JP3861228B2 - 誘導電動機の制御方法および制御装置 - Google Patents
誘導電動機の制御方法および制御装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3861228B2 JP3861228B2 JP19277696A JP19277696A JP3861228B2 JP 3861228 B2 JP3861228 B2 JP 3861228B2 JP 19277696 A JP19277696 A JP 19277696A JP 19277696 A JP19277696 A JP 19277696A JP 3861228 B2 JP3861228 B2 JP 3861228B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- angular velocity
- motor
- rated
- current
- synchronous
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Description
【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ＰＷＭインバータによる誘導電動機の制御方法および制御装置に関する。
【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号公報に記載される技術は、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制御するものである。
【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。
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装置に再投入すると、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、制御装置がトリップして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。
【０００４】
本発明の課題は、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、効率よく、スムーズに加速できる誘導電動機の制御方法および制御装置を提供することにある。
また、本発明の他の課題は、瞬時停電時に電動機を再起動するとき、指令する角速度を迅速に電動機が回転している角速度に一致させることにより、過電流の発生を防止し、その後、規定の加速角速度で電動機を加速し、定常運転に復帰できる誘導電動機の制御方法および制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、誘導電動機の定格周波数と、演算のためのサンプリング時間と、３相正弦波を作るテーブルのデータ数とに基づいて定格角速度をつくり、この定格角速度と加速時間あるいは減速時間とから、加速角速度あるいは減速角速度を演算し、前記サンプリング時間毎に加速角速度あるいは減速角速度を積算して過渡時角速度をつくり、
この過渡時角速度を定格角速度と比較し、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前記電動機を加速し、過渡時角速度が定格角速度より大きくなった時は定格角速度を用いて定常運転に入るように前記電動機を制御し、また、過渡時角速度が定格角速度より大きい時は過渡時角速度を用いて前記電動機を減速し、過渡時角速度が定格角速度より小さくなった時は定格角速度を用いて定常運転に入るように前記電動機を制御し、
瞬時停電時の前記電動機の再投入に際して、前記電動機のトルク成分を検出し、トルク電流成分が同期投入設定電流より大きくなった時点から、トルク電流成分と同期投入許可電流の偏差が零になるように比例積分制御を行い、補正角速度をつくり、過渡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、前記電動機に加える電圧と周波数を小さくする同期投入モードに入り、トルク電流成分が同期投入許可電流より小さくなった時、前記電動機を定格角速度まで上昇させる加速モードに移行し、
また、前記電動機のトルク電流成分が負になり、さらに負の同期投入設定電流より小さくなった回生モードのとき、過渡時角速度に補正角速度を加算した値を角速度指令として、前記電動機に加える電圧と周波数を大きくする。
ここで、定常運転中に負荷等が大きくなった場合、前記電動機のトルク成分を検出し、トルク電流成分が同期投入設定電流より大きくなった時点から同期投入モードを選択し、トルク電流成分と同期投入許可電流の偏差が零になるように比例積分制御を行い、補正角速度をつくり、過渡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、前記電動機に加える電圧と周波数を小さくし、前記電動機電流を減少させる同期投入モードに入る。
【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）、６−１、６−２、６−３はＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電流を検出する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。
【０００７】
制御部７は、角速度指令部９、Ａ／Ｄ変換器１０、電流変換器１１、すべり演算部１２、加算器１３、同期投入回路１４、積算回路１５、電圧指令部１６、磁束電流指令部１７、電動機定数回路１８、ベクトル演算部１９、正弦波発生部２０およびＰＷＭ発生回路２１からなる。
角速度指令部９は角速度指令ω１を出力する。Ａ／Ｄ変換器１０は電動機の交流電流ｉu,ｉv,ｉwをサンプリング毎にアナログ瞬時値をディジタル値Ｉu,Ｉv,Ｉwに変換する。電流変換器１１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。すべり演算部１２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１３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１４は、瞬時停電時再投入したとき、電動機電流と同期投入設定電流および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９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１４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、およ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、同期投入モードの演算を行う。積算回路１５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。電圧指令部１６は駆動角速度ωdrに比例した電圧指令値Ｖ1を得る。磁束電流指令部１７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１８は、電圧指令値Ｖ1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ｒ1*、１次換算インダクタンスＬσ、２次ｄ軸磁束φ2d、、相互インダクタンスＭ、２次インダクタンスＬ2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１９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、電動機印加電圧の大きさＶtとＶ1q、Ｖ1dの位相差δを得る。正弦波発生部２０は電動機電圧の大きさＶtと位相差δと位相θから電動機に印加する３相交流電圧Ｖu,Ｖv,Ｖwを得る。ＰＷＭ発生回路２１は、３相交流電圧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電動機に加えて駆動する。
