JP2004187460A

JP2004187460A - Inverter control device, induction motor control device, and induction motor system

Info

Publication number: JP2004187460A
Application number: JP2002354620A
Authority: JP
Inventors: Mitsugi Nakamura; 貢中村
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-12-06
Filing date: 2002-12-06
Publication date: 2004-07-02

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inverter control device that changes control constants properly and controls an induction motor further stably corresponding to a related-to-the-induction motor control constant that changes depending on operating conditions. <P>SOLUTION: The inverter control device is used that has an inverter control device 1 and a control-parameter control device 2. The inverter control device 1 calculates voltage commands V<SB>u</SB><SP>*</SP>, V<SB>v</SB><SP>*</SP>and V<SB>w</SB><SP>*</SP>by control operation using control parameters based on a speed detection value ωm and current detection values I<SB>u</SB>, I<SB>v</SB>and I<SB>w</SB>of the induction motor 4 and a control command τ<SP>*</SP>to the induction motor 4, and outputs the voltage commands V<SB>u</SB><SP>*</SP>, V<SB>v</SB><SP>*</SP>and V<SB>w</SB><SP>*</SP>to a power converting device 3 that supplies electric power to the induction motor 4. The control constant control device 2 outputs the control constant S to the inverter control device 1 based on the operating conditions of the induction motor 4. Then, the inverter control device 1 calculates the voltage commands V<SB>u</SB><SP>*</SP>, V<SB>v</SB><SP>*</SP>and V<SB>w</SB><SP>*</SP>with the control constant S outputted from the control constant control device 2. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はインバータ制御装置、誘導電動機の制御装置及び誘導電動機システムに関し、特に、回転機械の可変速駆動に用いられるインバータ制御装置、誘導電動機の制御装置及び誘導電動機システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
インバータ制御装置の制御により駆動される整流器・インバータ・誘導電動機を備える誘導電動機システムが知られている。
図７は、従来のインバータ制御装置を用いた誘導電動機システムを示す。この誘導電動機システムは、インバータ制御部１０１、電源部１１０、電力変換部１０３、電流計１０５、誘導電動機１０４及び速度検出器１０６を備える。
インバータ制御部１０１は、速度検出器１０６からの回転速度ω_ｍ、電流計１０５からの電流Ｉ_ｕ、Ｉ_ｖ、Ｉ_ｗ、外部からのトルク指令τ^＊に基づいて、電力変換部１０３へ電圧指令Ｖ_ｕ ^＊、Ｖ_ｖ ^＊、Ｖ_ｗ ^＊を出力するインバータ制御装置である。電源部１１０は、バッテリー又は商用電源である。電力変換部１０３は、整流部（整流器、コンバータなど）及びインバータを含み、電源部１１０の電力を電圧指令Ｖ_ｕ ^＊、Ｖ_ｖ ^＊、Ｖ_ｗ ^＊の特性を有する電力へ変換し、誘導電動機１０４へ出力する。電流計１０５は、電力変換部１０３から出力された電力の電流Ｉ_ｕ、Ｉ_ｖ、Ｉ_ｗを計測し、インバータ制御部１０１へ出力する。誘導電動機１０４は、電力変換部１０３から出力された電力により駆動される。速度検出器１０６は、誘導電動機１０４の回転速度ω_ｍを計測し、インバータ制御部１０１へ出力する。
【０００３】
また、図６は、誘導電動機のＴ形等価回路を示す回路図である。ただし、ｒ_１：一次抵抗、ｒ_２：二次抵抗の一次側換算値（以下、「二次抵抗」と記す）、ｌ_１：一次漏れインダクタンス（以下、「一次インダクタンス」と記す）、ｌ_２：二次漏れインダクタンスの一次側換算値（以下、「二次インダクタンス」と記す）、ｓ：すべり、ｒ_０：励磁抵抗、Ｍ：一次、二次相互インダクタンス（以下、「相互インダクタンス」と記す）である。
【０００４】
インバータ制御部１０１では、回転速度ω_ｍ、電流Ｉ_ｕ、Ｉ_ｖ、Ｉ_ｗ、トルク指令τ^＊に基づいて、予め設定されている制御定数（図６に示す回路定数：ｒ_１、ｒ_２、ｌ_１、ｌ_２、ｓ、ｒ_０、Ｍのような物理量など）を用いて制御演算を行い、誘導電動機システムを制御している。しかし、運転状態により、実際の制御定数が変動する場合がある。特に、力行状態と回生状態とでは、ハードウェア（誘導電動機）の制御定数が変化する。このため、その変化に対応して演算により該当する制御定数を補正する等の処理を行わないと、ハードウェアに対する適切な制御を行うことが出来なくなる。
制御定数を補正しながら制御を行なう場合、制御装置におけるＣＰＵのような演算処理部の負担が大きくなる。負担を軽減するために、他の演算処理部を設けることにすると制御装置サイズの増加、あるいは制御装置コストの増加が必要となる。
【０００５】
関連する技術として、特開平８−２５１９９７号公報に誘導電動機の制御装置の技術が公開されている。この技術の誘導電動機の制御装置は、インバータと、速度検出手段と、ベクトル制御部と、電流・電圧検出手段と、モータ定数演算手段とを備えている。
インバータは、電流指令に従って可変電圧、可変周波数の交流を誘導電動機に供給する。速度検出手段は、その誘導電動機の速度を検出する。ベクトル制御部は、その誘導電動機の検出速度、二次抵抗のみを可変として予め設定されたモータ定数、トルク指令及び二次磁束指令に基づいてそのインバータに対する電流指令を演算する。電流・電圧検出手段は、その誘導電動機に供給される電流及び電圧を検出する。モータ定数演算手段は、その電流指令の演算過程で導出されるすべり周波数及び回転周波数、並びに、検出されたその誘導電動機の電流及び電圧に基づいてその誘導電動機の二次抵抗を演算し、設定されたモータ定数の補正値とする。
この技術は、回転子の温度が変動しても、所定のトルクを正確に発生させることのできる誘導電動機の制御装置を得ることを目的としている。
【０００６】
また、特開平９−１４９６９８号公報に誘導電動機の制御装置の技術が公開されている。この技術の誘導電動機の制御装置は、周波数演算手段と、誘導電動機電流指令出力手段と、誘導電動機電流指令出力手段と、電流制御手段とを備え、更に、三相／二相変換装器と、二次抵抗推定手段とを備えたことを特徴としている。
周波数演算手段は、誘導電動機の二次抵抗Ｒ２と二次インダクタンスＬ２と励磁電流指令とトルク電流指令とからすべリ角周波数ω_ｓを演算する。誘導電動機電流指令出力手段は、そのトルク電流指令とその励磁電流指令とその誘導電動機の検出もしくは推定された回転速度とそのすべり角周波数ωｓとからその誘導電動機に流れる電流指令を出力する。電流制御手段は、その誘導電動機電流指令とその誘導電動機の検出された電流とを比較しその比較結果に応じた電圧指令を出力する。その電圧指令に応じて出力電圧と周波数を可変してその誘導電動機を駆動する駆動手段を備えた誘導電動機の制御装置である。三相／二相変換装器は、その誘導電動機の一次電圧と一次電流の検出値又は指令値を、静止座標系（ｄ−ｑ軸）の一次電圧と一次電流であるｖ_１ｄ、ｖ_１ｑ、ｉ_１ｄ、ｉ_１ｑに三相／二相変換し出力する。二次抵抗推定手段は、その三相／二相変換器から入力した静止座標系の一次電圧と一次電流であるｖ_１ｄ、ｖ_１ｑ、ｉ_１ｄ、ｉ_１ｑ、一次インダクタンスＬ_１、二次インダクタンスＬ_２、相互インダクタンスＭ、及び一次抵抗Ｒ_１により、二次磁束ψ_２ｄ、ψ_２ｑ及び二次電流ｉ_２ｄ、ｉ_２ｑを演算し、そのすべり周波数演算手段から入力した更新前のすべり角周波数ω_ｓ、その演算して求めた二次磁束ψ_２ｄ、ψ_２ｑ及び二次電流ｉ_２ｄ、ｉ_２ｑにより所定の数式によって二次抵抗Ｒ２を演算し、この二次抵抗Ｒ２をそのすべり周波数演算手段へ出力する。
この技術は、定回転、定トルク運転のような状況でも一次抵抗、二次抵抗の値を微分項を含まない手法で演算推定でき、ベクトル制御本来の制御性を維持できる誘導電動機の制御装置を得ることを目的としている。
【０００７】
運転状態により変動するハードウェア（誘導電動機）の制御定数に対応して、適切な制御を行うことが可能な技術が求められている。力行時と回生時とで制御定数が変動しても、誘導電動機を適切に制御することが可能な技術が求められている。また、制御に関わる制御装置の負担の少ない技術が求められている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平８−２５１９９７号公報
【特許文献２】
特開平９−１４９６９８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、運転状態により変動する誘導電動機に関する制御定数に対応して、誘導電動機を適切に制御することが可能なインバータ制御装置、誘導電動機の制御装置及び誘導電動機システムを提供することである。
【００１０】
また、本発明の他の目的は、誘導電動機の力行時と回生時とで制御定数が変動しても、誘導電動機を適切に制御することが可能なインバータ制御装置、誘導電動機の制御装置及び誘導電動機システムを提供することである。
【００１１】
本発明の更に他の目的は、運転状態により変動する誘導電動機に関わる制御定数に対応した制御を、制御装置の負担を少なく行うことが可能なインバータ制御装置、誘導電動機の制御装置及び誘導電動機システムを提供することである。
【００１２】
本発明の更に他の目的は、運転状態により変動する誘導電動機に関わる制御定数に対応した制御を、省スペース、低コストで行うことが可能なインバータ制御装置、誘導電動機の制御装置及び誘導電動機システムを提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態］で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］との対応関係を明らかにするために括弧付で付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１４】
従って、上記課題を解決するために、本発明のインバータ制御装置は、インバータ制御部（１）と、制御定数制御部（２）とを具備する。
インバータ制御部（１）は、誘導電動機（４）の速度検出値（ω_ｍ）及び電流検出値（Ｉ_ｕ、Ｉ_ｖ、Ｉ_ｗ）と、誘導電動機（４）への制御指令（τ^＊）とに基づいて、制御定数を用いた制御演算により電圧指令（Ｖ_ｕ ^＊、Ｖ_ｖ ^＊、Ｖ_ｗ ^＊）を算出し、誘導電動機（４）に電力を供給する電力変換部（４）へ電圧指令（Ｖ_ｕ ^＊、Ｖ_ｖ ^＊、Ｖ_ｗ ^＊）を出力する。制御定数制御部（２）は、誘導電動機（４）の運転状態に基づいて、制御定数（Ｓ）をインバータ制御部（１）へ出力する。
そして、インバータ制御部（１）は、制御定数制御部（２）から出力された制御定数（Ｓ）を用いて、電圧指令（Ｖ_ｕ ^＊、Ｖ_ｖ ^＊、Ｖ_ｗ ^＊）を算出する。
【００１５】
また、本発明のインバータ制御装置は、制御定数制御部（２）が、制御定数データベース（２３）と、制御定数変換部（２１）とを備える。
制御定数データベース（２３）は、制御定数（３１）と運転状態（３２）とを関連付けて格納する。制御定数変換部（２１）は、運転状態（３２）に基づいて、制御定数データベース（２３）から制御定数（３１）を選択し、インバータ制御部（１）へ出力する。
【００１６】
また、本発明のインバータ制御装置は、運転状態が、回生状態及び力行状態を含んでいる。
そして、制御定数制御部（２）は、速度検出値（ω_ｍ）及び制御指令（τ^＊）に基づいて、その運転状態を判定する。
【００１７】
更に、本発明のインバータ制御装置は、その制御定数が、誘導電動機（４）の二次抵抗（ｒ_２）及び相互インダクタンス（Ｍ）の少なくとも一方を含んでいる。
【００１８】
更に、本発明のインバータ制御装置は、その制御定数が、回生状態において、誘導電動機（４）のすべり周波数（ω_Ｓ）が小さくなるように選択される。
【００１９】
上記課題を解決するために、本発明の誘導電動機の制御装置は、電流検出部（５）と、速度検出部（６）と、インバータ制御装置（１＋２）と、電力変換部（３）とを具備する。
電流検出部（５）は、誘導電動機（４）へ供給される電力としての供給電力の電流を検出して、電流検出値（Ｉ_ｕ ^＊、Ｉ_ｖ ^＊、Ｉ_ｗ ^＊）として出力する。速度検出部（ω_ｍ）は、誘導電動機（４）の速度を検出して、速度検出値（ω_ｍ）として出力する。インバータ制御装置（１＋２）は、速度検出値（ω_ｍ）及び電流検出値（Ｉ_ｕ ^＊、Ｉ_ｖ ^＊、Ｉ_ｗ ^＊）と、誘導電動機（４）への制御指令（ω_ｍ）とに基づいて、電圧指令（Ｖ_ｕ ^＊、Ｖ_ｖ ^＊、Ｖ_ｗ ^＊）を出力する。上記各項のいずれか一項に記載されている。電力変換部（３）は、電圧指令（Ｖ_ｕ ^＊、Ｖ_ｖ ^＊、Ｖ_ｗ ^＊）に基づいて、電源（１０）から供給される電力を変換して供給電力として誘導電動機（４）へ出力する。
【００２０】
上記課題を解決するために、本発明の誘導電動機システムは、上記の誘導電動機の制御装置（１＋２＋３＋５＋６）と、誘導電動機（４）とを具備する。
【００２１】
また、本発明の誘導電動機システムは、誘導電動機の制御装置（１＋２＋３＋５＋６）の電力変換部（３）へ電力を供給する電源が、二次電池である。
【００２２】
上記課題を解決するために、本発明の誘導電動機の制御方法は、誘導電動機（４）の速度である速度検出値（ω_ｍ）を検出するステップと、外部からの制御指令（τ^＊）及び速度検出値（ω_ｍ）に基づいて、誘導電動機（４）の運転状態を判定するステップと、その判定に基づいて、誘導電動機（４）の制御に関わる制御定数を、維持、又は、その運転状態に対応して予め設定された値への変更を行うステップと、その維持又は変更されたその制御定数、制御指令（τ^＊）、誘導電動機に供給される電力としての供給電力の電流である電流検出値（Ｉ_ｕ ^＊、Ｉ_ｖ ^＊、Ｉ_ｗ ^＊）及び速度検出値（ω_ｍ）に基づいて、制御演算を行い、その供給電力を制御するステップとを具備する。
【００２３】
