JP5220298B2 - 電圧型インバータ制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、交流電力を受けて機構部分に回転運動や直線運動を実現する交流電気機械機器を駆動制御する制御装置である電圧型インバータ制御装置に関するものである。

交流電力を受けて機構部分に回転運動や直線運動を実現する交流電気機械機器には、誘導型や同期型の交流電動機（交流回転機やリニアモータ）、ソレノイドなどの電磁アクチュエータを挙げることができる。そして、インバータ制御装置は、直流電力を交流電力に変換して交流電気機械機器に供給するインバータ部である電力変換器と、この電力変換器に電力変換動作を実行させる制御部とで構成される。

ところで、理解を容易にするため交流電動機を例に挙げると、交流電動機の運転では、停止と再起動とが行われるが、この運転停止と再起動は、交流電動機に交流電力を供給する電力変換器の動作停止とその解除を制御部が実施することによって実現される。このとき、電力変換器の動作を停止して交流電動機への交流電力の供給を止めて停止制御を行う場合、交流電動機は直ちには回転運動や直線運動を停止せずその運動を継続する期間が存在し、その運動期間では誘導電圧は直ちにゼロにはならず、ある期間残留電圧として存在する。

その結果、電力変換器の停止制御後、残留電圧が存在している間に電力変換器の動作を再開して交流電動機に交流電力を供給し再起動を掛けるとき、電力変換器の通電位相と交流電動機の残留電圧の位相とが合わない場合は、電力変換器及び交流電動機に過電圧が発生し、また過大な電流が流れることが起こる。

この発明は、電圧指令を生成してインバータ部である電力変換器を駆動する電圧型インバータ制御装置において、この問題を解決しようとするものであるが、この問題に対する方策としては、例えば、特許文献１に開示されるように、電力変換器の動作を停止する直前に交流電動機の残留電圧を減衰させる方法が有効である。

すなわち、特許文献１では、電圧指令を必要としない電流型インバータ制御装置への適用例であるが、誘導電動機の磁束基準を算出する磁束基準設定手段と、前記誘導電動機の磁束を検出する磁束検出手段と、この磁束検出手段からの磁束検出信号と前記磁束基準設定手段からの磁束基準信号とを比較し、前記誘導電動機の一次電流のうち磁束発生に寄与する磁束電流の基準値を算出する電流基準算出手段とを備えた誘導電動機の駆動装置において、停止時に前記磁束基準設定手段からの磁束基準信号を低減することにより、前記誘導電動機に発生していた磁束を減少するよう磁束電流信号を所定時間流し、その後、前記誘導電動機への電流供給を停止する制御手段を設ける技術が提案されている。

なお、特許文献２では、誘導電動機の電流、電圧から回転角速度及び磁束を推定する技術が開示されている。

特開昭６３−１９０５７６号公報（請求項２、図１） 特開２００３−３０２４１３号公報

しかしながら、上記の特許文献１に記載の技術では、交流電気機械機器を駆動制御する制御装置内の電力変換器が停止する直前に交流電気機械機器の残留電圧を減衰させるために、交流電気機械機器の磁束を検出する磁束検出手段が必要であるので、当該制御システムのコストアップを招来する。

また、磁束検出手段は磁束センサであることが多いが、磁束センサは取り付けることが難しく、交流電気機械機器の振動や粉塵などによって簡単に故障しやすいものである。そのため、磁束センサを取り付けることにより当該制御システムの信頼性を低下させる。

したがって、電圧指令を生成してインバータ部である電力変換器を駆動する電圧型インバータ制御装置では、磁束検出手段無しで、電力変換器の動作を停止する直前に交流電気機械機器の残留電圧を減衰させる措置を講ずることが望まれるが、どのように構成するかが問題である。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであり、電圧型インバータ制御装置を用いて交流電気機械機器の運転を制御する場合に、交流電気機械機器の停止後の再起動制御を過電流や過電圧を発生させずに安定して行うことができる電圧型インバータ制御装置を得ることを目的とする。

上述した目的を達成するために、この発明は、入力する電圧指令に従った交流電力を交流電気機械機器に供給して駆動する電力変換器と、前記電力変換器に接続される前記交流電気機械機器に対応した通常運転時の前記電圧指令を生成して前記電力変換器の変換動作を制御する制御部とを備える電圧型インバータ制御装置において、前記制御部は、前記交流電気機械機器の運転を停止する手段として、前記電力変換器の変換動作を停止するときに前記交流電気機械機器の磁束を打ち消す方向に流す励磁電流を指示する運転停止時励磁電流指令及び前記交流電気機械機器にトルクを発生させない方向に流すトルク電流を指示する運転停止時トルク電流指令を設定する運転停止時用電流指令設定手段と、前記電力変換器が前記交流電気機械機器に供給する電流値を前記運転停止時励磁電流指令及び前記運転停止時トルク電流指令にそれぞれ一致させるように演算して運転停止時用の前記電圧指令を求める運転停止時用電流制御手段と、運転停止指示を受けたときに前記電力変換器に与える電圧指令を前記通常運転時の電圧指令から前記運転停止時用の電圧指令に切り替える電圧指令切り替え手段と、前記運転停止指示を受けた後の所定遅延時間後に前記電力変換器の変換動作を停止させる停止遅延手段とを備え、前記運転停止時用電流制御手段は、予め、残留電圧を前記所定遅延時間までに打ち消すことができるように制御応答が設定されていることを特徴とする。

この発明によれば、運転停止指令が入力すると、電力変換器を直ちに停止させるのではなく、電力変換器に与える電圧指令を運転停止時用の電圧指令に切り替えて電力変換動作を実行させ、それを交流電気機械機器の残留電圧を十分に減少させ得る所定期間継続した後に電力変換器の動作を停止するので、電力変換器の動作を停止したときには、交流電気機械機器を残留電圧が存在しないか存在しても極めて少ない状態にすることができる。したがって、次の再起動時に過電流や過電圧が発生することなく安定な再起動を行うことができる。

