WO2004025819A1

WO2004025819A1 - 誘導電動機の制御方法

Info

Publication number: WO2004025819A1
Application number: PCT/JP2003/010855
Authority: WO
Inventors: Yasuhisa Takamoto; Ichiro Ishida; Toshio Takano; Makoto Takashima
Original assignee: Fuji Electric Fa Components & Systems Co., Ltd.; Tsudakoma Kogyo Kabushiki Kaisha
Priority date: 2002-09-13
Filing date: 2003-08-27
Publication date: 2004-03-25
Also published as: AU2003261761A8; JPWO2004025819A1; CN1679227A; CN100373760C; EP1538735A1; KR20050083692A; AU2003261761A1

Abstract

　誘導電動機９の一次巻線へ給電する可変電圧可変周波数（ＶＶＶＦ）インバータ８は始動後、このインバータの出力電流を所定の電流制限値以下にしつつ、その出力電圧と出力周波数とを増大させ、前記出力周波数が所定の周波数設定値に達し、誘導電動機９の加速が完了した後、ＶＶＶＦインバータ８の出力電圧のみを所定の電圧設定値まで低下させ、その後、ＶＶＶＦインバータ８からの前記周波数設定値、電圧設定値に対応する交流電圧を誘導電動機９に供給し続けることにより､繊維機械などの起動、加速時に非常に大きな駆動トルクを必要とする誘導電動機に好適な該誘導電動機の制御方法とすることができる。

Description

誘導電動機の制御方法技術分野

この発明は、特に繊維機械など起動時に非常に大きな駆動トルクを必要とする産業機械の動力源として使用される誘導電動機の制御方法に関する。背景技術

従来、この種の誘導電動機の制御方法として、先ず、誘導電動機を商用翁源に接続して起動させ、該電動機がほぼ定常回転数に達した後に、この誘導電動機を商用電源から切り離し、その代わりに任意に周波数を設定可能な可変電圧可変周波数インパータの出力に接続するものがある。（例えば、特許文献 1参照。）

しかしながら、上記特許文献 1による誘導電動機の制御方法等を用いることの問題点について、図 9に示す従来の誘導電動機の制御方法の回路構成図に基づいて、以下に説明する。

すなわち、図 9において、 1は商用電源、、 2はインパータ主回路 2 1とインパータ制御回路 2 2とからなる可変電圧可変周波数 (VVV F ) インパータ、 3は電磁接触器 MC 1， MC 2からなる切替スィッチ回路、 4は誘導電動機、 5は誘導電動機 4で駆動される繊維機械などの負荷、 6は A Cリアクトル、 7 はシーケンス制御回路である。

この VVV Fインパータ 2はィンパータ制御回路 2 2の制御動作により商用電源 1の電圧位相と同期した位相の交流電圧が出力可能であり、以下に、図 9 に示した回路構成における誘導電動機 4の制御方法を説明する。

先ず、商用電源 1の電圧が確立している状態で、電磁接触器 MC 1 , MC 2 共に開路状態にある切替スィッチ回路 3へシーケンス制御回路 7から切替信号としての MC 1への投入指令が発せられ、電磁接触器 MC 1が閉路すると、商用電源 1力ら給電が開始された誘導電動機 4が負荷 5と共に始動し、やがて、商用電源 1の周波数に対応した回転数で誘導電動機 4が回転することで起動は完了する。

この MC 1への投入指令により VVV Fィンバータ 2も起動し、この VVV Fインバータ 2は許容最低周波数、許容最低電圧の出力電圧から商用霞原 1の定格周波数、定格電圧の出力電圧まで速やかに増大させる。

その後、ィンバータ制御回路 2 2では商用電源 1の何れカゝー相の電圧位相と、 V V V Fインパータ 2の出力電圧の前記商用電源 1に対応する相の電圧位相とを監視し、両者が例えば数サイクル一致した時点で、同期完了信号をシーケンス制御回路 7へ送出する。

次に、商用電源 1の周波数に対応した回転数で誘導電動機 4が起動完了した時点以後の前記同期完了信号により、シーケンス制御回路 7は切替信号としての MC 1への開路指令を発することにより電磁接触器 MC 1は開路し、若干のデッドタイム（例えば 1 0 m S〜2 O m S程度）の後、切替信号としての MC 2への閉路指令を発することにより電磁接触器 MC 2は閉路し、誘導電動機 4 への給電が商用電源 1から VVV Fインパータ 2に切り替わるが、このとき V VV Fインバータ 2から誘導電動機 4への経路に設置されている A Cリアクトル 6により VVV Fインパータ 2から誘導電動機 4への突入電流が抑制される。その後、 VVV Fインバータ 2は誘導電動機 4が要求する周波数、電圧の交流電圧に VVV Fインパータ 2の出力電圧を徐々に変更していくことで、負荷 5が稼働状態に入る。

