JP4855274B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

この発明は、誘導電動機等の誘導機を駆動する電力変換器を備えた電力変換装置に係り、特に、運転中に停電などによって電力変換装置の交流出力が中断されて自由回転（フリーラン）状態にある誘導機を速やかに再起動する技術に関するものである。

電力変換装置に駆動されていない状態で回転している誘導回転機を再起動する場合、電力変換装置から供給する出力電圧の周波数、位相および振幅を、フリーラン状態にある誘導回転機の回転周波数、残留電圧位相および振幅と一致させることが必要となる。
もし、電圧位相および振幅に差があれば、電力変換装置に大きな電流が流れ、周波数に差があれば、誘導回転機に急激なトルクを発生させることになる。
この為、従来から何らかの手段により検出した回転速度に基づき、電力変換器（インバータ）の周波数を、検出した回転数に見合う周波数に固定し、電圧を通常運転時に戻すために、周波数に対応する電圧に向かって徐々に増大させる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開昭６１−９８１８８号公報

このように、従来の特許文献１に示された方法では、フリーラン中の誘導回転機の回転周波数を検出した後、電力変換装置の出力周波数を、検出した回転数に見合う周波数に固定し、徐々に電圧を増大させ、電圧を通常運転時の値に戻す動作を行っている。この為、再起動が指令されてから通常運転状態に戻すのに長い時間が掛かる。

この発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、フリーラン状態にある誘導機を、トルクショックを伴うことなく、最小限の短い時間で再起動することができる電力変換装置を提供することを目的としている。

この発明に係る電力変換装置は、所定の電圧指令に基づき電圧を出力し誘導機を駆動する電力変換器を備え、電力変換器が出力を停止してフリーラン状態にある誘導機を、起動指令に基づき電力変換器を再起動し駆動状態に復帰させる電力変換装置において、
起動指令に基づき誘導機にトルクを発生させない条件でフリーラン状態にある誘導機の速度であるフリーラン速度を検出する速度検出手段、誘導機の所定の運転制御特性に基づきフリーラン速度に応じて設定される第２の電圧指令を演算する第２の電圧指令演算手段、および電力変換器を再起動し電力変換器への電圧指令を、速度検出手段でフリーラン速度が検出された時点における電力変換器への電圧指令である第１の電圧指令から第２の電圧指令への移行制御を行う手段であって、電圧指令の移行をフリーラン状態にある誘導機の回路定数で定まる２次時定数の一次遅れ伝達制御で行う電圧指令移行手段を備えたものである。

以上のように、この発明では、フリーラン速度が検出された時点の第１の電圧指令から、フリーラン速度に対応する第２の電圧指令への移行、即ち、フリーランの状態から運転状態へ復帰する制御を、誘導機の回路定数で定まる２次時定数の一次遅れ伝達制御で行うようにしたので、当該誘導機を含む電気回路の現象が臨界的に変化し、結果として、トルクショックを伴うことなく、最小限の短い時間で再起動することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による電力変換装置を示す構成図である。直流を任意の周波数の交流に変換する電力変換器２は、誘導回転機である誘導機１に三相の電圧を印加する。
交流側の電流検出手段３ａ、３ｂ、３ｃは、誘導機１に流れる相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを検出する。図１は、交流側の電流検出手段３として、電力変換器２と誘導機１とを接続する結線を流れる電流をＣＴ等により検出するものを記載しているが、他の公知の手法を用いて、母線電流など電力変換器２内部に流れる電流から相電流を検出してもよい。
また、ｉｕ＋ｉｖ＋ｉｗ＝０の関係が成立するので、ｕ、ｖ２相分の検出電流からｗ相の電流を求めることもできるので、ｗ相の電流検出手段３ｃを省略してもよい。

また、以下では、誘導機１として、誘導電動機等の誘導回転機を適用した場合について説明するが、リニアインダクションモータ等の誘導直動機やソレノイド等のアクチュエータを駆動制御する誘導機にも、この発明の原理上同様に適用することが出来、同様の効果が期待できることは言うまでもない。

なお、慣用されているように、三相電圧或いは三相電流を回転直交二軸へ座標変換をする時に、制御座標軸が必要となるが、所定の角周波数ωに基づいて回転二軸座標である制御座標軸の位相をθとする。この位相θは、所定の角周波数ωを位相演算手段７で積分した値である。
この位相演算手段７は、所定の角周波数ωを積分し位相θとして第１の電圧指令演算手段５内部にある三相／ｄｑ軸変換手段１０と電圧指令切替手段４内のｄｑ軸／三相変換手段１５とへ出力する。

