JP4539224B2 - 電動機駆動装置の制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、所望の電圧指令値と周波数指令値とに基づく交流電圧を電力変換回路から発生させ、この交流電圧により交流電動機を可変速駆動する電動機駆動装置に関わり、特に、前記電動機を制動動作させる際の制御方法に関する。

図６は、この種の電動機駆動装置の従来例を示す回路構成図であり、この電動機駆動装置は整流電源などから得られる直流電圧を自己消弧形素子とダイオードの逆並列回路を３相ブリッジ接続してなる電力変換回路１にて、後述の制御回路１０で生成される３相電圧指令値をパルス幅変調制御しつつ所望の周波数，振幅の交流電圧に変換し、この変換された交流電圧を交流電動機２に供給している。

この制御装置１０は、例えば誘導電動機などの交流電動機２をベクトル制御するための一次周波数指令値（ω₁ ^*），回転座標系のｄ軸，ｑ軸成分電圧指令値（ｖ_1d ^* ，ｖ_1q ^* ）などを生成する指令値生成手段１１と、前記周波数指令値（ω₁ ^*）を時間積分して位相角指令値（θ^* ）を生成する積分器１２と、この位相角指令値（θ^* ）に基づいて前記電圧指令値（ｖ_1d ^* ，ｖ_1q ^* ）を静止座標系の３相電圧指令値（ｖ_U ^*，ｖ_V ^*，ｖ_W ^*）に座標変換する二相／三相変換器１３と、この３相電圧指令値（ｖ_U ^*，ｖ_V ^*，ｖ_W ^*）に基づくパルス幅変調制御を行い、得られたそれぞれのパルスを前記自己消弧形素子へのオン・オフ信号に変換するＰＷＭパルス演算器１４と、電力変換回路１から交流電動機２に流れる３相交流電流検出値（ｉ_U ，ｉ_V ，ｉ_W ）を出力する電流検出器１５と、上述の交流電動機２をベクトル制御する際などに使用するために前記位相角指令値（θ^* ）に基づいて前記３相交流電流検出値（ｉ_U ，ｉ_V ，ｉ_W ）を回転座標系のｄ軸，ｑ軸電流検出値（ｉ_1d，ｉ_1q）に座標変換する三相／二相変換器１６と、前記周波数指令値（ω₁ ^*）が交流電動機２の減速方向に変化したときに指令値生成手段１１から発せられる減速指令に基づき、前記周波数指令値（ω₁ ^*）が予め定めた値（ω_B ）以下に低下したことを検知する比較器１７と、この比較器１７を介して動作する切替スイッチ１８と、指令値生成手段１１から発せられる制動電流指令値（Ｉ_B ）と前記ｄ軸，ｑ軸電流検出値（ｉ_1d，ｉ_1q）とに基づく調節演算を行う電流調節器１９とから形成され、前記切替スイッチ１８が動作すると、積分器１２への周波数指令値を「０」に切り替えるとともに、電流調節器１９での前記制動電流指令値（Ｉ_B ）とｄ軸，ｑ軸電流検出値（ｉ_1d，ｉ_1q）との偏差を零にする調節演算結果としての新たなｄ軸，ｑ軸電流指令値に二相／三相変換器１３への入力を切り替えることにより、交流電動機２が直流制動状態となり、やがて、交流電動機２が停止状態になる。なお、これらの構成要素は周知の技術により形成されている。
特開平５−１３７３６４号公報 （第２，３頁、第１図）

図６に示した従来の電動機駆動装置において、電流調節器１９の構成要素としての制御パラメータ群には、一般的に比例（Ｐ）項データ，積分（Ｉ）項データ，微分（Ｄ）項データ，フィードフォワード（ＦＦ）項データがあり、各種産業機械の駆動源としての交流電動機２が駆動状態から直流制動状態，停止状態に至るときに、交流電動機２が使用された産業機械から要請される挙動に対応するためには、例えば上記特許文献１に記載されている制御方法を用いるときにも、前記各項それぞれのデータを、検証実験，現地試験などに行うことにより、予め適切な値に設定しておく必要があった。

