JPH1023780A - 誘導電動機の制御方法および制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電動機が低速時でも無負荷時でも過励磁にな
らず、効率よく、スムーズに加速できる誘導電動機の制
御方法を提供することにある。 【解決手段】 誘導電動機の定格周波数９−１、演算の
ためのサンプリング時間９−３、３相正弦波を作るテー
ブルのデータ数９−５に基づいて定格角速度９−６をつ
くり、この定格角速度と加速時間（減速時間）９−７か
ら加速角速度（減速角速度）９−９を演算し、サンプリ
ング時間毎に加速角速度（減速角速度）を積算して過度
時角速度ωｔｒｎをつくり、過度時角速度と定格角速度
ωｄｅｆを比較し、過度時角速度が定格角速度より小さ
い（大きい）時は過度時角速度を用いて前記電動機を加
速（減速）し、過度時角速度が定格角速度より大きく
（小さく）なった時は定格角速度を用いて定常運転に入
るように前記電動機を制御することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、可変電圧、可変周
波数の交流電圧を出力して誘導電動機を可変駆動するＰ
ＷＭインバータの制御方法および制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】インバータにより誘導電動機を駆動する
場合、電動機に印加する交流電圧の電圧と周波数の比
（Ｖ／Ｆ）を一定にして可変駆動するＶ／Ｆ一定制御方
式は、簡単な構成になるため、広く使用されている。し
かしながら、このＶ／Ｆ一定制御方式は、電動機に加わ
る負荷が軽くなるにつれて余分な励磁電流が流れ、効率
の良い運転ができなかったり、極低速度の範囲では有効
トルクが十分確保できなかった。この点を解決するた
め、種々の方法が提案されている。例えば、一例として
特開昭６２−２４４２９７号公報に記載される技術は、
有効電流と無効電流に分離し、有効成分からすべり周波
数を算出して制御するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術では、電動機を加速するとき、電動機の電流が負
荷トルクと対応しないため、低速時とか無負荷時に励磁
電流が増加する。このような状態で電動機を加速しよう
とすると、過励磁になったり、効率が低下したり、加速
できなかったりする。また、電動機の回転数を検出しな
いセンサレス方式において、瞬時停電が発生し、電動機
が一旦インバータから切り離され、回転数が定格速度よ
り低くなったとき、電動機をインバータ装置に再投入す
ると、制御装置の速度指令と電動機の速度が一致しない
ため、過電流が発生し、制御装置がトリップして正常な
運転ができなくなる。また、電動機が停止するまで待っ
て起動すれば、時間が長くかかり、迅速な再起動ができ
なくなる。

【０００４】本発明の課題は、上記従来技術の問題点を
解決し、電動機が低速時でも無負荷時でも過励磁になら
ず、効率よく、スムーズに加速できる誘導電動機の制御
方法および制御装置を提供することにある。また、本発
明の他の課題は、瞬時停電時に電動機を再起動すると
き、指令する角速度を迅速に電動機が回転している角速
度に一致させることにより、過電流の発生を防止し、そ
の後、規定の加速角速度で電動機を加速し、定常運転に
復帰できる誘導電動機の制御方法および制御装置を提供
することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、誘導電動機の定格周波数、演算のためのサンプリン
グ時間、３相正弦波を作るテーブルのデータ数に基づい
て定格角速度をつくり、この定格角速度と加速時間（減
速時間）から加速角速度（減速角速度）を演算し、サン
プリング時間毎に加速角速度（減速角速度）を積算して
過度時角速度をつくり、過度時角速度と定格角速度を比
較し、過度時角速度が定格角速度より小さい（大きい）
時は過度時角速度を用いて前記電動機を加速（減速）
し、過度時角速度が定格角速度より大きく（小さく）な
った時は定格角速度を用いて定常運転に入るように前記
電動機を制御する。また、瞬時停電時の前記電動機の再
投入に際して、前記電動機のトルク成分を検出し、トル
ク電流成分が同期投入設定電流より大きくなった時点か
ら同期投入モードを選択し、トルク電流成分と同期投入
許可電流の偏差が零になるように比例積分制御を行い、
補正角速度をつくり、過度角速度から補正角速度を減算
した値を角速度指令として、前記電動機に加える電圧と
周波数を小さくし、トルク電流成分が同期投入許可電流
より小さくなったとき、前記電動機を定格角速度まで上
昇させる加速モードに移行する。また、定常運転中に負
荷等が大きくなった場合、前記電動機のトルク成分を検
出し、トルク電流成分が同期投入設定電流より大きくな
った時点から同期投入モードを選択し、トルク電流成分
と同期投入許可電流Ｉpeの偏差が零になるように比例積
分制御を行い、補正角速度をつくり、過度角速度から補
正角速度を減算した値を角速度指令として、前記電動機
に加える電圧と周波数を小さくし、前記電動機電流を減
少させる。また、前記電動機のトルク電流成分が負にな
り、さらに負の同期投入設定電流より小さくなった回生
モードのとき、過度角速度に補正角速度を加算した値を
角速度指令として、前記電動機に加える電圧と周波数を
大きくする。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態を示す。
図１において、交流電源１に接続される整流器２は交流
電圧を直流電圧に変換する。整流器２の直流出力側には
平滑コンデンサ３が並列に接続される。ＰＷＭインバー
タ４は、並列コンデンサ４に接続され、直流電圧を可変
電圧、可変周波数の３相交流電圧に変換する。誘導電動
機５はＰＷＭインバータ４の出力側に接続される。ここ
で、６は電動機の瞬時電流を検出する電流変流器（Ｃ
Ｔ）、６−１、６−２、６−３はＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電
流を検出するＣＴである。７は電動機を制御する制御
部、８は一定時間Ｔs毎に演算させるためのサンプリン
グタイマであり、制御部７の演算の間隔はＴsに依存す
る。

