JP2000341989A

JP2000341989A - 誘導電動機の瞬時停電時の制御方法及び装置

Info

Publication number: JP2000341989A
Application number: JP11149288A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Sugiura; 康之杉浦; Kojiro Yamashita; 孝二郎山下; Takaaki Miyabe; 隆明宮部
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-05-28
Filing date: 1999-05-28
Publication date: 2000-12-08

Abstract

(57)【要約】【課題】電動機が瞬時停電回復後の再始動時でも、過
大な電流を発生させることなく、安定した運転を可能に
することにある。【解決手段】誘導電動機の制御部７に指令部９、加減
速制御部１０、フィードバック電流選択回路１３、電流
角速度制御部１４、切換器１６、１７、出力角速度１
８、電流制御判別回路２２、角速度位相回路３７、基準
角速度３８を設けると共に、角速度位相回路は、電圧α
β変換部３０−２、電圧ｄｑ変換部３１、零指令部３
２、比例積分演算部３４を具備し、瞬時停電時は瞬時停
電前の出力角速度の値を基準角速度に記憶し、加減速制
御を停止し、角速度位相制御を動作させて逆変換器の出
力角速度と電動機の誘起電圧の角速度及び位相を一致さ
せ、瞬時停電回復時は電動機の誘起電圧が規定値以下に
なったことを確認して角速度位相制御を停止し、電動機
に同期した出力角速度から加減速制御を再始動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【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
誘導電動機の瞬時停電時の制御方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】逆変換器により誘導電動機を駆動する場
合、電動機に印加する交流電圧の電圧と周波数の比（Ｖ
／Ｆ）を一定にして可変速駆動するＶ／Ｆ一定制御方式
は、簡単な構成になるため、広く使用されている。ま
た、誘導電動機の運転中に発生した電源瞬時停電後に逆
変換器を再起動する場合、電動機回転中の誘起電圧等か
ら周波数を予測して再始動を行っている。例えば、一例
として特開平７−２７４５８８号公報には、瞬時停電時
に誘導電動機が電源から切り離された状態で誘起電圧等
から電動機の回転周波数を予測し、再起動する電動機の
制御技術が記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術では、ｄｑ軸上で主に励磁電流ｉｄと一次インダ
クタンスＬ１と角速度からｑ軸電圧Ｖｑを与えてＶ／Ｆ
一定制御を行う方式において、周波数を検出して再始動
する場合、再始動するタイミングで逆変換器の出力する
電圧及び位相と誘導電動機の誘起電圧及び位相が一致し
ないため、電動機の電流が過大になり、正常な運転がで
きなくなる、という問題が発生する。

【０００４】本発明の課題は、上記従来技術の問題点を
解決し、電動機が瞬時停電回復後の再始動時でも、過大
な電流を発生させることなく、安定した運転を可能にす
る誘導電動機の瞬時停電時の制御方法及び装置を提供す
ることにある。

【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、瞬時停電発生時には、逆変換器をサプレスして停止
状態にすると共に、電動機の電圧と逆変換器の出力角速
度から両者の角速度と位相を一致させるように角速度位
相制御を行う。瞬時停電復帰時には、電動機の誘起電圧
により過大電流が発生しないように、誘起電圧が規定値
以下に達した後、角速度位相制御を停止し、逆変換器を
誘導電動機に一致した角速度と位相から再始動する。こ
こで、瞬時停電時には、瞬時停電前の出力角速度の値を
基準角速度に記憶し、電動機の三相電圧を二相のαβ電
圧に変換し、αβ電圧を出力角速度から得た位相でｄｑ
変換し、ｄ軸電圧を零にするための比例積分演算を行
い、比例積分演算結果の出力と基準角速度を加算した値
を出力角速度に記憶させて、逆変換器の出力角速度と電
動機の角速度及び位相を一致させる角速度位相制御を行
う。ここで、角速度位相制御においてｄ軸電圧が規定値
以下になったことを確認して、（１）出力角速度が電動
機の角速度及び位相に一致して同期したと判断するこ
と、（２）電動機の誘起電圧が規定値以下になったこと
を確認すること、（３）瞬時停電回復して逆変換器を駆
動することが可能であることを確認することの３条件が
満たされてから電動機を再始動する。また、電動機がフ
リーラン状態で回転している電動機を再始動する場合、
誘起電圧が残っている状態のときは、角速度位相制御を
行って同期後再始動する。一方、誘起電圧が無い状態の
ときは、定格励磁電流の数１０％の励磁電流で一定時間
再始動した後に一旦停止し、角速度位相制御を行って再
始動する。フリーラン状態の電動機を再始動する際、電
動機誘起電圧が小さく、角速度位相回路の伝達関数のゲ
インが低下して制御特性が悪くなる場合は、電動機検出
電圧に倍率係数を乗じて所定値を保つようにして得た補
正電圧に基づいて補正電圧αβ変換、補正電圧ｄｑ変換
を行い、角速度位相演算を行う。また、電動機電圧の把
握は、電動機の電圧（Ｖｍｔ²）をα軸電圧の二乗（Ｖ
Ｍα²）＋β軸の二乗（ＶＭβ²）で演算し、第二の制御
部の双方向メモリに記憶し、第二の制御部のＣＰＵで前
記メモリに記憶した値の二乗の平方根を演算して電動機
の電圧（Ｖｍｔ）を表示器に表示する。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態を示す。
図１において、交流電源１に接続される順変換器２は交
流電圧を直流電圧に変換する。順変換器２の直流出力側
には平滑コンデンサ３が並列に接続される。逆変換器４
は、平滑コンデンサ３に接続され、直流電圧を可変電
圧、可変周波数の３相交流電圧に変換する。誘導電動機
５は逆変換器４の出力側に接続される。ここで、電流変
流器（ＣＴ）６は電動機の電流を検出する。制御部７は
電動機を制御する。サンプリングタイマ８は一定時間Ｔ
s毎に演算させるための信号を発生し、制御部７の演算
の間隔はＴsに依存する。また、電源１の瞬時停電時及
び復電を検出する瞬時停電検出回路２７、ＰＷＭ発生の
パルスをサプレス及び解除するゲートサプレス解除回路
２８を有する。

【０００７】制御部７は、指令部９、加減速制御部１
０、電流Ａ／Ｄ変換器１１、電流変換器１２、フィード
バック電流選択回路１３、電流角速度制御部１４、電流
制御減算器１５、加減速電流制御切換器１６、位相検出
切換器１７、出力角速度部１８、積算回路１９、指令部
９の励磁電流指令部９−３の設定値の初期値及び遅れを
制御する励磁電流遅延回路２０、過負荷電流設定部９−
４の設定値の初期値及び遅れを制御する設定電流遅延回
路２１、フィードバック電流が設定電流以上になったか
を判別する電流制御判別回路２２、電動機定数回路２
３、ベクトル演算部２４、ＰＷＭ発生回路２５からな
る。また、運転中及び電源１の瞬時停電時の誘導電動機
５の電圧を検出する電圧検出回路２６、電圧Ａ／Ｄ変換
器３０−１、三相電圧を二相電圧に変換する電圧αβ変
換器３０−２、二相電圧をｄ軸とｑ軸の回転軸に変換す
る電圧ｄｑ変換器３１、このｄ軸出力電圧Ｖdfを零にす
るための零値基準指令部３２、零値とＶdfの減算を行う
減算器３３、減算器の出力偏差から比例積分（ＰＩ）す
るＰＩ回路３４、電圧αβ変換器３０−２の出力Ｖα、
Ｖβから電動機の電圧の大きさを換算する電圧変換器３
５、同期判定回路３６は電圧ｄｑ変換３１から出力角速
度と電動機の角速度と位相が一致したかを判定する機能
と電圧変換器３５の出力から電動機の誘起電圧が規定値
の範囲に入ったかを判定する機能を有する。該３０−１
から３６で構成された機能を角速度位相回路３７とす
る。瞬時停電検出回路２７で瞬時停電を検出すると、瞬
時停電指令部２９は、基準角速度３８に瞬時停電直前の
出力角速度の値を記憶させると共に、位相検出切換器１
７の接点をｂ接点に切換える。加算器３９は基準角速度
とＰＩ演算の出力を加算して、位相検出切換器１７の接
点ｂを介して出力角速度に記録されるように設定する。
その結果、積算回路１８の位相θはサンプリングＴｓ毎
により電動機の角速度に近づいた位相を出力し、電圧ｄ
ｑ変換３１の正弦値、余弦値として与えることで角速度
位相制御ループが構成される。