上記課題を解決するために、本発明の方法を実行するプログラムは、外部からの制御指令（τ^＊）及び検出された速度検出値（ω_ｍ）を受信するステップと、制御指令（τ^＊）及び速度検出値（ω_ｍ）に基づいて、誘導電動機（４）の運転状態を判定するステップと、その判定に基づいて、誘導電動機（４）の制御に関わる制御定数を、維持、又は、その運転状態に対応して予め設定された値への変更を行うステップと、その維持又は変更されたその制御定数、制御指令（τ^＊）、誘導電動機（４）に供給される電力としての供給電力の電流である電流検出値（Ｉ_ｕ ^＊、Ｉ_ｖ ^＊、Ｉ_ｗ ^＊）及び速度検出値（ω_ｍ）に基づいて、制御演算を行い、その供給電力の電圧を制御する指令（Ｖ_ｕ ^＊、Ｖ_ｖ ^＊、Ｖ_ｗ ^＊）を電力変換部（３）へ出力するステップとを具備する方法をコンピューターに実行させる。ここで、速度検出値（ω_ｍ）は、誘導電動機（４）の速度である。電力変換部（３）は、電源から供給された電力を、指令（Ｖ_ｕ ^＊、Ｖ_ｖ ^＊、Ｖ_ｗ ^＊）に基づいて変換し、誘導電動機（４）へ供給する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明であるインバータ制御装置、誘導電動機の制御装置及び誘導電動機システムの実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。
本実施例において、フォークリフトのような移動体の動力としての誘導電動機の可変速制御に使用されるインバータ制御装置、誘導電動機の制御装置及び誘導電動機システムを例に示して説明する。ただし、他の回転機器の可変速制御においても、適用可能である（なお、各実施の形態において同一又は相当部分には同一の符号を付して説明する）。
【００２５】
本発明であるインバータ制御装置、誘導電動機の制御装置及び誘導電動機システムの実施の形態の構成について、図１を参照して説明する。
図１は、本発明であるインバータ制御装置及び誘導電動機の制御装置を適用した誘導電動機システムの実施の形態の構成を示すブロック図である。誘導電動機システムは、インバータ制御部１、制御定数制御部２、電力変換部３、誘導電動機４、電流計５、速度検出器６及び電源部１０を備える。
【００２６】
インバータ制御部１は、パーソナルコンピュータに例示される情報処理装置である。速度検出器６からの回転速度ω_ｍ、電流計５からの電流Ｉ_ｕ、Ｉ_ｖ、Ｉ_ｗ、外部からのトルク指令τ^＊に基づいて、電力変換部３へ電圧指令Ｖ_ｕ ^＊、Ｖ_ｖ ^＊、Ｖ_ｗ ^＊を出力するインバータ制御を行う。その制御には、予め設定された制御定数（図６に示す回路定数：ｒ_１、ｒ_２、ｌ_１、ｌ_２、ｓ、ｒ_０、Ｍのような回路定数や物理量など）を用いる。
ただし、制御定数制御部２から別の制御定数を示す制御定数信号Ｓが送信された場合には、制御定数を変更（更新）する。
【００２７】
制御定数制御部２は、パーソナルコンピュータに例示される情報処理装置である。インバータ制御部１に含まれていても良く、その場合、省スペース、低コストである。速度検出器６からの回転速度ω_ｍと外部からのトルク指令τ^＊と制御定数データベース２３（後述）とに基づいて、誘導電動機４の運転状態に対応した制御定数を制御定数信号Ｓとしてインバータ制御部１へ出力する。なお、電流計５からの電流Ｉ_ｕ、Ｉ_ｖ、Ｉ_ｗを用いるようにしても良い。
【００２８】
電力変換部３は、整流部（整流器、コンバータなど）及びインバータを含む電力変換装置である。電源部１０から供給される電力を、電圧指令Ｖ_ｕ ^＊、Ｖ_ｖ ^＊、Ｖ_ｗ ^＊の特性を有する電力としての供給電力へ変換し、誘導電動機４へ出力する（力行時）。また、誘導電動機４で発電される電力を電源部１０へ出力する（回生時）。
【００２９】
電流検出部としての電流計５は、電力変換部３から出力された供給電力の３相電流であるｕ相電流Ｉ_ｕ、ｖ相電流Ｉ_ｖ及びｗ相電流Ｉ_ｗを計測する。そして、インバータ制御部１及び制御定数制御部２へ出力する。
【００３０】
誘導電動機４は、力行時には、電力変換部３から出力された電力により駆動される。回生時には、駆動機構から回転エネルギーを吸収し、電源部１０（バッテリー）に蓄電する。ただし、回路定数は、ｒ_１：一次抵抗、ｒ_２：二次抵抗、ｌ_１：一次インダクタンス、ｌ_２：二次インダクタンス、ｓ：すべり、ｒ_０：励磁抵抗、Ｍ：相互インダクタンス、である。
【００３１】
速度検出部としての速度検出器６は、誘導電動機の回転速度ω_ｍを計測する。そして、インバータ制御部１及び制御定数制御部２へ出力する。速度検出器は、パルスエンコーダに例示される。
【００３２】
電源としての電源部１０は、誘導電動機を駆動するための電力を電力変換部３へ供給する。電源部１０は、二次電池（バッテリー）のような独立電源又は商用電力系統からの商用電源に例示される。本実施例では、フォークリフトに搭載されたバッテリーである。
【００３３】
インバータ制御部１について、更に説明する。
図２は、インバータ制御部１の構成を示すブロック図である。インバータ制御部１は、プログラムとしての速度制御部１１、比較部１２、電流制御部１３、座標変換部Ｂ１４、すべり制御部１５、加算部１６、積分部１７及び座標変換部Ａ１８を備える。
【００３４】
速度制御部１１は、外部から入力されるトルク指令τ^＊に基づいて、下式（１）及び（２）により、ｄ軸電流指令ｉ_ｄ ^＊及びｑ軸電流指令ｉ_ｑ ^＊を算出し、出力する。
ｉ_ｄ ^＊＝Ｋ／ω_ｍ（１）
ｉ_ｑ ^＊＝τ^＊／ｉ_ｄ ^＊・Ｋ_Ｔ（２）
ただし、Ｋ：ｉ_ｄ ^＊を決める制御定数
ω_ｍ：回転速度
Ｋ_Ｔ＝Ｐ_ｎ・Ｍ^２／Ｌ_２
Ｌ_２＝ｌ_２＋Ｍ
Ｐ_ｎ：極対数
【００３５】
比較部１２は、速度制御部１１から出力されたｄ軸電流指令ｉ_ｄ ^＊及びｑ軸電流指令ｉ_ｑ ^＊と、座標変換部Ａ１８から出力された検出値（フィードバック電流）であるｄ軸電流ｉ_ｄ及びｑ軸電流ｉ_ｑとに基づいて、下式（３）及び（４）により、ｄ軸電流指令偏差Δｉ_ｄ及びｑ軸電流指令偏差Δｉ_ｑを算出し、出力する。
Δｉ_ｄ ^＊＝ｉ_ｄ ^＊−ｉ_ｄ（３）
Δｉ_ｑ ^＊＝ｉ_ｑ ^＊−ｉ_ｑ（４）
【００３６】
電流制御部１３は、比較部１２から出力されたｄ軸電流指令偏差Δｉ_ｄ及びｑ軸電流指令偏差Δｉ_ｑに基づいて、下式（５）及び（６）により、ｄ軸電圧指令Ｖ_ｄ ^＊及びｑ軸電圧指令Ｖ_ｑ ^＊を算出し、出力する。
Ｖ_ｄ ^＊＝（Ｋ_Ｐ＋Ｋ_Ｉ／ｓ）・Δｉ_ｄ（５）
Ｖ_ｑ ^＊＝（Ｋ_Ｐ＋Ｋ_Ｉ／ｓ）・Δｉ_ｑ（６）
ただし、Ｋ_Ｐ＝２ζ・ω_ｎ・Ｌ_σ―ｒ_１
Ｋ_Ｉ＝ω_ｎ ^２・Ｌ_σ
Ｌ_σ＝Ｌ_１・Ｌ_２−Ｍ^２
Ｌ_１＝ｌ_１＋Ｍ
ω_ｎ：電流ＰＩ制御の固有角周波数
ζ：電流ＰＩ制御の減衰定数
【００３７】
座標変換部Ｂ１４は、電流制御部１３から出力されたｄ軸電圧指令Ｖ_ｄ ^＊及びｑ軸電圧指令Ｖ_ｑ ^＊と、積分部１７から出力された回転磁界位置θ_１とに基づいて、２相−３相変換を行い、ｕ相電圧指令Ｖ_ｕ ^＊、ｖ相電圧指令Ｖ_ｖ ^＊及びｗ相電圧指令Ｖ_ｗ ^＊を算出し、出力する。
【００３８】
すべり制御部１５は、速度制御部１１から出力されたｄ軸電流指令ｉ_ｄ ^＊及びｑ軸電流指令ｉ_ｑ ^＊に基づいて、下式（７）により、すべり周波数ω_ｓを算出し、出力する。
ω_ｓ＝Ｋ_ＷＳ・（ｉ_ｑ ^＊／ｉ_ｄ ^＊）（７）
ただし、Ｋ_ＷＳ＝ｒ_２／Ｌ_２
【００３９】
加算部１６は、速度検出器６で検出された誘導電動機４の回転速度ω_ｍと、すべり制御部１５から出力されたすべり周波数ω_ｓとに基づいて、下式（８）により、一次角周波数指令ω_１を算出し、出力する。
ω_１＝ω_ｍ＋ω_ｓ（８）
【００４０】
積分部１７は、加算部１６から出力された一次角周波数指令ω_１に基づいて、その値を積分することにより、回転磁界位置θ_１（磁束位相）を算出し、出力する。
【００４１】
座標変換部１８は、電流計５で検出された３相電流であるｕ相電流Ｉ_ｕ、ｖ相電流Ｉ_ｖ及びｗ相電流Ｉ_ｗと、加算部１６から出力された一次角周波数指令ω_１とに基づいて、３相−２相変換を行い、ｄ軸電流Ｉ_ｄ及びｑ軸電流Ｉ_ｑを算出し、出力する。
【００４２】
次に、制御定数制御部２について、更に説明する。
図３は、制御定数制御部２の構成を示す図である。制御定数制御部２は、プログラムとしての制御定数変換部２１及び制御定数管理部２２を備え、制御定数データベース２３を格納している。
【００４３】
制御定数変換部２１は、速度検出器６からの回転速度ω_ｍとトルク指令τ^＊と制御定数データベース２３（後述）とに基づいて、誘導電動機４の運転状態に対応した制御定数を制御定数信号Ｓとしてインバータ制御部１へ出力する。制御定数は、誘導電動機４の運転の安定性が高まるように選択される。
制御定数管理部２２は、制御定数データベース２３に関する各種データの入力及び出力を制御する。
制御定数データベース２３は、インバータ制御部１での制御に用いる各種制御定数に関する情報とその数値の情報とを関連付けて記憶している。
【００４４】
制御定数データベース２３について更に説明する。
図４は、制御定数データベース２３を示す図である。制御定数データベース２３は、インバータ制御部１での制御に用いる各種制御定数に関する情報とその数値の情報とを関連付けて記憶している。
【００４５】
各種制御定数に関する情報は、制御定数３１及び条件３２とを含む。
制御定数３１は、インバータ制御部１の各部（速度制御部１１、電流制御部１３、すべり制御部１５等）内で、制御（計算）に用いる制御定数（通常、定数として用いているもの）である。制御定数の種類は、ｒ_１、ｒ_２、ｌ_１、ｌ_２、ｓ、ｒ_０、Ｍのような回路定数や物理量などに例示される。
条件３２は、制御定数３１を変更する条件の項目を示す条件項目３２−１と、その条件の範囲を示す範囲３２−２である。条件項目３２−１は、回転速度ω_ｍ、トルク指令τ^＊のような誘導電動機４の運転状態を示す情報である。範囲３２−２は、回転速度ω_ｍの範囲、トルク指令τ^＊の範囲などの具体的な数値などで示される。本実施例では、力行の状態を示す範囲、及び、回生の状態を示す範囲の２種類である。ここで、力行の状態は、トルク指令τ^＊×回転速度ω_ｍ≧０であり、回生の状態は、トルク指令τ^＊×回転速度ω_ｍ＜０である。
【００４６】
なお、条件３２の条件項目３２−１は、運転状態を示す情報として、複数の情報の組合せでも良い。例えば、トルク指令τ^＊×回転速度ω_ｍの値の範囲、電流（Ｉ_ｕ、Ｉ_ｖ、Ｉ_ｗ）の組み合わせなどである。
【００４７】
各種制御定数の数値の情報は、数値３３と現在値３４とを含む。
数値３３は、条件３２で示される条件下における制御定数３１の具体的な数値を示す。本実施例では、力行状態の制御定数を従来用いている定数とし、回生状態の制御定数をすべりｓを小さくするように設定する。
例えば、力行状態の相互インダクタンス＝Ｍ（力行）を、回生状態の相互インダクタンス＝Ｍ（回生）＝１．２Ｍ（力行）〜１．５Ｍ（力行）とする。これは、Ｍが１．２倍になると、Ｌ_２が約１．２倍となるので、Ｋ_ＷＳは約１／１．２倍となる。すなわち、式（７）より、すべり周波数ω_ｓを小さくする方向に制御することになる。これは、ｄ−ｑ軸のずれに対し、安定度が増加する方向である。
同様に、力行状態の二次抵抗＝ｒ_２（力行）を、回生状態の二次抵抗＝ｒ_２（回生）＝０．６ｒ_２（力行）〜０．８ｒ_２（力行）とする。これは、ｒ_２が０．８倍になると、Ｋ_ＷＳは０．８倍となる。すなわち、式（７）より、すべり周波数ω_ｓを小さくする方向に制御することになる。
現在値３４は、現在インバータ制御部１で使用されている制御定数３１の値である。
【００４８】
次に、本発明であるインバータ制御装置及び誘導電動機の制御装置を適用した誘導電動機システムの実施の形態の動作について、図１〜図５を参照して説明する。
図５は、本発明であるインバータ制御装置及び誘導電動機の制御装置を適用した誘導電動機システムの実施の形態の動作を示すフロー図である。
【００４９】
（０）運転開始
フォークリフトの始動により、誘導電動機４が始動する。始動時は、必ず力行状態になるので、インバータ制御部１において力行用（通常用いる）の制御定数が用いられる。
電流計５は、電流Ｉ_ｕ、Ｉ_ｖ、Ｉ_ｗを検出し、インバータ制御部１及び制御定数制御部２へ出力している。
速度検出器６は、回転速度ω_ｍを検出し、インバータ制御部１及び制御定数制御部２へ出力している。
そして、インバータ制御部１は、回転速度ω_ｍ、電流Ｉ_ｕ、Ｉ_ｖ、Ｉ_ｗ、外部からのトルク指令τ^＊に基づいて、電力変換部３へ電圧指令Ｖ_ｕ ^＊、Ｖ_ｖ ^＊、Ｖ_ｗ ^＊を出力している。
電力変換部３は、電源部１０からの電力を、電圧指令Ｖ_ｕ ^＊、Ｖ_ｖ ^＊、Ｖ_ｗ ^＊を満たす特性を有する電力へ変換し、誘導電動機４へ出力している。
誘導電動機４は、供給された電力により駆動されている。
【００５０】
（１）ステップＳ０１
制御定数制御部２の制御定数変更部２１は、電流計５及び速度検出器６における測定データ（検出結果）である回転速度ω_ｍ、外部からのトルク指令τ^＊及び電流Ｉ_ｕ、Ｉ_ｖ、Ｉ_ｗを受信する。
【００５１】
（２）ステップＳ０２
制御定数変更部２１は、制御定数データベース２３の条件項目３２−１が回転速度ω_ｍである制御定数３１について、その範囲３２−２と、測定データの回転速度ω_ｍとを比較する。そして、測定データの回転速度ω_ｍが含まれる範囲３２−２に対応する数値３３と、現在値３４とを比較する。
同様に、制御定数変更部２１は、制御定数データベース２３の条件項目３２−１がトルク指令τ^＊である制御定数３１について、その範囲３２−２と、外部からのトルク指令τ^＊とを比較する。そして、外部からのトルク指令τ^＊が含まれる範囲３２−２に対応する数値３３と、現在値３４とを比較する。
【００５２】
（３）ステップＳ０３
制御定数変換部２１は、回転速度ω_ｍについて、比較した結果、数値３３と現在値３４とが相違する場合、誘導電動機４の運転状態が変化したと判定し、制御定数３１を現在値３４から数値３３へ変更することを決定する。ステップＳ０４へ進む。
同様に、制御定数変換部２１は、外部からのトルク指令τ^＊について、比較した結果、数値３３と現在値３４とが相違する場合、誘導電動機４の運転状態が変化したと判定し、制御定数３１を現在値３４から数値３３へ変更することを決定する。ステップＳ０４へ進む。
制御定数変換部２１は、上記数値３３と現在値３４とが等しい場合、誘導電動機４の運転状態が変化していないと判定し、変更しないことを決定する。ステップＳ０５へ進む。
【００５３】
（４）ステップＳ０４
制御定数変換部２１は、制御定数３１の値を現在値３４から数値３３へ変更するために、制御定数３１を示す数値３３を制御定数信号Ｓとしてインバータ制御部１へ出力する。その際、その制御定数３１を用いる部（速度制御部１１、電流制御部１３、すべり制御部１５など）へ出力する。どの部がどの制御定数３１を用いているかは、制御定数制御部２の記憶部（図示されず）に格納されている。制御定数信号Ｓは、制御定数の種類、数値、部を含む。
インバータ制御部１の制御部（図示されず）は、制御定数信号Ｓに基づいて、対象となる部における対応する制御定数の数値を変更する。
また、制御定数変換部２１は、数値の変更を制御定数管理部２２へ出力する。制御定数管理部２２は、制御定数データベース２３において、対応する制御定数３１、条件３２を有する現在値３４を変更する。
【００５４】
（５）ステップＳ０５
フォークリフト（誘導電動機４）の運転が終了していない場合には、ステップＳ０１へ戻る。運転が終了している場合には、この動作を終了する。
【００５５】
上記のようなインバータ制御部１、制御定数制御部２等の動作により、本発明の動作が実施される。
【００５６】
本発明のインバータ制御装置及びインバータシステムは、誘導電動機の制御において、力行状態と回生状態とで実際の制御定数が変動することに対応して、制御定数を変更することにより、誘導電動機を安定的に制御することが可能である。
【００５７】
また、上記の制御定数の変更は、制御時に演算を行うのではなく、予め設定された制御定数を選択して用いる。すわなち、新たな制御演算（補正演算）のような過度の負担を発生させずに、制御定数の変動に対処している。すなわち、制御装置に対する演算処理の負担の少ない方法により実施することが出来る。
【００５８】
また、制御演算の負担が少ないので、制御定数制御部２をインバータ制御部１に含ませても、制御演算に支障がない。従って、新たに制御部を設ける必要がなく、省スペース、低コストで実施できる。
【００５９】
【発明の効果】
