JPH0568386A - 同期電動機用インバータ - Google Patents

同期電動機用インバータ

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JPH0568386A
JPH0568386A JP3226803A JP22680391A JPH0568386A JP H0568386 A JPH0568386 A JP H0568386A JP 3226803 A JP3226803 A JP 3226803A JP 22680391 A JP22680391 A JP 22680391A JP H0568386 A JPH0568386 A JP H0568386A
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浩 小栗
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/047V/F converter, wherein the voltage is controlled proportionally with the frequency
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P1/00Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters
    • H02P1/16Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 同期電動機をV/f一定制御するインバータ
において、同期電動機とインバータの接続ケーブルや電
動機取換え等にも適正な低周波始動にする。 【構成】 始動時に同期電動機の電流制限をした電圧制
御を行う電流制限モードと、このモードからV/f一定
制御への移行モードと、この後のV/f一定制御モード
とを制御手順とする始動制御手段を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、低周波運転によって同
期電動機を始動する同期電動機用インバータに関する。
【0002】
【従来の技術】同期電動機は、その同期速度近くまで回
転を上げるのに誘導電動機として始動するのが一般的で
あり、誘導電動機と同期電動機の特性を併有するために
制動巻線を設ける方法又は低周波始動方法(同期始動方
法)がある。
【0003】何れの始動方法においても、始動電流を小
さくするために減電圧で始動するのが好ましく、電圧及
び周波数制御を容易にするインバータを電源とすること
でその低電圧・低周波出力から徐々に同期速度まで上昇
させる始動方法が多く採用される。
【0004】インバータを電源とする同期電動機の始動
方法として、特開昭61−167381号公報に記載さ
れる永久磁石式同期電動機の始動方法がある。この始動
方法は、始動電流を低くするためにインバータを零周波
始動して同期引き入れを行うのに、インバータ出力周波
数を零周波から直線的に上昇させると加速トルクの発生
が小さく脱調現象が起きるのを防止するもので、図4に
始動時の周波数・電圧特性を示すように、零周波から電
動機の負荷角と発生トルクピークの関係が一定となる運
転周波数までの低周波域ではインバータ出力周波数・電
圧を緩やかに上昇させ、その後に電圧と周波数を時間と
共に直線的に上昇させる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の始動方法におい
て、低周波域の周波数,電圧の特性は固定のもので、始
動時に同期電動機に流す電流が始動電圧によって決ま
る。しかしながら、インバータの始動電圧が同じにあっ
ても同期電動機の内部定数,インバータから同期電動機
までの電源ケーブル長等によって電動機に印加される始
動電圧が異なるものになり、同期電動機の取換えや設置
場所の変更等によってインバータの始動電圧を設備毎で
調整を必要とする問題があった。仮に、設備変更等によ
って始動電圧が不足する場合には電圧不足による脱調現
象が発生し、過電圧時は過励磁による過電流が発生す
る。
【0006】本発明の目的は、同期電動機との接続ケー
ブルや電動機取換え等にも適正な低周波始動になるイン
バータを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題の解
決を図るため、同期電動機への印加電圧Vと周波数fの
比を通常制御状態のV/F一定制御するインバータにお
いて、同期電動機の始動時に周波数fを低い値に固定し
電動機電流を一定電流に制限した電圧Vの制御をする電
流制限モード0と、このモード0による制御で電動機電
流が一定値に達したときに周波数f及び電圧Vを設定値
に向けてモード0における出力電圧を初期値として上昇
させる移行モード1と、このモード1による制御で電圧
V及び周波数fが設定値に達したときに該電圧Vと周波
数fの比を一定とする通常制御状態のV/f一定制御モ
ード2とを制御手順とする始動制御手段を備えたことを
特徴とする。
【0008】
【作用】上記構成になる本発明によれば、低周波域には
電流制限モード0により、同期電動機の電流を一定値に
制限した電圧制御で加速し、低周波域からV/fの一定
域への切換え点まで加速されたときに、この時の出力電
圧を初期値としてV/f一定制御への移行モードを経て
通常制御状態のV/f一定制御へ移行する。このモード
0の電流制限によりインバータと同期電動機間のケーブ
ルによる電圧降下や同期電動機の内部定数の変化にも過
