JP4626124B2 - 電動機の制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動機を可変速駆動するインバータ等の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インバータにより所望の周波数，電圧に変換して電動機を駆動する場合に、複数個のＶ／ｆパターンを設定して切り替えるものとしては、例えば特許文献１や特許文献２を挙げることができる。特許文献１のものは、１台のインバータで電気特性の異なる複数の電動機にそれぞれ最適な出力電圧を選択信号により選択供給できるものであり、特許文献２のものは同期電動機が加速運転中，定速運転中，減速運転中とでＶ／ｆパターンを切り替えるものである。
一方、図５は、複数個のＶ／ｆパターンを設定したインバータにより駆動される電動機で油等を汲み上げる掘削ポンプを運転する場合における従来のインバータのブロック図を示すものである。
【０００３】
図において、１は商用電源等の交流電源、２はインバータ、３はインバータ２により駆動される電動機、４は電動機３により運転されるポンプである。５０はインバータ制御回路であり、インバータ制御回路５０は、周波数設定器５から指令される周波数設定値ｆ^＃に基づいて予め定めた単位時間当りの周波数変化値（Δｆ／Δｔ）で周波数設定値ｆ^＃に達するまで増加または減少させるための内部周波数設定値ｆ^＊を出力する加減速演算器１１と、内部周波数設定値ｆ^＊に基づき予め設定したＶ／ｆパターンに従った電圧指令値Ｖ^＊を出力するＶ／ｆ変換器１２と、電圧指令値Ｖ^＊をＰＷＭ演算によりインバータ２を構成するトランジスタ等のスイッチング素子へのオン・オフ信号に変換して出力するＰＷＭ演算器１５とから構成されている。
【０００４】
このような構成において、掘削ポンプを運転して油を汲み上げる場合、油は長時間放置されると粘度が増すため、掘削ポンプを初期始動する際には過大なトルクが必要となる。この始動時に必要なトルクに合わせてＶ／ｆパターンを調整した場合、運転時間が経過して油が軟化すると過励磁状態となり、無負荷電流が増加して装置の効率が悪化し、場合によっては過電流トリップや過負荷トリップになることもある。
そこで、従来は、始動時の重負荷状態に合わせたＶ／ｆパターンを有するＶ／ｆ変換器１２と、軽負荷状態に合わせたＶ／ｆパターンを有するＶ／ｆ変換１３とを備えるとともに、外部からの切替信号に従ってＶ／ｆ変換器１２，１３の出力を切り替える切替スイッチ１４を設けていた。Ｖ／ｆパターンの切り替えは、ＰＬＣ等でシステムを組み、負荷（油）の状態に合わせて、スイッチ６からの切替信号に従ってＶ／ｆパターンの切り替えを行うか、あるいは操作者が油の状態を監視し、マニュアルによりスイッチ６を操作してＶ／ｆパターンの切り替えを行っていた。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１−２５２１９９号公報
【特許文献２】
特開２０００−１６６２９３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の装置では、ＰＬＣ等でシステムを組む必要があるので、コストアップの要因になり、また、マニュアル操作の場合であっても操作者が油の状態を監視しなければならず、余分な人力を必要とするという問題があった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、Ｖ／ｆパターンの切替手段をインバータ内部に取り込み、システム全体のコストダウンを図り、負荷状態に合わせたＶ／ｆパターンを発生することができる電動機の制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、第１の発明の電動機の