WO2015045529A1 - 電力変換装置及び電力変換方法 - Google Patents

電力変換装置及び電力変換方法 Download PDF

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雄作 小沼
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Definitions

  • Patent Document 1 On / off signals are generated and output for an inverter that operates a motor such as a permanent magnet synchronous motor and a semiconductor switching element that constitutes the inverter in order to control the winding current of the motor to a predetermined value.
  • the present invention relates to a power conversion device for an AC rotating machine such as an electric motor driving device provided with a control device, and at the time of the rotor idling of the electric motor, at least one of the semiconductor switching elements of the inverter is turned on by the idling restart control unit. The line is short-circuited, and the position of the rotor is estimated based on the winding current flowing at that time, and the motor is restarted via the inverter.
  • AC rotating machine such as an electric motor driving device provided with a control device
  • Patent Document 1 describes a method for restarting an electric motor.
  • the restart method disclosed in Patent Document 1 for example, when an induction motor is used for a fan, current flows even if the induction motor causes the winding to short-circuit during idling due to external force (wind or the like). Therefore, the rotor position and frequency cannot be estimated. Further, for example, even in a permanent magnet synchronous motor, when the rotational frequency during idling of the rotor is low, the current value when the winding is short-circuited is low, so the rotor position and frequency cannot be estimated with high accuracy.
  • the present invention compared with the prior art including the invention disclosed in Patent Document 1, is the rotation during idling even when the current does not flow when the winding is short-circuited or when the rotation frequency is low.
  • a power conversion device capable of estimating a child position and frequency is provided.
  • an AC motor including a semiconductor switching element and converting a DC voltage into an arbitrary voltage by a combination of ON and OFF of the semiconductor switching element.
  • a power converter that drives the power converter, a control device that controls a semiconductor switching element of the power converter and applies an arbitrary voltage to the AC motor from the power converter, and detects a current flowing through the AC motor Or an estimation current detector, and the control device applies an arbitrary voltage from the power converter to the AC motor when the AC motor idles or stops, and applies a current and a voltage flowing through the AC motor.
  • the induced voltage frequency / phase of the AC motor is derived based on the determined time, and the AC motor is restarted using the derived induced voltage frequency / phase. It is the power conversion apparatus.
  • FIG. 6 is an example of a two-phase induced voltage of the power conversion device according to the second embodiment.
  • FIG. 1 is an example of a configuration diagram of the power conversion device according to the first embodiment.
  • the power conversion device 101 that drives the permanent magnet synchronous motor 105 includes a smoothing capacitor 102, a power converter 103, a current detector 104, and a control device 106.
  • the smoothing capacitor 102 is a smoothing capacitor for smoothing the DC voltage, but the DC voltage may be directly input without being smoothed.
  • the power converter 103 converts the DC voltage into an arbitrary voltage according to the combination of ON / OFF of the semiconductor switching element.
  • the current detector 104 is, for example, a shunt resistor or a Hall CT, and detects the three-phase output current of the power converter 103. Since only two phases are detected and the sum of the three-phase alternating current is zero, the remaining one phase may be calculated. Further, a shunt resistor may be arranged at the positive electrode or negative electrode of the input of the power converter 103, and the three-phase output current may be estimated from the current flowing through the shunt resistor.
  • the control device 106 includes an AC motor control unit 107, a restart control unit 108, and a gate signal control unit 109.
  • AC motor control unit 107 outputs a voltage command based on the three-phase output current in order to arbitrarily control the speed or torque of permanent magnet synchronous motor 105.
  • the restart control unit 108 receives the cutoff level setting value, the AC motor constant setting value, and the three-phase output current detected by the current detector 104, and sets the frequency, phase, and rotation direction to the AC motor control unit 107, and the cutoff command. Is output to the gate signal control unit 109.
  • the gate signal control unit 109 receives a voltage command from the AC motor control unit 107, and controls on / off of the semiconductor switching element so that a voltage based on the voltage command is applied to the permanent magnet synchronous motor 105.
  • the gate signal control unit 109 receives a cutoff command from the restart control unit 108, the gate signal control unit 109 turns off all the semiconductor switching elements so as to interrupt the voltage application to the permanent magnet synchronous motor 105.
