JPH0714280B2 - 磁束制御形インバ−タの制御回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、交流電動機を可変速駆動させる磁束制御形
インバータの電源が短時間停電した場合でも、円滑に運
転を継続できる磁束制御形インバータの制御回路に関す
る。

〔従来の技術〕

商用電源から供給される交流を直流に変換する電源側変
換器としての整流器と、この整流器から出力される直流
のリップル分を吸収除去するコンデンサと、これより平
滑された直流を所望の電圧と周波数の交流に変換する負
荷側変換器としてのインバータにより構成されたインバ
ータ装置を使用すれば、従来は速度制御がきわめて困難
であった誘導電動機を、容易に可変速運転させることが
できるので、このようなインバータ装置は広く使用され
ている。

インバータ装置が商用電源から交流電力を供給される場
合、この商用電源は、線路の切換え、落雷、その他の事
故などにより停電することがある。この停電が長時間の
ときは、電動機を一旦停止させ、再送電後に再始動させ
ているが、停電時間がごく短時間の場合にも電動機を一
旦停止させたのちに再始動させるのは手間がかかるし、
装置の稼働率も低下するので、このような瞬間的な停電
（以下では瞬停と略称する）の場合には、停電の発生と
同時に電動機はインバータから切離して自由回転とする
が、インバータの制御回路は作動させておき、送電が再
開されれば、直ちに電動機の運転を再開できるようにし
ておけば、装置を停止させることが少くなり好都合であ
って、このような運転方式が多用されるようになってき
た。なお電源停電時でもインバータの制御回路を作動さ
せるために、別途に無停電電源装置を用意する場合もあ
るが、整流器の直流側とインバータの直流側とを結合し
ている、いわゆる直流中間回路に接続されている前述の
平滑コンデンサは、その静電容量が大であることから、
短時間の停電であるならば、これに蓄積されている電気
エネルギーを制御回路を作動させる電源に利用できるの
で、無停電電源装置を省略して、これに要するコストを
節減することができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、瞬停が復旧して、インバータによる誘導電動
機の駆動を再開する場合に、インバータが出力する交流
の周波数と、当該誘導電動機の運転再開時点における速
度に対応した周波数とが一致していないと、不具合を生
じることとなる。すなわちインバータの出力周波数の方
が高い場合には、大きな過渡電流が電動機へ流れること
になり、過電流保護装置が作動して停止となる。またイ
ンバータの出力周波数の方が低い場合には電動機側から
逆電力が流入して電圧を異常に上昇させることになり、
過電圧トリップにより、やはり装置は停止してしまう。

すなわち瞬停期間中に電動機は自由回転によりその速度
を減少させているので、瞬停が復旧して運転を再開する
ときに、この電動機の速度が正確に把握されていること
が肝要である。そこで、電動機速度を検出するために速
度発信機を結合するのであるが、そのために電動機は非
標準のものとんなり、かつ高価な速度発信機を使用する
など、コストを上昇させる要因が多くなって不都合であ
る。そこで速度発信機を使用せず、停電後に自由回転し
ている誘導電動機の電機子に残留している電圧の周波数
を検出する方法もあるが、この残留電圧周波数検出装置
は複雑であり、かつ高価になる欠点を有している。

そこでこの発明の目的は、交流電動機を可変速駆動して
いるインバータの電源が瞬停から回復したときに、高価
な電動機速度検出手段を使用せずに、円滑に運転を再開
させることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、この発明の制御回路は、
周波数設定手段が出力する周波数指令値に対応した周波
数と振幅の磁束指令値を出力する磁束指令手段と、交流
電動機の磁束を検出する磁束検出手段と、これら磁束指
令値と磁束検出値との偏差を零にする制御信号を出力す
る磁束調節手段とを備え、所望の電圧と周波数の交流を
出力して、前記交流電動機を可変速運転させる磁束制御
形インバータの電源の停電を検出すれば、前記交流電動
機を自由回転させ、短時間後に停電が復旧したときに、
前記磁束検出手段が検出する残留磁束が所定値以下にな
れば、このインバータでの運転を再開させている磁束制
御形インバータにおいて、停電検出と同時に前記周波数
指令値をその時点の値に維持する周波数指令保持手段
と、停電検出と同時に前記磁束指令値の振幅を零にし、
停電が復旧しかつ残留磁束が前記の所定値以下になって
から限時手段で設定された一定時間経過後に、この磁束
指令値を緩やかに回復させる第１の緩復帰手段と、停電
検出と同時に前記磁束調節手段の出力を零にし、停電が
復旧しかつ残留磁束が前記の所定値以下になれば、この
磁束調節手段の出力を緩やかに回復させる第２の緩復帰
手段と、前記第１緩復帰手段により磁束指令値の振幅が
増大するさいに前記交流電動機の電流を検出して、前記
周波数指令値を交流電動機の速度に対応した周波数値に
変更させる周波数変更指令手段とを備えるものとする。

