JPH10164883A - インバータ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電源電圧の変動等により主回路の直流電圧が
低下した場合でも、インバータのの出力電圧波形に歪み
が生じないようにして、巻上電動機の定格電圧を電源電
圧にまで高め、巻上電動機及び駆動用インバータのコス
トダウンを図る。 【構成】 ＡＣＲ１７より出力される電圧指令から、所
要直流電圧算出部２２で算出した主回路の所要直流電圧
と、電圧検出器２０で検出した実際の直流電圧とを比較
部２３で比較し、その差Δｖを算出する。そして主回路
の直流電圧が所要直流電圧より低下すると、その差Δｖ
に応じた磁束指令の補正量ΔΦを磁束補正量算出部２４
で算出し、磁束指令Φｏを補正して励磁電流を下方調整
することにより、インバータの出力電圧を下げ、電圧波
形に歪みが生じないようにする。

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、誘導電動機を駆
動し、速度制御を行うベクトル制御インバータ制御装置
の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、制御技術の進歩に伴って、産業機
械の電動機の多くがインバータ駆動による交流電動機と
なり、その中でも直流電動機と同等の制御性能が得られ
るベクトル制御方式が広く採用されている。

【０００３】以下、適用を交流エレベータ装置を例に記
載する。図３は、従来の一般的なベクトル制御方式の全
体構成を示す図であり、１は三相交流電源、２は交流電
源を直流に変換するコンバータ、３はこのコンバータの
出力を平滑する平滑コンデンサ、４はコンバータ２の出
力を可変電圧可変周波数の交流に変換するインバータ、
５はインバータ４の出力の各相の出力電流を検出する電
流検出器、６はインバータ４によって給電されエレベー
タを駆動する誘導電動機、７はパルスジェネレータ、８
は誘導電動機６によって駆動される巻上機の綱車、９は
綱車８に巻掛けられた主索、１０は主索９に結合された
かご、１１は同じく釣り合い錘、１２は理想の速度パタ
ーンを出力する速度パターン発生回路、１３はＦ／Ｖ変
換器、１４はＡＳＲ（速度調節器）、１５はベクトル制
御回路、１６は励磁電流を設定するための磁束指令Φｏ
を出力する磁束指令設定回路、１７はＡＣＲ（電流調節
器）、１８はＰＷＭ回路（パルス幅変調回路）、１９は
インバータ素子のベースドライブ回路である。

【０００４】以上の構成において、エレベータ運転時
は、交流電源１の出力がコンバータ２及び平滑コンデン
サ３を通して直流に整流され、インバータ４により再度
可変電圧、可変周波数の交流電源に変換される。これに
より、誘導電動機６が駆動され、エレベータが運転され
る。

【０００５】一方、インバータ４の制御は、速度パター
ン発生回路１２から出力される速度パターンに従って制
御される。すなわちその制御方法は、パルスジェネレー
タ７からＦ／Ｖ変換器１３を通して誘導電動機の速度が
フィードバックされ、このフィードバックされた誘導電
動機速度と速度パターンとの偏差が、ＡＳＲ１４に入力
され増幅されてトルク指令となり、これがベクトル制御
回路に入力される。

【０００６】このベクトル制御回路１５では、ベクトル
制御の理論に基づき、パルスジェネレータ７より誘導電
動機６の回転角を入力し、交流のベクトルとして、磁束
指令を基にした励磁電流成分とトルク指令を基にしたト
ルク電流成分とが直交状態を保ち、他励の直流機と同等
に制御するように、互いに独立に制御できる位相を持っ
た電流指令を出力する。

【０００７】次に、このベクトル制御回路１５からの電
流指令と、電流検出器５からの実電流検出値との偏差が
ＡＣＲ１７で増幅されてインバータ４の電圧指令とな
り、この電圧指令をＰＷＭ回路１８でパルス信号に変換
し、ベースドライブ回路１９によって、インバータ４を
構成する半導体素子をスイッチングすることにより、可
変電圧・可変周波数の交流電力を誘導電動機６に供給し
て制御するようにしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】一般に、商用電源で直
接駆動される誘導電動機の場合、電源電圧が低下すると
回転磁界が弱まるため、流入電流の増加による電動機の
温度上昇や発生トルクの低下が生じる。これが電動機や
負荷の許容範囲内であれば特に問題とはならないが、上
記のようにベクトル制御インバータで駆動される誘導電
動機の場合、インバータのトルク制御が出力電流制御
（電動機電流の励磁分、トルク分の分離制御）により行
われるため、制御上必要な出力電圧発生が電源電圧低下
等により不可能な状況でも、指令電流を極力流すべく電
流制御ループが動作し、その結果、電動機印加電圧に波
形歪みが発生する。

