JP2015089276A - モータ制御装置及びモータ制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】誘導モータをフリーラン状態からＶ／Ｆ制御状態に移行させる際に、回生電圧の発生を抑制することが可能なモータ制御装置を提供する。【解決手段】本発明のモータ制御装置１は、印加電圧を所定の範囲の下限から時間の経過とともに上昇させる電圧上昇モードを実行する電圧調整器２３と、周波数を所定の範囲の上限から時間の経過とともに下降させる周波数下降モードを実行する周波数調整器２２と、電圧上昇モードと周波数下降モードを択一的に切り替える電流判定器２１と、印加電圧と周波数とが所定の関係を満たすか否かを判定するＶ／ｆ一致判定器２５と、を備え、周波数調整器２２は、周波数下降モードにおいて、誘導モータ２を駆動するインバータに直流電力を供給する母線の母線電圧が第１の閾値を上回るときに、周波数の下降を制限する。【選択図】図２

Description

本発明は、モータ制御装置及びモータ制御方法に関する。

特許文献１には、Ｖ／Ｆ制御へ移行するための移行制御において、インバータの出力周波数を固定しながらインバータの出力電圧を上昇させるモード０を実行し、インバータの出力電流が制限値に到達した場合に、インバータの出力電圧を固定しながらインバータの出力周波数を上昇させるモード１に切り替えることが開示されている。

特開２００４−４８８４０号公報

ところで、Ｖ／Ｆ制御へ移行するためには、誘導モータに印加される印加電圧とその周波数とが所定の関係を満たすように印加電圧と周波数とを調整する必要があるが、周波数を調整する際に、周波数が誘導モータの回転速度を下回ると、誘導モータが回生状態となって、誘導モータへの電力供給経路に回生電圧が印加されてしまう。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、誘導モータをフリーラン状態からＶ／Ｆ制御状態に移行させる際に、回生電圧の発生を抑制することが可能なモータ制御装置及びモータ制御方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明のモータ制御装置は、誘導モータを、フリーラン状態から、前記誘導モータに印加される印加電圧とその周波数とが所定の関係を満たす状態にする、モータ制御装置であって、前記印加電圧を所定の範囲の下限から時間の経過とともに上昇させる電圧上昇モードを実行する電圧調整器と、前記周波数を所定の範囲の上限から時間の経過とともに下降させる周波数下降モードを実行する周波数調整器と、前記電圧上昇モードと前記周波数下降モードを択一的に切り替えるモード切替器と、前記印加電圧と前記周波数とが前記所定の関係を満たすか否かを判定する判定器と、を備え、前記周波数調整器は、前記周波数下降モードにおいて、前記誘導モータを駆動するインバータに直流電力を供給する母線の母線電圧が第１の閾値を上回るときに、前記周波数の下降を制限する。

また、本発明の一態様では、前記周波数調整器は、前記母線電圧が前記第１の閾値を上回り、かつ前記母線電圧の所定時間当たりの変化量が正の値であるときに、前記周波数を上昇させてもよい。

また、本発明の一態様では、前記周波数調整器は、前記母線電圧が前記第１の閾値を上回り、かつ前記母線電圧の所定時間当たりの変化量が正の値でないときに、前記周波数を維持してもよい。

また、本発明の一態様では、前記周波数調整器は、前記母線電圧が前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値を下回るときに、前記周波数の下降を制限する前よりも所定時間当たりの下降量を低減して、前記周波数の下降を再開してもよい。

また、本発明のモータ制御方法は、誘導モータを、フリーラン状態から、前記誘導モータに印加される印加電圧とその周波数とが所定の関係を満たす状態にする、モータ制御方法であって、前記印加電圧を所定の範囲の下限から時間の経過とともに上昇させる電圧上昇モードと、前記周波数を所定の範囲の上限から時間の経過とともに下降させる周波数下降モードと、を択一的に切り替え、前記周波数下降モードにおいて、前記誘導モータを駆動するインバータに直流電力を供給する母線の母線電圧が第１の閾値を上回るときに、前記周波数の下降を制限し、前記印加電圧と前記周波数とが前記所定の関係を満たすか否かを判定する。

本発明によると、周波数下降モードにおいて母線電圧に基づいて周波数の下降を制限するので、回生電圧の発生を抑制することが可能である。

モータ制御システムの構成例を示すブロック図である。 モータ制御装置の機能例を示すブロック図である。 モータ制御装置の動作例を示すタイムチャートである。 速度サーチモードの例を示すフローチャートである。 電圧復帰ステップの例を示すフローチャートである。 周波数減速ステップの例を示すフローチャートである。 双方下降ステップを実現する構成を示すブロック図である。 双方下降ステップの例を示すタイムチャートである。 双方下降ステップの例を示すタイムチャートである。 母線電圧減少ステップを実現する構成を示すブロック図である。 母線電圧減少ステップの例を示すタイムチャートである。

本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、モータ制御システム１００の構成例を示すブロック図である。モータ制御システム１００は、誘導モータ２と、インバータ３と、交流電源４と、整流回路５と、平滑コンデンサ６と、モータ制御装置１０と、を備えている。

インバータ３は、例えば三相ブリッジ回路を含んでおり、モータ制御装置１０により生成される制御信号に基づいて、整流回路５と平滑コンデンサ６から供給される直流電力を交流電力に変換し、変換された交流電力を誘導モータ２に出力する。

