JPH11150998A - インバータ装置 - Google Patents
インバータ装置Info
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- JPH11150998A JPH11150998A JP9314801A JP31480197A JPH11150998A JP H11150998 A JPH11150998 A JP H11150998A JP 9314801 A JP9314801 A JP 9314801A JP 31480197 A JP31480197 A JP 31480197A JP H11150998 A JPH11150998 A JP H11150998A
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Abstract
換算器2でq軸電圧指令Vq*とし、設定された0Vの
q軸電圧指令Vd*からPWM電圧パターンを演算し
て、インバータ4をPWM制御するV/f制御インバー
タ装置において、モータ6の一次電流を検出する電流検
出器6からの一次電流ベクトルI1と過電流リミット値
I1_maxの差を71でとり、その正の信号をリミッ
タ72で抽出し、73でゲインKoc倍して補償電圧絶
対値DVとし、このDVをd,q軸電流検出値Id,I
qに74,75で掛け、d,q軸電圧補償値DVd,D
Vqとし逆ベクトルで21,22を介してVd*,Vq
*に加え過電流を抑制すると共に、上記DVを10でP
I演算し周波数フィードバック値としてfs*にフィー
ドバックしてV/f換算器2からのVq*を減少させて
過電流を抑制する。
Description
を強化したV/f制御により誘導電動機を可変速制御す
るインバータ装置に関するものである。
/f制御で駆動する場合、インバータから出力される電
流は、出力電圧及び出力周波数とモータの状態によって
決まる。特に始動時には、モータを励磁するために大き
な電流を必要とし、電流制限をかけない場合には、モー
タ定格電流の200%以上の電流が流れる場合がある。
また、モータに流れる電流は、負荷の大きさに比例する
ため、過度な負荷がかかると大きな電流が流れてしま
う。
子は、熱容量等から流すことの電流に制限があるため、
過度な電流が流れると素子が破壊されてしまう。通常イ
ンバータ装置の最大許容電流は、インバータ装置の最大
適用モータにおける定格電流(以後定格電流と略す)の
200%程度に設計されるため、定格電流の150%程
度で保護をかける。
る場合に再始動を行う場合には、モータ回転数を計測
し、その周波数から運転を再開する制御がある。モータ
の回転数を計測あるいは推定する方式は数多く提案され
ている。
電流保護機能(以後過電流制限と記す)は、電流や電圧
をスカラー量(絶対値)で扱ってきた。これは、出力電
圧をスカラー量(絶対値)で扱うため、過電流制限制御
量もスカラー量で行っていたためである。しかし、多相
モータにおいて、電流及び電圧は2次元空間量であるた
め、スカラー量でなくベクトル量で扱わなくてはならな
い。よって、従来の方法における単に電圧の絶対値のみ
を減少させる方法では、有効な過電流抑制効果を得るこ
とができず、電流が定格電流の200%を超えて素子を
破壊するか、H/Wの過電流制限機能によってストール
してしまう場合がある。
制御における運転開始周波数は、モータに微少な電圧を
印加したときの電流値によって回転数を計測したり、駆
動回生方向の判定を行って出力周波数をモータの回転数
に同期させる方向等が考案されているが、どの方式も計
測あるいは推定を行っているため、判定ミスを生じて誤
った始動周波数を印加した場合には、過電流などで始動
できない場合がある。
れたものであり、その目的とするところは、確実に過電
流を抑制することができ、また、拾い上げ制御時に周波
数の判定ミスが無く、確実に周波数の拾い上げがなしう
るインバータ装置を提供することにある。
値と、この周波数指令値をV/f換算した電圧指令ベク
トルに基づいてPWM電圧パターンを演算し、インバー
