JP2000092878A - 三相交流電動機の起動制御装置及び制御方法 - Google Patents
三相交流電動機の起動制御装置及び制御方法Info
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- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
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- H02M7/5395—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency by pulse-width modulation
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- Power Engineering (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
- Motor And Converter Starters (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 交流電動機を予備励磁させるとき、インバー
タの電力用スイッチング素子から生じる電力の損失を最
小化し得る三相交流電動機の起動制御装置及びその制御
方法の実現。 【解決手段】 交流電動機を予備励磁させるとき、所定
のスイッチング周期の間、1 相のスイッチング素子は、
導通状態を維持し、同一のスイッチング周期の間、その
他の2 相のスイッチング素子は、スイッチング動作を行
うようにして、スイッチング素子に発生される電力損失
を最小化し、更に電力損失を最小化し得る電圧指令の角
速度を予め検出して所定の貯蔵手段に貯蔵して利用する
ように、三相交流電動機の起動制御装置を構成する。
タの電力用スイッチング素子から生じる電力の損失を最
小化し得る三相交流電動機の起動制御装置及びその制御
方法の実現。 【解決手段】 交流電動機を予備励磁させるとき、所定
のスイッチング周期の間、1 相のスイッチング素子は、
導通状態を維持し、同一のスイッチング周期の間、その
他の2 相のスイッチング素子は、スイッチング動作を行
うようにして、スイッチング素子に発生される電力損失
を最小化し、更に電力損失を最小化し得る電圧指令の角
速度を予め検出して所定の貯蔵手段に貯蔵して利用する
ように、三相交流電動機の起動制御装置を構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、三相交流電動機の
起動制御装置及びその制御方法に関し、詳しくは、交流
電動機を予備励磁（pre-exciting）させるとき、インバ
ータ内のスイッチング素子から生じる電力損失を最小化
するために、起動時に所定のスイッチングの間、2 相は
スイッチングし、残りの1 相はスイッチをオン状態に維
持させる2相変調方式を適用する交流電動機の起動制御
装置及びその制御方法に関する。
起動制御装置及びその制御方法に関し、詳しくは、交流
電動機を予備励磁（pre-exciting）させるとき、インバ
ータ内のスイッチング素子から生じる電力損失を最小化
するために、起動時に所定のスイッチングの間、2 相は
スイッチングし、残りの1 相はスイッチをオン状態に維
持させる2相変調方式を適用する交流電動機の起動制御
装置及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近来、交流電動機は、その応用分野が漸
次拡大されつつあり、その特性に考慮して、当該応用分
野に適宜に適用させるべきである。例えば、エレベータ
に適用される交流電動機は、次のような特性を有する。
交流電動機の2 次磁束は、固定子d 軸電流に対して1 次
の遅延特性を有するため、交流電動機内部が励磁（magn
etic excitation）されるより前に、エレベータブレー
キが解放（releasing ）されると、交流電動機に起動シ
ョックが発生する。
次拡大されつつあり、その特性に考慮して、当該応用分
野に適宜に適用させるべきである。例えば、エレベータ
に適用される交流電動機は、次のような特性を有する。
交流電動機の2 次磁束は、固定子d 軸電流に対して1 次
の遅延特性を有するため、交流電動機内部が励磁（magn
etic excitation）されるより前に、エレベータブレー
キが解放（releasing ）されると、交流電動機に起動シ
ョックが発生する。
【０００３】このような起動ショックは、交流電動機の
故障の一つの要因に作用するため、発生しないように抑
制すべきである。すなわち、エレベータブレーキを解放
する以前に予め交流電動機の固定子d 軸に電流を流して
励磁し、その後、ブレーキを解放すると、交流電動機の
回転軸のトルクを線形的に制御し得るようになって、起
動ショックが発生する現象を防止することができる。
故障の一つの要因に作用するため、発生しないように抑
制すべきである。すなわち、エレベータブレーキを解放
する以前に予め交流電動機の固定子d 軸に電流を流して
励磁し、その後、ブレーキを解放すると、交流電動機の
回転軸のトルクを線形的に制御し得るようになって、起
動ショックが発生する現象を防止することができる。
【０００４】このとき、交流電動機の内部が励磁される
まで所要される時間、即ち、予備励磁時間が短いほど交
流電動機が迅速に駆動を開始する。従って、予備励磁時
間を短縮させるため、固定子d 軸電流を定格電流よりも
一層大きい電流値として流すことができるが、このよう
にすると、インバータ内の電力用スイッチング素子に多
量の熱が発生する。
まで所要される時間、即ち、予備励磁時間が短いほど交
流電動機が迅速に駆動を開始する。従って、予備励磁時
間を短縮させるため、固定子d 軸電流を定格電流よりも
一層大きい電流値として流すことができるが、このよう
にすると、インバータ内の電力用スイッチング素子に多
量の熱が発生する。
【０００５】このとき、スイッチング素子に相電圧指令
（voltage command signal for each phase ）
を入力してスイッチング素子を効率的にスイッチング制
