JPH01502952A - 可制御インバータによる非同期電動機の速度制御駆動方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 可制御インバータによる非同期電動機の速度制御駆動方法および装置 本発明は、可制御インバータによる非同期電動機の速度制御駆動方法および装置 に関する。

非同期電動機はそれが一連の生産工程による標準生産品であるため低価格であり 、その構造が単純かつ頑丈であるため、現在量も多く使用される電動機である。

しかしながら非同期電動機の唯一の欠点は速度制御が困難である点にある。

非同期電動機の速度制御には、従来、例えば機械的な変速機、流体カップリング 、直列抵抗等が使用されている。しかしながら、これらの速度制御装置は非同期 電動機の効率を著しく減少させる。

非同期電動機のはるかに優れた速度制御が可変周波数のモータ電圧を使用するこ とにより達成される。このため電源電圧が供給される整流器と周波数制御型イン バータとを使用した周波数変換装置が通常使用され、これにより使用電力量が大 幅に節約される。

モータ電圧の周波数を変化せしめる速度制御は、一定のモータートルクを維持す る場合、供給電圧を同時に変化させることが必要である。通常、速度変化に伴っ て変化する電動機負荷に対する適応も考慮されねばならない。

従来、上記電圧変更は予めプログラムすることにより行われた。この場合、電動 機電圧の周波数は電動機に加えられる電圧の値と関連する。従って電動機負荷の 電動機速度への依存性が不変なものとして、すべての速度範囲にわたり電動機を 最大の効率で動作させうるよう予めプログラムしておき、次いでこのプログラム を電動機速度に適応するよう修正する。しかしながら、電動機負荷の速度依存性 がしばしば見られるように時間と共に変化する場合は、予めプログラムされた供 給電圧が正しくないことになり、最大の効率は得られなくなる。

個々の電動機の異なる特性、すなわち、そのトルクの励磁電流への依存性の変化 、および個々のインバータの損失の変化は所要のトルクを得るための電動機電圧 の決定を困難にする。このため速度制御される非同期電動機のほとんどは最大効 率では動作されていない。

本発明の目的は速度および負荷の値にかかわらず最大効率で動作させることの可 能な、可制御インバータにより速度制御される非同期電動機の駆動方法および駆 動装置を得るにある。

本発明による方法により上記本発明の目的は、電動機電圧と電動機電流との間の 位相差の所望の値（目標値）をインバータから供給される電圧の周波数の関数と して決定し、また上記インバータから供給される電圧の振幅を、上記位相差の実 際値が使用周波数において上記位相差の所望の値（目標値）と等しくなるよう、 制御することにより達成される。

また本発明による装置は、電動機電圧と電動機電流との間の位相差の実際の値を 決定する検出器と；上記実際値と上記インバータから供給される電圧の周波数の 関数で表わされる上記位相差の目標値との間の差を決定するための比較器と；上 記位相差の実際値と目標値との差により附勢され、使用周波数において上記実際 値を上記目標値と等しい値にするようインバータから供給される交流電圧の振幅 を制御する制御装置とから構成される。

本発明は、電動機の正しい励磁、すなわち電動機電圧と電動機電流との間に理想 的な力率あるいは位相差を有する正しい励磁電流が供給された場合、電動機のト ルクが上記励磁電流のピーク値と、電動機電圧と電動機電流との間に形成される 位相角の余弦との積に比例するという事実に基づいている。さらにまた本発明は 電動機速度の関数である最適位相角が、供給電圧が５０または６０Ｈｚである場 合の所定速度における電動機の最大位相角に基づいて予め計算しうるという事実 に基づいている。

上述の方法における上記目標値の決定は、上記周波数および電動機負荷の変更に かかわらず正しい実際値が維持されるために適当な期間をおいて繰返えされる。

上記目標値を示す関数は通常の周波数においてそれぞれの電動機に与えられる目 標値に基づいて決定される。上記目標値関数は永久的に蓄えられることが望まし く、必要の都度用いられる目標値はこの蓄えられた目標値関数がら得られる。上 述の位相差の代りにその関数、例えば位相差の余弦である力率を使用し得ること は明らかである。

従って本発明による装置は、さらに通常の周波数において各電動機に対し与えら れた目標値に基づいて決定された目標値関数を永久的に記憶する記憶装置をもっ ていることが望ましく、この記憶装置はインバータから供給される電圧の周波数 によりアドレスしうるよう構成される。

本発明により電動機の速度および負荷にかがわらず電動機の正しい励磁を達成す ることができる。これは電動機が常に、あるいはほぼ、その動作の全期間中理想 的な力率（ｃｏｓφ）、あるいははソ理想的な力率で動作せしめられることを意 味する。またそれにより得られるトルクは容易に計算することができ、制御目的 に使用することができる。

このために本発明による装置中には上記実際の値と電動機電流の振幅との関数と して電動機トルクを与える計算装置が設けられることが望ましい。さらに本発明 による装置中には上記トルクに応じてインバータから供給される電圧の周波数を 変化せしめる第２の制御装置が設けられることが望ましい。さらに本装置中には 上記電動機のトルクを示すインデケータが設けられていてもよい。