本発明の電力変換装置の特徴は、起動指令に基づき誘導機１にトルクを発生させない条件でフリーラン状態にある誘導機１の速度であるフリーラン速度ωｅを検出する速度検出手段９と、速度検出手段９でフリーラン速度ωｅが検出された時点における電力変換器２への電圧指令である第１の電圧指令Ｖｄ１、Ｖｑ１を演算する第１の電圧指令演算手段５と、誘導機１の所定の運転制御特性に基づきフリーラン速度ωｅに応じて設定される第２の電圧指令Ｖｄ２、Ｖｑ２を演算する第２の電圧指令演算手段６と、電力変換器２への電圧指令を、第１の電圧指令Ｖｄ１、Ｖｑ１から第２の電圧指令Ｖｄ２、Ｖｑ２への移行制御を行う手段であって、電圧指令の移行をフリーラン状態にある誘導機１の回路定数で定まる２次時定数Ｔｓの一次遅れ伝達制御で行う電圧指令移行手段としての電圧指令切替手段４とを備えたことにある。
以下、各部分を詳細に説明する。

図１に示す第１の電圧指令演算手段５は、交流側の電流検出手段３ａ、３ｂ、３ｃで検出された誘導機１に流れる相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを所定の角周波数ωを積分して求められた位相θに基づいて回転二軸座標（ｄ−ｑ軸）のｄ軸電流検出値ｉｄと、ｑ軸電流検出値ｉｑとに変換する三相／ｄｑ軸変換手段１０と、速度検出手段９とから構成される。

図２は、本発明の実施の形態１の第１の電圧指令演算手段５内の速度検出手段９を示す構成図である。速度検出手段９は、電力変換装置が起動することを示す起動信号が入力された直後から動作する。その場合、同様に電力変換器２も起動信号を受けて動作するもしくは、動作できる状態になる。
速度検出手段９は、出力電圧の角周波数に同期して回転する回転二軸（ｄ−ｑ軸）上のｄ軸電圧からｄ軸抵抗電圧降下を減算した値に基づいて磁束振幅を演算し、ｑ軸電圧からｑ軸抵抗電圧降下を減算した値を上記磁束振幅で除算してフリーラン中の誘導機の角周波数ωを演算する。
なお、図では、速度検出手段９から出力する角周波数は、後述する角周波数発生手段２９から出力される角周波数ωと区別する意味で、ωｅの符号を使用しているが、以下の算出根拠を説明する式上では、単に、ωと称している。

速度検出手段９で演算する角周波数ωの演算について説明する。回転二軸（ｄ−ｑ軸）が所定の角周波数ωで回転している場合、誘導機１の電機子磁束のｄ軸成分φｄとｑ軸成分φｑは（１）、（２）式で表現できる。

ここで、Ｒは、電機子抵抗である。また、誘導機１が出力するトルクτｍは、電機子磁束と電機子電流との外積の大きさに比例し、（３）式で表現できる。

回転二軸のｄ軸方向と電機子磁束の方向とが一致している場合、φｑ＝０となる。そこで、（１）、（２）式に、φｑ＝０を代入すると、（４）、（５）式を得る。

即ち、回転二軸（ｄ−ｑ軸）を、（４）、（５）式に従って演算した角周波数ωに同期して回転するようにすれば、回転二軸のｄ軸方向と電機子磁束の方向とは一致する。
そこで、図２に示すように、速度検出手段９は、抵抗値ゲイン（掛算器）１７ｄ、減算器１４ｄ、積分器１８によって、（４）式右辺の演算を行い、抵抗値ゲイン（掛算器）１７ｑ、減算手段１４ｑ、除算器１９によって、（５）式右辺の演算を行って角周波数ω（ωｅ）を求めている。
このようにして得た角周波数ωに同期して回転するように回転二軸（ｄ-ｑ軸）を定めたので、ｄ軸方向と電機子磁束の方向とを一致させ、ｑ軸電機子磁束φｑ＝０を保つことができる。

図３は、電流制御手段１６の内部構成例を示すものである。この電流制御手段１６では、（６）、（７）式により、ｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑが、それぞれｄ軸電流指令ｉｄ^＊およびｑ軸電流指令ｉｑ^＊に追従するように制御され、第１の電圧指令Ｖｄ１、Ｖｑ１が演算される。

ここで、ｐ１、ｐ２は、各伝達要素のゲインである。
そして、ｑ軸電流指令ｉｑ^＊は零に設定することにより、ｑ軸電流ｉｑを零に保つことができ、不要なトルクを発生させることなく、フリーラン中の誘導機１の速度検出ができる効果がある。なお、ｄ軸電流指令ｉｄ^＊には、所定の値を与えればよく、例えば、所定の値を有するステップ状または一次遅れの特性で与えてもよい。

速度検出手段９は、起動信号が入力され、図４に示す切替条件設定手段８内の、第１の電圧指令演算手段選択時間設定手段２８で設定された所定の時間のみ動作することになる。ここで設定する時間は、（６）、（７）式を含む速度検出手段９の動作時間特性を考慮し、正確な角周波数ωｅを演算するのに必要十分な時間として設定する。
この時間の具体的な設定例としては、例えば、３０ｍｓ〜１００ｍｓ程度に設定することが考えられる。下限値の３０ｍｓは、（６）、（７）式で示す電流制御手段１６の電流制御応答を考慮し、定常解を得るための必要時間から設定されている。
上限値の１００ｍｓは、速度の検出は、誘導機１の二次側に電流を流さない状態で行う必要があり、この為、誘導機１の回路定数で求まる、詳しくは後述する２次時定数以下の時間に留めるべきことからこの上限値が設定されている。
図５は、起動信号と切替条件信号との関係の一例を示す図である。