御すると、スイッチング素子が過熱により破壊される現
象を防止することができるが、この相電圧指令を発生す
る方法について説明すると次のようである。即ち、イン
バータに相電圧指令を供給する方法としては、正弦波と
三角波とを比較してパルス幅変調（Pulse Width Mo
dulation：PWM ）した相電圧指令を供給する方法と、指
令電圧の振幅を直ちにパルス振幅変調（Pulse Amplit
udeModulation：PAM ）した相電圧指令を供給する方法
とがある。
（voltage command signal for each phase ）
を入力してスイッチング素子を効率的にスイッチング制
御すると、スイッチング素子が過熱により破壊される現
象を防止することができるが、この相電圧指令を発生す
る方法について説明すると次のようである。即ち、イン
バータに相電圧指令を供給する方法としては、正弦波と
三角波とを比較してパルス幅変調（Pulse Width Mo
dulation：PWM ）した相電圧指令を供給する方法と、指
令電圧の振幅を直ちにパルス振幅変調（Pulse Amplit
udeModulation：PAM ）した相電圧指令を供給する方法
とがある。
【０００６】このような方法は、一定のスイッチング周
波数に従って、即ち、サンプリング時間毎（三角波）に
3 相のスイッチング素子がスイッチングされる3 相変調
方式である。このような、従来の3 相変調方式により生
成される相電圧指令を利用してスイッチング素子を制御
する交流電動機の速度制御方法を図面を用いて説明する
と次のようである。
波数に従って、即ち、サンプリング時間毎（三角波）に
3 相のスイッチング素子がスイッチングされる3 相変調
方式である。このような、従来の3 相変調方式により生
成される相電圧指令を利用してスイッチング素子を制御
する交流電動機の速度制御方法を図面を用いて説明する
と次のようである。
【０００７】従来の三相交流電動機の速度制御装置にお
いては、図5 に示したように、三相交流電源1 を直流電
流に変換する交流/ 直流コンバータ2 と、この交流/ 直
流コンバータ2 から出力される直流電流を平滑するキャ
パシタC と、平滑された直流電流を可変形態の交流電流
に変換して交流電動機IMに供給するインバータ3 と、既
に設定されたデータ及びプログラムにより制御信号を出
力する制御器5 と、この制御器5 から出力される制御信
号により、パルス幅変調信号PWM をそれぞれ生成して交
流/ 直流コンバータ2 及びインバータ3 にそれぞれ供給
するPWM 発生部4A、4Bと、を備えて構成されている。
いては、図5 に示したように、三相交流電源1 を直流電
流に変換する交流/ 直流コンバータ2 と、この交流/ 直
流コンバータ2 から出力される直流電流を平滑するキャ
パシタC と、平滑された直流電流を可変形態の交流電流
に変換して交流電動機IMに供給するインバータ3 と、既
に設定されたデータ及びプログラムにより制御信号を出
力する制御器5 と、この制御器5 から出力される制御信
号により、パルス幅変調信号PWM をそれぞれ生成して交
流/ 直流コンバータ2 及びインバータ3 にそれぞれ供給
するPWM 発生部4A、4Bと、を備えて構成されている。
【０００８】そして、コンバータ2 には、スイッチング
素子2-1 が包含され、インバータ3には、スイッチング
素子3-1 が包含されている。以下、このように構成され
た従来の交流電動機IMの速度制御装置及びその制御方法
について、図6 〜図9 を用いて説明すると次のようであ
る。先ず、3 相の交流電源が供給された交流/ 直流コン
バータ2 が、PWM 発生部4Aから出力される制御信号によ
り直流電流を出力すると、直流電流を受けたインバータ
3 は、PWM 発生部4Bから出力される制御信号により交流
電動機IMに3 相の可変な交流電流を出力して、交流電動
機IMが回転する。
素子2-1 が包含され、インバータ3には、スイッチング
素子3-1 が包含されている。以下、このように構成され
た従来の交流電動機IMの速度制御装置及びその制御方法
について、図6 〜図9 を用いて説明すると次のようであ
る。先ず、3 相の交流電源が供給された交流/ 直流コン
バータ2 が、PWM 発生部4Aから出力される制御信号によ
り直流電流を出力すると、直流電流を受けたインバータ
3 は、PWM 発生部4Bから出力される制御信号により交流
電動機IMに3 相の可変な交流電流を出力して、交流電動
機IMが回転する。
【０００９】図6 は、交流電動機IM内に所定の磁束を形
成すべく入力される電流及びそれにより生成される磁束
間の関係を示したグラフである。更に、交流電動機IMに
おいて起動ショックが発生する現象を防止するために
は、短時間のうちに交流電動機内に一定の磁束を確保す
べきであるが、このため、図6 に示したように、定格電
流Idよりも非常に大きい最大電流値Idmax を固定子d 軸
側に入力して、遅延時間（ＴB ）内に一定な磁束を形成
させる。
成すべく入力される電流及びそれにより生成される磁束
間の関係を示したグラフである。更に、交流電動機IMに
おいて起動ショックが発生する現象を防止するために
は、短時間のうちに交流電動機内に一定の磁束を確保す
べきであるが、このため、図6 に示したように、定格電
流Idよりも非常に大きい最大電流値Idmax を固定子d 軸
側に入力して、遅延時間（ＴB ）内に一定な磁束を形成
させる。
【００１０】このとき、この遅延時間を短縮しようとす
る場合には、交流電動機に定格電流Idよりも非常に大き
い最大電流値Idmax を入力させることになる。図7 は、
従来の交流電動機の駆動時の角速度（θ）に対する3 相
電流(3 phase current ）指令を示したグラフで、Ｉ
A （θ）＝ＩO ×Sin （θ）、ＩB （θ）＝ＩO ×Sin
（θ-2/3π）、ＩC （θ）＝ＩO ×Sin （θ-4/3π）を
表すものである。ここで、ＩO は、初期電流を表す。
る場合には、交流電動機に定格電流Idよりも非常に大き
い最大電流値Idmax を入力させることになる。図7 は、
従来の交流電動機の駆動時の角速度（θ）に対する3 相
電流(3 phase current ）指令を示したグラフで、Ｉ