本発明により、運転状態により変動する誘導電動機に関わる制御定数に対応して、適切に制御定数を変更し、より安定的に誘導電動機の制御を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明であるインバータ制御装置及び誘導電動機の制御装置を適用した誘導電動機システムの実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】インバータ制御部の構成を示すブロック図である。
【図３】制御定数制御部の構成を示す図である。
【図４】制御定数データベースを示す図である。
【図５】本発明であるインバータ制御装置及び誘導電動機の制御装置を適用した誘導電動機システムの実施の形態の動作を示すフロー図である。
【図６】誘導電動機のＴ形等価回路を示す回路図である。
【図７】従来のインバータ制御装置を用いた誘導電動機システムを示す。
【符号の説明】
１インバータ制御部
２制御定数制御部
３電力変換部
４誘導電動機
５電流計
６速度検出器
１０電源部
１１速度制御部
１２比較部
１３電流制御部
１４座標変換部Ｂ
１５すべり制御部
１６加算部
１７積分部
１８座標変換部Ａ
２１制御定数変換部
２２制御定数管理部
２３制御定数データベース
３１制御定数
３２条件
３２−１条件項目
３２−２範囲
３３数値
３４現在値
１０１インバータ制御部
１１０電源部
１０３電力変換部
１０４誘導電動機
１０５電流計
１０６速度検出器[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an inverter control device, an induction motor control device, and an induction motor system, and more particularly to an inverter control device, an induction motor control device, and an induction motor system used for variable-speed driving of a rotary machine.
[0002]
[Prior art]
There is known an induction motor system including a rectifier, an inverter, and an induction motor driven by the control of an inverter control device.
FIG. 7 shows an induction motor system using a conventional inverter control device. This induction motor system includes an inverter control unit 101, a power supply unit 110, a power conversion unit 103, an ammeter 105, an induction motor 104, and a speed detector 106.
The inverter control unit 101 determines the rotation speed ω from the speed detector 106._m, The current I from the ammeter 105_u, I_v, I_w, External torque command τ^*Based on the voltage command V_u ^*, V_v ^*, V_w ^*Output from the inverter control device. The power supply unit 110 is a battery or a commercial power supply. The power converter 103 includes a rectifier (rectifier, converter, etc.) and an inverter, and converts the power of the power supply 110 into a voltage command V_u ^*, V_v ^*, V_w ^*And output it to the induction motor 104. The ammeter 105 indicates the current I of the power output from the power converter 103._u, I_v, I_wIs measured and output to the inverter control unit 101. The induction motor 104 is driven by the power output from the power conversion unit 103. The speed detector 106 determines the rotational speed ω of the induction motor 104._mIs measured and output to the inverter control unit 101.
[0003]
FIG. 6 is a circuit diagram showing a T-type equivalent circuit of the induction motor. Where r₁: Primary resistance, r₂: Primary-side converted value of secondary resistance (hereinafter referred to as “secondary resistance”), l₁: Primary leakage inductance (hereinafter referred to as “primary inductance”), l₂: Primary conversion value of secondary leakage inductance (hereinafter referred to as “secondary inductance”), s: slip, r₀: Excitation resistance, M: Primary and secondary mutual inductance (hereinafter referred to as “mutual inductance”).
[0004]
In the inverter control unit 101, the rotation speed ω_m, Current I_u, I_v, I_w, Torque command τ^*A control constant (circuit constant shown in FIG. 6: r₁, R₂, L₁, L₂, S, r₀, M, etc.) to control the induction motor system. However, the actual control constant may fluctuate depending on the operation state. In particular, the control constant of the hardware (the induction motor) changes between the powering state and the regenerative state. For this reason, unless processing such as correcting the corresponding control constant by calculation in accordance with the change is performed, appropriate control of the hardware cannot be performed.
When performing control while correcting the control constant, the load on the arithmetic processing unit such as the CPU in the control device increases. If another arithmetic processing unit is provided to reduce the load, it is necessary to increase the size of the control device or increase the cost of the control device.
[0005]
As a related technique, a technique of a control device for an induction motor is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-251997. A control device for an induction motor according to this technique includes an inverter, a speed detection unit, a vector control unit, a current / voltage detection unit, and a motor constant calculation unit.
The inverter supplies a variable voltage and a variable frequency AC to the induction motor according to the current command. The speed detecting means detects the speed of the induction motor. The vector control unit calculates a current command for the inverter based on a motor constant, a torque command, and a secondary magnetic flux command set in advance by changing only the detection speed and the secondary resistance of the induction motor. The current / voltage detecting means detects a current and a voltage supplied to the induction motor. The motor constant calculating means calculates and sets the secondary resistance of the induction motor based on the slip frequency and rotation frequency derived in the process of calculating the current command, and the detected current and voltage of the induction motor. The motor constant correction value.
An object of this technique is to provide a control device for an induction motor that can accurately generate a predetermined torque even when the temperature of a rotor fluctuates.
[0006]
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-149698 discloses a technique of a control device for an induction motor. A control device for an induction motor according to this technology includes a frequency calculation unit, an induction motor current command output unit, an induction motor current command output unit, and a current control unit, and further includes a three-phase / two-phase conversion device, And a secondary resistance estimating means.
The frequency calculating means calculates the slip angular frequency ω from the secondary resistance R2, the secondary inductance L2, the excitation current command and the torque current command of the induction motor._sIs calculated. The induction motor current command output means outputs a current command flowing to the induction motor from the torque current command, the excitation current command, the detected or estimated rotation speed of the induction motor, and the slip angular frequency ωs. The current control means compares the induction motor current command with a current detected by the induction motor, and outputs a voltage command according to the comparison result. This is a control device for an induction motor including a driving means for driving the induction motor by varying an output voltage and a frequency according to the voltage command. The three-phase / two-phase conversion device converts a primary voltage and a primary current detection value or a command value of the induction motor into a primary voltage and a primary current v of a stationary coordinate system (dq axis)._1d, V_1q, I_1d, I_1qAnd convert it to three-phase / two-phase. The secondary resistance estimating means calculates the primary voltage and the primary current v of the stationary coordinate system input from the three-phase / two-phase converter._1d, V_1q, I_1d, I_1q, Primary inductance L₁, Secondary inductance L₂, Mutual inductance M, and primary resistance R₁The secondary magnetic flux ψ_2d, Ψ_2qAnd secondary current i_2d, I_2qAnd the slip angular frequency ω before update inputted from the slip frequency calculating means._s, And the secondary magnetic flux して_2d, Ψ_2qAnd secondary current i_2d, I_2qCalculates the secondary resistance R2 according to a predetermined formula, and outputs the secondary resistance R2 to the slip frequency calculating means.