この発明によれば、電圧型インバータ制御装置を用いて交流電気機械機器の運転を制御する場合に、交流電気機械機器の停止後の再起動制御を過電流や過電圧を発生させずに安定して行うことができるという効果を奏する。

以下に図面を参照して、この発明にかかる電圧型インバータ制御装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による電圧型インバータ制御装置の構成を示すブロック図である。この発明にかかる電圧型インバータ制御装置は、交流電力を受けて機構部分に回転運動や直線運動を実現する交流電気機械機器を駆動制御する制御装置である。交流電気機械機器には、誘導型や同期型の交流電動機（交流回転機やリニアモータ）、ソレノイドなどの電磁アクチュエータを挙げることができる。

この実施の形態１では、上記した交流電気機械機器のいずれか１つを駆動制御する場合において停止制御時の残留電圧の影響なく再起動できる構成例として、理解を容易にするため、上記した交流電気機械機器のうち誘導型の交流回転機を取り上げて説明する。

図１において、交流電気機械機器の一例としての誘導型の交流回転機である誘導機（回転誘導機）１は、インバータ部である電力変換器２に接続されている。この電力変換器２に通常運転時での電力変換動作と運転停止時での残留電圧低減動作とを実行させる制御部として、ｄｑ軸／三相変換手段３と、電流検出手段４と、運転時用ｄｑ軸電圧指令演算手段５と、運転停止時用ｄｑ軸電圧指令演算手段６と、位相演算手段７と、停止遅延手段８と、電圧指令切り替え手段９とを備えている。

なお、請求項１で言う制御部に設けた「交流電気機械機器の運転を停止する手段」における「電圧指令切り替え手段」には電圧指令切り替え手段９が対応し、「停止遅延手段」には停止遅延手段８が対応している。

ここで、停止遅延手段８及び電圧指令切り替え手段９には、外部から第１の停止信号が入力する。この第１の停止信号は、図示しない運転装置や運転台などの上位のコントローラから誘導機１の運転とその停止とを指示するために送られてくる２値のレベル信号であり、特別に設けた信号ではない。この実施の形態１及び以降に示す各参考例では、「第１の停止信号が入力するまで」とは、第１の停止信号が例えば低レベルである期間を指し、その期間内では誘導機１を駆動制御する通常運転時の動作が従前の通りに行われる。そして、「第１の停止信号が入力すると」とは、第１の停止信号が低レベルから高レベルに変化する時を指し、その時以降は、この実施の形態１及び以降に示す各参考例による運転停止時での残留電圧の低減動作が行われる。以下、この実施の形態１による運転停止時での残留電圧の低減動作を図１の構成に従って順に説明する。

電力変換器２は、ｄｑ軸／三相変換手段３から入力する三相の電圧指令に従って上下アームの半導体スイッチング素子がオン・オフ動作することにより、直流電源からの直流電力を任意周波数の電圧・電流からなる三相の交流電力に変換し、それを誘導機１に与えて駆動する。そして、電力変換器２は、停止遅延手段８から第２の停止信号が入力すると、上下アームの半導体スイッチング素子がオン・オフ動作を中止して誘導機１への電力供給を停止する。

電流検出手段４は、誘導機１に発生する三相の相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを検出する。この三相の検出相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗは、運転停止時用ｄｑ軸電圧指令演算手段６の入力段に配置される三相／ｄｑ軸変換手段６ａに与えられる。なお、図１では、直接検出する構成として、電力変換器２と誘導機１とを接続する３本の結線の全てに電流検出手段４としてのＣＴ（電流変成器）を配置した場合を示したが、ｉｕ＋ｉｖ＋ｉｗ＝０の関係が成立するので、例えばｕ相とｖ相の２結線にＣＴを配置し、ｗ相の結線にはＣＴを配置せず、ｗ相の相電流ｉｗは演算によって求めることでも良い。また、間接的に検出する構成として、電力変換器２内部に流れる母線電流から三相の電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを検出して三相／ｄｑ軸変換手段６ａに与える構成でも良い。

位相演算手段７に外部から入力する角周波数ωは、例えば、誘導機１に速度センサが取り付けてある場合はその速度センサから得られる速度情報、または、速度制御を行うシステムでは速度指令ω＊が得られるのでその速度指令ω＊、或いは、誘導機１に速度センサを取り付けない速度センサレス制御では速度推定値が演算されるのでその速度推定値である。

位相演算手段７は、そのような任意の角周波数ωを積分して、三相・二相の座標変換を行う際の制御座標軸であるｄｑ座標軸上での位相θを求める。この求めた位相θは、ｄｑ軸／三相変換手段３と三相／ｄｑ軸変換手段６ａとに与えられる。

ｄｑ軸／三相変換手段３は、位相演算手段７から得た位相θに基づき、電圧指令切り替え手段９から入力するｄｑ座標軸上でのｄ軸電圧指令Ｖｄ及びｑ軸電圧指令Ｖｑを三相の電圧指令に変換し、それを電力変換器２に出力する。

通常運転時用ｄｑ軸電圧指令演算手段５は、通常運転時に電力変換器２を駆動制御するｄｑ座標軸上での通常運転時用ｄ軸電圧指令Ｖｄ１及び通常運転時用ｑ軸電圧指令Ｖｑ１を生成し、電圧指令切り替え手段９に与える。図２は、通常運転時用ｄｑ軸電圧指令演算手段５の構成例を示すブロック図である。通常運転時用ｄｑ軸電圧指令演算手段５は、例えば図２に示すように、誘導機１の一次抵抗値Ｒｓと所定の係数ｋとを乗算して通常運転時用ｄ軸電圧指令Ｖｄ１を出力する乗算器５ａと、電圧と速度（周波数）の関係パターン（Ｖ／ｆパターン）テーブルが設定され、入力する速度指令ω＊に対応する通常運転時用ｑ軸電圧指令Ｖｑ１を出力する記憶手段５ｂとで構成することができる。