【０００８】
次に、本実施形態を詳細に説明する。
図２は、角速度指令部９の詳細ブロックを示す。９−１は電動機の定格周波数Ｆdefの設定部である。９−２は定格周波数の１周期の時間幅Ｔdefの設定部であり、１／Ｆdefで求まる。９−３は制御部７のサンプリング時間Ｔｓの設定部である。９−４は１周期のサンプル回数Ｎsnpを演算する演算部であり、（数１）式により演算する。９−５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Ｎtbの演算部である。９−６は定格角速度ωdefの演算部であり、サンプル数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】
９−７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の演算部である。９−８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。９−９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）式により求める。
【数３】
【数４】
９−１０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。モード比較器９−１１は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】
同期投入モード指令９−１２、同期投入積算器９−１３は後述する。
【０００９】
図３は、図２の９−１から９−６において作られた定格角速度ωdefにより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、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（ＣＯＳθ）が得られる。
【００１０】
図４は、図２の９−７から９−１１までのブロック図の動作を図示したものである。加速時間Ｔａ（１０秒間加速）、定格周波数Ｆdef（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ωaを加算する様子がわかる。Ｖ１ｎはＶ／Ｆ一定制御におけるＶに相当する電圧を表わす。
【００１１】
図５は、加速度指令を演算するＰＡＤ図である。過渡時角速度ωtrnと定格角速度ωdef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。
ここで、定常運転時に、加速角速度ωaを負の値にして加速積算器９−１０によりマイナス加算し、過渡時角速度ωtrnを減少させ、角速度指令ω１を低下させると、電動機５を停止させることができる。
【００１２】
また、図１の同期投入回路１４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９に出力したとき、図２の同期投入モード９−１２を駆動し、同期投入演算部９−１３で（数８）式を用いて過渡時角速度ω trn の演算を行う。この時、角速度演算ω１は加速時に使用した（数６）式で演算するので、減少する。詳細は同期投入回路（図７）において説明する。
【数８】
ωｔｒｎ＝ωｔｒｎ（ｎ−１）−ωｓｕ
【００１３】
図１において、Ａ／Ｄ変換器１０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１１において（数９）式により２相のα−β軸に変換し、（数１０）を用いて回転子座標であるｄ−ｑ軸変換する。
図６は、（数９）、（数１０）式の関係をベクトル図に示す。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５の励磁リアクタンスＬSと２次抵抗ｒ２から求まる。
【００１４】
角速度指令ω１は周波数指令であり、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１３によりω１とωｓを加算して駆動角速度ωdrを得る。このため、電動機５は角速度指令部９より指令された角速度ω１に近い回転数で駆動できる。駆動角速度ωdrは、（数１２）式により表わされる。
【数１２】
【００１５】
図７は、同期投入回路１４と角速度指令部９の詳細ブロックを示す。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Ｉdef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、瞬時停電状態復帰等を説明するための時間に対する動作説明図である。図１１は角速度設定に関する各要素の動作過程を説明したＰＡＤ図である。
【００１６】
いま、瞬時停電等で電動機がインバータから切り離され、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の角速度指令ω１として定格角速度ωdefを選択▲１▼させる。この時インバータの角速度指令ωdefと電動機５の回転している角速度が▲１▼と▲３▼のようにずれているので、電動機電流Ｉqfは大きな値となる。その様子を図９により説明する。
（１）電動機がインバータから切り離され、フリーラン状態で回転数が低下したとき、インバータの角速度指令ω１として定格角速度ωdefをセット▲１▼する。（２）図１の電流変換器１１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１４ではこのトルク電流成分Ｉqfと励磁電流成分Ｉdfを取り込む。図７において、ｑ軸電流１４−１でトルク電流成分Ｉqfを取り出し、同期投入設定電流Ｉes１４−２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▲２▼に入る。
（３）同期投入処理部１４−５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９の同期投入演算部９−１３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９−１１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１４−５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、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▲２▼に示すように角速度指令ω1は定格角速度ωdefから電動機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、ほぼ一致すると電動機のトルク電流成分Ｉqfは減少する。比較器１４−４はトルク電流成分Ｉqfと同期投入許可電流Ｉpeを比較し、トルク電流成分Ｉqfが同期投入許可電流Ｉpeより小さくなった時点▲３▼で加速モード▲４▼に切り替える。
（４）同期投入処理▲３▼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、過渡時角速度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９では加速モード▲４▼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、電動機５に与える過渡時角速度ωtrnが定格角速度ωdefまで上昇すると、定常モード▲５▼に入る。
