JPS62290391A - 誘導電動機の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は、誘導電動機を電力変換装置により制御する装
置に関し、特に誘導電動機が回転中に生じた電源の瞬停
後の変換装置の再始動時に速度検出器等を必要とせず、
電ａ＠の回転数と変換装置の出力電圧を一致させて安定
に再始動するための制御装置に関する。

このような制御装置は、地下、トンネル内等に設けられ
る換気ファンに使用される誘導電動機に好適なものであ
る。

〔従来の技術〕

周波数変換器（インバータ）を用いて誘導電動機の速度
制御する方法として電圧／周波数一定制御が知られてい
る。かかる従来の速度制御装置において、電源が何らか
の原因により瞬間的に停電（以下、瞬停という、）シた
場合、誘Ｒ電動４５を再始動させる必要がある。この場
合の再始動方法として、瞬停時の再始動に際し、インバ
ータの出力周波数を低下させ、誘導電動機の回転エネル
ギを利用して発電運転させることによりインバータを動
作状態に保ち、復電後に直ちに電加速する方法が提案さ
れている（特開昭５９−１４３９２号公報）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、上記従来の方法は１発電運転による回転エネル
ギを電源に戻すための順変換器が必要となり、そのため
に制御装置が複雑化するという欠点がある。

また、一般に誘導電動機の負荷はその使用の態により異
なっており、その運転速度推定が困難であることから単
純にインバータを再始動したとしても、インバータに過
電流が生じ、回生バラストコンデンサの破壊、インバー
タの出力周波数と電動機の速度との不一致による脱調が
生じるおそれがある。

そこで１本発明は電源の復電時の再始動ならびに誘導電
動機が慣性により回転を継続している場合であってもイ
ンバータの再始動を行いうる誘導電動機の制御装置を提
供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記従来の問題点を解決し、かつ、本発明の目的を達成
するために、本発明は誘導電動機の回転数と電源の周波
数とが一致した後、電圧／周波数比を一定に制御するよ
うにしたものである。

すなわち、本発明は誘導電動機に可変周波数の交流電力
を供給する電力変換器の出力電力および周波数を制御す
る誘導電動機の制御装置において、前記誘導電動機を再
始動させる際に、前記電力変換器を時間に関係して周波
数のみ変化する定電流源として制御する第１の手段（１
０）と、周波数または出力電圧の指令信号と前記電力変
換器の出力電圧とを比較（２８）Ｌ、周波数または出力
電圧の指令信号と前記出力電圧とが等しいとき前記出力
電圧と周波数との比を一定に制御する第２の手段（１３
，１６）と、を備えたことを特徴とするものである。

〔作用〕

上記本発明の構成によれば、誘導電動機の再始動時にお
いて、第１の手段により電力変換器の出力電流の周波数
が時間の経過に関係して徐々に低下される。その結果、
誘動機の出力電圧は当該電動機のすべりが小さくなるに
したがって上昇し、周波数指令値と等しい値となる。こ
のとき、周波数が誘導電動機の速度に対応するため、誘
導機と電力変換装置とは同期した状態となる。この時点
で第２の手段・により電力変換装置に対し、電圧／周波
数一定の制御に切替えて制御が行われ、これによって目
的とするインバータの再始動を迅速かつ安全に行うこと
ができる。

〔実施例〕

次に本発明に係る誘導電動機の制御装置の各実施例を図
面に基づいて説明する。

夏上来五五 第１図に本発明の第１の実施例を示す、第１図に示す回
路は、基本的には、電源１．ダイオード。

コンデンサおよびトランジスタ等で構成されるＰＷＭイ
ンバータ２．このＰＷＭインバータ２から可変周波数の
交流電力を受ける誘導電動機３゜ＰＷＭインバータ２を
制御する制御装！１１００およびこの制御装置１００に
各種指令を与える指令器４〜７から構成される。

指−今春には、速度指令器４．停止指令器５．ｉｌ動機
３が停止状態の場合駆動する指令を与える運転指令器６
．電動機３が回転状態にインバータを駆動する指令を出
力する再始動指令器７がある。