整流回路５と平滑コンデンサ６は、交流電源４から供給される交流電力を直流電力に変換し、変換された直流電力をインバータ３に出力する。平滑コンデンサ６に印加される電圧は、インバータ３に直流電力を供給する母線９１の母線電圧を表す。

モータ制御装置１０は、例えばＭＰＵ（Micro Processing Unit）を含んでおり、プログラムに従って情報処理を実行することにより、誘導モータ２の回転を制御するための制御信号を生成し、インバータ３に出力する。

図２は、モータ制御装置１０の機能例を示すブロック図である。モータ制御装置１０に含まれる各部は、ＭＰＵがプログラムに従って情報処理を実行することによって実現される。

モータ制御装置１０は、スイッチＳＷがＡのときに通常運転モードを実行し、スイッチＳＷがＢのときに速度サーチモードを実行する。通常運転モードでは、誘導モータ２に印加される印加電圧とその周波数との比が一定に保たれるＶ／ｆ制御が実行される。

速度サーチモードは、誘導モータ２をフリーラン状態からＶ／ｆ制御状態に移行させるために実行されるモードである。フリーラン状態とは、電力供給を遮断された誘導モータ２が惰性で回転している状態を指す。速度サーチモードでは、誘導モータ２に印加される印加電圧とその周波数との比が予め定められた値となり、かつ周波数が誘導モータ２の回転速度に近づくように、印加電圧と周波数がそれぞれ調整される。

モータ制御装置１０は、減算器１１ｄ，１１ｑと、電流制御器１２と、加算器１３ｄ，１３ｑと、電圧指令演算器１４と、ＰＷＭ制御器１５と、速度変換器１６と、ｄ−ｑ変換器１７と、を備えている。これらは、誘導モータ２の制御、特に通常運転モードを実現するための構成である。

さらに、モータ制御装置１０は、電流判定器２１と、周波数調整器２２と、電圧調整器２３と、Ｖ／ｆ変換器２４と、Ｖ／ｆ一致判定器２５と、を備えている。これらは、速度サーチモードを実現するための基礎的な構成である。速度サーチモードを実現するための付加的な構成については後述する。

減算器１１ｄ，１１ｑは、上位装置からのｄ，ｑ軸電流指令値Ｉｄ^＊，Ｉｑ^＊と、ｄ−ｑ変換器１７からのｄ，ｑ軸電流検出値Ｉｄ，Ｉｑとの差分値をそれぞれ算出し、電流制御器１２へ出力する。

電流制御器１２は、減算器１１ｄ，１１ｑからの差分値に基づいて、ｄ，ｑ軸電圧基礎値を算出し、加算器１３ｄ，１３ｑへ出力する。

加算器１３ｄ，１３ｑは、上位装置からのｄ，ｑ軸電圧指令値Ｖｄ^＊，Ｖｑ^＊と、電流制御器１２からのｄ，ｑ軸電圧基礎値との加算値をそれぞれ算出し、電圧指令演算器１４へ出力する。

電圧指令演算器１４は、スイッチＳＷがＡのとき、加算器１３ｄ，１３ｑからの加算値をｄ，ｑ軸電圧指令値Ｖ_ｄｌ ^＊，Ｖ_ｑｌ ^＊として、これらに基づいて電圧指令値Ｖ_Ｓ ^＊，速度指令値θ_Ｖを算出し、ＰＷＭ制御器１５へ出力する。電圧指令値Ｖ_Ｓ ^＊，速度指令値θ_Ｖの算出は、下記数式１に基づく。

また、電圧指令演算器１４は、スイッチＳＷがＢのとき、接地電位をｄ軸電圧指令値Ｖ_ｄｌ ^＊とし、電圧調整器２３からの誘起電圧指令ｅ^＊をｑ軸電圧指令値Ｖ_ｑｌ ^＊として、これらに基づいて電圧指令値Ｖ_Ｓ ^＊，速度指令値θ_Ｖを算出し、ＰＷＭ制御器１５へ出力する。

ＰＷＭ制御器１５は、電圧指令演算器１４からの電圧指令値Ｖ_Ｓ ^＊，速度指令値θ_Ｖ、及び速度変換器１６からの回転速度θに基づいて、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御により誘導モータ２の回転を制御するための制御信号を算出し、インバータ３に出力する。

速度変換器１６は、スイッチＳＷがＡのとき、上位装置からの周波数指令値ｆ_ｏｕｔに基づいて回転速度θを算出し、ＰＷＭ制御器１５とｄ−ｑ変換器１７へ出力する。また、速度変換器１６は、スイッチＳＷがＢのとき、周波数調整機２２からの出力周波数ｆに基づいて回転速度θを算出し、ＰＷＭ制御器１５とｄ−ｑ変換器１７へ出力する。

ｄ−ｑ変換器１７は、インバータ３から誘導モータ２に供給される交流電力の電流検出値Ｉｕ，Ｉｗを、速度変換器１６からの回転速度θを利用してｄ−ｑ変換することでｄ，ｑ軸電流検出値Ｉｄ，Ｉｑを算出し、減算器１１ｄ，１１ｑへ出力する。さらに、ｄ−ｑ変換器１７は、誘導モータ２を流れる電流、すなわち固定子電流Ｉ_Ｓを算出し、電流判定器２１へ出力する。