【００１７】
同期投入処理部１４−５の同期投入処理を詳細に説明する。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１３）式により求める。同期投入積分項Ｉsynは（数１４）式により求める。また、補正角速度ωsuは（数１５）式により求める。
【数１３】
【数１４】
【数１５】
ここで、Ｉsynは同期投入積分項、Ｉsy(n-1)は１サンプリング前の同期投入積分項、Ｋipeは同期投入積分定数、Ｋppeは同期投入比例定数である。
【００１８】
積算回路１５は、駆動角速度ωdrを（数１６）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ωｄｒの積算値と等しい。ωｄｒ（ｎ−１）は前回の駆動角速度ωｄｒの積算値である。
電圧指令部１６は、（数１７）式を用いて駆動角速度ωｄｒに比例した値を得る。
【数１７】
ここで、Ｋvは比例定数である。
【００１９】
図１１は、角速度指令部９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および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）、”１”が有る時は何もせずに（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）は同期投入モードに入るかどうかを判定する。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う（５）。トルク電流成分Ｉqfが大きくなったときはＹＥＳで同期投入フラグＩＥＳＦＬＧを”１”にしフラグを立てる（６）。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”が有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Ｉqf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１３）式で同期投入偏差εpeと、（数１４）式で同期投入積分項Ｉsynと、（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）は位相と電圧補正の演算を行う。そして、終了する。
【００２０】
１７は磁束電流指令部であり、電動機５に相当した励磁電流を予め設定しておく。１８は電動機定数回路であり、ｒ１*は１次換算抵抗値、Ｌσは１次換算インダクタンス、Ｌ2は２次インダクタンス、Ｍは相互インダクタンス、φ2dは２次磁束である。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１８）、（数１９）式を用いて電圧トルク成分Ｖ1qと電圧励磁成分Ｖ1dを求める。
【数１８】
【数１９】
１９はベクトル演算部であり、Ｖ1qとＶ1dから絶対値と位相角δを（数２０）、（数２１）式により求める。
【数２０】
【数２１】
２０は正弦波発生部である。電圧の大きさは（数２０）式により求めたＶt、位相は（数１６）式により求めた位相θと（数２１）式により求めたδを加算したθdを使う。電動機５に印加する相電圧は、（数２３）、（数２４）、（数２５）に表わす。
【数２２】
【数２３】
【数２４】
【数２５】
２１はＰＷＭ演算回路であり、正弦波発生部２０において演算した値Ｖu,Ｖv,Ｖw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Ｔv、下アームＴyと、Ｗ相の上アームＴw、下アームＴzにＰＷＭパルスを供給して所定の周波数、電圧を作り、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データ数Ｎtbから定格角速度ωdefをつくり、また、この定格角速度ω defと要望される加速時間Ｔaから加速角速度ωaを演算し、サンプリング時間毎に加速角速度ωaを積算して過渡時角速度ωtrnをつくり、定格角速度ωdefと過渡角速度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電動機５を制御する。
ここで、本実施形態は、図４、図７において加速角速度ωaを負の符号−ωaで考えると、減速モードまで拡張して実施できる。
このようにして、本実施形態では、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、正弦波テーブル数Ｎtb、加速時間Ｔa、減速時間−Ｔaを適宜に設定して、定格角速度ωdef、加速角速度ωa及び減速角速度−ωaを演算し、また、加速角速度ωa及び減速角速度−ωaから過渡時角速度ωtrnをつくるので、電動機５の加速レート、減速レートを自由に設定することが可能となり、
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、スムーズに電動機を加減速することができる。
【００２２】
また、本実施形態は、瞬時停電時の再投入に関して、電動機のトルク成分Ｉqfを検出し、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から同期投入モードに入れ、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をつくり、過渡時角速度の値を減算することにより、電動機に加える電圧と周波数を小さくする。すなわち、同期投入処理部１４−５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を電動機の回転子が回転している角速度に近づけ、指令角速度が電動機の回転子の回転している角速度に近づくと、トルク電流成分Ｉqfが同期投入許可電流Ｉpeより小さくなり、その点で電動機を定格角速度ωdefまで上昇させ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、瞬時停電時に電動機を再起動するとき、制御装置が指令する角速度を迅速に電動機が回転してい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電動機を加速し、定常運転に復帰させる。
【００２３】
以上、本発明の一実施形態として、瞬時停電等で電動機５がインバータから切り離され、フリーラン状態で回転数が低下したと仮定して説明したが、定常運転中に負荷等が大きくなった場合も同様に、本実施形態を適用することができる。すなわち、図７、図８、図９において、定常運転中に負荷等が大きくなって電動機のトルク電流成分Ｉqfが同期投入設定電流Ｉesより大きくなったとき、図１１の（５）で同期投入フラグを立てて実施すれば、角速度が低下し、電動機５に印加する電圧と周波数を低下させて電流を減少させ、過電流防止を行うことができる。
【００２４】
また、本発明は、回生モードにも適用することができる。図１２は、角速度指令部９が回生時に定常モード、加速モード、同期投入モードを選択するためのＰＡＤ図であり、図７、図８、図９において、電動機５のトルク電流成分Ｉqfが負になり、さらに同期投入設定電流−Ｉesより小さくなったときは、図１２の（５）で同期投入フラグを立てて、（７）、（８）、（９）、（１０）において補正角速度ωsuの値を求め、（１１）において補正角速度ωsuの値を過渡時角速度ωtrnに加算すれば、角速度は上昇し、回生モードの状態となる。
なお、図１１においてトルク電流成分Ｉqf、投入設定電流Ｉes、同期投入許可電流Ｉpeを符号付で演算すれば、図１１の方式をそのまま回生モードまで拡張して実施することができる。
【００２５】
