JP4677697B2

JP4677697B2 - 交流電動機の制御方法

Info

Publication number: JP4677697B2
Application number: JP2001272836A
Authority: JP
Inventors: 巧三垣; 幸博今村
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2001-09-10
Filing date: 2001-09-10
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2021-09-10
Also published as: JP2003088154A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エンコーダを備えて可変速運転する交流電動機で、エンコーダの回転方向信号や電動機回転方向が指令方向と異なるか否かの検出と、異なるときはその修正を行う交流電動機の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７はパルスエンコーダを備えた交流電動機を可変速駆動させる電力変換装置の一例としてベクトル制御回路を示したブロック回路図である。
この図７に図示のベクトル制御回路の動作の概略は次のとおりである。すなわち、交流電源１２からの交流電力はインバータ１３により所望の電圧と周波数の交流電力に変換され、交流電動機としての誘導電動機１７を可変速運転させるのであるが、この誘導電動機１７には負荷１８とパルスエンコーダ１６が結合されている。このパルスエンコーダ１６からフィードバックされる信号は、速度演算器１９により電動機回転速度ω_rとなり、更にロータ周波数演算器２０によりロータ周波数ω₂となる。一方で滑り周波数演算器６は、Ｔ軸電流指令値Ｉ_T ^*と二次磁束指令値φ₂ ^*を入力して滑り周波数ω_slを得る。この滑り周波数ω_slと前述のロータ周波数ω₂とを加算したω_lを積分器１５で積分演算することで、Ｕ相巻線と電動機二次磁束とのなす角度Γ₂が得られる。このΓ₂は後述する第１座標変換器１０と第２座標変換器１１での座標変換演算に使用される。
【０００３】
電流センサ１４は誘導電動機１７の一次側各相電流を検出し、第２座標変換器１１はこれら各相検出電流を一次電流の二次磁束に平行なＭ軸電流検出値Ｉ_Mと、一次電流の二次磁束に垂直なＴ軸電流検出値Ｉ_Tとに変換する。Ｔ軸電流調節器８は、Ｔ軸電流指令値Ｉ_T ^*とＴ軸電流検出値Ｉ_Tとの偏差を入力し、この入力偏差を零にする調節動作の結果としてＴ軸電圧指令値Ｖ_T ^*を第１座標変換器１０へ出力し、Ｍ軸電流調節器９も同様に、Ｍ軸電流指令値Ｉ_M ^*とＭ軸電流検出値Ｉ_Mとの偏差を入力し、この入力偏差を零にする調節動作の結果としてＭ軸電圧指令値Ｖ_M ^*を第１座標変換器１０へ出力する。第１座標変換器１０は、これら両入力から各相電圧指令値Ｖ_U ^*，Ｖ_V ^*，Ｖ_W ^*を得て、インバータ１３を制御することにより、誘導電動機１７を可変速運転させる。なお、符号２２は計器用変圧器などの電圧センサ，符号２３は電圧検出回路，符号２４は電圧表示器である。
【０００４】
以上がベクトル制御の概略であるが、ベクトル制御は本発明の主題ではないから、その詳細な説明は省略する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
パルスエンコーダ１６は、これを結合している誘導電動機１７の回転速度や位置あるいは回転方向を検出できるように、一般にＡ相，Ｂ相，Ｚ相の３つのパルスを出力する。Ａ相とＢ相とは相互に９０度の位相差を有しており、これら両パルスの進みと遅れから回転方向が検出できるし、いずれか一方のパルスの単位時間当たりの計数値から回転速度を検出できる。しかしながら、
(a)パルスエンコーダによっては、回転方向に対するＡ相パルスとＢ相パルスの位相が異なる場合がある。
【０００６】
(b)取り付ける方向によってＡ相パルスとＢ相パルスの位相が反転することがある。
(c)Ａ相とＢ相の信号線の誤配線でＡ相パルスとＢ相パルスの位相が反転してしまう。