電流判定器２１は、モード切替器の一例であり、速度サーチモードにおいて、周波数調整器２２が実行する周波数減速ステップ（Ｓｔｅｐ ｆ）と、電圧調整器２３が実行する電圧復帰ステップ（Ｓｔｅｐ Ｖ）とを択一的に切り替える。電流判定器２１は、ｄ−ｑ変換器１７からの固定子電流Ｉ_Ｓと、予め定められた大きさの異なる２つの閾値とを比較することによって、電圧復帰ステップと周波数減速ステップの切り替えを判定する。

具体的には、電流判定器２１は、電圧復帰ステップにおいて固定子電流Ｉ_Ｓが第１の閾値Ｉ_Ｓ１を上回るときに周波数減速ステップに移行させ、周波数減速ステップにおいて固定子電流Ｉ_Ｓが第１の閾値Ｉ_Ｓ１よりも小さい第２の閾値Ｉ_Ｓ２を下回るときに電圧復帰ステップに移行させる。

第１の閾値Ｉ_Ｓ１と第２の閾値Ｉ_Ｓ２は、無負荷電流の大きさに基づいて予め定められる。無負荷電流とは、出力周波数ｆが誘導モータ２の回転速度と一致して、固定子電流Ｉ_Ｓが励磁電流成分のみになったときの電流を指す。例えば、第１の閾値Ｉ_Ｓ１は無負荷電流の１．５倍以上とされ、第２の閾値Ｉ_Ｓ２は無負荷電流の１．２倍以下とされる。

周波数調整器２２は、周波数調整器の一例であり、出力周波数ｆをサーチ範囲の上限から時間の経過とともに下降させる周波数減速ステップ（周波数下降モードの一例）を実行する。出力周波数ｆは、誘導モータ２に印加される印加電圧の周波数である。周波数減速ステップにおいて、出力周波数ｆは、サーチ範囲の上限から下限に向かって所定の微小量Δｆずつ段階的に下降する。なお、周波数減速ステップ中には、誘起電圧指令ｅ^＊は一定に維持される。

電圧調整器２３は、電圧調整器の一例であり、誘起電圧指令ｅ^＊をサーチ範囲の下限から時間の経過とともに上昇させる電圧復帰ステップ（電圧上昇モードの一例）を実行する。誘起電圧指令ｅ^＊は、誘導モータ２に印加される印加電圧に対応する。電圧復帰ステップにおいて、誘起電圧指令ｅ^＊は、サーチ範囲の下限から上限に向かって所定の微小量ΔＶずつ段階的に上昇する。なお、電圧復帰ステップ中には、出力周波数ｆは一定に維持される。

Ｖ／ｆ変換器２４は、周波数調整器２２から出力される出力周波数ｆに予め定められた比Ｖ／ｆを乗じることで電圧換算値を算出し、Ｖ／ｆ一致判定器２５に出力する。

Ｖ／ｆ一致判定器２５は、判定器の一例であり、周波数調整器２２から出力される出力周波数ｆに対する、電圧調整器２３から出力される誘起電圧指令ｅ^＊の比が、予め定められた比Ｖ／ｆと一致するか否かを判定する。すなわち、Ｖ／ｆ一致判定器２５は、周波数調整器２２から出力される電圧換算値と、電圧調整器２３から出力される誘起電圧指令ｅ^＊とが一致するか否かを判定する。

Ｖ／ｆ一致判定器２５は、電圧復帰ステップにおいて、出力周波数ｆに対する誘起電圧指令ｅ^＊の比が予め定められた比Ｖ／ｆと一致した場合に、スイッチＳＷをＢからＡに切り替えるスイッチ切替信号を出力する。これにより、速度サーチモードから通常運転モードへ切り替えられる。

また、Ｖ／ｆ一致判定器２５は、周波数減速ステップにおいて、出力周波数ｆに対する誘起電圧指令ｅ^＊の比が予め定められた比Ｖ／ｆと一致し、さらに後述する条件を満たした場合に、スイッチＳＷをＢからＡに切り替えるスイッチ切替信号を出力する。

図３は、モータ制御装置１０の動作例を示すタイムチャートである。同図は、フリーラン状態から速度サーチモードを経て通常運転モードへ移行する際の、出力周波数ｆと誘起電圧指令ｅ^＊と固定子電流Ｉ_Ｓのそれぞれの推移を示している。また、出力周波数ｆの推移を示す部分では、誘導モータ２の回転速度ω_ｒの推移も破線で示している。

まず、モータ制御装置１０が、通常運転モードを実行している状態から誘導モータ２への電力供給を遮断すると、誘導モータ２はフリーラン状態となり、回転速度ω_ｒが下降を始める。フリーラン状態の間、出力周波数ｆと誘起電圧指令ｅ^＊と固定子電流Ｉ_Ｓはそれぞれ０となる。

次に、モータ制御装置１０が、速度サーチモードを開始すると、出力周波数ｆはサーチ範囲の最大値ｆ_ｍａｘに設定され、誘起電圧指令ｅ^＊はサーチ範囲の最小値である０に設定される。ここでは、出力周波数ｆが誘導モータ２の回転速度ω_ｒから離れた「スリップ状態」にあっても、誘起電圧指令ｅ^＊が０であるため、固定子電流Ｉ_Ｓは０のまま上昇しない。

