JP2720917B2 - インバータの制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、同期電動機を駆動しているインバータの
電源が短時間停電後に復旧した場合に、この同期電動機
を一旦停止させることなく、円滑に運転を再開させるこ
とができるインバータの制御方法に関する。

〔従来の技術〕

交流電動機として、たとえば同期電動機を可変速運転
しようとする場合には、直流を交流に変換するインバー
タを電源にして、このインバータが出力する交流の電圧
と周波数とを適切に制御することにより、同期電動機を
所望の速度で運転することができる。

ところでこのインバータへの直流電力は、一般に商用
電力系統からの交流を整流するようにしているので、落
雷などの接地事故や、系統の切換えなどのためにごく短
時間停電することがある。

インバータは、その電源側が停電したことを検出する
と、直ちにパルスオフしてインバータと同期電動機とを
切離すので、同期電動機は自由回転状態になって徐々に
減速する。停電時間がごく短時間であると、停電復旧時
の電動機速度はあまり低下していないことが多いので、
直ちにこの電動機にインバータから交流電力を与えて運
転を再開したいのであるが、この運転再開時のインバー
タ出力交流電圧の周波数と位相ならびに電圧値を、その
時点における同期電動機の速度や残留電圧に対応して、
適切に制御しておく必要がある。

そこで、同期電動機の残留起電力を検出し、これから
当該電動機とインバータとを同期状態、すなわち周波数
と電圧位相とが一致した状態にしてからこのインバータ
をパルスオンし、インバータから同期電動機への交流電
力の供給を再開するようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述のように、同期電動機の運転を再開するとき、イ
ンバータ出力交流の周波数と電圧位相とは、同期電動機
のそれと一致するように制御するが、一般にインバータ
出力電圧値は、同期電動機の残留電圧の大きさには無関
係に低い値の状態にして両者を結合し、その後に所定の
電圧上昇速度で所望の電圧値に到達させる方法を採用し
ている。

しかしながら、同期電動機が重負荷の場合、あるいは
１台のインバータで多数の同期電動機を駆動するような
場合に、インバータ出力電圧が低い値で電動機を結合し
たのちに、インバータ出力電圧を上昇させる制御方法で
は、同期電動機を引入れることができず、そのために過
大な電流が流れてインバータを過電流トリップさせた
り、あるいは、同期電動機からインバータへ回生電流が
流入して、このインバータの直流側電圧を上昇させるこ
とになって、当該インバータを過電圧トリップさせたり
するおそれがあった。

すなわち瞬時停電が回復した直後に、電動機運転を再
開した瞬間にインバータがトリップし、電動機の運転が
継続できなくなるおそれがあった。

そこでこの発明の目的は、同期電動機を駆動している
インバータの直流電源側が瞬時停電から復旧したさい
に、インバータに過電流や過電圧を生じることなく、直
ちに、かつ円滑に運転を再開できるようにすることにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、この発明のインバータ
の制御方法は、直流を交流に変換するインバータが駆動
する同期電動機の電圧実際値を検出し、この電圧実際値
を電圧指令値に一致させる電圧調節手段を備えている前
記インバータの直流電源の停電時には、当該インバータ
をパルスオフするとともに前記交流電動機の残留電圧位
相を検出し、停電復旧時にこのインバータ出力電圧位相
を前記交流電動機残留電圧位相に一致させたのちパルス
オンさせているインバータの制御方法において、前記直
流電源の停電時に、前記電圧指令値と同極性の補正電圧
を前記電圧調節手段に与えてこれを飽和させ、飽和中の
当該電圧調節手段に、電動機残留電圧に相当した割込み
信号を割込ませることで、前記インバータの出力電圧を
電動機残留電圧に一致させる制御信号を当該電圧調節手
段から出力させておき、前記直流電源の停電復旧時に前
記補正電圧を取去ると同時に、前記電圧調節手段に割込
ませていた割込み信号を徐々に減少させるものとする。

〔作用〕

この発明は、同期電動機を駆動するインバータの直流
電源側が停電したことを検出して、このインバータをパ
ルスオフすると同時に、電圧調節手段に対して、電圧指
令値と同極性の補正電圧を与えて当該電圧調節手段を強
制的に飽和させると同時に、インバータの出力電圧が電
動機残留電圧と一致するように、電圧調節手段にこの電
動機残留電圧に相当した割込み信号を割込ませておき、
停電が復旧すると同時に前記補正電圧を取除くと同時に
割込み信号を徐々に減少させるようにしている。それ
故、停電復旧してインバータがパルスオンするときの当
該インバータの出力電圧は、電動機残留電圧に一致して
いる。さらに運転再開後、この割込み信号は徐々に減少
し、かつ電圧調節手段の飽和は解けていることから、イ
ンバータの出力電圧は、電圧調節手段の作用で停電前に
設定していた電圧指令値へ徐々に回復することになる。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例をあらわした制御ブロック図
である。

この第１図において、交流電源１からの交流電力を、
整流器２と平滑コンデンサ３とにより平滑な直流電力に
変換し、この直流電力をパルス幅変調（以下ではPWMと
略記する）制御動作をするインバータ４で、可変電圧・
可変周波数の交流電力に変換し、この交流電力で同期電
動機５を所望の速度で駆動する。

交流電源１が停電すれば、インバータ４をパルスオフ
して同期電動機５を自由回転状態にし、この停電が短時
間後に回復すれば、インバータ４をパルスオンして同期
電動機５を再駆動するのであるが、このパルスオンの際
に、インバータ４が出力する交流の周波数と電圧位相と
を、同期電動機５のそれと一致させる必要があり、その
ための同期装置は周知であり、かつ本発明とは直接の関
係がないので、この同期装置の図示は省略している。

インバータ４の出力電圧を所望値に維持するために、
計器用変圧器11と整流器12、平滑回路13ならびに増幅器
14とにより電圧検出回路を構成して、電圧実際値を検出
する。一方、電圧設定器15が電圧指令値を設定している
ので、電圧調節手段としてのAVR16は、これら電圧指令
値と電圧実際値との偏差を入力し、この入力偏差を零に
する制御信号をPWM回路17へ出力し、ベース駆動回路18
を経てこの制御信号をインバータ４に与えることで、当
該インバータ４が出力する交流電圧を、前述の電圧指令
値どおりに維持している。

本発明においては、電源停電時にAVR16を飽和させる
ための補正電源21とスイッチ22、また電源停電時にAVR1
6に割込み信号を割込ますための増幅器23、可変抵抗2
4、ダイオード25ならびに切換スイッチ26、さらに停電
復旧時にAVR16の出力を割込み信号から電圧指令値へ緩
やかに切換えるための飽和電源27と緩復帰回路28とが設
置されているので、これらの動作を以下に説明する。

交流電源１の電圧が正常のとき、スイッチ22は開路し
ており、切換スイッチ26はＡ側に切換わっているので、
飽和電源27が緩復帰回路28を介して増幅器23に印加され
ていて、この増幅器23を負電圧に飽和させているので、
ダイオード25はカットオフ状態にある。それ故、電源正
常時には、AVR16は電圧実際値を電圧指令値に一致させ
る制御動作を行っている。

ここで交流電源１が停電したことを、図示していない
停電検出手段が検出すると、直ちにインバータ４をパル
スオフして、同期電動機５をインバータ４から切離し
て、これを自由回転にするとともに、スイッチ22を閉路
して、電圧設定器15で設定する電圧指令値と同極性の補
正電圧をAVR16に印加する。そのため、このAVR16は強制
的に飽和状態となる。

一方、切換スイッチ26は停電検出と同時にＡ側からＢ
側に切換わって、緩復帰回路28の入力を零にすると共
に、増幅器23の飽和を解除する。このときAVR16は上述
の動作により飽和状態にあり、また増幅器23の飽和が解
けているために、ダイオード25は導通状態になる。よっ
てAVR16の出力は増幅器23の出力と同じ電圧となる。こ
の増幅器23には、電圧検出回路の出力が接続されている
ので、結局AVR16の出力は、自由回転中の同期電動機５
の残留電圧に相当した値となる。

PWM制御をしているインバータ４の出力電圧をＶと
し、AVR16の出力電圧をλとすると、この両者の関係は
下記の（１）式であらわすことができる。但しK₁は計器
用変圧器11の変圧比、K₂は制御方式により定まる定数で
ある。

Ｖ＝K₁・K₂・λ ……（１） それ故、増幅器23の帰還抵抗の抵抗値と、可変抵抗24
の抵抗値とを適切に選定することで、ゲインK₂を決定し
ておくと、電源停電が復旧してインバータ４をパルスオ
ンするときの当該インバータ４の出力電圧を、同期電動
機５の残留起電力と同じ値にすることができる。

すなわち、AVR16の出力電圧は、常時電動機残留起電
力に追従しているので、停電復旧と同時にインバータ４
による同期電動機５の運転再開の際に、過電流や過電圧
を発生するおそれがない。尚停電復旧と同時に閉路して
いたスイッチ22は開路すると同時に、切換スイッチ26は
Ｂ側からＡ側に切換わるので、増幅器23によるAVR16の
割込み制御は、本来のAVR制御へと徐々に切換わるので
あるが、この切換えは、緩復帰回路28の時定数に従った
速度で切換わることになる。

次に、電圧調節手段が飽和状態中に電動機残留電圧に
対応した割込み信号を割込ませる動作について説明す
る。

第１図において、先ず、AVR16は図示されているよう
に２段のアンプから構成されており、前段は、「−」表
示にて示されているように反転増幅器から成る偏差アン
プであり、後段は「＋１」表示にて示されているように
ゲイン１のゲインアンプである、次に、電圧設定器15か
ら与えられる電圧指令値は図示されているように＋極性
でAVR16の偏差アンプに入力され、一方電圧実際値は
「−」表示された反転増幅器から成る増幅器14を介して
−極性でAVR16の偏差アンプに入力される。なお、補正
電源21から与えられる補正電圧は電圧指令値と同極性
で、電圧指令値と電圧実際値との通常生じ得る偏差より
非常に大きい値とする。

しかして、停電が発生すると、その停電検出に基づい
てスイッチ22が閉路して補正電源21から補正電圧がAVR1
6の前段の偏差アンプに与えられる。このとき、補正電
圧は電圧指令値と電圧実際値との通常生じ得る偏差より
相当大きい値であるので、偏差アンプの入力値はこの補
正電圧の極性と同じ、つまり＋極性となる。従って、反
転増幅器から成る前段のこの偏差アンプは必ず−極性に
飽和する。

一方、切換スイッチ26はＢを選択しており、従って緩
復帰回路28の出力は０ボルトである、このとき増幅器23
は同様に「−」表示された反転増幅器から構成されてい
るので、増幅器23の出力は電圧実際値を反転増幅した値
で−極性となる。従って、AVR16において、前段の偏差
アンプの出力は−極性で飽和しており、増幅器23の出力
は電圧実際値に対応した−極性の或る値（マイナスの飽
和電圧未満で０ボルト以下）となり、電位的には増幅器
23の出力が高いので、AVR16の後段のゲインアンプには
ダイオード25を介して増幅器23の出力（つまり電圧実際
値に対応した値）が与えられることになる。後段のゲイ
ンアンプはゲイン１のゲインアンプであるので、AVR16
の出力は増幅器23の出力（つまり電圧実際値すなわち電
動機残留電圧に対応した値）となる。このようにして電
圧調節手段（AVR16）の飽和状態中にこの電圧調節手段
へ電動機残留電圧に対応した割込み信号を割込ませるこ
とができる。

なお、停電が復帰した際、AVR16は上述のように電圧
実際値（すなわち電動機残留電圧）を出力している。こ
のとき、スイッチ22が開路して補正電源21からの補正電
圧の供給を解除するので、前段の偏差増幅器には電圧設
定器15からの電圧指令値と電圧実際値とが与えられ、そ
の偏差に基づいて動作する。一方、切換スイッチ26はＡ
を選択するので、緩復帰回路28の出力はその時定数で決
定される傾斜で飽和電源27の電圧値に基づいて増大し
て、電圧実際値（すなわち電動機残留電圧）に加算され
る。このとき、電圧実際値は＋極性、緩復帰回路28の出
力は同様に＋極性であるので、電圧実際値と緩復帰回路
28の出力との加算値は＋極性となり、それゆえ増幅器23
の入力も＋極性となる。増幅器23は反転増幅器から構成
されているので、増幅器23の出力は緩復帰回路28の時定
数で決定される傾斜にて−極性で減少することになる。
しかして、最終的には、増幅器23の出力値がAVR16の前
段の偏差増幅器の出力値より小さくなった時点でダイオ
ード25が遮断され、増幅器23がAVR16から切離される。

〔発明の効果〕

この発明によれば、同期電動機を駆動中のインバータ
の直流電源側が停電すれば、インバータをパルスオフし
て同期電動機を自由回転状態にするのであるが、このと
き電圧調節手段には補正電圧を与えてこれを飽和させる
とともに、同期電動機の残留起電力に対応した割込み信
号を飽和している電圧調節手段に割込ませて、その出力
を残留起電力に対応した値にしておくので、電源停電が
回復したときのインバータ出力電圧は、その時点におけ
る同期電動機残留起電力と同じ値になっている。従って
停電復旧時にインバータを直ちにパルスオンしたとき
に、過電流や過電圧を生じるおそれがなく、同期電動機
を円滑にかつ直ちに再運転することができる。尚停電復
旧時にインバータ出力電圧が電動機残留起電力から、本
来の電圧指令値まで、徐々に回復するように考慮してい
ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例をあらわした制御ブロック図で
ある。 １…交流電源、２…整流器、３…平滑コンデンサ、４…
インバータ、５…同期電動機、11…計器用変圧器、12…
整流器、13…平滑回路、14…増幅器、15…電圧設定器、
16…電圧調節手段としてのAVR、17…PWM回路、18…ベー
ス駆動回路、21…補正電源、22…スイッチ、23…増幅
器、24…可変抵抗、25…ダイオード、26…切換スイッ
チ、27…飽和電源、28…緩復帰回路。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直流を交流に変換するインバータが駆動す
   る同期電動機の電圧実際値を検出し、この電圧実際値を
   電圧指令値に一致させる電圧調整手段を備えているイン
   バータの制御方法において、 前記直流電源の停電期間中は前記電圧指令値と同極性の
   補正電圧を前記電圧調節手段に与えてこれを飽和させ、
   飽和中の当該電圧調節手段に、電動機残留電圧に相当し
   た割り込み信号を割り込ませることで、前記インバータ
   の出力電圧を電動機残留電圧に一致させる制御信号を当
   該電圧調節手段から出力させておき、前記直流電源の停
   電復旧時に前記補正電圧を取り去ると同時に、前記電圧
   調節手段に割り込ませていた割り込み信号を徐々に減少
   させることを特徴とするインバータの制御方法。