JP3248997B2

JP3248997B2 - インバータ制御装置

Info

Publication number: JP3248997B2
Application number: JP24267793A
Authority: JP
Inventors: 和正杉山; 厚志荒木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-09-29
Filing date: 1993-09-29
Publication date: 2002-01-21
Anticipated expiration: 2017-01-21
Also published as: JPH0797176A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、誘導電動機駆動用のイ
ンバータに係り、特に、コースチング機能を備えたクレ
ーンの走行用電動機の制御に好適なインバータ制御装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】クレーンの走行システムでは、従来か
ら、電動機により走行開始後、所定の位置から惰性運転
により必要な位置まで走行して行く運転技法が採用され
ることがあり、このため、制御モードとして、コースチ
ング(惰性走行)モードが設けられている場合がある。

【０００３】そして、このコースチングモードを有する
システムの従来技術では、ブレーキを開放したままで電
動機への電源供給を遮断することにより、電動機を空廻
し状態にし、惰力走行が得られるように制御していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、コー
スチングモードのためには、電動機への電源供給を遮断
した上で、ブレーキを解放状態にしておく手段が別途必
要になる点について配慮がされておらず、制御が複雑に
なってしまうという問題があった。

【０００５】また、上記従来技術は、インバータ制御に
よる誘導電動機を使用したシステムにコースチングモー
ドを適用した場合について配慮がされておらず、コース
チングモードに入った後、停止する前までの時点で電動
機による再加速運転をする場合には、再加速運転開始時
でのインバータの制御が複雑化してしまうという問題も
あった。

【０００６】本発明の目的は、コースチングモードで
も、インバータと誘導電動機との接続を遮断することな
く、そのままで惰力運転に移行でき、且つ、コースチン
グモードに入ったあとで停止するまでの間に、再運転
(力行、回生)に移行した際でも、複雑な制御を要するこ
となく、充分に滑らかな運転に即座に移行することがで
きるようにしたインバータ制御装置を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、複数の運転
モードで誘導電動機を駆動するインバータ装置におい
て、上記誘導電動機を惰性回転状態で運転するモードが
選択されたとき、上記誘導電動機の運転状態が、「力
行」、「回生」、「力行と回生のどちらでもない」の３
種の運転状態の中の何れの運転状態にあるかを判定し、
判定結果が「力行」のときは、前回の速度指令値から速
度調整値を減算して上記インバータの新たな速度指令値
とし、判定結果が「回生」のときは、前回の速度指令値
に速度調整値を加算して上記インバータの新たな速度指
令値とし、判定結果が「力行と回生のどちらでもない」
のときは、前回の速度指令値をそのまま上記インバータ
の新たな速度指令値とするようにして達成される。

【０００８】

【作用】この結果、誘導電動機は、インバータの出力に
接続されたままで、常にトルクがゼロのフリーラン状態
にされるので、回路を遮断することなく惰力走行状態に
することができる。

【０００９】また、この状態でもインバータの制御は継
続されているため、誘導電動機を再加速する場合には、
単にインバータの出力周波数を増加させるように制御す
るだけで済むため、特別な制御を要せずに滑らかな加速
を即座に得ることができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明によるインバータ制御装置につ
いて、図示の実施例により詳細に説明する。図１は、本
発明をクレーンの走行システムに適用した場合の一実施
例(第１実施例)で、図において、１は商用の三相交流電
源、２は順変換部(コンバータモジュール)、３は平滑コ
ンデンサ、４は逆変換部(インバータモジュール)、５は
クレーン走行用の誘導電動機、６、７は出力相電流検出
回路、そして８は制御手段である。なお、この誘導電動
機５については、以下、単に電動機５と記す。

