JPS6315693A - 電流形インバ−タ装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明はベクトル制御により誘導電動機を駆動する電流
形インバータ装置に関する。

（従来の技術） 従来、ベクトル制御により任意の周波数の交流電力を出
力して誘導電動機を制御する周波数変換装置として使用
されている電流形インバータ装置は第３図に示すように
構成されている。

即ち、第３図に示すように主回路は交流電源出力を直流
電力に変換する出力制御旬能な整流器２、この整流器２
から出力される直流電力を平滑する直流リアクトル３、
この直流リアクトル３を通して入力される直流電力を任
意の周波数の交流電力に変換し、これを誘導電動機１に
供給して該誘導電動機１を可変速運転するインバータ回
路４により構成されている。また、この主回路の整流器
２およびインバータ回路４を制御するベクトル制御部は
誘導電動機１の回転数を検出する速度検出器５、誘導電
動機の磁束を検出する磁束検出回路８、速度基準ωｒ１
　を出力する速度基準設定器７、この速度基準ωｒ１　
に対して加減速レートをつける加減速レート回路１９、
この加減速レート回路１９でレートのつけられた速度基
準ωｒ　と速度検出器５により検出された速度検出信号
ωｒとを比較して誘導電動ａｌｌの一次電流のうちトル
ク発生に寄与するトルク電流基準ｉ１Ｑ　　を出力する
速度制御回路６、速度検出器５により検出された速度検
出信号ωｒの値に基いて界磁弱め制御部なうための磁束
基準Φ　を出力する磁束基準設定器９、この磁束基準設
定器９から出力される磁束基準Φ　と磁束検出口路８に
より検出された誘導電動機１の磁束とを比較して誘導電
動機１の一次電流のうち磁束発生に寄与する磁束電流基
準ｉ１ｄ　　を出力する磁束制御回路１０、速度制御回
路から得られるトルク電流基準ｆｔＱ　　と磁束制御回
路１０から出力される磁束電流基準Ｌ１ｄ　　とにより
誘導電動機１の一次電流基準１１　を算出する一次電流
演算回路１１、この−次電流演算回路１１で演算された
一次電流基準１１　と電流検出器１１により検出された
誘導電動機１の一次電流１１とを比較して一次電流１１
が一次電流１１■１　と等しくなるような位相基準αを
出力する電流制御回路１３、この電流制御回路１３から
出力される位相基準α“に基いて位相信号αを出力して
整流器２を位相制御する位相制御口′ｌＢ１４、速度制
御回路６から出力されるトルク電流基準１１　Ｑ＊と磁
束制御回路１０から出力される磁束電流基準ｉ１ｄ　　
とから−次電流と磁束との間の位相角ｅを算出する位相
角算出回路１５、速度制御回路６から出力されるトルク
電流基準１１　ｑ　と磁束検出回路８により検出された
磁束信号Φとからすべり角ｅｓを算出するすべり角演算
回路１６、速度検出器５で検出された速度信号ω「を時
間積分して回転子位置角度ｅｒを算出する回転子位置演
算回路１７、位相角演算回路１５から出力される位相角
ｅ、すべり角演算回路１６から出力されるすべり角ｅｓ
および回転子位置演算回路から出力される回転子位置角
ｅｒを加算して一次電流の位相角ｅ１を算出し、この位
相角ｅ１に基いてインバータ回路４を転流制御する転流
制御回路１８から構成されている。

第４図はインバータ回路４の構成を示すもので、このイ
ンバータ回路４は６個の主サイリスク（ＳＵ、ＳＶ、Ｓ
Ｗ、ＳＸ、ＳＹ、ＳＺ）　、６個のダイオ−Ｆ　（ＤＵ
、ＤＶ、ＤＷ、ＤＸ、ＤＹ。

ＤＺ）および６個の転流コンデンサ（ＩＣ，２Ｃ。

３Ｃ，４Ｃ，５Ｃ，６Ｃ）から構成され、各主サイリス
タはＳＵ、ＳＺ、ＳＶ、ＳＸ、ＳＷ、ＳＹの順序で１２
００の期間ずつ６０°の位相差で導通するようになって
いる。

