WO2018173274A1 - インバータ装置及びモータの軽負荷判定方法 - Google Patents

インバータ装置及びモータの軽負荷判定方法 Download PDF

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WO2018173274A1
WO2018173274A1 PCT/JP2017/012098 JP2017012098W WO2018173274A1 WO 2018173274 A1 WO2018173274 A1 WO 2018173274A1 JP 2017012098 W JP2017012098 W JP 2017012098W WO 2018173274 A1 WO2018173274 A1 WO 2018173274A1
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motor
load
speed
inverter device
acceleration
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PCT/JP2017/012098
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Inventor
良之 雨宮
Original Assignee
三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an inverter device that performs high-speed operation of a motor at a light load and a method for determining a light load of a motor.
  • an inverter device used for driving a crane, a hoist or an elevator that moves a suspended load up and down has widely used a function of increasing a motor operation speed at a light load in order to improve work efficiency.
  • a constant speed operation is performed after the start of operation, and a load measured during the operation (for example, a torque current obtained from a current flowing through the motor)
  • a load measured during the operation for example, a torque current obtained from a current flowing through the motor
  • a reference data setting mode for setting a determination criterion is provided separately from the normal operation mode in order to prevent deterioration of work efficiency due to setting and adjustment of the determination criterion.
  • the same problem as described above that is, since it is determined whether or not it is in a light load state during constant speed operation, there is a problem that the time required to detect the light load state becomes long and the start of high speed operation is delayed.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to obtain an inverter device capable of preventing the start of high-speed operation from being delayed at a light load.
  • an inverter device includes a power conversion unit that generates an AC voltage for driving a motor, and a load detection unit that detects a load of the motor.
  • the load detection unit detects the load during acceleration operation, which is the load detected by the load detection unit while the motor is accelerating in the normal operation mode, and the load detection unit detects that the motor is accelerating in the data setting mode different from the normal operation mode. It is determined whether or not the motor is in a light load state based on the determination reference data that is a load, and when the motor is in a light load state, the power conversion unit is controlled so that the operation speed of the motor becomes the first speed. When the motor is not in a light load state, an operation control unit is provided that controls the power conversion unit so that the motor operation speed becomes a second speed that is slower than the first speed.
  • the inverter device has an effect that the start of high-speed operation can be prevented from being delayed at a light load.
  • FIG. The figure which shows the structural example of the inverter apparatus concerning Embodiment 1.
  • FIG. The figure which shows the operation example in the normal operation mode of the inverter apparatus concerning Embodiment 1.
  • the flowchart which shows an example of operation
  • FIG. The figure which shows the 1st operation
  • FIG. The figure which shows 2nd operation
  • FIG. The flowchart which shows an example of operation
  • FIG. The figure which shows operation
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an inverter device according to a first embodiment of the present invention.
  • the inverter device 1 converts an AC voltage supplied from the AC power source 2 into a DC voltage, converts the converted DC voltage into an AC voltage again, and supplies the converted AC voltage to the motor 3.
  • the motor 3 drives a mechanical device (not shown), specifically, a mechanical device such as a crane, a hoist, or an elevator that moves a suspended load up and down.
  • the inverter device 1 includes a converter circuit 11 that converts an AC voltage into a DC voltage, an inverter circuit 12 that converts a DC voltage into an AC voltage, a current detection unit 13 that detects an output current of the inverter circuit 12, and an output frequency that will be described later. And a pulse signal generator 15 that generates a pulse signal.
  • a smoothing capacitor 16 that smoothes the DC voltage converted by the converter circuit 11 is inserted between the converter circuit 11 and the inverter circuit 12.
  • Converter circuit 11, inverter circuit 12, pulse signal generation unit 15, and smoothing capacitor 16 constitute power conversion unit 10.
  • the inverter device 1 includes a storage unit 17.
  • the storage unit 17 holds information used in the process in which the control unit 14 determines the output frequency. Information stored in the storage unit 17 includes determination reference data, a light load operation frequency, and a heavy load operation frequency, which will be described later.
  • the converter circuit 11 converts the AC voltage supplied from the AC power source 2 into a DC voltage and outputs it.
  • the inverter circuit 12 converts the DC voltage output from the converter circuit 11 into an AC voltage having a frequency corresponding to the driving of the motor 3 based on the pulse signal output from the pulse signal generation unit 15, and the converted AC voltage Is supplied to the motor 3. Specifically, the inverter circuit 12 variably controls the frequency and voltage of the AC voltage supplied to the motor 3 by VVVF (Variable Voltage Variable Frequency) control.
  • VVVF Very Voltage Variable Frequency
  • the current detector 13 detects the U-phase, V-phase, and W-phase phase currents output from the inverter circuit 12 for each phase.
  • the phase current of each phase is collectively referred to as an output current.
  • the control unit 14 includes a load detection unit 21 that detects a torque current as a load based on the output current detected by the current detection unit 13. Further, the control unit 14 includes an operation control unit 20 that performs light load high speed operation based on the determination reference data, the light load operation frequency, and the heavy load operation frequency stored in the storage unit 17. Further, the control unit 14 drives the motor 3 in the data setting mode distinguished from the normal operation mode, and determines the reference data based on the load detected by the load detection unit 21 in the driving state. A determination unit 22 is provided.
  • the motor 3 is driven based on the operation command and the movement amount command input from the outside and the determination reference data stored in the storage unit 17, and the machine to which the motor 3 is applied.
  • This is an operation mode for driving the apparatus.
  • the data setting mode is an operation mode in which the determination reference data used in the control operation of the motor 3 is set in the inverter device 1, that is, an operation mode in which the determination reference data is determined and stored in the storage unit 17.
  • the torque current detected by the load detector 21 is a current representing the torque generated by the motor 3, and is calculated using the output current.
  • the load detection unit 21 coordinates the phase current of each phase, which is the output current of the inverter circuit 12, on the dq axis, with the primary magnetic flux or secondary magnetic flux direction of the motor 3 as the d axis and the axis orthogonal thereto as the q axis.
  • the q-axis current at the time of conversion is obtained and used as the torque current.
  • the light load operating frequency is information used for controlling the motor 3 at light load
  • the heavy load operating frequency is information used for controlling the motor 3 when the load is not heavy, that is, not applicable at light load. It is. A control method using such information will be described later.
  • the load detection unit 21 detects an estimated torque calculated from the output current or a current value (three-phase full-wave rectified value) obtained by full-wave rectification of the output current instead of the torque current described above. May be. Further, the load detection unit 21 may detect input power to the inverter device 1, output power of the inverter device 1, and the like. Further, the load detection unit 21 may detect these estimated torques, three-phase full-wave rectified values, values corresponding to input power or output power, or amounts that can replace them. That is, the load detection unit 21 can be used in the process of determining whether or not the motor 3 is in a light load state. Such physical quantity may be detected. In the present embodiment, as described above, the load detection unit 21 will be described as detecting torque current.
  • the operation command input from the outside is a command for instructing whether to rotate the motor 3 forward or backward
  • the movement amount command is a command for instructing an amount by which the motor 3 moves the mechanical device to be driven.
  • To rotate the motor 3 forward means to rotate the rotor of the motor 3 in the first direction
  • to reverse the motor 3 means to rotate the rotor of the motor 3 in the direction opposite to the first direction. It represents rotating in the direction of 2.
  • a summary of the operation command and the movement amount command corresponds to a motor drive command for commanding the drive of the motor 3.
  • the movement amount command is not limited to a command for instructing the amount by which the motor 3 moves the machine device to be driven, but a high-speed operation command with a target frequency as a light load operation frequency or a heavy load operation frequency or higher. Any command frequency may be used.
  • control unit 14 and the storage unit 17 are configured separately, but the control unit 14 may include the storage unit 17. Although not shown in FIG. 1, the control unit 14 includes a timer.
  • control unit 14 performs an operation in the normal operation mode or the data setting mode in accordance with each of the operation command, the movement amount command, and the data setting selection signal input from the outside. Whether the control unit 14 operates in the normal operation mode or the data setting mode is commanded by a data setting selection signal.
  • the operation control unit 20 of the control unit 14 operates in the normal operation mode, the operation command and the movement amount command, the determination reference data stored in the storage unit 17, the light load operation frequency, and the heavy load operation frequency, The output frequency is calculated based on the above and is output to the pulse signal generator 15.
  • the operation control unit 20 executes a predetermined operation to calculate an output frequency, and outputs it to the pulse signal generation unit 15.
  • the reference data determination unit 22 of the control unit 14 performs the above-described operation for determining the determination reference data.
  • the load detector 21 detects the torque current in both the normal operation mode and the data setting mode.
  • the pulse signal generation unit 15 generates a pulse signal based on the output frequency calculated by the control unit 14 and outputs the pulse signal to the inverter circuit 12.
  • the pulse signal is a signal that has been subjected to pulse width modulation (PWM) and is a signal for turning on and off the switching elements that constitute the inverter circuit 12.
  • PWM pulse width modulation
  • the output frequency calculated by the control unit 14 is also referred to as a frequency command value. Therefore, in the following description, “frequency command value” is used.
  • the operation of the inverter device 1 will be described with reference to FIG. 2, FIG. 3, and FIG. Since the inverter device 1 has two operation modes, a normal operation mode and a data setting mode, the operation will be described separately for the operation in the normal operation mode and the operation in the data setting mode.
  • the inverter device 1 operates in the normal operation mode when the data setting selection signal input from the outside is at the L level.
  • the inverter device 1 is described as operating in the normal operation mode when the data setting selection signal is L level, and operating in the data setting mode when the data setting signal is H level.
  • the method of designating the mode from the outside is an example. Any signal may be used as long as it can designate either the normal operation mode or the data setting mode.
  • the inverter device 1 determines whether or not the motor 3 is in a light load state. In the light load state, the inverter device 1 performs a light load high speed operation that increases the operation speed of the motor 3 than usual. Do.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an operation example in the normal operation mode of the inverter device 1 according to the first embodiment.
  • the operation of the inverter device 1 is represented by using the relationship between the elapsed time from the start of the operation of the inverter device 1 and the frequency command value output from the control unit 14 to the pulse signal generation unit 15. Yes.
  • a thick solid line indicates an operation at a light load
  • a thick dotted line indicates an operation at a heavy load other than a light load.
  • the lower part of FIG. 2 shows an example of the motor torque detected by the load detection unit 21.
  • the motor torque is a torque generated by the motor 3.
  • the thick solid line indicates the motor torque at light load
  • the thick dotted line indicates the motor torque at heavy load.
  • a thin solid line indicates the judgment reference torque.
  • the control unit 14 shows the light load operation frequency as a target frequency as shown in FIG.
  • the motor 3 is accelerated by increasing the frequency command value.
  • the frequency command value at this time is determined by the operation control unit 20 of the control unit 14 on the basis of the light load operation frequency stored in the storage unit 17. That is, the operation control unit 20 gradually increases the frequency command value by a predetermined fixed amount so that the frequency command value finally becomes the light load operation frequency.
  • the constant increase amount that is, the increase amount per time of the frequency command value is determined in consideration of, for example, the performance of the motor 3 and the specifications of the mechanical device to which the motor 3 is applied.
  • the operation control unit 20 performs a light load in a speed limit determination section that is a section from an arbitrary frequency f1 to a frequency f2 in which the acceleration torque is stabilized while the motor 3 is accelerating, that is, while the frequency command value is being increased. Check if it is in a state. Specifically, the operation control unit 20 compares the motor torque detected by the load detection unit 21 in the speed limit determination section with the determination reference torque included in the determination reference data stored in the storage unit 17, and the motor If the torque is less than the determination reference torque, it is determined that the load is light.
  • the operation control unit 20 compares the motor running torque with a judgment reference torque during power running, which is a judgment criterion during power running.
  • the determination reference torque at the time of regeneration which is the determination reference, is compared with the motor torque.
  • the operation control unit 20 determines whether the motor 3 is powering or regenerating using the torque current. Since current flows from the inverter circuit 12 to the motor 3 during power running, and current flows from the motor 3 to the inverter circuit 12 during regeneration, the operation control unit 20 determines whether the motor 3 is in power running or regeneration from the regenerative current. Can be determined.
  • the frequency command value is increased to the target frequency, that is, the light load operation frequency.
