第２の２次磁束指令値もしくは前記第３の２次
磁束指令値と前記補償値Δφとを加算して求められる値
を設定する加算器とを更に備えるものである。

【００２５】請求項８の発明に係るベクトル制御装置
は、請求項１乃至７の何れかに記載の誘導電動機のベク
トル制御装置において、前記第２の２次磁束指令値、前
記第３の２次磁束指令値あるいは前記第４の２次磁束指
令値の出力値を制限するリミッタを更に備えるものであ
る。

【００２６】請求項９の発明に係るベクトル制御装置
は、トルク指令値、第１の２次磁束指令値および誘導電
動機定数に基づいて、誘導電動機のベクトル制御を行う
誘導電動機のベクトル制御方法において、前記トルク指
令値、前記第１の２次磁束指令値、インバータ角周波
数、前記誘導電動機定数およびインバータ入力電圧設定
値に基づいて第２の２次磁束指令値を演算する工程と、
前記第２の２次磁束指令値と前記トルク指令値を用いて
ベクトル制御を行う工程とを備えるものである。

【００２７】請求項１０の発明に係るベクトル制御装置
は、トルク指令値、第１の２次磁束指令値および誘導電
動機定数に基づいて、誘導電動機のベクトル制御を行う
誘導電動機のベクトル制御方法において、前記トルク指
令値、前記第１の２次磁束指令値、インバータ角周波
数、前記誘導電動機定数およびインバータ入力電圧設定
値に基づいて第２の２次磁束指令値を演算する工程と、
ベクトル制御に用いる第３の２次磁束指令値として、前
記２次磁束指令値あるいは前記第２の２次磁束指令値の
どちらかを前記インバータ角周波数により切り替えて設
定する工程と、第３の２次磁束指令値と前記トルク指令
値を用いてベクトル制御を行う工程と備えるものであ
る。

【００２８】請求項１１の発明に係るベクトル制御装置
は、トルク指令値、第１の２次磁束指令値および誘導電
動機定数に基づいて、誘導電動機のベクトル制御を行う
誘導電動機のベクトル制御方法において、前記トルク指
令値、前記第１の２次磁束指令値、インバータ角周波
数、前記誘導電動機定数およびインバータ入力電圧設定
値に基づいて第２の２次磁束指令値を演算する工程と、
ベクトル制御に用いる第３の２次磁束指令値として、前
記第１の２次磁束指令値あるいは前記第２の２次磁束指
令値のどちらかに基づいて演算される電圧値により切り
替えて設定する工程と、前記第３の２次磁束指令値と前
記トルク指令値を用いてベクトル制御を行う工程とを備
えるものである。

【００２９】請求項１２の発明に係るベクトル制御装置
は、トルク指令値、第１の２次磁束指令値および誘導電
動機定数に基づいて、誘導電動機のベクトル制御を行う
誘導電動機のベクトル制御方法において、前記トルク指
令値、前記第１の２次磁束指令値、インバータ角周波
数、前記誘導電動機定数およびインバータ入力電圧設定
値に基づいて第２の２次磁束指令値を演算する工程と、
ベクトル制御に用いる第３の２次磁束指令値として、前
記第１の２次磁束指令値と前記第２の２次磁束指令値と
を比較し、そのうちの小さい値を設定する工程と、前記
第３の２次磁束指令値と前記トルク指令値とを用いてベ
クトル制御を行う工程とを備えるものである。

【００３０】請求項１３の発明に係るベクトル制御装置
は、請求項９乃至１２の何れかに記載の誘導電動機のベ
クトル制御方法において、前記第２の２次磁束指令値
は、（１）乃至（７）式を使用して演算されるものであ
る。

【００３１】請求項１４の発明に係るベクトル制御装置
は、請求項９乃至１３の何れかに記載の誘導電動機のベ
クトル制御方法において、前記インバータ角周波数を前
記インバータ入力電圧値にて補正する工程を更に備える
ものである。

【００３２】請求項１５の発明に係るベクトル制御装置
は、請求項９乃至１４の何れかに記載の誘導電動機のベ
クトル制御方法において、磁束分電流指令と前記誘導電
動機の磁束分電流の偏差に基づいて補償値ΔΦを演算す
る工程と、ベクトル制御に用いる第４の２次磁束指令値
として、前記第２の２次磁束指令値もしくは前記第３の
２次磁束指令値と前記補償値Δφとを加算して求められ
る値を設定する工程とを更に備えるものである。

