JPH0373237B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は誘導電動機をベクトル制御を含み可変
電圧、可変周波数（以下VVVFと記す）制御す
る誘導電動機制御装置に係り、特に装置の異常や
電源回路の断線等の異常を検出する異常検出装置
に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 近年、半導体技術の目覚しい発展に伴い電動機
制御の分野においてもVVVF制御装置とベクト
ル制御を組み合わせることにより高性能制御が可
能になることから、直流電動機に代つて誘導電動
機の使用が見直されている。

ところで、このベクトル制御とVVVF制御装
置を組み合わせた制御装置については既に数多く
の発表や提案がなされている。

周知のようにベクトル制御は、直流機の界磁電
流に相当する励磁成分電流指令（Id^*）と電機子
電流に相当するトルク成分電流指令（Iq^*）の合
成成分によつて誘導機の一次電流を制御するもの
である。したがつてベクトル制御においては、他
励直流電動機の電機子電流によりトルク制御を行
う場合と同じように、発生トルクが零の状態でも
界磁電流に相当する２次磁束を保持するため、一
次巻線電流制御が行なえる構成となつている。更
に、他励直流電動機の定トルク特性に相当する運
転の場合は、励磁成分電流指令（Id^*）を固定し
て、２次磁束Φ₂を一定に保つ制御を行い、定出
力特性に相当する運転の場合は、励磁成分電流指
令（Id^*）を２次磁束の追従遅れを考慮して調整
する弱め磁束制御が行なえるようになつている。

第６図はかかるベクトル制御を含むVVVF制
御装置により、誘導電動機を駆動する場合の構成
例を示すものである。図中１は三相誘導電動機２
を駆動するためのVVVF制御装置、３は交流電
源である。又、４は速度指令装置、５は誘導電動
機２の速度を検出するための速度検出器、６は速
度指令装置４の速度指令４ａおよび速度検出器５
の速度信号５ａが入力される速度制御装置で、こ
の速度制御装置６はこれら両入力信号の偏差に応
じて速度制御演算を行い、トルク成分電流基準６
ａ（Id^*）を出力する。７は励磁成分電流基準７ａ
（Id^*）を出力する励磁成分電流基準指令装置であ
る。８はベクトル制御演算装置であり、トルク成
分電流基準６ａ（Iq^*）と励磁成分電流基準７ａ
（Id^*）更に速度信号５ａを入力して、ベクトル制
御演算を行い、誘導電動機２の一次電流基準８ａ
（正弦波電流基準）を出力する。９は誘導電動機
２の一次電流を検出する電流検出器、１０は一次
電流基準８ａおよび一次電流検出信号９ａが入力
される電流制御装置で、この電流制御装置１０は
これら両入力信号の偏差に応じて電流制御演算を
行い、電圧指令値１０ａを出力する。１１はこの
電圧指令値１０ａが入力される正弦波PWM制御
装置で、この正弦波PWM制御装置１１はVVVF
制御装置１に可変電圧・可変周波数制御を行うた
めのタイミング信号１１ａを出力する。

したがつて、このような構成の誘導電動機制御
装置にあつては正弦波PWM制御装置１１から出
力されるタイミング信号１１ａによつて、
VVVF制御装置１は誘導電動機２のトルク制御
および速度制御を適正に行うことが可能となる。

しかるにこの誘導電動機制御装置においては、
その装置の一部に異常が発生すると、誘導電動機
２の一次巻線に電流を供給できない状態が生じた
り、又、誘導電動機２への配線経路で断線を生ず
ると、同様に誘導電動機２に対し正常な電流供給
ができなくなつたりする事態が起り得る。

［発明の目的］ 本発明は、上記不具合に対し、迅速に装置の異
常や電源回路の断線等の異常を検出することがで
きる誘導電動機制御装置の異常検出装置を提供す
ることを目的とする。

［発明の概要］ 本発明では、かかる目的を達成するため、誘導
電動機をベクトル制御を用いて駆動する場合、ト
ルク零の制御状態においても２次磁束を確保する
ため、励磁成分電流を誘導電動機の一次巻線に供
給し続けることに着目し、運転中に一次電流が規
定値以下になつたことを条件に制御異常の発生を
検出することを特徴としている。

［発明の実施例］ 以下本発明の一実施例を図面を参照して説明す
る。

第１図は本発明による制御異常検出装置の回路
構成例として定トルク特性の２次磁束一定制御の
場合について示すもので、第６図と同一の構成要
素については同一記号を付してある。

図中、１２は誘導電動機２の一次巻線各相に設
けられた電流検出器９からの電流検出信号９ａを
入力とする三相全波整流回路、１３は基準設定器
１４の基準信号１４ａと上記全波整流回路１２の
出力信号１２ａ（直流信号）を入力とする比較器
であり、直流信号１２ａが基準信号１４ａを超え
ているとき論理値“１”の信号を出力する。ま
た、１６，１７，１８はAND回路、１９，２０
はOR回路、２１，２２は反転回路、２３は遅延
回路である。