速度サーチモードでは、始めに電圧復帰ステップ（Ｓｔｅｐ Ｖ）が実行される。電圧復帰ステップでは、誘起電圧指令ｅ^＊が時間の経過とともに０から徐々に上昇し、出力周波数ｆは最大値ｆ_ｍａｘのまま維持される。ここでは、スリップ状態にあるため、誘起電圧指令ｅ^＊が上昇すると、それに伴って固定子電流Ｉ_Ｓも上昇する。

そして、固定子電流Ｉ_Ｓが第１の閾値Ｉ_Ｓ１を上回ると、周波数減速ステップ（Ｓｔｅｐ ｆ）が実行される。周波数減速ステップでは、出力周波数ｆが時間の経過とともに最大値ｆ_ｍａｘから徐々に下降し、誘起電圧指令ｅ^＊は電圧復帰ステップの終了時点の値に維持される。出力周波数ｆが下降すると、スリップ状態が緩和されるため、それに伴って固定子電流Ｉ_Ｓも下降する。

そして、固定子電流Ｉ_Ｓが第２の閾値Ｉ_Ｓ２を下回ると、電圧復帰ステップ（Ｓｔｅｐ Ｖ）が再び実行される。

電圧復帰ステップにおいて、誘起電圧指令ｅ^＊がＶ／ｆ一致点に到達すると、モータ制御装置１０は、速度サーチモードを終了して通常運転モードを開始する。Ｖ／ｆ一致点は、出力周波数ｆに対する誘起電圧指令ｅ^＊の比が予め定められた比Ｖ／ｆと一致する点である。

このように、電圧復帰ステップと周波数減速ステップを交互に実行することで、固定子電流Ｉ_Ｓの過度の上昇を抑制しながら、Ｖ／ｆ一致点を探索することが可能である。

以上の図３の説明では、電圧復帰ステップでＶ／ｆ一致点に到達した場合の例について説明したが、周波数減速ステップでＶ／ｆ一致点に到達した場合の例については後述する。

なお、本実施形態では、固定子電流Ｉ_Ｓの大きさに基づいて電圧復帰ステップと周波数減速ステップを交互に切り替える例について説明したが、これに限られず、例えば所定の時間が経過する毎に電圧復帰ステップと周波数減速ステップを交互に切り替えてもよい。

図４は、速度サーチモードの例を示すフローチャートである。図５は、電圧復帰ステップの例を示すフローチャートである。図６は、周波数減速ステップの例を示すフローチャートである。図４〜図６の一連の処理は、所定の周期（例えば、数ｍｓｅｃ）で繰り返される。なお、図６の周波数減速ステップに含まれる双方下降ステップ（Ｓｔｅｐ Ｂ）及び母線電圧減少ステップ（Ｓｔｅｐ Ｃ）の詳細については後述する。

図４に示される速度サーチモードにおいて、モータ制御装置１０は、電圧復帰ステップ（Ｓｔｅｐ Ｖ）が選択されているか、周波数減速ステップ（Ｓｔｅｐ ｆ）が選択されているかを判定する。サーチ開始時、すなわちフリーラン状態から速度サーチモードに移行した直後には、電圧復帰ステップが選択されている。

図５に示される電圧復帰ステップ（Ｓｔｅｐ Ｖ）において、モータ制御装置１０は、サーチ開始時であるか、サーチ中であるかを判定する（Ｓ１１）。サーチ開始時である場合には、モータ制御装置１０は、出力周波数ｆをサーチ範囲の最大値ｆ_ｍａｘに設定し、誘起電圧設定値Ｅ_ｒｅｆをサーチ範囲の最小値である０に設定する（Ｓ１２）。他方、サーチ中である場合には、モータ制御装置１０は、当該設定を行わない。

次に、モータ制御装置１０は、出力周波数ｆに予め定められた比Ｖ／ｆを乗じて電圧換算値Ｖ_{ｓｅａｒｃｈｒｅｆ}を得るとともに（Ｓ１３）、誘起電圧設定値Ｅ_ｒｅｆに所定の微小量ΔＶを加算する（Ｓ１４）。次に、モータ制御装置１０は、誘起電圧設定値Ｅ_ｒｅｆが電圧換算値Ｖ_{ｓｅａｒｃｈｒｅｆ}以上であるか、電圧換算値Ｖ_{ｓｅａｒｃｈｒｅｆ}未満であるかを判定する（Ｓ１５）。

誘起電圧設定値Ｅ_ｒｅｆが電圧換算値Ｖ_{ｓｅａｒｃｈｒｅｆ}以上である場合には、モータ制御装置１０は、速度サーチモードを終了して通常運転モードを開始する。他方、誘起電圧設定値Ｅ_ｒｅｆが電圧換算値Ｖ_{ｓｅａｒｃｈｒｅｆ}未満である場合には、モータ制御装置１０は、固定子電流Ｉ_Ｓが第１の閾値Ｉ_Ｓ１超過であるか、第１の閾値Ｉ_Ｓ１以下であるかを判定する（Ｓ１６）。

固定子電流Ｉ_Ｓが第１の閾値Ｉ_Ｓ１超過である場合には、モータ制御装置１０は、周波数減速ステップ（Ｓｔｅｐ ｆ）を選択した上で、処理を終了する。この場合、次回の処理では周波数減速ステップが実行される。他方、固定子電流Ｉ_Ｓが第１の閾値Ｉ_Ｓ１以下である場合には、モータ制御装置１０は、そのまま処理を終了する。この場合、次回の処理では再び電圧復帰ステップが実行される。

