JP2574890B2

JP2574890B2 - インバータ制御装置

Info

Publication number: JP2574890B2
Application number: JP1027466A
Authority: JP
Inventors: 秀明 ▲高▼橋; 三根　　俊介; 正有木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-02-08
Filing date: 1989-02-08
Publication date: 1997-01-22
Anticipated expiration: 2012-01-22
Also published as: JPH02211081A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はインバータ制御装置に関し、特に、交流電動
機のベクトル制御を行うに好適なインバータ制御装置の
改良に係る。

〔従来の技術〕

近年、交流電動機の可変速制御技術は目ざましい発展
を挙げ、その応用分野も広範囲に亘つている。

その主回路構成の典型的な例は、交流を直流に変換す
る制御可能なコンバータと、その出力を可変電圧・可変
周波数の交流へ再変換するインバータから成る。これら
の電力変換器の制御形態から、電流形インバータと電圧
形インバータとがあり、主回路上にも若干の差がある。
いずれにしても、インバータを停止させる場合、主回路
中に含まれるインダクタンスによつて発生する過電圧の
処理には神経を使う。

例えば、特開昭62−37071号公報では、インバータの
制御信号を停止するに先だち、コンバータの出力電流を
減少させる手段と、更に、この電流をインバータ側で限
流させるために、インバータを直流モードで動作させる
手段を設けている。その上で、インバータの出力電流が
充分に小さくなつた後に、その制御信号を停止させるよ
うにしている。

この手法は、誘導電動機のすべり周波数およびインバ
ータ出力電圧対出力周波数の比を一定に保つようなすべ
り周波数制御にとつては有効である。

ところで、近年、交流電動機の精密な速度制御を実現
するベクトル制御が多用されるようになつた。このベク
トル制御の典型的な制御形態は、速度制御系によつて得
られた速度偏差Δω_ｒに応じたトルク指令τ＊を得、こ
れに応じた電動機電流Ｉの絶対値制御系と、上記トルク
指令τ＊に応じたすべり周波数指令ωｓ＊および位相指
令θ＊による周波数および位相制御系を備える。このよ
うなベクトル制御については、例えば、特開昭53−9642
3号公報などに詳しく述べられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

このような誘導電動機のベクトル制御においては、前
述したインバータの停止手法を用いても、インバータを
構成する電流制御素子の破壊を招くような過電圧を防止
することはできない場合がある。

本発明の目的とするところは、交流電動機のベクトル
制御において、インバータを構成する制御素子の破壊を
招くような過電圧を発生することなく速かにインバータ
を停止できるインバータの制御装置を提供することであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の或る一面においては、インバータに対する停
止指令に応じて、このインバータに流れる電流を減少さ
せる手段と、この停止指令発生後のインバータに対する
ベクトル制御部へのトルク指令を一定値に保つ手段と、
上記インバータに流れる電流が充分に小さくなつた後に
その制御信号を停止させる手段とを設ける。

〔作用〕

インバータのベクトル制御部へのトルク指令が一定値
に保持されると、インバータ出力周波数は、交流電動機
に対して予定のすべり周波数を保つた状態にあり、ま
た、出力電圧の位相も或る関係に維持されている。この
状態で、電流減少手段が作用すると、電流の過渡的な上
昇も軽減された形で効果的に電流が減衰する。この電流
の速かな減衰を検出し、あるいは予定時間の経過によつ
て減衰を判定して、インバータの制御信号を停止するこ
とにより、速かでかつ素子を破壊するような過電圧の発
生を防止したインバータの停止が実現される。

〔実施例〕

以下、第１図〜第３図を参照して、本発明の望ましい
一実施例について説明する。

３相交流電源１は、制御可能なコンバータ２に給電し
ている。このコンバータ２の電源側にはフイルタコンデ
ンサ３が接続されている。このコンバータの各相各アー
ムは、夫々トランジスタとダイオードの直列体によつて
構成されている。

コンバータ２の直流出力端は、リアクトル４を介して
インバータ５の直流入力端に接続されている。インバー
タ５の各相各アームもまた、トランジスタとダイオード
の直列体によつて構成されている。インバータ５の交流
出力側にもフイルタコンデンサ６が接続され、エレベー
ター駆動用の３相誘導電動機７へ給電している。

誘導電動機７はシーブを回転駆動し、シーブ８は、ロ
ープ９を介してエレベーター乗かご10およびカウンター
ウエート11を昇降駆動する。12は、エレベーター駆動系
を停止保持する電磁ブレーキである。