【００１１】順変換部２は、交流電源１から供給された
交流電力を直流電力に変換する働きをし、平滑コンデン
サ３は、順変換部２から出力された直流電圧に含まれて
いる脈動分を平滑化する働きをする。逆変換部４は、平
滑コンデンサ３で平滑化された直流電力を交流電力に再
変換し、負荷となる電動機５に可変電圧可変周波数の三
相交流電力を供給してクレーンを走行させる働きをす
る。なお、これら順変換部２及び逆変換部４は、それぞ
れダイオード、トランジスタ、或いはサイリスタなどの
半導体素子で構成されている。

【００１２】出力相電流検出回路６、７は、逆変換部２
と電動機５の間に流れる可変電圧可変周波数の三相交流
電流の各相の電流を検出し、電流検出信号ｆ、ｇを取り
出す働きをする。制御手段８は、速度設定入力手段９と
速度指令演算手段１０、駆動手段１１、モード判定手段
１２、それに力行・回生判定手段１３とで構成され、ま
ず速度指令入力手段９は、図示していない速度設定装置
から与えられている速度設定値、又は予めこの制御手段
内のメモリに記憶してある速度設定値を取込み、速度設
定信号ａを速度指令演算手段１０へ出力する働きをす
る。次に、モード判定手段１２は、クレーンの走行制御
に必要な力行モード、回生制動モード、コースチングモ
ードなどの動作モードの何れが選択されたかを判定し、
速度演算手段１０へモード判定信号ｄを出力する働きを
する。なお、この動作モードの選択は、図示してないク
レーンの操作装置を介して、運転者により行なわれるよ
うになっている。

【００１３】さらに、力行・回生判定手段１３は、出力
相電流検出回路６、７から入力した電流検出信号ｆ、ｇ
に基づいて電動機５の運転状態を判定し、その運転状態
が力行、回生の何れにあるかを表わす力行・回生信号ｅ
を速度演算手段１０へ出力する働きをする。

【００１４】また、速度指令演算手段１０は、速度設定
信号ａとモード判定信号ｄ、それに力行・回生信号ｅを
入力し、これらに基づいて速度指令信号ｂを演算し、そ
れを駆動手段１１に出力する働きをし、これにより、逆
変換部４の出力周波数を誘導電動機５の実回転速度に同
期した周波数に追従制御するための周波数制御手段を構
成している。

【００１５】そして、駆動手段１１は、逆変換部４のス
イッチング素子を駆動するための駆動信号ｃを出力する
働きをする。

【００１６】図２は、速度指令演算手段１０による演算
処理の基本的な動作を示したフローチャートで、例えば
数 mＳ程度の或る所定の一定の時間毎に実行されるよう
になっており、以下、このフローチャートにより、この
速度指令演算手段１０の動作について説明する。なお、
この図２のＳ１〜Ｓ８は、それぞれ処理ステップを表わ
す。また、この図２のＳ６、Ｓ７でのモートルとは電動
機のことをいう。

【００１７】この図２に示す処理が実行されると、ま
ず、Ｓ１では、モード判定信号ｄを調べることにより、
現在選択されているモードを判定する。このＳ１での判
定処理は、コースチングモードが選択されていたときだ
け結果がＯＮになり、そうでないときはＯＦＦになる。

【００１８】そして、結果がＯＦＦ、つまりコースチン
グモードが選択されていなかったときにはＳ２の処理に
進み、ここで、速度設定入力手段９から供給されている
速度設定信号ａの取込みを行ない、次いでＳ８に進み、
この速度設定信号ａに基づいて演算された速度指令信号
ｂを設定する処理が実行される。

【００１９】この結果、駆動手段１１には、速度設定信
号ａに基づいて演算された速度指令信号ｂが供給され、
これによりインバータの逆変換部４が制御されることに
なるので、このときには、図示してない速度設定装置か
らの速度設定入力、又はインバータ内に記憶してある速
度設定値が速度指令値となり、従って、運転者が意図し
た任意の速度で電動機５が駆動され、所定の速度でクレ
ーンが走行することになる。