  • FIG. 3 is a modification of the configuration diagram of the power conversion device according to the first embodiment.
  • the power conversion device 301 includes a DC voltage detector 310 that detects a DC voltage, and the DC voltage detected using the DC voltage detector 310 is input to the restart control unit 308 in the control device 306. .
  • FIG. 4 is an example of a restart control unit of the power conversion device according to the first embodiment.
  • the voltage application processing unit 402 can determine arbitrary voltage application and interruption so as to avoid overvoltage based on the DC voltage input to the restart control unit 308.
  • FIG. 5 is an example of a restart control unit of the power conversion device according to the first embodiment.
  • any voltage application and interruption may be determined using both peak current and DC voltage.
  • the frequency / phase estimation processing unit 203 inputs the three-phase output current and the AC motor constant, and outputs the frequency, phase, and rotation direction.
  • a current difference value is calculated from the current value and the previous value of the three-phase output current detected by the differential operation unit 204.
  • each phase induced voltage instantaneous value is calculated in the induced voltage estimation processing unit 205 from the current difference value of each phase and the AC motor constant known in advance.
  • the frequency calculation processing unit 206 calculates the frequency from the estimated phase induced voltage instantaneous value
  • the phase calculation processing unit 207 calculates the phase
  • the rotation direction determination processing unit 208 estimates the rotation direction from the phase. .
  • the estimated frequency, phase, and rotation direction are output to the AC motor control unit 107 and controlled based on these, whereby the power converter 101 is restarted.
  • FIG. 6 is an example of an arbitrary AC voltage applied from the power conversion device according to the first embodiment.
  • the applied voltage may be an arbitrary AC voltage as shown in FIG.
  • the load of each semiconductor switching element can be made uniform.