以上の主回路構成については特開昭62−53192号公報
に回示されている。

次に、制御回路について述べると、運転指令DCの立上
り（起動指令）を受けて、速度指令部13が速度指令ω_ｒ
＊を発生し、トルク指令部14へ伝える。このトルク指令
部14は、速度指令ω_ｒ＊を、速度検出器15で検出された
実際の速度信号ω_ｒと比較し、それらの偏差Δω_ｒに基
づくトルク指令τ＊を発生する。このトルク指令τ＊を
受けたベクトル制御系としては、まず、電流指令部15に
よつて、電流の大きさを示す電流指令Ｉ＊を発生する。
次に、周波数指令部16は、トルク指令τ＊に応じたすべ
り周波数指令ω_ｓ＊と、実際の回転周波数（速度）ω_ｒ
とを加算し、周波数指令ω＊を発生する。最後に、位相
指令部17で、トルク指令τ＊に応じた位相指令θ＊を発
生する。

このようにして得られたベクトル制御用の電流指令Ｉ
＊、周波数指令ω＊および位相指令θ＊は、電流形イン
バータである当実施例においては、コンバータ２とイン
バータ５のPWM制御装置へ分けて入力される。すなわ
ち、電流の大きさはコンバータ２で制御され、周波数と
位相はインバータ５で制御される。

電流指令Ｉ＊は、電流制御部18へ入力され、直流電流
検出器19によつて検出された電流Ｉと比較され、コンバ
ータ出力電圧指令V_COn＊を得て、コンバータ制御信号発
生部20により、コンバータ２内のトランジスタを制御す
る。一方、周波数指令ω＊と位相指令θ＊は、インバー
タ制御信号発生部21へ入力され、インバータ５内のトラ
ンジスタを制御する。

次に、運転指令DCの立下り（インバータ停止指令）に
より、電流指令部15へ、電流絞込み指令を与え、電流指
令Ｉ＊を零とする。一方、運転指令DCの立下りは、遅延
回路22を介して正規のインバータ停止指令ISCとなり、
約20m秒遅れてコンバータおよびインバータ制御信号発
生部20および21へ与えられ、それらの制御信号をサプレ
スする。また、運転指令DCの立下り（インバータ停止指
令）によりホルダ23を動作させ、トルク指令τ＊をホー
ルドする。

第２図に、エレベーターの１回の運転とインバータ停
止までの動作状況を示す。

まず、同図（ｄ）において、時刻t₀にて起動指令（運
転指令DCの立上り）が与えられると、速度指令部13によ
り同図（ａ）に破線で示す速度指令（ω_ｒ＊）を発生す
る。トルク指令部14は、この速度指令ω_ｒ＊と、速度検
出器15の出力である実際の速度信号ω_ｒとを比較し、そ
れらの偏差に応じたトルク指令τ＊を発生する。このト
ルク指令τ＊は、まず、電流指令部15に与えられ、電流
（の大きさ）指令Ｉ＊を発生し、電流制御部18およびコ
ンバータ制御信号発生部20を通して、コンバータ２を制
御する。これにより、コンバータからインバータを通し
て誘導電動機７へ流れる電流Ｉは第２図（ｂ）に示すよ
うに立上る。このとき、前記トルク指令τ＊と実際の回
転周波数（速度）ω_ｒによつてベクトル制御用として求
められた周波数指令ω＊と位相指令θ＊は、インバータ
制御信号発生部21へ与えられ、インバータ５の出力周波
数と位相を制御する。第２図（ｃ）にインバータの制御
信号CSの出力の有無を示している。