そして、運転停止時用ｄｑ軸電圧指令演算手段６は、三相／ｄｑ軸変換手段６ａと、残留電圧用ｄ軸電流指令設定手段６ｂと、残留電圧用ｑ軸電流指令設定手段６ｃと、残留電圧用ｄ軸電流制御手段６ｄと、残留電圧用ｑ軸電流制御手段６ｅとの構成によって、運転停止時における誘導機１の残留電圧を減少させるように電力変換器２を駆動制御するｄｑ座標軸上での残留電圧用ｄ軸電圧指令Ｖｄ２及び残留電圧用ｑ軸電圧指令Ｖｑ２を生成し、電圧指令切り替え手段９に与える。

なお、請求項１で言う制御部に設けた「交流電気機械機器の運転を停止する手段」における「運転停止時用電流指令設定手段」には残留電圧用ｄ軸電流指令設定手段６ｂと残留電圧用ｑ軸電流指令設定手段６ｃとの全体が対応し、「運転停止時用電流制御手段」には残留電圧用ｄ軸電流制御手段６ｄと残留電圧用ｑ軸電流制御手段６ｅとの全体が対応している。

運転停止時用ｄｑ軸電圧指令演算手段６の動作を具体的に説明する。三相／ｄｑ軸変換手段６ａは、位相演算手段７から入力する位相θに基づき、電流検出手段４から得られた相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗをｄｑ座標軸上でのｄ軸電流検出値ｉｄ及びｑ軸電流検出値ｉｑに変換し、そのｄ軸電流検出値ｉｄを残留電圧用ｄ軸電流制御手段６ｄの一方の入力端に与え、そのｄ軸電流検出値ｉｑを残留電圧用ｑ軸電流制御手段６ｅの一方の入力端に与える。

残留電圧用ｄ軸電流指令設定手段６ｂは、電力変換器２を停止する時に誘導機１の磁束を打ち消す方向に励磁電流が流れるようにする残留電圧用ｄ軸電流指令ｉｄ２＊を設定する。具体的には、残留電圧用ｄ軸電流指令ｉｄ２＊を零以下のマイナスの値に設定する。この残留電圧用ｄ軸電流指令ｉｄ２＊は、残留電圧用ｄ軸電流制御手段６ｄの他方の入力端に与えられる。

また、残留電圧用ｑ軸電流指令設定手段６ｃは、電力変換器２を停止する時に誘導機１に不要なトルクが発生しないようにする残留電圧用ｑ軸電流指令ｉｑ２＊を設定する。具体的には、零のトルク電流が流れるように残留電圧用ｑ軸電流指令ｉｑ２＊を零に設定する。この残留電圧用ｑ軸電流指令ｉｑ２＊は、残留電圧用ｑ軸電流制御手段６ｅの他方の入力端に与えられる。

残留電圧用ｄ軸電流制御手段６ｄは、ｄ軸電流検出値ｉｄが残留電圧用ｄ軸電流指令ｉｄ２＊に一致するように、ｄｑ座標軸上のｄ軸電圧指令Ｖｄ２を演算し、それを電圧指令切り替え手段９に出力する。具体的には、残留電圧用ｄ軸電流制御手段６ｄは、例えば一般的なＰＩ制御（比例・積分制御）を用いて、ｄ軸電流検出値ｉｄと残留電圧用ｄ軸電流指令ｉｄ２＊とを式（１）に適用して残留電圧用ｄ軸電圧指令Ｖｄ２を演算し、それを電圧指令切り替え手段９に与える。

但し、式（１）において、比例ゲインＫｉｄには、残留電圧を打ち消すことができる程度に十分大きな所定値を設定する。また、積分時定数Ｔｉｄには、残留電圧を打ち消すことができるように誘導機１のモータ定数である２次インダクタンスＬｓを２次抵抗Ｒｒで割った値よりも十分小さい所定値を設定する。

また、残留電圧用ｑ軸電流制御手段６ｅは、ｄ軸電流検出値ｉｑが残留電圧用ｑ軸電流指令ｉｑ２＊に一致するように、ｄｑ座標軸上のｑ軸電圧指令Ｖｑ２を演算し、それを電圧指令切り替え手段９に出力する。具体的には、残留電圧用ｄ軸電流制御手段６ｄも、同様に、例えば一般的なＰＩ制御（比例・積分制御）を用いて、ｄ軸電流検出値ｉｑと残留電圧用ｑ軸電流指令ｉｑ２＊とを式（２）に適用して残留電圧用ｑ軸電圧指令Ｖｑ２を演算し、それを電圧指令切り替え手段９に与える。

但し、式（２）において、比例ゲインＫｉｑには、残留電圧を打ち消す時に誘導機１が不要なトルクを発生しない程度に十分大きな所定値を設定する。また、積分時定数Ｔｉｑには、残留電圧を打ち消す時に誘導機１に不要なトルクを発生させないような所定値を設定する。

次に、図３〜図５を参照して外部から第１の停止信号が入力する電圧指令切り替え手段９及び停止遅延手段８の動作について説明する。なお、図３は、電圧指令切り替え手段９の構成例を示す回路図である。また、図４は、停止遅延手段８の構成例を示す回路図であり、図５は、停止遅延手段８の遅延制御動作を説明するタイムチャートである。

