JP4756478B2

JP4756478B2 - インバータ装置および交流電動機の減速方法

Info

Publication number: JP4756478B2
Application number: JP2006528849A
Authority: JP
Inventors: 英昭井浦; 和彦平松
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2004-07-06
Filing date: 2005-07-01
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2025-07-01
Also published as: CN1985432A; JPWO2006004037A1; DE112005001561T5; US7612518B2; TW200625782A; CN1985432B; WO2006004037A1; US20070216328A1

Description

本発明は、交流電動機を減速するインバータ装置において、交流電動機での損失を増大させて減速する方法に関するもので、特に磁気飽和し易い交流電動機に適用する際に、過電流等の問題により前記インバータ装置が異常停止しないようにしたり、交流電動機の焼損を防止するための交流電動機の減速方法及び装置に関する。

従来例として、制動時には電動機端子電圧を高くして損失を増大させるような電圧形のインバータ装置に関する提案がされている。（例えば、特許文献１参照。）
図１０は従来のインバータ装置のブロック図で、商用電源を整流部１０１で直流に変換し、ここで整流された電圧をコンデンサ１０２で平滑してインバータ部１０３へ与える。インバータ部１０３では後述する信号により順次半導体素子をスイッチングして交流を江、この交流出力を交流電動機１０４へ供給して駆動する。ここで、インバータ部１０３は半導体スイッチング素子としてたとえば６個のトランジスタ２０１〜２０６と６個のダイオード２０７〜２１２を設けている。一方１１１は周波数設定器であり、その出力信号Ｓａを加減速制限回路１２０へ入力する。この加減速制限回路１２０は電圧制御回路１２１および電圧・周波数変換回路１１４へ与える第１の出力信号Ｓｂ_１と、電圧制御回路１２１のみへ与える減速動作中であることを示す第２の出力信号にＳｂ_２により電圧制御回路１２１の利得を高め、交流電動機１０４の端子電圧を高めるようにしている。そして電圧・周波数変換回路１１４はアナログ・デジタル変換回路であり、入力信号Ｓｂ_１の電圧Ｖｂに比例した周波数ｆｄのパルスＳｄを出力する。そして、電圧制御回路１１３の出力信号Ｓｃおよび、電圧・周波数変換回路１１４の出力パルスｆｄを変調回路１１５へ与える。変調回路１１５はインバータ１０３の各トランジスタ２０１〜２０６へベースドライブ回路１１６を介して制御パルスを与えパルス幅変調制御する。一方インバータ１０３の出力電圧は上記制御パルスのパルス幅によって制御される各トランジスタ２０１〜２０６のオン・オフ期間によって決まり、かつこの制御パルスのパルス幅は電圧制御回路１２１の出力電圧Ｖｃによって決定される。したがって変調回路１１５から制御パルスを与えられるベースドライブ回路１１６はこの制御パルスに応じてトランジスタ２０１〜２０６の特性に合ったベース電圧、およびベース電流を出力してスイッチング制御する。そして、このインバータ１０３の出力により交流電動機を可変周波数電源で運転することができる。
コンデンサ１０２の端子電圧の所定の上限値を設定する設定器１１８の出力信号をヒステリシス特性を持つ比較器１１９へ与え、これによりコンデンサ１０２の端子電圧を監視する。そして、制動中にコンデンサ２の端子電圧が所定の上限値を越えた時には比較器１１９から出力信号Ｖ_ＣＯＭを発生する。加減速制限回路１２０は周波数設定器１１１の設定電圧に対して所定の勾配の変化率で追従する。そして、減速動作中は電圧制御回路１２１の増幅率を大きくするようになっている。これにより変調回路１１５から出力される制御パルスのパルス幅を広くし、それによって交流電動機１０４へ印加される電圧を高くするようにしている。しかして交流電動機１０４はその端子電圧が上昇することにより鉄損および銅損が増加して、それによって短時間に減速することができることが提案されている。

また、別の従来例として、減速以外の運転時には直流検出回路が検出した直流電圧に対して、常に同一出力電圧となるような関数でスイッチング出力を演算し、減速運転時には前記交流電源の定格時の直流電圧値の関数でスイッチング出力を演算するインバータ装置が提案されている。（例えば、特許文献２参照。）
図１１は従来例のインバータ装置を示すブロック図である。図において、３０１は交流電源３０７の交流電圧を直流電圧に変換する整流回路であるコンバータ回路、３０２はコンバータ回路３０１の直流電圧を平滑する平滑コンデンサ、３０３はスイッチング素子を決められたタイミングでオン・オフすることにより、平滑コンデンサ３０２の直流電圧を所定周波数の交流電圧に変換する逆変換回路であるインバータ回路、３０４はインバータ回路３０３をＰＷＭ制御するマイクロコンピュータ、３０５はインバータ回路３０３のスイッチング素子を駆動するＰＷＭ信号を出力するベースアンプ、３０６は平滑コンデンサ３０２の直流電圧を検出する直流電圧検出回路、３５０はコンバータ回路３０１〜直流電圧検出回路３０６で構成されたインバータ装置である。３０８はインバータ回路３０３の交流電圧により駆動される誘導電動機、４００はインバータ装置３５０の運転指令を行う運転指令装置であり、この運転指令装置はマイクロコンピュータ４２１、キーシート４２２及び表示器４２３を有して、インバータ装置３５０に正転，逆転，停止の運転指令及び出力周波数の運転指令を設定することができる。３１４はインバータ回路３０３をＰＷＭ制御するマイクロコンピュータで、減速以外の運転指令時と減速の運転指令時のスイッチング出力信号を演算するスイッチング出力演算回路３１５と運転指令装置４００によって設定された正転、逆転、停止及び出力周波数の運転指令を記憶するＲＡＭ３１６とを有して構成されている。次に、誘導電動機を運転する場合の動作について図１２の運転時のフローチャートに基づいて説明する。まず、運転指令装置４００より例えば正転の運転指令が入力され、次に、出力周波数の運転指令が入力されて運転が開始される（ステップＳ１１）。次に、運転指令装置４００のマイクロコンピュータ４２１に停止フラッグが立っているかをみてマイクロコンピュータ４２１が停止か否かを判断する（ステップＳ１２）。停止でないと判断した場合にはマイクロコンピュータ３１４が所定の周波数に設定された出力周波数の運転指令を読み込み（ステップＳ１３）、停止であると判断した場合にマイクロコンピュータ３１４が０Ｈｚの出力周波数指令を読み込む（ステップＳ１４）。しかる後に、運転指令装置４００のマイクロコンピュータ４２１に減速フラッグが立っているかをみてマイクロコンピュータ３１４が減速か否かを判断する（ステップＳ１５）。そして、減速でないと判断した場合にはマイクロコンピュータ３１４は直流電圧検出回路３０６が検出した直流電圧を読み込み（ステップＳ１６）、その直流電圧に対して常に出力電圧が設定された値となるような関数、即ちその直流電圧に対して常に同一出力電圧となるような関数でスイッチング出力を演算し（ステップＳ１８）、そのスイッチング出力をベースアンプ３０５に出力し、インバータ回路３０３のスイッチング素子をＰＷＭ信号により駆動してインバータ回路３０３より設定された出力周波数の交流電圧を出力させる（ステップＳ１９）。ここに、検出した直流電圧に対して常に同一の出力電圧となるような関数とは直流電圧の変動に対し、出力電圧が変動しないよう直流電圧の変化に対して出力電圧を補正する動作を行わせる関数を意味する。また、減速であると判断した場合には平滑コンデンサ３０２の直流電圧値を定格交流電源電圧時の直流電圧値、例えば、定格交流電源電圧が２００Ｖであるとすれば、２００×２^１／２＝２８３Ｖを直流電圧値とし（ステップＳ１７）、その関数でスイッチング出力を演算し（ステップＳ１８）、そのスイッチング出力をベースアンプ３０５に出力し、インバータ回路３０３のスイッチング素子をＰＷＭ信号により駆動してインバータ回路３０３より交流電圧を出力させる（ステップＳ１９）。これにより、減速時のインバータ回路３０３の出力電圧は直流電圧が定格値であれば、設定値どおりになるが、誘導電動機８の回生電力により直流電圧が上昇した場合にはこれに比例して設定値が上昇する。つまり、減速でない例えば加速及び定速の運転中はたとえ交流電源３０７の電源電圧が変動してもインバータ回路３０３の出力電圧は所定の出力電圧となるが、減速運転中は回生電力により直流電圧が上昇しても直流電圧値は実際よりも低い値である定格値２８３Ｖとしての関数でスイッチング出力信号の演算を行う。その結果、インバータ回路３０３のスイッチング素子の駆動を直流電圧の変化にかかわらず交流電源３０７の定格時の直流電圧値の関数で同じように行うため、直流電圧の上昇に比例し、出力電圧が上昇する。ここに、交流電源３０７の定格時の直流電圧値の関数とは交流電源３０７における定格入力電圧時のスイッチングを直流電圧が変動しても行い、出力電圧を補正する動作を行わせない関数を意味する。このように、減速時のインバータ回路３０３の出力電圧が上昇することにより、誘導電動機３０８への励磁電流が増加し、誘導電動機３０８の巻線での損失が増加する。これは、つまりインバータ回路３０３への回生電力を誘導電動機３０８への励磁電流の増加により誘導電動機３０８で消費するということであり、インバータ回路３０３への回生電力は従来に比べて減少し、直流電圧の上昇も少なくなる。従って、減速運転を中断することなく、しかも回生電力を抵抗器等で消費するような回路を伴わずに減速能力を高めることができる。また、励磁電流の増加により、減速トルクも向上するが提案されている。
特開昭５８−１６５６９５号公報特開平５−２１９７７１号公報