図６に示される周波数減速ステップ（Ｓｔｅｐ ｆ）において、モータ制御装置１０は、出力周波数ｆから所定の微少量Δｆを減算するとともに、出力周波数ｆに予め定められた比Ｖ／ｆを乗じて電圧換算値Ｖ_{ｓｅａｒｃｈｒｅｆ}を得る（Ｓ２１）。モータ制御装置１０は、後述する母線電圧減少ステップ（Ｓｔｅｐ Ｃ）を実行した後、固定子電流Ｉ_Ｓが第２の閾値Ｉ_Ｓ２以下であるか、第２の閾値Ｉ_Ｓ２超過であるかを判定する（Ｓ２９）。

固定子電流Ｉ_Ｓが第２の閾値Ｉ_Ｓ２以下である場合には、モータ制御装置１０は、電圧復帰ステップ（Ｓｔｅｐ Ｖ）を選択した上で、処理を終了する。この場合、次回の処理では電圧復帰ステップが選択される。他方、固定子電流Ｉ_Ｓが第２の閾値Ｉ_Ｓ２超過である場合には、モータ制御装置１０は、電圧換算値Ｖ_{ｓｅａｒｃｈｒｅｆ}が誘起電圧設定値Ｅ_ｒｅｆ以下であるか、誘起電圧設定値Ｅ_ｒｅｆ超過であるかを判定する（Ｓ３０）。

電圧換算値Ｖ_{ｓｅａｒｃｈｒｅｆ}が誘起電圧設定値Ｅ_ｒｅｆ以下である場合、モータ制御装置１０は、後述する双方下降ステップ（Ｓｔｅｐ Ｂ）を実行する。電圧換算値Ｖ_{ｓｅａｒｃｈｒｅｆ}が誘起電圧設定値Ｅ_ｒｅｆ超過である場合、モータ制御装置１０は、出力周波数ｆが最小値ｆ_ｍｉｎでなければ（Ｓ３４）、そのまま処理を終了する。この場合、次回の処理では再び周波数減速ステップが選択される。

［双方下降ステップ］
以下、周波数減速ステップ（Ｓｔｅｐ ｆ）に含まれる双方下降ステップ（Ｓｔｅｐ Ｂ）について説明する。

上述したように、電圧復帰ステップでは、固定子電流Ｉ_Ｓの過度な上昇を抑制するために、固定子電流Ｉ_Ｓが第１の閾値Ｉ_Ｓ１を上回ったときに周波数減速ステップに切り替えられる。周波数減速ステップでは、出力周波数ｆが下降すると、誘導モータ２の回転速度ω_ｒに近づくため、固定子電流Ｉ_Ｓが第１の閾値Ｉ_Ｓ１から下降する。

しかしながら、周波数減速ステップにおいて、固定子電流Ｉ_Ｓが第２の閾値Ｉ_Ｓ２まで低下する前に出力周波数ｆがＶ／ｆ一致点に到達した場合、出力周波数ｆが誘導モータ２の回転速度ω_ｒに十分に近づいていないおそれがあり、このまま通常運転モードに移行してしまうと、固定子電流Ｉ_Ｓが過度に上昇するおそれがある。

固定子電流Ｉ_Ｓが第２の閾値Ｉ_Ｓ２まで低下しない理由としては、誘導モータ２の負荷が大きく、固定子電流Ｉ_Ｓに含まれるトルク電流成分が十分に減少しないことが考えられる。また、第２の閾値Ｉ_Ｓ２やその基となる無負荷電流の設定がおかしいことも考えられる。

そこで、本実施形態では、周波数減速ステップにおいて出力周波数ｆがＶ／ｆ一致点に到達すると、以下に説明する双方下降ステップを実行する。

図７は、双方下降ステップを実現する構成を示すブロック図である。モータ制御装置１０は、双方下降ステップを実行するための構成として、カウンタ３１と、スイッチ３２と、Ｖ／ｆ変換器３３と、を備えている。

カウンタ３１は、周波数減速ステップにおいて出力周波数ｆがＶ／ｆ一致点に到達してから所定の時間が経過したときに、切り替え信号をスイッチ３２へ出力する。

スイッチ３２は、カウンタ３１から切り替え信号が入力されると、出力周波数ｆを、周波数調整器２２を通す前の周波数（１周期前の周波数ｆ_{ｏｕｔ＿ｌａｓｔ}）から、周波数調整器２２を通した後の周波数（現周期の周波数ｆ_ｏｕｔ）へ切り替える。これにより、出力周波数ｆは、所定の時間が経過するまでは一定の値に維持され、所定の時間が経過すると下降を再開する。

Ｖ／ｆ変換器３３は、スイッチ３２から出力される出力周波数ｆに予め定められた比Ｖ／ｆを乗じることで電圧換算値を算出し、出力する。

誘起電圧指令ｅ^＊は、カウンタ３１からパルス信号が出力されたときに、電圧調整器２３から出力される値から、Ｖ／ｆ変換器３３で算出される電圧換算値に切り替えられ、出力周波数ｆとともに下降する。

モータ制御装置１０は、以上に説明した構成により双方下降ステップを実行する。図８及び図９は、双方下降ステップの例を示すタイムチャートである。

モータ制御装置１０が双方下降ステップを開始すると、まず、出力周波数ｆはＶ／ｆ一致点に到達したときの値に所定の時間維持される。また、誘起電圧指令ｅ^＊も維持されたままである。

