JPH0337399B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の利用分野］ 本発明は電源周波数の異なる地域でも共通に使
用でき、出力トルクをほぼ一定に制御することの
できるインバータを備えた電動機制御装置に関す
るものである。

［従来技術］ 誘導電動機（以下、IMという）は構造が簡単
で安価であり、しかも寿命が永く保守も容易であ
るという特長を有している。このためIMは小容
量のものから大容量のものまで広く用いられてい
る。

しかし従来はIMの回転速度を効率良く制御す
る方法がなかつたため、これの用途は限られてい
た。

しかし、近年に至り、種々の半導体素子が提供
されるようになり、任意の周波数の出力を簡単に
得ることのできる静止形インバータ装置が開発さ
れた。このインバータ装置を商用電源とIMの間
に接続し、インバータ装置の出力周波数を変える
ことにより広い範囲で、しかも効率良くIMの速
度を制御することが出来るようになつた。

ところでこのようなインバータ装置の多くは出
力周波数を任意に変えられるばかりでなく、同時
に出力電圧の大きさも容易に変えることができ
る。一方、IMにおいてはそのトルクを一定に保
つたままで回転速度を予定の速度に向けて、次第
に高めることを要求されることが多い。そこで、
上記したインバータ装置によりIMの回転速度を
制御するようにしたシステムにおいては、インバ
ータ装置の出力電圧をその出力周波数にほぼ比例
して変化させ、ほぼトルクが一定の状態で回転速
度の制御が行えるようにしたものが広く用いられ
ている。

このようなインバータ装置の一例を第１図に示
す。図において、１は商用交流から直流を得るた
めの順変換部、２は直流から３相交流を得る逆変
換部、３はIM、１０〜２０はダイオード、２２
は平滑用コンデンサ、３０〜４０はトランジス
タ、ゲート・ターンオフ・サイリスタなどのスイ
ツチング素子、４２〜５２はフリーホイールダイ
オードである。

ダイオード１０〜２０は入力された三相の交流
を整流し、コンデンサ２２に供給する。従つてコ
ンデンサ２２の端子間にほぼ平滑化された直流電
圧が得られる。

スイツチング素子３０〜４０は図示していない
スイツチング制御回路から供給されるゲート信号
によつてオン・オフし、コンデンサ２２の端子間
に現れている直流電圧を三相の交流電圧に変換し
てIM３に供給する。そして、上記したゲート信
号を制御することによりIM３に供給される三相
交流の周波数と電圧を任意に制御することがで
き、これによりIM３のトルクを一定に保つたま
までその回転速度を任意に制御することができ
る。

第１図はパルス幅変調（以下単にPWMと呼
ぶ）インバータ装置の例である。

これは、順変換部１に電圧調節機能がないの
で、逆変換部２で出力電圧をチヨツピングして所
要電圧を得る。第２図も従来から用いられている
インバータ装置であつて、これは順変換部１がサ
イリスタ又はトランジスタ等のスイツチング素子
１０′〜２０′で構成してあり、電圧調節機能を有
している。従つて電動機３に印加する電圧の値は
順変換器１に依つて制御する。このインバータ装
置の場合は逆変換器２のチヨツピングも併用して
電動機３に印加する電圧を制御することもでき
る。

さてインバータ装置の出力周波数foと出力電圧
Voとの関係（以下Ｖ／Ｆ特性という）は Vo＝ａ・fo＋ｂ ……(1) 但し、ａ、ｂは定数 となり、この(1)式を満足するように制御すれば上
記のようにトルク一定のもとでIMの回転速度を
任意に制御することができる。そこで、この(1)式
における定数ａ、ｂを、出力周波数foの可変範囲
の上限である最大出力周波数fomaxに応じて所定
の値に設定してやれば、制御すべきIMの回転速
度をトルク一定のままで充分に低い速度から定格
回転速度までの範囲にわたつて制御することがで
きる。

しかしながら、上記した従来のインバータ装置
においては、出力周波数の最大値をIMの仕様電
圧および仕様周波数と異なつた状態で使用する
と、充分に能力が発揮できなかつたり、過負荷に
なつたりするという問題点があつた。

ところで、電力供給事情が地域で異なるなどの
理由により、供給されている電力の周波数が異な
つている場合がある。例えば日本では50〔Hz〕で
給電されている地域と60〔Hz〕で給電されている
地域とが混在していることは周知の通りである。