以上のように、速度検出手段９によりフリーラン速度である角周波数ωｅが求められた時点における電力変換器２への電圧指令は、電流制御手段１６から出力される第１の電圧指令Ｖｄ１、Ｖｑ１である。しかし、これら第１の電圧指令Ｖｄ１、Ｖｑ１の値は、誘導機１の運転制御特性上でフリーラン速度ωｅに対応する電圧とは必ずしも一致しない。本願では、後者の電圧を第２の電圧指令と称し、第１の電圧指令から第２の電圧指令への移行を速やかに行うというのが本願の目的であるが、次に、この第２の電圧指令の求め方について説明する。

図６は、第２の電圧指令演算手段６の内部構成の一例を示す。図６の第２の電圧指令演算手段６は、第２のｄ軸電圧指令Ｖｄ２を誘導機１の一次抵抗値Ｒｓと所定の係数ｋを掛算器２０により掛け合わせることにより演算する。なお、係数ｋは、誘導機１の特性によって決まるｄ軸電流指令値にしてもよい。また、第２のｑ軸電圧指令Ｖｑ２は、速度検出手段９の出力である角周波数ωｅを入力として所定の電圧と速度（角周波数）のパターンをテーブルデータで設定しているＶ／ｆパターン２１から電圧指令を出力した値とする。

また、第２の電圧指令演算手段６は、ベクトル制御とし以下の（８）、（９）式を用いてもよいことは言うまでもない。

次に、速度検出手段９によりフリーラン中の速度を正確に検出できた後、速度検出手段９の出力である第１の電圧指令（Ｖｄ１、Ｖｑ１）から第２の電圧指令演算手段６で演算された第２の電圧指令（Ｖｄ２、Ｖｑ２）に移行する手段である、図７に示す電圧指令切替手段４について説明を行う。
図７の電圧指令切替手段４は、減算器１４ｄ、１４ｑ、加算器１２ｄ、１２ｑ、切替器１３ｄ、１３ｑ、一次遅れ伝達手段１１ｄ、１１ｑ、およびｄｑ軸／三相変換手段１５で構成される。

先ず、ｑ軸電圧指令Ｖｑの動作について図８の動作例を用いて説明を行う。起動信号が入力されたら（図８の時刻ｔ１）、電力変換装置は、速度検出手段９によりｑ軸電圧指令Ｖｑ１が演算され、第１の電圧指令演算手段選択時間設定手段２８で設定された所定の時間（３０ｍｓｅｃ以上で１００ｍｓｃｅ以内）後（図８の時刻ｔ２）、速度検出手段９が停止して、その時のｑ軸電圧指令Ｖｑ１の値を保持する。
起動信号が入力されてから第１の電圧指令演算手段選択時間設定手段２８で設定された所定の時間が経ったら（図８の時刻ｔ２）、切替条件信号がＯＮとなり、電圧指令切替手段４は、切替器１３ｑが上側にスイッチが切り替わり、第２の電圧指令演算手段６で演算されたＶｑ２からＶｑ１を減算器１４ｑにより減算し、減算した値を一次遅れ伝達手段１１ｑにより誘導機１の１次時定数（1次インダクタンス／1次抵抗）を２次時定数Ｔｓとした一次遅れを通して出力し、その値に第１の電圧指令Ｖｑ１を加算器１２ｑで加算した値をｑ軸電圧指令Ｖｑとして出力する。

なお、ｄ軸電圧指令Ｖｄもｑ軸電圧指令Ｖｑと同様の動作により、起動信号が入力されてから第１の電圧指令演算手段選択時間設定手段２８で設定された所定の時間が経ったら、切替条件信号がＯＮとなり、電圧指令切替手段４は、切替器１３ｄが上側にスイッチが切り替わり、第２の電圧指令演算手段６で演算されたＶｄ２からＶｄ１を減算器１４ｄにより減算し、減算した値を一次遅れ伝達手段１１ｄにより誘導機１の１次時定数（1次インダクタンス／1次抵抗）を２次時定数Ｔｓとした一次遅れを通して出力し、その値に第１の電圧指令Ｖｄ１を加算器１２ｄで加算した値をｄ軸電圧指令Ｖｄとして出力する。

そして、ｄ軸電圧指令Ｖｄ、ｑ軸電圧指令Ｖｑは、位相演算手段７の出力である位相θに基づいて回転二軸座標（ｄ−ｑ軸）の電圧指令Ｖｄ、Ｖｑから三相電圧指令に変換して出力するｄｑ軸／三相変換手段１５により三相電圧指令Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換されて、電力変換器２に出力される。

次に、本発明の特徴である、一次遅れ伝達手段１１により誘導機１の１次時定数（1次インダクタンス／1次抵抗）を時定数として電圧指令を与えることで第１の電圧指令から第２の電圧指令への移行処理が速やかになされることについての理論的根拠を説明する。

