JPS6281990A - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は誘導電動機の制御装置に係り、特にベクトル制
御における指令回転方向に対する逆回転防止に好適な誘
導電動機の制御装置に関する。

〔発明の背景〕

誘導電動機の磁束発生に寄与する励磁電流と、トルク発
生に寄与するトルク電流とを独立に制御するいわゆる誘
導電動機のベクトル制御は直流機並みに高精度に速度制
御でき保守点検が容易なことから近年需要が高まってい
る。

乙 第８図は従来のベクトル制御のブロック図である。ここ
で、１は三相交流電源、２は三相誘導電動機、３，４は
電源１と三相誘導電動機２との間に接続した三相全波整
流回路及び周波数変換手段とし【のベクトル制御インバ
ータである。

周波数変換手段としてのインバータ４は６つのトランジ
スタ５ａ〜５ｆと６つの帰還ダイオード６ａ〜６ｆとで
構成する。７は速度設定器、８は電動機２の回転速度に
比例したパルス数を発生する速度検出機、９は速度検出
機８の出力を受け、これを電動機２の回転速度に比例し
たアナログ信号に変換する変換回路である。

１０は速度設定器７の出力に対し、変換回路９の出力を
減算する減算器、１１は減算器１０の出力を比例積分演
算する誤差増幅回路である。

この出力はトルク電流成分指令Ｉｔとなり、ベクトル演
算回路１２及びすべり角周波数出力回路１３に送られる
。

１４は加算器で、変換回路９の出力信号すなわち実際の
角速度ωｒとすべり角周波数出力回路１３の出力ωＳを
加算し、ω、−ωｒ＋ωＳとして出力する。

ω１は心動機２に与える一次角周波数であり、これは電
圧制御発振回路１５へ送られる。そしてここでω、に同
期した角周波数の正弦波信号比ω１と余弦波信号回ω、
に変換され、ベクトル演算回路１２に送られる。

１６は電動機２の励磁電流成分指令工□を与える励磁電
流成分設定手段である。

ベクトル演算回路１２内で励磁電流成分指令■□はトル
ク電流成分指令Ｉｔより９０度位相が遅れて角周波数ω
１の交流二相信号ｉｒｎ’、ｉｉ’となる。この交流二
相信号ｉｍ′とｉｔ′は二相三相変換回路１７で三相に
変換される。

電流比較回路１８は電流検出器１９で検出した相電流を
取り込み、この値と二相三相変換回路１７の出力とを比
較し、この差が所定値内になるようにオン、オフ信号を
作り、この信号をトランジスタ駆動回路２０へ送る。ト
ランジスタ駆動回路２０はトランジスタ５ａ〜５ｆを制
御する。その結果電動機２は速度設定器で設定した速度
に応答良く制御される。

なおトルク電流成分指令手段は全体を４０で、励磁電流
成分指令手段は全体を５０で示す。Ｃは平滑用コンデン
サ、２１は回生電力処理装置である。

さて、このような誘導電動機のベクトル制御において、
第４図に示す運転について説明する。

第な図は横軸に時間、縦軸に回転速度を示すタイムチャ
ートである。いま、速度設定器７の速度指令は高速度指
令Ｈであり、誘導電動機２が高速で回転しているものと
する。つぎに時刻ｔ。

で速度指令が高速度指令Ｈから低速度指令りに切換って
与えられると、誘導電動機２は一点鎖線で示すように減
速する回生モードとなる。そして、低速度指令りが十分
に低い回転指令であるとき誘導電動機２はアンダーシェ
ードとなり指令回転方向と逆回転方向へ回転する逆転領
域が生ずることがある。

このような逆回転現象は速度制御系のゲイン調整を誤る
と発生しやすい。つまり、誤差増幅回路１１は一般に応
答性を高めるための比例要素と応答による振動を抑制す
るための積分要素とを兼ね備えた比例積分型が用いられ
る。このため、この比例係数と秋分係数とを適切に設定
しないと指令回転方向と逆方向へ電動機２が回転するこ
とが起り得る。

このようなことから、指令した回転方向と逆方向へ電動
機２が回転するのを防止する場合、つぎ０２つの方式が
考えられる。

その１つは速度検出器８（あるいは変換回路９）の出力
信号と設定回転方向とを比較し、逆回転したことを検出
して直ちに電動機２への給電を遮断する方式である。他
の１つは速度設定器７０指令が高速度指令Ｈかも低速度
指令りに変化すると直ちに電動機２への給電を遮断して
だ行運転させ電動機２の回転が低速度指令りより低速に
なった後再給電する方式である。

