JPH08191600A

JPH08191600A - インバータの電流制御装置

Info

Publication number: JPH08191600A
Application number: JP7002923A
Authority: JP
Inventors: Hirotoshi Kawamura; 博年河村
Original assignee: Shinko Electric Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Co Ltd
Priority date: 1995-01-11
Filing date: 1995-01-11
Publication date: 1996-07-23

Abstract

(57)【要約】【構成】磁束成分電流指令値(101)とトルク成分電流
指令値(102)とに基いて、誘導電動機(1)を駆動するイン
バータ(2)の出力電流における磁束成分電流(104)とトル
ク成分電流(103)とを制御するインバータの電流制御装
置(100)に、磁束成分電流指令値と磁束成分電流との偏
差に応じた演算の状態とトルク成分電流指令値とトルク
成分電流との偏差に応じた演算の状態とに応じて、イン
バータ(2)の出力電圧が飽和しないように、磁束成分の
電圧指令値(105)とトルク成分の電圧指令値(106)とを制
限する制限回路を設ける。【効果】インバータの出力を飽和させることなく、か
つ、電流制御の応答性を改善することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、誘導電動機、永久磁
石形の同期電動機（ＤＣブラシレス）などの交流電動機
の制御装置等に用いて好適なインバータの電流制御装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】交流電動機の１つである誘導電動機の制
御において、広い運転周波数範囲で精度良く速度制御を
行うため、誘導電動機の１次３相交流電流を検出し、磁
束電流成分とトルク電流成分とに分解し、両成分を独立
した直流量として制御する制御装置がある（特開昭５７
−１９９４８９号公報「誘導電動機の制御装置」参
照）。

【０００３】図７は、上述したような従来の誘導電動機
の制御装置における磁束成分電流とトルク成分電流の制
御に係る構成を示すブロック図である。この図におい
て、１は３相誘導電動機であり、２は電圧型ＰＷＭ（パ
ルス幅変調）制御インバータである。電圧型ＰＷＭ制御
インバータ２は、３相トランジスタ・インバータ等によ
って構成され、図示していない直流電源部から供給され
た直流電圧をパルス幅制御し、任意の電圧、周波数およ
び位相を持つ３相交流電圧に変換して出力する。そし
て、この電圧型ＰＷＭ制御インバータ２から出力された
３相交流電圧が、３相誘導電動機１に印加されて、３相
誘導電動機１が駆動される。

【０００４】３および４は、電流検出器であり、３相誘
導電動機１の１次ｕ相電流およびｗ相電流を検出して、
２相−３相変換器５へ出力する。２相−３相変換器５
は、電流検出器３および４から入力された３相誘導電動
機１の１次電流ならびに図示していない３相誘導電動機
１の速度検出器等の出力に基づき、公知の変換方法によ
って３相誘導電動機１の１次電流を磁束成分とトルク成
分とに分解し、磁束成分電流Ｉｄおよびトルク成分電流
Ｉｑとして出力する。ただし、この図に示す場合、３相
誘導電動機１の３相１次電流のうち、直接検出していな
いｖ相電流は、電流検出器３および４で検出した他の２
相の電流に基づき、演算によって求められる。

【０００５】１２および１３は、減算器であり、磁束成
分電流Ｉｄおよびトルク成分電流Ｉｑとそれぞれの指令
値Ｉｄ^*およびＩｑ^*との偏差信号を求め、電流制御回路
６および７へ出力する。そして、電流制御回路６および
７は、入力された各偏差信号に、例えば、所定の比例ゲ
インを掛けることによって、磁束成分電圧指令Ｖｄ^*お
よびトルク成分電圧指令Ｖｑ^*を求め、２相−３相変換
器８へ出力する。なお、電流制御回路６および７は、磁
束成分電圧指令Ｖｄ^*およびトルク成分電圧指令Ｖｑ^*に
対して、所定のクランプを掛け、出力する磁束成分電圧
指令Ｖｄ^*およびトルク成分電圧指令Ｖｑ^*は、所定の範
囲内の値に制限している。このクランプについては後述
する。

【０００６】２相−３相変換器８は、磁束成分電圧指令
Ｖｄ^*およびトルク成分電圧指令Ｖｑ^*を所定の演算によ
って、１次３相電圧指令（瞬時値）Ｖｕ^*、Ｖｖ^*、Ｖｗ
^*に変換して出力する。そして、１次３相電圧指令Ｖ
ｕ^*、Ｖｖ^*、Ｖｗ^*は、リミット回路９、１０および１
１によって、所定の範囲に制限された後、電圧型ＰＷＭ
制御インバータ２へ、３相出力電圧の指令値として入力
される。なお、リミット回路９、１０および１１は、各
電圧指令値が、電圧型ＰＷＭ制御インバータ２の最大振
幅を越える値とならないように、各電圧指令値に対して
上下限の制限を掛けている。ここでは、電圧型ＰＷＭ制
御インバータ２の最大出力可能振幅を１として、リミッ
ト回路９、１０および１１における制限値は±１に設定
されているものとする。

