JPS6295982A - 電動機駆動用インバ−タ - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は可変電圧可変周波数型の電動機駆動用インバー
タに関し、更に詳述すれば電動機の回転をインバータの
起動時点から徐々に加速する、所謂ソフトスタート特性
を備えたインバータであって、インバータを起動させた
時点から電動機が実際に回転するまでのタイムラグをな
くした、瞬時起動型のインバータを提供することを目的
とする。

〔従来技術〕

汎用電動機を駆動する従来のインバータは、インパーク
に使用されている主回路の半導体素子の特性から、イン
バータの最大許容電流がその素子の定格電流の約１６５
％に制限されている。ところでこのような電動機を交流
電源に直接接続して駆動すると、電動機の起動電流は電
動機の定格電流の約６〜７倍に達する大きな値となる。

それ故、インバータにより電動機を起動させる場合は、
インパークに使用されている主回路の半導体素子の電流
定格により、インバータ最大通用モータ定格電流の１６
５％を越えないようにして徐々に増加させる必要がある
。

また電動機の慣性が非常に大きい場合のラッシュカレン
トの問題、あるいは積荷を搬送するために使用されてい
る電動機の起動時における急速な駆動によって荷崩れが
生しる問題等を解消することが必要であり、この面から
も電動機を緩やかに起動する必要がある。従って、イン
バータには加減速時間調整回路を設けて、電動機の回転
が徐々に加速されるようにソフトスタート特性を備えし
めている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述したソフトスタート特性を備えたインバータによる
ブレーキ付電動機の駆動特性は第３図に示す如くなって
いる。即ち、インバータの起動信号の入力時点１．）で
電動機のブレーキが解放され、同時に、電動機の速度を
制御する速度制御電圧が実線で示す如く上昇し始める。

そして速度制御電圧がしきい値Ｘに達した時点ｔ１で電
動機を起動させるための起動信号を出力して電動機を起
動させる。その後も速度制御電圧が徐々に上昇してイン
パークの出力が増加するのと相俟って電動機が加速され
、やがて設定された回転数に達した後に電動機は一定し
た回転数で運転を続けることになる。

つまり、電動機はインバータに起動信号が与えられた時
点１（、から、速度制御電圧が上昇してしきい値Ｘに達
する時点ｔ、までの期間Ｔａのタイムラグをもって起動
する。

例えば、しきい値を０．６Ｖと仮定し、インバータの出
力Ｑｌｌｚから１００Ｈｚに達する迄、即ち速度制御電
圧がＯＶからＩＯＶに達する迄の時間を６０秒に設定し
たとすると、 ０．６　：　１０＝　Ｘ　：　６０ ０．６Ｘ１０ 、°、ｘ＝＝３．６秒となり、この期 間を過ぎる迄電動機は起動されない。なお、速度制御電
圧の上昇速度を破線で示す如（緩やかにした場合には、
速度制御電圧がしきい値に達する迄の時間がより長くな
って、更に長い期間Ｔｂのタイムラグが生じることは明
らかである。

このようなことから、インバータが荷物の昇降動作を目
的としている設備にブレーキ付電動機を使用している場
合には、タイムラグが生じる期間について電動機はブレ
ーキが解放された空転可能な状態となるので、荷物の吊
下げ状態にある状態で電動機を起動させると、荷物が急
速に下降する危険性がある。このような不都合を防止す
るにはインバータの起動後直ちに電動機を起動させるよ
°　う、しきい値をＯＶとすればよいことになるが、電
動機の起動、停止を行わせる場合のハンチング動作を防
止するために、電動既起動／停止のしきい値電圧を、停
止の場合には起動の場合のしきい値電圧（０，６Ｖ）よ
り低い値（例えば０．４Ｖ）に設定してヒステリシス特
性を有せしめておく必要があり、速度制御電圧上昇時（
起動時）のしきい値をＯＶに設定することは不可能であ
る。そのため、ブレーキ付電動機を使用して荷物等の昇
降動作を行う場合は、インバータの起動から電動機が実
際に回転する迄のタイムラグを考慮して、タイマーによ
り前記タイムラグの期間が過ぎる迄、電動機のブレーキ
を作動させた状態にする制御回路を付加する対策を施し
ている。

