JP2005102396A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動機が低速で回転している状態から、インバータを始動する際、電気的かつ機械的な振動や擾乱を抑制し、安定かつスムーズに起動することが可能な電力変換装置の提供。
【解決手段】誘導電動機３に可変電圧可変周波数の交流電圧を印加するインバータ１と、誘導電動機３の回転速度を推定しインバータ１の出力電圧を制御して前記電動機を駆動する速度センサレス制御手段とを有する電力変換装置において、インバータ１を始動した直後に誘導電動機３の概略速度を推定し、該推定速度が低速であると判断した場合に、インバータ１が出力する周波数の初期値を回転したい方向の零でない値に設定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電気車や電気自動車の駆動装置に利用する速度センサレス制御を適用した電力変換装置に係り、特に、電動機が停止状態を含む低速回転している状態からインバータを始動する際、機械的な振動や擾乱を生じることなく、安定かつスムーズに始動するようにした電力変換装置に関する。

例えば、電気車制御においては、駅での停車中にインバータのゲートを止めて動作を停止し、また駅間走行においてインバータのゲートを止め動作を完全に停止して走行する惰行期間を設けることがある。

一般に、電動機の回転速度を検出することなく電動機のトルクや速度を制御する速度センサレス制御は、電動機の磁束又は誘起電圧に基づき回転速度すなわちロータ周波数を推定するため、上述した励磁を行わない停車中又は惰行中には、電動機の速度を正確に把握することはできず、現在、停車中であるのか高速回転中であるのかさえわからない。

一方、電気車制御における力行又はブレーキなどの指令によってインバータを始動する場合、乗り心地や信号系への影響から、電気的かつ機械的に安定でスムーズな始動が不可欠であり、このためには、インバータ出力周波数を回転速度すなわちロータ周波数に一致させて始動することが必要である。

かかる要請の下、速度検出器を備えた速度センサ付きベクトル制御方式を適用した電力変換装置では、ロータ周波数に一致したインバータ出力周波数を出力して始動することができる。

しかし、インバータの始動時に適切なインバータ出力周波数を与えない場合、上述したように、系の不安定化・過電流・過電圧・トルク急変などが生じ、乗り心地の劣化を生じたり、最悪の状態では保護動作に至ることがある。

これらを解決する手段として、速度センサレス制御を適用した電力変換装置において、インバータを始動の際に、通常運転時の回転速度推定方式とは異なる、概略のロータ周波数を推定するための制御期間を備える場合がある。ロータ周波数の概略値が推定できた時点で、このロータ周波数の推定値に基づき通常運転を開始する。

このような制御形態を実施する従来の速度センサレス制御を適用した電力変換装置の例を図１１に示す。

図１１において、主回路としてインバータ１、フィルタコンデンサ２、及び誘導電動機３からなり、電流検出器４は電動機３に流れる電流Ｉｕ，Ｉｗを検出し、座標変換器７によって、ＤＱ軸電流Ｉｄ，Ｉｑに変換される。

電圧演算部５では、外部から与えられた励磁電流指令ＩｄＲｅｆと励磁電流Ｉｄとが与えられ、トルク電流指令ＩｑＲｅｆとトルク電流Ｉｑとが一致するように出力電圧指令Ｖｄ^＊、Ｖｑ^＊を演算出力する。

座標変換器６では、ＤＱ軸出力電圧指令Ｖｄ^＊，Ｖｑ^＊を、３相電圧指令Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊に変換し、出力する。

ＰＷＭ制御部９では、３相電圧指令に基づき、例えば、三角波比較ＰＷＭ制御によってゲート指令を生成し、インバータ１を駆動制御する。

第１のインバータ出力周波数演算部２６は、インバータ始動直後に電動機の回転速度すなわちロータ周波数の概略を推定するためのものであり、第２のインバータ周波数演算部２７は、第１のインバータ周波数演算部２６で演算された概略のロータ周波数推定値ωＲＨ^＊に基づき通常の制御、具体的には、概略のロータ周波数をインバータ出力周波数の初期値に設定を行うものである。