タをPWM制御して誘導モータを駆動するインバータ装
置において、電流検出器からの一次電流ベクトルが過電
流リミット値を超過した分のベクトルに対して、その大
きさに比例し、逆方向のベクトルとなる過電流補償電圧
を作成し、電圧指令ベクトルに加算すると共に、過電流
補償電圧ベクトルの絶対値をPI演算して周波数指令に
フィードバックして過電流を抑制する。
ル,d軸電流,q軸電流がそれぞれ過電流リミット値,
駆動側トルクリミット値,回生側トルクリミット値を超
過した分の各電流の最大値の電流を選択し、その選択し
た電流の大きさに比例し、逆方向のベクトルとなる過電
流補償電圧ベクトルを作成し、電圧指令ベクトルに加算
すると共に、過電流補償電圧ベクトルの絶対値をPI演
算して周波数指令にフィードバックして過電流を抑制す
る。
て、電流検出器からの一次電流位相の前回値と今回値の
率を計算し、その変化率が小さくなる周波数補償量を計
算し、周波数指令に加算することによって出力トルクの
振動を抑制する。
回値保持器を有し、周波数設定値を周波数指令値として
出力するクッション処理ブロックと、前記クッション処
理回路への周波数設定値をゼロに切り換えるスイッチ
と、前記V/f換算器の出力を調整する電圧調整ゲイン
と、モータの空転を拾い上げ制御する拾い上げ制御ブロ
ックとを設け、前記拾い上げ制御ブロックは、拾い上げ
時は、前記スイッチを制御して周波数設定をゼロとし、
拾い上げ開始時は、前記電圧調整ゲインをゼロとして電
圧指令をゼロにすると共に、前記クッション処理ブロッ
ク内の周波数指令前回値を拾い上げ開始時の初期周波数
に設定し、さらに前記過電流抑制電圧作成ブロックの過
電流リミット値をこの値より小さい拾い上げ用のリミッ
ト値に変更し、次いで、前記電圧調整ゲインを所定の変
更率で大きくし、ゲインが1となり、電圧と周波数がV
/fパターン上で一致したら拾い上げ制御を終了する、
拾い上げシーケンスを有し、過電流になった場合に周波
数フィードバックによって周波数を制御する特性を利用
して拾い上げ制御する。
波数と前回周波数指令値とを切り換えるスイッチを設
け、前回の出力周波数が分かっており、モータの回転数
が前回の出力周波数以下であることが分かっている場
合、前回の出力周波数から拾い上げ制御を開始する。
意味は図1に記載のとおりである。図1において、ある
力行運転中の電圧成分E1,電流成分I0を、d,q軸
回転座標系で示すと、図2のようになる。
軸を90度進んだ位相に取る。
ク図 この発明は図3のようなV/f制御回路を用いる。1は
周波数設定値f*から周波数指令値fs*を作成すると
きに、ある設定された変化率で制限をかけるクッション
処理回路で、周波数設定値f*から前回値保持器14の
前回出力周波数指令値を減算し今回の周波数変化分を検
出する減算器11と、減算器出力にリミッタ処理を施す
変化率制限器12と、この制限器からの今回の周波数指
令変化分と前回の周波数指令値を加算し、今回の周波数
指令値fs*を計算する加算器13と、この周波数指令
の前回周波数指令値をラッチする前回値保持器14とで
構成されている。
ってq軸電圧指令値Vq*を作成するV/f換算器、3
はd,q軸電圧指令値Vd*,Vq*及び周波数指令値
fs*から出力電圧パターンを作成するPWM変換器、
4はPWM出力電圧パターンにより制御されるインバー
タ主回路の半導体素子、5はインバータ出力で駆動され
る誘導モータ、6はCTで検出したモータの一次電流を
d,q軸回転座標上の電流ベクトルに変える電流検出器
である。
3に示したものと同一構成部分は、同一符号を付してそ
の重複する説明を省略する。
圧作成回路で、電流検出器6からの一次電流検出値I1
と設定された過電流リミット値I1_maxの差をとる
過電流判定用減算器71と、この減算器の出力の正のみ
を通過させるリミッタ74と、このリミッタの出力をゲ
インKoc倍して過電流抑制(補償)電圧ベクトルの絶
対値DVを出力する過電流補償電圧作成ゲイン78と、
電流検出器6からのd,q軸電流検出値Id,Iqにそ
れぞれ上記補償電圧絶対値DVを掛けてd,q軸電圧補