まず、電圧指令切り替え手段９は、例えば図３に示すように、外部から入力する第１の停止信号を切替制御信号とする２つの２入力１出力の切り替え手段９ａ，９ｂで構成することができる。図３において、切り替え手段９ａ，９ｂは、外部から第１の停止信号が入力するまでは、つまり第１の停止信号が低レベルである期間内は、通常運転時用ｄｑ軸電圧指令演算手段５からの電圧指令Ｖｄ１，Ｖｑ１を選択しそれを電圧指令Ｖｄ，Ｖｑとしてｄｑ軸／三相変換手段３に出力する。そして、外部から第１の停止信号が入力すると、つまり第１の停止信号が高レベルになると、選択切り替えを行って運転停止時用ｄｑ軸電圧指令演算手段６からの電圧指令Ｖｄ２，Ｖｑ２を選択しそれを電圧指令Ｖｄ，Ｖｑとしてｄｑ軸／三相変換手段３に出力する動作を行う。

また、停止遅延手段８は、例えば図４に示すように、第１の停止信号を所定時間だけ遅延させる遅延時間が設定される遅延時間設定手段８ａと、外部から入力される第１の停止信号を遅延時間設定手段８ａに設定される遅延時間だけ遅延させた第２の停止信号を出力する遅延操作手段８ｂとで構成することができる。すなわち、図５に示すように、停止遅延手段８は、外部から入力される第１の停止信号を遅延時間設定手段８ａに設定される遅延時間１１だけ遅延させた第２の停止信号を電力変換器２に出力する。

これによって、電力変換器２は、外部から第１の停止信号が入力しても、第２の停止信号が低レベルである期間内では、入力する三相の電圧指令に従った電力変換動作を行い、誘導機１に駆動電力を供給するが、第２の停止信号が高レベルに変化するタイミングで変換動作を停止し、誘導機１への駆動電力の供給を停止する。

以上の動作過程を要約すると、電力変換器２は、外部から第１の停止信号が入力するまでは、通常運転時用の電圧指令Ｖｄ１，Ｖｑ１に従って誘導機１への駆動電力の供給を行っているが、外部から第１の停止信号が入力すると、遅延時間設定手段８ａから第２の停止信号が入力するまでの遅延時間１１の間は、残留電圧用の電圧指令Ｖｄ１，Ｖｑ１に従って誘導機１への駆動電力の供給を行うので、この遅延時間１１の間において誘導機１では残留電圧を減衰させる操作が行われる。したがって、遅延時間１１の経過後における第２の停止信号によって電力変換器２が変換動作を停止するタイミングでは、誘導機１に残留電圧が存在しないか存在しても極めて少ない状態になっている。つまり、運転停止時の状態を、次に電力変換器２を再起動しても、過電圧や過電流が発生することのない状態にすることができる。

したがって、遅延時間１１をどのように定めるかは重要である。すなわち、遅延時間１１は、例えば誘導機１のモータ定数である２次インダクタンスＬｓを２次抵抗Ｒｒで割った値よりも長く設定すれば、残留電圧をほとんど打ち消すことができる。しかし、次に電力変換器２を再起動する場合にその遅延時間１１の分だけ遅くなる。そのため、この実施の形態１では、遅延時間設定手段８ａに設定する遅延時間１１は、誘導機１の特性と、電力変換器２が変換動作を停止し誘導機１への駆動電力の供給が無くなってから電力変換器２を再起動するまでの必要最低時間との兼ね合いで決めるようにしている。

以上のように、この実施の形態１によれば、駆動制御対象である交流電気機械機器の特性及び制御態様に基づき生成した電圧指令を電力変換器に与えて交流電気機械機器の運転を制御する電圧型インバータ制御装置において、運転停止時に存在する残留電圧を低減させる電圧指令を演算する手段を設け、運転停止指令が入力すると、電力変換器を直ちに停止させるのではなく、電圧指令を切り替えて電力変換器に残留電圧を低減させる電圧指令による電力変換動作を実行させ、それを交流電気機械機器の残留電圧を十分に減少させ得る所定期間継続した後に電力変換器の動作を停止するようにしたので、電力変換器の動作を停止したときには、交流電気機械機器を残留電圧が存在しないか存在しても極めて少ない状態にすることができる。したがって、次の再起動時に過電流や過電圧が発生することなく安定な再起動を行うことができる。

参考例１．
図６は、この発明の参考例１による電圧型インバータ制御装置の構成を示すブロック図である。この参考例１では、上記した交流電気機械機器のいずれか１つを駆動制御する場合において停止制御時の残留電圧の影響なく再起動できる構成例として、実施の形態１と同様に上記した交流電気機械機器のうち誘導型の交流回転機を取り上げて説明するが、実施の形態１とは異なる制御態様を示す。なお、図６では、図１（実施の形態１）に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、この参考例１に関わる部分を中心に説明する。

図６において、交流電気機械機器の一例としての誘導型の交流回転機である誘導機（回転誘導機）１は、インバータ部である電力変換器２に接続されている。この電力変換器２に通常運転時での電力変換動作と運転停止時での残留電圧低減動作とを実行させる制御部として、ｄｑ軸／三相変換手段３、電流検出手段４、位相演算手段７及び停止遅延手段８の他に、三相／ｄｑ軸変換手段２０、磁束推定手段２１、回転角速度推定手段２２、ｄｑ軸電流制御手段２３、磁束制御手段２４、磁束指令切り替え手段２５、ｑ軸電流切り替え手段２６、残留電圧用磁束指令設定手段２７及び残留電圧用ｑ軸電流指令設定手段２８を備えている。

外部から入力される実施の形態１にて説明した第１の停止信号は、停止遅延手段８と磁束指令切り替え手段２５とｑ軸電流指令切り替え手段２６とに与えられる。停止遅延手段８が遅延時間１１（図５参照）の経過後に出力する第２の停止信号は、実施の形態１と同様に、電力変換器２に与えられる。

三相／ｄｑ軸変換手段２０は、実施の形態１における三相／ｄｑ軸変換手段６ａと同様に、位相演算手段７から入力する位相θに基づき、電流検出手段４から得られた相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗをｄｑ座標軸上でのｄ軸電流（励磁電流）検出値ｉｄ及びｑ軸電流（トルク電流）検出値ｉｑに変換し、そのｄ軸電流検出値ｉｄ及びｑ軸電流検出値ｉｑを回転角速度推定手段２２とｄｑ軸電流制御手段２３とに与える。