制御装置は、周波数指令に基づいて電動機を可変速駆動する制御装置において、重負荷状態に合わせた第１のＶ／ｆパターンと、軽負荷状態に合わせた第２のＶ／ｆパターンと、運転信号に基づいて予め設定した時間を計測する第１タイマ手段と、停止信号に基づいて予め設定した時間を計測する第２タイマ手段と、前記第１タイマ手段の出力に基づいて予め設定した時間が経過すると前記第２のＶ／ｆパターンに切り替え、前記第２タイマ手段の出力に基づいて予め設定した時間が経過すると前記第１のＶ／ｆパターンに切り替えるＶ／ｆパターン切替手段とを備えるものとする。
また、第２の発明の電動機の制御装置は、周波数指令に基づいて電動機を可変速駆動する制御装置において、重負荷状態に合わせた第１のＶ／ｆパターンと、軽負荷状態に合わせた第２のＶ／ｆパターンと、電動機電流を検出する電流検出手段と、電流検出値と予め設定したレベルとを比較する比較手段と、停止信号に基づいて予め設定した時間を計測する第２タイマ手段と、前記比較手段の出力に基づいて前記電流検出値が前記レベルよりも小さくなると前記第２のＶ／ｆパターンに切り替え、前記第２タイマ手段の出力に基づいて予め設定した時間が経過すると前記第１のＶ／ｆパターンに切り替えるＶ／ｆパターン切替手段とを備えるものとする。
【０００８】
さらに、第１の発明または第２の発明において、Ｖ／ｆパターンの切り替えを周波数指令が零のときに行うものとする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る電動機の制御装置の実施の形態につき、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の第１の実施の形態を示すブロック図である。なお、図５と同一符号を付したものはおおよそ同一の機能を有するのでその説明は省略する。
図１において、１０はインバータ制御回路であり、インバータ制御回路１０は、周波数設定器５から指令される周波数設定値ｆ^＃に基づいて内部周波数設定値ｆ^＊を出力する加減速演算器１１と、始動時の重負荷状態に合わせたＶ／ｆパターンを有するＶ／ｆ変換器１２と、軽負荷状態に合わせたＶ／ｆパターンを有するＶ／ｆ変換器１３と、Ｖ／ｆ変換器１２，１３の出力を切り替える切替スイッチ１４と、電圧指令値Ｖ^＊に基づいてＰＷＭ演算して出力するＰＷＭ演算器１５と、運転スイッチ７が操作され運転信号が入力されると予め設定した時間を計測する第１タイマ１６と、停止スイッチ８が操作され停止信号が入力されると予め設定した時間を計測する第２タイマ１７と、第１タイマ１６の出力信号がセット端子Ｓに入力され、第２タイマ１７の出力信号がリセット端子Ｒに入力されて出力端子Ｑから切替スイッチ１４を切り替えるための信号を出力するＳＲラッチ回路１８とから構成されている。
【００１０】
このような構成において、運転スイッチ７が操作され運転信号が入力されると、周波数設定値ｆ^＃に基づいてインバータ２の運転を開始するが、このとき切替スイッチ１４は図１に示すようにＶ／ｆ変換器１２側に接続されており、内部周波数設定値ｆ^＊に基づき始動時の重負荷状態に合わせたＶ／ｆパターンに従った電圧指令値Ｖ^＊を出力する。
一方、第１タイマ１６は、運転スイッチ７の操作による運転信号の入力とともに計測を開始し、第１タイマ１６に予め設定した時間が経過すると、第１タイマ１６の出力信号がセット端子Ｓに入力される。これによりＳＲラッチ回路１８がセットされて切替スイッチ１４がＶ／ｆ変換器１３側に切り替わり、内部周波数設定値ｆ^＊に基づき軽負荷状態に合わせたＶ／ｆパターンに従った電圧指令値Ｖ^＊を出力するようになる。
【００１１】
