JP3508539B2 - 誘導電動機の運転制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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可変速駆動する
誘導電動機の制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】インバータにより誘導電動機を駆動する
場合、電動機に印加する交流電圧の電圧と周波数の比
（Ｖ／Ｆ）を一定にして可変速駆動する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、このＶ／Ｆ一定制御方式は、電動機に加
わる負荷が軽くなるにつれて余分な励磁電流が流れ、効
率の良い運転ができなかったり、極低速度の範囲では有
効トルクが十分確保できなかった。この点を解決するた
め、種々の方法が提案されている。例えば、一例として
特開昭62−244297号公報には、有効電流と無効電流に分
離し、有効成分からすべり周波数を算出して電動機を制
御する技術が記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術では、電動機を加速するとき、電動機の電流が負
荷トルクと対応しないため、低速時とか無負荷時に励磁
電流が増加する。このような状態で電動機を加速しよう
とすると、過励磁になったり、効率が低下したり、加速
できなかったりする。

【０００４】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、比例積分方式の電流制御を持たない
方式では、Ｖ／Ｆ一定方式であるため、インバータが過
電流になったり、始動時に過大電流が流れたり、瞬時停
電再始動時にインバータの周波数指令と電動機が回転し
ている周波数が一致しない時、インバータ装置は過電流
を検出し、制御装置がトリップして正常な運転ができな
くなる、という問題が発生する。

【０００５】本発明の目的は、上記従来技術の問題点を
解決し、電動機が低速時でも無負荷時でも過励磁になら
ず、また、瞬時停電再始動時でも、効率よく、スムーズ
に加速できる誘導電動機の制御方法を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、運転時には、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初期角速度に加速角速
度を加算して出力角速度を生成し、この出力角速度と定
格角速度を比較し、出力角速度が定格角速度より小さい
時は加算動作で加速度を加算し、出力角速度が定格角速
度より大きくなった時は出力角速度から加速角速度を減
算して、電動機を定常運転に移行する。また、停止指令
時には停止命令と停止角速度と減速角速度を与え、サン
プリング時間毎に出力角速度から減速角速度を減算し、
出力角速度が停止角速度以下に達した時、電動機を停止
する。

【０００７】ここで、電動機の負荷の増加に伴うトルク
電流を検出すると共に、設定電流を定め、トルク電流と
設定電流の差から偏差電流を生成し、偏差電流と比例定
数の乗算から電流角速度を生成し、トルク電流が設定電
流より大きい時は出力角速度から電流角速度を減算して
電流角速度制御を実行し、トルク電流が設定電流より小
さくなった時は出力角速度に加速角速度を加算して加速
減速制御に移行し、定常運転に移行する。

【０００８】

【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。

【０００９】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（コンバー
タ）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。Ｐ
ＷＭインバータ４は、平滑コンデンサ３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
される。ここで、６は電動機の瞬時電流を検出する電流
変流器（ＣＴ）である。６−１，６−２，６−３はＵ
相，Ｖ相，Ｗ相の電流を検出するホールＣＴである。７
は電動機を制御する制御部、８は一定時間Ｔｓ毎に演算
させるためのサンプリングタイマであり、制御部７の演
算の間隔はＴsに依存する。

【００１０】制御部７は、指令部９，加減速制御部１
０，電流Ａ／Ｄ変換器１１，電流変換器１２，電流制御
減算器１３，電流角速度制御部１４，電流制御判別回路
１５，加減速電流制御切換器１６，角速度指令部１７，
積算回路１８，磁束電流指令部１９，電動機定数回路２
０，ベクトル演算部２１，ＰＷＭ発生回路２２からな
る。

【００１１】また、電源１の瞬時停電及び復帰を検出す
る瞬停検出回路２３，ＰＷＭ発生回路のパルスをサプレ
ス及び解除するゲートサプレス、解除回路２４，瞬停時
に制御部７を制御する瞬停指令部２５，誘導電動機５が
フリーラン運転時の誘起電圧を検出する電圧検出回路２
６，電圧Ａ／Ｄ変換器２７，電圧変換器２８，電圧判定
回路２９，瞬停時と瞬停復帰時及び始動時に加減速制御
部１０と角速度指令部１７を制御する瞬停加減速制御３
０，瞬停時と瞬停復帰時及び始動時に励磁電流指令の遅
れ時間を制御する励磁電流可変遅回路３１，電流角速度
制御の設定値の初期値及び遅れを制御する瞬停設定電流
制御３２からなる。

【００１２】指令部９は電動機５の運転周波数を指令す
る周波数指令部９−１，加速レート減速レートを指令す
る加減速指令部９−２，電動機の起動停止を指令する起
動停止指令部９−３，電流角速度制御の定数を設定する
定数設定部９−４，電流角速度制御を動作させるか否を
決定する設定電流値９−５，始動時に初期角速度を角速
度指令に与える初期角速度指令９−６からなる。

【００１３】加減速制御部１０は周波数指令部９−１を
受け電動機が始動時から定格周波数に到達するまでの角
速度を加速レートに基づいて加速角速度を加算し、停止
命令時には減速レートに基づき減速角速度を減算する。
そして、加減速電流制御切換器１６のａ接点を介して角
速度指令部１７に与える。角速度指令部１７は角速度指
令ωout を出力する。