【０００７】それでは、ここで上記電流制御回路６およ
び７、２相−３相変換器８ならびにリミット回路９、１
０および１１の動作の詳細について説明する。上述した
ように電流制御回路６および７では、磁束成分電流Ｉｄ
およびトルク成分電流Ｉｑとそれぞれの指令値Ｉｄ^*お
よびＩｑ^*との偏差信号に基づいて、所定の演算によっ
て磁束成分電圧指令Ｖｄ^*およびトルク成分電圧指令Ｖ
ｑ^*が求められるが、ここでは、比例および積分演算を
用いる場合を一例として説明する。

【０００８】この場合、電流制御回路６および７では、
まず、磁束成分およびトルク成分の内部電圧指令値Ｖｄ
^* _aおよびＶｑ^* _aが下式のようにして求められる。Ｖｄ^* _a＝Ｋ₁（Ｉｄ^*−Ｉｄ）＋Ｋ₂∫（Ｉｄ^*−Ｉｄ）ｄｔ ……（１）Ｖｑ^* _a＝Ｋ₃（Ｉｑ^*−Ｉｑ）＋Ｋ₄∫（Ｉｑ^*−Ｉｑ）ｄｔ ……（２）ここで、Ｋ₁およびＫ₃は比例ゲイン、Ｋ₂およびＫ₄は積
分ゲインを表す。ただし、上記内部電圧指令値Ｖｄ^* _aお
よびＶｑ^* _aは、クランプを掛ける前の値である。次に、
各指令値Ｖｄ^* _a、Ｖｑ^* _aに対して、実際に２相−３相変
換器８へ出力する磁束成分電圧指令Ｖｄ^*およびトルク
成分電圧指令Ｖｑ^*の大きさが、それぞれ最大±１とな
るようにクランプが掛けられる。このクランプの値は、
上述した電圧型ＰＷＭ制御インバータ２の最大出力可能
振幅の値（＝１）に対応するものである。

【０００９】一方、２相−３相変換器８における２相−
３相変換は、例えば、極形式成分によって、下式（３）
〜（５）のようにして行われる。Ｖｕ^*＝Ｖ₁ ^*ｓｉｎ（θ^*＋α） ………（３）Ｖｖ^*＝Ｖ₁ ^*ｓｉｎ（θ^*＋α−２π／３） ………（４）Ｖｗ^*＝Ｖ₁ ^*ｓｉｎ（θ^*＋α−４π／３） ………（５）ただし、 θ^*＝∫（ωｒ／ｐ＋ωｓ^*）ｄｔ ………（６）Ｖ₁ ^*＝√（（Ｖｄ^*）²＋（Ｖｑ^*）²） ………（７） α＝ｔａｎ^-1（Ｖｑ^*／Ｖｄ^*） ………（８）

【００１０】ここで、θ^*は３相誘導電動機１の２次磁
束の予測位置、ωｒは回転速度、ｐは極対数、ωｓ^*は
すべり周波数指令、Ｖ₁ ^*は１次電圧ベクトルの振幅指
令、αは２次磁束に対する１次電圧ベクトルの角度（相
差角）である。この場合、１次電圧ベクトルの振幅指令
Ｖ₁ ^*が電圧型ＰＷＭ制御インバータ２における振幅電圧
と一致するの。したがって、１次電圧ベクトルの振幅指
令Ｖ₁ ^*が１より大きい場合、各瞬時電圧Ｖｕ^*、Ｖｖ^*、
Ｖｗ^*が、位相θ^*の変化に応じて、リミット回路９、１
０および１１におけるクランプ値±１を越えるときが発
生する。このとき、リミット回路９、１０および１１に
おいてクランプが掛かり、電圧型ＰＷＭ制御インバータ
２の出力が飽和して、３相の出力電圧波形が歪んだ状態
となる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】電流制御回路６および
７において、上述したように、磁束成分電圧指令Ｖｄ^*
およびトルク成分電圧指令Ｖｑ^*が、それぞれ最大±１
で制限されるとすると、ｄ−ｑ軸における各成分の合成
ベクトルｖ^*は、図８に示す正方形の範囲内（各軸の±
１の範囲内）のベクトルとなる。一方、２相−３相変換
器８において求められる１次３相電圧の瞬時値は、式
（７）で示すように、合成ベクトルｖ^*の大きさ（＝Ｖ₁
^*）を振幅とする周期関数として求められるので、各成
分の合成ベクトルｖ^*が図８に示す原点Ｏを中心とする
半径１の円内にあるときにのみ、Ｖ₁ ^*≦１の関係が成立
する。

【００１２】したがって、磁束成分電圧指令Ｖｄ^*およ
びトルク成分電圧指令Ｖｑ^*から合成されたベクトルｖ^*
が、図８に斜線で示す原点Ｏを中心とする半径１の円の
外側の部分でかつ一辺２の正方形内にある場合、１次電
圧ベクトルの振幅指令Ｖ₁ ^*は、１より大きくなり、結果
として、電圧型ＰＷＭ制御インバータ２の出力が飽和し
てしまうことになる。すなわち、電流制御回路６および
７において、磁束成分電圧指令Ｖｄ^*およびトルク成分
電圧指令Ｖｑ^*に対して、±１の範囲内となるようなク
ランプを掛けているにも拘らず、電圧型ＰＷＭ制御イン
バータ２の出力が飽和領域で制御されてしまうという問
題がある。