その後、停止スイッチ８が操作されるとインバータ２は運転を停止し、同時に停止信号が第２タイマ１７に入力されて第２タイマ１７が計測を開始する。そして第２タイマ１７に予め設定した時間が経過すると、第２タイマ１７の出力信号がリセット端子Ｒに入力され、ＳＲラッチ回路１８がリセットされて切替スイッチ１４がＶ／ｆ変換器１２側に戻る。
なお、第１タイマ１６および第２タイマ１７の設定時間は実負荷の状態に合わせて設定すればよく、また、この実施の形態ではＶ／ｆパターン設定手段として二つのＶ／ｆ変換器を設けて切り替えているが、Ｖ／ｆ変換器を三つ以上設けて負荷状態に合わせてきめ細かく制御することも可能である。
【００１２】
図２は、この発明の第２の実施の形態を示すブロック図である。
図２において、図１と同一符号を付したものはおおよそ同一の機能を有するのでその説明は省略する。
図２において、インバータ制御回路２０には、図１の実施の形態に対して、切替スイッチ１４の切り替えが必ず内部周波数設定値ｆ^＊が零のときに行われるように、ＳＲラッチ回路１８の後段に内部周波数設定値ｆ^＊が零のタイミングでラッチするラッチ回路２１が追加されている。
ラッチ回路２１を設けて切替スイッチ１４の切り替えを周波数＝０Hz（すなわち直流電圧）の状態で切り替えることにより、切り替え時の電流飛び等の挙動を低減することができる。
【００１３】
図３は、この発明の第３の実施の形態を示すブロック図である。
図３において、図１と同一符号を付したものはおおよそ同一の機能を有するのでその説明は省略する。この第３の実施の形態は、第１の実施の形態に対し、Ｖ／ｆ変換器１２からＶ／ｆ変換器１３への切り替えをタイマ時間ではなく、電動機電流の検出値から負荷状態を監視して切り替えるものに変更したものであり、以下に図面を参照して詳細に説明する。
図３において、３０はインバータ制御回路であり、インバータ制御回路３０は、周波数設定器５から指令される周波数設定値ｆ^＃に基づいて内部周波数設定値ｆ^＊を出力する加減速演算器１１と、始動時の重負荷状態に合わせたＶ／ｆパターンを有するＶ／ｆ変換器１２と、軽負荷状態に合わせたＶ／ｆパターンを有するＶ／ｆ変換器１３と、Ｖ／ｆ変換器１２，１３の出力を切り替える切替スイッチ１４と、電圧指令値Ｖ^＊に基づいてＰＷＭ演算して出力するＰＷＭ演算器１５と、内部周波数設定値ｆ^＊と予め設定した基準値αとを比較して内部周波数設定値ｆ^＊が基準値αより大きいときに比較信号を出力する第１コンパレータ３１と、電流検出器９で検出した電動機電流Ｉ^＊と予め設定した基準値βとを比較して電動機電流Ｉ^＊が基準値βより小さいときに比較信号を出力する第２コンパレータ３２と、第１コンパレータ３１の比較信号と第２コンパレータ３２の比較信号との二つの信号を入力信号とするアンド回路３３と、停止スイッチ８が操作され停止信号が入力されると予め設定した時間を計測する第２タイマ１７と、アンド回路３３の出力信号がセット端子Ｓに入力され、第２タイマ１７の出力信号がリセット端子Ｒに入力されて出力端子Ｑから切替スイッチ１４を切り替えるための信号を出力するＳＲラッチ回路３８とから構成されている。
【００１４】
このような構成において、運転信号が入力されると、周波数設定値ｆ^＃に基づいてインバータ２の運転を開始するが、このとき切替スイッチ１４は図３に示すようにＶ／ｆ変換器１２側に接続されており、内部周波数設定値ｆ^＊に基づき始動時の重負荷状態に合わせたＶ／ｆパターンに従った電圧指令値Ｖ^＊を出力する。
そして、電流検出器９で検出した電動機電流Ｉ^＊が基準値βより小さくなり、かつ内部周波数設定値ｆ^＊が基準値αに到達すれば、アンド回路３３の出力信号がセット端子Ｓに入力される。これによりＳＲラッチ回路３８がセットされて切替スイッチ１４がＶ／ｆ変換器１３側に切り替わり、内部周波数設定値ｆ^＊に基づき軽負荷状態に合わせたＶ／ｆパターンに従った電圧指令値Ｖ^＊を出力するようになる。
【００１５】
