JP4831527B2 - 電圧形インバータ装置およびその運転方法 - Google Patents
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Description
本発明は、電動機駆動用電圧形インバータ装置とその運転方法に関する。
従来の電圧形インバータ装置における瞬時停電時の運転方法は、平滑用コンデンサの端子電圧（中間電圧）がレベル１以下に下がれば交流電動機を減速させ、減速に伴う回生電力により中間電圧がレベル２以上に上がれば交流電動機を増速させ、以後前記の如く中間電圧の増減に従い加減速制御を繰り返すことにより、中間電圧の降下率の低減を図っている（例えば、特許文献１参照）。
また、瞬時停電時の停電検出回路の作動によりインバータ回路の速度指令を僅かに下げる減速度指令を送出し、電動機を回生動作させることで、インバータ回路電圧の低下を防止するものもある（例えば、特許文献２参照）。
また、瞬時停電時の停電検出回路の作動によりインバータ回路の速度指令を僅かに下げる減速度指令を送出し、電動機を回生動作させることで、インバータ回路電圧の低下を防止するものもある（例えば、特許文献２参照）。
さらに、停電検出信号により交流電動機へのトルク指令を零とし磁束指令を小さくすることによって継続運転時の電力損失を小さくし、平滑コンデンサに蓄えられたエネルギーで瞬時停電時の運転継続をまかなうようにしているものもある（例えば、特許文献３参照）。
また、さらには、停電検出信号によりインバータ装置は減速を開始させ、減速中は直流中間電圧が一定となるように、直流中間電圧の目標値と検出値より減速レート１を演算し直流中間電圧の変化率より減速レート２を演算し、前記２つの減速レートを乗じた値をＰＩ制御することにより減速時間を制御し、停電検出前の電圧になるか減速中に直流中間電圧が上昇すると、減速を停止するものもある（例えば、特許文献４参照）。
このように、従来の電圧形インバータ装置における瞬時停電時の運転方法は、平滑用コンデンサの端子電圧（中間電圧）のレベル、あるいは、停電検出回路の作動により速度指令を調整、あるいは、減速レートを決定して電動機を回生動作させたり、トルク指令を零とし磁束指令を小さくして電力損失を小さくするのである。
特開平６−１６５５７９号公報
特開平４−９１６９６号公報
特開平５−３０８７８１号公報
特許第３２０１４６０号公報
また、さらには、停電検出信号によりインバータ装置は減速を開始させ、減速中は直流中間電圧が一定となるように、直流中間電圧の目標値と検出値より減速レート１を演算し直流中間電圧の変化率より減速レート２を演算し、前記２つの減速レートを乗じた値をＰＩ制御することにより減速時間を制御し、停電検出前の電圧になるか減速中に直流中間電圧が上昇すると、減速を停止するものもある（例えば、特許文献４参照）。
このように、従来の電圧形インバータ装置における瞬時停電時の運転方法は、平滑用コンデンサの端子電圧（中間電圧）のレベル、あるいは、停電検出回路の作動により速度指令を調整、あるいは、減速レートを決定して電動機を回生動作させたり、トルク指令を零とし磁束指令を小さくして電力損失を小さくするのである。
従来の電圧形インバータ制御装置における瞬時停電時の運転継続方法では、負荷が変化するシステムへの適用において、許容速度までの減速時間の設定が難しい、あるいは、減速時間の設定が遅いと低電圧になってしまったり、減速時間の設定が短いと減速と加速を繰り返し、モータに振動を与えるという問題が生じたりする。特に、機械剛性の低いシステムや、平滑コンデンサ容量が減らされた電圧形インバータ制御装置への適用において、平滑コンデンサの端子電圧である直流母線電圧（Ｖｐｎ）の降下および上昇の変化が急峻なため過電圧や低電圧でトリップしやすく、滑らかな減速運転をさせるための調整が難しいという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、機械剛性の低いシステムや、平滑コンデンサ容量が減らされた電圧形インバータ制御装置への適用においても、難しい調整が不要で、瞬時停電中に過電圧や低電庄がトリップすることなく、運転継続できる電圧形インバータ制御装置、およびその運転方法を提供することを目的とする。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、機械剛性の低いシステムや、平滑コンデンサ容量が減らされた電圧形インバータ制御装置への適用においても、難しい調整が不要で、瞬時停電中に過電圧や低電庄がトリップすることなく、運転継続できる電圧形インバータ制御装置、およびその運転方法を提供することを目的とする。
上記問題を解決するため、本発明は、次のようにしたのである。
請求項１に記載の発明は、交流電動機を負荷とし、交流電源からの交流電力を直流電力に変換する整流回路と、前記整流回路からの直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサを介して送られる直流電力を任意の周波数に変換するＰＷＭインバータ回路と、インバータ出力電流を検出する電流検出器と、前記平滑コンデンサの端子電圧を検出する電圧検出回路と、前記交流電源の瞬時停電を検出する停電検出回路と、速度指令を基に出力電圧指令を演算する出力電圧指令演算回路と、前記出力電圧指令演算回路の出力信号をもとに前記ＰＷＭインバータ回路を制御するＰＷＭ制御回路と、前記ＰＷＭ制御回路からの出力信号をもとに前記ＰＷＭインバータ回路を駆動するべ一スドライブ回路とを備えた電圧形インバータ制御装置において、前記電圧形インバータ制御装置のパワー出力を演算するパワー演算回路と、前記電圧検出回路の出力値、および前記パワー演算回路の出力値に基づいて、パワー出力目標値と瞬時停電時の速度指令値を演算する速度指令演算回路を有し、前記停電検出回路は、減速運転中に前記交流電源の電圧が停電検出前の値になるか、前記電圧検出回路出力が上昇すると減速を停止させることを特徴とする。