などが原因で、パルスエンコーダ１６で検出する回転方向と、誘導電動機１７の実際の回転方向とが一致しない事態を生じることがあり、そのために誘導電動機１７を正常に運転できない場合もあり得る。また、パルスエンコーダ１６の取り付けや配線などの全てが正常であっても、例えば動力回路の誤配線などで誘導電動機１７に印加される電圧の相順が正しくなければ、あるいはインバータ１３の各相の動作順序の制御が正しくなければ、誘導電動機１７が指令回転方向とは逆の方向へ回転してしまうこともある。
【０００７】
更に、パルスエンコーダ１６が指令回転方向とは逆方向の信号，すなわち正しくない方向の信号を出力しているにもかかわらず、誤配線などで誘導電動機１７がこの正しくない回転方向信号指令とは逆の方向へ回転すると、パルスエンコーダ１６は結果的には指令回転方向と同方向の信号を出力することになるので正常運転と判定される恐れがあるが、意図した指令回転方向ではないことから、そのまま運転を継続する場合は負荷１８を破損させてしまう危険もある。
【０００８】
そこでこの発明の目的は、エンコーダが出力する回転方向信号や交流電動機の実回転方向が指令回転方向と異なるか否かを検出し、異なればそれの修正を行わせるものとする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、この発明の交流電動機の制御方法は、
交流電動機に結合した光学式パルスエンコーダあるいは磁気式エンコーダからフィードバックされる信号で当該交流電動機を可変速運転させる交流電動機の制御方法において、
前記交流電動機の運転指令信号から得られる回転方向指令信号と前記フィードバック信号から得られるフィードバック回転方向信号とが一致するか否かの第１判断と、前記回転方向指令信号と前記交流電動機の実際の回転方向信号とが一致するか否かの第２判断とを行って、これら第１判断と第２判断の結果から回転方向の制御が正常か異常かを判定する。
【００１０】
前記第１判断と第２判断がいずれも正常ならば、フィードバック回転方向信号と交流電動機印加電圧の相順はいずれも正常と判定し、前記第１判断が異常で第２判断が正常ならばフィードバック回転方向信号が異常と判定し、前記第１判断と第２判断がいずれも異常ならば交流電動機印加電圧の相順が異常と判定し、前記第１判断が正常で第２判断が異常ならば、フィードバック回転方向信号と交流電動機印加電圧の相順がいずれも異常と判定する。
【００１１】
前記第１判断と第２判断からフィードバック回転方向信号が異常と判定された場合は、当該フィードバック回転方向信号を自動的に修正し、交流電動機へ印加する電圧の相順が異常と判定された場合は、当該交流電動機へ印加する電圧の相順を自動的に修正する。
前記フィードバック回転方向信号の自動修正と前記交流電動機印加電圧の相順の自動修正とを記憶させ、当該交流電動機をこの記憶に従って運転させる。
【００１２】
前記第１判断と第２判断による前記フィードバック回転方向信号の異常判定とその自動修正，または前記交流電動機の異常判定と印加電圧の相順自動修正をオフラインで行う。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１実施例を表したフローチャートである。このフローチャートにおいて、回転方向が運転指令信号により与えられ（処理３１）るのであるが、回転中のパルスエンコーダ１６が出力するフィードバック回転方向信号を検出（処理３２）する。このフィードバック回転方向信号と運転指令信号が同方向であるか否かを判断４５で判定するが、同方向（すなわちイエス）であるならば次に誘導電動機１７の実回転方向を検出（処理３３）し、このモータ実回転方向と前述の運転指令信号とが同方向であるか否かを判断４６で判定する。判定結果が同方向（すなわちイエス）であるならば、パルスエンコーダ１６と誘導電動機１７はいずれも正常（処理３４）であって、これはケース１（図２参照）に該当する。
【００１４】
