JP2004159500A - 瞬時停電再起動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】誘導電動機の瞬時停電再起動方法において、該電動機の状態（回転周波数、残留電圧）に左右されずに回転周波数を同定し、誘導電動機を速やかに安全に再起動できる方法を提供すること。
【解決手段】該誘導電動機５への供給電力が一時遮断され、復電した際に該誘導電動機５の回転周波数を同定して再起動を行う方法において、該誘導電動機５からの検出残留電圧がある下限値以上である場合、該検出残留電圧から該誘導電動機５の回転周波数と残留電圧位相を演算する回転周波数検出部１２ａを備え、該検出残留電圧が該電圧下限値以下の場合、所定の出力指令値を与えてインバータから誘導電動機に電圧を印加したときに発生するトルク電流より回転周波数を演算する回転周波数検出部１２ｂを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は誘導電動機の運転制御方式に係り、特に電力の供給を中断した後の誘導電動機の再起動方法に関する。

一時的に電力供給が遮断された誘導電動機を再起動する場合、供給するインバータ出力電圧の周波数および位相を電力遮断中でフリーラン状態（慣性回転中）にある誘導電動機の回転周波数および位相と一致させることが必要となる。これらに差があると、インバータに過大な電流が流れ、過電流トリップや素子の破壊につながる。

電動機の回転周波数を演算する手法は、速度センサを用いない場合、従来では特開平８−３３１８９２号公報（特許文献１）に記載のように電動機の残留誘起電圧から回転周波数、残留電圧位相を検出する手法がある。

また、特開平７−２５０４９６号公報（特許文献２）では所定の電流指令値を与え、発生する電流リップルから回転周波数を求める。

また、特開平７−２７４５８８号公報（特許文献３）では残留誘起電圧の回転周波数、位相を検出する手法に加え、残留誘起電圧が低過ぎて検出できない場合は、所定の電圧指令を一定時間与えることにより誘起電圧を再立ち上げして電動機の回転周波数および位相とインバータの周波数および位相が同じく定まるように同定を行う。

特開平８−３３１８９２号公報

特開平７−２５０４９６号公報 特開平７−２７４５８８号公報

しかしながら、上記従来技術（特開平８−３３１８９２号公報）での周波数の同定は、主に電圧のゼロクロスカウントにより行われているため、周波数が低いほど同定に時間がかかったり、同定の精度も悪くなる。

また、特開平７−２５０４９６号公報記載の従来技術では、フリーラン中（慣性回転中）の残留磁束の大きさに応じて、所定の電流指令値を設定しないと過電流が生じる恐れがある。

また、特開平７−２７４５８８号公報記載の従来技術では、残留誘起電圧が低い場合、所定の電圧指令を与え、電動機の磁束を発生させた後、再び電動機への電力供給を遮断して残留電圧の検出を行っている。そのため、再起動に至るまでに時間がかかる。また、電力供給遮断の際、残留誘起電圧値から回転周波数の同定を行うが、慣性モーメントが小さいケースではすぐに回転速度が低下し、残留誘起電圧が検出できないケースも生じる。

そこで、本発明では、誘導電動機の状態（回転周波数、残留誘起電圧）や慣性モーメントに左右されずに周波数を同定し、かつ、過電流を防ぐとともに電動機を速やかに安全に再起動できる方法を提供することを目的とする。

本発明において、上記の課題を解決するための第１の方法は、誘導電動機の電圧を検出する電圧検出手段と、慣性回転中に検出される検出残留誘起電圧から該誘導電動機の回転周波数と残留誘起電圧位相を演算する回転周波数演算手段Ａと、誘導電動機の電流を検出する電流検出手段と、該電流検出手段で検出された検出電流から前記誘導電動機の回転周波数を演算する回転周波数演算手段Ｂを備え、検出残留誘起電圧の大きさを調べ、検出残留誘起電圧が所定の電圧下限値より大きい場合には、前記回転周波数演算手段Ａによる回転周波数演算値に基づいて再起動を行ない、検出残留誘起電圧が所定の電圧下限値より小さい場合には、前記誘導電動機のに所定の出力指令値を加え、この時に発生するトルク電流を前記電流検出手段で検出し、該検出電流より回転周波数演算手段Ｂによって得られた
回転周波数演算値に基づいて再起動を行うことを特徴とするものである。

第２の方法は、前記第１の方法に加え、回転周波数演算手段Ｂは検出電流が所定値より大きいときには所定の電圧位相値を併せて出力することを特徴とするものである。

第３の方法は、前記第１または２の方法に加え、回転周波数演算手段Ａは検出残留誘起電圧を外部入力とする位相同期ループ（ＰＬＬ）回路で構成したことを特徴とするものである。