〔特許文献 1〕

実開昭 6 1 - 9 0 8 7 7号公報（第 3— 8頁、第 1図）

〔発明が解決しょうとする課題〕図 9に示した従来の回路構成において、 VVV Fインパータ 2としては商用電源 1の交流電圧をダイォード整流器と平滑コンデンサで直流電圧に変換し、この直流電圧を交流電圧に変換するトランジスタとダイォードとの逆並列回路をブリッジ接続してなるインパータ主回路 2 1と、前記トランジスタを、例えば PWM制御によりオン，オフさせることでインバータ主回路 2 1から所望の周波数、電圧の交流電圧を出力させるための制御機能と、商用電源 1の位相と同期した位相の交流電圧が出力する制御機能とをィンバータ制御回路 2 2 に備える必要があり、その結果、この VVV Fインバータ 2は、単に所望の周波数、電圧の交流電圧を出力する汎用的な VVV Fインパータに比して、その回路構成が複雑である。また、切替スィッチ回路 3， A Cリアタトル 6、シーケンス制御回路 7などを必要とし、図 9に示した回路構成全体も複雑である。また、 A Cリアクトル 6により VVV Fインパータ 2から誘導電動機 4への突入電流が抑制されるが、このとき誘導電動機 4の回転数が変動し、この変動が負荷 5にとつて好ましくな!/、場合があつた。

さらに、先述の锥機械など起動時に非常に大きな駆動トルクを必要とする誘導電動機 4を商用電源 1からの給電により起動させるため、 V V V Fインパータ 2の動作責務が軽減される力誘導電動機 4の起動完了後の回転数が商用電源 1の周波数に依存するという難点があり、その結果、誘導電動機 4が要求する出力周波数が商用電源 1の周波数と異なる場合には、 VVV Fインパータ 2による給電が開始され、最終的に誘導電動機 4が要求する周波数の交流 flffi にする動作が必要となり、負荷 5が稼働状態になるのに時間を要することがあつた。

この発明の目的は、上述の種々の問題点を解消する誘導電動機の制御方法を提供することにある。発明の開示この第 1の発明の誘導電動機の制御方法は、先ず、一次卷線がスター接続の誘導電動機に許容最低周波数、許容最低電圧の交流電圧を出力している可変電圧可変周波数インバータから給電を開始して該電動機を始動させ、次に、該ィンバータは、その出力周波数と出力電圧とを増大させ、この出力周波数が予め定めた周波数設定値に達した後に、該インバータはその出力周波数を前記周波数設定値に保ちつつ、出力電圧のみを予め定めた電圧設定値まで低下させ、その後、該インパータは前記周波数設定値、電圧設定値に基づく交流電圧を前記誘導電動機に供給することを特徴とする。

また第 2の発明の誘導電動機の制御方法は、先ず、誘導電動機または該誘導電動機の負荷に連結されたプレーキが動作状態で、可変電圧可変周波数インパータから所定の周波数および振幅の交流電圧を出力させて前記誘導電動機に給電を開始することにより、該誘導電動機を励磁状態にし、次に、前記ブレーキに釈放指令が発せられたことにより該ブレーキがほぼ開放状態になったタイミングで、該インパータの出力周波数と出力電圧とを増大させ、この出力周波数が予め定めた周波数設定値に達した後に、該インパータはその出力周波数を前記周波数設定値に保ちつつ、出力電圧のみを予め定めた電圧設定値まで低下させ、その後、該インパータは前記周波数設定値、電圧設定値に基づく交流 ¾ を前記誘導電動機に供給することを特敫とする。

前記第 2の発明において、誘導電動機は、一次巻線がデルタ接続のものに限らず、スター接続のものであってもよい。

誘導電動機は、繊維機械、例えば織機の駆動（主軸駆動）に用いることができる。そして織機駆動用誘導電動機の場合、第 2の発明のようにブレーキが動作状態で予備励磁が行われる際には、織機起動時の誘導電動機の加速時の突入電流を抑制しつつ、誘導電動機を速やかに定常回転数に立ち上げることができる。しかも予備励磁期間におけるブレーキ作用により織機主軸は静止状態に保たれて、その後誘導電動機の始動に伴い行われる、箴打ち時の箴打ちトルクにばらつきが生じなくなる。この結果、予備励磁に際してブレーキ作用がないものに比べ、織段がより解消される。

前記したように、該ィンバータの出力周波数と出力電圧とを所定の増加率で増大させるに際し、好ましくは出力周波数を所定の増加率で経時的に増大される一方、出力電圧を予め定められる電圧一周波数比（V/F比）に従い、増大された周波数に対応する出力電圧を順次出力することにより徐々に増大させることができる。なお、増大の際に使用される電圧一周波数比（VZF比）は、始動終了時における周波数設定値（運転周波数設定値）と所定の電圧設定値（第 1の電圧設定値）とにより定められるものである。次の工程である、出力周波数を周波数設定値に維持しつつ出力電圧を低下させる際に用いられる mffi設定値（第 2の電圧設定値）は、誘導電動機の定常運転時に対応する電圧が出力されるように定められるのに対し、上記した所定の電圧設定値（第 1の電圧設定値）は、その電圧設定値（第 2の電圧設定値）よりも大きな値に定められている。

このため、出力周波数の増大により出力周波数が予め定められた周波数設定値（運転周波数設定値）に達したときには、出力電圧は、次工程の出力電圧を低下させる際に用いられる電圧設定値（第 2の電圧設定値）よりも高く力ゝっ適正な始動が可能な範囲に定められる所定の電圧設定値（第 1の電圧設定値）に達するように徐々に増大させることができる。また、周波数に対する増加率の設定については、経時的に一定の増加率に設定してもよいし、経時的に増加あるいは減少する増加率に設定してもよく、その増加態様については、連続的あるレ、は段階的に増加するように設定することもできる。