また、本発明は、図１のベクトル演算部１９と正弦波発生部２０において（数２６）、（数２７）式を用いれば、（数２０）、（数２１）式で使用したように平方根の演算と逆正接の演算をしなくてすみ、演算速度の向上と、正接の９０度付近の精度を簡単に向上させることができる。
【数２６】
【数２７】
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電動機の定格周波数、演算のためのサンプリング時間、正弦波テーブル数、加速時間、減速時間を適宜に設定して、定格角速度、加速角速度及び減速角速度を演算し、また、加速角速度及び減速角速度から過渡時角速度をつくることによって、電動機の加速レート、減速レートを自由に設定でき、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、スムーズに電動機を加減速することが可能になる。
また、瞬時停電時に電動機を再起動するとき、制御装置が指令する角速度を迅速に電動機が回転してい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、その後、電動機を加速し、定常運転に復帰させることができる。
また、電動機の定常運転時に、トルク電流成分が同期投入設定電流より大きくなった時点から同期投入モードに入り、同期投入回路と角速度指令部によって電動機の周波数と電圧を低下させ、電動機電流を減少させ、これは、電流リミッタの役割をはたし、過電流を防止し、インバータ装置のトリップを防止することができる。
また、同期投入回路と角速度指令部において、電動機のトルク電流成分の符号が負の場合は回生モードとなり、角速度指令を上昇させて電流を抑制すること、すなわち、過渡時角速度に補正角速度を加えて電動機の周波数と電圧を上げることによって、回生モードにおける過電流を防止し、インバータ装置のトリップを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す誘導電動機の制御構成図
【図２】本発明の特徴部を示す図１の角速度指令部の詳細図
【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】本発明の定格角速度まで加速するための加速角速度との関係図
【図５】本発明の定常モードと加速モードの決定方法のＰＡＤ図
【図６】電動機の３相交流電流とトルク電流と励磁電流の関係を示す電流ベクトル図
【図７】本発明の同期投入時の同期投入回路と角速度指令部との動作経路を示す構成図
【図８】本発明におけるトルク電流成分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状態説明図
【図１０】本発明の同期投入時における過渡時角速度の状態説明図
【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】本発明の角速度指令部が回生時に定常モード、加速モード、同期投入モードを選択するためのＰＡＤ図
【符号の説明】
４ インバータ
５ 誘導電動機
７ 誘導電動機の制御部
８ サンプリングタイマ
９ 角速度指令部
９−１ 電動機定格周波数設定部
９−２ 定格１周期時間設定部
９−３ サンプリング時間設定部
９−４ １周期サンプル数演算部
９−５ 正弦波テーブル数
９−６ 定格角速度演算部
９−７ 加速時間設定部
９−８ 加速サンプル回数演算部
９−９ 加速角速度および減速角速度演算部
９−１０ 加速減速演算器
９−１１ モード比較器
９−１２ 同期投入モード指令部
９−１３ 同期投入積算器
１１ 電流変換器
１２ すべり演算部
１３ 加算器
１４ 同期投入回路
１５ 積算回路
１６ 電圧指令部
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 正弦波発生部
２１ ＰＷＭ演算回路
【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ＰＷＭインバータによる誘導電動機の制御方法および制御装置に関する。
【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号公報に記載される技術は、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制御するものである。
【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。
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装置に再投入すると、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、制御装置がトリップして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。
【０００４】
本発明の課題は、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、効率よく、スムーズに加速できる誘導電動機の制御方法および制御装置を提供することにある。
また、本発明の他の課題は、瞬時停電時に電動機を再起動するとき、指令する角速度を迅速に電動機が回転している角速度に一致させることにより、過電流の発生を防止し、その後、規定の加速角速度で電動機を加速し、定常運転に復帰できる誘導電動機の制御方法および制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、誘導電動機の定格周波数と、演算のためのサンプリング時間と、３相正弦波を作るテーブルのデータ数とに基づいて定格角速度をつくり、この定格角速度と加速時間あるいは減速時間とから、加速角速度あるいは減速角速度を演算し、前記サンプリング時間毎に加速角速度あるいは減速角速度を積算して過渡時角速度をつくり、
この過渡時角速度を定格角速度と比較し、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前記電動機を加速し、過渡時角速度が定格角速度より大きくなった時は定格角速度を用いて定常運転に入るように前記電動機を制御し、また、過渡時角速度が定格角速度より大きい時は過渡時角速度を用いて前記電動機を減速し、過渡時角速度が定格角速度より小さくなった時は定格角速度を用いて定常運転に入るように前記電動機を制御し、
瞬時停電時の前記電動機の再投入に際して、前記電動機のトルク成分を検出し、トルク電流成分が同期投入設定電流より大きくなった時点から、トルク電流成分と同期投入許可電流の偏差が零になるように比例積分制御を行い、補正角速度をつくり、過渡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、前記電動機に加える電圧と周波数を小さくする同期投入モードに入り、トルク電流成分が同期投入許可電流より小さくなった時、前記電動機を定格角速度まで上昇させる加速モードに移行し、
また、前記電動機のトルク電流成分が負になり、さらに負の同期投入設定電流より小さくなった回生モードのとき、過渡時角速度に補正角速度を加算した値を角速度指令として、前記電動機に加える電圧と周波数を大きくする。
ここで、定常運転中に負荷等が大きくなった場合、前記電動機のトルク成分を検出し、トルク電流成分が同期投入設定電流より大きくなった時点から同期投入モードを選択し、トルク電流成分と同期投入許可電流の偏差が零になるように比例積分制御を行い、補正角速度をつくり、過渡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、前記電動機に加える電圧と周波数を小さくし、前記電動機電流を減少させる同期投入モードに入る。
【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）、６−１、６−２、６−３はＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電流を検出する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。