償値DVd,DVqを出力するd,q軸電圧補償値計算
用掛け算器81,82で構成されている。
し、クッション処理回路1の加算器13へ図示の極性で
出力する周波数フィードバック用PI制御器、21は0
Vのd軸電圧指令値を上記d軸電圧補償値DVdで補正
しPWM変換器3に出力するd軸電圧指令作成用加算
器、22はV/f換算器2からのq軸電圧指令値を上記
q軸電圧補償値DVqで補正しPWM変換器3に出力す
るq軸電圧指令作成用加算器である。
上記図2の状態で、電流I1を過電流リミット値I1_
maxでリミットすると、図5のようになる。このと
き、I1がI1_maxを超過したベクトル分ΔI1と
すると、このベクトルを瞬時的に抑制するためには、Δ
I1の逆ベクトルを制御ゲインKocを介してV1に加
えればよい。
に加えることで瞬時的な過電流は抑制できるが、基本的
に電圧指令を下げなければこの状態は継続し、いずれ過
電流となってしまう。よって、図5で補償した電圧Ko
c・ΔI1を電圧指令にP制御あるいはPI制御でフィ
ードバックする。V/f制御では、電圧指令値はV/f
換算器2により周波数指令から作成しているため、周波
数指令にフィードバックすればよい。
7で補償電圧絶対値DVを作成し、PI制御器10から
周波数指令を作成するクッション処理回路1へ周波数フ
ィードバック値Dfとしてフィードバックし、周波数指
令値を低下させ、V/f換算器2から出力されるq軸電
圧指令Vq*を低下させると共に、d,q軸電圧補償値
DVd,DVqを作成し、それぞれd,q軸電圧指令値
を補償しているので、出力電圧が低下し、過電流が抑制
される。
図を示す。
転座標上の電流ベクトルに変えると共に、一次電流位相
を出力する電流検出器、9は電流安定化のための電流位
相振動抑制回路で、電流検出器6からの一次電流位相F
ai_I1を微分する一次電流位相の前回値を出力する
微分器91と、この一次電流位相の前回値と位相の今回
値Fai_I1との差をとり周波数補償量Dfaiを出
力する減算器92と、この周波数補償量を制限する過補
償防止用リミッタ93で構成されている。
路9からの上記位相補償量Dfaiで補正する周波数指
令作成用減算器である。その他の構成は上記図4のもの
と変わりがない。
f制御では、ベクトル制御の電流制御(ACR)のよう
に指令値があり、その目標値に対して電流制御を行って
いないため、図7のように、電流ベクトルがある状態か
らある状態に移行する段階で円を描くように振動する。
よって、過渡的な状態では電流ベクトルは常に振動する
ことになる。
軸の原点を中心とした半径方向の振幅制御を行っている
が、円周方向(位相方向)に対する制御は行っていな
い。よって、過電流制御時は過度状態であるため、過電
流リミッタ円にそって振動する。また、円周方向の振動
が大きくなると出力トルクや回転速度も振動するため、
逆起電力も変動してしまう。そのため、過電流制限制御
を行っていても半径方向の振動成分も大きくなり、図8
のように、過電流リミッタを超える場合もある。
るために、一次電流位相の微分フィードバックを行う。
円周方向の振動を抑制するためには、周波数を制御しな
ければならない。よって、一次電流位相の微分値(変化
率)に比例した値をPWMの周波数指令に一次電流位相
が変化しない方向で加える。この制御により、電流ベク
トルの円周方向にダンビング効果が得られ、過電流時の
電流ベクトル振動を抑制できる。
流位相Fai_I1を微分し、一次電流位相Fai_I1
との差をとり、過補償防止用リミッタ93を通し減算器
23で周波数指令に加えているので、過電流時の電流ベ
クトル振動が抑制される。
制御電圧作成回路7を示す。この回路7は、電流検出器
6(図4)からの一次電流検出値I1と設定された過電
流リミット値I1_maxとの差をとる過電流判定用減
算器71と、この減算器の出力の正のみを通過ささるリ
ミッタ74と。
設定された駆動側トルクリミット値Lim_DRとの差
をとる駆動トルク判定用減算器72と、この差信号の正
の信号のみを通過させるリミッタ75と、上記q軸電流
