JPH0327793A - 電動機の制御装置 - Google Patents

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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は交流入力ｆ４Ｒが瞬時停電等により一時的に電
圧低下すると電動機に任意の周波数の交流電力を供給す
る電力変換回路を一旦停止させ、復電すると電力変換回
路の運転が速やかに開始されるように制御する機能を備
えた電動機の制御装置に関する。

（従来の技術） 例えば誘導電動機に任意の周波数の交流電力を供給して
制御する場合、交流電力を直流電力に変換する順変換器
と、この直流電力を平滑する直流リアクトルと、この平
滑された直流電力を任意の周波数の交流電力に変換する
逆変換器とから構成された電力変換回路が用いられる。

そして、順変換器の制御系は速度基準と誘導電動機の端
子電圧との偏差から電圧信号を得る電圧制御器、この電
圧信号と順変換器の入力電流との偏差から電流信号を生
成する電流制御器およびこの電流信号をもとに順変換器
の位相を制御する位相制御器から構威され、また逆変換
器の制御系は速度基準から出力電流位相信号を生戒する
周波数制御装置およびこの出力電流位相に応じて逆変換
器をパルス位相制御するパルス制御器から構成されてい
る。これらの制御系の基本動作の詳細については既に公
知のなので、ここではその説明を省略する。

ところで、このような誘導電動機の制御装置において、
順変換器の交流入力電源が瞬時停電等により一時的に電
圧低下すると順変換器および逆変換器の運転を一旦停止
し、復゛電すると運転を開始して誘導電動機を再始動す
るようにしている。

第３図は逆変換器として電流形インバータを用いた場合
の瞬時停電再起動能力を有するシステム構成例を示すも
のである。第３図において、１は交流電源、２はこの交
流電源１の交流電力を直流電力に変換する順変換器、３
はこの直流電力を平滑する直流リアクトル、４は平滑さ
れた直流電力を任意の周波数の交流電力に変換して誘導
電動機５に供給する逆変換器で、これらは電力変換回路
を構成している。

順変換器２の制御系には電圧制御器６、電流制御器７お
よび位相制御器８が備えられ、また逆変換器４の制御系
には周波数制御回路９、パルス変換器１０が備えられて
いる。順変換器２の制御系において、電圧制御器６は速
度設定器１１により設定された速度基準と変圧器１２に
より検出された誘導電動機５の端子電圧との偏差が入力
されると電圧信号を出力し、電流制御器７はこの電圧信
号と変流器１３により検出された順変換器２の交流入力
電流との偏差が入力されると電流信号を出力し、位相制
御器８はこの電流信号が入力されるとその出力により順
変換器２を位相制御する。また、逆変換器の制御系にお
いて、周波数制御回路９は速度基準が入力されると位相
変換して出力電流位相信号を出力し、パルス変換器１０
はこの出力電流位相信号が入力されるとその出力により
逆変換器４の電流位相をパルス制御する。

このような電力変換回路を備えた誘導電動機の制御シス
テムにおいて、瞬時停電時の再起動の制御機能としては
次のようになっている。すなわち、交流電源１側に変圧
器１４を介して接続された停電検出器１５により順変換
器２の入力電圧が所定値以下に低下しているかどうかを
検出し、その検出信号を周波数制御回路９に入力する。

また、変流器１３により検出された順変換器２の入力電
流を基準補正回路１６に与え、その出力信号により速度
基準信号を補正して周波数制御回路９に入力する。さら
に、周波数制御回路９には運転指令信号が入力される。

一方、周波数制御回路９は第４図に示すように停電検出
器１５により停電が検出されないとき運転指令信号を出
力するＡＮＤ回路９ａ，停電検出器１５により停電が検
出されないときセットされるフリップフロップ９ｂ，こ
のフリップフロップ９ｂがセットされ、ＡＮＤ回路９ａ
より運転指令信号が出力されているとき位相制御器８お
よびパルス変換器１０に運転指令を与えるＡＮＤ回路９
ｃ．変圧器１２を介して入力される電動機端子電圧が所
定値以下に低下しているかどうかを検出し、所定値以下
に低干しているときフリ・ソブフロップ９ｂをリセット
する電圧低下検出器９ｄおよび速度基準を位相変換して
出力電流位相をパルス変換器１０に与える位相変換器９
ｅを備えている。

