JP5082586B2 - 交流電動機の制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、可変電圧可変周波数インバータから交流電動機に給電しつつ、該電動機を可変速制御する交流電動機の制御方法に関わり、特に、前記電動機の空転時の回転速度推定値の導出方法に関する。

近年、交流電動機を駆動する可変電圧可変周波数インバータ（以下、単にインバータとも称する）が停止していて交流電動機が空転している状態での再起動、例えば、インバータの入力電源である商用電源などの瞬時停電回復後に再起動する際の交流電動機の制御方法としては、下記特許文献１などに記載されているものが知られている。
特開平１１−３４６５００号公報

交流電動機の空転時に、インバータから前記電動機に供給した電圧または電流から該電動機の回転速度の推定値を演算する際には、残留電圧が存在する誘導電動機では、この電圧値が大きいと前記電動機の回転速度推定演算に影響を与えるために、この電圧が十分に減衰してから回転速度推定演算を行う必要があった。このために、従来、交流電動機を空転状態から再起動させる際には、待ち時間を設けることが行われていた。

しかしながら、一律に上記の待ち時間を設けると、残留電圧が存在する誘導電動機において、この電圧値が十分に小さい状態のときには、逆に不必要な待ち時間が存在することとなり、再起動までに余計な時間が掛かるという問題点があった。

この発明の目的は、交流電動機の空転時の状態に依存すること無く、該電動機の回転速度が推定できる交流電動機の制御方法を提供することにある。

この発明は、可変電圧可変周波数インバータから交流電動機に給電しつつ、該電動機を可変速制御する交流電動機の制御方法において、
前記電動機の空転時に、前記インバータの主回路を形成する半導体スイッチング素子のうち、少なくとも一つをオン・オフさせて該電動機の巻線間を短絡してこのときに流れる巻線電流を検出し、この検出電流の振幅が予め定めた下限値未満のときには、前記インバータから前記電動機に供給した電圧または電流に基づいて該電動機の回転速度推定値を導出し、
前記検出電流の振幅が予め定めた下限値以上のときには、所定の時間間隔で前記インバータの主回路を形成する半導体スイッチング素子のうち、少なくとも一つをオン・オフさせて該電動機の巻線間を短絡する動作を、前記検出電流の振幅が予め定めた下限値未満になるまで繰り返し、前記検出電流の振幅が予め定めた下限値未満になったところで、前記インバータから前記電動機に供給した電圧または電流に基づいて該電動機の回転速度推定値を導出し、
この導出された回転速度推定値に基づいて、前記インバータからの給電を開始して前記電動機を再起動させることを特徴とする。

この発明によれば、可変電圧可変周波数インバータの主回路を形成する半導体スイッチング素子のうち、少なくとも一つをオン・オフさせて交流電動機の巻線間を短絡させ、このときに流れる巻線電流の振幅が予め定めた下限値未満になったときに、前記電動機の回転速度推定値の導出し、前記巻線電流の振幅が前記下限値以上のときには、所定の時間が経過したとき毎に前記半導体スイッチング素子を再度オン・オフさせ、このときの前記巻線電流の振幅が前記下限値未満になるのを待つようにしたことで、この交流電動機の回転速度の推定値をより速やかに正確に得ることができる。

図１は、この発明の実施例を示す回路構成図であり、１は交流電動機としての誘導電動機、２は誘導電動機１に所望の一次電圧（ｖ₁ ）を供給するインバータ、３はインバータ２から誘導電動機１への一次電流（ｉ₁ ）を検出する電流検出器、４は前記ｖ₁ を発生するための電圧指令値（ｖ₁ ^*）を生成する電圧指令値演算手段、５は誘導電動機１が空転時の回転速度の推定値（ω_r ^#）を演算する空転時速度推定手段、６はインバータ２，電圧指令値演算手段４，空転時速度推定手段５などの動作を指令するシーケンス回路である。

この電圧指令値演算手段４では、シーケンス回路６からのシーケンス信号に基づいた誘導電動機１の通常運転時の動作として、外部などから指令される誘導電動機１の一次角周波数指令値（ω₁ ^*）と、このω₁ ^*を時間積分して得られる位相角指令値（θ₁ ^*）に基づき電流検出器３で検出された誘導電動機１の電流ｉ₁ を座標変換したｄ−ｑ軸のそれぞれ電流と、誘導電動機１の電動機定数とからｄ−ｑ軸それぞれの電圧指令値を演算し、さらにこれらの値を前記θ₁ ^*に基づき座標変換した前記ｖ₁ ^*を生成している。

