JP2000166293A - 同期電動機の駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電圧形インバータにより駆動される同期電動機
に対して、該電動機の加減速時間をより短縮できる駆動
方法を提供する。 【解決手段】電圧形インバータ４を構成するＶ／Ｆ切替
器２１またはＶ／Ｆ切替器２２により、同期電動機３の
運転状態に対応した電圧形インバータ４が出力する電圧
と周波数との比率パターンを切り替えるようにする。

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、電圧形インバー
タによる同期電動機の駆動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は、この種の電圧形インバータによ
る同期電動機の駆動方法の従来例を示す回路構成図であ
り、１は商用電源などの交流電源、２は電圧形インバー
タ、３は電圧形インバータ２により駆動される同期電動
機を示す。

【０００３】この電圧形インバータ２には交流電源１の
電圧を、例えばダイオードをブリッジ接続してなる構成
により、整流するコンバータ１１と、コンバータ１１の
出力の整流電圧を平滑するコンデンサ１２と、コンデン
サ１２の両端電圧を、例えば自己消弧形素子としてのト
ランジスタとダイオードとの逆並列回路をブリッジ接続
してなる構成により、所望の電圧（Ｖ^* ），周波数（Ｆ
^* ）の交流に変換するインバータ１３と、電圧形インバ
ータ２が出力する周波数（Ｆ^* ）を指令する周波数指令
器１４と、周波数指令器１４から指令される周波数指令
値（Ｆ_S ）が変更されたときに単位時間当たりの周波数
変化値（Δｆ／Δｔ）で増減させ、最終的には周波数指
令値（Ｆ_S ）に一致する周波数設定値（Ｆ^* ）を出力す
る加減速演算器１５と、周波数設定値（Ｆ^* ）に基づき
インバータ１３が出力する電圧（Ｖ^* ）を、図７に示す
如く、予め設定した比率パターンに基づいた３相の交流
信号（ｖ^* ）を出力するＶ／Ｆ変換器１６と、この交流
信号（ｖ^* ）それぞれを、例えばＰＷＭ演算によりイン
バータ１３を構成するそれぞれのトランジスタのオン・
オフ信号に変換して出力するインバータ制御回路１７と
を備えている。なお、これらの制御要素は周知の技術に
より構成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来の電圧形イ
ンバータ２による同期電動機３の駆動方法によると、周
波数指令値（Ｆ_S ）に基づき、同期電動機３が加速運転
中，定速運転中，減速運転中それぞれにおいて、電圧形
インバータ２が出力する電圧（Ｖ^* ）と周波数（Ｆ^* ）
との比率パターンは、図７に示した如く、同期電動機３
の基底周波数と定格電圧とに基づいて設定され、同期電
動機３の上述のいずれの運転状態でも常に一定の比率パ
ターンであった。

【０００５】しかしながら、同期電動機３が加速運転状
態のときに、加速トルクをより大きくし、加速時間を短
縮するためには電圧形インバータ２が出力する電圧（Ｖ
^* ）をより大きくする必要があり、この要請に基づいて
Ｖ／Ｆ変換器１６における前記比率パターンを設定する
と、同期電動機３が定速運転状態では過励磁状態とな
り、長時間の定速運転中には同期電動機３が過熱する恐
れがあった。また、前述加速時間を短縮する比率パター
ンで、同期電動機３が減速運転状態のときは制動トルク
が不足し、減速時間が長くなるという問題もあった。こ
の発明の目的は、上記問題点を解決する電圧形インバー
タによる同期電動機の駆動方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この第１の発明は、周波
数設定値に基づいた周波数の交流を出力する電圧形イン
バータによる同期電動機の駆動方法において、前記同期
電動機が加速運転中と、該電動機が定速運転中と、該電
動機が減速運転中とで、前記電圧形インバータが出力す
る電圧と前記周波数との比率パターンをそれぞれ個別に
設定し、前記運転状態の変化に対応して切り替えること
を特徴とする。