【００１３】さらに、上述したように、電流制御回路６
および７において、磁束成分およびトルク成分の電圧指
令値を、比例＋積分演算のように積分要素を含む演算に
よって求める場合には、次のような問題がある。図９
は、横軸に時間、縦軸にトルク成分の電圧を表した図で
ある。なお、この場合、図示していない磁束成分電圧指
令Ｖｄ^*は、１／√２一定に設定されていると仮定す
る。また、時刻ｔ１において、トルク成分の電流指令値
Ｉｄと電流指令値Ｉｄ^*の偏差信号の符号が変化したも
のとする。したがって、この場合、時刻ｔ１において、
式（２）に示したトルク成分の電圧指令値Ｖｑ^* _aの比例
分Ｋ₃（Ｉｑ^*−Ｉｑ）は、Ｐ１からＰ２へと変化し、ま
た、積分分Ｋ₄∫（Ｉｑ^*−Ｉｑ）ｄｔは、時刻ｔ１以
降、Ｉ１から徐々に減少するように変化する。

【００１４】上記の条件では、時刻０からｔ１までの
間、トルク成分の内部電圧指令値Ｖｑ^* _a（＝Ｐ１＋Ｉ
１）は、１より大きいので、電流制御回路７から出力さ
れるトルク成分電圧指令Ｖｑ^*は、１に制限される。そ
して、時刻ｔ１において、上述したように偏差信号が変
化すると、トルク成分の電圧指令値Ｖｑ^* _a（＝Ｐ２＋Ｉ
１）は１以下となるので、トルク成分電圧指令Ｖｑ
^*は、電圧指令値Ｖｑ^* _aと一致し、時刻ｔ１以降、徐々
に減少する。

【００１５】しかし、この場合、上述したように磁束成
分電圧指令Ｖｄ^*が１／√２一定であるとすると、図に
斜線で示したトルク成分電圧指令Ｖｑ^*が１／√２を越
える範囲（（Ｖｑ^*）²＞１−（Ｖｄ^*）²の範囲）は、電
圧型ＰＷＭ制御インバータ２の出力が飽和した状態とな
る。したがって、この図に示す場合、時刻ｔ２において
トルク成分電圧指令Ｖｑ^*が１／√２まで低下したとす
ると、電圧型ＰＷＭ制御インバータ２から出力される１
次３相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗは、時刻０からｔ２まで、
飽和した状態である。すなわち、時刻ｔ１で偏差信号
が変化したにも拘らず、時刻ｔ１からｔ２までの間、電
圧型ＰＷＭ制御インバータ２から出力される実際の１次
３相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗは飽和した状態から抜け出せ
ないことになる。

【００１６】なお、ここでは、図９を参照して、トルク
成分の電圧指令値に関する制御の遅れについて説明した
が、磁束成分の電圧指令値に対しても同様のことがいえ
る。以上のように、磁束成分およびトルク成分の電圧指
令値を比例＋積分演算によって求める場合、電流制御回
路６および７から出力される電圧指令のリミット値が電
圧型ＰＷＭ制御インバータ２における飽和値と対応して
いないため、電圧型ＰＷＭ制御インバータ２における電
圧制御に遅れが生じ、結果として、電流制御の応答性が
悪くなってしまうという問題があった。

【００１７】この発明は、このような背景の下になされ
たもので、電流制御に用いるインバータの出力を飽和さ
せることなく、かつ、電流制御の応答性を改善すること
ができるインバータの電流制御装置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記載の発明は、
磁束成分電流指令値とトルク成分電流指令値とに基い
て、交流電動機を駆動するインバータの出力電流におけ
る磁束成分電流とトルク成分電流とを制御するインバー
タの電流制御装置において、前記磁束成分電流指令値と
前記磁束成分電流との偏差に応じて、前記インバータの
出力電圧の磁束成分の電圧指令値を演算する第１の演算
手段と、前記トルク成分電流指令値と前記トルク成分電
流との偏差に応じて、前記インバータの出力電圧のトル
ク成分の電圧指令値を演算する第２の演算手段と、前記
第１の演算手段における演算状態と前記第２の演算手段
における演算状態とに応じて、前記インバータの出力電
圧が飽和しないように、前記磁束成分の電圧指令値と前
記トルク成分の電圧指令値とを制限する制限手段とを具
備することを特徴とする。

【００１９】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の発明において、前記第１の演算手段と前記第２の演
算手段の少なくとも一方の演算手段は、少なくとも比例
演算と積分演算とを含む演算によって、前記磁束成分の
電圧指令値又は前記トルク成分の電圧指令値を演算し、
前記制限手段は、前記比例演算が前記積分演算に優先す
るように、前記磁束成分の電圧指令値又は前記トルク成
分の電圧指令値を制限することを特徴とする。