電圧や不足電圧を起こすことなく所期のトルク電流を供
給した始動を得る。
【0009】
【実施例】図1は本発明の一実施例を示す装置構成図で
ある。インバータの主回路構成は、整流器1による交流
−直流変換と、インバータ本体2による直流から制御さ
れた周波数,電圧の交流への変換を行い、同期電動機3
に供給する。
【0010】制御装置構成は、周波数設定器4による同
期電動機3のV/f一定領域での周波数設定出力Fs
と、周波数−電圧変換器5による周波数Fsに比例した
電圧設定出力Vsと、PWM演算器6による周波数F
s,電圧Vsに一致するPWM波形の発生と、ベースド
ライバ7によるPWM波形に一致する各相オン・オフベ
ース制御信号の出力とによってインバータ本体2の主回
路スイッチ(トランジスタ)をオン・オフ制御する。
【0011】上述までの主回路構成及び制御装置構成は
従来の構成と同等のものである。ここで、本実施例では
同期電動機3の零周波始動制御装置としてブロック8〜
17を要素とする回路構成が設けられる。
【0012】定格電流設定器8は同期電動機3の定格電
流Isを設定し、電流検出器9はインバータ本体2から
同期電動機3への供給電流Iu、Iv、Iwから直流電
流Idを次式で検出する。
【0013】Id=K(Iu2+Iv2+Iw21/2 又、この直流電流Idの検出はインバータ2に入力する
直流入力電流をHCT等で検出に代えることもできる。
【0014】減算器10は設定される定格電流Isと検
出電流Idの差電流ΔI(=Is−Id)を求め、リミ
ッタ回路11は差電流ΔIを同期電動機3の定格電流
(100%電流)に制限し、比例積分(PI)演算回路
12はリミッタ回路11を通した差電流ΔIに対して比
例積分演算を行いΔIの変化率制限をし、リミッタ回路
13はPI処理したΔIの負極性分をカットして同期電
動機3の定格電流(100%電流)に制限し、電流−電
圧変換部14はリミッタ回路13を通した差電流ΔIを
比例した電圧ΔVに変換する。この電流−電圧変換は次
式によって行われる。
【0015】ΔV=(ΔI/IR)×VAUTO 但し,Vauto:オートトルクブーストに設定されたブー
スト電圧 IR:電動機の定格電流値 電流−電圧変換器14で変換された電圧ΔVは切換スイ
ッチ15によって周波数−電圧変換器5の出力電圧Vs
に切替えてPWM演算器6の電圧制御信号にされる。コ
ンパレータ16は減算器10からの差電流ΔIが設定値
まで低下したか否かを検出し、カウンタ17はコンパレ
ータ16の検出出力でクロック計数を開始して所定値に
達したとき(カウントアップ)に切替スイッチ15を電
流−電圧変換器14から周波数−電圧変換器5側に切替
える。変換器5は変換器14の出力ΔVを初期値として
取込む。
【0016】上述の構成による始動制御を図2のタイム
チャートを参照して説明する。同期電動機の始動時には
切替スイッチ15が図示の状態にあり、時刻t0の始動
開始でまず周波数設定器4が始動周波数Fminを出力
する。このとき、PWM演算器6の周波数入力はFmi
nに固定され、電圧入力は電流−電圧変換器14の出力
ΔV(零)にあり、インバータ2の出力周波数がFmi
nで出力電圧が零で始動開始になる。
【0017】始動開始時には電流検出値Idが零にあ
り、定格電流設定値Isが100%値にあることから、
減算器10の出力になる巻電流ΔIは100%出力に立
上る。この差電流ΔIはリミッタ回路11により100
%に制限されて比例積分演算器12の入力になり、該演
算部出力が100%相当より徐々に減少する一次遅れ出
力になり、電流−電圧変換器14の出力ΔVも同様にな
る。
【0018】始動開始で、変換器14の出力ΔVが上昇
してくると、インバータ出力電流Idも上昇し、差電流
ΔIが減少してくる。この差電流ΔIがコンパレータ1
6に設定する電流(図示では定格電流5%)まで低下す
ると時刻t1該コンパレータ16の検出出力でカウンタ
17が計数を開始する。以後、カウンタ17の計数が設
定値に達するまで(時刻t2)ΔVによる電圧制御が継
続される。このとき、ΔVはリミッタ回路13と変換器
14によってブースト電圧に制限された一定値に保持さ
れ、インバータ出力電流Idも一定値に制限される。
【0019】従って、始動開始(t0)からカウンタ1
7のカウントアップ(t2)までは電流制限した始動に
なる。この電流制限による始動ではインバータ本体2と
同期電動機3との間を接続するケーブルでの電圧降下や
同期電動機3の内部定数の違いに影響されることなく所
期の始動電圧を供給し、過電圧による過励磁や電圧不足
による脱調現象を防止する。
【0020】時刻t2までのモード0による電流制御
後、カウンタ17のカウントアップで切替スイッチ15
を周波数−電圧変換器5側に切替える(モード1)。こ
のとき、変換器5はスイッチ15を通した電圧ΔVを初
期値とし、周波数設定値Fsに比例して上昇する電圧出
力Vsを得る。
【0021】Vs=K・Fs+ΔV このときの比例定数Kは次式から求める。
【0022】K=(F0−F1)/(V0−V1) 上式中、F0及びV0は低周波域からV/f一定域への切
換わり点P(図4参照)の周波数及び電圧値に設定さ
れ、F1及びV1は切換わり点Pに移行するに必要な周波
数及び電圧値に設定される。
【0023】時刻t2からのモード1では電流制限制御
からV/f一定制御への移行モードになり、時刻t3
は電圧VsはV1に一致し、周波数はF1に一致する。こ
の時点では出力電流Idは減少してくるが次のモード2
(時点t3以降)に入ってV/f一定制御によって一定