以後、時間t₁〜t₂はエレベーターの加速期間、t₂〜t₃
は同じく定速期間、t₃〜t₄は減速期間である。この例で
は、エレベーター乗かご10内が満員で上昇（Full Load
UP）した場合の電流Ｉを示しており、エレベーターの停
止後であつても、誘導電動機７は乗かご10を下降させな
いだけのトルクを発生しており、比較的大きな電流Ｉが
流れ続けている。すなわち、インバータ５の周波数指令
ω^＊は前述したように、周波数指令ω^＊＝回転周波数（速度）ω_ｒ＋すべり周波
数指令ωｓ^＊であり、エレベーターがほぼ停止している
とき、ω_ｒ≒０であるから、ω^＊≒ωｓ^＊となり、イン
バータ５はトルク指令τ^＊に見合う低い周波数の交流出
力を発生し、電動機７はエレベーター運動系を、その時
の速度指令ω_ｒ ^＊≒０を保つようなトルクを出し続けて
いる。そのような時点t₅で、電磁ブレーキ12に動作指令
が与えられ、その励磁が解かれるが、実際にブレーキ力
を発生するのは時点t₆直前である。その後、時点t₆にお
いて、停止指令により電流指令部15では電流指令Ｉ＊を
零に落し、一方、ホールダ22はトルク指令τ＊をホール
ドする。従つて、周波数指令ω＊と位相指令θ＊が直前
の値に保持されたままの状態で、第２図（ｂ）に示すよ
うに電流Ｉが絞込まれる（時間t₆〜t₇）。その後、この
電流Ｉが充分に小さくなる時間の経過後、時刻t₈におい
て、遅延回路22からインバータ停止指令ISCが与えら
れ、コンバータおよびインバータ制御信号発生部20およ
び21をサプレスする。

第３図は、インバータ停止時の電圧，電流の変化の様
子を示す図である。

電流指令絞込み指令が与えられる時点t₆以前では、イ
ンバータ出力電圧V_INV1と、誘導電動機７の発生電圧V_M
との電位差ΔV₁によつて、電動電流I_M1が流れている。
ここで、仮に、トルク指令τ＊を零にすることによつ
て、電流指令Ｉ＊を絞込もうとすると、インバータの出
力電圧を周波数は（ω_ｒ＋ωｓ）から（ω_ｒ）へ変化
し、位相はθから零へ変化する。周波数の変化によつ
て、すべり周波数ωｓと時間ｔの積ωstの示す電気角だ
け位相の変化となつて現われ、一方、位相に関しては、
比較的大きなトルク指令τ＊に対応する位相指令θ＊が
急激に零に変化する。このため第３図（ａ）に示す例の
ように、インバータ出力電圧は、V_INV1からV_INV2に急激
に移り、電動機７の発生電圧V_M（破線）との電位差はΔ
V₂へ急増する場合が多い。従つて、電動機電流は同図
（ｂ）にI_M2で示すように一旦急増した後、減少へ向
う。このため、電流が充分に小さくなるまでに時間を要
し、一方、電流が充分に小さくなる前にインバータの制
御信号をサプレスすると、主回路のインダクタンスによ
つて過電圧を発生する。

これに対して、当実施例によれば、第１図で説明した
ように、電流指令部15で電流指令Ｉ＊を絞込む際には、
トルク指令τ＊をホルダ22でホールドしており、周波数
指令ω＊も位相指令θ＊も、電動機発生電圧V_Mとの関係
において、一定の関係、すなわち第３図（ａ）のV_INV1
対V_Mの関係を保ちつつ、電流指令Ｉ＊のみを絞込むこと
ができる。従つて、第３図（ｂ）にI_M3で示すように、
電動機電流は速やかに絞込まれる。

以上は、エレベーターの正規の停止動作について述べ
たが、非常停止時においては、更に、本装置の効果が顕
著となる。

第４図に本発明の他の望ましい一実施例を示す。第１
図と異るところは、運転指令DCの立下りすなわちインバ
ータ停止指令により、トルク指令部14の出力であるトル
ク指令τ＊を零とすることによつて、電流指令部15の出
力である電流指令Ｉ＊を絞込むとともに、位相指令部17
の出力である位相指令θ＊を、ホルダ24によつて、直前
の値θ_１＊にホールドするようにした点である。この場
合、電動機電流I_Mは、励磁電流成分I₀（無負荷電流）の
みに抑えられる。

更に、周波数制御系に対しても、（ω_ｒ＋ωｓ）から
（ω_ｒ）への変化を避けたい場合には、ホルダ24を24′
の位置へ移せばよい。

以上の実施例において、次のような変形が可能であ
る。

（１）交流電源１とコンバータ２を、直流電源と直流チ
ヨツパに置換えること。

この場合には、上記実施例の電流制御系を、直流チヨ
ツパの制御によつて実現できるので、電流絞込み手段
も、このチヨツパの制御に委ねることができる。

（２）遅延回路22に代えて、電流検出器19の出力が十分
に小さくなつたことを確認すること。

（３）速度検出器15を省き、センサーレス・ベクトル制
御とすること。

この場合は、演算によつて、電動機の回転速度に相当
する信号が求められる。

（４）周波数制御系を保持する代りに、周波数の急変を
抑制する手段を設けること。

（５）位相保持の代りに、位相の急変を抑制する手段を
設けること。

（６）電流形インバータでなく、電圧形インバータとす
ること。

（７）このために、電流制御系をインバータを用いて構
成すること。

（８）更に、加えて、電流減少手段を、上記インバータ
を用いた電流制御系を用いて構成すること。

（９）電流減少手段として、コンバータやインバータ以
外の手段を設けること。

〔発明の効果〕

本発明によれば、交流電動機のベクトル制御を行うイ
ンバータ制御装置において、過電圧の発生を抑制しつ
つ、速かにインバータを停止できるインバータ制御装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の望ましい一実施例として、エレベータ
ー装置に適用したインバータ制御装置の構成図、第２図
はエレベーターの１回の運転におけるインバータの起動
から停止までの動作状況を示すタイムチヤート、第３図
はインバータ停止時の電圧，電流の変化の一例を示すタ
イムチヤート、第４図は、本発明の望ましい他の一実施
例を示す構成図である。

