JPH08103091A - 非同期機を始動する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、非同期機の時定数より早い、モー
メントと磁束またはモーメントと磁化電流の制御器を単
独に備えたインバータ（２）によって非同期機が給電さ
れている時に、非同期機（１）の回転子が回転している
か否かに係わりなく、非同期機を始動させる方法に関す
る。 【解決手段】 制御器の目標としてゼロモーメントを設
定し、インバータによって非同期機の固定子に電圧を供
給し、その電圧によって発生した固定子電流ベクトルを
決定し、その電圧によって発生した固定子磁束ベクトル
を決定し、そのベクトルの見積りまたはその固定子磁束
に相当する或る他の量を決定し、固定子磁束ベクトルお
よび固定子電流ベクトルによって発生するモーメントを
決定し、そして制御器にたいしモーメントの情報を供給
し、それにより、発生した固定子磁束および回転子磁束
を同相にすることによって、発生したモーメントをゼロ
にしようとし、これによりインバータの供給周波数を非
同期機の回転子の可能な回転に同期させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非同期機の時定数
より早い、モーメントと磁束またはモーメントと磁化電
流の制御器を単独に備えたインバータによって非同期機
が給電されている時に、非同期機の回転子が回転してい
るか否かに係わりなく、非同期機を始動させる方法に関
する。したがって、この方法の適用のためには、回転子
の回転速度の粗い見積りさえも要求されない。このよう
に、この方法は、回転子が始動指令の時すでに回転して
いる場合または回転子の回転動作について明確な認識が
無い場合の使用に適切である。この方法の他の始動点
は、非同期機に意味ある残留磁束が存在しないというこ
とである。

【０００２】

【従来の技術】残留磁束無しに回転子が回転する場合に
かご形機械を始動させる方法は、例えばドイツ特許３２
０２９０６およびドイツ公開特許３５４３９８３から公
知である。これらの方法においては、周波数傾斜が用い
られ、それによって回転子の周波数が走査される。これ
らの方法は代表的には何百ミリ秒の時間を必要とし、し
かも低周波数においては信頼性が無い。さらにヨーロッ
パ特許出願０４６９１７７において、回転子が観測可能
な残留磁束をもつとみなされ、それによって回転子周波
数が解る、という方法が知られている。この方法におい
ては、計算時間は少なくとも残留磁束の基本期間の２倍
であり、この方法は、例えば１ヘルツ以下の低周波数に
おいては働かない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、残留
磁束を必要とせず、回転子の周波数を見いだすために２
−３ミリ秒ないし２０−３０数ミリ秒を必要とし、古い
方法に比べ著しく早い非同期機の始動方法を提供するこ
とである。さらに、この方法は回転子が遅く回転してい
る場合に適合している。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に従う
方法の手段によって達成され、この方法は、制御器の目
標としてゼロモーメントを設定し、インバータによって
非同期機の固定子に電圧を供給し、その電圧によって発
生した固定子電流ベクトルを決定し、その電圧によって
発生した固定子磁束ベクトル、そのベクトルの見積りま
たはその固定子磁束に相当する或る他の量を決定し、固
定子磁束ベクトルおよび固定子電流ベクトルによって発
生するモーメントを決定し、そして制御器にたいしモー
メントの情報を供給し、それにより、発生した固定子磁
束および回転子磁束を同相にすることによって、発生し
たモーメントをゼロにしようとし、これによりインバー
タの供給周波数を非同期機の回転子の可能な回転に同期
させる段階を有することを特徴とする。本発明に従う方
法において、従来の使用では非同期機のモーメントと磁
束をまたはモーメントと磁化電流を制御しているインバ
ータの制御システムをこのように利用している。本発明
に従う方法においては、そのような制御システムは電流
インパルスを非同期機に供給することによって励起さ
れ、そのインパルスの結果、たぶん回転している非同期
機において、モーメントが発生し、それは所望通りに制
御システムによって制御される。すなわち、ゼロモーメ
ントに向かう本発明の方法の場合、固定子磁束および回
転子磁束が同相であり、インバータの供給周波数が回転
子の可能な回転と同期している。

【０００５】固定子に供給される電圧は、発生する固定
子磁束および回転子磁束を十分大きくするために、発生
する固定子電流が固定子電流の定格値に近くなるよう
に、好ましくは設定される。