そこでIMの定格入力電圧および周波数の仕様
について考えると、その地域ごとに例えば50〔Hz〕
地域では220V／50〔Hz〕、あるいは110V／50
〔Hz〕、一方60〔Hz〕地域では例えば220V／60
〔Hz〕、あるいは110V／60〔Hz〕のIMが使われて
いるのがほとんどである。そこで50〔Hz〕の地域
で60〔Hz〕の最大出力周波数に設定されているイ
ンバータ装置を使用したのでは、その地域で使用
されている50〔Hz〕仕様のIMに周波数の仕様がマ
ツチングしない。また60〔Hz〕地域でも同様に50
〔Hz〕の最大出力周波数に設定されているインバ
ータ装置を使用したのではその地域で使用されて
いる60〔Hz〕仕様のIMに周波数の仕様がマツチン
グしない。

すなわち電源周波数の異なる地域においては、
IMの入力電源仕様（入力周波数仕様）は、その
地域に合つた入力周波数仕様であることが多く、
このため異なる周波数地域で使用していたインバ
ータ装置を電源周波数の異なる地域に持つていつ
た場合、このインバータ装置の周波数仕様は、
IMの入力周波数仕様と必ずしも一致しないこと
がある。したがつてそのまま仕様の異なるインバ
ータ装置とIMを組み合わせて使用すると、上に
述べた問題があるため運転に支障があつた。この
ように従来のインバータ装置によるIM制御装置
では、異なつた周波数地域間で運転特性における
互換性がないという欠点があつた。

これを第３図により説明する。

まず50〔Hz〕地域で60〔Hz〕用のインバータ装置
を使用した場合の問題を考える。

60〔Hz〕地域でIMの仕様周波数が60〔Hz〕のも
のを使用した場合インバータ装置のＶ／Ｆ特性は
Ｂで表される特性に設定されるが、このインバー
タ装置を50〔Hz〕地域で使用したときにはＶ／Ｆ
特性がＢの特性になつているにもかかわらずIM
として50〔Hz〕仕様のものが接続される（この地
域では50〔Hz〕用のIMが使用されている為）。

このためインバータ装置の出力周波数をIMの
仕様周波数に合わせ50〔Hz〕に設定しようとした
とする。この場合インバータ装置の動作点はP₁
となり、50〔Hz〕仕様のIMに対する電圧）が 100％×50／60＝83％ となり印加電圧が83％になる。

この場合出力トルクが定格値まで得られない。
また負荷によつては、要求するトルクを出すこと
ができず、IMの回転数が規定値まで達しなかつ
たりする。

これと反対に、60〔Hz〕地域で50〔Hz〕用のイン
バータ装置を使用することも考えられる。

50〔Hz〕地域でIMの仕様周波数が50〔Hz〕のも
のを使用した場合インバータ装置のＶ／Ｆ特性は
Ａで表される特性に設定されるが、このインバー
タ装置を60〔Hz〕地域で使用したときにはＶ／Ｆ
特性がＡの様になつているにもかかわらずIMと
して60〔Hz〕の仕様周波数のものが接続される
（この地域では60〔Hz〕用のIMが使用されている
為）。

このためインバータ装置の出力周波数をIMの
仕様周波数に合わせ60〔Hz〕に設定しようとした
とする。この場合インバータ装置の出力周波数が
60〔Hz〕まで上がれば動作点はP₂となり、60〔Hz〕
仕様のIMに対する電圧が 100％×60／50＝120％ となり印加電圧が120％になる。

この場合IMの電圧が定格値以上になるので過
励磁となり、またインバータ装置も過励磁による
電流増加の為、オーバーロードになる。さらにイ
ンバータ装置の設定仕様が第３図の特性Ａが点線
と実線で示されているように50〔Hz〕以下のみで
動作する仕様であると（50〔Hz〕仕様の場合この
ようなことがありえる）定格回転速度まで最大速
度が達しなかつたりすることがある。

このように従来技術による電動機制御装置で
は、Ｖ／Ｆ特性は固定されており、従つて、従来
技術による電動機制御装置では電源周波数が異な
つた地域間におけるインバータ装置の、充分な互
換性が得られなかつたのである。

［発明の目的］ 本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を除
き、所定の電源周波数の地域で使用されていたイ
ンバータ装置を、使用される電源周波数が異なる
他の地域にそのインバータ装置を持つていつた場
合でも、その地域で使用されるよう仕様設定され
た電動機をそのまま使用出来る汎用性の高い電動
機制御装置を提供することにある。換言すると、
種々異なる電源周波数の地域に、共通に供給でき
るようにした汎用性の高い電動機制御装置を提供
することにある。

［発明の概要］ すなわち本発明は、インバータ装置への入力周
波数を検知する手段を設け、この検出手段の出力
に応じてインバータ装置の出力を電動機設定仕様
（周波数設定仕様）に自動的に調整する制御信号
発生手段を設けるようにしたものである。

