JPH0458778A - ベクトル制御形可変電圧・可変周波数インバータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電動機に内蔵された温度センサからの温度信
号によって前記電動機の内部温度を検出してあらかじめ
設定された電動機定数の温度補正を行い、その補正値を
用いて制御を行うベクトル制御形可変電圧・可変周波数
インバータに関する。

〔従来の技術〕

ベクトル制御形可変電圧・可変周波数インバータ（以下
、ベクトル制御１ＶＶＶＦインバータという、）は、誘
導電動機の一次電流をトルク電流成分と励１ｉｉｔ流成
分に分解して、それぞれ個別に制御するベクトル制御部
を備えたインバータである。

このベクトル制御部では、あらかじめ組み込まれた電動
機定数を用いて演算が行われるが、電動機内部温度によ
って電動機定数が大きく変化するため、例えば特公昭６
０−３６７１６号公報に示されているように、一般に電
動機に温度センサを埋め込み、温度センサからの信号に
よって電動機の内部温度を検出して前記定数を補正して
演算を行っている。また、複雑な演算を小形の装置で行
うためにマイクロプロセッサ（以下、ＣＰＵという）が
用いられている。

第３図は、従来のベクトル制ＷｊＶＶＶＦインバータの
構成の一例を示すブロック回路図である。

第３図において、電動機２に電力を供給するベク）　ル
制＠　Ｖ　Ｖ　Ｖ　Ｆインバータ１の主回路部は、交流
の商用電源を整流するコンバータ５と、コンバータ５の
出力電流を平滑化する平滑回路６と、平滑化された直流
を再び交流に変換するインバータ７で構成されている。

制御回路は、ベクトル制御部９、電流制御器１０、パル
ス幅変調制御器（以下、ＰＷＭ＠ＩＩ器という）１１で
構成されている。ベクトル制御部９は、図示しない速度
設定器で設定された速度指令信号１２と、電動１１２に
直結されたロータリエンコーダ４からの速度フィードバ
ック信号４ａとを比較して速度制御を行い、トルク電流
指令と励磁電流指令をベクトル演算し、ｌｉｔ流指令信
号９ａとして電流制御器１０へ送る。電流制御器１０は
、この電流指令信号９ａとインバータ出力回路に挿入さ
れた変流器８によって検出された電動機電流８ａとを比
較し、電流制御を行ってその出力をＰＷＭ制御器１１に
送り、ＰＷＭ制御器１１はＰＷＭ制御により電動機２に
供給する周波数、電流の大きさと電流の位相を制御する
制御信号１１ａをインバータ７に送る。電動機２の内部
に埋め込まれた温度センサ３からの温度信号３ａはベク
トル制御部９に入力され、ベクトル演算過程で用いられ
る電動機定数の温度補正の計算に用いられる。

また、トルク指令１３は、出力トルクを制限する必要の
ある場合にトルク電流制御ｌ値を指令するものである。

以上のようなベクトル制御１ＶＶＶＦインバータにおい
て、インバータ及び電動機の各種保護機能の中の１つと
して、従来電動機の過熱保護機能が設けられている。こ
れは、前述の温度センサからの温度信号３ａによって電
動機２の内部温度を監視し、この値が過熱保護レベルに
達すると電動機過熱としてインバータの出力を停止する
ものである。