  • the operation speed of the motor 3 becomes the first speed that is the operation speed corresponding to the light load high speed operation.
  • the operation control unit 20 limits the frequency command value to the heavy load operation frequency. That is, when the operation control unit 20 determines that the light load state is not established, the operation control unit 20 changes the target frequency to the heavy load operation frequency and increases the frequency command value to the heavy load operation frequency.
  • the operation control unit 20 decreases the frequency command value until the heavy load operation frequency is reached.
  • the operation speed of the motor 3 becomes the second speed that is a normal operation speed that is slower than the first speed that is the operation speed corresponding to the light load high speed operation.
  • the motor torque that is compared with the determination reference torque by the operation control unit 20 is not limited to the instantaneous value detected by the load detection unit 21, and an average value in the speed limit determination section, an average value for a certain time, and an instantaneous value are arbitrarily set. A value obtained by passing through a first-order lag filter of the time constant may be used.
  • the selection of the determination reference torque used by the operation control unit 20 for comparison with the motor torque may be performed using the torque current detected by the load detection unit 21. You may select by other methods. For example, the inverter device 1 allocates power running and regeneration to forward rotation and reverse rotation of the motor 3 and stores them in the storage unit 17, and performs power running according to whether a forward operation command or a reverse operation command is input. It may be judged whether or not it is being regenerated.
  • the speed limit judgment section is a section from the frequency f1 to the frequency f2.
  • the speed limit judgment section is not limited to this, and the section from the time t1 to t2 after the operation command is input is the speed limit judgment. It is good also as a section.
  • the speed limit determination section may be a section having a frequency f1 or higher, a section after time t1, or the like.
  • the operation control unit 20 determines the timing for starting the deceleration of the motor 3, that is, the timing for starting to decrease the frequency command value based on the movement amount command.
  • the amount of movement of the mechanical device driven by the motor 3 can be calculated based on the rotational speed of the motor 3, and the rotational speed of the motor 3 can be calculated based on the frequency command value. Therefore, the operation control unit 20 decreases the frequency command value based on the length of the section that increases the frequency command value, the length of the section that keeps the frequency command value constant, and the length of the section that decreases the frequency command value. Decide when to start.
  • the operation control unit 20 starts to decrease the frequency command value at the determined timing, decelerates the motor 3, and finally stops.
  • deceleration is started before the motor 3 is operated at a constant speed, that is, deceleration is started during the acceleration of the motor 3 toward the target frequency.
  • the operation control unit 20 performs light load high-speed operation according to the load only when the high-speed operation command is input. If no high-speed operation command is input, operation is performed at a separately set low-speed operation frequency. In this case, the timing at which the motor 3 starts to decelerate is the timing at which the operation command or the high-speed operation command is not input.
  • the operation control unit 20 performs a light load high speed operation with the light load high speed operation frequency as the arbitrary command frequency.
  • the timing at which the motor 3 starts decelerating is the timing at which no operation command is input.
  • the operation control unit 20 does not perform the light load high speed operation but operates with this command frequency as the target frequency.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of the operation in the normal operation mode of the inverter device 1 according to the first embodiment.
  • step S1 When the operation control unit 20 of the inverter device 1 receives an operation command and a movement amount command during the normal operation mode, the operation control unit 20 sets the light load operation frequency to the target frequency and performs an acceleration operation, that is, an operation of accelerating the motor 3. Start (step S1). That is, the operation control unit 20 increases the frequency command value so that the frequency command value to the pulse signal generation unit 15 becomes the light load operation frequency.
  • step S2 the load detection unit 21 of the inverter device 1 measures the motor torque (step S2), and the operation control unit 20 determines whether or not the motor 3 is to be powered (step S3). In step S2, the load detector 21 measures the motor torque current as the motor torque.
  • step S3 the operation control unit 20 determines whether or not the power running operation is performed based on the motor torque current.
  • step S3: Yes the operation control unit 20 compares the motor torque measured by the load detection unit 21 in step S2 with the determination reference torque during powering stored in the storage unit 17.
  • step S4 the operation control unit 20 compares the motor torque with the determination reference torque during regeneration (step S5).
  • step S6: Yes the operation control unit 20 accelerates the motor 3 until the predetermined driving speed at the light load, that is, the first speed is reached (step S7). Specifically, the operation control unit 20 increases the frequency command value to the pulse signal generation unit 15 until the operation frequency at light load is reached, and accelerates the motor 3.
  • step S6: No the operation control unit 20 accelerates or decelerates the motor 3 until the predetermined heavy load operation speed, that is, the second speed is reached (step S8). ).
  • the operation control unit 20 increases or decreases the frequency command value to the pulse signal generation unit 15 until the operation frequency at the time of heavy load is reached, thereby accelerating or decelerating the motor 3.
  • the first speed that is the operation speed at the time of light load is higher than the second speed that is the speed at the time of heavy load.
  • the operation control unit 20 determines whether or not it is the deceleration start timing after setting the frequency command value to the pulse signal generation unit 15 to the light load operation frequency or the heavy load operation frequency (step S9), and the deceleration start timing. If not (step S9: No), it is determined again whether it is the deceleration start timing. In the case of the deceleration start timing (step S9: Yes), the operation control unit 20 starts the deceleration of the motor 3 by decreasing the frequency command value to the pulse signal generation unit 15, and stops it (step S10).
  • the inverter device 1 operates in the data setting mode when the data setting selection signal input from the outside is at the H level.
  • the determination reference data is determined and stored in the storage unit 17 in order to set the determination reference data used for the light load high speed operation in the normal operation mode described above.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a first operation in the data setting mode of the inverter device 1 according to the first embodiment.
  • the upper part of FIG. 4 shows the operation for setting the determination reference torque during power running, and the lower part shows the determination reference torque to be set.
  • the first operation shown in FIG. 4 is an operation that is executed when an operation command for commanding normal rotation of the motor 3 is input to the inverter device 1 in the data setting mode.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a second operation in the data setting mode of the inverter device 1 according to the first embodiment.
  • the upper part of FIG. 5 shows the operation for setting the determination reference torque during regeneration, and the lower part shows the determination reference torque to be set.
  • the second operation shown in FIG. 5 is an operation executed when an operation command for instructing reverse rotation of the motor 3 is input to the inverter device 1 in the data setting mode.
  • the relationship between the elapsed time from the start of the operation of the inverter device 1 and the frequency command value output from the control unit 14 to the pulse signal generation unit 15 is used.
  • the operation of the inverter device 1 is shown. 4 and 5, the forward rotation and the reverse rotation of the motor 3 are represented by frequency signs. Specifically, the forward rotation is represented when the frequency sign is positive, and the reverse rotation is represented when the frequency sign is negative. Yes.
  • the pulse signal generation unit 15 generates and outputs a pulse signal that rotates the motor 3 forward when the input frequency command value is positive, and a pulse that reverses the motor 3 when the input frequency command value is negative. Generate and output a signal.
  • the user of the inverter device 1 determines the light load state and sets the motor 3 to a load state that allows high-speed operation. Specifically, the load state of the motor 3 is set to a state between a state where the load is minimum and a state where the load is maximum. It is not necessary to make the state just between the state where the load is minimum and the state where the load is maximum. For example, the user attaches a suspended load that is sufficiently smaller than the maximum weight of the suspended load to be moved by the mechanical device driven by the motor 3 to the mechanical device. After setting the motor 3 to a light load state, the user inputs a data setting selection signal of level H to the inverter device 1 and inputs an operation command for instructing normal rotation of the motor 3.
  • the operation control unit 20 sends a frequency command to the pulse signal generation unit 15 as shown in FIG.
  • the frequency command value is increased until the value becomes a predetermined value.
  • the predetermined value may be the above-described light load operation frequency.
  • the increase amount per time when the operation control unit 20 increases the frequency command value and the decrease amount per time when the operation control unit 20 decreases the frequency command value are the normal operation.
  • the increase amount per time when the operation control unit 20 increases the frequency command value and the decrease amount per time when the operation control unit 20 decreases the frequency command value are the normal operation.
  • the acceleration when the inverter device 1 accelerates the motor 3 in the data setting mode is the same as the acceleration when the inverter device 1 accelerates the motor 3 in the normal operation mode, and the inverter device 1 operates in the data setting mode.
  • the acceleration when decelerating the motor 3 is the same as the acceleration when the inverter device 1 decelerates the motor 3 in the normal operation mode.
  • the reference data determination unit 22 becomes the load detection unit 21.
  • the detected motor torque during acceleration is temporarily stored in the storage unit 17.
  • the operation control unit 20 decelerates the motor 3 without operating it at a constant speed, that is, decreases the frequency command value.
  • the reference data determination unit 22 temporarily stores in the storage unit 17 the motor torque during deceleration detected by the load detection unit 21 while the motor 3 is decelerating.
  • the reference data determination unit 22 compares the motor torque during acceleration and the motor torque during deceleration temporarily stored in the storage unit 17. When the motor torque during acceleration is larger, the reference data determination unit 22 stores the motor torque during acceleration in the storage unit 17 as a determination reference torque during powering. When the motor torque during deceleration is larger, the reference data determination unit 22 stores the motor torque during deceleration in the storage unit 17 as the determination reference torque during regeneration. At this time, the reference data determination unit 22 erases the acceleration motor torque and the deceleration motor torque temporarily stored in the storage unit 17 other than the determination reference torque.
  • the motor torque during acceleration shown in FIG. 4 is stored in the storage unit 17 as the determination reference torque during powering.
  • the operation control unit 20 sends the frequency to the pulse signal generation unit 15 as shown in FIG.
  • the frequency command value is decreased until the command value becomes a predetermined value.
  • the reference data determination unit 22 becomes the load detection unit 21.
  • the detected motor torque during acceleration is temporarily stored in the storage unit 17.
  • the operation control unit 20 decelerates the motor 3 without operating it at a constant speed, that is, increases the frequency command value.
  • the reference data determination unit 22 temporarily stores in the storage unit 17 the motor torque during deceleration detected by the load detection unit 21 while the motor 3 is decelerating.
  • the reference data determination unit 22 compares the motor torque during acceleration and the motor torque during deceleration temporarily stored in the storage unit 17. When the motor torque during acceleration is larger, the reference data determination unit 22 stores the motor torque during acceleration in the storage unit 17 as a determination reference torque during powering. When the motor torque during deceleration is larger, the reference data determination unit 22 stores the motor torque during deceleration in the storage unit 17 as the determination reference torque during regeneration. At this time, the reference data determination unit 22 erases the acceleration motor torque and the deceleration motor torque temporarily stored in the storage unit 17 other than the determination reference torque.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of the operation in the data setting mode of the inverter device 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 6 also shows preparations that are performed before the inverter device 1 starts the operation in the data setting mode.
  • the user sets the load state of the motor 3 to a light load state (step S21).
  • the operation control unit 20 of the inverter device 1 sets a predetermined frequency as the target frequency, and increases or decreases the acceleration operation, that is, the frequency command value to the target frequency. Thus, the operation of accelerating the motor 3 is started (step S22).
  • the operation control unit 20 sets the sign of the target frequency to positive when the operation command indicates normal rotation, and sets the sign of the target frequency to negative when the operation command indicates reverse rotation.
  • the description is continued assuming that the operation command indicates normal rotation.
  • the load detection unit 21 measures the motor torque during acceleration (step S23).
  • the motor torque during acceleration and motor torque T A The motor torque T A is transferred to the reference data determination unit 22, and the reference data determination unit 22 stores the received motor torque T A in the storage unit 17.
  • the operation control unit 20 ends the acceleration operation and starts the deceleration operation, that is, the operation of decelerating the motor 3 by bringing the frequency command value close to zero (step S24). .
  • the load detection unit 21 measures the motor torque during deceleration (step S25).
  • the motor torque during the deceleration to the motor torque T B.
  • Motor torque T B is passed to the reference data determining section 22, the reference data determination unit 22 stores the motor torque T B received in the storage unit 17.
  • the reference data determination unit 22 compares the motor torque T A and the motor torque T B stored in the storage unit 17, the motor torque T A is greater than the motor torque T B (step S26: Yes ), it sets the motor torque T a on criteria torque during power running (step S27). If the motor torque T A is less than the motor torque T B (step S26: No), the reference data determination unit 22 sets the motor torque T B the criteria torque during regeneration (step S28). As described above, the setting in steps S27 and S28 means that the reference data determination unit 22 stores the motor torque in the storage unit 17 as the determination reference torque.
