JP4524855B2

JP4524855B2 - PWM control inverter

Info

Publication number: JP4524855B2
Application number: JP2000150038A
Authority: JP
Inventors: 義昭行平; 秋一藤井
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2000-05-22
Filing date: 2000-05-22
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2020-05-22
Also published as: JP2001333587A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３相誘導電動機の速度制御をＰＷＭ方式で行うインバータドライブ(サーボドライブを含む)の制動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の誘導電動機の制動方法としては、誘導電動機を駆動するインバータが電動機を制動する時に発生する回生エネルギーを、処理するための抵抗器等を省くことが可能で、装置を小型化できる制動方法が、例えば、特開平９−９６６１号の「インバータ駆動誘導電動機の制動方法」に提案されている。
図６はインバータ駆動誘導電動機の制動方法の動作のフローチャートである。
つぎに図６のフローチャートを参照して、その動作について説明する。
例えば、定格電圧２００Ｖ、６０Ｈｚ、４極、３．７ｋＷのインバータ駆動の誘導電動機が定速回転中に減速指令が入力されると、先ず、出力周波数指令を所定の周波数（５Ｈｚ等）まで一旦下げ（Ｓ１０３）、次に、直流母線電流または直流母線電圧を検出し監視しながら、例えば、［ｖｄｃ（直流母線電圧）＞３１０Ｖで、ｖｄｃ−ｖｄｃｎ（１０ｍｓ前のｖｄｃ）＞２Ｖ］の条件が成立していれば即、直流制動を掛けるが、上の条件が成立していない場合は（Ｓ１０４）、出力周波数指令を所定の上昇率（１Ｈｚ／１０ｍｓ）で上昇させて行く（Ｓ１０５）。
上昇させて行って、直流母線電流の流れる方向の検出か、又は、直流母線電圧が上昇して、上のＳ１０４の条件が成立した時点で、誘導機からインバータへのエネルギーの回生が行われ始めたことを検出したとして（Ｓ１０６）、出力周波数指令を所定の下降率（例えば、下降率×Ｋ１倍）に従って低下させ減速させる（Ｓ１０７）。
また、減速途中で、エネルギーが回生され直流母線電圧が上昇するようであれば（Ｓ１０８）、直線母線電圧の上昇率に応じて一時的に周波数指令の低下を速める（Ｓ１０９）〜（Ｓ１１３）。
逆に、直流母線電圧が低くなって、インバータ出力周波数が過剰に低下している場合は周波数指令の低下を中断して（Ｓ１１４）（Ｓ１１５）、再び、直流母線電圧が上昇し始めてから周波数指令の低下を再開する（Ｓ１１７）。というように、常に、インバータ周波数指令を電動機の実際の減速速度に追従して低下させ、回生エネルギをすべて電動機内で消費させることによって、インバータ側への回生を抑制しながら電動機の減速を行ない、最終的に直流制動周波数である５Ｈｚに周波数指令を低下させた段階で直流制動をかけて（Ｓ１１９）、電動機を停止させている（Ｓ１２０）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では、以下の３つの問題点がある。
（１）、減速レートを直流母線電圧やその変化分もしくは直流電流等の検出値から変化させる方法では、ソフトウエアの負担が重く、また、誘導電動機回路定数等により、各定数の調整が必要であり、調整されていない場合は周波数指令の下げすぎ等により減速トルクを有効に使えなくなるという問題があった。
（２）、減速指令完了時には誘導電動機がすべりが負符号で大きな状態から直流制動とするために、減速指令終了時に誘導電動機が停止せずに速度が残るという問題があった。
（３）、誘導電動機が何らかの要因により減速しない場合、過電流が流れつづける為に誘導電動機やインバータの破損を招く恐れがあるという問題があった。
そこで、本発明は、ソフトウェアの負担が軽く機械に合った調整が容易であって、減速指令終了時に誘導電動機の速度が残らずに制動に要する時間短縮が可能で、過電流による誘導電動機およびインバータの焼損を防止できるインバータ駆動誘導電動機の制動方法を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載のＰＷＭ制御インバータの発明は、コンバータと、インバータと、直流母線間に接続された主回路コンデンサと、直流母線電流検出器と、インバータ出力電流検出用の出力電流検出器と、直流母線電圧の検出用である電圧検出器と、制御回路と、ドライブ回路とを備え、インバータ出力周波数を制御することによって誘導電動機を制動するＰＷＭ制御インバータにおいて、減速に移る際に減速指令を受けると、出力周波数指令をステップ状に所定の周波数にまで一旦下げ、次に直流母線電圧が減速指令を受ける直前の電圧より高く、インバータの過電圧レベルより低い値に設定した第１の電圧レベルに達したとき、すべりが小さくなったと判断し、インバータ出力周波数指令を第１の所定幅下げ、前記第１の電圧レベルより高く、またインバータ過電圧レベルより低い電圧値に第２の電圧レベルを設定し、直流母線電圧がその電圧に達したときは、すべりが小さくなり過ぎたと判断し、出力周波数指令を第２の所定値幅下げる動作を減速中繰り返し、回生エネルギーを電動機内で消費させることによりインバータ側への回生を抑制しながら電動機の減速を行うことを特徴としている。