請求項１に記載の発明は、交流電動機を負荷とし、交流電源からの交流電力を直流電力に変換する整流回路と、前記整流回路からの直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサを介して送られる直流電力を任意の周波数に変換するＰＷＭインバータ回路と、インバータ出力電流を検出する電流検出器と、前記平滑コンデンサの端子電圧を検出する電圧検出回路と、前記交流電源の瞬時停電を検出する停電検出回路と、速度指令を基に出力電圧指令を演算する出力電圧指令演算回路と、前記出力電圧指令演算回路の出力信号をもとに前記ＰＷＭインバータ回路を制御するＰＷＭ制御回路と、前記ＰＷＭ制御回路からの出力信号をもとに前記ＰＷＭインバータ回路を駆動するべ一スドライブ回路とを備えた電圧形インバータ制御装置において、前記電圧形インバータ制御装置のパワー出力を演算するパワー演算回路と、前記電圧検出回路の出力値、および前記パワー演算回路の出力値に基づいて、パワー出力目標値と瞬時停電時の速度指令値を演算する速度指令演算回路を有し、前記停電検出回路は、減速運転中に前記交流電源の電圧が停電検出前の値になるか、前記電圧検出回路出力が上昇すると減速を停止させることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の電圧形インバータ制御装置であって、前記速度指令演算回路は、前記パワー演算回路の出力値の符号に基づき前記電圧形インバータ制御装置でのパワー損失分を加算あるいは減算して前記パワー出力目標値を補正演算し、瞬時停電時の速度指令値を演算することを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１記載の電圧形インバータ制御装置であって、前記速度指令演算回路は、前記パワー出力目標値の符号に基づき前記交流電動機を含む機械でのパワー損失分を加算あるいは減算して前記パワー出力目標値を補正演算し、瞬時停電時の速度指令値を演算することを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１記載の電圧形インバータ制御装置であって、前記速度指令演算回路は、前記パワー出力目標値と交流電動機の速度情報に基づいて得られるトルク目標値にリミット処理をすることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の電圧形インバータ制御装置であって、前記交流電動機が誘導機である場合において、前記速度指令演算回路は、前記パワー出力目標値と交流電動機の速度情報に基づいて得られるトルク目標値を用いてすべり周波数指令を演算し、すべり補償することを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１記載の電圧形インバータ制御装置であって、前記速度指令演算回路は、前記パワー出力目標値の符号に基づき前記交流電動機を含む機械でのパワー損失分を加算あるいは減算して前記パワー出力目標値を補正演算し、瞬時停電時の速度指令値を演算することを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１記載の電圧形インバータ制御装置であって、前記速度指令演算回路は、前記パワー出力目標値と交流電動機の速度情報に基づいて得られるトルク目標値にリミット処理をすることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の電圧形インバータ制御装置であって、前記交流電動機が誘導機である場合において、前記速度指令演算回路は、前記パワー出力目標値と交流電動機の速度情報に基づいて得られるトルク目標値を用いてすべり周波数指令を演算し、すべり補償することを特徴とする。
また、上記問題を解決するため、本発明は、次のようにしたのである。
請求項６に記載の発明は、交流電動機を負荷とし、交流電源からの交流電力を直流電力に変換する整流回路と、前記整流回路からの直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサを介して送られる直流電力を任意の周波数に変換するＰＷＭインバータ回路と、インバータ出力電流を検出する電流検出器と、前記平滑コンデンサの端子電圧を検出する電圧検出回路と、前記交流電源の瞬時停電を検出する停電検出回路と、速度指令を基に出力電圧指令を演算する出力電圧指令演算回路と、前記出力電圧指令演算回路の出力信号をもとに前記ＰＷＭインバータ回路を制御するＰＷＭ制御回路と、前記ＰＷＭ制御回路からの出力信号をもとに前記ＰＷＭインバータ回路を駆動するべ一スドライブ回路とを備えた電圧形インバータ制御装置の交流電源の瞬時停電に対処する運転方法において、前記電圧形インバータ制御装置のパワー出力を演算し、前記電圧検出回路の出力値、および前記パワー出力値に基づいてパワー出力目標値を求めるという手順で瞬時停電時の速度指令値を演算し、減速運転中に前記交流電源の電圧が停電検出前の値になるか、前記電圧検出回路出力が上昇すると減速を停止させることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、交流電動機を負荷とし、交流電源からの交流電力を直流電力に変換する整流回路と、前記整流回路からの直