  • the determination reference torque at the time of power running is set when the motor 3 is rotating forward
  • the determination reference torque at the time of regeneration is set when the motor 3 is rotating reversely as shown in FIG. Can be set.
  • the present invention is not limited to this, and the determination reference torque for regeneration during forward rotation may be set, and the determination reference torque for power running during reverse rotation may be set. Further, it may be set as a judgment reference torque at the time of power running or regeneration according to the amount of increase in the frequency command value per time during forward rotation and reverse rotation.
  • the determination reference torque at the time of power running and regeneration can be set. If the motor 3 is in power running, the motor torque during acceleration is greater than the motor torque during deceleration. If the motor 3 is during regeneration, the motor torque during deceleration is greater than the motor torque during acceleration.
  • the determination reference torque stored in the storage unit 17 is either the determination reference torque during power running or the determination reference torque during regeneration.
  • the determination method is not limited to this.
  • the inverter device 1 allocates power running and regeneration to forward rotation and reverse rotation of the motor 3 and stores them in the storage unit 17, and stores the storage unit according to whether a normal operation command or a reverse operation command is input. It may be determined whether the determination reference torque stored in 17 corresponds to the determination reference torque during power running or the determination reference torque during regeneration.
  • the motor torque during acceleration may be used as the determination reference torque during acceleration during regeneration.
  • the reference data determination unit 22 when the reference data determination unit 22 stores the determination reference torque in the storage unit 17, the reference data determination unit 22 adds a margin determined in consideration of errors such as torque fluctuation to the motor torque detected by the load detection unit 21 or You may subtract. That is, the reference data determination unit 22 may store the motor torque after adding or subtracting the margin in the storage unit 17 as the determination reference torque.
  • the inverter device 1 supplies an AC voltage to the motor 3 used for driving a crane, a hoist or an elevator.
  • the inverter device 1 holds the determination reference torque during power running and the determination reference torque during regeneration determined by the operation in the data setting mode, and when the motor 3 is driven in the normal operation mode, first, the motor 3 is in a light load state.
  • the acceleration operation is started by setting the operation frequency at light load, which is the operation frequency in the case of, to the target frequency.
  • the inverter device 1 determines whether the motor 3 is in a light load state based on the determination reference torque during power running and the determination reference torque during regeneration. In this determination, if the motor 3 is in power running, the judgment reference torque at the time of power running is used, and if the motor 3 is in regeneration, the judgment reference torque at the time of regeneration is used.
  • the inverter device 1 accelerates the motor 3 to the operation speed at the light load while keeping the light load operation frequency as the target frequency.
  • the inverter device 1 determines that the motor 3 is in a heavy load state that is not in a light load state
  • the inverter device 1 changes the target frequency to a heavy load operation frequency that is lower than the light load operation frequency, and the motor 3 is in a heavy load state. Accelerate or decelerate to the driving speed.
  • the motor 3 can start high speed operation without having to perform constant speed operation. It is possible to prevent the start of operation from being delayed, and the operation at light load can be made more efficient.
  • the load state differs between constant speed operation and acceleration. Specifically, only a load torque corresponding to the suspended load is generated during constant speed operation, while an acceleration torque corresponding to the acceleration is generated in addition to the load torque corresponding to the suspended load during acceleration. Since the direction of generation of this acceleration torque is different between power running and regeneration, to determine only the load torque corresponding to the suspended load during acceleration, the determination result of power running operation or regenerative operation, acceleration torque for each acceleration And information such as the measurement result of the load inertia used for the calculation of the acceleration torque are required.
  • the determination reference torque is set based on the load torque during acceleration or deceleration in the data setting mode. Therefore, the load torque during acceleration or deceleration is used in the normal operation mode. However, the light load determination can be accurately performed. In other words, since the load torque including the acceleration torque is set as the judgment reference torque in the data setting mode, the load torque including the acceleration torque detected during acceleration or deceleration in the normal operation mode can be reduced with high accuracy. Load determination can be performed.
  • the acceleration when the inverter device 1 accelerates the motor 3 in the data setting mode and the acceleration when the motor 3 is accelerated in the normal operation mode are the same.
  • different accelerations may be used in the data setting mode and the normal operation mode.
  • the acceleration used in the normal operation mode is the acceleration used in the data setting mode multiplied by a certain ratio, and this ratio is multiplied by the judgment reference torque before correction, and the judgment criterion after correction.
  • a torque may be generated, and it may be determined whether or not a light load state is established using the corrected determination reference torque. The same applies when the motor 3 is decelerated.
  • the determination reference torque before correction is the determination reference torque determined by the reference data determination unit 22 in the operation in the data setting mode.
  • the light load state is determined in the normal operation mode, and when the load fluctuation occurs during the acceleration to the light load high speed operation, the average value of the motor torque detected by the load detecting unit 21 during the acceleration for a certain period of time is used.
  • the detected instantaneous value is stored in the storage unit 17 as a value obtained by passing a first-order lag filter with an arbitrary time constant, and the instantaneous value of the motor torque detected by the load detecting unit 21 during operation and the constant motor torque are stored.
  • the speed may be limited so that the operation is performed at the load operating frequency. That is, when two motor torques, the motor torque measured in the past and stored in the storage unit 17, and the current motor torque are used, a light load is applied when the difference between the two motor torques exceeds a certain value. It may be determined that the vehicle is no longer in the state, and the speed may be limited so that the operation is performed at the heavy load operation frequency.
  • Embodiment 2 the inverter device that determines the load state during the acceleration of the motor and performs control so that the operation frequency at the light load or the operation frequency at the heavy load is controlled according to the determination result has been described.
  • an inverter device that controls the operating frequency by checking the load state even after the motor is operated at a constant speed in addition to during the acceleration of the motor will be described.
  • the configuration of the inverter device according to the second embodiment is the same as that of the inverter device 1 according to the first embodiment.
  • the inverter device according to the second embodiment is referred to as an inverter device 1a.
  • parts different from those of the first embodiment will be described.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an operation example in the normal operation mode of the inverter device 1a according to the second embodiment.
  • the elapsed time from the start of the operation of the inverter device 1 a and the frequency command that the control unit 14 outputs to the pulse signal generation unit 15 The operation of the inverter device 1a is expressed using the relationship with the value. Further, the lower part of FIG. 7 shows an example of the motor torque.
  • the operation control unit 20 of the control unit 14 receives the operation command and the movement amount command, and starts the operation of driving the motor 3.
  • the light load operation frequency is set as the target frequency.
  • the motor 3 is accelerated by increasing the frequency command value.
  • the operation control unit 20 confirms whether or not the light load state is set.
  • the operation control unit 20 increases the frequency command value until the light load operation frequency is reached.
  • the operation control unit 20 determines that it is not in the light load state, the operation control unit 20 increases or decreases the frequency command value so that the operation frequency at the time of heavy load is obtained.
  • the operation so far is the same as that of the inverter device 1 according to the first embodiment.
  • the operation control unit 20 When the operation control unit 20 increases the frequency command value to the light load operation frequency, the motor 3 is operated at a constant speed in a light load state.
  • the operation control unit 20 When the operation control unit 20 is outputting the light load operation frequency as a frequency command value, the operation control unit 20 periodically executes a process of comparing the motor torque detected by the load detection unit 21 with the determination reference torque. If it is determined that the torque exceeds the determination reference torque, the frequency command value is decreased to the heavy load operating frequency. That is, the inverter device 1a reduces the operation speed of the motor 3 to the operation speed at the time of heavy load.
  • the determination reference torque that the operation control unit 20 uses for comparison with the motor torque is different from the determination reference torque that is used for comparison during acceleration operation. .
  • this determination reference torque is referred to as a constant speed operation determination reference torque.
  • the motor torque that the operation control unit 20 compares with the determination reference torque including the determination reference torque for constant speed operation is not limited to the instantaneous value detected by the load detection unit 21.
  • the operation control unit 20 may compare the determination reference torque with the average value of the instantaneous value of the motor torque for a certain period of time, the value obtained by passing the instantaneous value through a first-order lag filter, or the like.
  • a ground cut is considered as a factor that causes the motor torque to exceed the determination reference torque for constant speed operation when the motor 3 is operating at a constant speed in a light load state.
  • the ground cutting means that the wire is wound from the state where the wire for hanging the load is slackened by the driving of the crane and the hoist, and the load is suspended during the winding. When a ground cut occurs, the load on the motor 3 changes suddenly.
  • the operation in the data setting mode of the inverter device 1a includes the operation of determining the determination reference torque for constant speed operation in addition to the operation in the data setting mode of the inverter device 1 in the first embodiment.
  • the inverter device 1 of the first embodiment in the operation in the data setting mode, the motor 3 is accelerated and then decelerated without performing constant speed operation.
  • the inverter device 1a in the present embodiment performs a constant speed operation after accelerating the motor 3, and uses the motor torque measured in the constant speed operation section as a constant speed operation.
  • the determination criterion torque is determined and stored in the storage unit 17.
  • the inverter device 1a stores a constant speed operation determination reference torque determined when the motor 3 is rotated forward in the data setting mode and a constant speed operation determination reference torque determined when the motor 3 is reversed. Memorize at 17.
  • the operation of the inverter device 1a in the data setting mode during the acceleration operation and the deceleration operation of the motor 3 is the same as the operation of the inverter device 1.
  • FIG. 8 is a flowchart showing an example of the operation in the data setting mode of the inverter device 1a according to the second embodiment.
  • the flowchart shown in FIG. 8 is obtained by replacing step S24 of the flowchart shown in FIG. 6 with steps S31 and S32.
  • Steps S21 to S23 and S25 to 28 shown in FIG. 8 are the same as steps S21 to S23 and S25 to 28 shown in FIG.
  • Step S31 the load detector 21 measures the motor torque (step S31).
  • the reference data determination unit 22 receives this motor torque, and stores it in the storage unit 17 as a constant-speed driving determination reference torque.
  • the operation control unit 20 ends the constant speed operation and starts a deceleration operation, that is, an operation of decelerating the motor 3 by bringing the frequency command value close to zero ( Step S32).
  • the inverter device 1a accelerates the motor 3 and then decelerates without performing constant speed operation, and keeps the motor torque measured during acceleration or deceleration constant.
  • the determination criterion torque for high speed driving may be determined and stored in the storage unit 17.
  • the determination reference torque for constant speed operation may be calculated from the motor torque measured during acceleration or deceleration and stored in the storage unit 17.
  • the weighted average of the motor torque measured during acceleration and the motor torque measured during deceleration is calculated according to the ratio of the speed change rate during acceleration and deceleration, and determined and stored as a determination reference torque for constant speed operation. You may memorize
  • the inverter device 1a in the present embodiment has a constant speed operation determination reference torque determined when the motor 3 is rotated forward in the data setting mode, and a constant speed operation determined when the motor 3 is reversed.
  • the determination reference torque is stored in the storage unit 17, the determination reference torque for constant speed operation is not limited to normal rotation and reverse rotation, and the force based on the torque current as in the first embodiment. It may be determined whether the vehicle is regenerative or regenerative, and the determination reference torques for constant speed operation during powering and regeneration may be stored in the storage unit 17 and used during powering and regeneration in the normal operation mode.
  • the constant speed operation determination reference torque stored in the storage unit 17 is the constant speed operation determination reference torque during power running and the constant speed during regeneration. It may be determined which of the driving determination reference torques is applicable.
  • the reference data determination unit 22 stores the motor torque in the storage unit 17 as the determination reference torque for constant speed operation, the motor torque obtained by adding or subtracting a margin determined in consideration of errors such as torque fluctuation is constant.
  • the subsequent operation is the same as the operation in the data setting mode of the inverter device 1 according to the first embodiment.
  • the inverter device 1 according to the first embodiment and the inverter device 1a according to the second embodiment set, in the data setting mode, the larger value of the motor torque during acceleration and the motor torque during deceleration as the determination reference torque.