判断４５での判定結果がノー，すなわちフィードバック回転方向信号と運転指令信号とが異なる回転方向を示している場合は、次に誘導電動機１７の実回転方向を検出（処理３５）し、このモータ実回転方向と前述の運転指令信号が同方向であるか否かを判断４７で判定するが、この判定結果が同方向（すなわちイエス）であるならば、パルスエンコーダ１６が異常（処理３６）である。よってパルスエンコーダ１６の出力線を入れ替える（処理３７）などの処理が必要であるが、これはケース２（図３参照）に該当する。この結果は記憶装置に記憶（処理３８）させる。
【００１５】
また、判断４５での判定結果がノー，すなわちフィードバック回転方向信号と運転指令信号とが異なる回転方向で、判断４７での判定結果もノー，すなわちモータ実回転方向と運転指令信号が異なる方向であるならば、誘導電動機１７が異常（処理３９）である。よって電動機印加電圧の相順を変更（処理４０）するが、これはケース３（図４参照）に該当する。この結果を記憶装置に記憶（処理４１）させる。
【００１６】
また、判断４５での判定結果がイエス，すなわちフィードバック回転方向信号と運転指令信号とが同じ回転方向で、判断４７での判定結果がノー，すなわちモータ実回転方向と運転指令信号が異なる方向であるならば、これはパルスエンコーダ１６と誘導電動機１７が共に異常（処理４２）である。よってパルスエンコーダ１６の出力線を入れ替えると共に電動機印加電圧の相順も変更（処理４３）するが、これはケース４（図５参照）に該当する。この結果は記憶装置に記憶（処理４４）させる。
【００１７】
図２はパルスエンコーダと誘導電動機がいずれも正常な場合の接続を表した回路図であって、図１で記述のフローチャートにおけるケース１に該当する。
図３はパルスエンコーダが異常で誘導電動機が正常な場合の接続を表した回路図であって、図１で記述のフローチャートにおけるケース２に該当する。
図４はパルスエンコーダが正常で誘導電動機が異常な場合の接続を表した回路図であって、図１で記述のフローチャートにおけるケース３に該当する。
【００１８】
図５はパルスエンコーダと誘導電動機がいずれも異常な場合の接続を表した回路図であって、図１で記述のフローチャートにおけるケース４に該当する。
図６は本発明の第２実施例を表したブロック回路図である。この図６において、誘導電動機１７に結合したパルスエンコーダ（以下ではＰＥと略記する）１６の出力信号は速度・電動機回転方向検出回路５１を介して速度・電動機回転方向信号となる。また誘導電動機１７の電流・電圧を検出する電流センサ１４と電圧センサ２２の出力信号は速度・電動機回転方向推定演算回路５２を介して速度・電動機回転方向推定信号となる。これらの信号と極性付きの速度指令信号とをＰＥ・電動機回転方向判断回路５４へ入力させることで、ＰＥ１６と誘導電動機１７の回転方向が速度指令信号に対して正常であるか否かを判断する。この判断結果を記憶素子５５に記憶させることで、この判断を毎回実施するのを不要にすることができる。
【００１９】
ＰＥ１６の出力信号が異常の場合は、この記憶素子５５が出力する判断結果が検出回転方向変更回路５６を介して速度・電動機回転方向検出回路５１へ与えられてＰＥ１６の出力信号を修正するし、誘導電動機１７の回転方向が異常の場合は、前記記憶素子５５が出力する判断結果が出力電圧指令相順変更回路５７を介してＰＷＭ（パルス幅変調）制御回路５０に与えられて、誘導電動機１７へ印加する電圧の相順を変更させる。第２スイッチ６１は「通常時」側にあるのが通常であって、このとき極性付きの速度指令信号と前述の速度・電動機回転方向信号または速度・電動機回転方向推定信号との偏差を速度制御器へ与えることで、誘導電動機１７を所望の速度に制御する。
【００２０】
ＰＥ・電動機回転方向判断回路５４へ速度指令信号を与えてＰＥと電動機の回転方向を常時判断する必要はないから、この判断を必要な時点でオフラインにより実施できるようにする。そのために、予めパターン化された速度指令信号や正逆転信号を、「オフライン時」側へ切り換えた第２スイッチ６１を介してＰＥ・電動機回転方向判断回路３４へ与えるように回路を構成しておく。
【００２１】
なお、第３スイッチ６２のオン・オフと第４スイッチ６３の切り換えにより、誘導電動機１７をベクトル制御するかそれともオープンループによるＶ／Ｆ一定制御のいずれかを選択できるが、その詳細説明は省略する。
本発明については、交流電動機として誘導電動機を例にして説明したが、同期電動機であっても本発明を適用できるのは勿論である。
