CN1679227A - 感应电动机的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种感应电动机的控制方法，在向感应电动机(9)的初级线圈供电的可变电压可变频率(VVVF)逆变器(8)开始动作后，使该逆变器的输出电流保持在规定的电流限制值以下，使其输出电压和输出频率增大，在所述输出频率达到规定的频率设定值，感应电动机(9)的加速完成之后，使VVVF逆变器(8)的输出电压降低到规定的电压设定值，此后，通过将与来自VVVF逆变器(8)的所述频率设定值、电压设定值对应的交流电压持续提供给感应电动机(9)，可适用于纺织机械等起动、加速时需要非常大的驱动扭矩的感应电动机。

Description

感应电动机的控制方法
技术领域
本发明特别涉及作为纺织机械等在起动时需要非常大的驱动扭矩的产业机械的动力源来使用的感应电动机的控制方法。
背景技术
以往，作为这种感应电动机的控制方法，首先，将感应电动机连接到商用电源而起动，在该电动机达到大约通常转速之后，将该感应电动机从商用电源切断，取代此，将其连接到可任意设定频率的可变电压可变频率逆变器的输出(例如参照专利文献1)。
然而，对于采用上述专利文献1的感应电动机的控制方法等的问题点，下面基于图9所示的现有的感应电动机的控制方法的电路结构图进行说明。
即，在图9中，1是商用电源，2是由逆变器主电路21和逆变器控制电路22构成的可变电压可变频率(VVVF)逆变器，3是由电磁继电器MC1、MC2构成的切换开关电路，4是感应电动机，5是由感应电动机4驱动的纺织机械等的负载，6是AC扼流器，7是时序控制电路。
该VVVF逆变器2通过逆变器控制电路22的控制动作可输出与商用电源1的电压相位同步相位的交流电压，以下说明图9所示电路结构的感应电动机4的控制方法。
首先，在商用电源1的电压确立的状态，由时序控制电路7向电磁继电器MC1、MC2都处于开路状态的切换开关电路3发出作为切换信号的向MC1的投入指令，电磁继电器MC1闭路后，由商用电源1开始供电的感应电动机4与负载5一起开始动作，然后，感应电动机4以与商用电源1的频率对应的转速旋转，由此完成起动。
根据该向MC1的投入指令，VVVF逆变器2也起动，该VVVF逆变器2迅速从最低容许频率、最低容许电压的输出电压增大至商用电源1的额定频率、额定电压的输出电压。
此后，用逆变器控制电路22监视商用电源1的任何一相的电压相位和VVVF逆变器2的输出电压的、与所述商用电源1对应的相的电压相位，在两者例如数个周期一致的时刻，向时序控制电路7送出同步完成信号。
接着，根据感应电动机4以与商用电源1的频率对应的转速完成起动的时刻以后的所述同步完成信号，时序控制电路7发出作为切换信号的向MC1的开路指令，由此，电磁继电器MC1开路，在若干个死区(例如10mS～20mS左右)之后，通过发出作为切换信号的向MC2的闭路指令，电磁继电器MC2闭路，向感应电动机4的供电从商用电源1切换为VVVF逆变器2，但此时通过设置在从VVVF逆变器2向感应电动机4的路径上的AC扼流器6来抑制从VVVF逆变器2向感应电动机4的突入电流。
此后，VVVF逆变器2将VVVF逆变器2的输出电压缓慢变更成感应电动机4所要求的频率、电压的交流电压，由此，负载5进入工作状态。
[专利文献1]
实开昭61-90877号公报(第3-8页，第一图)
在图9所示的现有的电路结构中，作为VVVF逆变器2，需要逆变器主电路21，通过二极管整流器和平滑电容器将商用电源1的交流电压变换成直流电压，桥式连接将该直流电压变换成交流电压的晶体管和二极管的反并联电路；以及逆变器控制电路22，该逆变器控制电路具有通过例如PWM控制使所述晶体管导通、截止来从逆变器主电路21输出要求的频率、电压的交流电压的控制功能，和输出与商用电源1的电压相位同步相位的交流电压的控制功能。其结果，该VVVF逆变器2与仅仅输出要求的频率、电压的交流电压的通用VVVF逆变器相比，其电路结构复杂。另外，需要切换开关电路3、AC扼流器6、时序控制电路7等，图9所示电路整体结构也复杂。
另外，通过AC扼流器6来抑制从VVVF逆变器2向感应电动机4的突入电流，但此时感应电动机4的转速变动，该变动对于负载5来说有时是不希望的。
而且，由于通过来自商用电源1的供电使上述纺织机械等起动时需要非常大的驱动扭矩的感应电动机4起动，虽然可减轻VVVF逆变器2的动作负担，但具有感应电动机4完成起动后的转速依赖于商用电源1的频率的难点，其结果，在感应电动机4要求的输出频率与商用电源1的频率不同的情况下，需要由VVVF逆变器2开始供电，最终变成感应电动机4所要求的频率的交流电压的动作，负载5成为工作状态需要时间。
发明内容
本发明的目的在于提供消除上述各种问题的感应电动机的控制方法。
该第一发明的感应电动机的控制方法，其特征在于，首先，由输出最低容许频率、最低容许电压的交流电压的可变电压可变频率逆变器向初级线圈星形连接的感应电动机开始供电从而使该电动机开始动作，接着，该逆变器使其输出频率和输出电压增大，在其输出频率达到预定的频率设定值之后，该逆变器将其输出频率保持在所述频率设定值，仅将输出电压减低到预定的电压设定值，此后，该逆变器将基于所述电压设定值、频率设定值的交流电压供给所述感应电动机。
第二发明的感应电动机的控制方法，其特征在于，首先，在与感应电动机或该感应电动机的负载连接的制动器动作的状态，通过由可变电压可变频率逆变器输出规定频率和振幅的交流电压而向所述感应电动机开始供电，使该感应电动机处于励磁状态，接着，在通过向所述制动器发出释放指令而该制动器成为大约开放状态的定时，使该逆变器的输出频率和输出电压增大，在其输出频率达到预定的频率设定值之后，该逆变器将其输出频率保持在所述频率设定值，仅将输出电压减低到预定的电压设定值，此后，该逆变器将基于所述频率设定值、电压设定值的交流电压供给所述感应电动机。
在所述第二发明中，感应电动机的初级线圈不限于三角形连接，也可以是星形连接。
感应电动机可用于纺织机械、例如织机的驱动(主轴驱动)。在织机驱动用感应电动机的情况下，象第二发明那样在制动器动作的状态进行预备励磁时，可抑制织机起动时感应电动机加速时的突入电流，可使感应电动机迅速上升到通常转速。而且通过预备励磁期间的制动器作用来使织机主轴保持静止状态，不产生此后伴随感应电动机开始动作而进行的杼打时的杼打扭矩的参差不齐。其结果，与预备励磁时没有制动器作用的情况相比，可进一步消除织疵。
如上所述，在以规定的增加率增大该逆变器的输出频率和输出电压时，最好是以规定的增加率随时间增大输出频率，另一方面，可按照预定的电压-频率比(V/F比)，通过顺序地输出与增大的频率对应的输出电压来缓慢地使输出电压增大。此外，增大时使用的电压-频率比(V/F比)由开始动作完成时的频率设定值(运转频率设定值)和规定的电压设定值(第一电压设定值)来决定。在下一工序—将输出频率维持在频率设定值并降低输出电压时所使用的电压设定值(第二电压设定值)以输出对应于感应电动机稳定运转时的电压来决定，相对于此，上述的规定的电压设定值(第一电压设定值)被定为比该电压设定值(第二电压设定值)大。
因此，通过增大输出频率而在输出频率达到预定的频率设定值(运转频率设定值)的时刻，可缓慢增大输出电压，以便达到比降低下一工序的输出电压时使用的电压设定值(第二电压设定值)高且被定在能够适当开始动作的范围内的规定的电压设定值(第一电压设定值)。另外，关于相对于频率的增加率的设定，可以设定成在一段时间为恒定的增加率，也可设定成在一段时间增加或减小的增加率，关于增加的方式，可设定成连续地或阶梯性地增加。
在纺织机械、例如织机中，为了防止织疵而更陡地升高织机转速，所以第二电压设定值设为织机稳定运转所需要的额定电压附近的值。由此，通过前一工序的转速的急速升高可防止伴随织机刚起动之后的杼打力不足的织疵，同时，通过在此后的下一工序下降至第二电压设定值，可不使感应电动机过热而连续运转。特别是下述那样将电动机用于纺织机械、例如织机驱动(主轴驱动)的情况下：在其开始动作时初级线圈三角形连接，升高至通常转速后切换成星形连接，最好将第一电压设定值和第二电压设定值设定为的比例。再有，在上述任何一种情况下，在织机开始动作时都临时过电压供电给感应电动机的初级线圈，但由于该通电时间是很短的时间，所以不会严重影响感应电动机的温度上升。
另外，可对应于感应电动机的设定转速来设定频率设定值(运转频率设定值)，例如，通过对用于织机驱动(主轴驱动)的逆变器进行设定，可获得上述的效果，同时可容易地设定变更织机转速。
也可在使逆变器输出频率和输出电压以规定的增加率分别增大时，使该逆变器的输出电流在预定的上限值以下。由于逆变器将输出电流限制在上限值以下，所以可抑制伴随感应电动机开始动作时的突入电流的织布工厂内的电压下降，可抑制配置多个织机的织布工厂整体的电力设备容量。另外，与现有技术相比，逆变器的容量可以采用小容量，可进一步降低织机的制造成本。更优选，为了使其输出电流在所述上限值以下，最好逆变器进行限制所述感应电动机的输出扭矩的控制动作。
另外，该逆变器在保持其输出频率而仅使输出电压降低到预定的电压设定值时，可以将当前的电压切换成电压设定值并输出来实现其输出电压，也可以在一段时间以恒定或变化的减小率使其输出电压缓慢降低。根据上述两种情况的后者，由于在降低输出电压时未发生对感应电动机的输出轴的冲击，所以更好。再有，可将该减小率设定成基于感应电动机的次级时间常数的值，根据次级时间常数的大小来决定就可以。
第三发明的特征在于，在第一或第二发明的感应电动机的控制方法中，在使输出电流保持在预定的上限值以下并使该逆变器的输出频率和输出电压增大时，逆变器通过所述感应电动机的向量控制来进行感应电动机的滑动补偿和初级电压补偿。
第四发明的特征在于，在第一或第二发明的感应电动机的控制方法中，在使该逆变器的输出电流保持在预定的上限值以下并使该逆变器输出频率和输出电压增大时，为了使该逆变器的输出电流在所述上限值以下而进行限制所述感应电动机的输出扭矩的控制动作。
第五发明的特征在于，在第一或第二发明的感应电动机的控制方法中，将设定给该逆变器的所述减小率设定成基于所述感应电动机的次级时间常数的值。
本发明着眼于：与初级线圈星形连接的感应电动机相比，初级线圈三角形连接的感应电动机中，对于由可变电压可变频率(VVVF)逆变器供给的交流电压的该感应电动机输出的驱动扭矩可以更大(具体地说约为3倍)，还着眼于：利用该VVVF逆变器具有的输出电流限制功能，迅速起动和加速驱动纺织机械等起动时需要非常大的驱动扭矩的负载的所述感应电动机的动作，在该起动和加速完成后可以以小的驱动扭矩运转该感应电动机，通过通用的所述VVVF逆变器来连续进行仅使该VVVF逆变器的输出电压降低的动作。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的电路结构图。
图2是说明图1的动作的波形图。
图3是表示本发明的第二实施方式的电路结构图
图4是图3的局部详细电路结构图。
图5是说明图3、图4的动作的波形图。
图6是图3的局部详细电路结构图。
图7是表示第二实施方式的其他方式的电路结构图。
图8是说明图4、图5的其他动作的波形图。
图9是表示现有例的电路结构图。
[标号说明]
1商用电源，2 VVVF逆变器，3切换开关电路，4感应电动机，5负载，6 AC扼流器，7时序控制电路，8 VVVF逆变器，9感应电动机，9a制动器，10电磁继电器，11闭合(投入)电路，12 VVVF逆变器，13电路断路器，21逆变器主电路，22逆变器控制电路，81逆变器主电路，81a电流检测器，82～84逆变器控制电路，86加减速运算器，87积分器，88 F/V变换器，89电压指令运算器，90 PWM运算器，91 P-I运算器，92指令值控制电路，93 F/V变换器，94坐标变换器，95向量运算器，96加法器，97 P-I运算器，98指令值控制电路。
具体实施方式
图1是表示本发明的感应电动机的控制方法的第一实施方式的电路结构图，对与图9示出的现有结构具有相同功能的部件赋予相同的标号。
即在图1示出的电路结构中，除了商用电源1、负载5之外，还包括：VVVF逆变器8、初级线圈三角形连接的感应电动机9、电磁继电器10、以及电磁继电器10的闭合电路11。VVVF逆变器8包括逆变器主电路81和逆变器控制电路82。逆变器主电路81，用二极管整流器和平滑电容器将商用电源1的交流电压变换成直流电压，桥式连接将该直流电压变换成交流电压的晶体管和二极管的反并联电路。逆变器控制电路82具有：检测该逆变器主电路81的输出电流的分流器电阻等的电流检测器81a；控制功能，通过例如PWM控制使所述晶体管导通和截止来从逆变器主电路81输出要求的频率和电压的交流电压；以及电流限制功能，在电流检测器81a的检测值超过预定的上限值(例如逆变器主电路81的额定输出电流值的150％左右)时，为了得到该上限值以下的输出电流而降低该逆变器主电路81的输出电压。更详细地说，构成为将逆变器8的交流电压经由电磁继电器10供给感应电动机9的初级线圈。另外，来自闭合电路11的投入指令信号分别输出到电磁继电器10和逆变器8，电磁继电器10可根据投入指令来切换其开闭状态，而逆变器8通过被输入投入指令可进行交流电压的输出控制。
以下参照图2所示的波形图来说明图1示出的电路结构的动作。
首先，在电磁继电器10开路、商用电源1的电压确立的状态，使VVVF逆变器8起动，通过逆变器控制电路82的控制动作，VVVF逆变器8变成输出预定频率和电压(例如，最低容许电压、最低容许频率)的交流电压的状态。
在此后的时刻t0，通过来自闭合电路11的投入指令使电磁继电器10闭路，由此，感应电动机9开始动作，另一方面，与其连接的负载也开始动作，感应电动机9和负载5以低速开始旋转，同时通过基于所述投入指令的逆变器控制电路82的控制动作，VVVF逆变器8从所述最低容许电压、最低容许频率的交流电压开始，如图2所示那样，向着相对于输出频率确定的频率设定值(运转频率设定值)以及与运转频率设定值对应确定过电压状态的第一电压设定值，开始输出以大致直线地缓慢增大频率和电压的交流电压。
经由电流检测器81a，逆变器控制电路82监视缓慢地增大该频率和电压期间中的逆变器主电路81的输出电流，通过该监视，在所述输出电流超过预定的上限值时，通过逆变器控制电路82的控制动作来抑制逆变器主电路81的输出电压的振幅的增大，使该输出电流维持在所述上限值以下，该VVVF逆变器8通过连续输出图2所示那样缓慢增大频率和电压的交流电压，感应电动机9持续加速。
在时刻t1，VVVF逆变器8的增大的输出频率已经达到预定的频率设定值(运转频率设定值)，至该时刻t1为感应电动机9的加速动作完成的状态。因此，感应电动机9经过了负载5开始动作和加速时需要非常大的驱动扭矩的时期，如图2所示，VVVF逆变器8的输出电流也脱离所述上限值的状态，已经成为减小的状态。
从上述时刻t1经过若干时间的时刻t2开始，通过逆变器控制电路82的控制动作，VVVF逆变器8的输出频率维持在所述运转频率设定值，仅仅VVVF逆变器8的输出电压，如图2所示的时刻t2至时刻t3之间，向着第二电压设定值，开始输出随时间大致直线地缓慢减小的交流电压。这里，在VVVF逆变器8的输出电压开始减小的时刻t2，可以是逆变器控制电路82通过电流检测器81a的检测值来确认该逆变器的输出电流减小到预定的值的定时，也可以是由预先的实验来求时刻t0至时刻t3的时间，通过未图示的定时器得到相当于达到时刻t2的定时。即，该定时是时刻t1以后就可以。另外，也可取代时刻，检测负载5的旋转角度，由检测角度来进行上述的控制。
在上述时刻t1至t3期间，在纺织机械等感应电动机9的驱动扭矩小也可以时，VVVF逆变器8将其输出频率保持在频率设定值，将该VVVF逆变器8的输出电压减小到第二电压设定值(例如在时刻t1的输出电压的 倍，或获得负载5所需要的扭矩的输出电压值)。由此，相对于在时刻t1的所述输出电压时的所述输出电流，时刻t3的所述输出电压时的所述输出电流可改善感应电动机9的效率和功率因数，所以较小也可以。即，与星形连接的感应电动机相比，初级线圈三角形连接的感应电动机中驱动扭矩约为3倍，所以可使时刻t3以后的输出电压为时刻t1的输出电压的约
Figure A0382021500112
倍。因此，时刻t3以后的感应电动机9变成节能运转状态。
由上述的动作说明可明白，初级线圈三角形连接的感应电动机9的连续额定值通过上述时刻t3以后的值来设定就可以，另外，能将感应电动机9开始动作、加速时的驱动扭矩以及输出电压/输出频率(V/F)比作为短时间额定值输出就可以。
另外，在上述实施例中，说明了感应电动机作为初级线圈三角形连接的情况，但不限于此，初级线圈星形连接也可以。此情况下，在感应电动机开始动作时，需要进行过电压状态的供电，但逆变器12通过使主电路构成图7那样的倍压电路等就可以应对。例如，在感应电动机开始动作时，即为了产生三角形连接时的驱动扭矩，设定第一电压设定值(短时间额定的V/F比)以输出相对于稳定运转时的电压设定值—第二电压设定值的
Figure A0382021500113
倍左右的电压就可以。此外，第一电压设定值相对于第二电压设定值不限于上述的 倍，在超过1且不妨碍感应电动机的范围内可任意地决定。
图3是表示本发明的感应电动机的控制方法的第二实施方式的电路结构图，对与图1示出的第一实施方式结构具有相同功能的部件赋予相同的标号。
即在图3示出的电路结构中，取代图示的VVVF逆变器8而具有VVVF逆变器12，该VVVF逆变器12由逆变器主电路81、电流检测器81a以及逆变器控制电路83或逆变器控制电路84的任何一个构成。另外，在感应电动机9的输出轴或负载5的任何一方上安装制动器9a，而且，在从VVVF逆变器12至感应电动机9的路径上取代图1示出的电磁继电器10的接点而***设置电路断路器13。该电路断路器13通常为闭路状态，根据感应电动机9等维护检修时等的需要，可手动开路。
图4是表示图3示出的VVVF逆变器12中的逆变器控制电路83的详细电路结构图，加减速运算器86具有以下的功能：对于由指令值控制电路92设定的向感应电动机9的频率指令值ω1 *，以预定的增加率或减小率进行增减，最终输出与频率指令值ω1 *相等的频率指令值ω1 **，同时用比例-积分(P-I)运算器91导出加速时间，输出与该加速时间对应的增加率的频率指令值ω1 **，其中，该加速时间在后述的感应电动机9加速时使电流检测器81a的检测值不超过来自指令值控制电路91的电流限制值(上限值)iL。来自该加减速运算器86的频率指令值ω1 **被输入到积分器87以及F/V变换器88。积分器87将对输入的频率指令值ω1 **进行时间积分而求出的相位角设定值θ1输出到电压指令运算器89，而F/V变换器88基于输入的频率指令值ω1 **和预定的V/F比将电压设定值|V|输出到电压指令运算器89。将输入到电压指令运算器89的这些相位角设定值θ1和电压设定值|V|变换成感应电动机9的各相的电压指令值v*，由脉宽调制(PWM)运算器90将与各相的电压指令值v*对应的导通截止驱动信号提供给形成逆变器主电路81的各个晶体管。
以下参照图5示出的动作波形图来说明图3所示电路结构中具有逆变器控制电路83的VVVF逆变器12的动作和感应电动机9、制动器9a的动作。
首先，与感应电动机9连接的制动器9a根据来自指令值控制电路92的指令，在动作状态的时刻t0，VVVF逆变器12以基于来自指令值控制电路92的在后述时刻t2的感应电动机9的加速动作所需要的频率指令值ω1 *(ω1 *是磁束确立的频率，例如为10Hz左右)以及其V/F比的交流电压起动，通过在基于感应电动机9的次级时间常数的一定时间(数百mS左右)该交流电压，使由于制动器9a的动作而处于拘束状态的感应电动机9变为励磁状态。通过这样地在感应电动机9起动前进行预备励磁，升高该电动机的磁束，可抑制在后述时刻t2的感应电动机9起动时的突入电流，并确立开始动作扭矩。