磁束推定手段２１は、ｄｑ軸電流制御手段２３がｄｑ軸／三相変換手段３に出力するｄ軸電圧指令Ｖｄ及びｑ軸電圧指令Ｖｑと位相変換手段６に入力される角周波数ωと誘導機１のモータ定数とに基づく公知の方法（例えば特許文献２）で、誘導機１に発生している磁束を検出する推定演算を行い、その推定した磁束推定値Φを回転角速度推定手段２２と磁束制御手段２４とに与える。

回転角速度推定手段２２は、ｄ軸電流検出値ｉｄ及びｑ軸電流検出値ｉｑと磁束推定値Φと誘導機１のモータ定数とに基づく公知の方法（例えば特許文献２）で、誘導機１に発生している回転角速度を検出する推定演算を行い、その推定した角周波数ωを位相変換手段７に与える。

磁束指令切り替え手段２５には、外部から通常運転時に発生させる磁束を指示する通常運転時用磁束指令Φ１＊が入力する。また、磁束指令切り替え手段２５には、残留電圧用磁束指令設定手段２７から運転停止時に発生させる磁束を指示する残留電圧用磁束指令Φ２＊が入力する。残留電圧用磁束指令Φ２＊は、それまで発生していた磁束を運転停止時に打ち消すために、零に設定されている。

磁束指令切り替え手段２５は、例えば図７に示すように、２入力１出力の切り替え手段２５ａで構成され、第１の停止信号が入力するまで、つまり、第１の停止信号が低レベルである期間内は、通常運転時用磁束指令Φ１＊を選択し、それを磁束指令Φ＊として磁束制御手段２４に与える。そして、第１の停止信号が入力すると、つまり、第１の停止信号が高レベルになると、選択切り替えを行って残留電圧用磁束指令Φ２＊を選択し、それを磁束指令Φ＊として磁束制御手段２４に与える。

磁束制御手段２４は、磁束推定手段２１から入力する現在の磁束推定値Φが磁束指令切り替え手段２５から入力する誘導機１への磁束指令Φ＊に一致させる励磁電流の供給指示であるｄｑ座標軸上のｄ軸電流指令ｉｄ＊を演算し、それをｄｑ軸電流制御手段２３に出力する。具体的には、磁束制御手段２４は、例えば一般的なＰＩ制御（比例・積分制御）を用いて、磁束指令Φ＊と磁束推定値Φとを式（３）に適用してｄ軸電流指令ｉｄ＊を演算し、それをｄｑ軸電流制御手段２３に与える。

但し、式（３）において、比例ゲインＫｉｄ２は、残留電圧を打ち消すのに十分大きな所定値に設定する。Ｔｉｄ２は、積分時定数である。

ｑ軸電流指令切り替え手段２６には、外部から通常運転時に発生させるトルクを指示する通常運転時用ｑ軸電流指令ｉｑ１＊が入力する。また、ｑ軸電流指令切り替え手段２６には、残留電圧用ｑ軸電流指令設定手段２８から運転停止時に発生させるトルクを指示する残留電圧用ｑ軸電流指令ｉｑ２＊が入力する。残留電圧用ｑ軸電流指令ｉｑ２＊は、不要なトルクを発生しないように、零に設定されている。

ｑ軸電流指令切り替え手段２６は、例えば図８に示すように、２入力１出力の切り替え手段２６ａで構成され、第１の停止信号が入力するまで、つまり、第１の停止信号が低レベルである期間内は、運転時用ｑ軸電流指令ｉｑ１＊を選択し、それをｑ軸電流指令ｉｑ＊としてｄｑ軸電流制御手段２３に与える。そして、第１の停止信号が入力すると、つまり、第１の停止信号が高レベルになると、選択切り替えを行って残留電圧用ｑ軸電流指令ｉｑ２＊を選択し、それをｑ軸電流指令ｉｑ＊としてｄｑ軸電流制御手段２３に与える。

ｄｑ軸電流制御手段２３は、三相／ｄｑ軸変換手段２０から入力する現在のｄｑ軸電流検出値ｉｄ，ｉｑが磁束制御手段２４から入力するｄ軸電流指令ｉｄ＊及びｑ軸電流切り替え手段２６から入力するｑ軸電流指令ｉｑ＊に一致するように、ｄｑ座標軸上のｄ軸電圧指令Ｖｄ及びｑ軸電圧指令Ｖｑを演算し、それをｄｑ軸／三相変換手段３と磁束推定手段２１とに出力する。

具体的には、ｄｑ軸電流制御手段２３は、例えば一般的なＰＩ制御（比例・積分制御）を用いて、ｄ軸電流指令ｉｄ＊とｄ軸電流検出値ｉｄとを式（４）に適用してｄ軸電圧指令Ｖｄを演算する。なお、式（４）において、Ｋｉｄ３は比例ゲインであり、Ｔｉｄ３は積分時定数である。

ｄｑ軸電流制御手段２３は、同様に一般的なＰＩ制御（比例・積分制御）を用いて、ｑ軸電流指令ｉｑ＊とｑ軸電流検出値ｉｑとを式（５）に適用してｑ軸電圧指令Ｖｑを演算する。なお、式（５）において、Ｋｉｑ２は比例ゲインであり、Ｔｉｑ２は積分時定数である。

以上の動作過程を要約すると、図９に示すようになる。図９は、運転停止直前の所定期間における残留電圧低減動作を説明するタイムチャートである。図９において、外部から入力する第１の停止信号は、通常運転時では、低レベルであり、運転停止を指示する時に高レベルに立ち上がってそれを維持するレベル信号である。停止遅延手段８は、入力する第１の停止信号が低レベルである期間は、電力変換器２への出力信号である第２の停止信号を低レベルに維持し、第１の停止信号が高レベルに立ち上がっても、遅延時間１１が経過するまでは、同様に第２の停止信号を低レベルに維持するが、遅延時間１１が経過すると、第２の停止信号を低レベルから高レベルに立ち上げる。