第２のインバータ出力周波数演算部２６は、図２に示される、Ｄ軸誘起電圧演算部１５とインバータ出力周波数制御部１６とからなる。Ｄ軸誘起電圧演算部１５では、ＤＱ軸電圧指令Ｖｄ^＊，Ｖｑ^＊とＤＱ軸電流Ｉｄ，ＩｑとからＤ軸誘起電圧Ｅｄを演算出力する。インバータ出力周波数制御部１６では、入力であるＤ軸誘起電圧Ｅｄが零となるようにインバータ出力周波数指令ω１^＊を制御出力する。

このインバータ周波数指令演算部１５は、速度センサレスベクトル制御として公知であり、他にも各種の方式がある。第１のインバータ出力周波数演算部２６としては、他に特許文献１、特許文献２、特許文献３に示されるものがある。

インバータ出力周波数演算部１０の出力であるインバータ出力周波数指令ω１^＊は、加算器１２および加算器１３によって、それぞれ、インバータ出力周波数初期値ω１ｉｎｉ，インバータ出力周波数後退補正値ω１ｃｍｐを加算され、インバータ出力周波数ω１となる。

積分器８は、インバータ出力周波数ω１を積分し、座標変換器６，７で用いる、静止座標系の基準軸Ａ軸に対するＤ軸の位相角θを生成出力する。

すべり周波数演算部１１では、励磁電流指令ＩｄＲｅｆとトルク電流指令ＩｑＲｅｆとに基づき、すべり周波数基準ωｓ^＊を算出する。減算器１４において、インバータ出力周波数ω１からすべり周波数基準ωｓ^＊を減算し、ロータ周波数推定値ωＲＨを生成する。
特開平１１−２８５３００号公報 特開平１１−３４６５００号公報 特開２０００−２５３５０６号公報

上記のように従来の速度センサレス制御を適用した電力変換装置では、第１のインバータ出力周波数演算部２６によって、概略のロータ周波数の推定しても、電動機が低速回転している状態では、精度よくロータ周波数を推定することは困難であり、推定誤差が生じ易い。誤差をもったロータ周波数推定値に基づき通常運転のための制御に移行した場合、条件によっては、機械的な振動や擾乱を誘発する。

かかる電力変換装置が、電車の駆動用装置である場合、インバータ始動時の乗り心地が劣化する場合がある。特に、このような状況は、停止ないしは前進回転して状態であるのに、誤って後退中であると推定した場合など回転したい方向とは逆方向のトルクを生じる場合に顕著となる。

また、後退していいる状態で、誤ってロータ周波数が前進低速回転であると推定した場合、所定トルクが生じないために加速不良の発生又は電気的な振動を引き起こす場合がある。

本発明の目的は、電動機が低速で回転している状態から、インバータを始動する際、電気的かつ機械的な振動や擾乱を抑制し、安定かつスムーズに起動することが可能な電力変換装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、電動機に可変電圧可変周波数の交流電圧を印加するインバータと、前記電動機の回転速度を推定し前記インバータの出力電圧を制御して前記電動機を駆動する速度センサレス制御手段とを有する電力変換装置において、
前記インバータを始動した直後に前記電動機の概略速度を推定し、該推定速度が低速であると判断した場合に、前記インバータが出力する周波数の初期値を回転したい方向の零でない値に設定する概略回転速度推定手段を具備することを特徴とする。

また、上記目的を達成するために、本発明は、電動機に可変電圧可変周波数の交流電圧を印加するインバータと、前記電動機の回転速度を推定し前記インバータの出力電圧を制御して前記電動機を駆動する速度センサレス制御手段とを有する電力変換装置において、
前記インバータを始動した直後に前記電動機の概略速度を推定し、該推定速度が低速であると判断した場合に、前記インバータが出力する周波数の初期値を、前記電動機の回転周波数より回転したい方向に大きく設定する概略回転速度推定手段を具備することを特徴とする。

本発明によれば、速度推定が困難である低速回転からのインバータ始動において、回転したい方向とは逆向きのトルクが生じにくくなることから、機械負荷に存在する共振やバックラッシュなどに起因する振動・擾乱を抑制し、安定かつスムーズな始動が実現でき、電車や電気自動車の駆動装置に利用する場合、乗り心地の改善が期待できる。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態の電力変換装置の概略構成を示すブロック図である。