【０００７】また第２の発明は、周波数設定値に基づい
た周波数の交流を出力する電圧形インバータによる同期
電動機の駆動方法において、前記同期電動機が加速運転
中と、該電動機が定速運転中と、該電動機が減速運転中
とで、前記電圧形インバータが出力する電圧と前記周波
数との比率パターンをそれぞれ個別に設定し、前記運転
状態の変化に対応して切り替える際に、前記比率パター
ンの切り替え前に前記電圧形インバータが出力している
電圧から、該比率パターンを切り替え後の該電圧形イン
バータが出力する電圧への変更を緩やかに行うことを特
徴とする。

【０００８】この発明によれば、同期電動機の運転状態
の変化に対応して前記比率パターンを切り替えることに
より、該同期電動機の加減速時間を短縮できる電圧形イ
ンバータによる同期電動機の駆動方法となる。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は、この発明の同期電動機の
駆動方法の実施の形態例を示す回路構成図であり、図６
に示した従来例回路と同一機能を有するものには同一符
号を付してその説明を省略する。すなわち図１に示した
電圧形インバータ４にはコンバータ１１，コンデンサ１
２，インバータ１３，周波数指令器１４，加減速演算器
１５，インバータ制御回路１７の他に、Ｖ／Ｆ変換器１
６に代わるＶ／Ｆ切替器２１またはＶ／Ｆ切替器２２の
いずれかを備えている。

【００１０】図２は、Ｖ／Ｆ切替器２１，Ｖ／Ｆ切替器
２２に設定される比率パターン例を示す特性図であり、
図２（イ）の太実線は同期電動機３が加速運転中の周波
数設定値（Ｆ^* ）と電圧（Ｖ^* ）との関係を示し、図２
（イ）の細実線に示す従来例（＝図７の特性）に比して
Ｖ^* ／Ｆ^* をより大きくし、また、図２（ロ）は同期電
動機３が定速運転中の周波数設定値（Ｆ^* ）と電圧（Ｖ
^* ）との関係を示し、この特性は図７に示した従来例と
同様である。さらに、図２（ハ）の太実線は同期電動機
３が減速運転中の周波数設定値（Ｆ^* ）と電圧（Ｖ^* ）
との関係を示し、図２（ハ）の細実線は示す従来例（＝
図７の特性）に比してＶ^* ／Ｆ^* をより小さくしてい
る。

【００１１】図３は、この発明の第１の実施例としての
Ｖ／Ｆ切替器２１の動作を説明するフローチャートであ
る。図３において、ステップＳ１では加減速演算器１５
の出力である周波数設定値（Ｆ^* ）を読み込み、ステッ
プＳ２では今回の読み込み値（Ｆ^* n ）と前回の読み込
み値（Ｆ^* n-1 ）とを比較し、Ｆ^* n ＞Ｆ^* n-1 のとき
には同期電動機３が加速運転中と判定してステップＳ３
に移り、また、Ｆ^* n ＝Ｆ^* n-1 のときには同期電動機
３が定速運転中と判定してステップＳ４に移り、また、
Ｆ^* n ＜Ｆ^*n-1 のときには同期電動機３が加速運転中
と判定してステップＳ５に移る。

【００１２】ステップＳ３では図２（イ）に示した特性
図に基づき周波数設定値Ｆ^* n に対する電圧Ｖ^* を求め
る。ステップＳ４では図２（ロ）に示した特性図に基づ
き周波数設定値Ｆ^* n に対する電圧Ｖ^* を求める。ステ
ップＳ５では図２（ハ）に示した特性図に基づき周波数
設定値Ｆ^* n に対する電圧Ｖ^* を求める。