このように、誘導電動機の特性を利用して、制動時に負荷および回転子の有する機械エネルギーが電気エネルギーとして回生される回生エネルギーの全量を電動機内での損失として消費させ、駆動用インバータ側へ回生させないことにより、インバータの直流母線電圧の上昇を防止するものである。即ち、減速に移る際に減速指令を受けると、まず出力周波数指令を減速指令を受ける直前の周波数指令の１／２以下である所定の周波数にまで一旦下げ、次にインバータ直流母線電圧検出値が減速指令を受ける直前の電圧より高い値でインバータの過電圧レベルより低い所に設けた第１の電圧レベルに達したときのみ出力周波数指令を所定の幅下げる。また第１の電圧レベルより高く、また、インバータ過電圧レベルより低い電圧値に第２の電圧レベルを設定し、その電圧に達したときには、出力周波数指令を第１の電圧レベルの場合の幅より大きい所定幅下げる。減速中この動作を繰り返し回生エネルギーを電動機内で消費させることによりインバータ側への回生を抑制しながら電動機の減速を行う。また、減速中はインバータ出力電流が所定の値になるように、Ｖ／ｆ設定を上下させ、トルク不足や過負荷にならないようにインバータ出力電流を制御する。この間、インバータ母線電圧検出値とインバータ母線電流検出値により誘導電動機が減速しているかを判断し、ある一定時間減速指令が減速しない場合はアラームを表示してインバータ出力を遮断する。また減速終了直前に母線電圧検出値と出力電流検出値から誘導電動機のすべりの大きさを判断し、すべりが小さければ通常減速に戻して電動機を停止させる手段を用いている。このインバータ駆動誘導電動機の制動方法によれば、、図２に示す、電動機のすべりＳに対するトルクＴ、出力Ｐｏｕｔ、電動機内損失Ｗ、入力Ｐｉｎおよび線電流Ｉの関係を表す公知の誘導電動機特性図では、横軸のすべりＳ＝０の左側は電動側を、また、右側は回生側をそれぞれ表しており、基本的には本願発明は制動時に誘導発電機として回生側の領域の特性を利用するものである。すなわち、インバータで出力周波数指令を低下させながら減速する場合、動作傾域は図の回生側の領域となる。この回生側においては、電動機は発電機となり機械的出力Ｐｏｕｔは（−）符号をとる。図中、すべりＳ＝０の点より動作点ａまでの区間では、負荷および電動機回転子から返還される機械的エネルギーＰｏｕｔから電動機内損失Ｗ（主として銅損）を差し引いた残りの入力Ｐｉｎも（−）符号を示しており、電気エネルギーとしてインバータ側へ回生される。動作点ａよりもすべりの絶対値が大きい傾域（右よりの方向）では、回生エネルギーよりも誘導電動機内における損失Ｗが大きくなり、インバーヘのエネルギーの回生が行われなくなって、逆にインバータ側から入力Ｐｉｎが電動機内に供給され消費される。本願発明は、インバータ母線電圧検出値が設定電圧を越えたときのみ周波数指令を一定幅下げるようにし、それを２段階持つだけの単純な構成とし、すべりを動作点ａの近傍に保持するようにして回生エネルギーを電動機内で消費させてインバータ側へ返還せず減速する。また、単純な構成により定数の調整を少なくする事ができ、ソフトウエアの負担も軽くすることができる。更に、減速終了直前インバータ母線電圧検出値とインバータ出力電流検出値より、すべりが動作点ａ付近より十分に小さくなったと判断できる場合は、誘導電動機を通常の減速方法に戻してから減速を行うため、減速完了時に誘導電動機回転速度を０にして減速を終了できる。更に、インバータ母線電圧検出値と出力電流検出値の変化により誘導電動機が減速していないことを検知して、アラームを表示させると共にインバータ出力を遮断することにより、誘導電動機やインバータの損傷を防ぐことができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図１は本発明の実施の形態に係るインバータ駆動誘導電動機の制動方法が実証されるＰＷＭ制御インバータ回路構成図である。
図２は図１に示す誘導電動機の特性図である。
図３および図４は図１に示すインバータ駆動誘導電動機の制動方法の動作のフローチャートである。
図５は図１に示す誘導電動機の減速時の誘導電動機回転速度とインバータ直流母線電圧および出力周波数指令の推移を示す図である。
図１において、ここで使用している誘導電動機４は定格電圧２００Ｖ、６０Ｈｚ、４極、３．７ＫＷの誘導電動機で、負荷の慣性モーメントＪＬは電動機回転子慣性モーメントＪＭの９倍の大きさとし、Ｖ／ｆ一定制御で駆動しており、インバータの直流母線電圧は定格運転時で２８０Ｖ、過電圧検出レベルは４００Ｖである。３相電源からの入力をコンバータ１で直流に変換し、インバータ３により可変電圧、可変周波数の出力を誘導電動機４に与えている。