ここで、交流電源１が瞬時停電したときの動作について
述べるに、停電検出器１５により停電が検出されるとそ
の停電検出信号により周波数制御回路９内のＡＮＤ回路
９ａ，９ｃのアンド条件が不成立となり、位相制御器８
およびパルス変換器１０に与えられる運転指令が阻止さ
れるので、これらの制御動作が停止する。また、交流電
源１が復電し、そのことを停電検出器１５により検出す
ると周波数制御回路９内のＡＮＤ回路９ａのアンド条件
は成立するが、ＡＮＤ回路９Ｃはフリツブフロップ９が
電圧低下検出器９ｄによりリセットされるまではＡＮＤ
回路９Ｃのアンド条件は成立しない。すなわち、交流電
源１が復電しても直ちに位相制御器８およびパルス変換
器１０の制御は開始されず、誘導電動機５の端子電圧が
十分低い値まで低下したことが電圧低下検出器９ｄによ
り検出され、フリップフロップ９ｂがリセットされた時
点でＡＮＤ回路９Ｃのアンド条件が成立して位相制御器
８およびパルス変換器１０の制御が開始されるようにな
っている。

しかし、このような瞬時停電時の再起動制御では次のよ
うな欠点がある。

■　電源が復電後、誘導電動機５の端子電圧が十分低下
するまで再運転できないため、再運転までの時間が長く
、誘導電動機５により例えばポンプのようにフリーラン
による減速時間が非常に短い負荷を駆動する場合には速
度低下が大きくなり過ぎシステムダウンに至ることがあ
る。

■　誘導電動機５の端子電圧がほぼ零近辺になってから
再運転されるため、誘導電動機５の端子電圧が正常な値
になり、誘導電動機５が負荷に見合ったトルクを出力す
るまでの時間が長くなる。

■　誘導電動機５の端子電圧がある程度残った状態で再
運転に入ると、電圧、電流が振動し、場合によっては過
電圧、過電流等が発生し、制御装置および誘導電動機に
ダメージを与える。

■　誘導電動機５の特性は容量、極数等によりまちまち
であり、各々の誘導電動機５によって再起動までの時間
が異なる。

■　再起動後、誘導電動機５の回転速度と逆変換器４の
出力周波数を順変換器２の入力電流信号により補正する
ため、誘導電動機５の回転速度と逆変換器４の出力周波
数が同期するまでの時間が長くなる。

（発明が解決しようとする課題） 以上のように従来の電動機の制御装置において、瞬時停
電時の再起動制御は電源が復電しても、誘導電動機５の
端子電圧が十分低下するまで再運転できないため、容量
および構造により特性の異なる誘導電動機に対して再起
動時間が一定しない。

また、誘導電動機のフリーラン速度に対する逆変換器４
の出力周波数の補正は再起動後行われるため、この時間
だけ誘導電動機５の回転速度が低下してしまう。このよ
うに停電時間がいくら短くても、他の要因により再起動
するまでの時間が決定されるという問題があった。

本発明は交流電源の瞬時停電のように一時的な電圧の低
下により、電動機が一旦停止しても、復電後電動機をそ
の特性に関係なく、直ちに再起動することができる信頼
性の高い電動機の制御装置を提供することを目的とする
。