繊維機械、例えば織機では、織段防止のために織機回転数をより急峻に立ち上げるため、第 2の電圧設定値は、織機の定常運転に必要な定格電圧の近傍の値とされる。そのようにすれば、織機起動直後の箴打ち力不足に伴う織段を、前の工程による回転数の急峻な立ち上げにより防止できるとともに、その後次 'の工程による第 2の電圧設定値に低下させることにより、誘導電動機を過熱させることなく連続運転可能となる。特に、繊維機械、例えば織機駆動（主軸駆動）に用いられその始動に際し一次巻線がデルタ接続され、定常回転数に立ち上がった後にスター接続に切換えられて使用される電動機が用いられる場合、好ましくは、第 1の電圧設定値と第 2の電圧設定値は、 V" 3 ： 1の割合に設定することができる。なお、前記何れの場合においても、織機の始動時に誘導電動機の一次卷線には、一時的に過電圧給電されることになるが、その通電時間はごく短時間であるため、誘導電動機の温度上昇には大きく影響しない。

また、周波数設定値（運転周波数設定値）は、誘導電動機の設定回転数に対応して設定することができ、例えば、織機駆動（主軸駆動）に用いられるインパータに対して設定することにより、上記効果が得られるとともに織機回転数を容易に設定し変更することができる。

ィンパータ出力周波数と出力電圧とを所定の増加率でそれぞれ増大させるに際し、該ィンパータの出力電流を予め定めた上限値以下にすることもできる。インパータは出力電流を上限値以下に制限されるため、誘導電動機の始動時の突入電流に伴う織布工場内の電圧低下が抑えられ、多数の織機が配置される織布工場全体の電力設備容量が抑えられる。またィンパータの容量を従来に比べて小容量のものを採用することが可能となり、織機の製造コストをより低減できる。より好ましくは、インバータは、その出力電流を前記上限値以下にするために前記誘導電動機の出力トルクを制限する制御動作を行うことが好ましい。また、該インパータは、その出力周波数を保ちつつ、出力電圧のみを予め定めた設定値まで低下させる際に、その出力電圧を、直前の電圧から ®£設定値に切換え出力することにより実現してもよいし、経時的に一定あるいは変化する減少率で徐々に低下させるようにしてもよい。前記 2つのうちの後者によれば、出力電圧を低下させる際に、誘導電動機の出力軸に衝撃を発生しないためにより好ましい。なお、この減少率は、誘導電動機の二次時定数に基づく値に設定することができ、二次時定数の大小に応じて決定すればよい。

第 3の発明は前記第 1または第 2の発明の誘導電動機の制御方法において、ィンバータは出力電流を予め定めた上限値以下にしつつ、該ィンパータの出力周波数と出力電圧とを増大させる際に、前記誘導電動機のべクトル制御により誘導電動機のすべり補償と一次電圧補償とを行うことを特徴とする。

第 4の発明は前記第 1または第 2の発明の誘導電動機の制御方法において、該ィンパータの出力電流を予め定めた上限値以下にしつつ、該ィンパータの出力周波数と出力電圧とを増大させる際に、該ィンバータの出力電流を前記上限値以下にするために前記誘導電動機の出力トルクを制限する制御動作を行うことを特 ί敷とする。

第 5の発明は前記第 1または第 2の発明の誘導電動機の制御方法において、該ィンパータに設定する前記減少率は、前記誘導電動機の二次時定数に基づく値に設定することを特徴とする。

この発明は、一次卷線がデルタ接続の誘導電動機では、一次卷線がスター接続の誘導電動機に比して、可変電圧可変周波数 (VVV F) インパータから供給される交流電圧に対する該誘導電動機が出力する駆動トルクをより大きくできる（具体的には約 3倍）ことに着目し、また、この VVV Fインパータに備える出力電流制限機能を利用して、繊維機械など起動時に非常に大きな駆動トルクを必要とする負荷を駆動する前記誘導電動機を速やかに起動，加速させる動作と、この起動、加速を完了後には該誘導電動機を小さな駆動トルクで運転できることに着目して該 VVV Fィンパークの出力電圧のみを低下させる動作とを、汎用的な前記 VVV Fインパータにより、連続して行うようにしている。図面の簡単な説明

図 1は、この発明の第 1の実施の形態を示す回路構成図である。

図 2は、図 1の動作を説明する波形図である。図 3は、この発明の第 2の実施の形態を示す回路構成図である。

図 4は、図 3の部分詳細回路構成図である。

図 5は、図 3, 図 4の動作を説明する波形図である。

図 6は、図 3の部分詳細回路構成図である。

図 7は、第 2の実施の形態の他の形態を示す回路構成図である。

図 8は、図 4、図 5の他の動作を説明する波形図である。

図 9は、従来例を示す回路構成図である。

〔符号の説明〕

1…商用電源、 2—VVVFインバータ、 3…切替スィッチ回路、 4…誘導電動機、 5…負荷、 6 ACリアタトル、 7…シーケンス制御回路、 8 VV VFインパータ、 9…誘導電動機、 9 a…ブレーキ、 10…電磁接触器、 1 1 …投入回路、 12 VVVFインパータ、 13…回路遮断器、 21…インパータ主回路、 22…インパータ制御回路、 81…インバータ主回路、 8 l a…電流検出器、 82〜84…インバータ制御回路、 86…加減速演算器、 87…積分器、 88'"F_ V変難、 89…電圧指令演算器、 90 PWM演算器、 9 1—P— I演算器、 92…指令値制御回路、 93〜FZV変鶴、 94…座標変觸、 95…ベクトル演算器、 96…加算器、 97〜ー 1演算器、 98- 指令値制御回路。発明を実施するための最良の形態

