JP2005027410A - 誘導電動機の駆動方法および駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【目的】誘導電動機に交流電圧を給電するインバータ装置に関し、誘導電動機に対し過電圧給電することにより、定常運転時に対応する回転速度に達するまでに要する時間をできる限り抑えた誘導電動機の駆動技術を提供する。
【構成】多相誘導電動機の一次巻線に交流電圧を給電する可変電圧可変周波数インバータ装置によって前記多相誘導電動機を定常運転させるに際し、該インバータ装置は、その出力周波数を定常運転時に対応する出力周波数に達するまで増大させる一方、出力周波数に対応して交流電圧を過電圧状態に出力して該誘導電動機を加速させる第１の工程と、前記誘導電動機の回転速度が所定の速度に達したときに、前記交流電圧を定常運転に対応する電圧まで低下させる第２の工程とを遂行する
【選択図】 図３
【構成】多相誘導電動機の一次巻線に交流電圧を給電する可変電圧可変周波数インバータ装置によって前記多相誘導電動機を定常運転させるに際し、該インバータ装置は、その出力周波数を定常運転時に対応する出力周波数に達するまで増大させる一方、出力周波数に対応して交流電圧を過電圧状態に出力して該誘導電動機を加速させる第１の工程と、前記誘導電動機の回転速度が所定の速度に達したときに、前記交流電圧を定常運転に対応する電圧まで低下させる第２の工程とを遂行する
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、誘導電動機に交流電圧を給電するインバータ装置に関し、誘導電動機に対し過電圧給電することにより、定常運転時に対応する回転速度に達するまでに要する時間をできる限り抑えた誘導電動機の駆動技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、織機では織機主軸を駆動するために多相誘導電動機が用いられる。これに対し、織物仕様に合せた織機の回転速度に設定する必要があり、出力周波数ならびに出力電圧が制御される可変電圧可変周波数インバータ装置を介し多相誘導電動機を駆動することが行われる。他方、織機では回転速度を急速に加速させる必要性があり、またインバータ装置の容量もある程度制限されるため、突入電流を抑える１つの方法として、誘導電動機の始動時に０．５Ｈｚ程度の最低周波数で交流電圧を誘導電動機の磁束の確立に必要な期間出力し、その後約１００ｍｓ程度の期間で出力周波数を定常運転速度まで上昇させて該誘導電動機を駆動する、インバータ装置が示されている。（例えば特許文献１を参照。）
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６３−３１４１８３号（第１頁−３頁）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、そのような駆動方法によれば、定常運転速度まで上昇させる際には、誘導電動機には通常の定格電圧が供給されるにすぎない。織機は、非常に大きい慣性負荷であり、そのように起動したとしても起動トルクが不足し、最終的な定常運転時の回転速度に立ち上がるまでに時間がかかるという問題がある。このため、織機ではこのような過渡回転状態期間では、筬打ち力が不足する結果織段を解消できないという問題がある。
【０００５】
本件発明は、上記問題に鑑み、上述の種々問題点を解消する誘導電動機の制御技術を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明の誘導電動機の駆動方法では、多相誘導電動機の一次巻線に交流電圧を給電する可変電圧可変周波数インバータ装置によって前記多相誘導電動機を定常運転させるに際し、該インバータ装置は、その出力周波数を定常運転時に対応する出力周波数に達するまで増大させる一方、前記出力周波数に対応して交流電圧を過電圧状態に増大させる出力をして該誘導電動機を加速させる第１の工程と、前記誘導電動機の回転速度が所定の速度に達したときに、前記交流電圧を定常運転に対応する電圧まで低下させる第２の工程とを遂行するようにしている。
【０００７】
また本発明の誘導電動機の駆動装置では、多相誘導電動機と、商用電源と前記多相誘導電動機に接続され前記誘導電動機の一次巻線に交流電圧を出力する可変電圧可変周波数インバータ装置とを含み、該インバータ装置は、誘導電動機の始動指令を受けると、出力周波数を定常運転時の回転速度に対応する周波数に向けて増大させる一方、出力周波数に対応して交流電圧を過電圧状態に増大させる出力をして誘導電動機を加速させるとともに、誘導電動機の回転速度を判別し、該誘導電動機の回転速度が所定の速度に達したことにより、交流電圧を定常運転時に対応する電圧まで低下させるようにされている。
【０００８】
なお所定の速度は、定常運転時の誘導電動機の回転速度あるいは、その前・後の速度の近傍に定めることができる。また誘導電動機の速度について、速度そのものとして取り扱うことも可能だが、例えばすべり周波数等、実際の回転速度に対応するものとされる別の指標値を代用することもできる。
【０００９】
より具体的には、該インバータ装置は、前記商用電源から供給される電力をベース駆動信号に従って前記一次巻線に出力する主回路と、前記主回路にベース駆動信号を供給する制御回路とを有し、前記制御回路は、前記誘導電動機に対する始動指令が入力されると、出力周波数を定常運転時の回転速度に対応する周波数に向けて増大させる一方、前記出力周波数に対応して交流電圧を過電圧状態に発生させるべく前記ベース駆動信号を出力するとともに、該誘導電動機の回転速度を判別し該誘導電動機の回転速度が前記所定の速度に達したとき、交流電圧を定常運転時に対応する電圧まで低下させるべく前記ベース駆動信号を出力するようにしてもよい。この場合、好ましくは、前記制御回路は、主回路の出力電流値と主回路からの励磁電流との関係から該誘導電動機におけるすべり周波数を求めるとともに、所定の速度に対応する設定値と比較することにより前記所定の速度に達したことを検出すればよい。
【００１０】
また好ましくは、該インバータ装置は、前記商用電源から供給される電力をベース駆動信号に従って前記一次巻線に出力する主回路と、
前記誘導電動機に対する始動指令が入力され、前記始動指令の入力に対応して出力周波数ならびに出力電圧を増大させるべくベース駆動信号を発生させる制御回路と、該誘導電動機の回転速度に対応する信号が入力され、該誘導電動機の回転速度が前記所定の速度に達したときに到達信号を出力する信号発生手段とを有し、前記制御回路は、前記始動指令が入力されると、出力周波数を定常運転中の回転速度に対応する周波数に向けて増大させる一方、前記出力周波数に対応して交流電圧を過電圧状態に発生させるべく前記ベース駆動信号を出力するとともに、該誘導電動機の回転速度が前記所定の速度に達したことにより前記到達信号が入力されると、出力電圧を定常運転時に対応する電圧に向けて低下する交流電圧を出力させるべく前記ベース駆動信号を出力するようにしてもよい。
【００１１】
また、上記信号発生手段をインバータ装置の内部に設ける代わりに、外部に付設するようにしてもよい。この場合、誘導電動機の出力軸には回転速度検出器が連結されるとともに、前記信号発生手段には、前記検出器からの回転速度信号が入力されることにより、前記信号発生手段は、前記回転速度が所定の速度に達したことを検出して到達信号を出力するようにすれば、より好ましい。
【００１２】
また、前記制御回路には、出力周波数に対し過電圧給電時に対応するＶ／Ｆパターンが予め設定されるとともに、前記制御回路は、前記出力周波数に対応して交流電圧を過電圧状態に発生させるに際し、前記Ｖ／Ｆパターンに基づき出力周波数に対応する交流電圧を発生させるべく前記ベース駆動信号を出力するようにして、いわゆるＶ／Ｆ制御により誘導電動機を制御するようにしてもよい。また別の態様として、前記制御回路は、前記増大される出力周波数と求めた誘導電動機の回転速度に対応するすべり周波数との関係から、出力周波数または過電圧状態にされる出力電圧のうち少なくともいずれかが調節される交流電圧を発生させるべく前記ベース駆動信号を出力するようにして、いわゆるベクトル制御により誘導電動機を制御するようにしてもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（１） 第１実施例
