(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変速駆動装置で実施され、停電時に電気モータ（Ｍ）の減速を制御する制御方法であって、前記可変速駆動装置は、特に、電圧が印加されるＤＣ電源バス（１５）を備え、前記ＤＣ電源バス（１５）はインバータ・モジュール（２０）に接続され、前記インバータ・モジュール（２０）は、前記電気モータ（Ｍ）に接続され、且つ、前記電気モータ（Ｍ）に印加されるべき制御電圧が磁束基準（φｒｅｆ）と速度基準（ωｒｅｆ）とに基づいて決定される制御則に従って制御される、制御方法において、
停電中に、前記可変速駆動装置の前記ＤＣ電源バスの電圧（Ｖｂｕｓ）が基準値（Ｖｂｕｓ＿ｒｅｆ）に調整されるように、前記電気モータ（Ｍ）と前記可変速駆動装置とに印加されるべきジュール効果損失を決定するステップと、
前記電気モータ（Ｍ）と前記可変速駆動装置とに印加されるべき前記ジュール効果損失の関数として、前記磁束基準（φｒｅｆ）を決定するステップと、
を含み、
前記基準値（Ｖｂｕｓ＿ｒｅｆ）は、停電中に前記電気モータ（Ｍ）に適用されるべき減速プロファイルの傾斜部分に従うために必要とされる有効エネルギーに相当することを特徴とする制御方法。
【請求項２】
前記ジュール効果損失は、前記電圧（Ｖｂｕｓ）と前記基準値（Ｖｂｕｓ＿ｒｅｆ）との比較を実施する比較ステップによって決定され、
前記比較ステップ中に実施される前記比較に従って実行され、前記電気モータ（Ｍ）に加えられるトルクの制限を有効化または無効化するステップを含むことを特徴とする、請求項１に記載の制御方法。
【請求項３】
停電時に電気モータ（Ｍ）の減速を制御するように意図された可変速駆動装置であって、特に、電圧（Ｖｂｕｓ）が印加されるＤＣ電源バス（１５）を備え、前記ＤＣ電源バス（１５）はインバータ・モジュール（２０）に接続され、前記インバータ・モジュール（２０）は、前記電気モータ（Ｍ）に接続され、且つ、前記電気モータ（Ｍ）に印加されるべき制御電圧が磁束基準（φｒｅｆ）と速度基準（ωｒｅｆ）とに基づいて決定される制御則に従って制御される、可変速駆動装置において、
停電中に、前記可変速駆動装置の前記ＤＣ電源バスの電圧（Ｖｂｕｓ）が基準値（Ｖｂｕｓ＿ｒｅｆ）に調整されるように、前記電気モータ（Ｍ）と前記可変速駆動装置とに印加されるべきジュール効果損失を決定する手段と、
前記電気モータ（Ｍ）と前記可変速駆動装置とに印加されるべき前記ジュール効果損失の関数として、前記磁束基準（φｒｅｆ）を決定する手段と、
を備え、
前記基準値（Ｖｂｕｓ＿ｒｅｆ）は、停電中に前記電気モータ（Ｍ）に適用されるべき前記減速プロファイルの傾斜部分に従うために必要とされる有効エネルギーに相当することを特徴とする、可変速駆動装置。
【請求項４】
前記電気モータ（Ｍ）に印加されるべき前記ジュール効果損失をそこから推定する目的で、前記電圧（Ｖｂｕｓ）と前記基準値（Ｖｂｕｓ＿ｒｅｆ）とを比較する比較手段と、
前記比較手段によって実施される前記比較に従って実行され、前記電気モータ（Ｍ）に印加されるトルクの制限を有効化または無効化する手段と、を備えることを特徴とする、請求項３に記載の可変速駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変速駆動装置で実施され、停電時に電気モータの減速を制御する制御方法に関する。本発明はまた、前記制御方法を実施することが可能な制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
