JP2001161086A - 電動機制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電動機の振動や過熱といった機器の劣化を防
止し得る電動機制御装置を提供する。 【解決手段】 誘導電動機７の速度を速度検出器５で検
出し、この速度に対して偏差を設定可能としたオフセッ
ト回路２４で再起動中の速度基準に切り替える回路と電
流制御回路２７から得られたコンバータ１の点弧動作と
なる位相信号を経過後にフリップフロップ４６Ａをリセ
ット、再起動指令をリセットする再起動判定回路１５を
備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、交流電力源の瞬時
停電や短絡試験設備で誘導電動機のフリーラン（自然楕
走）状態から再起動を行う制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８に従来の再起動回路の構成及び電動
機制御装置の基本構成を示す。図８に示すように、交流
電力源６に接続されたコンバータ１は交流電力を直流電
力に変換している。インバータ２は直流電力を任意の周
波数の交流電力に変換して誘導電動機７を可変速制御す
る。インバータ２の出力電圧、電流及び速度は電圧検出
器３及び電流検出器４，速度検出器５によって検出され
る。制御構成は、外部基準21によって与えられた速度に
対して、正転・逆転、リモート・ローカル、ジョギング
（寸動）運転、周波数ジャンプといった運転モードの速
度パターンとなるべく速度基準回路２３で速度周波数は
設定され、Ｖ／ｆ基準回路２５によって誘導電動機の負
荷に対応した電圧基準を出力する。この速度周波数に応
じたスイッチングパルスをパルス発生器２９Ｂで生成し
インバータ２のスイッチング素子、例えばサイリスタ
（図示せず）を点弧動作させ、誘導電動機７を駆動す
る。一方、コンバータ１は電圧制御回路２６で電圧基準
と電圧フィードバックの偏差を比例・積分演算を行い、
更に電流制限回路２７で電流基準値に起動時、加減速
時、定常時に希望する値以上にならないように制限を行
い、電流制御回路２８で電流制限された電流基準と電流
フィードバックの偏差を比例・積分演算行い位相制御信
号を発生する。この位相制御信号に応じたスイッチング
パルスをパルス発生器２９Ａで生成しコンバータ１のス
イッチング素子、例えばサイリスタ（図示せず）を点弧
動作させる。

【０００３】電動機制御装置に駆動される誘導電動機７
に機械的に接続される短絡発電機１００と短絡遮断機１
０１と短絡被試験機器１０２と共に構成される短絡試験
設備の場合、任意の周波数で発電機を駆動し、励磁した
後、一度電動機をフリーランの状態として被試験機器１
０２の短絡強度を試験した後フリーラン状態の電動機を
再起動して再度短絡試験を繰り返して行う。又、これは
交流電力源６が落雷や設備の故障で起こる瞬時停電の時
も同様の再起動を行う。従来においてこの再起動する際
の制御回路は電動機の残留電圧が低下したことを検出し
て起動を行う再起動指令判別回路１１と運転準備完了判
別回路１２と起動・停止回路１６によって起動してい
た。

【発明が解決しようとする課題】以上の構成において、
従来方式では次の様な問題があった。図９に従来回路の
再起動回路の構成と電動機制御回路の基本構成で再起動
を行った場合の各波形を示す。図９に示すように、短絡
試験開始のフリーラン指令や瞬時停電検出時に可変速制
御装置は停止し速度基準、Ｖ／ｆ基準は０％の状態とな
る。短絡試験終了時又は復電後に再起動指令により可変
速制御装置は誘導電動機の速度と同期するように制御を
行っていく。可変速制御装置の出力は誘導電動機の速度
よりも低い為に回生状態のまま、徐々に同期速度に近づ
き同期した時には力行状態となるがこの間の電流制御演
算結果が蓄積された分電流出力は大きな振動を引き起こ
し、過電流保護が動作し装置停止に至るという問題があ
る。更に、再起動初期段階に電流制限値にかかる状態で
は電流振動が生じる。