This technology uses a control device for an induction motor that can calculate and estimate the values of primary resistance and secondary resistance in a method that does not include the differential term even in situations such as constant rotation and constant torque operation, and maintain the original controllability of vector control. The purpose is to get.
[0007]
There is a need for a technology capable of performing appropriate control in accordance with the control constant of hardware (induction motor) that varies depending on the operation state. There is a need for a technique capable of appropriately controlling an induction motor even when a control constant fluctuates between power running and regeneration. In addition, there is a demand for a technology that reduces the load on a control device related to control.
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-8-251997
[Patent Document 2]
JP-A-9-149698
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, an object of the present invention is to provide an inverter control device, an induction motor control device, and an induction motor system that can appropriately control an induction motor in accordance with a control constant related to the induction motor that fluctuates depending on an operation state. That is.
[0010]
Another object of the present invention is to provide an inverter control device, an induction motor control device, and an induction motor capable of appropriately controlling an induction motor even when a control constant fluctuates between power running and regeneration of the induction motor. It is to provide an electric motor system.
[0011]
Still another object of the present invention is to provide an inverter control device, an induction motor control device, and an induction motor system capable of performing control corresponding to a control constant relating to an induction motor that fluctuates depending on an operation state with a reduced load on the control device. It is to provide.
[0012]
Still another object of the present invention is to provide an inverter control device, an induction motor control device, and an induction motor system capable of performing control corresponding to a control constant related to an induction motor that fluctuates depending on an operation state at low cost and space. It is to provide.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The means for solving the problem will be described below using the numbers and symbols used in [Embodiments of the Invention]. These numbers and symbols are added in parentheses to clarify the correspondence between the description in the claims and the embodiment of the invention. However, those numbers and symbols must not be used for interpreting the technical scope of the invention described in [Claims].
[0014]
Therefore, in order to solve the above problem, the inverter control device of the present invention includes an inverter control unit (1) and a control constant control unit (2).
The inverter control unit (1) determines the speed detection value (ω) of the induction motor (4)._m) And the current detection value (I_u, I_v, I_w) And a control command (τ) to the induction motor (4).^*) Based on the voltage command (V_u ^*, V_v ^*, V_w ^*) Is calculated, and a voltage command (V) is sent to a power converter (4) that supplies power to the induction motor (4)._u ^*, V_v ^*, V_w ^*) Is output. The control constant control unit (2) outputs a control constant (S) to the inverter control unit (1) based on the operation state of the induction motor (4).
Then, the inverter control unit (1) uses the control constant (S) output from the control constant control unit (2) to generate a voltage command (V_u ^*, V_v ^*, V_w ^*) Is calculated.
[0015]
Further, in the inverter control device according to the present invention, the control constant control unit (2) includes a control constant database (23) and a control constant conversion unit (21).
The control constant database (23) stores the control constant (31) and the operation state (32) in association with each other. The control constant conversion unit (21) selects a control constant (31) from the control constant database (23) based on the operation state (32) and outputs the selected control constant (31) to the inverter control unit (1).
[0016]
Further, in the inverter control device of the present invention, the operating state includes a regenerative state and a power running state.
Then, the control constant control unit (2) calculates the speed detection value (ω_m) And control command (τ^*), The operation state is determined.
[0017]
Further, in the inverter control device of the present invention, the control constant is determined by the secondary resistance (r) of the induction motor (4).₂) And mutual inductance (M).
[0018]
Further, in the inverter control device of the present invention, when the control constant is such that the slip frequency (ω) of the induction motor (4) is in the regenerative state._S) Is chosen to be small.
[0019]
In order to solve the above problems, a control device for an induction motor according to the present invention includes a current detection unit (5), a speed detection unit (6), an inverter control device (1 + 2), and a power conversion unit (3). Have.
The current detection unit (5) detects a current of supply power as power supplied to the induction motor (4), and detects a current detection value (I_u ^*, I_v ^*, I_w ^*). Speed detector (ω_m) Detects the speed of the induction motor (4) and determines the detected speed (ω_m). The inverter control device (1 + 2) calculates the speed detection value (ω_m) And the current detection value (I_u ^*, I_v ^*, I_w ^*) And a control command (ω) to the induction motor (4)._m), The voltage command (V_u ^*, V_v ^*, V_w ^*) Is output. It is described in any one of the above sections. The power conversion unit (3) outputs a voltage command (V_u ^*, V_v ^*, V_w ^*), The power supplied from the power supply (10) is converted and output to the induction motor (4) as supplied power.
[0020]
In order to solve the above problems, an induction motor system of the present invention includes the above-described induction motor control device (1 + 2 + 3 + 5 + 6) and an induction motor (4).
[0021]
Further, in the induction motor system of the present invention, a power supply that supplies power to the power conversion unit (3) of the control device (1 + 2 + 3 + 5 + 6) for the induction motor is a secondary battery.
[0022]
