JP4774960B2 - 誘導電動機の制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、可変電圧可変周波数インバータから誘導電動機に給電しつつ、該電動機を
可変速制御する誘導電動機の制御方法に関わり、特に、前記電動機の空転時の回転速度推定値の導出方法を関する。

近年、誘導電動機を駆動する可変電圧可変周波数インバータ（以下、単にインバータと
も称する）が停止していて誘導電動機が空転している状態での再起動、例えば、インバー
タの入力電源である商用電源などの瞬時停電回復後に再起動する際の誘導電動機の制御方
法としては、下記特許文献１，２などに記載されているものが知られている。
特許第３６３６３４０号公報 特開平１１−３４６５００号公報

しかしながら、誘導電動機の空転時に、インバータの主回路を形成する半導体スイッチ
ング素子のうち、少なくとも一つをオン・オフさせて該電動機の巻線間を短絡させ、この
ときに流れる巻線電流値から該電動機の回転速度の推定値を演算する、例えば、上記特許
文献１に記載されている制御方法は、このときの誘導電動機の誘起電圧を利用しているため、永久磁石界磁を有する同期電動機や残留電圧が存在する誘導電動機には適用可能であるが、残留電圧が減衰した誘導電動機には適用できないという難点があった。

また、誘導電動機の空転時に、インバータから前記電動機に供給した電圧または電流か
ら該電動機の回転速度の推定値を演算する、例えば、上記特許文献２に記載されている制
御方法は、このときの誘導電動機に残留電圧が存在する場合には回転速度推定演算に影響
を与えるために、残留電圧が十分に減衰してから行う必要があった。

この発明の目的は、誘導電動機の空転時の状態に依存すること無く、該電動機の回転速
度が推定できる誘導電動機の制御方法を提供することにある。

この発明は、可変電圧可変周波数インバータから誘導電動機に給電しつつ、該電
動機を可変速制御する誘導電動機の制御方法において、
このときに流れる巻線電流値を検出し、前記巻線電流値が予め定めた下限値以上のときには、再度、前記半導体スイッチング素子をオン・オフさせて前記電動機の巻線を短絡させ、双方の巻線電流値に基づいて該電動機の回転速度推定値を導出し、前記巻線電流値が予め定めた下限値未満のときには、新たに、前記インバータから前記電動機に供給した電圧または電流に基づいて該電動機の回転速度推定値を導出し、得られた回転速度推定値に基づいて、前記インバータからの給電を開始して前記電動機を再起動させることを特徴とする。

この発明によれば、可変電圧可変周波数インバータの主回路を形成する半導体スイッチ
ング素子のうち、少なくとも一つをオン・オフさせて誘導電動機の巻線間を短絡させ、こ
のときに流れる巻線電流値が予め定めた下限値以上のとき、または前記下限値未満のとき
とで、前記電動機の回転速度推定値の導出方法を切り替えるようにしたことで、この誘導電動機の回転速度の推定値を確実に得ることができる。

図１は、この発明の実施例を示す回路構成図であり、１は交流電動機としての誘導電動
機、２は誘導電動機１に所望の一次電圧（ｖ₁）を供給するインバータ、３はインバータ
２から誘導電動機１への一次電流（ｉ₁）を検出する電流検出器、４は前記ｖ₁を発生する
ための電圧指令値（ｖ₁ ^*）を生成する電圧指令値演算手段、５は誘導電動機１が空転時の
回転速度の推定値（ω_r ^#）を演算する空転時速度推定手段、６はインバータ２，電圧指令
値演算手段４，空転時速度推定手段５などの動作を指令するシーケンス回路である。

この電圧指令値演算手段４では、シーケンス回路６からのシーケンス信号に基づいた誘
導電動機１の通常運転時の動作として、外部などから指令される誘導電動機１の一次角周
波数指令値（ω₁）と、このω₁を時間積分して得られる位相角指令値（θ₁）に基づき電
流検出器３で検出された誘導電動機１の電流ｉ₁を座標変換したｄ−ｑ軸のそれぞれ電流
と、誘導電動機１の電動機定数とからｄ−ｑ軸それぞれの電圧指令値を演算し、さらにこ
れらの値を前記θ₁に基づき座標変換した前記ｖ₁を生成している。

次に、誘導電動機１が空転時の前記ω_r ^#を導出する方法について、図２に示す空転時速
度推定手段５の動作フローチャートと図３，４に示すその動作波形図とを参照しつつ、以
下に説明をする。