図９は、誘導機１の一般的な等価回路であるが、速度検出手段９が、フリーラン中の誘導機１の回転数を検出した時点では、図９のすべりｓｌｉｐ＝０となると考えられるので、誘導機１の等価回路は、図９の２次側の回路が開放された状態となり、図１０に示すような１次側のみの等価回路と見なすことができる。

次に、図１０の等価回路を用いて、一次インダクタンスＬｓ＝ｌｓ＋Ｍとおき、ＲｓＬｓ直列回路に次の交流電圧Ｖｓを印加したときに流れる電流を算出する。即ち、速度検出手段９による速度検出後、交流電圧をステップ印加した時の電流ｉを算出する。

流れる電流をｉとおき、図１０の等価回路の微分方程式（１１）式が成立する。

（１１）式をＬａｐｌａｃｅ変換すると、（１２）式が得られる。

初期条件ｉ（０）＝０を用いて、Ｉ（ｓ）を部分分数に展開すると次のようになる。

従って、（１３）〜（１６）式より（１７）式が得られる。

よって逆変換により電流ｉを求めると（１８）式となる。

（１８）式より、交流電圧の初期位相θをθ＝０とし、解析を簡略化すると次式のようになる。

（１９）式が、速度検出手段による速度検出後のステップの交流電圧を印加した時の電流ｉを求めた結果である。

（１９）式より、右辺の第１項

は、誘導機１に（１０）式の交流電圧を印加した時に流れる電流ｉの定常項である。
右辺の第２項

が、交流電圧をステップ印加した時の過渡項になり、この第２項

が最小になる電圧を与えることにより、流れる電流を最小限にできる。
そのため、次に、

を（２０）式として、（２０）式が最小になるような電圧振幅Ｅｍを検討する。

（２０）式が最小になるためには、（２０）式の、

より

の積が最小になるようになればよい。即ち、Ｒｓ／Ｌｓ＞０より次の（２１）式が成立する時が最小になると考えられる。

（２１）式を満たす電圧振幅Ｅｍは、（２２）式となる。

また、（２２）式をＬａｐｌａｃｅ変換すると、（２３）式にようになる。

以上より、誘導機１の回路定数の（１次インダクタンスＬｓ／１次抵抗）の時定数（２次時定数）Ｌｓ／Ｒｓで一次遅れの電圧振幅Ｅｍを与えることにより、最短の時間にトルクショック無しで誘導機１を再起動することができることが理論的に証明された。
従って、本発明は、誘導機が停止またはフリーラン中の如何にかかわらず、最短の時間でトルクショック無しに誘導機を再起動する電力変換装置を提供することができる効果がある。

その効果を確認するために、シミュレーションにより動作確認した結果が図１１である。図１１は、６０Ｈｚでフリーラン中の誘導機を制御する電力変換装置が、時刻０．０１ｓｅｃで起動信号により起動し、時刻０．１１ｓｅｃまで速度検出手段９によりフリーラン中の速度を検出し、時刻０．１１ｓｅｃから電圧指令切替手段４により速度検出手段９の出力する第１の電圧指令Ｖｄ１、Ｖｑ１から第２の電圧指令演算手段６で演算された第２の電圧指令Ｖｄ２、Ｖｑ２に、時定数Ｌｓ／Ｒｓの一次遅れ伝達により時刻０．７５ｓｅｃまでに電圧が切り替えられる。そして、時刻０．７５ｓｅｃから第２の電圧指令演算手段６で演算された第２の電圧指令により電力変換器を制御している。

シミュレーション結果の図１１より確認できるように、誘導機１に印加されているＵ相電圧波形や誘導機１に流れるＵ相電流波形は安定しており、最短の時間でトルクショック無しに誘導機１を再起動できていることが確認できる。

ところで、第２の電圧指令演算手段６で演算された電圧指令Ｖｄ２、Ｖｑ２に移行できた後は、角周波数ωｅを、当該誘導機１の本来の運転特性から設定される所定の角周波数指令ω^＊に移行する必要がある。角周波数ωについても電圧指令と同様に図１２に示す角周波数発生手段２９によって所定の角周波数指令ω^＊を目標値として一次遅れ伝達手段３１によって移行する。

図１２に示す角周波数発生手段２９の電圧指令移行時間設定手段３０は、第２の電圧指令演算手段６で演算された第２の電圧指令になるまでの所定の時間を設定する手段であり、ここで設定する所定の時間は、誘導機１の回路定数の（１次インダクタンスＬｓ／１次抵抗）の２次時定数Ｌｓ／Ｒｓより長い時間を設定すればよく、例えば、Ｔｖ＝Ｌｓ／Ｒｓ×５の時間を設定することにより、電圧指令の移行は確実に完了しており、第２の電圧指令演算手段６で演算された第２の電圧指令になっていると言える。