図 1は、この発明の誘導電動機の制御方法の第 1の実施の形態を示す回路構成図であり、図 9に示した従来構成と同一機能を有するものには同一符号を付している。

すなわち図 1に示した回路構成では商用電源 1，負荷 5の他に、商用電源 1 の交流電圧をダイオード整流器と平滑コンデンサで直流電圧に変換し、この直流電圧を交流電圧に変換するトランジスタとダイォードとの逆並列回路をブリッジ接続してなるインバータ主回路 8 1と、このインパータ主回路 8 1の出力電流を検出するシャント抵抗などの電流検出器 8 1 aと、前記トランジスタを、例えば PWM制御によりオン，オフさせることでインバータ主回路 8 1から所望の周波数およぴ mffiの交流電圧を出力させるための制御機能と、電流検出器 8 1 aの検出値が予め定めた上限値（例えば、インパータ主回路 8 1の定格出力電流値の 1 5 0 %程度）を越えたときには、この上限値以下の出力電流にするためにインバータ主回路 8 1の出力電圧を絞り込む電流制限機能とを備えるィンパータ制御回路 8 2とからなる VVV Fィンバータ 8と、一次卷線がデルタ接続の誘導電動機 9と、電磁接触器 1 0と、電磁接触器 1 0の投入回路 1 1 とから構成されている。より詳しくは、インバータ 8の交流電圧が電磁開閉器 1 0を介して誘導電動機 9の一次卷線に給電されるように構成されている。また、投入回路 1 1からの投入指令信号が電磁開閉器 1 0及びインバータ 8にそれぞれ出力されており、電磁開閉器 1 0は、投入指令に応じてその開閉状態を切換えることができ、さらにィンパータ 8は投入指令が入力されることにより交流電圧の出力制御を行うことができる。

図 1に示した回路構成の動作を、図 2に示す波形図を参照しつつ、以下に説明する。

先ず、電磁接触器 1 0が開路しており、商用電源 1の電圧が確立している状態で、 V V V Fィンバータ 8を起動させ、ィンパータ制御回路 8 2の制御動作により、 VVV Fインパータ 8が予め定めた周波数および電圧（例えば、許容最低電圧，許容最低周波数）の交流電圧を出力した状態にする。

その後の時刻 t。で、投入回路 1 1力らの投入指令により電磁接触器 1 0を閉路させることにより、誘導電動機 9が始動される一方これに連結される負荷も始動され、誘導電動機 9および負荷 5は低速で回転し始めると共に、前記投入指令に基づくィンパータ制御回路 8 2の制御動作により、 VVV Fイバータ 8は前記許容最低電圧，許容最低周波数の交流電圧から、図 2に示すように出力周波数に対して定められる周波数設定値（運転周波数設定値）ならびに運転周波数設定値に対応して過電圧状態に定められる第 1の電圧設定値に向けてほぼ直線的に徐々に周波数および電圧を增大させた交流電圧を出力し始める。この周波数おょぴ電圧を徐々に増大させている期間中のインバータ主回路 8 1の出力電流を、電流検出器 8 1 aを介してインパータ制御回路 8 2が監視し、この監視により、前記出力電流が予め定めた上限値を越えているときには、ィンパータ制御回路 8 2の制御動作によりィンパータ主回路 8 1の出力電圧の振幅の増大を抑制して、該出力電流が前記上限値以下になるようにしつつ、この VVV Fインパータ 8は、図 2に示すように徐々に周波数おょぴ電圧を増大させた交流電圧を出力し続けることで、誘導電動機 9は加速し続ける。

B寺刻 t iでは、 VVV Fィンパータ 8の増大させた出力周波数が既に予め定めた周波数設定値（運転周波数設定値）に達しており、この時刻 t iまでに誘導電動機 9の加速動作を終了している状態になっている。従って、誘導電動機 9は負荷 5が始動、加速時における非常に大きな駆動トルクを必要とする時期を過ぎていることもあり、図 2に示すように、 VVV Fインパータ 8の出力電流も前記上限値の状態を脱し、既に減少した状態になっている。

上述の時刻より若干の時間を経た時刻から、インパータ制御回路 8 2 の制御動作により、 V V V Fィンパータ 8の出力周波数は前記運転周波数設定値を維持しつつ、 VVV Fインパータ 8の出力電圧のみを、図 2のように時刻 t₂から時刻 t ₃までの間、第 2の電圧設定値に向けて、経時的にほぼ直線的に徐々に減少させた交流電圧を出力し始める。ここで、 VVV Fインバータ 8の出力電圧の減少を開始する時刻 1 ₂は、該インパータの出力電流が予め定めた値に減少したことを電流検出器 8 1 aの検出値によりィンパータ制御回路 8 2 が確認したタイミング、または、予め実験により時刻 t。〜時刻 1 ₂までの時間を求めておき、図示しないタイマにより時刻 1 ₂相当に達したタイミングとしてもよい。すなわち、このタイミングは時刻 1 以降であればよい。また、時刻に代えて、負荷 5の回転角度を検出して、検出角度により上記の制御を行うことも可能である。