〔作用〕

この発明は、交流電動機を可変速駆動する磁束制御形イ
ンバータの電源が停電したときに、この電動機は自由回
転させるのであるが、周波数指令値はその時の値のまま
で磁束指令値の振幅量と磁束調節手段の出力とは零に
し、短時間後に停電が回復したとき、この電動機の残留
磁束が所定値以下に減少した時点で磁束調節手段の出力
を緩復帰させ、かつ当該磁束制御形インバータと交流電
動機を結合するとともに、この時点から一定時間経過後
に磁束指令値の振幅量を緩復帰させ、そのときに電動機
へ流れる電流を検出して周波数変更手段を作用させるこ
とで周波数指令値を電動機速度に適合した値に変更させ
るようにして、瞬停後の運転再開を円滑に行うものであ
る。

〔実施例〕 第１図は本発明の実施例を示す制御ブロック図である。
この第１図において、誘導電動機10を可変速運転させる
ために、トランジスタで構成された磁束制御形のパルス
幅変調インバータ（以下ではPWMインバータと略記す
る）９が設けられているが、このPWMインバータ９へ直
流電力を供給する整流器と、この整流器が接続されてい
る商用電源の図示は省略している。

磁束制御形のPWMインバータは、たとえば特開昭61-9458
5号公報により公知であり、その制御の基本部分は第１
図に図示の実施例回路のうちの周波数設定器１、加減速
度演算回路２、正弦波発生回路３、関数発生回路４、乗
算回路５、磁束調節回路６、キャリヤ発生回路７、変調
回路８および磁束検出回路11で構成されている。

すなわち周波数設定器１からの出力を加減速度演算回路
２により、所定の変化速度で変化する周波数指令値に変
換している。この周波数指令値は正弦波発生回路３と関
数発生回路４ならびに乗算回路５により構成されている
磁束指令手段に入力されるのであって、正弦波発生回路
３はこれの入力信号に比例した振幅が１なる正弦波信号
を出力し、関数発生回路４では、これの入力信号に対し
てあらかじめ定められた関数関係にある磁束指令値の振
幅が作られるので、乗算回路５において両者を掛け合わ
せることにより、周波数指令値に対応した磁束指令値が
得られる。一方、誘導電動機10の端子電圧から磁束検出
回路11を介して磁束検出値が得られるので、これら磁束
指令値と磁束検出値との偏差を演算し、この演算結果を
磁束調節回路６へ入力させると、この磁束調節回路６は
入力偏差を零にすべきPWMインバータ９の電圧指令信号
を出力する。この電圧指令信号と、キャリヤ発生回路７
から出力されるキャリヤ信号とを変調回路８へ導いてパ
ルス幅変調することにより、PWMインバータ９を構成し
ている各トランジスタを順次オン・オフ動作させるため
のパルス列信号が作り出される。よってこのパルス列信
号により、PWMインバータ９からは、所望の電圧と周波
数の交流を出力することができる。

本発明においては、上述の磁束制御形インバータの基本
回路に、周波数指令保持回路21,変流器22、周波数変更
回路23、停電検出回路31、残留磁束設定器32、残留磁束
検出回路33、論理回路34、タイマ35、第１緩復帰回路3
6、第２緩復帰回路37および乗算回路38が付加されるこ
とにより、第１図に示す実施例回路が構成されるので、
この第１図により本発明の内容を以下に説明する。