［発明の実施例］ 以下、本発明による電動機制御用インバータ装
置の実施例を図面について説明する。

第４図は本発明の一実施例の基本的構成を概略
的に示したブツロク図で、 交流電源に接続されたインバータ装置（順変換
部１、逆変換部２、平滑コンデンサ２２などで構
成されたインバータ主回路部と、周波数検知回路
４、制御信号発生回路５、回転速度設定器６、ス
イツチング制御回路７などで構成されたインバー
タ制御回路部を有する）にIM３を接続し回転制
御する電動機制御装置を示している。ここで上記
制御装置は、交流電源の周波数を検知し、この出
力に応じて制御信号発生回路５からＶ／Ｆ特性を
自動的に選び出しインバータ装置の出力電圧と出
力周波数を制御するようにしたものである。

さらに詳しく説明すると、 周波数検知回路４は供給されている交流電源の
周波数、即ち入力周波数を検知し、入力周波数信
号fiを発生する。

制御信号発生回路５は速度設定器で設定された
回転速度指令信号Ｎと周波数検知回路４からの入
力周波数信号fiを入力とし、信号Ｎに対応して周
波数制御信号Sfを発生すると共に、信号fiに対応
して第３図に示したＶ／Ｆ特性Ａ又はＢのいずれ
かの特性を選択し、その選択した特性に従つて信
号Sfで表される出力周波数foに対応した電圧制御
信号Svを発生する働きをする。

さらに具体的に述べると、 前記定数ａ、ｂの値を求め、この値を(1)式に代
入して求めた出力周波数foと出力電圧Voとの関
係になるようにインバータ装置を制御するように
したものである。

定数ａは電動機の定格電圧をVc、インバータ
装置の入力周波数をfiとするとき ａ＝Vc−ｂ／fi ……(2) で求めることができる。

従つて電動機の定格電圧Vc及び定数ｂを設定
しておけば、入力周波数fiを検出手段で求めるこ
とにより定数ａの値は容易に求めることができ
る。また定数ｂは励磁電流成分を流すため必要な
値であつてインバータ装置の入力周波数には無関
係に一定としても良い。入力周波数の値が例えば
50〔Hz〕60〔Hz〕のうちのいずれかに特定出来るよ
うな場合には夫々の周波数に合わせた定数ａ、ｂ
をメモリのなかへ記憶しておき、検出手段の出力
に応じて、この定数を選択して用いるようにする
ことができる。スイツチング制御回路７は周波数
制御信号Sfと電圧制御信号Svに応じて所定のタ
イミングとパルス幅のゲート信号Ｇを発生し、逆
変換部２のスイツチング素子３０〜４０（第１
図）に供給してスイツチングを行い、これらの信
号SfとSvに対応した出力周波数foと出力電圧Vo
の三相交流を発生してIM３に供給する働きをす
る。

従つて、この実施例によれば、速度設定器６か
らの速度指令信号ＮによつてIM３の回転速度を
トルクが一定の状態で任意に制御することがで
き、その際、交流電源の入力周波数が50〔Hz〕と
60〔Hz〕のいずれとなつても、それぞれに対応し
て出力周波数foに対する出力電圧Voの関係が第
３図のＶ／Ｆ特性ＡとＢのいずれかに自動的にき
り変えられて動作するから、50〔Hz〕60〔Hz〕のい
ずれの交流電源を対象としたシステムに使用して
も、使用しているIMの周波数に自ずと一致する
ことになる（その地域の電源周波数とIMの周波
数が同じであるため）。

したがつて常に最適な動作を行うことができ、
IMの回転速度を正しく制御することができる。

次に、第５図に制御信号発生回路５の一実施例
を示す。この第５図において、５５は周波数判別
器、５６は選択回路、５７はメモリ、５８はリミ
ツタ、５９は演算回路である。

周波数判別器５５は入力周波数fiに応じて最大
周波数制御信号ｍと選択信号ｎを発生する働きを
する。

選択回路５６は選択信号ｎに応じてメモリ５７
から50〔Hz〕用の定数（ａ、ｂ）₅₀と60〔Hz〕用の
定数（ａ、ｂ）₆₀のいずれかを読み出し、それを
演算回路５９にセツトする働きをする。

リミツタ５８は最大周波数制御信号ｍに対応し
て速度指令信号Ｎの最大値を50〔Hz〕又は60〔Hz〕
のいずれかに制限する働きをする。

演算回路５９は選択回路５９からセツトされた
定数（ａ、ｂ）₅₀又は（ａ、ｂ）₆₀のいずれかを用
い、周波数制御信号sfを入力として(1)式に示した
演算を行つて出力周波数foに対応した出力電圧
Voを逆変換部２から発生させるための電圧制御
信号Svを発生する働きをする。