本実施形態は、公知である速度センサレスベクトル制御によって誘導電動機のトルク制御を行うものである。

図１において、ＶＶＶＦインバータ１の直流入力側にはフィルタコンデンサ２が接続され、交流出力側には、誘導電動機３が接続される。なお、ＶＶＶＦインバータ１の直流入力側は図示しない直流電圧源が設けられる。

電流検出器４では、誘導電動機３に流れる電流Ｉｕ，Ｉｗを検出し、該検出した電流Ｉｕ，Ｉｗは、座標変換器７によって、ＤＱ軸電流Ｉｄ，Ｉｑに変換される。

電圧演算部５では、外部から励磁電流指令ＩｄＲｅｆと励磁電流Ｉｄとが与えられ、これら励磁電流指令ＩｄＲｅｆ及び励磁電流Ｉｄがトルク電流指令ＩｑＲｅｆ及びトルク電流Ｉｑに一致するようにＤＱ軸出力電圧指令Ｖｄ^＊、Ｖｑ^＊を演算出力する。

座標変換器６では、ＤＱ軸出力電圧指令Ｖｄ^＊，Ｖｑ^＊を、３相電圧指令Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊に変換し、出力する。

ＰＷＭ制御部９では、座標変換器６からの３相電圧指令に基づき、例えば、三角波比較ＰＷＭ制御によってゲート指令を生成し、インバータ１を駆動制御する。

インバータ出力周波数ω１の演算に関し、インバータ始動直後に概略の回転速度、すなわちロータ周波数を推定するための第１のインバータ出力周波数演算部２６と、インバータ始動の後、通常の速度センサレス制御運転のためロータ周波数を推定しインバータ出力周波数の演算を行う第２のインバータ出力周波数演算部２７とが設けられている。

第１のインバータ出力周波数演算部２６にて、インバータの始動直後、概略のロータ周波数ωＲＨ^＊を演算推定し、この推定した概略のロータ周波数ωＲＨ^＊に基づき第２のインバータ周波数演算部２７にて通常運転に移行する。

第２のインバータ出力周波数演算部２７の詳細を図２に示す。

図２示すように、第２のインバータ出力周波数演算部２７は、通常の速度センサレス制御運転を行うため、Ｄ軸誘起電圧演算部１５とインバータ出力周波数制御部１６とを有する。Ｄ軸誘起電圧演算部１５では、ＤＱ軸電圧指令Ｖｄ^＊，Ｖｑ^＊とＤＱ軸電流Ｉｄ，ＩｑとからＤ軸誘起電圧Ｅｄを演算出力する。インバータ出力周波数制御部１６では、入力であるＤ軸誘起電圧Ｅｄが零となるようにインバータ出力周波数指令ω１^＊を制御出力する。このインバータ周波数指令演算部１５は、速度センサレスベクトル制御として公知であり、他にも各種の方式がある。

また、第２のインバータ周波数演算部２７では、第１のインバータ出力周波数演算部２６の出力である概略のロータ周波数ωＲＨ^＊を入力として、インバータ出力周波数の初期値を決定する機能がある。概略のロータ周波数ωＲＨ^＊の絶対値を絶対値演算器２９にて演算し、それを比較器３０において、所定値と比較する。所定値以上である場合、高速回転であると判断し、この概略のロータ周波数ωＲＨ^＊をインバータ出力周波数の初期値ω１ｉｎｉとして設定する。

一方、概略のロータ周波数ωＲＨ^＊の絶対値が、所定値未満である場合には、概略のロータ周波数ωＲＨ^＊でなく所定のα［Ｈｚ］をインバータ出力周波数の初期値ω１ｉｎｉとして設定する（請求項２に対応）。

ここで、所定値αは５Ｈｚ程度に設定する。ただし、本実施形態においては、インバータ１の出力電圧が最大となるインバータ出力周波数が５０Ｈｚであり、ここでは前進（周波数がプラス方向）したいことを前提にインバータを始動した状況とするものである。後進（周波数がマイナス）したい場合には、各数値の符号を逆にする必要がある。

