KR100773637B1 - 교류 전동기의 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 위치 검출 신호를 이용하지 않고 계자장착 동기 전동기를 전력 변환기에 의해 구동하는 시스템에 관한 것으로서, 전동기의 회전자 또는 가동자가 공전하고 있는 상태에서 전력 변환기를 기동하는 교류 전동기의 제어장치에 관한 것이다.

변환기, 교류 전동기, 제어부, 제어 연산기

Description

교류 전동기의 제어 장치{Control apparatus of AC electric motor}

도 1은 계자장착 동기 전동기와, 권선 단락 동작을 행하는 경우의 전력 변환기의 등가 회로를 도시한 도.

도 2는 통상의 3상 전압형 인버터의 대표적 형태를 도시한 도.

도 3은 다(多)레벨 인버터를 나타내는 도.

도 4는 계자장착 전동기의 정회전시의 전기각의 변화방향을 나타내는 그래프.

도 5는 계자장착 전동기의 역회전시의 전기각의 변화의 방향을 나타내는 그래프.

도 6은 U상 아래 아암의 스위치(Qx)만 온 하였을때의 등가 회로도.

도 7은 유기전압의 위상 및 주파수의 판명을 위한 동작 플로우 차트.

도 8은 인버터의 상하아암의 전류 검출을 위한 구성 회로도.

도 9는 인버터의 상하아암의 전류 검출의 또다른 구성 회로도.

도 10은 직류 입력 전류를 검출하는 구성을 나타낸 구성 회로도.

도 11은 전동기의 인버에 의한 구동시스템의 개념도.

도 12는 직류 입력 전류를 검출하는 구성을 나타낸 또 다른 구성의 회로도.

도 13은 도 10의 프리런 기동을 행할때의 스위치 조작예를 나타낸 도.

도 14는 U상 아래 아암 스위치를 온한 경우의 전류 경로를 나타낸 도.

도 15는 종래의 예를 나타낸 도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

1 : 변환기 2 : 제어부

3 : 교류 전동기 4 : 전원

21 : 처리부 22 : 제어 연산부

본 발명은, 위치 검출 신호를 이용하지 않고 계자장착 동기 전동기를 전력 변환기에 의해 구동하는 시스템에 있어서, 전동기의 회전자 또는 가동자가 공전하고 있는 상태로부터 전력 변환기를 기동하는 제어장치에 관한 것이다.

(종래 기술)

도 15는 종래기술을 나타내는 것으로서, 전력 변환기(1)는, 스위칭 소자 및 수동 소자에 의해 구성되어 있고, 교류 또는 직류의 전원(4)으로부터 전력이 공급되고, 교류 전동기(3)에 전력을 공급하고 있다. 전력 변환기(1)는, 제어부(2)에 의해 제어되고 있다.

교류 전동기(3)는, 회전자에 계자극을 갖고 있고, 단자 개방의 상태에서 회 전자를 회전시키면 유기 전압을 발생한다. 이와 같은 전동기를, 본원에서는 통합하여 계자가 장착된 동기 전동기라고 칭한다. 또한, 본원에서는 주로 회전하는 전동기에 관해 기술하지만, 리니어 모터의 경우에도, 회전자를 가동자, 회전을 이동이라고 바꾸어 읽으면 마찬가지로 생각할 수 있는 것은 주지하는 바이다.

본원에서 취급하는 구성에서는, 교류 전동기(3)는 회전자의 위치 센서 및 단자 전압 센서를 갖지 않는다. 일반적으로, 계자장착 동기 전동기를 구동하기 위해서는, 회전자의 위치에 응한 전압 및 전류를 공급할 필요가 있다. 따라서, 상기 센서를 갖지 않는 경우에는, 회전자 위치를 어떠한 방법으로 추정할 필요가 있다.

제어 연산기(22)는, 교류 전동기(3)에 전력을 공급하고 있는 상태에 있어서 회전자 위치를 추정하고, 변환기(1)가 공급하여야 할 전압 및 전류를 연산하고, 이것을 실현하기 위해 스위칭 소자에 부여하는 온·오프 신호를 출력한다. 제어 연산기(22)는, 모터의 전류 센서(5A 및 5B)로부터 얻어진 전류치를, 예를 들면 2상의 전류로부터 3상 전류를 합성하고 이것을 직교 회전 좌표로 변환한다는 처리를 행하고, 처리부(21)로부터 모터 전류에 관한 정보를 얻고, 이에 의거하여 필요한 연산을 행한다. 이와 같은, 소위 계자장착 동기 전동기의 위치 센서리스 구동 기술에 관해서는 과거에 다양한 제안이 되어 있고, 다시 말할것도 없기 때문에 여기서는 생략한다. 위치 센서리스 구동 기술에 관해 상세기술되어 있는 문헌으로서는 예를 들면 다음과 같은 것이 있다.

참고문헌 1 : Watannabe, et a1, "DC-Brushless Servo System without Rotor Position and Speed Sensor," Proceedings of IEEE Internatonal Conference on Industrial Electronics, Control, and Instrumentation 1987， vol.1, pp.228-234.(1987)

그런데, 계자장착 동기 전동기의 위치 센서리스 구동에 있어서의 큰 과제의 하나는, 회전자가 공전하고 있는 상태에서 변환기를 기동하는 방법(프리 런 기동이라고 칭함)이다. 즉, 도 15에 도시한 바와 같이, 제어계에서는 전동기의 전류를 기초로 제어를 행하고 있기 때문에, 변환기가 정지하여 전류가 흐르지 않는 상태에서는 전동기의 정보를 전혀 얻을 수 없다.

회전자가 정지하고 있으면, 예를 들면 어느 위상에 전류가 통해 흐르도록 변환기의 출력 전압을 조정하고, 이로써 회전자의 위치를 정하고 나서 운전을 시작할 수 있다. 그러나, 회전자가 공전하고 있는 상태에서 변환기가 부적절한 전압을 출력하면, 전동기가 동적인 유기 전압을 발생하고 있기 때문에 전류 제어가 불능으로 되고 기동할 수 없거나, 최악의 경우에는 과전류에 의해 변환기의 스위칭 소자를 파손하거나, 또는 전동기에 영구 자석을 갖는 경우에는 역으로 감자(減磁)시키거나 할 위험이 있다.

이와 같은 문제를 해결하는 수단으로서, 전동기의 권선을 변환기에 의해 순간적으로 단락시키고, 이 때 흐르는 전류에 의거하여 회전자 위치를 추정하여 변환기를 기동하는 방법이, 다음 문헌에 개시되어 있다.

참고문헌 2 : 특개평11-75394 「교류 회전기용 전력 변환장치」

상기 문헌의 청구항 1에는, 전력 변환기를 구성하는 스위칭 소자중 적어도 하나를 온 하고, 그 때에 흐르는 전류에 의거하여 회전자의 위치를 추정한다는 내 용이 개시되어 있다. 이것은, 전동기의 권선을 단락한 때에 흐르는 전류가, 전동기의 회전자 위치와 속도 및 전동기의 회로 정수에 의해 일률적으로 정해지기 때문에, 이 전류를 해석함에 의해 회전자의 위치 및 속도를 계산할 수 있는 것을 지적한 것이다.