図２において、例えば、シーケンス回路６がインバータ２の入力電源である商用電源な
どの瞬時停電を検知してインバータ２の主回路をパルスオフさせた状態から、この瞬時停
電の回復を検知すると、前記主回路の半導体スイッチング素子の少なくとも一つをオン・
オフさせて固定子巻線を短絡させる（例えば、前記主回路の上アームの半導体スイッチン
グ素子それぞれをオン状態，下アームの半導体スイッチング素子それぞれをオフ状態とす
る）。以下では、この上，下アームの状態を零電圧とも称する（ステップＳ１）。固定子
巻線が短絡すると、逆起電力によって巻線に電流が流れるので、図３に示すように零電圧
の期間がＴ１経過する直前の誘導電動機１の巻線電流の電流検出器３を介した検出値ｉ₁
（Ｔ１）を記憶するとともに、この値と下限値ｉ_thとの関係を判定し（ステップＳ２）、
ｉ₁（Ｔ１）≧ｉ_thのときにはインバータ２の主回路をパルスオフさせてステップＳ３へ
移り、ｉ₁（Ｔ１）＜ｉ_thのときにはインバータ２の主回路をパルスオフさせてステップ
Ｓ５へ移る。

次に、ステップＳ３では前回（１回目）の零電圧発生から時間Ｔ２後に再度零電圧（２
回目）の状態にし、図３に示すようにＴ２後の零電圧の期間がＴ１経過する直前の誘導電
動機１の巻線電流の電流検出器３を介した検出値ｉ₁（Ｔ１＋Ｔ２）を記憶する（ステッ
プＳ４）とともに、記憶したｉ₁（Ｔ１），ｉ₁（Ｔ１＋Ｔ２）それぞれのα−β軸に変換
した値から、下記数１式，数２式に示すように電流ベクトル位相角（Θ₁）を求める。
(数１)
Θ_I（Ｔ１）＝ｔａｎ^-1｛ｉ₁β（Ｔ１）／ｉ₁α（Ｔ１）｝
(数２)
Θ_I（Ｔ１＋Ｔ２）＝ｔａｎ^-1｛ｉ₁β（Ｔ１＋Ｔ２）／ｉ₁α（Ｔ１＋Ｔ２）｝
上記数１式，数２式から、このとき（Ｔ１＋Ｔ２）の誘導電動機１の回転速度の推定値
（ω_r ^#）は下記数３式となる。
(数３)
ω_r ^#（Ｔ１＋Ｔ２）＝｛Θ_I（Ｔ１＋Ｔ２）−Θ_I（Ｔ１）｝／Ｔ２
また、ステップＳ５では１回目の零電圧の期間での誘導電動機１の巻線電流の電流検出
器３を介した検出値ｉ₁（Ｔ１）が下限値ｉ_th未満であり、この零電圧時の電流からの上
記数１〜３式に基づいて誘導電動機１の回転速度の推定値（ω_r ^#）を導出すると、この値
には誤差が多く含まれているので、これを回避するために、シーケンス回路６からの指令
により、電圧指令値演算手段４からインバータ２へ、新たに、電圧または電流を誘導電動
機１に供給する電圧指令値を所定の期間発生させることにより、誘導電動機１と電圧指令
値演算手段４とインバータ２とからなる閉ループを自励発振させ、このときの誘導電動機
１の一次電流の電流検出器３を介した検出値ｉ₁のα−β軸に変換した値、例えば、図４
に示すｉ（α）の正弦波状の波形の１周期を計測すると、この計測値はこのときの誘導電
動機１の回転速度の推定値（ω_r ^#）に対応した値になっている。

すなわち、誘導電動機１の空転時に、空転時速度推定手段５で得られた誘導電動機１の
回転速度推定値に基づいた電圧，周波数の一次電圧をインバータ２から誘導電動機１へ供
給することで、誘導電動機１をショックレスに再起動させることができる。

この発明の実施の形態を示す回路構成図 図１の動作を説明するフローチャート 図２の動作を説明する波形図 図２の動作を説明する波形図

１…誘導電動機、２…インバータ、３…電流検出器、４…電圧指令値演算手段、５…空
転時速度推定手段、６…シーケンス回路。

Claims (1)

1. 可変電圧可変周波数インバータから誘導電動機に給電しつつ、該電動機を可変速制御す
   る誘導電動機の制御方法において、
   前記電動機の空転時に、前記インバータの主回路を形成する半導体スイッチング素子の
   うち、少なくとも一つをオン・オフさせて該電動機の巻線間を短絡させ、
   このときに流れる巻線電流値を検出し、
   前記巻線電流値が予め定めた下限値以上のときには、再度、前記半導体スイッチング素
   子をオン・オフさせて前記電動機の巻線を短絡させ、双方の巻線電流値に基づいて該電動
   機の回転速度推定値を導出し、
   前記巻線電流値が予め定めた下限値未満のときには、新たに、前記インバータから前記
   電動機に供給した電圧または電流に基づいて該電動機の回転速度推定値を導出し、
   得られた回転速度推定値に基づいて、前記インバータからの給電を開始して前記電動機
   を再起動させることを特徴とする誘導電動機の制御方法。

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