従来のインバータ装置では、減速動作中に前記電圧制御回路１２１の増幅率を大きくすることにより交流電動機１０４の端子電圧を上昇し、鉄損および銅損が増加させることによって短時間に減速することができることが提案されている。また、減速運転中は回生電力により直流電圧が上昇しても直流電圧値は実際よりも低い値である定格値２８３Ｖとしての関数でスイッチング出力信号の演算を行い、出力電圧を上昇することにより、誘導電動機３０８への励磁電流が増加し、誘導電動機３０８の巻線での損失が増加するため、減速能力を高めることができ、励磁電流の増加により、減速トルクも向上するが提案されている。これらの提案は減速時に交流電動機の磁束レベルを増やすことにより、交流電動機での損失を増やすことにより、減速時間を短くする方法である。しかしながら、近年磁気飽和し易い交流電動機が増えてきており、提案の方法をそのまま使おうとした場合、所定の磁束レベルに達せず交流電動機に流れる電流が急増し、インバータ装置の過電流レベルまで電流が流れたり、交流電動機が焼損してしまう可能性がある。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、減速時に過励磁状態にして交流電動機を駆動する際に交流電動機に流れる電流を監視し、交流電動機に流れる電流が所定値に達したら、過励磁状態から通常の磁束状態に戻すことにより、交流電動機に流れる電流がそれ以上増えないようにすることにより、故障が発生することなく交流電動機を減速しかつ減速時間を短くすることができる方法及び装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の本発明は、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、直流電圧を平滑するコンデンサと、直流電圧を交流に変換して交流電動機を駆動するインバータ部と、電動機に流れる電流検出値を生成する電流変換部と、インバータ部のパワー素子のゲートを駆動する信号を生成するＰＷＭ演算部とからなるインバータ装置において、直流電圧を検出する直流電圧検出部と、直流電圧検出部の出力をフィルタリングする二つのローパスフィルタである第１フィルタ部および第２フィルタ部と、電動機の減速時間を設定する減速レート設定部と、第１フィルタ部の出力と前記減速レート設定部の出力から電動機駆動周波数を演算する減速レート演算部と、第２フィルタ部の出力と与えられた電圧指令から電圧指令を補正する電圧指令補正部とを有し、減速時は前記第２フィルタ部の時定数を、前記第１フィルタ部の時定数の１０〜１００００倍とするようにしたものである。

請求項２記載の本発明は、請求項１記載のインバータ装置において、電流検出値が所定値以上になると電流の大きさに応じて、第２フィルタ部の時定数を減速時の初期値から第１フィルタ部の時定数まで徐々に減少させるようにしたものである。

請求項３記載の本発明は、請求項１記載のインバータ装置において、電流検出値から求めたｄ軸電流検出値が所定値以上になるとｄ軸電流の大きさに応じて、第２フィルタ部の時定数を減速時の初期値から前記第１フィルタ部の時定数まで徐々に減少させるようにしたものである。

請求項４記載の本発明は、請求項１記載のインバータ装置において、電流検出値から求めたｑ軸電流検出値が所定値以上になるとｑ軸電流の大きさに応じて、第２フィルタ部の時定数を減速時の初期値から前記第１フィルタ部の時定数まで徐々に減少させるようにしたものである。

請求項５記載の本発明は、請求項１記載のインバータ装置において、交流電動機が減速中は第１フィルタ部の出力が予め設定した値になるように、予め設定された減速時間を調整するようにしたものである。

請求項６記載の本発明は、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、直流電圧を平滑するコンデンサと、直流電圧を交流に変換して交流電動機を駆動するインバータ部と、電流検出値を生成する電流変換部と、インバータ部のパワー素子のゲートを駆動する信号を生成するＰＷＭ演算部とからなるインバータ装置の電動機減速方法において、直流電圧を検出するステップと、電流検出値を求めるステップと、直流電圧を第１フィルタ部でフィルタリングするステップと、通常運転時は第１フィルタ部の時定数と同じ時定数でありかつ減速時には第１フィルタ部より１０〜１００００倍大きな時定数で前記直流電圧を第２フィルタ部でフィルタリングするステップと、電動機の減速時間を設定する減速レート設定部により設定された減速レートと第１フィルタ部の出力により電動機駆動周波数を演算するステップと、第２フィルタ部の出力と与えられた電圧指令から電圧指令を補正するステップという手順で電動機を減速するようにしたものである。

請求項７記載の本発明は、請求項６記載のインバータ装置の電動機減速方法において、
電流検出値が所定値以上になると電流の大きさに応じて、第２フィルタ部の時定数を減速時の初期値から前記第１フィルタ部の時定数まで徐々に減少させるようにしたものである。

請求項８記載の本発明は、請求項６記載のインバータ装置の電動機減速方法において、電流検出値から求めたｄ軸電流検出値が所定値以上になるとｄ軸電流の大きさに応じて、第２フィルタ部の時定数を減速時の初期値から前記第１フィルタ部の時定数まで徐々に減少させるようにしたものである。

請求項９記載の本発明は、請求項６記載のインバータ装置の電動機減速方法において、電流検出値から求めたｑ軸電流検出値が所定値以上になるとｑ軸電流の大きさに応じて、第２フィルタ部の時定数を減速時の初期値から前記第１フィルタ部の時定数まで徐々に減少させるようにしたものである。

請求項１０記載の本発明は、請求項６記載のインバータ装置の電動機減速方法において、交流電動機が減速中は第１フィルタ部が出力する電圧検出値が予め設定した値になるように、予め設定された減速時間を調整するようにしたものである。

請求項11記載の本発明は、請求項1記載のインバータ装置において、任意の電圧指令（V1＊）と通常運転時には1、減速時には予め設定されたゲインを乗算する乗算部とを備えるようにしたものである。

請求項１２記載の本発明は、請求項１１記載のインバータ装置において、電流検出値が第1所定電流値以上になると電流の大きさに応じて、第２フィルタ部の時定数を減速時
の初期値から前記第１フィルタ部の時定数まで徐々に減少させ、電流検出値が第２所定電流値以上になると電流の大きさに応じて、ゲインを徐々に下げて１に戻すようにしたものである。

請求項１３記載の本発明は、請求項１１記載のインバータ装置において、電流検出値から求めたｄ軸電流検出値が所定値以上になるとｄ軸電流の大きさに応じて、第２フィルタ部の時定数を減速時の初期値から前記第１フィルタ部の時定数まで徐々に減少させ、ｄ軸電流検出値が第１所定電流値以上になると電流の大きさに応じて、前記ゲインを徐々に下げて１に戻すようにしたものである。

請求項１４記載の本発明は、請求項１１記載のインバータ装置において、電流検出値から求めたｑ軸電流検出値が所定値以上になるとｑ軸電流の大きさに応じて、第２フィルタ部の時定数を減速時の初期値から前記第１フィルタ部の時定数まで徐々に減少させ、ｑ軸電流検出値が第１所定電流値以上になると電流の大きさに応じて、ゲインを徐々に下げて１に戻すようにしたものである。

請求項１５記載の本発明は、請求項１１記載のインバータ装置において、交流電動機が減速中は第１フィルタ部が出力する電圧検出値が予め設定した値になるように、予め設定された減速時間を調整するようにしたものである。

請求項１６記載の本発明は、請求項６記載のインバータ装置の電動機減速方法において、乗算部により与えられた電圧指令と通常運転時には１そして減速時には予め設定されたゲインを乗算するステップと、乗算部の出力と前記第２フィルタ部の出力から電圧指令を補正するステップを備えるようにしたものである。

請求項１７記載の本発明は、請求項１６記載のインバータ装置の電動機減速方法において、電流検出値が所定値以上になると電流の大きさに応じて、第２フィルタ部の時定数を減速時の初期値から前記第１フィルタ部の時定数まで徐々に減少させ、前記電流検出値が第１の所定値以上になると電流の大きさに応じて、ゲインを徐々に下げて１に戻すステップを備えるようにしたものである。

請求項１８記載の本発明は、請求項１６記載のインバータ装置の電動機減速方法において、電流検出値からもとめたｄ軸電流検出値が所定値以上になるとｄ軸電流の大きさに応じて、第２フィルタ部の時定数を減速時の初期値から前記第１フィルタ部の時定数まで徐々に減少させ、ｄ軸電流検出値が第１の所定値以上になると電流の大きさに応じて、ゲインを徐々に下げて１に戻すステップを備えるようにしたものである。

請求項１９記載の本発明は、請求項１６記載のインバータ装置の電動機減速方法において、電流検出値から求めたｑ軸電流検出値が所定値以上になるとｑ軸電流の大きさに応じて、第２フィルタ部の時定数を減速時の初期値から前記第１フィルタ部の時定数まで徐々に減少させ、ｑ軸電流検出値が第１の所定値以上になると電流の大きさに応じて、ゲインを徐々に下げて１に戻すステップを備えるようにしたものである。

請求項２０記載の本発明は、請求項１６記載のインバータ装置の電動機減速方法において、交流電動機が減速中は第１フィルタ部の電圧検出値が予め設定された値になるように予め設定された減速時間を調整して減速時間を短くするステップを備えるようにしたものである。