  • a method for estimating an induced voltage instantaneous value For example, a current that flows when an arbitrary DC voltage is applied during idling of the rotor is detected or estimated as a three-phase current. Assuming that the current of each phase of u, v, and w is i u , i v , and i w , the induced voltage instantaneous values e u , e v , and e w of each phase can be obtained from the voltage equation according to Equation 1.
  • Equation 1 v is an arbitrary applied voltage, R is the winding resistance of the permanent magnet synchronous motor 105, L is the winding inductance of the permanent magnet synchronous motor 105, the subscripts u, v, and w are the u-axis of each quantity. , V-axis and w-axis components.
  • the rotation direction of the permanent magnet synchronous motor 105 can be determined by the sign of the angular velocity ⁇ , that is, the rotation direction can be estimated by the incremental direction per unit time of the phase obtained in Equation 9.

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Abstract

　交流電動機空転中に巻線を短絡させた時に電流が流れない場合や回転周波数が低速時においても、空転中の回転子位置、周波数を推定し、再起動可能な電力変換装置を提供する。　半導体スイッチング素子を備え、前記半導体スイッチング素子のオン・オフの組合せにより直流電圧を任意の電圧に変換し交流電動機を駆動する電力変換器と、前記電力変換器の半導体スイッチング素子を制御し、前記電力変換器から該交流電動機に任意の電圧を印加するよう制御する制御装置と、該交流電動機に流れる電流を検出または推定する電流検出器と、を備え、前記制御装置は、該交流電動機の空転または停止時に前記電力変換器から任意の電圧を該交流電動機に印加し、該交流電動機に流れる電流と電圧を印加した時間に基づき該交流電動機の誘起電圧周波数・位相を導出し、該導出した誘起電圧周波数・位相を用いて該交流電動機を再起動する電力変換装置である。

Description

電力変換装置及び電力変換方法
　本発明は、電力変換装置及び電力変換方法に関する。
　本技術分野の背景技術として、特開平１１－７５３９４号公報（特許文献１）がある。この公報には、「永久磁石同期電動機等の電動機を運転するインバータと、電動機の巻線電流を所定値に制御するためにインバータを構成する半導体スイッチング素子に対するオン・オフ信号を生成して出力する制御装置とを備えた電動機駆動装置等の交流回転機用電力変換装置に関する。電動機の回転子空転時に、空転再起動制御部によりインバータの半導体スイッチング素子のうち少なくとも一つをオンさせて電動機の巻線を短絡させ、その際に流れる巻線電流に基づき回転子の位置を推定して、インバータを介し電動機を再起動する。」と記載されている（要約参照）。
特開平１１－７５３９４号公報
　前記特許文献１には、電動機の再起動方法について記載されている。しかし、特許文献１に開示の再起動方法では、例えば、ファン用途に誘導電動機を用いている場合に、外力（風等）により誘導電動機が空転中に巻線を短絡させたとしても電流は流れず、回転子位置、周波数を推定することができない。また、例えば、永久磁石同期電動機においても回転子空転中の回転周波数が低速時、巻線を短絡させた時の電流値が低いため精度よく回転子位置、周波数を推定することができない。
　そこで、本発明は、特許文献１に開示の発明を始めとする従来の技術と比較して、巻線を短絡させた時に電流が流れない場合や回転周波数が低速時においても、空転中の回転子位置、周波数の推定が可能な電力変換装置を提供する。
　上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
