JPS5914392A - インバ−タの制御方式 - 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】 この発明は、電動機駆動用インバータの電源瞬時停電時
（以下、瞬停時ともいう。）における制御方式に関する
。

一般に、繊維機械や上下水道等に用いられるインバータ
駆動の電動機は、数秒以内の停電が生じても運転を継続
し、電源回復（復電）後は直ちに指定された運転状態に
復帰することが要求される場合が多い。なお、この場合
、かかる制御を行な５インバ一タ装置自体も安全に保護
されるように配慮することは勿論である。そこで、従来
は、例えば瞬停時にはインバータの出力周波数を低下さ
１′ せ、電動機の回転エネルギーを利用して発電運転するこ
とによシインバータを動作状態に保ち、復電後は直ちに
再加速する方法（以下、第１の瞬停対策法と呼ぶ。）が
提案されている。

第１図は第１の瞬停対策を施した電流形インバータ制御
方式の従来例を示すブロック図である。

同図において、１は交流電源、２は順変換（整流）部、
３は直流リアクトル、４は逆変換（インバータ）部、５
は誘導機などの交流電動機、６は変流器、７は分流器；
ｓ、ｃ＋ｉｊ：を圧変電器、１０は周波数指令装置、Ｉ
ＩＦｉ加算器、１２．１４および２３はそれぞれ第１．
第２および第３の比較器、１３は電圧調節器、１５は第
１の電流調節器（ＡＣＪ、１６は移相器、１７は電圧／
周波数（Ｖ／Ｆ　）変換器、１８はリングカウンタ、１
９はパルスアンプ、２０は直流電流指令発生器、２１は
停電検出器、２２は信号変換器、２４は第２の電流調節
器（ＡＣＲ）、２５はスイッチである。

すなわち、電動機電流の太きさは、電圧調節器１３の出
力として得られる電流指令−と、電流変成器６によシ検
出される電流１とを第２の比較器１４にて比較し、該比
較出力にもとづき電流調節器１５にて調節演算し、その
結果によシ移相器１６、を介して順変換（整流）部２の
位相制御を行なうことによ多制御される。一方、電動機
周波数は、周波数指令装置１０からランプジェネレータ
１１を介して得られる周波数指令ｆ＊１をＶ／Ｆ変換器
１７、リングカウンタ１８およびパルスアンプ１９を介
して逆変換（インバータ）部４へ与えて、その点弧制御
を行なうことによ多制御される。

以上は通常時の動作であるが、次に停電時、復電時の動
作について説明する。

いま、交流電源１が停電すると、電圧変成器８の２次電
圧が零電圧となるので停電検出器２１にてこれを検出し
７、その検出出力を直流電流指令発生器２０に与える。

該直流電流指令発生器２０は、その人力Ｉｉを初期値と
して時間の経過とともに出力が所定値Ｉ。まで減少する
特性を有する如く構成され、かつその出力■ｏの大きさ
は電動機５の励磁電流Ｉ’Ｍとはｇ等しくなるように設
定されている。

したがって、直流電流指令発生器２０からは、上述の如
き特性をもった直流電流指令値Ｉｄｃ＊が第３比較器２
３の一方の端子に供給される。該第３比較器２３の他方
の端子には、分流器７により検出されるインバータ直流
入力電流Ｉｄｃが与えられるので、該電流Ｉｄｃは指令
値１ｄｃ＊と比較され、その偏差が第２電流調節器２４
に与えられる。調節器２４では、該偏差が零となる如く
調節演算が行なわれ、その結果周波数補正信号ｆ。＊が
出力される。

なお、このとき、停電検出器２１かもの停電検出信号が
スイッチ２５に与えられているので、該スイッチ２５は
閉じられている。したがって、第２電流調節器２４かも
送出される周波数補正信号ｆ。＊は、スイッチ２５およ
び信号変換器２２を介してそのままの状態で、つまシ信
号変換器２２にて信号変換されることなく加算器１１へ
与えられ、周波数指令装置１０かも供給される周波数指
令（設定）値ｆ＊と加算されて周波数補正が行なわれる
。

この場合、第３比較器２３の一方の端子に供給されるイ
ンバータ直流入力電流１ｄｃが、その他方の端子に供給
される指令値Ｉｄｏよシも大ぎい（小さい）場合は、周
波数補正信号ｆ。＊は負（正）の値となって周波数指令
値ｆ＊を減少（増加）させる。このため、加算器１１か
ら送出される周波数指令ｆ＊１は常にインバータ直流入
力電流Ｉｄｃが誘導電動機５の励磁電流■ｏとはｙ等し
くなるように制御される。