請求項２１記載の本発明は、請求項１記載のインバータ装置において、減速時は第２フィルタ部の時定数を、第１フィルタ部の時定数以上とするとともに、電圧指令を保持したまま。所定の周波数まで下げ、その後、予め設定した周波数と電圧のレートで減速させるようにしたものである。

請求項２２記載の本発明は、請求項２１記載のインバータ装置において、電流検出値が所定値以上になると電流の大きさに応じて、第２フィルタ部の時定数を減速時の初期値から前記第１フィルタ部の時定数まで徐々に減少させ、電流検出値が所定値以上になると電流の大きさに応じて、周波数を所定値まで減速する前であっても、電圧指令を下げるようにし、周波数と電圧のレートを通常制御状態のレートに徐々に戻すようにしたものである。

請求項２３記載の本発明は、請求項２１記載のインバータ装置において、電流検出値から求めたｄ軸電流検出値が所定値以上になるとｄ軸電流の大きさに応じて、第２フィルタ部の時定数を減速時の初期値から前記第１フィルタ部の時定数まで徐々に減少させ、または、ｄ軸電流検出値が所定値以上になるとｄ軸電流の大きさに応じて、周波数を所定値まで減速する前であっても、電圧指令を下げるようにし、周波数と電圧のレートを通常制御状態のレートに徐々に戻すようにしたものである。

請求項２４記載の本発明は、請求項２１記載のインバータ装置において、電流検出値から求めたｑ軸電流検出値が所定値以上になるとｑ軸電流の大きさに応じて、第２フィルタ部の時定数減速時の初期値から前記第１フィルタ部の時定数まで徐々に減少させ、ｑ軸電流検出値が所定値以上になるとｑ軸電流の大きさに応じて、周波数を所定値まで減速する前であっても、電圧指令を通常制御状態時以下とし、周波数と電圧のレートを通常制御状態のレートに徐々に戻すようにしたものである。

請求項２５記載の本発明は、請求項２１記載のインバータ装置において、交流電動機が減速中は第１フィルタが出力する電圧検出値が予め設定した値になるように、予め設定された減速時間を調整するようにしたものである。

請求項２６記載の本発明は、請求項６記載のインバータ装置の電動機減速方法において、電圧指令のみを保持したまま、周波数のみを下げ、所定の周波数まで減速すると、周波数と電圧を設定したレートで減速させるステップを備えるようにしたものである。

請求項２７記載の本発明は、請求項２６記載のインバータ装置の電動機減速方法において、電流検出値が所定値以上になると電流の大きさに応じて、第２フィルタ部の時定数を減速時の初期値から前記第１フィルタ部の時定数まで徐々に減少させ、電流検出値が所定値以上になると電流の大きさに応じて、周波数が所定値まで減速する前であっても、電圧指令も通常制御状態時以下とし、周波数と電圧のレートを通常制御状態のレートに徐々に戻すステップを備えるようにしたものである。

請求項２８記載の本発明は、請求項２６記載のインバータ装置の電動機減速方法において、電流検出値から求めたｄ軸電流検出値が所定値以上になるとｄ軸電流の大きさに応じて、第２フィルタ部の時定数を減速時の初期値から前記第１フィルタ部の時定数まで徐々に減少させ、ｄ軸電流検出値が所定値以上になるとｄ軸電流の大きさに応じて、周波数を所定値まで減速する前であっても、電圧指令を通常運転状態時以下とし、周波数と電圧のレートを通常制御状態のレートに徐々に戻すステップを備えるようにしたものである。

請求項２９記載の本発明は、請求項２６記載のインバータ装置の電動機減速方法において、電流検出値から求めたｑ軸電流検出値が所定値以上になるとｑ軸電流の大きさに応じて、第２フィルタ部の時定数を減速時の初期値から前記第１フィルタ部の時定数まで徐々に減少させ、ｑ軸電流検出値が所定値以上になるとｑ軸電流の大きさに応じて、周波数を所定値まで減速する前であっても、電圧指令を通常運転状態時以下とし、周波数と電圧のレートを通常制御状態のレートに徐々に戻すステップを備えるようにしたものである。

請求項３０記載の本発明は、請求項２６記載のインバータ装置の電動機減速方法において、交流電動機が減速中は第１フィルタ部が出力する電圧検出値が予め設定した値になるように、予め設定された減速時間を調整するステップを備えるようにしたものである。