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサを介して送られる直流電力を任意の周波数に変換するＰＷＭインバータ回路と、インバータ出力電流を検出する電流検出器と、前記平滑コンデンサの端子電圧を検出する電圧検出回路と、前記交流電源の瞬時停電を検出する停電検出回路と、速度指令を基に出力電圧指令を演算する出力電圧指令演算回路と、前記出力電圧指令演算回路の出力信号をもとに前記ＰＷＭインバータ回路を制御するＰＷＭ制御回路と、前記ＰＷＭ制御回路からの出力信号をもとに前記ＰＷＭインバータ回路を駆動するべ一スドライブ回路とを備えた電圧形インバータ制御装置の交流電源の瞬時停電に対処する運転方法において、前記電圧形インバータ制御装置のパワー出力を演算し、前記電圧検出回路の出力値、および前記パワー出力値に基づいてパワー出力目標値を求めるという手順で瞬時停電時の速度指令値を演算し、減速運転中に前記交流電源の電圧が停電検出前の値になるか、前記電圧検出回路出力が上昇すると減速を停止させることを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、請求項６記載の電圧形インバータ制御装置の運転方法であって、前記速度指令演算回路では、前記パワー演算回路の出力値の符号に基づき前記電圧形インバータ制御装置でのパワー損失分を加算あるいは減算して前記パワー出力目標値を補正演算し、瞬時停電時の速度指令値を演算することを特徴とする。
請求項８に記載の発明は、請求項６記載の電圧形インバータ制御装置の運転方法であって、前記速度指令演算回路では、前記パワー出力目標値の符号に基づき前記交流電動機を含む機械でのパワー損失分を加算あるいは減算して前記パワー出力目標値を補正演算し、瞬時停電時の速度指令値を演算することを特徴とする。
請求項９に記載の発明は、請求項６記載の電圧形インバータ制御装置の運転方法であって、前記速度指令演算回路では、前記パワー出力目標値と交流電動機の速度情報に基づいて得られるトルク目標値にリミット処理をすることを特徴とする。
請求項１０に記載の発明は、請求項６から９のいずれかに記載の電圧形インバータ制御装置の運転方法であって、前記速度指令演算回路は、前記交流電動機が誘導機である場合において、前記パワー出力目標値と交流電動機の速度情報に基づいて得られるトルク目標値を用いてすべり周波数指令を演算し、すべり補償することを特徴とする。
請求項８に記載の発明は、請求項６記載の電圧形インバータ制御装置の運転方法であって、前記速度指令演算回路では、前記パワー出力目標値の符号に基づき前記交流電動機を含む機械でのパワー損失分を加算あるいは減算して前記パワー出力目標値を補正演算し、瞬時停電時の速度指令値を演算することを特徴とする。
請求項９に記載の発明は、請求項６記載の電圧形インバータ制御装置の運転方法であって、前記速度指令演算回路では、前記パワー出力目標値と交流電動機の速度情報に基づいて得られるトルク目標値にリミット処理をすることを特徴とする。
請求項１０に記載の発明は、請求項６から９のいずれかに記載の電圧形インバータ制御装置の運転方法であって、前記速度指令演算回路は、前記交流電動機が誘導機である場合において、前記パワー出力目標値と交流電動機の速度情報に基づいて得られるトルク目標値を用いてすべり周波数指令を演算し、すべり補償することを特徴とする。
請求項１、６に記載の発明によると、平滑コンデンサ端子の目標電圧と検出電圧に基づいて減速指令を決定するループの内側に、電圧形インバータ制御装置のパワー出力を制御するループを構成でき、平滑コンデンサの端子電圧の目標値制御を早く収束させることができる。
また、請求項２、７に記載の発明によると、電圧形インバータ制御装置でのパワー損失分を考慮したパワー出力目標値が演算でき、請求項３、８に記載の発明によると、交流電動機を含む機械でのパワー損失分を考慮したパワー出力目標値が演算できる。このため、平滑コンデンサ端子の目標電圧と検出値が一致した状態でも、スムーズに減速運転でき、不必要な減速停止、減速を繰り返すことがなくなる。
また、請求項４、９に記載の発明によると、トルク目標値を制限でき、過度なトルクの発生を防止できるので適用機械を保護することができる。
また、請求項５、１０に記載の発明によると、負荷である交流電動機が誘導機である場合において、すべり周波数を補償して減速運転でき、目論見の回生電力を得るまでの遅れ時間を短縮できる。
また、請求項２、７に記載の発明によると、電圧形インバータ制御装置でのパワー損失分を考慮したパワー出力目標値が演算でき、請求項３、８に記載の発明によると、交流電動機を含む機械でのパワー損失分を考慮したパワー出力目標値が演算できる。このため、平滑コンデンサ端子の目標電圧と検出値が一致した状態でも、スムーズに減速運転でき、不必要な減速停止、減速を繰り返すことがなくなる。
また、請求項４、９に記載の発明によると、トルク目標値を制限でき、過度なトルクの発生を防止できるので適用機械を保護することができる。
また、請求項５、１０に記載の発明によると、負荷である交流電動機が誘導機である場合において、すべり周波数を補償して減速運転でき、目論見の回生電力を得るまでの遅れ時間を短縮できる。
以下、本発明の実施の形態、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。
図１は、本発明の電圧形インバータ制御装置全体を示す概要構成図である。