従つて、この第５図に示した制御信号発生回路
５によれば、交流電源の入力周波数が50〔Hz〕と
60〔Hz〕のいずれとなつた場合でも、常に一定の
トルクのもとでIM３の回転速度を制限するのに
必要な周波数制御信号Sfと電圧制御信号Svを得
ることができる上、この実施例によれば、最大周
波数制御信号ｍがリミツタ５８に入力され、それ
により周波数制御信号Sfの最大値を所定値に制御
し、出力周波数foが入力周波数以上に増加しない
ように動作するから、IM３に供給される電源の
周波数の最大値は常に自動的に入力周波数と等し
い値に制限され、IM３の回転速度が定格値を超
えて制御されたりするのを防止することができ
る。ところで、IMを用いたシステムにおいては、
速度指令信号がIMの起動信号を兼ねているシス
テムもあり、このようなシステムにおいては、速
度指令信号Ｎが与えられたとき、出力周波数foが
低い値から立ち上がつてゆき、最終的に信号Ｎで
設定された最高速度に対応した周波数に収束する
ような制御を行うのが望ましい場合がある。

そこで、このような場合に適した本発明の一実
施例を第６図に示す。この図において、６０は比
較回路、６１はクロツク発振器、６２はカウン
タ、６３はデイジタル・アナログ変換器（Ｄ／Ａ
という）であり、その他は第４図と同じである。

クロツク発振器６１は比較回路６０の出力が
“Ｈ”レベルのときだけ発振し、クロツク信号を
カウンタ６２に供給する。

Ｄ／Ａ６３はカウンタ６２の出力をアナログ化
して周波数制御信号Sfに変換する働きをする。そ
こで、いま、或るおおきさの速度指令信号Ｎが供
給されたとする。そうすると、これにより比較回
路６０の出力が“Ｈ”になり、クロツク発振器６
１が発振を開始する。そこで、カウンタ６２の出
力データは時間の経過とともに増加し、Ｄ／Ａ６
３の出力電圧は時間とともに直線状に上昇してゆ
く。この結果、周波数制御信号Sfも直線状に増加
し、IM３（第４図）に供給される出力周波数fo
はほぼ０〔Hz〕から所定の割合（これはクロツク
信号の周波数で任意に定めることができる）で順
次増加してゆき、これと同時に出力電圧Voも増
加してゆくので、IM３は始動時の突入電流もほ
とんどなく、一定のトルクで安定に加速されてゆ
くことになり、スムーズな起動を行わせることが
できる。

やがて、周波数制御信号Sfが速度指令信号Ｎと
同じ値にまで達すると、比較回路６０の出力はそ
れまでの“Ｈ”から反転して“Ｌ”になる。そこ
で、この時点でクロツク発振器６１は発振停止
し、カウンタ６２の出力データの増加も停止する
ので、出力周波数foは速度指令信号Ｎで設定され
た周波数となり、IM３の回転速度を設定された
値に保つ。

従つて、この実施例によれば、上記第５図の実
施例と同じ効果が得られるのに加えて、IM３が
停止していたときに任意の値の速度指令信号Ｎを
そのまま与えてスムーズに起動を行わせることが
できるという効果が得られる。

Reはカウンタ６２のリセツト端子である。こ
のリセツト端子Reへは始動前にリセツト信号が
入るようにする。

第７図は本発明の更に異なる実施例である。こ
の実施例では２つの比較器６０ａ，６０ｂを有し
ている。このうち比較器６０ａは第６図に示した
ものと同様、速度指令信号Ｎが周波数制御信号Sf
よりも小さいとき出力Ｈを出す。

また比較器６０ｂは速度指令信号Ｎが周波数制
御信号Sfよりも大きいとき、出力Ｈを出す。カウ
ンタ６２としてはアツプダウンカウンタを用い
る。

そして、クロツク発振器６１の出力と比較器６
０ａの出力とを論理積回路Aaで論理演算し、そ
の結果をアツプダウンカウンタのアツプカウント
入力端子６２ａに入力する。またクロツク発振器
６１の出力と比較器６のｂの出力とを論理積回路
Abで論理演算し、その結果をダウンカウント入
力端子６２ｂに入力する。

このようにすると速度指令信号Ｎの設定を電動
機運転中に高い方から低い方へも変えることがで
きる。第８図は本発明の更に異なる実施例であ
る。この実施例では順変換器１として第２図に示
したもののようにスイツチング手段を有するもの
を使用する。