【００３３】請求項１６の発明に係るベクトル制御装置
は、請求項９乃至１５の何れかに記載の誘導電動機のベ
クトル制御方法において、前記第２の２次磁束指令値、
前記第３の２次磁束指令値あるいは前記第４の２次磁束
指令値の出力値を制限する工程を更に備えるものであ
る。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照してこの発
明の実施の形態を説明する。

【００３５】実施の形態１．図１は、この発明の実施の
形態１によるベクトル制御方法を実施する装置を示すブ
ロック図である。図１において、１は、トルク指令値T
＊、２次磁束指令値Φ２＊、インバータ角周波数ωin
v、インバータ入力電圧基準値Vkおよび制御対象となる
誘導電動機３の誘導電動機定数から第２の２次磁束指令
値Φ２＊２を演算する２次磁束指令演算部である。

【００３６】２は、前記トルク指令値T＊、第２の２次
磁束指令値Φ２＊２より誘導電動機３を制御するための
演算を行うベクトル制御演算部、３は誘導電動機であ
る。なお、図１では、誘導電動機３は１台のみしか図示
していないが、誘導電動機をｎ台を並列に接続した状態
でも同様である。

【００３７】次に、この実施の形態１によるベクトル制
御装置の動作について説明する。

【００３８】トルク指令値T*、２次磁束指令値Φ２＊お
よびインバータ角周波数ωinvより、ベクトル制御が成
立している定常状態におけるｑ軸電圧指令値e1qおよび
ｄ軸電圧指令値e1dは以下の(１）〜(３）式を用いて求
めることができる。なお、この式の導出方法は、例えば
「交流モータのベクトル制御」中野孝良著、日刊工業新
聞社発行などに記載されており、一般的に周知であるの
で、ここでは割愛する。

【００３９】

【数１１】 ここで、q軸電圧指令値e1qとd軸電圧指令値e1dをそれぞ
れ２乗して加算した値をVとし、整理すると、Vは以下の
(4)式で表わされる。

【００４０】

【数１２】 次に、誘導電動機３に電圧を供給するインバータの入力
電圧設定値をVkとし、インバータの出力電圧が最大にな
る時の電圧をVmaxとすると、Vmaxは（５）式で表すこと
ができる。

【００４１】

【数１３】 そして、上記（４）式で求められる電圧Vと上記（５）
式で求められる電圧Vmaxを比較して、小さい方の値をV2
とする。

【００４２】V2=V V＜Vmax V2=Vmax V≧Vmax 次に、上記（４）式において、φ＝Φ２＊²、V2=Vと置
き換えてφを求めると以下の(６)式のようになる。

【００４３】

【数１４】 すなわち、第２の２次磁束指令値Φ２＊２は

【数１５】 で求めることができる。

【００４４】２次磁束指令補正部１では、上記(1)〜
(７)の演算を実施し、第２の２次磁束指令値Φ２＊２を
演算し、ベクトル制御演算部２に、第２の２次磁束指令
値Φ２＊２を出力し、ベクトル制御演算部２はトルク指
令値T＊と第２の２次磁束指令値Φ２＊２とに基づいて
誘導電動機３を制御する。

【００４５】図２に、実施の形態１におけるベクトル制
御装置のタイミングチャートを示す。なお、図２のタイ
ミングチャートでは、従来例として示した図１０と比較
するために、図１におけるベクトル制御演算部２の内部
信号である磁束分電流指令値IdRef、トルク分電流指令
値IqRef、ｄ軸電圧指令値VdRef、ｑ軸電圧指令値VqRe
f、電圧振幅|V|、およびインバータ入力電圧Vdcを示し
てある。

【００４６】このように、図１に示すベクトル制御装置
によれば、２次磁束指令演算部にて（１）〜（７）式の
演算を行うことにより、電圧が固定される運転領域を含
んだ全ての運転領域において、最適な２次磁束指令値が
フィードフォワード的に演算されるため、従来例で示し
たようにフィードバック的に磁束指令値を演算するため
に発生する制御遅れや、制御器の定数調整が不要にな
り、全運転領域で安定にベクトル制御を実現することが
できる。

【００４７】実施の形態２．図３はこの発明の実施の形
態２によるベクトル制御を実施する装置の構成を示して
いる。前述した図１に示した実施の形態１のベクトル制
御装置では、２次磁束指令演算部１にて演算した第２の
２次磁束指令値Φ２＊２をベクトル制御演算部に入力し
ていたが、図３に示すベクトル制御装置では、ベクトル
制御演算部に入力する第３の２次磁束指令値Φ２＊３と
して、インバータ角周波数によって、２次磁束指令値Φ
２＊あるいは第２の２次磁束指令値Φ２＊２を設定する
ようにしたものである。