【００１４】電流Ａ／Ｄ変換器１１は電動機の交流電流
ｉu ，ｉv ，ｉw のアナログ瞬時値をサンプリングＴｓ
毎にディジタル値Ｉu ，Ｉv ，Ｉw に変換する。電流変
換器１２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Ｉdfを出力する。

【００１５】電流角速度制御部１４は負荷等が増加し、
トルク電流成分Ｉqfが設定電流より大きくなったときに
動作する。初期始動時には、電流角速度制御部１４は、
指令部９から初期角速度９−６及び設定電流９−５のデ
ータを入力する。運転時には電流変換器１２で得たトル
ク電流成分Ｉqfと設定電流値９−５とを比較し、トルク
電流成分Ｉqfが設定電流値９−５より大きくなったと
き、トルク電流成分Ｉqfと設定電流値９−５との偏差に
応じて電流角速度ωｉを生成し、角速度指令部１７の出
力角速度ωout の値から電流角速度ωｉを電流制御減算
器１３を介して減算する。

【００１６】一方、電流制御判別回路１５はトルク電流
成分Ｉqfが設定電流より大きくなったことを判別し、ト
ルク電流加減速電流制御切換器１６のｂ接点と接続して
角速度指令部１７に与える。その結果、角速度指令部の
出力角速度ωout が低下して電動機５の回転数をさげて
負荷を軽減させる。このためトルク電流成分を低下す
る。そして、トルク電流成分Ｉqfが設定電流９−５より
小さくなったことを電流制御判別回路１５により検出し
たとき、加減速電流制御切換器１６は再びａ接点を選択
し加減速制御を行い、加速する。このように加減速制御
と電流角速度制御はトルク電流成分Ｉqfの大きさが設定
電流値９−５を境に切換えられるため過負荷のときに出
力角速度ωout は定格角速度より小さい値で運転される
ことになる。

【００１７】積算回路１８は角速度指令の出力ωoutを
サンプリング時間Ｔs毎に積算し、位相θを得る。

【００１８】磁束電流指令部１９は電動機の励磁電流指
令値Ｉd を出力する。励磁電流可変遅回路３１は励磁電
流指令値Ｉdを最終値とし、励磁電流指令値Ｉdより小さ
い初期値と一次遅れ定数を任意の値として与えることで
自由なソフトスタートを実現できる。この励磁電流可変
遅回路３１は始動時と瞬時停電再始動時に瞬停指令部２
５から初期値と遅れ定数を設定する。図４は励磁電流可
変遅回路３１のブロック図である。通常、励磁電流初期
切換スイッチ３１−４は接点ａｃが接続されている一次
遅れ回路である。すなわち、励磁電流可変遅回路は磁束
電流指令部からの出力Ｉｄ(31-1)を入力として受けてＩ
ｄ（ｎ）を出力する。また、Ｉｄ（ｎ）は励磁電流記憶
器３１−７に記憶する。減算器３１−５は入力Ｉｄから
１回前に記憶した励磁電流記憶器３１−７の出力Ｉｄ
（ｎ−１）を減算して偏差電流Ｉｄ−Ｉｄ（ｎ−１）を
求め、この偏差電流に遅れ定数Ｋｐｄを乗算したものと
前記、記憶器３１−７の値Ｉｄ（ｎ−１）を加算器３１
−６で加算して励磁電流可変遅回路の出力Ｉd(n)とす
る。この動作は（数１）で表わされる。

【００１９】

【数１】 Ｉｄ(ｎ)＝｛Ｉｄ−Ｉｄ（ｎ−１）｝×Ｋｐｄ＋Ｉｄ(ｎ−１) …（数１） また、励磁電流初期切換スイッチ３１−４は始動時及び
瞬時停電再始動時の１回目のサンプリング時間の時のみ
ｂ接点を選択し、初期値励磁電流指令３１−３Ｉd(ini)
を励磁電流記憶器３１−７の出力の代わりとする。その
ため、(数１)式の第２項のＩd(n-1）＝Ｉd(ini）として
始動し，第２回目のサンプリングからは励磁電流初期切
換スイッチ３１−４はａ接点を選択し動作させる。この
結果、励磁電流可変遅回路３１の出力Ｉd(n）は初期値
Ｉd(ini）から始まる一次遅れ出力を得ることができ
る。

【００２０】電動機定数回路２０は、角速度指令１７の
出力ωout と励磁電流可変遅回路３１の出力Ｉｄｎと電
動機トルク電流Ｉｑｆを入力とし、電動機の一次換算推
定抵抗値ｒ1 ，一次換算総合インダクタンスＬσ、一次
リアクタンスＬ１からｑ軸トルク電圧成分Ｖ1qと、ｄ軸
励磁電圧成分Ｖ1dを得る。ベクトル演算部２１は、ｑ軸
トルク電圧成分Ｖ1q，ｄ軸励磁電圧成分Ｖ1dからベクト
ル演算し、電動機交流電圧指令の大きさＶｕ，Ｖｖ，Ｖ
ｗを得る。ＰＷＭ発生回路２２は、電動機交流電圧指令
Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと三角波等の搬送波と比較し、ＰＷＭ
パルスＴu ，Ｔx，Ｔv，Ｔy，Ｔw，Ｔz を作る。このＰ
ＷＭ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電動機に加えて駆動
する。次に、本実施形態を詳細に説明する。