도 15에서는, 프리 런 기동 연산부(23)가, 권선 단락을 위한 스위칭 소자로의 온/오프 신호의 생성, 처리부(21)로부터 얻어지는 전류 정보에 의거한 회전자 공전시의 회전자 위치 추정 연산 및 얻어진 회전자 정보에 의거한 기동 순서의 실행을 행하고 있다. 기동 후는, 통상 동작으로 이행하기 때문에, 스위치(24)에 의해 제어 연산부(22)로 처리가 전환된다. 이 전환은, 제어부(2)의 동작을 통괄하는 제어 전환부(25)가 맡고 있다.

그러나, 상기 특허문헌 에서는 청구항 2 이후에 있어서는 전동기의 모든 상 권선을 단락한 때의 거동에 대해 기술되어 있고, 일부의 상만 단락한 경우의 회전자 위치 추정의 구체적 방법에 관해서는 상세기술되어 있지 않다.

나아가서는, 상전류(相電流)의 검출을 행하는 구성을 전제로 하고 있고, 상전류의 검출을 행하지 않는 구성에 대해서도 언급하고 있지 않다.

본원은, 상기한 항목을 명확하게 하고, 보다 일반적인 프리 런 기동의 기술을 제공하는 것이다.

(과제를 해결하기 위한 수단)

본 발명은, 다상(多相) 교류 전동기를 운전하는 전력 변환기와, 상기 전력 변환기를 구성하는 스위칭 소자에 대한 온·오프 신호를 생성하여 출력하는 제어부를 구비한 교류 전동기용 전력 변환장치에 있어서, 상기 제어부는, 상기 전동기의 다상 중 복수상의 권선으로 이루어지는 그룹을 적어도 하나 설정하고, 상기 전동기의 공전시에, 상기 스위칭 소자를 동작시켜 상기 각 그룹에 대해 순번대로 해당 그룹에 속하는 상의 권선을 실질적으로 단락하고, 단락시에 흐르는 전류에 의거하여 상기 전동기의 회전자 또는 가동자의 위치를 추정하여 상기 전력 변환기를 기동하는 것을 특징으로 하는 교류 전동기용 전력 변환장치를 제공한다.

또한, 본 발명은, 다상 교류 전동기를 운전하는 전력 변환기와, 상기 전력 변환기를 구성하는 스위칭 소자에 대한 온·오프 신호를 생성하여 출력하는 제어부를 구비한 교류 전동기용 전력 변환장치에 있어서, 상기 스위칭 소자는 복수의 자기 소호형 스위칭 소자에 다이오드를 각각 역병렬 접속하여 구성되고, 상기 제어부는,상기 전동기의 공전시에 상기 스위칭 소자 중 하나에 온 신호를 부여한 경우의 전류 통류의 유무 및 전류가 흐르는 상의 정보에 의거하여 상기 전동기의 회전자 또는 가동자의 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 교류 전동기용 전력 변환장치를 제공한다.

또한, 본 발명은, 다상 교류 전동기를 운전하는 전력 변환기와, 상기 전력 변환기를 구성하는 스위칭 소자에 대한 온·오프 신호를 생성하여 출력하는 제어부를 구비한 교류 전동기용 전력 변환장치에 있어서, 상기 스위칭 소자는 복수의 자기 소호형 스위칭 소자에 다이오드를 각각 역병렬 접속하여 구성되고, 상기 제어부 는, 상기 전동기의 공전시에 상기 스위칭 소자 중 제 1 스위칭 소자에 온 신호를 부여하고, 이 때 상기 다이오드의 작용에 의해 전류가 통류하지 않는 경우에는 통류할 때까지 상기 온 신호를 계속 또는 단속하고, 전류가 통류하면, 전류가 흐른 상의 정보에 의거하여 상기 전동기의 회전자 또는 가동자의 제 1 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 교류 전동기용 전력 변환장치를 제공한다.

또한, 본 발명은, 상기 구성에 있어서, 전류 통류를 검출한 시각을 기록한 후, 전력 변환기의 모든 스위칭 소자를 오프하고, 새롭게 제 2 스위칭 소자에 온 신호를 계속 또는 단속하여 부여하고, 전류가 무통류의 상태로부터 통류의 상태로 이행되면, 전류가 흐른 상의 정보에 의거하여 상기 전동기의 회전자 또는 가동자의 제 2 위치를 추정함과 함께 해당 전류 통류를 검출한 시각을 기록하고, 얻어진 제 1 및 제 2 각각의 전류 검출의 시각 및 회전자 또는 가동자의 위치로부터, 회전자 또는 가동자의 속도를 도출하는 것을 특징으로 하는 교류 전동기용 전력 변환장치를 제공한다.

또한, 본 발명은, 상기 구성에 있어서, 전류 통류를 검출한 시각을 기록한 후, 전력 변환기의 모든 스위칭 소자를 오프하고, 새롭게 제 2 스위칭 소자에 온 신호를 부여하며, 그 직후의 전류 통류의 유무에 의해 회전자의 회전 방향을 특정하는 것을 특징으로 하는 교류 전동기용 전력 변환장치를 제공한다.

또한, 본 발명은, 직류 전압 성분을 갖는 직류 전압부와, 적어도 2개의 스위칭 소자를 직렬로 접속하여 이루어지고 그 양단이 상기 직류 전압부에 병렬 접속된 n개의 아암부를 구비한 n상 인버터와, 상기 n상 인버터의 상기 n개의 아암부에 있 어서의 스위칭 소자 끼리의 접속부에 단자가 접속되는 계자장착 n상 전동기로 이루어지는 전동기 구동 시스템에 있어서, 상기 각 아암부에 있어서 상기 전동기의 단자의 접속점보다도 상기 직류 전압부의 정극측에 있는 스위칭 소자군을 상측 아암, 부극측에 있는 스위칭 소자군을 하측 아암이라고 한 경우, 모든 상측 아암과 모든 하측 아암의 적어도 한쪽에 있어서 1상의 스위칭 소자군에만 전류가 흐르고 있는 상태에 있어서, 직류 전압부와 스위칭 소자군 사이의 전류(직류 입력 전류)를 검출하고, 그 검출치에 의거하여 상기 전동기의 회전자 또는 가동자의 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 제어 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은, 직류 전압 성분을 갖는 직류 전압부와, 적어도 2개의 스위칭 소자를 직렬로 접속하여 이루어지고 그 양단이 상기 직류 전압부에 병렬 접속된 n개의 아암부를 구비한 n상 인버터와, 상기 n상 인버터의 상기 n개의 아암부에 있어서의 스위칭 소자 끼리의 접속부에 단자가 접속되는 계자장착 n상 전동기로 이루어지는 전동기 구동 시스템에 있어서, 상기 스위칭 소자는 자기 소호형 스위칭 소자에 다이오드를 병렬 접속하여 구성되어 있고, 상기 인버터에 있어서의 스위칭 소자 중 하나에 온 신호, 오프 신호를 적어도 1회씩 부여한 경우, 직류 전압부와 스위칭 소자군 사이의 전류, 즉 직류 입력 전류에 의거하여 상기 전동기의 회전자 또는 가동자의 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 제어 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은, 상기 구성에 있어서, 스위칭 소자 중 하나에 온 신호, 오프 신호를 교대로 반복하여 부여하고, 각 오프 신호를 부여하고 있는 기간 중에 직류 입력 전류를 검출하고, 그 검출치가 제로로부터 제로가 아닌 값으로 변화한 경 우에, 상기 전동기의 회전자 또는 가동자가 소정 위치를 통과하였다고 판정하는 것을 특징으로 하는 제어 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은, 직류 전압 성분을 갖는 직류 전압부와, 적어도 2개의 스위칭 소자를 직렬로 접속하여 이루어지고 그 양단이 상기 직류 전압부에 병렬 접속된 n개의 아암부와, 상기 각 아암부에 있어서의 스위칭 소자 끼리의 접속부 1점과 상기 직류 전압부의 정극 및 부극 각각과의 사이에, 상기 직류 전압부의 직류 전압을 저지하는 극성으로 다이오드를 접속하여 이루어지는 n상 인버터와, 상기 n상 인버터의 상기 n개의 아암부에 있어서의 상기 다이오드가 접속된 점에 단자가 접속되는 계자장착 n상 전동기로 이루어지는 전동기 구동 시스템에 있어서, 상기 각 아암부에 있어서 상기 전동기 단자의 접속점보다도 상기 직류 전압부의 정극측에 있는 스위칭 소자군을 상측 아암, 부극측에 있는 스위칭 소자군을 하측 아암이라고 한 경우, 상기 인버터에 있어서의 상측 아암 내지 하측 아암 중 하나에 온 신호를 부여한 경우, 해당 아암과 직류 전압부와의 사이의 전류에 의거하여 상기 전동기의 회전자 또는 가동자의 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 제어 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은, 상기 구성에 있어서, 상측 아암 내지 하측 아암 중 하나에 온 신호를 연속 또는 단속하여 부여하고, 온 신호를 부여하고 있는 동안의 해당 아암과 직류 전압부 사이의 전류가 제로로부터 제로가 아닌 값으로 변화한 경우에, 상기 전동기의 회전자 또는 가동자가 소정 위치를 통과하였다고 판정하는 것을 특징으로 하는 제어 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은, 상기 구성들에 있어서, 스위칭 소자의 온 상태의 계속 또 는 단속, 또는 온·오프의 반복을 소정 기간 반복하여도 전류 통류를 검출하지 않는 경우에는, 회전자의 속도가 소정치 이하라고 판정하는 것을 특징으로 하는 제어 장치를 제공한다.

프리 런 기동을 행하기 위해서는, 인버터 기동시의 계자장착 동기 전동기의 유기 전압의 위상, 주파수, 상순(相順)을 추정 또는 검지하고, 이들과 거의 동등한 전압, 또는 이들을 기초로 도출된, 소정의 전류를 통류하기 위한 전압을, 인버터로부터 기동시에 출력할 필요가 있다. 또한, 계자장착 동기 전동기에서는, 유기 전압의 위상, 주파수 및 상순은, 회전자의 위치(전기각), 속도 및 회전 방향과 1대1로 대응하고 있기 때문에, 본원에서는 오해가 생기지 않는 한 이들의 용어를 구별 없이 이용한다.

(실시예)

제 1 실시예에 관해, 도 1을 이용하여 설명한다.

도 1은, 계자장착 동기 전동기와, 권선 단락 동작을 행하는 경우의 전력 변환기의 등가 회로를 도시한 것이다. 전동기는 다상(多相)이고, 각 상은 계자에 의한 유기 전압분(e)과 임피던스(Z)로 이루어진다.

각 상의 유기 전압은, 회전자의 위치 및 속도에 의해 일률적으로 정해지고, 또한 상 사이의 유기 전압의 위상차도 이미 알고 있다. 한편, 각 상의 임피던스는, 자기 포화의 영향이 작은 경우, 돌극성(突極性)이 없으면 일정, 돌극성이 있어도 회전자의 위치에 의해 일률적으로 정해진다.

따라서, 다상 중 몇개의 상의 권선을 단락한 경우에 흐르는 전류도, 회전자의 위치 및 속도에 의해 일률적으로 정해진다. 따라서, 이 전류를 해석함으로서 회전자의 위치 및 속도를 추정하는 것이 가능해진다.

구체적으로는, 단락 동작을 1회만 행하고, 흐르는 전류의 진폭과 위상의 정보로부터 회전자 위치와 속도를 추정하는 방법과, 단락 동작을 복수회 행하고, 흐르는 전류의 위상 및 각 단락 동작에 있어서의 전류 위상의 변화량으로부터 회전자 위치 및 회전 방향을 추정하는 방법이 있을 수 있다.

다음에, 직류 전압으로부터 임의의 주파수와 진폭의 교류 전압을 생성하는, 통상의 전압형 인버터를 이용한 프리 런 기동 기술의 원리가 되는 자연법칙 및 기술 사상에 관해 설명한다.

도 2는, 통상의 3상 전압형 인버터의 대표적 형태를 도시하고 있다. 이 밖에도, 도 3에 도시한 바와 같은 다(多)레벨 인버터(1아암(arm) 분을 표시)도 존재하지만, 여기서 나타내는 자연법칙 및 기술 사상은 마찬가지로 적용할 수 있다. 또한, 상 수는 임의이지만, 여기서는 3상의 경우에 관해 설명한다.

도 2의 3상 전압형 인버터는, IGBT 등의 자기(自己) 소호형(消弧型) 스위칭 소자에 다이오드가 역병렬 접속된 것이, 2개 이상 직렬 접속되어 1상의 아암을 이루고, 각 상의 아암 양단이 직류 전압부에 접속되는 구성으로 되어 있다. 각 상 아암에 있어서, 스위칭 소자 끼리의 접속부에 부하인 계자장착 동기 전동기가 접속되어 있다.

여기서, 인버터의 모든 스위치가 오프되어 있고, 계자장착 동기 전동기가 공전하고 있는 상태에 관해 고려한다. 이 때, 계자장착 전동기는 도 4 또는 도 5에 도시한 바와 같은 유기 전압을 발생한다. 여기서는, 유기 전압이 정현파인 경우를 표시하고 있지만, 고조파 성분을 함유하는 것도 있다. 도 4, 도 5는 각각 정회전, 역회전의 경우를 도시하고 있고, 양자에서 상순이 다르다.

우선, 정회전의 경우, 즉 유기 전압이 도 4와 같은 경우에 관해 생각한다. 지금, 유기 전압의 위상이 3O° 내지 15O°의 사이에 있는 경우, U상의 유기 전압이 3상 중에서 가장 낮다. 이 상태에 있어서, 도 3에 도시한 바와 같이 U상 아래 아암의 스위치(Qx)만 온 하면, 그 등가 회로는 도 6과 같이 되고, 다이오드(Dy 및 Dz)의 작용에 의해, 어느 상에도 전류는 흐르지 않는다.

또한, 유기 전압의 위상이 15O° 내지 210°, 또는 33O° 내지 3O°(390°)의 경우에는, U상 유기 전압은 V상과 W상의 중간에 있기 때문에, 전압이 최대로 되는 상에서는 다이오드(Dv 또는 Dz)의 작용에 의해 전류는 흐르지 않고, U상과 또다른 1상의 사이에 전류가 흐른다.

또한, 유기 전압의 위상이 210° 내지 330°의 사이에 있는 경우에는, U상 전압이 최대이기 때문에 Dy와 Dz의 양자가 순(順)바이어스되고, 3상에 전류가 흐른다.

즉, Qx를 온 함으로서, 전류가 흐르지 않는지, 2상에 흐르는지, 또는 3상에 흐르는지를 관측함으로서, 유기 전압의 위상이 존재하는 영역을 특정하는 것이 가능하게 된다.

역회전의 경우에도 마찬가지 것이 성립되고, 또한 다른 스위칭 소자를 조작한 경우에도 같은 현상이 생긴다.

또한, 3상에 전류가 흐르는 경우에는, 문헌 2에 나타낸 방법을 이용하여, 회전자 위치를 추정하는 것도 가능하다.

따라서, 예를 들면 최초에 Qx를 온 하여 전류가 흐르지 않으면, U상 전압이 최소인 영역에 위상이 존재한다고 인정하고, 계속해서 Qx를 온 하여 전류가 2상에 흐르면, V상과 W상의 어느것에 전류가 통류하였는지를 봄에 의해 상순(회전 방향)을 특정하고, 재차 Qx를 온 하여 전류가 3상에 흐르면, 문헌 2에 나타낸 방법을 이용하여 회전자의 위치 내지 속도를 연산에 의해 구한다는 조작에 의해, 인버터 기동에 필요한 정보를 획득하는 것이 가능하다.

이어서, 보다 고정밀도의 위치 검출 방법을 이하에 나타낸다.

정회전 상태에 있어서 유기 전압의 위상이 30° 내지 15O°의 사이에 있고, Qx만 온 상태를 계속한 경우를 생각한다. 이 경우, 이윽고 회전자의 회전에 의해 유기 전압의 위상이 150°를 초과하면, 도 4에 도시한 바와 같이 U상과 V상의 유기 전압의 대소 관계가 교체되기 때문에, 도 6에 있어서 다이오드(Dy)가 순바이어스되고, U상과 V상에 전류 통류가 시작한다.

한편, 역회전의 경우에도, 도 5에 있어서 위상이 330° 내지 210°의 사이에 있는 경우에는, Qx만 온 하여도 전류는 흐르지 않는다. 단, 이 경우에는, 위상이 210°를 하회한 시점에서 도 5에 도시한 바와 같이 U상과 W상의 유기 전압이 교체되고, 다이오드(Dz)가 순바이어스되고 U상과 W상에 전류 통류가 시작한다.

이상의 것으로부터, U상 아래 아암 Qx의 온 상태를 계속하고, 전류 무통류 상태로부터 전류 통류가 시작한 것을 검출하고, 또한 V상과 W상의 어느것에 전류가 흘렀는지를 판정함에 의해, 회전자의 위치와 회전 방향을 다음과 같이 판별할 수 있다.

V상에 전류 통류하였다면, 정회전이고, 위상은 150°

W상에 전류 통류하였다면, 역회전이고, 위상은 210°

또한, 최초에 Qx를 온 한 때에 곧바로 전류가 흐른 경우에는, 한번 Qx를 오프하고, 재차 Qx를 온 하여 마찬가지로 전류 통류의 유무를 확인한다는 조작을 반복하면, 언젠가는 회전자의 회전에 의해 Qx를 온 하여도 곧바로 전류가 흐르지 않게 되기 때문에, 그로부터 상기한 조작을 시작하면 좋다.

또한, 상기한 바와 같은 현상 및 판별은, U상 아래 아암의 조작뿐만 아니라, 어느 스위치를 조작 하여도 마찬가지로 실현 가능한 것은 분명하다.

상기한 바와 같이 회전 방향과 위상을 판별하면, 「그 직후에 온 하여도 전류가 통류하지 않는 스위칭 소자」를 특정할 수 있다. 즉, 만약 정회전이며 위상이 150°라면, 도 2에 있어서 Qx를 오프 한 후 신속하게 Qy 또는 Qw를 온 하여도 전류는 곧바로 통류하지 않는다. 한편, 역회전이며 위상이 210°라면, Qx를 오프 한 후 신속하게 Qz 또는 Qv를 온 하여도 전류는 곧바로 통류하지 않는다.

따라서, Qx의 온 상태 계속에 의한 전류 통류를 검출하면, Qx를 오프하고, 상기한 바와 같이 특정된 스위칭 소자를 온 하면, 이윽고 방금전과 마찬가지로 유기 전압의 대소 관계가 교체되는 위상에서 전류 통류가 시작한다.

이 조작에 의해, 2개의 시각(t₁, t₂라고 한다)에서의 다른 유기 전압의 위상(θ₁, θ₂라고 한다)을 얻을 수 있기 때문에, 다음 식에 의해 유기 전압의 각 주파수(ω)를 얻을 수 있다.

ω=(θ₂－θ₁)/(t₂－t₁)

이상으로, 유기 전압의 위상, 상순(회전 방향), 및 주파수가 판명되었기 때문에, 이들의 값에 의거하여 인버터를 기동하는 것이 가능해진다.

또한, 상기한 바와 같은 스위칭 소자의 조작을 3회 이상 행하고, 보다 긴 시간 간격에 있어서의 위상의 변화를 검출함에 의해, 속도의 산정 정밀도를 높일 수 있다. 이것은, 시각의 측정을 CPU 등을 이용한 이산 시간 제어에 있어서 제어 주기마다밖에 할 수 없는 경우에 특히 유효하다.

이상에 나타낸 동작을 플로우 차트로 도시하면, 도 7과 같이 된다.

또한, 상기한 수단은, 인버터의 상전류를 검출 가능한 경우를 상정하고 있지만, 도 8에 도시한 바와 같이, 인버터의 아래 아암(윗 아암이라도 좋다)의 전류를 검출하는 구성에 있어서도 마찬가지로 적용 가능하다.

즉, 본원에 나타내는 스위칭 소자의 조작에 있어서, 조작하는 스위칭 소자를 아래 아암(또는 윗 아암)에 속하는 소자로 한정함에 의해, 소자를 온 하고 있는 동안의 아래 아암(또는 윗 아암)을 흐르는 전류와 전동기의 상전류는 원리적으로 일치하기 때문이다.

전류 통류를 검출한 후에 스위치를 오프 하면, 해당 스위치의 상의 전류는 검출할 수 없게 되지만, 타상의 전류는 해당 상의 아래 아암(또는 윗 아암)의 다이오드를 통과하여 계속 흐르기 때문에, 계속해서 검출할 수 있고, 그 전류가 제로로 된 것을 가지고, 스위치를 오프 한 상의 전류도 제로로 되었다고 간주할 수 있다.

이상과 같이, 스위치 오프 후에 전류가 제로로 된 것을 판별하는 방법에만 경미한 변경이 필요하지만, 그 이외의 순서나 판정에 관해서는, 전류 검출의 방법이 도 8에 도시한 방법으로도, 완전히 마찬가지로 이용할 수 있다.

그러나, 전류 검출의 방법이 도 9에 도시한 바와 같이, 자기 소호형 스위치에 다이오드가 역병렬로 접속되어 있는 스위칭 소자에 있어서, 다이오드를 바이패스하여 자기 소호형 스위치의 전류만을 검출하는 구성을 이용하는 경우, 상기한 방법을 일부 변경할 필요가 있다.

우선, Qx를 온 한 경우의 전류는, 전류 검출기(Rsu)를 이용하여 검출할 수 있다. 그러나, 이 때 V상 또는 W상의 어느 하나에도 전류가 통류하는 것이고, 그 전류는 다이오드(Dy 또는 Dz)를 통과하여 흐르기 때문에, 전류 검출기(Rsv 및 Rsw)로는 검출할 수 없다. 따라서, 여기서의 전류 통류의 시작시에는, 회전 방향을 특정할 수 없게 된다.

이 문제는, 다음과 같이 행하여 해결할 수 있다. 즉, Qx 온에 의한 전류 통류의 시작을 검출한 후, Qx를 오프하고, 계속해서 신속하게 Qy 또는 Qz를 온 하고, 온 한 상의 아암의 전류를 감시한다. 이 때, 예를 들면 Qy를 온 하고, 그 직후에 전류가 흐르지 않은 경우에는, 그것은 V상의 유기 전압이 3상 중에서 최소로 되어 있는 것을 의미하기 때문에, 「정회전」이라고 판별할 수 있다. 역으로, Qy의 온에 의해 곧바로 전류가 흘렀다면, W상의 유기 전압이 최소라는 것으로 되기 때문에, 「역회전」이라고 판별할 수 있다. Qy 대신에 Qz를 온 한 경우에도 같은 판별이 가능하다.

이와 같이 하여 회전 방향, 즉 상순을 판별하면, 그 후는 이미 기술한 순서에 의해 필요한 정보를 얻고, 인버터를 기동할 수 있다. 예를 들면, Qy의 온에 의해 곧 전류가 흐르지 않으면, 그대로 Qy의 온 상태를 계속하면 좋고, 역으로 Qy의 온에 의해 곧바로 전류가 흘렀다면, 신속하게 Qy를 오프하고 Qz를 온 하면 좋다.

이상에 나타낸 기술 사상은, 상전류, 또는 인버터에 있어서의 각 상 아암의 전류를 검출하는 구성에 관한 것이였다. 그러나, 상전류의 검출을 행하지 않고, 인버터의 직류 전압부와 스위치군과의 사이의 전류, 즉 인버터의 직류 입력 전류(이하, 단지 직류 입력 전류라고 칭하다)를 검출한다는 구성도 존재한다. 이 경우에는, 상전류의 정보가 직접은 얻어지지 않기 때문에, 별도의 궁리가 필요하다.

도 10은, 3상 전압형 인버터에 있어서, 직류 입력 전류를 검출하는 구성을 도시하고 있다. 인버터의 부하는 계자장착 동기 전동기이고, 통상 운전시에 있어서 제어계는 직류 입력 전류의 검출치에 의거하여 전동기를 구동한다. 그 구체적 방식으로서는, 예를 들면 다음 문헌 3에 개시되어 있다.

참고문헌 3 : 사토 기타 : 「인버터 직류 전류의 검출에 의한 PMSM의 안정화 V/f 제어 방식」 2004년 전기학회 산업응용부문 대회, No.1 내지 56

그리고, 이와 같은 구성에 있어서 프리 런 기동을 행하는 경우의 일반적인 원리에 관해, 도 11을 이용하여 설명한다. 도 11은, n상 계자장착 전동기의 인버터에 의한 구동 시스템을 개념적으로 도시한 것이다. 전동기는 등가 회로로 나타내고 있고, 제 1상부터 제 3상까지를 표시하고, 각 상마다 유기 전압(e), 임피던스(Z)를, 상의 번호를 첨자로서 병기하여 기재하고 있다. 인버터의 전류 검출은 직류 입력 전류(idc)에 관해서만 실시하고 있다.

도 11에서는, 인버터의 스위치(SIP, S2P, 및 S3N)를 온으로 하고, 그 밖의 스위치는 전부 오프로 한 경우의 예를 나타내고 있다. 즉, 인버터의 아래 아암에 관해서는 하나만 온 상태로 되어 있다. 이 상태에서는, idc는 전동기의 제 3상의 전류와 일치하고 있기 때문에, idc를 검출함에 의해 전동기의 제 3상의 상전류를 알 수 있다.

여기서, 회전 속도가 거의 일정하다고 간주할 수 있는 경우, n상 계자장착 전동기의 x상의 유기 전압 기본파(ex)는 일반적으로 다음과 같이 나타낼 수 있다.

ex=ωΨsin{ωt＋θx＋θo}

여기서, ω ; 전기각 주파수, Ψ ; 계자에 의한 권선 자속 쇄교수, t ; 시간, θx ; x상 위상각(단 θ1=0으로 한다), θo ; 초기 위상각

통상은, 0x는 각 상마다 다른 정수이고, 또 각 상의 0x의 값은 설계 사항이기 때문에 이미 알고 있다. 또한, 상기한 바와 같이 제 1상의 위상각 θ₁=0으로 하였기 때문에, 초기 위상각(θo)은, 시간 t=0에 있어서의 제 1상의 유기 전압(e₁)의 위상각이다. 또한, 전기각 주파수(ω)는 회전자의 회전 속도에 비례, 구체적으로는 자극수를 P라고 한다면

ω=(P/2)×2π×N/60(N은 회전자의 매분 회전 속도)

의 관계가 항상 성립되어 있다. 또한, 회전 속도(N)가 거의 일정한 경우에 관해 논하고 있기 때문에, 여기서는 ω는 미지이지만 정수라고 하게 된다.

또한, Ψ도 기지의 정수이다.

이상으로부터, 수학식 2에 있어서 미지수는 ω와 θo의 2개인 것을 알 수 있다. 또한, 이 2개의 값를 알 수 있으면, 각 상의 유기 전압(ex)이 판명된 것으로 되고, 이것에 상응한 전압을 인버터로부터 줌에 의해 시스템을 기동할 수 있게 된다.

한편, 각 상의 임피던스(Zx)는 자극 위치만의 함수로 되는, 즉 ω 및 θo에 의해 특정되는 값으로 되는 것이 알려져 있다.

따라서, 회전자가 공전하고 있는 상태이고, ω 및 θo가 미지인 상태에 있어서, 도 1에 도시한 바와같이 스위치를 온 한 때에 흐르는 전류는, ω 및 θo에 의해 다른 값으로 되는 것을 알 수 있다.

따라서, 이 때의 직류 입력 전류(idc), 도 11의 예에서는 전동기의 제 3상의 전류는, ω 및 θo의 정보를 포함하고 있고, idc의 검출치를 이용하여 ω 및 θo를 특정하는 것이 가능하다.

구체적으로는, 미지수가 ω와 θo로 2종류, 얻어지는 정보가 idc뿐이기 때문 에 1종류로 되고, 이것만으로는 ω와 θo는 특정할 수 없게 되지만, 도 11의 해당 스위치를 온 한 후의 2개 이상의 시각에서 idc를 검출하거나, 또는 해당 스위치의 온을 2회 이상 실시할 때마다 idc를 검출하거나, 나아가서는 1회째의 스위치 온 동작의 후, idc를 검출하고 전 스위치를 오프하고, 또다른 스위치군을 온 하여 idc를 검출하거나 함으로서, idc로서 2개 이상의 값을 얻을 수 있고, 그때마다 다른 회로 방정식을 얻을 수 있기 때문에, 2개의 미지수에 대해 방정식이 2개 이상 존재하기 때문에, 원리적으로 ω와 θo를 구할 수 있다.

이상의 설명에서는 특정한 스위치(SIP, S2P, 및 S3N)를 온 한 경우의 동작을 예로 하였지만, 상기한 원리는 상 수 및 조작하는 스위치에 의하지 않고 성립된다. 단, 같은 상의 위아래 아암을 동시에 온 하면 인버터의 직류 전압부를 단락하여 버리기 때문에, 어디까지나 위아래 아암 중 적어도 한쪽에 대해, 하나의 상만 온 하고, 다른쪽에서는 그 밖의 상을 온 하는 것이 필요하다.

이상의 설명에서는, 위아래 아암의 적어도 한쪽에 대해 하나의 상 스위치를 온 하는 경우에 관해 기술하였지만, 위아래 양 아암에 대해 하나의 스위치만을 온 한 때의 idc를 이용함에 의해, 보다 애매함을 배제한 동작을 시킬 수 있다. 즉, 도 11의 상태에서는, 제 1상과 제 2상의 전류의 합계만 기지로 되고, 각각의 값은 미지라는 것으로 된다. 한편, 예를 들면 도 11에 있어서 제 1상의 윗 아암(S1P)과 제 3상의 아래 아암(S3N)만 온 한 경우에는, 제 1상 및 제 3상의 전류가 일치, 즉 양 값 함께 기지로 된다. 따라서, 상기한 바와 같이 ω 및 Qo를 구하는 경우의 회로 방정식이 간단화되고 CPU의 계산 부하가 내려가기 때문에, 염가로 장치를 구성 할 수 있다.

또한, 직류 입력 전류를 검출하는 구성으로서는, 도 1O에 도시한 구성 외에, 도 12에 도시한 바와 같이, 각 상 아래 아암(윗 아암이라도 좋다)의 다이오드를 바이패스한 전류를 검출하는 것이 있다. 도 12의 방식의 특징은, 도 10의 경우에 대해 편방향의 전류만 검출되는 것, 및 아래 아암 사이에 흐르는 환류 전류를 검출할 수 있는 것이다. 다만, 이상에 기술한 수법에 있어서는, 검출되는 전류는 도 10의 구성에서도 도 12의 구성에서도 동등하다. 따라서, 상술한 ω 및 θo의 도출 방식은, 도 12의 구성에서도 이용할 수 있다.

또한, 도 2부터 도 6을 이용하여 이미 설명한 기술 사상을 응용함에 의해, 직류 입력 전류의 검출치에 의거하여 더욱 간편한 프리 런 기동을 실현하는 것이 가능하고, 이하에 그것을 설명한다.

도 13은, 도 10의 구성에 있어서, 프리 런 기동을 행할 때의 스위치의 조작법의 예를 도시하고 있다. 우선, 도 13(a)에 도시한 바와 같이, Qx만 온 한 경우에 관해 생각한다. 이 때 전류가 흐르면, 전류는 Qx, Dy 또는 Dz의 적어도 한쪽, 및 전동기의 사이를 순환하고, idch로서는 나타나지 않고, 따라서 전류 검출은 할 수 없다.

다음에, Qx를 오프로 하고, 전 스위치가 오프의 상태라고 한다. 이 경우, 전동기의 임피던스는 인덕턴스 성분을 갖기 때문에, 전류는 곧바로는 제로로는 되지 않고, U상 전류는 윗 아암의 다이오드(Du)를 통과하여 전원측으로 흐른다. 이렇게 하여, 직류 전원부, Dy 또는 Dz의 적어도 한쪽, 전동기, 및 Du의 경로로 전류가 흐 르는 것으로 되고, idc가 나타난다. U상 전류가 감쇠하여 제로로 되면, 다이오드의 작용에 의해 전류가 차단되고, 전류 무통류 상태로 된다.

따라서, Qx를 온 한 후 Qx를 오프하고, 이상적으로는 오프 한 직후에 idc를 검출함으로서, Qx의 온에 의해 전류가 흐르는지의 여부를 판별할 수 있다.

즉, 상기한 조작에 의해, idc 검출에 의해, 유기 전압의 위상이 U상 전압이 최소로 되는 범위인지, 그 밖인지를 판별할 수 있다.

또한, Qx에 온·오프 신호를 반복하여 부여하고, 각 오프 신호를 부여하고 있는 동안에 idc를 검출하고, 그 동작을 계속해서 idc가 제로로 되면, 유기 전압의 위상이, U상 유기 전압이 최소로 되는 범위(정회전의 경우 30° 내지 150°, 역회전의 경우에는 210° 내지 330°)에 들어갔다고 간주할 수 있다. 그 후, 다시 Qx의 온·오프 동작을 계속하고, 재차 idc가 제로로 없어졌다면, 회전자 위치가 전기각으로 150°(역회전의 경우에는 210°)를 통과하였다고 간주할 수 있다. 즉, U상 전류 통류 시작으로부터 idc≠0를 검출하기 까지의 지연은 있지만, 회전자 위치를 핀 포인트로 특정할 수 있다. 또한, Qx의 온·오프 동작을 고주파로 행하면, 상기 지연은 단축할 수 있고, 또는 시간 지연을 미리 예상하여 보정하는 것도 가능하다.

또한, Qx의 온·오프 동작에 의해 상술한 바와 같이 특정한 위상각을 통과하였다고 판정하면, 그 직후에는 Qy 또는 Qz(Qv 또는 Qw라도 좋다)의 어느 하나의 스위치를 온·오프 하여도, idc=o로 된다. 이것은, 이미 설명한 바와 같이, 상기 위상각의 통과의 직후에는, 도 4와 도 5로부터 알 수 있는 바와 같이 V상 또는 W상의 어느 하나의 상의 유기 전압이 최소로 되어 있고, 그 상의 아래 아암을 온 하여도 전류가 흐르지 않는 것에 의한다.

따라서, 상기 위상각의 통과 직후에, 예를 들면 Qy를 온·오프하고, 오프 한 직후의 idc를 검출하여, 검출치가 제로라면 정회전, 검출치가 제로가 아니면 역회전이라고 판정할 수 있다. 그 후는, 정회전이라면 Qy의 온·오프 조작과 idc의 검출을 계속하고, idc가 제로로 없어짐에 의해 유기 전압의 위상이 270°를 통과하였다고 판정할 수 있고, 역회전이라면 Qy 대신에 Qz의 온·오프 조작을 행하고, 마찬가지로 유기 전압의 위상이 90°를 통과하였다고 판정할 수 있다.

이와 같이 하여, 유기 전압의 위상이 특정한 2점을 통과한 시각이 판명되기 때문에, 수학식 1에 의해 주파수를 계산할 수 있다.

이상과 같이, 직류 입력 전류를 검출하는 방식에 있어서도, 도 2부터 도 6을 이용하고 이미 설명한 기술 사상을 응용함에 의해, 유기 전압의 위상, 상순, 및 주파수를 구할 수 있고, 따라서 프리 런 기동을 행하는 것이 가능해진다.

한편, 직류 입력 전류의 검출부의 구성으로서, 이미 설명한 도 12의 구성을 이용하는 경우에는, 아래 아암을 환류하는 전류를 검출할 수 있기 때문에, 아래 아암의 스위치 중 하나를 온 함으로서 전류가 통류하는지의 여부를 직접 판별할 수 있다.

도 14는, U상 아래 아암 스위치인 Qx를 온 한 경우의 전류의 경로의 일예를 도시하고 있다. 이 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, Qx를 온 함에 의해 전동기에 전류가 흐르는 경우에는, 그 전류는 직류 입력 전류로서 검출할 수 있다.

따라서, 이상으로 설명하여 온 바와 같이, 예를 들면 Qx의 온 한 직후에 전 류가 통류하지 않으면, 유기 전압의 위상이, U상 전압이 3상 중에서 최소로 되는 범위(정회전의 경우 30° 내지 150°, 역회전의 경우에는 210° 내지 330°)에 존재하는 것을 알 수 있고, 역으로 전류가 통유하였다면 그 밖의 범위에 있는 것을 알 수 있다.

또한, Qx의 온 상태를 계속하고, 전류가 제로로부터 제로가 아닌 상태로 이행하는 것으로써, 유기 전압의 위상이 150° 또는 210°를 통과하였다고 판정할 수 있다.

단, 도 10의 구성의 경우와 마찬가지로, V상과 W상의 어느것에 전류가 통류하였는지는 분명하지 않기 때문에, 곧바로는 회전 방향을 판별할 수 없다. 이 문제에 대해서는, 도 10의 구성의 경우와 마찬가지로, Qy 또는 Qz의 어느 하나를 온 하고, 이로써 전류가 통류하는지의 여부를 관측함에 의해, 회전 방향을 판별할 수 있다. 그 원리는 도 1O의 구성에 있어서의 수법과 마찬가지이다.

또한, 그 후 정회전이라면 Qy의 온 상태를 계속하고, 역회전이라면 Qy 대신에 Qz의 온 상태를 계속하고, 재차 직류 입력 전류가 제로로부터 제로가 아닌 상태로 이행하는 것으로써, 유기 전압의 위상이 정회전이라면 270°, 역회전이라면 90°를 통과하였다고 판정할 수 있고, 따라서 수학식 1에 의해 주파수를 산정하는 것이 가능해진다.

그런데, 이상에 설명한 내용 중, 유기 전압의 위상을 검출하기 위해 이용하는 전류 통류가 전동기의 유기 전압에 의해 생기는 방법에 있어서는, 회전자의 회전 속도가 낮고, 즉 유기 전압의 진폭이 작은 경우에는, 흐르는 전류도 작아저서 검출되지 않는 경우가 있을 수 있다. 이것을 이용하여, 스위치의 조작을 시작하고 나서 소정 시간의 사이에 전류가 검출되지 않으면, 회전자의 회전 속도가 소정치 이하라고 판별할 수 있다. 그리고, 예를 들면 회전 속도가 낮은 경우의 처리로 이행하는 등의 대책이 가능해진다.

문헌 2에 나타낸 프리 런 기동법에서는, 전류의 진폭이나 위상을 이용한 연산에 의해 유기 전압 내지 회전자의 정보를 얻는데 대해, 본원에 나타낸 수단에서는, 전류의 유무만을 판정함에 의해 필요한 정보를 얻을 수 있기 때문에, 알고리즘이 단순하고, 또한 전류 검출 오차의 영향을 보다 받기 어렵다는 특징적 장점이 있다.

이상의 설명에서는, 주로 회전기를 이용한 경우에 관해 기술하였지만, 회전기 대신에 리니어 모터를 이용한 경우에도 본원에 개시한 기술을 마찬가지로 적용할 수 있다. 이것은, 회전기와 리니어 모터의 전기적 유사성을 감안하면 명확하게 할 수 있다.

또한, 주로 3상의 경우에 관해 기술하였지만, 본원에 개시한 기술은 임의의 다상 교류 전동기용 전력 변환장치에 마찬가지로 적용할 수 있다.

또한, 유기 전압 파형이 3상 평형 정현파인 것으로 하여 설명하였지만, 다소의 고조파가 함유되거나, 또는 3상 유기 전압에 실질적으로 존재하는 위상 어긋남이 있다고 하더라도, 본원에 있어서의 본질에는 영향은 없고, 마찬가지로 기술 적 용이 가능하다.

또한, 상기한 기술이 전동기를 동력원으로 하는 경우에도 발전기로서 이용하는 경우에도 마찬가지로 적용 가능한 것은 말할 필요도 없다.

또한, 회전자 또는 가동자가 위치 센서, 또는 전동기의 단자 전압의 센서를 갖는 장치에 있어서도, 그것들로부터 얻어지는 정보를 이용하지 않고 본원에 개시한 기술을 적용하는 것도 당연히 가능하다. 이와 같은 것은, 예를 들면 센서가 고장난 경우의 백업용의 기술로서 실시되는 것이 생각된다.

또한, 이상의 설명에서는 권선을 단락한다고 기술하였지만, 실제로는 스위칭 소자에도 변환기와 전동기를 접속하는 케이블에도 전압 강하가 있다. 단, 그 전압 강하는 모터의 전기 정수에 비해 작으며, 실질적으로는 단락 상태로 간주할 수 있다. 또한, 이와 같은 작은 전압 강하도 회로 거동의 해석을 고려하면, 더욱 고정밀도의 회전자 위치 추정이 가능하게 된다.

또한, 인버터와 모터와의 사이에 필터 등의 수동 소자를 삽입한 경우에도, 그 임피던스를 고려하면, 이상에 나타낸 수법을 요지에 변경 없이 이용할 수 있다.

Claims (11)

1. 다상(多相) 교류 전동기를 운전하는 전력 변환기와, 상기 전력 변환기를 구성하는 스위칭 소자에 대한 온·오프 신호를 생성하여 출력하는 제어부를 구비한 교류 전동기용 전력 변환장치에 있어서,

   상기 제어부는,

   상기 전동기의 다상 중 복수상의 권선으로 이루어지는 그룹을 적어도 하나 설정하고, 상기 전동기의 공전시에, 상기 스위칭 소자를 동작시켜 상기 각 그룹에 대해 순번대로 해당 그룹에 속하는 상의 권선을 실질적으로 단락하고, 단락시에 흐르는 전류에 의거하여 상기 전동기의 회전자 또는 가동자의 위치를 추정하여 상기 전력 변환기를 기동하는 것을 특징으로 하는 교류 전동기용 전력 변환장치.
2. 다상 교류 전동기를 운전하는 전력 변환기와, 상기 전력 변환기를 구성하는 스위칭 소자에 대한 온·오프 신호를 생성하여 출력하는 제어부를 구비한 교류 전동기용 전력 변환장치에 있어서,

   상기 스위칭 소자는 복수의 자기 소호형 스위칭 소자에 다이오드를 각각 역병렬 접속하여 구성되고,

   상기 제어부는,

   상기 전동기의 공전시에 상기 스위칭 소자 중 하나에 온 신호를 부여한 경우의 전류 통류의 유무 및 전류가 흐르는 상의 정보에 의거하여 상기 전동기의 회전 자 또는 가동자의 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 교류 전동기용 전력 변환장치.
3. 다상 교류 전동기를 운전하는 전력 변환기와, 상기 전력 변환기를 구성하는 스위칭 소자에 대한 온·오프 신호를 생성하여 출력하는 제어부를 구비한 교류 전동기용 전력 변환장치에 있어서,

   상기 스위칭 소자는 복수의 자기 소호형 스위칭 소자에 다이오드를 각각 역병렬 접속하여 구성되고,

   상기 제어부는,

   상기 전동기의 공전시에 상기 스위칭 소자 중 제 1 스위칭 소자에 온 신호를 부여하고, 이 때 상기 다이오드의 작용에 의해 전류가 통류하지 않는 경우에는 통류할 때까지 상기 온 신호를 계속 또는 단속하고, 전류가 통류하면, 전류가 흐른 상의 정보에 의거하여 상기 전동기의 회전자 또는 가동자의 제 1 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 교류 전동기용 전력 변환장치.
4. 제 3항에 있어서,

   전류 통류를 검출한 시각을 기록한 후, 전력 변환기의 모든 스위칭 소자를 오프하고, 새롭게 제 2 스위칭 소자에 온 신호를 계속 또는 단속하여 부여하고, 전류가 무통류의 상태로부터 통류의 상태로 이행되면, 전류가 흐른 상의 정보에 의거하여 상기 전동기의 회전자 또는 가동자의 제 2 위치를 추정함과 함께 해당 전류 통류를 검출한 시각을 기록하고,

   얻어진 제 1 및 제 2 각각의 전류 검출의 시각 및 회전자 또는 가동자의 위치로부터, 회전자 또는 가동자의 속도를 도출하는 것을 특징으로 하는 교류 전동기용 전력 변환장치.
5. 제 3항에 있어서,

   전류 통류를 검출한 시각을 기록한 후, 전력 변환기의 모든 스위칭 소자를 오프하고, 새롭게 제 2 스위칭 소자에 온 신호를 부여하며, 그 직후의 전류 통류의 유무에 의해 회전자의 회전 방향을 특정하는 것을 특징으로 하는 교류 전동기용 전력 변환장치.
6. 직류 전압 성분을 갖는 직류 전압부와, 적어도 2개의 스위칭 소자를 직렬로 접속하여 이루어지고 그 양단이 상기 직류 전압부에 병렬 접속된 n개의 아암부를 구비한 n상 인버터와,

   상기 n상 인버터의 상기 n개의 아암부에 있어서의 스위칭 소자 끼리의 접속부에 단자가 접속되는 계자장착 n상 전동기로 이루어지는 전동기 구동 시스템에 있어서,

   상기 각 아암부에 있어서 상기 전동기의 단자의 접속점보다도 상기 직류 전압부의 정극측에 있는 스위칭 소자군을 상측 아암, 부극측에 있는 스위칭 소자군을 하측 아암이라고 한 경우, 모든 상측 아암과 모든 하측 아암의 적어도 한쪽에 있어 서 1상의 스위칭 소자군에만 전류가 흐르고 있는 상태에 있어서, 직류 전압부와 스위칭 소자군 사이의 전류(직류 입력 전류)를 검출하고, 그 검출치에 의거하여 상기 전동기의 회전자 또는 가동자의 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
7. 직류 전압 성분을 갖는 직류 전압부와, 적어도 2개의 스위칭 소자를 직렬로 접속하여 이루어지고 그 양단이 상기 직류 전압부에 병렬 접속된 n개의 아암부를 구비한 n상 인버터와,

   상기 n상 인버터의 상기 n개의 아암부에 있어서의 스위칭 소자 끼리의 접속부에 단자가 접속되는 계자장착 n상 전동기로 이루어지는 전동기 구동 시스템에 있어서,

   상기 스위칭 소자는 자기 소호형 스위칭 소자에 다이오드를 병렬 접속하여 구성되어 있고,

   상기 인버터에 있어서의 스위칭 소자 중 하나에 온 신호, 오프 신호를 적어도 1회씩 부여한 경우, 직류 전압부와 스위칭 소자군 사이의 전류, 즉 직류 입력 전류에 의거하여 상기 전동기의 회전자 또는 가동자의 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
8. 제 7항에 있어서,

   스위칭 소자 중 하나에 온 신호, 오프 신호를 교대로 반복하여 부여하고, 각 오프 신호를 부여하고 있는 기간 중에 직류 입력 전류를 검출하고, 그 검출치가 제 로로부터 제로가 아닌 값으로 변화한 경우에, 상기 전동기의 회전자 또는 가동자가 소정 위치를 통과하였다고 판정하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
9. 직류 전압 성분을 갖는 직류 전압부와, 적어도 2개의 스위칭 소자를 직렬로 접속하여 이루어지고 그 양단이 상기 직류 전압부에 병렬 접속된 n개의 아암부와, 상기 각 아암부에 있어서의 스위칭 소자 끼리의 접속부 1점과 상기 직류 전압부의 정극 및 부극 각각과의 사이에, 상기 직류 전압부의 직류 전압을 저지하는 극성으로 다이오드를 접속하여 이루어지는 n상 인버터와,

   상기 n상 인버터의 상기 n개의 아암부에 있어서의 상기 다이오드가 접속된 점에 단자가 접속되는 계자장착 n상 전동기로 이루어지는 전동기 구동 시스템에 있어서,

   상기 각 아암부에 있어서 상기 전동기 단자의 접속점보다도 상기 직류 전압부의 정극측에 있는 스위칭 소자군을 상측 아암, 부극측에 있는 스위칭 소자군을 하측 아암이라고 한 경우,

   상기 인버터에 있어서의 상측 아암 내지 하측 아암 중 하나에 온 신호를 부여한 경우, 해당 아암과 직류 전압부와의 사이의 전류에 의거하여 상기 전동기의 회전자 또는 가동자의 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
10. 제 9항에 있어서,

    상측 아암 내지 하측 아암 중 하나에 온 신호를 연속 또는 단속하여 부여하 고, 온 신호를 부여하고 있는 동안의 해당 아암과 직류 전압부 사이의 전류가 제로로부터 제로가 아닌 값으로 변화한 경우에, 상기 전동기의 회전자 또는 가동자가 소정 위치를 통과하였다고 판정하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
11. 제 3항, 제 7항 및 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,

    스위칭 소자의 온 상태의 계속 또는 단속, 또는 온·오프의 반복을 소정 기간 반복하여도 전류 통류를 검출하지 않는 경우에는, 회전자의 속도가 소정치 이하라고 판정하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.

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