【０００７】制御部７は、角速度指令部９、Ａ／Ｄ変換
器１０、電流変換器１１、すべり演算部１２、加算器１
３、同期投入回路１４、積算回路１５、電圧指令部１
６、磁束電流指令部１７、電動機定数回路１８、ベクト
ル演算部１９、正弦波発生部２０およびＰＷＭ発生回路
２１からなる。角速度指令部９は角速度指令ω１を出力
する。Ａ／Ｄ変換器１０は電動機の交流電流ｉu,ｉv,ｉ
wをサンプリング毎にアナログ瞬時値をディジタル値Ｉ
u,Ｉv,Ｉwに変換する。電流変換器１１は３相の相電流
を２相のα−β軸に変換し、さらに、回転座標のｄ−ｑ
軸に変換する。その結果トルク電流成分Ｉqfと励磁電流
成分Ｉdfを出力する。すべり演算部１２はトルク電流成
分Ｉqfと励磁電流成分Ｉdfからすべり角速度ωsを演算
する。加算器１３は角速度指令ω１とすべり角速度ωs
を加算し、駆動角速度ωdrを得る。このため、電動機回
転数はより指令値に精度良く一致する。同期投入回路１
４は、瞬時停電時再投入したとき、電動機電流と同期投
入設定電流および同期投入許可電流から比例・積分制御
を行い、補正角速度ωsuを出力する。補正角速度ωsu
は、角速度指令部９に送られ、同期投入モードの演算を
行う。また、同期投入回路１４は、定常運転時にトルク
電流成分Ｉqfが正の同期投入許可電流より大きくなった
時、および負の同期投入許可電流より小さくなった時も
前記同様、同期投入モードの演算を行う。積算回路１５
は駆動角速度ωdrをサンプリング毎に積算し、位相θを
得る。電圧指令部１６は駆動角速度ωdrに比例した電圧
指令値Ｖ1を得る。磁束電流指令部１７は電動機の励磁
電流指令値Ｉd*を出力する。電動機定数回路１８は、電
圧指令値Ｖ1と励磁電流指令値Ｉd*と電動機トルク電流
Ｉqfを入力し、電動機の１次換算推定抵抗値ｒ1*、１次
換算インダクタンスＬσ、２次ｄ軸磁束φ2d、、相互イ
ンダクタンスＭ、２次インダクタンスＬ2からトルク電
圧成分Ｖ1q、励磁電圧成分Ｖ1dを得る。ベクトル演算部
１９は、トルク電圧成分Ｖ1q、励磁電圧成分Ｖ1dからベ
クトル演算し、電動機印加電圧の大きさＶtとＶ1q、Ｖ1
dの位相差δを得る。正弦波発生部２０は電動機電圧の
大きさＶtと位相差δと位相θから電動機に印加する３
相交流電圧Ｖu,Ｖv,Ｖwを得る。ＰＷＭ発生回路２１
は、３相交流電圧Ｖu,Ｖv,Ｖwと三角波等の搬送波と比
較し、ＰＷＭパルスＴu,Ｔx,Ｔv,Ｔy,Ｔw,Ｔzを作る。
このＰＷＭパルスをインバータ４の半導体素子のゲート
に印加し、所望の周波数および交流電圧を電動機に加え
て駆動する。