【００２１】図３を用いて、定格周波数Ｆdef と正弦波
発生原理を示す。図３−１はサンプリング時間Ｔs毎に
角速度ωdefを加算する状態、図３−２は正弦波と余弦
波を３６０度分格納する正弦波，余弦波テーブル、図３
−３は定格周波数Ｆdef の時の定格角速度ωdef と位相
θと正弦波，余弦波を示す。いま、正弦波と余弦波がそ
れぞれＮtb個のテーブル数が有るとすると、電動機の定
格周波数Ｆdef の１周期の時間幅Ｔdefは、１／Ｆdef
で求まる。１周期のサンプル回数Ｎsnpは、（数２）式
により演算できる。この時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Ｎtbとすると定格
角速度ωdef は（数３）式を用いて演算する。

【００２２】

【数２】

【００２３】

【数３】

【００２４】ここでサンプリング時間毎にωdefを積算
すると（数４）位相θが求まる。

【００２５】

【数４】

【００２６】（数３)，(数４）式の積算結果を図３−２
のテーブルのアドレスとして引くとsinθ，cosθが求ま
り、θの積算結果がテーブル数Ｎtbより大きくなった
時、θの値を零にして積算すれば連続的な正弦波と余弦
波が得られる。

【００２７】次に電動機の加速時と減速時に関して説明
する。

【００２８】電動機の始動時、電動機が始動時始動周波
数から定格周波数Ｆdef まで加速する加速時間Ｔa とす
る。定格周波数Ｆdefまで加速するサンプル回数Ｎsna
は、サンプリング時間Ｔsと加速時間Ｔaから（数５）式
を用いて求める。加速角速度ωaは定格角速度ωdefとサ
ンプル回数Ｎsnaから（数６）式により求める。

【００２９】

【数５】

【００３０】

【数６】

【００３１】出力角速度ωoutが定格角速度ωrefに到達
しない時は出力角速度ωoutに（数６）式で得られた加
速角速度ωaを加算する。すなわち（数７）式に従い加
算する。また、出力角速度ωoutが定格角速度ωrefに到
達した時は出力角速度ωoutに（数６）式で得られた加
速角速度ωaを減算する。すなわち（数８）式に従い減
算する。

【００３２】

【数７】

【００３３】

【数８】

【００３４】電動機を運転中停止命令が発生されると
（数９）式に従い、減速角速度ωｄを出力角速度ωout
から減算して、出力角速度が停止角速度以下に達すると
電動機を停止する。

【００３５】

【数９】 ωout(n)＝ωout(n−1)−ωd …（数９） 図２は、本実施形態の加減速制御部１０の詳細ブロック
図を示す。

【００３６】図中、９は指令部、２５は瞬停指令部、３
０は瞬停加減速制御を表す。まず、電動機の始動から加
速して定格回転数に上昇する状態を説明する。図２にお
いて、始動時には瞬停指令部の通常始動指令２５−１か
ら瞬停加減速指令スイッチ３０−１をａ接点を選択し接
点ａｃを接続する。その結果、初期角速度９−６からω
iniを出力角速度部１０−４に格納する。電動機はこの
初期角速度ωiniで初動回転する。続いて、運転指令定
格周波数部９−１−１から定格周波数Ｆdef と始動命令
を発生すると、角速度変換器１０−１は周波数指令を角
速度指令ωrefに変換する。一方、加速指令９−２−１
は加速減速スイッチ１０−２のａ接点を選択し、接点ａ
ｃを接続する。第１の比較器１０−３は出力角速度１０
−４の値ωoutと角速度指令ωrefを比較しωout≦ωref
の時は加速スイッチ１０−５をａ接点を選択し、接点ａ
ｃを接続する。その結果、加速加算器１０−６は出力角
速度ωout と加速角速度１０−７のωａを加算し出力加
速度部１０−４に格納する。これは前記（数７）式を実
施したことになる。この動作をサンプリング毎に実施す
ればやがてＴａ秒後にはωout≧ωrefの条件が発生す
る。この時、第１の比較器１０−３は加速スイッチ１０
−５のｂ接点を選択し接点ｃｂを接続する。その結果、
加速減算器１０−８は出力角速度ωout から加速角速度
ωａを減算し出力加速度部１０−４に格納する。これは
前記（数８）式を実施したことになる。この動作をサン
プリング毎に実施すればやがてωout≦ωrefの条件が発
生する。すなわち、（数７）式と（数８）式を選択しな
がら定常運転することになる。

【００３７】次に電動機が停止命令を受け、減速して停
止する状態を説明する。

【００３８】停止指令停止周波数部９−１−２から停止
指令と電動機の停止周波数Ｆstを発生すると、角速度指
令変換器１０−９は停止周波数Ｆstを停止角速度ωstに
変換する。また、停止命令とともに減速指令９−２−２
は加速減速スイッチ１０−２のｂ接点を選択し、接点ｃ
ｂを接続する。第２の比較器１０−１０は出力角速度部
１０−４の値ωoutと停止角速度指令ωstを比較しωout
≧ωstの時は減速スイッチ１０−１１のａ接点を選択し
ａｃを接続する。その結果、減速減算器１０−１２は出
力角速度部１０−４のωoutから減速角速度１０−１３
のωdを減算して出力角速度ωout を減少させる。これ
は（数９）式を実施したことになる。この動作をサンプ
リング毎に実施すれば、やがてωout≦ωst の条件が成
立する。そのとき第２の比較器１０−１０が減速スイッ
チの接点ｂを選択し、接点ｃｂを接続して、ゲートサプ
レス信号１０−１４を発生し、図１のＰＷＭ演算回路２
４はゲート信号を停止し誘導電動機５を停止する。