電流に向かって減少し、時刻t4ではV/f一定制御へ
の移行を終了し、以後にはV/f一定制御になる。
【0024】図3は本発明の他の実施例を示し、始動制
御回路8〜17に代えてマイクロコンピュータによるソ
フトウエア構成とする場合のフローチャートを示す。始
動開始時はモード0に設定され、モードチェック(ステ
ップS1)の初回には電流Id検出(S2)と該電流I
dが設定値5%以下にあるか否かのチェック(S3)と
を経てインバータ出力電圧即ちPWM演算部6への指令
電圧Vnに相当するId−Isに対するPID処理から
求める(S4)。このとき、カウンタ17に相当する計
数値Cnは零に保持される。PID処理結果は周波数−
電圧変換(S5)によって電圧指令Vnを求め、PWM
処理を行う(S6)。
【0025】上述までのモード0になる電流制限制御に
おいて、Id−Isが5%以下に低下したとき、計数値
Cnを+1インクリメント演算し(S7)、Cnが設定
値5以上か否かをチェックし(S8)、設定値5に達し
ていないときにはステップS4に戻ってPID制御を継
続し、設定値5以上になったときにモードをモード0か
らモード1に切換える(S9)。この後、周波数−電圧
変換を行って(S10)、PWM処理を行う(S1
1)。
【0026】ステップS9でのモード切換えによって、
ステップS1でのチェックでモード1のチェック(S1
2)に入り、V/f一定制御への移行モード1に入り
(S13)、加速か減速かのチェック(S14)を行
い、始動時には加速制御になるためPWM指令電圧Vn
に演算値ΔVを1回加える(S15)。なお、V/f一
定制御での減速時にはVnからΔVを減算する(S1
6)。
【0027】このVnの演算後、電圧Vnが設定値Vs
を越えたか否かチェックし(S17)、越えていなけれ
ばVnと周波数指令FSでPWM処理を行い(S1
9)、越えたときにモード1からモード2に切換える
(S18)。これらS12〜S19までの繰り返しでV
n≧Vsになったとき、モード1から2への切換えによ
ってステップS12でのチェック時にモード2になるV
/f一定制御に入り(S20)、V/f一定制御による
PWM処理行い(S21)、V/f一定制御を実行する
(S22)。
【0028】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、始動時
に電流制御した電圧制御を行って低周波域での加速を得
る始動制御手段とするため、インバータと同期電動機間
を結ぶケーブル長や同期電動機の取換えによる内部定数
の変化にも過電圧による過励磁や電圧不足による脱調を
無くした適正な始動を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す装置構成図、
【図2】実施例の始動時タイムチャート、
【図3】実施例のフローチャート、
【図4】従来の始動特性図である。
【符号の説明】
2…インバータ本体、4…周波数設定器、5…周波数−
電圧変換器、6…PWM演算器、8…定格電流設定器、
9…出力電流・検出器、10…減算器、11…リミッタ
回路、12…比例積分演算器、13…リミッタ回路、1
4…電流−電圧変換器、15…切替スイッチ、16…コ
ンパレータ、17…カウンタ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 同期電動機への印加電圧Vと周波数fの
    比を通常制御状態のV/F一定制御するインバータにお
    いて、同期電動機の始動時に周波数fを低い値に固定し
    電動機電流を一定電流に制限した電圧Vの制御をする電
    流制限モード0と、このモード0による制御で電動機電
    流が一定値に達したときに周波数f及び電圧Vを設定値
    に向けてモード0における出力電圧を初期値として上昇
    させる移行モード1と、このモード1による制御で電圧
    V及び周波数fが設定値に達したときに該電圧Vと周波
    数fの比を一定とする通常制御状態のV/f一定制御モ
    ード2とを制御手順とする始動制御手段を備えたことを
    特徴とする同期電動機用インバータ。
JP3226803A 1991-09-06 1991-09-06 同期電動機用インバータ Expired - Lifetime JP2979765B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005143178A (ja) * 2003-11-05 2005-06-02 Sanyo Denki Co Ltd 同期モータとその回転制御方法、及び、同期モータ用インバータ
WO2011040057A1 (ja) * 2009-09-30 2011-04-07 国立大学法人東京工業大学 モータ始動方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005143178A (ja) * 2003-11-05 2005-06-02 Sanyo Denki Co Ltd 同期モータとその回転制御方法、及び、同期モータ用インバータ
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JP2011078213A (ja) * 2009-09-30 2011-04-14 Tokyo Institute Of Technology モータ始動方法

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