【０００８】指令部９は、電動機５の運転周波数を指令
する周波数指令部、加速レート減速レートを指令する加
減速指令部、電動機の起動停止を指令する起動停止指令
部９−１と、正転／逆転指令部９−２、定格励磁電流を
指令する励磁電流指令部９−３、過負荷電流値を設定す
る設定電流指令部９−４からなる。加減速制御部１０
は、周波数指令９−１、正転/逆転指令９−２を受けて
電動機が始動時から定格周波数に到達するまでの角速度
を加速レートに基づいて加速角速度を加算し、停止命令
時には減速レートに基づいて減速角速度を減算する。そ
して、加減速電流制御切換器１６のａ接点を介して出力
角速度１８に与える。出力角速度１８は角速度指令ωou
tを出力する。電流Ａ／Ｄ変換器１１は、電動機の交流
電流ｉu，ｉv，ｉwのアナログ瞬時値をサンプリングＴ
ｓ毎にディジタル値Ｉu，Ｉv，Ｉwに変換する。電流変
換器１２は、３相の相電流を２相のα−β軸に変換し、
さらに回転座標のｄ−ｑ軸に変換する。その結果、トル
ク電流成分Ｉqfと励磁電流成分Ｉdfを出力する。電流角
速度制御部１４は、負荷等が増加し、トルク電流成分Ｉ
qfが設定電流遅延回路２１より大きくなったときときに
動作する。運転時において、電流選択回路１３は、電流
変換器１２で得たトルク電流成分Ｉqfまたは励磁電流成
分Ｉdfの大きい方を選んでフィードバック電流として出
力する。電流制御判別回路２２は、選択されたフィード
バック電流が設定電流遅延回路２１の出力IESTAより大
きくなったことを判別し、加減速電流切換器１６のｂ接
点と接続する。また、逆変換器４が駆動しているとき、
位相検出切換器１７はａ接点と接続しているので、出力
角速度ωoutは電流角速度制御１４の出力を減算器１５
で減算した結果を出力角速度１８に出力する。その結
果、出力角速度ωoutは低下して電動機５の回転数を下
げて負荷を軽減させる。このためフィードバック電流成
分を低下する。そして、フィードバック電流成分が設定
電流遅延回路２１より小さくなったことを電流制御判別
回路２２により検出したとき、加減速電流制御切換器１
６は再びａ接点を選択し、加減速制御を行い、加速す
る。このように加減速制御１０と電流角速度制御１４は
トルク電流成分Ｉqfの大きさが設定電流値９−４を境に
切換られるため、過負荷のときに出力角速度ωoutは定
格角速度より小さい値で運転されることになる。積算回
路１９は、出力角速度ωoutをサンプリング時間Ｔs毎に
積算し、位相θを得る。励磁電流指令部９−３は、電動
機の励磁電流指令値Ｉdを出力する。励磁電流遅延回路
２０は、励磁電流指令値Ｉdを最終値とし、励磁電流指
令値Ｉdより小さい初期値から任意の一次遅れ定数値を
与えることにより、ソフトスタートを実現できる。この
励磁電流遅延回路２０は始動時と瞬時停電再始動時に瞬
時停電指令部２９から初期値と遅れ定数を設定する。

【０００９】電動機定数回路２３は、出力角速度１８ω
outと励磁電流遅延回路２０の出力Ｉｄｎと電動機トル
ク電流Ｉｑｆを入力とし、電動機の１次換算推定抵抗値
ｒ1、１次換算もれインダクタンスＬσ、一次リアクタ
ンスＬ１からｑ軸トルク電圧成分Ｖ1qとｄ軸励磁電圧成
分Ｖ1dを得る。ベクトル演算部２４は、ｑ軸トルク電圧
成分Ｖ1q、ｄ軸励磁電圧成分Ｖ1dからベクトル演算し、
電動機交流電圧指令の大きさＶｕ、Ｖｖ、Ｖｗを得る。
ＰＷＭ発生回路２５は、電動機交流電圧指令Ｖｕ，Ｖ
ｖ，Ｖｗと三角波等の搬送波と比較し、ＰＷＭパルスＴ
u，Ｔx，Ｔv，Ｔy，Ｔw，Ｔzを作る。このＰＷＭパルス
を逆変換器４の半導体素子のゲートに印加し、所望の周
波数及び交流電圧を電動機に加えて駆動する。

【００１０】次に、本実施形態を詳細に説明する。図３
に、定格周波数Ｆdefと正弦波発生原理を示す。（ａ）
はサンプリング時間Ｔs毎に角速度ωdefを加算する状
態、（ｂ）は正弦波と余弦波を３６０度分格納する正弦
波、余弦波テーブル、（ｃ）は定格周波数Ｆdefの時の
定格角速度ωdefと位相θと正弦波、余弦波を示す。い
ま、正弦波と余弦波がそれぞれＮtb個のテーブル数が有
るとすると、電動機の定格周波数Ｆdefの１周期の時間
幅Ｔdefは、１／Ｆdefで求まる。１周期のサンプル回数
Ｎsnpは、（数１）式により演算できる。この時は正弦
波を発生させるための電気角３６０度を表現するテーブ
ル数Ｎtbとすると定格角速度ωdefは（数２）式を用い
て演算する。

【数１】

【数２】ここで、サンプリング時間毎にωdefを積算（数３）す
ると、位相θが求まる。

【数３】（数２）（数３）式の積算結果を図３の（ｂ）正弦波、
余弦波テーブルのアドレスとして引くと、ｓｉｎθ、ｃ
ｏｓθが求り、θの積算結果がテーブル数Ｎtbより大き
くなった時、θの値を零にして積算すれば連続的な正弦
波と余弦波が得られる。ここで、正転指令のときは、ω
defを正の値として積算することでｓｉｎθ、ｃｏｓθ
は０から３６０度の方向に進行する。逆転指令のとき
は、ωdefの値を負とすることでｓｉｎθ、ｃｏｓθは
３６０から０度の方向に逆進行することで達成される。

【００１１】次に、電動機の加速時と減速時に関して説
明する。電動機の始動時、電動機が始動周波数から定格
周波数Ｆdefまで加速する加速時間Ｔaとする。定格周波
数Ｆdefまで加速するサンプル回数Ｎsnaは、サンプリン
グ時間Ｔsと加速時間Ｔaから（数４）式を用いて求め
る。加速角速度ωaは定格角速度ωdefとサンプル回数Ｎ
snaから（数５）式により求める。

【数４】

【数５】出力角速度ωoutが定格角速度ωrefに到達しない時は、
出力角速度ωoutに（数５）式で得られた加速角速度ωa
を加算する。すなわち、（数６）式に従い加算する。ま
た、出力角速度ωoutが定格角速度ωrefに到達した時
は、出力角速度ωoutに（数５）式で得られた加速角速
度ωaを減算する。すなわち、（数７）式に従い減算す
る。逆転指令の時は、加速角速度ωaを負の値を代入し
て（数６）式、（数７）式に従えば、正転も逆転も図３
（ｂ）に示すテーブルを使用することができる。

【数６】

【数７】電動機の運転中、停止命令が発生されると、（数８）式
に従い、減速角速度ωｄを出力角速度ωoutから減算し
て、出力角速度ωoutが停止角速度以下に達すると、電
動機を停止する。逆転時は、減速角速度ωｄを負に選択
することにより、（数８）式はωｄを加算することで実
施できる。