【００２０】

【作用】上記構成によれば、制限手段が、第１の演算手
段における演算状態と第２の演算手段における演算状態
とに応じて、インバータの出力電圧が飽和しないよう
に、磁束成分の電圧指令値とトルク成分の電圧指令値と
を制限する。そして、各成分の電圧指令値に従った磁束
成分およびトルク成分を有する電圧がインバータから出
力される。したがって、インバータの出力電圧が飽和す
ることがなくなり、飽和する場合と比較して、磁束成分
電流指令値とトルク成分電流指令値とに基づく、交流電
動機に流れる交流電流の磁束成分電流とトルク成分電流
との制御性を向上させることができる。

【００２１】また、請求項２記載の発明による上記の構
成によれば、第１の演算手段と第２の演算手段の少なく
とも一方の演算手段が比例演算と積分演算とを含む演算
によって磁束成分の電圧指令値又はトルク成分の電圧指
令値を演算する場合には、制限手段において、まず比例
演算に基づく磁束成分の電圧指令値又はトルク成分の電
圧指令値の制限が行われ、次に積分演算に基づく磁束成
分の電圧指令値又はトルク成分の電圧指令値の制限が行
われる。したがって、磁束成分電流指令値と磁束成分電
流との偏差又はトルク成分電流指令値とトルク成分電流
との偏差の変化に応じて、各成分の電圧指令値を応答性
良く変化させることができる。

【００２２】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明の一実施例
について説明する。図１はこの発明の一実施例によるイ
ンバータの電流制御装置を用いた誘導電動機の制御装置
の構成を示すブロック図であり、この図において、電流
制御回路１００がこの発明によるインバータの電流制御
装置に対応する部分である。なお、図１において図７の
各部に対応する部分には同一の符号を付け、その説明を
省略する。図１に示す誘導電動機の制御装置において
は、図７に示す電流制御回路６および７の代わりに電流
制御回路１００が設けられており、また、リミット回路
９、１０および１１が省略され、２相−３相変換器８か
ら出力された１次３相電圧指令Ｖｕ^*、Ｖｖ^*、Ｖｗ
^*が、直接、電圧型ＰＷＭ制御インバータ２に入力され
ている。

【００２３】電流制御回路１００は、２相−３相変換器
５から出力された磁束成分電流Ｉｄおよびトルク成分電
流Ｉｑならびにそれぞれの指令値Ｉｄ^*およびＩｑ^*を、
入力端１０４、１０３、１０１および１０２から入力し
て、各成分毎の偏差に応じ、磁束成分電圧指令Ｖｄ^*お
よびトルク成分電圧指令Ｖｑ^*を演算によって求め、出
力端１０５および１０６から出力する。

【００２４】図２は、図１に示す電流制御回路１００の
詳細構成を示すブロック図である。なお、電流制御回路
１００は、デジタル信号処理専用の１チップ・マイクロ
プロセッサ（ＤＳＰ；Digital Signal Processor）によ
って構成されている。なお、この場合、図２に示す電流
制御回路１００は、磁束成分電圧指令Ｖｄ^*およびトル
ク成分電圧指令Ｖｑ^*を、式（１）および（２）に基づ
いて演算するよう構成されており、図２に示す入力端子
１０１〜１０４ならびに出力端子１０５および１０６
は、図１に示すものと対応している。

【００２５】図２において、入力端子１０１から入力さ
れた磁束成分電流指令値Ｉｄ^*および入力端子１０４か
ら入力された磁束成分電流Ｉｄは、減算器１３０に入力
され、（Ｉｄ^*−Ｉｄ）によって求められる偏差信号が
減算器１３０から出力される。この減算器１３０の出力
は、入力端子Ｘからサンプルホールド１３１へ入力され
る。サンプルホールド１３１は、図示していない外部の
クロック発振回路からクロック入力端子１９５を介して
端子ｂへ供給される所定周期のクロック信号に基づい
て、入力端子Ｘから入力される信号をサンプリングし、
クロック信号の１周期分、入力された値をホールドし、
出力端子Ｙから出力する。

【００２６】１３２および１３３は乗算器であり、乗算
器１３２では入力端子１９１から入力された比例ゲイン
（Ｋ₁）とサンプルホールド１３１の出力とを乗算した
結果が求められ、乗算器１３３では入力端子１９２から
入力された積分ゲイン（Ｋ₂）とサンプルホールド１３
１の出力とを乗算した結果が求められる。なお、磁束成
分電流指令値Ｉｄ^*、トルク成分電流指令値Ｉｑ^*、比例
ゲインおよび積分ゲインは、それぞれ、図示していない
中央制御装置（ＣＰＵ）およびレジスタ等から入力され
る。この乗算器１３２での乗算結果は、出力端子Ｙから
出力されて、リミット回路１３４の端子Ｘに入力され
る。リミット回路１３４は、端子Ｘ、端子ＭＡＸおよび
端子ＭＩＮから入力される値に応じて、以下の条件によ
って出力端子Ｙから出力する値を決定する。ただし、端
子ＭＡＸから入力される値は、端子ＭＩＮから入力され
る値より、常に大きいものとする。１）端子Ｘから入力された値が端子ＭＡＸから入力され
た値以上である場合：端子ＭＡＸから入力された値が出
力端子Ｙから出力される。２）端子Ｘから入力された値が端子ＭＩＮから入力され
た値以下である場合：端子ＭＩＮから入力された値が出
力端子Ｙから出力される。３）端子Ｘから入力された値が端子ＭＡＸから入力され
た値より小さくかつ端子ＭＩＮから入力された値より大
きい場合：端子Ｘから入力された値がそのまま出力端子
Ｙから出力される。すなわち、リミット回路１３４は、端子Ｘから入力され
た信号の最大値および最小値を、端子ＭＡＸおよび端子
ＭＩＮから入力された値に制限して、端子Ｙから出力す
る。

