JP2013021908A - モータを可変速駆動装置にホット接続する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】過大電流を起こさないで、追加のモータをホット接続すること。
【解決手段】第１のモータＭ１を可変速駆動装置Ｄから切断するステップと、少なくとも１つの第１のモータＭ１の状態推定器を、少なくとも１つの第１のモータＭ１の予め確立された負荷モデルに基づいて初期設定するステップであって、前記状態推定器が、少なくとも１つの第１のモータＭ１の推定状態の、時間にわたる進展を計算することが可能であり、推定状態が、少なくとも１つの第１のモータＭ１の少なくとも速度を含むステップと、追加のモータＭ２を可変速駆動装置Ｄに接続するステップと、少なくとも１つの第１のモータＭ１の推定状態に達する指令を用いて、追加のモータＭ２を始動するステップと、追加のモータの状態が、少なくとも１つの第１のモータＭ１の推定状態に達したときに、前記少なくとも１つの第１のモータＭ１を再接続するステップとを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、追加のモータを、既に負荷状態にあり、且つ、少なくとも１つの他のモータに接続された可変速駆動装置に接続する方法に関する。本発明による方法は、少なくとも１つの第１のモータに電力供給する前記可変速駆動装置の短絡、または当技術分野の用語によればバイパス（bypass）のない、追加のモータのホット接続（hot connecting）を提供する。

既知の対応では、単一の可変速駆動装置で、いくつかのモータ、少なくとも非同期モータを並列に管理することができる。

特許出願ＥＰ１４２６６２０は、かかるシステムの例を記載している。追加のモータを、既に負荷状態にある第１のモータと並列に、全く同一の可変速駆動装置にホット接続することを可能とするために、文献ＥＰ１４２６６２０は、特に、第１のモータを可変速駆動装置から切断すること、およびその第１のモータを電力供給網に接続することを含む方法を開示している。その後、追加のモータが、可変速駆動装置に接続される。この方法は、従来技術を代表するものであり、いくつかの欠点を示す。

第１に、この既知の文献によれば、第１のモータが全負荷状態にあり、より多くのパワーが必要とされる場合に、追加のモータを接続する必要が生じる。この場合、第１の段階の間、第１のモータは、可変速駆動装置から切断され、その第１のモータが全出力で動作し続けるように、電力供給網に接続される。第２の段階の間、追加のモータが、可変速駆動装置に接続される。この方法では、第１のモータの可変速駆動装置からの制御が損なわれることになる。さらに、第１の段階の間、第１のモータを電力供給網に接続することによって、電流スパイクが発生する。

従来技術から知られる変形形態は、全てのモータを可変速駆動装置の出力に接続させることにある。この場合、モータは恒久的に制御可能なままとなる。この種の方式の現況技術では、前記モータを停止する段階を経て、モータの追加または取外しを提供する。特定のシーケンスなしに、追加のモータを可変速駆動装置に直接ホット接続すると、重大となり得ると共に前記追加のモータの損傷を引き起こしかねない電流スパイクを引き起こす。

欧州特許出願公開第１４２６６２０号明細書

したがって、本発明の目的は、本質的に、システムのいかなる停止も必要とせず、既に負荷状態にある１つのモータまたは複数のモータ用の可変速駆動装置のいかなるバイパスも伴わず、且つ、特に、追加のモータを損傷し得るいかなる重大な電流スパイクも引き起こさない、追加のモータを可変速駆動装置にホット接続する解決策を提案することである。

上記目的で、本発明の主題は、負荷状態にあり、前記可変速駆動装置によって制御される少なくとも１つの第１のモータと並列に、追加のモータを、可変速駆動装置に接続する方法であり、本発明によるこの方法は、有利には、
− 少なくとも１つの第１のモータを可変速駆動装置から切断するステップと、
− 少なくとも１つの第１のモータの状態推定器（state estimator）を、前記少なくとも１つの第１のモータの予め確立された負荷モデルに基づいて実行する（実装する）（implementing）ステップであって、前記状態推定器が、少なくとも１つの第１のモータの推定状態（estimated state）の、時間にわたる進展（evolution over time）を計算することが可能であり、前記推定状態が、前記少なくとも１つの第１のモータの少なくとも速度を含む、ステップと、
− 追加のモータを可変速駆動装置に接続するステップと、
− 少なくとも１つの第１のモータの推定状態に達する指令を用いて、追加のモータを始動するステップと、
− 追加のモータの状態が、少なくとも１つの第１のモータの推定状態に達したときに、前記少なくとも１つの第１のモータを再接続するステップと、
を含む。

有利には、本発明による方法は、少なくとも１つの第１のモータを再接続するステップの前に、追加のモータを切断するステップをさらに含み、その後、少なくとも１つの第１のモータを再接続するステップとほぼ同時に、追加のモータを再接続するステップをさらに含むことができる。

本発明の一実施形態によれば、少なくとも１つの第１のモータの状態推定器は、前記少なくとも１つの第１のモータの推定状態の、時間にわたる進展を計算することが可能であり、前記推定状態は、前記少なくとも１つの第１のモータの速度に加えて、前記少なくとも１つの第１のモータの電束を含む。

本発明の一実施形態によれば、少なくとも１つの第１のモータの状態推定器は、前記少なくとも１つの第１のモータの推定状態の、時間にわたる進展を計算することが可能であり、前記推定状態は、前記少なくとも１つの第１のモータの速度に加えて、前記少なくとも１つの第１のモータの回転子の角度を含む。

本発明によれば、前記少なくとも１つの第１のモータは、並列に接続された複数のモータからなることができる。

他の特徴および利点が、添付の図面に関して行われる以下の詳細な説明にて明白となるであろう。

少なくとも２つのモータを並列に制御する可変速駆動装置を備えるシステムの基本的な図である。 本発明による方法の時間的シーケンス図である。

図１を参照すると、供給網（supply network）Ｐによって電力供給される可変速駆動装置Ｄが、２つのモータＭ１、Ｍ２に、２つのそれぞれの接触器Ｓ１、Ｓ２によって並列に接続されている。本発明による方法は、追加のモータＭ２を始動する指示が与えられたときに、可変速駆動装置Ｄに接続された第１のモータＭ１が負荷状態にある場合に行われる。本発明は、第１のモータＭ１と追加のモータＭ２とが、前記追加のモータＭ２に対し危険となり得る何らかの電流スパイクを生じる追加のモータＭ２のホット接続なしに、可変速駆動装置Ｄに接続される状況に達することを可能とするシーケンスを提案する。

図２は、本発明による方法の時間的シーケンスを示す。

先に述べられたように、本発明による方法は、少なくとも１つの第１のモータＭ１が、負荷状態にあり、時点ｔ１から始動され、且つ、可変速駆動装置Ｄによって制御され、そして、前記少なくとも１つの第１のモータＭ１と並列に追加のモータＭ２を始動する指示が時点ｔ２で与えられる状況において実施される。

第１のモータＭ１または追加のモータＭ２などのモータの全ての状態（complete state）は、以下の式によって与えられる。前記モータの機械的状態（速度、角度）、および電気的状態（電束、電流）に関して、以下の式が満たされる。

ここで、
また、
ω_ｒ：回転子回転速度
θ：回転子角度
ω_ｓ：固定子回転速度
ｉ_ｓ：固定子電流
ｕ_ｓ：印加電圧
φ_ｒ：回転子磁束
モータ・パラメータは、以下の通りである。
Ｒ_ｓ：固定子抵抗
Ｌ_Ｆ：漏れインダクタンス
Ｒ_ｒｅｑ：等価回転子抵抗
ここで、
Ｒ_ｒ：回転子抵抗
Ｌ_Ｍ：相互インダクタンス
Ｌ_ｒ：回転子インダクタンス
Ｔ_ｒ：回転子時定数
Ｊ：回転子のイナーシャ（慣性）
ｎ_ｐ：極対数

この例では、本発明による方法は、連続したステップの組を含み、そのシーケンスが図２に示されている。

第１のステップは、前記少なくとも１つの第１のモータＭ１を、時点ｔ２で、追加のモータＭ２を始動する指示が与えられる瞬間に切断することにある。したがって、図２の図表によって示されるように、少なくとも１つの第１のモータＭ１の速度は低減し、少なくとも１つの第１のモータＭ１の電束は極めて急速に低減し、少なくとも１つの第１のモータＭ１の電流は消失する。

第１のモータＭ１に存在する電流が消失することによって、式（１）、（２）、および（３）は、以下の通りになる。
ここで、

既知の方法によって既に確立されている推定器が、前記少なくとも１つの第１のモータＭ１の推定状態の時間にわたる進展（経時的な変化）を計算する。この推定状態は、少なくとも１つの第１のモータＭ１の少なくとも速度を含む少なくとも１つの機械的成分を示す。この機械的成分は、考慮される用途の負荷トルク・モデルに基づいて推定される。例えば、ファンの負荷トルクは、ｋ^＊ｗ_１ ^２のような形を示し、ここでｗ_１は、前記ファンのモータの速度である。機械的状態はまた、段階の変更の間、いかなる電流スパイクも生じずに、提案されたシーケンスを最適に動作させるための少なくとも１つの第１のモータＭ１の回転子の角度を含むことができる。

推定器によって計算される推定状態はまた、少なくとも１つの第１のモータＭ１の電束および／または少なくとも１つの第１のモータＭ１の電流強度を含む電気的成分も示すことができる。

追加のモータＭ２を始動する指示が与えられる時点ｔ２とほぼ同じ時点で、すなわち同時に、または直前もしくは直後に、追加のモータＭ２は、最初にゼロ速度指令（zero speed directive）を用いて、その後、少なくとも１つの第１のモータＭ１の推定状態に向ける包括的指令（全体的な指令）（global directive）を用いて、可変速駆動装置Ｄに接続される。少なくとも１つの第１のモータＭ１の推定状態に向けることは、追加のモータＭ２を、ある時点で、適切な指令を介して、同じ時点における少なくとも１つの第１のモータＭ１の速度に等しい速度に最小限で達することにある。

最適な動作のために、第１のモータＭ１の推定状態に向けることは、追加のモータＭ２が、第１のモータＭ１の推定速度、推定角度および推定電束に達することにある。したがって、接触器が閉じている間は、過電流は生成されず、且つ、第１のモータＭ１及び追加のモータＭ２の状態（電流、電束、速度、角度）が、どの瞬間においても、制御されている。

第１のモータＭ１の再接続と、追加のモータＭ２の再接続とをほぼ同時に行うと、式（１）、（２）、および（３）は、以下のように記載され得る。
ここで、

誘導モータの枠組みの範囲内では、切断中、電束の振幅はかなり急速に降下するので、少なくとも１つの第１のモータＭ１の残留電束が小さくなることを保証するために、追加のモータＭ２の接続が、少なくとも１つの第１のモータＭ１の第１の切断後、十分に長い時間をおいて行われるという条件では、単に速度を同期させるだけで既に電流スパイクをかなり低減させることが可能となる。永久磁石同期モータの枠組みの範囲内では、電束の振幅は固定されており、追加のモータＭ２の角度および速度を、少なくとも１つの第１のモータＭ１の角度および速度と同期させる必要があり、電束は制御されないが、同一とみなされる。

追加のモータＭ２の状態が、少なくとも１つの第１のモータＭ１の推定状態に達する時点ｔ３’から直ちに、前記少なくとも１つの第１のモータＭ１は、可変速駆動装置Ｄに再接続される。

好ましい実施形態によれば、前記少なくとも１つの第１のモータＭ１を可変速駆動装置Ｄに再接続する前に、追加のモータＭ２は、少なくとも１つの第１のモータＭ１と追加のモータＭ２とが時点ｔ３’で可変速駆動装置Ｄに同時に再接続される前の時点ｔ３で、可変速駆動装置Ｄから一時的に切断される。このように、再接続の瞬間では、少なくとも１つの第１のモータＭ１と追加のモータＭ２とは、追加のモータＭ２の電流強度が切断によってゼロまで低減されているので、それらのモータを流れる電流の同じ強度を示す。したがって、モータＭ１とＭ２の２つの全ての状態（速度、角度、電束、電流）は、完全に等しい。

少なくとも１つの第１のモータＭ１と追加のモータＭ２とがどちらも可変速駆動装置Ｄに接続される時点ｔ３’から考えると、両モータとも、前記可変速駆動装置Ｄによって同時に制御される。

要約すると、本発明は、追加のモータを、可変速駆動装置に、既に負荷状態にある少なくとも１つの第１のモータと並列にホット接続する方法を示す。

本発明による方法を実施するには、前記少なくとも１つの第１のモータは、等価なモータであるとみなされる複数のモータの組でよいことに留意すべきである。

Claims (5)

1. 追加のモータ（Ｍ２）を可変速駆動装置（Ｄ）に、負荷状態にあり前記可変速駆動装置（Ｄ）によって制御される少なくとも１つの第１のモータ（Ｍ１）と並列に接続する方法であって、
   前記少なくとも１つの第１のモータ（Ｍ１）を前記可変速駆動装置（Ｄ）から切断するステップと、
   前記少なくとも１つの第１のモータ（Ｍ１）の状態推定器を、前記少なくとも１つの第１のモータ（Ｍ１）の予め確立された負荷モデルに基づいて実行するステップであって、前記状態推定器は、前記少なくとも１つの第１のモータ（Ｍ１）の推定状態の時間にわたる進展を計算することが可能であり、前記推定状態は、前記少なくとも１つの第１のモータ（Ｍ１）の少なくとも速度を含む、ステップと、
   前記追加のモータ（Ｍ２）を前記可変速駆動装置（Ｄ）に接続するステップと、
   前記少なくとも１つの第１のモータ（Ｍ１）の前記推定状態に達する指令を用いて、前記追加のモータ（Ｍ２）を始動するステップと、
   前記追加のモータ（Ｍ２）の状態が、前記少なくとも１つの第１のモータ（Ｍ１）の前記推定状態に達したときに、前記少なくとも１つの第１のモータ（Ｍ１）を再接続するステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記少なくとも１つの第１のモータ（Ｍ１）を再接続する前記ステップの前に、前記追加のモータ（Ｍ２）を切断するステップをさらに含み、その後、前記少なくとも１つの第１のモータ（Ｍ１）を再接続する前記ステップとほぼ同時に、前記追加のモータ（Ｍ２）を再接続するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記少なくとも１つの第１のモータ（Ｍ１）の前記状態推定器が、前記少なくとも１つの第１のモータ（Ｍ１）の前記推定状態の時間にわたる進展を計算することが可能であり、前記推定状態が、それの速度に加えて、前記少なくとも１つの第１のモータ（Ｍ１）の電束を含むことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 前記少なくとも１つの第１のモータ（Ｍ１）の前記状態推定器が、前記少なくとも１つの第１のモータ（Ｍ１）の前記推定状態の時間にわたる進展を計算することが可能であり、前記推定状態が、それの速度に加えて、前記少なくとも１つの第１のモータ（Ｍ１）の回転子の角度を含むことを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記少なくとも１つの第１のモータ（Ｍ１）が、並列に接続された複数のモータからなることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の方法。