In order to solve the above-mentioned problem, a control method of an induction motor according to the present invention provides a speed detection value (ω) which is the speed of an induction motor (4)._m) And an external control command (τ^*) And speed detection value (ω_m) Based on the determination of the operating state of the induction motor (4), and based on the determination, maintaining a control constant related to the control of the induction motor (4) or preliminarily corresponding to the operating state. A step of making a change to a set value, and the control constant, control command (τ^*), A current detection value (I) which is a current of supplied power as power supplied to the induction motor._u ^*, I_v ^*, I_w ^*) And speed detection value (ω_m) To perform a control operation and control the supplied power.
[0023]
In order to solve the above problems, a program for executing the method of the present invention includes a control command (τ) from outside.^*) And the detected speed value (ω_m) And a control command (τ^*) And speed detection value (ω_m) Based on the determination of the operating state of the induction motor (4), and based on the determination, maintaining a control constant related to the control of the induction motor (4) or preliminarily corresponding to the operating state. A step of making a change to a set value, and the control constant, control command (τ^*), The current detection value (I) which is the current of the supplied power as the power supplied to the induction motor (4)._u ^*, I_v ^*, I_w ^*) And speed detection value (ω_m) Based on a command (V) for controlling the voltage of the supplied power._u ^*, V_v ^*, V_w ^*) To the power converter (3). Here, the speed detection value (ω_m) Is the speed of the induction motor (4). The power converter (3) converts the power supplied from the power supply into a command (V_u ^*, V_v ^*, V_w ^*) And supplies it to the induction motor (4).
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of an inverter control device, an induction motor control device, and an induction motor system according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
In this embodiment, an inverter control device, an induction motor control device, and an induction motor system used for variable speed control of an induction motor as power of a moving body such as a forklift will be described as an example. However, the present invention is also applicable to variable speed control of other rotating devices (note that the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals in the respective embodiments).
[0025]
The configuration of an embodiment of an inverter control device, an induction motor control device, and an induction motor system according to the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of an induction motor system to which an inverter control device and an induction motor control device according to the present invention are applied. The induction motor system includes an inverter control unit 1, a control constant control unit 2, a power conversion unit 3, an induction motor 4, an ammeter 5, a speed detector 6, and a power supply unit 10.
[0026]
The inverter control unit 1 is an information processing device exemplified by a personal computer. Rotational speed ω from speed detector 6_m, The current I from the ammeter 5_u, I_v, I_w, External torque command τ^*To the power converter 3 based on the_u ^*, V_v ^*, V_w ^*The inverter is controlled to output. The control includes a preset control constant (circuit constant: r shown in FIG. 6).₁, R₂, L₁, L₂, S, r₀, M, and other circuit constants and physical quantities).
However, when a control constant signal S indicating another control constant is transmitted from the control constant control unit 2, the control constant is changed (updated).
[0027]
The control constant control unit 2 is an information processing device exemplified by a personal computer. It may be included in the inverter control unit 1, and in that case, it is space-saving and low-cost. Rotational speed ω from speed detector 6_mAnd external torque command τ^*A control constant corresponding to the operating state of the induction motor 4 is output to the inverter control unit 1 as a control constant signal S based on the control constant database 23 (described later). The current I from the ammeter 5_u, I_v, I_wMay be used.
[0028]
The power converter 3 is a power converter including a rectifier (rectifier, converter, etc.) and an inverter. The power supplied from the power supply unit 10 is_u ^*, V_v ^*, V_w ^*Is supplied to the induction motor 4 and output to the induction motor 4 (during power running). The power generated by the induction motor 4 is output to the power supply unit 10 (during regeneration).
[0029]
The ammeter 5 serving as a current detecting unit outputs a u-phase current I, which is a three-phase current of the supplied power output from the power_u, V-phase current I_vAnd w-phase current I_wIs measured. And it outputs to inverter control part 1 and control constant control part 2.
[0030]
The induction motor 4 is driven by the power output from the power converter 3 during power running. During regeneration, rotational energy is absorbed from the drive mechanism and stored in the power supply unit 10 (battery). Where the circuit constant is r₁: Primary resistance, r₂: Secondary resistance, l₁: Primary inductance, l₂: Secondary inductance, s: slip, r₀: Excitation resistance, M: mutual inductance.
[0031]
The speed detector 6 as a speed detecting unit is provided with a rotational speed ω of the induction motor._mIs measured. And it outputs to inverter control part 1 and control constant control part 2. The speed detector is exemplified by a pulse encoder.
[0032]
The power supply unit 10 as a power supply supplies power for driving the induction motor to the power conversion unit 3. The power supply unit 10 is exemplified by an independent power supply such as a secondary battery (battery) or a commercial power supply from a commercial power system. In this embodiment, the battery is mounted on a forklift.
[0033]
The inverter control unit 1 will be further described.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of the inverter control unit 1. The inverter control unit 1 includes a speed control unit 11, a comparison unit 12, a current control unit 13, a coordinate conversion unit B14, a slip control unit 15, an addition unit 16, an integration unit 17, and a coordinate conversion unit A18 as programs.
[0034]
The speed control unit 11 receives a torque command τ input from the outside.^*And the d-axis current command i by the following equations (1) and (2)._d ^*And q-axis current command i_q ^*Is calculated and output.
i_d ^*= K / ω_m              (1)
i_q ^*= Τ^*/ I_d ^*・ K_T      (2)
Where K: i_d ^*Control constant that determines
ω_m:Rotational speed
K_T= P_n・ M²/ L₂
L₂= L₂+ M
P_n: Number of pole pairs
[0035]
The comparison unit 12 outputs the d-axis current command i output from the speed control unit 11._d ^*And q-axis current command i_q ^*And a d-axis current i which is a detection value (feedback current) output from the coordinate conversion unit A18._dAnd q-axis current i_qAnd d-axis current command deviation Δi by the following equations (3) and (4)._dAnd q-axis current command deviation Δi_qIs calculated and output.
Δi_d ^*= I_d ^*−i_d      (3)