インバータ出力周波数の初期値ω１ｉｎｉは、加算器１２において、インバータ出力周波数制御部１６の出力に加算補正される。

第２のインバータ出力周波数演算部２７の出力であるインバータ出力周波数指令ω１^＊は、加算器１３によって、インバータ出力周波数後退補正値ω１ｃｍｐを加算され、インバータ出力周波数ω１となる。

ここで、インバータ出力周波数後退補正部２１は、図３のように構成される。

図３に示すように、インバータ出力周波数後退補正部２１は、タイマー１７でインバータを始動してから経過した時間を算出する。ただし、タイマー１７は、インバータを始動してから経過した時間でなく、トルク指令をかけ始めてから経過した時間としてもよい。

比較器１８では、タイマー１７の出力であるインバータ始動後の経過時間が所定値Ｔｓｅｔより大きい場合に１を、小さい場合に０を出力する。立ち上がり検出器２３では、入力である比較器１８の出力が０から１に変化した場合（瞬間）にだけ１を出力し、そうでない場合は０を出力する。

比較器２２では、インバータ出力周波数ω１と後退検知のための設定周波数ω１ｓｅｔとを比較し、ω１＜ω１ｓｅｔである場合に１を、そうでない場合に０を出力する。

アンド回路２４は、比較器２２の出力と立ち上がり検出器２３の出力とのアンドをとり、出力する。ＲＳフリップフロップ２５では、アンド回路２４の出力が１である場合に、出力を１にし、インバータの動作指令Ｇｓｔ＿が動作停止を表す１である場合に０を、ＲｅａｒＤｅｔとして出力する。ＲｅａｒＤｅｔ＝１は後退を検知した状態をあらわす。

スイッチ１９では、ＲｅａｒＤｅｔ＝０の場合に０を、ＲｅａｒＤｅｔ＝１の場合にω１Ｒｅａｒを出力する。

変化率リミッタ２０では、出力の変化率を制限しながら、入力に追従した値をインバータ出力周波数補正量ω１ｃｍｐとして出力する。ここに、ω１ｒｅａｒは−５Ｈｚ程度に設定する。

積分器８は、インバータ出力周波数ω１を積分し、座標変換器６，７で用いる（静止座標系の基準軸Ａ軸に対する）Ｄ軸の位相角θを生成出力する。

更に、回転速度すなわちロータ周波数は、次のように推定できる。すべり周波数演算部１１では、励磁電流指令ＩｄＲｅｆとトルク電流指令ＩｑＲｅｆとに基づき、すべり周波数基準ωｓ^＊を算出する。減算器１４において、インバータ出力周波数ω１からすべり周波数基準ωｓ^＊を減算し、ロータ周波数推定値ωＲＨを生成する。

以上の構成された本実施形態の電力変換装置の作用効果を以下に示す。

インバータの始動直後、第１のインバータ出力周波数演算部２６によって、概略のロータ周波数ωＲＨ^＊が推定される。実際の回転速度すなわちロータ周波数が高い場合、概略のロータ周波数推定値の精度は高く、この推定結果の信頼性は高い。第２のインバータ出力周波数演算部２７では、概略のロータ周波数推定値が所定値を超えて高速回転であると判断した場合、その値をインバータ出力周波数の初期値として設定する。

一方、実際のロータ周波数が低い場合、第１のインバータ出力周波数演算部２６で推定される概略のロータ周波数推定精度は低いため、第２のインバータ出力周波数演算部２７において、この値を用いず、インバータ出力周波数の初期値にはα［Ｈｚ］を設定する。

第１のインバータ出力周波数演算部２６を特開２００２−２８１６０５号公報として構成した場合、電動機３が停止した状態からのインバータ始動では、図４のような動作となる。インバータ始動直後には、第１のインバータ出力周波数演算部２６がインバータ出力周波数ω１に作用する。インバータ出力周波数ω１は適当な初期値を与えられ、Ｄ軸誘起電圧などの評価指標が減少する方向に調整される。