出力周波数ｆが所定の時間維持される間に、固定子電流Ｉ_Ｓが第２の閾値Ｉ_Ｓ２を下回った場合、モータ制御装置１０は、速度サーチモードを終了して通常運転モードを開始する。なお、第２の閾値Ｉ_Ｓ２に限らず、第１の閾値Ｉ_Ｓ１より小さい別の閾値が適用されてもよい。

出力周波数ｆが所定の時間維持される理由は、固定子電流Ｉ_Ｓの検出にフィルタが用いられると、検出に時間差が生じることがあり、実際には出力周波数ｆが誘導モータ２の回転速度ω_ｒに十分に近づいているにも関わらず、近づいていないと判定されることを防ぐためである。

出力周波数ｆが所定の時間維持されても固定子電流Ｉ_Ｓが第２の閾値Ｉ_Ｓ２を下回らなかった場合には、出力周波数ｆと誘起電圧指令ｅ^＊の双方が、予め定められた比Ｖ／ｆを満たしながら時間の経過とともに下降する。

出力周波数ｆと誘起電圧指令ｅ^＊の双方が下降する間に、固定子電流Ｉ_Ｓが第２の閾値Ｉ_Ｓ２を下回った場合、モータ制御装置１０は、速度サーチモードを終了して通常運転モードを開始する。なお、第２の閾値Ｉ_Ｓ２に限らず、第１の閾値Ｉ_Ｓ１より小さい別の閾値が適用されてもよい。

出力周波数ｆがＶ／ｆ一致点に到達したときに出力周波数ｆが誘導モータ２の回転速度ω_ｒに十分に近づいていなくても、このように出力周波数ｆと誘起電圧指令ｅ^＊の双方を下降させることで、出力周波数ｆを誘導モータ２の回転速度ω_ｒに近づけることが可能である。また、出力周波数ｆと誘起電圧指令ｅ^＊の双方を下降させることで、固定子電流Ｉ_Ｓの過度な上昇を抑制することが可能である。

出力周波数ｆと誘起電圧指令ｅ^＊の双方を下降させても固定子電流Ｉ_Ｓが第２の閾値Ｉ_Ｓ２を下回らずに、出力周波数ｆが最小値ｆ_ｍｉｎに到達した場合には、モータ制御装置１０は、速度サーチモードを終了して通常運転モードを開始する。

出力周波数ｆが最小値ｆ_ｍｉｎに到達した場合には、出力周波数ｆも誘導モータ２の回転速度ω_ｒも十分に低減されているので、固定子電流Ｉ_Ｓが過度に上昇することなく、通常運転モードに移行させることが可能である。

上記図６の周波数減速ステップ（Ｓｔｅｐ ｆ）に含まれる双方下降ステップ（Ｓｔｅｐ Ｂ）について説明する。

電圧換算値Ｖ_{ｓｅａｒｃｈｒｅｆ}が誘起電圧設定値Ｅ_ｒｅｆ以下である場合（Ｓ３０）、モータ制御装置１０は、電圧換算値Ｖ_{ｓｅａｒｃｈｒｅｆ}が誘起電圧設定値Ｅ_ｒｅｆ以下である状態が最初に成立した時点から所定の時間（例えば、２００ｍｓｅｃ）が経過したか否かを判定する（Ｓ３１）。

所定の時間が経過していない場合、モータ制御装置１０は、出力周波数ｆを１巡前の値ｆ_ｌａｓｔ、すなわち微少量Δｆを減算する前の状態に戻して（Ｓ３３）、処理を終了する。これにより、所定の時間が経過するまで、出力周波数ｆが一定の値に維持される。

出力周波数ｆが維持される間に、固定子電流Ｉ_Ｓが第２の閾値Ｉ_Ｓ２以下になった場合には（Ｓ２９）、モータ制御装置１０は、電圧復帰ステップ（Ｓｔｅｐ Ｖ）を選択した上で、処理を終了する。この場合、次回の処理では電圧復帰ステップが選択され、さらに、速度サーチモードが終了して通常運転モードが開始される。

所定の時間が経過した場合、モータ制御装置１０は、誘起電圧設定値Ｅ_ｒｅｆを電圧換算値Ｖ_{ｓｅａｒｃｈｒｅｆ}として（Ｓ３２）、処理を終了する。これ以降、誘起電圧設定値Ｅ_ｒｅｆが電圧換算値Ｖ_{ｓｅａｒｃｈｒｅｆ}に一致したまま、すなわち出力周波数ｆに対する誘起電圧設定値Ｅ_ｒｅｆの比が予め定められた比Ｖ／ｆと一致したまま、出力周波数ｆと誘起電圧設定値Ｅ_ｒｅｆの双方が下降する。

出力周波数ｆと誘起電圧設定値Ｅ_ｒｅｆの双方が下降する間に、固定子電流Ｉ_Ｓが第２の閾値Ｉ_Ｓ２以下になった場合にも（Ｓ２９）、モータ制御装置１０は、電圧復帰ステップ（Ｓｔｅｐ Ｖ）を選択した上で、処理を終了する。この場合も、次回の処理では電圧復帰ステップが選択され、さらに、速度サーチモードが終了して通常運転モードが開始される。