【０００４】よって、本発明は、上記問題点を鑑みて成
されたものであり、電動機の振動や過熱といった機器の
劣化を防止し得る電動機制御装置を提供することを目的
とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、交流電力を直流電力に変
換する整流器と、この整流器からの直流電力を任意の周
波数を有する交流電力に変換するインバータと、位相制
御信号により前記整流器を制御すると共に速度周波数信
号により前記インバータを制御する制御手段を有し、前
記インバータからの交流電力により電動機を可変速制御
する電動機制御装置において、フリーラン中の前記電動
機を再運転する際に前記制御手段からの位相制御信号に
基づきカ行状態になったことを検出し、再起動完了と判
定する再起動判定手段を備えたことを特徴とする。従っ
て、請求項１に記載の発明においては、制御手段からの
位相制御信号がカ行状態となったことから所定の時間経
過後に再起動完了とし電動機を昇速していくため、制御
手段で蓄積された制御量の影響で電動機と同期した時点
で過電流となり保護動作に至り、装置の停止となること
を防止することができる。また、請求項２に記載の発明
は、交流電力を直流電力に変換する整流器と、この整流
器からの直流電力を任意の周波数を有する交流電力に変
換するインバータと、位相制御信号により前記整流器を
制御すると共に速度周波数信号により前記インバータを
制御する制御手段を有し、前記インバータからの交流電
力により電動機を可変速制御する電動機制御装置におい
て、前記整流器への入力電流を検出する電流検出手段
と、前記インバータからの出力電圧を検出する電圧検出
手段と、前記電動機の回転速度を検出する速度検出手段
と、前記電圧検出手段からの検出電圧と前記速度検出手
段からの検出速度に対し所定のオフセットを付加した速
度基準を出力する速度基準出力手段と、この速度基準出
力手段からの速度基準からＶ／ｆ関数に基づき電圧基準
を算出する電圧基準算出手段と、前記電圧検出手段から
の検出電圧と前記電圧基準算出手段からの電圧基準との
差が一定の値以下となったことを検出し、更に、出力電
流検出手段からの検出電流と所定の電流制限値との差が
一定の値以下となったことを検出する第１の検出手段
と、前記制御手段からの位相制御信号に基づきカ行状態
となったことを検出する第２の検出手段と、前記第１の
検出手段と第２の検出手段の検出結果に基づき再起動完
了と判定する判定手段を備えたことを特徴とする。

【０００６】従って、請求項２記載の発明においては、
速度検出手段からオフセット設定をプラス側（周波数が
高い側）に設定した場合、再起動開始からカ行状態とな
っているため、過電流による装置の停止を確実に防止す
ることができる。更に、請求項３に記載の発明は、電圧
基準算出手段からの電圧基準と電圧検出手段からの検出
電圧との偏差に基づき制御手段からの速度周波数信号を
一定ゲインで補償する第１の補償手段と、制御手段から
の位相制御信号に基づきインバータの出力周波数基準を
一定ゲインの微分動作で補償する第２の補償手段とを備
え、再起動が完了する直前に電動機と電動機制御装置の
出力が同期するとき発生する電動機の過渡的な力率変動
を抑制すると共に、再起動初期段階の電動機制御装置と
電動機の周波数偏差で発生するすべり周波数に対応した
電流振動を抑制することを特徴とする。従って、請求項
３記載の発明においては、当該電動機制御装置の出力周
波数と電動機の速度とが同期して、再起動完了となる時
点での過渡的な電流振動を電圧基準と検出電圧との差を
検出して抑制する。即ち、検出電圧が少なければ電流は
急激に上昇し、電動機の力率は励磁電流が小さくなった
状態であり周波数を下げて二次電流を抑制するように動
作し、逆に検出電圧が大きければ電流は急激に下降し、
電動機の力率は励磁電流が大きくなった状態であり、周
波数上げて二次電流を大きくするよう動作する。更に、
制御手段からの位相制御信号に一定ゲインの微分動作を
乗じた値で周波数基準を補正する。これは、位相制御信
号つまり整流器の電流を増加するように制御するときは
同時に周波数を下げて二次電流を抑制するよう動作し、
逆に整流器の電流を減少するように制御するときは周波
数を上げて二次電流を大きくするように動作すること
で、再起動の初期段階の電動機制御装置と電動機の周波
数偏差で発生するすべり振動周波数に近似した電動振動
を抑制することができる。

【０００７】また、請求項４に記載の発明は、インバー
タの出力周波数基準から演算されるインバータ位相角を
電動機の速度信号の２乗した値と電流検出信号の１次遅
れ演算した値により除算し、更に１次遅れ演算した値で
補正する転流遅れ補償手段を備えたことを特徴とする。
従って、請求項４記載の発明においては、インバータ転
流遅れ時間が周波数と負荷電流の変動により変化するた
め、この転流遅れ時間を補正することで制御系の安定性
を良好にできる。