いま、図示しない交流電源出力が整流器２により直流電
力に変換され、この直流電力は直流リアクトル３で平滑
されてインバータ回路４により任意の周波数の交流電力
に変換されているものとすれば、誘導電動機１はその任
意の周波数交流電力により可変速運転される。このとき
、誘導電動機１の回転数は速度検出器５で検出され、こ
の速度検出信号ωｒは速度フィードバック信号として速
度制御回路６に入力される。この速度制御回路６では速
度基準設定器７から出力される速度基準ωｒ１　に対し
て加減速レート回路１９によりレートのつけられた速度
基準ωｒ　と速度フィードバック信号として入力される
速度検出信号ωｒとを比較し、誘導電動機１の一次電流
１のうちトルク発生に寄与するトルク電流成分（以下ト
ルク電流と呼ぶ）の基準１ｓＱ　　を出力する。一方、
誘導電動機１の磁束Φは磁束検出回路８により検出され
、その磁束検出信号Φを磁束制御回路１０にフィードバ
ック信号として入力される。この磁束制御回路１０では
この磁束検出信号Φを磁束設定器９により設定された磁
束基準Φ１とを比較し、誘導電動機１の一次電流１１の
うち磁束発生に寄与する磁束電流成分（以下磁束電流と
呼ぶ）の基準ｉ１ｄ　　を出力する。この場合、磁束基
準設定器９は速度検出器５からの速度検出信号ωｒに基
いて界磁弱め制御を行なうための磁束基準Φゝが出力さ
れるようになっている。

このようにして速度制御回路６からトルク電流基準ｊｓ
　ｑ　が出力され、磁束制御回路１０から磁束電流基準
ｉ１ｄ　　が出力されると、−次電流基準演算回路１１
はこれらトルク電流基準ｉｓＱ　　と磁束電流基準ｉ１
ｄ　　とにより誘導電動機１の一次電流基準１１＊を算
出して電流制御回路１３に入力する。この電流制御回路
１３では整流器２の入力側に設けられた電流検出器１２
により検出された誘導電動機１の一次電流１１と一次電
流基準演算回路１１からの一次電流基準１１　とを比較
し、−次電流！、が一次電流基準１１　に等しくなるよ
うな位相基準α　を出力信号として位相制御回路１４に
入力する。したがって、この位相制御回路１４はその位
相基準α　に基く位相信号αにより整流器２を位相制御
することで、整流器２は位相信号αに応じて電流の大き
さを制御することになる。

また、速度制御回路６からトルク電流基準ｊ１Ｑ　　が
、磁束制御回路１０から磁束電流基準ｉ１ｄ　　がそれ
ぞれ出力され、これらが位相角演算回路１５に入力され
るとこの位相角演算回路１５はトルク電流基準ｉｒＱ　
　と磁束電流基準ｉ１ｄ　　から−次電流１１と磁束Φ
との間の位相角θを演算により求める。さらにすべり角
演算回路１６は速度制御回路６から出力されるトルク電
流基準１１Ｑ　　と磁束検出回路８から出力される磁束
検出信号とからすべり角ｅｓを演算により求め、また回
転子位置検出回路１７では速度検出器５からの速度検出
信号ωｒを時間積分して回転子位置角ｅｒを求める。こ
のようにして求められた位相角ｅ、すべり角ｅｓおよび
回転子位置角ｅｒが転流制御回路１８に入力されると、
この転流制御回路１８ではこれらを加算して一次電流１
１の位相角ｅ、を算出し、この位相角ｅ１をもとにイン
）（−夕回路４を転流制御する。したがって、誘導電動
機１にインバータ回路４より所定の位相に制御された一
次電流が流れるので、該誘導電動機１が制御されること
になる。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、このような電流形インバータ装置において平
常運転時の制御動作は前述した通りであるが、誘導電動
機１を急加減速運転した場合には界磁弱め領域の減速時
に界磁骨のフォーシング電流が流れるため、誘導電動機
１の力率が一般的に悪化し、第４図に示すような構成の
インバータ回路にあっては転流用コンデンサを過充電し
てしまう。以下にその詳細について説明する。