【０００８】次に、本実施形態を詳細に説明する。図２
は、角速度指令部９の詳細ブロックを示す。９−１は電
動機の定格周波数Ｆdefの設定部である。９−２は定格
周波数の１周期の時間幅Ｔdefの設定部であり、１／Ｆd
efで求まる。９−３は制御部７のサンプリング時間Ｔｓ
の設定部である。９−４は１周期のサンプル回数Ｎsnp
を演算する演算部であり、（数１）式により演算する。
９−５は正弦波を発生させるための電気角３６０度を表
現するテーブル数Ｎtbの演算部である。９−６は定格角
速度ωdefの演算部であり、サンプル数Ｎsnpとテーブル
数Ｎtbから（数２）式を用いて演算する。

【数１】

【数２】 ９−７は電動機が定格周波数Ｆdefまで加速する加速時
間Ｔaまたは減速時間−Ｔaの演算部である。９−８は定
格周波数Ｆdefまで加速するサンプル回数Ｎsnaの演算部
であり、サンプリング時間Ｔsと加速時間Ｔaから（数
３）式を用いて求める。９−９は加速角速度ωａおよび
減速角速度−ωaの演算部であり、定格角速度ωdefとサ
ンプル回数Ｎsnaから（数４）式により求める。

【数３】

【数４】 ９−１０は加速角速度積算器および減速角速度積算器で
あり、サンプリング時間毎に加速角速度ωａまたは減速
角速度−ωaを積算する。すなわち、（数５）式を用い
て過渡時角速度ωtrnを演算する。モード比較器９−１
１は加速モードか定常モードを判定し、角速度指令ω１
を出力する。すなわち、ωtrn＜ωdefの間は加速モード
であり、（数６）式を使用し、ωtrn≧ωdefになれば、
定常モードとなり、（数７）式を使用する。

【数５】

【数６】

【数７】 同期投入モード指令９−１２、同期投入積算器９−１３
は後述する。

【０００９】図３は、図２の９−１から９−６において
作られた定格角速度ωdefにより正弦波を発生する状態
を示す。図３−１はサンプリング時間毎に定格角速度ω
defを積算して位相θを作る。積算された位相θは図３
−２に示すように正弦波テーブル数Ｎtbに達したらクリ
アする。この動作を繰り返せば、図３−１のように位相
θは鋸歯状波となる。図３−２のテーブルは電気角３６
０度をＮtb分割して正弦波データを入れておく。位相θ
はテーブルのアドレスに相当するので、サンプリング毎
に図３−１の位相θが示す値からテーブルのアドレスを
選択し、そこのデータを引き出せば、図３−３の正弦波
（ＳＩＮθ）が得られる。また、位相θに対し、９０度
に相当したアドレスを加算してデータを引けば、余弦デ
ータが得られ、余弦波（ＣＯＳθ）が得られる。

【００１０】図４は、図２の９−７から９−１１までの
ブロック図の動作を図示したものである。加速時間Ｔａ
（１０秒間加速）、定格周波数Ｆdef（５０Ｈｚ）まで
としたとき、過渡時角速度ωtrnは、加速時間Ｔａ間サ
ンプリング時間Ｔｓ毎に加速角速度ωaを加算する様子
がわかる。Ｖ１ｎはＶ／Ｆ一定制御におけるＶに相当す
る電圧を表わす。

【００１１】図５は、加速度指令を演算するＰＡＤ図で
ある。過渡時角速度ωtrnと定格角速度ωdefを比較し、
ωtrn≧ωdefの条件を満たせば、定常モードとなり、条
件を満たさなければ、加速モードとなる。定常モードの
時は定格角速度ωdefを用い、（数７）式で角速度指令
ω１を出力する。加速モードの時は（数５）式を用いて
演算し、（数６）式で角速度指令ω１を出力する。ここ
で、定常運転時に、加速角速度ωaを負の値にして加速
積算器９−１０によりマイナス加算し、過渡時角速度ω
trnを減少させ、角速度指令ω１を低下させると、電動
機５を停止させることができる。

【００１２】また、図１の同期投入回路１４において、
同期投入モードの信号すなわち補正角速度ωsuを角速度
指令部９に出力したとき、図２の同期投入モード９−１
２を駆動し、同期投入演算部９−１３で（数８）式を用
いて過渡時角速度演算ωtrnを行う。この時過渡時角速
度演算ωtrnは加速時に使用したものと同じであり、角
速度指令ω１は（数８）式を使用し、減少させる。詳細
は同期投入回路（図７）において説明する。