【０００６】以下に、本発明の方法およびその理論的背
景が付随の図面を同時に参照することによって詳細に説
明される。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１は本発明に従う方法を実現す
るに適した装置の構成の例を概略的に示す。図２は本発
明の方法を適用して発生したベクトル量の指示図であ
る。

【０００８】本発明に従う方法においては、かご形機械
で発生するモーメントの情報が必要である。それは次の
ように計算される。

【数１】 ここで、Ｔ_m は電気モーメント ｃは定数 Ψ_s （バー）は固定子磁束 ｉ_s （バー）は固定子電流

【０００９】従って、発生するモーメントを計算するた
めに、測定した固定子電流の外に、固定子磁束またはそ
れに相当する或る他の量が必要である。固定子磁束は以
下の固定子と回転子の広く知られた微分および電流方程
式によって計算でき、その方程式は固定子座標システム
において次のように表現される。

【数２】

【数３】

【数４】

【数５】 ここで、ｕ_s （バー）は固定子電圧 Ｒ_s は固定子抵抗 Ψ_r （バー）は回転子磁束 ｉ_r （バー）は回転子電流 ω_m は回転の機械的速度 Ｒ_r は回転子抵抗 Ｌ_s は固定子インダクタンス Ｌ_r は回転子インダクタンス Ｌ_m は主インダクタンス

【００１０】上記公式より、回転子磁束（スリップ周波
数＝０）の微分として、以下の公式が導ける。

【数６】

【００１１】図１は本発明に従う方法を実現するために
適したシステムの原理的ブロック図である。そこにおい
て、３相非同期機１がインバータによって給電され、こ
のインバータは直流電圧中間回路Ｕ_DCに接続されてい
る。インバータ２は制御システム３によって制御され、
本発明に従えば、この制御システムは単独のモーメント
と磁束またはモーメントと磁化電流制御器を有し、この
制御器は非同期機の時定数より早いものとする。制御シ
ステム３の測定値として、非同期機１に行く２相から電
流を測定する。これらの電流は図１にｉ_saおよびｉ_sbと
して示される。これらの２つの電流に基づき、非同期機
に流れる固定子電流ベクトルｉ_s （バー）を決定するこ
とができる。さらに、直流電圧中間回路Ｕ_DCの電圧が測
定される。この直流電圧中間回路の電圧およびインバー
タ２のスイッチ位置に基づき、制御システム３は、非同
期機の固定子で働く固定子電圧、およびそれから、例え
ば固定子電圧の積分に基づき非同期機で働く固定子電流
を決定する事ができる。普通、固定子磁束、その見積り
または固定子磁束に見合う、回転子磁束または空隙磁束
のような、或る量を決定する公知の全ての計算方法は、
本発明に従う方法を実行することによって可能である。
図１に参照番号３で示す制御システムは、当業界におい
て従来使用されている典型的なものなので、本願におい
てさらに詳細には説明しない。しかしながら、そのよう
な制御システムは例えばヨーロッパ特許０１７９３５６
に記載されていると言える。

【００１２】本発明に従う方法を用いて非同期機を始動
させる時、制御システム３の目標としてゼロモーメント
が設定される。続いて、インバータ２によって電圧が非
同期機１の固定子に供給される。この電圧は、モータ１
の定格固定子電流に近い固定子電流を発生させるような
レベルで供給される。この固定子電流およびその発生の
後に、図１に示す少なくとも２相で行われる電流測定が
続く。これらの電流値によって、固定子電流ベクトルｉ
_s （バー）を決定することができ、このベクトルは数１
に従うモーメントの計算に必要である。同時に、固定子
電圧の供給によって、非同期機の固定子磁束が例えば上
述の方法によって決定され、そしてこの方法で、数１に
より非同期機に発生するモーメントを計算することがで
きる。さらに、制御システム３について言えば、もしそ
の中で最も早い制御ループが磁化電流を制御する場合、
所望の固定子電流は磁化電流の基準値として直接与えら
れる。一方、もし固定子磁束が制御される場合、固定子
磁束の適切な基準値が所望の固定子電流によって計算で
きる。

