JP3447905B2 - 誘導電動機の制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、可変電圧、可変周波数
の交流電圧を出力するＰＷＭインバータによって誘導電
動機を可変駆動する誘導電動機の制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】インバータによって誘導電動機を駆動す
る場合、誘導電動機に印加する交流電圧の電圧と周波数
の比（Ｖ／Ｆ）を一定にして可変駆動するＶ／Ｆ一定制
御方式は簡単な構成になるため広く使用されている。し
かしながら、誘導電動機の運転中に発生した電源瞬時停
電後の運転再開を実施する場合に、誘起電動機に励磁が
残っている時、誘起電圧の位相を合わせるのが困難であ
り、また、誘導電動機をインバータで電源周波数の近く
まで加速し、その後インバータを切り離し、電源に直接
誘導電動機を接続する場合、電源周波数と誘導電動機の
角速度と位相を速やかに一致させることが困難であっ
た。瞬時停電による誘導電動機の再起動に関して、特開
平０７−２７４５８８号公報には残留電圧から回転数を
判断して再投入することが記載されているが、周波数の
測定方法が明確化されていない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そこで、上記従来技術
では、瞬時停電時に電源が回復して電動機をインバータ
に再投入するとき、精度良く電動機の回転角速度を測定
し、インバータの角速度を迅速に電動機の角速度に一致
させる必要がある。また、電動機の回転数を検出しない
センサレス方式において、瞬時停電が発生し、電動機が
一旦インバータから切り離され、回転数が定格速度より
低くなったとき、電動機をインバータに再投入すると、
制御装置の速度指令と電動機の速度が一致しないため、
過電流が発生して制御装置をトリップし、正常な運転が
できなくなる。また、電動機が停止するまで待って起動
すれば、時間が長くかかり、迅速な再起動ができなくな
る。一方、誘導電動機をインバータで加速し、電源周波
数と一致させてから誘導電動機をインバータから切り離
し、電源に再投入する、いわゆる商用電源運転をすると
き、電源周波数とインバータの角速度を精度良く一致さ
せてから、再投入する必要がある。

【０００４】本発明の課題は、上記従来技術の問題点を
解決し、瞬時停電復帰時に電動機の残留電圧の有無にか
かわらず、迅速に誘導電動機の回転角速度とインバータ
の角速度指令を一致させ、過励磁にならず、効率よく、
スムーズに加速する誘導電動機の制御方法を提供するこ
とにある。また、本発明の他の課題は、商用電源に電動
機を再投入するとき、商用周波数の角速度と位相をイン
バータの角速度と位相に精度良く一致させてから、電動
機をインバータから切り離し、商用周波電源に再投入し
て、過電流の発生を防止し、定常運転に復帰する誘導電
動機の制御方法を提供することにある。

【０００５】上記課題を解決するために、誘導電動機の
定格周波数、演算のためのサンプリング時間、３相正弦
波を作るテーブルのデータ数に基づいて定格角速度を作
り、定格角速度と加速時間から加速角速度を演算し、サ
ンプリング時間毎に加速角速度を積算して過渡時角速度
を作り、過渡時角速度と定格角速度を比較し、過渡時角
速度が定格角速度より小さい時は過渡時角速度を用いて
誘導電動機を加速する加速モードと、過渡時角速度が定
格角速度に達した時は定格角速度を用いて定常運転に入
る定速モードを有すると共に、誘導電動機の残留電圧を
３相２相変換し、さらにｄ−ｑ変換してｄ軸電圧を求
め、一方、角速度指令として設定した基準角速度からサ
ンプリング毎に積算して位相を算出し、位相をｄ−ｑ変
換にフィードバックしてｄ軸電圧が零になるように比例
積分制御を行い、基準角速度から比例積分制御の結果を
減算した位相同期角速度を求め、位相同期角速度と前記
誘導電動機の残留電圧の角速度を一致させる位相同期モ
ードを有し、瞬時停電時の誘導電動機の再投入に際し
て、誘導電動機に残留電圧があるとき、位相同期モード
を選択し、続いて加速モード、定速モードを選択して定
常運転に入る。また、前記加速モードと、商用電源の電
圧を３相２相変換し、さらにｄ−ｑ変換してｄ軸電圧を
求め、一方、角速度指令として設定した基準角速度から
サンプリング毎に積算して位相を算出し、位相をｄ−ｑ
変換にフィードバックしてｄ軸電圧が零になるように比
例積分制御を行い、基準角速度から比例積分制御の結果
を減算した位相同期角速度を求め、位相同期角速度と商
用電源の電圧の角速度を一致させる位相同期モードを有
し、商用電源に誘導電動機を投入するとき、誘導電動機
をインバ−タに接続して加速モードにより加速し、過度
角速度が前記定格角速度に達した時、位相同期モードを
選択し、商用電源の角速度と位相にインバータの角速度
と位相が一致した時、誘導電動機をインバータから切り
離し、商用電源に投入する。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態を示す。
図１において、交流電源１に接続される整流器２は交流
電圧を直流電圧に変換する。整流器２の直流出力側には
平滑コンデンサ３が並列に接続される。ＰＷＭインバー
タ４は並列コンデンサ４に接続され、直流電圧を可変電
圧、可変周波数の３相交流電圧に変換する。誘導電動機
５はＰＷＭインバータ４の出力側に接続され、可変駆動
される。電流変流器（ＣＴ）６はＵ相６−１、Ｖ相６−
２、Ｗ相６−３に流れる誘導電動機の瞬時電流を検出す
る。変圧器（ＰＴ）７はＵ相７−１、Ｖ相７−２、Ｗ相
７−３に印加される誘導電動機の瞬時電圧を検出する。
制御部８は、周波数指令部１０、角速度指令部１１、Ａ
／Ｄ変換器１２、３相２相およびｄ−ｑ軸電流変換器１
３、すべり演算部１４、加算器１５、同期投入回路１
６、積算回路１７、磁束電流指令部１８、電動機定数回
路１９、ベクトル演算部２０、ＰＷＭ発生回路２１およ
びゲートサプレス回路２２からなり、誘導電動機５を駆
動するインバータ４を制御する。また、図示しないが、
一定時間Ｔs毎に演算するためのサンプリングタイマが
あり、制御部８の演算の間隔はこのＴsに依存する。位
相同期部９は、瞬時停電検出回路３３の出力から瞬時停
電を判断する瞬時停電判断回路３４、誘導電動機５の残
留電圧を検出し、３相２相の電圧に変換する３相２相電
圧変換器２３、３相２相電圧変換器２３からさらにｄ−
ｑ軸に変換するｄ−ｑ電圧変換器２４、零値指令２５、
同期減算器２６、同期減算器２６の偏差から積分する同
期積分演算器２７、比例積分加算器２７−１、同期減算
器２６の偏差から比例演算する同期比例演算器２８、同
期積算回路３０、正弦波、余弦波テーブル３１、同期減
算器２６の出力が零近傍になったかを判断する零近傍検
出器３２、第１のスイッチ３５、第２のスイッチ３６、
第３のスイッチ３７からなり、誘導電動機５の残留電圧
を検出し、インバータ４の角速度指令部１１の角速度と
位相を誘導電動機５の角速度と位相に一致させる。

【０００７】制御部８において、角速度指令部１１は角
速度指令ω１を出力する。Ａ／Ｄ変換器１２は電動機の
交流電流ｉu,ｉv,ｉwをサンプリング毎のアナログ瞬時
値に変換し、このアナログ瞬時値をディジタル値Ｉu,Ｉ
v,Ｉwに変換する。電流変換器１３は３相の相電流を２
相のα−β軸に変換し、さらに回転座標のｄ−ｑ軸に変
換する。その結果トルク電流成分Ｉqfと励磁電流成分Ｉ
dfを出力する。すべり演算部１４はトルク電流成分Ｉqf
と励磁電流成分Ｉdfからすべり角速度ωsを演算する。
加算器１５は角速度指令ω１とすべり角速度ωsを加算
し、駆動角速度ωdrを得る。このため、電動機回転数は
より指令値に精度良く一致する。同期投入回路１６は、
誘導電動機５の残留電圧が無いとき、瞬時停電時の再投
入時に電動機電流と同期投入設定電流と、同期投入許可
電流から比例・積分制御を行い、補正角速度ωsuを出力
する。補正角速度ωsuは角速度指令部１１に送られ、同
期投入モードの演算を行う。また、同期投入回路１６
は、定常運転時にトルク電流成分Ｉqfが正の同期投入許
可電流より大きくなった時、及び負の同期投入許可電流
より小さくなった時も前記同様に同期投入モードの演算
を行う。積算回路１７は駆動角速度ωdrをサンプリング
毎に積算し、位相θを得る。磁束電流指令部１８は電動
機の励磁電流指令値Ｉd*を出力する。電動機定数回路１
９は駆動角速度ωdrと励磁電流指令値Ｉd*と電動機トル
ク電流Ｉqfを入力し、電動機の１次換算推定抵抗値ｒ
1、１次総合インダクタンスＬσ、１次自己インダクタ
ンスＬ１からトルク電圧成分Ｖ1q、励磁電圧成分Ｖ1dを
得る。ベクトル演算部２０はトルク電圧成分Ｖ1q、励磁
電圧成分Ｖ1dからベクトル演算し、電動機に印加する３
相電圧の大きさＶum，Ｖvm，Ｖwmを得る。ＰＷＭ発生回
路２１は３相交流電圧Ｖum，Ｖvm，Ｖwmと三角波等の搬
送波を比較し、ＰＷＭパルスＴu,Ｔx,Ｔv,Ｔy,Ｔw,Ｔz
を作る。また、ゲートサプレス回路２２はＰＷＭパルス
Ｔu,Ｔx,Ｔv,Ｔy,Ｔw,Ｔzを有効にするか無効にするか
を選択する。このＰＷＭパルスをインバータ４の半導体
素子のゲートに印加し、所望の周波数および交流電圧を
誘導電動機５に加えて駆動する。

【０００８】また、位相同期部９において、スイッチ３
５をグランドに接続し、ゲートサプレス回路２２を働か
せ、インバータ４に伝達するゲートを遮断して誘導電動
機５をフリーランさせる。ｄ−ｑ変換器２４のｑ軸電圧
の大きさＶqfから瞬時停電判断回路３４で誘導電動機５
の残留電圧の有無を判断する。すなわち、ｄ−ｑ変換の
ｑ軸電圧のある基準値Ｖq0から電圧が小さいときは残留
電圧がないと判断し、大きいときは残留電圧があると判
断する。いま、残留電圧がないと判断したときは、スイ
ッチ３５を”Ｈ”にし、ゲートサプレス回路２２を解除
し、同期投入回路１６を有効にして同期投入モードを実
施する。また、残留電圧があると判断したときは、スイ
ッチ３６、３７を”ＯＮ”にし、位相同期部９を有効に
し、位相同期モードに切り換える。

【０００９】次に、本実施形態を詳細に説明する。図２
は、角速度指令部１１の詳細ブロック図である。図１の
瞬時停電検出回路３３で瞬時停電が確認され、瞬時停電
判断回路３４で誘導電動機５の残留電圧なしと判断され
た場合について説明する。図２において、１１−１は電
動機の定格周波数Ｆdefの設定部、１１−２は定格周波
数の１周期の時間幅Ｔdef（１／Ｆdefで求まる。）の設
定部、１１−３は制御部８のサンプリング時間Ｔｓの設
定部、１１−４は１周期のサンプル回数Ｎsnpの演算部
であり、（数１）式で演算する。１１−５は正弦波を発
生させるための電気角３６０度を表現するテーブル数Ｎ
tbの演算部、１１−６は定格角速度ωdefの演算部であ
り、サンプル回数Ｎsnpとテーブル数Ｎtbから（数２）
式を用いて演算する。

【数１】

【数２】 １１−７は電動機が定格周波数Ｆdefまで加速する加速
時間Ｔaまたは減速時間−Ｔaの演算部、１１−８は定格
周波数Ｆdefまで加速するサンプル回数Ｎsnaの演算部で
あり、サンプリング時間Ｔsと加速時間Ｔaから（数３）
式を用いて求める。１１−９は加速角速度ωａおよび減
速角速度−ωaの演算部であり、定格角速度ωdefとサン
プル回数Ｎsnaから（数４）式を用いて求める。

【数３】

【数４】 １１−１０は加速角速度積算器および減速角速度積算器
であり、サンプリング時間Ｔｓ毎に加速角速度ωａまた
は減速角速度−ωaを積算する。すなわち（数５）式を
用いて過渡時角速度ωtrnを演算する。１１−１１は比
較器であり、加速モードか定常モードを判定し、角速度
指令ω１を出力する。すなわち、ωtrn＜ωdefの間は加
速モードであり、（数６）式を使用し、ωtrn≧ωdefに
なれば、定常モードとなり、（数７）式を使用する。

【数５】

【数６】

【数７】 １１−１２は同期投入モード指令、１１−１３は同期投
入積算器であり、詳細は後述する。１１ー１４は位相同
期モード指令であり、瞬時停電時に誘導電動機５に残留
電圧がある時、位相同期部９からの出力ωｓｐｈを得て
角速度指令ω１を生成する。詳細は後述する。

【００１０】図３は、図２の１１−１から１１−６まで
のブロックにおいて作られた定格角速度ωdefから正弦
波を発生する状態を示す。図３−１はサンプリング時間
Ｔｓ毎に定格角速度ωdefを積算して位相θを作る。積
算された位相θは図３−２に示すように正弦波テーブル
数Ｎtbに達したらクリアする。この動作を繰り返せば、
図３−１のように位相θは鋸歯状波となる。図３−２の
テーブルは電気角３６０度をＮtb分割して正弦波データ
を入れておく。位相θはテーブルのアドレスに相当する
ので、サンプリング毎に図３−１の位相θが示す値から
テーブルのアドレスを選択し、そこのデータを引き出せ
ば、図３−３の正弦波（ＳＩＮθ）が得られる。また、
位相θに対して９０度に相当したアドレスを加算してデ
ータを引けば、余弦データが得られ、余弦波（ＣＯＳ
θ）が得られる。

【００１１】図４は、図２の１１−７から１１−１１ま
でのブロックにおいて過渡時角速度ωtrnを得る状態を
示す。加速時間Ｔａ（１０秒間加速）、定格周波数Ｆde
f（５０Ｈｚ）までとしたとき、過渡時角速度ωtrnは加
速時間Ｔａ間、サンプリング時間Ｔｓ毎に加速角速度ω
aを加算して得られる様子がわかる。Ｖ1nはＶ／Ｆ一定
制御におけるＶに相当する電圧を表す。

【００１２】図５は、定常モードと加速モードを決定す
るＰＡＤ図である。過渡時角速度ωtrnと定格角速度ωd
efを比較し、ωtrn≧ωdefの条件を満たせば、定常モー
ドとなり、条件を満たさなければ、加速モードとなる。
定常モードの時は定格角速度ωdefを用い、（数７）式
で角速度指令ω１を出力する。加速モードの時は（数
５）式を用いて演算し、（数６）式で角速度指令ω１を
出力する。

【００１３】また、図１の同期投入回路１６において、
同期投入モードの信号すなわち補正角速度ωsuを角速度
指令部１１に出力したとき、角速度指令部１１は図２の
同期投入モード１１−１２を駆動し、同期投入演算部１
１−１３で（数８）式を用いて過渡時角速度演算ωtrn
を行う。この過渡時角速度演算ωtrnは加速時に使用し
たものと同じであり、角速度指令ω１は（数８）式を使
用し、減少させる。詳細は同期投入回路１６（図７）に
おいて説明する。

【数８】

【００１４】図１において、Ａ／Ｄ変換器１２は、電動
機交流のアナログ値の瞬時電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗをサン
プルホールドし、ディジタル値に変換する。変換された
ディジタル値の３相電流を電流変換器１３において（数
９）式により２相のα−β軸に変換し、（数１０）式を
用いて回転子座標であるｄ−ｑ軸変換する。図６（ａ）
に（数９）式、（数１０）式の関係つまり電動機の３相
交流電流とトルク電流および励磁電流の電流ベクトル
図、図６（ｂ）に電動機の３相交流電圧とトルク電圧お
よび励磁電圧の示すベクトル図を示す。変換された励磁
成分Ｉｄｆとトルク成分Ｉｄｑから（数１１）式を用い
て電動機５のすべり角速度ωsを求める。

【数９】

【数１０】

【数１１】 ただし、Ksは電動機の励磁リアクタンスＬSと２次抵抗
ｒ2から求まる。角速度指令ω１は周波数指令であり、
誘導電動機５はω１よりすべりωsだけ遅い回転数で回
転している。加算器１５によりω１とωｓを加算して駆
動角速度ωdrとなる。このため、誘導電動機５は角速度
指令部１１より指令された角速度ω１に近い回転数で駆
動する。駆動角速度ωdrは（数１２）式で表される。

【数１２】

【００１５】図７は、同期投入回路１６と角速度指令部
１１と位相同期部９の関係のブロック図を示す。図８
は、トルク電流成分Ｉqfと、同期投入設定電流値Ｉes、
投入許可電流Ｉpeおよび定格電流Ｉrefの関係図であ
り、トルク電流成分Ｉqfの＋領域は力行モード、−領域
は回生モードとなる。図９は、力行時のトルク電流の時
間的経過をもとに同期投入動作を説明する動作説明図で
ある。図１０は、加速状態、定常状態、同期投入状態を
説明するための時間に対する動作説明図である。図１１
は、角速度指令部１１が定常モード、加速モード、同期
投入モードを選択するためのＰＡＤ図である。

【００１６】いま、瞬時停電等で誘導電動機５がインバ
ータ４から切り離され、フリーラン状態で回転数が低下
したと仮定する。誘導電動機５の残留電圧がない状態で
インバータ４の角速度指令ω１として定格角速度ωdef
を選択する。この時インバータ４の角速度指令ω１と誘
導電動機５の回転している角速度がずれているので、電
動機電流Ｉqfは大きな値となる。その様子を図９で説明
する。 （１）誘導電動機５がインバータ４から切り離され、フ
リーラン状態で回転数が低下したと仮定する。この状態
でインバータ４の角速度指令ω１として定格角速度ωde
fをセットする。 （２）図１の電流変換器１３は電動機電流を回転座標軸
ｄ−ｑ軸に変換し、同期投入回路１６ではこのトルク電
流成分Ｉqfを取り込む。図７においてｑ軸電流１６−１
でトルク電流成分Ｉqfを取り出し、同期投入設定電流Ｉ
es１６−２とサンプリング時間毎に比較し、トルク電流
成分Ｉqfが同期投入設定電流Ｉesより大きくなった時点
で同期投入モードに入る。 （３）同期投入処理部１６−５は後述する比例・積分制
御を行い、同期投入処理を行って補正角速度ωsuを出力
する。角速度指令部１１の同期投入積算器１１−１３で
は補正角速度ωsuを受けて、（数８）式を使用し、過渡
時角速度ωtrnの演算を行う。比較器１１−１１は（数
６）式を使用して、角速度指令ω1を出力する。このと
き角速度指令ω1は同期投入処理部１６−５の比例・積
分演算に従い、１次遅れの要素を含んで小さくなり、誘
導電動機５が回転している角速度に近づく。すなわち、
図１０のに示すように角速度指令ω1は定格角速度ωd
efから誘導電動機５の回転子が回転している角速度に高
いところから近づいていき（下側の矢印）、ほぼ一致す
ると、誘導電動機５のトルク電流成分Ｉqfは減少する。
比較器１６−４はトルク電流成分Ｉqfと同期投入許可電
流Ｉpe１６−３と比較し、トルク電流成分Ｉqfが同期投
入許可電流Ｉpeより小さくなった時点で加速モード
に切り替える。 （４）同期投入処理を終了すると、補正角速度ωsuと
同期投入積分項（後述する。）を零にする。この点は、
図１０に示すように、過度時角速度ωtrnは定格角速度
ωdefより小さくなっているので、角速度指令部１１で
は加速モードに入り、前述したように加速角速度ωa
で加速する。 （５）そして、誘導電動機５に与える過渡時角速度ωtr
nが定格角速度ωdefまで上昇すると、定常モードに入
る。

【００１７】同期投入処理部１６−５を詳細に説明す
る。図７、図８、図９、図１０を参照する。トルク電流
成分Ｉqfが同期投入設定電流Ｉesより大きくなった時点
からトルク電流成分Ｉqfと同期投入許可電流Ｉpeの偏差
より比例・積分制御を行う同期投入偏差εpeは（数１
３）式で求める。同期投入積分項Ｉsynは（数１４）式
で求める。また、補正角速度ωsuは（数１５）式で求め
る。

【数１３】

【数１４】

【数１５】 ここで、Ｉsyn：同期投入積分項 Ｉsy(n-1)：１サンプリング前の同期投入積分項 Ｋipe：同期投入積分定数、Ｋppe：同期投入比例定数で
ある。

【００１８】図１において、積算回路１７は、駆動角速
度ωdrを（数１６）式で積算することにより位相θを求
める。図３に示したように電気角で３６０度分の正弦波
のデータをＮtbのテーブルに分割して格納する。この
時、位相θはサンプリング毎に駆動角速度ωdrを積算し
ていき、θの値がテーブル数Ｎｔｂになったとき、θを
零にクリアすれば、図３に示すような鋸歯状が得られ
る。また、位相θは正弦波テーブルのアドレスに当た
り、サンプリング毎に求めた位相θでテーブルを引け
ば、０から３６０度までの正弦波を連続して得ることが
できる。

【数１６】 ここで、ωｄｒｎは（数１２）式に示した駆動角速度ω
ｄｒの積算値と等しい。また、ωｄｒ（ｎ−１）は前回
の駆動角速度ωｄｒの積算値である。

【００１９】図１１は、角速度指令部１１における加速
度演算、定常演算、同期投入演算を行うためのＰＡＤ図
である。まず、（１）、（２）、（３）、（４）は定常
モードと加速モードと、同期投入モードの判定を行う。
すなわち、同期投入フラグＩESFLGの値の”１”をチェ
ックし、”１”がある時は何もせずに（５）に飛ぶ。無
いときは過渡時角速度ωtrnと定格角速度ωrefの大きさ
の比較を行い（２）、過渡時角速度ωtrnが大きくなる
と、定常モードを実施し（３）、過渡時角速度ωtrnが
小さい間は加速モードを行う（４）。次に、（５）、
（６）では同期投入モードに入るかどうかをトルク電流
成分Ｉqfと同期投入電流Ｉesの大きさの判定を行い、ト
ルク電流成分Ｉqfが大きくなったときはYESで（６）で
同期投入フラグＩESFLGを”１”にし、フラグを立て
る。ＮＯのときは何もせず（７）に飛ぶ。続いて、
（７）、（８）、（９）、（１０）、（１１）は同期投
入モードの処理を行う。再度、同期投入フラグＩESFLG
の値の”１”があるかどうかチェックし（７）、有れ
ば、ＹＥＳで（８）に飛び、同期投入終了判定を行い、
無いときは何も行わず（１２）に飛ぶ。（８）でトルク
電流成分Ｉqfと同期投入許可電流Ｉpeを比較し、トルク
電流成分Ｉqfの方が小さくなれば（９）に飛び、同期投
入フラグＩESFLGに”０”をかき、クリアする。さら
に、補正角速度ωsuと同期投入積分項を零クリアし、同
期投入を終了して、（１２）に飛ぶ。トルク電流成分Ｉ
qfが同期投入許可電流Ｉpeより大きいときは（１０）に
飛び、同期投入モードを実施する。すなわち、（数１
３）式で同期投入偏差εpe、（数１４）式で同期投入積
分項Ｉsyn、（数１５）式で補正角速度ωsuを求める。
さらに、（１１）では（数８）式を用いて過渡時角速度
演算ωtrnを行う。最後に、（１２）と（１３）で位相
θと電圧補正Ｖ1の演算を行う。そして、終了する。

【００２０】図１において、磁束電流指令部１８には、
予め誘導電動機５に相当した励磁電流Ｉd*を設定してお
く。電動機定数回路１９においてｒ１は１次換算抵抗
値、Ｌσは１次換算インダクタンス、Ｌ１は１次インダ
クタンである。これらの定数と磁束電流Ｉd*、駆動角速
度ωdr、電動機のトルク成分Ｉqfより（数１７）、（１
８）式より電圧トルク成分Ｖ1qと電圧励磁成分Ｖ1dを求
める。

【数１７】

【数１８】 ベクトル算部２０では、電圧トルク成分Ｖ1qと電圧励磁
成分Ｖ1dから（数１９）式でα−β逆変換し、（数２
０）式で２相電圧から３相電圧Ｖum,Ｖvm,Ｖwmを求め
る。

【数１９】

【数２０】 ＰＷＭ発生回路２１では、ベクトル演算部２０において
演算した値Ｖum,Ｖvm,Ｖwmと三角波と比較してＰＷＭパ
ルスを作る。すなわち、３相インバータの半導体素子の
Ｕ相の上アームＴu、下アームＴxとＶ相の上アームＴ
v、下アームＴyとＷ相の上アームＴw、下アームＴzにＰ
ＷＭパルスを供給して所定の周波数、電圧をつくり、誘
導電動機５を駆動する。

【００２１】以上、本実施形態は、電動機の定格周波数
Ｆdef、演算のためのサンプリング時間Ｔｓ、３相正弦
波を作るテーブルのテーブル数Ｎtbから定格角速度ωde
fを作り、また、この定格角速度ωdefと要望される加速
時間Ｔaから加速角速度ωａを演算し、サンプリング時
間Ｔｓ毎に加速角速度ωａを演算して過渡時角速度ωtr
nを作り、定格角速度ωdefと過度角速度ωtrnを比較
し、過渡時角速度ωtrnが定格角速度ωdefより小さい時
は過渡時角速度ωtrnを用いて誘導電動機５を加速し、
過渡時角速度ωtrnが定格角速度ωdefより大きくなった
時は定格角速度ωdefを用いて定常運転に入るように誘
導電動機５を制御する。また、本実施形態では、瞬時停
電時の電動機の再投入に関して、誘導電動機５に残留電
圧がない場合、角速度指令ω1を定格角速度ωdefに一旦
設定し、電動機のトルク電流成分Ｉqfを検出し、トルク
成分電流Ｉqfが同期投入設定電流Ｉesより大きくなった
時点から同期投入モードに入り、トルク電流成分Ｉqfと
同期投入許可電流Ｉpeの偏差が零になるように比例積分
制御を行い、補正角速度ωsuを作り、過度角速度ωtrn
から補正角速度ωsuを減算することにより、誘導電動機
５に加える電圧と周波数を小さくする。すなわち、同期
投入処理１６−５の比例積分定数に従い、１次遅れ効果
で角速度指令ω1を減少させ、素早く、角速度指令ω１
が誘導電動機５の回転子が回転してる角速度に近づく
と、トルク成分電流Ｉqfが同期投入設定電流Ｉesより小
さくなり、その点で誘導電動機５を定格角速度ωdefま
で上昇する加速モードに移行する。このようにして、本
実施形態では、瞬時停電時に誘導電動機を再投入すると
き、制御部８が指令する角速度を迅速に誘導電動機５が
回転してる角速度に一致させるので、スムーズに同期投
入が可能となり、過電流を防止することができる。その
後、規定の加速角速度で誘導電動機を加速し、定常運転
に復帰させる。

【００２２】次に、瞬時停電時の電動機の再投入に関し
て、誘導電動機５に残留電圧がある場合について説明す
る。図１２は、位相検出の原理説明図である。いま、３
相電源のＵ相電圧Ｖus３９、Ｖ相電圧Ｖvs４０、Ｗ相電
圧Ｖws４１を３相２相変換器２３で（数２１）式を用い
て２相電圧Ｖα、Ｖβに変換する。さらに、ｄ−ｑ変換
器２４で（数２２）式を用いて回転軸座標ｄ−ｑ軸に変
換する。

【数２１】

【数２２】 同期減算器２６は、零値指令２５からｄ−ｑ変換器２４
の出力ｄ軸電圧Ｖdfを減算して偏差εphを求める。演算
式は（数２３）式を用いる。

【数２３】 同期積分演算器２７では積分演算Ｉphnを（数２４）式
を用いて演算する。また、同期比例演算器２８では比例
演算Ｐphnを（数２５）式を用いて演算する。（数２
６）式は比例と積分結果を加えた出力ωsphである。

【数２４】

【数２５】

【数２６】 同期加算器２９は、基準角速度３８の出力ω０と比例積
分結果ωsphを加算する。その出力は（数２７）式のω
１で表される。

【数２７】 同期積算器３０は、同期加算器２９の出力ω１をサンプ
リング時間毎に積算して、（数２８）式を用いて位相θ
phを得る。

【数２８】 （数２２）式の正弦波信号sinθと余弦波信号cosθは
（数２８）式の結果を用い、正弦波、余弦波テーブル３
１から正弦波信号sinθphと余弦波信号cosθphを使う。
ここで、零値指令２５と計算されたｄ軸電圧Ｖdfの偏差
が零になるように比例積分制御を行い、その結果をｄ−
ｑ軸変換２４にフィードバックして制御ループを作る。
減算器２６の結果が限りなく零に近づくと、ｄ軸電圧Ｖ
dfは限りなく零に近づき、ｑ軸電圧Ｖqfは”１”に近づ
く。この時電源Ｖusの位相とθphは限りなく一致する。

【００２３】図１３は、図１２の原理図の動作タイムチ
ャートである。図１３−１の実線はＵ相の電源電圧Ｖus
の波形であり、点線は同期積算器３０の出力θphを（数
１９）式のθに代入し、（数２０式）で３相電圧を生成
したときの電圧Ｖumに相当する（図１２には説明な
い。）。図１３−２の縦軸は電源Ｖusの角速度ωｓをサ
ンプリング時間毎に加算したものであり、横軸は角速度
の加算結果を位相θｓに換算したものである。図１３−
３の縦軸は、（数２７）式に示すように、図１２の基準
角速度ω０と比例積分結果ωsphを加算した角速度ω１
をサンプリング時間毎に加算したものであり、横軸は角
速度ω１の加算結果を位相θphに換算したものである。
角速度ω１の加算量は１周期分２πに相当した値でクリ
アされる。図１３は電源電圧による角速度の加算量の零
点と図１２の位相検出による加算量の零点や角速度の値
が異なっている場合の波形である。図１２で電源電圧Ｖ
us３９、Ｖvs４０、Ｖws４１を３相２相変換器２３で
（数２１）式を用いて３相２相変換し、ｄ−ｑ変換器２
４で（数２２）式をｄ−ｑ変換するとき、（数２２）式
の位相θに電源位相θｓを代入すれば、３相電源電圧が
平衡していれば、Ｖqfをユニット単位で表せば’１’、
Ｖdfは’０’になるが、図１２おいて始動時、同期積分
演算２７、同期比例演算２８は零から始まるので、任意
に決めた値、例えば５０Ｈｚに相当したω０のみが適当
な位相θphから始まる。この電源位相θｓと異なった位
相θphを（数２２）式の位相θに代入すれば、Ｖqf＜１
になり、Ｖdfは有限の値になる。図６（ｂ）は３相電圧
をｄ−ｑ軸に変換したときの電圧ベクトル図である。図
１２の同期積分演算器２７と同期比例演算器２８はｄ軸
電圧Ｖdfが零になるように比例積分制御を行うことにな
る。最終的に（数２７）式のωsphが位相θｓとθphの
偏差θpshを補償して有限値となり、Ｖdfが限りなく零
に近づく。この時ω１は限りなく電源電圧の角速度ωｓ
に近づく。

【００２４】本原理をもとに図１において瞬時停電が発
生し、誘導電動機に残留電圧がある時の動作を説明す
る。電源側の瞬時停電検出回路３３で瞬時停電を検出し
たとき、位相同期部９では瞬時停電判断回路３４でスイ
ッチ３５を”Ｌ”側に倒し、ゲートサプレス回路２２を
有効にして誘導電動機５をフリーラン状態にした上で誘
導電動機５の電圧を変圧器（ＰＴ）７を介して検出す
る。３相２相電圧変換器２３では（数２１）式を用いて
Ｖα、Ｖβを演算し、ｄ−ｑ変換器２４では（数２２）
式を用いてＶｄｆ、Ｖｄｑを演算する。瞬時停電判断回
路３４ではｄ−ｑ軸変換器２４のｑ軸電圧Ｖqfの大きさ
を判断し、Ｖqfの大きさがある基準値Ｖq0より大きいと
きは誘導電動機５に残留電圧があるものと判断し、スイ
ッチ３６、３７の”ＯＮ”側を選択して角速度指令部１
１と接続する。一方、同期減算器２６は零値指令２５と
ｄ−ｑ軸変換器２４のｄ軸電圧Ｖdfから（数２３）式を
用いて偏差εphを求め、同期積分演算器２７で（数２
４）式を用いて積分演算を行い、同期比例演算２８では
（数２５）式を用いて比例演算を行う。比例積分加算器
２７−１では（数２６）式を用いて比例積分結果ωsph
を位相同期部９の出力として角速度指令部１１に与え
る。図１の角速度指令部１１では図２の位相同期モード
指令１１−１４をセットする。そして次のことを行う。
（１）角速度指令部１１の位相同期演算器１１−１５で
は過度角速度ωtrnに定格角速度ωdefをセットする。
（２）図１のスイッチ３７は比例積分結果ωsphを出力
する。(３）図１のスイッチ３６は角速度指令部１１の
出力ω１を同期積算回路３０に入力する。（４）位相同
期演算器１１−１５では位相同期角速度計算を（数２
９）式で行う。

【数２９】 ここで、ωdefは定格角速度で原理図１２の基準角速度
ω０に相当する。角速度指令部１１で（数２９）式を用
いて演算されたωtrpを位相同期が終了するまで角速度
指令ω１として出力する。位相同期部９ではこのω１を
スイッチ３６から取込み、同期積算回路３０で（数２
８）式を使用して位相θphを求める。ここで、（数２
９）式で演算した角速度を基準に（数２８）式で演算し
た位相θphと誘導電動機のＵ相の位相が限りなく一致し
てくると、同期減算器２６の出力は限りなく零に近づ
く。零近傍検出回路３２ではεphが規定値ε0より小さ
くなったことを判断して位相同期終了処理を行う。すな
わち、図１２の原理図を図１に展開したとき、基準角速
度ω０は定格角速度ωdefに相当し、比例、積分結果ωs
phは共通、角速度ω１は位相同期モード出力ωtrpに相
当する。続いて、（１）角速度指令部１１の（数２９）
式のωtrpは位相同期部９の比例積分演算結果ωsphを含
めて受け継ぎ、加速減速積算器１１−１０のωtrnに代
入し、図１０のに示した加速モードに入れる。（２）
図１のスイッチ３６、３７を”ＯＦＦ”にし、スイッチ
３５を”Ｈ”にしてゲートサプレス回路２２を解放す
る。（３）インバータ４にゲート信号を供給し、角速度
指令部１１では加速モードとする。（４）図２のモード
比較器１１−１１では過度角速度ωtrnが定格角速度ωd
efに達成したことを判断する。（５）定常モードに復帰
させ、瞬停電処理を終了する。

【００２５】図１４は、瞬時停電時の各モードの選択状
況を示すＰＡＤ図である。瞬時停電を検出すると、ゲー
トサプレスを行う。電動機に残留電圧がない場合、角速
度指令を定格角速度ωdefに設定する。続いて、ゲート
サプレスを解除し、同期運転モードに入る。角速度指令
が定格角速度ωdefに達するまで、加速モードとする。
角速度指令が定格角速度ωdefに達したとき、定常運転
モードに復帰させ、瞬停電処理を終了する。一方、電動
機に残留電圧がある場合、角速度指令を定格角速度ωde
fに設定する。次に、電動機位相と位相同期部の位相が
一致するまで位相同期モードに入る。続いて、ゲートサ
プレスを解除し、角速度指令が定格角速度ωdefに達す
るまで、加速モードとする。角速度指令が定格角速度ω
defに達したとき、定常運転モードに復帰させ、瞬停電
処理を終了する。

【００２６】図１５は、本発明の他の実施形態を示す。
誘導電動機をインバータで加速し、商用周波数の角速度
に達した点で電源側に投入するときの角速度と位相合わ
せについて説明する。図中の番号は図１と同一のものは
同じ働きをする。４２は電源側の電圧を検出するための
変圧器、４３は商用投入判断回路、４４は誘導電動機５
をインバータ４側に接続するか、電源１側に接続するか
を切り替える遮断器である。始動時、位相同期部９を不
感とするため、スイッチ３５は”Ｈ”でゲートサプレス
はしない。スイッチ３６、３７は”ＯＦＦ”にする。角
速度指令部１１は図２の１１−１から１１−１１のブロ
ックを用いて加速モードで加速し、定格角速度ωdefに
達した点でスイッチ３６、３７を”ＯＮ”にし、位相同
期モード１１−１４に投入する。位相同期部９では電源
側の電圧Ｖus、Ｖvs、Ｖwsを変圧器４２で検出し、３相
２相電圧変換器２３で（数２１）式を用いてＶα、Ｖβ
を演算し、ｄ−ｑ変換器２４で（数２２）式を用いてｄ
軸電圧Ｖdf、ｑ軸電圧Ｖdqを演算する。一方、同期減算
器２６は零値指令２５とｄ−ｑ軸変換器２４のｄ軸電圧
Ｖdfから（数２３）式を用いて偏差εphを求め、同期積
分演算器２７で（数２４）式を用いて積分演算を行い、
同期比例演算２８で（数２５）式を用いて比例演算を行
う。同期加算器２７−１では（数２７）式を用いて位相
同期部９の出力ωsphを演算する。図２において角速度
指令部１１では位相同期モード指令１１−１４にセット
してある。すなわち、（１）角速度指令部１１の角速度
を定格角速度ωdefにセットする。（２）スイッチ３７
から同期比例積分結果ωsphを受ける。（３）位相同期
演算器１１−１４では位相同期角速度計算を（数２９）
式で行う。ここで、（数２９）式で演算した角速度を基
準に（数２８）式で演算した位相θphと電源１のＵ相の
位相が限りなく一致してくると、同期減算器２６の出力
は限りなく零に近づく。零近傍検出回路３２ではεphが
規定値ε0より小さくなったことを判断して商用投入判
断回路４３から遮断器４４に信号を送り、誘導電動機５
をインバータ４から解放する。次に、誘導電動機５を電
源１に接続する。そして、スイッチ３５は”Ｌ”、スイ
ッチ３６，３７は”ＯＦＦ”とし、商用電源投入を完了
する。

【００２７】図１６は、商用電源投入モードのＰＡＤ図
である。誘導電動機５をインバータ４に接続してインバ
ータを起動し、角速度指令部１１の角速度指令が定格角
速度ωdefに達するまで、加速モードとする。次に、商
用電源１の位相と位相同期部９の位相が一致するまで位
相同期モードとし、両者の位相が一致すると、誘導電動
機をインバータから切り離す命令を商用投入判断回路４
３より出力し、同期投入スイッチ４４を開放する。続い
て、商用電源と電動機を接続する命令を商用投入判断回
路から出力し、同期投入スイッチを商用電源に接続す
る。同時にゲートサプレスを行い、スイッチ３６、３７
を”ＯＦＦ”する。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
角速度指令として定格角速度を設定し、この定格角速度
と加速時間に基づいて過度時角速度を作り、定格角速度
と過度時角速度を比較して、過度時角速度が定格角速度
より小さい時は過度時角速度を用いて誘導電動機を加速
し、過度時角速度が定格角速度に達した時、定格角速度
を用いて定常運転に入るようにしたので、誘導電動機に
過電流を流すことなく、また、停止することなく、効率
よくかつスムーズに誘導電動機を駆動することができ
る。また、瞬時停電時の再起動に関して、誘導電動機に
残留電圧がないとき、補正角速度を作り、過度時角速度
から補正角速度を減算した値を角速度指令として、誘導
電動機に加える電圧と周波数を小さくしたので、同期投
入をスムーズに実行することかでき、誘導電動機に過電
流を流すことなく、また、停止することなく、効率よく
誘導電動機を再起動することができる。また、瞬時停電
時の再起動に関して、誘導電動機に残留電圧があると
き、誘導電動機の残留電圧をｄ−ｑ変換してｄ軸電圧を
求め、一方、角速度指令として設定した基準角速度に基
づいて位相を算出し、この位相をｄ−ｑ変換にフィード
バックしてｄ軸電圧が零になるように比例積分制御を行
い、基準角速度から比例積分制御の結果を減算した角速
度を求め、この角速度と誘導電動機の残留電圧の角速度
を一致させるようにしたので、位相同期投入をスムーズ
に実行することかでき、誘導電動機に過電流を流すこと
なく、また、停止することなく、効率よく誘導電動機を
再起動することができる。また、商用電源に誘導電動機
を投入するとき、角速度指令として定格角速度を設定
し、この定格角速度と加速時間に基づいて過度時角速度
を作り、定格角速度と過度時角速度を比較して、過度時
角速度が定格角速度より小さい時は過度時角速度を用い
て誘導電動機を加速し、商用電源の電圧をｄ−ｑ変換し
てｄ軸電圧を求め、一方、角速度指令として設定した基
準角速度に基づいて位相を算出し、この位相をｄ−ｑ変
換にフィードバックしてｄ軸電圧が零になるように比例
積分制御を行い、基準角速度から比例積分制御の結果を
減算した角速度を求め、この角速度と商用電源電圧の角
速度を一致させるようにしたので、誘導電動機のインバ
ータから商用電源への切り換えを過電流を流すことな
く、スムーズに実行することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態

【図２】本発明の角速度指令部の詳細ブロック図

【図３】本発明の定格角速度と正弦波発生の原理説明図

【図４】本発明の定格角速度まで加速するための加速角
速度の説明図

【図５】本発明の定常モードと加速モードの決定を示す
ＰＡＤ図

【図６】（ａ）電動機の３相交流電流とトルク電流およ
び励磁電流の関係を示す電流ベクトル図、（ｂ）電動機
の３相交流電圧とトルク電圧および励磁電圧の関係を示
す電圧ベクトル図

【図７】本発明の同期投入時の同期投入回路と位相同期
部と角速度指令部の関係を示す構成図

【図８】本発明のトルク電流と同期投入設定電流、同期
投入許可電流および定格電流の関係図

【図９】本発明の同期投入時の時間に対する同期投入動
作を説明する図

【図１０】本発明の同期投入時の時間に対する加速状
態、定常状態、同期投入状態を説明する状態説明図

【図１１】本発明の角速度指令部が定常モード、加速モ
ード、同期投入モードを選択するためのＰＡＤ図

【図１２】本発明の位相検出の原理ブロック図

【図１３】本発明の位相検出の原理ブロックの動作タイ
ムチャート

【図１４】本発明の瞬時停電モードを実施するためのＰ
ＡＤ図

【図１５】本発明の他の実施形態

【図１６】本発明の他の実施形態の商用投入モードを実
施するためのＰＡＤ図

【符号の説明】

１…交流電源 ４…インバータ ５…誘導電動機
８…誘導電動機の制御部 ９…位相同期部 １０
…周波数指令部 １１…角速度指令部 １１−１…
電動機定格周波数設定部 １１−２…定格１周期時間
設定部 １１−３…サンプリング時間設定部 １１
−４…１周期サンプル数演算部 １１−５…正弦波テ
ーブル数 １１−６…定格角速度演算部 １１−７
…加速時間設定部 １１−８…加速サンプル回数演算
部 １１−９…加速角速度および減速角速度演算部
１１−１０…加速、減速演算器 １１−１１…モー
ド比較器 １１−１２…同期投入モード指令部 １
１−１３…同期投入積算器 １１−１４…位相同期モード指令部 １２…Ａ／Ｄ変
換器 １３…電流変換器 １４…すべり演算部
１５…加算器 １６…同期投入回路 １７…積算回
路 １８…磁束電流指令部 １９…電動機定数回路
２０…ベクトル演算部 ２１…ＰＷＭ演算回路
２２…ゲートサプレス回路 ２３…３相２相電圧変
換器 ２４…ｄ−ｑ電圧変換器 ２５…零値指令
２６…同期減算器 ２７…同期積分演算器 ２７
−１…比例積分加算器 ２８…同期比例演算器 ２
９…同期加算器 ３０…同期積算回路 ３１…正弦
波、余弦波テーブル ３２…零近傍検出器 ３３…
瞬時停電検出回路 ３４…瞬時停電判断回路 ３５
…第１のスイッチ ３６…第２のスイッチ ３７…第３のスイッチ ３８…基準角速度 ４３…
商用投入判断回路 ４４…同期投入遮断器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿部 純 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社日立製作所日立工場内 (72)発明者 小川 真一 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社日立製作所日立工場内 (56)参考文献 特開 平10−23780（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−9682（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−274588（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−156271（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−145892（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−68398（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−34851（ＪＰ，Ａ) (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 5/00 H02P 6/00 - 6/24 H02M 7/42 - 7/98

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＰＷＭインバータから可変電圧、可変周
   波数の交流電圧を出力して誘導電動機を駆動する制御方
   法であって、前記 誘導電動機の定格周波数、演算のためのサンプリン
   グ時間、３相正弦波を作るテーブルのデータ数に基づい
   て定格角速度を作り、前記定格角速度と加速時間から加
   速角速度を演算し、前記サンプリング時間毎に前記加速
   角速度を積算して過渡時角速度を作り、前記過渡時角速
   度と前記定格角速度を比較し、前記過渡時角速度が前記
   定格角速度より小さい時は前記過渡時角速度を用いて前
   記誘導電動機を加速する加速モードと、前記過渡時角速
   度が前記定格角速度に達した時は前記定格角速度を用い
   て定常運転に入る定速モードを有すると共に、 前記誘導電動機の残留電圧を３相２相変換し、さらにｄ
   −ｑ変換してｄ軸電圧を求め、一方、角速度指令として
   設定した基準角速度からサンプリング毎に積算して位相
   を算出し、前記位相をｄ−ｑ変換にフィードバックして
   ｄ軸電圧が零になるように比例積分制御を行い、前記基
   準角速度から比例積分制御の結果を減算した位相同期角
   速度を求め、前記位相同期角速度と前記誘導電動機の残
   留電圧の角速度を一致させる位相同期モードを有し、 瞬時停電時の前記誘導電動機の再投入に際して、前記誘
   導電動機に残留電圧があるとき、前記位相同期モードを
   選択し、続いて前記加速モード、前記定速モードを選択
   して定常運転に入る ことを特徴とする誘導電動機の制御
   方法。
2. 【請求項２】 ＰＷＭインバータから可変電圧、可変周
   波数の交流電圧を出力して誘導電動機を駆動する制御方
   法であって、前記 誘導電動機の定格周波数、演算のためのサンプリン
   グ時間、３相正弦波を作るテーブルのデータ数に基づい
   て定格角速度を作り、前記定格角速度と加速時間から加
   速角速度を演算し、前記サンプリング時間毎に前記加速
   角速度を積算して過渡時角速度を作り、前記過渡時角速
   度と前記定格角速度を比較し、前記過渡時角速度が前記
   定格角速度より小さい時は前記過渡時角速度を用いて前
   記誘導電動機を加速する加速モードと、商用電源の電圧
   を３相２相変換し、さらにｄ−ｑ変換してｄ軸電圧を求
   め、一方、角速度指令として設定した基準角速度からサ
   ンプリング毎に積算して位相を算出し、前記位相をｄ−
   ｑ変換にフィードバックしてｄ軸電圧が零になるように
   比例積分制御を行い、前記基準角速度から比例積分制御
   の結果を減算した位相同期角速度を求め、前記位相同期
   角速度と前記商用電源の電圧の角速度を一致させる位相
   同期モードを有し、前記 商用電源に前記誘導電動機を投入するとき、前記誘
   導電動機を前記インバ−タに接続して加速モードにより
   加速し、前記過度角速度が前記定格角速度に達した時、
   前記位相同期モードを選択し、前記商用電源の角速度と
   位相に前記インバータの角速度と位相が一致した時、前
   記誘導電動機を前記インバータから切り離し、前記商用
   電源に投入することを特徴とする誘導電動機の制御方
   法。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２において、前記
   角速度指令として設定した基準角速度から比例積分制御
   の結果を減算して求めた位相同期角速度を位相同期が終
   了するまで角速度指令として用いることを特徴とする誘
   導電動機の制御方法。