上記AND回路１６にはOR回路１９を通して比
較器１３の出力信号１３ａが加えられると共に制
御開始指令信号１５ａが入力され、このAND回
路１６の出力信号１６ａはOR回路１９に自己保
持信号として加えている。AND回路１７は比較
器１３の出力信号１３ａが入力される反転回路２
１の出力信号２１ａとAND回路１６の出力信号
１６ａとが入力される。AND回路１８はAND回
路１６の出力信号１６ａが入力される反転回路２
２の出力信号２２ａと制御開始指令信号１５ａと
が入力される。OR回路２０はAND回路１７の出
力信号１７ａとAND回路１８の出力信号１８ａ
が入力される遅延回路２３の出力信号２３ａとが
加えられ、何れかの出力信号が論理値“１”の時
異常検出信号２０ａを出力するものである。ま
た、このOR回路２０には異常検出信号２０ａの
出力によりその信号を自己保持信号としてOR回
路２０に入力する回路が形成されており、この回
路には抵抗Ｒ１，Ｒ２、コンデンサＣが設けら
れ、極めて小さな時定数を有するフイルタを構成
して電源投入時の誤動作を防止できるようにして
いる。

次に上記のように構成された制御異常検出回路
の作用について述べる。

誘導電動機の一次巻線の各相にながれる電流が
三相全波整流器１２により全波整流された直流信
号１２ａの平均値はベクトル制御における励磁成
分電流基準（Id^*）とトルク成分電流基準（Iq^*）
の合成値として求められる。つまり、一次電流振
幅基準I₁ ^*（＝√（^*）²＋（^*）²）に等しい。

従つてベクトル制御では、制御状態における直
流信号１２ａの平均値は、励磁成分電流基準
（Id^*）を下まわることはない。また、停止状態に
おける励磁電流制御時の一次電流は直流となるも
ので、直流信号１２ａはId^*と一致（I₁ ^*＝Id^*）
する。そして電動機が回転すると直流信号１２ａ
は制御周波数の６倍のリツプル周波数を含む信号
となり、その最低ピーク値はI₁ ^*×sinπ／３であ
る。さらにトルク指令値が零の状態（Iq^*＝０）
では最低ピーク値はId^*×sinπ／３となる。そこ
で基準設定器１５の設定値としてはId^*×sinπ／
３より、やや低目の基準信号１４ａとなるように
設定される。

いま、装置並びに電源回路に異常がない時、制
御開始指令信号（XRR）１５ａが論理値“１”
となり、一次巻線に電流が流れて、比較器１３の
出力信号（CD）１３ａが論理値“１”になると、
AND回路１６の出力信号（RR）も論理値“１”
となる。一旦、AND回路１６の出力信号（RR）
が“１”になると、OR回路１９に対して自己保
持信号を入力するので、この出力信号（RR）
は、制御開始指令信号（XRR）が論理値“０”
となるまで“１”を保持している。AND回路１
６の出力信号（RR）１７ａが論理値“１”の状
態（制御状態）にある時、装置又は電源回路に異
常が発生し、全波整流器１２から出力される直流
信号１２ａが基準設定器１４の基準信号１４ａよ
りも小さくなると、比較器１３の出力信号１３ａ
は、論理値“０”となる。したがつて、反転回路
２１から出力される比較器１３の出力信号の反転
信号（CD）は“１”となるためAND回路１７の
出力信号（ERR1）は“１”となり、OR回路２
０より出力される異常検出信号２０ａにより運転
中の制御異常を検出する。また、制御開始指令信
号（XRR）が論理値“１”となつても、AND回
路１６の出力信号（RR）１６ａが“１”となら
ない、つまり、比較器１３の出力信号１３ａ
（CD）が論理値“０”から“１”にならない場合
は、反転回路２２の出力信号（）が論理値
“１”となつているためAND回路１８の出力信号
（XERR2）は論理値“１”となる。そして、こ
の状態が一定時間継続すると遅延回路２３の動作
により出力信号（ERR2）が論理値“１”となる
ため、OR回路２０より出力される異常検出信号
２０ａにより制御開始時の異常を検出する。この
ようにAND回路１７の出力信号（ERR1）１７
ａまたは遅延回路２３の出力信号（ERR2）２３
ａが“１”になり、OR回路２０から論理値
“１”の異常検出信号が一旦出力されると、OR
回路はその自己保持入力信号（ERRX）により、
異常検出モード（ERR“１”）に保持される。

このような本実施例の回路を誘導電動機制御装
置に付加することにより、制御開始時および制御
開始後に装置の異常や電源回路の配線回路の断線
等で誘導電動機に電流が流れないような異常モー
ドを迅速に検出することができる。

次に本発明の他の実施例について述べる。

(1) 第１図に示した実施例装置では誘導電動機の
三相一次巻線の各相に設けられた電流検出器９
からの電流検出信号９ａを三相全波整流器１２
に入力する場合について示したが、誘導電動機
の三相一次巻線の三相のいずれか二相設けられ
た電流検出器９からの電流検出信号９ａを三相
全波整流器１２に入力する場合にはその前段に
第２図に示すような入力回路を構成すれば良
い。すなわち第２図に示すように二相で検出さ
れた電流信号９ａ１，９ａ２を用いて演算増幅
器２４を備えた演算回路により、残りの一相に
相当する電流信号９ａ３を作成する。この演算
回路は演算増幅器２４と抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５
（抵抗値は全て等しく設定される。）により、増
幅率＝−１倍の反転加算回路を構成している。