この状態で交流電源１が回復すると、電圧変成器８を介
して停電検出器２１に所定の電圧が印加され、その出力
信号が消滅するため、直流電流指令発生器２０はその動
作を停止するとともにスイッチ２５が開かれる。このと
き、停電検出信号の消滅にともなって信号変換器２２の
出力が誘導機５の慣性に対応した変化でゆるやかに減衰
し、消滅する如（構成しておけば、加算器１１からの周
波数指令ｆ　の減衰とともにゆるやかに正常状態におけ
る周波数指令値ｆ＊へと回復する。これによつ−Ｃ，イ
ンバータ部４め周波数は正常値に復帰し、電動機５は停
電前の状態に円滑に復帰する。

すなわち、この方法は停電時には第２の電流調節器２４
によってインバータ直流電流を予め設定された電動機の
無負荷電流相当の電流（１０）となるようにインバータ
の周波数を下げることによシ、電動機の回転エネルギー
を利用して停電時も動作状態に保ち、復電後は直ちに加
速を開始して設定速度まで復帰させ、るものである。し
たがって、電動機が充分な回転、エネルギーを有してい
る限りは非常に有効な方法であるが、例えば水道用ポン
プケ駆動するときのように、負荷が重（回転数の低下が
急速なため停電中に電九機が停止してしまうような場合
には、インバータを一旦遮断し、復電時には転流コンデ
ンサを充電して再起動を行なう必要があるが、この充電
には一般に長時間（数秒程度）を要するという欠点を有
している。

これに対して、瞬停検出接直ちにインバータ運転を停止
させるとともに、転流コンデンサの電荷を保持しておき
、復電時（・では停止したときと同一のサイリスクから
通電を開始して再スタートする方法（以下、第２の瞬停
対策法ともいう。）もある。なお、上記いずれの方法も
本出願人が提案したもので、前者Ｆｉ特開昭５５−１２
７８９６号として公開され、後者は特願昭５６−１８８
４１６号として出願中である。すなわち、第２の瞬停対
策法は、停電時間が比較的長く電動機の残留電圧が消滅
してから復電、再起動するような場合には好適であるが
、停電時間が短く電動機の残留電圧が大きいときに復電
すると、正常に再起動できなくなる場合が生じる。これ
は、再起動時のインバータ出力電流、電圧位相と電動機
の残留電圧位相とが一致しないために引き起こされるも
のであり、これによって転流失敗等が生じるおそれがあ
る。したがって、これを解決するためには、インバータ
と電動機とを同期させて復電時の再起動に備え々げれば
ならず、このため制御回路が複雑になるきいう欠点があ
る。また、インバータの起動する位相によっては転流コ
ンデンサを初期充電しなければならず、したがって再起
動に時間が掛るという欠点もある。

この発明はかかる点に鑑みてなされたもので、停電時間
の長短や電動機の回転速度または残留電圧の有無等にか
かわりなく、復電後短時間に再起動して設定された速度
へ復帰させることができるインバータ制御方式を提供す
ることを目的とする。

その特徴は、停電中であって電動機が回転エネルギーを
持っている期間内には、電流調節器によシ逆変換部の直
流入力電流が所定の値となるように周波数を低下させて
発電運転を行ない、該期間内に復電したときは上記電流
調節器の動作を停止させて除々に正常状態へ復帰させる
一方、停電中に電動機の回転周波数が低下して発電運転
ができないと判断されたときは逆変換部の動作を停止さ
せ、復電時には停止したときと同一のサイリスタから再
起動することによシ、如何なる条件のもとでも短時間か
つ安定に電動機を再起動し５るようにした点にある。

以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。

第２図はこの発明の実施例を示す構成図であシ、第３Ａ
図および第３Ｂ図はそれぞれ瞬停時間が短い場合および
長い場合の第２図の動作を説明するための波形図、第４
Ａ図は第２図における論理演算器の詳細を示すブロック
図、第４Ｂ図は第４Ａ動機速度２周波数特性を、（ロ）
は電動機電流（ＩＭ）を、また（ハ）は停電検出信号を
それぞれ示すものである。

すなわち、第２図において一点鎖線で囲んだ部分は前述
の第１の瞬停対策を行なう部分を示し、第３Ａ図または
第３Ｂ図（イ）に示される時刻ｔ１〜ｉｌｌまたはｔ１
〜ｔ２までの間、すなわち電動機回転数がインバータの
動作限界下限値よシも高い間は、第１図で説明した如く
第２の電流調節器２４によシ周波数指令を減少させて直
流電流一定（Ｉｏ）制御を行ない、したがって、この間
は第２の瞬停対策を行なう論理演算器３０は何らの働き
もしない。