制御装置１ｔｌｏｏにおいて、８は速度指令器４の出力
を加算器９に出力するスイッチ、１０は電動機の加速、
減速レートを制限するレート制限器、１１はレート制限
器１０と電圧検出器１２の出力を加算する加算器、１３
は加算器１１の偏差を増幅し電圧と周波数の比が一定と
なるように出力電流を制御する増幅器である。１４は出
力電流の大きさを制限する電流制限器、１５は再始動時
の電流を指令する再始動電流指令器、１６は再始動の場
合と通常の制御状態により、出力電流指令を切替えるス
イッチである。１７はレート制限器の出力に対応した基
準正弦波を出力する発振器、１８はスイッチ１６の出力
と発振器１７の出力の乗算を行い交流の電流指令を出力
する乗算器、１９は出力電流を検出する電流検出器２０
の出力と乗算器１８の出力を比較し、ＰＷＭ信号を発生
する比較器である。ゲート回路２１は比較器１９の出力
の増幅及びホールド回路２３の出力によりインバータの
起動、停止を行う、なお１本図では、１２゜１７〜２１
は１相分のみ示しており、他の２相は図面を簡単にする
ため省略している。

次に、運転指令８６からの指令によって運転する場合の
動作について説明する。

運転指令器６出力はオア回路２２に出力される。

オア回路２２は運転指令器６またはホールド回路２５が
″′１′″レベルの信号を出力するとき゛′１″レベル
の信号を出力する。２３はホールド回路でオア回路２２
の出力をホールドする。その、リセットは停止指令器５
により行ない、リセット時の出力は０″′になる。ホー
ルド回路２３の出力は、オア回路２９を通してスイッチ
８を制御し、速度指令器４を加算器３に接続する。電動
機３は、レート制限器１０の出力に対応する周波数と電
圧で加速され、レート制限器１０で定める時間後一定の
速度になる。その状態で停止指令器５から停止指令が出
力されると、ホールド回路２３の出力はリセットされる
。ゲート回路２１は停止指令が入力されインバータ２は
停止し電動機３はフリーラン状態になる。電動機の速度
は負荷の摩擦や、負荷自体の特性に従って下降する。こ
の状態で再始動指令器７から再始動指令が出力した場合
について説明する。

再始動指令器７の出力は、ホールド回路２４と時間遅れ
回路２５に伝達される。ホールド回路２４の出力はオア
回路２９を通してスイッチ８並びにレート制限器１０に
伝達される。レート制限器１０はホールド回路２４の出
力により制御され。

短時間に速度指令器４と一致する信号を出力する機能を
有する。また、スイッチ１６は、再始！！［流指今春１
５の出力を乗算器１８に接続する。時間遅れ回路２５は
、レート制限器１０の出力が速度指令器４の出力が等し
くなるまでの時間遅れを有し、その信号はオアの回路２
２を通してホールド回路３３に出力する。ホールド回路
２３はオア回路２９とゲート回路２１に信号を出力し、
インバータ２を起動する。一方、ホールド回路２３並び
に２４の出力は、アンド回路２６に入力される。

２７はレート制限器で、ホールド回路２３．２４の出力
信号のアンド条件にて作動を開始し、時間に対して変化
率一定の信号を出力する。最大値は、スイッチ８の出力
と等しい値である。また、レート制限器２７はアンド回
路２６の出力が“０”になったときリセットされる。加
算器９ま速度指令器４の出力とレート制御！ｌＩ？）２
７の出力の減算を行なう。比較器２８は、レート制限器
１０と電圧検出器１２の出力を比較し、両方が一致する
場合ａｔ　ｌ　＊ｓレベルの信号を出力する。この信号
により、ホールド回路２４はリセットされ、出力は“Ｏ
”レベルになる。この時点からレート制限器２７の出力
はリセットされ、さらにスイッチ１６は再始動電流指令
器１５と乗算器１８の接続から電流制限器１４と乗算器
１８の接続へ変更される。したかって、インバータ２は
定電流制御から電圧／周波数比一定制御へ移行する。

次に、比較器２８の動作および再始動する際の制御回路
の動作を説明する。

第２ｙ！ｉに誘導電動機の等価回路を示す、Ｚは電動機
−水抵抗、−次もれリアクタンスから構成される一次イ
ンピーダンス、ＸＭは励磁リアクタンス、ｒ／ｚは一次
側に換算した二次抵抗、Ｓは電動機のすべりを示す、な
お図中のＩｆ　、　Ｉｓ　。

Ｉ　ｚ　＊　Ｖ　ｘはそれぞれＺｚ　＋　ＸＭ＊　ｒ’
　ｚを流れる電流および一次端子電圧で、二次もれリア
クタンスは図面を簡単にするため省略しである。ｆＩＳ
３図は第２図の等価回路に一定の大きさの電流を流した
場合の■に、工′ｚを示した図である。−次電流一定の
場合、ＩＮはす゛べりＳが小さくなると共に増加し、す
べりＳが零になると最大になる。

