JP2009033931A

JP2009033931A - 誘導電動機の制御装置

Info

Publication number: JP2009033931A
Application number: JP2007197826A
Authority: JP
Inventors: Masamitsu Takizawa; 将光滝沢; Masahiko Hanazawa; 昌彦花澤
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2007-07-30
Filing date: 2007-07-30
Publication date: 2009-02-12

Abstract

【課題】電力変換装置の交流出力が中断されてフリーラン状態にある誘導電動機の回転速度を推定して再起動させる誘導電動機の制御装置を提供する。
【解決手段】交流電源１の瞬時停電が解消すると、座標変換器１３に入力される出力電圧指令値Ｖｑ^*と出力電圧指令値Ｖｄ^*とが共に零電圧に設定され、積分器１５への入力も電流調節器２０の出力である誘導電動機３の回転速度推定値ω₁ ^#に切換わり、誘導電動機３のトルク軸成分の電流Ｉｑは、零に向かって収束する。以降の電流Ｉｑが所定の判定レベル以内の状態で所定の時間を継続した直前に、周波数判別器１８からの指令により、加減速演算器１１の出力値をこのときの回転速度推定値ω₁ ^#に設定することで、加減速演算器１１の出力値は回転速度推定値ω₁ ^#から周波数指令値ω₀ ^*と等しい周波数設定値ω₁ ^*に向かって変化するので、ショックなしに誘導電動機３は通常の運転状態に復旧することができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、運転中に瞬時停電などによって電力変換装置の交流出力が中断されてフリーラン状態にある誘導電動機の回転速度を推定して再起動する機能を備えた誘導電動機の制御装置に関する。

任意の電圧・周波数の交流電力を出力する電力変換装置は商用電源などを入力電源としていることから、落雷や配電線路の切り換えなどで電力変換装置への電力供給が一時的に中断されることがあると、その間は誘導電動機への電力供給は中断される。この電力中断期間中では誘導電動機はフリーラン状態となるため、その回転数は徐々に低下する。やがて前記入力電源が回復すれば、当該誘導電動機は再び交流電力の供給を受けて運転を再開することができるが、電力変換装置が出力する交流電力の電圧・周波数が、その時点での誘導電動機の回転速度に対応した値より大であると、該電力変換装置から該誘導電動機へ大きな突入電流が流れる不具合が生じる。また、これとは逆に電力変換装置が出力する交流電力の電圧・周波数が、その時点での誘導電動機の回転速度に対応した値より小であると、該誘導電動機から該電力変換装置へ大きな回生電流が流れる不具合が生じる。それ故に、入力電源が回復して誘導電動機の運転を再開するに当たっては、先ず、当該誘導電動機のその時点での回転速度を検出しておく必要がある。
特開平２００２−３６９５９７号公報

電力変換装置の交流出力が中断されてフリーラン状態にある誘導電動機の時々刻々の回転速度を検出できるようにするためには、速度発電機やパルスジェネレータなどの回転速度検出手段を該誘導電動機に結合しておくことが考えられるが、このような回転速度検出手段を誘導電動機に取り付けるためには、該誘導電動機の軸端を加工しなければならない不都合があるし、これらを取り付けるスペースを確保することが困難な場合も多い。そこで速度発電機やパルスジェネレータを備えることができない場合は、停電によりフリーラン状態になった誘導電動機を一旦停止させてから再起動することになる。しかしごく短時間の停電、いわゆる、瞬時停電であっても、その都度誘導電動機が停止するまで待つのでは、運転再開までの無駄時間が多くなって該誘導電動機を動力源とする機械装置の稼働率が低下する不都合がある。

そこでこの発明の目的は、運転中に瞬時停電などによって電力変換装置の交流出力が中断されてフリーラン状態にある誘導電動機の回転速度を、該誘導電動機に前記回転速度検出手段を結合せずに検出し、検出した回転速度に対応した電圧・周波数の交流電力を該誘導電動機に与えることで、運転を再開できるようにした誘導電動機の制御装置を提供することにある。

