JPH09502334A - インバータ給電式篭形誘導機の残留磁束決定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、インバータで給電される籠形誘導機械の残留磁束の回転速度、大きさおよび瞬時方向を決定し、機械（１）内に回転磁束（Ψ_s）が存在しかつ機械の全漏洩インダクタンス（σＬ_s）が既知の場合に籠形誘導機械の始動の為に使用される方法に関する。本発明に基づけば、処置は、固定子巻線を短絡させ、第１の固定子電流ベクトル（ｉ_s1）を測定し、そして第１の時間（Ｔ₁）の終了時点で固定子回路を遮断し、第１の時間（Ｔ₁）の終了から第２の時間（Ｔ₂）の後、もう一度、固定子巻線を短絡させ、第２の固定子電流ベクトル（ｉ_s2）を測定し、２回目の短絡から第１の時間（Ｔ₁）と全く同じ時間の後、固定子回路を遮断し、第１および第２の固定子電流ベクトル（ｉ_s1，ｉ_s2）の方向並びに第１および第２の時間の長さに基づいて残留磁束（ω_s）の周波数（Ψ_s）を決定し、籠形誘導機械の全漏洩インダクタンス（σＬ_s）と第１または第２の固定子電流ベクトル（ｉ_s1，ｉ_s2）に基づいて残留磁束の絶対値（｜Ψ_s｜）の大きさを決定し、第１または第２の固定子電流ベクトル（ｉ_s1，ｉ_s2）の方向に基づいて残留磁束（Ψ_s）の瞬時方向を決定する手順を含んで実施される。

Description

【発明の詳細な説明】 インバータ給電式籠形誘導機の残留磁束決定方法 本発明は、インバータ給電式誘導機の残留磁束の回転速度、大きさおよび瞬時 方向を決定し、機械内部に回転残留磁束が存在し、かつ機械の全漏洩インダクタ ンスが既知の際に籠形誘導機を始動するために用いられる方法に関する。 本発明の方法は、例えばインバータ駆動に対して使用でき、此処では再始動指 令を運転が停止した後、篭形誘導機の磁束が消失する前に折り返し発することが 出来る。本発明は、更に主線の中断またはインバータ過電流解除の様な外乱から の急速な復帰にも使用できる。本発明は、また篭形誘導電動機が主電源からイン バータに接続される際にも使用可能である。 ＥＰ特許４６９，１７７は、従来技術に基づく方法を開示しており、そこでは 篭形誘導機が機械内部に回転残留磁束が存在している状態で始動される。この特 許で説明されている方法では、その計算時間は、残留磁束の基本周期の期間の少 なくとも２倍であり、その回転が測定された後、篭形誘導機の磁化電流が制御操 作に引き渡される前に正常値に上昇される。従って、この方法で提供される始動 は比較的遅く、篭形誘導機の制御された電力供給への直接引継を行うことは、こ の始動では不可能である。 本発明の目的は、篭形誘導機内の回転残留磁束が決定され、電動機に供給され るその内部の残留磁束と同期されている電圧がその磁束の決定の直後に開始可能 となる方法を提供することである。この方法は、機械がインバータ電源供給で始 動される前に篭形誘導機内部で如何にして回転磁束が発生されているかには依存 しないものでなければならない。 非同期機を制御する目的は、一般的に、機械に供給される電流と電圧とが既知 である場合に機械で発生されるモーメントの望ましい動作を起こさせるためであ る。従って、その目的は電気モーメントに影響を与えることであって、その固定 子磁束と電流の関数である相対値は、 ここで： Ｔ_m ＝電気モーメント ｃ＝定数係数 Ψ_s ＝固定子磁束、そして ｉ_s ＝固定子電流である。 従って、被制御モーメントの制御では、電流に加えて機械の固定子磁束または それ（例えば回転磁束または空隙磁束）に比例する強度が既知であることを必要 とする。籠形誘導機の始動に当たっては、回転残留磁束の始動がモーメントの衝 撃および突入電流無しに出来るだけ急速に行えることが望ましい。 一般的に知られている、固定子の協調システムでの籠形誘導機の固定子および 回転子の微分および電流方程式は、 ここで： Ψ_r ＝回転子磁束、 ｉ_r ＝回転子電流、 ω_m ＝機械的回転速度、 Ｒ_r ＝回転子抵抗値、 Ｒ_s ＝固定子抵抗値、 Ｌ_s ＝固定子インダクタンス、 Ｌ_r ＝回転子インダクタンス、 Ｌ_m ＝主線インダクタンスである。 更に、式４および５から次のように導ける ここで、 制御パルスがインバータスイッチから除去された時、すなわち個々のスイッチ がインバータの上部または下部分岐に接続されず、全体として接続されずに残さ れている時、籠形誘導機の固定子回路のスイッチは切られ、そして固定子電流は 非常に急速な遷移の後、零にセットされる。