（課題を解決するための手段） 本発明は上記の目的を達或するため、交流電力を順変換
器により直流電力に変換し、この直流電力を直流平滑回
路で平滑した後、逆変換器により任意の周波数の交流電
力に変換して電動機に供給する電力変換回路を備え、且
つ速度基準と前記電動機の端子電圧との偏差から電圧信
号を得、この電圧信号と前記順変換器の入力電流との偏
差から電流信号を得て前記順変換器の位相を制御する順
変換器制御系と、前記速度基準から出力電流位相信号を
得、この出力電流位相信号により前記逆変換器を位相制
御する逆変換器制御系とを構威してなる電動機の制御装
置において、前記順変換器の入力電圧の低下を検出する
電圧低下検出器と、前記逆変換器の出力電圧位相を検出
する位相検出器と、前記電圧低下検出器により電圧低下
が検出されると前記順変換器および逆変換器制御系に与
えられる運転指令を阻止して前記順変換器および逆変換
器の運転を停止させる運転指令手段、前記位相検出器に
より検出された出力電圧位相信号より前記電動機の回転
速度を検出する周波数検出手段、この周波数検出手段で
検出された回転速度と前記電動機の端子電圧とから電動
機の力率角を演算する力率角演算手段、前記順変換器の
入力電圧が正常なとき前記速度基準から得られる電流位
相基準を前記逆変換器の位相制御信号として出力し、前
記電圧鵠下検出器により前記順変換器の入力電圧の低下
が検出されると前記力率角演算手段で求められた力率角
を前記位相検出器で検出された出力電圧位相により補正
して前記逆変換器の位相制御信号として出力する切替手
段および前記電圧低下検出器により電圧低下が検出され
ると前記力率角を前記出力電圧位相で補正した信号と前
記周波数検出手段で検出された回転速度とにより決定さ
れる位相差を検出し、前記交流電源が復電した後その位
相差が所定値になると前記切替手段に切替指令を与えて
元の状態に復帰させる切替指令手段から構成した周波数
制御回路とを備えたものである。

（作用） したがって、このような構成の電動機の制御装置にあっ
ては、順変換器の入力電圧の低下が検出され、順変換器
および逆変換器の運転が停止されると、停電期間中に電
動機の端子電圧と回転速度とから求められた力率角を位
相検出器により検出された電圧位相により補正して逆変
換器の位相制御信号として出力することにより、電動機
の端子電圧位相と逆変換器のパルス位相とが同期し、ま
た復電により運転が再開されると電動機の端子電圧と逆
変換器の出力周波数比が一定になるように逆変換器が位
相制御されるので、電動機の特性に関係なく復電後直ち
に再起動することが可能となる。

（実施例） 以下本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明による電動機の制御装置のシステム構成
例を示すもので、第３図と同一部分には同一記号を付し
てその説明を省略し、ここでは異なる点について述べる
。本実施例では、第１図に示すように変圧器１２により
検出される誘導電動機５の端子電圧が入力される位相検
出器１７を設け、この位相検出器１７により検出された
電圧位相を次のような構成の周波数制御回路９０に入力
する。

第２図は周疲数検出回路９０の内部構成例を示すブロッ
ク図である。第２図において、運転指令信号は停電検出
器１５の出力と共にＡＮＤ回路９１ａに入力される。こ
のアンド回路９１ａは運転指令信号が入力され、停電検
出器１５で停電が検出されていないとき位相制御器８お
よびパルス変換器１０に運転指令を出力する。速度基準
は切替スイッチ９２ａおよび速度基準の急変を抑制する
抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１からなる積分回路９３を介し
て位相変換器９４に入力され、この位相変換器９４は速
度基準を位相変換して電流位相基準信号を出力する。ま
た、位相検出器１７で検出された電圧位相信号は微分器
９５に入力され、この微分器９５では電圧位相信号を微
分して誘導電動機の回転速度を求め、その出力信号を切
替スイッチ９２ａに入力すると共に力率角検出器９６ａ
に入力する。この力率角検出器９６ａは微分器９５で求
められた誘導電動機の回転速度と電動機端子電圧とから
負荷の力率角を求めるもので、その出力信号は比例積分
器９６ｂに与えられる。