本発明は以下に示される添付の図面によりより詳細に説明される。

第１図は電動機速度の関数で表わされた電動機トルクを示し、第２図は本発明に よる装置の１実施例を示すブロック図で、第３図は力率と電動機速度との関係を 示し、第４図は第２図に示した実施例の１変形を示すブロック図である。

第１図には電動機速度の関数として表わされた非同期電動機のトルクが２種の供 給電圧周波数および異なる電動機電流について示されている。曲線ＡおよびＢは 負荷の電動機速度依存性の１例を示す。

Ｎ１図の曲線Ｉが特定の場合の非同期電動機のトルク曲線であり、曲線Ａがその 電動機の負荷を示すものと仮ｎ。

定すると、電動機は５−１−□に等しい遅れをもった速度ｎ　で動作せしめられ る。ニーに、ｎｏは同期速度である。負荷曲線Ａはそのま−で、同期速度がｎｇ から例えばｎ２に変わったと仮定すると、供給電圧は第１図の曲線■で示す電動 機トルク曲線を得るよう増加されねばならない。このための電動機速度はｎ３に 変わり、正しい励磁を得るための速度の遅れはほとんど上記場合と変化しない。

電動機電圧の周波数を不変とし、電動機負荷が曲線Ａから曲線Ｂで示す値に変わ ったとすると、電動機の励磁電流は電動機の最大効率を維持するため変化せしめ られねばならない。

例えば電動機が第１図の曲線Ｉと曲線Ａとの交点で動作している時、電動機負荷 が第１図の曲線Ｂで示すよう減少したとすると、電動機電圧および電動機電流は 第１図の曲線■で示すトルクを得るよう変化せしめられ、これにより速度の遅れ は不変で効率は最大値に維持される。

同様に電動機が第１図の曲線■と曲線Ａとの交点で動作している時、もしその負 荷が曲線Ｂで示されるよう変化したとすると、電動機のトルクは第１図の曲線■ で示されるよう減少せしめられねばならない。

これにより電動機に対する電圧振幅の固定プログラムを適用することは単に例外 的な場合のみ最大効率を与えうろことは明らかである。

すべての電動機は製造者により示された定格周波数ｆｏすなわち５０または６０ Ｈｚに対するそれぞれの力率（ｃｏｓφ）をもっている。この力率が既知の場合 、直流から最大電動機速度に到る全周波数範囲内で各周波数ｆに対する希望の力 率あるいは電動機電圧と電動機電流との間の位相差を決定することが可能である 。上記ｃｏｓψに対する目標値関数のパターンが第３図に示される。上記目標値 関数の図示されたパターンは規定負荷およびこの規定負荷と規定周波数により与 えられる力率における非同期電動機の基本的等価回路の周波数依存性−に−ｆ により形成される。この依存性はｅ　で表わされるもので、ニーにｋは周波数ｆ ｏにおけるそれぞれの力率により定められる。

本発明は、力率あるいは一般に電動機電圧と電動機電流との間の位相差の希望の 値（目標値）がそれぞれの周波数あるいは電動機速度について与えられるという 事実に依存する。上記目標値に対応する実際値を検出し、この実際値と目標値と の間の差に応じて供給電圧の振幅を制御することにより各周波数において上記実 際値を希望の値に一致せしめる。

上述の制御は第２図に示された本発明による装置の実施例により実行される。こ の装置は交流電源に接続された整流器１と、その整流電圧を受ける可制御インバ ータ２と、このインバータにより駆動される非同期電動機３とを有する。インバ ータ２から供給される電圧は、２個　゛の入力パラメータすなわち電動機電圧周 波数の目標値所要の制御パルスを送る電圧制御ユニット４により決定される。上 記目標値ｆｄｅｓは入力により、あるいは電動機３が使用される処理あるいは加 工装置におけるパラメータに応じて自動的に決定される。

電圧検出器５が上記電圧制御ユニット４の出力側に接続されて電動機に加えられ る電圧の位相に対応する位相をもった出力信号を送出する。電圧検出器５は、あ るいはまたインバータ２と電動機３との間の線間に接続されていてもよい。

本発明による装置においてはさらにインバータ２と電動機３との間に延びる導線 の１つに電流検出器６が設けられて電動機電流の位相に対応する位相をもった第 ２の交流電圧信号を発生する。上記２つの検出器５および６の出力は位相検出器 ７の２つの入力端子に加えられて電動機電圧と電動機電流との間の位相差の実際 の値を表わす信号φ８゜、が位相検出器７から送出される。信号ψ　は上記位相 差の希望の値ψｄｅｓが他の入力端子にＣ１ 加えられている比較器８の１つの入力端子に加えられる。

この希望の値（目標値）は目標値関数が永久的に蓄えられた記憶装置９から読出 される。このように読出される特定の出力ψ　は前記周波数の目標値ｆｄｅｓを 用いてｄｅｓ 上記記憶装置９の入力端子にアドレスすることによりその出力端子から取出され る。比較器８の出力としてφｄｅｓとφａｅｔとの間の差Δψが得られ、この出 力Δψは計算ユニット１０に加えられ、Δψの大きさおよび極性に基づき電動機 電圧の振幅の変化がユニット１０により決定される。