上述の時刻 1 ₂〜 ₃の期間におレ、て、繊維機械など誘導電動機 9の駆動トルクが少なくてよいときには、 VVV Fインバータ 8はその出力周波数を周波数設定値に保ちつつ、この VVV Fインパータ 8の出力電圧を第 2の ®ΐ設定値 (例えば、時刻での出力電圧の 1 Γ 3倍、または、負荷 5が必要とするトルクが得られる出力電圧の値）まで減少させる。これにより、時刻での前記出力電圧のときの前記出力電流に対して、 Β寺刻 1 3での前記出力 mffのときの前記出力電流は、誘導電動機 9の効率および力率が改善されることから、より少なくてよい。すなわち、一次巻線がデルタ接続の誘導電動機ではスター接続の誘導電動機に比して、駆動トルクが約 3倍になるので、 Bき刻 t ₃以降の出力電圧は時刻 t！での出力電圧の約 1 / 3倍にすることができる。このため、時刻 1 ₃以降の誘導電動機 9は、省エネルギー運転状態になっている。上述の動作説明から明らかなように、一次巻線がデルタ接続の誘導電動機 9 の連続定格値は上述の時刻 ₃以降の値から設定すればよく、また、誘導電動機 9の始動，加速時の駆動トルクおよび出力電圧/出力周波数（V/F) 比は短時間定格値として出力できればよい。

また、前記した実施例では、誘導電動機を一次卷線がデルタ接続のものとして説明したが、これに限らず、一次巻線がスター接続のものとしてもよい。この場合、誘導電動機の始動時には、過電圧状態の給電を行う必要があるが、ィンバータ 1 2は、主回路を後述する図 7のような倍電圧回路などを構成することにより対応することができる。例えば、誘導電動機の始動時に、いわゆるデルタ接続時の駆動トルクを発生させるためには、定常運転時の電圧設定値である第 2の電圧設定値に対して 3倍程度の電圧が出力されるように第 1の電圧設定値（短時間定格の V/F比）を設定すればよい。なお、第 1の電圧設定値は、第 2の電圧設定値に対し上記^ 3倍に限らず、 1を超え、かつ誘導電動機に支障のない範囲で任意に決めることができる。

図 3は、この発明の誘導電動機の制御方法の第 2の実施の形態を示す回路構成図であり、図 1に示した第 1の実施の形態構成と同一機能を有するものには同一符号を付している。

すなわち図 3に示した回路構成では、図示した VVV Fインパータ 8に代えてインバータ主回路 8 1 , 電流検出器 8 1 aとインパータ制御回路 8 3またはインパータ制御回路 8 4の何れかとからなる VVV Fインバータ 1 2を備え、また、誘導電動機 9の出力軸または負荷⁵のいずれか一方にブレーキ⁹ aが装着され、さらに、 VVV Fインパータ 1 2から誘導電動機 9への経路に図 1に示した電磁接触器 1 0の接点に代えて回路遮断器 1 3が揷設されている。この回路遮断器 1 3は通常は閉路状態にあり、誘導電動機 9などの保守点検のときなど必要に応じて、手動で開路するものである。

図 4は、図 3に示した VVV Fインパータ 1 2におけるインパータ制御回路 8 3の詳細回路構成図であり、加減速演算器 8 6は指令値制御回路 9 2から設定される誘導電動機 9への周波数指令値に対し、予め定めた増加率または減少率で増減させ、最終的には周波数指令値に等しい周波数指令値 ω *を出力するとともに、後述の誘導電動機 9の加速時には電流検出器 8 1 aの検出値が指令値制御回路 9 1からの電流制限値（上限値） i _Lを超えないような加速時間を比例一積分 (P - I ) 演算器 9 1で導出し、この加速時間に対応する増加率の周波数指令値 ω を出力する機能も有している。この加減速演算器 8 6からの周波数指令値 ω は、積分器 8 7および FZV変難 8 8に入力される。積分器 8 7は、入力される周波数指令値を時間積分して求めた位相角設定値 θ ₁を電圧指令演算器 8 9に出力し、また、 F/V変難 8 8は、入力される周波数指令値 0) と予め定められる VZF比に基づいて電圧設定値 I V Iを電圧指令演算器 8 9に出力する。電圧指令演算器 8 9に入力されるこれら位相角設定値 Θ ,と電圧設定値 I V I とにより誘導電動機 9の各相の電圧指令値 v*に変換され、パルス幅変調（PWM) 演算器 9 0からは各相の電圧指令値 V *に対応するオン ·オフ駆動信号をィンパータ主回路 8 1を形成するそれぞれのトランジスタに供給するようにしている。

図 3に示した回路構成において、インパータ制御回路 8 3を備えた VVV F インバータ 1 2の動作と誘導電動機 9，ブレーキ 9 aの動作とを、図 5に示した動作波形図を参照しつつ、以下に説明する。

先ず、誘導電動機 9に連結されたブレーキ 9. aが指令値制御回路 9 2力らの指令により動作状態にある時刻 t。で、 VVV Fインパータ 1 2は指令値制御回路 9 2から後述の時刻 1 ₂での誘導電動機 9の加速動作に必要な周波数指令値 o^* (o は磁束が確立する周波数であり、例えば、 1 0 H z程度）およぴその V/F比に基づく交流電圧で起動させ、この交流電圧を誘導電動機 9の二次時定数に基づく一定時間（数 1 0 0 m S程度）与えることで、ブレーキ 9 aの動作により拘束状態にある誘導電動機 9を励磁状態にする。このように誘導電動機 9の起動前に予備励磁を行って、該電動機の磁束を立ち上げておくことにより、後述の時刻での誘導電動機 9の起動時の突入電流を抑制し、始動トルクを確立することができる。