【数８】

【００１２】図２は、本実施形態の加減速制御部１０の
詳細ブロック図を示す。なお、図中、９は指令部、２９
は瞬時停電指令部、３７は角速度位相回路、３８は瞬時
停電時に瞬時停電直前の角速度を記憶する基準角速度、
４０は始動時または瞬時停電時に励磁電流と設定電流の
初期値と遅れ定数を設定する初期化回路を表す。まず、
電動機の始動から加速して定格回転数に上昇する状態を
説明する。図２において、始動時には瞬時停電指令部２
９の瞬時停電解除再始動指令２９−２により位相検出切
換器１７はａ接点を選択し、接点ａｃを接続する。ま
た、指令部９の初期角速度９−６は初期角速度ωiniを
出力角速度１８に格納する。電動機はこの初期角速度ω
iniで初動回転する。続いて、運転指令定格周波数部９
−１−１から定格周波数Ｆdefと始動命令を発生する
と、角速度変換器１０−１は周波数指令を角速度指令ω
refに変換する。一方、加速指令９−１−２は加速減速
スイッチ１０−２のａ接点を選択し、接点ａｃを接続す
る。第１の比較器１０−３は出力角速度１８の値ωout
と角速度指令ωrefを比較し、ωout≦ωrefの時は加速
スイッチ１０−５のａ接点を選択し、接点ａｃを接続す
る。その結果、加速加算器１０−６は出力角速度ωout
と加速角速度１０−７のωａを加算し、出力角速度部１
８に格納する。これは前記（数６）式を実施したことに
なる。この動作をサンプリング毎に実施すれば、やがて
Ｔａ秒後にはωout≧ωrefの条件が発生する。この時、
第１の比較器１０−３は加速スイッチ１０−５のｂ接点
を選択し、接点ｃｂを接続する。その結果、加速減算器
１０−８は出力角速度ωoutから加速角速度ωａを減算
し、出力角速度部１８に格納する。これは前記（数７）
式を実施したことになる。この動作をサンプリング毎に
実施すれば、やがてωout≦ωrefの条件が発生する。す
なわち、（数６）式と（数７）式を選択しながら、定常
運転することになる。逆転時は、ωrefとωａとωoutに
負の値が入るので、（数６）式と（数７）式の不等号の
向きが反対となる。

【００１３】次に、電動機が停止命令を受け、減速して
停止する状態を説明する。停止指令停止周波数部９−１
−４から停止指令と電動機の停止周波数Ｆstを発生する
と、角速度指令変換器１０−９は停止周波数Ｆstを停止
角速度ωstに変換する。また、停止命令と共に減速指令
９−１−３は加速減速スイッチ１０−２のｂ接点を選択
し、接点ｃｂを接続する。第２の比較器１０−１０は出
力角速度部１８の値ωoutと停止角速度指令ωstを比較
し、ωout≧ωstの時は減速スイッチ１０−１１のａ接
点を選択し、接点ａｃを接続する。その結果、減速減算
器１０−１２は出力角速度１８の値ωoutから減速角速
度１０−１３のωdを減算して出力角速度ωoutを減少さ
せる。これは（数８）式を実施したことになる。この動
作をサンプリング毎に実施すれば、やがてωout≦ωst
の条件が成立する。そのとき、第２の比較器１０−１０
は減速スイッチの接点ｂを選択し、接点ｃｂを接続し、
ゲートサプレス信号１０−１４を発生し、図１のＰＷＭ
演算回路２４からゲート信号を停止し電動機を停止す
る。逆転指令時は、ωout、ωstの符号が負の値になる
ので、不等号式の向きが反対になる。

【００１４】図１において、Ａ／Ｄ変換器１１は、電動
機の交流電流のアナログ値を瞬時電流値としてサンプル
ホールドし、ディジタル値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに変換す
る。変換されたディジタル値の３相電流を電流変換器１
２において、（数９）式により２相のα−β軸のＩα、
Ｉβに変換し、（数１０）を用いて回転子座標であるｄ
−ｑ軸のＩｄｆ、Ｉｑｆに変換する。ここで、Ｉｄｆは
励磁電流のフィードバック値、Ｉｑｆはトルク電流のフ
ィードバック値と一致する。

【数９】

【数１０】積算回路１９は、（数３）式を原理式とし、出力角速度
ωoutを（数１１）式のようにサンプリング毎に積算す
ることにより、位相θを求める。図３に示したように、
電気角で３６０度分の正弦波のデータをＮｔｂのテーブ
ルに分割して格納する。図３（ａ）は出力角速度ωout
をサンプリング毎に積算して位相θを求める図である。
図中の○印部はサンプリング毎にωoutを積算する詳細
図を付記する。求められた位相θより図３（ｂ）に示す
正弦波及び余弦波のテーブルをひく。すなわち、位相θ
の値はテーブルのアドレスとなる。アドレスがテーブル
総数Ｎｔｂになったとき、θを零にクリアすれば、図３
（ａ）に示すような鋸歯状が得られる。図３（ｃ）はテ
ーブルから得られた０から３６０度までの連続した正弦
波及び余弦波である。

【数１１】ここで、ωout(n-1)は前回の出力角速度ωoutの積算値
である。指令部９の励磁電流指令部９−３は、励磁電流
指令Ｉｄを出力し、電動機に相当した励磁電流を予め設
定しておく。電動機定数回路２３は、１次換算抵抗値ｒ
１、１次換算もれインダクタンスＬσ、１次インダクタ
ンスＬ1の電動機定数と励磁電流Ｉdn、出力角速度ωou
t、電動機のトルク成分Ｉqfより、（数１２）、（数１
３）式を用いてｑ軸電圧トルク成分Ｖ1qとｄ軸電圧励磁
成分Ｖ1dを求める。また、励磁電流指令Ｉｄは、正転時
も逆転指令時も正の値を指令し、（数１１）式のωout
は正転の時は正、逆転の時は負の値とすることにより、
位相θは正転時は角速度ωoutを加算することになり、
逆転時は角速度ωoutを減算することになる。すなわ
ち、（数１２）、（数１３）式は符号付演算をすること
で正転から逆転まで連続的に制御可能となる。

【数１２】

【数１３】ベクトル演算部２４は、Ｖ1qとＶ1dから電動機交流電圧
指令Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを（数１４）、（数１５）式によ
り求める。

【数１４】

【数１５】ここで、ｓｉｎθ、ｃｏｓθは図３（ｂ）のテーブルか
ら求めた正弦波値、余弦波値を使用する。ＰＷＭ演算回
路２５は、ベクトル演算で得た電動機交流電圧指令Ｖ
ｕ、Ｖｖ、Ｖｗを３角波と比較してパルス幅変調して逆
変換器４のゲートパルスを得る。

【００１５】次に、電流角速度制御１４について説明す
る。図１において、設定電流指令部９−４の出力値は正
の設定値IESTA_Pと負の設定値の値IESTA_Nを持ち、符号
が正負で絶対値は同一値である。いま、正転指令のと
き、電流角速度制御１４において負荷が増加してトルク
電流Ｉｑｆが正の設定値以上の電流が流れたとき、逆変
換器４に流れる電流を抑制するために、出力角速度ωou
tを減少させることにある。その原理は、電動機の交流
電流を変流器６で検出し、サンプリング毎にＡ／Ｄ変換
器１１でアナログ値をディジタル値に変換する。電流変
換器１２で（数９）、（数１０）式でｄｑ変換する。変
換されたｑ軸トルク電流Ｉｑｆが正のときは正の設定値
IESTA_Pと比較し、Ｉｑｆ≧IESTA_Pの条件になった時に
（数１６）式に示すように正の電流角速度ωｉを出力角
速度ωoutから減算してωoutを減少させる。すなわち、
電流角速度制御部１４では電流角速度ωｉを出力し、出
力角速度１８のωoutから減算器１５によりωｉを減算
する。一方、電流制御判別回路２２ではＩｑｆ≧IESTA_
Pの条件を確認してスイッチ１６の接点ｂを選択し、接
点ｂｃを接続し、電流角速度制御を行う。そして、減算
した結果を出力角速度１８に格納すれば、運転している
出力角速度ωoutを低下させることができる。すなわ
ち、電動機の運転周波数が減少し、ｑ軸トルク電流Ｉｑ
ｆが設定電流９−４から遅延制御２１の出力のIESTA_P
の値より小さくなれば、電流制御判別回路２２は再びス
イッチ１６の接点ａを選択し、接点ａｃを接続し、通常
の加速減速制御を行う。その結果、最大負荷電流は設定
電流IESTA_Pの近傍で運転されることになる。