【００３９】図１及び図２において、電動機が運転中に
電源の瞬停検出回路２３が瞬時停電を検出するとゲート
サプレス解除器２４はゲートサプレス信号を出力しＰＷ
Ｍ演算回路の出力パルスを停止するとともに、瞬停指令
部２５の瞬停一次停止指令２５−３は瞬停加減速制御３
０に指令を与える。図２のスイッチ３０−２を接続して
運転中の出力角速度ωout を出力角速度記憶回路３０−
３に一時格納する。また、電源の瞬停検出回路２３が瞬
時停電の解除を検出すると瞬停再始動部２５−２は電圧
判定器２９から電動機の誘起電圧が規定値低下になった
ときに指令する信号を受け、ゲートサプレス解除器２４
から解除信号を出力しＰＷＭ演算回路の出力パルスを再
出力するとともに、瞬停解除再始動部２５−２はスイッ
チ３０−１の接点ｂを選択し、接点ｃｂを接続する。こ
れにより、瞬停前に記憶した出力角速度記憶回路の値ω
out を出力角速度１０−４に戻して再始動する。ここ
で、誘起電圧の判断は誘導電動機５の電圧を電圧検出器
２６で検出し、Ａ／Ｄ変換器２７でアナログ値を瞬時電
圧値としてサンプルホールドし、ディジタル値ＶMｕ，
ＶMｖ，ＶMｗに変換する。変換されたディジタル値の３
相電圧を電圧変換器１２において（数１０）式により２
相のα−β軸のＶMα，ＶMβに変換し、（数１１）を用
いて回転子座標であるｄ−ｑ軸のＶdf，Ｖdqに変換す
る。そして電圧判定器２９では（数１２）に示したよう
にＶdf，Ｖdqの二乗和を基準に規定値Ｖtmin以下に達し
たとき瞬停指令部２５とゲートサプレス解除器２４に信
号を与える。

【００４０】

【数１０】

【００４１】

【数１１】

【００４２】

【数１２】 Ｖt min＝Ｖdf²＋Ｖqf² …（数１２） 図１において、Ａ／Ｄ変換器１１は電動機５の交流電流
のアナログ値を瞬時電流値としてサンプルホールドし、
ディジタル値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ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１２において（数
１３）式により２相のα−β軸のＩα，Ｉβに変換し、
（数１４）を用いて回転子座標であるｄ−ｑ軸のＩｄ
ｆ，Ｉｑｆに変換する。

【００４３】

【数１３】

【００４４】

【数１４】

【００４５】積算回路１８は、（数４）式を原理式と
し、出力角速度ωout を（数１５）式のように積算する
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ωout 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３−１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。

【００４６】

【数１５】 θ＝ωout(n)＝ωout(n−1)＋ωout(n) …（数１５） ここで、ωout(n-1)は前回の出力角速度ωoutの積算値
である。

【００４７】磁束電流指令部１９は、磁束電流指令を出
力し、電動機５に相当した励磁電流を予め設定してお
く。

【００４８】電動機定数回路２０は、一次換算抵抗値ｒ
１，一次換算総合インダクタンスＬσ，一次インダクタ
ンスＬ1の電動機定数と磁束電流Ｉdn，出力角速度ωou
t，電動機のトルク成分Ｉqfより、（数１６)，(数１
７）式を用いてｑ軸電圧トルク成分Ｖ1qとｄ軸電圧励磁
成分Ｖ1dを求める。

【００４９】

【数１６】 Ｖ1ｑ＝ωout×Ｌ1×Ｉdn＋ｒ1×Ｉｑｆ …（数１６）

【００５０】

【数１７】 Ｖ1ｄ＝ｒ1×Ｉdn−ωout×Ｌσ×Ｉｑｆ …（数１７） ベクトル演算部２１は、Ｖ1qとＶ1dから電動機交流電圧
指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを（数１８)，(数１９）式により
求める。

【００５１】

【数１８】

【００５２】

【数１９】

【００５３】ここで、sinθ，cosθは図３−２のテーブ
ルから求めた正弦波値，余弦波値を使用する。

【００５４】ＰＷＭ演算回路２２は、ベクトル演算で得
た電動機交流電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを三角波と比較
してパルス幅変調してインバータ４のゲートパルスを得
る。次に電流角速度制御について説明する。電流角速度
制御において負荷が増加してトルク電流Ｉqfが設定値以
上の電流が流れたとき、インバータ４に流れる電流を抑
制するために出力角速度ωout を減少させる。図１にお
いて設定電流９−５の出力値IESTA_P の値と電流変換器
１２で検出したｑ軸トルク電流Ｉqfを比較し、Ｉｑｆ≧
IESTA_Pの条件になった時、（数２０）式に示すように
出力角速度ωoutを減少させる。すなわち、電流角速度
制御部１４では電流角速度ωｉを出力し、角速度指令部
１７の出力角速度ωoutから減算器１３により電流角速
度ωｉを減算する。一方、電流制御判別回路１５ではＩ
ｑｆ≧IESTA_P の条件を確認してスイッチ１６の接点ｂ
を選択し、接点ｂｃを接続する。そして、減算した結果
を角速度指令部１７に格納すれば、運転している出力角
速度を低下させることができる。すなわち、電動機の運
転周波数が減少し、ｑ軸トルク電流Ｉｑｆが設定電流９
−５の値より小さくなれば、電流制御判別回路１５は再
びスイッチ１６の接点ａを選択して接点ａｃを接続し、
通常の加速減速制御を行う。その結果、最大負荷電流は
設定電流IESTA_Pの近傍で運転されることになる。