しかし、この対策によれば制御回路が複雑になるだけで
なく、インバータが起動したにも拘わらずブレーキが解
放されなかった場合には電動機を焼損する虞れがある。

また慣性が極めておときい遠心分離機等を駆動する場合
には、遠心分離機の加速性が悪いために、電動機の起動
電流は極めて大きく、且つ加速には長い時間を要する。

故に、この電動機の起動電流を素子の最大許容電流範囲
内として、電動機を起動すると必然的に著しく長い起動
時間を要することとなり、前記タイムラグは６０秒にも
達することがある。従って、インバータを起動させても
、しばらくは反応がないために何らかの故障があるので
はとの誤解を生しる等の問題がある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は前述した問題に鑑み、電動機の回転の加速勾配
を設定する加速勾配調整回路と、この加速勾配調整回路
の回路定数を切換可能とした加速勾配切換回路とを設け
て、加速勾配調整回路が前記加速勾配切換回路からの指
令信号を得る迄、加速勾配調整回路に設定される加速勾
配を最大とすることにより、インバータの起動と同時に
電動機を起動させ得る瞬時起動方式のインバータを提供
するものである。

本発明は、可変電圧可変周波数型の電動機駆動用インパ
ークにおいて、電動機の回転の加速勾配をその出力にて
定める加速勾配調整回路と、その起動時より該加速勾配
調整回路の出力に関連する信号が所定レベルに達する迄
の間、加速勾配を最大とすべく加速勾配調整回路の回路
定数を強制的に切換えるべくなした加速勾配切換回路と
を備えることを特徴とする。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示した図面に基づいて詳述す
る。第１図は本発明に係るインパークの概略電気回路図
であって、三相電源７０の電圧をダイオードブリッジ７
１にて整流し、整流された電圧をトランジスタとダイオ
ードとからなる転流回路７２に与え、転流回路７２には
ドライブ回路６から前記トランジスタのオン、オフ制御
信号を与え、電動機７に給電する構成となっている。

１１は電動機の回転数とトルクを設定するポテンショメ
ータであり、その設定電位を入力信号として加減速時間
調整用回路１へ与えている。

加減速時間調整用回路１はポテンショメータ１１の出力
を一人力とする差動増幅器１２及びその出方を与えるべ
きミラー積分回路１３を有し、ミラー積分回路１３の出
力を出力電圧決定回路８及び出方周波数決定回路９へ与
えると共に差動増幅器１２の＋入力端子へフィードバッ
クしている。

加減速時間調整用回路１は電動機の回転数とトルクを変
更するために、ポテンショメータ１１が操作されてその
設定電位が変化した場合に、ミラー積分回路１３の働き
によって緩やかに変化する出方電圧を出力し、電動機の
起動、停止時の大きな電流変化による衝撃を緩和させる
、所謂ソフトスタート、ソフトストップ特性を備えしめ
た回路である。

前記差動増幅器１２とミラー積分回路１３の一人力端子
との間には、アノードを前記−人力端子に接続したダイ
オードＤ１と、これと直列接続された可変抵抗器１４及
び抵抗１８とによる加速勾配調整回路１５を設けており
、またカソードを一人力端子に接続したダイオードＤ２
と、これと直列接続された可変抵抗器１６及び前記抵抗
１８とによる減速勾配調整回路１７を設けている。また
前記加速勾配調整回路１５の可変抵抗器１４には短絡回
路Ｓを構成するホトカプラのホトトランジスタＰＴが並
列接続されている。そして、前記加速勾配調整回路１５
は可変抵抗器１４と抵抗１８及び、ミラー積分回路１３
の一人力端子と出力端子間に接続されたコンデンサＴＣ
との時定数により、電動機起動時点から設定回転数に達
する迄の期間の電動機の加速勾配が設定され・るように
なっている。更に、減速勾配調整回路１７も同様にして
、可変抵抗器１６と抵抗１８及び前記コンデンサＴＣの
時定数により、電動機の設定回転数における回転時点か
ら回転停止に到る迄の期間の電動機の減速勾配が設定さ
れるようになっている。

そして、加速勾配の変更は可変抵抗器１４により、また
減速勾配の変更は可変抵抗器１６により行うことができ
る。

この加速勾配調整回路１５と減速勾配調整回路１７の前
記ダイオードＤ１とＤ２とは逆並列で接続しているため
、差動増幅器１２の出力側電位がミラー積分回路１３の
一人力端子側の電位より低い場合、つまりポテンショメ
ータ１１の出力電位を上げて電動機を加速させるときに
は、反転増＠器として使用している差動増幅器１２の出
力側電位は低下するのでダイオードＤ１の向きの電流が
流れて、加速勾配調整回路が動作する。一方、電動機を
減速させるときには、ポテンショメータ１１の出力電位
が下げられて、差動増幅器１２の出力電位がミラー積分
回路１３の入力端子側の電位より上昇してダイオードＤ
２の向きの電流が流れて、減速勾配調整回路１７が動作
する。

そして、前記可変抵抗器１４にはその両端間を短絡させ
る短絡回路Ｓを形成するホトカプラのホトトランジスタ
ＰＴが並列接続されていて、その導通により可変抵抗器
１４が短絡可能になっている。

ミラー積分回路１３の出力は、差動増幅器１２の＋入力
端子及び加速勾配調整回路１５の加速勾配を切換指令す
る加速勾配切換回路２の比較器２ｏの＋入力端子に与え
られている。また、比較器２ｏの一人力端子は直流電源
と分圧抵抗により０．６Ｖの基準値にセットしである。

そして＋入力端子に与えられる速度制御電圧が上昇して
電動機７を起動させるしきい値（基準値）　０．６Ｖを
越えるまで比較器２０はローレベルの信号を出力する。

この比較器２０の出力は導通制御信号発生回路５に与え
られて該回路の動作、停止を制御するとともに、反転増
幅器２１を経て短絡回路Ｓを構成するホトカプラの発光
ダイオードＰＤにも与えられ、比較器２０の出力がロー
レベルのときは発光ダイオードＰＤが点灯するようにし
てあり、点灯した場合には前記ホトトランジスタＰＴが
導通する。そして比較器２０の十入力端子に与えられる
速度制御電圧が、電動機を起動させるしきい値０．６Ｖ
に達したときに比較器２０の出力がハイレベルに反転し
て発光ダイオードＰＤは消灯するようになっている。

３はインバータのトルク上昇信号ＳＴを入力するタイマ
回路であり、外付けの抵抗及びコンデンサにて出力パル
ス幅が定まるワンショットマルチバイブレータ用ＩＣを
用いてなり、トルク上昇信号ＳＴの入力によりトリガさ
れて所定時間幅のパルス信号を出力し、該パルス信号を
出力電圧決定回路８のＶＣＯ（電圧制御発振回路）８０
へ特性切換信号として与える。

出力電圧決定回路８及び出力周波数決定回路９は共にＶ
／Ｆ　（電圧／周波数）変換回路の構造を有し、加減速
時間調整用回路１の出力を可変抵抗器８２．９２を介し
て増幅器８１．９１へ与え、それらの出力をフィードバ
ックすると共に抵抗８３．９３を介してＶ　Ｃ０８０，
９０夫々の１つのタイミング抵抗端子に与える。このタ
イミング抵抗端子はまた抵抗８６゜９６を介して接地し
である。増幅器８Ｌ９１の一人力端子はフィードバック
電圧が与えられると共にポテンショメーク８４，９４に
連なる。

而して本発明にあってはｖ　ｃｏｓｏの他のタイミング
抵抗端子と差動増幅器８１の出力端子とが抵抗８５を介
して接続されており、この点が出力電圧決定回路８と出
力周波数決定回路９との相違点である。

ポテンショメータ８４，９４の出力は増幅器８１．９１
の出力の最低電圧を、また可変抵抗器８２．９２は増幅
器８１．９１の出力の最高電圧を各規定する。

Ｖ　Ｃ０８０はタイミング抵抗端子に与えられる電圧に
よって出力周波数を変えると共に、同端子に接続されて
いる抵抗値によっても出力周波数を変え得る。特性切換
信号が発せられていない場合、つまりこの信号のｖ　ｃ
ｏｓｏの入力端子Ａがローレベルである場合は２つのタ
イミング抵抗端子Ｂ、Ｃに各接続されている抵抗が共に
有効となり低い周波数を出力するのに対し、特性切換信
号が発せられている場合、つまり入力端子Ａがハイレベ
ルである場合は、端子Ｂ側、つまり抵抗８５側がオーブ
ン状態となり、抵抗８３．８６にてより高い周波数を出
力する。

このＶ　Ｃ０８０としては例えばエクサ−社製ＸＲ−２
２０１を用いる。ＶＣＯ８０，９０の出力は導通制御信
号発生回路５へ入力され、転流回路７１のトランジスタ
のオン、オフを制御するための信号をこれによって発せ
しめ、ドライブ回路６を介してトランジスタに与える。

導通制御信号発生回路５が出力する導通制御信号の周波
数は出力周波数決定回路９の出力の周波数にて、またそ
の位相又はインバータとしての出力電圧は出力電圧決定
回路８の出力の周波数にて定まる。導通制御信号発生回
路５としては例えばフィリップス社製ＨＦＥ４７５２を
用いる。その他、４は発振回路であり、常に一定周波数
のパルス信号を発してこれを導通制御信号発生回路５に
与えて出力信号の波形を定める。

次に、以上の如く構成された本発明のインバータの電動
機制御動作を第１図及び第２図によって説明する。第２
図はインバータの駆動指令信号と速度制御電圧、インバ
ータの出力周波数及びブレーキ信号の関係を示した電動
機の駆動特性図である。

第１図において、図示しない電源用スイッチを閉路して
三相電源７０をダイオードブリッジ７１に接続すると共
に加減速時間調整用回路１〜ドライブ回路６等の制御回
路に給電し、またインパークを起動させるための駆動指
令信号Ｉｓを与える。

なお、駆動指令信号Ｉｓを与える以前又は以後にポテン
ショメータ１１を操作して電動機の回転数を所定値とな
るようセットする。このようにしてインバークの駆動指
令信号Ｉｓが与えられたことにより、加速勾配切換回路
２の比較器２０の十入力端子には速度制御電圧が与えら
れる。ところで比較器２０は十入力端子の電位が、しき
い値０．６Ｖに達する迄、ローレベル信号を発して発光
ダイオードＰＤを点灯させるから、前記しきい値に達す
る迄は加速勾配の調整をする可変抵抗器１４はホトトラ
ンジスタＰＴにより短絡された状態を保持し、ミラー積
分回路１３の出力電圧の変化は急峻な立上りとなる。

即ち、電動機を加速する速度勾配が最大となる。

従って第２回出）に示す如く、インバータの駆動指令信
号ＴＳが与えられると同時に速度制御電圧は一気に跳ね
上って電動機を起動させるしきい値０．６ｖに達して電
動機を起動させる信号を導通制御信号発生回路５に与え
てこれを動作させる。そしてインバータは出力電圧決定
回路８及び出力周波数決定回路９の出力信号を出力し、
導通制御信号発生回路５は両回路からの入力に相応した
位相２周波数の導通制御信号を発して、電動機７にはこ
れに相応する電圧、周波数の給電が行われて、第２図ｆ
ｂ）に示す如く、インバータの駆動指令信号Ｉｓが与え
られると同時に電動機７はブレーキを解放（第２図（ｄ
）参照）して起動される。この電動機７を起動させる時
点で比較器２０の出力はハイレベルに反転して発光ダイ
オードＰＤは消灯し、可変抵抗器１４の短絡が解除され
る。よって、ミラー積分回路１３の出力電圧、つまり速
度制御電圧の上昇勾配が、可変抵抗器１４で設定された
電動機の加速勾配に相応する勾配に切換えられて、出力
電圧設定回路８及び出力周波数決定回路９の制御により
第２図（Ｃ１に示す如き加速特性によって電動機７が加
速されて設定回転数に達する。

これとは反対に電動機７の駆動を停止させるべくインバ
ータの駆動指令信号ｒｓを消滅させた場合には、ミラー
積分回路１３の出力電圧が減速勾配調整回路１７の可変
抵抗器１６で定められた減速勾配によって第２回出）に
示す如く減速勾配電圧は徐々に低下して電動機７は減速
される。そして比較器２０の十入力端子の電位が電動機
７を停止させるしきい値０．４ｖに達したとき、比較器
２０の出力はローレベル信号からハイレベル信号に反転
して発光ダイオードｐＨｌは瞬間的に点灯して加減速時
間調整用回路１の動作が停止し、同時に電動１８７のブ
レーキが作動して第２図（ｄｌの如く電動機７は回転軸
がロックされた状態となる。

なお、前述した動作とは別に、トルク上昇信号ＳＴが与
えられた場合には、ｖ　ｃｏｓｏの入力端子Ａは一定時
間ハイレベルとなるので端子Ｂ側がオープン状態となっ
てその出力は、端子Ｂに抵抗８５が接続されている状態
に比して高周波となり、従って導通制御信号発生回路出
力、つまり転流回路７１のトランジスタをオンするため
の信号の位相が早くなり、その結果インバータの出力電
圧又は電動機７の電機子電圧が上昇し電動１ｉｔｉａ７
のトルクが上昇する。

そしてトルク上昇信号ＳＴが消滅すると端子Ａはローレ
ベルに落ちるから■ＣＯの端子Ｂ、Ｃが共に接続された
状態となって、前述した状態とは逆にインバータの出力
電圧又は電動機７の電機子電圧は低くなってトルクが低
下し、電動機７の駆動時の高トルク駆動を行わせること
ができる。

なお、電動機７の定速での運転状態から加速して、更に
高速回転とする場合はポテンショメータ１１の所要の操
作を必要とする。このときも同時にトルク上昇信号ＳＴ
を入力することとすれば、所定時間に亘ってＶ’Ｃ０８
０の端子Ａをハイレベルとするから、その間は高トルク
運転が行われて円滑で急速な加速が行われる。

〔効果〕

以上のように本発明は、電動機の加速勾配を設定する加
速勾配調整回路と、この加速勾配調整回路の回路定数を
変更せしめ加速勾配を切換える加速勾配切換回路とを設
けて、前記加速勾配切換回路の指令により電動機が起動
されるまで、前記加速勾配調整回路で設定される加速勾
配を最大となして、インバータにソフトスタート特性を
備えていても、インバータを起動させると同時に電動機
を起動させ得る電動機の瞬時起動が達成できる。

従って、ブレーキ付電動機を駆動させてもブレーキが解
放された後に電動機軸の空転が生じず、従来必要であっ
たブレーキの制御回路等は不要となり、安価で安全性の
高い電動機駆動用インバータを提供できる。また遠心分
離機を駆動する場合の如く電動機の起動時間がきわめて
長い場合でも、本インパークを使用することによりイン
バータの起動と同時に電動機を駆動させ得て、インバー
タ又は電動機の故障ではと誤解する問題を解消し得、電
動機による操業の安全と能率とを向上させ得る等の優れ
た実益が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電動機駆動用インバータの概略回
路図、第２図は本発明のインバータによる電動機の駆動
特性図、第３図は従来のインバータによる電動機の駆動
特性図である。 ２・・・加速勾配切換回路　７・−・電動機　８・・・
出力電圧決定回路　１５・・・加速勾配調整回路１７・
・・減速勾配調整回路　２０・・・比較器　Ｓ・・・短
絡回路（ホトカブラ）　　ＰＤ・・・発光ダイオードＰ
Ｔ・・・ホトトランジスタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、可変電圧可変周波数型の電動機駆動用インバータに
   おいて、電動機の回転の加速勾配をその出力にて定める
   加速勾配調整回路と、その起動時より該加速勾配調整回
   路の出力に関連する信号が所定レベルに達する迄の間、
   加速勾配を最大とすべく加速勾配調整回路の回路定数を
   強制的に切換えるべくなした加速勾配切換回路とを備え
   ることを特徴とする電動機駆動用インバータ。