電動機４には慣性モーメントＪＬを持つ負荷９がつながれている。主回路コンデンサ５は直流母線間に接続され、電圧検出器１０は直流母線電圧の検出用である。電流検出器６は直流母線電流検出用、電流検出器７、８はインバータ出力電流（＝電動機線電流）の検出用である。制御回路１１は電圧検出器１０より直流母線電圧値を、また、電流検出器６、７、８から得た直流母線電流値および出力電流値をそれぞれ入力して出力周波数値および出力電圧値を演算し、ドライブ回路１２を介してインバータ３の各パワー素子をＰＷＭ制御することにより減速における誘導電動機４の速度制御を行う。
【０００６】
つぎに図３および図４のフロ−チャートを用いて動作を説明する。
以下、文中のＳ番号は動作のステップ番号を示すものとする。
先ず、プログラムの開始により電源周波数６０Ｈｚで電動機４が定速回転中に減速指令が入力されると、制御回路１１は先ず、ドライブ回路１２を介して、インバータ３の各パワー素子にベースブロックをかけ、インバータ出力を遮断する（Ｓ１）。
一定時間（ここでは３００ｍｓ）経過後に、出力周波数指令を制動開始周波数である３０Ｈｚとし、同時にインバータ３の出力電圧指令を０Ｖにする。なお、減速開始時にかける出力遮断の時間は電動機の残留電圧の減少に応じて設定する。同時にｔｉｍｅｒとｔｉｍｅｒ＿ｏｌの２つのタイマを同時に開始する（Ｓ２）。又、ｆｌａｇ、ｆｌａｇ＿ｏｌｄを初期値０に設定する。
そして、ｔｉｍｅｒが所定時間(ここでは２００ｍｓ）以上で、且つ、インバータ出力電流検出値が誘導電動機定格電流の７０％以下の場合は、通常減速処理に入る（Ｓ３）。ここでは、ｔｉｍｅｒが所定時間以上の判断を設け出力遮断解除後、電流が設定電流値になるまでは通常減速（Ｓ２３）へ入らないようにしている。ｔｉｍｅｒが２００ｍｓ以上、且つ、インバータ出力電流検出値が誘導電動機定格電流の７０％以下でない場合は次の下降ステップ（Ｓ４）に移る。
電圧検出器１０により母線電圧ｖｄｃを検出し、所定の電圧レベルＶ＿２（例えば、３８０Ｖ）以上であれば（Ｓ４）、ｆｌａｇに２を代入する（Ｓ８）。母線電圧ｖｄｃが所定の電圧レベルＶ＿１（例えば、３６０Ｖ）以上であれば（Ｓ５）、ｆｌａｇに１を代入する（Ｓ７）。母線電圧ｖｄｃがＶ＿２且つ、Ｖ＿１以上でなければｆｌａｇに０を代入する（Ｓ６）。次に、ｆｌａｇの値を前回値ｆｌａｇ＿ｏｌｄと比較して（Ｓ９）、ｆｌａｇの値が大きい場合はＳ１０に進み、小さい場合はＳ１３に進む。
Ｓ１３に進んだ場合、ｔｉｍｅｒ＿ｏｌを積算後（Ｓ１３）、ｔｉｍｅｒ＿ｏｌの値を所定の値（ここでは４０秒)と比較し（Ｓ１４）、所定の値より大きい場合は、電動機が減速されていないと判断し、インバータの出力をベースブロックしてアラームを表示する（Ｓ１５）。Ｓ１４でｔｉｍｅｒ＿ｏｌの値が所定の値より小さい場合は、Ｓ１６に進みｆｌａｇをｆｌａｇ＿ｏｌｄに格納する（Ｓ１６）。
このようにＳ４〜Ｓ９ではインバータ母線電圧Ｖｄｃが設定電圧レベルＶ＿１（第１の電圧レベル）、Ｖ＿２（第２の電圧レベル）を越えたときのみ、その設定電圧に応じた出力周波数指令の下げ幅を決めている。また設定電圧レベルを現状から増やすことにより１つの設定電圧レベルをインバータ母線電圧Ｖｄｃが越えたとき低下させる周波数幅を小さくすることができるので、出力周波数をよりリニアにすることができる。
【０００７】
Ｓ１０に進んだ場合は、それぞれの所定幅（ここでは、第２の所定幅＝第１の所定幅×２等のレートとなる）周波数降下を行なう。具体的には、現在の出力周波数指令ｆｒｅｆより(ゲイン×ｆｌａｇ×誘導電動機最高周波数)を引く。それをインバータの最低出力周波数によりリミットして（Ｓ１１）インバータ出力周波数指令とする。次にｔｉｍｅｒ＿ｏｌに０を代入して（Ｓ１２）、Ｓ１６に進みｆｌａｇをｆｌａｇ＿ｏｌｄに格納する（Ｓ１６）。
続いて、電流検出器７、８によりインバータ出力電流ｉａｃを監視して、それが所定の電流(ここでは誘導電動機定格電流の１５０％）より大きいときは（Ｓ１７）、Ｖ／ｆパターンを０．５％下げる（Ｓ１８）。
次に、インバータ出力電流ｉａｃが所定の電流(ここでは誘導電動機定格電流の１４５％）より小さい時は（Ｓ１９）、Ｖ／ｆパターンを０．５％上げる（Ｓ２０）。この設定電流値は、予めユーザーにより設定された設定値とｔｉｍｅｒにより積算された時間、誘導電動機保護の積算値により変化させる（Ｓ２１）、（Ｓ２２）。
ここでＶ／ｆパターンは１００％でインバータ出力周波数指令６０Ｈｚのときインバータ出力電圧が２００Ｖと設定している。つまりＶ／ｆパターンが５０％となれば６０Ｈｚで１００Ｖとなる。Ｖ／ｆパターンは６０％を上限としてリミットする。リミットする値は減速時のインバータ出力電流値と誘導電動機の定数などにより定める。
以上、Ｓ３の条件が成り立つまでＳ３に戻って動作を繰り返す。
【０００８】
次に、Ｓ３の条件が成り立った場合は、図２に示す、すべりが動作点ａ付近で小さいと判断して、３００ｍｓでＶ／ｆパターンを通常に戻す、その間はインバータの出力周波数指令は固定する（Ｓ２３）。Ｖ／ｆパターンを通常に戻す時間は運転の安定性等を考慮して設定する。続いて、通常減速に入り（Ｓ２４）、出力周波数が設定された最低周波数ＦＭＩＮになると（Ｓ２５）、周波数指令をある一定時間固定して（Ｓ２６）、その後、直流制動をかけ（Ｓ２７）、電動機を停止させて動作を終了する。
ここで、図６に示した従来例の場合の周波数低下処理の回数と、本発明の周波数低下処理の回数を単純に比較すると、