【００１３】ステップＳ６では前回の交流信号それぞれ
の瞬時値に連続しつつ、ステップＳ３〜Ｓ５それぞれに
おける周波数設定値Ｆ^* n と、周波数設定値Ｆ^* n に対
する電圧Ｖ^* とから３相の交流信号（ｖ^* ）を生成し
て、インバータ制御回路１７へ出力する。

【００１４】ステップＳ７では今回の読み込み値Ｆ^* n
をＦ^* n-1 として格納し、次回のステップＳ２に備え
る。すなわち、このＶ／Ｆ切替器２１を備えた電圧形イ
ンバータ４で同期電動機３を駆動することにより、同期
電動機３が加速運転状態のときの加速トルクを従来に比
してより大きくでき（図２（イ）参照）、また、同期電
動機３が減速運転状態のときの制動トルクも従来に比し
てより大きくでき（図２（ハ）参照）、また、同期電動
機３が定速運転状態でも過励磁状態に陥ることは無い。

【００１５】図４は、この発明の第２の実施例としての
Ｖ／Ｆ切替器２２の動作を説明するフローチャートであ
る。図４において、ステップＳ１では加減速演算器１５
の出力である周波数設定値（Ｆ^* ）を読み込み、ステッ
プＳ２では今回の読み込み値（Ｆ^* n ）と前回の読み込
み値（Ｆ^* n-1 ）とを比較し、Ｆ^* n ＞Ｆ^* n-1 のとき
には同期電動機３が加速運転中と判定してステップＳ３
に移り、また、Ｆ^* n ＝Ｆ^* n-1 のときには同期電動機
３が定速運転中と判定してステップＳ４に移り、また、
Ｆ^* n ＜Ｆ^*n-1 のときには同期電動機３が加速運転中
と判定してステップＳ５に移る。

【００１６】ステップＳ３では図２（イ）に示した特性
図に基づき周波数設定値Ｆ^* n に対する電圧Ｖ^* n を求
める。ステップＳ４では図２（ロ）に示した特性図に基
づき周波数設定値Ｆ^* n に対する電圧Ｖ^* n を求める。
ステップＳ５では図２（ハ）に示した特性図に基づき周
波数設定値Ｆ^* n に対する電圧Ｖ^* n を求める。

【００１７】ステップＳ６ではステップＳ３〜Ｓ５それ
ぞれにおける電圧Ｖ^* n と、前回演算した電圧Ｖ^* n-1
との差を求め、この差を微少幅値（±ｋ）と比較し、＋
ｋより前記差が大きいときにはステップＳ７へ移り、微
少幅値以内のときにはステップＳ８へ移り、−ｋより小
さいときにはステップＳ９へ移る。

【００１８】ステップＳ７では今回演算したＶ^* n が前
回演算した電圧Ｖ^* n-1 に対して前記ｋを越える大きな
変化をしているので、〔Ｖ^* n-1 ＋ｋ〕を演算し、これ
を新たなＶ^* n としてステップＳ１０へ移る。また、ス
テップＳ８では今回演算したＶ^* n が前回演算した電圧
Ｖ^* n-1 に対して前記微少幅値（±ｋ）の範囲内である
ので、今回のＶ^* n まま、ステップＳ１０へ移る。ま
た、ステップＳ９では今回演算したＶ^* n が前回演算し
た電圧Ｖ^* n-1 に対して前記−ｋを越える変化をしてい
るので、〔Ｖ^* n −ｋ〕を演算し、これを新たなＶ^* n
としてステップＳ１０へ移る。

【００１９】ステップＳ１０では前回の交流信号それぞ
れの瞬時値に連続しつつ、ステップＳ１における周波数
設定値Ｆ^* n と、ステップＳ７〜Ｓ９それぞれにおける
電圧Ｖ^* n とから３相の交流信号（ｖ^* ）を生成して、
インバータ制御回路１７へ出力する。