Δi_q ^*= I_q ^*−i_q      (4)
[0036]
The current control unit 13 outputs the d-axis current command deviation Δi output from the comparison unit 12._dAnd q-axis current command deviation Δi_qAnd the d-axis voltage command V by the following equations (5) and (6)._d ^*And q-axis voltage command V_q ^*Is calculated and output.
V_d ^*= (K_P+ K_I/ S) ・ Δi_d      (5)
V_q ^*= (K_P+ K_I/ S) ・ Δi_q      (6)
Where K_P＝ 2ζ ・ ω_n・ L_σ-R₁
K_I= Ω_n ²・ L_σ
L_σ= L₁・ L₂-M²
L₁= L₁+ M
ω_n: Natural angular frequency of current PI control
減衰: Decay constant of current PI control
[0037]
The coordinate conversion unit B14 outputs the d-axis voltage command V output from the current control unit 13._d ^*And q-axis voltage command V_q ^*And the rotating magnetic field position θ output from the integration unit 17₁, A two-phase to three-phase conversion is performed, and a u-phase voltage command V_u ^*, V-phase voltage command V_v ^*And w-phase voltage command V_w ^*Is calculated and output.
[0038]
The slip control unit 15 outputs the d-axis current command i output from the speed control unit 11._d ^*And q-axis current command i_q ^*And the slip frequency ω is given by the following equation (7)._sIs calculated and output.
ω_s= K_WS・ (I_q ^*/ I_d ^*) (7)
Where K_WS= R₂/ L₂
[0039]
The adder 16 calculates the rotation speed ω of the induction motor 4 detected by the speed detector 6._mAnd the slip frequency ω output from the slip control unit 15_sFrom the following equation (8), the primary angular frequency command ω₁Is calculated and output.
ω₁= Ω_m+ Ω_s      (8)
[0040]
The integrator 17 calculates the primary angular frequency command ω output from the adder 16₁And by integrating the value, the rotating magnetic field position θ₁(Flux phase) is calculated and output.
[0041]
The coordinate converter 18 outputs a u-phase current I, which is a three-phase current detected by the ammeter 5._u, V-phase current I_vAnd w-phase current I_wAnd the primary angular frequency command ω output from the adder 16₁, A three-phase to two-phase conversion is performed, and the d-axis current I_dAnd q-axis current I_qIs calculated and output.
[0042]
Next, the control constant control unit 2 will be further described.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of the control constant control unit 2. The control constant control unit 2 includes a control constant conversion unit 21 and a control constant management unit 22 as programs, and stores a control constant database 23.
[0043]
The control constant conversion unit 21 outputs the rotation speed ω from the speed detector 6._mAnd torque command τ^*A control constant corresponding to the operating state of the induction motor 4 is output to the inverter control unit 1 as a control constant signal S based on the control constant database 23 (described later). The control constant is selected so that the operation stability of the induction motor 4 is enhanced.
The control constant management unit 22 controls input and output of various data related to the control constant database 23.
The control constant database 23 stores information on various control constants used for control in the inverter control unit 1 and information on their numerical values in association with each other.
[0044]
The control constant database 23 will be further described.
FIG. 4 is a diagram showing the control constant database 23. The control constant database 23 stores information on various control constants used for control in the inverter control unit 1 and information on their numerical values in association with each other.
[0045]
Information on various control constants includes a control constant 31 and a condition 32.
The control constant 31 is a control constant (usually used as a constant) used for control (calculation) in each unit (the speed control unit 11, the current control unit 13, the slip control unit 15, etc.) of the inverter control unit 1. is there. The type of control constant is r₁, R₂, L₁, L₂, S, r₀, M, and physical constants.
The condition 32 includes a condition item 32-1 indicating a condition item for changing the control constant 31, and a range 32-2 indicating a range of the condition. The condition item 32-1 is a rotation speed ω_m, Torque command τ^*This is information indicating the operating state of the induction motor 4 as described above. The range 32-2 is the rotation speed ω_mRange, torque command τ^*Are indicated by specific numerical values such as a range. In the present embodiment, there are two types, a range indicating the state of power running and a range indicating the state of regeneration. Here, the state of powering is determined by the torque command τ^*× rotation speed ω_m≧ 0 and the regenerative state is the torque command τ^*× rotation speed ω_m<0.
[0046]
The condition item 32-1 of the condition 32 may be a combination of a plurality of pieces of information as the information indicating the operating state. For example, the torque command τ^*× rotation speed ω_mRange of values, current (I_u, I_v, I_w).
[0047]
The information on the numerical values of the various control constants includes a numerical value 33 and a current value 34.
The numerical value 33 indicates a specific numerical value of the control constant 31 under the condition indicated by the condition 32. In the present embodiment, the control constant in the powering state is a conventionally used constant, and the control constant in the regenerative state is set so as to reduce the slip s.
For example, the mutual inductance in the power running state = M (power running) is set to the mutual inductance in the regenerative state = M (regeneration) = 1.2 M (power running) to 1.5 M (power running). This is because when M is 1.2 times, L₂Becomes about 1.2 times, so K_WSIs about 1 / 1.2 times. That is, from equation (7), the slip frequency ω_sWill be controlled in the direction of decreasing. This is a direction in which the stability increases with respect to the deviation of the dq axes.
Similarly, the secondary resistance in the powering state = r₂(Powering), the secondary resistance in the regenerative state = r₂(Regeneration) = 0.6r₂(Power running) ~ 0.8r₂(Power running). This is r₂Is 0.8 times, K_WSIs 0.8 times. That is, from equation (7), the slip frequency ω_sWill be controlled in the direction of decreasing.
The current value 34 is a value of the control constant 31 currently used in the inverter control unit 1.
[0048]
Next, the operation of the embodiment of the induction motor system to which the inverter control device and the induction motor control device according to the present invention are applied will be described with reference to FIGS.
FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the embodiment of the induction motor system to which the inverter control device and the induction motor control device according to the present invention are applied.
[0049]
(0) Start operation
When the forklift is started, the induction motor 4 starts. At the time of starting, a power running state is always established, so that the inverter control unit 1 uses a control constant for power running (usually used).