【００５５】

【数２０】 ωout(n)＝ωout(n−1)−ωi …（数２０） ここで、図５はトルク電流Ｉｑｆと設定電流IESTA_Pの
関係、図６に、比例定数KIDEFとｑ軸電流Ｉqfの関係を
示す。

【００５６】図５において、ｑ軸トルク電流Ｉｑｆが設
定電流IESTA_Pを超えたときに、（数２１）式によりｑ
軸偏差電流IQDEFを検出する。このIQDEFと比例定数KIDE
Fの乗算から電流角速度ωｉを（数２２）式で求める。

【００５７】

【数２１】 ＩＱＤＥＦ＝Ｉｑｆ−ＩＥＳＴＡ＿Ｐ …（数２１）

【００５８】

【数２２】 ωi＝ＫＩＤＥＦ×ＩＱＤＥＦ …（数２２） この電流角速度制御系において、偏差電流ＩQDEFが小さ
い範囲では、比例係数ＫIDEFを小さく選んで制御系がハ
ンチングしないようにし、偏差電流ＩQDEFが大きい範囲
では比例係数ＫIDEFを大きく選んで電流角速度ωｉを大
きくして出力角速度ωoutを早く減少させて、インバー
タ４の過電流を保護する必要がある。

【００５９】そこで、本実施形態では、図６に示すよう
に、偏差電流ＩQDEFの大きさに従い比例定数ＫIDEFを可
変にする特性を実現した。すなわち、偏差電流ＩQDEFが
零から最小値ＩQDEF_MINまでの小さい範囲では、比例定
数値ＫIDEFは最小比例係数ＫIDEF_MINを選択し、偏差電
流ＩQDEFが偏差電流最小値ＩQDEF_MIN以上になったとき
比例定数ＫIDEFは偏差電流ＩQDEFと偏差電流最小値ＩQD
EF_MINの差に比例した定数を作る。そして、比例係数の
最大値ＫIDEF_MAXを設ける。これにより、偏差電流ＩQD
EFの大きさに応じて比例係数ＫIDEFを自由に選択するこ
とが可能になり、偏差電流ＩQDEFが小さい範囲では、比
例係数ＫIDEFを小さく選んで制御系がハンチングしない
ようにし、偏差電流ＩQDEFが大きい範囲では、比例係数
ＫIDEFを大きく選んでインバータ４の過電流を保護する
ことができる。（数２３）式は、可変比例定数ＫIDEF_C
OEを用いて比例定数ＫIDEFを求める式である。

【００６０】

【数２３】 ＫＩＤＥＦ＝（ＫＩＤＥＦ＿ＭＩＮ)＋(ＩＱＤＥＦ−ＩＱＤＥＦ＿ＭＩＮ） ×ＫＩＤＥＦ＿ＣＯＥ …（数２３） 図７は本実施形態の電流角速度制御部１４および瞬停設
定電流制御３２の詳細ブロック図を示す。通常は瞬停設
定スイッチ３２−２はａ接点を選択しａｃ接点が接続さ
れているので設定電流比較器１４−１は指令部９の電流
設定値９−５の出力値IESTA_Pと電流変換器１２の出力
トルク電流Ｉqfを比較してＩqf≦IESTA_Pの範囲では、
零１スイッチ１４−２の接点ａを選択し、ａｃ接点を接
続して零値１４−３を選択する。その結果、第１乗算器
１４−４は零を乗算するので、出力する電流角速度ωｉ
は零となり電流角速度制御は動作しない。

【００６１】また、Ｉｑｆ≧IESTA_P の範囲では設定電
流比較器１４−１は零１スイッチ１４−２の接点ｂを選
択しｂｃ接点を接続し、１の値１４−５を選択する。そ
の結果、第１乗算器１４−４は１を乗算し、次に説明す
る方法で電流角速度制御を行い、電流角速度ωｉを出力
する。

【００６２】まず、設定減算器１４−６は（数２１）式
に従い、偏差電流ＩQDEFを出力する。偏差電流ＩQDEFと
トルク電流偏差最小値９−４−４の出力において、ＩQD
EF≦ＩQDEF_MINの範囲では最小電流偏差比較器１４−８
は比例定数スイッチ１４−９のｂ接点を選択し、接点ｂ
ｃを接続する。このため、可変比例定数は零値１４−３
を選択し、第２乗算器１４−１０の出力が零となる。比
例定数リミッタ１４−１１は比例定数最大値からＫIDEF
_MAXを格納してあるが、この条件では無視され、比例定
数加算器１４−１２は比例定数最小値ＫIDEF_MIN９−４
−２を加算するから、比例定数ＫIDEF＝ＫIDEF_MINとな
り、第３乗算器１４−１３はＩQDEFとＫIDEF_MINを乗算
する。すなわち（数２２）を実行する。