電動機が停止した状態からインバータを始動したこの場合、インバータ出力周波数ω１は０Ｈｚ方向に収束していく。所定時間経過後のインバータ出力周波数ω１を概略のロータ周波数ωＲＨ^＊として設定する。この概略のロータ周波数ωＲＨ^＊は第２のインバータ出力周波数演算部２７に入力され、所定値を超えていなければ低速回転であると判断される。低速回転と判断された場合、インバータ出力周波数基準ω１^＊の初期値ω１ｉｎｉは５Ｈｚ（＝αＨｚ）に設定される。実際のロータ周波数は０Ｈｚであるため、インバータ出力周波数ω１は、第２のインバータ出力周波数演算部２７のインバータ周波数制御部１６の作用により、初期値５Ｈｚから０Ｈｚへと収束していく。

図５は、電動機が高速回転中にインバータを始動した動作である。インバータ始動直後には、第１のインバータ出力周波数演算部２６がインバータ出力周波数ω１に作用する。インバータ出力周波数ω１は適当な初期値を与えられ、Ｄ軸誘起電圧などの評価指標が減少する方向に調整される。インバータ出力周波数ω１は真のロータ周波数に収束していく。所定時間経過後のインバータ出力周波数ω１を持って、概略のロータ周波数ωＲＨ^＊とする。これが所定値を超えているため高速回転と判断される。高速回転と判断された場合、第２のインバータ出力周波数演算部２７において、インバータ出力周波数基準ω１^＊の初期値は概略のロータ周波数推定値ωＲＨ^＊に設定され、その後、インバータ出力周波数ω１は適正な値に収束していく。

図６は、低速かつ前進方向に電動機が回転している状態でインバータを始動したものである。第１のインバータ出力周波数演算部２６によって、概略のロータ周波数ωＲＨ^＊が所定値より小さく、低速回転であると判断され、インバータ出力周波数ω１の初期値は５Ｈｚに設定される。第２のインバータ出力周波数演算部２７のインバータ周波数制御部１６の作用により、その後、速やかに実際のロータ回転周波数へと収束する。

図７は、電動機が低速かつ後進方向（回転したい方向とは逆方向）に回転している状態からインバータを起動したものである。図６の場合と同様、低速回転であると判断され、インバータ出力周波数ω１の初期値は５Ｈｚに設定される。第２のインバータ出力周波数演算部２７のインバータ周波数制御部１６の作用によって、インバータ出力周波数ω１は、零Ｈｚへと収束する。インバータ出力周波数が零Ｈｚとなったことで、誘起電圧が生じなくなり（誘起電圧は磁束×インバータ出力周波数であるため）、ロータ周波数の情報は完全に得られなくなる。この後、インバータ出力周波数がロータ周波数に収束することは保証できない。インバータ出力周波数後退補正部２１では、インバータを始動してからの経過時間がＴｓｅｔを越えた時、インバータ出力周波数ω１を後退検知のための設定周波数ω１ｓｅｔと比較する。ω１ｓｅｔを例えば、プラス数Ｈｚに設定しておけば、後退（ＲｅａｒＤｅｔ＝１）と判断される。インバータ出力周波数補正量ω１ｃｍｐは、スイッチ１９および変化率リミッタ２０の作用によって、徐々に漸減し（この場合、マイナス方向に増加）し、やがてω１ｒｅａｒに達する。インバータ出力周波数ω１は、この補正量ω１ｃｍｐによって、マイナス方向に増加していくが、誘起電圧が生じるようになったところで、第２のインバータ出力周波数演算部２７のインバータ周波数制御部１６の作用により、ロータ周波数とすべり周波数との加算値近傍へと収束し、適正なトルクが生じていく。