となり、従来例ではインバータ周波数指令を低下させる減速レートを、インバータ直流母線電圧検出値を中心にその変化に追従しながら、上昇させたり下降させたり連続的に略７ステップを要しているのに対し、本発明は母線電圧の２電圧レベルＶ＿１、Ｖ＿２の設定値による判断だけで、Ｓ１０において周波数低下処理を行い、減速するので、ソフトウェアの負担を軽減し制動に要する時間を短縮できる。
また、すべりの大小から回生状態を判断して、通常減速に移行して直流制動をかけるので、減速指令終了時誘導電動機の速度残留等を無くすことができる。
また、母線電圧と電流の判断から一定時間電動機が減速していないと判断された場合は、アラームを表示し、インバータ出力を遮断することにより電動機保護が行われるように設定したので（Ｓ１５）、過電流などによる障害、機器破損が防止され、図６の従来例より大幅に制動動作が改善された。
【０００９】
その改善度は図５からも明らかである。図５は図３および図４に示すフローチャートの動作を、横軸を時間軸に取って時系列に示したもので、インバータ駆動誘導電動機を減速させた時の直流母線電圧検出値とインバータ出力周波数指令および電動機回転速度の推移を示したグラフであり、インバータ出力周波数指令の低下処理は、先ず、減速指令によりＢＢ（ベースブロック）時間（略３００ｍｓ）経過後に、半分の３０Ｈｚに低下し（ａ点）、母線電圧ｖｄｃが設定電圧レベルＶ＿１を超えると（ゲイン×最高周波数×１）だけ低下させ（ｂ点）、母線電圧ｖｄｃがＶ＿２を超えると、Ｖ＿１の場合の２倍（ゲイン×最高周波数×２）だけ低下させる（ｃ点）。（あるいは電流制御の場合、１〜５倍の範囲で低下させる）。
【００１０】
また、インバータ出力電流ｉａｃが、設定値Ｉに従いＶ／ｆパターン調整が行われ、Ｓ３の条件が成立すると通常減速に入り（ｄ点）、電動機４が低速領域に入ると、電動機４に直流電流（周波数０Ｈｚ）を流して静止磁界を作り、回転子内に誘導電流を発生させて電動機内で熱として消費させる、直流制動ＤＢを掛け（ｅ点）、電動機４を停止させる（ｆ点）。
この間、電動機４は電動機回転速度（点線ライン）カーブに示されるように、その減速カーブが従来例の場合の上下動の多いカーブに比較してリニアとなり、短時間に円滑に減速停止できることが分かる。加えて、上述のようにアラームによる保護機能が追加され、速度残留も無くなるので、従来より制動動作が著しく改善されている。
【００１１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、減速指令とともに、先ずインバータ出力周波数指令を所定の低い周波数にまで低下させ、次にインバータ母線電圧を監視して設定電圧を越えたときのみ周波数指令をある幅だけ低下させることにより、回生エネルギーの流入が始まる動作点近傍を保持しながら出力周波数指令を低下させて電動機を減速させるため、高速域において直流制動以上の制動トルクを得ることができるので、減速に要する時間が短縮され、構成が簡単のためにソフトウエアの負担が軽減可能になり、機械に合った調整が簡単にできるという効果がある。
更に、減速中は誘導電動機が減速しているかどうかを判断して保護処理をすることにより、過電流によって誘導電動機やインバータが焼損するのを防ぐことができるという効果がある。
更に、減速指令完了直前には通常減速に戻すので、誘導電動機の速度残留をなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るインバータ駆動誘導電動機の制動方法が実証されるＰＷＭインバータ回路構成図である。
【図２】図１に示す誘導電動機の特性図である。
【図３】図１に示すインバータ駆動誘導電動機の制動方法の動作を示すフローチャートの前半である。
【図４】図３の後半のフローチャートである。
【図５】図１に示す誘導電動機の減速時のインバータ直流母線電圧検出値および出力周波数指令および電動機回転速度検出値の推移を示す図である。
【図６】従来のインバータ駆動誘導電動機の制動方法の動作のフローチャートである。
【符号の説明】
１コンバータ
３インバータ
４電動機
５主回路コンデンサ
６直流母線電流検出器
７、８出力電流検出器
９負荷
１０直流母線電圧検出器
１１制御回路
１２ドライブ回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a braking method for an inverter drive (including a servo drive) that performs speed control of a three-phase induction motor by a PWM method.
[0002]
[Prior art]
As a conventional induction motor braking method, there is a braking method capable of omitting a resistor or the like for processing regenerative energy generated when an inverter that drives the induction motor brakes the motor and miniaturizing the device. For example, it has been proposed in “braking method of an inverter-driven induction motor” in JP-A-9-9661.
FIG. 6 is a flowchart of the operation of the braking method for the inverter-driven induction motor.
Next, the operation will be described with reference to the flowchart of FIG.
For example, when a deceleration command is input during constant speed rotation of an inverter-driven induction motor with a rated voltage of 200 V, 60 Hz, 4 poles, 3.7 kW, the output frequency command is first lowered to a predetermined frequency (such as 5 Hz). (S103) Next, while detecting and monitoring the DC bus current or DC bus voltage, for example, the condition of [vdc (DC bus voltage)> 310V and vdc−vdcn (vdc before 10 ms)> 2V is satisfied. If so, DC braking is applied immediately, but if the above condition is not satisfied (S104), the output frequency command is increased at a predetermined rate of increase (1 Hz / 10 ms) (S105).
When the DC bus current flow direction is detected or the DC bus voltage rises and the above S104 condition is satisfied, energy regeneration from the induction machine to the inverter begins to be performed. If this is detected (S106), the output frequency command is reduced and decelerated in accordance with a predetermined rate of decrease (for example, rate of decrease x K1) (S107).
If the energy is regenerated and the DC bus voltage rises during deceleration (S108), the frequency command is temporarily lowered (S109) to (S113) according to the rate of increase of the straight bus voltage.
On the other hand, when the DC bus voltage is low and the inverter output frequency is excessively decreased, the decrease of the frequency command is interrupted (S114) (S115), and the frequency command is started again after the DC bus voltage starts increasing. Is resumed (S117). As such, always reduce the inverter frequency command following the actual deceleration speed of the motor, and by consuming all the regenerative energy in the motor, the motor is decelerated while suppressing regeneration to the inverter side, Finally, when the frequency command is lowered to 5 Hz, which is the DC braking frequency, DC braking is applied (S119), and the motor is stopped (S120).
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional example has the following three problems.