フロントページの続き (56)参考文献特開昭62−37071（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−285091（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−290378（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−15693（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−199480（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】制御可能なコンバータと、このコンバータ
の直流出力を交流に変換する可変電圧・可変周波数イン
バータと、このインバータから給電される交流電動機
と、この電動機に対するトルク指令と上記電動機の回転
速度またはその相当信号を入力し上記コンバータで電流
制御、上記インバータでその周波数と位相を制御するベ
クトル制御手段を備えたインバータ制御装置において、
上記インバータ制御装置に対する停止指令に応動して上
記コンバータの出力電流を減少させる手段と、上記停止
指令発生後に上記インバータの出力周波数を制御する周
波数制御系を保持する手段と、上記インバータの出力電
流が充分に小さくなつた後に上記インバータの主回路素
子に与えられる制御信号を停止させる手段を設けたイン
バータ制御装置。
【請求項２】上記周波数制御系は、上記トルク指令に応
じたすべり周波数信号と上記電動機の回転速度またはそ
の相当信号とを入力しインバータ周波数指令を演算する
ように構成され、上記周波数制御系の保持手段は、上記
すべり周波数信号を固定する手段を含む請求項１記載の
インバータ制御装置。
【請求項３】上記コンバータは、直流−直流チヨツパで
ある請求項１記載のインバータ制御装置。
【請求項４】上記コンバータの出力電流を減少させる手
段は、上記トルク指令を減少させる手段を含む請求項１
記載のインバータ制御装置。
【請求項５】上記制御信号停止手段は、上記停止指令か
ら予定時間の経過により上記インバータの出力電流が充
分に小さくなつたことを判定する手段を備えた請求項１
記載のインバータ制御装置。
【請求項６】制御可能なコンバータと、このコンバータ
の直流出力を交流に変換する可変電圧・可変周波数イン
バータと、このインバータから給電される交流電動機
と、この電動機に対するトルク指令と上記電動機の回転
速度またはその相当信号を入力し上記コンバータで電流
制御、上記インバータでその周波数と位相を制御するベ
クトル制御手段を備えたインバータ制御装置において、
上記コンバータの出力電流を減少させる手段と、上記イ
ンバータの出力周波数を制御する手段の出力の急変を抑
制する手段と、上記インバータの出力電流が充分に小さ
くなつた後に上記インバータの主回路素子に与えられる
制御信号を停止させる手段を設けたインバータ制御装
置。
【請求項７】制御可能なコンバータと、このコンバータ
の直流出力を交流に変換する可変電圧・可変周波数イン
バータと、このインバータから給電される交流電動機
と、この電動機に対するトルク指令と上記電動機の回転
速度またはその相当信号を入力し上記コンバータで電流
制御、上記インバータでその周波数と位相を制御するベ
クトル制御手段を備えたインバータ制御装置において、
上記コンバータの出力電流を減少させる手段と、上記電
動機の発生電圧と上記インバータの出力電圧との間の位
相差の急変を抑制する手段と、上記インバータの出力電
流が充分に小さくなつた後に上記インバータの主回路素
子に与えられる制御信号を停止させる手段を設けたイン
バータ制御装置。
【請求項８】上記位相差の急変を抑制する手段は、位相
指令を固定する手段を備えた請求項７記載のインバータ
制御装置。
【請求項９】上記位相差の急変を抑制する手段は、上記
トルク指令を固定する手段を備えた請求項７記載のイン
バータ制御装置。
【請求項１０】制御可能なコンバータと、このコンバー
タの直流出力を交流に変換する可変電圧・可変周波数イ
ンバータと、このインバータから給電される交流電動機
と、この電動機に対するトルク指令と上記電動機の回転
速度またはその相当信号を入力し上記コンバータで電流
制御、上記インバータでその周波数と位相を制御するベ
クトル制御手段を備えたインバータ制御装置において、
上記インバータ制御装置に対する停止指令に応動して上
記コンバータの電流指令をほぼ零まで減少させる手段
と、上記停止指令発生後に上記トルク指令を一定に保持
する手段と、上記インバータの出力電流が充分に小さく
なつた後に上記インバータ主回路素子に与えられる制御
信号を停止させる手段を設けたインバータ制御装置。
【請求項１１】制御可能なコンバータと、このコンバー
タの直流出力を交流に変換する可変電圧・可変周波数イ
ンバータと、このインバータから給電される交流電動機
と、この電動機に対するトルク指令と上記電動機の回転
速度またはその相当信号を入力し、上記トルク指令に応
じて上記コンバータで電流制御、上記電動機の回転速度
またはその相当信号に上記トルク指令に応じたすべり周
波数相当信号を加算して上記インバータでその周波数制
御並びに上記トルク指令に応じて上記インバータでその
位相を制御するベクトル制御手段を備えたインバータ制
御装置において、上記インバータ制御装置に対する停止
指令に応動して上記トルク指令をほぼ零まで減少させる
手段と、上記停止指令発生後に上記インバータの出力周
波数制御系を保持する手段と、上記インバータの出力電
圧に対する位相指令を一定値に固定する手段と、上記イ
ンバータの出力電流が充分に小さくなつた後に上記イン
バータの主回路素子に与えられる制御信号を停止させる
手段を設けたインバータ制御装置。
【請求項１２】直流を交流に変換する可変電圧・可変周
波数インバータと、このインバータから給電される交流
電動機と、この電動機に対するトルク指令と上記電動機
の回転速度またはその相当信号を入力し上記電動機電流
の大きさを制御する電流制御手段および上記インバータ
の出力周波数と位相を制御するベクトル制御手段を備え
たインバータ制御装置において、上記インバータ制御装
置に対する停止指令に応動して上記電動機電流を減少さ
せる手段と、上記停止指令発生後に上記インバータの出
力周波数を制御する周波数制御系を保持する手段と、上
記インバータの出力電流が充分に小さくなつた後に上記
インバータの主回路素子に与えられる制御信号を停止さ
せる手段を設けたインバータ制御装置。
【請求項１３】直流を交流に変換する可変電圧・可変周
波数インバータと、このインバータから給電される交流
電動機と、この電動機に対するトルク指令と上記電動機
の回転速度またはその相当信号を入力し上記電動機電流
の大きさを制御する電流制御手段および上記インバータ
の出力周波数と位相を制御するベクトル制御手段を備え
たインバータ制御装置において、このインバータ制御装
置に対する停止指令に応動して上記電動機電流を減少さ
せる手段と、上記停止指令発生後に上記電動機の発生電
圧と上記インバータの出力電圧との間の位相差の急変を
抑制する手段と、上記インバータの出力電流が充分に小
さくなつた後に上記インバータ主回路素子に与えられる
制御信号を停止させる手段を設けたインバータ制御装
置。
【請求項１４】制御可能なコンバータと、このコンバー
タの直流出力を交流に変換する可変電圧・可変周波数イ
ンバータと、このインバータから給電される交流電動機
と、この電動機によつて昇降駆動されるエレベーター
と、このエレベーター駆動系を停止保持するブレーキ手
段と、上記電動機に対するトルク指令と上記電動機の回
転速度またはその相当信号を入力し上記コンバータで電
流制御、上記インバータでその周波数と位相を制御する
ベクトル制御手段を備えたエレベーター装置において、
エレベーターへの停止指令に応動し上記ブレーキ手段の
使用後に上記コンバータの出力電流を減少させる手段
と、上記停止指令発生後に上記電動機の回転速度または
その相当信号を入力し，これにすべり周波数相当信号を
加算して上記インバータの出力周波数を制御する周波数
制御系を保持する手段と、上記インバータの出力電流が
充分に小さくなつた後に上記インバータ主回路素子に与
えられる制御信号を停止させる手段を設けたインバータ
制御装置を備えたエレベーター装置。