JP4780918B2 - 永久磁石型同期電動機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、永久磁石型同期電動機の制御装置において、停電時の運転方法に関するものである。

永久磁石型同期電動機の制御装置における停電時の運転ブロック図を図２に示し、この図に基づいて説明する。直流電圧源４は、ダイオード４１とコンデンサ４２で構成され、交流電源５を整流して電圧Ｖｄｃの直流電圧を得る。電圧型ＰＷＭインバータ１は、ダイオードを逆変並列に接続したスイッチング素子６つで構成され、直流電圧源４を電源として制御信号に基づいた電圧を永久磁石型同期電動機２に印加する。
停電検知器８は、直流電圧源４の電圧Ｖｄｃを入力して、Ｖｄｃが停電検知レベルＶ１以下となれば停電と判断してＳ２＝０を出力し、ＶｄｃがＶ１より大きければ停電していないと判断してＳ２＝１を出力する。運転切換器１１は、運転指令Ｓ１と停電信号Ｓ２を入力して図３に示される運転論理に従って運転信号Ｓ３を出力する。図３における運転論理は、運転指令Ｓ１＝オンかつ停電でない（Ｓ２＝１）の場合のみ運転Ｓ３＝オンとなっている。トルク制御器６は、運転Ｓ３がオンの場合のみ永久磁石型同期電動機２の出力トルクが入力しているトルク指令Ｔ１に追従するような制御信号を電圧型ＰＷＭインバータ１へ出力する。運転Ｓ３がオフの場合は、電圧型ＰＷＭインバータ１の全てのスイッチング素子をオフとする制御信号を出力する（例えば、特許文献１参照。）。
特開平８−２２３９８７号公報

図５は、直流電圧源４の電圧Ｖｄｃと運転Ｓ３信号と永久磁石型同期電動機２の回転速度Ｎの波形を示している。停電後、コンデンサ４２に蓄えられた電力は、永久磁石型同期電動機２の回転を継続するために消費されるので徐々に低下し停電検知レベルＶ１以下となる。すると、停電検知器出力はＳ２＝０となり、図３に示された論理に従ってＳ３＝オフとなる。永久磁石型同期電動機２の逆起電力係数をＫとすると回転速度Ｎで回転している永久磁石同期電動機２は
Ｖｃ＝Ｋ・Ｎ・・・・・・・・・・（１）
の逆電圧を発生するので、それは電圧型ＰＷＭインバータ１のスイッチング素子に逆並列接続されたダイオードによって整流されコンデンサ４２に印加される。よってもし回転速度が高くてＶｃを整流した電圧がＶｄｃより大きければ、永久磁石型同期電動機２に蓄えられた回転エネルギーがコンデンサ４２に充電されるようになるので図５に示されるようにコンデンサ４２の電圧Ｖｄｃは上昇することになりＶｄｃ＞Ｖ１となる。すると停電していないと判断されるためＳ３＝オンとなり、運転を再開して回転速度Ｎは上昇する。この回転速度上昇の際に使われるエネルギーはコンデンサ４２の放電によってまかなわれるので、Ｖｄｃは再び下降してＶｄｃ≦Ｖ１となり停電と検知してＳ３＝オフとなる。結局図５のごとくＳ３のオンとオフを繰り返すようになり回転速度は振動的に低下するようになる。この速度の振動は、永久磁石型同期電動機２の負荷に悪影響を及ぼし負荷の破損を招く恐れもある。
上記問題点を解決するために、電圧型ＰＷＭインバータと永久磁石型同期電動機との配線を機械的スイッチにより運転オフ時は遮断することが考えられるが、機械的スイッチという新たな大きな部品の追加が必要となる問題がある。また、機械的スイッチは動作が遅いためにその動作遅れの期間での上記問題が残る。

前記問題点を解決するために、本発明は、ダイオードを介して電源からの電力をコンデンサに蓄えてなる直流電圧源と、該直流電圧源から永久磁石型同期電動機に電力を供給する電圧型ＰＷＭインバータと、前記直流電圧源の電圧が所定値Ｖ１以下で停電と判断する停電検知手段と、前記永久磁石型同期電動機の回転速度を検出または推定する速度検出手段とからなり、前記永久磁石型同期電動機のトルクを制御し、前記停電検知手段が停電と判断している状態で前記速度検出手段の出力の絶対値が所定値Ｎ１未満の場合は前記電圧型ＰＷＭインバータの運転を停止し、前記停電検知手段が停電と判断している状態で前記速度検出手段の出力の絶対値が前記Ｎ１以上の場合は前記永久磁石型同期電動機のトルクを調整することによって前記直流電圧源の電圧が所定値Ｖ２以上かつ前記Ｖ１未満となるようにする永久磁石型同期電動機の制御装置において、前記永久磁石型同期電動機の逆起電力係数をＫ、前記永久磁石型同期電動機の逆電圧を整流した電圧に変換する係数をＡとすると、前記所定値Ｎ１をＮ１＜Ｖ１／（Ａ・Ｋ）となるようにすることを特徴とする。