【０００９】インバータ制御エレベータでは、上記波形
歪みに起因するトルクリップルの発生や、トルク制御性
能の劣化は走行性能の低下につながることから、電源電
圧変動やその他の電圧降下要因により、インバータの出
力可能な電圧が低下した場合を想定して巻上電動機定格
電圧が決定されており、例えば２００Ｖ系電源に対する
電動機定格電圧は１７０Ｖに設定される。

【００１０】これは走行性能を確保するための特殊電圧
設定であるが、そのために電動機の巻線仕様は特殊なも
のとなり、安価で入手性の良い汎用モータ（定格電圧２
００Ｖ）が使用できないという問題がある。しかも、電
動機定格電圧の低下に伴う電流増加に対応する必要か
ら、インバータの電流容量も大きくする必要があり、コ
ストの上昇を招く結果となっていた。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の問題点を
解決することを目的としたもので、その特徴とするとこ
ろは、主回路の直流電圧を検出する電圧検出手段と、主
回路の所要直流電圧と前記直流検出手段により検出した
直流電圧とを比較し、その差（不足電圧）を算出する手
段と、該不足電圧の値に応じて磁束指令の補正量を算出
する磁束補正量算出手段とを備えたことにある。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明では、主回路の直流電圧を
電圧検出器で検出し、インバータの電圧指令から算出し
た所要直流電圧と比較する。そしてその差（不足電圧）
に応じて磁束指令の補正量を算出し、磁束指令を補正し
てインバータの出力電圧を下げ、主回路の直流電圧が低
下した場合でもインバータの電圧波形が歪まないように
する。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は、本発明の全体構成を示す図であり、２
０は主回路の直流電圧（平滑コンデンサ３の端子電圧）
Ｖ１を検出する電圧検出器、２１は主回路の所要直流電
圧Ｖ２と実際の直流電圧Ｖ１との差（不足電圧）Δｖを
算出する手段としての機能と、該不足電圧Δｖの値に応
じて磁束指令Φｏの補正量ΔΦを算出する磁束補正量算
出手段としての機能とを実現するマイクロコンピュータ
である。このマイクロコンピュータ２１は、インバータ
が歪みのない所要電圧波形を出力するのに必要な主回路
の所要直流電圧Ｖ２を、ＡＣＲ１７の電圧指令から算出
する所要直流電圧算出部２２と、該所要直流電圧Ｖ２
と、実際の直流電圧Ｖ１とを比較し、その差Δｖを算出
する比較部２３と、該不足電圧Δｖに応じた磁束指令補
正量ΔΦを算出する磁束補正量算出部２４とからなる。
なお、その他、図３と同一のものについては同一の符号
にて示している。

【００１４】以上の構成において、通常は主回路の直流
電圧Ｖ１は、インバータが歪みのない正弦波の電圧波形
を出力するのに必要な直流電圧Ｖ２より大きく、従って
励磁電流を弱める必要はないので磁束指令の補正量ΔΦ
は０となるが、電源電圧の変動等により主回路の直流電
圧Ｖ１が低下し、所要直流電圧Ｖ２を下回るとその差Δ
ｖが比較部２３で算出され、さらにそのΔｖに応じた補
正量ΔΦが磁束補正量算出部２４で算出されて出力され
る。この結果、磁束指令ΦｏはΔΦだけ低下し、すなわ
ち励磁電流はその分だけ弱められ、インバータの出力電
圧も低下して出力電圧波形が歪むのを防止する。

【００１５】次にこのマイクロコンピュータ２１内のソ
フトウェアで実行される、磁束補正量算出の処理手順に
ついて、図２のフローチャートにより説明する。

【００１６】まずステップＳ１において、主回路の直流
電圧Ｖ１を検出し、ステップＳ２でＡＣＲ１７の電圧指
令からそのときの所要直流電圧Ｖ２を算出する。ここで
所要直流電圧Ｖ２は、電圧指令をＶac（正弦波）とする
とそのピーク値の絶対値、すなわち Ｖ２＝｜Ｖacのピーク値｜ として算出することができる。