【数１６】

【００１６】また、逆転指令のときは、励磁電流指令９
−３の値Ｉｄは正を設定し、（数３）から（数８）式ま
でのωdef、ωa、ωdは負の値を設定するため、角速度
指令ωoutは負の値となる。このため、電動機の指令電
圧が支配的になる（数１２）式のＶ１ｑが負の値となる
ので、電流変換器１２の出力はｑ軸トルク電流Ｉｑｆが
負の値、ｄ軸トルク電流Ｉｄｆが正の値となる。電流角
速度制御１４において負の方向に負荷が増加してトルク
電流Ｉｑｆが負の設定値IESTA_N以下の電流が流れたと
き、逆変換器４に流れる電流を抑制するために、出力角
速度ωoutに電流角速度ωｉを加算して出力角速度ωout
の絶対値を減少させる。すなわち、電流変換器１２で
（数９）、（数１０）式で検出した負のｑ軸トルク電流
Ｉｑｆが負の設定値IESTA_Nと比較し、Ｉｑｆ≦IESTA_N
の条件になった時、（数１６）式を動作させる。このと
き、出力角速度ωoutから負の電流角速度ωｉを減算す
ることは出力角速度ωoutの絶対値を減少させることに
なり、（数１２）式のＶ１ｑを減少させ電動機電流の絶
対値を減少させることになる。すなわち、電流角速度制
御部１４では電流角速度ωｉを出力し、出力角速度１８
のωoutから減算器１５により−ωｉを減算する（すな
わち、加算する）。一方、電流制御判別回路２２ではＩ
ｑｆ≦IESTA_Nの条件を確認してスイッチ１６の接点ｂ
を選択し、接点ｂｃを接続する。そして、加算した結果
を出力角速度１８に格納すれば、運転している出力角速
度の絶対値を減少させることができる。すなわち、電動
機の運転周波数が減少し、ｑ軸トルク電流Ｉｑｆが設定
電流９−４から遅延制御回路２１のIESTA_Nの値より大
さくなれば、電流制御判別回路２２は再びスイッチ１６
の接点ａを選択し、接点ａｃを接続し、通常の加速減速
制御を行う。その結果、最大負荷電流は設定電流IESTA_
Nの近傍で運転されることになる。

【００１７】ここで、図４に、トルク電流Ｉｑｆと設定
電流IESTA_Pの関係、図５に、ｑ軸電流Ｉqfと設定電流I
ESTA_Pから求めた偏差電流IQDEFに対する比例係数KIDEF
との関係を示す。図４において、正転時を表していてｑ
軸トルク電流Ｉｑｆが正の設定電流IESTA_Pを超えたと
き、（数１７）式によりｑ軸偏差電流IQDEFを得る。こ
のIQDEFと比例係数KIDEFの乗算から電流による角速度ω
ｉを（数１８）式で求める。

【数１７】

【数１８】この電流角速度制御系において、偏差電流ＩQDEFが小さ
い範囲では、比例係数ＫIDEFを小さく選んで制御系がハ
ンチングしないようにし、偏差電流ＩQDEFが大きい範囲
では比例係数ＫIDEFを大きく選んで電流角速度ωｉを大
きくして出力角速度ωoutを早く減少させて、逆変換器
４の過電流を保護する必要がある。そこで、本実施形態
では、図５に示すように、偏差電流ＩQDEFの大きさに従
い、比例係数KIDEFを可変にする特性を実現した。すな
わち、偏差電流ＩQDEFが零から最小値ＩQDEF_MINまでの
小さい範囲では、比例係数値ＫIDEFは最小比例係数ＫID
EF_MINを選択し、偏差電流ＩQDEFが偏差電流最小値ＩQD
EF_MIN以上になったとき、比例係数ＫIDEFは偏差電流Ｉ
QDEFと偏差電流最小値ＩQDEF_MINの差に比例した係数を
作る。そして、比例係数の最大値ＫIDEF_MAXを設ける。
これにより、偏差電流ＩQDEFの大きさに応じて比例係数
ＫIDEFを自由に選択することが可能になり、偏差電流Ｉ
QDEFが小さい範囲では、比例係数ＫIDEFを小さく選んで
制御系がハンチングしないようにし、偏差電流ＩQDEFが
大きい範囲では、比例係数ＫIDEFを大きく選んで逆変換
器４の過電流を保護することができる。（数１９）式
は、可変比例係数ＫIDEF_COEを用いて比例係数ＫIDEFを
求める式である。

【数１９】

【００１８】図１において、電動機が運転中に電源の瞬
時停電検出回路２７が瞬時停電を検出すると、ゲートサ
プレス解除器２８はゲートサプレス信号を出力し、ＰＷ
Ｍ演算回路の出力パルスを停止すると共に、瞬時停電指
令部２９に瞬時停電を入力する。図２において、瞬時停
電一時停止指令２９−１は、位相検出切換器１７の接点
ｂを選択すると共に、基準角速度ωintに瞬時停電直前
の出力角速度ωoutを記憶させる。また、励磁電流と設
定電流の初期化回路４０に初期値と一次遅れ定数を設定
する。ただし、瞬時停電指令部２９から再始動指令があ
るまで動作しない。この準備を整えて、角速度位相回路
３７を動作開始する。角速度位相回路３７は電動機の端
子電圧を電圧検出器２６から受け、ＡＤ変換器３０−１
でディジタルに変換し、電圧αβ変換３０−２し、電圧
ｄｑ変換３１する。このｄｑ変換するとき、正弦波と余
弦波値は出力角速度ωoutの出力を積算回路１９で位相
に変換し、使用する。このとき、定常状態において、出
力角速度１８と電動機の角速度と位相が一致していれ
ば、ｄ軸電圧Ｖdfはほぼ零であり、ｑ軸電圧Ｖqfは電動
機の瞬時値の最大値に等しい。いま、瞬時停電時を想定
すると、瞬時停電直後は角速度位相回路３７において、
基準角速度ωintと出力角速度ωout及び電動機の角速度
は一致している。しかし、角速度位相回路３７が動作す
る初期時において、角速度は一致させたが、位相は一致
していない。そこで、角速度位相回路３７は過渡状態を
経て位相も一致するように動作する。そして、瞬時停電
から時間が経過すると、電動機はフリーランの状態であ
るので、減速する。このとき、基準角速度ωintは一定
を保つが、電動機の角速度は基準角速度ωintと出力角
速度ωoutからずれていく。そこで、角速度位相回路３
７は電動機から検出した電圧をｄｑ変換するとき、出力
角速度部１８から積算回路１９を介した位相θをもとに
計算すると、ｄ軸電圧Ｖdfはある値をもつ。このためＶ
dfが零３２になるようにＰＩ演算３４する。すなわち、
ＰＩ演算の結果の値が出力角速度ωoutと電動機の角速
度の角速度と位相の偏差値になる。そこで、基準角速度
ωintにこの偏差値を加算して出力角速度部１８に格納
することで、出力角速度部１８は電動機の角速度と共に
位相も一致させることができる。また、電動機の誘起電
圧が一定のときは、ｄ軸電圧Ｖdfが或る規定値以下にな
れば、同期と判断できる。一方、誘起電圧は時間と共に
低下するものとすれば、ｑ軸電圧が規定値以下のときは
電圧がないと、判断する必要がある。また、電動機の電
圧を判断する必要があるので、電圧変換３５は電圧αβ
変換の出力を得て、（数２０）式で演算する。ここで、
電動機端子から電圧検出器２６を介して得られた三相交
流電圧Ｖｍｔを二相のα軸電圧のＶＭαとｄ軸電圧のＶ
Ｍβの値から電圧を判断すると、電動機の角速度と位相
に関係ない要素から電動機電圧を検出することができ
る。それは、ＶＭαとＶＭβの値は位相θの項が無く、
互いに９０度の位相差があるので、ＶＭα²＋ＶＭβ²の
値を演算すると、電動機の相電圧の最大値の関係を知る
ことができる。そこで、制御部７では早い演算を要求さ
れるので、長い時間がかかる平方根の演算を行わずに、
（数２０）式に示すＶｍｔ²で電動機の電圧を判断す
る。同期判定回路３６は、電圧ｄｑ変換３１のＶdfとＶ
qfの値を受け、電圧変換３５のＶｍｔ²の値を受ける。
すなわち、ｄ軸電圧の大きさＶｄｆで同期を判断し、Ｖ
ｍｔ²の値から電動機の誘起電圧が瞬時停電再始動に適
する値かを判断する。それぞれの同期条件が整ったとこ
ろで同期条件満足を瞬時停電指令部２９に出力する。ま
た、Ｖｄｆが小さくなったとき、Ｖｑｆも小さくなって
いれば、電動機に誘起電圧がないので、同期が怪しいと
の判断に使用する。