米国特許第４，６７８，９８０号は、可変速駆動装置で使用される、停電が生じたときに電気モータの減速を管理する手順を記載している。この手順は、停電が検出されると、可変速駆動装置内に記憶されている定められた減速プロファイルに従う目的で、特定の周波数プロファイルを選択することにあり、この特定の周波数プロファイルは、通常の動作中に使用される周波数プロファイルとは異なる。この文献では、減速プロファイルは可変速駆動装置内に予め記憶され、したがって電気モータが使用される用途に常に適切に適合されているとは限らない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、電気モータを使用している機械の構造（mechanics）によって許容される限り迅速に電気モータを停止させることが可能なように、減速ランプをその用途に適合させることが可能な制御手順を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的は、可変速駆動装置で実施され、停電時に電気モータの減速を制御する制御方法によって達成される。可変速駆動装置は、特に、電圧が印加されるＤＣ電源バスを備え、前記ＤＣ電源バスはインバータ・モジュールに接続され、前記インバータ・モジュールは、電気モータに接続され、且つ、電気モータに印加されるべき制御電圧が磁束基準と速度基準とに基づいて決定される制御則に従って制御される。この方法は、
−  停電中に電気モータに適用されるべき減速ランプに従って、電気モータと可変速駆動装置とに印加されるべきジュール効果損失（Joule-effect losses）を決定するステップと、
−  電気モータと可変速駆動装置とに印加されるべき前記ジュール効果損失に応じて、磁束基準を決定するステップと、
を含む。
【０００５】
特定の特徴によれば、ジュール効果損失は、可変速駆動装置のＤＣ電源バスで測定される電圧と、基準値との比較を実施する比較ステップによって決定される。
【０００６】
別の特定の特徴によれば、基準値は、電気モータの減速ランプに従うために必要とされる有効エネルギー（available energy）に相当する。
【０００７】
別の特定の特徴によれば、この方法は、比較ステップ中に実施される比較に従って実行され、電気モータに加えられるトルクの制限を有効化（activate）または無効化（deactivate）するステップを含む。
【０００８】
本発明はまた、停電時に電気モータの減速を制御するように意図された可変速駆動装置に関し、前記可変速駆動装置は、特に、電圧が印加されるＤＣ電源バスを備え、前記ＤＣ電源バスはインバータ・モジュールに接続され、前記インバータ・モジュールは、電気モータに接続され、且つ、電気モータに印加されるべき制御電圧が磁束基準と速度基準とに基づいて決定される制御則に従って制御される。この可変速駆動装置は、
−  停電中に電気モータに適用されるべき減速ランプに従って、電気モータと可変速駆動装置とに印加されるべきジュール効果損失を決定する手段と、
−  電気モータと可変速駆動装置とに印加されるべき前記ジュール効果損失に応じて、磁束基準を決定する手段と、
を備える。
【０００９】
特定の特徴によれば、可変速駆動装置は、電気モータに印加されるべきジュール効果損失をそこから推定する目的で、可変速駆動装置のＤＣ電源バスで測定される電圧と、基準値との間で比較する比較手段を備える。
【００１０】
別の特定の特徴によれば、基準値は、電気モータの減速ランプに従うために必要とされる有効エネルギーに相当する。
【００１１】
別の特定の特徴によれば、可変速駆動装置は、比較ステップ中に実施される比較に従って実行され、電気モータに印加されるトルクの制限を有効化または無効化する手段を備える。
【００１２】
他の特徴および利点が、添付の図面に関して行われる以下の詳細な説明にて明白となるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の制御方法を実施する可変速駆動装置で使用される制御方式を表す図である。
【図２】本発明の制御方法を適用時の電気モータの減速を例示する時間図（timecharts）である。
【図３】従来技術で既知の標準の手順を適用時の電気モータの減速を例示する時間図である。
【図４】電気モータに接続された可変速駆動装置を概略的に表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、停電が検出されたときに可変速駆動装置で実施される制御方法に関する。
【００１５】
図４に表されるように、電気モータＭを制御するように意図された可変速駆動装置が、上流では、いくつかの入力相（input phases）を介して電気回路網Ｒに接続され、下流では、いくつかの出力相（output phases）を介して電気モータＭに接続されている。この可変速駆動装置は、
−  入力において、通例のダイオード・ブリッジとして構成され、電気回路網Ｒによって供給されたＡＣ電圧を整流するように意図された整流器モジュール１０と、
−  整流器モジュールによって整流された電圧が印加されるＤＣ電源バス１５であって、そのバスの電圧を一定値で維持することを可能とするバス・コンデンサＣｂｕｓが取り付けられたＤＣ電源バス１５と、
−  出力において、ＤＣ電源バスの電圧Ｖｂｕｓを、電気モータに印加されるべき可変電圧に変換するように意図されたインバータ・モジュール２０と、
を備える。インバータ・モジュールは、いくつかのパワー・トランジスタがそれぞれに取り付けられたいくつかのスイッチング・アームを備え、これらのパワー・トランジスタはそれぞれ、電気モータＭに可変電圧を印加するように開または閉となるように制御される。
【００１６】
既知の対応で、パワー・トランジスタは、電気モータに印加されるべき制御電圧が、速度基準ωｒｅｆ（周波数基準とも表される）と、磁束基準φｒｅｆとに応じて決定される定められた制御則を実行する制御ユニットによって制御される（図１）。この制御則はまた、ＤＣ電源バスの電圧Ｖｂｕｓに応じて、モータＭに印加されるトルクを制限することを可能とする制御ブロックｂ１を組み込むことができる。ＤＣ電源バスの電圧Ｖｂｕｓが基準値Ｖｂｕｓ＿ｒｅｆを下回ると、インバータ・モジュール２０は、トルク制限の点から、ＤＣ電源バスの電圧Ｖｂｕｓを調整するように制御される。
【００１７】
本発明の原理は、停電時、すなわち動作電圧が定められたしきい値を下回ったことを可変速駆動装置が検出したときに、この制御則を電気モータＭの減速ランプの管理に適合させることである。動作電圧は、入力相で測定される電圧、またはＤＣ電源バスの電圧でよい。
【００１８】
本発明によれば、この制御則は、電気モータと可変速駆動装置とが受けるジュール効果損失（以下では損失と表される）に関する制御ブロックｂ２を組み込む。したがって本発明の制御方法は、ＤＣ電源バスの電圧Ｖｂｕｓを、電気モータＭの減速ランプに合うように適合された基準値Ｖｂｕｓ＿ｒｅｆに調整する目的で、停電後、可変速駆動装置で有効なエネルギーを最適化するように損失を管理することにある。損失を管理するために、本発明の制御方法は、磁束基準φｒｅｆを変更することにある。
【００１９】
図１に表される特定の制御ブロックは、従来技術で良く知られているので、本特許出願では説明されない。
【００２０】
電気モータＭの減速時間の管理、したがって電気モータＭの損失に関する減速ランプの管理が、実証によって以下で説明される。
【００２１】
誘導モータを制御する可変速駆動装置のＤＣ電源バスの電圧Ｖｂｕｓのレベルまで蓄積されたエネルギーは、以下の関係によって記載され得る。
【数１】
0005547246.tif 000002
式中、
−  ＥＢｕｓは、ＤＣ電源バスで蓄積されたエネルギー
【数２】
0005547246.tif 000003
に相当し、この式はＤＣ電源バスの電圧ＶＢｕｓと、バス・コンデンサＣＢｕｓの容量とを考慮してあり、
−  ＥＭｅｃａは、電気モータによって生成された機械的エネルギー
【数３】
0005547246.tif 000004
に相当し、この式は電気モータの機械的速度
【数４】
0005547246.tif 000005
（電気的基準フレーム内の速度と極対数ｎｐとの比率）と、それの慣性Ｊとに従っており、
−  ＥＥｌｅｃは、電気モータによって蓄積された電気的エネルギーに相当し、
−  ＰＶａｒは、可変速駆動装置が受けるジュール効果損失に相当し、
−  ＰＭｅｃａは、機械的負荷または摩擦効果のため、モータが受ける機械的損失に相当し、
−  ＰＭｏｔは、電気的効果のため、モータが受けるジュール効果損失に相当する。
【００２２】
次に、慣性が高く、且つ、負荷が切断された動作モードを有する用途では、
ＥＭｅｃａ＞＞ＥＢｕｓ、ＥＥｌｅｃ、および
ＰＭｅｃａ≒０
となる。
【００２３】
停電が生じた場合、可変速駆動装置に電力供給するために、可変速駆動装置（ＥＢｕｓ）内で十分なエネルギーを保存する必要がある。したがってバス・コンデンサＣｂｕｓ内のエネルギー（この場合、このエネルギーは、もはや電気回路網によって供給されない）を、電気モータの減速を制御するのに十分な値に調整する必要がある。
【００２４】
システムの「低減された」力学を考慮に入れる、すなわち
【数５】
0005547246.tif 000006
ここで
【数６】
0005547246.tif 000007
とすると、以下が得られる。
【数７】
0005547246.tif 000008
一方、ＥＢｕｓ≒定数とすると、その場合関係（２）は以下になる。
【数８】
0005547246.tif 000009
式中、
−  ＣＭｏｔは、モータによって印加されるトルクを表し、
【数９】
0005547246.tif 000010
に等しい。 
−  Ｊは、モータの慣性を表し、
−  ωは、電気的基準フレーム内で表現される電気モータの速度を表し、
−  ｎｐは、極対数を表す。
【００２５】
（３）から、公称損失では、減速時間ｔｄｅｃは、可変速駆動装置／電気モータ・システムによって固定され、且つ、特定の要求に対処するように変更され得ないという結果になる。以下が得られる。
【数１０】
0005547246.tif 000011
【００２６】
式中、ｔｄｅｃは、電気モータＭの減速時間に相当する。したがって、電気モータＭの減速時間を増大させるには、損失を低減させることが求められ、また、電気モータの減速時間を低減させるには、損失を増大させることが必要となる。
【００２７】
先に説明されたように、損失を管理するには、制御則において適用される磁束基準に働きかける必要がある。このことは、以下の論拠によって説明される。
【００２８】
損失は、主に２つの項、すなわちモータ損失と可変速駆動装置損失とで構成される。これらは、電束電流（flux current）ｉｄおよびトルク電流ｉｑにそれぞれ依存した２つの関数Ｆｄ（ｉｄ）およびＦｑ（ｉｑ）の形で書き換えられ得る。停電が検出されると、第一次近似として、減速トルクは低いので、関数Ｆｑ（ｉｑ）は、関数Ｆｄ（ｉｄ）に比べると無視できる。関数Ｆｄ（ｉｄ）は、ｉｄに関して単調であり、すなわち損失は、電束電流ｉｄが増大するにつれて単に増大するのみである。したがって、電束電流ｉｄの低減によって、損失を低減させることが可能となる。上記から、磁束基準φｒｅｆに働きかけることによって、電気モータＭと、可変速駆動装置とが受ける損失を制御することが可能となる。
【００２９】
したがって、上記で述べられた原理に基づくと、図２に表されるものなどの特定の制御方式を提案することが可能である。この制御方式は、以下のステップを含む。
−  動作電圧が、定められたしきい値を下回って降下した場合、すなわち停電と同義の場合、可変速駆動装置によって、ゼロ速度になるまで電気モータＭに減速ランプが適用される。
−  電圧降下を制限するように、損失が低い値、例えばゼロ値に初期化される。
−  停電によって、ＤＣ電源バスの電圧Ｖｂｕｓに瞬時低下（dip）が生じ、電気モータＭに印加されるトルクを制限することによって、その調整を有効化する。速度基準ωｒｅｆに適用される減速ランプによれば、以下の２つのケースが生じ得る。
−  減速ランプが短い場合、ＤＣ電源バスの電圧Ｖｂｕｓは増大する傾向を有する。その場合、
−  減速ランプに従うように、モータＭと可変速駆動装置とが受ける損失を増大させる、
−  またはその代わりに、減速ランプを遅らせる、
必要がある。
−  減速ランプが長い場合、ＤＣ電源バスの電圧Ｖｂｕｓは降下する傾向を有する。その場合、
−  減速ランプに従うように、モータＭと可変速駆動装置とが受ける損失を低減させる、
−  またはその代わりに、減速ランプを速める、
必要がある。
【００３０】
これらの２つのケースに対処するために、ＤＣ電源バスの電圧Ｖｂｕｓを、バス電圧基準値Ｖｂｕｓ＿ｒｅｆに関して調整する必要がある。調整は、以下の通り行われる。
−  ＤＣ電源バスの電圧Ｖｂｕｓが、バス電圧基準値Ｖｂｕｓ＿ｒｅｆよりも高い場合、トルク制限は、ゼロ値に到達するまで減少する。モータ・トルクが、減速ランプに従うように計算される。減速ランプが短い場合、トルクの高い突入がある。次いで、トルクは制限値に制限され、損失のいかなる増大も阻止される。ランプが長い場合、ＤＣ電源バスの電圧Ｖｂｕｓは、瞬時低下することになり、当然ながら損失のいかなる減少も阻止されることになる。
−  ＤＣ電源バスの電圧Ｖｂｕｓが、バス電圧基準値Ｖｂｕｓ＿ｒｅｆよりも低い場合、トルク制限は、その公称値まで上がる。モータ・トルクが、減速ランプに従うように計算される。減速ランプが短い場合、トルクの高い突入がある。ＤＣ電源バスの電圧Ｖｂｕｓは増大することになり、当然ながら損失のいかなる増大も阻止されることになる。ランプが長い場合、トルクは、ＤＣ電源バスの電圧Ｖｂｕｓが再度増大するように、当然ながらその制限値まで再度増大することができ、したがって損失のいかなる低減も阻止される。
【００３１】
本発明の制御方法は、トルク制限の状態に従って、ＤＣ電源バスの電圧Ｖｂｕｓを基準値Ｖｂｕｓ＿ｒｅｆに調整し、したがって電気モータＭの減速ランプを適合させるように損失を制御する。上記は、以下の方法で行われる。
−  トルク制限が有効である場合、インバータ・モジュール２０は、減速ランプに従うために損失を増大させるように制御される。
−  トルク制限が無効である場合（その場合、トルクは低く、且つ制限される必要がない）、インバータ・モジュール２０は、減速ランプに従うために損失を低減させるように制御される。
【００３２】
その後、磁束基準φｒｅｆが、電気モータＭに適用されるべき損失を増大または低減させる方向に調整される。
【００３３】
図２および３は、本発明の制御方法が可変速駆動装置に使用される場合の電気モータの減速、または従来技術で既知の標準の手順が可変速駆動装置に使用される場合の電気モータの減速をそれぞれ例示した時間図を示す。
【００３４】
これらの図において、時間図はそれぞれ、電気モータＭの速度曲線、ＤＣ電源バスの電圧Ｖｂｕｓの変動、および損失の変動を示す。
【００３５】
本発明の制御方法に関する図２では、シーケンスは、以下の通りである。
ｔ０とｔ１との間で、電気モータは一定速度で回転し、ＤＣ電源バスの電圧Ｖｂｕｓは一定であり、損失も一定である。
ｔ１で、停電が生じる。
ｔ１とｔ２との間で、電気モータＭの速度は一定のままであるが、ＤＣ電源バスの電圧Ｖｂｕｓは、バス電圧基準値Ｖｂｕｓ＿ｒｅｆを下回る値まで低減している。損失は、一定のままである。
ｔ２で、可変速駆動装置が停電を検出する。
ｔ２とｔ３との間で、電気モータＭの減速によって、ＤＣ電源バスの電圧Ｖｂｕｓが増大することになる。ＤＣ電源バスの電圧Ｖｂｕｓの、基準値Ｖｂｕｓ＿ｒｅｆに関する値に従って、この制御方法は、電気モータの減速ランプに従うように有効エネルギーを最適化する目的で、電気モータに印加されるべき損失を管理することにある。損失の管理は、基準磁束を調整することによって実行される。
ｔ３以降、ＤＣ電源バスの電圧は基準値に調整され、したがって電気モータの減速ランプに従うことが可能となる。
【００３６】
図３では、電気モータの減速が、損失制御ブロックｂ２なしで実行されている。したがって、ＤＣ電源バスの電圧Ｖｂｕｓの値が何であれ、損失は恒久的に一定のままとなる。したがって、モータが従う減速ランプは、機械の構造に適合できない。
【図１】
0005547246.tif 000012
【図２】
0005547246.tif 000013
【図３】
0005547246.tif 000014
【図４】
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