接着，通过在时刻t1由指令值控制电路92对制动器9a发出释放指令，在制动器9a大致成为开放状态的时刻t2，由于用比例-积分(P-I)运算器91导出加速时间，该加速时间使检测VVVF逆变器12的输出电流的电流检测器81a的检测值不超过来自指令值控制电路92的电流限制值iL，加减速运算器86以与该加速时间对应的增加率将频率指令值ω1 *增大并输出，由此，按照上述规定的增加率缓慢增大VVVF逆变器12的输出电压和输出频率，感应电动机9加速。
在VVVF逆变器12的输出频率达到预定的频率设定值的时刻(时刻t3)，加减速运算器86将此后的频率指令值ω1 *中止。接着，从时刻t3经过若干时间的时刻t4开始至时刻t5期间，向感应电动机9供电的VVVF逆变器12其输出频率维持在所述运转频率设定值，仅仅输出电压，基于来自指令值控制电路92的限制设定值VL，如图所示缓慢下降至第二电压设定值(例如在时刻t4的输出电压的
Figure A0382021500131
倍，或获得负载5所需要的扭矩的输出电压的值)，之后，感应电动机9以节能模式进入工作状态。这里，在VVVF逆变器12的输出电压开始减小的时刻t3，可以是逆变器控制电路83通过电流检测器81a的检测值来确认该逆变器的输出电流减小到预定的值的定时，也可以是由预先的实验等来求时刻t2至时刻t4的时间，通过未图示的定时器得到相当于达到时刻t4的定时。即，该定时是时刻t3以后就可以。此时，从时刻t4至t5的时间，即，通过将所述限制设定值VL的减小率设定成感应电动机9的次级时间常数所对应的值，平滑地变化感应电动机9的动作状态。
再有，预备励磁频率、预备励磁电压、V/F比、感应电动机9开始动作时的时间定时、运转频率设定值、第一以及第二电压设定值、以及限制输出电流的上限值等的各设定值，经由未图示的设定器被预先设定在指令值控制电路92(后述图6中为指令值控制电路98)。
在以规定的增加率增大逆变器的输出频率和输出电压时，关于优选的输出电压的增大方法，可按照预定的电压-频率比(V/F比)，顺序地输出与增大的频率对应的输出电压来缓慢增大。另外，频率增大时所使用的电压-频率比(V/F比)，由开始动作完成时的频率设定值(运转频率设定值)和规定的电压设定值(第一电压设定值)来决定。
在下一工序—将输出频率维持在频率设定值并降低输出电压时所使用的电压设定值(第二电压设定值)以输出对应于感应电动机稳定运转时的电压来决定，相对于此，上述的规定的电压设定值(第一电压设定值)被定为比该电压设定值(第二电压设定值)大的值。因此，通过增大输出频率而在输出频率达到预定的频率设定值(运转频率设定值)时，可缓慢增大输出电压，以便达到比降低下一工序的输出电压时使用的电压设定值(第二电压设定值)高且被定在能够适当开始动作的范围内的规定的电压设定值(第一电压设定值)。另外，关于相对于频率的增加率的设定，可以设定为一定的增加率，也可设定成随时间增加或减小的增加率，关于增加的方式，可设定成连续地或阶梯性地增加。
图6是表示图3示出的VVVF逆变器12中的逆变器控制电路84的详细电路结构图，对与图4所示电路结构具有相同功能的部件赋予相同的标号。
即，该逆变器控制电路84除了加减速运算器86、积分器87、电压指令运算器89、PWM运算器90之外，还包括：F/V变换器93，与所述F/V变换器88大致为相同功能；坐标变换器94，对电流检测器81a的检测值进行基于所述相位角设定值θ1的坐标变换，并分解成与感应电动机9的励磁电流同相位的电流分量id和与扭矩电流同相位的电流分量iq；向量运算器95，按照公知技术，从该励磁电流分量id、扭矩电流分量iq和所述电压设定值|V|和感应电动机9的电常数来导出感应电动机9的扭矩运算值τE和滑动频率ωs和初级电压补偿值Vc；P-I运算器97，具有与所述P-I运算器91大致相同的功能；以及指令值控制电路98，具有与所述指令值控制电路92大致相同的功能。
在图3示出的电路结构中，具有逆变器控制电路84的VVVF逆变器12的动作和感应电动机9、制动器9a的动作与所述图5示出的动作波形图中说明的动作大致相同，通过从指令值控制电路98向制动器9a发出释放指令而制动器9a成为大致开放状态时，用比例-积分(P-I)运算器97导出加速时间，该加速时间使感应电动机的输出扭矩的运算值(τE)不超过来自指令值控制电路98的扭矩限制值(τL)，加减速运算器86输出与该加速时间对应的增加率的频率指令值ω1 **，由此，缓慢增大VVVF逆变器12的输出电压和输出频率，另外，通过基于加法器96将所述滑动频率ωS与所述频率指令值ω1 **相加的值以及F/V变换器93中的所述初级电压补偿值Vc的电压设定值|V|的加法补偿动作，可更迅速地使感应电动机9加速。
再有，在图6示出的实施例中，在象图5所示的装置那样增大输出电压时，不象上述实施例那样使用V/F比，即基于实测的扭矩电流而进行扭矩运算来调节输出频率、输出电压。
关于上述的第二实施方式(图3至图6)，可进行如下的变形。
关于感应电动机9的初级线圈，所述实施例中为三角形连接，但也可用于星形连接的感应电动机。
关于上述的逆变器的控制方式，一般地，除了控制电动机流过的电流控制方式即被称为电流型的方式之外，也可考虑控制施加在电动机上的电压即被称为电压型的方式。在上述的电压型的情况下，可采用使直流电压可变的PAM方式，使晶体管的开关脉冲的宽度可变的PWM方式的任何一种，后者为更好的方式，也可采用使晶体管的开关脉冲宽度可变的方式—疑似正弦波PWM方式以便输出平均电压更接近正弦波。不管哪种情况下，输出电压都不是指电压的峰值而是指平均值(实效值)。
关于上述第一以及第二实施方式，负载5可采用纺织机械、例如织机。在织机中，从防止织疵的观点来看要求在织机开始动作时急速提高主轴转速。因此，开始动作时的第一电压设定值定为超过稳定运转时的输出电压—第二电压设定值的值，在感应电动机开始动作时以过电压状态供电就可以。作为感应电动机，可采用初级线圈三角形连接或星形连接的通用感应电动机。例如，作为用于适宜防止织疵的织机的感应电动机，使用在开始动作时初级线圈三角形连接、上升至通常转速后切换成星形连接的电动机的情况下，例如，使初级线圈为三角形连接状态而连接到逆变器，在使输出频率和输出电压增大时用V/F比改变输出电压的情况下，如果第一电压设定值和第二电压设定值设定成
Figure A0382021500151
的比例，则在图2或图5所示的时刻t0至时刻t2之间，由于对感应电动机过电压供电，所以可获得与从商用电源供电时大致相同的开始动作特性，可急速升高织机转速。此外，在所述任何情况下，瞬间性地过电压供电，但由于该通电时间为很短的时间，所以对感应电动机的温度上升没有大的影响。
在感应电动机开始动作时给初级线圈过电压供电时，在需要提供比商用电源的峰值高的电压时，逆变器8、12例如可如图7那样构成。图7所示逆变器的主电路是通过电容器和二极管升压至单相商用电源的峰值的2倍并输出到电容器、即所谓构成倍压电路的例子。供电的商用电源不限于单相电源，也可以为3相等的多相电源的结构。另外，取代上述主电路，或用公知的斩波电路来产生高的电压，或使逆变器的输入使用电压为商用电源的数倍，将供给逆变器的电压经由变压器升压而提供给电容器等，可考虑各种方法。
在织机驱动用感应电动机的情况下，上述第二实施方式(图3至图6)中的预备励磁频率和电压(振幅)只要是可确立磁束的频率和电压就可以。不管具体的情形，但希望考虑逆变器容许的突入电流(逆变器的容量)来设定。关于电压，最好从节能的观点而使预备励磁时的初级线圈的电流为饱和状态(即使电压上升电流也不继续增加的状态)的电压值以下。
另外，运转频率设定值可对应感应电动机9、换言之对应负载5的要求的转速来设定。如果这样设定，可获得上述的效果，同时可按要求的转速容易地驱动负载5的转速。
在使逆变器的输出频率和输出电压向着预定的运转频率设定值和第一电压设定值增大时，最好该逆变器使输出电流在预定的上限值以下。由于逆变器的输出电流限制在上限值以下，所以可抑制感应电动机启动时伴随突入电流的织布工厂内的电压降低，可抑制配置多台织机的织布工厂的电力设备容量。另外，可采用逆变器的容量比以往小的逆变器，可进一步降低织机的制造成本。更优选地，为了使其输出电流在所述上限值以下，最好逆变器进行限制所述感应电动机的输出扭矩的控制动作即抑制输出电压的动作。
另外，在该逆变器保持其输出频率并仅仅将输出电压降低至预定的第二电压设定值时，在上述实施例中按规定的减小率来降低，但也可以按随时间不同的减小率来降低。而且，如图8所示，通过在时刻t4将输出电压从第一电压设定值一次切换成第二电压设定值来实现也可以。如果这样，则瞬间产生来自感应电动机的输出扭矩减小的时期，还可能产生对负载的冲击，但由于负载的惯性大而不产生这样的问题。再有，上述向第二电压设定值的切换为一次进行，但也可以分成多次阶段性地减小。这样，关于将输出电压从第一电压设定值减小至第二电压设定值时的具体的方式，可有各种选择。
对于上述感应电动机的控制方法的第二实施方式的更详细示出的内容以及其变形例同样适用于上述第一实施方式的技术。
产业上的可利用性
根据本发明，可通过来自通用的可变电压可变频率(VVVF)逆变器的供电，以较小的初级电流起动、加速，而且，在该加速、起动完成后，可在纺织机械等中以小的驱动扭矩来运转该感应电动机，所以，通过仅仅降低VVVF逆变器的输出电压，可改善该感应电动机的运转效率和功率因数，可满足近年来对节能的要求。

Claims (8)

1.一种感应电动机的控制方法，其特征在于，首先，由输出最低容许频率、最低容许电压的交流电压的可变电压可变频率逆变器向初级线圈星形连接的感应电动机开始供电从而使该电动机开始动作，接着，该逆变器使其输出频率和输出电压增大，在其输出频率达到预定的频率设定值之后，该逆变器将其输出频率保持在所述频率设定值，仅将输出电压减低到预定的电压设定值，此后，该逆变器将基于所述电压设定值、频率设定值的交流电压供给所述感应电动机。
2.一种感应电动机的控制方法，其特征在于，首先，在与感应电动机或该感应电动机的负载连接的制动器动作的状态，通过由可变电压可变频率逆变器输出规定频率和振幅的交流电压而向所述感应电动机开始供电，使该感应电动机处于励磁状态，接着，在通过向所述制动器发出释放指令而该制动器成为大致开放状态的定时，使该逆变器的输出频率和输出电压增大，在其输出频率达到预定的频率设定值之后，该逆变器将其输出频率保持在所述频率设定值，仅将输出电压减低到预定的电压设定值，此后，该逆变器将基于所述频率设定值、电压设定值的交流电压供给所述感应电动机。
3.如权利要求1或权利要求2所述的感应电动机的控制方法，其特征在于，根据感应电动机的要求转速来设定所述运转频率设定值。
4.如权利要求1或权利要求2所述的感应电动机的控制方法，其特征在于，在使该逆变器的输出频率和输出电压增大时，该逆变器使输出电流在预定的上限值以下。
5.如权利要求1或权利要求2所述的感应电动机的控制方法，其特征在于，该逆变器在保持其输出频率而仅使输出电压降低到预定的电压设定值时，以规定的减小率使输出电压缓慢降低。
6.如权利要求1或权利要求2所述的感应电动机的控制方法，其特征在于，在使该逆变器的输出频率和输出电压增大时，该逆变器通过所述感应电动机的向量控制来进行感应电动机的滑动补偿和初级电压补偿。
7.如权利要求4所述的感应电动机的控制方法，其特征在于，在使该逆变器的输出电流保持在预定的上限值以下并使输出频率和输出电压增大时，该逆变器为了使其输出电流在所述上限值以下而进行限制所述感应电动机的输出扭矩的控制动作。
8.如权利要求5所述的感应电动机的控制方法，其特征在于，将该逆变器的预定的减小率设定成基于所述感应电动机的次级时间常数的值。
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