図６は、本発明を適用した場合の停電後のＶｄｃや回転速度Ｎの変化を示したものである。本発明では停電時にＮ＞Ｎ１の場合は、図６に示されるようにＳ３＝オンを保ち運転を継続することになる。この時、トルク指令はＶｄｃがＶ２以上Ｖ１以下の狭い範囲にとどまるように調整されるだけなので、結果的に電動機に蓄えられた回転エネルギーは、制御器の消費電力や電圧型ＰＷＭインバータの損失や電動機の損失を補うために使用されるようになり、回転速度Ｎはなだらかに下降するようになる。従って図５に示されるように運転のオンとオフを繰り返して速度が振動的になるようなことがなくなる。その後速度が徐々に低下してＮ＜Ｎ１となると運転を停止（Ｓ３＝オフ）する。前記所定値Ｎ１は、（１）式のＮをＮ１とした逆電圧Ｖｃを整流した電圧が停電検知レベルＶ１よりも低くなるような値としておく。つまり（１）式の逆電圧Ｖｃを整流した電圧をＶｃｍとしその変換係数をＡとすると
Ｖｃｍ＝Ａ・Ｋ・Ｎ・・・・・・・・・・（２）
となり、
Ｎ＝Ｖｃｍ／（Ａ・Ｋ）・・・・・・・・・・（３）
となるので、前記所定値Ｎ１を
Ｎ１＜Ｖ１／（Ａ・Ｋ）・・・・・・・・・・（４）
とする。するとＮ＜Ｎ１で運転を停止しても逆電圧で再びＶｄｃが上昇することがなく、再運転することがなくなる。

またコンデンサ４２で制御器の電力供給している場合は、停電時のＮ＞Ｎ１においてＶｄｃをＶ２以上に保つことによって制御器の電源を維持することができることにもなる。

停電時において、逆電圧に起因する運転のオンとオフを繰り返すことがないという目的を、最小の部品点数で実現した。

図１は、本発明の１実施例のブロック図であって、図２の運転切換器１１の代わりに運転切換器７を用い、速度検出器３と電圧調整器９とスイッチ１０が新たに装備されている。

速度検出器３は永久磁石型同期電動機２の回転速度Ｎを検出して出力する。運転切換器７は、運転指令Ｓ１と停電検知器出力Ｓ２と速度検出器３の出力Ｎを入力し、図４に示される入出力論理に基づいて運転信号Ｓ３とトルク指令切換信号Ｓ４を出力する。図４は、Ｓ１＝オンかつＳ２＝１（停電でない）またはＳ１＝オンかつ回転速度の絶対値が所定値Ｎ１以上の場合にＳ３＝オンとなっている。また、Ｓ１＝オンかつＳ２＝０（停電）かつ｜Ｎ｜≧Ｎ１の場合のみＳ４＝０として電圧調整器出力のトルク指令Ｔ２をトルク制御器のトルク指令入力Ｔ３としている。ここでＮ１は（４）式を満たす値とする。

電圧調整器９は、コンデンサ４２の電圧Ｖｄｃを入力して、Ｖｄｃが停電検知レベルＶ１よりも小さな値であるＶ２以上でＶ１以下となるようなトルク指令Ｔ２を出力する。例えばＴ２は比例制御を用いると
Ｔ２＝Ｇ・（Ｖｄｃ−（Ｖ１＋Ｖ２）／２）・・・・・・・・・・・（５）
で得られる。ここでＧは調整ゲインであり、回転速度が負の場合は負の値とする。

スイッチ１０は、Ｓ４によって通常のトルク指令Ｔ１か、電圧調整器９出力のトルク指令Ｔ２のどちらかを選択して出力する。

本発明により、新たな大きな部品を追加することなく、停電時に運転オンオフを繰り返す恐れがなくなり、それに伴う速度の振動がなくなる。

本発明の実施例を示した説明図である。 従来の実施例を示した説明図である。 運転切換器１１の入出力論理表である。 運転切換器７の入出力論理表である。 従来技術の停電後の各部波形例である。 本発明の停電後の各部波形例である。

符号の説明

１ 電圧型ＰＷＭインバータ
２ 永久磁石型同期電動機
３ 速度検出器
４ 直流電圧源
４１ ダイオード
４２ コンデンサ
５ 交流電源
６ トルク制御器
７ 運転切換器
８ 停電検知器
９ 電圧調整器
１０ スイッチ
１１ 運転切換器

Claims (1)

1. ダイオードを介して電源からの電力をコンデンサに蓄えてなる直流電圧源と、該直流電圧源から永久磁石型同期電動機に電力を供給する電圧型ＰＷＭインバータと、前記直流電圧源の電圧が所定値Ｖ１以下で停電と判断する停電検知手段と、前記永久磁石型同期電動機の回転速度を検出または推定する速度検出手段とからなり、前記永久磁石型同期電動機のトルクを制御し、前記停電検知手段が停電と判断している状態で前記速度検出手段の出力の絶対値が所定値Ｎ１未満の場合は前記電圧型ＰＷＭインバータの運転を停止し、前記停電検知手段が停電と判断している状態で前記速度検出手段の出力の絶対値が前記Ｎ１以上の場合は前記永久磁石型同期電動機のトルクを調整することによって前記直流電圧源の電圧が所定値Ｖ２以上かつ前記Ｖ１未満となるようにする永久磁石型同期電動機の制御装置において、前記永久磁石型同期電動機の逆起電力係数をＫ、前記永久磁石型同期電動機の逆電圧を整流した電圧に変換する係数をＡとすると、前記所定値Ｎ１をＮ１＜Ｖ１／（Ａ・Ｋ）とすることを特徴とする永久磁石型同期電動機の制御装置。

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