【００２７】そして、このリミット回路１３４の出力
は、加算器１３５の２つの入力端子のうちの一方の入力
端子へ入力される。一方、乗算器１３３での乗算結果
は、出力端子Ｙから出力されて、加算器１３６の一方の
入力端子へ入力され、加算器１３６の出力がリミット回
路１３７の入力端子Ｘへ入力される。このリミット回路
１３７は、端子Ｘ、端子ＭＡＸおよび端子ＭＩＮから入
力された信号に応じて、リミット回路１３４と同様にし
て得た出力を、端子Ｙから出力する。そして、端子Ｙか
ら出力された信号は、加算器１３５のもう一方の入力端
子へ入力される。したがって、加算器１３５からは、リ
ミット回路１３４の出力とリミット回路１３７の出力を
加算した結果が出力される。また、リミット回路１３７
の出力端子Ｙから出力された信号は、ユニット・ディレ
イ１３８のＸ端子へも入力される。

【００２８】このユニット・ディレイ１３８は、端子ｂ
から入力される上記クロック信号の１周期分、端子Ｘか
ら入力された信号を遅延させて端子Ｙから出力する。そ
して、このユニット・ディレイ１３８の出力は、加算器
１３６の一方の入力端子へ入力される。したがって、ユ
ニット・ディレイ１３８および加算器１３６は積分器を
構成し、また、この積分器の積分値はリミット回路１３
７での上下限の範囲内に常に制限される。以上の構成に
よれば、リミット回路１３４および１３７が、各々の入
力端子Ｘから入力される値をそのまま出力端子Ｙから出
力している場合には、式（１）で示される磁束成分の電
圧指令値Ｖｄ^* _aに対応したデジタル信号が、電圧指令値
Ｖｄ^*として端子１０５から出力される。

【００２９】他方、トルク成分の信号処理は、上述した
符号１３０〜１３８を付した各回路と同様にして構成さ
れた符号１５０〜１５８を付した各回路によって行われ
る。そして、リミット回路１５４および１５７が、各々
の入力端子Ｘから入力される値をそのまま出力端子Ｙか
ら出力している場合には、式（２）で示されるトルク成
分の電圧指令値Ｖｑ^* _aに対応したデジタル信号が、電圧
指令値Ｖｑ^*として端子１０６から出力される。なお、
トルク成分の信号処理における比例ゲイン（Ｋ₃）と積
分ゲイン（Ｋ₄）は、それぞれ、入力端子１９３および
入力端子１９４から入力される。

【００３０】次に、リミット回路１３４、１３７、１５
４および１５７の各端子ＭＡＸおよび端子ＭＩＮの入力
信号について説明する。１３９は、加算器であり、乗算
器１３２の出力と加算器１３６の出力を加算することに
よって磁束成分の内部電圧指令値の比例分と積分分を加
算した結果を求め、リミット値発生回路２００の入力端
子Ｘ１へ出力する。１５９は、１３９と同様の加算器で
あり、乗算器１３２の出力と加算器１３６の出力を加算
することによって求めたトルク成分の内部電圧指令値の
比例分と積分分を加算した結果を、リミット値発生回路
２００の入力端子Ｘ２へ出力する。

【００３１】リミット値発生回路２００は、複数の演算
回路からなる信号処理回路であり、入力端子Ｘ１および
Ｘ２から入力された値に応じて、磁束成分の電圧指令値
の最大値を端子Ｙ１、最小値を端子Ｙ２から出力し、ト
ルク成分の電圧指令値の最大値を端子Ｙ３、最小値を端
子Ｙ４から出力する。ただし、リミット値発生回路２０
０の各端子から出力される値は、±１の範囲内の値であ
る。なお、このリミット値発生回路２００の詳細につい
ては後述する。

【００３２】そして、リミット値発生回路２００の各出
力は、回路ブロック１７０および１８０へ入力される。
この回路ブロック１７０は、減算器１７０、１７３なら
びに出力信号の上下限値を±１でクランプするクランプ
回路１７２、１７４から構成されている。そして、リミ
ット値発生回路２００の端子Ｙ１および端子Ｙ２の出力
を、直接リミット回路１３４の端子ＭＡＸおよび端子Ｍ
ＩＮへ出力するとともに、端子Ｙ１および端子Ｙ２の出
力からリミット回路１３４の出力を減算した結果をそれ
ぞれ、クランプ回路１７２、１７４へ出力する。そし
て、クランプ回路１７２、１７４の出力は、リミット回
路１３７の端子ＭＡＸおよび端子ＭＩＮへそれぞれ入力
される。この構成によって、磁束成分の電圧指令値Ｖｄ
^*における比例分が、リミット回路１３４において、リ
ミット値発生回路２００から出力された磁束成分の電圧
指令値の最大値と最小値の範囲内に制限され、他方、積
分分は、リミット回路１３７において、リミット値発生
回路から出力された磁束成分の電圧指令値の最大値およ
び最小値から、比例分を差引いた値に制限される。した
がって、比例分と積分分を加算した値である端子１０５
から出力される電圧指令値Ｖｄ^*の上下限値は、リミッ
ト値発生回路２００から出力された最大値（端子Ｙ１）
および最小値（端子Ｙ２）の範囲に制限される。

【００３３】一方、回路ブロック１８０は、回路ブロッ
ク１７０と同様に、減算器１８０、１８３ならびに出力
信号の上下限値を±１でクランプするクランプ回路１８
２、１８４の４回路から構成されている。そして、リミ
ット回路１５４および１５７の各端子ＭＡＸおよび端子
ＭＩＮへ各制限値を出力する。したがって、磁束成分と
同様、端子１０６から出力されるトルク成分の電圧指令
値Ｖｑ^*の上下限値も、リミット値発生回路２００の端
子Ｙ３から出力される最大値と端子Ｙ４から出力される
最小値の範囲内に制限される。

【００３４】次に、図３および図４を参照して、リミッ
ト値発生回路２００の詳細について説明する。図３およ
び図４は、図８と同様にｄ−ｑ平面を表す図であり、そ
れぞれリミット値発生回路２００における異なった２種
類の方法によるリミット値の発生手法を示す説明図であ
る。

【００３５】図３において、Ｖｄ^* _a0はリミット値発生
回路２００の端子Ｘ１から入力された磁束成分の内部電
圧指令値に対応するベクトル、また、Ｖｑ^* _a0は端子Ｘ
２から入力されたトルク成分の内部電圧指令値に対応す
るベクトルを表している。この場合、Ｖｄ^* _a0は（０．
８，０）、Ｖｑ^* _a0は（０，０．８×√３）であるとす
る。したがって、ベクトルＶｄ^* _a0とベクトルＶｑ^* _a0の
合成ベクトルＶａ（０．８，０．８×√３）の大きさは
１．６となり、相差角θａ（式（８）のαに対応）はπ
／３となる。このような場合、電圧型ＰＷＭ制御インバ
ータ２（図１参照）の出力を飽和させないためには、ベ
クトルＶｄ^* _a0とベクトルＶｑ^* _a0を制限して、それらの
合成ベクトルＶａの大きさが１以下、すなわち、この図
に示す半径１の円内となるようにしなければならない。

【００３６】そこで、リミット値発生回路２００は、合
成ベクトルＶａの大きさが１以下となるように各成分Ｖ
ｄ^* _a0およびＶｑ^* _a0の最大および最小の制限値を次のよ
うにして発生する。図３は、リミット値発生回路２００
において、相差角θ_aを保持した状態で、両成分をそれ
ぞれ制限するためのリミット値を発生する場合を示して
いる。すなわち、この場合、リミット値発生回路２００
では、磁束成分の電圧指令値Ｖｄ^*の最大値に対応する
ベクトルＶｄ^* ₁₀が（ｃｏｓθ_a，０）となり、トルク成
分の電圧指令値Ｖｑ^*の最大値に対応するベクトルＶｑ^*
₁₀が（０，ｓｉｎθ_a）となるように各成分のリミット
値が発生される。この場合、ベクトルＶｄ^* ₁₀とベクト
ルＶｑ^* ₂₀の合成ベクトルｖ^* ₁₀の大きさは１となる。

【００３７】次に、図４を参照して、リミット値発生回
路２００における他の制限値の発生手法を説明する。図
４に示す磁束成分の内部電圧指令値Ｖｄ^* _a0とトルク成
分の内部電圧指令値Ｖｑ^* _a0は、図３に示すものと同一
のベクトルである。この場合、磁束成分の電圧指令値を
優先し、内部電圧指令値Ｖｄ^* _a0が±１以下の場合は磁
束成分の電圧指令値に対しては制限を掛けないようにす
る。したがって、この場合、磁束成分の電圧指令値Ｖｄ
^*の最大値に対応するベクトルＶｄ^* ₂₀は内部電圧指令値
Ｖｄ^* _a0と一致する。また、トルク成分の電圧指令値に
対しては、ベクトルＶｄ^* ₂₀とトルク成分の電圧指令値
Ｖｑ^*の最大値に対応するベクトルＶｑ^* ₂₀の合成ベクト
ルｖ^* ₂₀の大きさが１となるように、ベクトルＶｑ^* ₂₀の
大きさを±√（１−（Ｖｄ^* _a0）²）式に基づいて決定す
る。そして、以上のようにして決定したベクトルＶｑ^*
₂₀に対応する各制限値がリミット値発生回路２００から
出力される。