【数７】Ψ_ref ＝σＬ_s ｉ_ref ここで、Ψ_ref は固定子磁束の基準値 ｉ_ref は所望の固定子電流

【００１３】上述の通り、非同期機の始動時に、発生す
るモーメントの計算がまた数１によって開始する。もし
回転子が回転していない場合、固定子磁束と固定子電流
間に位相差が無いためにモーメントは発生せず、従っ
て、これらのスカラー積はゼロである。この場合、固定
子への電流供給は継続し、そしてモータが十分磁化され
て所定のモーメント基準を達成することができるまで、
固定子磁束が増加するかもしれない。そこで、非同期機
に所望のモーメント基準を与え、本発明に従う始動方法
の実施のために必要なゼロモーメント基準から抜ける。

【００１４】一方、もし回転子が本発明の方法に従って
モータの始動時に回転している場合、モーメントがまた
発生する。これは、回転子の回転時に固定子電流ベクト
ルと固定子磁束ベクトル間に角度が発生し、その角度に
基づき数１に従うそれらのスカラー積が最早ゼロにはな
らない、と言う事実に基づいている。図２は固定子磁束
が数６に従い小さい回転子磁束を発生した場合を示し、
その磁束は回転子の回転時に回転し、そして固定子磁束
と回転子磁束間に角度の相違を発生させる。しかしなが
ら、制御システムは基準としてゼロモーメントを与えら
れているので、制御は回転子磁束に対して固定子磁束を
制御することによって発生したモーメントを補正しよう
とする。このようにして、固定子磁束は回転子磁束の回
転速度に合う。固定子磁束は、イナーシャが無いので、
遅延なしにさらに高い周波数に到達する。

【００１５】観測出来るモーメントが早ければ早いほ
ど、回転子はより早く回転し、そして回転子の時定数は
より小さくなる。数６から次のことが分かる。すなわ
ち、代表的な時定数においては、非同期機が高周波数に
おいてもブレークオーバ点を越えないような早さでモー
メントの発生が観察出来るような大きさで増加する時間
を、回転子磁束は有する。その後には固定子磁束が動い
てしまうであろうモーメント値はゼロには出来ないが、
それは電流測定においては常に誤差が発生するからであ
り、その誤差は再び数１に従うモーメントの見積りに現
れる。それ故、実際に回転している回転子の磁束によっ
て発生するモーメントが、電流測定中の誤差によって発
生するモーメントノイズから識別されることが重要であ
る。これは、本方法の開始時に固定子に供給される電流
が十分に高く、そしてまた、このようにして発生した固
定子と回転子の磁束が十分に強くて測定誤差が確実に除
外されている、という方法で明確に達成されている。

【００１６】本発明に従う方法は、固定子電流と固定子
磁束が発生した直後に、かご形機械が完全に制御可能で
あることを特徴とする。しかしながら、使用されるモー
メントは、ブレークオーバ点を越える危険性のために制
限されねばならず、そして定格モーメントは、固定子磁
束が定格値まで上昇してしまうまで使用出来ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従う方法を実現するに適した装置の構
成の例を示す概略図。

【図２】本発明の方法を適用して発生したベクトル量の
指示図。

【符号の説明】

１ 非同期機 ２ インバータ ３ 制御システム

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非同期機（１）の時定数より早い、モー
   メントと磁束またはモーメントと磁化電流の制御器
   （３）を単独に備えたインバータ（２）によって非同期
   機が給電されている時に、非同期機の回転子が回転して
   いるか否かに係わりなく、非同期機を始動させる方法で
   あって、 制御器（３）の目標としてゼロモーメントを設定し、 インバータ（２）によって非同期機の固定子に電圧を供
   給し、 その電圧によって発生した固定子電流ベクトル（ｉ
   _s （バー））を決定し、 その電圧によって発生した固定子磁束ベクトル（Ψ
   _s （バー））、そのベクトルの見積り、または固定子磁
   束に相当する或る他の量を決定し、 固定子磁束ベクトル（Ψ_s （バー））および固定子電流
   ベクトル（ｉ_s （バー））によって発生するモーメント
   （Ｔ_m ）を決定し、そして制御器にたいしモーメント
   （Ｔ_m ）の情報を供給し、それにより、発生した固定子
   磁束（Ψ_s （バー））および回転子磁束（Ψ_r （バ
   ー））を同相にすることによって、発生したモーメント
   をゼロにしようとし、これによりインバータの供給周波
   数を非同期機の回転子の可能な回転に同期させる段階を
   有することを特徴とする。
2. 【請求項２】 固定子に供給される電圧が、発生した固
   定子電流（ｉ_s ）がその定格値に近いように設定される
   ことを特徴とする、請求項１に従う方法。