図１において、１は交流電源からの交流電力を直流電力に変換する整流回路、２は整流回路１からの直流電圧を平滑する平滑コンデンサ、３は平滑コンデンサ２を介して送られる直流電力を任意の周波数に変換するＰＷＭインバータ回路、４はインバータ出力電流を検出する電流検出器、５は平滑コンデンサ２の端子電圧を検出する電圧検出回路、６は停電を検出し停電検出中の速度指令を選択する停電検出回路、７は停電検出中の速度指令を演算する速度指令演算回路、８は停電検出回路６から送出される速度指令をもとに出力電圧指令を演算する出力電圧指令演算回路、９は停電検出回路６から送出される出力信号をもとにＰＷＭインバータ回路３をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御回路、１０はＰＷＭ制御回路９からの出力信号をもとにＰＷＭインバータ回路３を駆動するべ一スドライブ回路から構成される。
なお、１１は交流電源側の電磁接触器、１２は通常運転時の速度指令を設定する速度指令設定器と、１３はＰＷＭインバータ回路３の出力で駆動される交流電動機であり、電圧形インバータ制御装置に接続されている。
図１において、１は交流電源からの交流電力を直流電力に変換する整流回路、２は整流回路１からの直流電圧を平滑する平滑コンデンサ、３は平滑コンデンサ２を介して送られる直流電力を任意の周波数に変換するＰＷＭインバータ回路、４はインバータ出力電流を検出する電流検出器、５は平滑コンデンサ２の端子電圧を検出する電圧検出回路、６は停電を検出し停電検出中の速度指令を選択する停電検出回路、７は停電検出中の速度指令を演算する速度指令演算回路、８は停電検出回路６から送出される速度指令をもとに出力電圧指令を演算する出力電圧指令演算回路、９は停電検出回路６から送出される出力信号をもとにＰＷＭインバータ回路３をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御回路、１０はＰＷＭ制御回路９からの出力信号をもとにＰＷＭインバータ回路３を駆動するべ一スドライブ回路から構成される。
なお、１１は交流電源側の電磁接触器、１２は通常運転時の速度指令を設定する速度指令設定器と、１３はＰＷＭインバータ回路３の出力で駆動される交流電動機であり、電圧形インバータ制御装置に接続されている。
図２は、通常運転時と停電検出時で、速度指令を選択する停電検出回路６のブロック図である。
図２において、停電検出回路６は、スイッチ回路２１、ソフトスタータ２２、ＯＲ回路２３、比較器２４、所定値設定回路（ＵＶレベル１）２５を有し、電磁接触器１１からの停電検出用接点信号と後述する比較器２４出力のＯＲ回路２３の出力信号を停電検出信号として速度指令演算回路７に送出する。また、電圧検出回路５からの平滑コンデンサ２の端子電圧Ｖｐｎと所定値設定回路２５出力とを比較器２４で比較し、端子電圧が所定値設定回路２５出力より低ければ、ＵＶ（低電圧）として信号出力する。また、スイッチ回路２１は、停電時の速度指令演算回路７からの速度指令と、ソフトスタータ２２を経由した通常時の速度指令設定器１２からの速度指令を停電検出信号で切り替える。
図２において、停電検出回路６は、スイッチ回路２１、ソフトスタータ２２、ＯＲ回路２３、比較器２４、所定値設定回路（ＵＶレベル１）２５を有し、電磁接触器１１からの停電検出用接点信号と後述する比較器２４出力のＯＲ回路２３の出力信号を停電検出信号として速度指令演算回路７に送出する。また、電圧検出回路５からの平滑コンデンサ２の端子電圧Ｖｐｎと所定値設定回路２５出力とを比較器２４で比較し、端子電圧が所定値設定回路２５出力より低ければ、ＵＶ（低電圧）として信号出力する。また、スイッチ回路２１は、停電時の速度指令演算回路７からの速度指令と、ソフトスタータ２２を経由した通常時の速度指令設定器１２からの速度指令を停電検出信号で切り替える。
図３は停電検出中の速度指令を演算する速度指令演算回路７のブロック図である。
図３において、３１、３２、３３は、それぞれ所定値設定回路で平滑コンデンサ２の端子の目標電圧Ｖｐｎｃ、平滑コンデンサ２のコンデンサ容量Ｃ、交流電動機１３を含む負荷全体の慣性モーメントＪが設定され、３４は平滑コンデサ２で蓄積されるエネルギー目標値演算回路、３５は平滑コンデサ２で蓄積されているエネルギー演算回路、３６はパワー演算回路、３７は減算器、３８は３４，３５送出の蓄積エネルギーの目標値と現状値を一致させるのに要する目標時間を設定する目標時間設定回路、３９は除算器、４０は減算器、４１は乗算器、４２は加算器、４３は交流電動機１３を含む負荷全体の運動エネルギー演算回路、４４は２／Ｊ倍の係数器、４５は除算器、４６はルート演算器、４８は速度演算回路、４９は遅延回路を有する。
図３において、３１、３２、３３は、それぞれ所定値設定回路で平滑コンデンサ２の端子の目標電圧Ｖｐｎｃ、平滑コンデンサ２のコンデンサ容量Ｃ、交流電動機１３を含む負荷全体の慣性モーメントＪが設定され、３４は平滑コンデサ２で蓄積されるエネルギー目標値演算回路、３５は平滑コンデサ２で蓄積されているエネルギー演算回路、３６はパワー演算回路、３７は減算器、３８は３４，３５送出の蓄積エネルギーの目標値と現状値を一致させるのに要する目標時間を設定する目標時間設定回路、３９は除算器、４０は減算器、４１は乗算器、４２は加算器、４３は交流電動機１３を含む負荷全体の運動エネルギー演算回路、４４は２／Ｊ倍の係数器、４５は除算器、４６はルート演算器、４８は速度演算回路、４９は遅延回路を有する。
エネルギー目標値演算回路３４では、所定値設定回路３１と３２の出力を用い（Ｃ×Ｖｐｎｃ２）／２を演算し、エネルギー演算回路３５では所定値設定回路３１出力と電圧検出回路５から送出される平滑コンデンサ２の端子電圧Ｖｐｃを用いて（Ｃ×Ｖｐｎ２）／２を演算し、パワー演算回路３６では、電流検出器４で得られたインバータ出力電流検出値と、出力電圧指令演算回路８から送出された電圧指令値をもとにパワー出力Ｐを演算する。