例えば、Ｐ項データが適正値より小さいと（いわゆる、ゲインが小さいと）、交流電動機２が駆動状態から制動状態に切り換わる際のショック（回転変動）が小さく、この際の速度変動が抑えられるが、応答時間が遅くなり、制動能力も小さくなる。一方、Ｐ項データが適正値より大きいと（いわゆる、ゲインが大きいと）、交流電動機２が駆動状態から制動状態に切り換わる際のショック（回転変動）が大きく、この際の速度変動も大きくなるが、応答時間が速くなり、制動能力も大きくなることが知られている。

この発明の目的は上記問題点を解消し、より適切な値を有する前記制御パラメータ群が容易に設定，選択できる電動機駆動装置の制御方法を提供することにある。

この第１の発明は、所望の電圧指令値と周波数指令値とに基づく交流電圧を電力変換回路から発生させ、この交流電圧により交流電動機を可変速駆動する電動機駆動装置において、
この電動機駆動装置は、予め設定された複数組の制御パラメータ群から予め電動機駆動装置の使用される産業機械装置に対応した１組の制御パラメータ群が選択して与えられ、この与えられた制御パラメータ群に基づいて、予め与えられた制動電流指令値と電動機電流検出値との偏差を零にする電圧指令値を演算する電流調節器を備え、
前記周波数指令値が前記電動機の減速方向に変化し、前記交流電圧の周波数が予め定めた値以下に低下したときに、前記周波数指令値を零に切り替えるとともに、前記電圧指令値を前記電流調節器の出力に切り替えて制動動作を行うことを特徴とする制御方法を行う。

第２の発明は、前記電動機駆動装置において、
この電動機駆動装置は、予め設定された複数組の制御パラメータ群から予め電動機駆動装置の使用される産業機械装置に対応した１組の制御パラメータ群が選択して与えられ、この与えられた制御パラメータ群に基づいて、予め与えられた制動電流指令値と電動機電流検出値との偏差を零にする電圧指令値を演算する電流調節器を備え、
前記周波数指令値が前記電動機の減速方向に変化し、該電動機の回転速度が予め定めた値以下に低下したときに、
前記周波数指令値を零に切り替えるとともに、前記電圧指令値を前記電流調節器の出力に切り替えて制動動作を行うことを特徴とする制御方法を行う。

第３の発明は、前記電動機駆動装置において、
この電動機駆動装置は、予め設定された複数組の制御パラメータ群かから予め電動機駆動装置の使用される産業機械装置に対応した１組の制御パラメータ群が選択して与えられ、この与えられた制御パラメータ群に基づいて、予め与えられた制動電流指令値と電動機電流検出値との偏差を零にする電圧指令値を演算する電流調節器を備え、
前記周波数指令値が前記電動機の減速方向に変化し、前記交流電圧の周波数が予め定めた値以下に低下したときに、
前記周波数指令値を零に切り替えるとともに、前記電圧指令値を前記電流調節器の出力に切り替えて制動動作を行い、
前記制動動作が予め設定された時間が経過する毎に、前記制御パラメータ群のうちの何れか１組に順次切り替えることを特徴とする制御方法を行う。

第４の発明は、前記電動機駆動装置において、
所望の電圧指令値と周波数指令値とに基づく交流電圧を電力変換回路から発生させ、この交流電圧により交流電動機を可変速駆動する電動機駆動装置において、
この電動機駆動装置は、予め設定された複数組の制御パラメータ群かから予め電動機駆動装置の使用される産業機械装置に対応した１組の制御パラメータ群が選択して与えられ、この与えられた制御パラメータ群に基づいて、予め与えられた制動電流指令値と電動機電流検出値との偏差を零にする電圧指令値を演算する電流調節器を備え、
前記周波数指令値が前記電動機の減速方向に変化し、該電動機の回転速度が予め定めた値以下に低下したときに、この電流調節器に、前記予め設定された複数組の制御パラメータ群から予め電動機駆動装置の使用される産業機械装置に対応した１組の制御パラメータ郡を選択して与え、
前記周波数指令値を零に切り替えるとともに、前記電圧指令値を前記電流調節器の出力に切り替えて制動動作を行い、
前記制動動作が予め設定された時間が経過する毎に、前記制御パラメータ群のうちの何れか１組に順次切り替えることを特徴とする制御方法を行う。