図１２に示す角周波数発生手段２９は、電力変換器２を起動または再起動する直後は、第１の電圧指令演算手段５の出力である角周波数演算値ωｅを角周波数ωとして出力し、切替条件設定手段８の出力である切替条件信号が入力されて電圧指令移行時間設定手段３０に設定された、電圧指令が第２の電圧指令になるまでの所定の時間が経過した後、角周波数演算値ωｅを初期値とし所定の角周波数指令ω^＊を目標値にして一次遅れ伝達で増大させて所定の角周波数指令ω^＊に角周波数ωを移行する。

即ち、切替条件信号がＯＮとなり電圧指令移行時間設定手段３０に設定された、電圧指令が第２の電圧指令になるまでの所定の時間が経過した後、切替器１３が上側にスイッチが切り替わり、所定の角周波数指令ω^＊から角周波数演算値ωｅを減算器１４で減算し、減算した値を時定数Ｔｖの一次遅れ伝達手段３１を通し、一次遅れ伝達手段３１を通して出力した値に角周波数演算値ωｅを加算器１２により加算し、その値を角周波数ωとするように移行する。そのことにより、所定の角周波数指令ω^＊に一次遅れ伝達で移行でき、所定の角周波数指令ω^＊に短時間で移行することができ、通常制御に早く復帰できる。なお、一次遅れ伝達手段３１の時定数Ｔｖは、誘導機１の回路定数の（１次インダクタンスＬｓ／１次抵抗）の時定数Ｌｓ／Ｒｓ、もしくは、２次時定数Ｌｓ／Ｒｓに近い所定の値を設定すればよい。

以上のように、この発明の実施の形態１によれば、誘導機の回転を直接検出する速度検出器を必要とせず、しかも、誘導機が停止またはフリーラン中の如何にかかわらず、最短の時間でトルクショック無しに誘導機を再起動させることが出来る。

実施の形態２．
図１３は、この発明の実施の形態２の電力変換装置の構成例を示す構成図である。なお、先の第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ説明する。
ここでは、電圧指令の移行処理を、電圧振幅指令をその移行対象に行う。そのため、第１の電圧振幅指令演算手段２５、第２の電圧振幅指令演算手段２４、電圧振幅指令切替手段２２、および三相電圧指令演算手段２３を備えている。以下、これらを中心に説明する。

第１の電圧振幅演算手段２５は、第１の電圧指令演算手段５の出力である第１の電圧指令Ｖｑ１、Ｖｄ１を入力として、次の（２４）式で第１の電圧振幅指令Ｖ１を演算する。

第２の電圧振幅指令演算手段２４は、図１４に示す構成であり、第１の電圧指令演算手段５内の速度検出手段９の出力である角周波数ωｅを入力として所定の電圧と速度（角周波数）のパターンをテーブルデータで設定しているＶ／ｆパターン２７から第２の電圧振幅指令Ｖ２を出力する。

電圧振幅指令切替手段２２は、図１５に示す構成であり、起動信号が入力されてから切替条件設定手段８の第１の電圧指令演算手段選択時間設定手段２８で設定された所定の時間が経つと、切替条件信号がＯＮとなり電圧振幅切替手段２２に入力される。これにより、切替器１３が上側にスイッチが切り替わり、第２の電圧振幅指令演算手段２４で演算された第２の電圧振幅指令Ｖ２から第１の電圧振幅指令演算手段２５で演算された第１の電圧振幅指令Ｖ１を減算器１４により減算し、この減算した値を一次遅れ伝達手段１１により誘導機の１次時定数（1次インダクタンス／1次抵抗）を時定数Ｔｓとした一次遅れ伝達を通して出力された値に第１の電圧振幅指令Ｖ１を加算器１２で加算した値を電圧振幅指令Ｖとして三相電圧指令演算手段２３に出力する。よって、電圧指令の振幅を一次遅れ伝達により最適な制御定数（1次インダクタンス／1次抵抗）を２次時定数Ｔｓとして移行することにより、最短の時間でトルクショック無しに誘導機１を再起動する電力変換装置を実現することができる。

三相電圧指令演算手段２３は、図１６に示す構成が一例であり、位相演算手段７の出力である位相θに基づいて三相正弦波発生手段２６により三相正弦波を発生させ、掛算器２０ｕ、２０ｖ、２０ｗにより、電圧振幅指令切替手段２２の出力である電圧振幅指令Ｖを三相正弦波に掛け合わせる。なお、三相電圧指令演算手段２３で演算される三相電圧指令Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗは、電圧振幅Ｖ、位相θとして次の（２５）式のように表すことができる。

三相電圧指令演算手段２３で演算される三相電圧指令Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗは、電力変換器２に出力される。電力変換器２は、三相電圧指令Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに基づいて動作を行う。

以上のように、この発明の実施の形態２によれば、誘導機の回転を直接検出する速度検出器を必要とせず、しかも、誘導機が停止またはフリーラン中の如何にかかわらず、最短の時間でトルクショック無しに誘導機を再起動させることが出来る。また、電圧指令移行手段である電圧振幅指令切替手段２２の構成が、先の実施の形態１における電圧指令移行手段である電圧指令切替手段４の構成より簡便となる利点がある。