【００４８】図３において、４はインバータ角周波数お
よび切り替え周波数ωstを入力として、切り替え信号cs
fを出力する指令切り替え部、５は２次磁束指令値Φ２
＊と第２の２次磁束指令値Φ２＊２のどちらかを、指令
切り替え部４からの切り替え信号csfにより選択する選
択スイッチである。図３に示すベクトル制御装置のその
他の構成は図１に示すベクトル制御装置の構成と同一で
ある。

【００４９】次に、図３に示す実施の形態２のベクトル
制御装置の動作について、実施の形態１と異なる部分を
中心に説明する。周波数による指令切り替え部４は、イ
ンバータ角周波数ωinvと、切り替え周波数設定値ωst
を比較し、インバータ角周波数ωinvが、切り替え周波
数設定値ωstより小さい時は切り替え信号csfをLとし、
インバータ角周波数ωinvが、切り替え周波数設定値ωs
tより大きくなると、切り替え信号csfを高レベル（H）
にする。

【００５０】選択スイッチ５は、周波数による指令切り
替え部４からの切り替え信号csfを入力して、切り替え
信号csfが低レベル（L）の時は第３の２次磁束指令Φ２
＊３を２次磁束指令Φ２＊に設定し、切り替え信号csf
がHの時は第３の２次磁束指令Φ２＊３を第２の２次磁
束指令Φ２＊２に設定する。

【００５１】図３に示すベクトル制御装置のその他の動
作は図１に示すベクトル制御装置と同一であり、図３の
ベクトル制御装置では、ベクトル制御演算部２に入力さ
れる第３の２次磁束指令値Φ２＊３をインバータ角周波
数ωinvによって、２次磁束指令演算部１で求められる
第２の２次磁束指令値Φ２＊２もしくは２次磁束指令値
Φ２＊に任意に設定できることから、例えば２次磁束指
令演算部１にて実施される（１）〜（７）式の演算がマ
イコン等により実施される場合では、インバータ角周波
数ωinv以下の領域において演算を行わなくてよいこと
になり、マイコン等の負担を少なくすることができる利
点がある。

【００５２】実施の形態３．図４は、この発明の実施の
形態３によるベクトル制御方法を実施する装置の構成を
示している。前述した図３に示した実施の形態２のベク
トル制御装置では、ベクトル制御演算部に入力される第
３の２次磁束指令値Φ２＊３をインバータ角周波数によ
って、２次磁束指令演算部１で求められる第２の２次磁
束指令値Φ２＊２もしくは２次磁束指令値Φ２＊に切り
替えていたが、図４に示すベクトル制御装置では、ベク
トル制御演算部２に入力する第３の２次磁束指令値Φ２
＊３を、（４）式で演算される電圧Vによって、２次磁
束指令値Φ２＊あるいは第２の２次磁束指令Φ２＊２に
設定するようにしたものである。

【００５３】図４において、６は２次磁束指令演算部１
で演算される電圧Vおよび切り替え電圧Vstを入力とし
て、切り替え信号csvを出力する指令切り替え部、７は
２次磁束指令値Φ２＊と第２の２次磁束指令値Φ２＊２
のどちらかを、指令切り替え部６からの切り替え信号cs
vにより選択する選択スイッチである。図４に示すベク
トル制御装置のその他の構成は図１に示すベクトル制御
装置の構成と同一である。

【００５４】次に、図４に示した実施の形態３のベクト
ル制御装置の動作について、実施の形態１と異なる部分
を中心に説明する。指令切り替え部６は、２次磁束指令
演算部１において、（４）式で演算される電圧Vと切り
替え電圧設定値Vstとを比較し、電圧Vが切り替え電圧設
定値Vstより小さい時には、切り替え信号csvをLとし、
電圧Vが切り替え電圧設定値Vstより大きくなると、切り
替え信号csvをHにする。

【００５５】選択スイッチ７は、電圧による指令切り替
え部６からの切り替え信号csvを入力して、切り替え信
号csvがLの時には第３の２次磁束指令値Φ２＊３を２次
磁束指令値Φ２＊に設定し、切り替え信号csvがHの時に
は第３の２次磁束指令値Φ２＊３を第２の２次磁束指令
値Φ２＊２に設定する。