ここで、Ｖ／ｆ変換器１２からＶ／ｆ変換器１３への切り替えの条件に内部周波数設定値ｆ^＊をいれるのは、周波数変化時には加速，減速トルクに必要な電流が余分に流れることを考慮したためであり、加速，減速トルクが大きくない場合には、第１コンパレータ３１とアンド回路３３とを削除し、第２コンパレータ３２の出力信号をＳＲラッチ回路３８のセット端子Ｓに直接入力するようにしてもよい。
その後、停止スイッチ８が操作されるとインバータ２は運転を停止するが、運転停止後にＶ／ｆ変換器１３からＶ／ｆ変換器１２へ戻す条件は、図１に示した第１の実施の形態と同一であるので、ここではその説明を省略する。
【００１６】
図４は、この発明の第４の実施の形態を示すブロック図である。
図４において、図３と同一符号を付したものはおおよそ同一の機能を有するのでその説明は省略する。
図４において、インバータ制御回路４０には、図３の実施の形態に対して、切替スイッチ１４の切り替えが必ず内部周波数設定値ｆ^＊が零のときに行われるように、ＳＲラッチ回路３８の後段に内部周波数設定値ｆ^＊が零のタイミングでラッチするラッチ回路４１が追加されている。
ラッチ回路４１を設けて切替スイッチ１４の切り替えを周波数＝０Hz（すなわち直流電圧）の状態で切り替えることにより、切り替え時の電流飛び等の挙動を低減することができる。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る電動機の制御装置によれば、Ｖ／ｆパターンの切替手段をインバータ内部に取り込み、システム全体のコストダウンを図り、負荷状態に合わせたＶ／ｆパターンを発生することができる。
また、Ｖ／ｆパターンの切り替えを周波数指令が零のときに行うことにより、切り替え時の電流飛び等の挙動を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】この発明の第２の実施の形態を示すブロック図である。
【図３】この発明の第３の実施の形態を示すブロック図である。
【図４】この発明の第４の実施の形態を示すブロック図である。
【図５】従来例を示すブロック図である。
【符号の説明】
２ インバータ
３ 電動機
４ ポンプ
１０，２０，３０，４０，５０ インバータ制御回路

Claims (3)

1. 周波数指令に基づいて電動機を可変速駆動する制御装置において、重負荷状態に合わせた第１のＶ／ｆパターンと、軽負荷状態に合わせた第２のＶ／ｆパターンと、運転信号に基づいて予め設定した時間を計測する第１タイマ手段と、停止信号に基づいて予め設定した時間を計測する第２タイマ手段と、前記第１タイマ手段の出力に基づいて予め設定した時間が経過すると前記第２のＶ／ｆパターンに切り替え、前記第２タイマ手段の出力に基づいて予め設定した時間が経過すると前記第１のＶ／ｆパターンに切り替えるＶ／ｆパターン切替手段とを備えたことを特徴とする電動機の制御装置。
2. 周波数指令に基づいて電動機を可変速駆動する制御装置において、重負荷状態に合わせた第１のＶ／ｆパターンと、軽負荷状態に合わせた第２のＶ／ｆパターンと、電動機電流を検出する電流検出手段と、電流検出値と予め設定したレベルとを比較する比較手段と、停止信号に基づいて予め設定した時間を計測する第２タイマ手段と、前記比較手段の出力に基づいて前記電流検出値が前記レベルよりも小さくなると前記第２のＶ／ｆパターンに切り替え、前記第２タイマ手段の出力に基づいて予め設定した時間が経過すると前記第１のＶ／ｆパターンに切り替えるＶ／ｆパターン切替手段とを備えたことを特徴とする電動機の制御装置。
3. 請求項１または２記載の電動機の制御装置において、前記第１，第２のＶ／ｆパターンの切り替えを前記周波数指令が零のときに行うことを特徴とする電動機の制御装置。

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