この第１の発明は、任意の電圧・周波数の交流電力を出力する電力変換装置により誘導電動機を可変速駆動する制御装置において、
フリーラン中の前記誘導電動機に前記電力変換装置を介して零電圧を印加する零電圧印加手段と、この零電圧印加中に前記電力変換装置から前記誘導電動機に流れる電流に基づいて、該誘導電動機の回転速度推定値を導出する回転速度推定手段と、得られた前記回転速度推定値に基づいて前記誘導電動機を再起動させる再起動手段とを備えたことを特徴とする。

また第２の発明は、前記第１の発明の誘導電動機の制御装置において、
前記零電圧印加手段では前記誘導電動機のトルク軸成分および励磁軸成分の電圧指令値それぞれを零に設定することを特徴とする。

さらに第３の発明は、前記第１または第２の発明の誘導電動機の制御装置において、
前記回転速度推定手段では前記零電圧印加中の前記誘導電動機のトルク軸成分の電流を零にする調節演算を行い、この調節演算結果に基づいて該誘導電動機の回転速度推定値を導出することを特徴とする。

この発明は、運転中に瞬時停電などによって電力変換装置の交流出力が中断されてフリーラン状態にある誘導電動機では、この瞬時停電を含む短期間中には残留電圧が存在することに着目してなされたものであり、このときの誘導電動機の回転速度は、該誘導電動機に速度発電機やパルスジェネレータなどの回転速度検出手段を結合せずに、停電が回復すれば後述の如く検出でき、検出した回転速度に対応した電圧・周波数の交流電力を該誘導電動機に与えるようにしたことで、ショックレスで運転を再開することができる。

図１は、この発明の実施の形態を示す誘導電動機の制御装置の回路構成図であり、１は商用電源などの交流電源、２は交流電源１を入力電源として任意の電圧・周波数の交流電力を出力するインバータ装置などの電力変換装置、３は前記交流電力で可変速駆動される誘導電動機、１０は電力変換装置２を介して誘導電動機３を所望の状態に制御する制御装置である。

この制御装置１０は加減速演算器１１、出力電圧演算器１２、座標変換器１３、ＰＷＭ制御器１４、積分器１５、電流検出器１６、座標変換器１７、周波数判別器１８、加算演算器１９、電流調節器２０、切換スイッチ２１，２２から形成され、いわゆる、誘導電動機のＶ／ｆ（電圧／周波数）制御と称される回路構成である。

すなわち、通常の運転状態では、周波数判別器１８の出力により切換スイッチ２１，２２それぞれはａ接点側に閉路した状態になっており、加減速演算器１１では入力される周波数指令値ω₀ ^*を予め設定された単位時間当たりの加速値または減速値に基づいて直線的に変化させ、最終的には周波数指令値ω₀ ^*と等しい周波数設定値ω₁ ^*を出力し、出力電圧演算器１２では入力される周波数設定値ω₁ ^*に対応した電圧値を誘導電動機２のトルク軸成分の出力電圧指令値Ｖｑ^*と出力する演算を行っている。

また、座標変換器１３では出力電圧指令値Ｖｑ^*と、無効電圧指令として与えられる誘導電動機２の励磁軸成分の出力電圧指令値Ｖｄ^*とを、出力周波数設定値ω₁ ^*を積分器１５により時間積分演算して得られる位相角θ₁に基づく座標変換を行い、電力変換装置２が出力する３相の電圧指令値Ｖｕ^*，Ｖｖ^*，Ｖｗ^*を生成している。さらにＰＷＭ制御器１４では入力される３相の電圧指令値Ｖｕ^*，Ｖｖ^*，Ｖｗ^*それぞれをパルス幅変調（ＰＷＭ）制御して、電力変換装置２を形成する逆変換器のそれぞれのスイッチング素子へのオン・オフ信号を生成している。

以下に加減速演算器１１、出力電圧演算器１２、座標変換器１３、ＰＷＭ制御器１４、積分器１５それぞれが上述の如き制御動作をして誘導電動機３が運転中に、交流電源１に瞬時停電が発生し、電力変換装置２の交流出力が中断されてフリーラン状態にある誘導電動機３の回転速度を推定して再起動する際の制御装置１０の動作を、図２，３に示した波形図を参照しつつ、説明する。

先ず、交流電源１に、例えば、瞬時停電が発生すると、図１には図示しない運転シーケンス回路がこれを検知して、電力変換装置２を形成する逆変換器のそれぞれのスイッチング素子をオフさせる（ゲート遮断する）と共に、この瞬時停電が解消するのを待つ。

次に、図２，３に示す時刻ｔ０に、前記運転シーケンス回路により上述の瞬時停電の解消が確認されると、該運転シーケンス回路からの指令により周波数判別器１８が判別中信号を出力し、この判別中信号により切換スイッチ２１，２２それぞれはｂ接点側に閉路した状態に切換わり、その結果、座標変換器１３に入力される出力電圧指令値Ｖｑ^*と出力電圧指令値Ｖｄ^*とが共に零電圧に設定される。また、積分器１５への入力も後述の電流調節器２０の出力である誘導電動機３の回転速度推定値ω₁ ^#に切換わる。

時刻ｔ０以降には、前記ゲート遮断が解除されその出力が制御装置１０により零電圧状態の電力変換装置２と、残留電圧を有する誘導電動機３との間に流れる電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは電流検出器１６のＣＴ部１６ａを介して検出され、座標変換器１７により誘導電動機３のトルク軸成分の電流Ｉｑに変換される。

このとき以降の電流Ｉｑは、図２，３に示すように変化しつつ、零に向かって収束するが、この収束動作は、零電流設定値と電流Ｉｑとの偏差を加算演算器１９で求め、この偏差を零にする調節演算を、例えば、比例―積分回路構成の電流調節器２０に行わせることにより、この調節演算の結果である誘導電動機３の回転速度推定値ω₁ ^#が、図３に示すように、このときの誘導電動機３の回転速度にほぼ等しい状態に整定されることに基づく挙動である。

従って、図２に示す時刻ｔ０以降の電流Ｉｑが所定の判定レベル以内の状態で時間Ｔ１を継続した時刻ｔ１になると、周波数判別器１８が判別中信号を解除し、この解除により切換スイッチ２１，２２それぞれはａ接点側に閉路した状態に切換わる。

この時刻ｔ１直前に、周波数判別器１８からの指令により、加減速演算器１１の出力値をこのときの回転速度推定値ω₁ ^#に設定することにより、以後、加減速演算器１１の出力値は回転速度推定値ω₁ ^#から周波数指令値ω₀ ^*と等しい周波数設定値ω₁ ^*に向かって変化することで、ショックレスに誘導電動機３は通常の運転状態に復旧することができる。

なお、上述の動作説明は、誘導電動機のＶ／ｆ（電圧／周波数）制御と称される回路構成によるものであるが、誘導電動機をベクトル制御により可変速制御する回路構成の制御装置においても、この発明を用いて形成することができる。

この発明の実施の形態を示す誘導電動機の制御装置の回路構成図図１の動作を説明する波形図図１の動作を説明する波形図

符号の説明

１…交流電源、２…電力変換装置、３…誘導電動機、１０…制御装置、１１…加減速演算器、１２…出力電圧演算器、１３…座標変換器、１４…ＰＷＭ制御器、１５…積分器、１６…電流検出器、１７…座標変換器、１８…周波数判別器、１９…加算演算器、２０…電流調節器、２１，２２…切換スイッチ。

Claims

任意の電圧・周波数の交流電力を出力する電力変換装置により誘導電動機を可変速駆動する制御装置において、
フリーラン中の前記誘導電動機に前記電力変換装置を介して零電圧を印加する零電圧印加手段と、
この零電圧印加中に前記電力変換装置から前記誘導電動機に流れる電流に基づいて、該誘導電動機の回転速度推定値を導出する回転速度推定手段と、
得られた前記回転速度推定値に基づいて前記誘導電動機を再起動させる再起動手段とを備えたことを特徴とする誘導電動機の制御装置。
請求項１に記載の誘導電動機の制御装置において、
前記零電圧印加手段では前記誘導電動機のトルク軸成分および励磁軸成分の電圧指令値それぞれを零に設定することを特徴とする誘導電動機の制御装置。
請求項１または２に記載の誘導電動機の制御装置において、
前記回転速度推定手段では前記零電圧印加中の前記誘導電動機のトルク軸成分の電流を零にする調節演算を行い、この調節演算結果に基づいて該誘導電動機の回転速度推定値を導出することを特徴とする誘導電動機の制御装置。