The ammeter 5 indicates the current I_u, I_v, I_wAnd outputs it to the inverter control unit 1 and the control constant control unit 2.
The speed detector 6 determines the rotation speed ω_mAnd outputs it to the inverter control unit 1 and the control constant control unit 2.
Then, the inverter control unit 1 determines the rotation speed ω_m, Current I_u, I_v, I_w, External torque command τ^*To the power converter 3 based on the_u ^*, V_v ^*, V_w ^*Is output.
The power converter 3 converts the power from the power supply 10 into a voltage command V_u ^*, V_v ^*, V_w ^*Is converted to electric power having characteristics satisfying the following, and is output to the induction motor 4.
The induction motor 4 is driven by the supplied electric power.
[0050]
(1) Step S01
The control constant changing unit 21 of the control constant control unit 2 controls the rotation speed ω which is the measurement data (detection result) of the ammeter 5 and the speed detector 6._m, External torque command τ^*And current I_u, I_v, I_wTo receive.
[0051]
(2) Step S02
The control constant changing unit 21 determines that the condition item 32-1 of the control constant database 23 is the rotation speed ω_m, The range 32-2 and the rotational speed ω of the measurement data._mCompare with And the rotation speed ω of the measurement data_mIs compared with the numerical value 33 corresponding to the range 32-2 in which is included.
Similarly, the control constant changing unit 21 determines that the condition item 32-1 of the control constant database 23 is the torque command τ.^*, The range 32-2 and the external torque command τ^*Compare with Then, an external torque command τ^*Is compared with the numerical value 33 corresponding to the range 32-2 in which is included.
[0052]
(3) Step S03
The control constant converter 21 calculates the rotation speed ω_mAs a result of the comparison, when the numerical value 33 is different from the current value 34, it is determined that the operation state of the induction motor 4 has changed, and it is determined that the control constant 31 is changed from the current value 34 to the numerical value 33. Proceed to step S04.
Similarly, the control constant conversion unit 21 receives an external torque command τ^*As a result of the comparison, when the numerical value 33 is different from the current value 34, it is determined that the operation state of the induction motor 4 has changed, and it is determined that the control constant 31 is changed from the current value 34 to the numerical value 33. Proceed to step S04.
When the numerical value 33 is equal to the current value 34, the control constant conversion unit 21 determines that the operation state of the induction motor 4 has not changed, and determines not to change it. Proceed to step S05.
[0053]
(4) Step S04
The control constant conversion unit 21 outputs a numerical value 33 indicating the control constant 31 to the inverter control unit 1 as a control constant signal S in order to change the value of the control constant 31 from the current value 34 to a numerical value 33. At that time, the control constant 31 is output to a unit using the control constant (the speed control unit 11, the current control unit 13, the slip control unit 15, and the like). Which unit uses which control constant 31 is stored in the storage unit (not shown) of the control constant control unit 2. The control constant signal S includes the type, numerical value, and part of the control constant.
The control unit (not shown) of the inverter control unit 1 changes the numerical value of the corresponding control constant in the target unit based on the control constant signal S.
Further, the control constant conversion unit 21 outputs the change of the numerical value to the control constant management unit 22. The control constant management unit 22 changes the current value 34 having the corresponding control constant 31 and condition 32 in the control constant database 23.
[0054]
(5) Step S05
If the operation of the forklift (the induction motor 4) has not been completed, the process returns to step S01. If the operation has ended, this operation ends.
[0055]
The operation of the present invention is performed by the operations of the inverter control unit 1, the control constant control unit 2, and the like as described above.
[0056]
The inverter control device and the inverter system according to the present invention stabilize the induction motor by controlling the induction motor by changing the control constant in response to the actual control constant fluctuating between the powering state and the regenerative state. It is possible to control.
[0057]
Further, the above-described change of the control constant does not perform an operation at the time of control, but selects and uses a preset control constant. That is, a change in the control constant is dealt with without generating an excessive load such as a new control calculation (correction calculation). In other words, the present invention can be implemented by a method in which the load of the arithmetic processing on the control device is small.
[0058]
In addition, since the load of the control calculation is small, even if the control constant control unit 2 is included in the inverter control unit 1, there is no problem in the control calculation. Therefore, it is not necessary to newly provide a control unit, and the operation can be performed at a small space and at low cost.
[0059]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to change a control constant appropriately according to the control constant regarding the induction motor which fluctuates with driving conditions, and to control an induction motor more stably.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of an induction motor system to which an inverter control device and an induction motor control device according to the present invention are applied.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of an inverter control unit.
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a control constant control unit.
FIG. 4 is a diagram showing a control constant database.
FIG. 5 is a flowchart showing an operation of the embodiment of the induction motor system to which the inverter control device and the induction motor control device according to the present invention are applied.
FIG. 6 is a circuit diagram showing a T-type equivalent circuit of the induction motor.
FIG. 7 shows an induction motor system using a conventional inverter control device.
[Explanation of symbols]
1 Inverter control unit
2 Control constant control unit
3 Power conversion unit
4 Induction motor
5 Ammeter
6 Speed detector
10 Power supply section
11 Speed control unit
12 Comparison section
13 Current control unit
14 Coordinate conversion unit B
15 Slip control unit
16 Addition unit
17 Integrator
18 Coordinate conversion unit A
21 Control constant converter
22 Control constant management unit
23 Control Constant Database
31 Control constant
32 conditions
32-1 Condition items
32-2 range
33 number
34 Current value
101 Inverter control unit
110 power supply
103 Power conversion unit
104 Induction motor
105 ammeter
106 speed detector