ところで、ベクトル制御形に限らず、一般にインバータ
を用いて電動機を可変速制御する分野において、インバ
ータ及び電動機異常で電動機の運転を停止してしまうと
操業上多大の損害が発生する用途がある０例えば、押出
機においては、操業中に停止すると押出機内の樹脂等の
粘性が穫端に太き（なり、再始動できなくなってしまう
、インバータ及び電動機異常の中、操業計画及び設置環
境から異常検出前に予報信号を出し完全停止を回避し得
る項目にはインバータ過負荷、電動機過熱がある。ベク
トル制御Ｖ　Ｖ　Ｖ　Ｆインバータ以外のインバータで
は、普通は組み合わされる電動機の内部に温度センサを
備えていないから、このうちの電動機過熱に関し、従来
は電動機の内部温度を検出するために電動機内部に特別
に温度センサを埋め込み、温度センサからの温度信号を
インバータ外部に設けられた計測器に接続し、温度信号
の値が電動機過熱予報レベルを超えて計測器の上限リミ
ツタにかかったとき、この計測器から電動機過熱予報信
号を出し、負荷トルクを減らす処置をとって操業レベル
を落とすことにより運転を継続し、電動機通熱による操
業完全停止を回避している。また、インバータ過負荷に
ついては、インバータ電流を監視して、設定値を超える
電流が一定期間流れると過負荷予報信号をインバータか
ら出力する機能を有するインバータが既に商品化されて
おり、その機能を有していないインバータにおいてもイ
ンバータのロードメータ信号をプログラマブルコントロ
ーラ等に入力し、プログラマブルコントローラ等で予報
信号を作っている。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のベクトル制１ＶＶＶＦインバータは、前述のよう
に電動機の内部温度が過熱保護レベルに達するとインバ
ータの出力を停止する過熱保護機能は持っているが、電
動機の内部温度が過熱保護レベルに達する以前に電動ｍ
過熱に対する予報信号を外部に出力する機能は持ってい
なかった。したがって、ベクトル制御ＶＶＶＦインバー
タにおいて電動機過熱予報信号をどうしても必要とする
場合には、電動機内部に特に新たに温度センサを埋め込
む必要はないが、予報信号を出力するための前述のよう
な計測器を外部に付は加えなければならず、装置全体の
コスト及び設置スペースが増大するという問題があった
。また、ベクトル制御ＶＶＶＦインバータがよく用いら
れる定トルク特性を持った負荷の場合には、予報信号が
出た場合に運転を止めないためには、単にインバータの
速度指令値やトルク指令を下げるだけでは問題は解決さ
れず、負荷の要求するトルクを減らさなければ操業レベ
ルを下げたことにならないから、その処置を取るため予
報信号はインバータ外部に出力される必要があり、過熱
保護機能のようにインバータ内部で制御をすべて完結し
てしまうことはできない、すなわち、インバータ内部に
過熱予報信号を作る手段を持ったとしても、この信号を
外部に出力する手段が必要であり、従来のベクトル制御
１ＶＶＶＦインバータではもちろんこのような出力手段
を持っていない。

そこで本発明は、温度センサを埋め込んだ電動機を制御
するベクトル制御ＶＶＶＦインバータにおいて、電動機
が過負荷となって内部温度が上昇し、電動機過熱予報レ
ベルに達すると、電動機過熱予報信号を外部に出力する
ことにより操業レベルを落として運転を継続することが
できるようなインバータを、コスト及び所要スペースを
あまり増大することなく実現することを課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

上述の課題を解決するために、本発明のインバータは、 電動機に内蔵された温度センサからの温度信号によって
前記電動機の内部温度を検出してあらかじめ設定された
電動機定数の温度補正を行い、その補正値を用いて制御
を行うベクトル制御形可変電圧・可変周波数インバータ
において、前記内部温度を所定の電動機過熱予報レベル
と、比較して、前記内部温度が前記電動機過熱予報レベ
ルより大きくなったとき信号を出力する比較手段と、 前記信号が出力されたとき、電動機過熱予報信号を外部
に出力する出力手段とを備えるものとする。

〔作用〕

温度センサからの温度信号によって電動機の内部温度を
検出する手段は、ベクトル制御を行うためにベクトル制
御ＶＶＶＦインバータ内に備えられているので、これに
よって検出された電動機の内部温度と電動機過熱予報レ
ベルとを比較手段によって比較する。この予報レベルは
、インバータ出力を停止すべき過熱保護レベルより低く
、電動機の正常運転時に見込まれる電動機の内部温度よ
り高い値に設定され、この予報レベルより電動機の内部
温度が大きくなると比較手段から信号が出力され、この
信号が出力されたことにより出力手段から電動機過熱予
報信号が外部に出力される。

したがって、電動機が適正な負荷条件のもとに正常な運
転を行っている場合には電動機通熱予報信号は出力され
ないが、何らかの原因で電動機が過負荷となると電動機
の内部温度は徐々に上昇し、過熱予報レベルに達すると
出力手段から電動機通熱予報信号が外部に出力される。