その値は工１に等しくなる。逆にＩ／２はすベリが小さ
くなるとしだいに減少し、すべりＳが雰になるとＪＪ２
は零になる。−次端子電圧ｖ１はＺ’ｌ　を無視すると
、下式にて示される。

７□　＝工□　、ＸＨ・・・・・・　（１）したがって
、Ｉｌを電動機の励磁電流に設定すると、すべりＳが零
になった時点で、周波数と出力電圧が一致する。この信
号により電動機の一次周波数と回転数が同期したことを
比較器２８で行っている。

次に制御回路内部の動作を第３図を用いて説明する０図
中ｎは電動機速度、ｖｌは電動機−次端子電圧、　Ｊｌ
・はレート制限器１０の出力で周波数指令、ｉ・は１次
電流指令、ｉ工は１次電流、Ｓｔ　ｓ　Ｓｚ　、Ｓａ　
、Ｓｔはそれぞれ停止指令器５゜再始動指令器７．比較
器２８．ホールド回路２４の出力信号を示す。

いま、第４図に示すように、電動機を一定速度にて運転
中、時刻ｔ１にて停止指令Ｓ１が入力されると第１図の
ゲート回路２１に停止指令が入力される。したがってこ
の時刻から電動機３はフリーラン状態になる。１次端子
電圧Ｖｌは電動機の磁束の時定数にしたがい減少する。

周波数指令ｆ１・はレート制限器１０の指定するレート
にて減少する。すベリＳは、時刻零からｔ１範囲は負荷
に対応した値であるが、ｔｌにて電源がしゃ断されるた
め、すベリは１になる。時刻ｔｚにて再始動指令が出力
されるとホールド回路２４は信号をホールドし、スイッ
チ１６は再始動電流指令器１５を乗算器１８に接続する
。

また、ｔｚにてレート制限器１０の加減速レートが速く
なり、その出力は時刻ｔ８にて速度指令器４の出力と等
しくなる。

時刻ｔδにて、時間遅れ回路２５が動作すると。

ゲート回路２１の出力がインバータ２に伝達され、イン
バータは速度指令器が指令する周波数で、大きさは再始
動電流指令器１５の出力に応じた電流を出力する。また
１時刻ｔ８からレート制限器２７はアンド回路２６の出
力により動作を開始する。したがって、レート制限器１
０の出力はレート制限器２７の出力にしたがい減少する
１持物ｔδにてレート制限器１０の出力ｆＬ１１と１次
端子電圧Ｖｓが等しくなると、比較器２８はＳ８の信号
を出力する。この信号によりホールド回路２４の出力は
リセットされ、さらに、レート制限器２７は出力を零に
リセットされる。同時にレート制限器１０の加、減速レ
ートも通常の値に戻り、スイッチ１６は電流制限器１４
と乗算器１８を接続する。したがって１時刻ｔ４から通
常の電圧／周波数比一定制御が開始される。

時刻ｔｉから時刻ｔ６の間は、所定の電動機加速レート
にて加速され、時刻ｔ５にて電動機速度は一定になる。

上記のようにして、インバータの再始動は完了する。

本実施例によれば、簡易な構成で、回転中の電動機の再
始動が容易にできる。

災又失凰里 第５図に本発明の第２の実施例を示すにの第２実施例は
、電流制限器３０に再始動時と通常制御する場合の電流
制限値の変更できる機能をもたせるものである。第５図
において、比較器２８の出力が発生するまでは、レート
制限器１０の出力は電圧検出器１２の出力より必ず大で
ある。したがって増幅器１３は自己が出力できる最大の
信号を出力する。再始動時には電流制限器３０の制限値
を励磁電流に設定することにより、出力電流の設定は可
能である０本実施例により、再始動制御回路を簡素化す
ることができる。

ｌユ夾産五 第６図に本発明の第３の実施例を示す、この実施例にお
いて、第１図の第１の実施例との違いは、ピーク値ホー
ルド回路３１．パルス発生回路３２゜オア回路３３を付
加したことにある。他の要素は第１図と番号が同じもの
は同一である。ピーク値ホールド回路３１は、オア回路
３３の出力が“０”レベルのとき出力を零にリセットし
、６１″ルベルのときレート制限器２７の出力を加算器
９に出力する。なお、ピーク値ホールド回路３１はオア
回路３３からリセット信号が出力されるまで、レート制
限器２７の出力のピーク値をホールドする。

パルス発生回路３２は、比較器２８の出力するｆｆｉ号
の幅を拡大する機能をもつ１本回路の目的は、比較器２
８の信号が出力されたのち１周波数一定の時間をつくる
ことにある。

本実施例を第７図を用いて説明する。第７図と第３図の
違いは、周波数一定期間ｔａ−ｔ’ａ間を設けたことで
ある。電動機３の電気的時定数が長い場合、電動機３の
磁束の確立に時間がかがる。

したがって、再始動時に励磁電流を流しても出力電圧は
所定の値より小さ□くなる場合がある。その場合、周波
数と電動機３の回転数の一致を検出することは困難にな
る。この開運は再始動時に流す電流を励磁電流の１．１
〜１．２倍程度の電流を流すことにより解決できる。し
かし、比較器２８が検出するのは、電動機３と一次周波
数が互いに接近しているということである。したがって
比較器２８の信号の出力後、ただちに周波数を増加させ
るとすべりが大となり、電動機の発生トルクが不足し、
脱調する場合がある。本実施例は、上記の場合も考慮し
たもので電動機の回転数と周波数に相異がある場合に比
較器２８が作動しても周波数一定の期間を設けることに
より電動機がこの時間内に加速し、所定のすベリになる
ようにし、電動機の脱調を防ぐようにしたものである。

本実施例によれば、電動機の電気的時定数が長い場合に
対しても、電動機が脱調することなく、インバータ装置
の再始動が可能であるという効果がある。

第４実施例 第８図に本発明の第４の実施例を示す。この第４の実施
例は、インバータ、電動機の停止の原因が電源の瞬停も
しくは停電した場合における再始動に関して適用した実
施例である。第１図との違いは電源の復電を検出する電
源検出器３４を設けたことである。また、ホールド回路
３５．３６は。

電源１が停電すると自動的にリセットする機能を有する
１本実施例で、復電を検出する信号が電源検出器３４か
ら出力されると再始動が行えることは容易に推測できる
。

本実施例によれば、電源の瞬停もしくは停電に際しても
、電源復帰後容易に再始動できるという効果がある。特
に、地下、トンネル内の換気ファンに用いた場合、人命
に係るものである等、緊急性に対処しろる点で有利であ
る。

〔発明の効果〕

以上に述べたように本発明によれば、種々の原因によっ
て生じるインバータおよび誘導電動機の停止後、再始動
させる場合に、制御装置の出力周波数と電動機の回転数
とを一致、すなわち、同期させてからインバータを再始
動することができるため、誘導機の脱調や、インバータ
の過電流を引き起すことがなく、円滑かつ迅速に再始動
できる。

特に、従来では誘導電動機が実際に停止してからでない
と再始動が困難であったのに対し、本発明の場合は完全
に停止しなくても復電後においてただちに再始動できる
点で有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示すブロック図、第２
図および第３図は本発明の原理を示す原理説明図、第４
図は第１図の構成の動作を示す動作説明図、第５図は本
発明の構成を簡素化した第２の実施例を示すブロック図
、第６図は１本発明を電気的時定数の長い電！！！ｌＩ
機を負荷とする装置に適用する第３の実施例を示すブロ
ック図、第７図は第６図の動作説明図、第８図は、本発
明を瞬時もしくは停電後に電源が復帰したのち装置を再
始動させる場合の第４の実施例を示すブロック図である
。 １・・・電源、２・・・ＰＷＭインバータ、３・・・電
動機、１５・・・再始動電流指令器、１６・・・スイッ
チ、２３・・・ホールド回路、２４・・・ホールド回路
、２５・・・時間遅れ回路、２７・・・ホールド回路、
２８・・・比較器。 ３０・・・電流制限器、３１・・・ピーク値ホールド回
路、３２・・・パルス発生回路、３４・・・復電検出器
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、誘導電動機に可変周波数の交流電力を供給する電力
   変換器の出力電力および周波数を制御する誘導電動機の
   制御装置において、 前記誘導電動機を再始動させる際に、前記電力変換器を
   時間に関係して周波数のみ変化する定電流源として制御
   する第１の手段と、 周波数または出力電圧の指令信号と前記電力変換器の出
   力電圧とを比較し、周波数または出力電圧の指令信号と
   前記出力電圧とが等しいとき前記出力電圧と周波数との
   比を一定に制御する第２の手段と、 を備えたことを特徴とする誘導電動機の制御装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記周
   波数または出力電圧を指令する信号と出力電圧とが等し
   くなった時点から所定の時間だけ前記制御装置の出力周
   波数を一定に保持する第３の手段を備えたことを特徴と
   する誘導電動機の制御装置。