制御パルスが消滅された後、固定子 電流はインバータスイッチのアイドル電流ダイオードを介してのみ流れることが 出来る。この後、固定子磁束は回転子電流だけで維持される。固定子巻線が解除 された後、固定子磁束は次式に従う。 ここで Ψ_r0＝固定子巻線解除の瞬間の回転子磁束 τ_r ＝Ｌ_r／ｒ_r、すなわち回転子の時定数、 ω＝残留磁束周波数、 ｔ＝時間である。 減衰残留磁束はモーメントを発生せず、そして固定子および回転子磁束は同位 相を有する。 上述の理論的背景の基本に基づき、これに依って籠形誘導機の残留磁束の回転 速度、大きさおよび瞬時方向を、籠形誘導機の直接始動に使用するように非常に 早く決定することの出来る方法を提供することが可能である。この残留磁束のこ れらの必要な特性は、本発明の方法で決定でき、これは以下の手順、すなわち、 固定子巻線を短絡させ、 第一固定子電流ベクトルを測定し、そして第一時間の終了時点で固定子回路を 遮断し、 第一時間の終了から第二時間の後、もう一度固定子巻線を短絡させ、 第二固定子電流ベクトルを測定し、第二回目の短絡から第一時間と全く同じ時 間の後、固定子回路を遮断し、 第一および第二固定子電流ベクトルの方向および第一および第二時間の長さに 基づいて残留磁束の周波数を決定し、 籠形誘導機の全漏洩インダクタンスと第一または第二固定子電流ベクトルに基 づいて残留磁束の絶対値の大きさを決定し、 第一または第二固定子電流ベクトルの方向に基づいて残留磁束の瞬時方向を決 定する、という手順を含む。 固定子巻線を短絡させる最も簡単な方法は、下部インバータ分岐の全てのスイ ッチ、または上部インバータ分岐の全てのスイッチが同時に導通となるように調 整し、全てのインバータスイッチの制御パルスを除外するように固定子回路を遮 断することである。 一方、残留磁束の瞬時方向は固定子電流ベクトルを９０度、残留磁束の回転方 向に回すことで決定できる。 本発明によれば、本発明の方法が必要とする唯一の基本データは、全漏洩イン ダクタンスσＬ_sのみである。従って、この方法は残留磁束周波数に関するこれ 以上の情報は必要としない。 本発明の方法は、籠形誘導機の時定数よりも早い個別のモーメントおよび磁束 制御またはモーメントおよび磁化電流制御を含むインバータから、籠形誘導機が 給電される時に適用可能である。このインバータは十分な測定器を含み、この方 法で必要とされる速度で固定子磁束の決定が可能でなければならない。位相電圧 の測定は本発明に基づく直接始動では不要である。 以下、本発明の方法並びにそこで使用される計算式が更に詳細に添付図面を参 照して説明される。 第１図は、本発明の方法を使用するインバータ駆動機の一般図を示す。 第２図は、固定子巻線短絡時の固定子と回転子磁束並びに固定子電流の挙動を 示し、籠形誘導機内に残留磁束が存在する場合はその磁束は周波数ω_sで回転す る。 第３図は、本発明の方法の種々の段階での固定子と回転子磁束並びに固定子電 流の挙動を示す。 第４図は、本発明の方法を流れ図として図示する。 第１図は、制御システム２を含むインバータ駆動機を図式的に示し、これは基本 データとして籠形誘導機の全漏洩インダクタンスσＬｓを受信し、そして電動機 １からの固定子電流を測定し、インバータの上部分岐の制御スイッチＱ１Ｙ，Ｑ ２Ｙ並びにＱ３Ｙ、同様にインバータの下部分岐のスイッチＱ１Ａ，Ｑ２Ａ並び にＱ３Ａをこれらのデータに基づき制御する。アイドル電流ダイオードが接地ス イッチと並列に接続されている。 本発明に基づく直接始動に於いて、最初に零指示器が籠形誘導機に接続されて おり、これは籠形誘導機の固定子巻線が短絡されていることを意味している。す なわち、インバータの全ての下部分岐スイッチまたは全ての上部分岐スイッチが 同時に導通となるように調整されている。このステップは、第４図の流れ図には 参照番号４１で示されている。次に籠形誘導機は、もしもその中に磁束が存在し 、しかもそれが回転している場合は固定子電流を形成する。生成される電流ベク トルは磁束ベクトルの長さとその回転速度並びに短絡または全漏洩インダクタン スσＬｓに直接比例する。固定子電流ベクトルは、短絡の開始時点のオリゴ(ori go) から増加し始め、非常に急激にほとんど最初は直線的に増加するが、短絡が継続 する間は残留磁束の回転方向にカーブする。 後続のステップに於いて、生成された固定子電流ｉ_s1が測定され、同時に固定 子電流が遮断され、すなわちインバータの全てのスイッチの制御パルスが取り除 かれる。続いて短絡が時間Ｔ１継続される。このステップは、第４図の流れ図に 参照番号４２で示されている。この測定された固定子電流ベクトルｉ_s1に基づい て、流れ図４のステップ４３でこの籠形誘導機内部に回転残留磁束が存在するか 否かの結論が出される。零指示器は固定子磁束を適切に停止し、そして短時間回 転子磁束は残留磁束周波数で回転し続ける。もしも固定子電流が零から違わない 場合は、固定子および回転子磁束が零指示器の間、各々が互いに違っていないこ とが結論づけられる。これには２つの可能性のある理由があり、両磁束が零ベク トルであるか、またはこれら磁束の回転速度が零であるか、または非常に零に近 い場合である。いずれの場合も残留磁束を本発明の方法で決定することが出来ず 、従って籠形誘導機をこの残留磁束で始動することも出来ない、しかし、この機 械が回転しているか否かの判別を行うことが可能であることは判っている。もし も残留磁束が存在するが、それが非常にゆっくりか、またはそれほど大きくない 周波数で回転している場合は、零指示器の間に生成される電流は非常に小さく、 その結果、電流または残留磁束は観測できない。従って籠形誘導機は従来の方法 、例えば昔からの直流磁化で始動可能である。 もしも第一短絡時に測定された固定子電流ベクトルがほぼ零とは言えない場合 は、第４図の流れ図のステップ４４に進み、このステップで固定子巻線はもう一 度、時間Ｔ₁の間、短絡される。この前に固定子回路が遮断された後で、固定子 および回転子電流が平行方向とされているが、これは固定子電流が零に設定され ているためである。同様の間隔Ｔ₁を有する第二短絡が、第一短絡終了の瞬間か ら時間Ｔ₂経過後に実行される。第二短絡の終了時点で、固定子電流ベクトルｉ_{s 2} が測定される。このステップは第４図の流れ図では参照番号４５で示されてい る。この後、残留流れの周波数ω_sが、時間Ｔ１が非常に短く、この磁束がこの 時間の間に半回転も出来ないと仮定すれば、第一および第二短絡の完了時点で有 効な固定子電流ベクトルｉ_s1およびｉ_s2から計算できる。固定子周波数ω_sは 以下の電流のアークタンジェントから計算される。 ここで、 ｉ_s1＝第一零指示器終了時点で測定された固定子電流、 ｉ_s2＝第二零指示器終了時点で測定された固定子電流、 Ｔ₁ ＝零指示器の間隔、 Ｔ₂ ＝零指示器間の制御パルスが無い時間である。 本発明の方法に於いて、残留磁束の周波数は、この様に短絡の間に生じる電流 角に基づいて計算される。この様に決定される固定子周波数の初期値は、籠形誘 導機の制御の初期化の他にも本発明の方法およびそれ以外でも使用可能である。 固定子磁束Ψ_sの絶対値を決定するために必要なのは、最初に固定子と回転子 磁束の間に形成され、そして零指示器の間に生成される固定子電流に対応する角 度δを決定することである。第２図はこの角度δの計算を図示する。固定子およ び回転子磁束ベクトル並びにそれらの間の角度δが第２図に前記の式６に従って 印されている。第２図は、加えて周波数ω_sの残留磁束の回転方向と同様に固定 子電流ベクトルｉ_sを図示する。零指示器の時間Ｔ₁は、固定子および回転子の磁 束の時定数並びに残留磁束の基本周波数ω_sに比較して非常に短いので、これら 磁束の絶対値が時間Ｔ₁の間には変化しないという仮定が可能である。これらの 仮定によって、短時間に正当化されて、この角度δが計算でき、その回転子磁束 は固定子の短絡中に固定子磁束から回転する。この角度δは以下の式に従って計 算できる。 更に、Ｔ₁は十分に短いので、零指示器の終了時に磁束の間に生成されるこの 角度δは十分小さく、式、 がσＬ_sの大きさが既知でありかつ固定子電流が測定されている場合に、固定子 磁束の絶対値として精度を問題とすることなく使用できる。角度δが小さいため 、ｓｉｎ（δ）をｔａｎ（δ）の代わりに使用することが可能である。すなわち 、直接δがラディアンで表示され、精度を落とすことなく計算量を減少できる。 上記から判るように、籠形誘導機の全漏洩インダクタンスσＬ_sが、本発明で要 求される前もって知られていなければならない唯一のパラメータである。 