【００２２】
【発明の効果】
この発明によれば、パルスエンコーダを結合している交流電動機の回転方向が指令回転方向と異なっていることや、パルスエンコーダが出力する回転方向信号が指令回転方向と異なっているか否かを、当該交流電動機の制御に使用しているセンサを利用して検出できるから、特に大きな追加部品を必要としないで、容易に回転方向の正常か異常かの判定が行える効果が得られる。また回転方向が指令回転方向と異なる場合は自動的に修正を施すことができるし、この修正を記憶させて、その都度修正作業を行う手間を省略できる効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を表したフローチャート
【図２】パルスエンコーダと誘導電動機がいずれも正常な場合の接続を表した回路図
【図３】パルスエンコーダが異常で誘導電動機が正常な場合の接続を表した回路図
【図４】パルスエンコーダが正常で誘導電動機が異常な場合の接続を表した回路図
【図５】パルスエンコーダと誘導電動機がいずれも異常な場合の接続を表した回路図
【図６】本発明の第２実施例を表したブロック回路図
【図７】パルスエンコーダを備えた交流電動機を可変速駆動させる電力変換装置の一例としてベクトル制御回路を示したブロック回路図
【符号の説明】
６滑り周波数演算器
１０第１座標変換器
１１第２座標変換器
１２交流電源
１３インバータ
１４電流センサ
１５積分器
１６ＰＥ（パルスエンコーダ）
１７交流電動機としての誘導電動機
１９速度演算器
２０ロータ周波数演算器
３１〜４４処理
４５〜４７判断
５０ＰＷＭ（パルス幅変調）制御回路
５１速度・電動機回転方向検出回路
５２速度・電動機回転方向推定演算回路
５３第１スイッチ
５４ＰＥ・電動機回転方向判断回路
５５記憶素子
５６検出回転方向変更回路
５７出力電圧指令相順変更回路

Claims

交流電動機に結合した光学式パルスエンコーダあるいは磁気式エンコーダからフィードバックされる信号で当該交流電動機を可変速運転させる交流電動機の制御方法において、
前記交流電動機の運転指令信号から得られる回転方向指令信号と前記フィードバック信号から得られるフィードバック回転方向信号とが一致するか否かの第１判断を行い、
前記回転方向指令信号と前記交流電動機の実際の回転方向信号とが一致するか否かの第２判断を行い、
これら第１判断と第２判断の結果から回転方向の制御が正常か異常かを判定することを特徴とする交流電動機の制御方法。
請求項１に記載の交流電動機の制御方法において、
前記第１判断と第２判断がいずれも正常ならば正常と判定し、
前記第１判断が異常で第２判断が正常ならば前記フィードバック回転方向信号が異常と判定し、
前記第１判断と第２判断がいずれも異常ならば前記交流電動機へ印加する電圧の相順が異常と判定し、
前記第１判断が正常で第２判断が異常ならば前記フィードバック回転方向信号と前記交流電動機へ印加する電圧の相順がいずれも異常と判定することを特徴とする交流電動機の制御方法。
請求項１乃至請求項２のいずれかに記載の交流電動機の制御方法において、
前記第１判断と第２判断からフィードバック回転方向信号が異常と判定された場合は、当該フィードバック回転方向信号を自動的に修正し、
交流電動機へ印加する電圧の相順が異常と判定された場合は、当該交流電動機へ印加する電圧の相順を自動的に修正することを特徴とする交流電動機の制御方法。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の交流電動機の制御方法において、
前記フィードバック回転方向信号の自動修正と前記交流電動機へ印加する電圧の相順の自動修正とを記憶させ、当該交流電動機をこの記憶に従って運転させることを特徴とする交流電動機の制御方法。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の交流電動機の制御方法において、
前記第１判断と第２判断による前記フィードバック回転方向信号の異常判定とその自動修正，または前記交流電動機の異常判定と印加電圧の相順自動修正をオフラインで行うことを特徴とする交流電動機の制御方法。