【０００７】
制御部７は、角速度指令部９、Ａ／Ｄ変換器１０、電流変換器１１、すべり演算部１２、加算器１３、同期投入回路１４、積算回路１５、電圧指令部１６、磁束電流指令部１７、電動機定数回路１８、ベクトル演算部１９、正弦波発生部２０およびＰＷＭ発生回路２１からなる。
角速度指令部９は角速度指令ω１を出力する。Ａ／Ｄ変換器１０は電動機の交流電流ｉu,ｉv,ｉwをサンプリング毎にアナログ瞬時値をディジタル値Ｉu,Ｉv,Ｉwに変換する。電流変換器１１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。すべり演算部１２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１３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１４は、瞬時停電時再投入したとき、電動機電流と同期投入設定電流および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９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１４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、およ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、同期投入モードの演算を行う。積算回路１５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。電圧指令部１６は駆動角速度ωdrに比例した電圧指令値Ｖ1を得る。磁束電流指令部１７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１８は、電圧指令値Ｖ1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ｒ1*、１次換算インダクタンスＬσ、２次ｄ軸磁束φ2d、、相互インダクタンスＭ、２次インダクタンスＬ2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１９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、電動機印加電圧の大きさＶtとＶ1q、Ｖ1dの位相差δを得る。正弦波発生部２０は電動機電圧の大きさＶtと位相差δと位相θから電動機に印加する３相交流電圧Ｖu,Ｖv,Ｖwを得る。ＰＷＭ発生回路２１は、３相交流電圧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電動機に加えて駆動する。
【０００８】
次に、本実施形態を詳細に説明する。
図２は、角速度指令部９の詳細ブロックを示す。９−１は電動機の定格周波数Ｆdefの設定部である。９−２は定格周波数の１周期の時間幅Ｔdefの設定部であり、１／Ｆdefで求まる。９−３は制御部７のサンプリング時間Ｔｓの設定部である。９−４は１周期のサンプル回数Ｎsnpを演算する演算部であり、（数１）式により演算する。９−５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Ｎtbの演算部である。９−６は定格角速度ωdefの演算部であり、サンプル数Ｎsnpとテーブル数Ｎtbから（数２）式を用いて演算する。
【数１】
【数３】
【数５】
【０００９】
図３は、図２の９−１から９−６において作られた定格角速度ωdefにより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、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（ＣＯＳθ）が得られる。
【００１０】
図４は、図２の９−７から９−１１までのブロック図の動作を図示したものである。加速時間Ｔａ（１０秒間加速）、定格周波数Ｆdef（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ωaを加算する様子がわかる。Ｖ１ｎはＶ／Ｆ一定制御におけるＶに相当する電圧を表わす。
【００１１】
図５は、加速度指令を演算するＰＡＤ図である。過渡時角速度ωtrnと定格角速度ωdef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。
ここで、定常運転時に、加速角速度ωaを負の値にして加速積算器９−１０によりマイナス加算し、過渡時角速度ωtrnを減少させ、角速度指令ω１を低下させると、電動機５を停止させることができる。
【００１２】
また、図１の同期投入回路１４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９に出力したとき、図２の同期投入モード９−１２を駆動し、同期投入演算部９−１３で（数８）式を用いて過渡時角速度ω trn の演算を行う。この時、角速度演算ω１は加速時に使用した（数６）式で演算するので、減少する。詳細は同期投入回路（図７）において説明する。
【数８】
ωｔｒｎ＝ωｔｒｎ（ｎ−１）−ωｓｕ
【００１３】
図１において、Ａ／Ｄ変換器１０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１１において（数９）式により２相のα−β軸に変換し、（数１０）を用いて回転子座標であるｄ−ｑ軸変換する。
図６は、（数９）、（数１０）式の関係をベクトル図に示す。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】
【００１４】
角速度指令ω１は周波数指令であり、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１３によりω１とωｓを加算して駆動角速度ωdrを得る。このため、電動機５は角速度指令部９より指令された角速度ω１に近い回転数で駆動できる。駆動角速度ωdrは、（数１２）式により表わされる。
【数１２】
図７は、同期投入回路１４と角速度指令部９の詳細ブロックを示す。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Ｉdef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、瞬時停電状態復帰等を説明するための時間に対する動作説明図である。図１１は角速度設定に関する各要素の動作過程を説明したＰＡＤ図である。
【００１６】
いま、瞬時停電等で電動機がインバータから切り離され、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の角速度指令ω１として定格角速度ωdefを選択▲１▼させる。この時インバータの角速度指令ωdefと電動機５の回転している角速度が▲１▼と▲３▼のようにずれているので、電動機電流Ｉqfは大きな値となる。その様子を図９により説明する。
（１）電動機がインバータから切り離され、フリーラン状態で回転数が低下したとき、インバータの角速度指令ω１として定格角速度ωdefをセット▲１▼する。（２）図１の電流変換器１１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１４ではこのトルク電流成分Ｉqfと励磁電流成分Ｉdfを取り込む。図７において、ｑ軸電流１４−１でトルク電流成分Ｉqfを取り出し、同期投入設定電流Ｉes１４−２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▲２▼に入る。