検出値Iqと設定された回生側トルクリミット値Lim
_BRとの差をとる回生トルク判定用減算器73と、こ
の差信号の正の信号のみを通過させるリミッタ76と。
の内最大の値を選択する最大値選択器77と、この選択
器からの出力をゲインKoc倍して過電流補償電圧絶対
値DVを出力する過電流補償電圧作成ゲイン78と、電
流検出器6からのd,q軸電流検出値Id,Iqにそれ
ぞれ上記補償電圧絶対値DVを掛けd,q軸電圧補償値
DVd,DVqを減算器21,22(図4)に出力する
d,q軸電圧補償値計算用掛け算器81,82で構成さ
れている。
る。これまでは、ベクトル図上で、過電流制限値I1_
maxとする円として扱ってきたが、過電流リミッタ形
状が円である必要はなく、図10に示すような任意の形
状にすることも可能である。特に回生時において、イン
バータ装置内で消費できない急激な減速による回生を行
った場合、慣性エネルギがインバータの直流側のコンデ
ンサの電荷として返還され、コンデンサ電圧が上昇す
る。
過電圧保護機能により運転を停止してしまう。この運転
停止を防止するためには、トルク電流リミッタによって
減速レートを制御する必要がある。よって、q軸電圧成
分をトルクとして近似し、図10のように過電流ベクト
ルリミッタを半円にして回生時のトルクを制限すれば上
記ストールは防げる。
3によりそれぞれI1とI1_maxの差,IqとLi
m_DRの差,Lim_BRとIqとの差がとられ、この
各差信号をそれぞれ正の信号のみを通すリミッタ74,
75,76を通し、その各信号の最大値を最大値選択器
77で選択している。したがって、駆動時に過電流又は
過トルクになるとリミッタ74又は75から出力があ
り、その大きい方が選択される。また、回生時に過トル
クとなるとリミッタ76から出力があり選択される。
過電流補償電圧作成ゲイン78を介してPI制御器8及
び掛け算器81,82に入力するので、駆動時に過電流
又は過トルクとなると、この過電流又は駆動トルクが抑
制される。
トルクが抑制される。よって、回生時の上記ストールを
防止できる。
図を示す。
ている時所定のシーケンスで拾い上げ制御をする拾い上
げ制御回路、SW1は回路101からの初期化時周波数
設定切り換え信号B1で周波数設定値f*を0に切り換
える周波数設定切り換えスイッチである。過電流抑制電
圧作成回路7は、回路101からの拾い上げ時過電流リ
ミッタ切り換え信号B2により過電流リミット値I1_
maxが切り換えうるようになっている。
は、回路101からの初期化時周波数指令変更信号B3
により制御され、拾い上げ開始時の初期周波数(最高周
波数)をラッチして出力するようになっている。
間に設けられた電圧調整ゲインで、回路101からの拾
い上げゲインKpk変更信号B4によりV/f換算2の
出力電圧を変更する。その他の構成は上記図6のものと
変わりがない。
の原理と共に説明する。
になった場合に周波数フィードバックによって周波数を
制御する。実施の形態4は、この特性を利用して、モー
タがある回転数で空転している場合の拾い上げ制御によ
り始動を行うものである。
ーケンスを以下に示す。
ロとする。 2)拾い上げ開始時は、信号B4を出力して拾い上げゲ
インを、Kpk=0とし、電圧指令をゼロにする。 3)信号B3を出力してクッション処理ブロック内の周
波数指令前回値を拾い上げ開始時の初期周波数(最高周
波数)に設定する。 4)信号B2を出力して過電流抑制電圧作成ブロックの
電流リミッタ値を拾い上げ用のリミッタ値に変更する。
大きくしていく。 2)過電流になった場合には、ゲインKpkを変更しな
い。 3)過電流時は、過電流抑制制御が自動的に周波数を下
げる。 (3)終了条件 1)ゲインKpk=1となり、電圧と周波数がV/fパ
ターン上で一致したら拾い上げ終了。
チャートを図12に示す。図12ので、上記(1)の
初期化条件で拾い上げを開始する。このとき、出力周波
数は拾い上げ開始時の初期周波数100%となってい
る。出力電圧は信号B4によりゲイン102のゲインK
pkが0に制御されるため0となっている。