【００２０】次に、この図２の処理に入ったとき、コー
スチングモードが選択されていたときには、Ｓ１での判
定結果がＯＮになる。そこで、このときには、続いてＳ
３の処理に進み、まず、ここで、電動機５のの運転状態
が力行と回生の何れになっているのかを調べ、それぞ
れ、「力行」、「回生」、「どちらでもない」の何れに
なっているのかを判定する。なお、このＳ３での判定
は、力行・回生判定手段１３から出力される力行・回生
信号ｅを調べてやればよい。

【００２１】ここで、この力行・回生判定手段１３によ
る判定動作について説明すると、以下の通りである。い
ま、電動機５が力行状態にあるとすると、インバータの
逆変換部４から電動機５に電力が供給されている筈であ
る。しかして、電動機５が回生状態にあるとすれば、反
対に電動機５から逆変換部４に電力が供給されている筈
である。そこで、出力相電流検出回路６、７から取込ん
だ電流検出信号ｆ、ｇを調べ、電力の方向を検出するこ
とにより、電動機５の運転状態が力行か回生かを判定す
ることができるのである。

【００２２】また、このとき、電流検出信号ｆ、ｇの大
きさが、或る程度以下になったときには、励磁電流しか
電動機５に流れていないことになるので、このときに
は、電動機５の運転状態は力行でも回生でもないこと、
つまり「どちらでもない」と判定することができるので
ある。なお、この「どちらでもない」状態とは、そのと
きの電動機５の回転速度に同期した周波数の電力が、こ
の電動機５に供給されていて、電動機５はトルクがゼロ
の状態で回転しているフリーラン(空転)状態にあること
を意味する。

【００２３】そこで図２に戻り、いま、Ｓ３での判定結
果が「力行」になったとすると、まず、Ｓ４で所定の速
度調整値を演算する処理を実行し、次いで、Ｓ６では、
この速度調整値を前回の速度指令値から減算する処理を
実行し、その後、Ｓ８の処理を実行し、この速度調整値
を減算した速度指令値が速度指令信号ｂとして駆動手段
１１に供給されるようにして、この図２の処理を抜け
る。

【００２４】次に、Ｓ３での判定結果が「回生」になっ
たとしたら、今度は、まずＳ５に進み、同じく所定の速
度調整値を演算する処理を実行し、次いで、Ｓ７に進
み、ここでは、この速度調整値を前回の速度指令値に加
算する処理を実行する。そして、この後はＳ８の処理を
実行し、この速度調整値を加算した速度指令値が速度指
令信号ｂとして駆動手段１１に供給されるようにして、
この図２の処理を抜けるのである。

【００２５】一方、Ｓ３での判定結果が「どちらでもな
い」となったときは、そのままＳ８の処理を実行してか
ら終了する。従って、このときには、前回と同じ速度指
令信号ｂが駆動手段１１に供給されることになる。

【００２６】そこで、コースチングモードが選択され、
Ｓ３以降の処理が実行されたとき、電動機５の運転状態
が力行状態になっていたときには、前回の速度指令から
速度調整値が減算されてゆくので、電動機５の回転速度
が逐次低下されてゆく制御が実行され、反対に、電動機
５の運転状態が回生状態になっていたときには、前回の
速度指令に速度調整値が加算されてゆくので、電動機５
の回転速度が逐次増加されてゆく制御が実行されること
になり、この結果、Ｓ３での判定結果が「どちらでもな
い」状態に収斂するように、速度指令が電動機５の実回
転速度に追従制御されることになる。

【００２７】上記したように、このＳ３での判定結果が
「どちらでもない」となるのは、電流検出信号ｆ、ｇが
最小値になったとき、すなわち、そのときどきでの電動
機５の実回転速度と同じ回転速度の速度指令がなされ、
その回転磁界の回転速度が実回転速度と同期している状
態であり、電動機５はフリーラン状態になっている。

【００２８】従って、この実施例によれば、電動機５を
インバータの逆変換部４に接続したままで、コースチン
グが可能になり、クレーンを惰力走行させることができ
る。そして、また、この結果、惰力走行中のクレーンを
加速したい場合でも、単に速度指令を変更することによ
り、そのままで電動機５の速度を上げてやることがで
き、連続的に滑らかな加速を与えることができる。

【００２９】次に、図２のＳ４、Ｓ５での速度調整値の
演算処理について説明すると、この速度調整値は、電動
機５の回転速度を逐次低下(力行時)させていくとき、或
いは増加(回生時)させてゆくときでの回転速度の変化速
度を決める値となり、この値が大きくなるにしたがって
回転速度も早く変化するようになる。つまり、この速度
調整値の大きさは、速度指令が電動機５の実回転速度に
追従制御されるときでのゲインを決める値となる。

【００３０】従って、この速度調整値を大きくすると、
速度の応答性が増すが、制御にハンチングを生じる虞れ
がある。そこで、電動機５の負荷(この実施例の場合は
クレーンの走行系となるが)が有するイナーシャ(慣性
量)や、摩擦抵抗などに応じて適正な値を導出するよう
にしてやればよい。

【００３１】次に、本発明の他の実施例について説明す
ると、図３は本発明の第２の実施例で、図１に示した第
１実施例においては、力行・回生の判定に使用する信号
として、出力相電流検出信号ｆ、ｇを用いているが、こ
の図３に示す第２の実施例では、インバータの直流回路
に直流電流検出手段１４を設け、この検出手段１４で検
出した直流電流検出信号ｈに基づいて力行・回生判定を
行うようにしたものである。

【００３２】この図３の実施例では、力行時の直流電流
検出信号ｈの極性を正とすると、回生時には直流電流検
出信号ｈの極性は負となる。そこで、力行・回生判定手
段１３はこれを判定し、速度指令演算手段１０に力行・
回生信号ｅを出力するように構成されており、その他の
構成は、図１の第１実施例と同一である。

【００３３】従って、この図３の実施例によっても、電
動機５をインバータの逆変換部４に接続したままで、コ
ースチングが可能になり、クレーンを惰力走行させるこ
とができ、且つ、惰力走行中のクレーンを加速したい場
合でも、単に速度指令を変更することにより、そのまま
で電動機５の速度を上げてやることができ、連続的に滑
らかな加速を与えることができる上、電流検出手段が簡
単になるので、コストを抑えることができるという利点
がある。

【００３４】次に、図４は、図３に示した第２の実施例
における制御処理をソフトウェアで行なうように構成し
た場合の一実施例(第３実施例)で、制御手段８をインバ
ータの制御演算部であるＣＰＵで構成し、これと各信号
の入出力手段となるＩ／Ｏ、記憶装置となるＲＡＭ、Ｒ
ＯＭ、及びバスを含む回路で構成したものである。

【００３５】制御演算部であるＣＰＵは、予めＲＯＭ内
に記憶してあるプログラムに従って各種の制御演算を行
い、入出力手段Ｉ／Ｏを通じてインバータの逆変換部４
を制御する信号を出力する。そして、図２に示した速度
指令演算手段の基本的な動作のフローチャートはプログ
ラム化され、ＲＯＭ内に制御プログラムの一部として置
かれている。

【００３６】そこで、ＣＰＵは、サンプリング毎にプロ
グラムを実行し、電動機５の制御に必要な演算処理を遂
行して行くのである。

【００３７】すなわち、プログラム中、図２に示す速度
指令演算手段の基本的な動作のフローチャートのプログ
ラム化された部分の実行に入ると、まず、コースチング
モードを選択するか否かの判断に必要なモード指令入力
信号を、入出力手段Ｉ／Ｏを通して受け取り、それを基
にモード判定を行う。そして、コースチングモードが選
択されていたときには、直流電流検出手段１４により検
出した直流電流検出信号ｈを受け取り、力行・回生運転
状態の判定を行って、電動機速度、或いは１サンプリン
グ前の速度指令値に対する速度調整値の加算、或いは減
算を行ない、速度指令値を得、駆動信号ｃを入出力手段
Ｉ／Ｏを通して出力するのである。

【００３８】従って、この図４の実施例によっても、上
記した第１の実施例、第２の実施例と同様に、電動機５
をインバータの逆変換部４に接続したままで、コースチ
ングが可能になり、クレーンを惰力走行させることがで
き、且つ、惰力走行中のクレーンを加速したい場合で
も、単に速度指令を変更することにより、そのままで電
動機５の速度を上げてやることができ、連続的に滑らか
な加速を与えることができる。

【００３９】なお、以上の実施例では、本発明をインバ
ータ制御システムに適用した場合について説明したが、
サーボシステム等を用いた場合にも同様に実施できる。
また、上記実施例では、電動機への電流を零に制御する
ため、操作指令に運転速度指令を用いたが、これがトル
ク指令、又は電流指令であっても同様に実施できる。

【００４０】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、イン
バータ制御システムにおいて、電動機に流れる電流を零
にすることが出来るので、エネルギー消費を最小にする
効果がある。なおかつ、再運転に際しても滑らかな運転
を行うことができる効果がある。また、クレーン走行
用システムに本発明を適用することにより、コースチン
グの機能を実現する際でのシステムの構成が簡易にでき
る効果がある。

【００４１】さらに、他のシステムにおいても、電動機
をフリーランで使用し、特に外部からのエネルギーを受
け取ってしまい、電動機が加速し続ける場合にも、本発
明によれば、常に電動機の制御が継続しているので、或
る回転速度に達したとき自動的に速度を抑えるように制
御することができ、さらにまた、システムに対して警報
を発することも出来るようになり、安全性、信頼性の向
上に効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるインバータ制御装置の第１実施例
を示すブロック構成図である。

【図２】本発明の実施例における速度指令演算手段の基
本的な動作処理を示すフローチャートである。

【図３】本発明の第２実施例を示すブロック構成図であ
る。

【図４】本発明の第３実施例を示すブロック構成図であ
る。

【符号の説明】１交流電源２順変換部(コンバータモジュール) ３平滑コンデンサ４逆変換部(インバータモジュール) ５誘導電動機(モートル) ６、７出力相電流検出回路８制御手段９速度設定入力手段１０速度指令演算手段１１駆動手段１２モード判定手段１３力行・回生判定手段１４直流電流検出手段ａ速度設定信号ｂ速度指令信号ｃ駆動信号ｄモード判定信号ｅ力行・回生信号ｆ、ｇ出力相電流検出信号ｈ直流電流検出信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平６−183687（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−117605（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−128875（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B66C 13/22 H02P 7/63

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の運転モードで誘導電動機を駆動す
るインバータ装置において、上記誘導電動機を惰性回転状態で運転するモードが選択
されたとき、上記誘導電動機の運転状態が、「力行」、
「回生」、「力行と回生のどちらでもない」の３種の運
転状態の中の何れの運転状態にあるかを判定し、判定結果が「力行」のときは、前回の速度指令値から速
度調整値を減算して上記インバータの新たな速度指令値
とし、判定結果が「回生」のときは、前回の速度指令値に速度
調整値を加算して上記インバータの新たな速度指令値と
し、判定結果が「力行と回生のどちらでもない」のときは、
前回の速度指令値をそのまま上記インバータの新たな速
度指令値とするように構成したことを特徴とするインバ
ータ制御装置。
【請求項２】請求項１の発明において、上記誘導電動機の運転状態が「力行」と「回生」、「力
行と回生のどちらでもない」の何れの運転状態にあるか
の判定が、上記インバータの逆変換部の交流側での交流電流の検出
結果に基づいて行なわれるように構成されていることを
特徴とするインバータ制御装置。
【請求項３】請求項１の発明において、上記誘導電動機の運転状態が「力行」と「回生」、「力
行と回生のどちらでもない」の何れの運転状態にあるか
の判定が、上記インバータの逆変換部の直流側での出力電流の検出
結果に基づいて行なわれるように構成されていることを
特徴とするインバータ制御装置。