【００１７】次にステップＳ３で、Ｖ２とＶ１の差であ
るΔｖを算出し、そのΔｖの値に応じてステップＳ４以
下で図１に示すような磁束の補正量ΔΦを決める。まず
ステップＳ４で、Δｖが所定値ａより大きいか否かを判
定し、所定値ａ以下であれば励磁電流を弱める必要はな
いのでステップＳ５で補正量ΔΦ＝０とする。もしΔｖ
が所定値ａより大きい場合は、ステップＳ６で上限値ｂ
より大きいか否かを判定し、上限値ｂに達するまでは、
ステップＳ８で補正量ΔΦがΔｖに比例するように、す
なわち、 ΔΦ＝ｃ（Δｖ−ａ）／（ｂ−ａ） として補正量ΔΦを出力する。もしΔｖが上限値ｂを越
える場合は、ステップＳ７で補正量ΔΦを上限値ｃと
し、励磁電流が極端に下がることのないようにする。

【００１８】このようにして、磁束指令発生装置から出
力される磁束指令Φｏは、主回路の直流電圧が所要直流
電圧より低下すると、その不足分に応じて磁束指令が下
方調整され、その結果インバータの出力電圧も低下し
て、出力波形に歪みを生じる事なくベクトル制御が行わ
れることになる。

【００１９】なお、上記の説明において、励磁電流を下
方調整し、電動機電圧を下げて運転すると、概略その割
合で電流が増加し、電動機損失が大きくなるが、このよ
うな運転は以下の４条件が重なった場合に限られるた
め、エレベータのように駆動・回生を繰り返す変動負荷
の場合、運転サイクル全体から見ると励磁弱め制御を要
する期間の割合は小さく、電動機温度上昇への影響は僅
かである。

【００２０】（１）電源電圧降下が大きい。 （２）負荷の方向が駆動側である。 （３）負荷が重い。 （４）電動機速度が定格付近である。

【００２１】特に、大電流が流れ電動機発生損失の大き
くなる加減速領域では、電動機速度が定格に満たないこ
とから励磁弱めの必要は発生せず、また、エレベータ運
転サイクルの約半分を占める回生動作時には主回路の直
流電圧が上昇するため、やはり励磁弱めは不要となる。
従って本発明により、励磁弱めを行っても、電動機温度
に及ぼす影響は小さく、特に問題が生じることはない。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、電源電圧と同一の定格
電圧を持つ汎用モータを巻上機に用いることが可能とな
る。しかも、電動機の定格電圧を高めることにより、加
速時最大電流や負荷サイクルを考慮した実効電流も減少
することから、インバータの容量の削減につながり、エ
レベータの巻上電動機及び駆動用インバータの大幅なコ
ストダウンを図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の全体構成を示す図である。

【図２】本発明における、磁束補正量算出の処理手順を
示すフローチャートである。

【図３】従来のベクトル制御インバータの全体構成を示
す図である。

【符号の説明】

１ 三相交流電源 ２ コンバータ ３ 平滑コンデンサ ４ インバータ ５ 電流検出器 ６ 誘導電動機 １０ かご １２ 速度指令発生回路 １４ ＡＳＲ １５ ベクトル制御回路 １６ 磁束指令発生回路 １７ ＡＣＲ １８ ＰＷＭ回路 １９ ベースドライブ回路 ２０ 電圧検出器 ２１ マイクロコンピュータ ２２ 所要直流電圧算出部 ２３ 比較部 ２４ 磁束補正量算出部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 裕 大阪府茨木市庄１丁目28番10号 フジテッ ク株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電力を直流電力に変換するコンバー
   タと、その直流電力をベクトル制御により、任意の可変
   電圧・可変周波数の交流に変換し、誘導電動機に給電す
   るインバータとからなるインバータ制御装置において、
   主回路の直流電圧を検出する電圧検出手段と、主回路の
   所要直流電圧と前記直流検出手段により検出した直流電
   圧とを比較し、その差（不足電圧）を算出する手段と、
   該不足電圧の値に応じて磁束指令の補正量を算出する磁
   束補正量算出手段とを備えたことを特徴とするインバー
   タ制御装置。