この発明によれば、前記交流電動機が使用される産業機械に応じて、予め設定された複数組の制御パラメータ群のうちの何れか適切な１組を選択しておき、前記交流電動機が駆動状態から直流制動状態，停止状態に至るときの制動電流調節動作をこの選択した１組の制御パラメータで行わせることで、前記産業機械から要請される挙動に対応することができる。

図１は、この発明の第１の実施例を示す電動機駆動装置の回路構成図であり、この図において、図６に示した従来例回路と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。

すなわち、図１に示した電動機駆動装置は電力変換回路１と制御回路２０とから形成され、この制御回路２０が図６に示した制御回路１０と異なる点は、指令値生成手段１１に代えて指令値生成手段２１を備え、また、電流調節器１９に代えて制御パラメータ生成手段２２と電流調節器２３とを備えていることである。

図２は、図１に示した制御パラメータ生成手段２２の詳細回路構成図であり、この制御パラメータ生成手段２２では、この電動機駆動装置に備える図示しないタッチパネルの操作ボタンまたは制御端子のデジタル信号入力と不揮発性メモリなどにより予め設定された制御パラメータ群２２ａとして、先述のＰ項データ（１），Ｉ項データ（１），Ｄ項データ（１），ＦＦ項データ（１）と、Ｐ項データ（２），Ｉ項データ（２），Ｄ項データ（２），ＦＦ項データ（２）の２組を備え、指令値生成手段２１からの選択指令に基づいて、前記２組の制御パラメータ群のうちの何れか１組を切替スイッチ２２ｂにより選択して電流調節器２３へ出力することができる。

図３は、図１に示した電動機駆動装置において、交流電動機２が駆動状態から直流制動状態に至るときの動作を説明する波形図であり、前記周波数指令値（ω₁ ^*）が交流電動機２の減速方向に変化したときに指令値生成手段２１から発せられる減速指令に基づき、前記周波数指令値（ω₁ ^*）が予め定めた値（ω_B ）以下に低下したことを比較器１７が検知すると、切替スイッチ１８が紙面下側の接点側にそれぞれ閉路し、図３に示すように、積分器１２への周波数指令値を「０」に切り替えるとともに、制御パラメータ生成手段２２，電流調節器２３での前記制動電流指令値（Ｉ_B ）とｄ軸，ｑ軸電流検出値（ｉ_1d，ｉ_1q）との偏差を零にする調節演算結果としての新たなｄ軸，ｑ軸電流指令値に二相／三相変換器１３への入力を切り替えることにより、交流電動機２が直流制動状態となる。

このとき、電力変換回路１の出力電圧は、図３に示すように、Ｐ項データ（１），Ｉ項データ（１），Ｄ項データ（１），ＦＦ項データ（１）が指令値生成手段２１からの選択指令により選択されている場合には、電流調節器２３がこの選択された組の制御パラメータ（１）で調節動作を行うことにより、例えば実線のように変化し、その結果、交流電動機２が駆動状態から制動状態に切り換わる際のショックをより小さくすることができ、また、Ｐ項データ（２），Ｉ項データ（２），Ｄ項データ（２），ＦＦ項データ（２）が指令値生成手段２１からの選択指令により選択されている場合には、電流調節器２３がこの選択された組の制御パラメータ（２）で調節動作を行うことにより、電力変換回路１の出力電圧が例えば図３の破線のように変化し、その結果、交流電動機２が駆動状態から制動状態に切り換わる際のショックを比較的小さくしつつ、応答時間も短くすることができる。なお、指令値生成手段２１からの選択指令に対応して、指令値生成手段２１からの制動電流指令値（Ｉ_B ）を異なった値にすることもできる。