この比例積分器９６ｂの出力信号は位相検出器１７で検
出された電圧位相信号と加算することで補正され、その
出力と位相変換器９４から出力される電流位相基準信号
の何れかを切替スイッチ９２ｂにより選択してパルス変
換器１ｏに出力電流位相として出力する。また、比例積
分器９６ｂの出力信号と位相検出器１７で検出された電
圧位相信号の加算信号と位相変換器９４から出力される
電流位相基準信号との偏差を絶対値回路９７ａに入力し
て絶対値化し、その出力信号は位相差検出器９７ｂに加
えられる。この位相差検出回路９７ｂは絶対値回路９７
ｍの出力信号が所定の位相になったことを検出するとそ
の検出信号をＡＮＤ回路９１ｃの一方の入力端に入力す
る。一方、前述した停電検出信号は切替回路９１ｄのセ
ット端子に入力されると共にオンディレイ回路９ｌｂに
入力され、その出力信号はＡＮＤ回路９１ｃの他方の入
力端に入力される。このＡＮＤ回路９１ｃはアンド条件
が成立すると切替回路９１ｄにリセット信号が入力され
る。この切替回路９１ｄは停電検出器１５により停電が
検出されるとその検出信号によりセットされ、切替スイ
ッチ９２ａに切替指令を与えて微分器９５で求められた
誘導電動機の回転速度信号が出力されるように切替え、
また切替えスイッチ９２ｂにより位相検出器１７で検出
された出力電圧位相と比例積分器９６ｂの出力との加算
信号が出力されるように切替える。また、停電検出器１
５により停電が検出されてから所定時間経過するとオン
デイレイ９ｌｂが動作し、位相差検出器９６ｂにより絶
対値回路９６ａの出力が所定の位相になったことが検出
されるとＡＮＤ回路９１ｃの出力によりリセットされ、
切替えスイッチ９３ａ，９３ｂを切替えて停電前の状態
に復帰させる。

次に上記のように構成された電動機の制御装置の作用に
ついて述べる。

いま、停電検出器１５により入力電圧の低下を検出する
と、周波数制御回路９０内のＡＮＤ回路９１ａに停電検
出信号の反転信号が入力されるので、アンド条件は不或
立となり、位相制御器８およびパルス変換器１０の動作
が停止する。これと同時に切替回路９１ｄは停電検出信
号によりセットされ、切替スイッチ９２ｇ，９２ｂが停
電側に対応する信号路に切替わる。これにより、周波数
制御回路９０の出力である出力位相信号は電流位相基準
信号から位相検出器１７の出力信号と比例積分器９６ｂ
の出力信号との加算信号に切替えられ、パルス変換器１
０の入力信号は誘導電動機５の電圧位相に追従する。ま
た、位相変換器９４の入力信号も位相検出器１７で検出
された電圧位相を微分器９５により微分して出力される
電動機の回転速度信号に切替えられており、コンデンサ
Ｃ１の充電電圧も誘導電動機５の回転速度に追従する。

これにより、電流位相基準は負荷特性が変化しても確実
に誘導電動機の回転速度に追従させることができる。

このような状態にあるとき、停電検出器１５が入力電源
の復電を検出するとＡＮＤ回路９１ａのアンド条件が成
立するので、その出力信号により位相制御器８とパルス
変換器１０が直ちに運転を開始する。この時誘導電動機
５の回転速度と端子電圧の比は誘導電動機５の定格回転
速度と定格端子電圧の比に一致していないため、力率角
検出器９６ａでは誘導電動機５の回転速度と端子電圧の
比が所定値になるように信号を出力する。この力率角検
出器９６ａから出力される信号は比例積分器９６ｂによ
り位相補正信号を演算し、この信号を位相検出器１７で
検出された出力電圧位相信号に加算することにより、最
終的な逆変換器４の出力位相が決定される。

これにより、逆変換器４の出力位相が補正されるので、
誘導電動機５の入力電流位相が変化し、また端子電圧も
変化する。この動作により誘導電動機５の回転速度の比
が一定となる。その後、位相変換器９４の出力信号と位
相検出器１７で検出された出力電圧位相信号により補正
された比例積分器９６ｂの出力信号との偏差の絶対値、
つまり両信号の位相差が位相差検出器９７ｂにより所定
値以内になったことを検出するとその出力信号によりＡ
ＮＤ回路９１ｃのアンド条件が成立し、切替回路９１ｄ
がリセットされる。したがって、この切替回路９１ｄの
反転動作により切替スイッチ９２ａ．９２ｂが停電前の
接点状態に復帰し、位相変換器９４の入力信号は速度設
定器１１による速度基準となり、また周波数制御回路９
０の出力電流位相信号は位相変換器９４の出力信号に切
替えられ、通常の制御状態に復旧する。

以上の作用から本実施例では次のような作用効果を得る
ことができる。

（１）停電期間中パルス変換器１０の入力信号である位
相信号を誘導電動機５の電圧位相に追従させているため
、復電後直ちに再起動可能となり、停電による制御装置
の運転停止時間を最短にできる。