（３）同期投入処理部１４−５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９の同期投入演算部９−１３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９−１１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１４−５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、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▲２▼に示すように角速度指令ω1は定格角速度ωdefから電動機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、ほぼ一致すると電動機のトルク電流成分Ｉqfは減少する。比較器１４−４はトルク電流成分Ｉqfと同期投入許可電流Ｉpeを比較し、トルク電流成分Ｉqfが同期投入許可電流Ｉpeより小さくなった時点▲３▼で加速モード▲４▼に切り替える。
（４）同期投入処理▲３▼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、過渡時角速度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９では加速モード▲４▼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、電動機５に与える過渡時角速度ωtrnが定格角速度ωdefまで上昇すると、定常モード▲５▼に入る。
【００１７】
同期投入処理部１４−５の同期投入処理を詳細に説明する。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１３）式により求める。同期投入積分項Ｉsynは（数１４）式により求める。また、補正角速度ωsuは（数１５）式により求める。
【数１３】
【００１８】
積算回路１５は、駆動角速度ωdrを（数１６）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】
電圧指令部１６は、（数１７）式を用いて駆動角速度ωｄｒに比例した値を得る。
【数１７】
【００１９】
図１１は、角速度指令部９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および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）、”１”が有る時は何もせずに（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）は同期投入モードに入るかどうかを判定する。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う（５）。トルク電流成分Ｉqfが大きくなったときはＹＥＳで同期投入フラグＩＥＳＦＬＧを”１”にしフラグを立てる（６）。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”が有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Ｉqf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１３）式で同期投入偏差εpeと、（数１４）式で同期投入積分項Ｉsynと、（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）は位相と電圧補正の演算を行う。そして、終了する。
【００２０】
１７は磁束電流指令部であり、電動機５に相当した励磁電流を予め設定しておく。１８は電動機定数回路であり、ｒ１*は１次換算抵抗値、Ｌσは１次換算インダクタンス、Ｌ2は２次インダクタンス、Ｍは相互インダクタンス、φ2dは２次磁束である。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１８）、（数１９）式を用いて電圧トルク成分Ｖ1qと電圧励磁成分Ｖ1dを求める。
【数１８】
【数２０】
【数２２】
【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データ数Ｎtbから定格角速度ωdefをつくり、また、この定格角速度ω defと要望される加速時間Ｔaから加速角速度ωaを演算し、サンプリング時間毎に加速角速度ωaを積算して過渡時角速度ωtrnをつくり、定格角速度ωdefと過渡角速度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電動機５を制御する。
ここで、本実施形態は、図４、図７において加速角速度ωaを負の符号−ωaで考えると、減速モードまで拡張して実施できる。
このようにして、本実施形態では、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、正弦波テーブル数Ｎtb、加速時間Ｔa、減速時間−Ｔaを適宜に設定して、定格角速度ωdef、加速角速度ωa及び減速角速度−ωaを演算し、また、加速角速度ωa及び減速角速度−ωaから過渡時角速度ωtrnをつくるので、電動機５の加速レート、減速レートを自由に設定することが可能となり、
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、スムーズに電動機を加減速することができる。
【００２２】
また、本実施形態は、瞬時停電時の再投入に関して、電動機のトルク成分Ｉqfを検出し、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から同期投入モードに入れ、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をつくり、過渡時角速度の値を減算することにより、電動機に加える電圧と周波数を小さくする。すなわち、同期投入処理部１４−５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を電動機の回転子が回転している角速度に近づけ、指令角速度が電動機の回転子の回転している角速度に近づくと、トルク電流成分Ｉqfが同期投入許可電流Ｉpeより小さくなり、その点で電動機を定格角速度ωdefまで上昇させ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、瞬時停電時に電動機を再起動するとき、制御装置が指令する角速度を迅速に電動機が回転してい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電動機を加速し、定常運転に復帰させる。
【００２３】
以上、本発明の一実施形態として、瞬時停電等で電動機５がインバータから切り離され、フリーラン状態で回転数が低下したと仮定して説明したが、定常運転中に負荷等が大きくなった場合も同様に、本実施形態を適用することができる。すなわち、図７、図８、図９において、定常運転中に負荷等が大きくなって電動機のトルク電流成分Ｉqfが同期投入設定電流Ｉesより大きくなったとき、図１１の（５）で同期投入フラグを立てて実施すれば、角速度が低下し、電動機５に印加する電圧と周波数を低下させて電流を減少させ、過電流防止を行うことができる。
【００２４】
また、本発明は、回生モードにも適用することができる。図１２は、角速度指令部９が回生時に定常モード、加速モード、同期投入モードを選択するためのＰＡＤ図であり、図７、図８、図９において、電動機５のトルク電流成分Ｉqfが負になり、さらに同期投入設定電流−Ｉesより小さくなったときは、図１２の（５）で同期投入フラグを立てて、（７）、（８）、（９）、（１０）において補正角速度ωsuの値を求め、（１１）において補正角速度ωsuの値を過渡時角速度ωtrnに加算すれば、角速度は上昇し、回生モードの状態となる。