  • the determination reference torque may be set individually during acceleration and other than during acceleration. That is, in the data setting mode, the inverter devices 1 and 1a measure the motor torque during acceleration and the motor torque during deceleration and store them in the storage unit 17, and then store the stored motor torque during acceleration and motor torque during deceleration. Is stored in the storage unit 17 as a determination reference torque during acceleration during regeneration, and the motor torque during deceleration is stored as a determination reference torque other than during acceleration in the storage unit 17.
  • the determination reference torque other than during acceleration may be used as the above-described determination reference torque for constant speed operation.
  • the inverter device 1a in the same way as the inverter device 1 according to the first embodiment, drives the motor 3 while accelerating the motor 3 when driving the motor 3 in the normal operation mode. It is confirmed whether or not 3 is in a light load state, and the motor 3 is accelerated to an operation speed corresponding to the confirmation result. Further, the inverter device 1a repeatedly checks whether or not the motor 3 is in a heavy load state in a constant speed operation after accelerating the motor 3 to a light load operation speed, and enters a heavy load state. In this case, the operation speed of the motor 3 is changed to the operation speed at the time of heavy load.
  • the inverter device 1a is used for driving a crane, a hoist or an elevator, and when the motor 3 is in a light load state in the normal operation mode, the motor 3 does not need to be operated at a constant speed during acceleration and starts high speed operation. As a result, it is possible to prevent the start of high-speed operation from being delayed at light loads, and to improve the operation at light loads.
  • the inverter device 1a checks whether or not the motor 3 is in the light load state even during the constant speed operation according to the operation speed at the time of the light load.
  • the operation speed of the motor 3 is changed to the operation speed at the time of heavy load. Therefore, even when the load changes suddenly during operation because the wire is hoisted from the ground cutting, that is, when the wire for hanging the load is slackened by driving the crane and hoist, the load is detected during the operation even if the load changes suddenly during operation.
  • the suspended load can be suspended at an appropriate speed.
  • an average value of the motor torque detected by the load detection unit 21 during acceleration and constant speed operation or a first-order lag filter of an arbitrary time constant is used for the detected instantaneous value.
  • the passed value is stored in the storage unit 17, and the instantaneous value of the motor torque detected by the load detection unit 21 during operation, the average value of the motor torque for a certain period of time, or the detected instantaneous value is a first order lag of an arbitrary time constant Even if the speed is limited so that the operation is performed at the heavy load operation frequency when the difference between the value passed through the filter and the value stored in the storage unit 17 exceeds the arbitrarily set value. Good.
  • the inverter device 1a uses two motor torques, the motor torque measured in the past and stored in the storage unit 17, and the current motor torque, and the difference between the two motor torques exceeds a certain value. In such a case, it may be determined that the light load is no longer present, and the speed may be limited so that the operation is performed at the heavy load operation frequency.
  • the converter circuit 11 of the inverter devices 1 and 1a is realized by combining a plurality of rectifier elements.
  • the inverter circuits 12 of the inverter devices 1 and 1a are realized by combining a plurality of switching elements.
  • the current detection unit 13 of the inverter devices 1 and 1a includes a current detector that detects a U-phase current, a current detector that detects a V-phase current, and a current detector that detects a W-phase current.
  • the phase current of each phase may be calculated by calculation as a configuration for detecting any one or two phases of the U phase, V phase, and W phase, and the inverter bus current and the current flowing through the switching element may be calculated.
  • the phase current of each phase may be calculated from the state of the switching element by calculation.
  • control unit 14 and the pulse signal generation unit 15 of the inverter devices 1 and 1a can be realized by the control circuit shown in FIG. 10, specifically, the processor 101 and the memory 102.
  • the processor 101 is a CPU (Central Processing Unit, central processing unit, processing unit, arithmetic unit, microprocessor, microcomputer, processor, DSP (Digital Signal Processor)).
  • the memory 102 is nonvolatile or volatile, such as RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), etc. Includes semiconductor memory and magnetic disks.
  • the control unit 14 and the pulse signal generation unit 15 are realized when the memory 102 holds a program in which processing executed by each of these units is described, and the processor 101 reads and executes the program.
  • both or one of the control unit 14 and the pulse signal generation unit 15 may be realized by a processing circuit as dedicated hardware.
  • the processing circuit is a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field Programmable Gate Array), or a combination thereof.
  • the storage unit 17 of the inverter devices 1 and 1a is realized by the memory 102 of the control circuit shown in FIG.
  • the configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.
  • the instantaneous value of the motor torque detected by the load detection unit 21 during operation or the average value of the detected motor torque for a certain period of time, or the detected instantaneous value is passed through a first-order lag filter with an arbitrary time constant. It may be used in combination with an overload stop function that stops operation when the value exceeds a separately set overload determination torque.