（２）誘導電動機５の端子電圧位相と逆変換器４のパル
ス位相を同期させて再運転を開始するため、誘導電動機
５のトルクを最短時間で確率させることができる。

（３）停電期間中電動機および負荷特性により決定され
る端子電圧位相と回転速度により制御装置を自動的に補
正するため、負荷特性等による特別な調整が不要である
。

（４）再運転開始時には回転速度、位相とも誘導電動機
５に合っているため、異常電流、電圧が発生せず、安定
で安全な切替が可能となる。

なお、本発明は上記し、且つ図面に示す実施例に限定さ
れず、その要旨を変更しない範囲内で種々変更して実施
できるものである。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、電動機の残留電圧お
よび負荷特性を無視した再起動が可能となるため、減速
時間の早いボンブ等の負荷に対しても非常に有効な瞬時
停電策を実現でき、システム運転の信頼性を大幅に向上
させることができ、また位相、回転速度を同期させた制
御により機械側に対する再起動時のストレスも解消する
ことができる電動機の制御装置を提供するこができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電動機の制御装置の一実施例のシ
ステム構成を示す回路図、第２図は同実施例における周
波数制御回路の内部構成を示すブロック図、第３図は従
来の電動機の制御装置の構成例を示す回路図、第４図は
同制御装置の周波数制御回路の内部構成を示すブロック
図である。 １・・・交流電源、２・・・順変換器、３・・・直流リ
アクトル、４・・・逆変換器、５・・・誘導電動機、６
・・・電圧制御器、７・・・電流制御器、８・・・位相
制御器、１１・・・速度設定器、１２．１４・・・変圧
器、１３・・・変流器、１５・・・停電検出器、１７・
・・位相検出器、９０・・・周波数制御回路、９１ａ，
９１ｃ・・・ＡＮＤ回路、９ｌｂ・・・オンディレイ回
路、９１ｄ・・・切替回路、９２ａ，９２ｂ・・・切替
スイッチ、９３・・・積分回路、９４・・・位相変換器
、９５・・・微分器、９６ａ・・・力率検出器、９６ｂ
・・・比例積分器、９７ａ・・・絶対値回路、９７ｂ・
・・位相差検出器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 交流電力を順変換器により直流電力に変換し、この直流
   電力を直流平滑回路で平滑した後、逆変換器により任意
   の周波数の交流電力に変換して電動機に供給する電力変
   換回路を備え、且つ速度基準と前記電動機の端子電圧と
   の偏差から電圧信号を得、この電圧信号と前記順変換器
   の入力電流との偏差から電流信号を得て前記順変換器の
   位相を制御する順変換器制御系と、前記速度基準から出
   力電流位相信号を得、この出力電流位相信号により前記
   逆変換器を位相制御する逆変換器制御系とを構成してな
   る電動機の制御装置において、前記順変換器の入力電圧
   の低下を検出する電圧低下検出器と、前記逆変換器の出
   力電圧位相を検出する位相検出器と、前記電圧低下検出
   器により電圧低下が検出されると前記順変換器および逆
   変換器制御系に与えられる運転指令を阻止して前記順変
   換器および逆変換器の運転を停止させる運転指令手段、
   前記位相検出器により検出された出力電圧位相信号より
   前記電動機の回転速度を検出する周波数検出手段、この
   周波数検出手段で検出された回転速度と前記電動機の端
   子電圧とから電動機の力率角を演算する力率角演算手段
   、前記順変換器の入力電圧が正常なとき前記速度基準か
   ら得られる電流位相信号を前記逆変換器の位相制御信号
   として出力し、前記電圧低下検出器により前記順変換器
   の入力電圧の低下が検出されると前記力率角演算手段で
   求められた力率角を前記位相検出器で検出された出力電
   圧位相により補正して前記逆変換器の位相制御信号とし
   て出力する切替手段および前記電圧低下検出器により電
   圧低下が検出されると前記力率角を前記出力電圧位相で
   補正した信号と前記周波数検出手段で検出された回転速
   度とにより決定される位相差を検出し、前記交流電源が
   復電した後その位相差が所定値になると前記切替手段に
   切替指令を与えて元の状態に復帰させる切替指令手段か
   ら構成された周波数制御回路とを備えたことを特徴とす
   る電動機の制御装置。