以上のように、本実施形態によれば、電動機が停止、前進低速回転、後退低速回転中のいずれの場合にも、安定かつスムーズな起動が実現できる。特に、電動機が停止又は極低速回転であり、誘起電圧が正確に捉えにくい（インバータ出力周波数が小さいため、誘起電圧が小さくなる。他の誤差電圧に埋もれてしまうため、正確な誘起電圧を演算することが困難となる。特に、インバータ出力周波数が零である場合、誘起電圧＝０となるため、原理的に推定ができない。逆に回転速度が多少でていると、誘起電圧の情報精度が高いため、インバータ出力周波数の収束性は高く、不要なトルクは生じにくい）状況において、インバータ出力周波数の初期値をインバータ出力周波数＞ロータ周波数（前進したいと仮定）となるように設定している。

これは、すべり周波数＞０という状態であり、プラスのトルク（回転しようとする方向のトルク）が生じる状態である。よって、インバータ始動直後には、真のロータ周波数を精度よく推定できなくとも、回転したい方向とは逆方向のトルクが生じ一旦逆回転することを回避することができる。回転したい方向と逆のトルクをかけることは、電動機につながる機械的な負荷に対し、逆向きの（運動）エネルギーを注入することであり、機械的共振やバックラッシュなどが要因となる振動や擾乱などを誘発しやすい。電気車の駆動装置に適用する場合、逆トルクによって、乗り心地が劣化する。また本実施形態により、この逆トルクが生じることを回避することが可能であるため、安定かつスムーズな始動が期待できる。

なお、インバータ出力周波数初期値ω１ｉｎｉを５Ｈｚとして設定するのは、次の理由による。一般にインバータ出力電圧の誤差（素子の電圧降下やデッドタイムの影響など）が、誘起電圧の推定に影響を与え、ロータ周波数の推定を行う速度センサレスベクトル制御に多大な影響を与えるのは、インバータが最大電圧を出力するインバータ出力周波数（ベース周波数）を１００％として考えた場合、概ね１０％周波数以下である。よって、インバータ出力周波数初期値を高く設定した方が、より高速回転である場合に速やかにインバータ出力周波数が収束（速度推定）が可能である一方、低速回転中には、時間を要する。よって、１０％周波数程度が妥当である。

本実施形態において、インバータ周波数後退補正部２１において、後退検知の判断は、インバータ周波数ω１に基づいて行っているが、ロータ周波数推定値ωＲＨに基づき判断しても同様の作用効果を得る。インバータ周波数ω１とロータ周波数推定値ωＲＨは、すべり周波数演算部１１によって演算されるすべり周波数基準値分の差異しかもたない。よって、トルク不足状態により加速不良であって、インバータ周波数が漸増していかない状況では、ロータ周波数推定値ωＲＨも漸増していかない。よって、ロータ周波数推定値に基づき加速不良すなわち後退中であることを判断できる。

本実施形態は、誘導電動機に基づく構成を示しているが、永久磁石電動機、永久磁石リラクタンス電動機等でも、同様の作用効果を得る。

（第２実施形態）
図８は、本発明の第２実施形態の概略構成を示すブロック図である。

本実施形態は、第１実施形態と比べ、インバータ出力周波数後退補正部２１に差異があるのみであるため、他を省略して説明する。

インバータ出力周波数後退補正部２１の詳細を図９に示す。図３に示した第１実施形態のインバータ出力周波数後退補正部２１とは、比較器２２への入力が異なるため、他を省略して説明する。

インバータ出力周波数後退補正部２１には、ＤＱ軸電圧指令Ｖｄ^＊，Ｖｑ^＊とＤＱ軸電流Ｉｄ，Ｉｑとインバータ出力周波数ω１が入力される。Ｑ軸誘起電圧演算部３２において、誘起電圧のＱ軸成分であるＱ軸誘起電圧Ｅ２Ｑを計算する。Ｑ軸誘起電圧Ｅ２Ｑは、例えば、次式によって演算できる。

Ｅ２Ｑ＝Ｖｑ^＊−Ｒ１×Ｉｑ−σ×Ｌ１×ω１×Ｉｄ （１）
ここに、Ｒ１：１次抵抗値、
σ：漏れ係数（＝１−Ｍ×Ｍ／Ｌ１／Ｌ２）、
Ｌ１：１次自己インダクタンスである。