一方、目標時間設定回路３８では、電圧形インバータ制御装置のパワー出力目標値Ｐｒｅｆは一定とすると、（１）式の関係式を得る。
（Ｃ×Ｖｐｎｃ２）／２−（Ｃ×Ｖｐｎ２）／２ ＝−Ｐｒｅｆ×Δｔ ・・・ （１）
（Ｃ×Ｖｐｎｃ２）／２−（Ｃ×Ｖｐｎ２）／２ ＝−Ｐｒｅｆ×Δｔ ・・・ （１）
これをもとに、平滑コンデンサ２で蓄積されるエネルギーを目標値に一致させるのに必要な目標時間Δｔを決めておき、そのときのＰｒｅｆを（２）式で演算する。
Ｐｒｅｆ ＝Ｃ×（Ｖｐｎ２−Ｖｐｎｃ２）／Δｔ ・・・ （２）
Ｐｒｅｆ ＝Ｃ×（Ｖｐｎ２−Ｖｐｎｃ２）／Δｔ ・・・ （２）
また、上記目標時間Δｔ後の速度指令は、運動エネルギーの差は供給したパワーと上記Δｔの積であると近似して（３）式で求めることができる。
（Ｊ×ωｒref２）／２−（J×ωｒ＾２）／２ ＝ Ｐｒｅｆ×Δｔ
よって、ωｒref＝{〔（Ｊ×ωｒ＾２）／２ ＋ Ｐｒｅｆ×Δｔ〕×２／Ｊ}1/2
・・・ （３）
（Ｊ×ωｒref２）／２−（J×ωｒ＾２）／２ ＝ Ｐｒｅｆ×Δｔ
よって、ωｒref＝{〔（Ｊ×ωｒ＾２）／２ ＋ Ｐｒｅｆ×Δｔ〕×２／Ｊ}1/2
・・・ （３）
速度演算回路４８では、（３）式で求めた速度指令ωｒrefを上記目標時間Δｔを基に、今回送出する速度指令として演算する。
なお、目標時間Δｔは一定値でもよいし、目標時間設定回路３８に（Ｖｐｎｃ−Ｖｐｎ）等との関数値として内蔵するようにしてもよい。
また、交流電動機１３の速度情報ωｒ＾を、前回の速度指令を用いて得るようにしたが、速度を検出あるいは推定する回路を内蔵する場合は、その速度検出値あるいは推定値を用いてもよい。
なお、目標時間Δｔは一定値でもよいし、目標時間設定回路３８に（Ｖｐｎｃ−Ｖｐｎ）等との関数値として内蔵するようにしてもよい。
また、交流電動機１３の速度情報ωｒ＾を、前回の速度指令を用いて得るようにしたが、速度を検出あるいは推定する回路を内蔵する場合は、その速度検出値あるいは推定値を用いてもよい。
図４は第２実施例の構成を示す速度指令演算回路７’のブロック図である。
図４の図３と異なるところは、速度指令演算回路７を７’に置き換えた点であり、減算器４０を加減算器４０’に変更し、所定値設定回路５１、除算器５２、トルクリミット回路５３、乗算器５４、所定値設定回路５５、加減算器５６、乗算器５７、すべり演算回路５８、加算器５９、減算器６０を追加したことである。
所定値設定回路５１は電圧形インバータ制御装置でのパワー損失量を、所定値設定回路５５は交流電動機を含む機械でのパワー損失量が設定値されている。
パワー出力目標値Ｐｒｅｆに電圧形インバータ制御装置でのパワー損失量を加減算した値を、交流電動機１３の速度情報ωｒ＾で除算器５２を用いて除算してトルク目標値に変換し、このトルク目標値をトルクリミット回路５３で機械保護を考慮した値で制限する。さらに、交流電動機１３の速度情報ωｒ＾と乗算器５４で乗算し、パワー出力目標値Ｐｒｅｆとする。さらに、このパワー出力目標値Ｐｒｅｆに交流電動機を含む機械でのパワー損失量を加減算器５６で加減算する。
図４の図３と異なるところは、速度指令演算回路７を７’に置き換えた点であり、減算器４０を加減算器４０’に変更し、所定値設定回路５１、除算器５２、トルクリミット回路５３、乗算器５４、所定値設定回路５５、加減算器５６、乗算器５７、すべり演算回路５８、加算器５９、減算器６０を追加したことである。
所定値設定回路５１は電圧形インバータ制御装置でのパワー損失量を、所定値設定回路５５は交流電動機を含む機械でのパワー損失量が設定値されている。
パワー出力目標値Ｐｒｅｆに電圧形インバータ制御装置でのパワー損失量を加減算した値を、交流電動機１３の速度情報ωｒ＾で除算器５２を用いて除算してトルク目標値に変換し、このトルク目標値をトルクリミット回路５３で機械保護を考慮した値で制限する。さらに、交流電動機１３の速度情報ωｒ＾と乗算器５４で乗算し、パワー出力目標値Ｐｒｅｆとする。さらに、このパワー出力目標値Ｐｒｅｆに交流電動機を含む機械でのパワー損失量を加減算器５６で加減算する。
また、適用電動機が誘導機であれば、トルクリミット回路５３の出力値を用いて、すべり周波数を演算し、加算器５９を用いて停電時の速度指令に加算することで、すべり補償を行う。この場合、実施例では遅延回路４９から送出される交流電動機１３の速度情報ωｒ＾には、すべり周波数を含むように構成されるので、減算器６０を用いてすべり周波数を減算し、ωｒ＾を置き換える。
４０’と５６を加減算器にしたのは、パワー出力演算値Ｐやパワー出力目標値Ｐｒｅｆの符号により、交流電動機１３は、回生動作だけでなく、電動（カ行）動作となることを考慮したもので、加減算器４０’はパワー出力演算値Ｐが電動（カ行）となる場合に加算器として、加減算器５６はパワー出力目標値Ｐｒｅｆが電動（カ行）となる場合に加算器として動作させると、なお効果的に本発明を実施できる。
ここでは、電圧形インバータ制御装置や交流電動機を含む機械でのパワー損失分を、所定値設定回路５１、５５の設定値として一定としたが、厳密にインバータ出力電流等の関数にして内蔵するようにしてもよいのは言うまでもない。
４０’と５６を加減算器にしたのは、パワー出力演算値Ｐやパワー出力目標値Ｐｒｅｆの符号により、交流電動機１３は、回生動作だけでなく、電動（カ行）動作となることを考慮したもので、加減算器４０’はパワー出力演算値Ｐが電動（カ行）となる場合に加算器として、加減算器５６はパワー出力目標値Ｐｒｅｆが電動（カ行）となる場合に加算器として動作させると、なお効果的に本発明を実施できる。