A （θ）＝ＩO ×Sin （θ）、ＩB （θ）＝ＩO ×Sin
（θ-2/3π）、ＩC （θ）＝ＩO ×Sin （θ-4/3π）を
表すものである。ここで、ＩO は、初期電流を表す。
【００１１】図8(A)は、交流電動機の起動時の角速度
（θ）が0 °である場合、時間に対する3 相の電流指令
を示したグラフで、図8(B)は、図8(A)の3 相指令に対応
する3相の電圧指令を示したグラフである。図8(B)に示
したように、0 に近似できる電圧指令VA、VB、VCがそれ
ぞれ入力されたパルス幅変調信号発生部4Bは、電圧指令
VA、VB、VCと制御器5 から出力される一つの周期の三角
波41を比較して、この三角波が電圧指令のレベルより高
いと正のパルス信号を出力し、低いと0 の信号を出力し
て、デューティ比（Duty Ratio ）が約50% であるパル
ス幅変調信号（PWM signal）を生成する。
（θ）が0 °である場合、時間に対する3 相の電流指令
を示したグラフで、図8(B)は、図8(A)の3 相指令に対応
する3相の電圧指令を示したグラフである。図8(B)に示
したように、0 に近似できる電圧指令VA、VB、VCがそれ
ぞれ入力されたパルス幅変調信号発生部4Bは、電圧指令
VA、VB、VCと制御器5 から出力される一つの周期の三角
波41を比較して、この三角波が電圧指令のレベルより高
いと正のパルス信号を出力し、低いと0 の信号を出力し
て、デューティ比（Duty Ratio ）が約50% であるパル
ス幅変調信号（PWM signal）を生成する。
【００１２】そして、インバータ3 は、PWM 信号発生部
4Bから出力されたPWM 信号により動作制御される。この
とき、スイッチング素子3-1 が動作すると、スイッチン
グ素子3-1 には電力損失として、スイッチング損失（sw
itchig power loss）及び導通損失（conduction po
wer loss）が発生するが、このスイッチング損失の程
度は、入力された電流の大きさと、印加された電圧及び
スイッチング周波数により決定され、導通損失の程度
は、電力用半導体素子のコレクターエミタ間の飽和電圧
（saturation voltage ）に対して導通する電流の大き
さ及びこの電力用半導体素子の導通時間により決定され
る。
4Bから出力されたPWM 信号により動作制御される。この
とき、スイッチング素子3-1 が動作すると、スイッチン
グ素子3-1 には電力損失として、スイッチング損失（sw
itchig power loss）及び導通損失（conduction po
wer loss）が発生するが、このスイッチング損失の程
度は、入力された電流の大きさと、印加された電圧及び
スイッチング周波数により決定され、導通損失の程度
は、電力用半導体素子のコレクターエミタ間の飽和電圧
（saturation voltage ）に対して導通する電流の大き
さ及びこの電力用半導体素子の導通時間により決定され
る。
【００１３】図9 は、電力用半導体素子の動作時に発生
される電力損失を示した説明図で、図9(A)は、図8(B)の
PWM 信号を示し、図9(B)は、PWM 信号により動作される
スイッチング素子3-1 の導通損失51を示し、図9(C)は、
このPWM 信号によって電力用半導体素子をオン/ オフス
イッチング動作させるとき、PWM 信号のエッジにより発
生するスイッチング損失52、53を示すものである。
される電力損失を示した説明図で、図9(A)は、図8(B)の
PWM 信号を示し、図9(B)は、PWM 信号により動作される
スイッチング素子3-1 の導通損失51を示し、図9(C)は、
このPWM 信号によって電力用半導体素子をオン/ オフス
イッチング動作させるとき、PWM 信号のエッジにより発
生するスイッチング損失52、53を示すものである。
【００１４】このように、従来の3 相変調方式による交
流電動機の速度制御方法においては、3 相変調方式によ
り生成されるパルス幅変調信号（図9(A)参照）を交流電
動機IMに入力して、交流電動機の回転速度を制御してい
た。
流電動機の速度制御方法においては、3 相変調方式によ
り生成されるパルス幅変調信号（図9(A)参照）を交流電
動機IMに入力して、交流電動機の回転速度を制御してい
た。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】然るに、従来の三相交
流電動機の速度制御装置及びその制御方法においては、
予備励磁時間を短縮させるためには、予備励磁時間の
間、電流定格値(Id)より一層大きい電流を固定子d 軸に
流さなければならないため、インバータに多量の電流が
流れて、スイッチング素子での電力消費が増大し、多量
の熱が発生するという不都合な点があった。
流電動機の速度制御装置及びその制御方法においては、
予備励磁時間を短縮させるためには、予備励磁時間の
間、電流定格値(Id)より一層大きい電流を固定子d 軸に
流さなければならないため、インバータに多量の電流が
流れて、スイッチング素子での電力消費が増大し、多量
の熱が発生するという不都合な点があった。
【００１６】そこで、本発明の第1 の目的は、交流電動
機を予備励磁させるとき、電力用半導体素子から発生す
る電力損失を減らし得る交流電動機の起動制御装置及び
その制御方法を提供することにある。また、本発明の第
2 の目的は、容量及び大きさが小さい電力用半導体素子
を使用し得る交流電動機の起動制御装置及びその制御方
法を提供することにある。
機を予備励磁させるとき、電力用半導体素子から発生す
る電力損失を減らし得る交流電動機の起動制御装置及び
その制御方法を提供することにある。また、本発明の第
2 の目的は、容量及び大きさが小さい電力用半導体素子
を使用し得る交流電動機の起動制御装置及びその制御方
法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るため、本発明に係る三相交流電動機の起動制御装置に
おいては、交流電流を供給する三相交流電源と、三相交
流電源からの三相交流電流を直流に変換させるべく、各
相別スイッチング素子を有するコンバータと、コンバー
タから入力された直流電流を平滑して出力するキャパシ
タと、キャパシタから出力された直流電流を三相交流電