なお、図１１においてトルク電流成分Ｉqf、投入設定電流Ｉes、同期投入許可電流Ｉpeを符号付で演算すれば、図１１の方式をそのまま回生モードまで拡張して実施することができる。
【００２５】
また、本発明は、図１のベクトル演算部１９と正弦波発生部２０において（数２６）、（数２７）式を用いれば、（数２０）、（数２１）式で使用したように平方根の演算と逆正接の演算をしなくてすみ、演算速度の向上と、正接の９０度付近の精度を簡単に向上させることができる。
【数２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電動機の定格周波数、演算のためのサンプリング時間、正弦波テーブル数、加速時間、減速時間を適宜に設定して、定格角速度、加速角速度及び減速角速度を演算し、また、加速角速度及び減速角速度から過渡時角速度をつくることによって、電動機の加速レート、減速レートを自由に設定でき、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、スムーズに電動機を加減速することが可能になる。
また、瞬時停電時に電動機を再起動するとき、制御装置が指令する角速度を迅速に電動機が回転してい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、その後、電動機を加速し、定常運転に復帰させることができる。
また、電動機の定常運転時に、トルク電流成分が同期投入設定電流より大きくなった時点から同期投入モードに入り、同期投入回路と角速度指令部によって電動機の周波数と電圧を低下させ、電動機電流を減少させ、これは、電流リミッタの役割をはたし、過電流を防止し、インバータ装置のトリップを防止することができる。
また、同期投入回路と角速度指令部において、電動機のトルク電流成分の符号が負の場合は回生モードとなり、角速度指令を上昇させて電流を抑制すること、すなわち、過渡時角速度に補正角速度を加えて電動機の周波数と電圧を上げることによって、回生モードにおける過電流を防止し、インバータ装置のトリップを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す誘導電動機の制御構成図
【図２】本発明の特徴部を示す図１の角速度指令部の詳細図
【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】本発明の定格角速度まで加速するための加速角速度との関係図
【図５】本発明の定常モードと加速モードの決定方法のＰＡＤ図
【図６】電動機の３相交流電流とトルク電流と励磁電流の関係を示す電流ベクトル図
【図７】本発明の同期投入時の同期投入回路と角速度指令部との動作経路を示す構成図
【図８】本発明におけるトルク電流成分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状態説明図
【図１０】本発明の同期投入時における過渡時角速度の状態説明図
【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】本発明の角速度指令部が回生時に定常モード、加速モード、同期投入モードを選択するためのＰＡＤ図
【符号の説明】
４ インバータ
５ 誘導電動機
７ 誘導電動機の制御部
８ サンプリングタイマ
９ 角速度指令部
９−１ 電動機定格周波数設定部
９−２ 定格１周期時間設定部
９−３ サンプリング時間設定部
９−４ １周期サンプル数演算部
９−５ 正弦波テーブル数
９−６ 定格角速度演算部
９−７ 加速時間設定部
９−８ 加速サンプル回数演算部
９−９ 加速角速度および減速角速度演算部
９−１０ 加速減速演算器
９−１１ モード比較器
９−１２ 同期投入モード指令部
９−１３ 同期投入積算器
１１ 電流変換器
１２ すべり演算部
１３ 加算器
１４ 同期投入回路
１５ 積算回路
１６ 電圧指令部
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 正弦波発生部
２１ ＰＷＭ演算回路
Claims (3)
- 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駆動する誘導電動機の制御方法であって、
前記電動機の定格周波数と、演算のためのサンプリング時間と、３相正弦波を作るテーブルのデータ数とに基づいて定格角速度をつくり、この定格角速度と加速時間あるいは減速時間とから、加速角速度あるいは減速角速度を演算し、前記サンプリング時間毎に加速角速度あるいは減速角速度を積算して過渡時角速度をつくり、
この過渡時角速度を定格角速度と比較し、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前記電動機を加速し、過渡時角速度が定格角速度より大きくなった時は定格角速度を用いて定常運転に入るように前記電動機を制御し、また、過渡時角速度が定格角速度より大きい時は過渡時角速度を用いて前記電動機を減速し、過渡時角速度が定格角速度より小さくなった時は定格角速度を用いて定常運転に入るように前記電動機を制御し、
瞬時停電時の前記電動機の再投入に際して、前記電動機のトルク成分を検出し、トルク電流成分が同期投入設定電流より大きくなった時点から、トルク電流成分と同期投入許可電流の偏差が零になるように比例積分制御を行い、補正角速度をつくり、過渡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、前記電動機に加える電圧と周波数を小さくする同期投入モードに入り、トルク電流成分が同期投入許可電流より小さくなった時、前記電動機を定格角速度まで上昇させる加速モードに移行し、
また、前記電動機のトルク電流成分が負になり、さらに負の同期投入設定電流より小さくなった回生モードのとき、過渡時角速度に補正角速度を加算した値を角速度指令として、前記電動機に加える電圧と周波数を大きくすることを特徴とする誘導電動機の制御方法。 - 請求項１において、定常運転中に負荷等が大きくなった場合、前記電動機のトルク成分を検出し、トルク電流成分が同期投入設定電流より大きくなった時点から、トルク電流成分と同期投入許可電流との偏差が零になるように比例積分制御を行い、補正角速度をつくり、過渡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、前記電動機に加える電圧と周波数を小さくし、前記電動機電流を減少させる同期投入モードに入ることを特徴とする誘導電動機の制御方法。
- 誘導電動機を可変電圧、可変周波数の交流電圧によって制御する誘導電動機の制御装置であって、
該制御装置が直流を可変電圧、可変周波数の交流に変換する電力変換部と、該電力変換部を制御する制御部とを備え、
該制御部は、前記電動機の定格周波数と、サンプリング時間と、正弦波テーブル数と、前記電動機が定格回転数まで加速する加速時間とから、定格角速度と加速角速度とを演算し、または、前記電動機の定格周波数と、サンプリング時間と、正弦波テーブル数と、前記電動機が定格回転数まで減速する減速時間とから、定格角速度と減速角速度とを演算する演算部と、
加速角速度あるいは減速角速度をサンプリングして積算し、過渡時角速度を出力する加速角速度積算器あるいは減速角速度積算器と、
定格角速度と過渡時角速度を比較し、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角速度指令として出力し、過渡時角速度が定格角速度より大きくなった時は定格角速度を角速度指令として出力するモード比較器とを有し、