本発明による装置によりインバータにより供給される電圧の振幅が、電動機電圧 および電動機電流間の位相差の実際値が使用される各周波数においてこの位相差 の目標値と一致するよう制御される。これにより電動機速度および負荷とは無関 係に電動機の正しい励磁電流が自動的に与えられる。

もし負荷または速度が変わった場合は、本発明による装置はインバータ２から得 られる交流電圧の振幅を比較器８の出力がゼロとなるまで自動的に調整する。

第４図に示されるブロック図は第２図に示された実施例の１変形を示す。この変 形において計算ユニット１１は、最大力率の場合、例えば第２図の電流検出器か ら待機トルクＴを計算するのに適しており、この計算ユニット１１の出力信号Ｔ は表示器１２中に表示されると共に第２の比較器１３中においてトルクの基準値 Ｔｒｅｆと比較される。上記比較に基づいて修正ユニット１４は希望周波数の修 正値ｆ　を電圧制御ユニット４に供給する。

ｏｒｒ 第４図に示されたユニット４，８．１０は第２図に示されたものと同一であり、 第２図の実施例との関係を示すために示されている。

上記電動機トルクの基準値”　ｖｅｒは例えばこのトルクの最大値であってもよ く、その場合、もしこの最大値を超えるような場合は上記修正ユニット１４は例 えば上記周波数ｆ。ｏｒｒを’　ｄｅｓに比べて低下させることによりトルクを 低下するようになされてもよい。

あるいはまた上記修正ユニット１４が、ΔＴをゼロに等しくするよう、換言すれ ば電動機を定速運転するようｆ　を制御するようなされてもよい。

ｏｒｒ 本発明による上記実施例は本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形が加えら れ得ることは明らかであり、また本発明の装置および方法は上記実施例に限定さ れずマイクロプロセッサ−を用いて実施することも可能である。

浄書ｒ内容に変更なし） ＦＩＧ、ｌ。

手続補正書（方式） 平成１年７月６日てｂ 特許庁長官　吉　１）文　毅　殿 １　事件の表示 ＰＣＴ／ＳＥ　８７１００１８１ 、発明の名称 可制御インバータによる非同期電動機の速度制御駆動方法および装置 ３　補正をする者 事件との関係　特許出願人 ディジモト、オブ、スエーデン、アクチェボラーグ４代理人 ７　補正の内容 （１）　別紙の通り 尚、出願人の名称については謹製により国内書面に記載されたものに変更された ものであるので出願人名義変更届を添付し提出します。

（２）　図面翻訳文の浄書（内容に変更なし）国際調査報告

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．電動機電圧と電動機電流との間の位相差の目標値がインバータから供給され る電圧の周波数の関数として決定され、インバータから供給される電圧の振幅が 上記位相差の実際の値を上記電圧の各周波数において上記位相差の目標値と一致 するよう制御されることを特徴とする、可制御インバータによる非同期電動機の 速度制御駆動方法。
2. ２．上記目標値を示す関数が使用される電動機の規定周波数とその電動機の等価 回路とから与えられる所望の値に基づいて決定されることを特徴とする請求の範 囲第１項記載の方法。
3. ３．上記目標値を示す関数が永久的に記憶され、個々の場合の実際値が上記記憶 された目標値の関数から形成されることを特徴とする請求の範囲第２項記載の方 法。
4. ４．上記位相差の測定に力率が用いられることを特徴とする請求の範囲第１項な いし第３項の何れかに記載された方法。
5. ５．修正された実際値を上記周波数および電動機負荷の変化と無関係に保つため に上記目標値の決定が繰返えされることを特徴とする、請求の範囲第１項ないし 第４項までの何れかに記載された方法。
6. ６．電動機電圧および電動機電流間の位相差の実際値を決定するための検出器（ ７）と、上記実際値と、上記インバータから供給される電圧の周波数の関数であ る上記位相差の目標値との間の差を検出するための比較器（８）と、上記実際値 と上記目標値との差により附勢され、使用される周波数において上記実際値と上 記目標値とを一致せしめるよう上記インバータにより供給される交流電圧の振幅 を制御する制御ユニット（１０）とよりなることを特徴とする可制御インバータ による非同期電動機の速度制御駆動装置。
7. ７．通常の周波数における各電動機に与えられた目標値に基づき、またその電動 機の等価回路を使用して決定された目標値関数を蓄えるため設けられ、インバー タにより供給された電圧の周波数を用いてアドレスしうる記憶装置（９）を更に 有することを特徴とする請求の範囲第６項記載の装置。
8. ８．上記実際値および電動機電流の振幅の関数として電動機トルクを計算するユ ニット（１１）を更に有することを特徴とする請求の範囲第６項または７項記載 の装置。
9. ９．電動機トルクに応じてインバータから供給される電圧の周波数を変化せしめ る第２の制御ユニット（１４）を更に有することを特徴とする請求の範囲第８項 記載の装置。
10. １０．電動機トルクを表示する表示器（１２）を更に有することを特徴とする請 求の範囲第８項または第９項記載の装置。