流に変換して三相交流電動機に供給するインバータと、
コンバータに包含されたスイッチング素子に、パルス幅
変調された電流指令信号及び電圧指令信号(PWM) をそれ
ぞれ出力する第1 パルス幅変調信号発生器と、インバー
タに包含されたスイッチング素子に、パルス幅変調され
た電流指令信号及び電圧指令信号をそれぞれ出力する第
2 パルス幅変調信号発生器と、第1 パルス幅変調信号発
生器及び第2 パルス幅変調信号発生器に、各相別電流指
令信号及び電圧指令信号をそれぞれ供給し、三相交流電
動機の起動時に、三相交流電動機を予備励磁させ、電力
損失を最小化するために、所定のスイッチング周期の
間、インバータに包含されたスイッチング素子のうち、
三相交流電流の何れか1 つの相に対応する1 つのスイッ
チング素子を導通状態に維持させ、この周期の間、他の
2 つの相に対応するスイッチング素子はスイッチング動
作するように電圧指令信号を第2 パルス幅変調信号発生
器に出力する制御器と、を備えて構成されている。
るため、本発明に係る三相交流電動機の起動制御装置に
おいては、交流電流を供給する三相交流電源と、三相交
流電源からの三相交流電流を直流に変換させるべく、各
相別スイッチング素子を有するコンバータと、コンバー
タから入力された直流電流を平滑して出力するキャパシ
タと、キャパシタから出力された直流電流を三相交流電
流に変換して三相交流電動機に供給するインバータと、
コンバータに包含されたスイッチング素子に、パルス幅
変調された電流指令信号及び電圧指令信号(PWM) をそれ
ぞれ出力する第1 パルス幅変調信号発生器と、インバー
タに包含されたスイッチング素子に、パルス幅変調され
た電流指令信号及び電圧指令信号をそれぞれ出力する第
2 パルス幅変調信号発生器と、第1 パルス幅変調信号発
生器及び第2 パルス幅変調信号発生器に、各相別電流指
令信号及び電圧指令信号をそれぞれ供給し、三相交流電
動機の起動時に、三相交流電動機を予備励磁させ、電力
損失を最小化するために、所定のスイッチング周期の
間、インバータに包含されたスイッチング素子のうち、
三相交流電流の何れか1 つの相に対応する1 つのスイッ
チング素子を導通状態に維持させ、この周期の間、他の
2 つの相に対応するスイッチング素子はスイッチング動
作するように電圧指令信号を第2 パルス幅変調信号発生
器に出力する制御器と、を備えて構成されている。
【００１８】本発明に係る三相交流電動機の起動制御方
法においては、電動機を起動させるとき、予備励磁によ
る起動ショックの発生を防止し、スイッチング素子の電
力損失を防止するため、三相交流電流の各相に連結され
たスイッチング素子の何れか1 つの相に対応するスイッ
チング素子は、起動時に所定スイッチング周期の間、導
通状態に維持させ、その他の2 つの相に対応するスイッ
チング素子は、この周期の間、スイッチング動作させる
ようになっている。
法においては、電動機を起動させるとき、予備励磁によ
る起動ショックの発生を防止し、スイッチング素子の電
力損失を防止するため、三相交流電流の各相に連結され
たスイッチング素子の何れか1 つの相に対応するスイッ
チング素子は、起動時に所定スイッチング周期の間、導
通状態に維持させ、その他の2 つの相に対応するスイッ
チング素子は、この周期の間、スイッチング動作させる
ようになっている。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて説明する。本発明に係る三相交流電動機
の起動制御装置においては、図1 に示したように、3 相
（A 相、B 相、C 相）の交流電流を供給する三相交流電
源10と、三相交流電源からの三相交流電流を直流に変換
させるべく、各相別スイッチング素子20-1を有するコン
バータ20と、コンバータ20から入力された直流電流を平
滑して出力するキャパシタC と、キャパシタC から出力
された直流電流を3 相の交流電流に変換すべく、三相交
流電流の各相に対応するスイッチング素子30-1を有する
インバータ30と、コンバータ20に包含された各相別スイ
ッチング素子に、パルス幅変調された電流指令信号及び
電圧指令信号をそれぞれ出力する第1 パルス幅変調信号
発生器40A と、インバータ30に包含された各相別スイッ
チング素子に、パルス幅変調された電流指令信号及び電
圧指令信号をそれぞれ出力する第2 パルス幅変調信号発
生器40B と、第1 パルス幅変調信号発生器40A 及び第2
パルス幅変調信号発生器40B に各相別電流指令信号及び
電圧指令信号をそれぞれ供給する制御器50と、励磁角の
角速度値を記憶する最適角速度貯蔵手段60と、を備えて
構成されている。
て図面を用いて説明する。本発明に係る三相交流電動機
の起動制御装置においては、図1 に示したように、3 相
（A 相、B 相、C 相）の交流電流を供給する三相交流電
源10と、三相交流電源からの三相交流電流を直流に変換
させるべく、各相別スイッチング素子20-1を有するコン
バータ20と、コンバータ20から入力された直流電流を平
滑して出力するキャパシタC と、キャパシタC から出力
された直流電流を3 相の交流電流に変換すべく、三相交
流電流の各相に対応するスイッチング素子30-1を有する
インバータ30と、コンバータ20に包含された各相別スイ
ッチング素子に、パルス幅変調された電流指令信号及び
電圧指令信号をそれぞれ出力する第1 パルス幅変調信号
発生器40A と、インバータ30に包含された各相別スイッ
チング素子に、パルス幅変調された電流指令信号及び電
圧指令信号をそれぞれ出力する第2 パルス幅変調信号発
生器40B と、第1 パルス幅変調信号発生器40A 及び第2
パルス幅変調信号発生器40B に各相別電流指令信号及び
電圧指令信号をそれぞれ供給する制御器50と、励磁角の
角速度値を記憶する最適角速度貯蔵手段60と、を備えて
構成されている。
【００２０】図中、参照符号L1、L2及びL3は、コイルを
示したものである。以下、このように構成された本発明
に係る交流電動機の起動制御方法に対し、図面を用いて
説明する。先ず、三相交流電源10から出力された三相交
流電流がコイルL1、L2及びL3を経てコンバータ20に入力
されると、コンバータ20に包含されて、三相交流電流に