これによって、電力変換器２は、外部から第１の停止信号が入力しても、第２の停止信号が低レベルである期間内では、入力する三相の電圧指令に従った電力変換動作を行い、誘導機１に駆動電力を供給するが、第２の停止信号が高レベルに変化するタイミングで変換動作を停止し、誘導機１への駆動電力の供給を停止する。以上は実施の形態１と同様である。

磁束指令Φ＊は、第１の停止信号が低レベルである期間内は、通常運転時用磁束指令Φ１＊であるが、第１の停止信号が高レベルに立ち上がると、残留電圧用磁束指令Φ２＊に切り替わる。残留電圧用磁束指令Φ２＊は、零に設定されているので、遅延時間１１の期間内に磁束制御手段２４に入力する磁束指令Φ＊は、Φ＊＝０である。

磁束推定値Φは、第１の停止信号が低レベルである期間内は、所定の高値レベルにあるが、第１の停止信号が高レベルに立ち上がると、遅延時間１１の期間内では時間の経過に伴って漸減し、遅延時間１１の経過時では零レベルに近い低値になる。

ｄ軸電流指令値ｉｄ＊（ｄ軸電流検出値ｉｄ）は、第１の停止信号が低レベルである期間内は、所定の高値レベルにあるが、第１の停止信号が高レベルに立ち上がると、零レベル以下の負の高値レベルに急激に低下し、それを遅延時間１１の期間内維持し、遅延時間１１の経過時では零レベルになる。遅延時間１１の期間内では、零レベル以下の負の高値レベルに変化したｄ軸電流指令値ｉｄ＊がｄｑ軸電流制御手段２３に入力する。これによって、遅延時間１１の期間内では、誘導機１に逆向きの励磁電流が供給され、減磁が行われるので、残留電圧の減衰が促進される。

ｑ軸電流指令値ｉｑ＊（ｑ軸電流検出値ｉｑ）は、第１の停止信号が低レベルである期間内は、通常運転時用ｑ軸電流指令値ｉｑ１＊であるが、第１の停止信号が高レベルに立ち上がると、残留電圧用ｑ軸電流指令値ｉｑ２＊切り替わる。残留電圧用ｑ軸電流指令値ｉｑ２＊は、零に設定されているので、遅延時間１１の期間内にｄｑ軸電流制御手段２３に入力するｑ軸電流指令値ｉｑ＊は、ｉｑ＊＝０である。これによって、上記の減磁動作時に不要なトルクが発生しないようになる。

誘導機１に掛かっている電圧は、第１の停止信号が低レベルである期間内は、電圧指令Ｖｄ、Ｖｑが所定の高値であるｄ軸電流指令値ｉｄ＊及び通常運転時用ｑ軸電流指令値ｉｑ１＊に基づくので、所定の高値レベルにあるが、第１の停止信号が高レベルに立ち上がると、零レベル以下の負の高値であるｄ軸電流指令値ｉｄ＊及び零である残留電圧用ｑ軸電流指令値ｉｑ２＊に基づく電圧指令Ｖｄ、Ｖｑに切り替わるので、遅延時間１１の期間内において誘導機１に不要なトルクを発生させることなく残留電圧を減衰させる動作が行われる。

遅延時間１１が経過した電力変換器２の動作停止時での残留電圧２９ａは、幾らか存在するとしても、その後も減衰して行くので、再起動は、零もしくは零に近い小さい残留電圧２９ｂの状態で行える。したがって、過電圧や過電流を起こすことなく、再起動が可能になる。

以上のように、この参考例１によれば、駆動制御対象である交流電気機械機器の通常運転時の磁束指令に磁束推定値を一致させる励磁電流の供給を指示する励磁電流指令及び通常運転時のトルクを指示するトルク電流指令から演算した通常運転時用の電圧指令を電力変換器に与えて交流電気機械機器の通常運転を制御する電圧型インバータ制御装置において、運転停止指令が入力すると、演算対象を、磁束零を指示する運転停止時の磁束指令に磁束推定値を一致させる励磁電流の供給を指示する励磁電流指令及びトルクを発生させないトルク電流指令に切り替えて運転停止時用の電圧指令を演算するようにし、電力変換器を直ちに停止させるのではなく、電力変換器に与える電圧指令を前記運転停止時用の電圧指令に切り替えて電力変換動作を実行させ、それを交流電気機械機器の残留電圧を十分に減少させ得る所定期間継続した後に電力変換器の動作を停止するようにしたので、電力変換器の動作を停止したときには、交流電気機械機器を残留電圧が存在しないか存在しても極めて少ない状態にすることができる。したがって、実施の形態１と同様に、次の再起動時に過電流や過電圧が発生することなく安定な再起動を行うことができる。

また、交流電気機械機器の磁束は、前記交流電気機械機器の角周波数と電力変換器に与える電圧指令と前記交流電気機械機器の定数とに基づき演算した推定値を用いるので、磁束を検出するセンサが不要な制御系で交流電気機械機器の運転停止時の残留電圧を零にすることができる。

また、交流電気機械機器の角周波数は、前記磁束推定値と電力変換器が前記交流電気機械機器に供給する電流値と前記交流電気機械機器の定数とに基づき演算するので、速度を検出するセンサが不要な制御系で交流電気機械機器の運転停止時の残留電圧を零にすることができる。

参考例２．
図１０は、この発明の参考例２による電圧型インバータ制御装置の構成を示すブロック図である。この参考例２では、上記した交流電気機械機器のうち同期型の交流回転機を駆動制御する場合において停止制御時の残留電圧の影響なく再起動できる構成例を示す。なお、図１０では、図１（実施の形態１）に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、この参考例２に関わる部分を中心に説明する。