出力周波数ｆと誘起電圧設定値Ｅ_ｒｅｆの双方が下降しても固定子電流Ｉ_Ｓが第２の閾値Ｉ_Ｓ２以下にならないまま、出力周波数ｆが最小値ｆ_ｍｉｎになった場合には（Ｓ３４）、モータ制御装置１０は、電圧復帰ステップ（Ｓｔｅｐ Ｖ）を選択した上で、処理を終了する。この場合も、次回の処理では電圧復帰ステップが選択され、さらに、速度サーチモードが終了して通常運転モードが開始される。

［母線電圧減少ステップ］
以下、周波数減速ステップ（Ｓｔｅｐ ｆ）に含まれる母線電圧減少ステップ（Ｓｔｅｐ Ｃ）について説明する。

上述したように、周波数減速ステップでは、出力周波数ｆを誘導モータ２の回転速度ω_ｒに近づけるために、出力周波数ｆを時間の経過とともに下降させる。ところで、誘導モータ２のイナーシャが大きく、回転速度ω_ｒが低下しにくい場合や、出力周波数ｆを下降させる減速レートが大きすぎる場合などには、出力周波数ｆが誘導モータ２の回転速度ω_ｒを追い抜いて、下回ってしまう場合がある。

出力周波数ｆが誘導モータ２の回転速度ω_ｒを下回ると、誘導モータ２が回生状態となり、インバータ３に直流電力を供給する母線９１（図１を参照）に過度な回生電圧が印加されてしまうおそれがある。

そこで、本実施形態では、周波数減速ステップにおいて、以下に説明する母線電圧減少ステップを実行する。

図１０は、母線電圧減少ステップを実現する構成を示すブロック図である。モータ制御装置１０は、母線電圧減少ステップを実現するための構成として、電圧判定器４１を備えている。

電圧判定器４１は、平滑コンデンサ６（図１を参照）に印加される直流電圧の検出値である母線電圧Ｖ_ｄｃが第１の電圧閾値Ｖ_Ｓ１を上回った場合、その旨を表す電圧超過信号を周波数調整器２２へ出力する。また、電圧判定器４１は、母線電圧Ｖ_ｄｃが第１の電圧閾値Ｖ_Ｓ１よりも小さい第２の電圧閾値Ｖ_Ｓ２を下回った場合、その旨を表す電圧復帰信号を周波数調整器２２へ出力する。

周波数調整器２２は、電圧超過信号を受けると、出力周波数ｆの下降を制限する。また、周波数調整器２２には、母線電圧Ｖ_ｄｃの所定時間当たりの変化量ｄＶ_ｄｃ／ｄｔが入力される。周波数調整器２２は、電圧超過信号を受け、かつ変化量ｄＶ_ｄｃ／ｄｔが正の値である場合には出力周波数ｆを上昇させ、他方、電圧超過信号を受け、かつ変化量ｄＶ_ｄｃ／ｄｔが０若しくは負の値である場合には出力周波数ｆを維持する。ここでの所定時間は、例えば速度サーチモードが繰り返される周期である。

さらに、周波数調整器２２は、電圧復帰信号を受けると、出力周波数ｆの下降を再開する。再開後の出力周波数ｆの減速レートは、制限前の出力周波数ｆの減速レートよりも例えば半分程度小さくされる。減速レートとは、出力周波数ｆの所定時間当たりの下降量を表す。ここでの所定時間も、例えば速度サーチモードが繰り返される周期である。

モータ制御装置１０は、以上に説明した構成により母線電圧減少ステップを実行する。図１１は、母線電圧減少ステップの例を示すタイムチャートである。

モータ制御装置１０は、周波数減速ステップ（Ｓｔｅｐ ｆ）において母線電圧Ｖ_ｄｃが第１の電圧閾値Ｖ_Ｓ１を上回ると、母線電圧減少ステップ（Ｓｔｅｐ Ｃ）を開始する。母線電圧減少ステップでは、出力周波数ｆを上昇させる若しくは維持することによって、出力周波数ｆの下降を制限する。

具体的には、母線電圧Ｖ_ｄｃの所定時間当たりの変化量ｄＶ_ｄｃ／ｄｔが正の値である場合には、モータ制御装置１０は、出力周波数ｆを上昇させる。これにより、母線電圧Ｖ_ｄｃの過度な上昇を抑制することが可能である。他方、変化量ｄＶ_ｄｃ／ｄｔが０若しくは負の値である場合には、モータ制御装置１０は、出力周波数ｆを維持する。これにより、出力周波数ｆを誘導モータ２の回転速度ω_ｒに近づけつつ、母線電圧Ｖ_ｄｃを抑制することが可能である。

その後、母線電圧Ｖ_ｄｃが第１の電圧閾値Ｖ_Ｓ１よりも小さい第２の電圧閾値Ｖ_Ｓ２を下回ると、モータ制御装置１０は、出力周波数ｆの下降を再開する。再開後の出力周波数ｆの減速レートは、制限前の出力周波数ｆの減速レートよりも例えば半分程度小さくされる。これにより、出力周波数ｆの減速レートを、誘導モータ２の回転速度ω_ｒの減速レートに近づけることが可能である。