対応するスイッチング素子20-1に、三相交流電流が入力
される。
示したものである。以下、このように構成された本発明
に係る交流電動機の起動制御方法に対し、図面を用いて
説明する。先ず、三相交流電源10から出力された三相交
流電流がコイルL1、L2及びL3を経てコンバータ20に入力
されると、コンバータ20に包含されて、三相交流電流に
対応するスイッチング素子20-1に、三相交流電流が入力
される。
【００２１】このとき、スイッチング素子20-1は、第1
パルス幅変調器40A から出力される2 進矩形波形の電流
指令信号及び電圧指令信号によりオン又はオフ状態にス
イッチングされて、入力された3 相の交流電流を直流電
流に変換して出力する。また、第1 パルス幅変調器40A
から出力される矩形波形の電流指令信号及び電圧指令信
号は、制御器50から出力される三角波形の基準波形と比
較して生成した後、コンバータ20に包含されたスイッチ
ング素子20-1に出力される。
パルス幅変調器40A から出力される2 進矩形波形の電流
指令信号及び電圧指令信号によりオン又はオフ状態にス
イッチングされて、入力された3 相の交流電流を直流電
流に変換して出力する。また、第1 パルス幅変調器40A
から出力される矩形波形の電流指令信号及び電圧指令信
号は、制御器50から出力される三角波形の基準波形と比
較して生成した後、コンバータ20に包含されたスイッチ
ング素子20-1に出力される。
【００２２】その後、コンバータ20から出力された直流
電流は、キャパシタC で平滑されてインバータ30に出力
されるが、直流電流は、インバータ30の内部のスイッチ
ング素子30-1のスイッチング動作により3 相の交流電流
に変換されて三相交流電動機に出力されることにより、
三相交流電動機が動作するようになる。このとき、イン
バータ30の内部のスイッチング素子30-1は、3 相の交流
電流を生成し得るように3 個備えられており、第2 パル
ス幅変調機40B から出力されるパルス幅変調された電流
指令信号及び電圧指令信号によりスイッチング動作が行
われる。
電流は、キャパシタC で平滑されてインバータ30に出力
されるが、直流電流は、インバータ30の内部のスイッチ
ング素子30-1のスイッチング動作により3 相の交流電流
に変換されて三相交流電動機に出力されることにより、
三相交流電動機が動作するようになる。このとき、イン
バータ30の内部のスイッチング素子30-1は、3 相の交流
電流を生成し得るように3 個備えられており、第2 パル
ス幅変調機40B から出力されるパルス幅変調された電流
指令信号及び電圧指令信号によりスイッチング動作が行
われる。
【００２３】即ち、スイッチング素子30-1の動作を制御
する電流指令信号及び電圧指令信号は、制御器50から出
力される基準三角波と比較して、矩形波形の各相別電流
指令信号及び電圧指令信号にそれぞれパルス幅変調され
た信号である。一方、電動機IMの初期起動ショックの発
生を防止するためには、短時間内に電動機内に一定レベ
ル以上の磁束を形成する必要があるが、このため、電動
機に定格電流より非常に大きい最大電流Idmax を供給す
べきである。
する電流指令信号及び電圧指令信号は、制御器50から出
力される基準三角波と比較して、矩形波形の各相別電流
指令信号及び電圧指令信号にそれぞれパルス幅変調され
た信号である。一方、電動機IMの初期起動ショックの発
生を防止するためには、短時間内に電動機内に一定レベ
ル以上の磁束を形成する必要があるが、このため、電動
機に定格電流より非常に大きい最大電流Idmax を供給す
べきである。
【００２４】従って、制御器50は、電動機の起動時に、
電動機を予備励磁させ、更に電力損失を最小化し得るよ
うに、励磁形成時間ＴB のスイッチング周期の間、最大
電流（Idmax ）を電動機に供給すべく電流指令信号を第
2 パルス幅変調信号発生器40B に出力する。このとき、
インバータ30に包含されたスイッチング素子30-1には、
最大電流Idmax が供給され、スイッチング動作により電
力損失が発生する。
電動機を予備励磁させ、更に電力損失を最小化し得るよ
うに、励磁形成時間ＴB のスイッチング周期の間、最大
電流（Idmax ）を電動機に供給すべく電流指令信号を第
2 パルス幅変調信号発生器40B に出力する。このとき、
インバータ30に包含されたスイッチング素子30-1には、
最大電流Idmax が供給され、スイッチング動作により電
力損失が発生する。
【００２５】このような電力損失は、電動機により供給
される電力の約3%であって、スイッチング素子30-1を加
熱させる。従って、このようなスイッチング素子30-1の
電力損失を減らして、スイッチング素子30-1の加熱を防
止する必要があるが、このため、制御器50は、励磁形成
時間ＴB のスイッチング周期の間、スイッチング素子30
-1中の何れか1 つの相に対応したスイッチング素子は導
通状態を維持し、このスイッチング周期の間、その他の
2 相に対応したスイッチング素子はスイッチング動作を
行うように、第2 パルス幅変調信号発生器4Bから電圧指
令信号を出力する。
される電力の約3%であって、スイッチング素子30-1を加
熱させる。従って、このようなスイッチング素子30-1の
電力損失を減らして、スイッチング素子30-1の加熱を防
止する必要があるが、このため、制御器50は、励磁形成
時間ＴB のスイッチング周期の間、スイッチング素子30
-1中の何れか1 つの相に対応したスイッチング素子は導
通状態を維持し、このスイッチング周期の間、その他の
2 相に対応したスイッチング素子はスイッチング動作を
行うように、第2 パルス幅変調信号発生器4Bから電圧指
令信号を出力する。
【００２６】一方、スイッチング素子30-1の電力損失中
のスイッチング損失は、インバータ30のスイッチング周
波数より強く影響を受ける。また、制御器50から出力さ
れる電流指令信号は、角速度（θ）対電流値の正弦（SI
NE）波形として出力されるが、インバータ30のスイッチ
ング周波数は、角速度（θ）より強く影響を受ける。
のスイッチング損失は、インバータ30のスイッチング周
波数より強く影響を受ける。また、制御器50から出力さ
れる電流指令信号は、角速度（θ）対電流値の正弦（SI