  • 1 inverter device 1 inverter device, 2 AC power supply, 3 motor, 10 power conversion unit, 11 converter circuit, 12 inverter circuit, 13 current detection unit, 14 control unit, 15 pulse signal generation unit, 16 smoothing capacitor, 17 storage unit, 20 operation control Section, 21 load detection section, 22 reference data determination section.

Landscapes

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  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

インバータ装置（１）は、モータ（３）を駆動する交流電圧を生成する電力変換部（１０）と、モータ（３）の負荷を検出する負荷検出部（２１）と、通常運転モードにおいてモータ（３）が加速中に負荷検出部が検出した負荷である加速動作時負荷と、通常運転モードと異なるデータ設定モードにおいてモータが加速中に負荷検出部が検出した負荷である判定基準データとに基づいてモータ（３）が軽負荷状態か否かを判定し、モータ（３）が軽負荷状態の場合はモータ（３）の運転速度が第１の速度となるよう電力変換部（１０）を制御し、モータ（３）が軽負荷状態ではない場合にはモータの運転速度が第１の速度よりも遅い第２の速度となるよう電力変換部（１０）を制御する運転制御部（２０）を備える。

Description

インバータ装置及びモータの軽負荷判定方法
　本発明は、軽負荷時にモータの高速運転を行うインバータ装置及びモータの軽負荷判定方法に関する。
　従来、吊荷を上下に移動させるクレーン、ホイストまたは昇降機の駆動に用いられるインバータ装置では、作業効率向上のために、軽負荷時にモータの運転速度を高速化する機能が広く用いられている。具体的には、下記特許文献１および２に記載されているように、運転開始後に一定速運転を行い、運転中に測定された負荷（例えば、モータに流れる電流から求めたトルク電流）を、予め測定してメモリ等に記憶した判定基準負荷と比較して、軽負荷と判定した場合にはモータの高速運転を行う。
特開２０００－５３３８５号公報 特開２００６－３３３５７７号公報
　従来の軽負荷時にモータの運転速度を高速化する機能では一定速運転となった後に、軽負荷状態か否かの判定を行っている。そのため、軽負荷状態を検出するまでの所要時間が長くなり、高速運転の開始が遅れる。
　また、特許文献２に記載の発明では、判定基準の設定および調整による作業効率の悪化を防ぐために、判定基準を設定するための基準データ設定モードを、通常運転モードとは別に備えている。しかし、特許文献２に記載の発明においても、通常運転モードで軽負荷状態か否かを判定する際には、基準データ設定モードで判定基準を設定する際に行った一定速運転と同じ速度で一定速運転を行う必要がある。よって、上記と同じ問題、すなわち、軽負荷状態か否かの判定を一定速運転時に行うため、軽負荷状態を検出するまでの所要時間が長くなり、高速運転の開始が遅れるという問題がある。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、軽負荷時に高速運転の開始が遅れるのを防止することが可能なインバータ装置を得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるインバータ装置は、モータを駆動する交流電圧を生成する電力変換部と、モータの負荷を検出する負荷検出部と、を備える。また、インバータ装置は、通常運転モードにおいてモータが加速中に負荷検出部が検出した負荷である加速動作時負荷と、通常運転モードと異なるデータ設定モードにおいてモータが加速中に負荷検出部が検出した負荷である判定基準データとに基づいてモータが軽負荷状態か否かを判定し、モータが軽負荷状態の場合はモータの運転速度が第１の速度となるよう電力変換部を制御し、モータが軽負荷状態ではない場合にはモータの運転速度が第１の速度よりも遅い第２の速度となるよう電力変換部を制御する運転制御部を備える。
　本発明にかかるインバータ装置は、軽負荷時に高速運転の開始が遅れるのを防止できる、という効果を奏する。
実施の形態１にかかるインバータ装置の構成例を示す図 実施の形態１にかかるインバータ装置の通常運転モードでの動作例を示す図 実施の形態１にかかるインバータ装置の通常運転モードでの動作の一例を示すフローチャート 実施の形態１にかかるインバータ装置のデータ設定モードでの第１の動作を示す図 実施の形態１にかかるインバータ装置のデータ設定モードでの第２の動作を示す図 実施の形態１にかかるインバータ装置のデータ設定モードでの動作の一例を示すフローチャート 実施の形態２にかかるインバータ装置の通常運転モードでの動作例を示す図 実施の形態２にかかるインバータ装置のデータ設定モードでの動作の一例を示すフローチャート 実施の形態１および２にかかるインバータ装置のデータ設定モードでの動作を示す図 実施の形態１および２にかかるインバータ装置を実現するハードウェアの構成例を示す図
　以下に、本発明の実施の形態にかかるインバータ装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１にかかるインバータ装置の構成例を示す図である。インバータ装置１は、交流電源２から供給される交流電圧を直流電圧に変換し、変換した直流電圧を再び交流電圧に変換し、変換した交流電圧をモータ３に供給する。モータ３は、図示を省略した機械装置、具体的には、吊荷を上下に移動させるクレーン、ホイストまたは昇降機といった機械装置を駆動する。
　インバータ装置１は、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ回路１１と、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路１２と、インバータ回路１２の出力電流を検出する電流検出部１３と、後述する出力周波数を決定する制御部１４と、パルス信号を生成するパルス信号生成部１５とを備える。コンバータ回路１１とインバータ回路１２との間には、コンバータ回路１１により変換された直流電圧を平滑する平滑コンデンサ１６が挿入されている。コンバータ回路１１、インバータ回路１２、パルス信号生成部１５および平滑コンデンサ１６は電力変換部１０を構成する。また、インバータ装置１は、記憶部１７を備えている。記憶部１７は、制御部１４が出力周波数を決定する処理で使用する情報を保持する。記憶部１７が保持する情報としては、後述する判定基準データ、軽負荷時運転周波数および重負荷時運転周波数が該当する。
　コンバータ回路１１は、交流電源２から供給された交流電圧を直流電圧に変換して出力する。
　インバータ回路１２は、パルス信号生成部１５から出力されたパルス信号に基づいて、コンバータ回路１１から出力された直流電圧をモータ３の駆動に対応した周波数の交流電圧に変換し、変換後の交流電圧をモータ３に供給する。具体的には、インバータ回路１２は、ＶＶＶＦ（Ｖａｒｉａｂｌｅ　Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｖａｒｉａｂｌｅ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）制御によって、モータ３に供給する交流電圧の周波数と電圧とを可変制御する。
　電流検出部１３は、インバータ回路１２から出力されるＵ相、Ｖ相およびＷ相の相電流を、相ごとに検出する。なお、以下の説明では、各相の相電流をまとめて出力電流と称する。
　制御部１４は、電流検出部１３により検出された出力電流に基づいて、トルク電流を負荷として検出する負荷検出部２１を備える。また、制御部１４は、記憶部１７に記憶されている判定基準データ、軽負荷時運転周波数および重負荷時運転周波数に基づいて軽負荷高速運転を行う運転制御部２０を備える。制御部１４は、さらに、通常運転モードとは区別されたデータ設定モードにおいて、モータ３を駆動し、その駆動状態で負荷検出部２１により検出された負荷に基づいて判定基準データを決定する基準データ決定部２２を備える。
　ここで、通常運転モードは、外部から入力される運転指令および移動量指令と、記憶部１７に記憶されている判定基準データとに基づいてモータ３を駆動し、モータ３が適用されている機械装置を駆動する運転モードである。また、データ設定モードは、モータ３の制御動作で使用する判定基準データをインバータ装置１に設定する運転モード、すなわち、判定基準データを決定して記憶部１７に記憶させる運転モードである。
　負荷検出部２１が検出するトルク電流は、モータ３が発生させるトルクを表す電流であり、出力電流を用いて算出される。負荷検出部２１は、例えば、モータ３の一次磁束あるいは二次磁束方向をｄ軸とし、それに直交する軸をｑ軸として、インバータ回路１２の出力電流である各相の相電流をｄｑ軸に座標変換した際のｑ軸電流を求めてトルク電流とする。軽負荷時運転周波数とは、軽負荷時のモータ３の制御で使用する情報であり、重負荷時運転周波数とは、重負荷時すなわち軽負荷時に該当しない場合のモータ３の制御で使用する情報である。これらの情報を使用した制御方法については後述する。
　なお、負荷検出部２１は、上述したトルク電流の代わりに、出力電流から演算した推定トルク、または、出力電流を全波整流して得られた電流値（３相全波整流値）を検出してもよい。また、負荷検出部２１は、インバータ装置１への入力電力、インバータ装置１の出力電力などを検出してもよい。また、負荷検出部２１は、これらの推定トルク、３相全波整流値、入力電力または出力電力に相当する値またはこれらを代替可能な量を検出するようにしてもよい。すなわち、負荷検出部２１は、モータ３が軽負荷状態か否かを判定する処理で使用することが可能な、モータ３の負荷状態の変動に対応して値が変動する物理量であれば、どのような物理量を検出してもよい。本実施の形態では、上述したように、負荷検出部２１がトルク電流を検出するものとして説明を行う。
　外部から入力される運転指令は、モータ３を正転させるか逆転させるかを指示する指令であり、移動量指令は、モータ３が駆動対象の機械装置を移動させる量を指示する指令である。モータ３を正転させるとは、モータ３の回転子を第１の方向に回転させることを表し、モータ３を逆転させるとは、モータ３の回転子を第１の方向の逆方向である第２の方向に回転させることを表す。運転指令と移動量指令とをまとめたものはモータ３の駆動を指令するモータ駆動指令に該当する。
　なお、移動量指令はモータ３が駆動対象の機械装置を移動させる量を指示する指令に限定するものではなく、目標周波数を軽負荷時運転周波数とする高速運転指令や、重負荷時運転周波数以上の任意の指令周波数としてもよい。
　なお、制御部１４と記憶部１７とを別構成としたが、制御部１４が記憶部１７を含んだ構成としてもよい。また、図１では記載を省略しているが、制御部１４は、タイマを備えているものとする。
　また、制御部１４は、外部から入力される運転指令、移動量指令およびデータ設定選択の各信号に従い、通常運転モードまたはデータ設定モードでの動作を行う。制御部１４が通常運転モードとデータ設定モードのどちらで動作を行うかはデータ設定選択信号で指令される。制御部１４の運転制御部２０は、通常運転モードで動作する場合、運転指令および移動量指令と、記憶部１７で記憶されている判定基準データ、軽負荷時運転周波数および重負荷時運転周波数とに基づいて出力周波数を算出し、パルス信号生成部１５に出力する。
　運転制御部２０は、データ設定モードの場合、予め決められた動作を実行して出力周波数を算出し、パルス信号生成部１５に出力する。制御部１４の基準データ決定部２２は、データ設定モードの場合に、上述した判定基準データを決定する動作を実行する。負荷検出部２１は、通常運転モードおよびデータ設定モードのいずれの場合にも、トルク電流を検出する。
　パルス信号生成部１５は、制御部１４で算出された出力周波数に基づいてパルス信号を生成し、インバータ回路１２に出力する。パルス信号は、パルス幅変調（ＰＷＭ：Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）された信号であり、インバータ回路１２を構成するスイッチング素子をオンオフさせるための信号である。なお、制御部１４が算出する出力周波数は、周波数指令値とも称される。そのため、以下の説明では「周波数指令値」を使用する。
　次に、インバータ装置１の動作について、図２、図３および図４を参照しながら説明する。インバータ装置１は、通常運転モードおよびデータ設定モードの２つの運転モードを有するため、通常運転モードでの動作とデータ設定モードでの動作とに分けて動作を説明する。
（通常運転モードでの動作）
　インバータ装置１は、外部から入力されるデータ設定選択信号がＬレベルの場合、通常運転モードで動作する。なお、本実施の形態では、インバータ装置１はデータ設定選択信号がＬレベルの場合に通常運転モードで動作を行い、Ｈレベルの場合にデータ設定モードで動作を行うものとして説明を行うが、運転モードを外部から指示する方法は一例である。通常運転モードおよびデータ設定モードのいずれか一方を指定可能な信号であればどのような信号であってもよい。
　インバータ装置１は、通常運転モードで動作する場合、モータ３が軽負荷状態か否かを判別し、軽負荷状態の場合にはモータ３の運転速度を通常よりも高速化する軽負荷高速運転を行う。
　図２は、実施の形態１にかかるインバータ装置１の通常運転モードでの動作例を示す図である。図２の上段では、インバータ装置１が動作を開始してからの経過時間と制御部１４がパルス信号生成部１５に出力する周波数指令値との関係を使用してインバータ装置１の動作を表している。図２の上段では、太い実線が軽負荷時の動作を示し、太い点線が軽負荷時以外の重負荷時の動作を示している。図２の下段には、負荷検出部２１が検出するモータトルクの例を示している。モータトルクはモータ３が発生させるトルクである。太い実線が軽負荷時のモータトルクを示し、太い点線が重負荷時のモータトルクを示している。細い実線は判定基準トルクを示している。
　通常運転モードで動作するインバータ装置１において、制御部１４は、運転指令および移動量指令が入力され、モータ３を駆動する動作を開始すると、軽負荷時運転周波数を目標周波数として、図２に示したように、周波数指令値を増加させてモータ３を加速させる。このときの周波数指令値は、制御部１４の運転制御部２０が、記憶部１７に記憶された軽負荷時運転周波数に基づいて決定する。すなわち、運転制御部２０は、周波数指令値が最終的に軽負荷時運転周波数となるよう、予め決められた一定の増加量で周波数指令値を徐々に増加させる。一定の増加量、すなわち、周波数指令値の時間あたりの増加量は、例えば、モータ３の性能、モータ３が適用される機械装置の仕様などを考慮して決定する。
　運転制御部２０は、モータ３が加速中、すなわち、周波数指令値を増加させている最中、加速トルクが安定する任意の周波数f1から周波数f2までの区間である速度リミット判定区間において、軽負荷状態か否かを確認する。具体的には、運転制御部２０は、速度リミット判定区間において負荷検出部２１により検出されたモータトルクと、記憶部１７に記憶された判定基準データに含まれる判定基準トルクとを比較し、モータトルクが判定基準トルク未満であれば軽負荷状態と判断する。
　このとき、運転制御部２０は、モータ３が力行中であれば、力行時の判定基準である力行時の判定基準トルクとモータトルクとを比較し、モータ３が回生中であれば、回生時の判定基準である回生時の判定基準トルクとモータトルクとを比較する。運転制御部２０は、モータ３が力行中か回生中かの判断はトルク電流を用いて判断する。力行中はインバータ回路１２からモータ３に向かって電流が流れ、回生中はモータ３からインバータ回路１２に向かって電流が流れるため、運転制御部２０は、回生電流からモータ３が力行中か回生中かを判別可能である。
　なお、モータ３が力行中であるか回生中であるかは、モータ３の駆動条件および負荷状態に依存する。
　運転制御部２０は、軽負荷状態と判断した場合、周波数指令値を、目標周波数すなわち軽負荷時運転周波数まで増加させる。この結果、モータ３の運転速度は軽負荷高速運転に対応した運転速度である第１の速度となる。一方、運転制御部２０は、軽負荷状態ではないと判断した場合、周波数指令値を重負荷時運転周波数に制限する。すなわち、運転制御部２０は、軽負荷状態ではないと判断した場合、目標周波数を重負荷時運転周波数に変更し、周波数指令値を重負荷時運転周波数まで増加させる。なお、運転制御部２０は、軽負荷状態と判断した時点の周波数指令値が重負荷時運転周波数を超えている場合、重負荷時運転周波数となるまで周波数指令値を減少させる。この結果、モータ３の運転速度は軽負荷高速運転に対応した運転速度である第１の速度よりも遅い通常の運転速度である第２の速度となる。
　運転制御部２０が判定基準トルクと比較するモータトルクは、負荷検出部２１で検出された瞬時値に限定するものではなく、速度リミット判定区間における平均値、一定時間の平均値、瞬時値を任意の時定数の一次遅れフィルタを通した値などとしてもよい。
　運転制御部２０がモータトルクとの比較に用いる判定基準トルクの選択、すなわちモータ３が力行中か回生中かの判断は、負荷検出部２１で検出されたトルク電流を用いて行ってもよいが、他の方法で選択してもよい。例えば、インバータ装置１は、モータ３の正転および逆転にそれぞれ力行および回生を割り付けて記憶部１７で記憶し、正転の運転指令が入力されたか逆転の運転指令が入力されたかに従い、力行中か回生中かの判断を行ってもよい。
　また、図２に示した例では速度リミット判定区間を、周波数f1から周波数f2までの区間としているが、これに限るものではなく、運転指令入力後の時間t1からt2までの区間を速度リミット判定区間としてもよい。また、速度リミット判定区間を、周波数f1以上の区間、時間t1以降の区間などとしてもよい。
　また、運転制御部２０は、モータ３を駆動させた後、移動量指令に基づいてモータ３の減速を開始させるタイミング、すなわち周波数指令値を減少させはじめるタイミングを決定する。モータ３が駆動する機械装置の移動量はモータ３の回転数に基づいて算出することができ、また、モータ３の回転数は周波数指令値に基づいて算出することができる。そのため、運転制御部２０は、周波数指令値を増加させる区間の長さ、周波数指令値を一定に保つ区間の長さおよび周波数指令値を減少させる区間の長さに基づいて、周波数指令値を減少させはじめるタイミングを決定する。運転制御部２０は、決定したタイミングで周波数指令値を減少させはじめてモータ３を減速させ、最終的に停止させる。なお、移動量指令の値によっては、モータ３が一定速運転となる前に減速を開始させる場合、すなわち、モータ３を目標周波数に向けて加速させている途中に減速を開始させる場合もある。
　また、移動量指令を、目標周波数を軽負荷時運転周波数とする高速運転指令とした場合は、運転制御部２０は、高速運転指令が入力されている場合のみ、負荷に応じた軽負荷高速運転を行い、高速運転指令が入力されていない場合は、別途設定されている低速運転周波数にて運転する。この場合、モータ３の減速を開始するタイミングは、運転指令もしくは高速運転指令の入力が無くなったタイミングとなる。
　また、移動量指令を、重負荷時運転周波数以上の任意の指令周波数とした場合、運転制御部２０は、軽負荷高速運転周波数をこの任意の指令周波数として軽負荷高速運転を行う。この場合、モータ３の減速を開始するタイミングは、運転指令の入力が無くなったタイミングとなる。また、任意の指令周波数が重負荷時運転周波数未満の場合、運転制御部２０は、軽負荷高速運転を行わず、この指令周波数を目標周波数として運転する。
　図３は、実施の形態１にかかるインバータ装置１の通常運転モードでの動作の一例を示すフローチャートである。
　インバータ装置１の運転制御部２０は、通常運転モード中に運転指令および移動量指令の入力があると、軽負荷時運転周波数を目標周波数に設定し、加速動作、すなわちモータ３を加速させる動作を開始する（ステップＳ１）。すなわち、運転制御部２０は、パルス信号生成部１５への周波数指令値が軽負荷時運転周波数となるよう、周波数指令値を増加させる。次に、インバータ装置１の負荷検出部２１がモータトルクを測定し（ステップＳ２）、運転制御部２０が、モータ３を力行運転させるか否かを判定する（ステップＳ３）。ステップＳ２において、負荷検出部２１は、モータトルク電流をモータトルクとして測定する。ステップＳ３において、運転制御部２０は、モータトルク電流に基づいて力行運転か否かを判定する。モータ３を力行運転させる場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、運転制御部２０は、ステップＳ２で負荷検出部２１が測定したモータトルクを、記憶部１７で記憶されている力行時の判定基準トルクと比較する（ステップＳ４）。モータ３を力行運転させない、すなわちモータ３を回生運転させる場合（ステップＳ３：Ｎｏ）、運転制御部２０は、モータトルクを、回生時の判定基準トルクと比較する（ステップＳ５）。
　モータトルクが判定基準トルク未満の場合（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、運転制御部２０は、予め決められた軽負荷時の運転速度すなわち第１の速度となるまでモータ３を加速させる（ステップＳ７）。具体的には、運転制御部２０は、パルス信号生成部１５への周波数指令値を軽負荷時運転周波数となるまで増加させて、モータ３を加速させる。モータトルクが判定基準トルク以上の場合（ステップＳ６：Ｎｏ）、運転制御部２０は、予め決められた重負荷時の運転速度すなわち第２の速度となるまでモータ３を加速または減速させる（ステップＳ８）。具体的には、運転制御部２０は、パルス信号生成部１５への周波数指令値を、重負荷時運転周波数となるまで増加または減少させて、モータ３を加速または減速させる。なお、軽負荷時の運転速度である第１の速度は、重負荷時の速度である第２の速度よりも高速である。
　運転制御部２０は、パルス信号生成部１５への周波数指令値を、軽負荷時運転周波数または重負荷時運転周波数とした後、減速開始タイミングか否かを判定し（ステップＳ９）、減速開始タイミングではない場合（ステップＳ９：Ｎｏ）、減速開始タイミングか否かの判定を再度行う。減速開始タイミングの場合（ステップＳ９：Ｙｅｓ）、運転制御部２０は、パルス信号生成部１５への周波数指令値を減少させてモータ３の減速を開始し、停止させる（ステップＳ１０）。
（データ設定モードでの動作）
　インバータ装置１は、外部から入力されるデータ設定選択信号がＨレベルの場合、データ設定モードで動作する。
　インバータ装置１は、データ設定モードで動作する場合、上述した通常運転モードにおける軽負荷高速運転に用いる判定基準データを設定するため、判定基準データを決定して記憶部１７に記憶させる。
　図４は、実施の形態１にかかるインバータ装置１のデータ設定モードでの第１の動作を示す図である。図４の上段は、力行時の判定基準トルクを設定する動作を示し、下段は、設定する判定基準トルクを示している。図４に示した第１の動作は、データ設定モード時のインバータ装置１にモータ３の正転を指令する運転指令が入力された場合に実行する動作である。
　図５は、実施の形態１にかかるインバータ装置１のデータ設定モードでの第２の動作を示す図である。図５の上段は、回生時の判定基準トルクを設定する動作を示し、下段は、設定する判定基準トルクを示している。図５に示した第２の動作は、データ設定モード時のインバータ装置１にモータ３の逆転を指令する運転指令が入力された場合に実行する動作である。
　図４および図５の上段では、図２と同様に、インバータ装置１が動作を開始してからの経過時間と制御部１４がパルス信号生成部１５に出力する周波数指令値との関係を使用してインバータ装置１の動作を表している。また、図４および図５では、モータ３の正転と逆転とを周波数の符号で表しており、具体的には、周波数の符号が正の場合は正転、負の場合は逆転を表している。パルス信号生成部１５は、入力された周波数指令値が正の場合はモータ３を正転させるパルス信号を生成して出力し、入力された周波数指令値が負の場合はモータ３を逆転させるパルス信号を生成して出力する。
　インバータ装置１をデータ設定モードで動作させる場合、インバータ装置１の使用者は、軽負荷状態と判断して高速運転を許容する負荷状態にモータ３を設定する。具体的には、モータ３の負荷状態を、負荷が最小となる状態と負荷が最大となる状態との間の状態に設定する。負荷が最小となる状態と最大となる状態のちょうど中間の状態とする必要は無い。使用者は、例えば、モータ３が駆動する機械装置によって移動させる吊荷の最大重量よりも重量が十分小さい吊荷を機械装置に取り付ける。使用者は、モータ３を軽負荷状態に設定した後、インバータ装置１に対してレベルＨのデータ設定選択信号を入力させるとともに、モータ３の正転を指令する運転指令を入力させる。
　データ設定モード中のインバータ装置１に対してモータ３の正転を指令する運転指令が入力された場合、図４に示したように、運転制御部２０は、パルス信号生成部１５への周波数指令値が予め決められた値となるまで、周波数指令値を増加させる。予め決められた値は、上述した軽負荷時運転周波数としてもよい。
　なお、データ設定モードでの動作において運転制御部２０が周波数指令値を増加させる際の時間あたりの増加量および運転制御部２０が周波数指令値を減少させる際の時間あたりの減少量は、通常運転モードでの動作において運転制御部２０が周波数指令値を増加させる際の時間あたりの増加量および運転制御部２０が周波数指令値を減少させる際の時間あたりの減少量と同じとする。すなわち、インバータ装置１がデータ設定モードでモータ３を加速させる際の加速度は、インバータ装置１が通常運転モードでモータ３を加速させる際の加速度と同一であり、また、インバータ装置１がデータ設定モードでモータ３を減速させる際の加速度は、インバータ装置１が通常運転モードでモータ３を減速させる際の加速度と同一とする。
　図４に示したように、運転制御部２０が周波数指令値の出力を開始してから一定時間が経過してモータ３の加速トルクが安定すると、基準データ決定部２２が、負荷検出部２１で検出された加速中のモータトルクを記憶部１７に一時的に記憶させる。その後、運転制御部２０は、出力する周波数指令値が決められた値に達すると、モータ３を一定速運転させることなく減速、すなわち、周波数指令値を減少させる。そして、基準データ決定部２２は、モータ３が減速中に負荷検出部２１により検出された減速中のモータトルクを記憶部１７に一時的に記憶させる。
　次に、基準データ決定部２２は、記憶部１７に一時的に記憶させた加速中のモータトルクと減速中のモータトルクとを比較する。基準データ決定部２２は、加速中のモータトルクの方が大きい場合、加速中のモータトルクを力行時の判定基準トルクとして記憶部１７に記憶させる。基準データ決定部２２は、減速中のモータトルクの方が大きい場合、減速中のモータトルクを回生時の判定基準トルクとして記憶部１７に記憶させる。このとき、基準データ決定部２２は、判定基準トルク以外の、記憶部１７に一時的に記憶させた加速中のモータトルクおよび減速中のモータトルクを消去する。
　図４に示した場合では、加速中のモータトルクの方が減速中のモータトルクより大きいため、図４の加速中のモータトルクを力行時の判定基準トルクとして記憶部１７に記憶させる。
　また、データ設定モード中のインバータ装置１に対してモータ３の逆転を指令する運転指令が入力された場合、図５に示したように、運転制御部２０は、パルス信号生成部１５への周波数指令値が予め決められた値となるまで、周波数指令値を減少させる。
　図５に示したように、運転制御部２０が周波数指令値の出力を開始してから一定時間が経過してモータ３の加速トルクが安定すると、基準データ決定部２２が、負荷検出部２１で検出された加速中のモータトルクを記憶部１７に一時的に記憶させる。その後、運転制御部２０は、出力する周波数指令値が決められた値に達すると、モータ３を一定速運転させることなく減速、すなわち、周波数指令値を増加させる。そして、基準データ決定部２２は、モータ３が減速中に負荷検出部２１により検出された減速中のモータトルクを記憶部１７に一時的に記憶させる。
　次に、基準データ決定部２２は、記憶部１７に一時的に記憶させた加速中のモータトルクと減速中のモータトルクとを比較する。基準データ決定部２２は、加速中のモータトルクの方が大きい場合、加速中のモータトルクを力行時の判定基準トルクとして記憶部１７に記憶させる。基準データ決定部２２は、減速中のモータトルクの方が大きい場合、減速中のモータトルクを回生時の判定基準トルクとして記憶部１７に記憶させる。このとき、基準データ決定部２２は、判定基準トルク以外の、記憶部１７に一時的に記憶させた加速中のモータトルクおよび減速中のモータトルクを消去する。
　図５で示した場合では、減速中のモータトルクの方が加速中のモータトルクより大きいため、図５の減速中のモータトルクを回生時の判定基準トルクとして記憶部１７に記憶させる。
　なお、図４に示した動作を先に行うこととして説明を行ったが、図５に示した動作を先に行ってから図４に示した動作を行うようにしても構わない。
　図６は、実施の形態１にかかるインバータ装置１のデータ設定モードでの動作の一例を示すフローチャートである。なお、図６は、インバータ装置１がデータ設定モードでの動作を開始する前に行う事前準備も記載している。
　インバータ装置１をデータ設定モードで動作させるための事前準備として、使用者はモータ３の負荷状態を軽負荷状態に設定する（ステップＳ２１）。
　インバータ装置１の運転制御部２０は、データ設定モード中に運転指令の入力があると、予め決められた周波数を目標周波数に設定し、加速動作、すなわち、周波数指令値を目標周波数まで増加または減少させることによりモータ３を加速させる動作を開始する（ステップＳ２２）。
　なお、運転制御部２０は、運転指令が正転を示す場合は目標周波数の符号を正に設定し、運転指令が逆転を示す場合は目標周波数の符号を負に設定する。ここでは運転指令が正転を示すものとして説明を続ける。
　次に、負荷検出部２１が、加速中のモータトルクを測定する（ステップＳ２３）。加速中のモータトルクをモータトルクＴAとする。モータトルクＴAは基準データ決定部２２に渡され、基準データ決定部２２は、受け取ったモータトルクＴAを記憶部１７に記憶させる。
　運転制御部２０は、出力する周波数指令値が目標周波数になると、加速動作を終了して減速動作、すなわち、周波数指令値をゼロに近づけることによりモータ３を減速させる動作を開始する（ステップＳ２４）。
　次に、負荷検出部２１が、減速中のモータトルクを測定する（ステップＳ２５）。減速中のモータトルクをモータトルクＴBとする。モータトルクＴBは基準データ決定部２２に渡され、基準データ決定部２２は、受け取ったモータトルクＴBを記憶部１７に記憶させる。
　次に、基準データ決定部２２が、記憶部１７で記憶されているモータトルクＴAとモータトルクＴBとを比較し、モータトルクＴAがモータトルクＴBよりも大きい場合（ステップＳ２６：Ｙｅｓ）、モータトルクＴAを力行時の判定基準トルクに設定する（ステップＳ２７）。モータトルクＴAがモータトルクＴB以下の場合（ステップＳ２６：Ｎｏ）、基準データ決定部２２は、モータトルクＴBを回生時の判定基準トルクに設定する（ステップＳ２８）。なお、上述したように、ステップＳ２７およびＳ２８における設定とは、基準データ決定部２２が、モータトルクを判定基準トルクとして記憶部１７に記憶させることをいう。
　なお、モータトルクＴAがモータトルクＴBと等しい場合は、力行時の判定基準トルクと回生時の判定基準トルクをいずれもＴAと設定してもよい。
　運転指令が正転を示す場合について説明したが、運転指令が逆転を示す場合のインバータ装置１の動作も同様である。
　このように、本実施の形態では、図４に示すようにモータ３の正転時に力行時の判定基準トルクを設定し、図５に示すようにモータ３の逆転時に回生時の判定基準トルクが設定できる。ただし、これに限定したものではなく、正転時に回生時の判定基準トルクを設定し、逆転時に力行時の判定基準トルクを設定してもよい。また、正転時と逆転時とで、それぞれの周波数指令値の時間あたりの増加量に応じた、力行時あるいは回生時の判定基準トルクとして設定してもよい。
　すなわち、図６で示すデータ設定モードのフローを、正転および逆転の場合についてそれぞれ実施すれば、力行時および回生時の判定基準トルクを設定できる。尚、モータ３が力行時であれば加速中のモータトルクが減速中のモータトルクよりも大きくなり、モータ３が回生時であれば減速中のモータトルクが加速中のモータトルクよりも大きくなる。
　本実施の形態では、加速中のモータトルクと減速中のモータトルクとを比較することにより、記憶部１７が記憶する判定基準トルクが力行時の判定基準トルクと回生時の判定基準トルクのどちらに該当するのかを判定することとしたが判定方法をこれに限定するものではない。例えば、インバータ装置１は、モータ３の正転および逆転にそれぞれ力行および回生を割り付けて記憶部１７で記憶し、正転の運転指令が入力されたか逆転の運転指令が入力されたかに従い、記憶部１７で記憶する判定基準トルクが力行時の判定基準トルクと回生時の判定基準トルクのどちらに該当するのかを判断してもよい。
　また、後述する図９に示すように、回生時の、加速中のモータトルクおよび減速中のモータトルクについて、加速中のモータトルクを回生時の加速中の判定基準トルクとしてもよい。
　また、基準データ決定部２２は、判定基準トルクを記憶部１７に記憶させる際、負荷検出部２１で検出されたモータトルクに対して、トルク変動などの誤差を考慮して決定したマージンを加算または減算してもよい。すなわち、基準データ決定部２２は、マージンを加算または減算した後のモータトルクを判定基準トルクとして記憶部１７に記憶させてもよい。
　以上のように、本実施の形態にかかるインバータ装置１は、クレーン、ホイストまたは昇降機の駆動に用いられるモータ３に対して交流電圧を供給する。インバータ装置１は、データ設定モードでの動作で決定した力行時の判定基準トルクおよび回生時の判定基準トルクを保持し、通常運転モードでモータ３を駆動させる際、まず、モータ３が軽負荷状態の場合の運転周波数である軽負荷時運転周波数を目標周波数に設定して加速動作を開始させる。次に、インバータ装置１は、モータ３を加速させている途中に、モータ３が軽負荷状態か否かを、力行時の判定基準トルクおよび回生時の判定基準トルクに基づいて判定する。この判定では、モータ３が力行中であれば力行時の判定基準トルクを使用し、モータ３が回生中であれば回生時の判定基準トルクを使用する。
　インバータ装置１は、モータ３が軽負荷状態と判定した場合、軽負荷時運転周波数を目標周波数としたままの状態でモータ３を軽負荷時の運転速度まで加速させる。一方、インバータ装置１は、モータ３が軽負荷状態ではない重負荷状態と判定した場合、目標周波数を、軽負荷時運転周波数よりも低い重負荷時運転周波数に変更し、モータ３を重負荷時の運転速度まで加速または減速させる。これにより、モータ３が軽負荷状態であるか否かの判定時にも、軽負荷状態と判定した場合にも、モータ３が一定速運転を行う必要なく高速運転を開始できるので、軽負荷時に高速運転の開始が遅れるのを防止でき、軽負荷時の動作を効率化できる。
　一般的に、吊荷を上下に移動させるクレーン、ホイストまたは昇降機の駆動に用いられるモータでは、一定速運転中と加速中とで負荷状態が異なる。具体的には、一定速運転中は吊荷に応じた負荷トルクのみが発生するが、加速中は吊荷に応じた負荷トルクに加えて、加速度に応じた加速トルクが発生する。この加速トルクは力行時と回生時とで発生方向が異なるため、吊荷に応じた負荷トルクのみを加速中に求めるには、力行運転中か回生運転中かの判定結果、加速度ごとの加速トルクの測定結果および加速トルクの演算に用いる負荷イナーシャの測定結果といった情報が必要となる。
　本実施の形態に係るインバータ装置１を用いれば、データ設定モードにおいて加速中あるいは減速中の負荷トルクに基づいて判定基準トルクを設定するので、通常運転モードにおいて加速中あるいは減速中の負荷トルクを用いても、軽負荷判定を精度よく実施できる。すなわち、データ設定モードで加速トルクを含めた負荷トルクを判定基準トルクとして設定しているので、通常運転モードにおいて加速中あるいは減速中に検出した加速トルクを含んだ負荷トルクからも、高精度に軽負荷判定を行うことができる。
　本実施の形態では、インバータ装置１がデータ設定モードでモータ３を加速させる際の加速度と、通常運転モードでモータ３を加速させる際の加速度とが同じであることとした。しかし、データ設定モードと通常運転モードとで異なる加速度を使用してもよい。
　その場合、通常運転モードで使用する加速度を、データ設定モードで使用する加速度に一定の比率を掛け合わせたものとし、また、この比率を補正前の判定基準トルクに掛け合わせて補正後の判定基準トルクを生成し、補正後の判定基準トルクを用いて軽負荷状態か否かを判定するようにしてもよい。モータ３の減速時も同様である。なお、補正前の判定基準トルクは、データ設定モードでの動作で基準データ決定部２２が決定した判定基準トルクである。
　なお、通常運転モードで軽負荷状態と判断し、軽負荷高速運転まで加速中に負荷変動が生じた場合の対応としては、加速中に負荷検出部２１が検出したモータトルクの一定時間の平均値、または、検出した瞬時値を任意の時定数の一次遅れフィルタを通した値を記憶部１７に記憶しておき、運転中に負荷検出部２１が検出したモータトルクの瞬時値、モータトルクの一定時間の平均値または検出した瞬時値を任意の時定数の一次遅れフィルタを通した値と、記憶部１７に記憶しておいた値との差が任意に設定した値を超えた場合に、重負荷時運転周波数での運転となるように速度を制限してもよい。すなわち、過去に測定して記憶部１７に記憶しておいたモータトルクと現在のモータトルクとの２つのモータトルクを使用し、２つのモータトルクの差が一定の値を超えた場合に軽負荷状態ではなくなったと判断し、重負荷時運転周波数での運転となるように速度を制限してもよい。
実施の形態２．
　実施の形態１では、モータの加速中に負荷状態を判定し、判定結果に従って軽負荷時運転周波数または重負荷時運転周波数となるように制御するインバータ装置について説明した。これに対して、実施の形態２では、モータの加速中に加えて、モータが一定速運転となった後も負荷状態を確認して運転周波数を制御するインバータ装置について説明する。
　実施の形態２にかかるインバータ装置の構成は実施の形態１にかかるインバータ装置１と同様である。実施の形態１にかかるインバータ装置１と区別するため、実施の形態２にかかるインバータ装置をインバータ装置１ａと記載する。本実施の形態では、実施の形態１と異なる部分について説明を行う。
（通常運転モードでの動作）
　図７は、実施の形態２にかかるインバータ装置１ａの通常運転モードでの動作例を示す図である。図７の上段では、実施の形態１の説明に用いた図２などと同様に、インバータ装置１ａが動作を開始してからの経過時間と制御部１４がパルス信号生成部１５に出力する周波数指令値との関係を使用してインバータ装置１ａの動作を表している。また、図７の下段にはモータトルクの例を示している。
　通常運転モードで動作するインバータ装置１ａにおいて、制御部１４の運転制御部２０は、運転指令および移動量指令が入力され、モータ３を駆動する動作を開始すると、軽負荷時運転周波数を目標周波数として周波数指令値を増加させてモータ３を加速させる。運転制御部２０は、加速トルクが安定する任意の周波数f1まで周波数指令値を増加させると、軽負荷状態か否かを確認する。運転制御部２０は、軽負荷状態と判断した場合、軽負荷時運転周波数となるまで周波数指令値を増加させる。一方、運転制御部２０は、軽負荷状態ではないと判断した場合、重負荷時運転周波数となるように周波数指令値を増加または減少させる。ここまでの動作は実施の形態１にかかるインバータ装置１と同様である。
　運転制御部２０が周波数指令値を軽負荷時運転周波数まで増加させると、モータ３は軽負荷状態での一定速運転となる。運転制御部２０は、軽負荷時運転周波数を周波数指令値として出力している状態の場合、負荷検出部２１で検出されたモータトルクを判定基準トルクと比較する処理を周期的に実行し、モータトルクが判定基準トルクを上回ったと判断すると、周波数指令値を重負荷時運転周波数まで減少させる。すなわち、インバータ装置１ａは、モータ３の運転速度を重負荷時の運転速度まで減速させる。
　モータ３が軽負荷状態で一定速運転を行っているときに運転制御部２０がモータトルクとの比較に用いる判定基準トルクは、加速動作中での比較で用いるものとは異なる判定基準トルクとする。以下、この判定基準トルクを一定速運転用判定基準トルクと称する。
　なお、運転制御部２０が一定速運転用判定基準トルクを含む判定基準トルクと比較するモータトルクは、負荷検出部２１で検出された瞬時値に限定されない。運転制御部２０は、判定基準トルクと比較する対象を、モータトルクの瞬時値の一定時間の平均値、瞬時値を任意の時定数の一次遅れフィルタを通した値などとしてもよい。
　モータ３が軽負荷状態での一定速運転を行っているときにモータトルクが一定速運転用判定基準トルクを上回るようになる要因としては地切りが考えられる。地切りとは、クレーンおよびホイストの駆動で荷吊用のワイヤがたるんだ状態からワイヤを巻上げ、巻上げ途中で荷を吊ることをいう。地切りが発生すると、モータ３の負荷が急変する。
（データ設定モードでの動作）
　インバータ装置１ａのデータ設定モードでの動作は、実施の形態１におけるインバータ装置１のデータ設定モードでの動作に加えて、一定速運転用判定基準トルクを決定する動作を含む。
　実施の形態１のインバータ装置１は、データ設定モードでの動作において、モータ３を加速させた後、一定速運転を行わずに減速させることとしていた。これに対して、本実施の形態におけるインバータ装置１ａは、データ設定モードでの動作において、モータ３を加速させた後、一定速運転を行い、一定速運転区間において測定したモータトルクを一定速運転用判定基準トルクに決定して記憶部１７で記憶する。インバータ装置１ａは、データ設定モードでモータ３を正転させた場合に決定した一定速運転用判定基準トルクと、モータ３を逆転させた場合に決定した一定速運転用判定基準トルクとを記憶部１７で記憶する。モータ３の加速動作中および減速動作中のデータ設定モードでのインバータ装置１ａの動作は、インバータ装置１の動作と同様である。
　図８は、実施の形態２にかかるインバータ装置１ａのデータ設定モードでの動作の一例を示すフローチャートである。図８に示したフローチャートは、図６に示したフローチャートのステップＳ２４をステップＳ３１およびＳ３２に置き換えたものである。図８に示したステップＳ２１～Ｓ２３，Ｓ２５～２８については図６に示したステップＳ２１～Ｓ２３，Ｓ２５～２８と同じ処理であるため、説明を省略する。
　負荷検出部２１が、ステップＳ２３で加速中のモータトルクＴAを測定した後、運転制御部２０は、出力する周波数指令値が目標周波数になると、周波数指令値を増加させる加速動作を終了し、モータ３を一定速運転させる。この状態において、負荷検出部２１がモータトルクを測定する（ステップＳ３１）。このモータトルクを基準データ決定部２２が受け取り、一定速運転用判定基準トルクとして記憶部１７に記憶させる。負荷検出部２１によるモータトルクの測定が終了すると、運転制御部２０は、一定速運転を終了して減速動作、すなわち、周波数指令値をゼロに近づけることによりモータ３を減速させる動作を開始する（ステップＳ３２）。
　なお、本実施の形態におけるインバータ装置１ａは、データ設定モードでの動作において、モータ３を加速させた後、一定速運転を行わずに減速させ、加速中あるいは減速中に測定したモータトルクを一定速運転用判定基準トルクに決定して記憶部１７で記憶してもよい。また、加速中あるいは減速中に測定したモータトルクから一定速運転用判定基準トルクを演算して記憶部１７で記憶してもよい。例えば、加速時と減速時の速度変化率の比率に応じて加速中に測定したモータトルクと減速中に測定したモータトルクの加重平均を演算して一定速運転用判定基準トルクに決定して記憶部１７で記憶してもよい。この場合、前述のステップＳ３１は省略してもよい。