次に、誘導電動機２が空転時の前記ω_r ^#を導出する方法について、図２に示す空転時速度推定手段５の動作フローチャートと図３，４に示すその動作波形図とを参照しつつ、以下に説明する。

図２において、例えば、シーケンス回路６がインバータ２の入力電源である商用電源などの瞬時停電を検知してインバータ２の主回路をパルスオフさせた状態、すなわち、前記主回路の全ての半導体スイッチング素子をオフさせた状態から、この瞬時停電の回復を検知すると、前記主回路の半導体スイッチング素子の少なくとも一つをオン・オフさせて固定子巻線を短絡させる（例えば、前記主回路の上アームの半導体スイッチング素子それぞれをオン状態，下アームの半導体スイッチング素子それぞれをオフ状態とする）。以下では、この上，下アームの状態を零電圧とも称する（ステップＳ１）。固定子巻線が短絡すると、誘導電動機１の逆起電力によって巻線に電流が流れるので、図３に示すように零電圧の期間がＴ１経過する直前の誘導電動機１の巻線電流の電流検出器３を介した検出値ｉ₁ の振幅値（｜ｉ₁ ｜）を記憶するとともに、この記憶値と予め定めた下限値（ｉ_th）との関係を判定し（ステップＳ２）、｜ｉ₁ ｜≧ｉ_thのときにはインバータ２の主回路をパルスオフさせてステップＳ３へ移る。

ステップＳ３では前回の零電圧発生から所定の時間Ｔ２が経過するのを待って、再度ステップＳ１に移る。すなわち、ステップＳ１からステップＳ３の動作を繰り返すことで、図３に示すように、ステップＳ２で｜ｉ₁ ｜＜ｉ_thの関係になったときにはインバータ２の主回路をパルスオフさせてステップＳ４へ移る。

ステップＳ４では、シーケンス回路６からの指令により、電圧指令値演算手段４からインバータ２へ、新たに、電圧または電流を誘導電動機１に供給する電圧指令値を所定の期間発生させることにより、誘導電動機１と電圧指令値演算手段４とインバータ２とからなる閉ループを自励発振させ、このときの誘導電動機１の一次電流の電流検出器３を介した検出値ｉ₁ のα−β軸に変換した値、例えば、図４に示すｉ（α）の正弦波状の波形の１周期を計測すると、この計測値はこのときの誘導電動機１の回転速度の推定値（ω_r ^#）に対応した値になっている。

または、ステップＳ４における上述とは別の方法として、シーケンス回路６からの指令により、電圧指令値演算手段４からインバータ２へ、新たに、任意の周波数成分を含む電流を誘導電動機１に供給する電圧指令値を発生させることにより、誘導電動機１の回転角周波数と等しい回転磁界（磁束）と誘起電圧を発生させ、このときのトルク軸成分の誘起電圧値を磁束値で除算演算して誘導電動機１の回転速度の推定値（ω_r ^#）を導出することも可能である。

すなわち、誘導電動機１の空転時に、空転時速度推定手段５で得られた誘導電動機１の回転速度推定値に基づいた電圧，周波数の一次電圧をインバータ２から誘導電動機１へ供給することで、誘導電動機１をショックレスに再起動させることができる。

この発明の実施の形態を示す回路構成図 図１の動作を説明するフローチャート 図２の動作を説明する波形図 図２の動作を説明する波形図

１…誘導電動機、２…インバータ、３…電流検出器、４…電圧指令値演算手段、５…空転時速度推定手段、６…シーケンス回路。

Claims (1)

1. 可変電圧可変周波数インバータから交流電動機に給電しつつ、該電動機を可変速制御する交流電動機の制御方法において、
   前記電動機の空転時に、前記インバータの主回路を形成する半導体スイッチング素子のうち、少なくとも一つをオン・オフさせて該電動機の巻線間を短絡してこのときに流れる巻線電流を検出し、この検出電流の振幅が予め定めた下限値未満のときには、前記インバータから前記電動機に供給した電圧または電流に基づいて該電動機の回転速度推定値を導出し、
   前記検出電流の振幅が予め定めた下限値以上のときには、所定の時間間隔で前記インバータの主回路を形成する半導体スイッチング素子のうち、少なくとも一つをオン・オフさせて該電動機の巻線間を短絡する動作を、前記検出電流の振幅が予め定めた下限値未満になるまで繰り返し、前記検出電流の振幅が予め定めた下限値未満になったところで、前記インバータから前記電動機に供給した電圧または電流に基づいて該電動機の回転速度推定値を導出し、
   この導出された回転速度推定値に基づいて、前記インバータからの給電を開始して前記電動機を再起動させることを特徴とする交流電動機の制御方法。

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