JPS6343591A - インバ−タ装置の制御装置 - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野〕 本発明はインバータ装置の制御装置に関するものである
。

（従来の技術〕 近年、半導体技術の目覚しい発展に伴い、電動機制御の
分野においても可変電圧・可変周波数制御形のインバー
タ装置であるＶＶＶＦ制御装置（可変電圧・可変周波数
制御装置〕とベクトル制御を組み合わせることによ）、
高性能制御が可能になることから、直流電動機に代えて
の誘導電動機の利用が見直されている。

ところで、このベクトル制御とＶＹＶＦ制御装置につい
ては、既に数多くの発表や提案が成されている。そして
、周知のように、ベクトル制御は直流機の界磁電流に相
当する励磁成分電流指令■ｄ＊と電機子電流に相当する
トルク成分電流指令工、＊の合成成分によって誘４電動
機の１次電流を制御するものである。

第４図はかかるベクトル制御を含むＶＶＶＦ制御装置に
より、誘４電動機を駆動する場合の構成を示すものであ
る。

図中１は三相誘導電動機２金下動するためのＶＷＦ制御
装置、３は交流電源であり、昔■制御装置１によシ三相
誘導電動機２に与える交流電源３の出力ｔ　Ｋ圧と周波
数の可変を行って供給することにより、三相誘導電動機
２の駆動制御を行う。

また、４は速度指令４＆を与える速度指令装置。

５は三相９導電動機２の回転速度を検出するための速度
検出器、６は前記速度指令４凰および前記。

速度検出器５の出力する速度信号５＆が入力される速度
制御装置で、この速度制御装置６はこれらの両人力Ｃ号
の偏差に応じて速度制御演算を行い、出力６ｍ、すなわ
ち、トルク成分電流基準■、全出力する。７は励磁成分
電流基準Ｉｄ＊を出力する励磁成分電流基準指令装置Ｒ
である。

８はベクトル制御演）Ｔ装置であシ、前記速度制御装置
６の出力するトルク成分電流基準ＩＣと励磁成分電流基
準指令装置７の出力する励磁成分電流基準Ｉｄ＊及び速
度信号５ａを入力としてベクトル制御演算を行い、誘導
電動機２の１次電流基準（正弦波電流基準）Ｊａを出力
する。

９は三相誘導電動機２の１次電流を検出する電流検出器
、１０は１次電流基準８ａおよび電流検出器９の出力す
る１次電流検出信号９＆が入力される電流制御装置で、
この電流制御装置１０はこれら両人力信号の偏差に応じ
て電流制御演算を行い、電圧指令値１０ｈを出力する。

１１はこの゛電圧指令値１０ｍが入力される正弦波間制
御装置で、この正弦波ＰＷＭ制仰裂置装１は前記ＶＶＶ
Ｆ制御装瞠１に電流値制御を行う之めのタイミング信号
１１ａｆｔ出力する。

このような装置は速度指令４ａを与えると速度制御装置
６は三相誘導電ｒＩＩＪ機２の回転速度を検出する速度
検出器５の速度信号５ａをこの速度指令４ａと比較し、
両信号の偏差に応じたトルク成分′亀流基単Ｉｑ＊？出
力する。この出力はベクトルｆ（制御演算装置８に与え
られる。

一方、ベクトル制御演算装置８には励磁成分電流基準！
ｄ＊と前記速度信号５ａが入力されておシ、ベクトル制
御演算装置８はこれらをもとにベクトル制御演算を行い
、三相誘導電動機２の１次電流基準８ａを出力する。

この出力は電流制御装置１０に与えられる。電流制御装
置１０には三相誘導電動機２における１次電流値が入力
されている。そして、電流制御装置１０は両信号の偏差
に応じて電流制御演算を行い、電圧指令値１０＊ｆ出力
して正弦波ＰＷＭ制御装置１１に与える。すると正弦波
Ｐ制御装置１１はこの電圧指令値１０ｈに応じたパルス
幅のタイミング信号１１ｍを出力し、菅胃制御装置１に
与える。ＶＷＦ制御装置１はこの入力されたタイミング
信号１１ｍに従い動作して、交流電源３よシ前記タイミ
ング信号１１ａ対応の電流値となるよう電流制御しつつ
、指令された電圧と周波数の出力に変換して三相誘導電
動機２に与える。

