JPH1023780A5 - - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変電圧、可変周波数の交流電圧を出力して誘導電動機を可変速駆動するＰＷＭインバータによる誘導電動機の制御方法および制御装置に関する。

【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、誘導電動機の定格周波数、演算のためのサンプリング時間、３相正弦波を作るテーブルのデータ数に基づいて定格角速度をつくり、この定格角速度と加速時間（減速時間）から加速角速度（減速角速度）を演算し、サンプリング時間毎に加速角速度（減速角速度）を積算して過渡時角速度をつくり、過渡時角速度と定格角速度を比較し、過渡時角速度が定格角速度より小さい（大きい）時は過渡時角速度を用いて前記電動機を加速（減速）し、過渡時角速度が定格角速度より大きく（小さく）なった時は定格角速度を用いて定常運転に入るように前記電動機を制御する。
また、瞬時停電時の前記電動機の再投入に際して、前記電動機のトルク成分を検出し、トルク電流成分が同期投入設定電流より大きくなった時点から同期投入モードを選択し、トルク電流成分と同期投入許可電流の偏差が零になるように比例積分制御を行い、補正角速度をつくり、過渡時角速度から補正角速度を減算した値を角速度指令として、前記電動機に加える電圧と周波数を小さくし、トルク電流成分が同期投入許可電流より小さくなったとき、前記電動機を定格角速度まで上昇させる加速モードに移行する。
また、定常運転中に負荷等が大きくなった場合、前記電動機のトルク成分を検出し、トルク電流成分が同期投入設定電流より大きくなった時点から同期投入モードを選択し、トルク電流成分と同期投入許可電流の偏差が零になるように比例積分制御を行い、補正角速度をつくり、過渡時角速度から補正角速度を減算した値を角速度指令として、前記電動機に加える電圧と周波数を小さくし、前記電動機電流を減少させる。
また、前記電動機のトルク電流成分が負になり、さらに負の同期投入設定電流より小さくなった回生モードのとき、過渡時角速度に補正角速度を加算した値を角速度指令として、前記電動機に加える電圧と周波数を大きくする。

【００１２】
また、図１の同期投入回路１４において、同期投入モードの信号すなわち補正角速度ωｓｕを角速度指令部９に出力したとき、図２の同期投入モード９−１２を駆動し、同期投入演算部９−１３で（数８）式を用いて過渡時角速度ω ｔｒｎ の演算を行う。この時、角速度演算ω１は加速時に使用した（数６）式で演算するので、減少する。詳細は同期投入回路（図７）において説明する。
【数８】
ωｔｒｎ＝ωｔｒｎ（ｎ−１）−ωｓｕ

【００１６】
いま、瞬時停電等で電動機がインバータから切り離され、フリーラン状態で回転数が低下したと仮定する。この状態でインバータの角速度指令ω１として定格角速度ωｄｅｆを選択▲１▼させる。この時インバータの角速度指令ωｄｅｆと電動機５の回転している角速度が▲１▼と▲３▼のようにずれているので、電動機電流Ｉｑｆは大きな値となる。その様子を図９により説明する。
（１）電動機がインバータから切り離され、フリーラン状態で回転数が低下したとき、インバータの角速度指令ω１として定格角速度ωｄｅｆをセット▲１▼する。
（２）図１の電流変換器１１は、電動機電流を回転座標軸ｄ−ｑ軸に変換し、同期投入回路１４ではこのトルク電流成分Ｉｑｆと励磁電流成分Ｉｄｆを取り込む。図７において、ｑ軸電流１４−１でトルク電流成分Ｉｑｆを取り出し、同期投入設定電流Ｉｅｓ１４−２とサンプリング時間毎に比較し、トルク電流成分Ｉｑｆが同期投入設定電流Ｉｅｓより大きくなった時点で同期投入モード▲２▼に入る。
（３）同期投入処理部１４−５は、後述する比例・積分制御を行い、同期投入処理を行って補正角速度ωｓｕを出力する。角速度指令部９の同期投入演算部９−１３では補正角速度ωｓｕを受けて、（数８）式を使用し、過渡時角速度ωｔｒｎの演算を行う。比較器９−１１は（数６）式を使用して、角速度指令ω１を出力する。このとき角速度指令ω１は同期投入処理部１４−５の比例・積分演算に従い、１次遅れの要素を含んで小さくなり、電動機５が回転している角速度に近づく。すなわち、図１０の▲２▼に示すように角速度指令ω１は定格角速度ωｄｅｆから電動機５の回転子が回転している角速度に高いところから近づいていき、ほぼ一致すると電動機のトルク電流成分Ｉｑｆは減少する。比較器１４−４はトルク電流成分Ｉｑｆと同期投入許可電流Ｉｐｅを比較し、トルク電流成分Ｉｑｆが同期投入許可電流Ｉｐｅより小さくなった時点▲３▼で加速モード▲４▼に切り替える。
（４）同期投入処理▲３▼を終了すると、補正角速度ωｓｕと同期投入積分項（後述する。）を零にする。この点は、図１０に示すように、過渡時角速度ωｔｒｎは定格角速度ωｄｅｆより小さくなっているので、角速度指令部９では加速モード▲４▼に入り、前述したように加速角速度ωａで加速する。
（５）そして、電動機５に与える過渡時角速度ωｔｒｎが定格角速度ωｄｅｆまで上昇すると、定常モード▲５▼に入る。