PWMインバータ９を含んで構成されているインバータ装
置へ電力を供給している商用電源の停電は、停電検出回
路31で検出され、この停電信号は論理回路34を介してPW
Mインバータ９へ与えられ、これによりPWMインバータ９
を構成しているトランジスタのゲートが遮断されるの
で、誘導電動機10はこの時点から自由回転状態となる
が、それと同時に周波数指令保持回路21を介して、加減
速度演算回路２へその時点における周波数指令値を維持
するべき指令が与えられる。

論理回路34から出力される停電信号は、タイマ35を経て
第１緩復帰回路36へ入力されてその出力を零にするの
で、加減速度演算回路２からは停電発生時点の周波数指
令値が出力されているにも拘らず、磁束指令値の振幅量
は零となる。さらに論理回路34から出力される停電信号
は、第２緩復帰回路37へも与えられてその出力を零にす
るので、磁束調節回路６の出力にオフセットがあって
も、乗算回路38を介して出力される電圧指令値は零であ
る。

残留磁束検出回路33は、磁束検出回路11から出力される
磁束検出値と、残留磁束設定器32で設定される値とを比
較することで、自由回転中の誘導電動機10の残留磁束が
所定値以下であるか否かを判断している。また論理回路
34は、この残留磁束検出回路33が出力する信号と、停電
検出回路31が出力する信号とを入力し、停電発生と同時
にたとえば停電信号として論理Ｌ信号を出力し、この停
電が復旧し、かつ残留磁束が前記の残留磁束設定器32の
設定値以下になったときに論理Ｈ信号を出力するように
回路が構成されている。

商用電源の停電が短時間後に回復したときに、自由回転
中の誘導電動機10に残留していた磁束が減衰して前述の
設定値以下になれば、論理回路34の出力は論理Ｌ信号か
ら論理Ｈ信号に切換わるので、これにより誘導電動機10
は再びPWMインバータに結合されるが、この論理Ｈ信号
により第２緩復帰回路37の出力は零が解除されて、その
出力を所定の変化率で上昇させる。またタイマ35を介し
て第１緩復帰回路36へも論理Ｈ信号が与えられるので、
タイマ35で設定された時間を経過したのちに、第１緩復
帰回路36の出力も零から所定の変化率で上昇する。

すなわち停電が復旧し、誘導電動機10の残留磁束がほぼ
零に近い設定値以下になることで論理回路34から論理Ｈ
信号が出力されると、PWMインバータ９と誘導電動機10
とは再び結合されるが、PWMインバータ９の出力は零で
あり、誘導電動機10は依然として自由回転しつつその速
度を徐々に低下させている。ここでタイマ35の設定時限
を経過すると、第１緩復帰回路36の出力が上昇を開始す
るので、磁束指令値の周波数は従前通りであるが、その
振幅量が零から増大を開始する。すなわちPWMインバー
タ９からは、低電圧で誘導電動機10の速度に対応したよ
りも高い周波数の交流を出力することになるので、この
誘導電動機10へ電流が流れるが、PWMインバータ９の出
力電圧が十分に低いことから、過大電流になるおそれは
ない。

変流器22はこの電流を検出し、周波数変更回路23を介し
て加減速度演算回路２へ周波数指令値の変更（実際に周
波数指令値の低減）を指令する。これにより周波数指令
値が変化して、PWMインバータ９からは、その時点にお
ける誘導電動機10の速度に適合した周波数の交流が出力
され、さらに電圧もこの周波数と関連した値まで上昇す
るので、正常な運転状態への回復が完了する。

第２図は第１図に示す実施例回路における各部の動作を
あらわした動作波形図であって、第２図（イ）は停電検
出動作を、第２図（ロ）はPWMインバータ９のベース遮
断の動作を、第２図（ハ）は磁束調節回路の零リミッタ
の状況を、第２図（ニ）は磁束指令値の振幅量の変化
を、第２図（ホ）はPWMインバータ９の周波数ｆと誘導
電動機10の速度Ｎの変化を、第２図（ヘ）は磁束検出値
の変化を、第２図（ト）は誘導電動機10の電流の変化
を、それぞれがあらわしている。

この第２図において、t₀なる時刻に停電発生と同時に、
インバータのベースは遮断され、磁束調節回路６の出力
は零、磁束指令値の振幅量も零、電動機電流も零とな
り、電動機速度Ｎは自由回転によりその速度を低下す
る。t₁なる時刻に停電が復旧し、さらにt₂なる時刻に残
留磁束が設定値以下になると、インバータのベース遮断
ならびに磁束調節回路の零リミッタが共に解除される。
この時刻t₂からタイマ35による時限を経過後の時刻t
₃に、磁束指令値の振幅量が零から増加を開始し、その
ために電動機に電流が流れてインバータ周波数ｆを電動
機速度Ｎに適合するところまで低下させて、インバータ
引込みを完了させる。この引込みを完了した時点t₄から
当該誘導電動機10の加速を開始し、t₅なる時刻に所望の
速度に到達して加速が完了となる。

〔発明の効果〕

この発明によれば、交流電動機を可変速駆動させる磁束
制御形インバータの電源が短時間停電した場合に、停電
発生と同時に電動機は自由回転させるのであるが、イン
バータの磁束指令値の周波数は停電直前の値のままで振
幅量のみ零にするとともに、磁束調節手段の出力も零に
しておき、停電復旧時に残留磁束が所定値以下になって
いれば、電動機を再結合するとともに磁束調節手段の出
力零を解除し、さらに磁束指令値の振幅量を零から除昇
させ、そのときの電動機電流で当該磁束制御インバータ
が出力する交流の周波数を、その時点における電動機速
度に適合した値に低下させることでこの電動機を引入れ
ることにより、瞬時停電後の電動機運転を再開させるの
であるが、従来使用していた高価で大きな占有場所を必
要とする速度発信機、あるいは、複雑で高価な残留磁束
の周波数検出手段を不要にすることで、装置のコストを
低減し、小型化に寄与できる効果を発揮するとともに、
運転再開時に異常電流・異常電圧を生じることなく、円
滑な運転再開ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す制御ブロック図であり、
第２図は第１図に示す実施例回路における各部の動作を
あらわした動作波形図である。 １……周波数設定器、２……加減速度演算回路、３……
正弦波発生回路、４……関数発生回路、５……乗算回
路、６……磁束調節回路、７……キャリア発生回路、８
……変調回路、９……PWMインバータ、10……誘導電動
機、11……磁束検出回路、21……周波数指令保持回路、
22……変流器、23……周波数変更回路、31……停電検出
回路、32……残留磁束設定器、33……残留磁束検出回
路、34……論理回路、35……タイマ、36……第１緩復帰
回路、37……第２緩復帰回路、38……乗算回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】周波数設定手段が出力する周波数指令値に
   対応した周波数と振幅の磁束指令値を出力する磁束指令
   手段と、交流電動機の磁束を検出する磁束検出手段と、
   これら磁束指令値と磁束検出値との偏差を零にする制御
   信号を出力する磁束調節手段とを備え、所望の電圧と周
   波数の交流を出力して、前記交流電動機を可変速運転さ
   せる磁束制御形インバータの電源の停電を検出すれば、
   前記交流電動機を自由回転させ、短時間後に停電が復旧
   したときに、前記磁束検出手段が検出する残留磁束が所
   定値以下になれば、このインバータでの運転を再開させ
   ている磁束制御形インバータにおいて、停電検出と同時
   に前記周波数指令値をその時点の値に維持する周波数指
   令保持手段と、停電検出と同時に前記磁束指令値の振幅
   を零にし、停電が復旧しかつ残留磁束が前記の所定値以
   下になってから限時手段で設定された一定時間経過後
   に、この磁束指令値を緩やかに回復させる第１の緩復帰
   手段と、停電検出と同時に前記磁束調節手段の出力を零
   にし、停電が復旧しかつ残留磁束が前記の所定値以下に
   なれば、この磁束調整手段の出力を緩やかに回復させる
   第２の緩復帰手段と、前記第１緩復帰手段により磁束指
   令値の振幅が増大するさいに前記交流電動機の電流を検
   出して、前記周波数指令値を交流電動機の速度に対応し
   た周波数値に変更させる周波数変更指令手段とを備えて
   いることを特徴とする磁束制御形インバータの制御回
   路。