図１０において、同期機であるシンクロナスモータ３０は、インバータ部である電力変換器２に接続されている。この電力変換器２に通常運転時での電力変換動作と運転停止時での残留電圧低減動作とを実行させる制御部として、ｄｑ軸／三相変換手段３、電流検出手段４、位相演算手段７及び停止遅延手段８の他に、三相／ｄｑ軸変換手段３１、ｄｑ軸電流制御手段３２、電流指令切り替え手段３３、残留電圧用ｄ軸電流指令設定手段３４及び残留電圧用ｑ軸電流指令設定手段３５を備えている。

外部から入力される実施の形態１にて説明した第１の停止信号は、停止遅延手段８と電流指令切り替え手段３３とに与えられる。停止遅延手段８が遅延時間１１（図５参照）の経過後に出力する第２の停止信号は、実施の形態１と同様に電力変換器２に与えられる。

三相／ｄｑ軸変換手段３１は、実施の形態１における三相／ｄｑ軸変換手段６ａと同様に、位相演算手段７から入力する位相θに基づき、電流検出手段４から得られた相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗをｄｑ座標軸上でのｄ軸電流（励磁電流）検出値ｉｄ及びｑ軸電流（トルク電流）検出値ｉｑに変換し、そのｄ軸電流検出値ｉｄ及びｑ軸電流検出値ｉｑをｄｑ軸電流制御手段３２に与える。

電流指令切り替え手段３３には、外部から通常運転時での励磁電流供給指示である通常運転時用ｄ軸電流指令ｉｄ１＊、通常運転時でのトルク電流供給指示である通常運転時用ｑ軸電流指令ｉｑ１＊が入力する。また、電流指令切り替え手段３３には、残留電圧用ｄ軸電流指令設定手段３４から残留電圧用ｄ軸電流指令ｉｄ２＊が入力する。この残留電圧用ｄ軸電流指令ｉｄ２＊は、電力変換器２を停止する時に同期機であるシンクロナスモータ３０の磁束を打ち消す方向に励磁電流が流れるように、零もしくはマイナスの所定値に設定されている。また、電流指令切り替え手段３３には、残留電圧用ｑ軸電流指令設定手段３５から残留電圧用ｑ軸電流指令ｉｑ２＊が入力する。この残留電圧用ｑ軸電流指令ｉｑ２＊は、電力変換器２を停止する時に同期機であるシンクロナスモータ３０に不要なトルクが発生しないように、つまり零のトルク電流を流すように、零が設定されている。

電流指令切り替え手段３３は、例えば図１１に示すように、外部から入力する第１の停止信号を切替制御信号とする２つの２入力１出力の切り替え手段３３ａ，３３ｂで構成することができる。図１１において、切り替え手段３３ａ，３３ｂは、外部から第１の停止信号が入力するまでは、つまり第１の停止信号が低レベルである期間内は、外部から入力する通常運転時用ｄ軸電流指令ｉｄ１＊及び通常運転時用ｑ軸電流指令ｉｑ１＊を選択しそれをｄ軸電流指令ｉｄ＊及びｑ軸電流指令ｉｑ＊としてｄｑ軸電流制御手段３２に与える。そして、外部から第１の停止信号が入力すると、つまり第１の停止信号が高レベルになると、選択切り替えを行って残留電圧用ｄ軸電流指令設定手段３４及び残留電圧用ｑ軸電流指令設定手段３５からの電流指令ｉｄ２＊、ｉｑ２＊を選択しそれをｄ軸電流指令ｉｄ＊及びｑ軸電流指令ｉｑ＊としてｄｑ軸電流制御手段３２に与える。

この場合、電流指令切り替え手段３３は、残留電圧用ｄ軸電流指令設定手段３４が残留電圧用ｄ軸電流指令ｉｄ２＊をマイナスの所定値に設定している場合は、第１の停止信号が入力すると、残留電圧用ｄ軸電流指令ｉｄ２＊を一次遅れでマイナスの所定値から零に向かって上昇させる操作を行うようになっている。

ｄｑ軸電流制御手段３２は、三相／ｄｑ軸変換手段３１から入力する現在のｄｑ軸電流検出値ｉｄ，ｉｑが電流指令切り替え手段３３から入力するｄ軸電流指令ｉｄ＊及びｑ軸電流指令ｉｑ＊に一致するように、前記した式（４）（５）を用いて、ｄｑ座標軸上のｄ軸電圧指令Ｖｄ及びｑ軸電圧指令Ｖｑを演算し、それをｄｑ軸／三相変換手段３に出力する。

これによって、電力変換器２は、外部から第１の停止信号が入力しても、第２の停止信号が低レベルである期間内では、入力する三相の電圧指令に従った電力変換動作を行い、同期機であるシンクロナスモータ３０に駆動電力を供給するが、第２の停止信号が高レベルに変化するタイミングで変換動作を停止し、同期機であるシンクロナスモータ３０への駆動電力の供給を停止する。

以上の動作過程を要約すると、電力変換器２は、外部から第１の停止信号が入力するまでは、通常運転時用の電圧指令Ｖｄ１，Ｖｑ１に従って同期機であるシンクロナスモータ３０への駆動電力の供給を行っているが、外部から第１の停止信号が入力すると、停止遅延手段８から第２の停止信号が入力するまでの遅延時間１１（図５参照）の間は、残留電圧用の電圧指令Ｖｄ，Ｖｑに従って同期機であるシンクロナスモータ３０への駆動電力の供給を行うので、この遅延時間１１の間において同期機であるシンクロナスモータ３０では残留電圧を減衰させる操作が行われる。したがって、遅延時間１１の経過後における第２の停止信号によって電力変換器２が変換動作を停止するタイミングでは同期機であるシンクロナスモータ３０に残留電圧が存在しないか存在しても極めて少ない状態になっている。つまり、運転停止時の状態を、次に電力変換器２を再起動しても、過電圧や過電流が発生することのない状態にすることができる。