【００５６】図４に示すベクトル制御装置のその他の動
作は図１に示すベクトル制御装置と同一であり、図４の
ベクトル制御装置では、ベクトル制御演算部２に入力さ
れる第３の２次磁束指令値Φ２＊３を２次磁束演算部１
の（４）式によって演算される電圧Vによって、２次磁
束指令演算部１で求められる第２の２次磁束指令Φ２＊
２もしくは２次磁束指令値Φ２＊に任意に設定できるこ
とから、例えば２次磁束指令演算部１にて実施される
（１）〜（７）式の演算がマイコン等により実施される
場合では、（４）式で演算される電圧Vが切り替え電圧
設定値Vstより小さい領域において（５）〜（７）式の
演算を行わなくてよいことになり、マイコン等の負担を
少なくすることができる利点がある。

【００５７】実施の形態４．図５は、この発明の実施の
形態４によるベクトル制御方法を実施する装置の構成を
示している。図３および図４に示したベクトル制御装置
では、ベクトル制御演算部２に入力される第３の２次磁
束指令値Φ２＊３をインバータ角周波数あるいは電圧に
よって、２次磁束指令演算部１で求められる第２の２次
磁束指令値Φ２＊２もしくは２次磁束指令値Φ２＊に切
り替えていたが、図５に示す実施の形態４のベクトル制
御装置では、ベクトル制御演算部に入力される第３の２
次磁束指令値Φ２＊３を第２の２次磁束指令Φ２＊２と
２次磁束指令値Φ２＊のうちの小さい値に設定するよう
にしたものである。

【００５８】図５において、８は２次磁束指令値Φ２＊
と第２の２次磁束指令Φ２＊２を入力として、第３の２
次磁束指令値Φ２＊３を出力する低位選択部である。図
５に示すベクトル制御装置のその他の構成は図１に示す
ベクトル制御装置の構成と同一である。

【００５９】次に、図５に示す実施の形態４のベクトル
制御装置の動作について、実施の形態１と異なる部分を
中心に説明する。低位選択部８は２次磁束指令値Φ２＊
と第２の２次磁束指令値Φ２＊２とを比較して、そのう
ちの小さい値を第３の２次磁束指令値Φ２＊３として設
定し、ベクトル制御演算部２に出力する。ベクトル制御
演算部２では、第３の２次磁束指令値Φ２＊３とトルク
指令値T＊とを用いて誘導電動機３を制御する。

【００６０】図５に示したベクトル制御装置のその他の
動作は図１に示したベクトル制御装置と同一であり、図
５のベクトル制御装置では、低位選択部８により２次磁
束指令値Φ２＊と第２の２次磁束指令値Φ２＊２のう
ち、小さい値を第３の２次磁束指令値Φ２＊３に設定で
きるので、例えば演算誤差等により（１）〜（７）式で
演算される第２の２次磁束指令値Φ２＊２が２次磁束指
令値Φ２＊より大きくなった場合においても、ベクトル
制御状態を保つことができる。

【００６１】実施の形態５．図６は、この発明の実施の
形態５によるベクトル制御方法を実施する装置の構成を
示している。前述した図１、図３〜５のベクトル制御装
置では、２次磁束指令演算部１に入力されるインバータ
角周波数ωinvは、誘導電動機３を制御する周波数と同
一なものとしていたが、図６に示すベクトル制御装置で
は、２次磁束指令演算部１に入力するインバータ角周波
数を、インバータ入力電圧で補正した値に設定するよう
にしたものである。

【００６２】図６において、９はインバータ角周波数ω
invと補正係数Kωとを乗算し、第２のインバータ角周波
数ωinv２を出力する乗算器、１０はインバータ入力電
圧基準値Vkをインバータ入力電圧Vinで除算し、補正係
数Kωを出力する除算器である。図６に示すベクトル制
御装置のその他の構成は図１、図３〜５に示したベクト
ル制御装置の構成と同一であり、図６に示すベクトル制
御装置の機能は、図１、図３〜５に示したベクトル制御
装置に適用することができる。なお、乗算器９と除算器
１０は、インバータ角周波数をインバータ入力電圧値に
て補正する補正手段を構成する。

【００６３】次に、図６に示す実施の形態５のベクトル
制御装置の動作について説明する。除算器１０により、
インバータ入力電圧基準値Vkに対するベクトル制御運転
時のインバータ入力電圧Vinの比率を演算し、乗算器９
に補正係数Kωとして出力する。乗算器９では、インバ
ータ角周波数ωinvと補正係数Kωとを乗算し、乗算結果
を２次磁束指令演算部１に第２のインバータ角周波数ω
inv２として出力する。２次磁束指令演算部１では、イ
ンバータ角周波数ωinvを第２のインバータ角周波数ωi
nv２に置き換えて、（１）〜(７)式の演算を実施し、第
２の２次磁束指令値Φ２＊２を演算する。