インKpkが0から所定の変化率で大きくなるため、出
力電圧は増加する。よって一次電流も増加する。で
は、一次電流が100%を過電流制御が働き周波数が制
限され、一次電流および出力電圧が一定となる。
し、過電流でなくなっているので出力電圧が上昇する。
では、周波数と電圧のV/fパターンが一致する。
では、磁束の安定化のため1秒ウェイトし、で拾い上
げ終了となる。では通常運転となり、設定周波数へ加
速される。
通常のリミット値と同じものとした場合、図12のの
段階で、ある程度のトルクが出てしまう。このため、モ
ータの慣性が小さく、拾い上げ時のモータ回転数が低い
場合には、モータの速度は変動してしまうが、拾い上げ
時に信号B2によりI1_maxの値を小さくしている
ので、出力トルクが抑制され、慣性の小さいモータでも
速度変動が生じることはない。この時の過電流リミット
形状を図13に示す。
図9のようにトルク電流リミッタを適用したものとする
ことができる。
すると、出力トルクをほぼゼロにすることができる。た
だし、一次抵抗による軸ずれがあるため、トルクリミッ
タをゼロにすることはできない。このときの過電流リミ
ッタ形状を図14に示す。
形態5は、拾い上げ開始周波数選択スイッチSW2を設
け、上記図11の制御に対し、前回の出力周波数が分か
っており、モータの回転周波数が、前回の出力周波数以
下であることが分かっている場合、スイッチSW2によ
り前回の出力周波数f_setを選択しうるようにし
た。その他の構成は図11のものと変わりがない。
周波数が前回の出力周波数以下である場合、最高周波数
f_maxからではなく、前回の出力周波数f_setか
ら開始することができるので、拾い上げ時間が短縮でき
ると共に、余分なトルクを出力することなく周波数の拾
い上げを行うことができる。
るので、以下に記載する効果を奏する。
る。
流ベクトルの安定化と出力トルクの振動を抑制ができ
る。
のは、回生時の直流電圧上昇を防止できる。
停電後の再始動等に必要な周波数拾い上げを周波数の同
期判定等を行わずに行うことができるので、拾い上げの
失敗がない。
抑制電圧作成回路の過電流リミット値を小さく切り換え
ることにより拾い上げ時の余分な出力トルクを最小限に
抑えることができる。
するものにおいては、拾い上げ時にトルク電流リミット
値を小さくすることで、余分なトルクを出力することな
く周波数の拾い上げを行うことができる。
過電流制御ブロック図。
フ。
を有する過電流抑制電圧作成ブロック回路図。
動範囲を示すグラフ。
する過電流制御ブロック図。
形状を示すグラフ。
する過電流制御ブロック図。
Claims (6)
- 【請求項1】 周波数指令値と、この周波数指令値をV
/f換算した電圧指令ベクトルに基づいてPWM電圧パ
ターンを演算し、インバータをPWM制御して誘導モー
タを駆動するインバータ装置において、 前記モータの一次電流ベクトルを検出する電流検出器
と、 前記電流検出器によって得られた一次電流ベクトルが過
電流リミット値を超過した分のベクトルに対して、その
大きさに比例し、逆方向のベクトルとなる過電流補償電
圧ベクトルを作成する過電流抑制電圧作成ブロックと、 前記ブロックで作成した過電圧補償電圧を前記電圧指令
ベクトルに加える加算器と、 前記過電流補償電圧ベクトルの絶対値をPI演算して前
記周波数指令にフィードバックするPI制御器とを設
け、 過電流を抑制することを特徴とするインバータ装置。 - 【請求項2】 周波数指令値と、この周波数指令値をV
/f換算した電圧指令ベクトルに基づいてPWM電圧パ
ターンを演算し、インバータをPWM制御して誘導モー
タを駆動するインバータ装置において、 前記モータの一次電流ベクトルを検出する電流検出器
と、 前記電流検出器によって得られた一次電流ベクトル,d
軸電流,q軸電流がそれぞれ過電流リミット値,駆動側
トルクリミット値,回生側トルクリミット値を超過した
分の各電流の最大値の電流を選択し、その選択した電流
の大きさに比例し、逆方向のベクトルとなる過電流補償
電圧ベクトルを作成する過電流抑制電圧作成ブロック