【００２１】
以上、本実施形態は、電動機の定格周波数Ｆｄｅｆ、演算のためのサンプリング時間Ｔｓ、３相正弦波を作るテーブルのデータ数Ｎｔｂから定格角速度ωｄｅｆをつくり、また、この定格角速度ωｄｅと要望される加速時間Ｔａから加速角速度ωａを演算し、サンプリング時間毎に加速角速度ωａを積算して過渡時角速度ωｔｒｎをつくり、定格角速度ωｄｅｆと過渡角速度ωｔｒｎを比較し、過渡時角速度ωｔｒｎが定格角速度ωｄｅｆより小さい時は過渡時角速度ωｔｒｎを用いて電動機５を加速し、過渡時角速度ωｔｒｎが定格角速度ωｄｅｆより大きくなった時は定格角速度ωｄｅｆを用いて定常運転に入るように電動機５を制御する。
ここで、本実施形態は、図４、図７において加速角速度ωａを負の符号−ωａで考えると、減速モードまで拡張して実施できる。
このようにして、本実施形態では、電動機の定格周波数Ｆｄｅｆ、演算のためのサンプリング時間Ｔｓ、正弦波テーブル数Ｎｔｂ、加速時間Ｔａ、減速時間−Ｔａを適宜に設定して、定格角速度ωｄｅｆ、加速角速度ωａ及び減速角速度−ωａを演算し、また、加速角速度ωａ及び減速角速度−ωａから過渡時角速度ωｔｒｎをつくるので、電動機５の加速レート、減速レートを自由に設定することが可能となり、電動機の低速時及び無負荷時でも、過励磁にならず、効率よく、スムーズに電動機を加減速することができる。

【００２２】
また、本実施形態は、瞬時停電時の再投入に関して、電動機のトルク成分Ｉｑｆを検出し、トルク電流成分Ｉｑｆが同期投入設定電流Ｉｅｓより大きくなった時点から同期投入モードに入れ、トルク電流成分Ｉｑｆと同期投入許可電流Ｉｐｅの偏差が零になるように比例積分制御を行い、補正角速度ωｓｕをつくり、過渡時角速度の値を減算することにより、電動機に加える電圧と周波数を小さくする。すなわち、同期投入処理部１４−５の比例・積分定数に従い、１次遅れ効果で角速度指令ω１を減少させ、素早く角速度指令ω１を電動機の回転子が回転している角速度に近づけ、指令角速度が電動機の回転子の回転している角速度に近づくと、トルク電流成分Ｉｑｆが同期投入許可電流Ｉｐｅより小さくなり、その点で電動機を定格角速度ωｄｅｆまで上昇させる加速モードに移行する。
このようにして、本実施形態では、瞬時停電時に電動機を再起動するとき、制御装置が指令する角速度を迅速に電動機が回転している角速度に一致させるので、スムーズに同期投入が可能となり、過電流を防止することができる。その後、規定の加速角速度で電動機を加速し、定常運転に復帰させる。

【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電動機の定格周波数、演算のためのサンプリング時間、正弦波テーブル数、加速時間、減速時間を適宜に設定して、定格角速度、加速角速度及び減速角速度を演算し、また、加速角速度及び減速角速度から過渡時角速度をつくることによって、電動機の加速レート、減速レートを自由に設定でき、電動機の低速時及び無負荷時でも、過励磁にならず、効率よく、スムーズに電動機を加減速することが可能になる。
また、瞬時停電時に電動機を再起動するとき、制御装置が指令する角速度を迅速に電動機が回転している角速度に一致させるので、スムーズに同期投入が可能となり、過電流を防止することができ、その後、電動機を加速し、定常運転に復帰させることができる。
また、電動機の定常運転時に、トルク電流成分が同期投入設定電流より大きくなった時点から同期投入モードに入り、同期投入回路と角速度指令部によって電動機の周波数と電圧を低下させ、電動機電流を減少させ、これは、電流リミッタの役割をはたし、過電流を防止し、インバータ装置のトリップを防止することができる。
また、同期投入回路と角速度指令部において、電動機のトルク電流成分の符号が負の場合は回生モードとなり、角速度指令を上昇させて電流を抑制すること、すなわち、過渡時角速度に補正角速度を加えて電動機の周波数と電圧を上げることによって、回生モードにおける過電流を防止し、インバータ装置のトリップを防止することができる。

Claims (9)

1. 可変電圧、可変周波数の交流電圧を出力するＰＷＭインバータによって誘導電動機を駆動する誘導電動機の制御方法であって、
   前記電動機の定格周波数と、演算のためのサンプリング時間と、３相正弦波を作るテーブルのデータ数とに基づいて定格角速度をつくり、この定格角速度と加速時間あるいは減速時間とから、加速角速度あるいは減速角速度を演算し、前記サンプリング時間毎に加速角速度あるいは減速角速度を積算して過渡時角速度をつくり、この過渡時角速度を角速度指令として前記電動機を加速あるいは減速することを特徴とする誘導電動機の制御方法。
2. 請求項１において、
   過渡時角速度を定格角速度と比較し、
   過渡時角速度が定格角速度より小さい時は過渡時角速度を用いて前記電動機を加速し、過渡時角速度が定格角速度より大きくなった時は定格角速度を用いて定常運転に入るように前記電動機を制御するか、
   あるいは、過渡時角速度が定格角速度より大きい時は過渡時角速度を用いて前記電動機を減速し、過渡時角速度が定格角速度より小さくなった時は定格角速度を用いて定常運転に入るように前記電動機を制御することを特徴とする誘導電動機の制御方法。
3. 請求項１において、
   定常運転時に前記電動機を停止するとき、加速角速度を負の値にしてマイナス加算し、過渡時角速度を減少することを特徴とする誘導電動機の制御方法。
4. 請求項１または請求項２において、
   瞬時停電時の前記電動機の再投入に際して、前記電動機のトルク成分を検出し、トルク電流成分が同期投入設定電流より大きくなった時点から、トルク電流成分と同期投入許可電流の偏差が零になるように比例積分制御を行い、補正角速度をつくり、過渡時角速度から補正角速度を減算した値を角速度指令として、前記電動機に加える電圧と周波数を小さくする同期投入モードに入り、トルク電流成分が同期投入許可電流より小さくなったとき、前記電動機を定格角速度まで上昇させる加速モードに移行することを特徴とする誘導電動機の制御方法。
5. 請求項１または請求項２において、
   定常運転中に負荷等が大きくなった場合、前記電動機のトルク成分を検出し、トルク電流成分が同期投入設定電流より大きくなった時点から、トルク電流成分と同期投入許可電流との偏差が零になるように比例積分制御を行い、補正角速度をつくり、過渡時角速度から補正角速度を減算した値を角速度指令として、前記電動機に加える電圧と周波数を小さくし、前記電動機電流を減少させる同期投入モードに入ることを特徴とする誘導電動機の制御方法。
6. 請求項４または請求項５において、
   前記電動機のトルク電流成分が負になり、さらに負の同期投入設定電流より小さくなった回生モードのとき、過渡時角速度に補正角速度を加算した値を角速度指令として、前記電動機に加える電圧と周波数を大きくすることを特徴とする誘導電動機の制御方法。
7. 誘導電動機を可変電圧、可変周波数の交流電圧によって制御する誘導電動機の制御装置であって、
   該制御装置が直流を可変電圧、可変周波数の交流に変換する電力変換部と、該電力変換部を制御する制御部とを備え、
   該制御部が、前記電動機の定格周波数と、サンプリング時間と、正弦波テーブル数と、前記電動機が定格回転数まで加速する加速時間とから、定格角速度と加速角速度とを演算、または、前記電動機の定格周波数と、サンプリング時間と、正弦波テーブル数と、前記電動機が定格回転数まで減速する減速時間とから、定格角速度と減速角速度とを演算する演算部と、
   加速角速度あるいは減速角速度をサンプリングして積算し、過渡時角速度を出力する加速角速度積算器あるいは減速角速度積算器と、
   定格角速度と過渡時角速度を比較し、過渡時角速度が定格角速度より小さい時は過渡時角速度を角速度指令として出力し、過渡時角速度が定格角速度より大きくなった時は定格角速度を角速度指令として出力するモード比較器とを有することを特徴とする誘導電動機の制御装置。
8. 請求項７において、
   前記制御部が、前記電動機の交流３相電流から電動機回転子の回転座標のトルク電流成分および励磁電流成分に変換する電流変換器と、同期投入設定電流値および同期投入許可電流値とトルク電流成分の大きさを比較して同期投入処理を行い、補正角速度を出力する同期投入回路と、過渡時角速度から補正角速度を減算した値を出力する同期投入積算器とを有し、
   定格角速度、加速角速度積算器あるいは減速角速度積算器が出力する過渡時角速度、または同期投入積算器が出力する過渡時角速度を選択して角速度指令を出力することを特徴とする誘導電動機の制御装置。
9. 請求項８において、
   前記同期投入回路は、トルク電流成分が同期投入設定電流より大きくなった時、または、負のトルク電流成分が負の同期投入設定電流より小さくなった時に、同期投入モードを選択し、
   トルク電流成分と同期投入許可電流との偏差、または、負のトルク電流成分と負の同期投入許可電流との偏差が零になるように比例積分制御を行い、補正角速度を演算することを特徴とする誘導電動機の制御装置。