【００６４】図６に示すベクトル制御装置では、インバ
ータ入力電圧を考慮して、２次磁束指令演算部１にて第
２の２次磁束指令値Φ２＊２を演算するので、例えば、
インバータ入力電圧がインバータ入力電圧基準値Vkに対
して大きくなった場合には、インバータ角周波数ωinv
に対して第２のインバータ角周波数ωinv２を減少させ
て２次磁束指令値を演算し、インバータ入力電圧がイン
バータ入力電圧基準値Vkに対して小さくなった場合に
は、インバータ角周波数ωinvに対して第２のインバー
タ角周波数ωinv２を増加させて２次磁束指令値を演算
することができるので、インバータ入力電圧がインバー
タ入力電圧基準値Vkと異なる場合においても、最適な第
２の２次磁束指令値Φ２＊２を演算し、ベクトル制御を
行うことができる。

【００６５】実施の形態６．図７は、この発明の実施の
形態６によるベクトル制御方法を実施する装置の構成を
示している。図１、図３〜６のベクトル制御装置では、
第２の２次磁束指令値Φ２＊２あるいは第３の２次磁束
指令値Φ２＊３をベクトル制御演算部３に入力し、誘導
電動機３を制御するようにしていたが、図７に示すベク
トル制御装置では、ベクトル制御に用いる磁束分電流指
令値と磁束分電流の偏差を入力として補償部により補償
値ΔΦを演算し、補償値ΔΦと第２の磁束指令値Φ２＊
２あるいは第３の２次磁束指令値Φ２＊３を加算した値
をベクトル制御演算部に入力するようにしたものであ
る。

【００６６】図７において、１１は磁束分電流指令値ID
Rから磁束分電流IDFを減算して、磁束分電流偏差DIDRを
出力する減算器、１２は磁束分電流偏差DIDRを入力とし
て、磁束分電流偏差をゼロにするように作用して補償値
ΔΦを出力する補償部、１３は第２の磁束指令値Φ２＊
２あるいは第３の２次磁束指令値Φ２＊３と補償値ΔΦ
とを加算してベクトル制御演算部２へ第４の２次磁束指
令値Φ２＊４を出力する加算器である。図７に示すベク
トル制御装置のその他の構成は図１、図３〜６に示した
ベクトル制御装置の構成と同一であり、図７に示すベク
トル制御装置の機能は、図１、図３〜６に示したベクト
ル制御装置に適用することができる。

【００６７】次に、この実施の形態６のベクトル制御装
置の動作について説明する。減算器１１は、ベクトル制
御に用いる磁束分電流指令値IDRから磁束分電流IDFを減
算して、磁束分電流偏差DIDRを求め、補償部１２へ出力
する。補償部１２は、磁束分電流偏差DIDRをゼロに調整
するような補償値ΔΦを演算して、加算器１３へ出力す
る。加算器１３では、補償値ΔΦと図１における第２の
２次磁束指令値Φ２、または図３〜６における第３の２
次磁束指令値Φ２＊３とを加算して第４の２次磁束指令
値Φ２＊４を演算してベクトル制御演算部２に出力す
る。ベクトル制御演算部２では、第４の２次磁束指令値
Φ２＊４に基づいて誘導電動機３を制御する。

【００６８】図７のベクトル制御装置では、磁束分電流
偏差IDRをゼロに調整するような補償値ΔΦを演算し
て、ベクトル制御演算部１で用いる２次磁束指令値を補
正することにより、誘導電動機定数誤差等が原因で、
（１）〜（７）式により演算される第２の２次磁束指令
値Φ２＊２に誤差が含まれる場合においても、ベクトル
制御を実現することができる。

【００６９】実施の形態７．図８は、この発明の実施の
形態７によるベクトル制御方法を実施する装置の構成を
示している。図１、図３〜７のベクトル制御装置では、
第２の２次磁束指令値Φ２＊２、第３の２次磁束指令値
Φ２＊３、あるいは第４の２次磁束指令値Φ２＊４をベ
クトル制御演算部２へ入力するようにしていたが、図８
のベクトル制御装置では、第２の２次磁束指令値Φ２＊
２、第３の２次磁束指令値Φ２＊３、あるいは第４の２
次磁束指令値Φ２＊４の大きさを制限するリミッタを設
け、リミッタにより制限された第５の２次磁束指令値Φ
２＊５をベクトル制御演算部２へ出力するようにしたも
のである。