【数２０】一方、図１において、電源側の瞬時停電が解除すると、
ここでは説明しないが、順変換器２を再始動した後、瞬
時停電検出回路２７は瞬時停電指令部２９に瞬時停電解
除を入力する。瞬時停電指令部２９は瞬時停電解除と同
期条件が揃ったことを確認して、位相検出切換器１７の
接点ｂを接点ａに切換ると共に、ゲートサプレス解除を
行い、初期化回路４０を再始動させて電動機を駆動す
る。この結果、制御部７は電動機の回転している角速度
と位相で運転が続行できる。

【００１９】図６において、誘導電動機５の電圧の角速
度と位相を一致させる方法の原理を説明する。すなわ
ち、誘導電動機５の電圧を電圧検出器２６で検出し、Ａ
／Ｄ変換器３０−１でアナログ値を瞬時電圧値としてサ
ンプルホールドし、ディジタル値ＶMｕ、ＶMｖ、ＶMｗ
に変換する。変換されたディジタル値の３相電圧を電圧
αβ変換器３０−２において（数２１）式により２相の
α−β軸のＶMα、ＶMβに変換する。このＶMα、ＶMβ
は（数２２）を用いて回転子座標であるｄ−ｑ軸のＶd
f、Ｖqfに変換する。（数２１）、（数２２）式を演算
するとき、ＶMｕ、ＶMｖ、ＶMｗは電動機の電圧であ
り、θは出力角速度ωoutから積分回路１９により得ら
れた位相角である。いま、電動機の電圧の角速度及び位
相θｍと積分回路１９により得られた角速度及び位相が
一致すれば、（数２２）式から得られたｄ軸電圧Ｖdfは
零になり、ｑ軸電圧Ｖqfは電動機電圧の瞬時値の最大値
を表す。そのため、ｄ軸電圧Ｖdfを零にするように零指
令３２をｄ軸電圧の指令値として動作する。減算器３３
は零指令３２とｄ軸電圧Ｖdfの偏差εｄを求め、偏差ε
ｄから比例積分（ＰＩ）３４の演算を行う。この比例積
分結果は出力角速度ωoutと電動機の角速度との偏差角
速度△ωである。加算器３９は基準角速度ωintと偏差
角速度△ωを加えて再度、出力角速度１８に格納するこ
とでフィードバック系が形成される。

【数２１】

【数２２】

【００２０】図７は、電動機の角速度と出力角速度を一
致させる部分のフィードバック系のブロック図を示す。
ｄ軸電圧指令Ｖｄ*は零である。ｄ軸のフィードバック
Ｖｄを求める。（数２２）式の行列式を分解すると、
（数２３）式になる。積分回路１９での積算結果は（数
２４）式のように基準角速度ωintから得られた出力角
速度ωoutによる位相θであり、電動機の位相θｍと電
動機と出力角速度による位相差△θを加算した値であ
る。（数２４）式を（数２３）式の一行目に代入して加
法定理で分解して整理すると、（数２５）式が求まる。

【数２３】

【数２４】

【数２５】

【数２６】（数２５）式の第１項の（）内は（数２３）式の一行
目のＶdfに一致する。本制御はＶdfを零にする制御であ
り、目標値に達すると、Ｖdf＝０になり、第１項目は消
去され、（２５式）は第２項目が残る。第２項の（）
内は（数２３）式の２行目と等しいので、目標値に達し
たときはｑ軸電圧のＶqfとｓｉｎ（△θ）の乗算値とな
り、（数２６）式となる。この時Ｖqfは電動機の相電圧
の最大値になる。また、△θ＝０のときはｓｉｎ（△
θ）＝０であり、△θ＝π／２のときはｓｉｎ（△θ）
＝１となるので、線形化すると、（数２７）式となる。
（数２７）式を（数２６）式に代入すると、ｄ軸電圧Ｖ
ｄと位相差△θの関係式が求まり、Ｖｄと△θの伝達関
数は（数２８）式で表される。また、比例積分の伝達関
数は（数２９）式で表す。Ｋｐは比例定数、Ｋｉは積分
定数である。その結果、角速度位相制御での一巡伝達関
数Ｆ（ｓ）は（数３０）式で表すことができる。その結
果、瞬時停電時に基準角速度と出力角速度に瞬時停電直
前の角速度を代入すると、電動機がフリーランで回転数
が落ちても、出力角速度は電動機の角速度に追従する。

【数２７】

【数２８】

【数２９】

【数３０】

【００２１】また、（数２２）式から電動機の電圧Ｖｍ
ｔは（数３１）式で表わされる。また、（数２３）式を
（数３１）式に代入すると、（数３２）式が求まる。
（数２０）式は（数３２）式の両辺を二乗したものであ
る。また、（数３１）式はＶdfとＶqfから電動機の電圧
を求めるもので、（数２３）式からわかるように位相θ
の項がある。そのため、電動機がフリーランの状態のと
きは、出力角速度と電動機の角速度が一致していないた
め、位相θの要素が含まれると、電動機の電圧は正確に
求められない。しかし、（数３２）式はＶMαとＶMβか
ら電動機の電圧を求めている。ＶMαとＶMβは（数３
２）式の計算過程からわかるように位相θの項はsin２
θ＋cos２θ＝１の関係から消去されるので、電動機が
フリーラン状態でも正確に電動機の電圧を計算できる。
また、マイコンでは平方根の演算に時間が掛かり、制御
時間を短縮する上で好ましくないので、（数２０）式の
ように二乗の状態で判断するのが応答を向上させるのに
役立つ。