上記図６の周波数減速ステップ（Ｓｔｅｐ ｆ）に含まれる母線電圧減少ステップ（Ｓｔｅｐ Ｃ）について説明する。

モータ制御装置１０は、出力周波数ｆから所定の微少量Δｆを減算するとともに、電圧換算値Ｖ_{ｓｅａｒｃｈｒｅｆ}を得た後（Ｓ２１）、母線電圧Ｖ_ｄｃが第１の電圧閾値Ｖ_Ｓ１以上であるか、第１の電圧閾値Ｖ_Ｓ１未満であるかを判定する（Ｓ２２）。

母線電圧Ｖ_ｄｃが第１の電圧閾値Ｖ_Ｓ１以上である場合には、モータ制御装置１０は、母線電圧減少ステップであることを表すフラグをオンにする（Ｓ２３）。なお、次巡以降において当該フラグがオンの場合も、Ｓ２２からＳ２３に進む。

次に、モータ制御装置１０は、母線電圧Ｖ_ｄｃの所定時間当たりの変化量ｄＶ_ｄｃ／ｄｔが正の値であるか、変化量ｄＶ_ｄｃ／ｄｔが０若しくは負の値であるかを判定する（Ｓ２４）。

変化量ｄＶ_ｄｃ／ｄｔが正の値である場合、モータ制御装置１０は、出力周波数ｆを１巡前の値ｆ_ｌａｓｔに所定の微少量Δｆを加算した値として、出力周波数ｆを上昇させる（Ｓ２５）。

他方、変化量ｄＶ_ｄｃ／ｄｔが０若しくは負の値である場合、モータ制御装置１０は、出力周波数ｆを１巡前の値ｆ_ｌａｓｔとして、出力周波数ｆを維持する（Ｓ２６）。

次に、モータ制御装置１０は、母線電圧Ｖ_ｄｃが第２の電圧閾値Ｖ_Ｓ２以上であるか、第２の電圧閾値Ｖ_Ｓ２未満であるかを判定する（Ｓ２７）。

母線電圧Ｖ_ｄｃが第２の電圧閾値Ｖ_Ｓ２以上である場合、モータ制御装置１０は、Ｓ２９以降に移る。

他方、母線電圧Ｖ_ｄｃが第２の電圧閾値Ｖ_Ｓ２未満である場合、モータ制御装置１０は、母線電圧減少ステップであることを表すフラグをオフにすると共に、出力周波数ｆの減速レートを１／２倍にして、Ｓ２９以降に移る。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が当業者にとって可能であるのはもちろんである。

２ 誘導モータ、３ インバータ、４ 交流電源、５ 整流回路、６ 平滑コンデンサ、１０ モータ制御装置、１１ｄ，１１ｑ 減算器、１２ 電流制御器、１３ 加算器、１４ 電圧指令演算器、１５ ＰＷＭ制御器、１６ 速度変換器、１７ ｄ−ｑ変換器、２１ 電流判定器（モード切替器の一例）、２２ 周波数調整器（周波数調整器の一例）、２３ 電圧調整器（電圧調整器の一例）、２４ Ｖ／ｆ変換器、２５ Ｖ／ｆ一致判定器（判定器の一例）、３１ 周波数調整器、３２ スイッチ、３３ Ｖ／ｆ変換器、４１ 電圧判定器、９１ 母線、１００ モータ制御システム。

Claims (5)

1. 誘導モータを、フリーラン状態から、前記誘導モータに印加される印加電圧とその周波数とが所定の関係を満たす状態にする、モータ制御装置であって、
   前記印加電圧を所定の範囲の下限から時間の経過とともに上昇させる電圧上昇モードを実行する電圧調整器と、
   前記周波数を所定の範囲の上限から時間の経過とともに下降させる周波数下降モードを実行する周波数調整器と、
   前記電圧上昇モードと前記周波数下降モードを択一的に切り替えるモード切替器と、
   前記印加電圧と前記周波数とが前記所定の関係を満たすか否かを判定する判定器と、
   を備え、
   前記周波数調整器は、前記周波数下降モードにおいて、前記誘導モータを駆動するインバータに直流電力を供給する母線の母線電圧が第１の閾値を上回るときに、前記周波数の下降を制限する、
   モータ制御装置。
2. 前記周波数調整器は、前記母線電圧が前記第１の閾値を上回り、かつ前記母線電圧の所定時間当たりの変化量が正の値であるときに、前記周波数を上昇させる、
   請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記周波数調整器は、前記母線電圧が前記第１の閾値を上回り、かつ前記母線電圧の所定時間当たりの変化量が正の値でないときに、前記周波数を維持する、
   請求項１に記載のモータ制御装置。
4. 前記周波数調整器は、前記母線電圧が前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値を下回るときに、前記周波数の下降を制限する前よりも所定時間当たりの下降量を低減して、前記周波数の下降を再開する、
   請求項１に記載のモータ制御装置。
5. 誘導モータを、フリーラン状態から、前記誘導モータに印加される印加電圧とその周波数とが所定の関係を満たす状態にする、モータ制御方法であって、
   前記印加電圧を所定の範囲の下限から時間の経過とともに上昇させる電圧上昇モードと、前記周波数を所定の範囲の上限から時間の経過とともに下降させる周波数下降モードと、を択一的に切り替え、
   前記周波数下降モードにおいて、前記誘導モータを駆動するインバータに直流電力を供給する母線の母線電圧が第１の閾値を上回るときに、前記周波数の下降を制限し、
   前記印加電圧と前記周波数とが前記所定の関係を満たすか否かを判定する、
   モータ制御方法。

Images