この予報信号は、例えばインバータ外部の制御・監視シ
ステムに導かれ、制御・監視システムによって負荷トル
クを減らすための処置が取られて操業レベルを落とした
状態で運転が継続され、電動機過熱による操業完全停止
を回避することができる。この場合、上記の比較手段に
はベクトル制御用のマイクロプロセッサを利用すること
ができ、また温度センサはベクトル制御用にもともと埋
め込まれているので、大幅なコストの上昇やスペースの
増大なしに電動機の過熱予報が実行できるものである。

［実施例］ 次に、第１図及び第２図を用いて本発明の詳細な説明す
る。

第１図は、本発明のベクトル制御ＶＶＶＦインバータの
構成の一実施例を示すブロック回路図で第３図に対応す
るものである。第１図において、電動機２の内部に埋め
込まれた温度センサ３からの温度信号３ａは、図示しな
い設定器で設定された速度指令信号１２及びトルク指令
信号１３とともにベクトル制御部９のマルチプレクサ１
４に入力され、適当なスキャンタイムでスキャンされた
それぞれの信号がＡ／Ｄ変換器１５によってディジタル
変換された後、バス１６に送り込まれる。マルチプレク
サ１４は、前記の３つの信号に対してＡ／Ｄ変換器１５
を共用するために用いられているので、それぞれの信号
を別々に備えられたＡ／Ｄ変換器を介してバス１６に接
続しても、もちろん差し支えない。

また、電動機２に直結されたロータリエンコーダ４から
の速度フィードバック信号４ａは、ベクトル制御部９内
のパルスカウンタ１７、バス１６ヲ介してＣＰＵ１８に
送り込まれ、ＣＰＵ１８はこれらの入力データを用いて
あらかじめ組み込まれた電動機定数を温度補正するとと
もに、必要な制御・演算を行い、その結果をＤ／Ａ変換
器２０を介して電流指令信号９ａとして電流制御器１０
に送っている。

一方、バス１６にはレベル設定入力手段２１及び出力手
段２２が接続されており、前記レベル設定入力手段２１
によって電動機過熱予報レベル２１ａが設定されバス１
６を介してメモリ１９内の所定の場所に記憶される。電
動機過熱予報レベル２１ａは、インバータ出力を直ちに
停止しなければならない過熱保護レベルよりは低く、電
動機の正常運転時に見込まれる電動機の内部温度よりは
高い温度に設定されている。ＣＰＵ　（比較手段）１８
は、上述の制？１・演算を行いながらこの電動機過熱予
報レベル２１ａと温度信号３ａから得られた電動８１２
の内部温度を常に比較しており、電動機２の内部温度カ
ベ予報レベル２１ａより大きくなったとき信号１８ａを
／Ｎｌス１６を介して出力手段２２に出力し、出力手段
２２シマ信号１８ａを受けると電動機過熱予報信号２２
ａを外部に出力する。出力手段２２としては、ディジタ
ル信号を出力するデイジタルアウトプ・ノドや、リレー
を用いた接点出力の形のものなど種々の形態のものを用
いることができる。

この電動機過熱予報信号２２ａは、例えばベクトル制Ｊ
ＶＶＶＦインバータ１の外部にある図示されない制御・
監視システムに導かれ、制御・監視システムによって負
荷トルクを減らすための処置が取られて操業レベルを落
とした状態で運転が継続され、電動機過熱による操業完
全停止を回避することができる。負荷トルクの減少は、
負荷の速度とトルクとの関係がファン・ポンプのような
２乗低減トルク特性があれば帽［監視システムによって
速度指令１２を下げることにより、また一定トルク特性
の負荷の場合には制御・監視システムによって負荷トル
クそのものを減らすことによって実行することができる
。

本実施例においては、電動機内部温度を検出するための
温度センサ３はベクトル制御用としてもともと電動機２
の内部に埋め込まれており、また、電動機過熱予報レベ
ル２１ａの記憶手段及びこのレベル２１ａと電動機内部
温度との比較手段には、それぞれベクトル制御用として
ベクトル制御部９内に既に備えられているメモリ１９及
びＣＰＵ１８を利用することができるので、電動機過熱
予報信号２２ａを出力するために新たに必要となるもの
は、レベル設定入力手段２１と出力手段２２のみとなり
、大幅なコスト及び所要スペースの増大なしに実現する
ことができる。