【数８】

【００１３】図１において、Ａ／Ｄ変換器１０は電動機
交流のアナログ値の瞬時電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗをサンプ
ルホールドし、ディジタル値に変換する。変換されたデ
ィジタル値の３相電流を電流変換器１１において（数
９）式により２相のα−β軸に変換し、（数１０）を用
いて回転子座標であるｄ−ｑ軸変換する。図６は、（数
９）、（数１０）式の関係をベクトル図に示す。変換さ
れた励磁成分Ｉｄｆとトルク成分Ｉｄｑから（数１１）
式を用いて電動機５のすべり角速度ωsを求める。

【数９】

【数１０】

【数１１】 ただし、ｋsは電動機５の励磁リアクタンスＬSと２次抵
抗ｒ２から求まる。

【００１４】角速度指令ω１は周波数指令であり、電動
機５はω１よりすべりωsだけ遅い回転数で回転してい
る。加算器１３によりω１とωｓを加算して駆動角速度
ωdrを得る。このため、電動機５は角速度指令部９より
指令された角速度ω１に近い回転数で駆動できる。駆動
角速度ωdrは、（数１２）式により表わされる。

【数１２】

【００１５】図７は、同期投入回路１４と角速度指令部
９の詳細ブロックを示す。図８は、トルク電流成分Ｉqf
と、同期投入設定電流値Ｉes、投入許可電流Ｉpeおよび
定格電流Ｉdefの関係図であり、トルク電流成分Ｉqfの
＋領域は力行モード、−領域は回生モードとなる。図９
は、力行時のトルク電流の時間的経過をもとに同期投入
動作を説明する動作説明図である。図１０は、加速状
態、定常状態、瞬時停電状態復帰等を説明するための時
間に対する動作説明図である。図１１は角速度設定に関
する各要素の動作過程を説明したＰＡＤ図である。

【００１６】いま、瞬時停電等で電動機がインバータか
ら切り離され、フリーラン状態で回転数が低下したと仮
定する。この状態でインバータの角速度指令ω１として
定格角速度ωdefを選択させる。この時インバータの
角速度指令ωdefと電動機５の回転している角速度が
とのようにずれているので、電動機電流Ｉqfは大きな
値となる。その様子を図９により説明する。 （１）電動機がインバータから切り離され、フリーラン
状態で回転数が低下したとき、インバータの角速度指令
ω１として定格角速度ωdefをセットする。 （２）図１の電流変換器１１は、電動機電流を回転座標
軸ｄ−ｑ軸に変換し、同期投入回路１４ではこのトルク
電流成分Ｉqfと励磁電流成分Ｉdfを取り込む。図７にお
いて、ｑ軸電流１４−１でトルク電流成分Ｉqfを取り出
し、同期投入設定電流Ｉes１４−２とサンプリング時間
毎に比較し、トルク電流成分Ｉqfが同期投入設定電流Ｉ
esより大きくなった時点で同期投入モードに入る。 （３）同期投入処理部１４−５は、後述する比例・積分
制御を行い、同期投入処理を行って補正角速度ωsuを出
力する。角速度指令部９の同期投入演算部９−１３では
補正角速度ωsuを受けて、（数８）式を使用し、過渡時
角速度ωtrnの演算を行う。比較器９−１１は（数６）
式を使用して、角速度指令ω1を出力する。このとき角
速度指令ω1は同期投入処理部１４−５の比例・積分演
算に従い、１次遅れの要素を含んで小さくなり、電動機
５が回転している角速度に近ずく。すなわち、図１０の
に示すように角速度指令ω1は定格角速度ωdefから電
動機５の回転子が回転している角速度に高いところから
近ずいていき、ほぼ一致すると電動機のトルク電流成分
Ｉqfは減少する。比較器１４−４はトルク電流成分Ｉqf
と同期投入許可電流Ｉpeを比較し、トルク電流成分Ｉqf
が同期投入許可電流Ｉpeより小さくなった時点で加速
モードに切り替える。 （４）同期投入処理を終了すると、補正角速度ωsuと
同期投入積分項（後述する。）を零にする。この点は、
図１０に示すように、過度時角速度ωtrnは定格角速度
ωdefより小さくなっているので、角速度指令部９では
加速モードに入り、前述したように加速角速度ωaで
加速する。 （５）そして、電動機５に与える過渡時角速度ωtrnが
定格角速度ωdefまで上昇すると、定常モードに入
る。

【００１７】同期投入処理部１４−５の同期投入処理を
詳細に説明する。図７、図８、図９、図１０を参照す
る。トルク電流成分Ｉqfが同期投入設定電流Ｉesより大
きくなった時点からトルク電流成分Ｉqfと同期投入許可
電流Ｉpeの偏差より比例・積分制御を行う。同期投入偏
差εpeは（数１３）式により求める。同期投入積分項Ｉ
synは（数１４）式により求める。また、補正角速度ωs
uは（数１５）式により求める。

【数１３】

【数１４】

【数１５】 ここで、Ｉsynは同期投入積分項、Ｉsy(n-1)は１サンプ
リング前の同期投入積分項、Ｋipeは同期投入積分定
数、Ｋppeは同期投入比例定数である。

【００１８】積算回路１５は、駆動角速度ωdrを（数１
６）式のように積算することにより、位相θを求める。
図３に示したように、電気角で３６０度分の正弦波のデ
ータをＮｔｂのテーブルに分割して格納する。この時、
位相θはサンプリング毎にωdrを積算していき、θの値
がテーブル数Ｎｔｂになったとき、θを零にクリアすれ
ば、図３に示すような鋸歯状が得られる。また、位相θ
は、正弦波テーブルのアドレスに当たり、サンプリング
毎に求めた位相θでテーブルを引けば、０から３６０度
までの正弦波を連続して得ることができる。

【数１６】 ここで、ωｄｒｎは（数１２）式に示した駆動角速度ω
ｄｒの積算値と等しい。ωｄｒ（ｎ−１）は前回の駆動
角速度ωｄｒの積算値である。電圧指令部１６は、（数
１７）式を用いて駆動角速度ωｄｒに比例した値を得
る。

【数１７】 ここで、Ｋvは比例定数である。

【００１９】図１１は、角速度指令部９における加速度
演算、定常演算、同期投入演算を行うためのＰＡＤ図で
ある。まず、（１）、（２）、（３）、（４）は定常モ
ードと加速モードおよび同期投入モードの判定を行う。
すなわち、同期投入フラグＩESFLGの値の”１”をチェ
ックし（１）、”１”が有る時は何もせずに（５）に飛
ぶ。無いときは過渡時角速度ωtrnと定格角速度ωrefの
大きさの比較を行い（２）、過渡時角速度ωtrnが大き
くなると、定常モードを実施し（３）、過渡時角速度ω
trnが小さい間は加速モードを行う（４）。次に、
（５）、（６）は同期投入モードに入るかどうかを判定
する。トルク電流成分Ｉqfと同期投入電流Ｉesの大きさ
の判定を行う（５）。トルク電流成分Ｉqfが大きくなっ
たときはＹＥＳで同期投入フラグＩＥＳＦＬＧを”１”
にしフラグを立てる（６）。ＮＯのときは何もせず
（７）に飛ぶ 続いて、（７）、（８）、（９）、（１０）、（１１）
は同期投入モードの処理を行う。再度、同期投入フラグ
ＩESFLGの値の”１”が有るかどうかチェックし
（７）、有ればＹＥＳで（８）に飛び、同期投入終了判
定を行い、無いときは何も行わず（１２）に飛ぶ。
（８）でトルク電流成分Ｉqfと同期投入許可電流Ｉpeを
比較し、トルク電流成分Ｉqfの方が小さくなれば、
（９）に飛び、同期投入フラグＩESFLGに”０”をか
き、クリアする。さらに、補正角速度ωsuと同期投入積
分項を零クリアし、同期投入を終了して、（１２）に飛
ぶ。トルク電流成分Ｉqfが同期投入許可電流Ｉpeより大
きいときは、（１０）に飛び、同期投入モードを実施す
る。すなわち、（数１３）式で同期投入偏差εpeと、
（数１４）式で同期投入積分項Ｉsynと、（数１５）式
で補正角速度ωsuを求める。さらに、（１１）では（数
８）式を用いて過渡時角速度演算ωtrnを行う。最後
に、（１２）と（１３）は位相と電圧補正の演算を行
う。そして、終了する。

【００２０】１７は磁束電流指令部であり、電動機５に
相当した励磁電流を予め設定しておく。１８は電動機定
数回路であり、ｒ１*は１次換算抵抗値、Ｌσは１次換
算インダクタンス、Ｌ2は２次インダクタンス、Ｍは相
互インダクタンス、φ2dは２次磁束である。これらの定
数と磁束電流Ｉd*、駆動角速度ωdr、電動機のトルク成
分Ｉqfより、（数１８）、（数１９）式を用いて電圧ト
ルク成分Ｖ1qと電圧励磁成分Ｖ1dを求める。

【数１８】

【数１９】 １９はベクトル演算部であり、Ｖ1qとＶ1dから絶対値と
位相角δを（数２０）、（数２１）式により求める。

【数２０】

【数２１】 ２０は正弦波発生部である。電圧の大きさは（数２０）
式により求めたＶt、位相は（数１６）式により求めた
位相θと（数２１）式により求めたδを加算したθdを
使う。電動機５に印加する相電圧は、（数２３）、（数
２４）、（数２５）に表わす。

【数２２】

【数２３】

【数２４】

【数２５】 ２１はＰＷＭ演算回路であり、正弦波発生部２０におい
て演算した値Ｖu,Ｖv,Ｖwと三角波と比較してＰＷＭパ
ルスを作る。すなわち、３相インバータの半導体素子の
Ｕ相の上アームＴu、下アームＴxと、Ｖ相の上アームＴ
v、下アームＴyと、Ｗ相の上アームＴw、下アームＴzに
ＰＷＭパルスを供給して所定の周波数、電圧を作り、誘
導電動機５を駆動する。

【００２１】以上、本実施形態は、電動機の定格周波数
Ｆdef、演算のためのサンプリング時間Ｔｓ、３相正弦
波を作るテーブルのデータ数Ｎtbから定格角速度ωdef
をつくり、また、この定格角速度ωdeと要望される加速
時間Ｔaから加速角速度ωaを演算し、サンプリング時間
毎に加速角速度ωaを積算して過度時角速度ωtrnをつく
り、定格角速度ωdefと過度角速度ωtrnを比較し、過度
時角速度ωtrnが定格角速度ωdefより小さい時は過度時
角速度ωtrnを用いて電動機５を加速し、過度時角速度
ωtrnが定格角速度ωdefより大きくなった時は定格角速
度ωdefを用いて定常運転に入るように電動機５を制御
する。ここで、本実施形態は、図４、図７において加速
角速度ωaを負の符号−ωaで考えると、減速モードまで
拡張して実施できる。このようにして、本実施形態で
は、電動機の定格周波数Ｆdef、演算のためのサンプリ
ング時間Ｔｓ、正弦波テーブル数Ｎtb、加速時間Ｔa、
減速時間−Ｔaを適宜に設定して、定格角速度ωdef、加
速角速度ωa及び減速角速度−ωaを演算し、また、加速
角速度ωa及び減速角速度−ωaから過度時角速度ωtrn
をつくるので、電動機５の加速レート、減速レートを自
由に設定することが可能となり、電動機の低速時及び無
負荷時でも、過励磁にならず、効率よく、スムーズに電
動機を加減速することができる。

【００２２】また、本実施形態は、瞬時停電時の再投入
に関して、電動機のトルク成分Ｉqfを検出し、トルク電
流成分Ｉqfが同期投入設定電流Ｉesより大きくなった時
点から同期投入モードに入れ、トルク電流成分Ｉqfと同
期投入許可電流Ｉpeの偏差が零になるように比例積分制
御を行い、補正角速度ωsuをつくり、過度角速度の値を
減算することにより、電動機に加える電圧と周波数を小
さくする。すなわち、同期投入処理部１４−５の比例・
積分定数に従い、１次遅れ効果で角速度指令ω1を減少
させ、素早く角速度指令ω1を電動機の回転子が回転し
ている角速度に近ずけ、指令角速度が電動機の回転子の
回転している角速度に近ずくと、トルク電流成分Ｉqfが
同期投入許可電流Ｉpeより小さくなり、その点で電動機
を定格角速度ωdefまで上昇させる加速モードに移行す
る。このようにして、本実施形態では、瞬時停電時に電
動機を再起動するとき、制御装置が指令する角速度を迅
速に電動機が回転している角速度に一致させるので、ス
ムーズに同期投入が可能となり、過電流を防止すること
ができる。その後、規定の加速角速度で電動機を加速
し、定常運転に復帰させる。

【００２３】以上、本発明の一実施形態として、瞬時停
電等で電動機５がインバータから切り離され、フリーラ
ン状態で回転数が低下したと仮定して説明したが、定常
運転中に負荷等が大きくなった場合も同様に、本実施形
態を適用することができる。すなわち、図７、図８、図
９において、定常運転中に負荷等が大きくなって電動機
のトルク電流成分Ｉqfが同期投入設定電流Ｉesより大き
くなったとき、図１１の（５）で同期投入フラグを立て
て実施すれば、角速度が低下し、電動機５に印加する電
圧と周波数を低下させて電流を減少させ、過電流防止を
行うことができる。

【００２４】また、本発明は、回生モードにも適用する
ことができる。図１２は、角速度指令部９が回生時に定
常モード、加速モード、同期投入モードを選択するため
のＰＡＤ図であり、図７、図８、図９において、電動機
５のトルク電流成分Ｉqfが負になり、さらに同期投入設
定電流−Ｉesより小さくなったときは、図１２の（５）
で同期投入フラグを立てて、（７）、（８）、（９）、
（１０）において補正角速度ωsuの値を求め、（１１）
において補正角速度ωsuの値を過渡時角速度ωtrnに加
算すれば、角速度は上昇し、回生モードの状態となる。
なお、図１１においてトルク電流成分Ｉqf、投入設定電
流Ｉes、同期投入許可電流Ｉpeを符号付で演算すれば、
図１１の方式をそのまま回生モードまで拡張して実施す
ることができる。

【００２５】また、本発明は、図１のベクトル演算部１
９と正弦波発生部２０において（数２６）、（数２７）
式を用いれば、（数２０）、（数２１）式で使用したよ
うに平方根の演算と逆正接の演算をしなくてすみ、演算
速度の向上と、正接の９０度付近の精度を簡単に向上さ
せることができる。

【数２６】

【数２７】

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電動機の定格周波数、演算のためのサンプリング時間、
正弦波テーブル数、加速時間、減速時間を適宜に設定し
て、定格角速度、加速角速度及び減速角速度を演算し、
また、加速角速度及び減速角速度から過度時角速度をつ
くることによって、電動機の加速レート、減速レートを
自由に設定でき、電動機の低速時及び無負荷時でも、過
励磁にならず、効率よく、スムーズに電動機を加減速す
ることが可能になる。また、瞬時停電時に電動機を再起
動するとき、制御装置が指令する角速度を迅速に電動機
が回転している角速度に一致させるので、スムーズに同
期投入が可能となり、過電流を防止することができ、そ
の後、電動機を加速し、定常運転に復帰させることがで
きる。また、電動機の定常運転時に、トルク電流成分が
同期投入設定電流より大きくなった時点から同期投入モ
ードに入り、同期投入回路と角速度指令部によって電動
機の周波数と電圧を低下させ、電動機電流を減少させ、
これは、電流リミッタの役割をはたし、過電流を防止
し、インバータ装置のトリップを防止することができ
る。また、同期投入回路と角速度指令部において、電動
機のトルク電流成分の符号が負の場合は回生モードとな
り、角速度指令を上昇させて電流を抑制すること、すな
わち、過渡時角速度に補正角速度を加えて電動機の周波
数と電圧を上げることによって、回生モードにおける過
電流を防止し、インバータ装置のトリップを防止するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す誘導電動機の制御構
成図