自動界磁弱め機能を有するベクトル制御を行なう場合、
減速時に界磁弱め範囲において、界磁を強めて行くため
の励磁電流分が必要になる。誘導電動機の磁束電流基準
ｉ１ｄ　　は（１）式のように与えられる。

ｉｌｄ“ 一Φ２　／Ｍ＋Ｌ２　／ＭＲ２・ｄΦ２　／ｄ　ｔ・・
・・・・　（１） 但し、Ｍは一次、二次間の相互インダクタンス、Ｌ２．
Ｒ２は二次巻線の自己インダクタンスと抵抗である。

（１）式において、第１項は誘導電動機１の励磁電流分
、第２項が界磁を変化させるためのフォーシング電流分
である。急加減速を行なうことは単位時間内の磁束Φ２
の変化量を大きくしなけ゛ればならず、フォーシング電
流分は大きな値となる。特に減速運転時にはフォーシン
グ電流分は界磁を弱めるため、正極性となり、磁束電流
基準ｉ１ｄ　　を増加させる。

一方、電流形インバータの転流コンデンサの充電電圧を
Ｅｃとすると、Ｅｃは（２）で示される。

Ｅｃ −２Ｉｄｃ　　　Ｏ３ｃ＋　　１−ｃｏｓ　　ψ・・・
・・・　　（２） 但し、Ｉｄｃは直流回路に流れる電流の大きさ、Ｌｏは
誘導電動機の過渡もれインダクタンス、Ｃは転流コンデ
ンサ容量、■はインバータ回路の出力電圧、ｃｏｓψは
誘導電動機の力率である。

前述したように急減速を行なった場合、磁束電流基準ｌ
ｉｄ　が増加すると、誘導電動機の力率ＣＯＳφは近似
的に（３）式で示されるように急激に悪化し、その結果
転流コンデンサの充電電圧Ｅｃが過大となる。

ｃｏｇψ ＝ｉｔｑ／　　ｉｌｄ　　２＋ｉ１ｑ　　２・・・・・
・　（３） 従って、インバータ回路で使用している転流コンデンサ
やサイリスタの定格電圧は転流コンデンサの最大充電電
圧で決まるため、前述したように誘導電動機の力率の悪
化により転流コンデンサが過充電になるということはイ
ンバータ回路で使用している転流コンデンサやサイリス
タの定格電圧を増加させる結果となる。

そこで、本発明の目的は簡単な構成で誘導電動機の減速
運転時の弱め界磁領域で速度基準が低減する変化率また
はトルク電流基準値の電流制限値を低減させることによ
り、励磁電流を下げてインバータ回路の転流コンデンサ
の充電電圧の上昇を防止することができる電流形インバ
ータ装置を提供するにある。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するため、誘導電動機の速度お
よび磁束を検出する速度検出手段および磁束検出手段と
、前記速度検出手段により検出された速度検出信号と速
度基準との偏差に基いて前記誘導電動機の一次電流のう
ちトルク発生に寄与するトルク電流基準を求める手段と
、前記磁束検出手段により検出された磁束検出信号と磁
束基準とを比較して前記誘導電動機の一次電流のうち磁
束発生に寄与する磁束電流基準を求める手段とを備え、
前記誘導電動機の主回路に設けられ交流電源出力を直流
電力に変換する整流器に対しては前記トルク電流基準と
前記磁束電流基準とから求められる一次電流基準に基き
位相制御して前記誘導電動機の一次電流を制御し、前記
整流器から出力される直流電力を任意周波数の交流電力
に変換して誘導電動機に供給するインバータ回路に対し
ては前記磁束電流基準と前記トルク電流基準とから求め
られる誘導電動機の一次電流と磁束との位相角に基き転
流制御するようにした電流形インバ−夕装置において、
前記速度検出手段により検出された速度信号から前記誘
導電動機の速度変化を算出する手段およびこの速度変化
算出手段により算出された速度変化が弱め界磁領域での
誘導電動機の減速運転によるものと判別されると前記速
度基準が減少する変化率または前記トルク電流基準の電
流制限値を低減させる手段を設けたことを′特徴として
いる。

（作用） 従って、かかる構成の電流形インバータ装置にあっては
速度変化算出手段で算出された誘導電動機の速度変化が
トルク電流基準低減手段により弱め界磁領域での誘導電
動機の減速運転によるものと判別されるとその時点で速
度基準の減速レートが長くなるか、あるいはトルク電流
基準の電流制限値が下がることにより、励磁電流が低減
することになり、結果として誘導電動機の減速運転時に
おけるインバータ回路の転流コンデンサの充電電圧によ
る過度な上昇を防止することができることになる。

（実施例） 以下本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明による電流形インバータ装置の回路構成
例を示すもので、第３図と同一回路部分には同一記号を
付してその説明を省略し、ここでは第３図と異なる回路
構成部分について述べる。

即ち、本実施例では第１図に示すように速度検出器５か
ら出力される速度検出信号ωｒが入力され、この速度検
出信号ωｒに基き速度変化を算出して出力信号Ｓを出力
する速度変化算出回路２０と、この速度変化算出回路２
０から出力される出力信号Ｓが入力され誘導電動機１が
減速運転状態になっていることが判別されると加減速レ
ート回路１９に対して速度基準設定器７から出力される
速度基準ω１　につけられる減速レートが長くなるよう
に再設定する減速レート再設定回路２１とを設ける構成
としたものである。

従って、かかる構成の電流形インバータ装置において、
平常運転時は減速レート再設定回路２１で誘導電動機１
が減速運転になっていることが判別されないので、この
場合には従来装置での制御動作と全く同様であり、ここ
ではその説明を省略して減速運転時における制御動作に
ついて述べる。

いま、誘導電動機１が急減速運転され、その時速度検出
器５により検出された速度検出信号ω１が速度変化算出
回路２０に入力されると、この速度変化算出回路２０で
は速度検出信号ω１に基き速度変化を算出し、その出力
信号Ｓを減速レート再設定回路２１に入力する。すると
、この減速レート再設定回路２１では誘導電動機１が減
速運転状態になっていることを判別すると加減速レート
回路１９に対して減速レートを通常運転時の減速レート
よりも長くなるように再設定する。したがって、減速時
にこの減速レートを長くするということは前述した（１
）式におけるｄΦ２／ｄｔ、つまりフォーシング電流分
を下げる゛ことになるので、磁束電流基準ｉ１ｄ　　が
小さくなって（３）式に示される誘導電動機１の力率ｃ
ｏｓψの悪化を防止することができ、その結果インバー
タ回路の転流コンデンサの充電電圧Ｅｃを下げることが
できる。このことにより、簡単な構成にして転流コンデ
ンサの充電電圧の上昇を防止することができるので、転
流コンデンサやサイリスクの過充電による定格電圧の増
加を招くという問題を解決することができる。

次に本発明の他の実施例について説明する。

上記実施例では減速レート再設定回路２１．により誘導
電動機１が急減速運転になったことを判別すると加減速
レート回路１９から出力される速度基準ωｒ１　の減速
レートを長くしたが、これに代えて第１図に一点鎖線に
て示すように電流制限値再設定回路２２を設け、減速変
化算出回路２０からの出力信号Ｓにより誘導電動機１の
急減速運転が判別されると速度制御回路６に対してトル
ク電流基準１１Ｑ　　の電流制限値を下げ、つまり減速
トルクを下げて減速時間が長くなるようにしても前記実
施例で減速レートを長くした場合と同じ結果となり、同
様の効果を得ることができる。

第２図は本発明のさらに異なる他の実施例を示すもので
、第１図と同一回路部分には同一記号を付してその説明
を省略し、ここでは第１図と異なる回路構成部分につい
て述べる。即ち、本実施例では第２図に示すように減速
レート再設定回路２３に速度変化算出回路２０からの出
力信号Ｓと磁束検出回路８からの磁束検出信号Φを減速
レート再設定回路２３に入力し、この減速レート再設定
回路２３により誘導電動機が減速運転状態にあることが
判別されると同時に磁束基準Φ　より界磁弱め領域での
運転幅であることが判別されると、加減速レート回路１
９に対して速度基準設定器７から出力される速度基準ω
１　の減速レートが長くなるように再設定するようにし
たものである。

すなわち、誘導電動機１が減速運転で且つ界磁弱め運転
中のみ減速レートを長くしたものである。

このような構成にあっては第１図の実施例と同様に減速
運転中の力率の悪化を防止できるので、インバータ回路
の転流コンデンサの充電電圧が過大になるようなことが
なくなり、また誘導電動機の減速時間は界磁弱め領域の
み変化するので、第１図の実施例に比べて短時間で減速
させることができる。

また、第２図に点線にて示すように減速レート再設定回
路２３に代えて電流制限値再設定回路２４を設け、この
電流制限値再設定回路２４により前述同様に誘導電動機
が減速運転状態にあることが判別され、且つ界磁弱め領
域にあることが判別されると速度制御回路６に対してト
ルク電流基準ｆｔＱ　　の電流制限値を下げるようにし
ても前述同様の効果を得ることができる。

上記では磁束検出回路８からの磁束検出信号Φにより磁
束基準Φより界磁弱め領域での運転幅であることを判別
したが磁束基準値が所定の値よりも低減されていること
を判別するようにしてもよい。

この他、第１図に示す実施例および第２図に示す実施例
において、誘導電動機１の磁束を検出する磁束検出回路
８としては誘導電動機１に直接磁束検出器を設けて検出
するか、あるいは誘導電動機１の端子電圧等により間接
的に演算して求めるかのいずれのものであってもよい。

また、電流検出器１２は整流器２の入力側に設けて誘導
電動機１の一次電流を検出するようにしたが、インバー
タ回路の出力側に設けるようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、誘導電動機の速度お
よび磁束を検出する速度検出手段およびｉ束検出手段と
、前記速度検出手段により検出された速度検出信号と速
度基準との偏差に基いて前記誘導電動機の一次電流のう
ちトルク発生に寄与するトルク電流基準を求める手段と
、前記磁束検出手段により検出された磁束検出信号と磁
束基準とを比較して前記誘導電動機の一次電流のうち磁
束発生に寄与する磁束電流基準を求める手段とを備え、
前記誘導電動機の主回路に設けられ交流電源出力を直流
電力に変換する整流器に対しては前記トルク電流基準と
前記磁束電流基準とから求められる一次電流基準に基き
位を目制御して前記誘導電動機の一次電流を制御し、前
記整流器から出力される直流電力を任意の周波数の交流
電力に変換して誘導電動機に供給するインバータ回路に
対しては前記磁束電流基準と前記トルク電流基準とから
求められる誘導電動機の一次電流と磁束との位相角に基
き転流制御するようにした電流形インバータ装置におい
て、前記速度検出手段により検出された速度信号から前
記誘導電動機の速度変化を算出する手段およびこの速度
変化算出手段により算出された速度変化が前記誘導電動
機の弱め界磁領域での減速運転によるものと判別される
と前記速度基準が減少する変化率または前記トルク電流
基準の電流制限値を低減させる手段を設ける構成とした
ので、誘導電動機の減速運転時には弱め界磁領域で速度
基準が減少する変化率またはトルク電流基準値の電流制
限値が低減して励磁電流を下げることが可能となり、イ
ンバータ回路の転流コンデンサの過充電を簡単な構成に
して防止することができ、もってインバータ回路の転流
コンデンサやサイリスタ素子の定格電圧の増加防止に寄
与することができる電流形インバータ装置を提供できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電流形インバータ装置の一実施例
を示すブロック回路構成図、第２図は本発明の他の実施
例を示すブロック回路構成図、第３図は従来の電流形イ
ンバータ装置を示すブロック回路構成図、第４図は第３
図に示すインバータ回路の結線図である。 １・・・・・・誘導電動機、２・・・・・・整流器、３
・・・・・−直流リアクトル、４・・・・・・インバー
タ回路、５・・・・・・速度検出器、６・・・・・・速
度制御回路、７・・・・・・速度基準設定器、８・・・
・・・磁束検出回路、９・・・・・・磁束基準設定器、
１０・・・・・・磁束制御回路、１１・・・・・・−次
電流基準演算回路、１２・・・・・・電流検出器、１３
・・・・・・電流制御回路、１４・・・・・・位相制御
回路、ｔ５・・・・・・位相角演算回路、１６・・・・
・・すべり角演算回路、１７・・・・・・回転子位置演
算回路、１８・・・・・・転流制御回路、１９・・・・
・・加減速レート回路、２１．２３・・・・・・減速レ
ート再設定回路、２２．２４・・・・・・電流制限値再
設定回路。 宵　１　図 第　２　図 第　３　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）誘導電動機の速度および磁束を検出する速度検出
   手段および磁束検出手段と、前記速度検出手段により検
   出された速度検出信号と速度基準との偏差に基いて前記
   誘導電動機の一次電流のうちトルク発生に寄与するトル
   ク電流基準を求める手段と、前記磁束検出手段により検
   出された磁束検出信号と磁束基準とを比較して前記誘導
   電動機の一次電流のうち磁束発生に寄与する磁束電流基
   準を求める手段とを備え、前記誘導電動機の主回路に設
   けられ交流電源出力を直流電力に変換する整流器に対し
   ては前記トルク電流基準と前記磁束電流基準とから求め
   られる一次電流基準に基き位相制御して前記誘導電動機
   の一次電流を制御し、前記整流器から出力される直流電
   力を任意の周波数の交流電力に変換して誘導電動機に供
   給するインバータ回路に対しては前記磁束電流基準と前
   記トルク電流基準とから求められる誘導電動機の一次電
   流と磁束との位相角に基き転流制御するようにした電流
   形インバータ装置において、前記速度検出手段により検
   出された速度信号から前記誘導電動機の速度変化を算出
   する手段およびこの速度変化算出手段により算出された
   速度変化が前記誘導電動機の弱め界磁領域での減速運転
   によるものと判別されると前記速度基準が減少する変化
   率または前記トルク電流基準の電流制限値を低減させる
   手段を設けたことを特徴とする電流形インバータ装置。
2. （２）誘導電動機の速度および磁束を検出する速度検出
   手段および磁束検出手段と、前記速度検出手段により検
   出された速度検出信号と速度基準との偏差に基いて前記
   誘導電動機の一次電流のうちトルク発生に寄与するトル
   ク電流基準を求める手段と、前記磁束検出手段により検
   出された磁束検出信号と磁束基準とを比較して前記誘導
   電動機の一次電流のうち磁束発生に寄与する磁束電流基
   準を求める手段とを備え、前記誘導電動機の主回路に設
   けられ交流電源出力を直流電力に変換する整流器に対し
   ては前記トルク電流基準と前記磁束電流基準とから求め
   られる一次電流基準に基き位相制御して前記誘導電動機
   の一次電流を制御し、前記整流器から出力される直流電
   力を任意の周波数の交流電力に変換して誘導電動機に供
   給するインバータ回路に対しては前記磁束電流基準と前
   記トルク電流基準とから求められる誘導電動機の一次電
   流と磁束との位相角に基き転流制御するようにした電流
   形インバータ装置において、前記速度検出手段により検
   出された速度信号から前記誘導電動機の速度変化を算出
   する手段、前記磁束検出手段により検出された前記誘導
   電動機の磁束あるいは磁束基準値が所定の値より低減さ
   れていることを検出する手段および前記速度変化算出手
   段により算出された速度変化が前記誘導電動機の弱め界
   磁領域での減速運転によるものと判別され且つ前記磁束
   低減手段により磁束あるいは磁束基準値が所定の値より
   も低減されていることが検出されると前記速度基準が減
   少する変化率または前記トルク電流基準の電流制限値を
   低減させる手段を設けたことを特徴とする電流形インバ
   ータ装置。