図１は、この発明の誘導電動機の駆動方法の第１の実施の形態を示す回路構成図である。
【００１４】
すなわち、図１に示すように、誘導電動機４を駆動する駆動装置１は、商用電源２に接続されるインバータ装置３を含む。インバータ装置３の出力は、電磁接触器７を介し、一次巻線がデルタ接続されている３相の誘導電動機４の一次巻線に接続されている。誘導電動機４の出力軸には、負荷５ならびにブレーキ６が連結されている。
【００１５】
インバータ装置３は、商用電源２の交流電圧をダイオード整流器と平滑コンデンサで直流電圧に変換し、この直流電圧を交流電圧に変換するトランジスタとダイオードとの逆並列回路をブリッジ接続してなるインバータ主回路１１と、このインバータ主回路１１の出力電流を検出するシャント抵抗などの電流検出器１３と、前記トランジスタを例えばＰＷＭ制御によりオン、オフさせるべくベース駆動信号を発生させることでインバータ主回路１１から所望の電圧、周波数の交流電圧を出力するための制御機能と、電流検出器１３の検出値が予め定めた上限値（例えばインバータ主回路１１の定格出力電流値の１５０％程度）を超えたときには、この上限値以下の出力電流にするためにインバータ主回路１１の出力電圧を絞り込む電流制限機能とを備えるインバータ制御回路１２とを有してなる、いわゆる可変電圧可変周波数インバータ装置で構成される。また、インバータ装置３には投入回路８が付設されており、投入回路８の出力は、電磁接触器７および制御回路１２にそれぞれ接続されている。
【００１６】
図２は、図１に示したインバータ装置３におけるインバータ制御回路１２の詳細回路構成図である。
【００１７】
制御回路１２は、加減速演算器２１，積分器２２ならびにＦ／Ｖ変換器２３の出力を受ける電圧指令演算器２４，ＰＷＭ演算器２５、比例／積分演算器（Ｐ−Ｉ演算器）２６、ならびに設定器３１に接続される指令値制御回路３０とを有してなり、また、誘導電動機４の回転速度に対応するすべり周波数を求めるために、座標変換器２８，すべり周波数演算器２９を、さらにはすべり周波数の到達状況を判別するために、信号発生手段としてのすべり周波数到達検出器３４を有している。
【００１８】
加減速演算器２１は、指令値制御回路３０から設定される誘導電動機４への周波数指令値ω１＊に対し、予め設定器３１等を介し定められた周波数の増加率または減少率で増減させ、最終的には周波数指令値ω１＊に等しい周波数指令値ω１＊＊を出力するとともに、後述の誘導電動機４の加速時には電流検出器１３の検出値が指令値制御回路３０からの電流制限値（上限値）ｉＬを超えないような加速時間を比例／積分（Ｐ−Ｉ）演算器２６で導出し、この加速時間に対応する増加率の周波数指令値ω１＊＊を出力する機能も有している。この加減速演算器２１からの周波数指令値ω１＊＊は、積分器２２およびＦ／Ｖ変換器２３に入力される。積分器２２は、入力される周波数指令値ω１＊＊を時間積分して求めた位相角設定値θ１を電圧指令演算器２４に出力し、またＦ／Ｖ変換器２３は、入力される周波数指令値ω１＊＊と予め定められるＶ／ｆ比（Ｖ／ｆパターン）とに基づいて決定される電圧設定値｜Ｖ｜を電圧指令演算器２４に出力するとともに、後述するすべり周波数演算器２９にも分岐出力する。電圧指令演算器２４は、入力されるこれら位相角設定値θ１と電圧設定値｜Ｖ｜とを入力された電圧指令演算器２４により誘導電動機４の各相の電圧指令値ｖ＊に変換され、パルス幅変調（ＰＷＭ）演算器２５からは各相の電圧指令値ｖ＊に対応するオン・オフ駆動信号をベース駆動信号として、インバータ主回路１１を形成するそれぞれのトランジスタに供給するようにしている。
【００１９】
また、インバータ制御回路１２には、さらに、電流検出器１３の検出値を前記位相角設定値θ１に基づく座標変換し、誘導電動機４の励磁電流と同位相の電流成分ｉｄとトルク電流と同位相の電流成分ｉｑとに分解する座標変換器２８と、この励磁電流成分ｉｄ、トルク電流成分ｉｑと前記入力される電圧設定値｜Ｖ｜と予め設定器３１を介して入力される誘導電動機４の電気的定数とから、周知の技術により、すべり周波数ωＳを算出するすべり周波数演算器２９と、すべり周波数ωＳと指令値制御回路３０から送出され定常運転時の回転速度に対応する設定値ｆａとを比較し、すべり周波数ωＳが設定値Ｒ０に達したときに速度到達信号Ｓ３を指令値制御回路３０に出力するすべり周波数到達検出器３４とを有している。
【００２０】
また、指令値制御回路３０は、投入回路８からの投入指令信号Ｓ１、すべり周波数到達検出器３４からの速度到達信号Ｓ３をそれぞれを受けるとともに、定常運転時における出力周波数である周波数指令値ω１＊、出力電圧ＶＬ、ならびに電流制限値ｉＬを加減速演算器２１，Ｆ／Ｖ変換器２３ならびにＰ−Ｉ演算器２６にそれぞれ出力するとともに、外部のブレーキ６に対しブレーキ開放信号Ｓ２を、さらにはすべり周波数到達検出器３４に対し所定の回転速度に対応する周波数の設定値ωＳ０をそれぞれ出力する。また指令値制御回路３０には、設定器３１が接続され、設定器３１を介してインバータ装置３の動作に必要な情報を入力することができる。なお、設定器３１に入力される上記必要な情報として、より具体的には、誘導電動機４の始動に先立ち発生される予備励磁の出力周波数ｆ１ならびに出力電圧ｖ１，過電圧駆動時に使用されるＶ／Ｆパターンを決定するパラメータである、周波数ｆ２ならびに電圧Ｖ２、始動に際し、周波数を増大させる期間長さＴ１、誘導電動機が所定回転速度に達した後に出力電圧を低下させる期間長さＴ２および定常運転時の出力電圧Ｖ３、インバータ装置の出力電流の制限値ｉＬのほか、すべり周波数演算のために必要とされる、例えば、誘導電動機の二次時定数等を含む電気的定数などが含まれており、これら情報は、図示しない結線等を介して各ブロックに伝送される。
【００２１】
図２に示した回路構成の動作を、図３に示す波形図を参照しつつ以下に説明する。
【００２２】
先ず、投入指令信号Ｓ１が発生されない状態では、電磁接触器７が開路しており、商用電源２の電圧が確立している状態で、インバータ装置３を起動させており、負荷５に連結されるブレーキ６は動作状態にある結果、負荷５はロックされた状態にある。その後、時刻ｔ１で投入回路８から投入指令Ｓ１が入力されると、指令値制御回路３０は、突入電流を抑制するために行われる予備励磁に対応する周波数ｆ１を加減速演算器２１に出力する。加減速演算器２１は周波数ｆ１に対応する信号を後段の回路であるＦ／Ｖ変換器２３ならびに積分器２２に出力し、これにより、Ｆ／Ｖ変換器２３は、予備励磁周波数ｆ１に対応する出力電圧指令値｜Ｖ｜を予め定められる起動時用のＶ／Ｆパターンに基づき出力することにより、インバータ装置３からは、出力周波数ｆ１，出力電圧Ｖ１の交流電圧が出力される。このように、ブレーキ６の動作により拘束状態にある誘導電動機４を励磁状態にする。このように誘導電動機４の起動前に予備励磁を行って、該電動機の磁束を立ち上げておくことにより、後述の時刻ｔ２以降での誘導電動機４の起動時の突入電流を抑制し、始動トルクを確立することができる。
【００２３】