(1) In the method of changing the deceleration rate from the detected value of the DC bus voltage, its change or DC current, etc., the software load is heavy, and each constant needs to be adjusted according to the induction motor circuit constants, etc. If not adjusted, there is a problem that the deceleration torque cannot be used effectively because the frequency command is too low.
(2) When the deceleration command is completed, since the slippage of the induction motor is negative and the DC braking starts from a large state, there is a problem that the speed remains without stopping the induction motor at the end of the deceleration command.
(3) When the induction motor does not decelerate for some reason, there is a problem in that the overcurrent continues to flow, which may cause damage to the induction motor or the inverter.
Therefore, the present invention is light in software load and easy to adjust according to the machine, can reduce the time required for braking without leaving the speed of the induction motor at the end of the deceleration command, and the induction motor and inverter due to overcurrent An object of the present invention is to provide a braking method for an inverter-driven induction motor that can prevent burnout.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a PWM control inverter according to claim 1 is a converter, an inverter, a main circuit capacitor connected between DC buses, a DC bus current detector, and an inverter output current detection. In a PWM control inverter that includes an output current detector, a voltage detector for detecting a DC bus voltage, a control circuit, and a drive circuit, and brakes the induction motor by controlling the inverter output frequency, the operation proceeds to deceleration. When the deceleration command is received, the output frequency command is temporarily lowered to a predetermined frequency in a stepwise manner, and then the DC bus voltage is set to a value higher than the voltage immediately before receiving the deceleration command and lower than the inverter overvoltage level. When the voltage level of 1 is reached, it is determined that the slip has decreased, and the inverter output frequency command is decreased by a first predetermined width, When the second voltage level is set to a voltage value higher than the voltage level of 1 and lower than the inverter overvoltage level, and the DC bus voltage reaches that voltage, it is determined that the slip has become too small, and the output frequency command is The operation of lowering the second predetermined value width is repeated during deceleration, and the regenerative energy is consumed in the motor to reduce the motor while suppressing regeneration to the inverter side.
In this way, using the characteristics of the induction motor , the entire amount of regenerative energy that is regenerated as electrical energy by the load and the rotor during braking is consumed as loss in the motor and regenerated to the drive inverter side. By preventing this, an increase in the DC bus voltage of the inverter is prevented. That is, when a deceleration command is received when shifting to deceleration, the output frequency command is first lowered to a predetermined frequency that is 1/2 or less of the frequency command immediately before receiving the deceleration command, and then the inverter DC bus voltage detection value is Only when the first voltage level that is higher than the voltage immediately before receiving the deceleration command and lower than the overvoltage level of the inverter is reached, the output frequency command is lowered by a predetermined width. Further, the second voltage level is set to a voltage value higher than the first voltage level and lower than the inverter overvoltage level, and when that voltage is reached, the output frequency command is larger than the width in the case of the first voltage level. Decrease the width. By repeating this operation during deceleration, the regenerative energy is consumed in the motor to decelerate the motor while suppressing regeneration to the inverter side. Further, during deceleration, the V / f setting is increased or decreased so that the inverter output current becomes a predetermined value, and the inverter output current is controlled so as not to cause torque shortage or overload. During this time, it is determined whether the induction motor is decelerating based on the detected value of the inverter bus voltage and the detected value of the inverter bus current. If the deceleration