ここでは、電圧形インバータ制御装置や交流電動機を含む機械でのパワー損失分を、所定値設定回路５１、５５の設定値として一定としたが、厳密にインバータ出力電流等の関数にして内蔵するようにしてもよいのは言うまでもない。
上記図４は、図３の構成から電圧形インバータ制御装置でのパワー損失、交流電動機を含む機械でのパワー損失、機械保護、および適用電動機が誘導機の場合のすべり周波数補償についてのすべての考慮を含む構成としたが、これらの考慮のための追加はどれか１つだけでも、複数個の任意の組み合わせであってもよい。また、その場合でもそれぞれの効果に変わりはない。
図５は第３実施例の構成を示す速度指令演算回路７’’のブロック図である。
図５の図４と異なるところは、速度指令演算回路７’を７’’に置き換えた点であり、所定値設定回路３３、目標時間設定回路３８、除算器３９、４５、加算器４２、運動エネルギー演算回路４３、係数器４４、ルート演算器４６、減算器４７、所定値設定回路５１、５５、乗算器５４、加減算器５６、乗算器５７を削除し、係数器６１，６３、所定値設定回路６２、加算器６４を追加したことである。
係数器６１は，上記説明でのエネルギー目標値演算回路３４，エネルギー演算回路３５で送出の蓄積エネルギーの目標値と現状値を一致させる所要時間と同様の働きをするもので、蓄積エネルギーの目標値と現状値を一致させる比例ゲインとして設定されていて、係数器６１の出力はパワー出力目標値Ｐｒｅｆとなる。係数器６３は、交流電動機１３を含む負荷全体の慣性モーメントの設定値Ｊの逆数を目安とし、トルクから加速度への変換係数に相当するゲインとして設定される。所定値設定回路６２は電圧形インバータ制御装置と交流電動機を含む機械でのパワー損失の合計量が設定値されている。また、加算器６４は、速度情報ωｒ＾と加速度情報から速度指令値を演算するための加算器である。
図５の図４と異なるところは、速度指令演算回路７’を７’’に置き換えた点であり、所定値設定回路３３、目標時間設定回路３８、除算器３９、４５、加算器４２、運動エネルギー演算回路４３、係数器４４、ルート演算器４６、減算器４７、所定値設定回路５１、５５、乗算器５４、加減算器５６、乗算器５７を削除し、係数器６１，６３、所定値設定回路６２、加算器６４を追加したことである。
係数器６１は，上記説明でのエネルギー目標値演算回路３４，エネルギー演算回路３５で送出の蓄積エネルギーの目標値と現状値を一致させる所要時間と同様の働きをするもので、蓄積エネルギーの目標値と現状値を一致させる比例ゲインとして設定されていて、係数器６１の出力はパワー出力目標値Ｐｒｅｆとなる。係数器６３は、交流電動機１３を含む負荷全体の慣性モーメントの設定値Ｊの逆数を目安とし、トルクから加速度への変換係数に相当するゲインとして設定される。所定値設定回路６２は電圧形インバータ制御装置と交流電動機を含む機械でのパワー損失の合計量が設定値されている。また、加算器６４は、速度情報ωｒ＾と加速度情報から速度指令値を演算するための加算器である。
パワー出力目標値Ｐｒｅｆは、電圧形インバータ制御装置、交流電動機を含む機械でのパワー損失量を減算した値で補正し新たにＰｒｅｆとして書き換え、パワー演算回路３６で演算したパワー出力演算値Ｐとの差を、交流電動機１３の速度情報ωｒ＾で除算器５２を用いて除算してトルク目標値に変換する。このトルク目標値は、トルクリミット回路５３の設定値で制限される。
また、適用電動機が誘導機であれば、トルクリミット回路５３の出力値を用いて、すべり周波数を演算し、加算器５９を用いて速度指令に加算することで、すべり補償を行う。
なお、ここでは、電圧形インバータ制御装置や交流電動機を含む機械でのパワー損失分を、所定値設定回路６２の設定値として一定としたが、厳密にインバータ出力電流等の関数にして内蔵するようにしてもよいのは言うまでもない。
また、適用電動機が誘導機であれば、トルクリミット回路５３の出力値を用いて、すべり周波数を演算し、加算器５９を用いて速度指令に加算することで、すべり補償を行う。
なお、ここでは、電圧形インバータ制御装置や交流電動機を含む機械でのパワー損失分を、所定値設定回路６２の設定値として一定としたが、厳密にインバータ出力電流等の関数にして内蔵するようにしてもよいのは言うまでもない。
次に、本実施例の電圧形インバータ制御装置における停電検出中の運転継続制御方法について説明する。
図６は停電発生時のタイムチャートである。
図６の（ａ）は交流電源の入切状態、（ｂ）は停電検出用接点の開閉状態、（ｃ）は運転指令の状態、（ｄ）は平滑コンデンサ２の端子電圧Ｖｐｎの変化、および（ｆ）は電圧形インバータ制御装置の速度指令をそれぞれ示す。
いま、交流電源の瞬時停電が発生すると、電磁接触器１１（図１）が開になるか、または電圧検出回路５が検出した平滑コンデンサ２の端子電圧が低電圧検出レベル（ＵＶレベル１）以下になる。停電検出回路６は、どちらか早いタイミングで停電を検出する。停電検出回路６は、停電を検出すると、停電検出中の信号が'１'とし、図２に示すように、停電検出回路６は、スイッチ回路２１によって速度指令を通常時速度指令から停電検出中の速度指令に切り替える。
速度指令が、停電検出中の速度指令（減速指令）に切り替わると、交流電動機１３は減速を開始し、その減速量と慣性モーメントＪに応じた運動エネルギーが、前記ＰＷＭインバータ回路３を経由して回生電力となって前記平滑コンデンサ２を充電し、その端子電圧を上昇させる。このとき、厳密には、電圧形インバータ制御装置でのパワー損失、交流電動機を含む機械のパワー損失に相当分が減少している。
図６は停電発生時のタイムチャートである。