本発明は直流母線電圧を第１フィルタ部を通した検出値を用いて電動機駆動周波数を演算し、第２フィルタ部を通した検出値を用いて電圧指令を補正するようにし、かつ、減速時は第２フィルタ部の時定数を第１フィルタ部の時定数よりも大きくすることにより電動機を過励磁状態にし、電動機に損失を発生させて、過電流も防止して、短い時間で減速できる。
請求項１記載の本発明によると、減速時に第２フィルタ部の時定数を第１フィルタ部の時定数に対して大きくすることにより過励磁状態で減速するため、通常の磁束レベルで減速するよりも短い時間で減速することができるインバータ装置を提供できる。
請求項２記載の本発明によると、交流電動機に流れる電流検出値が所定値以上になると電流の大きさに応じて、第２フィルタ部の時定数を調整するため、磁気飽和し易い交流電動機であってもインバータが過電流で停止したり、交流電動機を焼損せずに減速することができるインバータ装置を提供できる。
請求項３記載の本発明によると、ｄ軸電流検出値が所定値以上になるとｄ軸電流の大きさに応じて、第２フィルタ部の時定数を調整するため、磁気飽和し易い交流電動機であってもインバータが過電流で停止したり、交流電動機を焼損せずに減速することができるインバータ装置を提供できる。
請求項４記載の本発明によると、ｑ軸電流検出値が所定値以上になるとｑ軸電流の大きさに応じて、第２フィルタ部の時定数を調整するため、磁気飽和し易い交流電動機であってもインバータが過電流で停止したり、交流電動機を焼損せずに減速することができるインバータ装置を提供できる。
請求項５記載の本発明によると、交流電動機が減速中は第１フィルタ部が出力する電圧検出値が予め設定した値になるように、予め設定された減速時間を調整するため、減速中は常に過励磁状態を維持できるため、通常の磁束レベルよりも短い時間で減速することができるインバータ装置を提供できる。
請求項６記載の本発明によると、減速時には第２フィルタ部の時定数を第１フィルタの時定数に対して大きくすることにより過励磁状態で減速するため、通常の磁束レベルよりも短い時間で減速することができる。
請求項７記載の本発明によると、電流検出値が所定値以上になると電流の大きさに応じて、第２フィルタ部の時定数を調整するため、磁気飽和し易い交流電動機であってもインバータが過電流で停止したり、交流電動機を焼損せずに減速することができる。
請求項８記載の本発明によると、ｄ軸電流検出値が所定値以上になるとｄ軸電流の大きさに応じて、第２フィルタ部の時定数を調整するため、磁気飽和し易い交流電動機であってもインバータが過電流で停止したり、交流電動機を焼損せずに減速停止することができる。
請求項９記載の本発明によると、ｑ軸電流検出値が所定値以上になるとｑ軸電流の大きさに応じて、第２フィルタ部の時定数を調整するため、磁気飽和し易い交流電動機であってもインバータが過電流で停止したり、交流電動機を焼損せずに減速停止することができる。
請求項１０記載の本発明によると、交流電動機が減速中は第１フィルタ部が出力する電圧検出値が予め設定した値になるように、予め設定された減速時間を調整するため、減速中は常に過励磁状態を維持できるため、通常の磁束レベルよりも短い時間で減速することができる。
請求項１１記載の本発明によると、減速時には第２フィルタ部の時定数を第１フィルタの時定数に対して大きくすると同時に与えられた電圧指令に設定されたゲインを乗算することにより過励磁状態で減速するため、通常の磁束レベルよりも短い時間で減速することができるインバータ装置を提供できる。
請求項１２記載の本発明によると、電流検出値の大きさに応じて、第２フィルタ部の時定数を調整またはゲインを調整またはその両方を調整するため、磁気飽和し易い交流電動機であってもインバータが過電流で停止したり、交流電動機を焼損せずに減速することができるインバータ装置を提供できる。
請求項１３記載の本発明によると、ｄ軸電流検出値の大きさに応じて、第２フィルタ部の時定数を調整またはゲインを調整またはその両方を調整するため、磁気飽和し易い交流電動機であってもインバータが過電流で停止したり、交流電動機を焼損せずに減速することができるインバータ装置を提供できる。
請求項１４記載の本発明によると、ｑ軸電流検出値の大きさに応じて、第２フィルタ部の時定数を調整またはゲインを調整またはその両方を調整するため、磁気飽和し易い交流電動機であってもインバータが過電流で停止したり、交流電動機を焼損せずに減速することができるインバータ装置を提供できる。
請求項１５記載の本発明によると、交流電動機が減速中は第１フィルタが出力する電圧検出値が予め設定した値になるように、予め設定された減速時間を調整するため、減速中は常に過励磁状態を維持できるため、通常の磁束レベルよりも短い時間で減速することができるインバータ装置を提供できる。
請求項１６記載の本発明によると、減速時には第２フィルタ部の時定数を第１フィルタ部の時定数に対して大きくすると同時に与えられた電圧指令に設定されたゲインを乗算することにより過励磁状態で減速するため、通常の磁束レベルよりも短い時間で減速することができる。
請求項１７に記載の本発明によると、電流検出値の大きさに応じて、第２フィルタ部の時定数を調整またはゲインを調整またはその両方を調整するため、磁気飽和し易い交流電動機であってもインバータが過電流で停止したり、交流電動機を焼損せずに減速することができる。
請求項１８記載の本発明によると、ｄ軸電流検出値の大きさに応じて、第２フィルタ部の時定数を調整またはゲインを調整またはその両方を調整するため、磁気飽和し易い交流電動機であってもインバータが過電流で停止したり、交流電動機を焼損せずに減速することができる。
請求項１９記載の本発明によると、ｑ軸電流検出値の大きさに応じて、第２フィルタ部の時定数を調整または前記ゲインを調整またはその両方を調整するため、磁気飽和し易い交流電動機であってもインバータが過電流で停止したり、交流電動機を焼損せずに減速することができる。
請求項２０記載の本発明によると、交流電動機が減速中は第１フィルタ部が出力する電圧検出値が予め設定した値になるように、予め設定された減速時間を調整するため、減速中は常に過励磁状態を維持できるため、通常の磁束レベルよりも短い時間で減速することができる。
請求項２１記載の本発明によると、減速時には第２フィルタ部の時定数を第１フィルタの時定数に対して大きくすると同時に減速指令が入力された時に出力している周波数と電圧指令のうち電圧指令のみを保持したまま、周波数のみを下げ、所定の周波数まで減速すると、周波数と電圧を設定したレートで減速させることにより過励磁状態で減速するため、通常の磁束レベルよりも短い時間で減速することができるインバータ装置を提供できる。
請求項２２記載の本発明によると、電流検出値の大きさに応じて、第２フィルタ部の時定数を短くし、第１フィルタの時定数まで変化させるまたは電流検出値が所定値以上になると電流の大きさに応じて、周波数が所定値まで減速する前であっても、電圧指令も下げるようにし、周波数と電圧のレートを通常制御状態のレートに戻すまたはその両方を実施するため、磁気飽和し易い交流電動機であってもインバータが過電流で停止したり、交流電動機を焼損せずに減速することができるインバータ装置を提供できる。
請求項２３記載の本発明によると、ｄ軸電流検出値の大きさに応じて、第２フィルタ部の時定数を短くし、第１フィルタの時定数まで変化させるまたは電流検出値が所定値以上になると電流の大きさに応じて、周波数が所定値まで減速する前であっても、電圧指令も下げるようにし、周波数と電圧のレートを通常制御状態のレートに戻すまたはその両方を実施するため、磁気飽和し易い交流電動機であってもインバータが過電流で停止したり、交流電動機を焼損せずに減速することができるインバータ装置を提供できる。
請求項２４記載の本発明によると、ｑ軸電流検出値の大きさに応じて、第２フィルタ部の時定数を短くし、第１フィルタの時定数まで変化させるまたは電流検出値が所定値以上になると電流の大きさに応じて、周波数が所定値まで減速する前であっても、電圧指令も下げるようにし、周波数と電圧のレートを通常制御状態のレートに戻すまたはその両方を実施するため、磁気飽和し易い交流電動機であってもインバータが過電流で停止したり、交流電動機を焼損せずに減速することができるインバータ装置を提供できる。
請求項２５記載の本発明によると、交流電動機が減速中は第１フィルタが出力する電圧検出値が予め設定した値になるように、予め設定された減速時間を調整するため、減速中は常に過励磁状態を維持できるため、通常の磁束レベルよりも短い時間で減速することができるインバータ装置を提供できる。
請求項２６記載の本発明によると、第２フィルタ部の時定数を第１フィルタ部の時定数に対して大きくすると同時に減速指令が入力された時に出力している周波数と電圧指令のうち電圧指令のみを保持したまま、周波数のみを下げ、所定の周波数まで減速すると、周波数と電圧を設定したレートで減速させることにより過励磁状態で減速するため、通常の磁束レベルよりも短い時間で減速するインバータ装置を提供することができる。
請求項２７記載の本発明によると、電流検出値の大きさに応じて、第２フィルタ部の時定数を短くし、第１フィルタの時定数まで変化させるまたは電流検出値が所定値以上になると電流の大きさに応じて、周波数が所定値まで減速する前であっても、電圧指令も下げるようにし、周波数と電圧のレートを通常制御状態のレートに戻すまたはその両方を実施するため、磁気飽和し易い交流電動機であってもインバータが過電流で停止したり、交流電動機を焼損せずに減速することができる。
請求項２８記載の本発明によると、ｄ軸電流検出値の大きさに応じて、第２フィルタ部の時定数を短くし、第１フィルタの時定数まで変化させるまたは電流検出値が所定値以上になると電流の大きさに応じて、周波数が所定値まで減速する前であっても、電圧指令も下げるようにし、周波数と電圧のレートを通常制御状態のレートに戻すまたはその両方を実施するため、磁気飽和し易い交流電動機であってもインバータが過電流で停止したり、交流電動機を焼損せずに減速することができる。
請求項２９記載の本発明によると、ｑ軸電流検出値の大きさに応じて、第２フィルタ部の時定数を短くし、第１フィルタの時定数まで変化させるまたは電流検出値が所定値以上になると電流の大きさに応じて、周波数が所定値まで減速する前であっても、電圧指令も下げるようにし、周波数と電圧のレートを通常制御状態のレートに戻すまたはその両方を実施するため、磁気飽和し易い交流電動機であってもインバータが過電流で停止したり、交流電動機を焼損せずに減速するインバータ装置を提供することができる。
請求項３０記載の本発明によると、交流電動機が減速中は第１フィルタが出力する電圧検出値が予め設定した値になるように、予め設定された減速時間を調整するため、減速中は常に過励磁状態を維持できるため、通常の磁束レベルよりも短い時間で減速することができる。

本発明の方法を適用するインバータ装置の第１の実施例のブロック図時定数調整部の例減速レート演算部の例本発明の方法を適用するインバータ装置の第２の実施例のブロック図ゲイン調整部の例本発明の方法を適用するインバータ装置の第３の実施例のブロック図電圧指令調整部のブロック図電圧指令保持部の例電圧指令減量分演算部の例従来例のインバータ装置の第１の実施例のブロック図従来例のインバータ装置の第２の実施例のブロック図従来例のインバータ装置の第２の実施例運転時のフローチャート

符号の説明

１交流電源
２コンバータ部３、１０２コンデンサ
４、１０３インバータ部
５交流電動機
６直流母線電圧検出部
７電流検出器
８電流変換部
９第１のフィルタ部
１０第２のフィルタ部
１１電圧指令補正部
１２減速レート設定部
１３減速レート演算部
１４ＳＦＳ
１５周波数／位相変換部
１６ＰＷＭ演算部
１７時定数調整部
１８ＰＩ制御部
１９乗算部
２０ゲイン調整部
２１電圧指令調整部
２２電圧指令保持部
２３電圧指令減量分演算部
２４リミット部
ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３スイッチ
１０１整流部
１０４交流電動機
１１１周波数設定器
１１４電圧・周波数変換回路
１１５変調回路
１１６ベースドライブ回路
１１８設定器
１１９比較器
１２０加減速制限回路
１２１電圧制御回路
２０１〜２０６トランジスタ
３０１コンバータ回路
３０２平滑コンデンサ
３０３インバータ回路
３０４、３１４、４２１マイクロコンピュータ
３０５ベースアンプ
３０６直流電圧検出回路
３０８誘導電動機
３１５スイッチング出力演算回路
３１６ＲＡＭ
３５０インバータ装置
４００運転指令装置
４２２キーシート
４２３表示器