【数３１】

【数３２】

【００２２】図６において、瞬時停電で逆変換器がゲー
トサプレスして誘導電動機５は電源から切り離される
と、すぐに角速度位相演算を行う。基準角速度による位
相と電動機の角速度による位相が一致するのに、電動機
の電圧が一定ならば、（数３０）式に示した一巡伝達関
数のゲインが一定のため、おおよそ一次遅れで追従す
る。しかし、角速度位相回路３７が動作する初期時は過
渡状態のため、Ｖdfは収束の時に振動したり、同期に時
間を要する。そこで、Ｖdfが規定値以下の状態を一定時
間保って同期と判定する必要がある。図６は、そのため
の実施方法である。すなわち、ＶdfがＶd同期リミッタ
値５１（Ｖd_LIM）より小さいことをＶd比較器５２が判
定して、Ｖd同期タイマ５３をセットしてタイマ値を動
作させる。Ｖd同期判定器５４はＶd同期タイマ５３が一
定時間可動したことを確認して同期と判定し、同期判定
回路３６に出力する。しかし、Ｖd同期時間判定器５４
はＶd同期タイマ５３が動作中にＶdfがＶd同期リミッタ
値以上になれば、Ｖd同期タイマ５３をリセットしてＶd
同期タイマを停止して同期判定を行わず、ＶdfがＶd同
期リミッタ値以下になるのを待つ動作を繰り返す。電動
機５の誘起電圧が一定ならば、（数２８）式で示した位
相電圧変換の伝達関数Ｋｓは保たれるが、時間と共に電
動機の相電圧Ｖｓが降下し、誘起電圧がなくなった状
態、または、電動機が停止状態では（数２５）式はＶqf
も零近くなるので、同期の条件が怪しくなる。そのた
め、Ｖqfの値も監視する必要はある。すなわち、Ｖdfの
同期判定と同様にＶqfが一定時間Ｖqリミッタ値以下の
範囲に保たれたときに、電動機は誘起電圧が無いと判定
する。すなわち、ＶqfがＶqリミッタ値５５（Ｖq_LIM）
より小さいことをＶq比較器５６が判定して、Ｖqタイマ
５７をセットしてタイマ値を動作させる。Ｖq時間判定
器５８はＶqタイマ５７が一定時間可動したことを確認
して電動機電圧なしと判定し、同期判定回路３６に出力
する。しかし、Ｖq時間判定器５８はＶqタイマ５７が動
作中にＶqfがＶqリミッタ値以上になれば、Ｖqタイマ５
７をリセットしてＶqタイマを停止して電動機電圧なし
との判定を行わず、ＶqfがＶqリミッタ値以下になるの
を待つ動作を繰り返す。また、電圧変換器３５は（数２
０）式の演算を行い、同期判定回路３６に入力する。同
期判定回路では（数２０）式の電動機電圧の二乗値Ｖｍ
ｔ²の値が大きいと、瞬時停電復帰時ゲートサプレス解
除のときに、電動機の誘起電圧による短絡電流が逆変換
器４に流れて過電流に至り、トリップする恐れがあるの
で、電動機の電圧は誘起電圧上限値以下の条件で再始動
する必要がある。また、電動機電圧の二乗値Ｖｍｔ²の
値が小さいと、角速度位相回路３７のゲインが得れれ
ず、精度が落ちたり、電動機の誘起電圧なし、または、
電動機が停止している可能性もあるので、誘起電圧下限
値以上の条件を監視する。

【００２３】図８は、同期状態に移行する過渡状態図で
ある。時間軸＝０で角速度位相制御を開始して、出力角
速度ωoutは基準角速度ωint=819から誘起電圧角速度を
目指して制御し、出力角速度ωout=655に同期する状態
を示したものである。同期条件成立の過程で、角速度位
相制御の初期時はｄ軸電圧Ｖdfとｑ軸電圧Ｖqfは振動
し、比例積分制御が働いてｄ軸電圧Ｖdfが時間軸500で
Ｖd同期リミッタ以下になり、Ｖd同期タイマが動作し、
規定時間、ｄ軸電圧ＶdfがＶd同期リミッタ以下に保ち
続けたことを確認すると共に、電動機の誘起電圧が誘起
電圧上限値以下になっているのを確認して、同期条件が
成立している状況図である。ここで、瞬時停電発生と同
時にＵ相電圧指令Ｖｕは励磁電流を一次遅れで増加さ
せ、制御演算は行っているが、ゲートサプレスされてい
て逆変換器４は停止している。また、電動機の誘起電圧
ＶMuは電動機の励磁二時時定数に従い低下している。図
８において、時間軸＝１０００で同期条件が成立したこ
とを確認してゲートサプレス解除され、再始動してい
る。ここで、励磁電流を一次遅れで増加させることで過
電流に成らないように電圧指令している。

【００２４】誘導電動機は電源から電力の供給が絶たれ
ると、二次時定数で誘起電圧ＶMuが低下すると共に、電
動機と負荷の慣性モーメントで回転数が低下するので、
誘起電圧ＶMuは図８に示すよりさらに早く低下する。図
６、７に示したブロック図で電動機の電圧が一定のとき
は、（数３０）式からＶｓの値が一定となり、一巡伝達
関数のゲインは一定となる。しかし、誘起電圧ＶMuが時
々刻々と小さくなり、Ｖｓが小さくなると、一巡伝達関
数のゲインが得られず、角速度位相制御の応答が遅くな
ったり、収束しなくなる。しかし、瞬時停電直後から角
速度位相制御を行えば、一巡伝達関数のゲインが高いう
ちに、電動機の角速度と出力角速度を一致させることが
できる。角速度位相制御は一度同期すると、一巡伝達関
数のゲインが小さくなっても同期はずれが起きにくいこ
とから、瞬時停電再始動時はＶdfが規定値以下（零値ま
たは零値近傍）の同期条件とＶｍｔ²の値が規定値以下
になったことの条件で同期条件満足を決定できる。

【００２５】電動機のフリーラン状態が長い時間経過し
ているときは、誘起電圧ＶMuが極小のため、角速度位相
回路３７の一巡伝達関数のゲインが小さく、出力角速度
と電動機の角速度が一致せず、同期に至らなくなる。図
９は、本発明の他の実施形態である。角速度位相回路の
動作と要素は図６と同じである。本実施形態は、電動機
の誘起電圧ＶMuが小さくなったとき、位相角速度に入力
される電圧の値を或る値になるように倍率変換器５９を
設けることに特徴がある。詳細に説明すると、電動機の
電圧をＡ／Ｄ変換器３０−１でディジタルに変換し、電
圧αβ変換器３０−２で（数２１）式を用いて三相を二
相に変換する。電圧変換器３５で（数３２）式を用いて
Ｖｍｔの大きさまたはＶｍｔ²から判断してこの値に依
存した倍率定数ＫMNを決定し、倍率変換器５９でＡ／Ｄ
変換器の出力に乗算して補正電動機電圧ＶMUn,ＶMVn,Ｖ
MWnを求め、新たに補正電圧αβ変換器６０で（数２
１）式を用いてαβ変換し、さらに補正電圧変換３１で
（数２２）式を用いてｄｑ変換して補正電圧Ｖdfn,Ｖqf
nを求める。この値をもとに図６で示した角速度位相演
算を実施すれば、角速度位相回路３７の一巡伝達ゲイン
は低下することなく、電動機の誘起電圧が低くなるまで
安定して位相を合わせることができる。倍率変換器５９
による倍率定数ＫMNの求め方の一例を示す。電動機の電
圧をＡ／Ｄ変換３０−１でデジタルに変換したときの定
格電圧ＶMNのデータの表す大きさが２のＮ乗とすると、
（数３２）式で求めて検出電圧Ｖｍｔの大きさが２のｎ
乗と判断したとき、倍率定数ＫMNは（数３３）式で求め
る。補正電圧は（数３４）式で求める。

【数３３】

【数３４】

【００２６】また、フリーラン時の再始動は瞬時停電再
始動とは別に図１に示す。瞬時停電指令部２９のフリー
ラン始動２９−３から始動命令を発生する。ゲートサプ
レスを行い、逆変換器４は停止状態で、この時、基準角
速度３８は定格角速度を出力角速度に記憶させ、図９と
同じ、電圧補正を行い、角速度位相回路は倍率変換して
駆動する。同期判定回路３６で同期条件が整えば、再始
動を行う。また、同期判定回路３６でＶｄ同期５４、Ｖ
ｑ判定５８、電圧変換判定３５において、誘起電圧なし
と判定したときは、図１において、励磁電流９−３の値
を定格励磁電流の数１０％の値、出力角速度を定格角速
度に記憶させ、ゲ−トサプレス解除して逆変換器４を操
作させ、一定時間経過後、ゲ−トサプレスを行い、再
度、基準角速度３８は定格角速度を出力角速度に記憶さ
せ、角速度位相回路は倍率変換して駆動する。ここで、
図９と同様、同期判定回路３６で同期条件が整えば、励
磁電流指令９−３を定格電流に戻し、初期化回路４０を
再始動させて再始動を行う。また、同期判定回路３６で
同期条件が整わないときは、初期角速度を出力角速度に
記憶させ、励磁電流指令９−３を定格電流に戻し、初期
化回路４０を再始動させて再始動を行う。