図６の（ａ）は交流電源の入切状態、（ｂ）は停電検出用接点の開閉状態、（ｃ）は運転指令の状態、（ｄ）は平滑コンデンサ２の端子電圧Ｖｐｎの変化、および（ｆ）は電圧形インバータ制御装置の速度指令をそれぞれ示す。
いま、交流電源の瞬時停電が発生すると、電磁接触器１１（図１）が開になるか、または電圧検出回路５が検出した平滑コンデンサ２の端子電圧が低電圧検出レベル（ＵＶレベル１）以下になる。停電検出回路６は、どちらか早いタイミングで停電を検出する。停電検出回路６は、停電を検出すると、停電検出中の信号が'１'とし、図２に示すように、停電検出回路６は、スイッチ回路２１によって速度指令を通常時速度指令から停電検出中の速度指令に切り替える。
速度指令が、停電検出中の速度指令（減速指令）に切り替わると、交流電動機１３は減速を開始し、その減速量と慣性モーメントＪに応じた運動エネルギーが、前記ＰＷＭインバータ回路３を経由して回生電力となって前記平滑コンデンサ２を充電し、その端子電圧を上昇させる。このとき、厳密には、電圧形インバータ制御装置でのパワー損失、交流電動機を含む機械のパワー損失に相当分が減少している。
また、停電検出中の信号が'１'なると、停電検出回路６は停電中信号を、速度指令演算回路７あるいは７’に送出する。速度指令演算回路７あるいは７’では、図３、あるは図４に示すブロック図に基づき、交流電動機１３を減速させる速度指令を演算する。
速度指令演算回路７では、平滑コンデンサ２端子の目標電圧Ｖｐｎｃと電圧検出回路８での検出電圧Ｖｐｎが一致するように、厳密には、平滑コンデンサ２で蓄積されるエネルギーが目標値（Ｃ×Ｖｐｎｃ２／２）と検出値（Ｃ×Ｖｐｎ２／２）が一致するようにパワー出力目標値Ｐｒｅｆを演算し、このパワー出力目標値Ｐｒｅｆと、パワー演算回路３６で演算したパワー出力演算値Ｐが一致するように、負荷を運動エネルギーの差を演算し、上記（２）式、（３）式をもとに速度指令ωｒｅｆを演算する。速度演算器４８では、上記（３）式で求めた速度指令ωｒrefを上記目標時間Δｔと演算処理のサンプリング時間から、今回送出する速度指令を演算する。
速度指令演算回路７では、平滑コンデンサ２端子の目標電圧Ｖｐｎｃと電圧検出回路８での検出電圧Ｖｐｎが一致するように、厳密には、平滑コンデンサ２で蓄積されるエネルギーが目標値（Ｃ×Ｖｐｎｃ２／２）と検出値（Ｃ×Ｖｐｎ２／２）が一致するようにパワー出力目標値Ｐｒｅｆを演算し、このパワー出力目標値Ｐｒｅｆと、パワー演算回路３６で演算したパワー出力演算値Ｐが一致するように、負荷を運動エネルギーの差を演算し、上記（２）式、（３）式をもとに速度指令ωｒｅｆを演算する。速度演算器４８では、上記（３）式で求めた速度指令ωｒrefを上記目標時間Δｔと演算処理のサンプリング時間から、今回送出する速度指令を演算する。
速度指令演算回路７’、７’’では、パワー出力目標値Ｐｒｅｆを演算の際に、電圧形インバータ制御装置でのパワー損失分や、交流電動機を含む機械でのパワー損失分を考慮して、パワー出力目標値Ｐｒｅｆを補正演算する。
また、パワー出力目標値Ｐｒｅｆを交流電動機１３の速度情報ωｒ＾で除算し、トルク目標値を求めた後、機械保護のために制限する。
さらに、適用電動機が誘導機であれば、トルク目標値をもとにすべり演算回路５８ ですべり周波数を演算し、速度指令に加算してすべり補償する。
このようにして、停電時の速度指令を演算し、電圧指令演算器に速度指令を送出し、交流電動機１３を減速運転する。
また、パワー出力目標値Ｐｒｅｆを交流電動機１３の速度情報ωｒ＾で除算し、トルク目標値を求めた後、機械保護のために制限する。
さらに、適用電動機が誘導機であれば、トルク目標値をもとにすべり演算回路５８ ですべり周波数を演算し、速度指令に加算してすべり補償する。
このようにして、停電時の速度指令を演算し、電圧指令演算器に速度指令を送出し、交流電動機１３を減速運転する。
交流電源の瞬時停電が回復すると、電磁接触器１１が閉でかつ、平滑コンデンサ２の端子電圧が低電圧検出レベル（ＵＶレベル１）以上になり、図２の停電検出信号が'０'となり、通常運転の速度指令に切り替わり、通常運転での加減速時間で速度指令設定値まで加速、または減速することになる。
以上の構成であるので、交流電源が瞬時停電すると、停電時の速度指令が選択され、減速運転し、交流電源の瞬時停電が回復すると、通常運転の速度指令に切り替わり、通常運転での加減速時間で速度指令設定値まで加速、または減速する速度指令を与える運転となる手順となるので、瞬時停電時に運転を継続することができる。
１ 整流回路
２ 平滑コンデンサ
３ ＰＷＭインバータ回路
４ 電流検出器
５ 電圧検出回路
６ 停電検出回路
７、７’、７’’ 速度指令演算回路
８ 出力電圧指令演算回路
９ ＰＷＭ制御回路
１０ ベースドライブ回路
１１ 電磁接触器
１２ 速度指令設定器
１３ 交流電動機
２０ 電圧形インバータ制御装置
２１ スイッチ回路
２２ ソフトスタータ
２３ ＯＲ回路
２４ 比較器
２５、３１、３２、３３、５１、５５、６２ 所定値設定回路
３４ エネルギー目標値演算回路
３５ エネルギー演算回路
３６ パワー演算回路
３７、４０、４７、６０ 減算器
３８ 目標時間設定回路
３９、４５、５２ 除算器
４０’、５６ 加減算器
４１、５４、５７ 乗算器
４２、５９、６４ 加算器
４３ 運動エネルギー演算回路
４４、６１、６３ 係数器
４６ ルート演算器
４８ 速度演算回路
４９ 遅延回路
５３ トルクリミット回路
５８ すべり演算回路
２ 平滑コンデンサ
３ ＰＷＭインバータ回路
４ 電流検出器
５ 電圧検出回路
６ 停電検出回路
７、７’、７’’ 速度指令演算回路
８ 出力電圧指令演算回路
９ ＰＷＭ制御回路
１０ ベースドライブ回路