第４の方法は、前記第１または２の方法に加え、回転周波数演算手段Ｂは検出したトルク電流を外部入力とする比例−積分（ＰＩ）回路で構成したことを特徴とするものである。

第５の方法は、前記第１の方法に加え、トルク電流を発生させるために所定の出力指令値を与える際に、誘導電動機の電流が所定の値を越えないように、予め該出力指令値を設定することを特徴とするものである。

第６の方法は、前記第１または２の方法に加え、回転周波数の同定が完了した際に、周波数指令値を該同定値に設定し、励磁電流指令値を所定の初期値から所定のレートで所定値まで上げた後、もしくは該励磁電流指令値の上昇に付随して、該周波数指令値を所定のレートで所定値まで上げる手段を備えたことを特徴とするものである。

第６の方法は、前記第１の方法に加え、誘導電動機からの検出電流値の絶対値が所定の電流上限値をこえた場合、該検出電流値と該電流上限値の差に応じた大きさだけ、周波数指令値を加減する手段を備えたことを特徴とするものである。

本発明によれば、瞬時停電再起動時において、誘導電動機の回転周波数の同定を、回転周波数や残留電圧の大きさにかかわらず、速い応答で行うことが可能であり、インバータ電流が過大とならず、安定して速やかに誘導電動機を再起動させることができる。

以下、本発明の実施形態を図を引用して説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る誘導電動機の再起動制御ブロック図である。図１においては電源１からの三相交流電圧をコンバータ２で直流電圧に変換し、直流電圧を平滑する平滑コンデンサ３を設け、インバータ４により直流電圧を任意の周波数の三相交流電圧に変換し、誘導電動機５に入力する。

電源電圧の低下、もしくは瞬時停電を検出した際（停電検出部は図示せず）、インバータ４は誘導電動機５への電力供給を遮断し（遮断切り替え回路は図示せず）、誘導電動機はフリーラン状態（慣性回転）になる。復電後、誘導電動機５の電圧、電流を各々電圧検出器１１ａ（電圧検出手段）と電流検出器１１ｂ（電流検出手段）で検出し、制御部２０は、この検出値を入力し、三相交流電圧を生成する。生成された三相交流電圧はインバータ４を通して誘導電動機５に送られる。

制御部２０について説明する。電圧検出器１１ａで検出された残留誘起電圧は回転周波数検出部１２ａ（回転周波数演算手段Ａ）へ入力され、回転周波数および位相を演算し出力する。電流検出器１１ｂで検出された検出電流は、回転周波数検出部１２ｂ（回転周波数演算手段Ｂ）へ入力され、回転周波数を演算し出力する。回転周波数検出部１２ａ、１２ｂから出力された回転周波数演算値は切り替え部１３へ入力され、いずれか一方が選択され、出力される。切り替え部１３での選択は電圧検出器１１ａで検出した残留誘起電圧に基づいて行う。

具体的には、電圧検出器１１ａで検出できる下限値以上で、検出値が信頼できる場合は回転周波数検出部１２ａからの値を選択し、該残留誘起電圧が検出できる下限値以下の場合は回転周波数検出部１２ｂからの値を選択する。切り替え部１３により選択された回転周波数は、周波数指令補正部１４へ入力され、補正を行い周波数指令値が出力される。一方、切り替え部１３によって選択された回転周波数は電流指令演算部１５へ入力され、過電流とならないように設定された励磁電流指令値が出力される。電圧指令演算部１６は周波数指令値、励磁電流指令値を入力として電圧指令値を演算し出力する。出力電圧指令値は座標変換部１７により、三相交流電圧指令値に変換される。励磁電流指令値を設定することにより、インバータの出力電圧を設定し、これに応じて電動機の電圧、および磁束を設定することができる。

次に各部について説明する。

回転周波数検出部１２ａは、周波数偏差演算部、位相補正部、積分器で構成される位相同期ループ（ＰＬＬ）回路によって構成されている。電圧検出器１１ａで検出された電圧に対し、出力位相を用いて位相補正を行い、出力周波数と誘導電動機の回転周波数の偏差を演算し、誘導電動機の回転周波数と位相（電動機回転周波数を積分して得る）を求める。この演算は電圧が残っていれば、復電した後から誘導電動機に電力を供給するまでの間に行うことで、誘導電動機に電力を供給する時には既に誘導電動機の回転周波数の同定が完了できる。