なお、上述の実施例では電動機過熱予報レベル２１ａは
いったんメモ１Ｊ１９内の所定の場所に記憶されるよう
になっているが、レベル設定入力手段２１にディジタル
スイッチなどを用いて、メモ＋７１９を使用せずにＣＰ
Ｕ１Ｂが必要のときにレベル設定入力手段２１のデータ
を読みに行くようにすることもできる。

次に、第２図に、第１図のベクトル制御■■■Ｆインバ
ータの構成の一部を変形した実施例を示す、すなわち、
第２図においては、電動機過熱予報レベル２１ａはあら
かじめメモ１月９内の所定の場所に設定記憶され、それ
に伴ってレベル設定入力手段２１を欠く構成となってお
り、その他の構成・動作は第１図の実施例と同様である
。ベクトル制御ＶＶＶＦインバータにおいては、ベクト
ル制御用に電動機の内部定数を使用するため一般に専用
電動機が用いられるので、第２図のように電動機過熱予
報レベル２１ａとしてあらかじめ設定されて内部のメモ
リに記憶されている値を用いて差し支えない場合も多く
、この場合にはレベル設定人力手段２１を必要としない
から、更に簡単な構成とすることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、電動機２に内蔵された温度センサ３か
らの温度信号３ａによって前記電動機の内部温度を検出
してあらかじめ設定された電動機定数の温度補正を行い
、その補正債を用いて制御を行うベクトル制御形可変電
圧・可変周波数インバータ１において、 前記内部温度を所定の電動機過熱予報レベル２１ａと比
較して、前記内部温度が前記電動機過熱予報レベルより
大きくなったとき信号１８ａを出力する比較手段１８と
、 前記信号が出力されたとき、電動機過熱予報信号２２ａ
を外部に出力する出力手段２２とを備えるようにしたの
で、 何らかの原因で電動機が過負荷となって電動機の内部温
度が上昇し、電動機過熱予報レベルに達すると電動機過
熱予報信号を外部に出力することを、大幅なコストの上
昇やスペースの増大なしに実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明を適用したヘクトル制１Ｖ
ＶＶＦインバータのそれぞれ異なる実施例としての構成
を示すブロック回路図、第３図は、本発明に対応する従
来のベクトル制’４Ｂ　ｖ　ｖ　Ｖ　Ｆインバータの構
成の一例を示すブロック回路図である。 １・・・ベクトル制御Ｖ　ＶＶ　Ｆインバータ、２・・
・電動機、３・・・温度センサ、３ａ・・・温度信号、
４・・・ロータリエンコーダ、４ａ・・・速度フィード
バック信号、５・・・コンバータ、６・・・平滑回路、
７・・・インバータ、８・・・変流器、８ａ・・・電動
機電流、９・・・ベクトル制御部、９ａ・・・電流指令
信号、１０・・・電流制御器、１１・・・ＰＷＭ制御器
、ｌｌａ・・・制御信号、１２・・・速度指令、１３・
・・トルク指令、１４・・・マルチプレクサ、１５・・
・Ａ／Ｄｉｍ器、１６・・・パス、１７・・・パルスカ
ウンタ、１８・・・ＣＰＵ　（比較手段１．１８ａ・・
・信号、１９・・・メモリ、２０・・・Ｄ／Ａ変換器、
２１・・・レベル設定入力手段、２１ａ・・・電動機過
熱予報レヘル、２２・・・出力手′Ｆ、１　　の ′１５２　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）電動機に内蔵された温度センサからの温度信号によ
   って前記電動機の内部温度を検出してあらかじめ設定さ
   れた電動機定数の温度補正を行い、その補正された電動
   機定数を用いて制御を行うベクトル制御形可変電圧・可
   変周波数インバータにおいて、 前記内部温度を所定の電動機過熱予報レベルと比較して
   、前記内部温度が前記電動機過熱予報レベルより大きく
   なったとき信号を出力する比較手段と、 前記信号が出力されたとき、電動機過熱予報信号を外部
   に出力する出力手段とを備えたことを特徴とするベクト
   ル制御形可変電圧・可変周波数インバータ。