従つて、スイツチング制御回路７は逆変換器２
に出力周波数をfoにする為に必要なスイツチング
信号を与える一方、順変換器１にも、この出力電
圧Voを出力周波数foに応じて変える為のスイツ
チング信号を与える。

制御信号発生回路５は第９図に示すようにメモ
リ５７′にIMの定格電圧Vcと定数ｂの値を書き
込む書き込み手段７０を有している。

演算手段５９′はメモリ５７′から定格電圧Vc
と定数ｂを受け、且つ周波数検知回路４から入力
周波数fiを受けて(2)式に依つて、入力周波数fiに
合つた定数ａを演算する。

また演算手段５９′は定数ａ、ｂと回転数設定
Ｎに依つて定まる周波数foを(1)式に代入して出力
電圧をVoにする為の指令Svを求める。

リミツタ５８は速度指令信号Ｎと入力周波数信
号fiとを受け、信号Ｎが信号fiよりも小さいとき
には信号Ｎをそのまま信号Sfとして出力するが信
号Ｎが信号fiよりも大きくなると信号Ｎの大きさ
にかかわらず信号Sfとして信号fiを出力する。

このように構成すると入力電圧の周波数に応じ
た適当な出力周波数対出力電圧の特性が得られ、
出力周波数が電源電圧の周波数と等しくなつたと
きIM３に印加される電圧はIMの定格電圧とな
る。

［発明の効果］ 本発明に依れば、以上の説明から明らかなよう
に 電源周波数の異なる地域においても、入力周波
数に応じた電圧対周波数特性（Ｖ／Ｆ特性）を自
動的に選択できるので 同一仕様のインバータ装置を異なる電源周波数
の地域に共通に適用できる汎用性の高い電動機制
御装置を提供できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図第２図は電動機制御装置の従来例を示す
主回路部の回路図である。第３図は電動機制御用
インバータ装置に必要な出力周波数対出力電圧と
の特性を示す図である。第４図は本発明電動機制
御装置の実施例を示すブロツク図である。第５図
第６図第７図は第４図に示した制御信号発生回路
のそれぞれ異なる実施例を示すブロツク図であ
る。第８図は本発明電動機制御装置の実施例を示
すブツロク図である。第９図は第７図に示した制
御信号発生回路の実施例を示すブロツク図であ
る。 １はインバータ装置を構成する順変換器、２は
インバータ装置を構成する逆変換器、３は誘導電
動機、４は周波数検知回路、５は制御信号発生回
路、６は回転速度設定器、７はスイツチング制御
回路である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 交流電源と、 前記交流電源から電力を供給されるよう接続さ
   れたインバータと、 前記インバータの出力部に接続されて回転制御
   される誘導電動機を有する電動機制御装置におい
   て、 前記交流電源の周波数を検知して前記誘導電動
   機へ供給される前記インバータの出力電圧対出力
   周波数の特性（Ｖ／Ｆ特性）を前記検知された周
   波数に応じて変えるように制御するインバータ制
   御手段 を備えたことを特徴とする電動機制御装置。 ２ 前記インバータ制御手段は、 前記交流電源の周波数を検知する周波数検知手
   段と、 前記周波数検知手段に接続され、検知された周
   波数と、与えられた回転速度指令値とに応じて前
   記出力周波数指令と出力電圧指令とを演算出力す
   る制御信号発生手段と、 前記制御信号発生手段に接続され、前記制御信
   号発生手段からの前記出力周波数指令と前記出力
   電圧指令とを受け、前記誘導電動機へ供給される
   インバータの出力周波数と出力電圧とを制御する
   スイツチング制御手段 とを備えたことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の電動機制御装置。 ３ 前記制御信号発生手段は、 前記周波数検知手段の出力に応じて、最大周波
   数制御信号と選択信号とを発生する周波数判別手
   段と、 前記Ｖ／Ｆ特性を決めるための定数が記憶され
   た定数記憶手段と、 前記選択信号に応じて前記定数記憶手段から定
   数を読み出し、該定数を出力する選択手段と、与
   えられた前記回転速度指令値と、前記最大周波数
   制御信号に応じて、出力周波数指令値を制限して
   出力する制限手段と、 前記制限手段の出力と、前記選択手段の出力に
   よりインバータへ供給されるべき前記Ｖ／Ｆ特性
   を演算する演算手段と を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第２項
   記載の電動機制御装置。 ４ 前記制御信号発生手段は、 出力周波数指令が、回転速度指令信号に時間の
   経過とともに漸近するように構成された周波数指
   令手段を備えたことを特徴とする特許請求の範囲
   第２項記載の電動機制御装置。