一方、Ｑ軸誘起電圧基準演算部３３には、インバータ出力周波数ω１が入力され、例えば次式のように、Ｑ軸誘起電圧の基準量Ｅ２Ｑ^＊を演算出力する。

Ｅ２Ｑ^＊＝ω１×Ｍ２／Ｌ２×Ｉｄ （２）
減算器３４では、Ｑ軸誘起電圧基準Ｅ２Ｑ^＊からＱ軸誘起電圧Ｅ２Ｑを減算する。減算器３４は、絶対値演算部３５に入力され、その絶対値が演算される。絶対値演算部３５の出力は、比較器２２へと入力される。

比較器２２では、絶対値演算部３５の出力であるＡｂｓＥ２Ｑと所定の設定値ＡｂｓＥ２Ｑｓｅｔとを比較する。ＡｂｓＥ２ＱがＡｂｓＥ２Ｑｓｅｔより大きい場合に１を、小さい場合に０を出力する。

以上の構成により、Ｑ軸誘起電圧によって、電動機が後退していることを検出することができる。通常のセンサレス制御へと移行した直後は、インバータ出力周波数が正であるため、電動機が後退している状態から起動した場合には、すべり周波数が適切でない。このとき、磁束が目標値に増加せず小さい値を維持するため、Ｑ軸誘起電圧の大きさが本来の大きさ、すなわち、Ｑ軸誘起電圧基準に比べ小さい値となる。よって、Ｑ軸誘起電圧Ｅ２Ｑをその基準値Ｅ２Ｑ^＊と比較し、その偏差が大きい場合に、後退していることを検知することができる。

なお、本実施形態では、後退の指標として、Ｑ軸誘起電圧を参照している。しかしながら、ベクトル制御においては、Ｄ軸誘起電圧が零であるように制御するものであるため、Ｑ軸誘起電圧の代わりに、誘起電圧の大きさ（ＤＱ軸誘起電圧のベクトル長）としても、同様な作用効果を得ることができる。

また、減算器３４で出力演算されるＱ軸誘起電圧の偏差は、次のような構成によっても、算出することができる。図１０は、電圧制御部５の詳細を示すものである。電動機定数を用い、所定の励磁電流指令ＩｄＲｅｆとトルク電流指令ＩｑＲｅｆに一致した電流が流れるように、フィードフォワード的に電圧を演算するフィードフォワード（ＦＦ）電圧演算部３６がある。また、実際のＤＱ軸電流値が上記電流指令と一致するように、ＤＱ軸出力電圧をＰＩ制御などによって補正する電流制御部３７がある。フィードフォワード電圧演算部３６の出力と電流制御部３７の出力とは、加算器４０、４１において加算され、出力電圧指令Ｖｄ^＊，Ｖｑ^＊となる。

ここに、電流制御部３７のＱ軸電圧補正量ＶｑＰＩを、前記絶対値演算部３５へと入力する。このＱ軸電圧演算量ＶｑＰＩは、実際のＱ軸誘起電圧Ｅ２ＱとＱ軸誘起電圧基準Ｅ２Ｑ^＊との差異を補償する作用がある。よって、この電流制御の出力であるＱ軸電圧補正量ＶｑＰＩに基づいて、後退を検知することも可能である。

また、同様に、後退から起動した場合には、適切なすべりを維持できず、磁束が小さいため、誘起電圧の大きさが小さくなる。このとき、電動機にかかる電圧と電流の位相差も、異なる値を示す。よって、電動機にかかる電圧と電流の位相差、すなわち、電動機の力率によって、後退中であることを判断することも可能である。

なお、本願発明は、上記各実施形態に限定されるものでなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は可能な限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合、組み合わされた効果が得られる。さらに、上記各実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が省略されることで発明が抽出された場合には、その抽出された発明を実施する場合には省略部分が周知慣用技術で適宜補われるものである。

本発明の第１実施形態の電力変換装置を示すブロック図。 同実施形態における第２のインバータ出力周波数演算部のブロック図。 同実施形態におけるインバータ出力周波数後退補正部のブロック図。 同実施形態における電動機が回転停止からインバータを始動した際の動作を示す図。 同実施形態における電動機が前進高速回転からインバータを始動した際の動作を示す図。 同実施形態における電動機が前進低速回転からインバータを始動した際の動作を示す図。 同実施形態における電動機が後退低速回転からインバータを始動した際の動作を示す図。 本発明の第２実施形態の電力変換装置を示すブロック図。 同実施形態におけるインバータ出力周波数後退補正部のブロック図。 同実施形態におけるＱ軸誘起電圧偏差演算の構成例を示す図。 従来の電力変換装置の一例を示す図。

符号の説明

１…インバータ、２…フィルタコンデンサ、３…誘導電動機、４…電流検出器、５…電圧演算部、６…座標変換器、７…座標変換器、８…積分器、９…ＰＷＭ制御部、１１…すべり周波数演算部、１２…加算器、１３…加算器、１４…加算器、１５…Ｄ軸誘起電圧演算部、１６…インバータ出力周波数制御部、１７…タイマー、１８…比較器、１９…スイッチ、２０…変化率リミッタ、２１…インバータ出力周波数後退補正部、２２…比較器、２３…立ち上がり検出器、２４…アンド回路、２５…ＲＳフリップフロップ、２６…第１のインバータ出力周波数演算部、２７…第２のインバータ出力周波数演算部、２８…スイッチ、２９…絶対値演算器、３０…比較器、３１…スイッチ、３２…Ｑ軸誘起電圧演算部、３３…Ｑ軸誘起電圧基準演算部、３４…減算器、３５…絶対値演算部、３６…フィードフォワード（ＦＦ）電圧演算部、３７…電流制御部、３８…減算器、３９…減算器、４０…加算器、４１…加算器。

Claims (8)

1. 電動機に可変電圧可変周波数の交流電圧を印加するインバータと、前記電動機の回転速度を推定し前記インバータの出力電圧を制御して前記電動機を駆動する速度センサレス制御手段とを有する電力変換装置において、
   前記インバータを始動した直後に前記電動機の概略速度を推定し、該推定速度が低速であると判断した場合に、前記インバータが出力する周波数の初期値を回転したい方向の零でない値に設定する概略回転速度推定手段を具備することを特徴とする電力変換装置。
2. 請求項１に記載の電力変換装置において、
   前記インバータの出力周波数の初期値は、前記インバータの出力電圧が飽和するときの出力周波数の１０％以下であることを特徴とする電力変換装置
3. 電動機に可変電圧可変周波数の交流電圧を印加するインバータと、前記電動機の回転速度を推定し前記インバータの出力電圧を制御して前記電動機を駆動する速度センサレス制御手段とを有する電力変換装置において、
   前記インバータを始動した直後に前記電動機の概略速度を推定し、該推定速度が低速であると判断した場合に、前記インバータが出力する周波数の初期値を、前記電動機の回転周波数より回転したい方向に大きく設定する概略回転速度推定手段を具備することを特徴とする電力変換装置。
4. 請求項１又は３に記載の電力変換装置において、
   前記インバータを始動後、所定時間経過した後に回転速度の推定値に基づき回転速度が所定値を超えていない場合に後退していると判断する後退検知手段と、
   この後退検知手段により後退を検知した場合に前記インバータの出力周波数を回転したい方向とは逆方向に補正する手段と
   を具備することを特徴とする電力変換装置。
5. 請求項４に記載の電力変換装置において、
   前記後退検知手段は、前記回転速度の推定値に代わり、前記インバータの出力周波数に応じて後退を判断することを特徴とする電力変換装置。
6. 請求項４に記載の電力変換装置において、
   前記後退検知手段は、前記インバータ始動後の経過で後退を判断するのではなく、トルク指令をかけはじめてからの経過時間で後退を判断することを特徴とする電力変換装置。
7. 請求項４に記載の電力変換装置において、
   前記後退検知手段は、前記回転速度の推定値に代わりに、誘起電圧を演算し該演算された誘起電圧に基づき後退を判断することを特徴とする電力変換装置。
8. 請求項４に記載の電力変換装置において、
   前記後退検知手段は、前記回転速度の推定値に代わり前記電動機にかかる電圧と電流との位相差に基づき後退を判断することを特徴とする電力変換装置。

Images