回転周波数検出部１２ｂは、比例−積分（ＰＩ）回路で構成し、電流検出器１１ｂからの検出電流値Ｉｑを入力とし、数１式から誘導電動機の回転周波数ωｒと等しくなるようにω１を決定する。

Ｉｑ∝Ｍ／Ｌ２×（ω１−ωｒ）×Φ２ｄ 数１式
ここで、Ｍは誘導電動機の相互インダクタンス、Ｌ２は誘導電動機の二次側自己インダクタンス、ωｒは誘導電動機の回転周波数、Φ２ｄは残留磁束である。

具体的には、ω１を制御してＩｑをゼロにすることで、ω１をωｒに一致させる。

本発明では、このように２つの回転周波数検出部１２ａ、１２ｂにより回転周波数を求め、切り替え部１３により、いずれか一方を選択する構成としている。これにより、精度良く誘導電動機を同定させることができる。つまり、電圧検出器１１ａで検出された電圧値が検出できる下限値以下で、信頼性の低いものである場合には電流検出器１１ｂで検出された電流値によって回転周波数を求めることで、信頼性を向上させている。一方、数１式に示すように残留磁束Φ２ｄが大きい場合には、ω１−ωｒの値が小さくても、Ｉｑの値が大きくなってしまう。これは、過電流が流れていることを示し、素子の破壊につながる。したがって、この場合には電圧検出器１１ａから検出された電圧値によって、回転周波数検出部１２ａで回転周波数を求めることで、過電流の発生を防止することができる。

切り替え部１３によって選択された回転周波数は、電流指令演算部１５、周波数指令補正部１４に入力される。

電流指令演算部１５では同定したωｒと電圧検出器１１ａの検出電圧のｑ軸成分Ｖｑから数２式に示す様に、残留磁束Φ２ｄを推定し、それに合った励磁電流指令値Ｉｄを設定することで過電流が生じることを防ぐ。

Ｉｄ＝Φ２ｄ／Ｍ＝Ｖｑ／ωｒ×Ｌ２／Ｍ／Ｍ 数２式
ただし、Ｍは各々誘導電動機の相互インダクタンス、Ｌ２は二次側自己インダクタンスである。又、検出電圧が検出できる下限値以下の場合は、Ｉｄは過電流とならない程度の小さな値に設定する。

図２は周波数指令補正部１４の構成を示した図である。周波数指令補正部１４は電流絶対値演算部２１、電流値比較部２２、周波数指令補正演算部２３から構成されている。電流絶対値演算部２１で検出電流値の大きさを求め、電流値比較部２２で該検出電流の大きさが所定の電流上限値（過電流として設定された値）を越えた場合、その差分を演算する。そして、その差分に応じて周波数指令補正値演算部２３によって周波数指令値を下げる。周波数補正値は電流差分値に対し、例えば、比例するように出力される。

電圧指令演算部１６は、例えば、励磁電流指令と周波数指令、検出電流から得られるトルク電流（演算部は図示せず）、および電動機定数を用いて電圧指令を演算する。

座標変換部１７は、直流電圧である電圧指令に対し、演算位相もしくは演算周波数の積分値を用いて、三相交流電圧指令に座標変換する。

図３は制御部２０の復電してからの再起動の動作シーケンスを示すフローチャートである。図３に示す様に、誘導電動機の残留誘起電圧が所定の値（電圧検出器の精度）より大きい場合と、小さい場合の各々で、再起動シーケンスを切り替えて、電動機の回転周波数を同定する。この内容については、第一の実施形態で述べたとおりである。本実施形態では、このようにして回転周波数の同定が完了した後に、周波数指令値を該回転周波数に設定し、その後、励磁電流指令を所定のレートで所定値まで引き上げ、さらに、周波数指令値を所定のレートで所定値まで引き上げる。これら、引き上げレートについては、例えば、励磁電流指令は０から定格値まで電動機の２次時定数程度で引き上げ、周波数指令は誘導電動機が追従できる程度のレートで、過電流が生じない様に遅くすることが望ましい。

本実施形態によれば、残留電圧の大小によらず、過電流を防止して誘導電動機の回転周波数を同定できる。さらに、カウンタを用いず、電圧、電流値から直接、回転周波数を演算するため、演算の精度や応答時間は該回転周波数の大きさに左右されることがない。