１１ 電磁接触器
１２ 速度指令設定器
１３ 交流電動機
２０ 電圧形インバータ制御装置
２１ スイッチ回路
２２ ソフトスタータ
２３ ＯＲ回路
２４ 比較器
２５、３１、３２、３３、５１、５５、６２ 所定値設定回路
３４ エネルギー目標値演算回路
３５ エネルギー演算回路
３６ パワー演算回路
３７、４０、４７、６０ 減算器
３８ 目標時間設定回路
３９、４５、５２ 除算器
４０’、５６ 加減算器
４１、５４、５７ 乗算器
４２、５９、６４ 加算器
４３ 運動エネルギー演算回路
４４、６１、６３ 係数器
４６ ルート演算器
４８ 速度演算回路
４９ 遅延回路
５３ トルクリミット回路
５８ すべり演算回路
Claims (10)
- 交流電動機を負荷とし、交流電源からの交流電力を直流電力に変換する整流回路と、前記整流回路からの直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサを介して送られる直流電力を任意の周波数に変換するＰＷＭインバータ回路と、インバータ出力電流を検出する電流検出器と、前記平滑コンデンサの端子電圧を検出する電圧検出回路と、前記交流電源の瞬時停電を検出する停電検出回路と、速度指令を基に出力電圧指令を演算する出力電圧指令演算回路と、前記出力電圧指令演算回路の出力信号をもとに前記ＰＷＭインバータ回路を制御するＰＷＭ制御回路と、前記ＰＷＭ制御回路からの出力信号をもとに前記ＰＷＭインバータ回路を駆動するべ一スドライブ回路とを備えた電圧形インバータ制御装置において、
前記電圧形インバータ制御装置のパワー出力を演算するパワー演算回路と、
前記電圧検出回路の出力値、および前記パワー演算回路の出力値に基づいて、パワー出力目標値と瞬時停電時の速度指令値を演算する速度指令演算回路を有し、
前記停電検出回路は、減速運転中に前記交流電源の電圧が停電検出前の値になるか、前記電圧検出回路出力が上昇すると減速を停止させることを特徴とする電圧形インバータ制御装置。 - 前記速度指令演算回路は、前記パワー演算回路の出力値の符号に基づき前記電圧形インバータ制御装置でのパワー損失分を加算あるいは減算して前記パワー出力目標値を補正演算し、瞬時停電時の速度指令値を演算することを特徴とする請求項１記載の電圧形インバータ制御装置。
- 前記速度指令演算回路は、前記パワー出力目標値の符号に基づき前記交流電動機を含む機械でのパワー損失分を加算あるいは減算して前記パワー出力目標値を補正演算し、瞬時停電時の速度指令値を演算することを特徴とする請求項１記載の電圧形インバータ制御装置。
- 前記速度指令演算回路は、前記パワー出力目標値と交流電動機の速度情報に基づいて得られるトルク目標値にリミット処理をすることを特徴とする請求項１記載の電圧形インバータ制御装置。
- 前記交流電動機が誘導機である場合において、前記速度指令演算回路は、前記パワー出力目標値と交流電動機の速度情報に基づいて得られるトルク目標値を用いてすべり周波数指令を演算し、すべり補償することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電圧形インバータ制御装置。
- 交流電動機を負荷とし、交流電源からの交流電力を直流電力に変換する整流回路と、前記整流回路からの直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサを介して送られる直流電力を任意の周波数に変換するＰＷＭインバータ回路と、インバータ出力電流を検出する電流検出器と、前記平滑コンデンサの端子電圧を検出する電圧検出回路と、前記交流電源の瞬時停電を検出する停電検出回路と、速度指令を基に出力電圧指令を演算する出力電圧指令演算回路と、前記出力電圧指令演算回路の出力信号をもとに前記ＰＷＭインバータ回路を制御するＰＷＭ制御回路と、前記ＰＷＭ制御回路からの出力信号をもとに前記ＰＷＭインバータ回路を駆動するべ一スドライブ回路とを備えた電圧形インバータ制御装置の交流電源の瞬時停電に対処する運転方法において、
前記電圧形インバータ制御装置のパワー出力を演算し、前記電圧検出回路の出力値、および前記パワー出力値に基づいてパワー出力目標値を求めるという手順で瞬時停電時の速度指令値を演算し、減速運転中に前記交流電源の電圧が停電検出前の値になるか、前記電圧検出回路出力が上昇すると減速を停止させることを特徴とする電圧形インバータ制御装置の運転方法。 - 前記速度指令演算回路では、前記パワー演算回路の出力値の符号に基づき前記電圧形インバータ制御装置でのパワー損失分を加算あるいは減算して前記パワー出力目標値を補正演算し、瞬時停電時の速度指令値を演算することを特徴とする請求項６記載の電圧形インバータ制御装置の運転方法。
- 前記速度指令演算回路では、前記パワー出力目標値の符号に基づき前記交流電動機を含む機械でのパワー損失分を加算あるいは減算して前記パワー出力目標値を補正演算し、瞬時停電時の速度指令値を演算することを特徴とする請求項６記載の電圧形インバータ制御装置の運転方法。
- 前記速度指令演算回路では、前記パワー出力目標値と交流電動機の速度情報に基づいて得られるトルク目標値にリミット処理をすることを特徴とする請求項６記載の電圧形インバータ制御装置の運転方法。
- 前記速度指令演算回路は、前記交流電動機が誘導機である場合において、前記パワー出力目標値と交流電動機の速度情報に基づいて得られるトルク目標値を用いてすべり周波数指令を演算し、すべり補償することを特徴とする請求項６から９のいずれかに記載の電圧形インバータ制御装置の運転方法。
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