以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。

図１は、本発明の方法を適用するインバータ装置の第１の実施例のブロック図、図２は時定数調整部の例、図３は減速レート演算部の例である。本実施形態における誘導電動機の制御装置は、交流電源１、コンバータ部２、コンデンサ３、インバータ部４、交流電動機５、直流母線電圧検出部６、電流検出器７、電流変換部８、第１のフィルタ部９、第２のフィルタ部１０、電圧指令補正部１１、減速レート設定部１２、減速レート演算部１３、ＳＦＳ１４、周波数／位相変換部１５、ＰＷＭ演算部１６、時定数調整部１７及びスイッチＳＷ１を備えている。本インバータ装置のコンバータ部２は交流電源１の交流電圧を整流することにより直流電圧に変換する。コンデンサ３はコンバータ部２により変換された直流電圧を平滑する。インバータ部４はパワー素子をＰＷＭ制御することにより任意の周波数と電圧の交流に変換し、交流電動機５に供給する。直流母線電圧検出部６はコンデンサ３の両端にかかる直流母線電圧Ｖ_ｄｃを検出する。電流検出器７は前記交流電動機５に供給される電流を検出する。電流変換部８は前記電流検出器７で検出された電流を交流電動機に流れる電流ｉ１及びトルク電流検出値ｉｑと励磁電流検出値ｉｄに分離する。第１フィルタ部９は直流母線電圧検出部６で検出した直流母線電圧Ｖ_ｄｃを時定数Ｔ_ｄｃ０の一次遅れフィルタを通した直流母線電圧検出値Ｖ_{ｄｃｆｉｌ１}として出力する。第２フィルタ部１０は直流母線電圧検出部６で検出した直流母線電圧Ｖ_ｄｃを時定数Ｔ_ｄｃの一次遅れフィルタを通した直流母線電圧補正値Ｖ_{ｄｃｆｉｌ２}として出力する。電圧指令補正部１１は任意の電圧指令Ｖ１＊とインバータ部４の出力電圧が一致するように前記直流母線電圧補正値Ｖ_{ｄｃｆｉｌ２}から電圧指令補正値を演算する。減速レート設定部１２は、前記交流電動機を最高回転数から停止させるまでの減速時間を定数あるいは電圧信号などで設定する手段である。減速レート演算部１３は、と前記直流母線電圧検出値Ｖ_{ｄｃｆｉｌ１}を一定に保つように前記減速レート設定部１２により設定された減速レートｆ_ｄｅｃ０から最適な減速レートｆ_ｄｅｃを演算する手段である。ＳＦＳ１４は、周波数指令ｆ１＊を図示しない加速時間設定手段により予め設定された加速レートあるいは前記減速レート演算部１３により演算された減速レートに従って出力周波数ｆ１を出力する手段である。周波数／位相変換部１５は前記ＳＦＳ１４から出力された出力周波数ｆ１を入力し、電圧位相の演算をする。ＰＷＭ演算部１６は前記電圧指令補正部１１からの電圧指令補正値と前記周波数／位相変換部１５からの電圧位相とからＰＷＭ信号を演算する。インバータ部４のパワー素子は前記ＰＷＭ演算部１６から出力されるＰＷＭ信号で駆動される。時定数調整部１７は交流電動機５に流れる電流の大きさに応じて、第２のフィルタ部１０で使用する時定数Ｔ_ｄｃを調整する。図２は前記時定数調整部１７の実施例であり横軸に電流、縦軸に第２フィルタ部１０のフィルタ時定数の関係を表したものである。前記時定数演算手段１７に入力される電流の大きさに応じて、第２フィルタ部１０で使用する時定数を演算するものであり、具体的な動作は後述する。図３は前記減速レート演算部１３の実施例であり、予め設定された減速中の直流母線電圧指令値Ｖ_ｄｃ＊と直流母線電圧検出値Ｖ_{ｄｃｆｉｌ１}とが一致するようにＰＩ制御部１８で減速レート補正値ｆ_{ｄｅｃｃｍｐ}を演算し、前記減速レート設定部１２により設定された減速レートｆ_ｄｅｃ０と前記減速レート補正値ｆ_{ｄｅｃｃｍｐ}を加算することにより最適な減速レートｆ_ｄｅｃを演算する。

本発明での通常運転状態から減速状態に移行する場合の動作を具体的に説明する。まず、通常制御状態では、ＳＷ１がａ側であり、第２フィルタ部１０は予め設定されているフィルタ時定数Ｔ_ｄｃ０で運転されるため、インバータ部４の出力電圧は電圧指令値Ｖ１＊に一致している。減速指令が入るとＳＷ１がｂ側に切替る。このときフィルタ時定数はＴ_ｄｃ０に比べてはるかに長い時定数のＴ_ｄｃ１になる。このため、減速中は第２フィルタ部１０の出力する直流母線電圧補正値Ｖ_{ｄｃｆｉｌ２}が減速開始時の値が維持されるようになる。実際には減速することにより直流母線電圧が上昇するため、電圧指令補正部１１が正しく動作せず、任意の電圧指令よりも大きな出力電圧を出すように電圧指令補正値を演算する。これにより交流電動機５が過励磁状態となるため、交流電動機５での鉄損や銅損等が増えるので、インバータ装置側に戻ってくる回生電力が小さくなり、インバータ装置が過電圧状態になりにくくなり、通常の磁束レベルに比べて減速時間を短くすることができる。減速開始してある程度時間が経過すると、前記第２フィルタ部１０の出力する直流母線電圧補正値Ｖ_{ｄｃｆｉｌ２}は次第に真値に近づくため、次第に電圧指令補正部１１が正しく動作するようになる。前記交流電動機５の負荷イナーシャが大きい場合には、減速停止する前に直流母線電圧補正値Ｖ_{ｄｃｆｉｌ２}は真値になるが、前記交流電動機５の持っている回転エネルギーは速度が高いほどエネルギーが大きく、速度が下がるとエネルギーは小さくなる。従って、減速開始時にフィルタ時定数をＴ_ｄｃ１にすることは、速度が高いところで過励磁にすることができるため、減速途中で直流母線電圧補正値Ｖ_{ｄｃｆｉｌ}は次第に真値になっても減速時間を短くできるという効果は大きい。

一方、近年磁気飽和し易い交流電動機５が増えてきており、過励磁にしようとしても磁気飽和してしまい電流ばかり流れてしまい磁束がそれ以上増えなくなってしまう。磁気飽和し易い交流電動機に従来例２のインバータ装置を適用した場合、減速時に２８３Ｖと設定して制御するため、交流電動機５が磁気飽和してしまうと交流電動機５に過大な電流が流れることとなり、インバータ装置が過電流異常となったり、交流電動機５がこの電流のために焼損してしまう可能性がある。そこで本発明では、図２のように交流電動機５に流れる電流ｉ１に応じて、ｉ１がｉ１_１になるまでは第２フィルタ部のフィルタ時定数Ｔ_ｄｃを第１フィルタ部のフィルタ時定数Ｔ_ｄｃ０の１０〜１００００倍程度のはるかに長いＴ_ｄｃ１にしておき、ｉ１_１を越えると徐々にフィルタ時定数を短くし、ｉ１_２になると第１フィルタ部９のフィルタ時定数Ｔ_ｄｃ０と同じ値に調整ことにより直流母線電圧補正値Ｖ_{ｄｃｆｉｌ２}が素早く真値に近づくため、過励磁状態から通常磁束状態に戻る。予めインバータ装置の特性や交流電動機の特性からｉ１_１やｉ１_２を設定することにより、磁気飽和し易い交流電動機でもインバータ装置の過電流異常や交流電動機５の焼損を心配することなく減速時間を短くすることができる。また、交流電動機５に流れる電流ｉ１に応じて、第２フィルタ部１０のフィルタ時定数を調整するのではなく、トルク電流検出値ｉｑや励磁電流検出値ｉｄに応じて、第２フィルタ部１０のフィルタ時定数を調整しても同様の効果が得られる。

また、通常前記交流電動機５を減速する場合には、前記減速レート設定部１２により設定された減速レートｆ_ｄｅｃ０に従って減速するようにしているが、上記説明のように、前記交流電動機５の負荷イナーシャが大きい場合には、前記交流電動機５の持っている回転エネルギーは速度が高いほどエネルギーが大きく、速度が下がるとエネルギーは小さくなるため、減速開始時には直流母線電圧の上昇が大きいが、速度が下がると直流母線電圧の上昇が小さくなり、前記交流電動機５での損失の方が大きくなると直流母線電圧は上昇しなくなる。第２フィルタ部１０のフィルタ時定数を大きくして、過励磁にする効果がなくなってしまう。そこで本発明では図３のように予め減速時の直流母線電圧指令値Ｖ_ｄｃ＊を設定しておき、直流母線電圧指令値Ｖ_ｄｃ＊に第１フィルタ部９から出力される直流母線電圧検出値Ｖ_{ｄｃｆｉｌ１}とが一致するように減速レートを調整することにより、常に直流母線電圧を直流母線電圧指令値Ｖ_ｄｃ＊に保つことができるため、常に過励磁状態を維持できるので、前記交流電動機５をできる限り短い時間で減速することができる。

図４は、本発明の方法を適用するインバータ装置の第２の実施例のブロック図、図５はゲイン調整部の例である。本実施形態における誘導電動機の制御装置は、交流電源１、コンバータ部２、コンデンサ３、インバータ部４、交流電動機５、直流母線電圧検出部６、電流検出器７、電流変換部８、第１フィルタ部９、第２フィルタ部１０、電圧指令補正部１１、減速レート設定部１２、減速レート演算部１３、ＳＦＳ１４、周波数／位相変換部１５、ＰＷＭ演算部１６、時定数調整部１７、乗算部１９、ゲイン調整部２０及びスイッチＳＷ１、ＳＷ２を備えている。本インバータ装置のコンバータ部２は交流電源１の交流電圧を整流することにより直流電圧に変換する。コンデンサ３はコンバータ部２により変換された直流電圧を平滑する。インバータ部４はパワー素子をＰＷＭ制御することにより任意の周波数と電圧の交流に変換し、交流電動機５に供給する。直流母線電圧検出部６はコンデンサ３の両端にかかる直流母線電圧Ｖ_ｄｃを検出する。電流検出器７は前記交流電動機５に供給される電流を検出する。電流変換部８は前記電流検出器７で検出された電流を交流電動機に流れる電流ｉ１及びトルク電流検出値ｉｑと励磁電流検出値ｉｄに分離する。第１のフィルタ部９は直流母線電圧検出部６で検出した直流母線電圧Ｖ_ｄｃを時定数Ｔ_ｄｃ０の一次遅れフィルタを通した直流母線電圧検出値Ｖ_{ｄｃｆｉｌ１}として出力する。第２フィルタ部１０は直流母線電圧検出部６で検出した直流母線電圧Ｖ_ｄｃを時定数Ｔ_ｄｃの一次遅れフィルタを通した直流母線電圧補正値Ｖ_{ｄｃｆｉｌ２}として出力する。ゲイン調整部２０は交流電動機５に流れる電流の大きさに応じてゲインＧを調整する。乗算部１９は任意の電圧指令Ｖ１＊とゲインＧを乗算し、調整後の電圧指令Ｖ１＊’を出力する。電圧指令補正部１１は調整後の電圧指令Ｖ１＊’とインバータ部４の出力電圧が一致するように前記直流母線電圧補正値Ｖ_{ｄｃｆｉｌ２}から電圧指令補正値を演算する。減速レート設定部１２は、前記交流電動機を最高回転数から停止させるまでの減速時間を定数あるいは電圧信号などで設定する手段である。減速レート演算部１３は、前記直流母線電圧検出値Ｖ_{ｄｃｆｉｌ１}を一定に保つように減速レート設定部１２により設定された減速レートｆ_ｄｅｃ０から最適な減速レートｆ_ｄｅｃを演算する手段である。ＳＦＳ１４は、周波数指令ｆ１＊を図示しない加速時間設定手段により予め設定された加速レートあるいは前記減速レート演算部１３により演算された減速レートに従って出力周波数ｆ１を出力する手段である。周波数／位相変換部１５は前記ＳＦＳ１４から出力された出力周波数ｆ１を入力し、電圧位相の演算をする。ＰＷＭ演算部１６は電圧指令補正部１１からの電圧指令補正値と前記周波数／位相変換部１５からの電圧位相とからＰＷＭ信号を演算する。インバータ部４のパワー素子は前記ＰＷＭ演算部１６から出力されるＰＷＭ信号で駆動される。図５は前記ゲイン調整部２０の実施例であり横軸に電流、縦軸にゲインＧの関係を表したものである。前記ゲイン調整部２０に入力される電流の大きさに応じて、ゲインＧを演算するものであり、具体的な動作は後述する。