次いで時刻ｔ１から所定時間（例えば数１０ｍｓ程度）経過した時刻ｔ２では、指令値制御回路３０は、ブレーキ６に対するブレーキ開放信号Ｓ２を発生させるとともに、加減速演算器２１に対し定常運転時における周波数設定値ω１＊＊を出力する。このため、加減速演算器２１は、予め定められる所定加速期間Ｔ１（実際には数１００ｍｓ〜数ｓｅｃ程度）にわたり、周波数設定値ω１＊＊の出力を定常運転時の出力周波数ｆ２に向けて増大させる。これにより、Ｆ／Ｖ変換器２３は、入力される周波数ω１＊＊に対応する出力電圧指令値｜Ｖ｜を予め定められる起動時用に（過電圧給電されるように電圧値Ｖ１、Ｖ２が定められ作成される）Ｖ／Ｆパターンに基づき出力することにより、インバータ装置３からは、出力周波数および過電圧の出力電圧に刻々と増大される交流電圧が出力される。また、これと並行してインバータ装置３の出力電流を検出する電流検出器１３の電流検出値τＥが指令値制御回路３０からの電流制限値ｉＬを超えないような加速時間を比例−積分（Ｐ−Ｉ）演算器２６で導出し、信号τＥを加減速演算器２１に出力する結果、インバータ装置の出力電流が制限値を超えないようにかつ過電圧給電されるようにインバータ装置３の出力電圧が制御される。このようにして、誘導電動機４を加速させるための第１の工程が実行されて、誘導電動機の回転速度は次第に加速されていく。なお、上記例では、インバータ装置の出力電流を制限するように回路構成して電流を制限して駆動する例であるが、電流制限値を任意に設定したり、設計的に固定される制限値としてもよい。また後者の場合には、制限値の設定に関する回路を省いてもよい。
【００２４】
一方、誘導電動機４は出力周波数に対し過電圧給電されるように交流電圧が出力されるために、時間の経過とともに定常運転時の回転速度を上回るように駆動可能にされており、定常運転時の回転速度に対応するすべり周波数ωＳが設定値Ｒ０に到達する時刻ｔ４では、速度到達信号Ｓ３が指令値制御回路３０に出力される。このため、指令値制御回路３０は、制限設定値ＶＬを定常運転時の電圧に向けて電圧低下期間Ｔ２にわたり所定の減少率で減少させることにより、交流電圧の出力電圧は低下されていく。このようにして誘導電動機への交流電圧を定常運転時の出力電圧Ｖ３に低下させる第２の工程が実行される。なお、前記制限設定値ＶＬの減少率は誘導電動機の２次時定数を考慮して設定することにより、時刻ｔ４から時刻ｔ５の間では、誘導電動機の回転速度を滑らかにかつ目標速度近傍に維持することができる。やがて時刻ｔ６において定常運転時に対応する交流電圧にされて、これ以降、省エネルギーモードの定常運転状態に入り、出力周波数ならびに出力電圧を維持した交流電圧が出力される。
【００２５】
そのように駆動される誘導電動機のすべり周波数（言い換えれば回転速度）は、図示実線のように変化する。時刻ｔ４を経過したとしても、慣性エネルギーの影響もあり、すべり周波数（換言すれば誘導電動機の回転速度）は設定値Ｒ０を超えた状態になるものの、直ちに出力電圧が低下されて減速される結果、最終的には、期間Ｐ２の間に最終的な設定値Ｒ０に到達し、その後はその回転数が維持されることになる。なお、インバータ装置３の出力電圧の低下動作が、誘導電動機の回転速度に関係なく時間制御で行われる場合、すなわち、加速期間Ｔ１が終了してから期間Ｔ３にわたって定常運転時の電圧Ｖ３に向けて低下させる場合について、インバータ装置３の出力電圧およびすべり周波数の関係をそれぞれ点線で図示する。また、一旦回転速度が設定値Ｒ０に達してから最終的な設定値Ｒ０に到達するまでの期間をＰ３として示しているが、本件発明により、誘導電動機４を運転開始（始動）させる際に、回転速度が最終的に設定値Ｒ０に到達するまでの期間が短縮されることは、一目瞭然である。
【００２６】
さて、繊維機械のひとつである織機では、従来、運転開始時の筬打ちトルク不足に伴う織段を解消するため誘導電動機の回転速度の到達をより早めるために、誘導電動機の一次巻線を切換器を介して切換可能に構成し、起動時にはデルタ接続とし、定常運転時にはスター接続とされて運転される誘導電動機、いわゆる超起動モータを用いており、このような織機に対し、織物仕様に対応して織機の運転速度（誘導電動機の回転速度）を設定する必要性から、上記した駆動装置を用いることができる。より具体的には、上記誘導電動機を、その一次巻線をデルタ接続にしてインバータ装置３の出力に直接接続するとともに、上記時刻ｔ１〜ｔ４の期間では、各一次巻線の両端には、定常運転時に対し√３倍の電圧が印加されるように電圧設定値Ｖ１，Ｖ２を設定し作成されたＶ／Ｆパターンに基づき交流電圧を増大させ、その後時刻ｔ４以降では定常運転時の電圧Ｖ３に向けて低下するようにする。このようにすれば、従来行われている商用電源で駆動される超起動モータを用い、モータプーリの交換により回転数を設定する織機の場合と遜色のない誘導電動機（織機回転数）の立上がり特性が得られる。
【００２７】
なお、上記時刻ｔ１〜ｔ４の期間における出力電圧について、好ましくは定常運転時の電圧に対し√３倍としたが、１倍を超えかつモータの発熱等の影響が発生しない範囲で任意に定めればよい。また、時刻ｔ２から時刻ｔ５にかけての周波数を増大させる加速時間長さＴ１および周波数の増加率は、モータの２次時定数に対応して設定されることが望ましい。しかし、急峻な回転数の立上がりにより、状況が却って悪くなる織段の場合（いわゆる厚段の場合）、周波数の増加率を低くすることも可能であり、これら加速時間長さは、織機の場合織段の状況に対応して任意に設定してもよい。
【００２８】
さらには、図示実施例では、周波数の増加率を経時的に一定の増加率で増大させるようにしているが、例えば、徐々に周波数の増加率が増大するようにしてもよく、経時的に異なる増加率とすることもできる。これに対し、誘導電動機４の回転速度が設定値Ｒ０ に到達後、その回転速度が大きく変動しないように出力電圧の減少率が定められていればよく、図示実施例のように経時的に一定の減少率で減少させる代わりに、徐々に減少率が増大するあるいは最初は減少率が大きく時間がたつにつれて減少率が小さくなる態様など、経時的に異なる減少率とすることもできる。また、上記周波数の増大ならびに出力電圧の低下について、経時的に連続して増大させる代わりに階段状に増大させることも可能である。さらには、期間Ｔ２のように時間をかけて出力電圧を低下させる代わりに、図５に示すように、時刻ｔ４において定常運転時の出力電圧に切換えて出力することも可能である。
【００２９】
（２） 第２実施例
図４は、この発明の誘導電動機の駆動方法の第２の実施の形態を示す回路構成図である。なおこの実施例は、誘導電動機４の出力軸に速度検出器３３を連結するとともに、誘導電動機４の回転速度に基づき信号発生を発生させる信号発生手段としての回転速度到達検出器３６を、制御回路１２の外部に設ける例である。
【００３０】
回転速度到達検出器３６には、速度検出器３３から検出された速度信号Ｓ４が入力されるとともに、設定器３７が接続される一方、速度到達信号を制御回路１２に出力すべく、制御回路１２に接続されている。設定器３７には、誘導電動機に対する定常運転時における回転速度を基に閾値（設定値）Ｒ０が設定され、また回転速度到達検出器３６は、いわゆる速度信号が閾値（設定値）Ｒ０を超えたとき、信号を発生するように比較器等で構成されている。このため、制御回路１２は、投入信号Ｓ１が発生されると時刻ｔ２でブレーキ６を開放させるとともに、出力周波数および出力電圧を増大させた交流電圧を発生させて誘導電動機４を加速させ、誘導電動機４の回転速度が上記設定値Ｒ０に到達して到達信号Ｓ３が入力されたことにより、定常運転時の電圧に向け交流電圧を前記同様に低下させることができる。
【００３１】
上記実施例では、回転速度到達検出器３６（すなわち信号発生手段）を制御回路１２の外部に設けたが、第１実施例と同様、制御回路１２の内部に設けることも可能である。
【００３２】
（３） 第１実施例および第２実施例に対する変形例。
さて、上記した第１および第２の実施例に対し、以下の変形例が考えられる。上記実施例では、誘導電動機４の一次巻線をデルタ接続としてインバータ装置３に接続する例であるが、一次巻線がスター接続として構成することも可能である。例えば、誘導電動機の始動時、一次巻線に過電圧給電する際に商用電源電圧のピーク値よりも高い電圧を給電する必要があるとき、インバータ装置３を、例えば図８のように構成すればよい。図６に示されるインバータ装置３の主回路４１は、リアクトル４２を介して図示されるダイオードからコンデンサに給電することにより、単相の商用電源のピーク電圧が２倍に昇圧されてコンデンサに出力される、いわゆる倍電圧回路を構成する例である。給電される商用電源について単相に限らず三相などの多相電源として構成してもよい。また上記構成される主回路１１，４１に代えて、あるいは公知のチョッピング回路を用いて高い電圧を発生させる、あるいはインバータ装置３の入力仕様電圧を商用電源の数倍とし、インバータ装置３に給電する電圧を変圧器を介して昇圧してコンデンサに給電する等、種々の方法が考えられる。
【００３３】
また上記実施例について、図３の時刻ｔ１〜ｔ２の期間で、誘導電動機４の始動時の突入電流を抑制するために、予備励磁を行うようにしているが、予備励磁を行わないようにしてもよい。さらには、この予備励磁期間における誘導電動機の回転を防止するためにブレーキ６を作動させるようにしているが、ごく短期間であるため実質的にブレーキを省いても実害がない場合には、ブレーキ６を省略した構成も可能である。
【００３４】
上記したインバータ装置の制御方式について、一般に、モータに流れる電流を制御する方式すなわち電流型と呼ばれるものほか、モータに印加される電圧を制御する方式すなわち電圧型と呼ばれるものいずれも考えられる。上記電圧型の場合、直流電圧を可変する方式であるＰＡＭ方式、トランジスタのスイッチングパルス幅を可変するＰＷＭ方式のいずれとすることもでき、後者についてより好適なものとして、出力平均電圧がより正弦波となるようにトランジスタのスイッチングパルス幅を可変する方式である疑似正弦波ＰＷＭ方式とすることもできる。いずれの場合についても、本件の出力電圧は、チョッピング出力される電圧のいわゆるピーク値ではなく、平均値（実効値）を指すものとして取り扱う。
【００３５】
上記図２に示したように、制御回路１２は、各機能ブロックごとに構成することもできるが、マイクロプロセッサおよび予め記憶されるソフトウエアによりこれら制御を事項するように構成することもできる。また、図２に示した制御回路１２では、Ｆ／Ｖ変換器２３は、Ｖ／Ｆパターンに基づき、電圧指令値｜Ｖ｜を発生させることにより、いわゆるＶ／Ｆ制御を行うようにされている。これに対し、例えば、すべり周波数演算器２９を、すべり周波数ωＳを算出するほか他の機能を有する周知のベクトル演算器に置き換えるとともに、ベクトル演算器は、出力周波数ω１＊＊とすべり周波数ωＳとの関係から、さらに加速演算器２１の出力周波数であるω１＊＊に対する補正値、あるいはＦ／Ｖ演算器２３に対する電圧指令値｜Ｖ｜に対する補正値を計算してそれらを補正することにより、誘導電動機の回転速度に基づく制御、いわゆるベクトル制御を行うようにしてもよい。さらには制御回路１２は、上記置き換えられたベクトル演算器が、例えば、誘導電動機の一次巻線に対する電圧降下分を補償するための一次電圧補償を実行すべくＦ／Ｖ変換器２３に対し一次電圧補償値ＶＣを算出出力するようにしてもよいし、目標とする速度で誘導電動機が回転するように、加減速演算器２１からの出力周波数ω１＊＊に対し、すべり周波数分を補償するように加算出力したり、Ｐ−Ｉ演算器２６に対し信号τＥに代えてトルク補償信号τＥを出力するように構成することもできる。
【００３６】
【発明の効果】
上記したように、請求項１に記載の発明によれば、その出力周波数を定常運転時に対応する出力周波数に達するまで増大させるとともに、前記出力周波数に対応して交流電圧を過電圧状態に増大させる出力をして該誘導電動機を加速させる第１の工程を行い、誘導電動機の回転速度が所定の速度に達したときに、前記交流電圧を定常運転に対応する電圧まで低下させる第２の工程を行うようにしたから、誘導電動機を速やかに定常運転速度に到達させることができ、しかもその後の回転速度のオーバシュート量を著しく減少され、その回転数を維持することができる。従って、誘導電動機の運転開始時における回転速度により織物品質に影響が発生する織機では、回転速度をより高精度に制御することが可能になるため、織段の調整がより容易になる。
【００３７】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の発明を容易に実現することが可能である。
【００３８】
請求項３、あるいは請求項５、６に記載の発明によれば、インバータ装置をより具体的に構成することができる。また請求項４の発明によれば、電動機の出力軸に新たな部材を設けることなく、誘導電動機の回転速度をすべり周波数により把握できるため、回転速度の検出のために新たなセンサ等を設けなくてもよい分、センサ故障によるリスクが無くなるとともにメンテナンス性が向上する。これに対し請求項７に記載の発明によれば、回転速度を直接検出することにより、回転速度をより正確に把握することができ、しかも制御回路や信号発生器の回路構成をより簡単に構成できる。また、請求項８に記載の発明によれば、Ｖ／Ｆパターンを介して誘導電動機の加速度合いを容易に設定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す回路構成図である。
【図２】図１における制御回路の内部ブロック図である。
【図３】図１および図２の動作を示す波形図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態を示す回路構成図である。
【図５】図１および図２の他の動作を示す波形図である。
【図６】本発明の第１ならびに第２の実施の形態に対し、主回路部分を変形させた回路構成図である。
【符号の説明】
１ 駆動装置
２ 商用電源
３ インバータ装置
４ 誘導電動機
５ 負荷
６ ブレーキ
７ 電磁接触器
８ 投入回路
１１，４１ インバータ主回路（主回路）
１２ インバータ制御回路（制御回路）
１３ 電流検出器
２１ 加減速演算器
２２ 積分器
２３ Ｆ／Ｖ変換器
２４ 電圧指令演算器
２５ ＰＷＭ演算器
２６ Ｐ−Ｉ演算器
２８ 座標変換器
２９ すべり周波数演算器
３０ 指令値制御回路
３１，３７ 設定器
３３ 速度検出器
３４ 周波数到達検出器（信号発生手段）
３６ 回転速度到達検出器（信号発生手段）
４２ リアクトル
θ１ 位相角設定値
ωＳ 周波数
ω１＊ 周波数
ω１＊＊ 周波数指令値
Ｒ０ 設定値
Ｓ１ 投入指令信号
Ｓ２ ブレーキ開放信号
Ｓ３ 速度到達信号
Ｖ１〜Ｖ３ 電圧
ＶＣ 一次電圧補償値
ＶＬ 出力電圧の制限設定値
ｆ１〜ｆ２ 出力周波数
ｆａ 周波数設定値
ｉＬ 電流制限値
ｉｄ 励磁電流成分
ｉｑ トルク電流成分
ｔ１〜ｔ６ 時刻
【発明の属する技術分野】
この発明は、誘導電動機に交流電圧を給電するインバータ装置に関し、誘導電動機に対し過電圧給電することにより、定常運転時に対応する回転速度に達するまでに要する時間をできる限り抑えた誘導電動機の駆動技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、織機では織機主軸を駆動するために多相誘導電動機が用いられる。これに対し、織物仕様に合せた織機の回転速度に設定する必要があり、出力周波数ならびに出力電圧が制御される可変電圧可変周波数インバータ装置を介し多相誘導電動機を駆動することが行われる。他方、織機では回転速度を急速に加速させる必要性があり、またインバータ装置の容量もある程度制限されるため、突入電流を抑える１つの方法として、誘導電動機の始動時に０．５Ｈｚ程度の最低周波数で交流電圧を誘導電動機の磁束の確立に必要な期間出力し、その後約１００ｍｓ程度の期間で出力周波数を定常運転速度まで上昇させて該誘導電動機を駆動する、インバータ装置が示されている。（例えば特許文献１を参照。）
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６３−３１４１８３号（第１頁−３頁）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、そのような駆動方法によれば、定常運転速度まで上昇させる際には、誘導電動機には通常の定格電圧が供給されるにすぎない。織機は、非常に大きい慣性負荷であり、そのように起動したとしても起動トルクが不足し、最終的な定常運転時の回転速度に立ち上がるまでに時間がかかるという問題がある。このため、織機ではこのような過渡回転状態期間では、筬打ち力が不足する結果織段を解消できないという問題がある。
【０００５】
本件発明は、上記問題に鑑み、上述の種々問題点を解消する誘導電動機の制御技術を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明の誘導電動機の駆動方法では、多相誘導電動機の一次巻線に交流電圧を給電する可変電圧可変周波数インバータ装置によって前記多相誘導電動機を定常運転させるに際し、該インバータ装置は、その出力周波数を定常運転時に対応する出力周波数に達するまで増大させる一方、前記出力周波数に対応して交流電圧を過電圧状態に増大させる出力をして該誘導電動機を加速させる第１の工程と、前記誘導電動機の回転速度が所定の速度に達したときに、前記交流電圧を定常運転に対応する電圧まで低下させる第２の工程とを遂行するようにしている。
【０００７】
また本発明の誘導電動機の駆動装置では、多相誘導電動機と、商用電源と前記多相誘導電動機に接続され前記誘導電動機の一次巻線に交流電圧を出力する可変電圧可変周波数インバータ装置とを含み、該インバータ装置は、誘導電動機の始動指令を受けると、出力周波数を定常運転時の回転速度に対応する周波数に向けて増大させる一方、出力周波数に対応して交流電圧を過電圧状態に増大させる出力をして誘導電動機を加速させるとともに、誘導電動機の回転速度を判別し、該誘導電動機の回転速度が所定の速度に達したことにより、交流電圧を定常運転時に対応する電圧まで低下させるようにされている。
【０００８】
なお所定の速度は、定常運転時の誘導電動機の回転速度あるいは、その前・後の速度の近傍に定めることができる。また誘導電動機の速度について、速度そのものとして取り扱うことも可能だが、例えばすべり周波数等、実際の回転速度に対応するものとされる別の指標値を代用することもできる。
【０００９】
より具体的には、該インバータ装置は、前記商用電源から供給される電力をベース駆動信号に従って前記一次巻線に出力する主回路と、前記主回路にベース駆動信号を供給する制御回路とを有し、前記制御回路は、前記誘導電動機に対する始動指令が入力されると、出力周波数を定常運転時の回転速度に対応する周波数に向けて増大させる一方、前記出力周波数に対応して交流電圧を過電圧状態に発生させるべく前記ベース駆動信号を出力するとともに、該誘導電動機の回転速度を判別し該誘導電動機の回転速度が前記所定の速度に達したとき、交流電圧を定常運転時に対応する電圧まで低下させるべく前記ベース駆動信号を出力するようにしてもよい。この場合、好ましくは、前記制御回路は、主回路の出力電流値と主回路からの励磁電流との関係から該誘導電動機におけるすべり周波数を求めるとともに、所定の速度に対応する設定値と比較することにより前記所定の速度に達したことを検出すればよい。
【００１０】
また好ましくは、該インバータ装置は、前記商用電源から供給される電力をベース駆動信号に従って前記一次巻線に出力する主回路と、
前記誘導電動機に対する始動指令が入力され、前記始動指令の入力に対応して出力周波数ならびに出力電圧を増大させるべくベース駆動信号を発生させる制御回路と、該誘導電動機の回転速度に対応する信号が入力され、該誘導電動機の回転速度が前記所定の速度に達したときに到達信号を出力する信号発生手段とを有し、前記制御回路は、前記始動指令が入力されると、出力周波数を定常運転中の回転速度に対応する周波数に向けて増大させる一方、前記出力周波数に対応して交流電圧を過電圧状態に発生させるべく前記ベース駆動信号を出力するとともに、該誘導電動機の回転速度が前記所定の速度に達したことにより前記到達信号が入力されると、出力電圧を定常運転時に対応する電圧に向けて低下する交流電圧を出力させるべく前記ベース駆動信号を出力するようにしてもよい。
【００１１】
また、上記信号発生手段をインバータ装置の内部に設ける代わりに、外部に付設するようにしてもよい。この場合、誘導電動機の出力軸には回転速度検出器が連結されるとともに、前記信号発生手段には、前記検出器からの回転速度信号が入力されることにより、前記信号発生手段は、前記回転速度が所定の速度に達したことを検出して到達信号を出力するようにすれば、より好ましい。
【００１２】
また、前記制御回路には、出力周波数に対し過電圧給電時に対応するＶ／Ｆパターンが予め設定されるとともに、前記制御回路は、前記出力周波数に対応して交流電圧を過電圧状態に発生させるに際し、前記Ｖ／Ｆパターンに基づき出力周波数に対応する交流電圧を発生させるべく前記ベース駆動信号を出力するようにして、いわゆるＶ／Ｆ制御により誘導電動機を制御するようにしてもよい。また別の態様として、前記制御回路は、前記増大される出力周波数と求めた誘導電動機の回転速度に対応するすべり周波数との関係から、出力周波数または過電圧状態にされる出力電圧のうち少なくともいずれかが調節される交流電圧を発生させるべく前記ベース駆動信号を出力するようにして、いわゆるベクトル制御により誘導電動機を制御するようにしてもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（１） 第１実施例
図１は、この発明の誘導電動機の駆動方法の第１の実施の形態を示す回路構成図である。
【００１４】
すなわち、図１に示すように、誘導電動機４を駆動する駆動装置１は、商用電源２に接続されるインバータ装置３を含む。インバータ装置３の出力は、電磁接触器７を介し、一次巻線がデルタ接続されている３相の誘導電動機４の一次巻線に接続されている。誘導電動機４の出力軸には、負荷５ならびにブレーキ６が連結されている。
【００１５】
インバータ装置３は、商用電源２の交流電圧をダイオード整流器と平滑コンデンサで直流電圧に変換し、この直流電圧を交流電圧に変換するトランジスタとダイオードとの逆並列回路をブリッジ接続してなるインバータ主回路１１と、このインバータ主回路１１の出力電流を検出するシャント抵抗などの電流検出器１３と、前記トランジスタを例えばＰＷＭ制御によりオン、オフさせるべくベース駆動信号を発生させることでインバータ主回路１１から所望の電圧、周波数の交流電圧を出力するための制御機能と、電流検出器１３の検出値が予め定めた上限値（例えばインバータ主回路１１の定格出力電流値の１５０％程度）を超えたときには、この上限値以下の出力電流にするためにインバータ主回路１１の出力電圧を絞り込む電流制限機能とを備えるインバータ制御回路１２とを有してなる、いわゆる可変電圧可変周波数インバータ装置で構成される。また、インバータ装置３には投入回路８が付設されており、投入回路８の出力は、電磁接触器７および制御回路１２にそれぞれ接続されている。
【００１６】
図２は、図１に示したインバータ装置３におけるインバータ制御回路１２の詳細回路構成図である。
【００１７】
制御回路１２は、加減速演算器２１，積分器２２ならびにＦ／Ｖ変換器２３の出力を受ける電圧指令演算器２４，ＰＷＭ演算器２５、比例／積分演算器（Ｐ−Ｉ演算器）２６、ならびに設定器３１に接続される指令値制御回路３０とを有してなり、また、誘導電動機４の回転速度に対応するすべり周波数を求めるために、座標変換器２８，すべり周波数演算器２９を、さらにはすべり周波数の到達状況を判別するために、信号発生手段としてのすべり周波数到達検出器３４を有している。
【００１８】
加減速演算器２１は、指令値制御回路３０から設定される誘導電動機４への周波数指令値ω１＊に対し、予め設定器３１等を介し定められた周波数の増加率または減少率で増減させ、最終的には周波数指令値ω１＊に等しい周波数指令値ω１＊＊を出力するとともに、後述の誘導電動機４の加速時には電流検出器１３の検出値が指令値制御回路３０からの電流制限値（上限値）ｉＬを超えないような加速時間を比例／積分（Ｐ−Ｉ）演算器２６で導出し、この加速時間に対応する増加率の周波数指令値ω１＊＊を出力する機能も有している。この加減速演算器２１からの周波数指令値ω１＊＊は、積分器２２およびＦ／Ｖ変換器２３に入力される。積分器２２は、入力される周波数指令値ω１＊＊を時間積分して求めた位相角設定値θ１を電圧指令演算器２４に出力し、またＦ／Ｖ変換器２３は、入力される周波数指令値ω１＊＊と予め定められるＶ／ｆ比（Ｖ／ｆパターン）とに基づいて決定される電圧設定値｜Ｖ｜を電圧指令演算器２４に出力するとともに、後述するすべり周波数演算器２９にも分岐出力する。電圧指令演算器２４は、入力されるこれら位相角設定値θ１と電圧設定値｜Ｖ｜とを入力された電圧指令演算器２４により誘導電動機４の各相の電圧指令値ｖ＊に変換され、パルス幅変調（ＰＷＭ）演算器２５からは各相の電圧指令値ｖ＊に対応するオン・オフ駆動信号をベース駆動信号として、インバータ主回路１１を形成するそれぞれのトランジスタに供給するようにしている。
【００１９】
また、インバータ制御回路１２には、さらに、電流検出器１３の検出値を前記位相角設定値θ１に基づく座標変換し、誘導電動機４の励磁電流と同位相の電流成分ｉｄとトルク電流と同位相の電流成分ｉｑとに分解する座標変換器２８と、この励磁電流成分ｉｄ、トルク電流成分ｉｑと前記入力される電圧設定値｜Ｖ｜と予め設定器３１を介して入力される誘導電動機４の電気的定数とから、周知の技術により、すべり周波数ωＳを算出するすべり周波数演算器２９と、すべり周波数ωＳと指令値制御回路３０から送出され定常運転時の回転速度に対応する設定値ｆａとを比較し、すべり周波数ωＳが設定値Ｒ０に達したときに速度到達信号Ｓ３を指令値制御回路３０に出力するすべり周波数到達検出器３４とを有している。
【００２０】
また、指令値制御回路３０は、投入回路８からの投入指令信号Ｓ１、すべり周波数到達検出器３４からの速度到達信号Ｓ３をそれぞれを受けるとともに、定常運転時における出力周波数である周波数指令値ω１＊、出力電圧ＶＬ、ならびに電流制限値ｉＬを加減速演算器２１，Ｆ／Ｖ変換器２３ならびにＰ−Ｉ演算器２６にそれぞれ出力するとともに、外部のブレーキ６に対しブレーキ開放信号Ｓ２を、さらにはすべり周波数到達検出器３４に対し所定の回転速度に対応する周波数の設定値ωＳ０をそれぞれ出力する。また指令値制御回路３０には、設定器３１が接続され、設定器３１を介してインバータ装置３の動作に必要な情報を入力することができる。なお、設定器３１に入力される上記必要な情報として、より具体的には、誘導電動機４の始動に先立ち発生される予備励磁の出力周波数ｆ１ならびに出力電圧ｖ１，過電圧駆動時に使用されるＶ／Ｆパターンを決定するパラメータである、周波数ｆ２ならびに電圧Ｖ２、始動に際し、周波数を増大させる期間長さＴ１、誘導電動機が所定回転速度に達した後に出力電圧を低下させる期間長さＴ２および定常運転時の出力電圧Ｖ３、インバータ装置の出力電流の制限値ｉＬのほか、すべり周波数演算のために必要とされる、例えば、誘導電動機の二次時定数等を含む電気的定数などが含まれており、これら情報は、図示しない結線等を介して各ブロックに伝送される。
【００２１】
図２に示した回路構成の動作を、図３に示す波形図を参照しつつ以下に説明する。
【００２２】
先ず、投入指令信号Ｓ１が発生されない状態では、電磁接触器７が開路しており、商用電源２の電圧が確立している状態で、インバータ装置３を起動させており、負荷５に連結されるブレーキ６は動作状態にある結果、負荷５はロックされた状態にある。その後、時刻ｔ１で投入回路８から投入指令Ｓ１が入力されると、指令値制御回路３０は、突入電流を抑制するために行われる予備励磁に対応する周波数ｆ１を加減速演算器２１に出力する。加減速演算器２１は周波数ｆ１に対応する信号を後段の回路であるＦ／Ｖ変換器２３ならびに積分器２２に出力し、これにより、Ｆ／Ｖ変換器２３は、予備励磁周波数ｆ１に対応する出力電圧指令値｜Ｖ｜を予め定められる起動時用のＶ／Ｆパターンに基づき出力することにより、インバータ装置３からは、出力周波数ｆ１，出力電圧Ｖ１の交流電圧が出力される。このように、ブレーキ６の動作により拘束状態にある誘導電動機４を励磁状態にする。このように誘導電動機４の起動前に予備励磁を行って、該電動機の磁束を立ち上げておくことにより、後述の時刻ｔ２以降での誘導電動機４の起動時の突入電流を抑制し、始動トルクを確立することができる。
【００２３】
次いで時刻ｔ１から所定時間（例えば数１０ｍｓ程度）経過した時刻ｔ２では、指令値制御回路３０は、ブレーキ６に対するブレーキ開放信号Ｓ２を発生させるとともに、加減速演算器２１に対し定常運転時における周波数設定値ω１＊＊を出力する。このため、加減速演算器２１は、予め定められる所定加速期間Ｔ１（実際には数１００ｍｓ〜数ｓｅｃ程度）にわたり、周波数設定値ω１＊＊の出力を定常運転時の出力周波数ｆ２に向けて増大させる。これにより、Ｆ／Ｖ変換器２３は、入力される周波数ω１＊＊に対応する出力電圧指令値｜Ｖ｜を予め定められる起動時用に（過電圧給電されるように電圧値Ｖ１、Ｖ２が定められ作成される）Ｖ／Ｆパターンに基づき出力することにより、インバータ装置３からは、出力周波数および過電圧の出力電圧に刻々と増大される交流電圧が出力される。また、これと並行してインバータ装置３の出力電流を検出する電流検出器１３の電流検出値τＥが指令値制御回路３０からの電流制限値ｉＬを超えないような加速時間を比例−積分（Ｐ−Ｉ）演算器２６で導出し、信号τＥを加減速演算器２１に出力する結果、インバータ装置の出力電流が制限値を超えないようにかつ過電圧給電されるようにインバータ装置３の出力電圧が制御される。このようにして、誘導電動機４を加速させるための第１の工程が実行されて、誘導電動機の回転速度は次第に加速されていく。なお、上記例では、インバータ装置の出力電流を制限するように回路構成して電流を制限して駆動する例であるが、電流制限値を任意に設定したり、設計的に固定される制限値としてもよい。また後者の場合には、制限値の設定に関する回路を省いてもよい。
【００２４】
一方、誘導電動機４は出力周波数に対し過電圧給電されるように交流電圧が出力されるために、時間の経過とともに定常運転時の回転速度を上回るように駆動可能にされており、定常運転時の回転速度に対応するすべり周波数ωＳが設定値Ｒ０に到達する時刻ｔ４では、速度到達信号Ｓ３が指令値制御回路３０に出力される。このため、指令値制御回路３０は、制限設定値ＶＬを定常運転時の電圧に向けて電圧低下期間Ｔ２にわたり所定の減少率で減少させることにより、交流電圧の出力電圧は低下されていく。このようにして誘導電動機への交流電圧を定常運転時の出力電圧Ｖ３に低下させる第２の工程が実行される。なお、前記制限設定値ＶＬの減少率は誘導電動機の２次時定数を考慮して設定することにより、時刻ｔ４から時刻ｔ５の間では、誘導電動機の回転速度を滑らかにかつ目標速度近傍に維持することができる。やがて時刻ｔ６において定常運転時に対応する交流電圧にされて、これ以降、省エネルギーモードの定常運転状態に入り、出力周波数ならびに出力電圧を維持した交流電圧が出力される。
【００２５】
そのように駆動される誘導電動機のすべり周波数（言い換えれば回転速度）は、図示実線のように変化する。時刻ｔ４を経過したとしても、慣性エネルギーの影響もあり、すべり周波数（換言すれば誘導電動機の回転速度）は設定値Ｒ０を超えた状態になるものの、直ちに出力電圧が低下されて減速される結果、最終的には、期間Ｐ２の間に最終的な設定値Ｒ０に到達し、その後はその回転数が維持されることになる。なお、インバータ装置３の出力電圧の低下動作が、誘導電動機の回転速度に関係なく時間制御で行われる場合、すなわち、加速期間Ｔ１が終了してから期間Ｔ３にわたって定常運転時の電圧Ｖ３に向けて低下させる場合について、インバータ装置３の出力電圧およびすべり周波数の関係をそれぞれ点線で図示する。また、一旦回転速度が設定値Ｒ０に達してから最終的な設定値Ｒ０に到達するまでの期間をＰ３として示しているが、本件発明により、誘導電動機４を運転開始（始動）させる際に、回転速度が最終的に設定値Ｒ０に到達するまでの期間が短縮されることは、一目瞭然である。
【００２６】
さて、繊維機械のひとつである織機では、従来、運転開始時の筬打ちトルク不足に伴う織段を解消するため誘導電動機の回転速度の到達をより早めるために、誘導電動機の一次巻線を切換器を介して切換可能に構成し、起動時にはデルタ接続とし、定常運転時にはスター接続とされて運転される誘導電動機、いわゆる超起動モータを用いており、このような織機に対し、織物仕様に対応して織機の運転速度（誘導電動機の回転速度）を設定する必要性から、上記した駆動装置を用いることができる。より具体的には、上記誘導電動機を、その一次巻線をデルタ接続にしてインバータ装置３の出力に直接接続するとともに、上記時刻ｔ１〜ｔ４の期間では、各一次巻線の両端には、定常運転時に対し√３倍の電圧が印加されるように電圧設定値Ｖ１，Ｖ２を設定し作成されたＶ／Ｆパターンに基づき交流電圧を増大させ、その後時刻ｔ４以降では定常運転時の電圧Ｖ３に向けて低下するようにする。このようにすれば、従来行われている商用電源で駆動される超起動モータを用い、モータプーリの交換により回転数を設定する織機の場合と遜色のない誘導電動機（織機回転数）の立上がり特性が得られる。
【００２７】
なお、上記時刻ｔ１〜ｔ４の期間における出力電圧について、好ましくは定常運転時の電圧に対し√３倍としたが、１倍を超えかつモータの発熱等の影響が発生しない範囲で任意に定めればよい。また、時刻ｔ２から時刻ｔ５にかけての周波数を増大させる加速時間長さＴ１および周波数の増加率は、モータの２次時定数に対応して設定されることが望ましい。しかし、急峻な回転数の立上がりにより、状況が却って悪くなる織段の場合（いわゆる厚段の場合）、周波数の増加率を低くすることも可能であり、これら加速時間長さは、織機の場合織段の状況に対応して任意に設定してもよい。
【００２８】
さらには、図示実施例では、周波数の増加率を経時的に一定の増加率で増大させるようにしているが、例えば、徐々に周波数の増加率が増大するようにしてもよく、経時的に異なる増加率とすることもできる。これに対し、誘導電動機４の回転速度が設定値Ｒ０ に到達後、その回転速度が大きく変動しないように出力電圧の減少率が定められていればよく、図示実施例のように経時的に一定の減少率で減少させる代わりに、徐々に減少率が増大するあるいは最初は減少率が大きく時間がたつにつれて減少率が小さくなる態様など、経時的に異なる減少率とすることもできる。また、上記周波数の増大ならびに出力電圧の低下について、経時的に連続して増大させる代わりに階段状に増大させることも可能である。さらには、期間Ｔ２のように時間をかけて出力電圧を低下させる代わりに、図５に示すように、時刻ｔ４において定常運転時の出力電圧に切換えて出力することも可能である。
【００２９】
（２） 第２実施例
図４は、この発明の誘導電動機の駆動方法の第２の実施の形態を示す回路構成図である。なおこの実施例は、誘導電動機４の出力軸に速度検出器３３を連結するとともに、誘導電動機４の回転速度に基づき信号発生を発生させる信号発生手段としての回転速度到達検出器３６を、制御回路１２の外部に設ける例である。
【００３０】
回転速度到達検出器３６には、速度検出器３３から検出された速度信号Ｓ４が入力されるとともに、設定器３７が接続される一方、速度到達信号を制御回路１２に出力すべく、制御回路１２に接続されている。設定器３７には、誘導電動機に対する定常運転時における回転速度を基に閾値（設定値）Ｒ０が設定され、また回転速度到達検出器３６は、いわゆる速度信号が閾値（設定値）Ｒ０を超えたとき、信号を発生するように比較器等で構成されている。このため、制御回路１２は、投入信号Ｓ１が発生されると時刻ｔ２でブレーキ６を開放させるとともに、出力周波数および出力電圧を増大させた交流電圧を発生させて誘導電動機４を加速させ、誘導電動機４の回転速度が上記設定値Ｒ０に到達して到達信号Ｓ３が入力されたことにより、定常運転時の電圧に向け交流電圧を前記同様に低下させることができる。
【００３１】
上記実施例では、回転速度到達検出器３６（すなわち信号発生手段）を制御回路１２の外部に設けたが、第１実施例と同様、制御回路１２の内部に設けることも可能である。
【００３２】
（３） 第１実施例および第２実施例に対する変形例。
さて、上記した第１および第２の実施例に対し、以下の変形例が考えられる。上記実施例では、誘導電動機４の一次巻線をデルタ接続としてインバータ装置３に接続する例であるが、一次巻線がスター接続として構成することも可能である。例えば、誘導電動機の始動時、一次巻線に過電圧給電する際に商用電源電圧のピーク値よりも高い電圧を給電する必要があるとき、インバータ装置３を、例えば図８のように構成すればよい。図６に示されるインバータ装置３の主回路４１は、リアクトル４２を介して図示されるダイオードからコンデンサに給電することにより、単相の商用電源のピーク電圧が２倍に昇圧されてコンデンサに出力される、いわゆる倍電圧回路を構成する例である。給電される商用電源について単相に限らず三相などの多相電源として構成してもよい。また上記構成される主回路１１，４１に代えて、あるいは公知のチョッピング回路を用いて高い電圧を発生させる、あるいはインバータ装置３の入力仕様電圧を商用電源の数倍とし、インバータ装置３に給電する電圧を変圧器を介して昇圧してコンデンサに給電する等、種々の方法が考えられる。
【００３３】
また上記実施例について、図３の時刻ｔ１〜ｔ２の期間で、誘導電動機４の始動時の突入電流を抑制するために、予備励磁を行うようにしているが、予備励磁を行わないようにしてもよい。さらには、この予備励磁期間における誘導電動機の回転を防止するためにブレーキ６を作動させるようにしているが、ごく短期間であるため実質的にブレーキを省いても実害がない場合には、ブレーキ６を省略した構成も可能である。
【００３４】
上記したインバータ装置の制御方式について、一般に、モータに流れる電流を制御する方式すなわち電流型と呼ばれるものほか、モータに印加される電圧を制御する方式すなわち電圧型と呼ばれるものいずれも考えられる。上記電圧型の場合、直流電圧を可変する方式であるＰＡＭ方式、トランジスタのスイッチングパルス幅を可変するＰＷＭ方式のいずれとすることもでき、後者についてより好適なものとして、出力平均電圧がより正弦波となるようにトランジスタのスイッチングパルス幅を可変する方式である疑似正弦波ＰＷＭ方式とすることもできる。いずれの場合についても、本件の出力電圧は、チョッピング出力される電圧のいわゆるピーク値ではなく、平均値（実効値）を指すものとして取り扱う。
【００３５】
上記図２に示したように、制御回路１２は、各機能ブロックごとに構成することもできるが、マイクロプロセッサおよび予め記憶されるソフトウエアによりこれら制御を事項するように構成することもできる。また、図２に示した制御回路１２では、Ｆ／Ｖ変換器２３は、Ｖ／Ｆパターンに基づき、電圧指令値｜Ｖ｜を発生させることにより、いわゆるＶ／Ｆ制御を行うようにされている。これに対し、例えば、すべり周波数演算器２９を、すべり周波数ωＳを算出するほか他の機能を有する周知のベクトル演算器に置き換えるとともに、ベクトル演算器は、出力周波数ω１＊＊とすべり周波数ωＳとの関係から、さらに加速演算器２１の出力周波数であるω１＊＊に対する補正値、あるいはＦ／Ｖ演算器２３に対する電圧指令値｜Ｖ｜に対する補正値を計算してそれらを補正することにより、誘導電動機の回転速度に基づく制御、いわゆるベクトル制御を行うようにしてもよい。さらには制御回路１２は、上記置き換えられたベクトル演算器が、例えば、誘導電動機の一次巻線に対する電圧降下分を補償するための一次電圧補償を実行すべくＦ／Ｖ変換器２３に対し一次電圧補償値ＶＣを算出出力するようにしてもよいし、目標とする速度で誘導電動機が回転するように、加減速演算器２１からの出力周波数ω１＊＊に対し、すべり周波数分を補償するように加算出力したり、Ｐ−Ｉ演算器２６に対し信号τＥに代えてトルク補償信号τＥを出力するように構成することもできる。
【００３６】
【発明の効果】
上記したように、請求項１に記載の発明によれば、その出力周波数を定常運転時に対応する出力周波数に達するまで増大させるとともに、前記出力周波数に対応して交流電圧を過電圧状態に増大させる出力をして該誘導電動機を加速させる第１の工程を行い、誘導電動機の回転速度が所定の速度に達したときに、前記交流電圧を定常運転に対応する電圧まで低下させる第２の工程を行うようにしたから、誘導電動機を速やかに定常運転速度に到達させることができ、しかもその後の回転速度のオーバシュート量を著しく減少され、その回転数を維持することができる。従って、誘導電動機の運転開始時における回転速度により織物品質に影響が発生する織機では、回転速度をより高精度に制御することが可能になるため、織段の調整がより容易になる。
【００３７】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の発明を容易に実現することが可能である。
【００３８】
請求項３、あるいは請求項５、６に記載の発明によれば、インバータ装置をより具体的に構成することができる。また請求項４の発明によれば、電動機の出力軸に新たな部材を設けることなく、誘導電動機の回転速度をすべり周波数により把握できるため、回転速度の検出のために新たなセンサ等を設けなくてもよい分、センサ故障によるリスクが無くなるとともにメンテナンス性が向上する。これに対し請求項７に記載の発明によれば、回転速度を直接検出することにより、回転速度をより正確に把握することができ、しかも制御回路や信号発生器の回路構成をより簡単に構成できる。また、請求項８に記載の発明によれば、Ｖ／Ｆパターンを介して誘導電動機の加速度合いを容易に設定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す回路構成図である。
【図２】図１における制御回路の内部ブロック図である。
【図３】図１および図２の動作を示す波形図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態を示す回路構成図である。
【図５】図１および図２の他の動作を示す波形図である。
【図６】本発明の第１ならびに第２の実施の形態に対し、主回路部分を変形させた回路構成図である。
【符号の説明】
１ 駆動装置
２ 商用電源
３ インバータ装置
４ 誘導電動機
５ 負荷
６ ブレーキ
７ 電磁接触器
８ 投入回路
１１，４１ インバータ主回路（主回路）
１２ インバータ制御回路（制御回路）
１３ 電流検出器
２１ 加減速演算器
２２ 積分器
２３ Ｆ／Ｖ変換器
２４ 電圧指令演算器
２５ ＰＷＭ演算器
２６ Ｐ−Ｉ演算器
２８ 座標変換器
２９ すべり周波数演算器
３０ 指令値制御回路
３１，３７ 設定器
３３ 速度検出器
３４ 周波数到達検出器（信号発生手段）
３６ 回転速度到達検出器（信号発生手段）
４２ リアクトル
θ１ 位相角設定値
ωＳ 周波数
ω１＊ 周波数
ω１＊＊ 周波数指令値
Ｒ０ 設定値
Ｓ１ 投入指令信号
Ｓ２ ブレーキ開放信号
Ｓ３ 速度到達信号
Ｖ１〜Ｖ３ 電圧
ＶＣ 一次電圧補償値
ＶＬ 出力電圧の制限設定値
ｆ１〜ｆ２ 出力周波数
ｆａ 周波数設定値
ｉＬ 電流制限値
ｉｄ 励磁電流成分
ｉｑ トルク電流成分
ｔ１〜ｔ６ 時刻
Claims (8)
- 多相誘導電動機の一次巻線に交流電圧を給電する可変電圧可変周波数インバータ装置によって前記多相誘導電動機を定常運転させるに際し、
該インバータ装置は、その出力周波数を定常運転時に対応する出力周波数に達するまで増大させる一方、前記出力周波数に対応して交流電圧を過電圧状態に増大させる出力をして該誘導電動機を加速させる第１の工程と、
前記誘導電動機の回転速度が所定の速度に達したときに、前記交流電圧を定常運転に対応する電圧まで低下させる第２の工程とを遂行する、誘導電動機の駆動方法。 - 多相誘導電動機と、商用電源と前記多相誘導電動機に接続され前記誘導電動機の一次巻線に交流電圧を出力する可変電圧可変周波数インバータ装置とを含み、
該インバータ装置は、誘導電動機の始動指令を受けると、出力周波数を定常運転時の回転速度に対応する周波数に向けて増大させる一方、出力周波数に対応して交流電圧を過電圧状態に増大させる出力をして誘導電動機を加速させるとともに、誘導電動機の回転速度を判別し、該誘導電動機の回転速度が所定の速度に達したことにより、交流電圧を定常運転時に対応する電圧まで低下させることを特徴とする、誘導電動機の駆動装置。 - 該インバータ装置は、前記商用電源から供給される電力をベース駆動信号に従って前記一次巻線に出力する主回路と、
前記主回路にベース駆動信号を供給する制御回路とを有し、
前記制御回路は、前記誘導電動機に対する始動指令が入力されると、出力周波数を定常運転時の回転速度に対応する周波数に向けて増大させる一方、前記出力周波数に対応して交流電圧を過電圧状態に発生させるべく前記ベース駆動信号を出力するとともに、該誘導電動機の回転速度を判別し該誘導電動機の回転速度が前記所定の速度に達したとき、交流電圧を定常運転時に対応する電圧まで低下させるべく前記ベース駆動信号を出力することを特徴とする、請求項２に記載の誘導電動機の駆動装置。 - 前記制御回路は、主回路の出力電流値と主回路からの励磁電流との関係から該誘導電動機におけるすべり周波数を求めるとともに、所定の速度に対応する設定値と比較することにより前記所定の速度に達したことを検出することを特徴とする、請求項３に記載の誘導電動機の駆動装置。
- 該インバータ装置は、前記商用電源から供給される電力をベース駆動信号に従って前記一次巻線に出力する主回路と、
前記誘導電動機に対する始動指令が入力され、前記始動指令の入力に対応して出力周波数ならびに出力電圧を増大させるべくベース駆動信号を発生させる制御回路と、
該誘導電動機の回転速度に対応する信号が入力され、該誘導電動機の回転速度が前記所定の速度に達したときに到達信号を出力する信号発生手段とを有し、
前記制御回路は、前記始動指令が入力されると、出力周波数を定常運転中の回転速度に対応する周波数に向けて増大させる一方、前記出力周波数に対応して交流電圧を過電圧状態に発生させるべく前記ベース駆動信号を出力するとともに、
該誘導電動機の回転速度が前記所定の速度に達したことにより前記到達信号が入力されると、出力電圧を定常運転時に対応する電圧に向けて低下する交流電圧を出力させるべく前記ベース駆動信号を出力することを特徴とする、請求項２に記載の誘導電動機の駆動装置。 - 該インバータ装置は、
前記商用電源から供給される電力をベース駆動信号に従って前記一次巻線に出力する主回路と、
前記誘導電動機に対する始動指令が入力される一方、前記始動指令の入力に対応して出力周波数ならびに出力電圧を増大させるべく、ベース駆動信号を発生させる制御回路とを有するとともに、前記制御回路には、該誘導電動機の回転速度に対応する信号が入力され、前記回転速度が前記所定の速度に達したときに到達信号を出力する信号発生手段が付設され、
前記制御回路は、前記誘導電動機に対する始動指令が入力されると、出力周波数を定常運転中の回転速度に対応する周波数に向けて増大させる一方、前記出力周波数に対応して交流電圧を過電圧状態に発生させるべく前記ベース駆動信号を出力するとともに、
該誘導電動機の回転速度が前記所定の速度に達したことにより前記到達信号が入力されると、交流電圧を定常運転時に対応する電圧まで低下させるべく前記ベース駆動信号を出力することを特徴とする、請求項２に記載の誘導電動機の駆動装置。 - 前記誘導電動機の出力軸には回転速度検出器が連結されるとともに、前記信号発生手段には、前記検出器からの回転速度信号が入力され、
前記信号発生手段は、前記回転速度が所定の速度に達したことを検出して到達信号を出力することを特徴する、請求項５または６に記載の誘導電動機の駆動装置。 - 前記制御回路には、出力周波数に対し過電圧給電時に対応するＶ／Ｆパターンが予め設定されるとともに、前記制御回路は、前記出力周波数に対応して交流電圧を過電圧状態に発生させるに際し、前記Ｖ／Ｆパターンに基づき出力周波数に対応する交流電圧を発生させるべく前記ベース駆動信号を出力することを特徴とする請求項２から７のいずれか１項に記載の誘導電動機の駆動装置。
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