command does not decelerate for a certain period of time, an alarm is displayed and the inverter output is shut off. Further, immediately before the end of deceleration, a means for judging the slippage of the induction motor from the detected bus voltage value and the detected output current is used, and if the slip is small, a means for returning to normal deceleration and stopping the motor is used. According to this inverter-driven induction motor braking method, a known induction motor characteristic diagram showing the relationship among torque T, output Pout, in-motor loss W, input Pin, and line current I for motor slip S shown in FIG. Then, the left side of the slip S = 0 on the horizontal axis represents the electric side, and the right side represents the regeneration side. Basically, the present invention uses the characteristics of the region on the regeneration side as an induction generator during braking. Is. That is, when decelerating while lowering the output frequency command with the inverter, the operation inclination region is the region on the regeneration side in the figure. On this regeneration side, the electric motor becomes a generator and the mechanical output Pout takes a (−) sign. In the figure, in the section from the point of slip S = 0 to the operating point a, the remaining input Pin obtained by subtracting the in-motor loss W (mainly copper loss) from the mechanical energy Pout returned from the load and the motor rotor is also ( -) Indicates a sign, which is regenerated to the inverter side as electric energy. In the tilt region where the absolute value of the slip is larger than the operating point a (in the direction from the right), the loss W in the induction motor is larger than the regenerative energy, and energy regeneration to the inverter is not performed. The input Pin is supplied to the electric motor and consumed. In the present invention, only when the detected value of the inverter bus voltage exceeds the set voltage, the frequency command is lowered by a certain amount, and it has a simple configuration having only two steps, and the slip is held near the operating point a. The regenerative energy is consumed in the motor and decelerated without returning to the inverter side. In addition, the adjustment of constants can be reduced with a simple configuration, and the burden on software can be reduced. Furthermore, if it can be determined from the inverter bus voltage detection value and the inverter output current detection value immediately before the end of deceleration that the slip has become sufficiently smaller than the vicinity of the operating point a, the induction motor is returned to the normal deceleration method to perform deceleration. When the deceleration is completed, the speed of the induction motor can be reduced to 0 and the deceleration can be completed. Furthermore, by detecting that the induction motor is not decelerating due to changes in the inverter bus voltage detection value and output current detection value, an alarm is displayed and the inverter output is shut off to prevent damage to the induction motor and inverter. Can do.
[0005]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a PWM control inverter circuit configuration diagram demonstrating a braking method for an inverter-driven induction motor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a characteristic diagram of the induction motor shown in FIG.
3 and 4 are flowcharts of the operation of the braking method for the inverter-driven induction motor shown in FIG.
FIG. 5 is a diagram showing changes in the induction motor rotation speed, the inverter DC bus voltage, and the output frequency command when the induction motor shown in FIG. 1 is decelerated.
In FIG. 1, the induction motor 4 used here is an induction motor with a rated voltage of 200 V, 60 Hz, 4 poles, 3.7 kW, and the load inertia moment JL is 9 times as large as the motor rotor inertia moment JM. The inverter is driven with constant V / f control, the DC bus voltage of the inverter is 280 V during rated operation, and the overvoltage detection level is 400 V. An input from the three-phase power source is converted into direct current by the converter 1, and an output of variable voltage and variable frequency is given to the induction motor 4 by the inverter 3.
A load 9 having a moment of inertia JL is connected to the motor 4. The main circuit capacitor 5 is connected between the DC buses, and the voltage detector 10 is for detecting the DC bus voltage. The current detector 6 is for detecting the DC bus current, and the

