JP3767645B2 - 電動機制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石を持つ三相同期電動機を駆動する電流制御ループを持つ制御装置と、電動機の回転速度を検出する速度検出部と、電動機の結線状態を高速巻線と低速巻線の間で切替えるための巻線切替器と、巻線切替器に切替指令を出す巻線切替指令部とを有する電動機制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、回転子表面または回転子内部に永久磁石を持つ三相同期電動機を巻線切替を行って、インバータ等で電動機を駆動する場合、電動機の誘起電圧によってインバータ等のパワー部を構成するパワー素子回路が破壊されるのを保護するために、電動機の最高回転速度を決めておき、電動機の回転速度がその最高回転速度を超えた場合、電動機最高回転速度超過、いわゆるオーバースピードの保護をかけていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが上記従来技術では、電動機回転速度の高い高速巻線側の回転速度を基準に電動機最高回転速度を決定していたので、同じ回転速度でも高速巻線の場合にくらべ電動機誘起電圧が高く発生する低速巻線での運転においては、電動機の回転速度が電動機最高回転速度に達する前に、電動機誘起電圧がインバータ等に使用しているパワー素子の最大定格を越えてしまい、電動機誘起電圧からインバータ等に使用しているパワー素子を電動機の全動作範囲にわたって保護することが困難であるという問題があった。
【０００４】
本発明の目的は、電動機の全動作範囲にわたって、インバータ等に使用しているパワー素子を電動機の誘起電圧から保護する、電動機制御装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の電動機制御装置は、電動機の運転／停止を判断する動作判断部が、巻線切替指令部の指令が低速巻線側になっている時に速度検出部での検出値が低速巻線時の最高回転速度設定値を越えた場合、前記巻線切替指令部に高速巻線への切替の指令を出した後、運転停止の指令を出すことを特徴とする。
【０００６】
本発明は、同じ回転速度でも高速巻線にくらべ電動機誘起電圧が高く発生する低速巻の場合の最高許容回転速度を決め、低速巻線時の電動機最高回転速度を制限する。この低速巻線時最大回転速度は、低速巻線において電動機誘起電圧がインバータ等に使用するパワー素子の最大定格を越えない速度に設定する。
【０００７】
これにより、低速巻線時の時は、低速巻線時最大回転速度以下にて電動機が運転され、電動機回転速度が低速巻線時の電動機最大回転速度を超えた場合は、運転を停止し、回転速度の上昇を抑えるので、電動機誘起電圧からインバータを保護できる。
【０００９】
電動機制御装置動作中において何らかの不具合により運転を停止する場合がある。これはインバータおよび電動機を破壊から守るために保護がかけられるのである。この時、ｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスが異なり、回転子内部に磁石を有する突極型同期電動機では、高速回転時、電動機誘起電圧をインバータ出力限界内に抑えるために弱め界磁による制御法が知られている。図４において、電動機回転速度Ｃにおいて、弱め界磁により電動機が運転されている場合は、電動機誘起電圧はインバータ破損レベル以下になっている。この状態で運転停止の命令により、インバータが停止した場合、電動機誘起電圧は、弱め界磁制御がきかなくなり、電動機誘起電圧は上昇し、パワー素子最大定格電圧レベルを超えてしまいインバータを破壊してしまう。これを防ぐために、動作判断部において、運転を停止するようにインバータを制御する場合、巻線切替指令部の指令が低速巻線側になっている場合は、高速巻線への切替指令を出し、巻線切替器が巻線を高速巻線に切替えたあと、運転を停止するようにする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は本発明の一実施形態の電動機制御装置の構成図である。
【００１２】