【００３８】次に、図３を参照して説明した、相差角θ
_aが一定となるように各リミット値を発生する場合のリ
ミット値発生回路２００の構成の一例を、図５を参照し
て説明する。なお、図５に示す各入出力端子Ｘ１、Ｘ
２、Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３およびＹ４は、図２に示す各端子
と対応している。この図において、２１０は、逆正接関
数回路であり、端子Ｘ１から入力された信号と端子Ｘ２
から入力された信号とに基づいて、ｔａｎ^-1（Ｘ２／Ｘ
１）に対応する位相信号（図３に示すθ_aに対応。）を
出力する。なお、Ｘ１＝０の場合、逆正接関数回路２１
０はπ／４または−π／４を出力する。２１１は、余弦
関数回路であり、逆正接関数回路２１０から入力された
位相信号に基づいて、余弦関数値（ｃｏｓθ_aに対
応。）を出力する。２１２は、入力端子ｌから入力され
た値が入力端子ｒから入力された値以上である場合に
“１”を出力し、それ以外の場合“０”を出力する比較
回路であり、端子ｌには余弦関数回路２１１の出力が、
他方、端子ｒには定数信号発生回路２１３から出力され
た０信号が入力される。

【００３９】２１４および２１５は、セレクタであり、
入力端子ｂに“１”が入力された場合には端子ｔから入
力された値を選択して出力し、入力端子ｂに“０”が入
力された場合には端子ｆから入力された値を選択して出
力する。なお、セレクタ２１４の端子ｆには定数信号発
生回路２１６から出力された１信号が、端子ｔには余弦
関数回路２１１の出力が入力され、他方、セレクタ２１
５の端子ｔには定数信号発生回路２１７から出力された
−１信号が、端子ｆには余弦関数回路２１１の出力が入
力される。

【００４０】一方、逆正接関数回路２１０の出力は、正
弦関数回路２２１へも供給され、正弦関数回路２２１で
求められた正弦関数値（ｓｉｎθ_aに対応。）は、比較
回路２２２の端子ｌ、セレクタ２２４の端子ｔおよびセ
レクタ２２５の端子ｆへ供給される。なお、比較回路２
２２、セレクタ２２４および２２５、ならびに定数信号
発生回路２２３、２２６および２２７は、上述した比較
回路２１２、セレクタ２１４および２１５、ならびに定
数信号発生回路２１３、２１６および２１７と同様にし
て構成されている。

【００４１】以上の構成によって図５に示すリミット値
発生回路２００は、入力端子Ｘ１およびＸ２から入力さ
れた信号に基づいて、出力端子Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３および
Ｙ３から以下の信号を出力する。１）Ｘ１≧０の場合Ｙ１＝ｃｏｓ（ｔａｎ^-1（Ｘ２／Ｘ１））Ｙ２＝−１２）Ｘ１＜０の場合Ｙ１＝１Ｙ２＝ｃｏｓ（ｔａｎ^-1（Ｘ２／Ｘ１））３）Ｘ２≧０の場合Ｙ３＝ｓｉｎ（ｔａｎ^-1（Ｘ２／Ｘ１））Ｙ４＝−１４）Ｘ２＜０の場合Ｙ３＝１Ｙ４＝ｓｉｎ（ｔａｎ^-1（Ｘ２／Ｘ１））

【００４２】このように、図５に示すリミット値発生回
路２００では、磁束成分およびトルク成分の内部電圧指
令値Ｖｄ^* _aおよびＶｑ^* _aに応じて、相差角θ_aが同一
で、かつ大きさが１となるような合成ベクトルに対応し
た磁束成分とトルク成分のリミット値をそれぞれ発生さ
れる。

【００４３】次に、上記のようにして構成された図１に
示す電流制御回路１００の動作を、図６を参照して説明
する。図６は、図９と同様、横軸に時間、縦軸にトルク
成分の電圧を表した図である。なお、この図に示す場
合、電流制御回路１００内部のリミット値発生回路２０
０は、図５に示すように構成されているものとする。ま
た、この場合、磁束成分およびトルク成分の合成ベクト
ルの相差角θ_aはπ／３であるとする。ここで、時刻ｔ_a
において、トルク成分の電流指令値Ｉｄと電流指令値Ｉ
ｄ^*の偏差信号の符号が変化したとする。

【００４４】この場合、時刻０からｔ_aまでの間、トル
ク成分の電圧指令値Ｖｑ^*（＝Ｐ11＋Ｉ11）は、ｓｉｎ
（π／３）に制限される。ここで、時刻０からｔ_aまで
の期間において、例えば、比例分がＰ11（Ｋ₃（Ｉｑ^*−
Ｉｑ））が０．５であったとすると、積分分Ｉ11（Ｋ₄
∫（Ｉｑ^*−Ｉｑ）ｄｔ）は、ｓｉｎ（π／３）−０．
５（約０．３６６）に制限される。次に、時刻ｔ_aにお
いて、偏差信号の符号が変化し、比例分がＰ11からＰ12
へと変化したとすると、時刻ｔ_aでは、積分分がＩ11な
ので、トルク成分の電圧指令値Ｖｑ^*は、例えばこの図
に示すように変化する。すなわち、偏差信号の符号が変
化した時刻ｔ_aの時点から、遅延無く、トルク成分の電
圧指令値Ｖｑ^*が変化し始める。なお、時刻０からｔ_aま
での間、磁束成分の電圧指令値Ｖｄ^*に対しても同時に
ｃｏｓ（π／３）を越えないような制限が掛けられる。