【００７０】図８において、１４は、第２の２次磁束指
令値Φ２＊２、第３の２次磁束指令値Φ２＊３、もしく
は第４の２次磁束指令値Φ２＊４を制限して、第５の２
次磁束指令値Φ２＊５を出力するリミッタである。な
お、図８に示すベクトル制御装置の機能は、図１、図３
〜７に示したベクトル制御装置に適用することができ
る。

【００７１】次に、この実施の形態７の動作について説
明する。リミッタ１４には、第２の２次磁束指令値Φ２
＊２、第３の２次磁束指令値Φ２＊３、もしくは第４の
２次磁束指令値Φ２＊４が入力される。リミッタ１４に
は、ベクトル制御演算部２にて用いる２次磁束指令値の
最大値Φmaxと最小値Φminが設定されている。

【００７２】リミッタ１４は、入力される第２の２次磁
束指令値Φ２＊２、第３の２次磁束指令値Φ２＊３、も
しくは第４の２次磁束指令値Φ２＊４が２次磁束指令最
大値Φmaxより大きい時は、第５の２次磁束指令値Φ２
＊５として２次磁束指令最大値Φmaxを出力する。

【００７３】また、リミッタ１４は、入力される第２の
２次磁束指令値Φ２＊２、第３の２次磁束指令値Φ２＊
３、もしくは第４の２次磁束指令値Φ２＊４が２次磁束
指令最小値Φminより小さい時は、第５の２次磁束指令
値Φ２＊５として２次磁束指令最小値Φminを出力す
る。

【００７４】なお、入力される第２の２次磁束指令値Φ
２＊２、第３の２次磁束指令値Φ２＊３、もしくは第４
の２次磁束指令値Φ２＊４が２次磁束指令最大値Φmax
より小さく、２次磁束指令最小値Φminより大きい時に
は、第５の２次磁束指令値Φ２＊５として、入力される
第２の２次磁束指令値Φ２＊２、第３の２次磁束指令値
Φ２＊３、もしくは第４の２次磁束指令値Φ２＊４がそ
のまま出力されるのは言うまでもない。

【００７５】図８のベクトル制御装置では、ベクトル制
御演算部２に入力される第５の２次磁束指令値Φ２＊５
の値が制限されるので、第２の２次磁束指令値Φ２＊
２、第３の２次磁束指令値Φ２＊３、もしくは第４の２
次磁束指令値Φ２＊４が例えば演算誤差等により負の値
になったり、明らかに誘導電動機３が飽和するような磁
束の設定値になるようなことを避けることができる。

【００７６】

【発明の効果】この誘導電動機のベクトル制御装置およ
び方法によれば、電圧可変領域だけでなく電圧固定領域
においてもベクトル制御を実現すると共に、演算遅れが
なく、制御器等の定数の調整が不必要なベクトル制御を
実現することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１によるベクトル制御
装置の構成を示すブロック図である。

【図２】 この発明の実施の形態１によるベクトル制御
装置の動作を示すタイミングチャートである。

【図３】 この発明の実施の形態２によるベクトル制御
装置の構成を示すブロック図である。

【図４】 この発明の実施の形態３によるベクトル制御
装置の構成を示すブロック図である。

【図５】 この発明の実施の形態４によるベクトル制御
装置の構成を示すブロック図である。

【図６】 この発明の実施の形態５によるベクトル制御
装置の構成を示すブロック図である。

【図７】 この発明の実施の形態６によるベクトル制御
装置の構成を示すブロック図である。

【図８】 この発明の実施の形態７によるベクトル制御
装置の構成を示すブロック図である。

【図９】 従来のベクトル制御装置の構成を示すブロッ
ク図である。

【図１０】 従来のベクトル制御装置の動作を示すタイ
ミングチャートである。

【符号の説明】

１ ２次磁束指令演算部、２ ベクトル制御演算部、３
誘導電動機、４ 指令切り替え部、５ 選択スイッ
チ、６ 指令切り替え部、７ 選択スイッチ、８低位選
択部、９ 乗算器、１０ 除算器、１１ 減算器、１２
補償部、１３加算器、１４ リミッタ、５１ テーブ
ル、５２ 第１の加算器、５３ ベクトル制御演算部、
５４ 電圧FF演算部、５５ 極座標変換部、５６ 電圧
固定部、５７ PWM演算部、５８ 第１の減算器、５９
磁束補正値演算部、６０ 第２の加算器、６１ 積分
器、６２ 第３の加算器。６３ 座標変換部、６４ 第
２の減算器、６５ ２次抵抗補正部。