実施の形態３．
先の実施の形態例はいずれも、誘導機１の回転を直接検出する速度検出器を具備することなく、速度検出手段９により演算により速度、角周波数を求めていたが、速度検出器を用いて直接、速度、角周波数を求める場合にもこの発明は適用でき、以上で説明したと同様の効果を奏するものである。
この場合は、速度検出器によりフリーラン状態の角周波数を検出した時点では、電力変換器２の電圧は零であり、先の第１の電圧指令を零に設定し、これを初期値にして、電圧指令切替手段４または電圧振幅指令切替手段２２により第２の電圧指令への移行処理を行うことになる。

また、この発明の各変形例において、速度検出手段は、起動指令に基づき誘導機にトルクを発生させない条件で電力変換器を再起動しその動作特性からフリーラン速度を演算により検出する速度演算手段であり、電圧指令移行手段は、第１の電圧指令を、速度演算手段によりフリーラン速度が検出された時点における電力変換器への電圧指令としたので、電圧指令移行の初期値である第１の電圧指令が、誘導機の速度を直接検出する速度検出器を要することなく、演算により求めることが出来る。

また、速度検出手段の出力に基づいて回転二軸座標（ｄ−ｑ軸）の位相θを演算する位相演算手段、誘導機の三相電流検出値を位相θに基づき回転二軸座標（ｄ−ｑ軸）のｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑに変換する三相／ｄｑ軸変換手段、およびｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑが、それぞれ所定値に設定したｄ軸電流指令ｉｄ^＊および零に設定したｑ軸電流指令ｉｑ^＊に追従するように回転二軸座標（ｄ−ｑ軸）の第１の電圧指令Ｖｄ１、Ｖｑ１を出力する第１の電圧指令演算手段を備えたので、誘導機にトルクを発生させこと無く、フリーラン状態における正確な速度に対応する回転二軸座標上の第１の電圧指令Ｖｄ１、Ｖｑ１を得ることが出来る。

また、速度検出手段は、第１の電圧指令Ｖｄ１からｄ軸電流ｉｄによるｄ軸抵抗電圧降下を減算した値に基づいて磁束振幅φｄを演算し、第１の電圧指令Ｖｑ１からｑ軸電流ｉｑによるｑ軸抵抗電圧降下を減算した値を磁束振幅φｄで除算してフリーラン速度を演算するので、フリーラン速度が速度検出器を要することなく演算により得ることが出来る。

また、速度検出手段は、フリーラン状態にある誘導機の速度を直接検出する速度検出器であり、電圧指令移行手段は、第１の電圧指令を零に設定するので、速度検出器で求めたフリーラン速度に基づき、誘導機が停止またはフリーラン中の如何にかかわらず、最短の時間でトルクショック無しに誘導機を再起動させることが出来る。

また、第２の電圧指令演算手段は、速度検出手段からの出力に同期して回転する回転二軸座標（ｄ−ｑ軸）の、所定値に設定したＶｄ２および速度検出手段の出力と所定の電圧／周波数（Ｖ／ｆ）パターンとに基づくＶｑ２を第２の電圧指令として出力するので、電圧指令移行の目標値である第２の電圧指令が簡便確実に得られる。

また、電圧指令移行手段は、第２の電圧指令Ｖｄ２から第１の電圧指令Ｖｄ１を減算するｄ軸減算器、このｄ軸減算器の出力を入力してその２次時定数の一次遅れ特性を出力するｄ軸一次遅れ伝達手段、このｄ軸一次遅れ伝達手段の出力と第１の電圧指令Ｖｄ１とを加算するｄ軸加算器、速度検出手段でフリーラン速度が検出された時点以降で設定された所定の切替時点でそれまでの第１の電圧指令Ｖｄ１からｄ軸加算器の出力に切り替えて電力変換器へのｄ軸電圧指令Ｖｄを出力するｄ軸電圧指令切替器、第２の電圧指令Ｖｑ２から第１の電圧指令Ｖｑ１を減算するｑ軸減算器、このｑ軸減算器の出力を入力してその２次時定数の一次遅れ特性を出力するｑ軸一次遅れ伝達手段、このｑ軸一次遅れ伝達手段の出力と第１の電圧指令Ｖｑ１とを加算するｑ軸加算器、および所定の切替時点でそれまでの第１の電圧指令Ｖｑ１からｑ軸加算器の出力に切り替えて電力変換器へのｑ軸電圧指令Ｖｑを出力するｑ軸電圧指令切替器を備えたので、回転二軸座標上で第１の電圧指令から第２の電圧指令への移行処理が速やかになされる。

また、第２の電圧指令演算手段は、速度検出手段の出力と所定の電圧／周波数（Ｖ／ｆ）パターンとに基づき第２の電圧指令として第２の電圧振幅指令Ｖ２を出力する第２の電圧振幅指令演算手段としたので、電圧指令移行の目標値である第２の電圧振幅指令が簡便確実に得られる。

また、第１の電圧指令の電圧振幅を演算し第１の電圧振幅指令Ｖ１として出力する第１の電圧振幅指令演算手段を備え、電圧指令移行手段は、第２の電圧振幅指令Ｖ２から第１の電圧振幅指令Ｖ１を減算する減算器、この減算器の出力を入力してその２次時定数の一次遅れ特性を出力する一次遅れ伝達手段、この一次遅れ伝達手段の出力と第１の電圧振幅指令Ｖ１とを加算する加算器、および速度検出手段でフリーラン速度が検出された時点以降で設定された所定の切替時点でそれまでの第１の電圧振幅指令Ｖ１から加算器の出力に切り替えて電力変換器への電圧振幅指令Ｖを出力する電圧指令切替器を備えたので、第１の電圧振幅指令から第２の電圧振幅指令への移行処理が速やかになされる。

また、誘導機が所定の速度指令に基づき制御される場合、所定の速度指令からフリーラン速度を減算する減算器、この減算器の出力を入力してその２次時定数の一次遅れ特性を出力する一次遅れ伝達手段、この一次遅れ伝達手段の出力とフリーラン速度とを加算する加算器、および電圧指令移行手段で電力変換器への電圧指令が第２の電圧指令に移行した時点以降で設定された所定の切替時点でそれまでのフリーラン速度から加算器の出力に切り替えて速度指令を出力する速度指令切替器を備えた速度指令移行手段を設けたので、フリーラン速度から速度指令への移行が速やかになされる。

本発明の実施の形態１による電力変換装置の構成を示す図である。 図１の速度検出手段９の内部構成を示す図である。 図２の電流制御手段１６の内部構成を示す図である。 図１の切替条件設定手段８の内部構成を示す図である。 起動信号と切替条件信号との関係を示す図である。 図１の第２の電圧指令演算手段６の内部構成を示す図である。 図１の電圧指令切替手段４の内部構成を示す図である。 本発明の実施の形態１における動作波形を示す図である。 誘導機１の一相あたりの等価回路を示す図である。 ｓｌｉｐ＝０の時の誘導機１の一相あたりの等価回路を示す図である。 本発明の実施の形態１におけるシミュレーションによる動作波形を示す図である。 図１の角周波数発生手段２９の内部構成を示す図である。 本発明の実施の形態２による電力変換装置の構成を示す図である。 図１３の第２の電圧振幅指令演算手段２４の内部構成を示す図である。 図１３の電圧振幅指令切替手段２２の内部構成を示す図である。 図１３の三相電圧指令演算手段２３の内部構成を示す図である。

符号の説明

１ 誘導機、２ 電力変換器、３ａ，３ｂ，３ｃ 電流検出手段、
４ 電圧指令切替手段、５ 第１の電圧指令演算手段、６ 第２の電圧指令演算手段、
７ 位相演算手段、８ 切替条件設定手段、９ 速度検出手段、
１０ 三相／ｄｑ軸変換手段、１１，１１ｄ，１１ｑ，３１ 一次遅れ伝達手段、
１２，１２ｄ，１２ｑ 加算器、１３，１３ｄ，１３ｑ 切替器、
１４，１４ｄ，１４ｑ 減算器、１５ ｄｑ軸／三相変換手段、１６ 電流制御手段、
１７ 抵抗値ゲイン、１８ 積分器、１９ 除算器、２０ 掛算器、
２１，２７ Ｖ／ｆパターン、２２ 電圧振幅指令切替手段、
２３ 三相電圧指令演算手段、２４ 第２の電圧振幅指令演算手段、
２５ 第１の電圧振幅指令演算手段、２６ 三相正弦波発生手段、
２８ 第１の電圧指令演算手段選択時間設定手段、２９ 角周波数発生手段、
３０ 電圧指令移行時間設定手段。

Claims (10)

1. 所定の電圧指令に基づき電圧を出力し誘導機を駆動する電力変換器を備え、上記電力変換器が出力を停止してフリーラン状態にある上記誘導機を、起動指令に基づき上記電力変換器を再起動し駆動状態に復帰させる電力変換装置において、
   上記起動指令に基づき上記誘導機にトルクを発生させない条件でフリーラン状態にある上記誘導機の速度であるフリーラン速度を検出する速度検出手段、上記誘導機の所定の運転制御特性に基づき上記フリーラン速度に応じて設定される第２の電圧指令を演算する第２の電圧指令演算手段、および上記電力変換器を再起動し上記電力変換器への電圧指令を、上記速度検出手段で上記フリーラン速度が検出された時点における上記電力変換器への電圧指令である第１の電圧指令から上記第２の電圧指令への移行制御を行う手段であって、上記電圧指令の移行を上記フリーラン状態にある上記誘導機の回路定数で定まる２次時定数の一次遅れ伝達制御で行う電圧指令移行手段を備えたことを特徴とする電力変換装置。
2. 上記速度検出手段は、上記起動指令に基づき上記誘導機にトルクを発生させない条件で上記電力変換器を再起動しその動作特性から上記フリーラン速度を演算により検出する速度演算手段であり、
   上記電圧指令移行手段は、上記第１の電圧指令を、上記速度演算手段により上記フリーラン速度が検出された時点における上記電力変換器への電圧指令としたことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
3. 上記速度検出手段の出力に基づいて回転二軸座標（ｄ−ｑ軸）の位相θを演算する位相演算手段、上記誘導機の三相電流検出値を上記位相θに基づき回転二軸座標（ｄ−ｑ軸）のｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑに変換する三相／ｄｑ軸変換手段、および上記ｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑが、それぞれ所定値に設定したｄ軸電流指令ｉｄ^＊および零に設定したｑ軸電流指令ｉｑ^＊に追従するように回転二軸座標（ｄ−ｑ軸）の上記第１の電圧指令Ｖｄ１、Ｖｑ１を出力する第１の電圧指令演算手段を備えたことを特徴とする請求項２記載の電力変換装置。
4. 上記速度検出手段は、上記第１の電圧指令Ｖｄ１から上記ｄ軸電流ｉｄによるｄ軸抵抗電圧降下を減算した値に基づいて磁束振幅φｄを演算し、上記第１の電圧指令Ｖｑ１から上記ｑ軸電流ｉｑによるｑ軸抵抗電圧降下を減算した値を上記磁束振幅φｄで除算して上記フリーラン速度を演算することを特徴とする請求項３記載の電力変換装置。
5. 上記速度検出手段は、上記フリーラン状態にある上記誘導機の速度を直接検出する速度検出器であり、
   上記電圧指令移行手段は、上記第１の電圧指令を零に設定することを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
6. 上記第２の電圧指令演算手段は、上記速度検出手段からの出力に同期して回転する回転二軸座標（ｄ−ｑ軸）の、所定値に設定したＶｄ２および上記速度検出手段の出力と所定の電圧／周波数（Ｖ／ｆ）パターンとに基づくＶｑ２を上記第２の電圧指令として出力することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の電力変換装置。
7. 上記電圧指令移行手段は、上記第２の電圧指令Ｖｄ２から上記第１の電圧指令Ｖｄ１を減算するｄ軸減算器、このｄ軸減算器の出力を入力してその上記２次時定数の一次遅れ特性を出力するｄ軸一次遅れ伝達手段、このｄ軸一次遅れ伝達手段の出力と上記第１の電圧指令Ｖｄ１とを加算するｄ軸加算器、上記速度検出手段で上記フリーラン速度が検出された時点以降で設定された所定の切替時点でそれまでの上記第１の電圧指令Ｖｄ１から上記ｄ軸加算器の出力に切り替えて上記電力変換器へのｄ軸電圧指令Ｖｄを出力するｄ軸電圧指令切替器、上記第２の電圧指令Ｖｑ２から上記第１の電圧指令Ｖｑ１を減算するｑ軸減算器、このｑ軸減算器の出力を入力してその上記２次時定数の一次遅れ特性を出力するｑ軸一次遅れ伝達手段、このｑ軸一次遅れ伝達手段の出力と上記第１の電圧指令Ｖｑ１とを加算するｑ軸加算器、および上記所定の切替時点でそれまでの上記第１の電圧指令Ｖｑ１から上記ｑ軸加算器の出力に切り替えて上記電力変換器へのｑ軸電圧指令Ｖｑを出力するｑ軸電圧指令切替器を備えたことを特徴とする請求項６記載の電力変換装置。
8. 上記第２の電圧指令演算手段は、上記速度検出手段の出力と所定の電圧／周波数（Ｖ／ｆ）パターンとに基づき上記第２の電圧指令として第２の電圧振幅指令Ｖ２を出力する第２の電圧振幅指令演算手段としたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の電力変換装置。
9. 上記第１の電圧指令の電圧振幅を演算し第１の電圧振幅指令Ｖ１として出力する第１の電圧振幅指令演算手段を備え、
   上記電圧指令移行手段は、上記第２の電圧振幅指令Ｖ２から上記第１の電圧振幅指令Ｖ１を減算する減算器、この減算器の出力を入力してその上記２次時定数の一次遅れ特性を出力する一次遅れ伝達手段、この一次遅れ伝達手段の出力と上記第１の電圧振幅指令Ｖ１とを加算する加算器、および上記速度検出手段で上記フリーラン速度が検出された時点以降で設定された所定の切替時点でそれまでの上記第１の電圧振幅指令Ｖ１から上記加算器の出力に切り替えて上記電力変換器への電圧振幅指令Ｖを出力する電圧指令切替器を備えたことを特徴とする請求項８記載の電力変換装置。
10. 上記誘導機が所定の速度指令に基づき制御される場合、
    上記所定の速度指令から上記フリーラン速度を減算する減算器、この減算器の出力を入力してその上記２次時定数の一次遅れ特性を出力する一次遅れ伝達手段、この一次遅れ伝達手段の出力と上記フリーラン速度とを加算する加算器、および上記電圧指令移行手段で上記電力変換器への電圧指令が上記第２の電圧指令に移行した時点以降で設定された所定の切替時点でそれまでの上記フリーラン速度から上記加算器の出力に切り替えて上記速度指令を出力する速度指令切替器を備えた速度指令移行手段を設けたことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の電力変換装置。

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