つまシ、停電時間が短くインバータ周波数がその動作限
界値（ｍｉｎよりも大きい場合の動作は第１図に示され
るものと同様である。一方、停電時間が長びいたシ、あ
るいは回転数の低下が早いために停゛電期間中にインバ
ータ周波数が動作限界周波数ｆｍｉｎ以下になる（第３
Ｂ図の時刻ｔｌｌを参照。）と、第２図において新たに
設けられた論理演算器３０が動作し、Ｖ／Ｆ変換器１７
かもリングカウンタ１８への信号の流れを遮断するため
にリングカウンタ１８の動作を停止させる。このため、
インバータは停止し、電動機５による発電運転が停止す
るため、インバー緊直流電流Ｉｄｃは零となる。該直流
電流Ｉｄｏが零になると、第２の電流調節器２４は電流
指令値Ｉｄｃ＊との偏差が太き（なるため、スイッチ２
５および信号変換器２２を通して加算器１１の一方の端
子に負の大きな周波数補正信号ｆ。を送出するので、イ
ンバータ周波数指令ｒ＊＊をさらに下げる方向に作用し
、ついにはｆ″ｈｔ−〇となる。

なお、この状態は第３Ｂ図の時刻ｔｌｌからｔ２の間、
すなわちインバータ周波数が（ｍｉｎ以下になった時点
から復電時まで継続される。その後、時刻ｔ２において
交流電源が回復すると、信号変換器２２は停電検出器２
１から停電検出信号が消滅したことを検知して、前述の
如くその出力を除々に減少させるため、出力周波数指令
ｆ０は逆に零から除々に増加し始める。なお、このとき
インバータ電流は電圧調節器１３、第２比較器１４、第
１電流調節器１５および移相器１６を介して制御される
。

一方、論理演算器３０は、停電検知器２１かも停電検出
信号が消滅したことを知シ、Ｖ／Ｆ変換器１７からの信
号をリングカウンタ１８へ与えるようにする。このだめ
、リングカウンタ１８は動作を開始し、したがって電源
１よυ順変換部２、直流リアクトル３および分流器７を
介して供給されるインバータ電流は逆変換部４にて交流
に変換さＪｔ−ｔ″電動機５へ与えられるので、該電動
機の加速が開始される。

次に、この発明によシ特に設けられた論理演算器の構成
および動作に一ついて、第４Ａ図オ６よび第４Ｂ図を参
照して説明する。

論理演算器３（）は第４Ａ図に示されるように、コンパ
レータ３１、ナントゲート３２およびアンドゲート３３
等陀より構成されている。コンパレータ３１は、インバ
ータ周波数指令ｆ＊＊が最小値ｆｍｉｎ　（電動機の回
転エネルギーを利用してインバータ運転をなし得る最小
周波数）以下になったことを検知して第４Ａ図（ハ）の
如き出力信号Ｓｂを発する。ナントゲート３２は、第４
Ａ図（ロ）の如き停電検出器２１の出力信号Ｓａと、コ
ンパレータ３１の出力信号Ｓｂとを受けて第４Ａ図（ロ
）の如き信号Ｓ。

を出力する。したがって、停電中に出力周波数指令ｆ＊
＊がｆ＊＊〈ｆｍｉｎになることによって、上記信月Ｓ
ａおよびＳｂはともに°１”となり、その結果信号Ｓｏ
は”°Ｏ”となるので、アンドゲート３３は第４Ｂ図け
９で示されるような６倍のインノぐ一夕周波数をもつク
ロックパルス６ｆｌをカットしてリングカウンタ１８の
動作を停止する。このことは、出力信号Ｓｏが零と寿っ
た瞬間、すなわち第３Ｂ図または第４Ｂ図の時刻１１１
の時点でオンしていたサイリスタに対するゲート信号が
そのままり二／グプ功ンタ１８に記憶されるとともに、
インノく一夕の転流コンデンサは時刻ｉｌｌに充電され
ていた極性のま〜で保持されることを意味している。し
たがって、その後、第３Ｂ図または第４Ｂ図に示される
時刻ｔ２にオｄ−・て復電し、停電検出器２１の出力Ｓ
ａがｔＬ　Ｏ＃ｌとなり信号Ｓ０が′１”となってアン
ドゲート３３が開かれたとき、リングカウンタ１８は先
の時刻ｉｌｌで停止したときと同じ位置から動作を開始
することになる。すなわち、インノマータの各サイリス
タは時刻ｉｌｌの直前にオンとなっていたものと同じも
のが先ずオンすることとなり、転流コンデンヅーはこれ
らのサイリスタをオンさせる方向に充電されたま〜と々
っているため、復電後の再起動時にも初期充電する必要
がなく、したがって復電と略同時（時刻ｔ２）に再起動
が可能となる。なお、この発明においては、停電期間中
において電動機速度が充分低くなシ回転エネルギーが殆
んどなくなる迄、第１の瞬停対策によりインバータ（は
運転を続け、インバータ周波数がｆ＋ｎｉｎ以下（例え
ば５％周波数）になるとインバータの運転を停止するも
のであるから、インバータ連続運転中に復電した場合は
直ちに加速に移ることができるばかりでなく、インバー
タを一日一停止させろのけ電動機の回転数が極めて低く
なった場合であり、この場合は電動機の残留電圧も殆ん
ど零と々るため、復電、後のインバータ再起ｆ＋ｔ＋に
鱈たり、インバータの出力位オ目と残留電圧位相とを合
わせろ必要が々く、再起１１Ｊが短時間のうちに円滑に
行なわれる。つ−！υ、２つの瞬停対策を有機的に結合
すみことにより瞬停時間の長短、回転数の低下の度合等
のあらゆる条件にかかわらず短時間で最適な再起動を可
能にするものである。なお、この発明は種々の実験、検
討を重ねてその有効性が確認されていることを付言して
お（。

第５図はこの発明の他の実施例を示す構成図である。

同図において、２６は変流器、２７は磁気感応素子、２
８は磁束演算器、２９は磁束設定器、２４は磁束調節器
である。すなわち、この実施例は電圧変成器９および変
流器２６を介して得られる電圧、電流値から磁束演算器
２８による演算によって、または磁気感応素子２７によ
って直接電動機磁束を検出し、該磁束検出値を設定器２
９にて設！ 定される目標値に一致させるよう磁束調節器２４によυ
調節して、インバータの周波数を制御するものである。

なお、磁束調節器２４は第２図における第２の調節器２
４と同様に、停電時にのみ動作するものである。

以上のように、この発明によれば停電時間の長短、回転
数の大小または残留電圧の有無等にかかわりなく如何な
る条件のもとでも復電後には電動機を短時間かつ円滑に
再起動し、所望の速度に復帰させることができる。

なお、この発明は電流形インバータにより電動機を駆動
する装置のうち、特に速度検出器を持たないものに使用
して好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の瞬停対策を施した電流形インバータ制御
方式の従来例を示す構成図、第２図はこの発明の実施例
を示す構成図、第３Ａ図および第３Ｂ図はそれぞれ瞬停
時間が短い場合および長い場合の第２図の動作を説明す
るだめの波形図、第４Ａ図は論理演算器の詳細を示す構
成図、第４Ｂ図はその動作を説明するための各部波形図
、第５図はこの発明の他の実施例を示す構成図である。 符号説明 １・・・・・・電源、２・・・・・・順変換部、３・・
・・・・直流リアクトル、４・・・・・・逆変換部、５
・・・・・・電動機（誘導機）、６．２６・・・・・・
変流器、７・・・・・・分流器、８，９・・・・・・電
圧変成器、１０・・・・・・周波数指令装置、１１・・
・・・・加算器、１２，１４．２３・・・・・・比較器
、１３・・・・・・電圧調節器（ＡＶＲ）、１５．２４
・・・・・・電流調節器、１６・・・・・・移相器、１
７・・・・・・電圧／周波数（■／Ｆ）変換器、１８・
・・・・・リングカウンタ、１９・・・・・・パルスア
ンプ、２０・・・・・・直流電流指令発生器、２１・・
・・・・停電検出器、２２・・・・・・信号変換器、２
４・・・・・・磁束調節器、２５・・・・・・スイッチ
、２７・・・・・・磁気感応素子、２８・・・・・・磁
束演算器、２９・・・・・・磁束設定器、３０・・・・
・・論理演算器、３１・・・・・・コンパレータ、３２
・・・・・・ナントゲート、３３・・・・・・アンドゲ
ート 代理人　弁理士　並　木　昭　夫 代理人　弁理士　松　崎　　　　消 ５０９ 第３Ａ図 ＃３Ｂ図 （昌）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（Ｕ）
絡４へ図 スｎ 第４５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 少なくとも逆変換部を備え交流電源によシ給電されて電
   動機を可変速駆動するインバータの出力周波数を制御す
   べ（前記逆変換部の点弧制御を行なう周波数制御手段と
   、交流電源の瞬断を検出したとき前記電動機の回転エネ
   ルギーを利用して発電運転を行なうために前記逆変換部
   の直流入力電流を一定にすべく該周波数制御手段に与え
   る周波数指令値を補正する周波数補正手段とを備え、電
   源瞬断時にもインバータを連続運転しうるようにしたイ
   ンバータの制御方式において、電源瞬断時に前記周波数
   指令値が所定値以下に下がったことを検出して前記逆変
   換部の点弧制御を停止させるとともに電源が回復したと
   きは該停止したときと同じ条件で逆変換部の点弧制御を
   開始する論理手段を設けることによシ、電源瞬断時間ま
   だは電動機周波数の如何にかかわらず電動機の再起動を
   短時間に円滑に行なうようにしたことを特許とするイン
   バータの制御方式。