JP2013162743A - インバータ制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷の特性を考慮してスリープ動作を制御することによりインバータシステムに必要なエネルギーを低減するための、インバータ制御方法を提供する。
【解決手段】負荷４、負荷４を駆動する電動機３、及び電動機３を運転するインバータ２を含むシステムにおいて、本発明によるインバータ制御方法は、負荷４の負荷量がスリープレベル以下に減少すると、スリープ遅延だけ時間が経過するかを確認する段階と、スリープ遅延後も負荷４の負荷量がスリープレベル以下の場合、電動機３の運転周波数を変化させる段階と、電動機３の運転周波数の変化により負荷量のフィードバックが変化しない場合、インバータ２をスリープモードに移行させる段階とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、インバータ制御方法に関し、特に、複数の電動機を駆動するインバータシステムで用いるための制御方法に関する。

ファンやポンプなどのように主に流量や流圧を制御する応用分野においては、複数の電動機により流量や流圧を制御する。ここで、複数の電動機の制御（ＭＭＣ（Multi Motor Control））は、１台の制御装置を用いて行うのが一般的である。

インバータなどの制御装置は、フィードバックされる工程の制御量に基づいて変化量を制御し、必要に応じて補助電動機を選択して商用運転する。

図３は一般的なインバータにより制御される電動機システムの構成図である。

同図に示すように、電動機システムは、交流電源１、電動機３、電動機３を制御するインバータ２、及び負荷４から構成される。

インバータ２は、交流電源を直流に変換するコンバータ２１と、電源が投入された場合に突入電流の流入を防止する初期充電抵抗２２と、突入電流が抑制されると初期充電抵抗２２を回路から分離するスイッチ２３と、直流電圧を平滑するフィルタコンデンサ２４と、複数のスイッチング素子で構成されて直流を交流に変換するパルス幅変調（ＰＷＭ（Pulse Width Modulation））インバータ部２５と、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相に流れる電流を検出する電流検出部２６と、インバータ２の直流電圧や相電流などの各種情報を収集して各種運転を指令する制御部２７と、制御部２７から入力された電圧指令Ｖ＊及び周波数指令ｆ＊を用いてＰＷＭ信号を生成し、ＰＷＭインバータ部２５の各相のスイッチング素子にスイッチング信号を供給するＰＷＭ制御部２８とから構成される。

負荷４は、実際に電動機３により運転されるものであって、負荷量を制御部２７にフィードバックする。

インバータ２は、交流電源１の電力が入力されると電力変換により出力電圧と周波数を変換して電動機３に供給することにより、電動機３の速度及びトルクを高効率で制御する。

このようなインバータ２は、電動機３の速度の精密制御により省エネルギーと品質向上を図ることができ、各種送風機、ポンプ、工作機械、繊維機械などの自動化設備に広く用いられている。

通常、インバータ２は、比例積分微分（ＰＩＤ（Proportional Integral Derivative））コントローラを用いて、フィードバックされる工程の制御量に基づいて主電動機をＰＩＤ制御し、必要に応じて補助電動機を選択して商用運転するように外部信号を制御する。

このような電動機システムにおいては、複数の電動機の制御（ＭＭＣ）中に、設定された流量や流圧が不足又は過剰となって主電動機だけでは制御できない場合、インバータ２により補助電動機を駆動するが、このとき、主電動機の制御のためにはＰＩＤ制御を行う。

一方、負荷量が少ない場合は、省エネルギーのために、インバータ２により制御される複数の電動機をスリープモードに移行する。

図３に示すような電動機システムにおけるスリープモードの適用の判断基準とシーケンスは次の通りである。

（１）補助的に制御される複数の電動機が全て停止状態であること
（２）複数の電動機の運転周波数がスリープ条件を満たすスリープ周波数以下であること
（３）フィードバックが設定されたスリープレベルより低いこと（すなわち、負荷量が少ないこと）
（４）安定したシステムで遅延時間以上経過すること（負荷量の変化に対するバンドが存在すること）

従来の電動機システムにおいて前記条件を満たす場合、スリープ動作及びウェイクアップ動作によりエネルギーを低減することができる。

もし、インバータ２の制御部２７が、制御部２７から出力される制御量が負荷４から要求される制御量を満たすと判断した場合、制御部２７は出力を停止し、インバータ２はシステムを停止する。このとき、負荷量を検出するセンサ（図示せず）を周期的にチェックし、負荷量が増加すると、制御部２７はインバータ２を起動して負荷４に適した運転を開始する。

図４は従来のインバータのスリープ動作及びウェイクアップ動作のシーケンスを説明するためのタイミング図であり、前述した方式でスリープ動作及びウェイクアップ動作が繰り返される。

すなわち、従来のインバータシステムにおいては、一般的に負荷量の変化に鈍感な大部分の負荷４に対して図４の動作だけでスリープ動作及びウェイクアップ動作を行う。

しかし、敏感な負荷であるか、又は負荷量の変化に対するバンドだけでは負荷量の変化に耐えられない負荷においては、スリープとウェイクアップが繰り返されるという問題があった。

また、状況に応じて、スリープレベルと相対的に設定されるウェイクアップレベルが適切に設定されていない場合も、モードの連続的な異常動作が発生するという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、負荷の特性を考慮してスリープ動作を制御することによりインバータシステムに必要なエネルギーを低減するための、インバータ制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、負荷、前記負荷を駆動する電動機、及び前記電動機を運転するインバータを含むシステムにおいて、本発明によるインバータ制御方法は、前記負荷の負荷量がスリープレベル以下に減少すると、スリープ遅延だけ時間が経過するかを確認する段階と、スリープ遅延後も前記負荷の負荷量がスリープレベル以下の場合、前記電動機の運転周波数を変化させる段階と、前記インバータをスリープモードに移行させる段階とを含む。

本発明の一実施形態によれば、前記インバータ制御方法は、前記電動機の運転周波数の変化により前記負荷量のフィードバックが変化した場合、前記電動機の正常運転を行う段階をさらに含む。

本発明の一実施形態によれば、前記インバータをスリープモードに移行させる段階は、前記電動機の運転周波数の変化により前記負荷量のフィードバックが変化しない場合、前記インバータをスリープモードに移行させる。

本発明の一実施形態によれば、前記インバータ制御方法は、スリープ遅延後に前記負荷の負荷量がスリープレベルよりも増加している場合、前記電動機の正常運転を行う段階をさらに含む。

また、上記目的を達成するために、負荷、前記負荷を駆動する電動機、及び前記電動機を運転するインバータを含むシステムにおいて、本発明によるインバータ制御方法は、前記負荷の負荷量がスリープレベル以下に減少すると、スリープ遅延だけ時間が経過するかを確認する段階と、スリープ遅延後も前記負荷の負荷量がスリープレベル以下の場合、前記電動機の運転周波数を加速し、前記負荷のフィードバックを所定レベルまで増加させる段階と、前記負荷の負荷量がスリープレベル以下の場合、前記インバータをスリープモードに移行させる段階とを含む。

本発明の一実施形態によれば、前記インバータ制御方法は、前記負荷のフィードバックが所定レベルまで増加し、前記負荷の負荷量がスリープレベルよりも増加した場合、前記電動機の正常運転を行う段階をさらに含む。

本発明の一実施形態によれば、前記インバータ制御方法は、スリープ遅延後に前記負荷の負荷量がスリープレベルよりも増加している場合、前記電動機の正常運転を行う段階をさらに含む。

本発明においては、実際に負荷があると判断して空転していた電動機をスリープモードに移行させることによりエネルギーを低減することができ、また、フィードバックにおいて問題となっていたバンドによるエラーも防止することができるという効果がある。

従って、本発明においては、省エネルギーの面でシステムにおいて最適な運転条件を提案し、負荷量の変化に応じた敏感な動作も防止することができるという効果がある。

本発明の一実施形態によるインバータ制御方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の他の実施形態によるインバータ制御方法を説明するためのフローチャートである。 一般的なインバータにより制御される電動機システムの構成図である。 従来のインバータのスリープ動作及びウェイクアップ動作のシーケンスを説明するためのタイミング図である。

本発明は、様々な変更が可能であり、様々な実施形態を有するが、特定の実施形態を図面に示して詳細な説明で詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定の実施形態に限定するものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物乃至代替物を含むものと理解されるべきである。

「第１」、「第２」などのように序数を含む用語は様々な構成要素を説明するために使用されるが、前記構成要素は前記用語により限定されるものではない。前記用語は１つの構成要素を他の構成要素と区別する目的でのみ使用される。

ある構成要素が他の構成要素に「連結」又は「接続」されていると言及された場合は、前記他の構成要素に直接的に連結又は接続されていることもあり、中間にさらに他の構成要素が存在することもあると理解すべきである。それに対して、ある構成要素が他の構成要素に「直接連結」又は「直接接続」されていると言及された場合は、中間にさらに他の構成要素が存在しないと理解すべきである。

本出願で使用された用語は、単に特定の実施形態を説明するために使用されたもので、本発明を限定するものではない。単数の表現は、文脈上明らかに他の意味を表すものでない限り、複数の表現を含む。本出願において、「含む」や「有する」などの用語は、明細書に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、又はこれらの組み合わせが存在することを指定しようとするもので、１つ又はそれ以上の他の特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、又はこれらの組み合わせの存在や付加の可能性を予め排除するものではないと理解すべきである。

以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。

図１は本発明の一実施形態によるインバータ制御方法を説明するためのフローチャートであり、図３のインバータ２の制御部２７により行われる、スリープモードへの移行の制御を示す図である。

図３のインバータ２の制御部２７は、ＭＭＣなどの様々な方式で複数の電動機を制御し、正常状態ではＭＭＣ運転などの様々な方式による電動機の運転を行う（Ｓ３１）。

負荷量が減少した場合（Ｓ３２）、すなわち継続した正常運転が要求されない場合、従来のインバータシステムにおいては、インバータ２をスリープモードに移行させる。しかし、前述したように、負荷４の状況に応じては、実際にスリープモードに移行しない状況が発生したり、スリープモードに移行しても各種エラーが発生してウェイクアップ動作が行われる状況が発生していたため、本発明においては、これを防止しようとする。

負荷量の減少時点（Ｓ３２）では、設定された圧力と負荷４からフィードバックされる圧力との差がほとんどないことが多い。実際に、負荷４では若干の圧力差により運転の加減を繰り返す。しかし、運転周波数を変化させると、その時点が正常運転状態であるか、無流量状況での繰り返し運転状態であるかを判断することができる。従って、本発明によるインバータ制御方法においては、実際の負荷量を判断してスリープモードに移行させるか否かを決定する。

すなわち、図１を参照して説明すると、負荷量がスリープレベル以下に減少すると（Ｓ３２）、スリープ遅延だけ時間が経過するかを確認する（Ｓ３３）。

スリープ遅延後も負荷４の負荷量がスリープレベル以下の場合（Ｓ３４）は、これは負荷量が実際に減少したものと判断する。すなわち、スリープ遅延後に負荷量が再び増加することがあるので、本発明においては、この場合、電動機３の正常運転を続ける（Ｓ３１）。

制御部２７は、スリープ遅延後も負荷４の負荷量がスリープレベル以下の場合（Ｓ３４）、電動機３の運転周波数を任意に変化させる（Ｓ３５）。もし、負荷４のフィードバックに変化がある場合（Ｓ３６）、制御部２７は、電動機３の正常運転を続ける（Ｓ３１）。例えば、電動機３の運転周波数を加速して負荷４のフィードバックが増加するか、又は電動機３の運転周波数を減速して負荷４のフィードバックが減少した場合は、正常運転と判断し、正常運転を続ける。

もし、電動機３の運転周波数を任意に変化させても（Ｓ３５）、負荷４のフィードバックに変化がない場合（Ｓ３６）、制御部２７は、無負荷運転と判断し、インバータ２をスリープモードに移行させる（Ｓ３７）。すなわち、インバータ２を停止させる。

図２は本発明の他の実施形態によるインバータ制御方法を説明するためのフローチャートである。

本実施形態において、ステップＳ３１〜Ｓ３４は、図１を参照して説明した上記実施形態と同様である。すなわち、インバータ２の制御部２７は、電動機３の正常運転中に負荷４の負荷量がスリープレベル以下に減少すると（Ｓ３２）、スリープ遅延だけ時間が経過するかを確認する（Ｓ３３）。