NE）波形として出力されるが、インバータ30のスイッチ
ング周波数は、角速度（θ）より強く影響を受ける。
【００２７】従って、スイッチング素子30-1のスイッチ
ング損失を最小化し得る角速度（θ）を検知する必要が
ある。即ち、図4 に示したように、電力損失が最小にな
る角速度、例えば、約69°をシミュレーションにより計
算して、この値を最適角速度貯蔵手段60に予め記憶させ
ておく。
ング損失を最小化し得る角速度（θ）を検知する必要が
ある。即ち、図4 に示したように、電力損失が最小にな
る角速度、例えば、約69°をシミュレーションにより計
算して、この値を最適角速度貯蔵手段60に予め記憶させ
ておく。
【００２８】従って、電動機の起動時に、制御器50は、
最適角速度貯蔵手段60に記憶された角速度（θ）の値を
読み出して、この値を利用して電流指令信号を出力す
る。又、この最適角速度貯蔵手段60は、例えば、ROM の
ような形態に構成することができる。以下、本発明に係
る三相交流電動機の起動制御装置及び制御方法に対し、
図面を用いてより詳しく説明する。
最適角速度貯蔵手段60に記憶された角速度（θ）の値を
読み出して、この値を利用して電流指令信号を出力す
る。又、この最適角速度貯蔵手段60は、例えば、ROM の
ような形態に構成することができる。以下、本発明に係
る三相交流電動機の起動制御装置及び制御方法に対し、
図面を用いてより詳しく説明する。
【００２９】図2(A)、(B) は、時間に対する、制御器50
が出力する3 相電流指令IA、IB、IC及びそれに対応する
3 相の電圧指令の大きさを示した波形図である。図2(A)
は、本発明により角速度（θ）が、図７の斜線の部分
（θが60°〜120°で、A 相に最大の電流が流れる場
合）に選択されるときの3 相の電流指令を示したもの
で、A 相の電流が正（positive）の値を有する最大電流
で、B 及びC 相は、0 に近似できる負（negative）の値
を有する電流になる。
が出力する3 相電流指令IA、IB、IC及びそれに対応する
3 相の電圧指令の大きさを示した波形図である。図2(A)
は、本発明により角速度（θ）が、図７の斜線の部分
（θが60°〜120°で、A 相に最大の電流が流れる場
合）に選択されるときの3 相の電流指令を示したもの
で、A 相の電流が正（positive）の値を有する最大電流
で、B 及びC 相は、0 に近似できる負（negative）の値
を有する電流になる。
【００３０】図2(B)は、図2(A)に対応する3 相の電圧指
令を示したもので、A 相の電流の大きさがB 及びC 相の
電流値よりも相対的に大きいため、A 相の電圧の大きさ
が、B 及びC 相の電圧の大きさよりも大きく、B 及びC
相の電圧の大きさは、0 に近似できる電圧値になる。従
って、A 相に対応するスイッチング素子30-1を導通状態
（conductive）に維持しながら、B 及びC 相をスイッチ
ング動作するように電圧制御を行う場合は、A 相の電圧
指令VAは、スイッチング周期の間、常時三角波61の電圧
値より大きくすべきである。
令を示したもので、A 相の電流の大きさがB 及びC 相の
電流値よりも相対的に大きいため、A 相の電圧の大きさ
が、B 及びC 相の電圧の大きさよりも大きく、B 及びC
相の電圧の大きさは、0 に近似できる電圧値になる。従
って、A 相に対応するスイッチング素子30-1を導通状態
（conductive）に維持しながら、B 及びC 相をスイッチ
ング動作するように電圧制御を行う場合は、A 相の電圧
指令VAは、スイッチング周期の間、常時三角波61の電圧
値より大きくすべきである。
【００３１】このとき、A 相のスイッチング素子には、
3 相のスイッチング素子30-1中、最大量の電流が流れ
る。従って、電動機は、A 相のスイッチング素子3-1 よ
り供給されるA 相の電流により磁束が励起されて、A 相
のスイッチング素子30-1では、スイッチング損失が発生
されないため、スイッチング素子30-1から発生される熱
量は、導通損失のみにより影響を受ける。
3 相のスイッチング素子30-1中、最大量の電流が流れ
る。従って、電動機は、A 相のスイッチング素子3-1 よ
り供給されるA 相の電流により磁束が励起されて、A 相
のスイッチング素子30-1では、スイッチング損失が発生
されないため、スイッチング素子30-1から発生される熱
量は、導通損失のみにより影響を受ける。
【００３２】以下、図3(A)、(B) を用い、本発明に係る
三相交流電動機の起動制御方法と従来の3 相変調方式に
よる交流電動機の起動制御方法とを比較して、スイッチ
ング素子30-1の損失特性を説明する。図3 は、インバー
タ3 に包含されるスイッチング素子30-1の電力損失特性
を示したグラフで、図3(A)は、従来の交流電動機の起動
制御方法によるスイッチング素子の電力損失特性を示
し、図3(B)は、本発明に係る交流電動機の起動制御装置
及びその制御方法によるスイッチング素子の電力損失特
性を示すものである。
三相交流電動機の起動制御方法と従来の3 相変調方式に
よる交流電動機の起動制御方法とを比較して、スイッチ
ング素子30-1の損失特性を説明する。図3 は、インバー
タ3 に包含されるスイッチング素子30-1の電力損失特性
を示したグラフで、図3(A)は、従来の交流電動機の起動
制御方法によるスイッチング素子の電力損失特性を示
し、図3(B)は、本発明に係る交流電動機の起動制御装置
及びその制御方法によるスイッチング素子の電力損失特
性を示すものである。
【００３３】図3(A)に示したように、従来の3 相変調に
よる損失特性として、角速度θが0°である場合、励磁
期間の間、図2(A)に示したように、スイッチング損失5
2、53及び導通損失51が発生される。従って、1 つの相
（例えば、A 相）のスイッチング素子による総損失量は
「導通損失51＋スイッチング損失52＋スイッチング損失
53」になる。同様に、B 相及びC 相のスイッチング素子
でもA 相のスイッチング素子と同様な損失が発生され
る。
よる損失特性として、角速度θが0°である場合、励磁
期間の間、図2(A)に示したように、スイッチング損失5
2、53及び導通損失51が発生される。従って、1 つの相
（例えば、A 相）のスイッチング素子による総損失量は
「導通損失51＋スイッチング損失52＋スイッチング損失
53」になる。同様に、B 相及びC 相のスイッチング素子
でもA 相のスイッチング素子と同様な損失が発生され
る。
【００３４】このとき、スイッチング素子3-1 での電力
損失は、約3%に達し、その中、1%が導通損失で、2%がス
イッチング損失である。従って、スイッチング損失量
は、導通損失量に対比して2 倍に達し、スイッチング周
波数（例えば、10KHz ）が高いほどスイッチング損失が
増大することになる。一方、図3(B)に示したように、本
発明の場合、最大電流が流れるA 相によるスイッチング
損失（Psw ）はないが、電流の最大値が増加されて、導
通損失量（Pon 、72）が、従来のスイッチング素子が導
通されたときの導通損失量（Pon 、71）よりも大きくな
り、導通期間(T) が長くなって総導通損失量は、導通損
失71と導通損失72とを足した量となる。
損失は、約3%に達し、その中、1%が導通損失で、2%がス
イッチング損失である。従って、スイッチング損失量
は、導通損失量に対比して2 倍に達し、スイッチング周
波数（例えば、10KHz ）が高いほどスイッチング損失が
増大することになる。一方、図3(B)に示したように、本
発明の場合、最大電流が流れるA 相によるスイッチング
損失（Psw ）はないが、電流の最大値が増加されて、導
通損失量（Pon 、72）が、従来のスイッチング素子が導
通されたときの導通損失量（Pon 、71）よりも大きくな
り、導通期間(T) が長くなって総導通損失量は、導通損
失71と導通損失72とを足した量となる。
【００３５】従って、従来の3 相変調方式における総電
力損失量は、「導通損失51＋スイッチング損失52＋スイ
ッチング損失53」であるが、本発明に係る総電力損失量
は、「(71)（従来の導通損失（51））＋(72)（本発明に
より増大された導通損失）」になる。一方、スイッチン
グ損失量（52または53）が「導通損失量（51）×2 」で
あるとすると、従来技術により発生される総電力損失量
は、「導通損失51＋（2 ×導通損失51）＋（2 ×導通損
失51）＝5 ×導通損失51」になるが、本発明に係る総電
力損失量は、従来に比べて1/2 以下に低減されて、結
局、スイッチング素子30-1での発生率が微小になる。
力損失量は、「導通損失51＋スイッチング損失52＋スイ
ッチング損失53」であるが、本発明に係る総電力損失量
は、「(71)（従来の導通損失（51））＋(72)（本発明に
より増大された導通損失）」になる。一方、スイッチン
グ損失量（52または53）が「導通損失量（51）×2 」で
あるとすると、従来技術により発生される総電力損失量
は、「導通損失51＋（2 ×導通損失51）＋（2 ×導通損
失51）＝5 ×導通損失51」になるが、本発明に係る総電
力損失量は、従来に比べて1/2 以下に低減されて、結
局、スイッチング素子30-1での発生率が微小になる。
【００３６】図4 は、電動機が起動される際、角速度に
従い、従来と本発明との交流電動機の起動制御装置及び
方法による電力損失特性を比較して示したグラフで、例
えば、A 相電流が最大になる角速度（60°＜θ＜90°）
を起動角速度に選択した場合、そのスイッチング素子の
電力損失特性を示した。即ち、従来技術では、電力損失
曲線81に示されたように、A 相の電流が最小になるθ＝
60°の地点で電力の損失が最小であるが、本発明では、
電力損失曲線82に示されたように、スイッチング素子の
特性及びスイッチング周波数などにより、電力損失量の
最小地点は、約70°である。
従い、従来と本発明との交流電動機の起動制御装置及び
方法による電力損失特性を比較して示したグラフで、例
えば、A 相電流が最大になる角速度（60°＜θ＜90°）
を起動角速度に選択した場合、そのスイッチング素子の
電力損失特性を示した。即ち、従来技術では、電力損失
曲線81に示されたように、A 相の電流が最小になるθ＝
60°の地点で電力の損失が最小であるが、本発明では、
電力損失曲線82に示されたように、スイッチング素子の
特性及びスイッチング周波数などにより、電力損失量の
最小地点は、約70°である。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る三相
交流電動機の起動制御装置及びその制御方法において
は、スイッチング素子30-1での電力損失量の最小点をシ
ミュレーションにより予め計算した後、この最小点に該
当する角速度値を最適角速度記憶手段60に記憶させて置
くことにより、電動機の起動時に、最適角速度値を利用
して電流指令を生成し、この電流指令を出力して、電動
機を予備励磁させて、スイッチング素子による電力損失
を効率的に低減し得るという効果がある。
交流電動機の起動制御装置及びその制御方法において
は、スイッチング素子30-1での電力損失量の最小点をシ
ミュレーションにより予め計算した後、この最小点に該
当する角速度値を最適角速度記憶手段60に記憶させて置
くことにより、電動機の起動時に、最適角速度値を利用
して電流指令を生成し、この電流指令を出力して、電動
機を予備励磁させて、スイッチング素子による電力損失
を効率的に低減し得るという効果がある。
【図１】本発明に係る三相交流電動機の起動制御装置の
構成を示したブロック図である。
構成を示したブロック図である。
【図２】本発明に係る三相交流電動機の起動制御装置及
びその制御方法による3 相電流指令の変化及びそれに対
応する3 相電圧指令の大きさを示した波形図である。
びその制御方法による3 相電流指令の変化及びそれに対
応する3 相電圧指令の大きさを示した波形図である。
【図３】従来及び本発明に係る三相交流電動機の起動制
御方法による損失特性の比較グラフを示す図である。
御方法による損失特性の比較グラフを示す図である。
【図４】従来及び本発明に係る交流電動機の回転速度制
御方法による電力損失特性を比較して示した図である。
御方法による電力損失特性を比較して示した図である。
【図５】従来の交流電動機の回転速度制御装置の構成を
示したブロック図である。
示したブロック図である。
【図６】従来の固定子d 軸電流と磁束の応答特性を示し
たグラフである。
たグラフである。
【図７】従来の3 相平衡電流の波形図である。
【図８】従来の3 相電流指令の変化及びそれに対応する
3 相電圧指令の大きさを示した波形図である。
3 相電圧指令の大きさを示した波形図である。
【図９】従来のスイッチング素子の電力損失特性示した
波形図である。
波形図である。
１0 …交流電源 20…コンバータ 20-1、30-1…スイッチング素子 30…インバータ 40A …第1 パルス幅変調信号発生器 40B …第2 パルス幅変調信号発生器 50…制御器 60…貯蔵手段
Claims (3)
- 【請求項１】 交流電流を供給する三相交流電源と、 該三相交流電源からの第1 の三相交流電流を直流に変換
させるべく、各相別のスイッチング素子を有するコンバ
ータと、 該コンバータから入力された直流電流を平滑して出力す
るキャパシタと、 該キャパシタから出力された直流電流を第2 の三相交流
電流に変換して三相交流電動機に供給するインバータ
と、 前記コンバータに包含された前記スイッチング素子に、
パルス幅変調された第1 の電流指令信号及び第1 の電圧
指令信号(PWM) をそれぞれ出力する第1 パルス幅変調信
号発生器と、 前記インバータに包含されたスイッチング素子に、パル
ス幅変調された第2 の電流指令信号及び第2 の電圧指令
信号をそれぞれ出力する第2 パルス幅変調信号発生器
と、 前記第1 パルス幅変調信号発生器及び前記第2 パルス幅
変調信号発生器に各相別に前記第1 及び第2 の電流指令
信号並びに前記第1 及び第2 の電圧指令信号をそれぞれ
供給し、前記三相交流電動機の起動時に、前記三相交流
電動機を予備励磁させ、電力損失を最小化するために、
所定のスイッチング周期の間、前記インバータに包含さ
れた前記スイッチング素子のうち、第2 の三相交流電流
の何れか1 つの相に対応する1 つのスイッチング素子を
導通状態に維持させ、前記スイッチング周期の間、他の
2 つの相に対応するスイッチング素子はスイッチング動
作するように、前記第2 の電圧指令信号を前記第2 パル
ス幅変調信号発生器に出力する制御器とを備えることを
特徴とする三相交流電動機の起動制御装置。 - 【請求項２】 前記第2 パルス幅変調信号発生器に出力
される前記第2 の電流指令信号は、既に設定された角速
度（θ）に対するサイン（sine）波形であり、前記イン
バータに包含された前記スイッチング素子での電力損失
を最小にする角速度（θ）値を貯蔵し、前記角速度値を
前記制御器に出力する貯蔵手段を更に備える請求項1 に
記載の三相交流電動機の起動制御装置。 - 【請求項３】 三相交流電動機を起動させるとき、予備
励磁による起動ショックの発生を防止し、スイッチング
素子の電力損失を防止するため、三相交流電流の各相に
連結されたスイッチング素子の何れか1 つの相に対応す
るスイッチング素子は、起動時に所定のスイッチング周
期の間、導通状態に維持させ、その他の2 つの相に対応
するスイッチング素子は、前記スイッチング周期の間、
スイッチング動作させることを特徴とする三相交流電動
機の起動制御方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019980036298A KR20000018630A (ko) | 1998-09-03 | 1998-09-03 | 교류전동기의 속도 제어방법 |
| KR36298/1998 | 1998-09-03 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000092878A true JP2000092878A (ja) | 2000-03-31 |
Family
ID=19549480
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11248775A Pending JP2000092878A (ja) | 1998-09-03 | 1999-09-02 | 三相交流電動機の起動制御装置及び制御方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000092878A (ja) |
| KR (1) | KR20000018630A (ja) |
| CN (1) | CN1247409A (ja) |
| TW (1) | TW465169B (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7202572B2 (en) * | 2002-07-30 | 2007-04-10 | Daimlerchrysler Ag | Generator/motor system and method of operating said system |
| CN104401829A (zh) * | 2014-10-08 | 2015-03-11 | 日立电梯（中国）有限公司 | 电梯变频器功率器件的过热保护方法及装置 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5530905B2 (ja) * | 2010-11-19 | 2014-06-25 | 日立アプライアンス株式会社 | モータ制御装置，空気調和機 |
| JP6199751B2 (ja) * | 2014-01-17 | 2017-09-20 | 住友重機械工業株式会社 | 射出成形機 |
-
1998
- 1998-09-03 KR KR1019980036298A patent/KR20000018630A/ko not_active IP Right Cessation
-
1999
- 1999-08-31 TW TW088114923A patent/TW465169B/zh active
- 1999-09-02 JP JP11248775A patent/JP2000092878A/ja active Pending
- 1999-09-03 CN CN99119795A patent/CN1247409A/zh active Pending
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