【００６３】つぎに、ＩQDEF≧ＩQDEF_MINの範囲では最
小電流偏差比較器１４−８は比例定数スイッチ１４−９
のａ接点を選択し、接点ａｃを接続する。このため、可
変比例定数９−４−３はＫIDEF_COEを出力し、第２乗算
器１４−１０に入力する。偏差電流減算器１４−７はＩ
QDEF−ＩQDEF_MINを演算し、第２乗算器１４−１０に印
加されるので（数２３）式の第２項の演算をしたことに
なる。比例定数リミッタ１４−１１は、この第２項と比
例定数最大値ＫIDEF_MAXを比較しＫIDEF_MAX以上になら
ないようにする。続いて、比例定数加算器１４−１２は
比例定数最小値ＫIDEF_MINを加算し（数２３）式を実行
する。この加算結果がＫIDEFとなり、第３乗算器１４−
１３でＩQDEFと乗算すれば電流角速度ωｉが求まり、
（数２２）式を実行したことになる。

【００６４】この結果、比例定数ＫIDEFはトルク偏差電
流ＩQDEFの値に従い図６に示す値から自由に選択するこ
とができる。

【００６５】また、本実施形態は、電流角速度制御部１
４において、図８に示すように、比例定数等を自由に可
変できる。図８は、横軸に偏差電流ＩQDEFと電流偏差最
小値ＩQDEF_MINの差をとり、縦軸に比例定数ＫIDEFをと
った場合、パラメータに種々の値を与えたときの、可変
比例係数ＫIDEF_COEの特性を示す。例えば、ＫIDEF_COE
＝Ｈ‘４１８９、比例最大値ＫIDEF_MAX を１２８に選
択すればＡ特性が得られ、また、 ＫIDEF_COE＝Ｈ‘２
０Ｃ４、比例最大値ＫIDEF_MAX を２５６に選択すれば
Ｂ特性が得られる。この他、可変比例係数ＫIDEF_COEと
比例定数最大値ＫIDEF_MAXの値を図示のように組み合わ
せれば、図示細線のような特性が得られる。このよう
に、偏差電流ＩQDEFと電流偏差最小値ＩQDEF_MINの差を
とった横軸と比例定数ＫIDEFをとった縦軸からなる第１
象源において、比例定数の全てが選択可能となる。

【００６６】これにより、電動機容量が変わっても制御
系の安定性を適切に選択できる。また、インバータの半
導体素子の容量により設定電流を自由に可変できるので
装置の小型化，低価格化が可能である。

【００６７】また、本実施形態は、周波数指令，加減速
指令を負の値を指令し、制御装置７の演算を符号付で実
施すれば、装置を変更することなく、逆転指令も実施す
ることができる。

【００６８】また、本実施形態は、指令部９に負の電流
設定値ＩESTA_Nを設け、電流角速度制御部１４に追加す
れば、回生モードにも適用できる。さらに、回生時に負
の設定位置ＩESTA_Nよりトルク電流Ｉqfがさらに小さく
なれば、電流角速度制御部が出力する電流角速度ωｉは
負の値となるので（数２０）式に示すように、電流角速
度ωｉが出力角速度ωout に加算され、回転数指令を上
昇させて電動機の過電流を防止することができる。

【００６９】このような現象の発生は次の時に発生す
る。すなわち、急減速指令が有り出力角速度ωout は低
位に設定されているにもかかわらず、電動機の慣性が大
きい場合、回転している電動機の角速度が出力角速度ω
out より高くなるので、トルク電流は負になる（回生モ
ード）。このトルク電流が負の設定電流ＩESTA_Nより小
さくなると出力角速度ωout に電流角速度の出力ωｉを
加える。その結果、出力角速度ωout は大きくなり、よ
り電動機が回転している角速度に近づき、負の過電流を
防止することができる。

【００７０】また、本実施形態において、通常運転時は
設定電流IESTA_P は定格電流より大きい値に設定されて
いる。ところが始動時とか瞬停再始動時は過大電流が流
れることがあり、通常の設定では定格電流以上の設定電
流値IESTA_P 以上にならないと電流角速度制御を行わな
いので過電流トリップに至ることがある。そのため、始
動時とか瞬停再始動時は電流設定値を小さくしてトルク
電流Ｉｑｆが小さい範囲でも電流角速度制御が行えるよ
うにする方法を説明する。電動機の始動時及び瞬時停電
再始動時に設定値可変遅回路に初期値ＩＥＳＴＡ(ini）
を与えるとともに最終設定値IESTA_P に至る時間を一次
遅れ要素Ｋｐｅを加味して調整すればＩｑｆ≧IESTA(n)
の条件を早く達成させることが出来て（数２０）式で出
力角速度ωout を低下させ、電動機の過電流を防止出来
るとともに、前記した励磁電流遅れ回路３１の初期励磁
電流値Ｉｄ(ini）と遅れ定数Ｋｐｄを最適に選択するこ
とにより、電動機の過電流を防止できる。

【００７１】この動作を図７により説明すると、始動時
に起動停止指令９−３からまたは、瞬停再始動時に瞬停
解除再始動指令２５−２から判定回路３２−１に指令を
送り、設定スイッチ３２−２の接点ｂを選択して接点ｂ
ｃを接続する。一方、設定値可変遅回路３２−３には初
期値ＩＥＳＴＡ(ini）と遅れ係数Ｋｐｅを設定し始動す
る。設定値可変遅回路３２−３の詳細は図９に示す。図
９は前記した励磁電流可変遅回路３１と構成は同一であ
り、演算式も（数１）と同一である。すなわち、（数２
４）式に示すように電流設定９−５の出力IESTA_P を設
定値可変遅回路３２−３の入力ＩＥＳＴＡとして取込
み、ＩＥＳＴＡ（ｎ）として出力する。

【００７２】

【数２４】 IESTA(n)＝{IESTA−IESTA(n-1)}×Ｋｐｅ＋IESTA(n-1) …（数２４） 図１０は瞬時停電再始動時の特性図であり、図７のブロ
ック図と併用して説明する。設定値可変遅回路３２−３
の出力ＩＥＳＴＡ(ｎ）は初期値IESTA(ini）から出発し
一次遅定数Ｋｐｅに従い増加する。設定電流比較器１４
−１はトルク電流検出値ＩｑｆとＩＥＳＴＡ(ｎ)を比較
し図１０のの点でＩｑｆ≧IESTA(n)の条件が成立する
と、零１スイッチ１４−２のｂ接点を選択し、接点ｂｃ
を接続して第１の乗算器１４−４の入力の１つを１にし
て（数２０）式を有効にさせて出力角速度ωout を急速
に低下させる。そのため、トルク電流検出値Ｉｑｆの増
加を抑制する。すなわち、最終設定電流値IESTA_P より
も小さい電流値で電流角速度制御（数２０）式から（数
２３）式の制御を実施することができる。

【００７３】次に図１０のの時点でＩｑｆ≦IESTA(n)
の条件が成立すると設定電流比較器１４−１は零１スイ
ッチ１４−２の接点ａを選択し、第１乗算器の入力の１
つを零にして電流角速度制御を無効にするとともに、瞬
停設定電流制御の判定回路３２−１は設定スイッチ３２
−２の接点ａを選択して接点ａｃを接続して設定電流比
較器の比較設定値を最終電流設定値IESTA_P に置き換え
て通常運転に戻す。また、図１１は本実施形態の瞬停再
始動及び始動時の瞬停設定電流制御の他の実施例であ
る。すなわち、電動機の始動時に起動停止指令９−３か
らまたは、瞬停再始動時に瞬停解除再始動指令２５−２
からの指令により設定値可変遅回路３２−３に初期値設
定電流指令３２−３−３にＩＥＳＴＡ(ini）を与えると
ともに最終設定値IESTA_P に至る時間を一次遅れ要素の
設定電流可変遅定数３２−３−２をＫｐｅで与える。設
定値可変遅回路３２−３の出力ＩＥＳＴＡ（ｎ）は初期
値ＩＥＳＴＡ(ini）から出発し一次遅定数Ｋｐｅに従い
増加する。設定電流比較器１４−１はトルク電流検出値
ＩqfとＩＥＳＴＡ(ｎ)を比較し、Ｉｑｆ≧IESTA(n)の条
件が成立すると、零１スイッチ１４−２のｂ接点を選択
し、接点ｂｃを接続して第１乗算器１４−４の入力の１
つを１にして（数２０）式を有効にさせて出力角速度ω
out を急速に低下させる。そのため、トルク電流検出値
Ｉqfの増加を抑制する。これは最終設定電流値IESTA_P
よりも小さい電流値で電流角速度制御（数２０）式から
（数２３）式の制御を実行する。

【００７４】次にＩｑｆ≦IESTA(n)の条件が成立すると
設定電流比較器１４−１は零１スイッチ１４−２の接点
ａを選択し、第１乗算器の入力の１つを零にして電流角
速度制御を無効にする。本制御では設定値可変遅回路３
２−３は通常運転に戻った時点でも常時動作させる。始
動時は過渡現象により設定値可変遅回路３２−３の出力
が最終値IESTA_P に到達しない前にトルク電流検出値Ｉ
qfが振動して再度ＩＥＳＴＡ（ｎ）より大きくなれば早
めに電流角速度制御を実施し電動機の過電流を抑制させ
ることができる。

【００７５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電動機の低速時及び無負荷時でも、過励磁にならず、効
率よく、スムースに電動機を過減速することが可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態。