【００４５】上述したように、電流制御回路１００にお
いて、磁束成分電圧指令Ｖｄ^*およびトルク成分電圧指
令Ｖｑ^*が両成分間の関係に応じてそれぞれ制限される
ので、２相−３相変換器８を介して電圧型ＰＷＭ制御イ
ンバータ２へ入力される１次３相電圧指令Ｖｕ^*、Ｖ
ｖ^*、Ｖｗ^*が飽和領域内の指令値となることがない。さ
らに、電流制御回路１００では、各成分の電圧指令値の
比例分を優先するようにして、各成分の積分分に対し
て、電圧型ＰＷＭ制御インバータ２の最大出力振幅に対
応したクランプが掛けられているので、例えば図６に示
すように、偏差信号の変化に対して指令値を遅れをなく
変化されることができる。したがって、従来に比較し、
電流制御におけるオーバーシュートあるいはアンダーシ
ュートを低減することができる。

【００４６】なお、以上、本発明の実施例を誘導電動機
について説明したが、例えばＡＣサーボに用いられてい
る永久磁石形の同期電動機（ＤＣブラシレス）では、励
磁電流指令を０として同様なインバータの電流制御を行
うので、上記と全く同様の原理にて永久磁石形の同期機
にも本発明を適用することができる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、制限手段が、第１の演算手段における演算
状態と第２の演算手段における演算状態とに応じて、イ
ンバータの出力電圧が飽和しないように、磁束成分の電
圧指令値とトルク成分の電圧指令値とを制限するので、
インバータの出力電圧が飽和しなくなり、飽和する場合
と比較して、交流電動機に流れる交流電流の磁束成分電
流とトルク成分電流との制御性を向上させることができ
る。すなわち、電流制御に用いるインバータの出力を飽
和させることなく、かつ、電流制御の応答性を良くする
ことができるという効果がある。

【００４８】また、請求項２記載の発明によれば、制限
手段において、比例演算が積分演算に優先される。した
がって、各成分の電流偏差の変化に応じて、各成分の電
圧指令値を応答性良く変化させることができるので、電
流制御におけるオーバーシュートあるいはアンダーシュ
ートを低減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】この発明の一実施例によるインバータの電流制
御装置を用いた誘導電動機の制御装置の構成を示すブロ
ック図である。

【図２】図１に示す電流制御回路１００の一構成例を示
すブロック図である。

【図３】図２に示す電流制御回路１００における各指令
値の制限手法を説明するためのｄ（磁束成分）−ｑ（ト
ルク成分）平面図である。

【図４】図２に示す電流制御回路１００における各指令
値の他の制限手法を説明するためのｄ−ｑ平面図であ
る。

【図５】図２に示すリミット値発生回路２００の内部構
成の一例を示すブロック図である。

【図６】この発明の一実施例による電流制御回路１００
の動作を説明するためのタイムチャートである。

【図７】従来のインバータの電流制御装置を用いた誘導
電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。

【図８】交流電圧と２軸（磁束成分−トルク成分）電圧
との関係を示す説明図である。

【図９】従来のインバータの電流制御装置の動作を説明
するためのタイムチャートである。

【符号の説明】

１３相誘導電動機２電圧型ＰＷＭ制御インバータ１００電流制御回路１７０回路ブロック１８０回路ブロック２００リミット値発生回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁束成分電流指令値とトルク成分電流指
令値とに基いて、交流電動機を駆動するインバータの出
力電流における磁束成分電流とトルク成分電流とを制御
するインバータの電流制御装置において、前記磁束成分電流指令値と前記磁束成分電流との偏差に
応じて、前記インバータの出力電圧の磁束成分の電圧指
令値を演算する第１の演算手段と、前記トルク成分電流指令値と前記トルク成分電流との偏
差に応じて、前記インバータの出力電圧のトルク成分の
電圧指令値を演算する第２の演算手段と、前記第１の演算手段における演算状態と前記第２の演算
手段における演算状態とに応じて、前記インバータの出
力電圧が飽和しないように、前記磁束成分の電圧指令値
と前記トルク成分の電圧指令値とを制限する制限手段と
を具備することを特徴とするインバータの電流制御装
置。
【請求項２】前記第１の演算手段と前記第２の演算手
段の少なくとも一方の演算手段は、比例演算と積分演算
とを含む演算によって前記磁束成分の電圧指令値又は前
記トルク成分の電圧指令値を演算し、前記制限手段は、前記比例演算が前記積分演算に優先す
るように、前記磁束成分の電圧指令値又は前記トルク成
分の電圧指令値を制限することを特徴とする請求項１記
載のインバータの電流制御装置。