さらに、前記制御部が、前記電動機の交流３相電流から電動機回転子の回転座標のトルク電流成分および励磁電流成分に変換する電流変換器と、同期投入設定 電流値および同期投入許可電流値とトルク電流成分の大きさを比較して同期投入処理を行い、補正角速度を出力する同期投入回路と、過渡時角速度から補正角速度を減算した値を出力する同期投入積算器とを有し、
定格角速度、前記加速角速度積算器あるいは前記減速角速度積算器が出力する過渡時角速度、または、前記同期投入積算器が出力する過渡時角速度を選択して角速度指令を出力し、
前記同期投入回路は、トルク電流成分が同期投入設定電流より大きくなった時、または、負のトルク電流成分が負の同期投入設定電流より小さくなった時に、同期投入モードを選択し、トルク電流成分と同期投入許可電流との偏差、または、
負のトルク電流成分と負の同期投入許可電流との偏差が零になるように比例積分制御を行い、補正角速度を演算することを特徴とする誘導電動機の制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19277696A JP3861228B2 (ja) | 1996-07-03 | 1996-07-03 | 誘導電動機の制御方法および制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19277696A JP3861228B2 (ja) | 1996-07-03 | 1996-07-03 | 誘導電動機の制御方法および制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1023780A JPH1023780A (ja) | 1998-01-23 |
| JP3861228B2 true JP3861228B2 (ja) | 2006-12-20 |
Family
ID=16296833
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19277696A Expired - Lifetime JP3861228B2 (ja) | 1996-07-03 | 1996-07-03 | 誘導電動機の制御方法および制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3861228B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105514938B (zh) * | 2014-09-23 | 2018-06-15 | 江森自控空调冷冻设备(无锡)有限公司 | 用于直流变频驱动器的过电流保护方法和过电流保护电路 |
| KR102643513B1 (ko) * | 2022-04-19 | 2024-03-04 | 단국대학교 산학협력단 | 하이브리드형 유도전동기 구동 제어 장치 |
-
1996
- 1996-07-03 JP JP19277696A patent/JP3861228B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1023780A (ja) | 1998-01-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2466040C1 (ru) | Силовое преобразовательное устройство | |
| JP5246508B2 (ja) | 電動機駆動装置の制御装置 | |
| JP3454210B2 (ja) | 同期モータの位置センサレス制御方法 | |
| US5994867A (en) | Method and device for controlling a sensorless field-oriented asynchronous machine | |
| JP3328509B2 (ja) | 電気車用駆動システム | |
| US6275000B1 (en) | Method of controlling an induction motor and apparatus for carrying out the same | |
| US8779702B2 (en) | Motor control system implementing field weakening | |
| US20020109474A1 (en) | Motor control device | |
| JPH1118496A (ja) | 電気車の制御装置および制御方法 | |
| JP3765437B2 (ja) | 工作機械主軸駆動用同期電動機の制御システム | |
| JPH0974800A (ja) | 交流電動機制御装置 | |
| JP4300831B2 (ja) | インバータ駆動誘導電動機の制動方法及びインバータ装置 | |
| JP3861228B2 (ja) | 誘導電動機の制御方法および制御装置 | |
| JPH08336292A (ja) | 永久磁石形同期電動機の制御装置 | |
| JP3447905B2 (ja) | 誘導電動機の制御方法 | |
| JP3542741B2 (ja) | 電気車の制御装置及び制御方法 | |
| JP4144446B2 (ja) | 電力変換装置 | |
| CN111034022B (zh) | 电力转换装置及其控制方法 | |
| JP2001238497A (ja) | 誘導電動機の駆動制御装置 | |
| JPH09191697A (ja) | 交流電動機のベクトル制御装置 | |
| JP2003339199A (ja) | 速度センサレスベクトル制御インバータ装置 | |
| JP2808709B2 (ja) | センサレスａｓｒ制御回路の拾い上げ方法 | |
| JPH09215102A (ja) | 電気車の制御装置及び制御方法 | |
| JP4120503B2 (ja) | 誘導電動機の制御方法 | |
| JP7095760B1 (ja) | 制御装置、磁束推定装置及び磁束推定方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20040329 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050613 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051101 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20051228 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060905 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060914 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091006 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101006 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111006 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121006 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121006 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131006 Year of fee payment: 7 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |