JPS6377398A - 誘導電動機の過負荷制御装置 - 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、誘導電動機の制御装置、特に過負荷制限をは
かってなる過負荷制御装置に関する６〔従来の技術〕 従来例には、特開昭６０−６６６９２号がある。この従
来例は、誘導電動機の相電流が許容レベルを越えた時に
インバータの出力周波数を下げることとしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来例は、出力周波数の制御について述べているが
、インバータの出力電圧の制御については配慮されてい
ない。特に、電動機の相電流が増加（過負荷）した時、
出力周波数のみを下げているため、過電流が流れ相電流
の抑制を行うことができないとの問題がある６ 本発明の目的は、電動機の過負荷制限を行い。

インバータがトリップすることなく運転を継続できるよ
うにした誘導電動機の過負荷制御装置を提供することに
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、誘導電動機の相電流より有効分に比例した成
分を検出する検出手段と、カ行時に該検出値が所定値を
越えた場合に電動機が過負荷であると判断してインバー
タの出力周波数及び出力電圧を所定の時定数で暫減させ
る手段と、を備えた。

〔作用〕

電動機の相電流より特定の位相をサンプリングする。

この検出値（サンプリング値）が有効成分である。

この有効成分は電動機の負荷に比例するから、電動機の
過負荷状態をこの検出値で判断する事ができる。つまり
、この検出値があらかじめ決めら九た許容値以ととなっ
た場合、電動機が過負荷状態であると判断し、インバー
タの出力周波数、出力電圧を所定の時定数で暫減する事
により電動機の電流を抑制し、電動機の過負荷を制限で
きる。

一方、上記暫減中に電動機の負荷が軽くなり。

上記許容値以下となれば暫減を中止しあらかじめ選定さ
れたソフトスタートの時間で所定の速度まで加速を始め
るように動作する。それによって、電動機は過負荷状態
にならないので、インバータの信頼性を向上でき過負荷
によってトリップする事がなくなる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する６１は
三相の交流を直流に変換する順変換器。

３は直流を平滑化するコンデンサ、２は平滑化された直
流を任意の電圧・周波数の交流に変換する逆変換器であ
る。つまり全体で電圧形インバータを構成している。５
は、交流機である誘導電動機である。４は、前記電動機
の相電流を検出する電流検出器、６は前記逆変換器中の
主スイツチング素子を駆動するゲート回路で、７は制御
回路部である。９は電流検出回路で、前記の２個の電流
検出器４の２相交流信号（仮りにｘｕｌ　ｘｗ）より他
の相ｉｙ　（ｉｖ＝−（ｉｕ＋ｉｗ））　を作り、各々
の信号の絶対値工。ｔ　ＩＶ＋　ｘｗを発生する回路で
ある。

１０は制御をつかさどるマイコンである。１１はサンプ
ル・ホールド回路で、前記電流検出回路９の各々の絶対
恒量カニ。ｖ　ＩＶ＋　工ｗをマイコンより出力される
サンプル信号Ｓｕ＝　Ｓｖ、Ｓｖに従いホールドする。

このホールド値が前記記載の有効成分であり、１２は有
効分電流検出回路である。１３は比較器で、１６は前記
記載の過負荷の許容値の設定器である６１７はインバー
タの出力周波数の設定器で、１５は前記設定器の設定値
に対しあらかじめ設定された時間のランプ関数を発生す
るソフトスタート・ストップ回路である。又、１４は発
振器で前記１５の出力に比例したパルス列を発生する。

この発振器の出力信号すはインバータの出力周波数を決
定し、前記ソフトスタート・回路の出力信号ａはインバ
ータの出力電圧を決定する各信号である。

次に第２図により電動機の相電流の特定の位相時点をサ
ンプリングする事により、電流の有効成分が検出できる
事についてその原理を説明する。

ｅｌＩは、電動機の相電圧でありｉ　ｕは相電流である
。

本図において、芦は力率角である。一方、１ｕ（Ｒ）は
相電流ｉｕの有効成分であり、１ｕ（Ｉ）はその無効成
分であるに こで、電動機の相電流ｉｕは下式で与えられる。

ｉ　ｕ＝　ｉ　ｐｓｉｎ（ｗｔ−ｐ　）＝　ｉ　、（Ｒ
）ｓｉｎｗｔ＋　ｊ　ｉ　ｕ（Ｉ）ｓｉｎ（ｗｔ−９０
°）−（１）但し、ｔａｎＰ＝ｉｕ（Ｉ）／ｉｕＯ＋）
、ｅｕ三ｅ　ｐｓｉｎｗｔすなわち、電動機の相電流ｉ
ｕの有効成分１ｕ（Ｒ）は相電圧ｅｕと同相であり、無
効成分１ｕ（Ｉ）はそれに対し９０°遅れている。この
関係は、無負荷。

有負荷時を問わず常に成立している。無負荷時はｘ　ｕ
　（Ｒ）　＃　ＯであるからＰ舛９ｏ°、有負荷時は所
定のＩｕ（Ｒ）となり前式で決定される１ｕ（Ｒ）と、
１ｕ（Ｉ）の比で力率角が定まる。つまり、第２図にお
いてＵ相和電圧ｅｕを基準に９０°、２７０°の点のＵ
相和電流ｉ。をサンプリングすればそれはすなわちＵ相
の有効電流成分ｉｔ＋（Ｒ）の士のピーク値である。

以上の点に鑑みＵ相の相電圧ｅｕを基準として、各相電
流１ｕ＋　ｌＶ＋　ＩＷより各々の相の有効電流成分１
ｕ（Ｒ）、　１ｖ（Ｒ）＝　１ｖ（Ｒ）を下記位相点で
サンプリングできる事は三相交流（各々の位相差が１２
０’）より明らかである。

以上の説明はＵ相の相電圧ｅｕを基準として原理を説明
したが、この基準は相電圧ｅｖでもｅｗでもｅｕｙ　ｅ
Ｖ＋　ｅＶの各々にしても各相電流のサンプリング位相
点を誤らなければ前記方法と同一の結果が得られる。又
、基準となる相電圧ｅｕについては第１図においてマイ
コン１０が周波数と電圧の設定値に従いＰＷＭ波形を演
算している為、マイコンは変調波である相電圧ｅｕを管
理している訳であるから既知である。

本方式は非同期、同期方式のいかんを問わない。

以上説明した通り、相電圧を基準に特定の各位相での相
電流を各々サンプリングすれば有効電流成分、すなわち
負荷に比例した信号を取り出す事ができる。

本方式の大きな特徴は、無効電流（一般に励磁電流）成
分を検出しない為、無負荷時は有効分ｉ、（Ｒ）＃Ｏに
なり電動機のポール数、容量の相違等のファクターの影
響を受けないから汎用性に富んでいると言える。又、正
確に有効分を検出できる為、電動機が過励磁状態（ｉｕ
（Ｒ）’＃Ｏ）か過負荷状態（ｉｕ（Ｒ）≠Ｏ）かを判
断できる為誤った制御を行なわない。

次に、この有効電流（負荷に比例した）成分を用いて過
負荷制限が可能である原理について第３図より説明する
。

第３図（ａ）は電動機の速度−トルク特性を示す概念図
である。ここでＴＬは負荷トルクであり、ｒＴはインバ
ータにあらかじめ設定されている過電流レベル＋ｎｒは
電動機の実速度である。無負荷時電動機はＡ点で平衡状
態にあったとする。ここで電動機に負荷トルクＴＬが印
加されると、電動機はＡ点から８０点へ移行しＢ。点で
平衡状態になる。更に負荷トルクＴＬが増加し、８１点
から８０点へ移行すると、電動機電流が増加し前記イン
バータの過電流レベルＩＴに達する為、インバータはそ
の保護機能上過電流トリップし出力遮断となり電動機は
フリーラン状態になる。この光がＡＣＲ（自動電流調整
器）系を一般に持たない汎用インバータの最大の欠点で
あった。ここでＡＣＲとはベクトル制御に使用され、鉄
鋼、サーボ系。

クレーンの各分野で使用されている。具体的には、イン
バータの出力側のＩＭへの一次電流を電流検出器で検出
し、ベクトル演算してインバータ制御を行う。しかし、
ベクトル制御を行った電動機制御は、高価であるため、
未だその使用は制限されている。

第３図（ｂ）が、この点を補う本発明の原理図である。

無負荷時の動作点Ａから負荷トルクＴＬが増加し、ＴＬ
□になったとすると動作点はＢｏとなる。更に負荷が増
加し、前記有効電流成分検出値があらかしめ設定された
許容値を越える（Ｂ点）と、インバータは電動機が過負
荷状態であると判断し、その出力周波数と出力電圧を覆
滅し始める。

この時過負荷点Ｂは覆滅後の周波数である０点へ移行す
るが負荷トルクがＴ　Ｌ　ａであるから次の動作点りに
移行する。この点で再びインバータは電動機が過負荷状
態であると判断し、再び周波数と電圧を覆滅し、電動機
はＤ点から次の周波数のＥ点へ移行し、再びＥ点で覆滅
がかかる。

以上の事を繰り返し過負荷が続く限り、点Ｂ→Ｃ−）Ｄ
→Ｅ→Ｆ→Ｇ→Ｈ→工→Ｊ→にと限りなく零速度に向か
っていく。

しかし覆滅過程で過負荷が解除され続ければ電動機はあ
らかじめ選定されたソフトスタートの時間に従い、所定
の速度（その負荷にみあった平衡点）まで増速する。

以上のように本発明による覆滅を実施すれば電動機の過
負荷を制限でき、インバータの過電流レベルＩＴに達す
る事がないので同図（ａ）のようにインバータが過電流
トリップする事はない。

ここで、同図（ｂ）は原理をわかりやすくする為拡大し
て書いた過負荷制限時の速度−トルク特性である。

次に本発明の過負荷制限回路の一実施例を第４図により
説明する。

第４図は、電流検出回路９．マイコン１０９発振器１４
をブロック図で表現し、それ以外の回路は、具体的な回
路素子によ・って構成した実施例図である。

サンプル・ホールド回路１１は３個の個別スイッチを持
つサンプルスイッチＳＷＩ、このスイッチＳＷＩの出力
に設けた２つの抵抗Ｒ８，Ｒ９、サンプルホールドコン
デンサＣ２より成る。スイッチＳＷ、１は、マイコン１
０で求めたサンプルリング信号Ｓｕｐ　ＳＶ＋　Ｓｖの
タイミングで、オンし、その時の電流検出回路９の検出
各相電流工。＋　ＩＶ＋Ｉｗをサンプルする。この各相
電流は、負荷の大きさに比例し７た電流値である。即ち
、（３）式で示したように１．ば９０’、　２７０°＋
　ＩＶは３０°、２１０°ｔＩＶは１５００．３３０°
の各位相での電流値である。

有効分電流検出器１２は、オペアンプＯＰＩより成り、
コンデンサＣ２のサンプル値を取込み出力する。

設定器１６は、第３図に示した過負荷制限値ＴＬ。

を設定する、 比較器１３は、抵抗ＲＩＯ，Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，
Ｒ１４、Ｒ１８，Ｒ１９，Ｒ２０、オペアンプ○Ｐ２．
ＯＰ３、ＯＦ２、ダイオードＤ５、可変抵抗器ＶＲ３よ
り成る。オペアンプ○Ｐ２の負極側には有効分電流検出
器１２の出力と、設定器１６のオペアンプ○Ｐ３を介し
ての設定値と、及びカ行・回生のモード判別回路１５Ａ
のオペアンプＯＰ５を介しての判定出力との３つを印加
させている。この構成によってオペアンプＯＰＩの出力
が有効分検出値であり、この検出値が電動機の過負荷制
限値ＴＬ２（設定値１６で設定した値）より小さい場合
は、オペアンプＯＰ２の出力は■電位となる。この結果
、ダイオードＤ５はオフを維持し、ソフトスタート・ス
トップ回路１５には何らの影響も与えない。

一方、オペアンプＯＰＩの有効分検出値が過負荷制限値
ＴＬｌ＋以上となり、且つ前記カ行・回生判別回路１５
ＡのダイオードＤ４が零電位（電動機が一定速か又は力
行モードの時）の場合、オペアンプ○Ｐ２の出力はｅ電
位となり、前記ソフトスタート・ストップ回路１５に影
響を与える。この影響の仕方はソフトスタート・ストッ
プ回路１５の中で説明する。

ソノＩ−スターｌ−・ストップ回路１５は、カ行・回生
判別回路１５Ａの他に、抵抗Ｒｊ−〜Ｒ７、Ｒ２２〜Ｒ
，２４、、オペアンプＯＰ６．ＯＰ７．ＯＰ８、可変抵
抗器ＶＲＬ、ＶＲ２，コンデンサＣ１、ツェナーダイオ
ードＺ　Ｄ　ｌ、ダイオードＤｉ、Ｄ２より成５ｏダイ
オードＤ１が加速時、ダイオードＤ２が減速時に作用す
る。

カ行・回生判別回路１．５Ａは、抵抗Ｒ１５，Ｒ１６゜
王り１７、オペアンプＯＰ４、ダイオードＤ３．Ｄ４Ｊ
、り成る。

カ行・回生判別回路】５Ａは、オペアンプ○Ｐ６り出力
を受けて、電１！ｌ１機が回生かカ行から判別をｊ’ｉ
う。回生時には、オペアンプＯＰ２の出力には影でかを
与えず、カ行又は−・定速の場合には、オペアンプＯＰ
２の出力に影響を与えつるように働く。

即ち、カネ）又は−・定速の場合、負荷制限値Ｔ　Ｌ　
２以上の条件のもどで、ダイオードＤ５をオンにする。

カ行・回生判別回路１５Ａを除くソフトスタート・スト
ップ回路１５の動作は、第６図の様に働く。即ち、設定
器１７の設定値（ｆ設定値のこと）Ｖｒと出力ａとの間
で図のような関係にしておく。Ｖｆの急激な変化に対し
て、出力ａはおだやかな変化をしていることがわかる。

出力を増加させるときの変化率の調整はＶＲＩで行い、
出力を減少させるときの変化率の調整はＶＲ２で行う。

さて、比較器１３の出力の影響を受けないときのソフト
スタート・ストップ回路１５は、積分コンデンサＣ１に
設定器１７の設定値に応じた値を積分しながら蓄積する
。この出力であるオペアンプＯＰ７の出力は、オペアン
プＯＰ８を介して出力ａとなる。

一方、比較器１３の出力によりダイオードＤ５がオンに
なると、ソフトスタート・ストップ回路１５は影響を受
ける。即ち、ダイオードＤ５のオンにより、コンデンサ
Ｃ１の充電値は、Ｄ５を通じて放電し始める。

オペアンプＯＰ７の出力は、オペアンプ○Ｐ８で反転さ
れ、この出力ａはインバータの出力周波数、出力電圧を
決定する値となる。然るに、コンデンサＣ１の電荷がダ
イオードＤ５を通じて覆滅するため、出力ａの値も覆滅
する。この結果、第３図に示したように電動機の過負荷
制限を行うことができる。

尚、過負荷時の覆滅時間は、ＶＨ２で調整する。

ＶＨ２の値を大きくすれば、時定数が大となり。

ＶＨ２の値を小さくすれば、時定数が小となる。

以上の実施例によれば、電動機が一定速か、あるいはカ
行モード時において、電動機の過負荷制限を行うことが
できた。

尚、ＶＨ２により可調できる覆滅時間がソフトスタート
・ストップ回路１５の加速時間（ＶＲＩで調整可能）よ
りも長い場合には、覆滅がかからないというそ問題が発
生する。即ち、ソフトスターＩ〜・ストップ回路１５の
負帰還抵抗Ｒ６の働きにより、覆滅時○Ｐ６の出力は、
■電位となり、ＶＲｌを通してコンデンサＣ１を充電し
ようとする時定数の方が、過負荷による覆滅時のＶＨ２
を通してコンデンサＣ１の電荷を放電しようとする時定
数よりも速いため、ＯＦ２の出力は変化しないことにな
る。

この問題点は、ソフトスタート・ストップ回路１５の加
速時間が長いと問題にはなり得ない。極端に短い場合に
は問題になることがある。

この対策の実施例を第５図に示す。第４図と異なる点は
、ＯＦ２の出力端とＲ４との間にスイッチＳＷ２を設け
たこと、このスイッチＳＷ２のＯＮ、ＯＦＦ制御用の制
御回路２０を設けたこと、にある。

制御回路２０は、抵抗Ｒ２５，Ｒ２６，Ｒ２７，Ｒ２８
、オペアンプＯＰ９、インバータＩＣより成る。抵抗Ｒ
２５とオペアンプＯＰ２の出力端とは接続され。

この制御回路２０へは、オペアンプＯＰ２の出力端の信
号を入力させる。

かかる構成によれば、覆滅時（ＯＦ２の出力がｅ電位）
の場合、アナログスイッチＳＷ２を切離す。これにより
ＶＲＩによるコンデンサＣ１への充電をカットさせる。

本実施によれば、ソフトスタート・ストップ回路の加速
時間の影響を受けないため、スムーズな覆滅が達成でき
、電動機の過負荷制限を実行できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、電動機の電流を抑制する事ができる為
、電動機の過負荷制限が可能となる。この為、電動機を
駆動する電源であるところのインバータを過負荷時の過
電流から保護でき、過電流によるインバータのトリップ
を抑制できるのでヘビーデユーティな仕様にも耐えられ
インバータの信頼性を向上する事ができるという効果が
ある。

又、前述したように電動機の相違等による無効電流の影
響を受けない為汎用性にも富んでいる。更に、電動機が
過励磁状態なのか、過負荷状態なのかを正確に判断でき
、誤った制御を行なわないという大きな利点を兼ね備え
ている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例図、第２図は有効成分の検出の
説明図、第３図（ａ）、　（ｂ）は本発明の動作説明図
、第４図は本発明の具体的な回路例図、第５図は本発明
の他の具体的な回路例図、第６図はソフトスタート・ス
トップ回路の動作波形図である。 ２・・・電圧形インバータ、９・・・電流検出回路、１
゜・・・マイコン、１１・・・サンプル・ホールド回路
、１２・・・有効分電流検出器、１５・・・ソフトスタ
ート・ストップ回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、電圧形インバータと、該インバータの出力によって
   駆動される誘導電動機と、該誘導電動機にインバータか
   ら供給される相電流を検出し、この検出相電流から有効
   分に比例した成分を検出する検出手段と、上記誘導電動
   機が、カ行か回生かのいずれの動作モードにあるかを判
   別する判別手段と、該判別手段によってカ行検出時、上
   記検出有効成分が予じめ定めた制限値を越えた場合、上
   記インバータの出力周波数と出力電圧とを所定の時定数
   で暫減する手段と、より成る誘導電動機の過負荷制御装
   置。