【００２７】以上、本発明による始動、瞬時停電、演算
方法の概要を図１０及び図１１のＰＡＤ図を用いて説明
する。図１０はメインＰＡＤ図であり、図１１は割り込
みＰＡＤである。図１１の（ｂ）で一定時間毎（サンプ
リング時間）に計算開始命令があり、計算フラグ＝１と
する。図１０において、サンプリング時間毎に計算フラ
グが＝１になるので、１１０で計算を開始する。図１１
の（ａ）で起動命令が起こると、始動命令フラグ＝１と
する。図１０の１２０はＹＥＳであるので、１２１の瞬
時停電フラグを確認する。ＮＯのため１２２運転中フラ
グ＝１をチェックする。ＮＯであるので、１２２＿１に
行き、運転中フラグ＝１，角速度位相計算フラグ＝０，
瞬時停電フラグ＝０にセットしてゲートサプレス解除し
て電動機は運転状態に入る。運転中は運転中フラグ＝１
にセットしてあるので、二度と１２２＿１は通過しな
い。そして１３０の演算に入る。１４０で電圧、電流の
取込、加速減速計算、１５０で電圧の計算、このとき、
電圧条件や電圧値を記憶する。１６０で角速度位相計算
フラグチェックする。ＮＯであるので、１７０電流及び
電流角速度の演算、電動機電圧の計算、ＰＷＭパルスを
発生させ、計算フラグ＝０にセットして１００スタート
に戻る。通常運転時はこの状態である。瞬時停電が発生
すると、図１１の（ｃ）で３００ゲートサプレス、３１
０で始動命令フラグ＝０、３２０で瞬時停電フラグ＝
１、３３０で同期フラグ＝０、３４０で角速度位相フラ
グ＝１、３５０でＶｄ同期カウンタ，Ｖｑカウンタを能
動状態にセット、３６０で同期条件である誘起電圧上
限、下限及びＶｄｆ同期時間判定、Ｖｑｆ時間判定を零
にクリアして３７０終了する。図１０では、１２０で始
動命令がないので、１２３のゲートサプレスを経て１３
０演算に入る。１５０で電圧の判定は常時実施する。１
６０で角速度位相計算フラグ＝１のため、ＹＥＳで１６
１の角速度位相計算を実施する。同期条件の判定と同期
条件が達成すれば、同期フラグ＝１を書く。図１１の
（ｄ）で瞬時停電解除割り込みで始動フラグ＝１をセッ
トする。図１０の１２０でＹＥＳ。１２１で瞬時停電フ
ラグ＝１でＹＥＳ。１２１＿１で電圧判定と同期フラグ
＝１の同期条件が不満足のときは１３０演算に飛び、条
件が満足するまで待つ。１２１＿１で同期条件が満足す
れば、１２２に移行し、最初は運転中フラグ＝０である
ので、１２２＿１で運転条件を整え、角速度位相計算を
中止、瞬時停電フラグ＝０をセットし、ゲートサプレス
解除して再始動に入る。

【００２８】図１２は、本発明による電動機電圧表示方
法を示す。電動機は逆変換器から電力を供給されて運転
するときと、逆変換器から切り離されてフリーランで回
転しているときの両方の電圧を測定する必要がある。電
圧検出器２６で検出された三相の交流電圧はＡ／Ｄ変換
器でディジタルに変換後、三相二相変換、ｄｑ変換によ
り（数３１）式または（数３２）式で算出することがで
きる。電動機の電圧の演算は（数２３）式に示すように
ｄｑ軸の電圧ＶdfとＶqfから（数３１）によりサンプリ
ング毎に行うことで直流値として得られる。しかし、電
動機がフリーランで回転中の制御部７の出力角速度ωou
tと正弦波及び余弦波位相が無関係になり、電圧の演算
が信頼できなくなる。そこで（数２３）式を（数３１）
式に代入すると、（数３２）式となる。（数２３）と
（数３２）式からわかるようにＶMαとＶMβは９０度の
位相差があり、ＶMαとＶMβのそれぞれの二乗を加えた
ものは直流成分となり、しかも正弦波及び余弦波成分が
消去された形であるので、制御部７の出力角速度ωout
とは関係なくなり、電動機がフリーランで回転中でも電
動機の電圧を直流分として検出することができる。制御
部７は、逆変換器の制御演算をサンプリングタイマ８で
高速に演算する必要から、（数２０）式によりＶｍｔ²
の演算にとどめているため、電圧表示ができない。そこ
で、インターフェースのポートＡ４３、ポートＢ４４を
介して第２の制御部４１の双方向メモリ（ＤＰＲＡＭ）
４５にＶｍｔ²の値を書き込み、第２のＣＰＵ４６で
（数３２）式の平方根の演算を第２のサンプリングタイ
マ４２により演算することによって、表示器４７に電圧
値を運転中も瞬時停電時においても表示することができ
る。このとき、第２のサンプリングタイマ４２はサンプ
リングタイマ８より長い時間をかけてゆっくり行う。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電源の瞬時停電時に、直ちに逆変換器をサプレスして停
止状態に保つと共に、電動機の電圧と逆変換器の出力角
速度から両者の角速度と位相を一致させるように角速度
位相制御を行うことによって、出力角速度はフリーラン
状態の電動機の誘起電圧の角速度と位相に追従して同期
し、また、瞬時停電復帰時は、電動機の誘起電圧により
過電流が流れないように、誘起電圧が規定値以下に達し
た後、角速度位相制御を停止し、逆変換器を再始動する
ので、出力角速度は電動機の角速度と位相に一致してい
るため、逆変換器には過大な電流を発生させることな
く、安定した再始動を可能にする。また、逆変換器の出
力角速度が電動機の角速度及び位相に一致して同期した
との判定は、ｄ軸電圧が規定値以下の小さい値になった
ことで行い、そして、瞬時停電と同時に角速度位相制御
により逆変換器の出力角速度と電動機の角速度及び位相
を一致させ、瞬時停電回復とともに角速度位相制御を停
止し、記憶された出力角速度から加速減速制御によるＶ
／Ｆ一定制御に移行することにより、安定に再始動する
ことが可能になる。また、電動機のフリーラン状態が長
い時間経過して、電動機の誘起電圧が極めて小さくな
り、制御特性が悪くなったとき、電動機電圧に倍率係数
を乗じて所定値を保つようにして得た補正電圧を求め、
角速度位相演算を実施することにより、電動機の誘起電
圧が低くなるまで安定して位相を合わせることができ
る。また、電動機の運転中の加減速制御を行っていると
きでも、制御装置のサプレス等で電動機に電力の供給が
絶たれたときでも、電動機の電圧を把握する必要がある
ため、早い演算が要求される（数２０）式に示す電動機
の電圧（Ｖｍｔ²）の表示を避け、これを平方根して電
動機の電圧（Ｖｍｔ）を演算し、表示器にその値を表示
することにより、電動機の運転状況を正確に把握するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態