本発明での通常運転状態から減速状態に移行する場合の動作を具体的に説明する。まず、通常制御状態では、ＳＷ２がａ側であり、ゲインＧは１．０であるため、任意の電圧指令Ｖ１＊と調整後の電圧指令Ｖ１＊’が一致しており、同時にＳＷ１がａ側であり、第２フィルタ部のフィルタ時定数は第１フィルタ部のフィルタ時定数と同じフィルタ時定数Ｔ_ｄｃ０で運転されるため、インバータ部４の出力電圧は電圧指令値Ｖ１＊に一致している。減速指令が入るとＳＷ１及びＳＷ２がｂ側に切替る。このときゲインＧは予め設定するものであって、１．０〜２．０の範囲内で１．０よりも大きな値としておくため、任意の電圧指令Ｖ１＊に対して、調整後の電圧指令Ｖ１＊’はこのゲインＧの分だけ大きくなる。また、第２フィルタ部のフィルタ時定数はＴ_ｄｃ０の１０〜１００００倍程度のはるかに長い時定数のＴ_ｄｃ１になる。このため、減速中は第２フィルタ部１０の出力する直流母線電圧補正値Ｖ_{ｄｃｆｉｌ２}が減速開始時の値が維持されるようになる。実際には減速することにより直流母線電圧が上昇するため、電圧指令補正部１１が正しく動作せず、調整後の電圧指令Ｖ１＊’よりも大きな出力電圧を出すように電圧指令補正値を演算する。これにより交流電動機５が過励磁状態となるため、交流電動機５での鉄損や銅損等が増えるので、インバータ装置側に戻ってくる回生電力が小さくなり、インバータ装置が過電圧状態になりにくくなり、通常の磁束レベルに比べて減速時間を短くすることができる。減速開始してある程度時間が経過すると、第２フィルタ部１０の出力する直流母線電圧補正値Ｖ_{ｄｃｆｉｌ２}は次第に真値に近づくため、次第に前記電圧指令補正部１１が正しく動作するようになる。

一方、近年磁気飽和し易い交流電動機５が増えてきており、過励磁にしようとしても磁気飽和してしまい電流ばかり流れてしまい磁束がそれ以上増えなくなってしまう。磁気飽和し易い交流電動機に従来例２のインバータ装置を適用した場合、減速時に２８３Ｖと設定して制御するため、交流電動機５が磁気飽和してしまうと交流電動機５に過大な電流が流れることとなり、インバータ装置が過電流異常となったり、交流電動機５がこの電流のために焼損してしまう可能性がある。そこで本発明では、図２のように交流電動機５に流れる電流ｉ１に応じて、ｉ１がｉ１_１になるまでは第２フィルタ部のフィルタ時定数Ｔ_ｄｃを第１フィルタ部のフィルタ時定数Ｔ_ｄｃ０の１０〜１００００倍程度のはるかに長いＴ_ｄｃ１にしておき、ｉ１_１を越えると徐々にフィルタ時定数を短くし、ｉ１_２になると第１フィルタ部９のフィルタ時定数Ｔ_ｄｃ０と同じ値に調整ことにより直流母線電圧補正値Ｖ_{ｄｃｆｉｌ２}が素早く真値に近づくため、過励磁状態から通常磁束状態に戻る。予めインバータ装置の特性や交流電動機の特性からｉ１_１やｉ１_２を設定することにより、磁気飽和し易い交流電動機でもインバータ装置の過電流異常や交流電動機５の焼損を心配することなく減速時間を短くすることができる。また、交流電動機５に流れる電流ｉ１に応じて、第２フィルタ部１０のフィルタ時定数を調整するのではなく、トルク電流検出値ｉｑや励磁電流検出値ｉｄに応じて、第２フィルタ部１０のフィルタ時定数を調整しても同様の効果が得られる。または、図５のように交流電動機５に流れる電流ｉ１に応じて、ｉ１がｉ１_３になるまではゲインを予め設定された１．０よりも大きな値にしておき、ｉ１_３を越えると徐々にゲインを小さくし、ｉ１_４になると１．０に戻すことにより過励磁状態から通常磁束状態に戻る。予めインバータ装置の特性や交流電動機の特性からｉ１_３やｉ１_４を設定することにより、磁気飽和し易い交流電動機でもインバータ装置の過電流異常や交流電動機５の焼損を心配することなく減速時間を短くすることができる。また、交流電動機５に流れる電流ｉ１に応じて、ゲインを調整するのではなく、トルク電流検出値ｉｑや励磁電流検出値ｉｄに応じて、ゲインを調整しても同様の効果が得られる。または、交流電動機５に流れる電流ｉ１に応じて、第２フィルタ部１０のフィルタ時定数を調整すると同時にゲインを調整することでも同様の効果が得られる。または、交流電動機５に流れる電流ｉ１に応じて、第２フィルタ部のフィルタ時定数を調整すると同時にゲインを調整するのではなく、トルク電流検出値ｉｑや励磁電流検出値ｉｄに応じて、第２フィルタ部のフィルタ時定数を調整すると同時にゲインを調整することでも同様の効果が得られる。

図６は、本発明の方法を適用するインバータ装置の第３の実施例のブロック図、図７は電圧指令調整部のブロック図、図８は電圧指令保持部の例、図９は電圧指令減量分演算部の例である。本実施形態における誘導電動機の制御装置は、交流電源１、コンバータ部２、コンデンサ３、インバータ部４、交流電動機５、直流母線電圧検出部６、電流検出器７、電流変換部８、第１フィルタ部９、第２フィルタ部１０、電圧指令補正部１１、減速レート設定部１２、減速レート演算部１３、ＳＦＳ１４、周波数／位相変換部１５、ＰＷＭ演算部１６、時定数調整部１７、電圧指令調整部２１及びスイッチＳＷ１、ＳＷ３を備えている。本インバータ装置のコンバータ部２は交流電源１の交流電圧を整流することにより直流電圧に変換する。コンデンサ３はコンバータ部２により変換された直流電圧を平滑する。インバータ部４はパワー素子をＰＷＭ制御することにより任意の周波数と電圧の交流に変換し、交流電動機５に供給する。直流母線電圧検出部６はコンデンサ３の両端にかかる直流母線電圧Ｖ_ｄｃを検出する。電流検出器７は前記交流電動機５に供給される電流を検出する。電流変換部８は前記電流検出器７で検出された電流を交流電動機に流れる電流ｉ１及びトルク電流検出値ｉｑと励磁電流検出値ｉｄに分離する。第１のフィルタ部９は直流母線電圧検出部６で検出した直流母線電圧Ｖ_ｄｃを時定数Ｔ_ｄｃ０の一次遅れフィルタを通した直流母線電圧検出値Ｖ_{ｄｃｆｉｌ１}として出力する。第２のフィルタ部１０は直流母線電圧検出部６で検出した直流母線電圧Ｖ_ｄｃを時定数Ｔ_ｄｃの一次遅れフィルタを通した直流母線電圧補正値Ｖ_{ｄｃｆｉｌ２}として出力する。電圧指令調整部２１は図７のように任意の電圧指令Ｖ１＊と任意の出力周波数ｆ１と交流電動機５に流れる電流の大きさに応じて、調整後の電圧指令Ｖ１＊’を出力する。電圧指令補正部１１は調整後の電圧指令Ｖ１＊’とインバータ部４の出力電圧が一致するように前記直流母線電圧補正値Ｖ_{ｄｃｆｉｌ２}から電圧指令補正値を演算する。減速レート設定部１２は、前記交流電動機を最高回転数から停止させるまでの減速時間を定数あるいは電圧信号などで設定する手段である。減速レート演算部１３は、と前記直流母線電圧検出値Ｖ_{ｄｃｆｉｌ１}を一定に保つように前記減速レート設定部１２により設定された減速レートｆ_ｄｅｃ０から最適な減速レートｆ_ｄｅｃを演算する手段である。ＳＦＳ１４は、周波数指令ｆ１＊を図示しない加速時間設定手段により予め設定された加速レートあるいは前記減速レート演算部１３により演算された減速レートに従って出力周波数ｆ１を出力する手段である。周波数／位相変換部１５は前記ＳＦＳ１４から出力された出力周波数ｆ１を入力し、電圧位相の演算をする。ＰＷＭ演算部１６は前記電圧指令補正部１１からの電圧指令補正値と前記周波数／位相変換部１５からの電圧位相とからＰＷＭ信号を演算する。インバータ部４のパワー素子は前記ＰＷＭ演算部１６から出力されるＰＷＭ信号で駆動される。図７は前記電圧指令調整部２１の実施例であり、電圧指令保持部２２、電圧指令減量分演算部２３、リミット部２４で構成され、前記電圧指令保持部２２の出力から前記電圧指令減量分演算部２３の出力を減算した結果を図８の破線のように予め設定されている出力周波数と出力電圧指令の関係よりも出力電圧指令が下がらないようにリミットするものであり、具体的な動作は後述する。図８は前記電圧指令保持部２２の実施例であり、横軸に出力周波数、縦軸に出力電圧指令の関係を表したものである。前記電圧指令保持部２２に入力される周波数に応じて、出力電圧を演算するものであり、具体的な動作は後述する。図９は前記電圧指令減量分演算部２３の実施例であり、横軸に電流、縦軸に出力電圧減量分の関係を表したものである。電圧指令減量分演算部２３に入力される電流に応じて、出力電圧の減量分を演算するものであり、具体的な動作は後述する。