【０００８】

【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。 （第１の実施の形態）以下、本発明の第１の実施の形態
について図１乃至図３を用いて説明する。図１乃至図３
は、本実施の形態に係わる電動機制御装置の要部の回路
構成、再起動判定回路の構成及びフリーラン状態から再
起動までの各波形の関係をそれぞれ示す図である。図１
に示した電動機制御装置の要部は、図８に示した電動機
制御装置と異なるのは、誘導電動機７の速度を速度検出
器５で検出し、この速度に対して偏差を設定可能とした
オフセット回路２４で再起動中の速度基準に切り替える
回路と電流制御回路２７から得られたコンバータ１の点
弧動作となる位相信号を位相信号判別回路１３で力行状
態となったことを検出し、図２に示す遅延回路４４Ａの
時間経過後にフリップフロップ４６Ａをリセット、再起
動指令をリセットする再起動判定回路１５を追加してい
ることである。図３に動作時の各波形を示す。図３に示
した速度基準は、フリーラン指令で０％速度となり、そ
の後の再起動指令で電動機速度よりマイナス側にオフセ
ットをもった速度基準で起動し、電流フィードバックは
電流制限値の回生状態で電動機に同期していく。同期が
完了したところでカ行状態になり一定時間経過後速度基
準を昇速していく為、過電流による保護動作で装置停止
を防止している。

【０００９】（第２の実施の形態）以下、本発明の第２
の実施の形態について図４を用いて説明する。図４に示
す本実施の形態は、オフセット回路２４をプラス側に設
定した場合これは再起動の時間が短縮できる利点がある
が、電動機が失速状態となる可能性が高いという欠点も
ある。このプラス側に設定した場合の位相信号判別回路
１３は常に力行状態となり有効ではなくなるため、電圧
基準と電圧フィードバックが一定値以下となったこと判
別する電圧偏差回路４２及び電流制限値と電流フィード
バックの値が一定値以上になったことを判別する電流偏
差回路４１をＡＮＤ回路４３Ａで構成して、上記と同様
に一定時間経過後速度基準を昇速していく。そのため、
過電流による保護動作での装置停止を防止している。 （第３の実施の形態）以下、本発明の第３の実施の形態
について図５を用いて説明する。図５は、電動機制御装
置に使用される力率変動補償回路を示す図である。図５
において、Ｖ／ｆ基準２５の前の回路は従来と変わらな
いため省略しているが、電圧基準と電動機電圧の差から
比例ゲインＧ1でさらに電流制御回路２８の出力からＧ
（Ｔｓ／（１＋Ｔｓ））のゲインで周波数基準に補正す
る力率変動補償回路３１を構成して電動機の力率変動を
補償し、すべリ振動や急激な電流出力を抑えて過電流に
よる保護動作による装置の停止を防止している。

【００１０】（第４の実施の形態）以下、本発明の第４
の実施の形態について図６を用いて説明する。図６は、
電動機制御装置に使用される転流補償回路を示す図であ
る。図６において、上記同様Ｖ／ｆ基準２５の前の回路
は従来と変わらないため省略している。インバータ転流
遅れ時間が周波数と負荷電流の変動により変化するた
め、この転流遅れ時間を補正することで制御系の安定性
を良好にできる。転流遅れ時間は、図７に示すような直
列ダイオード方式の電流型インバータにおいてサイリス
タ５１の点弧動作後にダイオード５２Ａのみ導通してい
る状態から、その後ダイオード５２Ｂが導通するまでの
期間をいう。これは転流コンデンサ５３と負荷リアクタ
ンス５４が固定であることを考慮すると、充電電圧と直
流電流に影響し下式で表される。

【００１１】

【数１】 つまり、インバータ２の出力電圧と出力電流に比例し、
Ｖ／ｆ制御を行っていることから出力周波数と電流に比
例することとなる。ここで電動機力率ｃｏｓφは周波数
に比例して低速域では低下する。この低速域では上記と
相乗して転流時間が長くなるため、過渡的な電流制御の
応答があると転流動作完了しないまま不安定な振動を引
き起こす。

【００１２】

【数２】 このため、上記出力周波数と電流に比例した補正を行
う。これは電圧型インバータでの低速、高速域でのデッ
トタイムをオンタイムとのバランスをとるために補正す
ることでも同様の補償効果がある。

【００１３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、短
絡試験設備のような高慣性誘導電動機を繰り返しフリー
ラン状態として被試験器の短絡試験を行い再起動を行う
装置や交流電力源が瞬時に停電した場合の再起動にも、
再起動時の抑制のみならず他の商用同期やインパクト負
荷がある場合でも、この時発生していた電流振動を抑制
することができ、電流振動による過渡ロスを低減するこ
とができる。又、この電流振動による電動機の回転不整
や機械共振の防止、誘導機のトルク振動、過熱、断線、
短絡といった機器の劣化を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態を示す概要構成
図。