【図２】本発明の特徴部を示す図１の角速度指令部の詳
細図

【図３】本発明の定格角速度と正弦波発生原理の説明図

【図４】本発明の定格角速度まで加速するための加速角
速度との関係図

【図５】本発明の定常モードと加速モードの決定方法の
ＰＡＤ図

【図６】電動機の３相交流電流とトルク電流と励磁電流
の関係を示す電流ベクトル図

【図７】本発明の同期投入時の同期投入回路と角速度指
令部との動作経路を示す構成図

【図８】本発明におけるトルク電流成分と同期投入設定
電流、同期投入許可電流および定格電流の関係図

【図９】本発明の同期投入時の状態説明図

【図１０】本発明の同期投入時における過渡時角速度の
状態説明図

【図１１】本発明の角速度指令部が定常モード、加速モ
ード、同期投入モードを選択するためのＰＡＤ図

【図１２】本発明の角速度指令部が回生時に定常モー
ド、加速モード、同期投入モードを選択するためのＰＡ
Ｄ図

【符号の説明】

４ インバータ ５ 誘導電動機 ７ 誘導電動機の制御部 ８ サンプリングタイマ ９ 角速度指令部 ９−１ 電動機定格周波数設定部 ９−２ 定格１周期時間設定部 ９−３ サンプリング時間設定部 ９−４ １周期サンプル数演算部 ９−５ 正弦波テーブル数 ９−６ 定格角速度演算部 ９−７ 加速時間設定部 ９−８ 加速サンプル回数演算部 ９−９ 加速角速度および減速角速度演算部 ９−１０ 加速減速演算器 ９−１１ モード比較器 ９−１２ 同期投入モード指令部 ９−１３ 同期投入積算器 １１ 電流変換器 １２ すべり演算部 １３ 加算器 １４ 同期投入回路 １５ 積算回路 １６ 電圧指令部 １７ 磁束電流指令部 １８ 電動機定数回路 １９ ベクトル演算部 ２０ 正弦波発生部 ２１ ＰＷＭ演算回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿部 純 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 加藤 哲也 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可変電圧、可変周波数の交流電圧を出力
   して誘導電動機を駆動するＰＷＭインバータの制御方法
   であって、前記電動機の定格周波数、演算のためのサン
   プリング時間、３相正弦波を作るテーブルのデータ数に
   基づいて定格角速度をつくり、この定格角速度と加速時
   間（減速時間）から加速角速度（減速角速度）を演算
   し、サンプリング時間毎に加速角速度（減速角速度）を
   積算して過度時角速度をつくり、この過度時角速度を角
   速度指令として前記電動機を加速（減速）することを特
   徴とする誘導電動機の制御方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、過度時角速度を定格
   角速度と比較し、過度時角速度が定格角速度より小さい
   （大きい）時は過度時角速度を用いて前記電動機を加速
   （減速）し、過度時角速度が定格角速度より大きく（小
   さく）なった時は定格角速度を用いて定常運転に入るよ
   うに前記電動機を制御することを特徴とする誘導電動機
   の制御方法。
3. 【請求項３】 請求項１において、定常運転時に前記電
   動機を停止するとき、加速角速度を負の値にしてマイナ
   ス加算し、過渡時角速度を減少することを特徴とする誘
   導電動機の制御方法。
4. 【請求項４】 請求項１または請求項２において、瞬時
   停電時の前記電動機の再投入に際して、前記電動機のト
   ルク成分を検出し、トルク電流成分が同期投入設定電流
   より大きくなった時点から同期投入モードを選択し、ト
   ルク電流成分と同期投入許可電流の偏差が零になるよう
   に比例積分制御を行い、補正角速度をつくり、過度角速
   度から補正角速度を減算した値を角速度指令として、前
   記電動機に加える電圧と周波数を小さくし、トルク電流
   成分が同期投入許可電流より小さくなったとき、前記電
   動機を定格角速度まで上昇させる加速モードに移行する
   ことを特徴とする誘導電動機の制御方法。
5. 【請求項５】 請求項１または請求項２において、定常
   運転中に負荷等が大きくなった場合、前記電動機のトル
   ク成分を検出し、トルク電流成分が同期投入設定電流よ
   り大きくなった時点から同期投入モードを選択し、トル
   ク電流成分と同期投入許可電流Ｉpeの偏差が零になるよ
   うに比例積分制御を行い、補正角速度をつくり、過度角
   速度から補正角速度を減算した値を角速度指令として、
   前記電動機に加える電圧と周波数を小さくし、前記電動
   機電流を減少させることを特徴とする誘導電動機の制御
   方法。
6. 【請求項６】 請求項４または請求項５において、前記
   電動機のトルク電流成分が負になり、さらに負の同期投
   入設定電流より小さくなった回生モードのとき、過度角
   速度に補正角速度を加算した値を角速度指令として、前
   記電動機に加える電圧と周波数を大きくすることを特徴
   とする誘導電動機の制御方法。
7. 【請求項７】 可変電圧、可変周波数の交流電圧を出力
   して誘導電動機を駆動するＰＷＭインバータの制御装置
   であって、前記電動機の定格周波数、サンプリング時
   間、正弦波テーブル数と前記電動機が定格回転数まで加
   速（減速）する加速時間（減速時間）から定格角速度と
   加速角速度（減速角速度）を演算する演算部と、加速角
   速度（減速角速度）をサンプリング毎に積算し、過度時
   角速度を出力する加速（減速）積算器と、定格角速度と
   過度時角速度を比較し、過度時角速度が定格角速度より
   小さい（大きい）時は過度時角速度を角速度指令とし
   て、また、過度時角速度が定格角速度より大きく（小さ
   く）なった時は定格角速度を角速度指令として出力する
   モード比較器を有し、前記電動機を加速（減速）または
   定常運転することを特徴とする誘導電動機の制御装置。
8. 【請求項８】 請求項７において、前記電動機の交流３
   相電流から電動機回転子の回転座標のトルク電流成分お
   よび励磁電流成分に変換する電流変換器と、同期投入設
   定電流値および同期投入許可電流値とトルク電流成分の
   大きさを比較して同期投入処理を行い、補正角速度を出
   力する同期投入回路と、過度角速度から補正角速度を減
   算した値を出力する同期投入積算器を有し、定格角速
   度、加速（減速）積算器の過渡時角速度または同期投入
   積算器の過渡時角速度を選択して角速度指令を出力する
   ことを特徴とする誘導電動機の制御装置。
9. 【請求項９】 請求項８において、同期投入回路は、ト
   ルク電流成分が同期投入設定電流より大きくなった時、
   または、負のトルク電流成分が負の同期投入設定電流よ
   り小さくなった時、同期投入モードを選択し、トルク電
   流成分と同期投入許可電流の偏差、または、負のトルク
   電流成分と負の同期投入許可電流の偏差が零になるよう
   に比例積分制御を行い、補正角速度を演算することを特
   徴とする誘導電動機の制御装置。