【図２】本発明の加減速制御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原理の説明
図。

【図４】励磁電流可変遅回路の説明図。

【図５】本発明のトルク電流と設定電流の関係を示す
図。

【図６】本発明のトルク偏差電流と比例定数を示す特性
図。

【図７】本発明の電流角速度制御を示す詳細ブロック
図。

【図８】本発明のトルク偏差電流と比例定数を示す詳細
特性図。

【図９】設定電流可変遅回路の説明図。

【図１０】本発明の瞬停始動特性。

【図１１】本発明の電流角速度制御を示す詳細ブロック
図。

【符号の説明】

１…交流電源、２…整流器またはコンバータ、３…平滑
コンデンサ、４…インバータ、５…誘導電動機、７…制
御部、８…サンプリングタイマ、９…指令部、９−１…
周波数指令部、９−２…加減速指令部、９−３…起動停
止指令部、９−４…定数設定部、９−４−１…比例定数
最大値、９−４−２…比例定数最小値、９−４−３…可
変比例定数、９−４−４…トルク電流偏差最小値、９−
５…設定電流値、９−６…初期角速度、１０…加減速制
御部、１０−１…角速度指令変換器、１０−２…加速減
速スイッチ、１０−３…第１の比較器、１０−４…出力
加速度、１０−５…加速スイッチ、１０−６…加速加算
器、１０−７…加速角速度、１０−８…加速減算器、１
０−９…角速度指令変換器、１０−１０…第２の比較
器、１０−１１…減速スイッチ、１０−１２…減速減算
器、１０−１３…減速角速度、１０−１４…ゲートサプ
レス信号、１１…電流Ａ／Ｄ変換器、１２…電流変換
器、１３…電流制御減算器、１４…電流角速度制御部、
１４−１…設定電流比較器、１４−２…零１スイッチ、
１４−３…零値、１４−４…第１の乗算器、１４−５…
１の値、１４−６…設定減算器、１４−７…偏差電流減
算器、１４−８…最小電流偏差比較器、１４−９…比例
定数スイッチ、１４−１０…第２の乗算器、１４−１１
…比例定数リミッタ、１４−１２…比例定数加算器、１
４−１３…第３の乗算器、１５…電流制御判別回路、１
６…加減速電流制御切換器、１７…角速度指令部、１８
…積算回路、１９…磁束電流指令部、２０…電動機定数
回路、２１…ベクトル演算部、２２…ＰＷＭ発生回路、
２３…瞬停検出回路、２４…ゲートサプレス、解除回
路、２５…瞬停指令部、２６…電圧検出回路、２７…電
圧Ａ／Ｄ変換器、２８…電圧変換器、２９…電圧判定回
路、３０…瞬停加減速制御、３１…励磁電流可変遅回
路、３１−１…励磁電流可変遅回路入力、３１−２…励
磁電流可変遅定数、３１−３…初期値励磁電流指令、３
１−４…励磁電流初期切換スイッチ、３１−５…励磁電
流可変減算器、３１−６…励磁電流可変加算器、３１−
７…励磁電流記憶器、３２…瞬停設定電流制御、３２−
１…判定回路、３２−２…設定スイッチ、３２−３…設
定値可変遅回路、３２−３−１…設定電流可変遅回路入
力、３２−３−２…設定電流可変遅定数、３２−３−３
…初期値設定電流指令、３２−３−４…設定電流初期切
換スイッチ、３２−３−５…設定電流可変減算器、３２
−３−６…設定電流可変加算器、３２−３−７…設定電
流記憶器。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−23780（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−274397（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−284185（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−191690（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−122999（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−68398（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−225574（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−69289（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−70571（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 1/00 - 1/58 H02P 6/00 - 6/24 H02M 7/42 - 7/98

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】交流電圧をコンバータにより直流電圧に変
   換し、該直流電圧をＰＷＭインバータによって可変電
   圧、可変周波数の３相交流電圧に変換して誘導電動機を
   駆動する誘導電動機の制御方法において、前記誘導電動機の定常 運転時には、前記ＰＷＭインバー
   タを駆動する制御部が、 定格角速度と出力角速度とを比較し、該出力角速度に加
   速角速度を加算あるいは減算して出力角速度を定格角速
   度に一致させる加減速制御と、 前記電動機のトルク電流検出値が予め設定した第１の設
   定電流値より大きい時に実行する、前記出力角速度か
   ら、トルク電流検出値と前記第１の設定電流値との偏差
   に比例定数を乗じた値である電流角速度を減算する電流
   角速度制御と、 前記 トルク電流検出値が前記第１の設定電流値より小さ
   くなった時に実行する、前記出力角速度に前記加速角速
   度を加算あるいは減算して前記定格速度に一致させる加
   減速制御とを行い、前記誘導電動機の 瞬停再始動時には、前記制御部が、 予め設定した第２の設定電流値を初期値としたトルク電
   流の第３の設定値と、予め設定した第４の設定電流値を
   初期値とした励磁電流値とを時間の経過に伴って変化さ
   せ、 前記電動機のトルク電流検出値が該第３の設定値より大
   きい場合に、瞬停前に記憶した出力角速度の値を初期値
   とする出力角速度から、該トルク電流検出値と第３の設
   定値との偏差に比例定数を乗じた値である電流角速度を
   減算し、 時間の経過とともに定常運転に移行する制御を行うこと
   を特徴とする誘導電動機の制御方法。
2. 【請求項２】請求項１に記載の誘導電動機の制御方法に
   おいて、前記誘導電動機の瞬停再始動時に、前記制御部
   が前記トルク電流の第３の設定値と、励磁電流とを時間
   の経過に伴って増加させる制御を行うことを特徴とする
   誘導電動機の制御方法。
3. 【請求項３】請求項１あるいは請求項２のいずれかに記
   載の誘導電動機の制御方法において、前記電流角速度を
   算出する比例定数が、前記トルク電流検出値と前記第１
   の設定電流値との偏差の値に対応して変化することを特
   徴とする誘導電動機の制御方法。
4. 【請求項４】請求項２に記載の誘導電動機の制御方法に
   おいて、前記誘導電動機の瞬停再始動時に、前記制御部
   が前記トルク電流の第３の設定値を、前記第２の設定電
   流値を初期値とした１次遅れ出力とすることを特徴とす
   る誘導電動機の制御方法。
5. 【請求項５】請求項３に記載の誘導電動機の制御方法に
   おいて、前記電流角速度を算出する比例定数が、前記ト
   ルク電流検出値と前記第１の設定電流値との偏差の値の
   増加に応じて増加する領域と、前記偏差の値の変化に対
   して一定の値をとる領域とがあることを特徴とする誘導
   電動機の制御方法。
6. 【請求項６】請求項１に記載の誘導電動機の制御方法に
   おいて、前記誘導電動機の瞬停再始動時に、前記第３の
   設定値より大きな値の前記電動機のトルク電流検出値が
   前記第３の設定値より小さくなった場合に、前記第３の
   設定値に代えて前記第１の設定電流値を用いることを特
   徴とする誘導電動機の制御方法。