【図２】 図１に示した第１の実施の形態における再起
動判定回路動作時の波形を示すグラフ。

【図３】 図１に示した第１の実施の形態に使用される
再起動判定回路を示す概要構成図。

【図４】 本発明の第２の実施の形態を示す概要構成
図。

【図５】 本発明の第３の実施の形態を示す概要構成
図。

【図６】 本発明の第４の実施の形態を示す概要構成
図。

【図７】 図６に示した本発明の第４の実施の形態に係
わる転流モードの動作説明を示す図。

【図８】 従来の電動機制御装置を示す概要構成図。

【図９】 図８に示した従来の電動機制御装置の再起動
回路動作時の波形を示すグラフ。

【符号の説明】

１…コンバー夕、２…インバータ、３…電圧検出器、４
…電流検出器、５…速度検出器、６…交流電力源、７…
誘導電動機、１１…再起動指令判別回路、１２…運転準
備完了判別回路、１３…位相信号判別回路、１４…起動
・停止指令判別回路、１５…再起動判定回路、１６…起
動・停止回路、２１…外部基準回路、２２…電動機速
度、２３…速度基準回路、２４…オフセット回路、２５
…Ｖ／ｆ基準回路、２６…電圧制御回路、２７…電流制
限回路、２８…電流制御回路、２９…パルス発生器、３
１…力率変動補償回路、３２…転流遅れ補償回路、４１
…電流偏差回路、４２…電圧偏差回路、４３…アンド回
路、４４…遅延回路、４５…オア回路、４６…フリップ
フロップ回路。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電力を直流電カに変換する整流器
   と、この整流器からの直流電力を任意の周波数を有する
   交流電力に変換するインバータと、位相制御信号により
   前記整流器を制御すると共に速度周波数信号により前記
   インバータを制御する制御手段を有し、前記インバータ
   からの交流電力により電動機を可変速制御する電動機制
   御装置において、フリーラン中の前記電動機を再運転す
   る際に前記制御手段からの位相制御信号に基づきカ行状
   態になったことを検出し、再起動完了と判定する再起動
   判定手段を具備したことを特徴とする電動機制御装置。
2. 【請求項２】 交流電力を直流電力に変換する整流器
   と、この整流器からの直流電力を任意の周波数を有する
   交流電力に変換するインバータと、位相制御信号により
   前記整流器を制御すると共に速度周波数信号により前記
   インバータを制御する制御手段を有し、前記インバータ
   からの交流電力により電動機を可変速制御する電動機制
   御装置において、前記整流器への入力電流を検出する電
   流検出手段と、前記インバータからの出力電圧を検出す
   る電圧検出手段と、前記電動機の回転速度を検出する速
   度検出手段と、前記電圧検出手段からの検出電圧と前記
   速度検出手段からの検出速度に対し所定のオフセットを
   付加した速度基準を出力する速度基準出力手段と、この
   速度基準出力手段からの速度基準からＶ／ｆ関数に基づ
   き電圧基準を算出する電圧基準算出手段と、前記電圧検
   出手段からの検出電圧と前記電圧基準算出手段からの電
   圧基準との差が一定の値以下になったことを検出し、更
   に、出力電流検出手段からの検出電流と所定の電流制限
   値との差が一定の値以下となったことを検出する第１の
   検出手段と、前記制御手段からの位相制御信号に基づき
   カ行状態となったことを検出する第２の検出手段と、前
   記第１の検出手段と第２の検出手段の検出結果に基づき
   再起動完了と判定する判定手段とを具備したことを特徴
   とする電動機制御装置。
3. 【請求項３】 前記電圧基準算出手段からの電圧基準と
   前記電圧検出手段からの検出電圧との偏差に基づき前記
   制御手段からの速度周波数信号を一定ゲインで補償する
   第１の補償手段と、前記制御手段からの位相制御信号に
   基づき前記インバータの出力周波数基準を一定ゲインの
   微分動作で補償する第２の補償手段とを具備し、再起動
   が完了する直前に前記電動機と前記電動機制御装置の出
   力が同期するとき発生する前記電動機の過渡的な力率変
   動を抑制すると共に、再起動初期段階の前記電動機制御
   装置と前記電動機の周波数偏差で発生するすべり周波数
   に対応した電流振動を抑制することを特徴とする請求項
   ２記載の電動機制御装置。
4. 【請求項４】 前記インバータの出力周波数基準から演
   算されるインバータ位相角を前記電動機の速度信号の２
   乗した値と電流検出信号の１次遅れ演算した値により除
   算し、更に１次遅れ演算した値で補正する転流遅れ補償
   手段を具備したことを特徴とする請求項２又は３記載の
   電動機制御装置。