図４は、この発明の第２の実施例を示す電動機駆動装置の回路構成図であり、この図において、図１に示した実施例回路と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。

すなわち、図４に示した電動機駆動装置は電力変換回路１と制御回路３０とから形成され、この制御回路３０が図１に示した制御回路２０と異なる点は、指令値生成手段２１に代えて指令値生成手段３１を備え、また、交流電動機２の速度センサとしてのパルスエンコーダ２ａが出力するパルス列信号を交流電動機２の回転速度に変換する速度演算器３２を備えていることである。

従って、図４に示した電動機駆動装置では、前記周波数指令値（ω₁ ^*）が交流電動機２の減速方向に変化したときに指令値生成手段３１から発せられる減速指令に基づき、速度演算器３２から得られる交流電動機２の回転速度が予め定めた値（ｒ_B ）以下に低下したことを比較器１７が検知すると、切替スイッチ１８が紙面下側の接点側にそれぞれ閉路するようにしている。なお、指令値生成手段３１から制御パラメータ生成手段２２への選択指令に対応して、指令値生成手段３１からの制動電流指令値（Ｉ_B ）を異なった値にすることもできる。その結果、この電動機駆動装置は交流電動機２が誘導電動機の場合に、この交流電動機２の実際の回転速度に対応することができる。

図５は、この発明の第３の実施例を示す電動機駆動装置の回路構成図であり、この図において、図１に示した実施例回路と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。

すなわち、図５に示した電動機駆動装置は電力変換回路１と制御回路４０とから形成され、この制御回路４０が図１に示した制御回路２０と異なる点は、指令値生成手段２１に代えて指令値生成手段４１を備えていることである。

図５に示した電動機駆動装置において、前記周波数指令値（ω₁ ^*）が交流電動機２の減速方向に変化したときに指令値生成手段４１から発せられる減速指令に基づき、前記周波数指令値（ω₁ ^*）が予め定めた値（ω_B ）以下に低下したことを比較器１７が検知すると、切替スイッチ１８が紙面下側の接点側にそれぞれ閉路し、積分器１２への周波数指令値を「０」に切り替えるとともに、制御パラメータ生成手段２２，電流調節器２３での前記制動電流指令値（Ｉ_B ）とｄ軸，ｑ軸電流検出値（ｉ_1d，ｉ_1q）との偏差を零にする調節演算結果としての新たなｄ軸，ｑ軸電流指令値に二相／三相変換器１３への入力を切り替えることにより、交流電動機２が直流制動状態となる。

このとき、比較器１７からの動作信号により、指令値生成手段４１ではタイマーを起動させ、予め設定した時間が経過したときに、指令値生成手段４１からの選択指令を前回より異なった新たな制御パラメータ群にし（例えば、Ｐ項データ（１），Ｉ項データ（１），Ｄ項データ（１），ＦＦ項データ（１）からＰ項データ（２），Ｉ項データ（２），Ｄ項データ（２），ＦＦ項データ（２）に切替え）、指令値生成手段４１から制御パラメータ生成手段２２へのこの選択指令に対応して、指令値生成手段４１からの制動電流指令値（Ｉ_B ）を異なった値にすることで、交流電動機２が駆動状態から制動状態に切り換わる際のショックを小さくしつつ、交流電動機２が停止するまでの時間も短くすることができる。

この発明の第１の実施例を示す電動機駆動装置の回路構成図 図１の部分詳細回路構成図 図１の動作を説明する波形図 この発明の第２の実施例を示す電動機駆動装置の回路構成図 この発明の第３の実施例を示す電動機駆動装置の回路構成図 従来例を示す電動機駆動装置の回路構成図

