JP3178962B2 - 交流モータの制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＰＡＭ制御方式の方形
波電圧インバータ装置による交流モータの制御装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】可変速制御される誘導電動機などの交流
モータの制御装置として、図５に示すＰＡＭ制御方式の
電圧形インバータ装置による交流モータの制御装置が知
られている。

【０００３】図５の交流モータの制御装置において、整
流器１０，直流リアクトル１１，直流コンデンサ１２及
びインバータ１３と出力変圧器１４を介して交流モータ
１５に可変周波数・可変電圧の交流電力が供給される。
インバータ１３はゲートターンオフサイリスタやトラン
ジスタなどの自己消弧能力を持つデバイスで構成され、
直流コンデンサ１２の電圧をスイッチングにより交流に
変換する。

【０００４】ここで、上記ＰＡＭ制御方式の電圧形イン
バータ装置の動作を簡単に説明する。周波数設定器１６
から変化率制限回路１７を通して周波数基準ｆref を発
生し、更にこの周波数基準ｆref を電圧／周波数関数発
生回路１８に入力して、電圧基準Ｖref を発生する。電
圧制御回路１９は、電圧基準Ｖref と電圧検出器２０で
検出した直流コンデンサ１２の電圧を比較して、整流器
１０の位相基準を出力し、位相制御回路２１で整流器１
０の制御を行う。

【０００５】一方、前記周波数基準ｆref を積分器２２
に入力し、インバータ出力電圧位相θref を発生し、パ
ルス分配回路２３にてインバータ１３の制御を行う。イ
ンバータ１３の出力電圧は出力変圧器１４で昇圧されて
モータ１５に所定の大きさの交流電圧を供給する。この
インバータ１３は直流コンデンサ１２の電圧により交流
電圧の振幅を制御し、周波数を可変するものであり、Ｐ
ＡＭ制御方式と呼ばれている。

【０００６】次に、瞬時停電や故障自動リセットによる
再始動方法を説明する。まず、瞬停や故障によりインバ
ータの運転信号であるＲＵＮをオフさせ、整流器１０と
インバータ１３の制御を停止させる。運転信号ＲＵＮが
オフになると、交流電圧検出器２４により検出したモー
タ電圧をＰＬＬ回路２５に入力する。ＰＬＬ回路２５は
位相信号θref とモータ電圧位相の差がゼロになるよう
に周波数基準ｆref を制御してモータ電圧位相に追従さ
せる。この時、変化率制限回路１７の機能はオフにして
周波数の追従を優先させる。次に、瞬停復電や故障の自
動リセットにより運転信号ＲＵＮがオンになると、モー
タ周波数に合わせておいた周波数で整流器１０とインバ
ータ１３の制御を開始し、モータ１５を元の速度に復帰
させる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図５に示す
従来の交流モータの制御装置では、瞬時停電や故障自動
リセットによる再始動を行う場合に次のような問題があ
る。再始動時に、モータ電流がゼロの無負荷状態から負
荷状態に移行する過程で、いろいろな要因による過渡変
動によりインバータの出力電圧の正負のバランスがくず
れて、インバータの出力変圧器が偏磁することがある。
その結果、インバータ出力電流が急激に増加し、過電流
の保護動作が働いて交流モータの制御装置が停止してし
まうという問題がある。ここで、再始動装置というの
は、運転をできる限り継続しなければならない重要な設
備に用いられる装置であり、再始動を失敗することは許
されない。

【０００８】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、瞬停や故障後の再始動において、イン
バータ出力変圧器の偏磁により装置を停止させることな
く安全に再始動を行い運転を継続することのできる交流
モータの制御装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、本発明の請求項１は、整流器、直流リアクトル、直
流コンデンサ、インバータ及び出力変圧器を介して交流
モータに可変周波数、可変電圧の交流電力を供給するよ
うに構成された交流モータの制御装置において、前記出
力変圧器の入出力側の電流を比較する電流比較手段と、
前記インバータ出力電流が一定値以上モータ電流より増
加した場合、インバータをオフさせ電流を絞る電流絞り
手段を備えたことを特徴とする。

【００１０】請求項２は、請求項１記載の交流モータの
制御装置において、インバータ出力電流を絞る手段とし
てインバータの出力線間電圧をゼロにする制御手段を備
えたことを特徴とする。

【００１１】

【００１２】

【作用】上記の構成によれば、出力変圧器の偏磁により
出力変圧器に流れ込むがモータへは流れない過電流を初
期の段階で検出し、この検出信号によりインバータを一
定時間オフさせる。しかし変圧器やモータのインダクタ
ンスによって電流は流れ続けるので、インバータスイッ
チに逆並列に取り付けられた還流用ダイオードを経由し
て直流コンデンサへ回生する。これにより再始動時の過
渡変動により出力変圧器の偏磁が原因の過電流により装
置を停止させることなく安全に再始動を行い運転を継続
することのできる交流モータの制御装置を提供すること
できる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照して説明す
る。図１は本発明の一実施例の構成図であり、図５と同
一の要素については、同一番号を付してその説明は省略
する。

【００１４】本実施例では出力変圧器１４の入出力側に
それぞれ変流器２６，２８を設け、それぞれの変流器２
６，２８の電流をそれぞれ整流回路２７，２９を経て比
較器３１に入力し、さらにワンショットタイマー３２を
経てパルス分配回路２３に入力するように構成した点が
図５の従来装置と相違する。

【００１５】次に、本実施例の動作を図２と図３を用い
て簡単に説明する。図２は図１のインバータ１３の詳細
な構成図であり、自己消弧デバイスであるゲートターン
オフサイリスタ（ＳU,ＳV,ＳW,ＳX,ＳY,ＳZ)と還流用ダ
イオード（ＤU,ＤV,ＤW,ＤX,ＤY,ＤZ)とから構成されて
いる。図３はその動作波形タイミングを説明する図であ
り、ＳU −ＳZ のオンタイミングにより、インバータ出
力の線間電圧波形（ＶUV，ＶVW，ＶWU）と、インバータ
電流波形（ＩU,ＩV,ＩW)とその整流した波形ＩINV 及び
モータ電流の整流した波形ＩM を示している。

【００１６】いま、例えば時刻ａ点で出力変圧器が偏磁
し、出力変圧器の入力であるインバータ電流のＵ相電流
ＩU が急激に増大したとする。この増加するインバータ
電流ＩU は出力変圧器の偏磁によって流れるため、図３
に示すようにモータ電流ＩMは増加せず、インバータ電
流ＩINV のみ増加する。インバータ電流ＩINV がモータ
電流ＩM に対して、予め設定したバイアス値を超えた時
刻ｂ点で比較器３１が動作し、ワンショットタイマー３
２によりインバータ１３を一括してオフさせる。そうす
ると、流れていた電流が図２の還流用ダイオード（ＤU
−ＤZ ）を経由して直流側に回生し、急速に減少させ定
常状態に戻すことができる。この機能をインバータ電流
制限と呼ぶ。なお、ワンショットタイマー３２の時間幅
は、電流の減少の傾きが出力変圧器及びモータの漏れイ
ンダクタンスによるので、それに応じて設定すればよ
い。

【００１７】また、インバータを一括オフさせた時に、
インバータ出力の線間電圧波形（ＶUV, ＶWU）には、破
線で示すように逆極性の電圧が発生する。これにより出
力変圧器の偏磁の原因である磁束の片寄りを戻す方向の
電圧が出力変圧器に加わるので、出力交流電圧の次のサ
イクルで偏磁しにくくなる効果も期待できる。

【００１８】従って、瞬停や故障後の再始動において、
インバータ出力変圧器の偏磁が原因の過電流により装置
を停止させることなく安全に再始動を行い、運転を継続
することのできるインバータ装置を提供する。

【００１９】インバータ電流ＩINV がモータ電流ＩM に
対して、予め設定したバイアス値を超えた図３に示す時
刻ｂ点で、インバータ１３を一括してオフさせている
が、これを一括オフではなく、インバータ１３の上側ア
ーム（ＳU,ＳV,ＳW)をオンさせ下側アーム（ＳX,ＳY,Ｓ
Z)をオフさせるように制御することができる。またはそ
の逆の制御を行うことにより、インバータの出力線間電
圧をゼロにすることができる。この場合もインバータの
出力電流を減少させ、出力変圧器の偏磁を戻す方向に磁
束を変化させることができるので、再始動を安全に行う
ことができる。

【００２０】図４は本発明の他の実施例の構成図であ
り、図１と同一の要素については同一番号を付してその
説明は省略する。本実施例が図１の実施例と異なる点
は、モータ電流の検出を止めて、再始動後の一定期間だ
けインバータ電流制限機能が動作するように変更した点
である。

【００２１】本実施例では、出力変圧器１４の偏磁によ
る過電流の検出をインバータ電流ＩINV がモータ電流Ｉ
M の差ではなく、再始動後の過渡変動の影響が残ってい
る期間を対象としてインバータの過電流を装置の故障と
はせず、インバータの電流制限機能を働かせるようにし
たものである。一定期間だけとした理由は、常時このイ
ンバータ電流制限機能を有効にすると、インバータ側の
故障による電流も制限してしまうことになり、故障自動
リセットが働かなくなってしまう危険があるためであ
る。出力変圧器の偏磁現象が再始動時の過渡変動によっ
て起きる可能性が高いため、一定期間だけとすることは
有効である。本実施例によっても、再始動時の過渡変動
によって出力変圧器の偏磁が発生したことを検出するこ
とができ、図１の実施例と同様の効果が得られる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
インバータをオフあるいはゼロ電圧出力して、インバー
タ電流制限をかけることにより、出力変圧器の偏磁によ
る過電流を制御するとともに偏磁現象を速やかに解消し
て、インバータを安全に再始動させることができる。ま
た、パルス幅を調節する必要がないので、ＰＡＭ制御方
式のインバータ装置において比較的簡単な回路で実現で
きる。さらに、瞬停や故障後の再始動において、インバ
ータ出力変圧器の偏磁が原因の過電流により装置を停止
させることなく安全に再始動を行い運転を継続すること
のできる交流モータの制御装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成図。

【図２】図１のインバータの詳細図。

【図３】図１の動作を説明するタイムチャート。

【図４】本発明の他の実施例の構成図。

【図５】従来の電圧形インバータによる交流モータの制
御装置の構成図。

【符号の説明】

１０…サイリスタ整流器、１１…直流リアクトル、１２
…直流コンデンサ、１３…インバータ、１４…出力変圧
器、１５…交流モータ、１６…周波数設定器、１７…変
化率制限回路、１８…電圧／周波数関数発生回路、１９
…電圧制御回路、２０…電圧検出器、２１…位相制御回
路、２２…積分器、２３…パルス分配回路、２４…交流
電圧検出器、２５…ＰＬＬ回路、２６，２８…変流器、
２７，２９…整流回路、３０…バイアス設定回路、３１
…比較器、３２，３３…ワンショットタイマー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 5/408 - 5/412 H02P 7/628 - 7/632 H02P 21/00 H02P 1/00 - 1/58 H02M 7/42 - 7/98

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 整流器、直流リアクトル、直流コンデン
   サ、インバータ及び出力変圧器を介して交流モータに可
   変周波数、可変電圧の交流電力を供給するように構成さ
   れた交流モータの制御装置において、前記出力変圧器の
   入出力側の電流を比較する電流比較手段と、前記インバ
   ータ出力電流が一定値以上モータ電流より増加した場
   合、インバータをオフさせ電流を絞る電流絞り手段を備
   えたことを特徴とする交流モータの制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の交流モータの制御装置に
   おいて、インバータ出力電流を絞る手段としてインバー
   タの出力線間電圧をゼロにする制御手段を備えたことを
   特徴とする交流モータの制御装置。