次に、時刻 t Jでブレーキ 9 aに指令値制御回路 9 2から釈放指令が発せられたことによりブレーキ 9 aがほぼ開放状態になった時刻 1 ₂になると、 VVV Fインパータ 1 2の出力電流を検出する電流検出器 8 1 aの検出値が指令値制御回路 9 1からの電流制限値 i _Lを超えないような加速時間を比例一積分 (P 一 I ) 演算器 9 1で導出されるため、加減速演算器 8 6はこの加速時間に対応する増加率で周波数指令値 ω を増大させて出力することにより、 VVV Fィンバータ 1 2の出力電圧と出力周波数とを上記所定の増加率に従って徐々に増大させることとなり、誘導電動機 9は加速する。

VVV Fインバータ 1 2の出力周波数が予め定めた周波数設定値に達したとき（時刻）、加減速演算器 8 6はそれ以降の周波数指令値 ω 中止する。そして、時刻ょり若干の時間を経た時刻から B寺刻 1 ₅までの期間では、誘導電動機 9に給電する VVV Fインパータ' 1 2はその出力周波数を前記運転周波数設定値に保ちつつ、出力電圧のみを指令値制御回路 9 2からの制限設定値 V_Lに基づいて、図示の如く第 2の電圧設定値（例えば、時刻 t ₄での出力電圧の 1 / 3倍、または、負荷 5が必要とするトルクが得られる出力電圧の値）まで徐々に低下させることにより、以後、誘導電動機 9は省エネルギーモードで稼働状態に入る。ここで、 VVV Fインパータ 1 2の出力電圧の減少を開始する時刻 1 3は、該ィンバータの出力電流が予め定めた値に減少したことを電流検出器 8 1 aの検出値によりィンバータ制御回路 8 3が確認したタイミング、または、予め実験などにより時刻 t ₂〜時刻 t ₄までの時間を求めておき、図示しないタイマにより時刻 t ₄相当に達したタイミングとすればよい。すなわち、このタイミングは時刻 t ₃以降であればよい。このとき、時刻 t ₄からまでの時間、すなわち、前記制限設定値 V_Lの減少率を誘導電動機 9の二次時定数に対応した値に設定することにより、滑らかに誘導電動機 9の動作状態が変ィ匕する。

なお、予備励磁周波数、予備励磁電圧、 V/F比、誘導電動機始動時の時間タイミング、運転周波数設定値、第 1および第 2の電圧設定値、さらには出力電流を制限する上限値等の各設定値は、図示しなレヽ設定器を介して指令値制御回路 9 2 (後述する図 6にあっては指令値制御回路 9 8 ) に予め設定されている。

さて、インパータの出力周波数と出力電圧とを所定の増加率で増大させる際し、好ましい出力電圧の増大方法については、予め定められる電圧一周波数比 (VZF比) に従い、増大された周波数に対応する出力電圧を順次出力することにより徐々に増大させることができる。なお、周波数増大時に使用せれる電圧一周波数比 (V/F比) は、始動終了時における周波数設定値（運転周波数設定値）と所定の電圧設定値（第 1の電圧設定値）とこれにより定められるものである。

次の工程である、出力周波数を周波数設定値に維持しつつ出力電圧を低下させる際に用いられる電圧設定値（第 2の電圧設定値）は、誘導電動機の定常運転時に対応する電圧が出力されるように定められているのに対し、上記した所定の電圧設定値（第 1の電圧設定値）は、その電圧設定値（第 2の電圧設定値）よりも大きな値に定められる。このため、出力周波数の増大により出力周波数が予め定められた周波数設定値（運転周波数設定値）に達したときには出力電圧は、次工程の出力電圧を低下させる際に用いられる電圧設定値（第 2の設定値）よりも高くかつ適正な始動が可能な範囲に定められる所定の電圧設定値（第 1の電圧設定値）に達するように徐々に増大させることができる。また、周波数に対する増加率の設定については、一定の増加率を設定してもよいし、経時的に増加あるいは減少する増加率に設定してもよく、その増加態様は、連続的あるいは段階的に変化するように設定することもできる。

図 6は、図 3に示した VVV Fインパータ 1 2におけるインパータ制御回路 8 4の詳細回路構成図であり、図 4に示した回路構成と同一機能を有するものには同一符号を付している。

すなわち、このインバータ制御回路 8 4には加減速演算器 8 6，積分器 8 7 , 電圧指令演算器 8 9， PWM演算器 9 0の他に、前述の FZV変 8 8とほぼ同一機能の FZV変 3と、電流検出器 8 1 aの検出値を前記位相角設定値 Θ！に基づく座標変換し、誘導電動機 9の励磁電流と同位相の電流成分 i _d とトルク電流と同位相の電流成分 i _qとに分解する座標変 » 9 4と、この励磁電流成分 i _d，トルク電流成分 i _qと前記電圧設定値 I V I と誘導電動機 9の電気的定数とから、周知の技術により、誘導電動機 9のトルク演算値 zr _Eとすベり周波数 OJ_sと一次電圧補正値 V_cとを導出するべクトル演算器 9 5と、前述の P— I演算器 9 1とほぼ同一機能の P― I演算器 9 7と、前述の指令値制御回路 9 2とほぼ同一機能の指令値制御回路 9 8とを備えている。図 3に示した回路構成において、インバータ制御回路 8 4を備えた VVV F ィンパータ 1 2の動作と誘導電動機 9，プレーキ 9 aの動作は、前述の図 5に示した動作波形図で説明した動作とほぼ同じであるが、ブレーキ 9 aに指令値制御回路 9 8から釈放指令が発せられたことによりブレーキ 9 aがほぼ開放状態になったときより、誘導電動機の出力トルクの演算値（て _E ) が指令値制御回路 9 8からのトルク制限値 r _Lを超えないような加速時間を比例一積分 (P —I ) 演算器 9 7で導出し、この加速時間に対応する増加率の周波数指令値 ω を加減速演算器 8 6が出力することにより、 VVV Fインパータ 1 2の出力電圧と出力周波数とを徐々に増大させ、また、加算器 9 6により前記周波数指令値 ω に前記すベり周波数 W_sを加算した値および FZV変 3における前記一次電圧補正値 v_cに基づく電圧設定値 I V Iへの加算補正動作により、誘導電動機 9はより速やかに加速することができる。

なお、図 6に示した実施例は、図 5に示した装置のように出力電圧を増大させる際に、上記した実施例のように V/F比を使用せず、いわゆる実測されたトルク電流に基づきベクトル演算により出力周波数、出力電圧を調節するものである。

さて、上記した第 2の実施形態（図 3〜図 6 ) について以下のように変形することができる。

誘導電動機 9のー7夂卷線について、前記実施例では、デルタ接続としている、スター接続された誘導電動機を適用することも可能である。

上記したインパータの制御方式について、一般に、電動機に流れる電流を制御する方式すなわち電流型と呼ばれるもののほか、電動機に印加されるを制御するすなわち電圧型と呼ばれるもののいずれも考えられる。上記 mff型の場合、直流電圧を可変する P AM方式、トランジスタのスイッチングパルスの幅を可変する PWM方式のいずれとすることもでき、後者についてより好適なものとして、出力平均電圧がより正弦波となるようにトランジスタのスィッチングパルス幅を可変する方式である疑似正弦波 PWM方式とすることもできる。レ、ずれの場合も出力電圧は、電圧のピーク値でなく平均値（実効値）を指すものとして取り扱う。

上記した第 1ならびに第 2の実施の形態につ、て、負荷 5を繊維機械、例えば織機とすることができる。織機では、織段防止の観点から織機の始動時には主軸回転数が急峻に立ち上がることが要求される。このため、始動時における第 1の電圧設定値は、定常運転時の出力電圧である第 2の電圧設定値を上回る値に定められて、誘導電動機の始動時には過電圧状態に給電すればよい。誘導電動機として、一次巻線がデルタ接続あるいはスター接続された汎用の誘導電動機を用いることも可能である。例えば、織段防止に好適な織機に用いられる誘導電動機として、始動時に一次巻線がデルタ接続され、定常回転数に立ち上がった後にスター接続に切換えて使用される電動機を用いる場合、例えば、一次卷線をデルタ接続状態にしてィンパータに接続され、出力周波数おょぴ出力電圧を増大させる際に vZF比を用いて出力電圧をさせる場合、第 1の ma設定値と第 2の電圧設定値は 3 ： 1の割合に設定すれば、図 2または図 5に示す時刻 t。から時刻 t ₂の間、誘導電動機に対して過電圧給電されることになるため、商用電源からの給電時とほぼ同等の始動特性が得られ、織機回転数を急峻に立ち上げることができる。なお、前記のいずれの場合でも、一時的に過電圧給電されることになるが、その通電期間はごく短時間であるため、誘導電動機の温度上昇には大きな影響はない。

誘導電動機の始動時、一次卷線に過電圧給電をする際に、商用電源のピーク値よりも高い電圧を給電する必要があるとき、インバータ 8、 1 2を、例えば図 7のように構成すればよい。図 7に示されるインバータの主回路は、コンデンサならびにダイォードにより、単相の商用電源のピーク値の 2倍に昇圧されてコンデンサに出力される、いわゆる倍電圧回路を構成する例である。給電される商用電源は、単相電源に限らず、 3相などの多相歡源として構成してもよい。また、上記主回路に代えて、あるいは公知のチヨッビング回路を用いて高い電圧を発生させる、あるいはィンパータの入力使用電圧を商用電源の数倍とし、ィンパータに給電する電圧を変圧器を介して昇圧してコンデンサに給電する等、種々の方法が考えられる。

織機駆動用誘導電動機の場合、上記した第 2の実施の形態（図 3〜図 6 ) における予備励磁周波数および電圧（振幅）は、磁束を確立できる周波数及び電圧であればよい。具体的には問わないが、インバータが許容する突入電流（ィンバータの容量）を考慮して設定することが望ましい。電圧については、より好ましくは、省エネルギーの観点から予備励磁時における一次巻線の電流が飽和状態（電圧を上昇させても電流がそれ以上増加しない状態）の電圧値以下とする。

また、運転周波数設定値は、誘導電動機 9、換言すれば負荷 5に対する所望の回転数に対応して設定することができる。そのようにすれば、上記した効果が得られるとともに、負荷 5の回転数を所望回転数に容易に駆動できる。ィンパークの出力周波数と出力電圧とを予め定めた運転周波数設定値および第 1の電圧設定値に向けて増大させるに際し、好ましくは該ィンパータは出力電流を予め定めた上限値以下にする。ィンバータの出力電流が上限値以下に制限されるため、誘導電動機始動時突入電流に伴う織布工場内の電圧低下が抑えられ、多数の織機が配置された織布工場の電力設備容量が抑えられる。またィンパータの容量を従来に比べて小容量のものを採用すること可能となり織機の製造コストをより低減できる。より好ましくは、インパータは、その出力電流を前記上限値以下にするために前記誘導電動機の出力トルクを制限する制御動作すなわち出力電圧を抑制する動作を行うことが望ましい。

また、該インバータはその出力周波数を保ちつつ、出力電圧のみを予め定めた第 2の電圧設定値まで低下させる際に、上記実施例では所定の減少率で低下させている力経時的に異なる減少率で低下させるようにしてもよレ、。さらに、図 8に示すように、時刻 1 ₄で出力電圧を第 1の電圧設定値から第 2の電圧設定値に一度に切換えることにより実現してもよい。このようにすれば、誘導電動機からの出力トルクが減少する時期が一時的に生じ負荷に衝撃が発生することも考えられる力 S、負荷の慣性が大きいこともあり、そのような問題は生じない。なお、上記した第 2の電圧設定値への切換えは、一度で行うようにしたが、複数回分けて段階的に減少させるようにしてもよい。このように、出力を第

1の電圧設定値から第 2の電圧設定値に低下させる際の具体的な態様について、種々考えられる。

前記した誘導電動機の制御方法の第 2の実施の形態に対しょり詳細に示した内容、されにはそれに対する変形例について上記第 1の実施の形態の技術に対しても同様に適用できる。産業上の利用の可能性

この発明によれば、汎用的な可変電圧可変周波数（VVV F ) インバータのみからの給電により誘導電動機を、より少ない一次電流で起動，加速が可能となり、さらに、この起動，加速の完了後には、繊維機械などでは該誘導電動機を小さな駆動トルクで運転できることから、 VVV Fィンバータの出力電圧のみを低下させることにより、該誘導電動機の運転効率と力率とを改善できるので、近年の省エネルギーの要請に答えることができる。

Claims

請求の範囲

1 . 先ず、一次卷線がスター接続の誘導電動機に許容最低周波数、許容最低電圧の交流電圧を出力している可変電圧可変周波数ィンバータから給電を開始して該電動機を始動させ、次に、該インパータは、その出力周波数と出力電圧とを増大させ、この出力周波数が予め定めた周波数設定値に達した後に、該ィンバータはその出力周波数を前記周波数設定値に保ちつつ、出力電圧のみを予め定めた電圧設定値まで低下させ、その後、該インパータは前記電圧設定値、周波数設定値に基づく交流電圧を前記誘導電動機に供給することを特徴とする誘導電動機の制御方法。

2. 先ず、誘導電動機または該誘導電動機の負荷に連結されたブレーキが動作状態で、可変電圧可変周波数ィンパータから所定の周波数および振幅の交流電圧を出力させて前記誘導電動機に給電を開始することにより、導電動機を励磁状態にし、次に、前記ブレーキに釈放指令が発せられたことにより該プレーキがほぼ開放状態になったタイミングで、該ィンパータの出力周波数と出力電圧とを増大させ、この出力周波数が予め定めた周波数設定値に達した後に、該ィンパータはその出力周波数を前記周波数設定値に保ちつつ、出力電圧のみを予め定めた電圧設定値まで低下させ、その後、該インパータは前記周波数設定値、電圧設定値に基づく交流電圧を前記誘導電動機に供給することを特徴とする誘導電動機の制御方法。

3 . 請求項 1または請求項 2に記載の誘導電動機の制御方法において、前記運転周波数設定値は、誘導電動機の所望回転数に対応して設定されていることを特徴とする誘導電動機の制御方法。

4. 請求項 1または請求項 2に記載の誘導電動機の制御方法において、該ィンパータの出力周波数と出力電圧とを増大させる際し、該インパータは出力電流を予め定めた上限値以下にすることを特徴とする誘導電動機の制御方法。

5 . 請求項 1または請求項 2に記載の誘導電動機の制御方法にお！/ヽて、該ィンパータはその出力周波数を保ちつつ、出力電圧のみを予め定めた電圧設定値まで低下させる際に、所定の減少率で徐々に低下させることを特徴とする誘導電動機の制御方法。

6 . 請求項 1または請求項 2に記載の誘導電動機の制御方法にぉレ、て、該ィンバータの出力周波数と出力電圧とを増大させる際に、該インパータは、前記誘導電動機のべクトル制御により誘導電動機のすべり補償と一次電圧補償とを行うことを特徴とする誘導電動機の制御方法。

7 . 請求項 4に記載の誘導電動機の制御方法において、該インバータの出力電流を予め定めた上限値以下にしつつ、出力周波数と出力電圧とを増大させる際に、該インパータは、その出力電流を前記上限値以下にするために前記誘導電動機の出力トルクを制限する制御動作を行うことを特徴とする誘導電動機の制御方法

8 . 請求項 5に記載の誘導電動機の制御方法において、該ィンバータに予め定められる減少率は、前記誘導電動機の二次時定数に基づく値に設定することを特徴とする誘導電動機の制御方法。