JPS6355320B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はインバータによる誘導電動機の運転に
係り、特に、軽負荷時など力率が悪い状態での運
転が多い誘導電動機に好適な制御方法に関する。

〔従来の技術〕

インバータで誘導電動機を運転する場合、周波
数変化に対応して電動機発生トルクを一定にする
Ｖ／一定制御が用いられているが、軽負荷時に
おいて定格のＶ／比では、不必要な大きさの励
磁電流を流すため、力率が悪くなり、むだな鉄
損、一次銅損が生じ電動機の効率が悪くなる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

そこで、本発明者等はインバータの直流母線電
流や交流側の電圧、電流の位相差から力率を検出
して、力率が良くなるまで基本波電圧を小さくし
て損失を低減し、運転効率を向上させる方式を考
案した。この制御方式は、電動機発生パワーP_1M
＝ωT（およびV_DC×I_DCに比例）の式から分かるよ
うに、トルクＴが一定の状態では、低周波になる
ほどωが小さくなり、インバータの直流電圧V_DC
が一定なので直流電流I_DCの検出値が小さくなる。
この結果、直流母線電流から力率を検出する場
合、検出精度が悪くなるので電動機の高効率制御
が難かしくなると言う欠点がある。

又、電圧の増加及び減少レートに関しては、負
荷が軽くなり、基本波電圧を小さくして力率を大
きくする場合、力率検出器のフイルタ遅れより早
く、急激に電圧を下げると、急激に力率が大きく
なり、今度は逆に、基本波電圧を増加する方向に
制御が働らく。このように、基本波電圧の制御が
振動ぎみ（不安定な状態）となる。この結果、電
動機電流も振動することになり、トルクリプルが
生じると言う問題がある。一方、軽負荷時、電圧
を小さくしている状態で負荷が急激に大きくなつ
た場合、電圧をゆつくり大きくしたのでは、電圧
不足により誘導電動機のすべり周波数が停動トル
ク（最大トルク）におけるすべり周波数を越えて
脱調（プルアウト）して停止すると言う問題があ
る。

本発明の目的は、前記した検出器の誤動作や低
周波領域で力率の検出精度が悪いことに対処し、
安定した高効率制御を可能とする誘導電動機の制
御方法を提供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、基本波電圧の下限リミツタを周波数
範囲に対応して設けるようにしたところにある。
更には、負荷が変化した場合の電圧の増加及び減
少レートの影響に対処して、増加と減少レートを
変えるよう工夫している。

〔作用〕

基本波電圧の下限リミツタに関しては、第１図
に示すように、力率の検出精度が悪い低周波領域
（min〜₁区間）は定格のＶ／比の電圧を下限
リミツタとし、高効率制御を行なわず、定格比電
圧で運転するようにした。又、高周波領域におい
て軽負荷時、最大効率付近まで電圧を下げて安定
に運転ができる下限電圧を定格Ｖ／比電圧の
１／ｎとした場合、₁からn₁区間は₁における
定格比電圧を下限リミツタとし、n1から最大周
波数max区間は定格Ｖ／比電圧の１／ｎに設
定した。

次に、電圧の増加及び減少レートに関して述べ
る。減少レートは直流母線電流検出器のフイルタ
遅れを考慮して比較的、ゆつくり減少させるよう
にしたものである。一方、増加レートは下限リミ
ツタ電圧から定格トルクがステツプ的に加わつた
場合、電動機のすべり周波数が停動トルクのすべ
り周波数を越えないぐらい早く、電圧増加レート
を大きくした。

以上述べたように本発明は、周波数の上記の３
つの範囲に対応させて、基本波電圧の下限リミツ
タを設け、更に好ましくは電圧の増加レートと減
少レートを変えることで、安定な高効率制御を実
現している。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を述べる。本発明を適
用するインバータ装置の構成を第２図に示す。三
相電源１は全波整流回路２と平滑コンデンサ３に
より直流電源に変換され、直流電源はインバータ
４により可変周波数、可変電圧に変換され、誘導
電機５と可変速運転される。

又、トルク一定負荷に対しては、Ｖ／一定制
御が行なわれ、目標周波数指令ポテンシヨメータ
６の出力_oを、モータ制御LSI７のＡ／Ｄ変換機
能により、マイコン８へ入力し、_oを目標に周波
数指令αとＶ／比から基本波電圧V₁を演算す
る。

この後、マイコンからαとV₁のデータをモー
タ制御LSIへ出力することで、LSIからαとV₁に
対応したゲート信号が出力され、誘導電動機は可
変速運転される。

次に、第２図の装置における高効率制御の概要
を説明する。軽負荷時は、第３図に示すように、
定格電圧では力率cosφが悪く効率が良くない。
そこで力率が良くなるまで電圧V₁を小さくする。
この結果、電動機電流が小さくなり、損失が低減
し効率が良くなる。この場合、力率cosφに対応
する値として第２図に示す直流母線電流の平滑コ
ンデンサからインバータへ流れる電流i_Aと戻つて
くる電流i_Bを直流電流変流器９で検出し、I_A，I_B
検出回路８で平均値I_A，I_Bに直し、この値をマイ
コンへ入力後、関数δ＝I_A−I_B／I_A＋I_Bを計算し、δを cosφに対応させて制御する。なお、電圧V₁はδ
が設定値δ₁，δ₂間になるまで電圧を小さくする。
又、逆に負荷が大きくなつてδ＞δ₁になると電圧
V₁を大きくする。

このような高効率制御において、周波数αに対
する直流電流平均値I_A，I_Bの値を第４図に示す。
低周波領域においてはI_A，I_B値は小さく、力率に
対応したδ＝I_A−I_B／I_A＋I_Bの精度が悪くなり、多少の 直流電流変化によりδが大きく変化し、第３図の
δ₁とδ₂の範囲外となり制御が不安定となる。

そこで、第１図に示すように低周波領域の₁ま
では、電圧の下限リミツタを定格電圧とし高効率
制御は行なわないようにしている。又、電圧V₁
を絞り過ぎると、電動機電流が逆に増し、効率が
悪くなると共に、停動トルクを越え不安定とな
る。そこで力率検出器の誤動作なども考慮して、
第１図に示すようにn₁からは定格電圧の１／ｎ
を下限リミツタに設定し、この値以下は電圧を小
さくしないようにする。一方、₁からn₁までは
₁の電圧を下限リミツタに設定する。

次に電圧の増加、減少レートに関して述べる。
まず、減少レートの場合、直流母線電流はフイル
タにより平均値I_A，I_Bに変換しておりフイルタの
遅れに比べてより早く、減少レートを大きくする
と電圧を絞り過ぎてδがδ₁より大きくなり、今度
は逆にV₁を大きくする。このようにして、δ₁とδ₂
の範囲を越えてハンチング現象が生じ不安定とな
る。そこで、電圧減少レートは第６図に示すよう
に比較的小さく設定している。

次に、電圧の増加レートに関しては電圧を小く
している状態で、負荷がステツプ的に大きくなる
と、第３図に示すδがδ₁より大きくなるので電圧
V₁を徐々に大きくする。この場合の電圧増加レ
ートに対する最大すべり周波数の関係を第５図に
示す。増加レートが小さいとすべり周波数が大き
くなり停動トルクを越えて不安定領域に入り過電
流となる。そこで、電圧増加レートは第６図に示
すように比較的大きく設定している。

以上述べたように、電圧の増加レートを比較的
大きく、減少レートを小さくすることで、負荷変
動に対して安定に制御することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、３つの周波数範囲に対応した
基本波電圧の下限リミツタを設けることで、力率
cosφに対応したδ検出器の誤動作や、低周波領
域で検出精度が悪い場合でも、安定に制御するこ
とができると言う効果がある。

また、例えば、電圧の下限リミツタや増加及び
減少レートをマイコンで記憶又は計算しておき、
自由にこれらの値を変えることができるようにす
ることで、電動機の特性や負荷の特性が変わつた
場合でも、安定な高効率制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電圧／周波数特性図、第２図
は本発明の誘導電動機駆動系統図、第３図は高効
率制御の概要説明図、第４図は直流電流検出値の
特性図、第５図は負荷が変動したときの電圧増加
レートと最大すべり周波数の特性図、第６図は本
発明に係る電圧の増加及び減少レート波形と特性
図である。 ３…平滑コンデンサ、４…インバータ、５…誘
導電動機、７…モータ制御LSI、８…マイコン、
９…直流電流変流器、１０…I_A，I_B検出回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ インバータで駆動される誘導電動機の力率を
   検出し、軽負荷時など力率が悪い時に基本波電圧
   を下げて力率を改善する高効率制御において、電
   圧の下限リミツタ設定値として、最低周波数から
   高効率制御を行う周波数領域の下限周波数₁まで
   は定格のＶ／比電圧とし、上記下限周波数₁か
   らn₁（ここで、高周波領域での電圧絞り率を１／
   ｎとする）までは₁における定格Ｖ／比電圧と
   し、上記n₁から最大周波数までは定格Ｖ／比
   電圧の１／ｎに設定したことを特徴とするインバ
   ータによる誘導電動機の制御方法。