しかしながら、前者は制御装置の演算回路や速度検出器
にディジタル信号を用いるとサンプリング時間遅れによ
り特に減速度が大きい負荷を駆動する場合逆回転を完全
に防止することができない欠点がある。また後者は回生
制動を行うことができない。したがって、特に慣性の大
きな負荷駆動では高速度回転から低速度指令りの回転以
下になるまでの減速時間が長くなり作業能率あるいは応
答性が低下する欠点がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は誘導電動機の減速時間が短く、かつ指令
回転方向に対する逆回転を防止する誘導電動機の制御装
置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の特徴は、誘導電動機のベクトル制御にお〜・て
、回生運転時−夾角周波数が実回転周波数より先に正符
号より負符号へ変化することに着目したものである。さ
らに詳しく説明していく。誘導電動機の回生運転時、−
夾角周波数ω１は次式で求められる。

ω、−ωｒ＋（−ωＳ）　　・・・・・・・・・・・・
・・・　　（１１したがって、実回転周波数ω１がすべ
り角周波数ω、の絶対値より小さくなれば一部角周波数
ω。

は負の符号に変わる。

このため、指令回転方向と一部角周波数ω１とを入力す
る逆相検出手段を設け、この逆相検出手段は例えば指令
回転方向が正回転のとき一部角周波数ω、が負の値にな
ると信号を発し、誘導電動機への給電を遮断させる。そ
して誘４１！動機の回転速度が指令速度より低下したこ
とを逆相検出手段が検出すると、誘導電動機への給電を
再開し低速度指令に回転するよう制御することにある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図に基づき説明する。な
お第５図と同一の部分については第５図と同一の符号を
付けて表しこの部分については説明を省略する。

第１図において、３７は逆相検出器である。この逆相検
出器６７は加算器１４の出力、正転指令６５あるいは逆
転指令３６の信号が入力される。逆相検出器６７はつぎ
のように動作する。すなわち、例えば正転指令５５が入
力されているとき、加算器１４の出力、つまり一部角周
彼数ω１が正符号から負符号に変わると信号を出力する
。

また、正転指令３５から逆転指令６６へ切替ったときに
一部角周波数ω、が正符号から負符号へ変った場合は信
号が出力されない。また逆転指令６６から正転指令５５
へ切替ったときも同様である。

逆相検出器６７の出力信号は誤差増幅回路１１とトラン
ジスタ駆動回路２０とへ送られる。そして誤差増幅回路
１１は積分要素を短絡リセットし、かつトルク電流成分
指令１ｔを０とする。このときすべり角周波数出力回路
１３は出力ω畠を０とする。

一方トランジスタ駆動回路２０は逆相検出器３７の出力
信号を受けて周波数変換手段としてのインバータ４の出
力を０とし誘導電動機２への給電を遮断する。

このような構成をなす訪２ｓ電動機の制御装置において
、以下動作を説明する。第２図のタイムチャートにお（
・て、いま電動機２は高速度指令Ｈが与えられて高速回
転しているものとする。

このとき、−夾角周波数ω１は実回転周波数ω、とすべ
り角周波数ω３との相として加算器１４から正符号とし
て出力されている。つぎに時刻ｔ、ｉ／Ｃおいて、速度
設定器７０指令が高速度指令Ｈかも低速度指令りに変化
して与えられたものとする。

このとき、−夾角周波数ω１は前記（１）式より実回転
周波数ωｒよりすべり角周波数ω３だけ小さい値となっ
て加算器１４かも出力される。そして誘導電動機２は回
生モードとなって時刻ｔ１から時刻１、へ向って減速す
る。実回転周波数ω、が低下してゆき、すべり角周波数
ω、の絶対値より小さくなやと一部角周波数ω１は正符
号から負符号へ反転する。

なお、この時刻ｔ１時実回転周波数ω１は一部角周波数
ω１よりすべり角周波数ωＳの絶対領分大きい正符号の
値であり、電動機２は正回転領域で回転している。逆相
検出器６７は一部角周阪数ω１の負の値が入力されると
、回転方向指令が正転指令６５か逆転指令６６かによっ
て信号を出力する。

すなわち、逆相検出器３７は正転指令３５が継続して入
力されており、−夾角周波数ω１が正符号から負符号へ
変わると信号を出力し、逆転指令３６か入力されて（・
ろとき−伏角周波数ω、が正符号から負符号へ変っても
信号を出力しない。逆相検出器６７の信号は誤差増幅回
路１１の積分要素を短絡リセットし、かつトルク電流成
分指令ｉｔを０とする。またトランジスタ駆動回路２０
はインバータ４への出力が０となるよう動作する。した
がって、誘導電動機２は給電を遮断される。

すべり角周波数演算回路１３の出力ω、が０となると前
記（１）式はω、−ω、となり、−夾角周波数ω、は正
の値となる。そして、実回転周波数ω、が低速度指令り
より高ければ誘導電動機は再度回生モードで運転されて
減速する。実回転周波数ωｒが低速度指令りの埴より低
下して−・れば誘導電動機はカ行モードとなり低速度指
令りへ向って増速する。

したがって、本実施例によれば指令回転方向が同じで指
令速度が変化したとき、−夾角周波数ωの符号が反転す
るのを逆相検出器３７で検知し、誤差増幅器１１をリセ
ットすると共に誘導電動機への給電を遮断し、実回転が
低速度指令より低下したのを慎出して力行；、！ｌｉを
行うようにしたので、−夾角周波数ω、の符号か反転す
るまで回生制動できる。したかって高速度指令Ｈから低
速度指令りへの実回転数の応答性が高い。

また、ディンタル信号を用−・たサンプリング制御であ
っても指令方向に対する逆転を防止することができる。

なお、上記実施例において正転指令６５および逆転指令
ろ６は逆相検出器３７へ谷々個別に入力する構成とした
が、第６図に示すように正逆転判別回路３８を設け、速
度設定器７の出力信号から正転指令３５又は逆転指令３
６を正逆転判別回路３８で判別し逆相検出器３７へ入力
してもよい。

本発明の他の一実施例は第４図に示すように、逆相検出
器５７の出力をベクトル演算回路１２へ入力する。ベク
トル演算回路１２は逆相検出器３７の信号が入力されて
いる間二相三相変換回路１７へ出力する交流二相信号Ｉ
Ｉｎ’、　ｉＩ’を０とする。

このような制御装置の動作を第５図により説明する。指
令速度が高速度指令Ｈを与えられているとき、時刻ｔ１
において低速度指令ＬＫ変化したものとする。時刻ｔ、
から時刻ｔ、にかげて誘導電動機は回生制動モードで減
速する。時刻１ｔで一部角周波数ω、が正から負へ反転
すると逆相検出器３７は信号を出力する。この逆相検出
器３７の信号がベクトル演算回路１２へ入力されると、
ベクトル演算回路１２はこの出力信号をＯとする。

誘導電動機は給電を遮断されてだ行運転となり減速する
。低速度指令りより誘導電動機２０回転が低下すると、
加算器１０の出力は正となり一次角周波数ω１が正とな
る。そこで、逆相検出器３７は出力信号なＯとしベクト
ル演算回路が動作を再開する。そして、誘導電動機は給
電が再開されカ行モードで低速度指令りへ向い運転され
る。

したがって、本実施例によると、−夾角周波数ω１の符
号反転時実回転周波数ω１が低速度指令りより高くても
誘導電動機２は瞬時回生モードで運転されることがない
ので、給電再開時の電圧上昇により制御装置の故障を防
止することができろ。

〔発明の効果〕

本発明は以上説明したように、回転方向指令と一次角周
波数とを入力する逆相検出器を設は一次角周波数の符号
変化を検知して給電を遮断するようにしたので、高速度
指令から低速度指令近傍まで回生制動でき高答性が高（
、かつ指令方向に対する誘２５電動機の逆転を防止する
ことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の誘２４電動機の制御装置の実施例を示
すブロック図、第２図は本発明の動作説明用のタイムチ
ャート、第６図は第１図の他の実施例を示すブロック図
、第４図は本発明の誘導電動機の制御装置１ｔの他の実
施例を示すブロック図、第５図は第４図の動作説明用の
タイムチャート、第６図は従来の誘導電動機の制御装置
を示すブロック図、第７図は第６図の動作説明用のタイ
ムチャートである。 １は電源、２は誘導電動機、４は周波数変換手段として
のインバータ、１２はベクトル演算回路、３７は逆相検
出器、５０は制御手段、ω、はすべり角周波数、ω、は
実回転周波数、ω、は一次角周波数、Ｈは高速度指令、
Ｌは低速度指令。 １、）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、電源と誘導電動機との間に接続した周波数変換手段
   と該周波数変換手段を制御する制御手段とを備え、該制
   御手段が、前記誘導電動機の磁束発生に寄与する励磁電
   流指令と、トルク発生に寄与するトルク電流指令と、フ
   ィードバックされた実回転周波数とすべり周波数とを加
   算して求まる一次角周波数指令とから演算するベクトル
   演算部を有するものにおいて、前記誘導電動機の速度指
   令を高速度指令から低速度指令へ切換えた回制モード時
   前記一次角周波数指令が負の値になると前記誘導電動機
   への給電を遮断し、前記誘導電動機の回転速度が前記低
   速度指令より小さくなると前記給電を再開して前記誘導
   電動機が前記低速度指令に回転するよう制御することを
   特徴とする誘導電動機の制御装置。