ここで、電流信号９ａ１，９ａ２，９ａ３の
関係をベクトル図を用いて示すと第３図のよう
に表わすことができる。

(2) 第１図に示した実施例装置では磁束一定制御
の場合であるが、弱め界磁制御の場合にも適用
可能である。第４図は、定出力特性における弱
め磁束制御を行う場合の構成例を示したもので
ある。

第４図では、第１図での基準設定器１４のか
わりに、変換回路２５を設け、この変換回路２
５に励磁成分電流基準信号７ａ（Id^*）を入力し
てその出力信号２５ａを比較器１３に与えて三
相全波整流器１２から出力される直流信号１２
ａと比較されるように構成するものである。

第５図は変換回路２５の内部構成の詳細を示
す図である。変換回路２５は、第５図に示すよ
うに励磁電流基準信号７ａ（Id^*）が入力される
演算増幅器２６と抵抗Ｒ６，Ｒ７により反転増
幅回路が構成され、その出力信号を基準信号２
５ａとして比較器１３へ出力するものである。
ここで、入力抵抗Ｒ６の抵抗値を１とすれば抵
抗Ｒ７は上述したようにsinπ／３より少し小さ
めに設定される。又、入力信号Id^*を反転した
のは比較器１３に与える基準信号２５ａとして
の極性となるような信号とするためである。な
お、弱め磁束制御のId^*算出方法についいは周
知であるので省略する。

更に、回路中のコンデンサＣ２は抵抗Ｒ７と
共に一時遅れ回路を構成すめためのものであ
り、時定数＝C₂×C₇は電流制御の交差角周波
数（ω）にほぼ等しく設定される。これは電流
基準に対する実電流の応答遅れによる検出装置
の誤動作を防止するためのものである。

上述した各実施例では演算増幅器や論理演算回
路により異常検出回路を構成する場合を示した
が、マイクロコンピユータを用いてソフトウエア
により前述同様の処理を行なつても誘導電動機制
御装置の異常を容易に検出することができるもの
である。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、ベクトル制
御を含む可変電圧、可変周波数制御により誘導電
動機を駆動する制御装置において、前記誘導電動
機の一次巻線に流れる電流を検出する電流検出手
段と、この電流検出手段により検出された電流検
出信号を直流信号に変換する直流変換手段と、こ
の直流変換手段により得られる直流信号がベクト
ル制御の励磁成分電流基準に対応する基準信号に
達しているか否かを判別する判別手段と、前記制
御装置の運転開始指令信号が入力され且つ前記判
別手段により前記直流信号が前記基準信号に達し
ていないことが判別されると前記制御装置又は前
記誘導電動機の電源回路に異常があると判定する
判定手段とを備える構成として運転中に誘導電動
機に流れる一次電流が規定値に達していないこと
を条件に制御異常の発生を検出するようにしたの
で、装置の故障や電源回路の断線等の異常を迅速
に検出することができる誘導電動機制御装置の異
常検出装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路構成図、
第２図は本発明の他の実施例の要部を示す回路構
成図、第３図は同実施例において二相電流信号か
ら他の一相を求める場合の関係を示すベクトル
図、第４図は本発明の異なる他の実施例の要部を
示す回路構成図、第５図は同実施例における変換
回路内部の詳細を示す構成図、第６図はベクトル
制御を含むVVVF制御装置により誘導電動機を
駆動する制御装置の一例を示す回路構成図であ
る。 １……VVVF制御装置、２……誘導電動機、
３……交流電源、４……速度指令装置、５……速
度検出器、６……速度制御装置、７……励磁成分
電流基準指令装置、８……ベクトル制御演算装
置、９……電流検出器、１０……電流制御装置、
１１……正弦波PWM制御装置、１２……三相全
波整流器、１３……比較器、１４……基準設定
器、１５ａ……運転開始指令信号、１６〜１８…
…AND回路、１９，２０……OR回路、２１，２
２……反転回路、２３……遅延回路、２４，２６
……演算増幅器、２５……変換回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ベクトル制御を含む可変電圧、可変周波数制
   御により誘導電動機を駆動する制御装置におい
   て、前記誘導電動機の一次巻線に流れる電流を検
   出する電流検出手段と、この電流検出手段により
   検出された電流検出信号を直流信号に変換する直
   流変換手段と、この直流変換手段により得られる
   直流信号がベクトル制御の励磁成分電流基準に対
   応する基準信号に達しているか否かを判別する判
   別手段と、前記制御装置の運転開始指令信号が入
   力され且つ前記判別手段により前記直流信号が前
   記基準信号に達していないことが判別されると前
   記制御装置又は前記誘導電動機の電源回路に異常
   があると判定する判定手段とを具備したことを特
   徴とする誘導電動機制御装置の異常検出装置。