３相交流電源１はコンバータ２に入力され、平滑コンデンサ３からインバータ４に接続されている。インバータ４の出力は、巻線を高速巻線と低速巻線の間で切替える巻線切替器５を介して回転子に永久磁石を持つ三相同期電動機６につながれている。電動機６には、電動機回転速度を検出するエンコーダ７が取り付けられており、エンコーダ出力は速度検出部８により速度に変換される。速度指令と速度検出部８からの出力は速度制御器９により比較され、電流指令が作られる。インバータ出力電流を検出する電流検出器１０の出力と電流指令は電流制御器１１により比較され、電圧指令が作られ、電圧指令はＰＷＭ発生器１２にはいる。ＰＷＭ発生器１２では、電圧指令と速度検出部８の出力より、インバータ４を駆動するゲート信号を作る。速度検出部８の出力は巻線切替指令部１３に入力され、巻線切替器５を切替える。速度検出部８の出力と巻線切替指令部１３の出力は動作判断部１４に入力される。図５はインバータ４のパワー素子１５としてＩＧＢＴ４１を６個使用した場合である。なお、図１中の破線で囲まれた部分が、電流制御ループを持つ制御装置１６である。
【００１３】
ここで、動作判断部１４は以下のようにインバータ４の運転／停止の判断を行う。図２は回転速度と巻線の違いによる誘起電圧の関係を示している。低速巻線時、電動機６の発生する誘起電圧は、電動機回転速度Ａ１において、インバータ４に使用しているパワー素子１５の最大定格電圧レベルに到達し、高速巻線時、電動機６の発生する誘起電圧は、電動機回転速度Ｂ１において、最大定格電圧レベルに到達する。動作判断部１４では、巻線切替指令部１３の指令と速度検出部８の出力から、低速巻線の場合、電動機回転速度が低速巻線時の最高回転速度Ａ２を超えた場合、インバータ４の運転を停止するように制御を行い、高速巻線の場合は、電動機回転速度が電動機最高回転速度Ｂ２を超えた場合にインバータ４の運転を停止するように制御を行う。以上をまとめると図３のようになる。以上説明したように電動機６を運転すれば、電動機誘起電圧からインバータ４のパワー素子１５を保護することができる。
【００１４】
なお、動作判断部１４は、運転を停止するようにインバータ４を制御する場合、巻線切替指令部１４の指令が低速巻線側になっている場合は、高速巻線への切替指令を出し、巻線切替器５が巻線を高速巻線に切替えたあと、インバータ４の運転を停止するようにする。これにより、電動機回転速度のＣ点においてインバータ４が停止しても、パワー素子最大定格電圧レベルより十分低い点Ｃ２（図４）にてインバータ４の運転を停止する。
【００１５】
以上のようにパワー素子最大定格電圧レベルより十分低い電動機誘起電圧レベルでパワー素子１５に保護をかけることができる。
【００１６】
なお、本実施形態では、動作判断部１４はインバータ４のパワー素子１５を直接制御しているが、パワー素子１５に指令を出す上位部（ＰＷＭ発生器１２等）に運転を停止するように指令を出すことも可能である。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、電動機が低速巻線最大回転速度以下にて運転され、電動機回転速度が低速巻線時最大回転速度を超えた場合、巻線切替指令部に高速巻線への切替の指令を出した後、電動機の回転が停止されるので、電動機誘起電圧からインバータ等を構成するパワー素子を保護でき、かつパワー素子最大定格電圧レベルより十分低い電動機誘起電圧レベルでパワー素子を保護できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の電動機制御装置の構成図である。
【図２】電動機回転速度と巻線の違いによる誘起電圧の関係を示すグラフである。
【図３】動作判断部１４におけるインバータ４の運転／停止の判断内容を示す図である。
【図４】電動機回転速度と巻線の違いおよび弱め界磁による誘起電圧の関係を示す図である。
【図５】インバータ４のパワー素子としてＩＧＢＴ４１を使用した電動制御装置の構成図である。
【符号の説明】
１ 三相交流電源
２ コンバータ
３ 平滑コンデンサ
４ インバータ
５ 巻線切替器
６ 三相同期電動機
７ エンコーダ
８ 速度検出部
９ 速度制御器
１０ 電流検出器
１１ 電流制御器
１２ ＰＷＭ発生器
１３ 巻線切替指令部
１４ 動作判断部
１５ パワー素子
１６ 制御装置

Claims (1)

1. 永久磁石を持つ三相同期電動機を駆動する電流制御ループを持つ制御装置と、前記電動機の回転速度を検出する速度検出部と、前記電動機の結線状態を高速巻線と低速巻線の間で切替えるための巻線切替器と、前記巻線切替器に切替指令を出す巻線切替指令部とを有する電動機制御装置において、前記電動機の運転／停止を判断する動作判断部が、前記巻線切替指令部の指令が低速巻線側になっている時に前記速度検出部での検出値が低速巻線時の最高回転速度設定値を越えた場合、前記巻線切替指令部に高速巻線への切替の指令を出した後、運転停止の指令を出すことを特徴とする電動機制御装置。

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