スリープ遅延後も負荷４の負荷量がスリープレベル以下の場合（Ｓ３４）、制御部２７は、電動機３の運転周波数を加速する（Ｓ４１）。このとき、負荷４からのフィードバックが増加して（Ｓ４２）設定された値まで増加した場合、再び負荷４の負荷量がスリープレベル以下であるか否かを確認し（Ｓ４３）、負荷量がスリープレベル以下の場合、スリープモードに移行させて（Ｓ４４）インバータ２を停止させる。

もし、ステップＳ４３で負荷４の負荷量がスリープレベル以下でない場合、制御部２７は、電動機３の正常運転を行う（Ｓ３１）。

このような本発明によれば、実際に負荷があると判断して空転していた電動機をスリープモードに移行させることによりエネルギーを低減することができ、また、フィードバックにおいて問題となっていたバンドによるエラーも防止することができる。

従って、本発明によれば、省エネルギーの面でシステムにおいて最適な運転条件を提案し、負荷量の変化に応じた敏感な動作も防止することができる。

一方、本発明の実施形態は、コンピュータ可読記録媒体にコンピュータ可読プログラムコードを記録して実現することができる。本発明の実施形態がソフトウェアを用いて実行される場合、本発明の構成手段は必要な作業を行うコードセグメントとなる。また、プログラム又はコードセグメントは、コンピュータプロセッサ可読媒体に保存したり、伝送媒体又は通信網を介して搬送波と結合したコンピュータデータ信号として伝送することができる。

コンピュータ可読記録媒体には、コンピュータシステム可読データを保存する全ての種類の記録装置が含まれる。例えば、コンピュータ可読記録媒体には、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、フロッピーディスク、光データ記憶装置などが含まれる。また、ネットワークで接続されたコンピュータシステムにコンピュータ可読記録媒体を分散配置してコンピュータ可読コードが分散方式で保存及び実行されるようにすることもできる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、これは例示的なものにすぎず、当該技術分野における通常の知識を有する者であればこれから様々な変形及び均等な実施形態が可能であることを理解するであろう。よって、本発明の権利範囲は、添付の特許請求の範囲により定められるべきである。

１ 交流電源
２ インバータ
３ 電動機
４ 負荷
２７ 制御部

Claims (7)

1. 負荷、前記負荷を駆動する電動機、及び前記電動機を運転するインバータを含むシステムにおけるインバータ制御方法において、
   前記負荷の負荷量がスリープレベル以下に減少すると、スリープ遅延だけ時間が経過するかを確認する段階と、
   スリープ遅延後も前記負荷の負荷量がスリープレベル以下の場合、前記電動機の運転周波数を変化させる段階と、
   前記インバータをスリープモードに移行させる段階と、
   を含む、インバータ制御方法。
2. 前記電動機の運転周波数の変化により前記負荷量のフィードバックが変化した場合、前記電動機の正常運転を行う段階をさらに含む、請求項１に記載のインバータ制御方法。
3. 前記インバータをスリープモードに移行させる段階では、
   前記電動機の運転周波数の変化により前記負荷量のフィードバックが変化しない場合、前記インバータをスリープモードに移行させる、請求項１又は２に記載のインバータ制御方法。
4. スリープ遅延後に前記負荷の負荷量がスリープレベルよりも増加している場合、前記電動機の正常運転を行う段階をさらに含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のインバータ制御方法。
5. 負荷、前記負荷を駆動する電動機、及び前記電動機を運転するインバータを含むシステムにおけるインバータ制御方法において、
   前記負荷の負荷量がスリープレベル以下に減少すると、スリープ遅延だけ時間が経過するかを確認する段階と、
   スリープ遅延後も前記負荷の負荷量がスリープレベル以下の場合、前記電動機の運転周波数を加速し、前記負荷のフィードバックを所定レベルまで増加させる段階と、
   前記負荷の負荷量がスリープレベル以下の場合、前記インバータをスリープモードに移行させる段階と、
   を含む、インバータ制御方法。
6. 前記負荷のフィードバックが所定レベルまで増加し、前記負荷の負荷量がスリープレベルよりも増加した場合、前記電動機の正常運転を行う段階をさらに含む、請求項５に記載のインバータ制御方法。
7. スリープ遅延後に前記負荷の負荷量がスリープレベルよりも増加している場合、前記電動機の正常運転を行う段階をさらに含む、請求項５又は６に記載のインバータ制御方法。

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