以上のように、この参考例２によれば、駆動制御対象である同期機の通常運転時の励磁電流指令及び通常運転時のトルク電流指令から演算した通常運転時の電圧指令を電力変換器に与えて同期機の通常運転を制御する電圧型インバータ制御装置において、運転停止指令が入力すると、演算対象を、運転停止時に磁束を打ち消す方向に励磁電流の供給を指示する励磁電流指令及びトルクを発生させないトルク電流指令に切り替えて運転停止時用の電圧指令を演算するようにし、電力変換器を直ちに停止させるのではなく、電力変換器に与える電圧指令を前記運転停止時用の電圧指令に切り替えて電力変換動作を実行させ、それを同期機の残留電圧を十分に減少させ得る所定期間継続した後に電力変換器の動作を停止するようにしたので、電力変換器の動作を停止したときには、同期機を、残留電圧が存在しないか存在しても極めて少ない状態にすることができる。したがって、実施の形態１と同様に、次の再起動時に過電流や過電圧が発生することなく安定な再起動を行うことができる。

以上のように、この発明にかかる電圧型インバータ装置は、交流電気機械機器の停止後の再起動時に過電流や過電圧を発生させずに安定して再起動制御を行うのに有用である。

この発明の実施の形態１による電圧型インバータ装置の構成を示すブロック図である。 図１に示す通常運転時用ｄｑ軸電圧指令演算手段の構成例を示すブロック図である。 図１に示す電圧指令切り替え手段の構成例を示す回路図である。 図１に示す停止遅延制御手段の構成例を示す回路図である。 図４に示す停止遅延制御手段の遅延制御動作を説明するタイムチャートである。 この発明の参考例１による電圧型インバータ装置の構成を示すブロック図である。 図６に示す磁束指令切り替え手段の構成例を示す回路図である。 図６に示すｑ軸電流指令切り替え手段の構成例を示す回路図である。 運転停止直前の所定期間における残留電圧低減動作を説明するタイムチャートである。 この発明の参考例２による電圧型インバータ装置の構成を示すブロック図である。 図１０に示す電流指令切り替え手段の構成例を示す回路図である。

符号の説明

１ 交流電気機械機器の一例としての誘導型の交流回転機である誘導機（回転誘導機）
２ 電力変換器
３ ｄｑ軸／三相変換手段
４ 電流検出手段
５ 通常運転時用ｄｑ軸電圧指令演算手段
５ａ 乗算器
５ｂ 記憶手段
６ 運転停止時用ｄｑ軸電圧指令演算手段
６ａ 三相／ｄｑ軸変換手段
６ｂ 残留電圧用ｄ軸電流指令設定手段
６ｃ 残留電圧用ｑ軸電流指令設定手段
６ｄ 残留電圧用ｄ軸電流制御手段
６ｅ 残留電圧用ｑ軸電流制御手段
７ 位相演算手段
８ 停止遅延手段
８ａ 遅延時間設定手段
８ｂ 遅延操作手段
９ 電圧指令切り替え手段
９ａ，９ｂ 切り替え手段
２０ 三相／ｄｑ軸変換手段
２１ 磁束推定手段
２２ 回転角速度推定手段
２３ ｄｑ軸電流制御手段
２４ 磁束制御手段
２５ 磁束指令切り替え手段
２５ａ 切り替え手段
２６ ｑ軸電流指令切り替え手段
２６ａ 切り替え手段
２７ 残留電圧用磁束指令設定手段
２８ 残留電圧用ｑ軸電流指令設定手段
３０ 同期機であるシンクロナスモータ
３１ 三相／ｄｑ軸変換手段
３２ ｄｑ軸電流制御手段
３３ 電流指令切り替え手段
３３ａ，３３ｂ 切り替え手段
３４ 残留電圧用ｑ軸電流指令設定手段
３５ 残留電圧用ｑ軸電圧指令設定手段

Claims (2)

1. 入力する電圧指令に従った交流電力を交流電気機械機器に供給して駆動する電力変換器と、前記電力変換器に接続される前記交流電気機械機器に対応した通常運転時の前記電圧指令を生成して前記電力変換器の変換動作を制御する制御部とを備える電圧型インバータ制御装置において、
   前記制御部は、前記交流電気機械機器の運転を停止する手段として、
   前記電力変換器の変換動作を停止するときに前記交流電気機械機器の磁束を打ち消す方向に流す励磁電流を指示する運転停止時励磁電流指令及び前記交流電気機械機器にトルクを発生させない方向に流すトルク電流を指示する運転停止時トルク電流指令を設定する運転停止時用電流指令設定手段と、
   前記電力変換器が前記交流電気機械機器に供給する電流値を前記運転停止時励磁電流指令及び前記運転停止時トルク電流指令にそれぞれ一致させるように演算して運転停止時用の前記電圧指令を求める運転停止時用電流制御手段と、
   運転停止指示を受けたときに前記電力変換器に与える電圧指令を前記通常運転時の電圧指令から前記運転停止時用の電圧指令に切り替える電圧指令切り替え手段と、
   前記運転停止指示を受けた後の所定遅延時間後に前記電力変換器の変換動作を停止させる停止遅延手段と
   を備え、
   前記運転停止時用電流制御手段は、予め、残留電圧を前記所定遅延時間までに打ち消すことができるように制御応答が設定されている
   ことを特徴とする電圧型インバータ制御装置。
2. 前記交流電気機械機器は、誘導型回転機、同期型回転機、誘導型リニアモータ、同期型リニアモータ、電磁アクチュエータのうちのいずれか一つの機器である
   ことを特徴とする請求項１に記載の電圧型インバータ制御装置。

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