　また、本実施の形態におけるインバータ装置１ａは、データ設定モードでモータ３を正転させた場合に決定した一定速運転用判定基準トルクと、モータ３を逆転させた場合に決定した一定速運転用判定基準トルクとを記憶部１７で記憶することとしたが、一定速運転用判定基準トルクは正転時と逆転時に限定するものではなく、実施の形態１と同様に、トルク電流に基づいて力行か回生かを判定し、力行時および回生時のそれぞれの一定速運転用判定基準トルクを記憶部１７に記憶して、通常運転モードでの力行時および回生時に用いてもよい。また、加速中のモータトルクと減速中のモータトルクとを比較することにより、記憶部１７が記憶する一定速運転用判定基準トルクが力行時の一定速運転用判定基準トルクと回生時の一定速運転用判定基準トルクのどちらに該当するのかを判定してもよい。
　なお、基準データ決定部２２がモータトルクを一定速運転用判定基準トルクとして記憶部１７に記憶させる際には、トルク変動などの誤差を考慮して決定したマージンを加算または減算したモータトルクを一定速運転用判定基準トルクとして記憶部１７に記憶させてもよい。以降の動作は実施の形態１にかかるインバータ装置１のデータ設定モードでの動作と同様である。
　実施の形態１にかかるインバータ装置１および実施の形態２にかかるインバータ装置１ａは、データ設定モードにおいて、加速中のモータトルクおよび減速中のモータトルクの値が大きい方を判定基準トルクとして設定することとしたが、図９に示すように、加速中と加速中以外とで個別に判定基準トルクを設定してもよい。すなわち、インバータ装置１および１ａは、データ設定モードにおいて、加速中のモータトルクおよび減速中のモータトルクを測定して記憶部１７で記憶した後、記憶した加速中のモータトルクおよび減速中のモータトルクが回生時のものである場合、加速中のモータトルクを回生時の加速中の判定基準トルクとして記憶部１７で記憶し、減速中のモータトルクを加速中以外の判定基準トルクとして記憶部１７で記憶する。加速中以外の判定基準トルクは、上述した一定速運転用判定基準トルクとして使用してもよい。
　以上のように、本実施の形態にかかるインバータ装置１ａは、実施の形態１にかかるインバータ装置１と同様に、通常運転モードでモータ３を駆動させる際、モータ３を加速させている途中にモータ３が軽負荷状態か否かを確認し、確認結果に対応する運転速度までモータ３を加速させる。また、インバータ装置１ａは、モータ３を軽負荷時の運転速度まで加速させた後の一定速運転において、モータ３が重負荷状態となったか否かの確認を繰り返し行い、重負荷状態となった場合には、モータ３の運転速度を重負荷時の運転速度に変更する。
　これにより、インバータ装置１ａがクレーン、ホイストまたは昇降機の駆動に用いられ、通常運転モードにおいてモータ３が軽負荷状態の場合に、モータ３が加速途中で一定速運転となる必要がなく高速運転を開始できるので、軽負荷時に高速運転の開始が遅れるのを防止でき、軽負荷時の動作を効率化できる。
　また、インバータ装置１ａは、軽負荷時の運転速度に従った一定速運転中にもモータ３が軽負荷状態か否かを確認し、軽負荷状態ではなくなった場合、すなわち重負荷状態となった場合、モータ３の運転速度を重負荷時の運転速度に変更する。そのため、地切り、すなわちクレーンおよびホイストの駆動で荷吊用のワイヤがたるんだ状態からワイヤを巻上げ、巻上げ途中で荷を吊ることになり運転中に負荷が急変する場合でも、負荷の変化を検出して検出結果に合わせた速度で運転することができる。この結果、適切な速度で吊荷を吊ることができる。
　なお、地切りへの対応としては、加速中および一定速運転中に負荷検出部２１が検出したモータトルクの一定時間の平均値、または、検出した瞬時値を任意の時定数の一次遅れフィルタを通した値を記憶部１７に記憶しておき、運転中に負荷検出部２１が検出したモータトルクの瞬時値、モータトルクの一定時間の平均値または検出した瞬時値を任意の時定数の一次遅れフィルタを通した値と、記憶部１７に記憶しておいた値との差が任意に設定した値を超えた場合に、重負荷時運転周波数での運転となるように速度を制限してもよい。すなわち、インバータ装置１ａは、過去に測定して記憶部１７に記憶しておいたモータトルクと現在のモータトルクとの２つのモータトルクを使用し、２つのモータトルクの差が一定の値を超えた場合に軽負荷状態ではなくなったと判断し、重負荷時運転周波数での運転となるように速度を制限してもよい。
　次に、各実施の形態で説明したインバータ装置１および１ａのハードウェア構成について説明する。
　インバータ装置１および１ａのコンバータ回路１１は、複数の整流素子を組み合わせて実現される。インバータ装置１および１ａのインバータ回路１２は、複数のスイッチング素子を組み合わせて実現される。
　インバータ装置１および１ａの電流検出部１３は、Ｕ相の相電流を検出する電流検出器、Ｖ相の相電流を検出する電流検出器およびＷ相の相電流を検出する電流検出器で構成される。あるいは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうち任意の一相ないし二相分を検出する構成として演算により各相の相電流を算出してもよいし、インバータ母線電流やスイッチング素子に流れる電流を検出する構成としてスイッチング素子の状態から演算により各相の相電流を算出してもよい。
　インバータ装置１および１ａの制御部１４およびパルス信号生成部１５は、図１０に示した制御回路、具体的にはプロセッサ１０１およびメモリ１０２により実現することができる。
　プロセッサ１０１は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰ（Digital　Signal　Processor）ともいう）である。メモリ１０２は、例えば、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Erasable　Programmable　Read　Only　Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically　Erasable　Programmable　Read　Only　Memory）等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスクを含む。
　制御部１４およびパルス信号生成部１５は、これらの各部が実行する処理が記述されたプログラムをメモリ１０２が保持し、このプログラムをプロセッサ１０１が読み出して実行することにより実現される。なお、制御部１４およびパルス信号生成部１５の両方、または一方を専用のハードウェアとしての処理回路で実現してもよい。この場合、処理回路は、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application　Specific　Integrated　Circuit）、ＦＰＧＡ（Field　Programmable　Gate　Array）、またはこれらを組み合わせたものである。
　インバータ装置１および１ａの記憶部１７は、図１０に示した制御回路のメモリ１０２により実現される。
　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
　例えば、運転中に負荷検出部２１により検出されたモータトルクの瞬時値もしくは検出されたモータトルクの一定時間の平均値、または、検出された瞬時値を任意の時定数の一次遅れフィルタを通した値が、別途設定した過荷重判定トルクを超えた場合に運転を停止する過荷重停止機能と組み合わせて使用してもよい。
　１　インバータ装置、２　交流電源、３　モータ、１０　電力変換部、１１　コンバータ回路、１２　インバータ回路、１３　電流検出部、１４　制御部、１５　パルス信号生成部、１６　平滑コンデンサ、１７　記憶部、２０　運転制御部、２１　負荷検出部、２２　基準データ決定部。

Claims (15)

  1. 　モータを駆動する交流電圧を生成する電力変換部と、
    　前記モータの負荷を検出する負荷検出部と、
    　通常運転モードにおいて前記モータが加速中に前記負荷検出部が検出した負荷である加速動作時負荷と、前記通常運転モードと異なるデータ設定モードにおいて前記モータが加速中に前記負荷検出部が検出した負荷である判定基準データと、に基づいて前記モータが軽負荷状態か否かを判定し、前記モータが軽負荷状態の場合は前記モータの運転速度が第１の速度となるよう前記電力変換部を制御し、前記モータが軽負荷状態ではない場合には前記モータの運転速度が第１の速度よりも遅い第２の速度となるよう前記電力変換部を制御する運転制御部と、
    　を備えることを特徴とするインバータ装置。
  2. 　前記判定基準データは、前記モータが力行中の場合に前記モータが軽負荷状態か否かを判定する処理で使用する力行時の判定基準と、前記モータが回生中の場合に前記モータが軽負荷状態か否かを判定する処理で使用する回生時の判定基準とを含み、
    　前記運転制御部は、前記モータが力行中であれば前記力行時の判定基準を使用して前記モータが軽負荷状態か否かを判定し、前記モータが回生中であれば前記回生時の判定基準を使用して前記モータが軽負荷状態か否かを判定する、
    　ことを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
  3. 　前記運転制御部は、前記モータが加速中に前記電力変換部から前記モータに流れる電流の値に基づいて、前記モータが力行中か回生中かを判定する、
    　ことを特徴とする請求項２に記載のインバータ装置
  4. 　前記運転制御部は、さらに、前記モータの運転速度が前記第１の速度の場合に前記モータが軽負荷状態か否かを判定し、前記モータが軽負荷状態ではないと判定した場合、前記モータの運転速度が前記第２の速度となるよう前記電力変換部を制御する、
    　ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のインバータ装置。
  5. 　前記運転制御部は、前記モータの運転速度が前記第１の速度のときに前記負荷検出部が検出した過去の負荷および現在の負荷に基づいて、前記モータが軽負荷状態か否かを判定する、
    　ことを特徴とする請求項４に記載のインバータ装置。
  6. 　前記運転制御部は、前記モータの運転速度に対応する周波数を用いて前記電力変換部を制御する、
    　ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載のインバータ装置。
  7. 　前記運転制御部は、前記負荷の状態が安定する区間における前記加速動作時負荷を使用して前記モータが軽負荷状態か否かを判定する、
    　ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載のインバータ装置。
  8. 　前記運転制御部は、前記加速動作時負荷の一定時間の平均値、または、前記加速動作時負荷を一次遅れフィルタに通した値を使用して前記モータが軽負荷状態か否かを判定する、
    　ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一つに記載のインバータ装置。
  9. 　前記データ設定モードでの動作の指令を受けた場合に前記力行時の判定基準および前記回生時の判定基準を決定する基準データ決定部、
    　を備え、
    　前記データ設定モードでの動作の指令を受けた場合、
    　前記運転制御部は、前記モータの運転速度が予め決められた速度となるまで前記モータが加速し、前記運転速度が前記予め決められた速度となった後に前記モータが減速するよう、前記電力変換部を制御し、
    　前記基準データ決定部は、力行時及び回生時において、前記モータが加速中に前記負荷検出部が検出した負荷と、前記モータが減速中に前記負荷検出部が検出した負荷と、の少なくとも一方に基づいて前記力行時の判定基準および前記回生時の判定基準を決定する、
    　ことを特徴とする請求項２または３に記載のインバータ装置。
  10. 　前記基準データ決定部は、力行時の前記モータが加速しているときに前記負荷検出部が検出した負荷に基づいて前記力行時の判定基準に決定し、回生時の前記モータが減速しているときに前記負荷検出部が検出した負荷に基づいて前記回生時の判定基準に決定する、
    　ことを特徴とする請求項９に記載のインバータ装置。
  11. 　前記基準データ決定部は、力行時の前記モータが加速しているときに前記負荷検出部が検出した負荷に基づいて前記力行時の判定基準に決定し、回生時の前記モータが加速しているときに前記負荷検出部が検出した負荷に基づいて前記回生時の判定基準に決定し、回生時の前記モータが減速しているときに前記負荷検出部が検出した負荷を、前記第１の速度において一定速運転を行っているときの前記モータが軽負荷状態か否かを判定する処理で使用する判定基準に決定する、
    　ことを特徴とする請求項９に記載のインバータ装置。
  12. 　前記基準データ決定部は、前記負荷検出部が検出した負荷の一定時間の平均値、または、前記負荷検出部が検出した負荷を一次遅れフィルタに通した値を使用して前記力行時の判定基準および前記回生時の判定基準を決定する、
    　ことを特徴とする請求項９から１１のいずれか一つに記載のインバータ装置。
  13. 　前記データ設定モードにおける前記モータの加速度と、前記通常運転モードにおける前記モータの加速度とが同じである、
    　ことを特徴とする請求項９から１２のいずれか一つに記載のインバータ装置。
  14. 　前記データ設定モードにおける前記モータの加速度である第１の加速度と、前記通常運転モードにおける前記モータの加速度である第２の加速度とが異なり、
    　前記基準データ決定部は、前記力行時の判定基準および前記回生時の判定基準を、前記第１の加速度と前記第２の加速度との比率に基づいて補正する、
    　ことを特徴とする請求項９から１２のいずれか一つに記載のインバータ装置。
  15. 　データ設定モードにおいてモータを加速中に前記モータの負荷を検出する第１の工程と、
    　前記第１の工程で検出された前記モータの負荷に基づいて判定基準トルクを設定する第２の工程と、
    　前記データ設定モードと異なる通常運転モードにおいて前記モータを加速中に前記モータの負荷を検出する第３の工程と、
    　前記第３の工程で検出された前記モータの負荷と、前記判定基準トルクとに基づいて、前記モータが軽負荷状態か否かを判定する第４の工程と、
    　前記第４の工程において前記モータが軽負荷状態と判定した場合、前記モータを第１の速度まで加速し、前記第４の工程において軽負荷状態ではないと判定した場合、前記モータを前記第１の速度よりも遅い第２の速度まで加速する第５の工程と、
    　を含むことを特徴とするモータの軽負荷判定方法。
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