１…電力変換回路、２…交流電動機、２ａ…パルスエンコーダ、１０，２０，３０，４０…制御回路、１１，２１，３１，４１…指令値生成手段、１２…積分器、１３…二相／三相変換器、１４…ＰＷＭパルス演算器、１５…電流検出器、１６…三相／二相変換器、１７…比較器、１８…切替スイッチ、１９…電流調節器、２２…制御パラメータ生成手段、２３…電流調節器、３２…速度演算器。

Claims (4)

1. 所望の電圧指令値と周波数指令値とに基づく交流電圧を電力変換回路から発生させ、この交流電圧により交流電動機を可変速駆動する電動機駆動装置において、
   この電動機駆動装置は、予め設定された複数組の制御パラメータ群から予め電動機駆動装置の使用される産業機械装置に対応した１組の制御パラメータ群が選択して与えられ、この与えられた制御パラメータ群に基づいて、予め与えられた制動電流指令値と電動機電流検出値との偏差を零にする電圧指令値を演算する電流調節器を備え、
   前記周波数指令値が前記電動機の減速方向に変化し、前記交流電圧の周波数が予め定めた値以下に低下したときに、前記周波数指令値を零に切り替えるとともに、前記電圧指令値を前記電流調節器の出力に切り替えて制動動作を行うことを特徴とする電動機駆動装置の制御方法。
2. 所望の電圧指令値と周波数指令値とに基づく交流電圧を電力変換回路から発生させ、この交流電圧により交流電動機を可変速駆動する電動機駆動装置において、
   この電動機駆動装置は、予め設定された複数組の制御パラメータ群から予め電動機駆動装置の使用される産業機械装置に対応した１組の制御パラメータ群が選択して与えられ、この与えられた制御パラメータ群に基づいて、予め与えられた制動電流指令値と電動機電流検出値との偏差を零にする電圧指令値を演算する電流調節器を備え、
   前記周波数指令値が前記電動機の減速方向に変化し、該電動機の回転速度が予め定めた値以下に低下したときに、
   前記周波数指令値を零に切り替えるとともに、前記電圧指令値を前記電流調節器の出力に切り替えて制動動作を行うことを特徴とする電動機駆動装置の制御方法。
3. 所望の電圧指令値と周波数指令値とに基づく交流電圧を電力変換回路から発生させ、この交流電圧により交流電動機を可変速駆動する電動機駆動装置において、
   この電動機駆動装置は、予め設定された複数組の制御パラメータ群から予め電動機駆動装置の使用される産業機械装置に対応した１組の制御パラメータ群が選択して与えられ、この与えられた制御パラメータ群に基づいて、予め与えられた制動電流指令値と電動機電流検出値との偏差を零にする電圧指令値を演算する電流調節器を備え、
   前記周波数指令値が前記電動機の減速方向に変化し、前記交流電圧の周波数が予め定めた値以下に低下したときに、
   前記周波数指令値を零に切り替えるとともに、前記電圧指令値を前記電流調節器の出力に切り替えて制動動作を行い、
   前記制動動作が予め設定された時間が経過する毎に、前記制御パラメータ群のうちの何れか１組に順次切り替えることを特徴とする電動機駆動装置の制御方法。
4. 所望の電圧指令値と周波数指令値とに基づく交流電圧を電力変換回路から発生させ、この交流電圧により交流電動機を可変速駆動する電動機駆動装置において、
   この電動機駆動装置は、予め設定された複数組の制御パラメータ群から予め電動機駆動装置の使用される産業機械装置に対応した１組の制御パラメータ群が選択して与えられ、この与えられた制御パラメータ群に基づいて、予め与えられた制動電流指令値と電動機電流検出値との偏差を零にする電圧指令値を演算する電流調節器を備え、
   前記周波数指令値が前記電動機の減速方向に変化し、該電動機の回転速度が予め定めた値以下に低下したときに、
   前記周波数指令値を零に切り替えるとともに、前記電圧指令値を前記電流調節器の出力に切り替えて制動動作を行い、
   前記制動動作が予め設定された時間が経過する毎に、前記制御パラメータ群のうちの何れか１組に順次切り替えることを特徴とする電動機駆動装置の制御方法。

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