と、 前記ブロックで作成した過電圧補償電圧を前記電圧指令
ベクトルに加える加算器と、 前記過電流補償電圧ベクトルの絶対値をPI演算して前
記周波数指令にフィードバックするPI制御器とを設
け、 過電流を抑制することを特徴とするインバータ装置。 - 【請求項3】 請求項1又は2において、 前記電流検出器に一次電流位相を検出する機能を設け、 前記電流検出器からの一次電流位相の前回値と今回値の
変化率を計算し、その変化率が小さくなる周波数補償量
を計算する電流位相振動抑制ブロックとを設け、 前記周波数補償量を前記周波数指令に加算することによ
って出力トルクの振動を抑制することを特徴とするイン
バータ装置。 - 【請求項4】 請求項1又は2又は3において、 周波数指令値の前回値を保持する前回値保持器を有し、
周波数設定値を前記周波数指令値として出力するクッシ
ョン処理ブロックと、 前記クッション処理回路への周波数設定値をゼロに切り
換えるスイッチと、 前記V/f換算器の出力を調整する電圧調整ゲインと、
モータの空転を拾い上げ制御する拾い上げ制御ブロック
とを設け、 前記拾い上げ制御ブロックは、 拾い上げ時は、前記スイッチを制御して周波数設定をゼ
ロとし、 拾い上げ開始時は、前記電圧調整ゲインをゼロとして電
圧指令をゼロにすると共に、前記クッション処理ブロッ
ク内の周波数指令前回値を拾い上げ開始時の初期周波数
に設定し、さらに前記過電流抑制電圧作成ブロックの過
電流リミット値をこの値より小さい拾い上げ用のリミッ
ト値に変更し、 次いで、前記電圧調整ゲインを所定の変更率で大きく
し、ゲインが1となり、電圧と周波数がV/fパターン
上で一致したら拾い上げ制御を終了する、 拾い上げシーケンスを有し、 過電流になった場合に周波数フィードバックによって周
波数を制御する特性を利用して拾い上げ制御することを
特徴とするインバータ装置。 - 【請求項5】 請求項4において、 最高周波数と前回周波数指令値とを切り換えるスイッチ
を設け、 前回の出力周波数が分かっており、モータの回転周波数
が前回の出力周波数以下であることが分かっている場
合、前回の出力周波数から拾い上げ制御を開始すること
を特徴とするインバータ装置。 - 【請求項6】 請求項4又は5において、 前記過電流リミット値をトルクリミッタ形状に置きかえ
ることで、拾い上げ時の余分なトルクを最小限に抑える
ことを特徴とするインバータ装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31480197A JP3684793B2 (ja) | 1997-11-17 | 1997-11-17 | インバータ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31480197A JP3684793B2 (ja) | 1997-11-17 | 1997-11-17 | インバータ装置 |
Publications (2)
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JPH11150998A true JPH11150998A (ja) | 1999-06-02 |
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ID=18057770
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP31480197A Expired - Fee Related JP3684793B2 (ja) | 1997-11-17 | 1997-11-17 | インバータ装置 |
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Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3684793B2 (ja) |
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