【００２０】ステップＳ１１では今回の読み込み値Ｆ^*
n をＦ^* n-1 として格納し、ステップＳ１０における電
圧Ｖ^* n をＶ^* n-1 として格納し、次回のステップＳ
２，ステップＳ７に備える。すなわち、このＶ／Ｆ切替
器２２を備えた電圧形インバータ４で同期電動機３を駆
動することにより、同期電動機３が加速運転状態のとき
の加速トルクを従来に比してより大きくでき（図２
（イ）参照）、また、同期電動機３が減速運転状態のと
きの制動トルクも従来に比してより大きくでき（図２
（ハ）参照）、また、同期電動機３が定速運転状態でも
過励磁状態に陥ることは無い。

【００２１】さらに図５に示すタイムチャートの如く、
Ｖ／Ｆ切替器２２を備えた電圧形インバータ４で同期電
動機３を駆動し、時刻Ｔ₁ で加速運転から定速運転に変
わったときには（図５（ロ）参照）、図５（イ）に示す
如く電圧Ｖ^* を緩やかに変化させ、また、時刻Ｔ₂ で定
速運転から減速運転に変わったときにも（図５（ロ）参
照）、図５（イ）に示す如く電圧Ｖ^* を緩やかに変化さ
せ、同様に、時刻Ｔ₃で減速運転から加速運転に変わっ
たときにも（図５（ロ）参照）、図５（イ）に示す如く
電圧Ｖ^* を緩やかに変化させることにより、電圧形イン
バータ４と同期電動機３との間の電流の急激な電圧変化
による擾乱を抑制することができる。

【００２２】

【発明の効果】この発明によれば、同期電動機の運転状
態の変化に対応して、電圧形インバータ２が出力する電
圧と周波数との比率パターンを切り替えることにより、
該同期電動機の加減速時間を短縮できる最適な電圧形イ
ンバータによる同期電動機の駆動方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態例を示す回路構成図

【図２】図２の動作を説明する特性図であり、（イ）は
加速時の特性図、（ロ）は定速時の特性図、（ハ）は減
速時の特性図

【図３】この発明の第１の実施例を説明するフローチャ
ート

【図４】この発明の第２の実施例を説明するフローチャ
ート

【図５】図４の動作を説明するタイムチャート

【図６】従来例を示す回路構成図

【図７】図６の動作を説明する特性図

【符号の説明】

１…交流電源、２…電圧形インバータ、３…同期電動
機、４…電圧形インバータ、１１…コンバータ、１２…
コンデンサ、１３…インバータ、１４…周波数指令器、
１５…加減速演算器、１６…Ｖ／Ｆ変換器、１７…イン
バータ制御回路、２１，２２…Ｖ／Ｆ切替器。

フロントページの続き (72)発明者 西山 誠治 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5H576 BB10 CC05 DD02 DD05 EE07 FF02 FF03 FF04 HA02 HB02 JJ03 KK02

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】周波数設定値に基づいた周波数の交流を出
   力する電圧形インバータにより駆動される同期電動機に
   おいて、 前記同期電動機が加速運転中と、該電動機が定速運転中
   と、該電動機が減速運転中とで、前記電圧形インバータ
   が出力する電圧と前記周波数との比率パターンをそれぞ
   れ個別に設定し、前記運転状態の変化に対応して切り替
   えることを特徴とする同期電動機の駆動方法。
2. 【請求項２】周波数設定値に基づいた周波数の交流を出
   力する電圧形インバータにより駆動される同期電動機に
   おいて、 前記同期電動機が加速運転中と、該電動機が定速運転中
   と、該電動機が減速運転中とで、前記電圧形インバータ
   が出力する電圧と前記周波数との比率パターンをそれぞ
   れ個別に設定し、前記運転状態の変化に対応して切り替
   える際に、 前記比率パターンの切り替え前に前記電圧形インバータ
   が出力している電圧から、該比率パターンを切り替え後
   の該電圧形インバータが出力する電圧への変更を緩やか
   に行うことを特徴とする同期電動機の駆動方法。