本発明での通常運転状態から減速状態に移行する場合の動作を具体的に説明する。まず、通常制御状態では、ＳＷ３がａ側であり、電圧指令補正部１１に入力される電圧指令は任意の電圧指令Ｖ１＊となると同時にＳＷ１がａ側であり、第２フィルタ部のフィルタ時定数は第１フィルタ部のフィルタ時定数と同じフィルタ時定数Ｔ_ｄｃ０で運転されるため、インバータ部４の出力電圧は電圧指令値Ｖ１＊に一致している。減速指令が入るとＳＷ１及びＳＷ３がｂ側に切替る。このとき電圧指令補正部１１に入力される電圧指令は電圧指令調整部２１が出力する調整後の電圧指令Ｖ１＊’となる。前記電圧指令調整部２１の動作は、図８のように電圧指令保持部２２で周波数が予め設定したｆ１_１より高い場合、減速開始した場合の電圧指令を保持しｆ１_１よりも減速した場合には徐々に通常の一点破線に示すような周波数と電圧の比に近づける、そして、ｆ１_２よりも減速した場合には、通常の電圧と周波数の比になるような調整後の電圧指令Ｖ１＊’を出力する。また、第２フィルタ部のフィルタ時定数はＴ_ｄｃ０の１０〜１００００倍程度のはるかに長い時定数のＴ_ｄｃ１になる。このため、減速中は第２フィルタ部１０の出力する直流母線電圧補正値Ｖ_{ｄｃｆｉｌ２}が減速開始時の値で維持されるようになる。実際には減速することにより直流母線電圧が上昇するため、電圧指令補正部１１が正しく動作せず、調整後の電圧指令Ｖ１＊’よりも大きな出力電圧を出すように電圧指令補正値を演算する。これにより交流電動機５が過励磁状態となるため、交流電動機５での鉄損や銅損等が増えるので、インバータ装置側に戻ってくる回生電力が小さくなり、インバータ装置が過電圧状態になりにくくなり、通常の磁束レベルに比べて減速時間を短くすることができる。

一方、近年磁気飽和し易い交流電動機５が増えてきており、過励磁にしようとしても磁気飽和してしまい電流ばかり流れてしまい磁束がそれ以上増えなくなってしまう。磁気飽和し易い交流電動機に従来例２のインバータ装置を適用した場合、減速時に２８３Ｖと設定して制御するため、交流電動機５が磁気飽和してしまうと交流電動機５に過大な電流が流れることとなり、インバータ装置が過電流異常となったり、交流電動機５がこの電流のために焼損してしまう可能性がある。そこで本発明では、図２のように交流電動機５に流れる電流ｉ１に応じて、ｉ１がｉ１_１になるまでは第２フィルタ部のフィルタ時定数Ｔ_ｄｃを第１フィルタ部のフィルタ時定数Ｔ_ｄｃ０の１０〜１００００倍程度のはるかに長いＴ_ｄｃ１にしておき、ｉ１_１を越えると徐々にフィルタ時定数を短くし、ｉ１_２になると第１のフィルタ部９のフィルタ時定数Ｔ_ｄｃ０と同じ値に調整ことにより直流母線電圧補正値Ｖ_{ｄｃｆｉｌ２}が素早く真値に近づくため、過励磁状態から通常磁束状態に戻る。予めインバータ装置の特性や交流電動機の特性からｉ１_１やｉ１_２を設定することにより、磁気飽和し易い交流電動機でもインバータ装置の過電流異常や交流電動機５の焼損を心配することなく減速時間を短くすることができる。また、交流電動機５に流れる電流ｉ１に応じて、第２フィルタ部１０のフィルタ時定数を調整するのではなく、トルク電流検出値ｉｑや励磁電流検出値ｉｄに応じて、第２フィルタ部１０のフィルタ時定数を調整しても同様の効果が得られる。または、交流電動機５に流れる電流ｉ１に応じて、電圧指令減量分演算部２３が電圧指令保持部２２の出力を調整することにより過励磁状態から通常磁束状態に戻すことにより同じ効果が得られる。また、交流電動機５に流れる電流ｉ１に応じて、電圧指令と周波数のレートを調整するのではなく、トルク電流検出値ｉｑや励磁電流検出値ｉｄに応じて、電圧指令と周波数のレートを調整しても同様の効果が得られる。または、交流電動機５に流れる電流ｉ１に応じて、電圧指令と周波数のレートを調整すると同時に第２フィルタ部１０のフィルタ時定数を調整しても同様の効果が得られる。また、トルク電流検出値ｉｑや励磁電流検出値ｉｄに応じて、電圧指令と周波数のレートを調整すると同時に第２フィルタ部１０のフィルタ時定数を調整しても同様の効果が得られる。

本発明では交流電源をコンバータ部により直流に変換するインバータ装置の例で説明したが、交流電源及びコンバータ部をバッテリーなどの直流電源に置き換えたインバータ装置であっても、同様な方法で交流電動機を過励磁にした状態で減速することにより、減速時間を短くすることができる。また、図２の時定数調整部１７は電流検出値に対して、時定数が直線状に変化するような例で示したが、任意の関数で定義しても同様の効果が得られる。また、図３の減速レート演算部１３は減速レートの実施例を示したが、入力と出力の関係を減速時間に置き換えても問題ない。また、直流母線電圧を直流母線電圧指令値に一致させるようにＰＩ制御部を用いているが、Ｐ制御手段を用いてもよいし、その他の任意の関数を用いて減速レートを制御してもよい。また、図５のゲイン調整部１９は電流検出値に対して、ゲインが直線状に変化するような例で示したが、任意の関数で定義しても同様の効果が得られる。また、図８の電圧指令保持部２２は周波数がｆ１_１〜ｆ１_２まで直線状に元の周波数と電圧のレートとなるように変化させているが、任意の関数であっても同様の効果が得られる。また、図９の電圧指令減量分演算部２３は電流に対して不感帯を持たせたり、電流に比例して電圧減量分を演算しているが、任意の関数であっても同様の効果が得られる。