従って、このような構成の誘導電動機制御装置にあって
は、正弦波ＰＷＭ制御装置１１から出力されるタイミン
グ信号１１ａによってｖｖｖＦ制御装置１は誘導電動機
２のトルク制御及び速度制御を適正に行うことができる
ようになる。

ここで第５図に前記ベクトル制御演算装置８の構成例を
、また、第６図に第５図の機能ブロック図金示す。

第５図はベクトル制御演算装置８ｆマイコン（マイクロ
コンピュータ）で構成した例でアリ、前記励磁成分電流
基準Ｉｄ　　とトルク成分゛１流基準Ｉ、＊と速度信号
５ｈｆマイコンの入力装置ＤＩよりディジタル・データ
のかたちで入力すると、これらデータ全演算装置ＣＰＵ
は記憶装置ＭＥＭＯに記憶されているプログラムに従っ
てベクトル演算全行い、出力装置ＤＯよシその演算結果
ｔ−１次電流基準８ａとして出力する。

ＣＰＵによる演算内容は前記入力された励磁成分電流基
準Ｉｄ＊とトルク成分電流基準ＩＣによる電流振幅演算
と位相算出演算、すべり周波数演算であシ、更に速度信
号５ａによる口伝周波数算出演算等、第６図に示すよう
な機能より成るものである。

かかるＣＰＵの演算処理内容を第６図の機能ブロック図
を参照して説明する。

工ｄ＊と工ｑ＊を受は要電流振幅演算部８−１はｈ＝４
０四罰Ｗテ　　　・・・・・・（１）なる演算を行い、
電流振幅演算部１を算出する。

また、Ｉｄ＊と工ｑ＊を受けた位相算出演算部８−２は θ０１＊−ｔａｎ−’　（Ｉｑ”／　Ｉ、１＊）　　　
　・・＝＝　（２）なる演算を行い、瞬時位相差角θｏ
１”ｔ”算出する・また、すベシ周波数算出演算部８−
３によシω、＊　＝　Ｉ、＊（１＋Ｔ２・８１）／Ｉｄ
＊・Ｔ２・・・・・・（３）但しＴ２は誘導電動機の２
次時定数Ｌ２△２．Ｌ２は誘導電動機の２次インダクタ
ンスｔＲ２は誘導電動機の２次抵抗、Ｓ、はすベシであ
る。

が演算され、すベシ周波数指令ω−が算出される。

一方、回転周波数算出演算部８−４より速度信号５畠を
もとに三相誘導電動機２０回転角速度ω、を算出する。

そして、この回転角速度ω１とすベシ周波数指令ωｔの
加算値を積分演算部８−５にて積分する。そして、これ
によυ誘導電動機の２次磁束位置θｏ＊に得る。更にこ
の２次磁束位置θ０＊と前記瞬時位相差角θ０げとを加
算する。これが：ｆｉ制御する電流の位相角となる。こ
の位相角を基本正弦波テーブル８−６に与え、ここで該
位相角　′対応の基準正弦波が出力される。次にこれを
三相正弦波ｌｒＬ流基準演算部８−７に与えて前記電流
振幅演算部８−１で求めｆｃ？ヱ流振幅基準工１を乗算
して三相の電流基準８ｍとして出力する。

以上がベクトル制御装置８０機能でちゃ、その出力であ
る三相の電流基準８ａｆ用いてベクトル制御全行うこと
ができる。

〔発′明が解決しようとする問題点〕

このようなベクトル制御音用いた誘導゛電動機の制御に
おいて、特に使用回転周波数が低い場合（数Ｈ！以下）
や定常の周波数（数十Ｈｚ　）に達するまでの回転周波
数の低い領域での運転においては、インバータを構成し
ている半導体素子において、短時間的に見るとほとんど
直流に近い負荷′ＩＷ流が流れる。

この場合、半導体素子の熱損失は大きくなり、過渡熱抵
抗の大きな素子や瞬時過負荷耐食の少ない素子は永久破
壊や素子劣化に陥シやすい。

このような瞬時過負荷は数秒間か、それ以下の短時間に
発生する損失であシ、放熱フィンの冷却如 効果を高めても、あまシ腐来が期待できず、使用半導体
素子自身の特性によるところが大きい。

また、このような低周波の領域を超えてしまえば通常運
転では数十Ｈｚで使用する場合がほとんどであシ、その
場合は短時間の過負荷はほぼ周波数に反比例すると考え
られ、数十分の１のオーダに減少してしまう。

そこでこの低周波領域である数Ｈｚ以下での過負荷に対
して、十分耐えられるようにするために定常で使用する
場合よりもかなり定格の大きな素子を選定する必要があ
った。

特に低周波で使用する場合には、デイレ−ティングを大
きくする必要があシ、装置本体の価格の上昇を招いてい
た。

この解決法としてＶＶＶＦ制御装置のスイッチング周波
数を誘導電動機の制御周波数（運転周波数）により変更
し、制御周波数が低めところではスイッチング周波数を
低くするようにする方法もあるが、特に電動機側にフィ
ルタ回路を組込んでいる場合では、その共振周波数との
関孫があり、簡単にはスイッチング周波数の変更はでき
なかった。

そこでこの発明の目的とするところはベクトル制御を含
む可変電圧・可変周波数制御によシ時導電動機を駆動す
る制御装置において、インバータ素子の短時間熱損失を
抑えることができ、誘導電動機の運転が低周波となる時
においてインバータであるＶＶＶＦ制御装置を構成して
いるインバータ素子の破壊や劣化を招くことが無いよう
にし、且つ、装置を安価に構成できるようにしたインバ
ータ装置の制御装置を提供することにある。

［発明の構成コ （問題点を解決するだめの手段） 前記の目的を達成するため、本発明は次のように構成す
る。すなわち、ベクトル１ｌｉｌｌ　（’ＲＩによる電
流制御信号にての電流値制御全台む可変電圧・可変周波
数制御型のインバータにより誘導電動機を駆動する制御
装置において、前記誘導電動機の回転速度全検出する速
度検出手段と、この速度検出手段の検出信号から得た誘
導電動機の回転周波数が予め設定した誘導電動機回転周
波数の低周波領域にあるときはベクトル制御の電流振幅
の制限値を予め設定した低い値に制限する比較制限手段
とよシ溝成する。

（１作用） このよりな梠戊の本装置は、前記誘導電動機の回転速度
全速度検出手段により検出する。そして、この速度検出
手段の検出信号から誘導電動機の回転周波数を得る。そ
して、この回転周波数が予め設定した誘導電動機回転周
波数の低周波領域にあるか否かを比較判別し、低周波領
域にあるときはベクトル制御の電流振幅の制限値を予め
設定した低い値に制限する。従って、過負荷となる低周
波領域にあるときはベクトル制御の電流振幅は予め設定
した低い値に制限され、大電流の流れるのを防止する。

このように誘導電動機をベクトル制御を用いて駆動する
場合、その低周波領域においては、１次電流の振幅制限
値を下げて設定し、周波数が高くなったなら電流振幅制
限値を上げるように切換え制御することで、ベクトル制
御を含む可変電圧・可変周波数制御により駆動する誘導
電動を表におい珀。

て、インバータ素子の単時間熱損失を抑えること］。

ができ、低周波使用時の破壊や劣化を抑制することが出
来る。

また、′１ル流値を制限する方式であるので構成も簡単
であり、システムを安価に実現することが出来る。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。本発明は第４図構成におけるベクトル制御演算装置
８を第１図のように構成したことを特徴としている。す
なわち、第１図は本発明によるベクトル制御演算装置部
分の機能ブロック図であり、第６図と同一構成要素につ
いては同一符号を付しである。また、ベクトル制御演算
装置８としての構成は第５図に示すベクトル制御演算装
置８と基本機能は同じであシ、マイコン全周いて構成し
たプログラムによる制御を行う。従って、従来と同一部
分の説明はここでは改めて行わず、異なる点のみ説明す
る。

本装置では、第４図に示す如く誘導電動機をベクトル制
御を併用してＶＶＶＦ制御装置を制御し、このＷ■制御
装置によシ誘導電動機２の供給電源を制御して駆動する
場合、誘導電動機の始動時等のように通常の運転周波数
（回転周波数）に達しないような誘導電動機回転周波数
が低い領域においては、誘導電動機の１次電流の振幅リ
ミット値を下げて設定し、誘導電動機の１次電流値がこ
の設定値を超えないように電流制御し、運転周波数が高
くなったなら電流振幅リミット値を上げるように切換え
制御することｔ−特徴とする。そのため、第１図に示す
如く、Ｍ６図の機能構成に更に、電流リミット設定演算
部８−８と電流振幅リミット演算部８−９を新たに追加
している。そして、回転周波数算出演算部８−４の出力
である回転角速度ω、とすベシ周波数ωｔの加算値を使
用して電流リミット設定演算部８−８による電流リミッ
ト設定演算を行う。

その演算内容を第２図のフローチャートに示す。

すなわち、誘導電動機２の回転数が低いと判断する領域
である低周波領域を設定する設定値ω１（通常、数Ｈｚ
以下とする〕を定め、ステラ７’　ＳＴＪにおいてこの
設定値ω１と回転周波数算出演算部８−４にて得た回転
角速度ωとすべり周波数ωｔとの加算値とを比較する。

その比較の結果、ω１＋ω３＊〉ω１の場合にはステッ
プＳＴ２に入シ、低周波領域外として、電流振幅ＩＪ　
ミツト値Ｉ　Ｉ　ＭＡＸを高い値エムに設定する。また
、ω１＋ω３　≦ω１の場合にはステップＳＴ３に入シ
、低周波領域内として、電流振幅リミット値１１ｉｇＡ
ｘ’ｅ低い値ＩＢに設定する。

電流振幅リミット値１１ＭＡＸとして用いるエム。

Ｉｎには、工＾＞Ｉｌｌなる関係があり、ここではＩｌ
ｌはエムに対し、数十−低い値に設定する。

このような設定基準によシ設定され、上述のようにして
選択された電流振幅リミット値Ｉ　Ｉ　ＭＡＸをもとに
、電流振幅演算部８−１の出力について電流振幅リミッ
ト演算部８−９にて電流振幅リミット演算を行う。

その演算内容を第３図のフローチャートに示す。

電流振幅リミット演算部ではまずはじめに電流振幅演算
部８−１の出力１１と、前記電流リミット設定演算部８
−８にて設定した電流振幅リミット値ｒ１ＭＡＸをステ
ップＳＴ４にて比較し、１１が電流振幅リミット値エ　
　全超える場合においてのみＭｈＸ ステラｆｓＴ５に入シ、１１＝ＩＩＭＡＩとして電流振
幅演算部８−１の出カニ１が電流振幅リミット値１１Ｍ
Ａｘｔ−超えないように制限する。

これにより誘導電動機の回転周波数が低周波設定値ω１
以下の場合には電流振幅リミット値がＩＩと低くなり、
低周波領域でのインバータ素子の熱損失を低く抑えるこ
とが出来る。

１１の設定値は最も低周波になった過負荷時インバータ
素子が耐え得る値で、しかも、制御的に影響のでない値
とし、エムの設定値も０１周波数で最大負荷時にインバ
ータ素子が耐え得る値に設定する。

このように、ベクトル制御演算装置に誘導電動機の回転
周波数によシミ流抛幅に制限を与える機能を持たせ、誘
導心動機の運転周波数（回転周波数〕が低い場合には誘
導電動機の一次′心流の振幅を制限するようにしたこと
により、誘導電動機の運転周波数が低い場合でも誘導電
動機の、嘔動入方制御用のインバータを構成するインバ
ータ素子の熱損失全抑制することが出来るようにな）、
誘導電動機の低周波運転に伴う過負荷によりインバータ
素子が破壊したシ劣化したりすることから保推すること
が出来るようになる。また、誘導電動機の一次電流の振
幅制限を誘導電動様の運転周波数によシ切換えるだけで
あるので、構成も簡単であり、安価に実現できる。

尚、水元ａＡは上記し且つ、図面に示す実施例に限定す
ること無くその要旨を変更しない範囲内で適宜笠形して
実施し得ることはもちろんであり、例えば、本発明では
電流振幅リミット値ＩｊＭＡＸｅ２種類としたが、運転
周波数によって更に細かく切換λるようにしても良い。

また、実施例ではベクトル制御について説明したが、同
様な考え方はＶ／Ｆ　（電圧／周波数）制御に適用する
ことも可能である。また、ω、＋ω３　によシ周波数の
判別を行うようにしたが、特に問題がない場合はω１で
行っても良い。

［発明の効果コ 以上、詳述したように本発明は、誘導電動機全ベクトル
制御を併用してインバータによシ駆動制御する場合、誘
導電動機の運転周波数が低周波となる領域においては、
誘導電動機の１次電流の振幅リミット値を低くして制御
し、誘導電動機の運転周波数が高くなったなら電流振幅
リミット値を上げるように切換え制御するようにしたこ
とによ）、ベクトル制御全台む可変電圧・可変周波数制
御によう誘導電動機において、インバータ素子の単時間
熱損失を抑えることができ、低周波使用時のインバータ
素子の破壊や劣化をコストアップを招くことなく抑制す
ることが出来、信頼性を確保することが出来る等の特徴
金有するインバータ装置の制御装置を提供することが出
来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す要部の機能ブロック図
、Ｍ２図及び第３図はその作用を説明するためのフロー
チャート、第４図はベクトル制御を含むＶＶＶＦ制御装
置により誘導電動機を駆動する制御装置の基本的な構成
例を示すブロック図、第５図はそのベクトル制御演算装
置の従来の構成を示すブロック図、第６図はその機能ブ
ロック図である。 Ｉ・・・ＹＶＹＦ制御装置、２・・・三相誘導電動機、
３・・・交流電源、４・・・速度指令装置、５・・・速
度検出器、６・・・速度制御装置、７・・・励磁成分電
流基準指令、８・・・ベクトル制御演算装置、８−１・
・・電流振幅演算部、８−２・・・位相算出演算部、８
−３・・・すべり周波数算出演算部、８−４・・・回転
周波数算出演算部、８−５・・・積分演算部、８−６・
・・基本正弦波テーブル、８−７・・・三相正弦波電流
基準演算部、８−８・・・電流リミット設定演算部、８
−９・・・電流振幅リミット演算部、１０・・・電流制
御装置、１１・・・正弦波開制御装置。 晶２図　　　　菖３図 ＪＩ４　　区 纂　５　凹

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ベクトル制御による電流制御信号にての電流値制御を含
   む可変電圧・可変周波数制御型のインバータにより誘導
   電動機を駆動する制御装置において、前記誘導電動機の
   回転速度を検出する速度検出手段と、この速度検出手段
   の検出信号から得た誘導電動機の回転周波数が予め設定
   した誘導電動機回転周波数の低周波領域にあるときはベ
   クトル制御の電流振幅の制限値を予め設定した低い値に
   制限する比較制限手段とを具備してなるインバータ装置
   の制御装置。