又、本実施形態によれば、電流値が所定の上限値を越えた場合、その大きさに応じて周波数指令値を下げることにより、起動電流を安全な値に抑えることができる。

さらに、本実施形態によれば、励磁電流指令値を引き上げることにより、磁束が立ち上がり、トルクが立ち上がるため、誘導電動機の回転周波数が周波数指令値に追随し、その後、周波数指令値を徐々に引き上げることにより安全に瞬時停電前の状態に戻すことができる。

前記回転周波数検出部１２ｂ（回転周波数演算手段Ｂ）は、通常は検知されるトルク電流より回転周波数を演算するが、検出電流が所定値より大きいときには起動電流を安全な値にするため、所定の電圧位相値を出力するようにしている。

本発明の一実施形態に係るもので、誘導電動機の再起動制御ブロック図である。 本発明の一実施形態に係るもので、周波数指令補正手段１４を示した図である。 本発明の一実施形態に係るもので、誘導電動機の再起動動作シーケンスを示したフローチャート図である。

符号の説明

１…電源、２…コンバータ、３…平滑コンデンサ、４…インバータ、５…誘導電動機、１１ａ…電圧検出器（電圧検出手段）、１１ｂ…電流検出器（電流検出手段）、１２ａ…回転周波数検出部（電圧入力）（回転周波数検出手段Ａ）、１２ｂ…周波数検出部（電流入力）（回転周波数検出手段Ｂ）、１３…切り替え部、１４…周波数指令補正部、１５…電流指令演算部、１６…電圧指令演算部、１７…座標変換部、２０…制御部、２１…電流絶対値演算部、２２…電流値比較部、２３…周波数指令補正値演算部。

Claims (7)

1. 電源が瞬時停電もしくは電圧低下した場合、一時的にインバータから誘導電動機への電力供給を遮断し、該誘導電動機の慣性回転中に該誘導電動機に電力を供給するに際し、該誘導電動機への電力供給を調整しながら供給して該誘導電動機の再起動を行う瞬時停電再起動方法において、
   前記誘導電動機の電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記慣性回転中に検出される検出残留誘起電圧から該誘導電動機の回転周波数と残留誘起電圧位相を演算する回転周波数演算手段Ａと、
   前記誘導電動機の電流を検出する電流検出手段と、
   該電流検出手段で検出された検出電流から前記誘導電動機の回転周波数を演算する回転周波数演算手段Ｂを備え、
   前記検出残留誘起電圧の大きさを調べ、
   前記検出残留誘起電圧が所定の電圧下限値より大きい場合には、前記回転周波数演算手段Ａによる回転周波数演算値と残留誘起電圧位相に基づいて再起動を行ない、
   前記検出残留誘起電圧が所定の電圧下限値より小さい場合には、前記誘導電動機に所定の出力指令値を加え、この時に発生するトルク電流を前記電流検出手段で検出し、該検出電流より回転周波数演算手段Ｂによって得られた回転周波数演算値に基づいて再起動を行うことを特徴とする瞬時停電再起動方法。
2. 請求項１記載の方法において、前記回転周波数演算手段Ｂは、前記検出電流が所定値より大きいときには所定の電圧位相値を出力することを特徴とする瞬時停電再起動方法。
3. 請求項１または２に記載されている瞬時停電再起動方法において、前記回転周波数演算手段Ａは、前記検出残留誘起電圧を外部入力とする位相同期ループ（ＰＬＬ）回路で構成したことを特徴とする瞬時停電再起動方法。
4. 請求項１または２に記載されている瞬時停電再起動方法において、前記回転周波数演算手段Ｂは、検出したトルク電流を外部入力とする比例−積分（ＰＩ）回路で構成したことを特徴とする瞬時停電再起動方法。
5. 請求項１に記載されている瞬時停電再起動方法において、前記トルク電流を発生させるために所定の出力指令値を与える際に、前記誘導電動機の電流が所定の値を越えないように、予め該出力指令値を設定することを特徴とする瞬時停電再起動方法。
6. 請求項１または２に記載されている瞬時停電再起動方法において、前記回転周波数の同定が完了した際に、周波数指令値を該同定値に設定し、励磁電流指令値を所定の初期値から所定のレートで所定値まで上げた後、もしくは該励磁電流指令値の上昇に付随して、該周波数指令値を所定のレートで所定値まで上げる手段を備えたことを特徴とする瞬時停電再起動方法。
7. 請求項１記載の方法において、前記誘導電動機からの検出電流値の絶対値が所定の電流上限値をこえた場合、該検出電流値と該電流上限値の差に応じた大きさだけ、周波数指令値を加減する手段を備えたことを特徴とする瞬時停電再起動方法。
   
   

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