Claims

交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、直流電圧を平滑するコンデンサと、前記直流電圧を交流に変換して交流電動機を駆動するインバータ部と、電動機に流れる電流検出値を生成する電流変換部と、前記インバータ部のパワー素子のゲートを駆動する信号を生成するＰＷＭ演算部とからなるインバータ装置において、
直流電圧を検出する直流電圧検出部と、
前記直流電圧検出部の出力をフィルタリングする二つのローパスフィルタである第１フィルタ部および第２フィルタ部と、
電動機の減速時間を設定する減速レート設定部と、
前記第１フィルタ部の出力と前記減速レート設定部の出力から電動機駆動周波数を演算する減速レート演算部と、
第２フィルタ部の出力と与えられた電圧指令から電圧指令を補正する電圧指令補正部とを有し、
減速時は前記第２フィルタ部の時定数を、前記第１フィルタ部の時定数の１０〜１００００倍とすることを特徴とするインバータ装置。
前記電流検出値が所定値以上になると電流の大きさに応じて、前記第２フィルタ部の時定数を減速時の初期値から前記第１フィルタ部の時定数まで徐々に減少させることを特徴とする請求項１記載のインバータ装置。
前記電流検出値から求めたｄ軸電流検出値が所定値以上になるとｄ軸電流の大きさに応じて、前記第２フィルタ部の時定数を減速時の初期値から前記第１フィルタ部の時定数まで徐々に減少させることを特徴とする請求項１記載のインバータ装置。
前記電流検出値から求めたｑ軸電流検出値が所定値以上になるとｑ軸電流の大きさに応じて、前記第２フィルタ部の時定数を減速時の初期値から前記第１フィルタ部の時定数まで徐々に減少させることを特徴とする請求項１記載のインバータ装置。
前記交流電動機が減速中は第１フィルタ部の出力が予め設定した値になるように、予め設定された減速時間を調整することを特徴とする請求項１記載のインバータ装置。
交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、直流電圧を平滑するコンデンサと、前記直流電圧を交流に変換して交流電動機を駆動するインバータ部と、電流検出値を生成する電流変換部と、前記インバータ部のパワー素子のゲートを駆動する信号を生成するＰＷＭ演算部とからなるインバータ装置の電動機減速方法において、
直流電圧を検出するステップと、
電流検出値を求めるステップと、
前記直流電圧を第１フィルタ部でフィルタリングするステップと、
通常運転時は第１フィルタ部の時定数と同じ時定数でありかつ減速時には第１フィルタ部より１０〜１００００倍大きな時定数で前記直流電圧を第２フィルタ部でフィルタリングするステップと、
電動機の減速時間を設定する減速レート設定部により設定された減速レートと前記第１フィルタ部の出力により電動機駆動周波数を演算するステップと、
第２フィルタ部の出力と与えられた電圧指令から電圧指令を補正するステップという手順で電動機を減速することを特徴とするインバータ装置の電動機減速方法。
前記電流検出値が所定値以上になると電流の大きさに応じて、前記第２フィルタ部の時定数を減速時の初期値から前記第１フィルタ部の時定数まで徐々に減少させることを特徴とする請求項６記載のインバータ装置の電動機減速方法。
前記電流検出値から求めたｄ軸電流検出値が所定値以上になるとｄ軸電流の大きさに応じて、前記第２フィルタ部の時定数を減速時の初期値から前記第１フィルタ部の時定数まで徐々に減少させることを特徴とする請求項６記載のインバータ装置の電動機減速方法。
前記電流検出値から求めたｑ軸電流検出値が所定値以上になるとｑ軸電流の大きさに応じて、前記第２フィルタ部の時定数を減速時の初期値から前記第１フィルタ部の時定数まで徐々に減少させることを特徴とする請求項６記載のインバータ装置の電動機減速方法。
前記交流電動機が減速中は第１フィルタ部が出力する電圧検出値が予め設定した値になるように、予め設定された減速時間を調整することを特徴とする請求項６記載のインバータ装置の電動機減速方法。
任意の電圧指令（V1＊）と、通常運転時には1、減速時には予め設定されたゲインと、を乗算する乗算部を備えたことを特徴とする請求項1記載のインバータ装置。
前記電流検出値が第1所定電流値以上になると電流の大きさに応じて、前記第２フィル
タ部の時定数を減速時の初期値から前記第１フィルタ部の時定数まで徐々に減少させ、電流検出値が第２所定電流値以上になると電流の大きさに応じて、前記ゲインを徐々に下げて１に戻すことを特徴とする請求項１１記載のインバータ装置。
前記電流検出値から求めたｄ軸電流検出値が所定値以上になるとｄ軸電流の大きさに応じて、前記第２フィルタ部の時定数を減速時の初期値から前記第１フィルタ部の時定数まで徐々に減少させ、ｄ軸電流検出値が第１所定電流値以上になると電流の大きさに応じて、前記ゲインを徐々に下げて１に戻すことを特徴とする請求項１１記載のインバータ装置。
前記電流検出値から求めたｑ軸電流検出値が所定値以上になるとｑ軸電流の大きさに応じて、前記第２フィルタ部の時定数を減速時の初期値から前記第１フィルタ部の時定数まで徐々に減少させ、ｑ軸電流検出値が第１所定電流値以上になると電流の大きさに応じて、前記ゲインを徐々に下げて１に戻すことを特徴とする請求項１１記載のインバータ装置。
前記交流電動機が減速中は第１フィルタ部が出力する電圧検出値が予め設定した値になるように、予め設定された減速時間を調整することを特徴とする請求項１１記載のインバータ装置。
乗算部により与えられた電圧指令と通常運転時には１そして減速時には予め設定されたゲインを乗算するステップと、
前記乗算部の出力と前記第２フィルタ部の出力から電圧指令を補正するステップを備えたことを特徴とする請求項６記載のインバータ装置の電動機減速方法。
前記電流検出値が所定値以上になると電流の大きさに応じて、前記第２フィルタ部の時定数を減速時の初期値から前記第１フィルタ部の時定数まで徐々に減少させ、前記電流検出値が第１の所定値以上になると電流の大きさに応じて、前記ゲインを徐々に下げて１に戻すステップを備えたことを特徴とする請求項１６記載のインバータ装置の電動機減速方法。
前記電流検出値からもとめたｄ軸電流検出値が所定値以上になるとｄ軸電流の大きさに応じて、前記第２フィルタ部の時定数を減速時の初期値から前記第１フィルタ部の時定数まで徐々に減少させ、前記ｄ軸電流検出値が第１の所定値以上になると電流の大きさに応じて、前記ゲインを徐々に下げて１に戻すステップを備えたことを特徴とする請求項１６記載のインバータ装置の電動機減速方法。
前記電流検出値から求めたｑ軸電流検出値が所定値以上になるとｑ軸電流の大きさに応じて、前記第２フィルタ部の時定数を減速時の初期値から前記第１フィルタ部の時定数まで徐々に減少させ、前記ｑ軸電流検出値が第１の所定値以上になると電流の大きさに応じて、前記ゲインを徐々に下げて１に戻すステップを備えたことを特徴とする請求項１６記載のインバータ装置の電動機減速方法。
前記交流電動機が減速中は第１フィルタ部の電圧検出値が予め設定された値になるように予め設定された減速時間を調整するステップを備えたことを特徴とする請求項１６記載のインバータ装置の電動機減速方法。
減速時は前記第２フィルタ部の時定数を、前記第１フィルタ部の時定数以上とするとともに、電圧指令を保持したまま所定の周波数まで下げ、その後、予め設定した周波数と電圧のレートで減速させることを特徴とする請求項１記載のインバータ装置。
前記電流検出値が所定値以上になると電流の大きさに応じて、前記第２フィルタ部の時定数を減速時の初期値から前記第１フィルタ部の時定数まで徐々に減少させ、電流検出値が所定値以上になると電流の大きさに応じて、周波数を所定値まで減速する前であっても、電圧指令を下げるようにし、周波数と電圧のレートを通常制御状態のレートに徐々に戻すことを特徴とする請求項２１記載のインバータ装置。
前記電流検出値から求めたｄ軸電流検出値が所定値以上になるとｄ軸電流の大きさに応じて、前記第２フィルタ部の時定数を減速時の初期値から前記第１フィルタ部の時定数まで徐々に減少させ、ｄ軸電流検出値が所定値以上になるとｄ軸電流の大きさに応じて、周波数を所定値まで減速する前であっても、電圧指令を下げるようにし、周波数と電圧のレートを通常制御状態のレートに徐々に戻すことを特徴とする請求項２１記載のインバータ装置。
前記電流検出値から求めたｑ軸電流検出値が所定値以上になるとｑ軸電流の大きさに応じて、前記第２フィルタ部の時定数減速時の初期値から前記第１フィルタ部の時定数まで徐々に減少させ、ｑ軸電流検出値が所定値以上になるとｑ軸電流の大きさに応じて、周波数を所定値まで減速する前であっても、電圧指令を通常制御状態時以下とし、周波数と電圧のレートを通常制御状態のレートに徐々に戻すことを特徴とする請求項２１記載のインバータ装置。
前記交流電動機が減速中は第１フィルタが出力する電圧検出値が予め設定した値になるように、予め設定された減速時間を調整することを特徴とする請求項２１記載のインバータ装置。
電圧指令のみを保持したまま、周波数のみを下げ、所定の周波数まで減速すると、周波数と電圧を設定したレートで減速させるステップを備えたことを特徴とする請求項６記載のインバータ装置の電動機減速方法。
前記電流検出値が所定値以上になると電流の大きさに応じて、前記第２フィルタ部の時定数を減速時の初期値から前記第１フィルタ部の時定数まで徐々に減少させ、前記電流検出値が所定値以上になると電流の大きさに応じて、周波数が所定値まで減速する前であっても、電圧指令も通常制御状態時以下とし、周波数と電圧のレートを通常制御状態のレートに徐々に戻すステップを備えたことを特徴とする請求項２６記載のインバータ装置の電動機減速方法。
前記電流検出値から求めたｄ軸電流検出値が所定値以上になるとｄ軸電流の大きさに応じて、前記第２フィルタ部の時定数を減速時の初期値から前記第１フィルタ部の時定数まで徐々に減少させ、ｄ軸電流検出値が所定値以上になるとｄ軸電流の大きさに応じて、周波数を所定値まで減速する前であっても、電圧指令を通常運転状態時以下とし、周波数と電圧のレートを通常制御状態のレートに徐々に戻すステップを備えたことを特徴とする請求項２６記載のインバータ装置の電動機減速方法。
前記電流検出値から求めたｑ軸電流検出値が所定値以上になるとｑ軸電流の大きさに応じて、前記第２フィルタ部の時定数を減速時の初期値から前記第１フィルタ部の時定数まで徐々に減少させ、ｑ軸電流検出値が所定値以上になるとｑ軸電流の大きさに応じて、周波数を所定値まで減速する前であっても、電圧指令を通常運転状態時以下とし、周波数と電圧のレートを通常制御状態のレートに徐々に戻すステップを備えたことを特徴とする請求項２６記載のインバータ装置の電動機減速方法。
前記交流電動機が減速中は第１フィルタ部が出力する電圧検出値が予め設定した値になるように、予め設定された減速時間を調整するステップを備えたことを特徴とする請求項２６記載のインバータ装置の電動機減速方法。