【図２】本発明の加減速制御部の詳細ブロック図

【図３】本発明の定格角速度と正弦波発生原理の説明図

【図４】本発明のトルク電流と設定電流の関係を示す図

【図５】本発明のトルク偏差電流と比例係数を示す特性
図

【図６】本発明の角速度位相制御部の詳細ブロック図

【図７】本発明の角速度位相制御部の原理ブロック図

【図８】本発明の角速度位相制御部の特性図

【図９】本発明の角速度位相制御部の他の実施形態

【図１０】本発明のメインＰＡＤ図

【図１１】本発明の割り込みＰＡＤ図

【図１２】本発明による電動機電圧表示に係る実施形態

【符号の説明】

１…交流電源、２…順変換器、３…平滑コンデンサ、４
…逆変換器、５…誘導電動機、６…電流変流器（Ｃ
Ｔ）、７…制御部、８…サンプリングタイマ、９…指令
部、９−１…周波数指令部、９−１−１…運転指令定格
周波数部、９−１−２…加速指令、９−１−３…減速指
令、９−１−４…停止指令停止周波数部、９−２…正転
/逆転指令、９−３…励磁電流指令部、９−４…設定電
流指令部、９−５…初期角速度、１０…加減速制御部、
１０−１…角速度変換器、１０−２…加速減速スイッ
チ、１０−３…第１の比較器、１０−５…加速スイッ
チ、１０−６…加速加算器、１０−７…加速角速度、１
０−８…加速減算器、１０−９…角速度指令変換器、１
０−１０…第２の比較器、１０−１１…減速スイッチ、
１０−１２…減速減算器、１０−１３…減速角速度、１
０−１４…ゲートサプレス信号、１１…電流Ａ／Ｄ変換
器、１２…電流変換器、１３…フィードバック電流選択
回路、１４…電流角速度制御部、１５…電流制御減算
器、１６…加減速電流制御切換器、１７…位相検出切換
器、１８…出力角速度部、１９…積算回路、２０…励磁
電流遅延回路、２１…設定電流遅延回路、２２…電流制
御判別回路、２３…電動機定数回路、２４…ベクトル演
算部、２５…ＰＷＭ演算回路、２６…電圧検出回路、２
７…瞬時停電検出回路、２８…ゲートサプレス／解除回
路、２９…瞬時停電指令部、３０−１…電圧Ａ／Ｄ変換
器、３０−２…電圧αβ変換器、３１…電圧ｄｑ変換
器、３２…零指令部、３３…減算器、３４…ＰＩ回路、
３５…電圧変換器、３６…同期判定回路、３７…角速度
位相回路、３８…基準角速度、３９…加算器、４０…励
磁電流可変減算器、４１…第２の制御部、４２…第２の
サンプリングタイマ、４３…ポートＡ、４４…ポート
Ｂ、４５…双方向メモリ（ＤＰＲＡＭ）、４６…第２の
ＣＰＵ、４７…表示器、５０…正弦波、余弦波テーブ
ル、５１…Ｖｄ同期リミッタ、５２…Ｖd比較器、５３
…Ｖd同期タイマ、５４…Ｖd同期時間判定器、５５…Ｖ
qリミッタ、５６…Ｖq比較器、５７…Ｖqタイマ、５８
…Ｖq時間判定器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宮部隆明茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内Ｆターム(参考） 5H576 BB07 CC05 DD02 DD04 EE11 GG04 JJ03 JJ22 JJ26 JJ29 KK05 LL22 LL24 MM13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】交流電源から順変換器により直流に変換
して、可変電圧、可変周波数の交流電圧をＰＷＭ逆変換
器により出力して誘導電動機を駆動する制御方法におい
て、瞬時停電時の逆変換器の出力角速度と電動機の電圧
から角速度位相演算を行い、逆変換器の出力角速度と電
動機の角速度及び位相を一致させ、瞬時停電回復ととも
に、両者の一致した出力角速度から再運転を実行するこ
とを特徴とする誘導電動機の瞬時停電時の制御方法。
【請求項２】請求項１において、瞬時停電時には、瞬
時停電前の出力角速度の値を基準角速度に記憶し、電動
機の三相電圧を二相のαβ電圧に変換し、αβ電圧を出
力角速度から得た位相でｄｑ変換し、ｄ軸電圧を零にす
るための比例積分演算を行い、比例積分演算結果の出力
と基準角速度を加算した値を出力角速度に記憶させて、
逆変換器の出力角速度と電動機の角速度及び位相を一致
させる角速度位相制御を行うことを特徴とする誘導電動
機の瞬時停電時の制御方法。
【請求項３】請求項２において、角速度位相制御によ
ってｄ軸電圧が規定値以下になったことを確認して、
（１）逆変換器の出力角速度が電動機の角速度及び位相
に一致して同期したと判断すること、（２）電動機の誘
起電圧が規定値以下になったことを確認すること、
（３）瞬時停電回復して逆変換器を駆動することが可能
であることを確認することの３条件が満たされてから電
動機を再始動することを特徴とする誘導電動機の瞬時停
電時の制御方法。
【請求項４】請求項３において、角速度位相制御の結
果、ｄ軸電圧が規定値以下に規定時間経過したときに、
逆変換器の出力角速度と電動機の角速度及び位相が一致
して同期したと判断することを特徴とする誘導電動機の
瞬時停電時の制御方法。
【請求項５】請求項２において、電動機電圧が低下
し、制御の収束性が悪くなったときは、電動機電圧に倍
率係数を乗じて所定値を保つようにして得た補正電圧に
基づいて補正電圧αβ変換、補正電圧ｄｑ変換を行い、
角速度位相演算を行うことを特徴とする誘導電動機の瞬
時停電時の制御方法。
【請求項６】請求項５において、電動機の電圧を２の
べき乗で表現するとき、電動機の定格電圧（ＶMN）の値
が表す大きさが２のＮ乗とすると、検出電圧（Ｖｍｔ）
の大きさが２のｎ乗と判断したとき、倍率係数（ＫMN）
は２の（Ｎ−ｎ）乗とすることを特徴とする誘導電動機
の瞬時停電時の制御方法。
【請求項７】請求項１において、回転中の誘導電動機
を再始動するとき、基準角速度及び出力角速度に定格角
速度を記憶させ、逆変換器をゲートサプレスして停止状
態にして角速度位相制御を行い、ｑ軸電圧が規定値以上
で、ｄ軸電圧が規定値以下で同期と判断したときは、逆
変換器のゲートサプレスを解除して再始動し、また、ｄ
軸電圧が規定値以下であっても、ｑ軸電圧が規定値以下
であれば、逆変換器のゲートサプレスを解除して定格励
磁電流の数１０％の励磁電流で電動機を一定時間再始動
した後、再度、逆変換器をゲートサプレスして角速度位
相制御を行い、このとき、ｑ軸電圧が規定値以上で、ｄ
軸電圧が規定値以下で同期と判断したときは、逆変換器
のゲートサプレスを解除して再始動し、または、ｄ軸電
圧が規定値以下であっても、ｑ軸電圧が規定値以下であ
れば、初期角速度を出力角速度に記憶させて逆変換器の
ゲートサプレスを解除して再始動することを特徴とする
誘導電動機の瞬時停電時の制御方法。
【請求項８】請求項１において、電動機の電圧をα軸
電圧の二乗＋β軸の二乗で演算し、第二の制御部の双方
向メモリに記憶し、第二の制御部のＣＰＵで前記メモリ
に記憶した値の二乗の平方根を演算して電動機の電圧を
表示器に表示することを特徴とする誘導電動機の瞬時停
電時の制御方法。
【請求項９】交流電源から順変換器により直流に変換
して、可変電圧、可変周波数の交流電圧をＰＷＭ逆変換
器により出力して誘導電動機を駆動する制御装置におい
て、加減速制御部、電流角速度制御部、フィードバック
電流選択回路部、基準角速度部、出力角速度部、角速度
位相制御部を具備し、運転時には、角速度指令と出力角
速度から前記電動機の加減速を演算し、瞬時停電時は加
減速の演算を中止して、基準角速度、出力角速度、誘導
電動機の電圧から角速度位相演算を行い、出力角速度が
誘導電動機の角速度及び位相と一致する制御を行い、瞬
時停電回復時には、角速度位相制御を中止して一致した
出力角速度から加速減速制御を実行することを特徴とす
る誘導電動機の瞬時停電時の制御装置。
【請求項１０】請求項９において、角速度位相制御部
は、電圧αβ変換部、電圧ｄｑ変換部、零指令部、比例
積分演算部を具備し、瞬時停電時には、瞬時停電前の出
力角速度の値を基準角速度に記憶させ、加減速演算を中
止して角速度位相制御を行い、電圧ｄｑ変換部のｄ軸電
圧が規定値以下に規定時間以上制御され、かつ、電動機
電圧が規定値以下を確認した上で、瞬時停電回復時に
は、角速度位相制御を中止して加減速制御を実行するこ
とを特徴とする誘導電動機の瞬時停電時の制御装置。