TWI650929B - 電動機系統 - Google Patents

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日商日立產機系統股份有限公司
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Abstract

本發明之目的在於提供一種於無磁極位置感測器之利用換流器驅動之同步電動機中容易檢測失步之電動機系統。 為了達成上述目的，本發明係一種電動機系統，其具備：同步電動機；換流器，其具有驅動同步電動機之電力轉換裝置；及負載，其連接於同步電動機；且該電動機系統構成為，基於電力轉換裝置內之直流電壓而判定同步電動機之失步。

Description

電動機系統
本發明係關於一種控制包含PM(Permanent Magnet，永磁)馬達之同步電動機之換流器之控制方法及電動機系統。
以往，主要使用感應電動機作為機械裝置之驅動源，但目前，就節能、高效率之觀點而言，採用使用永久磁石之同步電動機。於同步電動機之中不具備磁極位置感測器之電動機不存在磁極位置感測器之故障之虞，又，具有經濟地抑制成本之優點。
另一方面，於無磁極位置感測器之同步電動機(之後，省略為電動機)之情形時，有如下擔憂，即產生控制電動機之換流器辨識之轉速與實際之電動機軸之轉速不一致之稱為失步之現象，導致電動機軸不旋轉，成為不工作之狀態。
例如，根據日本專利特開2012-60781號公報(專利文獻1)，藉由電動機之軸誤差之推定運算，能夠進行電動機之旋轉狀態之異常偵測。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2012-60781號公報
然而，即便於失步之狀態下，於電動機中亦流通感應電壓量之電 流，亦存在該電流值無法與正常旋轉狀態下之電流值區分之情況。因此，於在專利文獻1中記載之自電壓指令值與電流檢測值推定軸誤差之方法中，亦存在未必能夠準確檢測失步之情況。
因此，於本發明中，目的在於藉由利用用途負載之特性而容易地進行失步之檢測，視需要重新啟動電動機，藉此穩定地驅動負載。
為了解決上述課題，本發明列舉其一例，為一種電動機系統，其具備：同步電動機；換流器，其具有驅動同步電動機之電力轉換裝置；及負載，其連接於同步電動機；且該電動機系統構成為，基於電力轉換裝置內之直流電壓而判定同步電動機之失步。
根據本發明，可提供一種能夠容易地進行失步之檢測之電動機系統。
10‧‧‧泵
11‧‧‧壓力檢測機構
20‧‧‧電動機
30‧‧‧換流器
31‧‧‧交流-直流轉換部
32‧‧‧直流-交流轉換部
33‧‧‧信號輸入部
34‧‧‧運算處理部
35‧‧‧記憶部
40‧‧‧壓縮機本體
50‧‧‧控制部
60‧‧‧I/F
70‧‧‧網絡
圖1係實施例1中之電動機系統之整體構成圖。
圖2係實施例1中之換流器之內部之構成圖。
圖3(A)、(B)係記憶於實施例1中之記憶部之揮發性記憶體之內容與非揮發性記憶體的內容。
圖4係實施例1之泵之固定速度運轉中之控制流程。
圖5係實施例1中之直流電壓變化相對於轉速變化之說明圖。
圖6係實施例1中之失步判定功能之選擇確認處理之控制流程。
圖7係實施例1中之異常時處理之控制流程。
圖8係實施例2之泵之固定速度運轉中之控制流程。
圖9係實施例2中之直流電壓變化相對於轉速變化之說明圖。
圖10係實施例3之泵之固定速度運轉中之控制流程。
圖11係實施例3中之直流電壓變化相對於轉速變化之說明圖。
圖12A係實施例4之泵之固定速度運轉中之控制流程的前半部分。
圖12B係實施例4之泵之固定速度運轉中之控制流程的後半部分。
圖13係實施例4中之負載電流變化相對於轉速變化之說明圖。
圖14係實施例4、5之平方減少負載中之負載電流與失步時之電流之關係的說明圖。
圖15係實施例5之定轉矩負載下之負載電流與失步時之電流之關係的說明圖。
圖16係實施例5之定輸出負載下之負載電流與失步時之電流之關係的說明圖。
圖17係實施例5中之利用正常時之負載電流與失步時之電流之差之失步檢測的控制流程。
圖18係實施例6中之系統之整體構成圖。
圖19係實施例6中之正常時之電壓與失步時之電壓之關係的說明圖。
圖20係實施例6中之失步檢測之控制流程。
以下，利用圖式對應用本發明之實施例進行說明。
[實施例1]
本實施例係於驅動負載中之同步電動機中，降低電動機之轉速時根據電力轉換裝置內之直流電壓之變化而檢測失步者。於轉速之變化為特定值以上之情形時，確認電力轉換裝置內之直流電壓之變化，於其變化量不超 過特定值之情形時判斷為失步，藉由重新啟動電動機而再次開始正常之運轉。
首先，對本實施例中之裝置構成進行說明。圖1係本實施例中之具有將負載旋轉驅動之電動機、及控制電動機之換流器之電動機系統之整體構成圖。於圖1中，符號10表示泵，且利用由符號20表示之電動機驅動。進而，於電動機20連接有由符號30表示之換流器，藉由換流器30使輸出電流變化而使電動機20之轉速變化進行驅動。於利用自動供水裝置以成為供水壓力固定之方式進行自動運轉之情形時，於泵10之二次側配管設置由符號11表示之壓力檢測機構，檢測泵噴出側壓力。
圖2係本實施例中之換流器30之內部構成圖。於圖2中，於接受供給至換流器之電源之受電部連接由符號31表示之交流-直流轉換部，受電之交流電源轉換為直流電壓。利用由符號32表示之直流-交流轉換部將該直流電壓再轉換為由以符號34表示之運算處理部所指示之頻率的交流電源。此處，將交流-直流轉換部31與直流-交流轉換部32合稱為電力轉換裝置。於變更負載之轉速之情形時，將信號輸入至由符號33表示之信號輸入部。根據輸入之信號決定由運算處理部34輸出之頻率，並以產生該頻率之交流電源之方式向直流-交流轉換部32發出指示。將利用運算處理部34進行之運算所需之控制參數預先記憶於由符號35表示之記憶部中，運算處理部34視需要進行記憶部35之記憶內容之讀出、寫入。
其次，對記憶部35之記憶內容進行說明。圖3係記憶於本實施例中之記憶部35之揮發性記憶體之內容與非揮發性記憶體的內容。再者，於換流器內部不具有記憶部，而於換流器外部安裝記憶裝置來代替亦無妨。
於圖3(A)中，於揮發性記憶體之位址1000中，記錄開始失步判定時 之轉速(對電動機之指令轉速)HzN。於位址1001中，記錄開始失步判定時之電力轉換裝置之內部的直流電壓VN。位址1002、1003之控制參數於本實施例中不使用。於位址1004中，記憶用以確認失步之產生頻度之計時器之剩餘時間TN2。於位址1005中，記憶進行失步判定之結果為判定出異常之次數CN。於位址1006中，記憶於失步判定中判定正常/異常之直流電壓之變化量之基準值VDG。進行失步判定處理，於直流電壓之變化成為VDG以上之情形時判斷為正常，於變化量未達VDG之情形時判斷為失步。直流電壓係利用檢測部(未圖示)進行檢測。
於圖3(B)中，於非揮發性記憶體之位址2000中，預先記憶有於降低轉速之情形時判定是否進行失步判定處理之轉速減法判斷基準值HzDG。之後記述詳細內容，於轉速之減少量較小之情形時，電力轉換裝置內之直流電壓之增加量不大，難以進行失步之檢測，因此於所指示之轉速之減少量小於HzDG之情形時，不進行失步判定處理，於轉速之減少量為HzDG以上之情形時，進行失步判定處理。
於位址2001，預先記憶有自動設定失步判定基準值之情形時之轉速的減少量HDQ。於位址2002，預先記憶有失步判定時降低轉速時之其降低之速度HDS。該速度越快，電力轉換裝置內之直流電壓之變化越大。位址2003至位址2008之控制參數於本實施例中未使用，故而省略說明。於位址2009中，預先記憶有用以確認失步之產生頻度之計時器之設定時間TM2。
於位址2010，預先記憶有選擇失步判定功能之執行與否之參數SLD。於用戶將SLD設定為0之情形時，不進行失步判定處理，於用戶將SLD設定為1之情形時，於條件成立之時間點執行失步判定處理。於位址 2011，預先記憶有失步判定時之判定基準值之設定方法DGS。於用戶將DGS設定為1之情形時，將預先記憶於位址3001之MTT作為判定基準值VDG。於用戶將DGS設定為2之情形時，以位址4001至位址4003之設定值為基礎，根據位址5001至位址500N之資料表算出失步判定基準值，作為判定基準值VDG。於用戶將DGS設定為3之情形時，將預先記憶於位址6000之自動算出(自動調整)失步判定基準值之結果之ATT作為判定基準值VDG。
於位址7001，預先記憶有於藉由失步判定處理判斷出異常之次數CN達到預先記憶於位址7002之次數ALE之情形時選擇是否輸出故障信號的參數SLA。於位址8001，預先記憶有於藉由失步判定處理判斷出異常之情形時選擇是否允許電動機之重新起動的參數SLR。於位址8002，預先記憶有自動重新起動之允許上限次數RSE，於藉由失步判定處理判斷出異常之次數CN超過RSE之情形時，不允許電動機之重新起動，使電動機保持停止。
於位址9001，預先記憶有於利用自動供水裝置以成為供水壓力固定之方式進行自動運轉之情形時設為目標供水壓力值HS，以設置於泵10之二次側配管之壓力檢測機構11之檢測值與HS一致之方式自動控制轉速。
其次，對本實施例中之控制流程進行說明。圖4係以固定之速度(轉速、頻率)運轉泵之情形之本實施例中的控制流程。
於圖4中，於在101步驟中開始運轉後，於102步驟中，進行失步判定功能之選擇確認處理。若於在104步驟中達到指定之HzN之轉速之後，於120步驟中進行減速之指示，則利用信號輸入部33處理信號。
此時，於121步驟中，將減速幅度，即與減速時之轉速HDL相對於當 前運轉中之轉速之差與預先記憶於非揮發性記憶體位址2000之HzDG進行比較，於減速幅度小於HzDG之情形時，或於102步驟之失步判定功能之選擇確認處理之中未選擇失步判定功能之執行的情形時，不進行155步驟以下之失步檢測處理，而於122步驟中，於運算處理部34中對直流-交流轉換部32進行用以變更輸出頻率之指示，並返回至104步驟。
於減速幅度為HzDG以上之情形時，於155步驟中，將電力轉換裝置內之交流-直流轉換部31與直流-交流轉換部32之間之直流電壓VN作為VN而記憶於揮發性記憶體位址1001。其後，於156步驟中，於運算處理部34中對直流-交流轉換部32進行用以變更輸出頻率之指示，並於157步驟中，確認剛減速後之直流電壓。
於圖5中，示出直流電壓變化相對於轉速變化之說明圖。如圖5所示，於以減速前之轉速HzN運轉之時刻T1至結束減速之時刻T2之間，直流電壓自VN上升。圖4之155步驟對應於時刻T1，156步驟對應於時刻T1至時刻T2之時間，157步驟對應於時刻T2。此處，尤其於風扇用途等之慣性力矩較大之負載之情形時，該上升量較大。上升量係根據負載之慣性力矩與減速量、減速之速度而變化。
於在圖4之158步驟中，自剛減速後之直流電壓減去VN之結果大於預先記憶於揮發性記憶體位址1006之VDG的情形時，觀察到再生能量引起之直流電壓上升，因此，於160步驟中判斷為正常，返回至104步驟。
於在158步驟中，自剛減速後之直流電壓減去VN之結果為VDG以下之情形時，判斷為因失步而未獲得再生能量，進行170步驟之異常時處理，且進行重新起動處理後，於180步驟中使泵重新起動，返回至104步驟。
其次，對圖4之102步驟之失步判定功能之選擇確認處理進行說明。圖6係102步驟之失步判定功能之選擇確認處理之詳細內容。於圖6中，於201步驟中，確認預先記憶於非揮發性記憶體位址2010之選擇失步判定功能之執行與否之參數SLD，將SLD設定為0之情形時，於202步驟中設為無選擇而不進行失步判定處理，進展至圖4之104步驟。於將SLD設定為1之情形時，於203步驟中設為有選擇，繼而於204步驟中確認判定基準值之設定方法。
於204步驟中，確認預先記憶於非揮發性記憶體位址2011之判定基準值之設定方法DGS，於將DGS設定為1之情形時，於205步驟中將判定基準值設為手動設定，讀出預先記憶於位址3001之手動設定值MTT，作為判定基準值而記憶為揮發性記憶體位址1006之VDG，並進展至圖4之104步驟。
於在204步驟中，將DGS設定為2之情形時，於210步驟中，選擇負載類別。於210步驟中，確認預先設定於非揮發性記憶體位址4001之負載類別RDM，於設定1之情形時，於211步驟中，將預先記憶於位址5001之與負載類別1對應之判定常數RD1作為常數RD。於將RDM設定為2之情形時，於212步驟中，將預先記憶於位址5002之與負載類別2對應之判定常數RD2作為常數RD。同樣地，於將RDM設定為N之情形時，於21N步驟中，將預先記憶於位址500N之與負載類別N對應之判定常數RDN作為常數RD。此處，RD作為包含慣性力矩或額定轉速等負載用途特有之特性之常數。進而，於220步驟中，確認預先記憶於非揮發性記憶體位址4004之電動機之額定電流值KWA，於221步驟中，確認預先記憶於位址4003之電動機之額定輸出電壓VLT。於222步驟中，自常數RD、電容KW、電壓 VLT利用下述式1：VDG=F(RD、KWA、VLT) 式1
且藉由符合連帶負載用途之特性而製成之換算式求出判定基準值VDG，並作為判定基準值而記憶為揮發性記憶體位址1006之VDG，進展至圖4之104步驟。
於在204步驟中，將DGS設定為3之情形時，於在231步驟中，達到指定之速度後，於232步驟中，將電力轉換裝置內之交流-直流轉換部31與直流-交流轉換部32之間之直流電壓VN作為VN而記憶於揮發性記憶體位址1001。於233步驟中，於運算處理部34中對直流-交流轉換部32進行用以將輸出頻率降低HDQ之指示，於234步驟中，確認剛減速後之直流電壓。於235步驟中，將此時之直流電壓變化之一半作為自動設定之判定基準值ATT而記憶於非揮發性記憶體位址6000，於236步驟中，將ATT作為判定基準值而記憶為揮發性記憶體位址1006之VDG，將指定速度恢復至判定開始前之速度，並進展至104步驟。
關於步驟231至235步驟，即便未於每次失步判定功能之選擇確認處理時進行確認，於非揮發性記憶體位址6000已記憶有0以外之值作為自動設定值ATT之情形時，於236步驟中，將ATT作為判定基準值而記憶為揮發性記憶體位址1006之VDG，並進展至104步驟便可。
如上所述，直流電壓之上升量除了根據負載之慣性力矩以外，亦根據減速量、減速之速度而變化，因此，對判定基準值亦考慮減速量、減速之速度，亦可如下述式2般作為判定基準值VDG'而設為：VDG'=VDG×(減速量)×(減速之速度) 式2
但於本實施例中，作為進行失步判定之條件，設置有於運轉中為固 定之減速量以上，進而，失步時直流電壓不上升，因此，即便為不考慮減速量或減速之速度之判定基準值VDG，亦能夠於運轉中存在判定所需之減速量時，充分地進行失步判定。
其次，對圖4之170步驟之異常時處理進行說明。圖7係170步驟之異常時處理之詳細內容。於圖7中，於在300步驟中，判斷出異常(失步)後，於301步驟中，更新當前之失步檢測次數，對揮發性記憶體位址1005之記憶值加上1，於302步驟中，使泵停止。於303步驟中，確認預先記憶於非揮發性記憶體位址7001之選擇故障信號之輸出與否之參數SLA，於將SLA設定為0之情形時，於306步驟中，設為不輸出故障信號，而進展至307步驟。於將SLA設定為1之情形時，於304步驟中，對預先記憶於非揮發性記憶體位址7002之開始輸出故障信號之失步檢測次數ALE與記憶於揮發性記憶體位址1005之當前的失步檢測次數CN進行比較，於ALE為CN以上之情形時，於305步驟中，輸出故障信號。於ALE未達CN之情形時，於306步驟中，設為不輸出故障信號，而進展至307步驟。
於307步驟中，確認重新起動之允許。重新起動允許之條件理想為根據失步之次數或頻度、或機器之特性或使用用途而改變。確認預先記憶於非揮發性記憶體位址8001之選擇自動重新起動之允許之參數SLR，於允許重新起動之情形時，進展至308步驟，於不允許之情形時，進展至309步驟。於308步驟中，對預先記憶於非揮發性記憶體位址8002之自動重新起動之允許上限次數RSE與記憶於揮發性記憶體位址1005之當前的失步檢測次數CN進行比較，於RSE為CN以下之情形時，進展至圖4之180步驟，於RSE超過CN之情形時，進展至309步驟。於309步驟中，等待藉由手動操作輸入重設指示，不使之重新啟動直至輸入重設指示為止。於輸入重設指 示後，進展至圖4之180步驟，開始運轉。
於對重新起動允許之條件增加頻度之情形時，於檢測失步之時間點，將預先記憶於非揮發性記憶體位址2009之失步頻度之確認用計時器TM2之設定值記憶為揮發性記憶體位址1004的計時器2剩餘時間TN2，並將TN2倒計時。只要增加於在TN2變為0之前，再次檢測出失步之情形時，不允許重新啟動之條件即可。
以上，對進行固定速度運轉之情形之控制流程進行了說明，但亦可應用於利用自動供水裝置以成為供水壓力固定之方式進行自動運轉之情形。即，若檢測噴出側壓力之下降，則於圖4之101步驟中，開始運轉，於102、103之步驟之處理後，於在104步驟中，達到指定之HzN之轉速之後，判斷壓力檢測機構11檢測出之噴出側壓力是否低於預先記憶於非揮發性記憶體位址9001之目標壓力HS，於噴出側壓力低於目標壓力HS之情形時，以如下方式進行控制，即進行加速之指示，於信號輸入部33中處理信號，於運算處理部34中對直流-交流轉換部32進行用以變更輸出頻率之指示，並返回至104步驟。又，於相反地噴出側壓力高於目標壓力HS之情形時，以於圖4之120步驟中進行減速之指示之方式進行處理，以下，只要進行圖4之121步驟之後之處理步驟即可。
如上所述，本實施例係以如下方式構成，即一種換流器，其控制將負載旋轉驅動之同步電動機，且具有：運算處理部，其決定同步電動機之轉速；記憶部，其記憶利用運算處理部進行之運算所需之控制參數；及電力轉換裝置，其將驅動電流供給至同步電動機之電樞；而且於運算處理部中，於同步電動機之運轉中使轉速變化，當電力轉換裝置內之直流電壓之變化量為特定值以下時判定為失步。
又，一種同步電動機系統，其具有將負載旋轉驅動之同步電動機、及控制同步電動機之換流器，且換流器設為上述構成。
又，於同步電動機之轉速之變化量為特定值以上之情形時進行失步之判定。
藉此，於產生失步，成為負載不進行旋轉驅動而不工作之狀態之情形時，藉由檢測其狀態並快速地重新啟動電動機，而能夠驅動負載繼續工作。
[實施例2]
本實施例係於驅動負載中之同步電動機中，以固定之週期刻意使轉速變化，根據降低電動機之轉速時之電力轉換裝置內之直流電壓之變化而檢測失步者。於電力轉換裝置內之直流電壓之變化量不超過特定值的情形時，判斷為失步，藉由重新啟動電動機而再次開始正常之運轉。
本實施例中之裝置構成與實施例1之圖1、圖2相同。
又，關於記憶部35之記憶內容，於圖3(A)中，於揮發性記憶體之位址1003，記憶設定進行失步判定處理之週期之計時器之剩餘計數時間TN1。於非揮發性記憶體之位址2001，預先記憶有自動設定失步判定基準值之情形，或失步判定時使轉速減少之減少量HDQ。於位址2002，預先記憶有失步判定時降低轉速之其降低之速度HDS。於位址2003，預先記憶有失步判定時使轉速增加之增加量HAQ。於位址2004，預先記憶有失步判定時提高轉速之其提高之速度HAS。於位址2008，預先記憶有進行失步判定處理之週期TM1。其他使用之揮發性記憶體、非揮發性記憶體之內容與實施例1相同，因此省略說明。
其次，對本實施例中之控制流程進行說明。圖8係以固定之速度(固 定之轉速、固定頻率)運轉泵之情形之本實施例中的控制流程。
於圖8中，於在101步驟中開始運轉後，於102步驟中，進行失步判定功能之選擇確認處理。失步判定功能之選擇確認處理與實施例1相同，於圖6中已經說明，因此，省略其說明。於失步判定功能之選擇確認處理之後，於103步驟中，將預先記憶於非揮發性記憶體位址2008之失步判定之週期用計時器TM1之設定值記憶為揮發性記憶體位址1003之計時器1剩餘時間TN1，開始TN1之倒計時。於在104步驟中達到指定之HzN之轉速後，於在130步驟中，未選擇失步判定功能之情形或計時器TN1之計數未結束之情形時，等待計時器TN1之計數結束，於選擇失步判定功能且計時器TN1之計數結束之情形時，於140步驟中，將電力轉換裝置內之交流-直流轉換部31與直流-交流轉換部32之間之直流電壓VN作為VN而記憶於揮發性記憶體位址1001。其後，於141步驟中，於運算處理部34中對直流-交流轉換部32進行用以將輸出頻率變更為對記憶於揮發性記憶體位址1000之轉速HzN增加判定時之轉速加法運算量HAQ所得之值的指示，並以判定時之轉速加法運算速度HAS之速度變更指令轉速。於142步驟中，於運算處理部34中對直流-交流轉換部32進行用以將輸出頻率恢復至HzN之指示，並以判定時之轉速減法運算速度HDS之速度變更指令轉速。於144步驟中，確認剛減速後之直流電壓。
於圖9中，示出本實施例中之直流電壓變化相對於轉速變化之說明圖。如圖9所示，於以對減速前之HzN增加HAQ所得之轉速運轉之時刻T3至結束減速之時刻T4之間，直流電壓自VN上升。圖8之140步驟對應於時刻T1，141步驟對應於時刻T1至時刻T2之時間，142步驟對應於時刻T3至時刻T4之時間，144步驟對應於時刻T4。
於在圖8之145步驟中，自剛減速後之直流電壓減去VN之結果大於預先記憶於揮發性記憶體位址1006之VDG的情形時，觀察到再生能量引起之直流電壓上升，因此，於160步驟中，判斷為正常，於181步驟中，重新開始計時器之計數，並返回至104步驟。
於在145步驟中，自剛減速後之直流電壓減去VN之結果為VDG以下之情形時，判斷為因失步而未獲得再生能量，進行170步驟之異常時處理，進行重新起動處理，之後於180步驟中，使泵重新起動，於181步驟中，重新開始計時器之計數，並返回至104步驟。170步驟之異常時處理與實施例1相同，於圖7中已經說明，因此省略其說明。
本實施例與實施例1相同地，直流電壓之上升值根據負載之慣性力矩而不同，因此，理想的是直流電壓判定基準值VDG、加法運算量HAQ、減法運算量HDQ或減法運算速度HDS根據負載而改變。
於本實施例中，即便為不改變一切旋轉速度之負載，亦能夠以利用計時器設定之固定之週期進行失步檢測，就該方面而言較為優異。
又，於本實施例中，以具有泵用途之平方減少轉矩特性之負載(之後，省略為平方減少負載)為例進行了說明，但未必限定於該負載。
以上，對進行固定速度運轉之情形之控制流程進行了說明，但亦可應用於利用自動供水裝置以成為供水壓力固定之方式進行自動運轉之情形。即，若檢測噴出側壓力之下降，則於圖8之101步驟中，開始運轉，於102、103、104之步驟之處理後，於在130步驟中，未選擇失步判定功能之情形或計時器TN1之計數未結束之情形時，進行先前之壓力固定控制。即，判斷壓力檢測機構11檢測出之噴出側壓力是否低於預先記憶於非揮發性記憶體位址9001之目標壓力HS。於噴出側壓力低於目標壓力HS之 情形時，進行加速之指示。若進行加速之指示，則以如下方式進行控制，即利用信號輸入部33處理信號，於運算處理部34中對直流-交流轉換部32進行用以變更輸出頻率之指示，並返回至104步驟。又。於相反地噴出側壓力高於目標壓力HS之情形時，進行減速之指示。若進行減速之指示，則以如下方式進行控制，即利用信號輸入部33處理信號，於運算處理部34中對直流-交流轉換部32進行用以變更輸出頻率之指示，並返回至104步驟。以下，只要進行與圖8之140步驟之後之泵固定速度運轉之情形相同的處理步驟即可。
如上所述，本實施例係藉由於提高同步電動機之轉速後，將其降低而進行失步之判定。
[實施例3]
於實施例2中，於計時器之計數結束後，首先提高轉速，然後恢復轉速，藉此根據直流電壓之上升判斷出失步與否。相對於此，於本實施例中，於計時器之計數結束後，首先降低轉速，判斷失步與否，然後於正常之情形時將轉速恢復至原狀。
圖10係表示以固定之速度(固定之轉速、固定頻率)運轉泵之情形之本實施例中的控制流程。
於圖10中，與圖8不同之步驟為設置步驟143代替步驟141、142之方面，又，設置有步驟161之方面，其他為與圖8相同之步驟，標註相同之符號，省略其說明。
於圖10中，於140步驟中，將電力轉換裝置內之交流-直流轉換部31與直流-交流轉換部32之間之直流電壓VN作為VN而記憶於揮發性記憶體位址1001。其後，於143步驟中，降低轉速，於144步驟中，確認剛減速 後之直流電壓。於在160步驟中判斷出正常之情形時，於161步驟中，於運算處理部34中對直流-交流轉換部32進行用以將輸出頻率恢復至HzN之指示，並以判定時之轉速加法運算速度HAS之速度變更指令轉速。
於圖11中，示出本實施例中之直流電壓變化相對於轉速變化之說明圖。於圖11中，圖10之140步驟對應於時刻T1，圖10之143步驟對應於時刻T1至時刻T2之時間，圖10之144步驟對應於時刻T2。
實施例2之特徵在於，於必須始終施加固定以上之壓力或流量之機器中，能夠一面確保所需之工作量，一面檢測失步。雖會暫時性地進行所需以上之輸出，但其量甚微，不擔心變得輸出過度。相對於此，本實施例之特徵在於，於壓力或流量不得超過固定值之機器中，能夠不超過限制而檢測失步。藉此，無因過度之壓力等而對二次側設備施加負擔之虞。
以上，對進行固定速度運轉之情形之控制流程進行了說明，但亦可應用於利用自動供水裝置以成為供水壓力固定之方式進行自動運轉之情形。即，若檢測出噴出側壓力下降，則於圖10之101步驟中開始運轉，於102、103、104之步驟之處理後，於130步驟中若未選擇失步判定功能之情形或計時器TN1之計數未結束之情形時，進行先前之壓力固定控制。即，判斷壓力檢測機構11檢測出之噴出側壓力是否低於預先記憶於非揮發性記憶體位址9001之目標壓力HS。於噴出側壓力低於目標壓力HS之情形時，進行加速之指示。若進行加速之指示，則以如下方式進行控制，即，以信號輸入部33處理信號，於運算處理部34中對直流-交流轉換部32進行用以變更輸出頻率之指示，返回至104步驟。又。於相反地噴出側壓力高於目標壓力HS之情形時，進行減速之指示。若進行減速之指示，則以如下方式進行控制，即，以信號輸入部33處理信號，於運算處理部34中 對直流-交流轉換部32進行用以變更輸出頻率之指示，返回至104步驟。以下，只要進行與圖10之140步驟之後之泵固定速度運轉之情形相同的處理步驟即可。
如上所述，本實施例係藉由於降低同步電動機之轉速後，將其提高而進行失步之判定。
[實施例4]
本實施例係於驅動負載中之同步電動機中，以固定之週期刻意使轉速變化，並將使電動機之轉速變化之前後之負載電流值與預先記憶之負載電流值進行比較，藉此檢測失步者。於負載電流值之實測值與記憶值之差超過特定值之情形時，判斷為失步，藉由重新啟動電動機而再次開始正常之運轉。
本實施例中之裝置構成與實施例1之圖1、圖2相同。又，省略記憶部35之記憶內容之已經說明之內容，僅對新穎事項進行說明。
於圖3(A)中，於揮發性記憶體之位址1002，記錄開始失步判定時之負載電流值AN。又，於圖3(B)中，於非揮發性記憶體之位址2005，預先記憶有失步判定時作為負載電流值之實測值與記憶值之誤差而容許之範圍ADQ。於位址2006，預先記憶有第1個判定條件(轉速)中之負載電流值ADG1。於位址2007，預先記憶有第2個判定條件(轉速)中之負載電流值ADG2。
其次，對本實施例中之控制流程進行說明。圖12係以固定之速度(固定之轉速、固定頻率)運轉泵之情形之本實施例中的控制流程。再者，圖12基於紙面之情況，分割為圖12A與圖12B，由符號A、B連接。以下之說明係將圖12A與圖12B統一作為圖12而進行說明。
於圖12中，於101步驟中，開始運轉，之後於102步驟中，進行失步判定功能之選擇確認處理。於在105步驟中達到指定之速度後，於106步驟中，將當前之電力轉換裝置內之直流-交流轉換部32之輸出側之電流值即二次側的負載電流值作為判定基準值ADG1而記憶於非揮發性記憶體位址2006。其後，於107步驟中，於運算處理部34中對直流-交流轉換部32進行用以降低輸出頻率HDQ之指示，於109步驟中，將電力轉換裝置內之直流-交流轉換部32之二次側之負載電流值作為判定基準值ADG2而記憶於非揮發性記憶體位址2007，於110步驟中，將指定速度恢復至判定開始前之速度。
關於步驟106至110步驟，即便未於每次運轉開始時進行確認，於非揮發性記憶體位址2006、位址2007已記憶有0以外之值作為判定基準值ADG1、ADG2之情形時，省略該等步驟，進展至111步驟便可。
於111步驟中，將預先記憶於非揮發性記憶體位址2008之失步判定之週期用計時器TM1之設定值記憶為揮發性記憶體位址1003號的計時器1剩餘時間TN1，並開始TN1之倒計時。於在112步驟中達到指定之速度後，於在130步驟中，未選擇失步判定功能之情形或計時器TN1之計數未結束之情形時，等待計時器TN1之計數結束，於選擇失步判定功能且計時器TN1之計數結束之情形時，於146步驟中，將當前之電力轉換裝置內之直流-交流轉換部32之二次側之負載電流值作為負載電流值AN而記憶於揮發性記憶體位址1002。
於147步驟中，比較AN與ADG1之值，於其差為預先記憶於非揮發性記憶體位址2005之失步判定時作為負載電流值之實測值與記憶值之誤差而容許之範圍ADQ以內的情形時，進展至148步驟，於超過ADQ之情形 時，進行170步驟之異常時處理，進行重新起動處理，之後於180步驟中，使泵重新起動，於181步驟中，重新開始計時器之計數，並返回至112步驟。
於圖13中，示出本實施例中之負載電流變化相對於轉速變化之說明圖。於圖13中，圖12之147步驟對應於時刻T1。
於圖12之148步驟中，於運算處理部34中對直流-交流轉換部32進行用以將輸出頻率降低HDQ之指示，於在150步驟中達到指定之速度後，於151步驟中，將電力轉換裝置內之直流-交流轉換部32之二次側之負載電流值作為負載電流值AN而記憶於揮發性記憶體位址1002。
於圖12之152步驟中，比較AN與ADG2之值，於其差為預先記憶於非揮發性記憶體位址2005之失步判定時作為負載電流值之實測值與記憶值之誤差而容許之範圍ADQ以內的情形時，於160步驟中，判斷為正常，於162步驟中，將指定速度恢復至判定開始前之速度。於181步驟中，重新開始計時器之計數，並返回至112步驟。於超過ADQ之情形時，進行170步驟之異常時處理，進行重新起動處理，之後於180步驟中，使泵重新起動，於181步驟中，重新開始計時器之計數，並返回至112步驟。152步驟對應於圖13之時刻T3。
再者，102步驟失步判定功能之選擇確認處理、及170步驟之異常時處理與實施例1相同，於圖6及圖7中已經說明，因此省略其說明。
圖14係平方減少負載之情形之正常電流與失步時之負載電流之關係的一例。如圖14所示，即便於失步之狀態下，於電動機中亦流通感應電壓量之電流，亦存在其電流值與正常旋轉狀態下之電流值同等之情況。因此，難以事前預測，並進行設定，但藉由使用本實施例，可明確正常旋轉 狀態之電流值與失步狀態下之電流值之差，簡易地檢測失步。
[實施例5]
本實施例係對如下例進行說明，即，於預先判斷出電動機之失步時僅因感應電壓而流通之電流與用途之正常負載時流通之電流之關係的情形時，可利用負載之特性判斷失步。
圖14係平方減少負載之情形之正常電流與失步時之負載電流的關係，於轉速N1下，相較於正常時之負載電流，失步時之電流更大，於轉速N2下，相較於正常時之負載電流，失步時之電流更小。又，於轉速N3下，正常時之負載電流與失步時之負載電流相同。此處，關於正常時之負載電流，例如於該平方減少負載為泵用途之情形時，負載電流之特性曲線根據泵之種類、電容或閥之開度等之設置現場之狀況而不同。又，關於失步時之電流，其特性根據永久磁石同步電動機之感應電壓或繞組電阻等而不同。因此，於泵等用途機器之種類、設置現場之負載狀況、同步電動機之種類不同之情形時，圖14之N1、N2、N3發生變化。
圖15係定轉矩負載之情形之正常電流與失步時之負載電流的關係。於轉速N4下，相較於正常時之負載電流，失步時之電流更小，於轉速N5下，相較於正常時之負載電流，失步時之電流更大。又，於轉速N6下，正常時之負載電流與失步時之負載電流相同。於用途機器之種類、設置現場之負載狀況、同步電動機之種類不同之情形時，圖15之N4、N5、N6發生變化。
圖16係定輸出負載之情形之正常電流與失步時之負載電流的關係。於轉速N7下，相較於正常時之負載電流，失步時之電流更小，於轉速N8下，相較於正常時之負載電流，失步時之電流更大。又，於轉速N9下， 正常時之負載電流與失步時之負載電流相同。於用途機器之種類、設置現場之負載狀況、同步電動機之種類不同之情形時，圖16之N7、N8、N9發生變化。
藉由利用圖14、圖15、圖16特性，能夠按照圖17之流程檢測失步。
圖17係利用正常時之負載電流與失步時之電流之差之失步檢測的控制流程。於圖17中，於在101步驟中開始運轉後，於102步驟中，進行失步判定功能之選擇確認，於201步驟中，藉由預先設定之負載特性之選擇辨別進行平方減少負載、定轉矩負載、定輸出負載之判定。其次，於202、203、204步驟中，根據判定出之負載特性進行失步時之電流與正常時之負載電流變得相等之速度(轉速、頻率)HzC的判定。
於202步驟之平方減少負載之情形時，例如於泵等中，若為確定閥之開度等之後，則HzC亦可設為固定值。又，亦可於運轉開始後之加速中根據轉速與電流之實測而測定HzC並保存。
於203步驟之定轉矩負載之情形時，例如若為壓縮機等，則由壓力決定HzC，因此，預先保持有額定壓力等特定壓力下之HzC之固定值，藉由僅於該壓力時進行判定而能夠檢測失步。或者亦可使用將壓力作為輸入變數之HzC之算出式。於該情形時，可藉由當前之壓力下之HzC進行常時失步之檢測。
於204步驟之定輸出負載之情形時，例如若為捲線機等，則亦可根據線種類將HzC設為固定值。或者亦可於運轉開始後之加速中自轉速與電流之實測測定HzC並保存。其後，於251、252步驟中，進行失步之判定。
於平方減少負載之251步驟之情形時，於當前之轉速HzN大於正常時之負載電流與失步時之負載電流變得相同之HzC，且當前之負載電流值 AN大於圖14中之失步時之電流值的情形時，判斷為正常，於小於之情形時，判斷為失步。實際之判定時，考慮檢測誤差等，使判定值具有固定程度之範圍。
於定轉矩負載與低輸出負載之252步驟中，於當前之轉速HzN大於正常時之負載電流與失步時之負載電流變得相同之HzC，且當前之負載電流值AN分別小於圖15、圖16中之失步時之電流值之情形時，判斷為正常，於大於之情形時，判斷為失步。於判斷出異常之情形時，進行170步驟之異常時處理。
[實施例6]
於本實施例中，對如下例進行說明，即與實施例5同樣地，於預先瞭解電動機之失步時僅因感應電壓而產生之電壓與正常運轉時產生之電壓之關係的情形時，能夠判斷失步。
於圖18中，示出作為系統構成之具體例而應用於壓縮機之例。電動機20與負載側之壓縮機本體40機械連接，壓縮機本體40自電動機20獲得動力並將空氣壓縮。換流器30接受來自控制部50之指令而控制電動機20。控制部50經由I/F(介面)60接收來自換流器30之資訊或來自壓縮機本體之資訊，並輸出各自所需之指令。作為動作之一例，控制部50接收自壓縮機本體40輸出之氣壓之值，與用戶期望之氣壓進行比較，將對換流器30輸出用以控制電動機20之頻率之值作為指令。
再者，於圖18中，示出I/F60經由網絡70與控制部50連接之例，但兩者亦可不經由網絡而連接。又，控制部50亦可不經由I/F60而直接與壓縮機本體40或換流器30連接。
圖19係負載電壓(輸出電壓)之正常時電壓與失步時電壓之關係。正常 時，根據負載之狀態，電壓值一般於高負載時大於低負載時，正常時電壓根據負載之狀態具有固定之範圍與轉速成比例地分佈。又。失步時，無法正常檢測轉矩電流或無負載電流，輸出電壓較正常時低。
於圖2中，檢測部(未圖示)檢測輸出電流，並將檢測出之輸出電流值輸送至運算處理部34。運算處理部34以輸出電流值為基礎計算輸出電壓值。利用該輸出電壓值與圖19中例示之特性，於正常時之電壓分佈與失步時之電壓之間設定與轉速成比例的臨限值電壓，藉此能夠進行失步之判定。
圖20表示實施失步檢測時之處理之流程。於換流器開始電動機之運轉(S101)後，於301步驟中，運算處理部算出該轉速下之輸出電壓。其次，於302步驟中，於運算處理部中判斷輸出電壓值為臨限值以上還是低於臨限值，若輸出電壓值低於臨限值，則判定為失步狀態，並進行異常時處理，若為臨限值以上，則判斷為正常，並繼續運轉。
作為異常時處理之例，想到自換流器30向控制部發送表示失步之信號。或者亦可於發送表示失步之信號後，自控制部接收自失步恢復之指令，基於該指令，停止電動機之運轉或於停止後實施重新起動之控制。又，亦可於控制部接收表示失步之信號後，於外部之顯示器顯示表示失步之圖標而引起用戶注意。
正常時之輸出電壓分佈係根據電動機常數或用途之負載之範圍而不同，因此，理想的是於其用途中，實測正常時之高負載時之輸出電壓與低負載時之輸出電壓，決定與轉速成比例之進行失步判定之臨限值。
再者，於上述實施例中，對利用直流電壓之失步檢測方法、利用正常負載電流與失步電流之差之失步檢測方法及利用正常負載電壓與失步電 壓之差的失步檢測方法進行了說明，但該等亦可合併使用。
以上，對實施例進行了說明，但本發明並不限定於上述實施例，包含各種變化例。例如，上述實施例係為了易於理解地說明本發明而進行詳細說明者，未必限定於具備說明之所有構成者。又，可將某實施例之構成之一部分替換至另一實施例之構成，又，亦可於某實施例之構成中增加另一實施例之構成。

Claims (7)

  1. 一種電動機系統，其具備：同步電動機；及驅動上述同步電動機之電力轉換裝置；且於上述同步電動機之運轉中，根據使上述同步電動機之轉速變化特定量而恢復至原來之值時的上述電力轉換裝置內部之直流電壓值或輸出電流值之變化量，來判定失步。
  2. 如請求項1之電動機系統，其中上述電力轉換裝置於上述同步電動機之運轉中使轉速變化，而上述直流電壓值之變化量為特定之值以下時判定為失步。
  3. 如請求項2之電動機系統，其中由上述電力轉換裝置予以變化之轉速之變化量為特定值以上。
  4. 如請求項1之電動機系統，其中上述電力轉換裝置於上述同步電動機之運轉中使轉速變化，而上述輸出電流值之變化量超過特定之值時判定為失步。
  5. 如請求項4之電動機系統，其中由上述電力轉換裝置予以變化之轉速之變化量為特定值以上。
  6. 一種電動機系統，其具備：同步電動機；及驅動上述同步電動機之電力轉換裝置；且上述電力轉換裝置係：若上述同步電動機之輸出電壓值未達臨限值則判定失步，上述臨限值係與轉速成比例者。
  7. 如請求項6之電動機系統，其中上述電力轉換裝置於判定為失步之情形時，使上述同步電動機停止。
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