current detectors

7 and 8 are for detecting the inverter output current (= motor line current). The control circuit 11 calculates the output frequency value and the output voltage value by inputting the DC bus voltage value from the voltage detector 10 and the DC bus current value and output current value obtained from the

current detectors

6, 7, and 8, respectively. The speed control of the induction motor 4 during deceleration is performed by PWM control of each power element of the inverter 3 via the drive circuit 12.
[0006]
Next, the operation will be described with reference to the flowcharts of FIGS.
Hereinafter, the S number in the sentence indicates the step number of the operation.
First, when a deceleration command is input while the motor 4 is rotating at a constant speed at a power frequency of 60 Hz by starting the program, the control circuit 11 first applies a base block to each power element of the inverter 3 via the drive circuit 12. The inverter output is shut off (S1).
After a certain time (300 ms in this case) has elapsed, the output frequency command is set to 30 Hz, which is the braking start frequency, and at the same time, the output voltage command of the inverter 3 is set to 0V. The output cut-off time applied at the start of deceleration is set according to the decrease in the residual voltage of the motor. At the same time, two timers timer and timer_ol are started simultaneously (S2). Also, flag and flag_old are set to an initial value 0.
When the timer is equal to or longer than the predetermined time (200 ms in this case) and the inverter output current detection value is 70% or less of the induction motor rated current, the normal deceleration process is started (S3). Here, after the timer determines that the time is longer than the predetermined time, the normal deceleration (S23) is not entered until the current reaches the set current value after the output cutoff is released. When the timer is 200 ms or more and the inverter output current detection value is not 70% or less of the induction motor rated current, the process proceeds to the next descending step (S4).
The bus voltage vdc is detected by the voltage detector 10, and if it is equal to or higher than a predetermined voltage level V_2 (for example, 380 V) (S4), 2 is substituted for flag (S8). If the bus voltage vdc is equal to or higher than a predetermined voltage level V_1 (for example, 360V) (S5), 1 is substituted for flag (S7). If the bus voltage vdc is not V_2 and not more than V_1, 0 is substituted for flag (S6). Next, the value of flag is compared with the previous value flag_old (S9). If the value of flag is large, the process proceeds to S10, and if small, the process proceeds to S13.
When proceeding to S13, after integrating timer_ol (S13), the value of timer_ol is compared with a predetermined value (here, 40 seconds) (S14), and if it is greater than the predetermined value, it is determined that the motor is not decelerated. Then, the output of the inverter is base-blocked and an alarm is displayed (S15). When the value of timer_ol is smaller than the predetermined value in S14, the process proceeds to S16, and the flag is stored in flag_old (S16).
As described above, in S4 to S9, only when the inverter bus voltage Vdc exceeds the set voltage level V_1 (first voltage level) and V_2 (second voltage level), the output frequency command is reduced according to the set voltage. Have decided. In addition, by increasing the set voltage level from the current state, the frequency width to be lowered when one set voltage level exceeds the inverter bus voltage Vdc can be reduced, so that the output frequency can be made more linear.
[0007]
When the process proceeds to S10, frequency drop is performed for each predetermined width (here, the second predetermined width = the first predetermined width × 2 or the like). Specifically, (gain × flag × induction motor maximum frequency) is subtracted from the current output frequency command fref. It is limited by the minimum output frequency of the inverter (S11) and is set as an inverter output frequency command. Next, 0 is substituted into timer_ol (S12), the process proceeds to S16, and the flag is stored in flag_old (S16).
Subsequently, the inverter output current iac is monitored by the

current detectors

7 and 8, and when it is larger than a predetermined current (here, 150% of the induction motor rated current) (S17), the V / f pattern is set to 0. Decrease by 5% (S18).
Next, when the inverter output current iac is smaller than a predetermined current (145% of the induction motor rated current here) (S19), the V / f pattern is increased by 0.5% (S20). The set current value is changed according to the set value set in advance by the user, the time accumulated by the timer, and the accumulated value of the induction motor protection (S21), (S22).
Here, the inverter output voltage is set to 200 V when the V / f pattern is 100% and the inverter output frequency command is 60 Hz. That is, if the V / f pattern is 50%, it becomes 100 V at 60 Hz. The V / f pattern is limited to an upper limit of 60%. The limit value is determined by the inverter output current value at the time of deceleration and the constant of the induction motor.
As mentioned above, it returns to S3 and repeats operation | movement until the conditions of S3 are satisfied.
[0008]
Next, when the condition of S3 is satisfied, it is determined that the slip shown in FIG. 2 is small near the operating point a, and the V / f pattern is returned to normal in 300 ms. During that time, the output frequency command of the inverter is fixed. (S23). The time for returning the V / f pattern to normal is set in consideration of operational stability and the like. Subsequently, normal deceleration is entered (S24), and when the output frequency reaches the set minimum frequency FMIN (S25), the frequency command is fixed for a certain time (S26), and then DC braking is applied (S27). To stop the operation.
Here, when simply comparing the number of frequency reduction processes in the case of the conventional example shown in FIG. 6 with the number of frequency reduction processes of the present invention,