　本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、半導体スイッチング素子を備え、前記半導体スイッチング素子のオン・オフの組合せにより直流電圧を任意の電圧に変換し交流電動機を駆動する電力変換器と、前記電力変換器の半導体スイッチング素子を制御し、前記電力変換器から該交流電動機に任意の電圧を印加するよう制御する制御装置と、該交流電動機に流れる電流を検出または推定する電流検出器と、を備え、前記制御装置は、該交流電動機の空転または停止時に前記電力変換器から任意の電圧を該交流電動機に印加し、該交流電動機に流れる電流と電圧を印加した時間に基づき該交流電動機の誘起電圧周波数・位相を導出し、該導出した誘起電圧周波数・位相を用いて該交流電動機を再起動する電力変換装置である。
　本発明によれば、回転子空転中に巻線を短絡させた時に電流が流れない場合や回転周波数が低速時においても、空転中の回転子位置、周波数を推定し、再起動可能な電力変換装置を提供することができる。
　上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
実施例１における電力変換装置の構成図の一例である。 実施例１における電力変換装置の再起動制御部の一例である。 実施例１における電力変換装置の構成図の変形例である。 実施例１における電力変換装置の再起動制御部の一例である。 実施例１における電力変換装置の再起動制御部の一例である。 実施例１における電力変換装置から印加する任意の交流電圧の一例である。 実施例１における電力変換装置に任意の直流電圧を印加した時における電流検出タイミングと電流変化の一例である。 実施例１における電力変換装置の回転方向推定タイミングの一例である。 実施例１における電力変換装置の再始動制御部の一例である。 実施例２における電力変換装置の構成図の一例である。 実施例２における電力変換装置の再起動制御部の一例である。 実施例２における電力変換装置から印加する任意の直流電圧を徐々に上昇させた一例である。 実施例２における電力変換装置から印加する任意の交流電圧の振幅を徐々に上昇させた一例である。 実施例２における電力変換装置の２相の誘起電圧の一例である。
　以下、本発明の実施例について、図を用いながら説明する。
　本実施例では、空転中の交流電動機の回転子位置・周波数の推定が可能な電力変換装置の構成の一例を説明する。
　図１は、実施例１における電力変換装置の構成図の一例である。
　永久磁石同期電動機１０５を駆動する電力変換装置１０１は、平滑コンデンサ１０２と電力変換器１０３と電流検出器１０４と制御装置１０６を有する。
　平滑コンデンサ１０２は、直流電圧を平滑化するための平滑コンデンサであるが、平滑させずに直流電圧を直接入力してもよい。電力変換器１０３は、半導体スイッチング素子のオン・オフの組み合わせに応じて、直流電圧を任意の電圧に変換する。
　電流検出器１０４は、例えばシャント抵抗やホールＣＴであって、電力変換器１０３の３相出力電流を検出する。２相のみを検出し、３相交流の総和が零であることから、残りの１相を算出してもよい。また、電力変換器１０３の入力の正極または負極にシャント抵抗を配置し、シャント抵抗に流れる電流から３相出力電流を推定してもよい。
　制御装置１０６は、交流電動機制御部１０７と再起動制御部１０８とゲート信号制御部１０９を有する。
　交流電動機制御部１０７は、永久磁石同期電動機１０５の速度またはトルクを任意に制御するために、３相出力電流に基づいた電圧指令を出力する。　再起動制御部１０８は、遮断レベル設定値、交流電動機定数設定値、電流検出器１０４にて検出した３相出力電流を受け付け、周波数、位相、回転方向を交流電動機制御部１０７に、また遮断指令をゲート信号制御部１０９に出力する。
　ゲート信号制御部１０９は、交流電動機制御部１０７より電圧指令を受け取り、永久磁石同期電動機１０５に電圧指令に基づいた電圧が印加されるように、半導体スイッチング素子のオン・オフを制御する。また、ゲート信号制御部１０９は、再起動制御部１０８より遮断指令を受け取ると、永久磁石同期電動機１０５に対して電圧印加を中断するように、半導体スイッチング素子をすべてオフする。
　ここで、任意の電圧印加時に流れる電流により永久磁石同期電動機１０５の磁極位置及び回転角速度を推定する方法を説明する。永久磁石同期電動機１０５の空転状態から再起動を行うためには、過電流状態等になり正常に再起動ができないため、再起動時に電力変換器１０３の出力電圧の振幅、位相、周波数を永久磁石同期電動機１０５の誘起電圧のそれらとほぼ同等の値にする必要がある。また、永久磁石同期電動機１０５の回転方向も知る必要がある。
　図２は、図１に示した電力変換装置の再起動制御部の一例である。再起動制御部１０８に例えば３相出力電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗが入力されている場合、ピーク電流生成部２０１にてピーク電流を生成する。このとき電圧印加処理部２０２では生成されたピーク電流が電流遮断レベルを下回っていた場合、任意の電圧を印加する。任意の電圧を印加する事で流れた電流から生成したピーク電流が電流遮断レベルを上回った場合、過電流回避のため任意の電圧印加を中断する。
　図３は、実施例１における電力変換装置の構成図の変形例である。
　図３のように電力変換装置３０１に直流電圧を検出する直流電圧検出器３１０を備え、この直流電圧検出器３１０を用いて検出した直流電圧を制御装置３０６内の再起動制御部３０８に入力する。
　図４は、実施例１における電力変換装置の再起動制御部の一例である。
　図４に示したように電圧印加処理部４０２は、再起動制御部３０８に入力された直流電圧をもとに過電圧回避をするよう、任意の電圧印加及び中断を判断することができる。
　図５は、実施例１における電力変換装置の再起動制御部の一例である。
　図５に示すように、ピーク電流、直流電圧の両方を用いて任意の電圧印加及び中断を判断してもよい。
　周波数・位相推定処理部２０３は、３相出力電流、交流電動機定数を入力とし、周波数、位相、回転方向を出力する。
　周波数・位相推定処理部２０３の内部処理として、例えば、まず微分演算部２０４にて検出した３相出力電流の今回値と前回値から電流の差分値を演算する。次に、各相の電流差分値とあらかじめ知られている交流電動機定数から誘起電圧推定処理部２０５にて各相誘起電圧瞬時値を演算する。次いで、推定した各相誘起電圧瞬時値から周波数演算処理部２０６にて周波数を、位相演算処理部２０７にて位相を演算し、また、回転方向判定処理部２０８にて位相から回転方向を推定する。推定した周波数・位相・回転方向を交流電動機制御部１０７に出力し、これらに基づいて制御する事で、電力変換装置１０１の再起動が実行される。
　図６は、実施例１における電力変換装置から印加する任意の交流電圧の一例である。
　本実施例において、例えば任意の直流電圧印加時に流れる電流に基づいて周波数・位相を推定する方法について説明するが印加する電圧は、図６のような任意の交流電圧でもよい。交流電圧であることにより、各半導体スイッチング素子の負荷を均一にすることができる。
　まず、誘起電圧瞬時値の推定方法について説明する。回転子の空転中に例えば任意の直流電圧を印加する事で流れる電流は、３相電流として検出または推定される。ｕ、ｖ、ｗ各相の電流をそれぞれｉｕ、ｉｖ、ｉｗとすると各相の誘起電圧瞬時値ｅｕ、ｅｖ、ｅｗは、電圧方程式から数１によって求める事ができる。なお、数１においてｖは、任意の印加電圧、Ｒは永久磁石同期電動機１０５の巻線抵抗、Ｌは永久磁石同期電動機１０５の巻線インダクタンス、添字のｕ、ｖ、ｗは各量のｕ軸、ｖ軸、ｗ軸成分である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ここで、電圧印加時間が極めて短いと仮定すると、Ｒを無視できることから、数２を得ることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　なお、少なくとも数１または数２どちらか一方を用いて、各相の誘起電圧瞬時値ｅｕ、ｅｖ、ｅｗを算出すればよい。また、数１及び数２は３相分を算出しているが、２相のみを算出し、３相交流の総和が零であることから、残りの１相を算出してもよい。
　数２からも分かるように、誘起電圧瞬時値を推定するには電流の時間微分が必要となる。例えばソフトウェアで行う場合には、電流のサンプリング時間Δｔあたりの電流増分値Δｉを取得することで演算する。
　図７は実施例１における電力変換装置に任意の直流電圧を印加した時における電流検出タイミングと電流変化の一例である。例えば任意の直流電圧を印加後、電流が成長し遮断レベルに到達したら、電圧印加を中断する。その間、任意のサンプリング間隔で電流を取得し、数３のように前回取得した電流値との差をとって電流の増分値を求める。このため最低２点の電流サンプリングが必要となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　なお、添字のｎは電圧印加１回当たりの電流サンプリング回数を表しており、ｎ＞０である。
　電流サンプリング時間Δｔとすると、数２は数４のように表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　次に、誘起電圧周波数の推定方法について説明する。ωを角速度とすると、誘起電圧定数Ｋｅと誘起電圧振幅値Ｅ１には数５の関係がある。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　誘起電圧周波数をｆとするとω＝２πｆより数５は数６のように表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　また、誘起電圧瞬時値を用いると、誘起電圧振幅値は数７で求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　数６及び数７より、推定した各相の誘起電圧瞬時値ｅｕ、ｅｖ、ｅｗから誘起電圧周波数を導出する事ができる。
　以上のように、少なくとも２点の電流を検出することにより、永久磁石同期電動機１０５の誘起電圧周波数を導出可能である。
　次いで、誘起電圧位相の推定方法について説明する。
　まず、数１より導出した各相の誘起電圧瞬時値ｅｕ、ｅｖ、ｅｗに対して数８による座標変換を行い、２相固定座標系に置き換えた誘起電圧瞬時値ｅα、ｅβを導出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　誘起電圧位相θはこの誘起電圧瞬時値ｅα、ｅβより数９で求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　最後に、永久磁石同期電動機１０５の回転方向推定方法について説明する。角速度ωと誘起電圧位相θの関係は数１０で表される。
　永久磁石同期電動機１０５の回転方向は、角速度ωの符号で判別が可能、つまり、数９で得た位相の単位時間当たりの増分方向で、回転方向の推定が可能となる。
　なお、永久磁石同期電動機１０５の回転方向は、タイミングによっては、精確に推定できない場合がある。図８は実施例１における電力変換装置の回転方向推定タイミングの一例である。例えば、図８のようにＴ１のタイミングの位相を基準とした時、ｔ秒後のＴ２タイミングの位相を用いることで回転方向を正しく推定できるが、ｔ´秒後のＴ２´タイミングの位相を用いて回転方向を推定してしまうと誤推定してしまう。
　しかし、本願においては、前記したように少なくとも２点の電流を検出することにより、永久磁石同期電動機１０５の誘起電圧周波数を導出可能であるため、導出した周波数を用いて誘起電圧位相θの導出タイミングを決定すれば、精確な回転方向推定が可能である。
　さらに本願においては、図９は実施例１における電力変換装置の再始動制御部の一例である。図９の交流電動機状態判断部９０９にて遮断指令時間、すなわち電圧印加中断時間によって、永久磁石同期電動機１０５が停止中または低速回転中であるか否かを判断することも可能である。交流電動機状態判断部９０９では、遮断指令時間と任意に設定された停止判断時間もしくは低速判断時間とを比較し、遮断指令時間が停止判断時間もしくは低速判断時間を超えた場合に、停止中もしくは低速中と判断する。なお、停止判断と低速判断は同時に行ってもよい。また、停止判断時間や低速判断時間は、各々個別に設定されてもよい。
　永久磁石同期電動機１０５が低速回転中と判断した場合に、永久磁石同期電動機１０５に対して任意の直流電圧を印加し永久磁石同期電動機１０５に対して制動をかけ停止させることで、永久磁石同期電動機１０５をスムーズに再起動することも可能である。なお、永久磁石同期電動機１０５を制動させる際に印加する直流電圧は、零電圧でもよい。
　以上、任意の直流電圧を印加することで得られる各相電流と既知の交流電動機定数から、誘起電圧の周波数・位相・回転方向を推定することができる。
　本実施例では、実施例１と共通する部分については、同様の符号を用いて説明し、異なる部分について詳細に説明するものとする。
　図１０は、実施例２における電力変換装置の構成図の一例である。
　永久磁石同期電動機１０５を駆動する電力変換装置１００１は、平滑コンデンサ１０２と電力変換器１０３と電流検出器１０４と制御装置１００６を有する。
　制御装置１００６は、交流電動機制御部１０７と再起動制御部１００８とゲート信号制御部１０９を有する。
　再起動制御部１００８は、遮断レベル設定値、交流電動機定数設定値、３相出力電流を受け付け、周波数、位相、回転方向を交流電動機制御部１０７に、また遮断指令をゲート信号制御部１０９に出力する。
　図１１は、実施例２における電力変換装置の再起動制御部の一例である。
　周波数・位相推定処理部１１０３内にある回転方向判定処理部１１０８では、各回で導出した少なくとも２相の誘起電圧瞬時値の関係より回転方向を推定することができる。
、　図１２は、実施例２における電力変換装置から印加する任意の直流電圧の一例である。
　本実施例において、例えば図１２のように任意の直流電圧を徐々に印加した時に流れる電流に基づいて永久磁石同期電動機１０５の誘起電圧周波数・位相を推定する。任意の直流電圧を徐々に印加する事で、永久磁石同期電動機１０５が例えば高回転数で空転していた場合、電流の急成長を抑えることができる。また、永久磁石同期電動機１０５が発生する誘起電圧が非常に小さい場合すなわち永久磁石同期電動機１０５が低回転数で空転していた場合、徐々に電圧を印加する事で電流の成長を緩やかにすることができる、つまり、永久磁石同期電動機１０５の回転数を落とさずに推定する事ができる。
　図１３は、実施例２における電力変換装置から印加する任意の交流電圧の振幅を徐々に上昇させた一例である。
　図１３のような交流電圧を徐々に印加しても、同様の効果が得られる。