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トルク指令値、第１の２次磁束指令値お
   よび誘導電動機定数に基づいて、誘導電動機のベクトル
   制御を行う誘導電動機のベクトル制御装置において、 前記トルク指令値、前記第１の２次磁束指令値、インバ
   ータ角周波数、前記誘導電動機定数およびインバータ入
   力電圧設定値に基づいて第２の２次磁束指令値を演算す
   る２次磁束指令演算部と、 前記第２の２次磁束指令値とトルク指令値を用いてベク
   トル制御を行うベクトル制御演算部と、 を備えることを特徴とする誘導電動機のベクトル制御装
   置。
2. 【請求項２】 トルク指令値、第１の２次磁束指令値お
   よび誘導電動機定数に基づいて、誘導電動機のベクトル
   制御を行う誘導電動機のベクトル制御装置において、 前記トルク指令値、前記第１の２次磁束指令値、インバ
   ータ角周波数、前記誘導電動機定数およびインバータ入
   力電圧設定値に基づいて第２の２次磁束指令値を演算す
   る２次磁束指令演算部と、 ベクトル制御に用いる第３の２次磁束指令値として、前
   記第１の２次磁束指令値あるいは前記第２の２次磁束指
   令値のどちらかをインバータ角周波数により切り替えて
   設定する指令切り替え部と、 前記第３の２次磁束指令値と前記トルク指令値を用いて
   ベクトル制御を行うベクトル制御演算部と、 を備えることを特徴とする誘導電動機のベクトル制御装
   置。
3. 【請求項３】 トルク指令値、第１の２次磁束指令値お
   よび誘導電動機定数に基づいて、誘導電動機のベクトル
   制御を行う誘導電動機のベクトル制御装置において、 前記トルク指令値、前記第１の２次磁束指令値、インバ
   ータ角周波数、前記誘導電動機定数およびインバータ入
   力電圧設定値に基づいて第２の２次磁束指令値を演算す
   る２次磁束指令演算部と、 ベクトル制御に用いる第３の２次磁束指令値として、前
   記第１の２次磁束指令値あるいは前記第２の２次磁束指
   令値のどちらかに基づいて演算される電圧値により切り
   替えて設定する指令切り替え部と、 前記第３の２次磁束指令値と前記トルク指令値を用いて
   ベクトル制御を行うベクトル制御演算部と、 を備えることを特徴とする誘導電動機のベクトル制御装
   置。
4. 【請求項４】 トルク指令値、第１の２次磁束指令値お
   よび誘導電動機定数に基づいて、誘導電動機のベクトル
   制御を行う誘導電動機のベクトル制御装置において、 前記トルク指令値、前記第１の２次磁束指令値、インバ
   ータ角周波数、前記誘導電動機定数およびインバータ入
   力電圧設定値に基づいて第２の２次磁束指令値を演算す
   る２次磁束指令演算部と、 ベクトル制御に用いる第３の２次磁束指令値として、前
   記第１の２次磁束指令値と前記第２の２次磁束指令値を
   比較し、そのうちの小さい値を設定する低位選択部と、 前記第３の２次磁束指令値と前記トルク指令値とを用い
   てベクトル制御を行うベクトル制御演算部と、 を備えることを特徴とする誘導電動機のベクトル制御装
   置。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４の何れかに記載の誘導電
   動機のベクトル制御装置において、前記２次磁束指令演
   算部は、次の（１）乃至（７）式、 【数１】 【数２】 【数３】 【数４】 【数５】 を使用して前記第２の２次磁束指令値を演算することを
   特徴とする誘導電動機のベクトル制御装置。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５の何れかに記載の誘導電
   動機のベクトル制御装置において、前記インバータ角周
   波数を前記インバータ入力電圧値にて補正する補正手段
   を更に備えることを特徴とする誘導電動機のベクトル制
   御装置。
7. 【請求項７】 請求項１乃至６の何れかに記載の誘導電
   動機のベクトル制御装置において、磁束分電流指令と誘
   導電動機の磁束分電流の偏差に基づいて補償値ΔΦを演
   算する補償部と、 ベクトル制御に用いる第４の２次磁束指令値として、前
   記第２の２次磁束指値もしくは前記第３の２次磁束指令
   値と前記補償値Δφとを加算して求められる値を設定す
   る加算器と、 を更に備えることを特徴とする誘導電動機のベクトル制
   御装置。
8. 【請求項８】 請求項１乃至７の何れかに記載の誘導電
   動機のベクトル制御装置において、前記第２の２次磁束
   指令値、前記第３の２次磁束指令値あるいは前記第４の
   ２次磁束指令値の出力値を制限するリミッタを更に備え
   ることを特徴とする誘導電動機のベクトル制御装置。
9. 【請求項９】 トルク指令値、第１の２次磁束指令値お
   よび誘導電動機定数に基づいて、誘導電動機のベクトル
   制御を行う誘導電動機のベクトル制御方法において、 前記トルク指令値、前記第１の２次磁束指令値、インバ
   ータ角周波数、前記誘導電動機定数およびインバータ入
   力電圧設定値に基づいて第２の２次磁束指令値を演算す
   る工程と、 前記第２の２次磁束指令値と前記トルク指令値を用いて
   ベクトル制御を行う工程と、 を備えたことを特徴とする誘導電動機のベクトル制御方
   法。
10. 【請求項１０】 トルク指令値、第１の２次磁束指令値
    および誘導電動機定数に基づいて、誘導電動機のベクト
    ル制御を行う誘導電動機のベクトル制御方法において、 前記トルク指令値、前記第１の２次磁束指令値、インバ
    ータ角周波数、前記誘導電動機定数およびインバータ入
    力電圧設定値に基づいて第２の２次磁束指令値を演算す
    る工程と、 ベクトル制御に用いる第３の２次磁束指令値として、前
    記２次磁束指令値あるいは前記第２の２次磁束指令値の
    どちらかを前記インバータ角周波数により切り替えて設
    定する工程と、 第３の２次磁束指令値と前記トルク指令値を用いてベク
    トル制御を行う工程と、 備えることを特徴とする誘導電動機のベクトル制御方
    法。
11. 【請求項１１】 トルク指令値、第１の２次磁束指令値
    および誘導電動機定数に基づいて、誘導電動機のベクト
    ル制御を行う誘導電動機のベクトル制御方法において、 前記トルク指令値、前記第１の２次磁束指令値、インバ
    ータ角周波数、前記誘導電動機定数およびインバータ入
    力電圧設定値に基づいて第２の２次磁束指令値を演算す
    る工程と、 ベクトル制御に用いる第３の２次磁束指令値として、前
    記第１の２次磁束指令値あるいは前記第２の２次磁束指
    令値のどちらかに基づいて演算される電圧値により切り
    替えて設定する工程と、 前記第３の２次磁束指令値と前記トルク指令値を用いて
    ベクトル制御を行う工程と、 を備えることを特徴とする誘導電動機のベクトル制御方
    法。
12. 【請求項１２】 トルク指令値、第１の２次磁束指令値
    および誘導電動機定数に基づいて、誘導電動機のベクト
    ル制御を行う誘導電動機のベクトル制御方法において、 前記トルク指令値、前記第１の２次磁束指令値、インバ
    ータ角周波数、前記誘導電動機定数およびインバータ入
    力電圧設定値に基づいて第２の２次磁束指令値を演算す
    る工程と、 ベクトル制御に用いる第３の２次磁束指令値として、前
    記第１の２次磁束指令値と前記第２の２次磁束指令値と
    を比較し、そのうちの小さい値を設定する工程と、 前記第３の２次磁束指令値と前記トルク指令値とを用い
    てベクトル制御を行う工程と、 を備えることを特徴とする誘導電動機のベクトル制御方
    法。
13. 【請求項１３】 請求項９乃至１２の何れかに記載の誘
    導電動機のベクトル制御方法において、前記第２の２次
    磁束指令値は、次の（１）乃至（７）式、 【数６】 【数７】 【数８】 【数９】 【数１０】 を使用して演算されることを特徴とする誘導電動機のベ
    クトル制御方法。
14. 【請求項１４】 請求項９乃至１３の何れかに記載の誘
    導電動機のベクトル制御方法において、前記インバータ
    角周波数を前記インバータ入力電圧値にて補正する工程
    を更に備えることを特徴とする誘導電動機のベクトル制
    御方法。
15. 【請求項１５】 請求項９乃至１４の何れかに記載の誘
    導電動機のベクトル制御方法において、磁束分電流指令
    と前記誘導電動機の磁束分電流の偏差に基づいて補償値
    ΔΦを演算する工程と、 ベクトル制御に用いる第４の２次磁束指令値として、前
    記第２の２次磁束指令値もしくは前記第３の２次磁束指
    令値と前記補償値Δφとを加算して求められる値を設定
    する工程と、 を更に備えることを特徴とする誘導電動機のベクトル制
    御方法。
16. 【請求項１６】 請求項９乃至１５の何れかに記載の誘
    導電動機のベクトル制御方法において、前記第２の２次
    磁束指令値、前記第３の２次磁束指令値あるいは前記第
    ４の２次磁束指令値の出力値を制限する工程を更に備え
    ることを特徴とする誘導電動機のベクトル制御方法。