Claims

Based on a speed detection value and a current detection value of the induction motor, and a control command to the induction motor, calculate a voltage command by a control operation using a control constant, and to a power conversion unit that supplies power to the induction motor. An inverter control unit that outputs the voltage command;
A control constant control unit that outputs the control constant to the inverter control unit based on an operation state of the induction motor;
With
The inverter control unit calculates the voltage command using the control constant output from the control constant control unit.
Inverter control device.

The control constant control unit,
A control constant database that stores the control constant and the operating state in association with each other,
A control constant conversion unit that selects the control constant from the control constant database based on the operation state and outputs the control constant to the inverter control unit;
Comprising,
The inverter control device according to claim 1.

The operating state includes a regenerative state and a power running state,
The control constant control unit determines the operating state based on the speed detection value and the control command,
The inverter control device according to claim 1.

The control constant includes at least one of a secondary resistance and a mutual inductance of the induction motor,
The inverter control device according to claim 1.

The control constant is selected such that a slip frequency of the induction motor is reduced in a regenerative state.
The inverter control device according to claim 1.

A current detection unit that detects a current of supply power as power supplied to the induction motor and outputs the detected current as a current detection value;
A speed detecting unit that detects the speed of the induction motor and outputs the detected speed as a detected speed value;
The inverter control device according to any one of claims 1 to 5, wherein a voltage command is output based on the speed detection value and the current detection value, and a control command to the induction motor,
A power converter that converts power supplied from a power supply based on the voltage command and outputs the converted power to the induction motor as supply power;
Comprising,
Control device for induction motor.

A control device for an induction motor according to claim 6,
An induction motor,
Comprising,
Induction motor system.

The power supply that supplies power to the power conversion unit of the control device for the induction motor is a secondary battery.
The induction motor system according to claim 7.

Detecting a speed detection value that is the speed of the induction motor;
Based on an external control command and the detected speed value, determining an operation state of the induction motor,
Based on the determination, maintaining a control constant related to the control of the induction motor, or, to change to a value set in advance corresponding to the operating state,
The control constant based on the maintained or changed, the control command, a current detection value, which is a current of supply power as power supplied to the induction motor, and a speed detection value, and control calculation is performed. Controlling power;
Comprising,
Induction motor control method.

Receiving a control command from the outside and a detected speed detection value;
Here, the speed detection value is a speed of the induction motor,
Determining an operation state of the induction motor based on the control command and the speed detection value;
Based on the determination, maintaining a control constant related to the control of the induction motor, or, to change to a value set in advance corresponding to the operating state,
The control constant based on the maintained or changed, the control command, a current detection value, which is a current of supply power as power supplied to the induction motor, and a speed detection value, and control calculation is performed. Outputting a command to control the voltage of the power to the power conversion unit;
Here, the power conversion unit converts power supplied from a power supply based on the command, and supplies the power to the induction motor.
A program for causing a computer to execute the method comprising: