JP2793843B2 - 誘導電動機の運転制御装置 - Google Patents

誘導電動機の運転制御装置

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JP2793843B2 JP1155754A JP15575489A JP2793843B2 JP 2793843 B2 JP2793843 B2 JP 2793843B2 JP 1155754 A JP1155754 A JP 1155754A JP 15575489 A JP15575489 A JP 15575489A JP 2793843 B2 JP2793843 B2 JP 2793843B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、誘導電動機を、商用周波数未満の所定の周
波数範囲でのインバータの出力による可変周波数駆動
と、商用電源への直入れ駆動とに切換えて運転するよう
にした誘導電動機の運転制御装置に係り、特に大きな回
転慣性を持つ、ブロワーなどの負荷を駆動する誘導電動
機に好適な運転制御装置に関する。
〔従来の技術〕
周知のとおり、インバータを用いて誘導電動機(以
下、単に電動機と記す)を可変速駆動する場合、このイ
ンバータに必要な容量は、その出力周波数が高くなるに
したがって幾何級数的に増加する。
そこで、商用電源周波数未満の所定周波数範囲ではイ
ンバータの出力を用い、この所定周波数を超える領域で
は商用電源への直入れにより電動機を駆動するようにし
て、一般的な負荷を持つ電動機容量とインバータ容量の
組み合わせ比率に比して、かなりの所要インバータ容量
の低減が得られるようにした、電動機の運転方式が従来
から採用されており、その例を特開昭54−129817号、特
開昭59−190514号の各公報に見ることが出来る。
ところで、このような、いわゆるインバータと電源直
入れの切換えによる電動機の運転方式では、その商用電
源からインバータへの切換時、或いは電源直入れ運転中
での瞬時停電による電源遮断時には、電動機がフリーラ
ン状態に入ってしまうが、このとき、上記従来技術で
は、上記した切換直後、又は電源遮断復帰と共に、電動
機に残っている残留電圧、或いはインバータから電動機
に所定の周波数の電圧を印加し、これにより電動機から
発生される残留電圧のいずれかを検出し、これによりイ
ンバータの所定周波数を制御して運転の継続を図り、或
いは電動機の再始動を図るようにしていた。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術は、このような、インバータと電源直入
れの切換えによる電動機の運転方式でのインバータの定
格容量について配慮がされておらず、電動機の残留電圧
が消滅してしまったときに、再びこの残留電圧を発生さ
せるための、いわゆる再励磁をインバータの出力により
行なうようになっており、このため、上記した直入れか
らインバータへ移行させる場合にインバータの過電流ト
リップが生じないようにするため、電動機の回転数がか
なり低下するのを待ってからでないと、インバータによ
る運転に切換えることができず、このため、ブロワーな
どの回転慣性の大きな負荷を持っているばあいには、上
記した移行に多くの時間を要し、充分な制御応答性を得
ることが出来ないという問題があり、また、上記した瞬
時停電再始動に際しては、このときに定められている所
定の許容時間(HFC−VWSでは0.3〜3秒以内)での再始
動が困難で、電動機が停止してからインバータの最低出
力周波数からの始動となってしまうという問題があっ
た。
本発明の目的は、インバータの出力と電源直入れの切
換方式によるインバータ容量の低減というメリットを充
分に活かしながら、電源直入れからインバータへの切換
えが、電動機負荷の回転慣性量のいかんを問わず、かな
りの短い時間で充分に行なえるようにした電動機の運転
制御装置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、電源直入れからインバータへの切換移行
時での電動機の残留電圧消滅に際しての再励磁を、イン
バータの出力で行なうのではなくて、商用電源から電圧
を印加して行なう手段を設けることにより達成される。
〔作用〕
電動機の再励磁が商用電源から行なわれるので、その
電力容量が問題になることは、ほとんど無くなり、勿論
インバータの過電流トリップの虞れは全く生せず、常に
短時間で確実に切換を得ることができる。
すなわち、電源遮断後で、しかも残留電圧が消滅後の
フリーラン状態にある電動機に、商用電源による再励磁
を行なう時点では、インバータを停止状態にしておくこ
とが出来るので、インバータのトリップ発生は完全に抑
えられるのである。
また、商用電源からの再励磁に際しての、電動機への
突入電流は、例えばリアクトルなどを用いることによ
り、容易に所定値に抑制することが出来るから、電源容
量についての配慮も可能になる。
さらに、この再励磁に必要なタイミングについても、
タイマーや電動機の回転数検出により容易に制御可能で
あり、制御処理も手動に限らず、自動化も容易に出来
る。
〔実施例〕
以下、本発明による誘導電動機の運転制御装置につい
て、図示の実施例により詳細に説明する。
第1図は本発明の一実施例で、図において、4〜6は
図示してない電磁接触器の接点で、この電磁接触器を操
作することにより、所定の制御状態を得ることが出来る
ように構成されており、まず、接点4と5だけを閉じる
と、商用電源1からの電力はインバータ2に供給され、
所定の電圧と周波数のインバータ出力が電動機3に供給
され、インバータによる可変速運転となり、接点6だけ
を閉じた場合には、商用電源1から直接、電動機3に給
電され、直入れ運転となる。
また、図において、7は切換周波数(回転数)検出手
段を表わし、これは電動機3の回転数を検出する回転
計、或いは、接点4〜6が操作されたときからの経過時
間を計測するタイマーなどで構成されているものであ
る。
電動機3は、例えばブロワーなどの、かなり回転慣性
の大きな負荷を駆動するようになっており、このため、
接点6が閉じられて商用電源1による直入れ運転中に、
インバータ2による可変速運転に切換えるために、接点
6が開かれて電動機3がフリーラン状態にされたときに
も、その回転数の低下速度はかなり緩やかで、このた
め、従来技術のように、過電流トリップを生じることな
く、インバータ2により再励磁しようとしたのでは、電
動機3の回転数が所定値に低下するのを待たなければな
らず、従って、この間にかなりの時間が必要になってし
まうのであるが、この実施例では、第2図のタイミング
チャートに示すように、まず、時刻t0で接点6を開放し
て電動機3がフリーラン状態になったら、その残留電圧
の消滅までの比較的短時間の経過を検出手段7により測
定し、その後、時刻t1で再度接点6を瞬時投入し、これ
により商用電源1から電動機3に所定の電圧を印加して
再励磁を行ない、これにより残留電圧の蘇生を図り、そ
の後、接点4、5を投入することによりインバータ2に
よる可変速運転に移行するように制御操作するのであ
る。
なお、この第2図で、A〜F、f′は、それぞれ接点
4、5、6の動作と電動機3の回転数、端子電圧、それ
にインバータ2の出力周波数、出力電圧を表わす。
又、このときの時刻t2からt3以降でのインバータ2に
よる残留電圧の検出と、それに続く周波数検出、出力周
波数の設定、出力電圧を絞ってのソフトスタートから定
常運転状態への移行制御の具体的な処理については、上
記従来技術(特開昭59−190514号公報に詳しく説明され
ているので、その場合と同様に行なえばよい。
従って、この実施例によれば、電動機3が接点6の開
放によりフリーラン状態に移行してから、まだ、あま
り、その回転数が低下しないときに再励磁を行なって、
かなりの突入電流を伴ったとしても、このときの再励磁
は商用電源1による電圧印加なので、インバータ2の過
電流トリップの虞れは全く無く、このため、電動機3の
フリーラン状態での回転数低下速度が、負荷の大きな慣
性によって、かなり緩やかであっても、短時間で容易
に、しかも確実に電源直入れからインバータによる運転
に切換移行させることが出来る。
次に、第3図は本発明の他の一実施例で、8は商用電
源1による電動機3の再励磁に際しての突入電流を抑え
るためのリアクトルで、9、10はさらに別に設けてある
電磁接触器の接点である。
そして、この実施例においては、商用電源1による電
源直入れ運転時には接点6だけを投入し、再励磁時での
残留電圧蘇生のための電圧印加にさいしては、接点6、
10だけを投入するように制御操作するのである。
従って、この実施例では、商用電源1による電動機3
の再励磁においても、電動機3に印加される電圧は、リ
アクトル8により電源電圧よりも低減された電圧になる
ので、このときの突入電流は所定値に抑えられ、電源容
量についての要求を緩やかにすることが出来る。
ところで、以上の実施例では、電源直入れ運転とイン
バータによる運転の切換制御を手動により処理するもの
として説明したが、これをマイコンなどにより自動化す
るようにしてもよい。
第4図は上記した自動化した場合の本発明の一実施例
で、図において、11はマイコンを内蔵した制御装置、12
は接点4〜10を有する電磁接触器、そして13は電動機3
の回転数を検出するための回転発電機(PG)で、検出し
た回転数(N)信号は制御装置11に入力され、さらに、
この制御装置11には、図示してない操作装置から所定の
切換運転指令も入力されるようになっており、その他の
構成は第3図の実施例と同じである。
そして、このマイコンを内蔵した制御装置11は第5図
のフローチャートに従った処理を実行するようになって
いるのである。なお、この第5図では、商用電源1によ
る電動機3の直入れ運転状態からインバータ3による可
変速運転に切換移行するときの処理についてだけ示して
ある。
まず、処理50では電源直入れ運転中であることを表わ
しており、この間、所定の周期で判断処理52を実行して
いる。
そこで、いま、時刻t0以前の所定の時点で切換運転指
令が制御装置11に入力されたとすると、判断処理52での
結果がイエスになり、この結果、まず、処理54で接点6
を開放して商用電源1を電動機3から遮断する。次に、
処理56で回転発電機13からのN信号を調べて切換回転数
の検出を行ない、その後、判断処理58に進み、電動機3
の端子電圧を調べて残留電圧の有無を判断し、結果がノ
ウのときには処理60に進み、時刻t1において瞬時、接点
6、10を投入し、これにより電動機3の残留電圧の蘇生
を図り、その結果を次の判断処理62により判定し、残留
電圧の発生が確認されるまで処理を繰り返す。
このようにして、判定処理58又は62での結果がイエス
になり、電動機3からの残留電圧が得られたら、ここで
処理64に進み、まず接点4、5の投入を行ない、続いて
処理66を実行してインバータ3による運転開始処理を進
め、最後に処理68としてインバータ3による可変速運転
に最終的に移行するのである。
従って、この実施例によれば、電源直入れによる運転
状態からインバータによる運転状態への切換が、全て自
動的に遂行されて行くので、常に確実な切換操作が得ら
れ、電動機の運転中断の発生を充分に抑えることが出来
る。
〔発明の効果〕
本発明によれば、フリーラン状態にある誘導電動機に
よる残留電圧の蘇生のための再励磁を、インバータから
の電圧印加によらず、商用電源からの電源印加により行
なうようにしたので、以下に列挙する効果を得ることが
出来る。
誘導電動機の商用電源の直入れ運転からインバータ
の出力による運転に切換える場合、誘導電動機の運転停
止を伴なう虞れが少ないから、安定した運転継続を容易
に得ることが出来る。
再励磁のために印加すべき電圧値と、その印加継続
時間が任意に設定できるので、インバータの動作に必要
な最適残留電圧、残留時間を容易に得ることが出来、イ
ンバータの制御を的確に進めることが出来る。
低域トルク特性の負荷を有する比較的大容量の誘導
電動機を商用電源直入れによる商用電源周波数運転と、
商用電源周波数未満のインバータ出力による運転を切換
えて、極数変換電動機に類似した運転を行なう場合、イ
ンバータ運転時での最大回転数に応じてインバータの容
量を低減させることができ、ローコスト化を容易に得る
ことが出来る。
瞬時停電時間がインバータの運転継続に必要な許容
時間を超えてしまった場合でも、減速状態からインバー
タへの引き込み運転が可能になるため、誘導電動機が停
止し、インバータの最低出力周波数から再始動するまで
の待ち時間が不要になり、運転の連続性が良好に得られ
る。
誘導電動機の回転数を検出する手段からの信号を周
波数に換算するなどの手法を適用することにより、イン
バータ運転に必要な回転数が簡単に求まるため、自動化
が容易である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による誘導電動機の運転制御装置の一実
施例を示す回路図、第2図は動作説明用のタイミングチ
ャート、第3図は本発明の他の一実施例を示す回路図、
第4図は本発明のさらに別の一実施例を示す回路図、第
5図は動作説明用のフローチャートである。 1……商用電源、2……インバータ、3……誘導電動
機、4〜6、9、10……電磁接触器の接点、7……切換
周波数(回転数)検出手段、8……リアクトル、11……
制御装置、12……電磁接触器、13……回転発電機。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 間野 健 千葉県習志野市東習志野7丁目1番1号 株式会社日立製作所習志野工場内 (56)参考文献 特開 昭59−201697(JP,A) 特開 昭62−207195(JP,A) 特開 昭62−171496(JP,A) 特開 昭57−202897(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H02P 5/408 - 5/412 H02P 7/628 - 7/632

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】誘導電動機の駆動を、インバータの出力に
    よる可変周波数駆動と、商用電源直入れによる定周波数
    駆動とに切換え、上記商用電源の周波数未満の周波数範
    囲でだけ前記インバータの出力で駆動する方式の誘導電
    動機の運転制御装置において、 上記商用電源直入れによる定周波数駆動中、上記商用電
    源が遮断されたとき、上記誘導電動機の残留電圧の有無
    を判定する判定手段と、 該判定手段により残留電圧無しと判定されたとき、上記
    誘導電動機に残留電圧有りと判定されるまで、該誘導電
    動機に上記商用電源を接続する制御手段とを設け、 この制御手段による上記商用電源の接続に応じて上記誘
    導電動機から発生する残留電圧により上記インバータの
    所定周波数での運転を開始させ、上記インバータによる
    可変周波数駆動に移行させるように構成したことを特徴
    とする誘導電動機の運転制御装置。
  2. 【請求項2】請求項1の発明において、 上記商用電源の遮断時点が停電発生時点であることを特
    徴とする誘導電動機の運転制御装置。
  3. 【請求項3】請求項1の発明において、 上記商用電源の遮断時点が、上記誘導電動機を上記商用
    電源直入れによる定周波数駆動状態から上記インバータ
    による可変周波数駆動への切換時点であることを特徴と
    する誘導電動機の運転制御装置。
  4. 【請求項4】請求項1の発明において、 上記制御手段による上記商用電源の接続が、所定のリア
    クタンス素子を介した電圧低減接続に続く直入れ接続と
    なるように構成されていることを特徴とする誘導電動機
    の運転制御装置。
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