In the conventional example, the deceleration rate for decreasing the inverter frequency command is increased or decreased while following the change centering on the detected value of the inverter DC bus voltage, and approximately 7 steps are required continuously. On the other hand, according to the present invention, the frequency reduction process is performed and the speed is reduced in S10 only by the determination based on the set values of the two voltage levels V_1 and V_2 of the bus voltage, so that the software load can be reduced and the time required for braking can be shortened.
Further, since the regenerative state is determined based on the magnitude of the slip and the process shifts to normal deceleration and DC braking is applied, the residual speed of the induction motor at the end of the deceleration command can be eliminated.
In addition, when it is determined from the determination of the bus voltage and current that the motor has not decelerated for a certain period of time, an alarm is displayed and the inverter output is cut off so that the motor is protected (S15). Failure due to overcurrent and damage to equipment were prevented, and the braking operation was greatly improved over the conventional example of FIG.
[0009]
The degree of improvement is also apparent from FIG. FIG. 5 shows the operations of the flowcharts shown in FIGS. 3 and 4 in time series with the horizontal axis as the time axis. The detected DC bus voltage and the inverter output frequency when the inverter-driven induction motor is decelerated. It is a graph showing the transition of the command and the motor rotation speed. In the inverter output frequency command reduction process, first, after the BB (base block) time (approximately 300 ms) has elapsed due to the deceleration command, it drops to half 30 Hz (point a) ) When the bus voltage vdc exceeds the set voltage level V_1, it is decreased by (gain x maximum frequency x 1) (point b), and when the bus voltage vdc exceeds V_2, it is twice that of V_1 (gain x maximum frequency x 2) Decrease only (point c). (Alternatively, in the case of current control, it is reduced within a range of 1 to 5 times).
[0010]
Further, the inverter output current iac is subjected to V / f pattern adjustment according to the set value I. When the condition of S3 is satisfied, normal deceleration starts (point d), and when the motor 4 enters the low speed region, a direct current is supplied to the motor 4. (Frequency 0 Hz) is applied to create a static magnetic field, an induced current is generated in the rotor and consumed as heat in the motor, DC braking DB is applied (point e), and the motor 4 is stopped (point f).
During this time, as shown by the motor rotation speed (dotted line) curve, the motor 4 is linear compared to the curve with many vertical movements in the case of the conventional example, and it can be understood that the motor 4 can be smoothly decelerated and stopped in a short time. . In addition, as described above, a protection function by an alarm is added, and there is no remaining speed, so that the braking operation is remarkably improved from the conventional one.
[0011]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, together with the deceleration command, the inverter output frequency command is first lowered to a predetermined low frequency, and then the inverter bus voltage is monitored, and the frequency command is issued only when the set voltage is exceeded. By reducing the output by a certain width, the output frequency command is reduced while maintaining the vicinity of the operating point where the inflow of regenerative energy starts, and the motor is decelerated. The time required for deceleration is shortened, and since the configuration is simple, the burden on the software can be reduced, and the adjustment suitable for the machine can be easily performed.
Further, during the deceleration, it is possible to prevent the induction motor and the inverter from being burned out due to overcurrent by determining whether the induction motor is decelerating and performing a protection process.
Furthermore, since the normal deceleration is resumed immediately before the completion of the deceleration command, residual speed of the induction motor can be eliminated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a PWM inverter circuit configuration diagram demonstrating a braking method for an inverter-driven induction motor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a characteristic diagram of the induction motor shown in FIG.
FIG. 3 is the first half of a flowchart showing the operation of the braking method for the inverter-driven induction motor shown in FIG. 1;
4 is a flowchart of the latter half of FIG.
FIG. 5 is a diagram showing transitions of an inverter DC bus voltage detection value, an output frequency command, and a motor rotation speed detection value during deceleration of the induction motor shown in FIG. 1;
FIG. 6 is a flowchart of the operation of a conventional braking method for an inverter-driven induction motor.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Converter 3 Inverter 4 Electric motor 5 Main circuit capacitor 6 DC bus

current detector

7, 8 Output current detector 9 Load 10 DC bus voltage detector 11 Control circuit 12 Drive circuit

Claims

A converter, an inverter, a main circuit capacitor connected between the DC buses, a DC bus current detector, an output current detector for detecting the inverter output current, and a voltage detector for detecting the DC bus voltage; In a PWM control inverter that includes a control circuit and a drive circuit and brakes the induction motor by controlling the inverter output frequency,
If a deceleration command is received when moving to deceleration,
Decrease the output frequency command to a predetermined frequency in steps.
Next, when the DC bus voltage reaches the first voltage level set to a value higher than the voltage immediately before receiving the deceleration command and lower than the overvoltage level of the inverter, it is determined that the slip is small, and the inverter output frequency command is set to A first predetermined width reduction,
When the second voltage level is set to a voltage value higher than the first voltage level and lower than the inverter overvoltage level, and when the DC bus voltage reaches the second voltage, it is determined that the slip has become too small; A PWM control inverter characterized in that the operation of lowering the output frequency command by a second predetermined value is repeated during deceleration, and the motor is decelerated while suppressing regeneration to the inverter side by consuming regenerative energy in the motor.

The inverter has overload protection to prevent burnout of the inverter and induction motor, so that the inverter output current matches the current value set so that overload or torque shortage does not occur during the period from the start of deceleration to the end of deceleration. The PWM control inverter according to claim 1, wherein the V / f setting of the inverter is increased or decreased.

2. When a DC bus voltage reaches the second voltage level, a predetermined width output frequency command set in a range of 1 to 5 times lower than a reduction width in the case of the first voltage level is lowered. The PWM control inverter according to 1.

When the DC bus voltage and output current are monitored and there is no increase in the DC bus voltage, and the inverter output current falls below a predetermined current value set in the range of 30 to 90% of the motor rated current value, the induction motor 2. The PWM control inverter according to claim 1, wherein it is determined that the slip has decreased, and the V / f pattern is returned to normal and switched to normal deceleration.

Monitor the DC bus voltage, output current, and output frequency command, and if the output current exceeds the set current value set for current control and the DC bus voltage does not increase and the output frequency command does not change for a certain time, an alarm The PWM control inverter according to claim 1, wherein the inverter output is shut off by displaying.