　電圧印加し始める値としては、交流電動機定数の巻線抵抗と電流遮断レベル値の関係から電圧印加する値を決定してもよい。また、永久磁石同期電動機１０５の定格電圧の半分の値から電圧印加を開始することで、永久磁石同期電動機１０５が発生する誘起電圧瞬時値との最大電位差を最小に抑えることができる。さらには、例えば図７のように電流サンプリングを複数回行う場合、前回の電流サンプリング時に推定した永久磁石同期電動機１０５の誘起電圧周波数もしくは誘起電圧振幅値から次回に印加する電圧値を決定してもよい。
　本実施例において、永久磁石同期電動機１０５の誘起電圧周波数・位相の推定方法については実施例１と同様であるので省略する。
図１４は、実施例２における電力変換装置の２相の誘起電圧の一例である。
　図１４のＴａは、ｕ相誘起電圧が正から負に変化するタイミングである。もう一方の誘起電圧はｖ相誘起電圧である。このタイミングにおいて、次に導出する２相誘起電圧の増加方向により回転方向を推定する。Ｔａの場合、例えばｕ相誘起電圧が負側に増加し、ｖ相誘起電圧が正側に増加したら正転と判定し、逆にｕ相誘起電圧が正側に増加し、ｖ相誘起電圧が負側に増加したら逆転と判定する。
　図１４のＴｂは、ｕ相誘起電圧が振幅最大値（負側）のタイミングである。このタイミングにおいて、ｖ相誘起電圧が負側に増加したら正転と判定し、逆に、ｖ相誘起電圧が正側に増加したら逆転と判定する。
　図１４のＴｃは、ｕ相誘起電圧が負から正に変化するタイミングである。このタイミングにおいて、ｕ相誘起電圧が正側に増加し、ｖ相誘起電圧が負側に増加したら正転と判定し、逆にｕ相誘起電圧が負側に増加し、ｖ相誘起電圧が正側に増加したら逆転と判定する。
　図１４のＴｄは、ｕ相誘起電圧が振幅最大値（正側）のタイミングである。このタイミングにおいて、ｖ相誘起電圧が正側に増加したら正転と判定し、逆に、ｖ相誘起電圧が負側に増加したら逆転と判定する。
　なお、本回転方向判定方法は、判定タイミングによっては、精確に推定できない場合があるが、実施例１記載の回転方向判定方法と同様に、導出した周波数を用いて回転方向判定タイミングを決定すれば、精確な回転方向の判定が可能である
　なお、上記実施形態では永久磁石同期電動機に適用した場合につき説明したが、例えば誘導電動機や回転子に永久磁石を用いない同期電動機のような、誘起電圧が発生していない状態で、外力で回転もしくは停止している電動機に適用可能である。
　本願は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
　また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ　Ｓｔａｔｅ　Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。
　また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
１０１…電力変換装置、１０２…平滑コンデンサ、１０３…電力変換器、１０４…電流検出器、１０５…永久磁石同期電動機、１０６…制御装置、１０７…交流電動機制御部、１０８…再起動制御部、１０９…ゲート信号制御部、２０１…ピーク電流生成部、２０２…電圧印加処理部、２０３…周波数・位相推定処理部、２０４…微分演算部、２０５…誘起電圧推定処理部、２０６…周波数演算処理部、２０７…位相演算処理部、２０８…回転方向判定処理部、３０１…電力変換装置、３０６…制御装置、３０８…再起動制御部、３１０…直流電圧検出器、４０２…電圧印加処理部、５０２…電圧印加処理部、９０９…交流電動機状態判断部、１００１…電力変換装置、１００６…制御装置、１００８…再起動制御部、１１０３…周波数・位相推定処理部、１１０８…回転方向判定処理部

Claims (20)

  1. 　半導体スイッチング素子を備え、前記半導体スイッチング素子のオン・オフの組合せにより直流電圧を任意の電圧に変換し交流電動機を駆動する電力変換器と、
    　前記電力変換器の半導体スイッチング素子を制御し、前記電力変換器から該交流電動機に任意の電圧を印加するよう制御する制御装置と、
    　該交流電動機に流れる電流を検出または推定する電流検出器と、を備え、
    　前記制御装置は、該交流電動機の空転または停止時に前記電力変換器から任意の電圧を該交流電動機に印加し、該交流電動機に流れる電流と電圧を印加した時間に基づき該交流電動機の誘起電圧周波数・位相を導出し、該導出した誘起電圧周波数・位相を用いて該交流電動機を再起動する電力変換装置。
  2. 　請求項１記載の電力変換装置において、
    　該交流電動機の空転または停止時に前記電力変換器から該交流電動機に印加する電圧は、電圧値を徐々に大きくする任意周波数の電圧であることを特徴とする電力変換装置。
  3. 　請求項１記載の電力変換装置において、
    　該交流電動機に流れる電流が所定の電流値を上回った場合に該交流電動機に対する電圧印加を中断し、または、該交流電動機に流れる電流が所定の電流値を下回った場合に該交流電動機に対する電圧印加を再開することを特徴とする電力変換装置。
  4. 　請求項１記載の電力変換装置において、
    　前記電力変換器に入力される直流電圧を検出する直流電圧検出器を備え、
    　検出した直流電圧が所定の電圧値を上回った場合に、該交流電動機に対する電圧印加を中断することを特徴とする電力変換装置。
  5. 　請求項４記載の電力変換装置において、検出した直流電圧が所定の電圧値を下回った場合に、該交流電動機に対する電圧印加を再開することを特徴とする電力変換装置。
  6. 　請求項３記載の電力変換装置において、
    　該交流電動機に対して電圧印加と電圧印加中断の組み合わせを少なくとも１回行い、
    　現在までに導出した該交流電動機の誘起電圧周波数の内少なくとも１つを用いて、次回までの電圧印加中断時間を決定することを特徴とする電力変換装置。
  7. 　請求項３記載の電力変換装置において、
    　各回で導出した該交流電動機の誘起電圧位相の内少なくとも１つを用いて該交流電動機の回転方向を推定することを特徴とする電力変換装置。
  8. 　請求項３記載の電力変換装置において、
    　該交流電動機に流れる電流と電圧を印加した時間に基づき該交流電動機の誘起電圧瞬時値を導出し、各回で導出した該交流電動機の誘起電圧瞬時値の内少なくとも２相を用いて該交流電動機の回転方向を推定することを特徴とする電力変換装置。
  9. 　請求項３記載の電力変換装置において、
    　該交流電動機に対しての電圧印加を中断するまでの時間によって、該交流電動機は停止中または低速回転中と判断することを特徴とする電力変換装置。
  10. 　請求項９記載の電力変換装置において、
    　該交流電動機が低速回転中と判断した場合に、該交流電動機に対して任意の直流電圧を印加し制動をかけることを特徴とする電力変換装置。
  11. 　半導体スイッチング素子を備え、前記半導体スイッチング素子のオン・オフの組合せにより直流電圧を任意の電圧に変換し交流電動機を駆動する電力変換工程と、
    　前記電力変換器の半導体スイッチング素子を制御し、前記電力変換器から該交流電動機に任意の電圧を印加するよう制御する制御工程と、
    　該交流電動機に流れる電流を検出または推定する電流検出工程と、を備え、
    　前記制御工程は、該交流電動機の空転または停止時に前記電力変換工程から任意の電圧を該交流電動機に印加し、該交流電動機に流れる電流と電圧を印加した時間に基づき該交流電動機の誘起電圧周波数・位相を導出し、該導出した誘起電圧周波数・位相を用いて該交流電動機を再起動する電力変換方法。
  12. 　請求項１１記載の電力変換方法において、
    　該交流電動機の空転または停止時に前記電力変換工程から該交流電動機に印加する電圧は、電圧値を徐々に大きくする任意周波数の電圧であることを特徴とする電力変換方法。
  13. 　請求項１１記載の電力変換方法において、
    　該交流電動機に流れる電流が所定の電流値を上回った場合に該交流電動機に対する電圧印加を中断し、または、該交流電動機に流れる電流が所定の電流値を下回った場合に該交流電動機に対する電圧印加を再開することを特徴とする電力変換方法。
  14. 　請求項１１記載の電力変換方法において、
    　前記電力変換工程に入力される直流電圧を検出する直流電圧検出工程を備え、
    　検出した直流電圧が所定の電圧値を上回った場合に、該交流電動機に対する電圧印加を中断することを特徴とする電力変換方法。
  15. 　請求項１４記載の電力変換方法において、
    　検出した直流電圧が所定の電圧値を下回った場合に、該交流電動機に対する電圧印加を再開することを特徴とする電力変換方法。
  16. 　請求項１３記載の電力変換方法において、
    　該交流電動機に対して電圧印加と電圧印加中断の組み合わせを少なくとも１回行い、現在までに導出した該交流電動機の誘起電圧周波数の内少なくとも１つを用いて、次回までの電圧印加中断時間を決定することを特徴とする電力変換方法。
  17. 　請求項１３記載の電力変換方法において、
    　各回で導出した該交流電動機の誘起電圧位相の内少なくとも１つを用いて該交流電動機の回転方向を推定することを特徴とする電力変換方法。
  18. 　請求項１３記載の電力変換方法において、
    　該交流電動機に流れる電流と電圧を印加した時間に基づき該交流電動機の誘起電圧瞬時値を導出し、各回で導出した該交流電動機の誘起電圧瞬時値の内少なくとも２相を用いて該交流電動機の回転方向を推定することを特徴とする電力変換方法。
  19. 　請求項１３記載の電力変換方法において、
    　該交流電動機に対しての電圧印加を中断するまでの時間によって、該交流電動機は停止中または低速回転中と判断することを特徴とする電力変換方法。
  20. 　請求項１９記載の電力変換方法において、
    　該交流電動機が低速回転中と判断した場合に、該交流電動機に対して任意の直流電圧を印加し制動をかけることを特徴とする電力変換方法。
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