第４図の流れ図に於て、角度δの上記計算は流れ図のステップ４７に記述され ており、そして固定子残留磁束の絶対値の計算は、流れ図のブロック４８の中で ある。対応する状況が第３図に図示されている。これは短絡状況中に生成された 固定子電流ベクトルｉ_s1とｉ_s2並びにそれぞれの固定子と回転子磁束ベクトルと 同様に短絡の間隔Ｔ₁並びにそれらの間の時間Ｔ₂とを示す。 上記のように計算された残留磁束Ψ_sの絶対値に基づいて、残留磁束の方向が 判明した後で残留磁束の値を決定することが可能である。第２図および第３図か ら判るように、短絡または零指示器の終了時点で測定された固定子電流は、それ ぞれの固定子磁束から９０度、遅れている。従って固定子磁束の方向は固定子電 流の方向に基づき、これを９０度、回転方向に回すことにより計算できる。次に 初期値Ψ_s,initは固定子磁束の絶対値と固定子電流ベクトルに基づいて決定でき 、これは下記の式に従って９０度、回転されて正規化されねばならない。 ここで、 ｓｉｇｎ（ω_s）＝残留周波数の符号、 Ψ_s,init＝直接始動時の固定子磁束の初期値である。 残留磁束の大きさが本発明の方法を使用して決定された後、これは磁束制御の 初期値として直接使用可能であり、通常制御への直接引渡しが可能である。 もしも固定子磁束の初期値Ψ_s,initが磁束制御の基準値よりも低い場合は、こ の磁束の初期値が公称磁束基準の代わりに制御値として使用されるであろう。そ して磁束基準は回転子時定数に比例する速度で増加されるであろう。 本発明の方法の特徴は、籠形誘導機が磁束の初期値が推定されると直ちに完全 に制御可能となることである。しかしながら、直接始動の後で許容されるモーメ ントは固定子磁束に比例し、公称モーメントは固定子磁束が公称電流値を超過す ることなく公称値に増加するまで使用できない。 以上、本発明に従う方法の中で使用される式はいくつかの例を表わすためにの み提示されたものであって、上記のものとは異なる式がいくつかのデータから導 け、それらの式が添付の請求項で定義された保護の範囲から逸脱することなく、 希望する最終結果を導くことは理解できるところである。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】_s ）の瞬時方向を決定する手順を含んで実施される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．インバータで給電される籠形誘導機械の残留磁束の回転速度、大きさおよ び瞬時方向を決定し、機械（１）内に回転磁束（Ψ_s）が存在しかつ機械の全漏 洩インダクタンス（σＬ_s）が既知の場合に籠形誘導機械の始動の為に使用され る方法であって、 固定子巻線を短絡させ、 第１の固定子電流ベクトル（ｉ_s1）を測定し、第１の時間（Ｔ₁）の終了時点 で固定子回路を遮断し、 第１の時間（Ｔ₁）の終了から第２の時間（Ｔ₂）の後、再度、固定子巻線を短 絡させ、 第２の固定子電流ベクトル（ｉ_s2）を測定し、２回目の短絡から第１の時間（ Ｔ₁）と全く同じ時間の後、固定子回路を遮断し、 第１および第２の固定子電流ベクトル（ｉ_s1，ｉ_s2）の方向および第１および 第２の時間の長さに基づいて残留磁束（ω_s）の周波数（Ψ_s）を決定し、 籠形誘導機械の全漏洩インダクタンス（σＬ_s）と第１または第２の固定子電 流ベクトル（ｉ_s1，ｉ_s2）に基づいて残留磁束の絶対値（｜Ψ_s｜）の大きさを 決定し、 第１または第２の固定子電流ベクトル（ｉ_s1，ｉ_s2）の方向に基づいて残留磁 束（Ψ_s）の瞬時方向を決定する、段階を含むことを特徴とする前記方法。 ２．請求項第１項記載の方法であって、固定子巻線の短絡が、インバータの下 部分岐の全てのスイッチ（Ｑ１Ａ，Ｑ２Ａ，Ｑ３Ａ）またはインバータの上部分 岐のスイッチ（Ｑ１Ｙ，Ｑ２Ｙ，Ｑ３Ｙ）が同時に導通となり、固定子回路がイ ンバータの全てのスイッチ（Ｑ１Ａ，Ｑ２Ａ，Ｑ３Ａ、Ｑ１Ｙ，Ｑ２Ｙ，Ｑ３Ｙ ）の制御パルスを取り除くことにより遮断されて、実施されることを特徴とする 前記方法。 ３．請求項第１項または第２項記載の方法であって、残留磁束（Ψ_s）の瞬時 方向が、固定子電流ベクトル（ｉ_s1，ｉ_s2）を残留磁束の回転方向に９０度、回 すことにより決定されることを特徴とする前記方法。