(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導電動機への速度指令値と速度検出値との偏差を調節演算して得られるトルク指令値と、前記誘導電動機への磁束指令値とに基づくベクトル演算を行い、このベクトル演算値によりインバータを介した前記誘導電動機を可変速制御する誘導電動機の制御方法において、
前記誘導電動機の速度が零のとき、前記速度指令値および前記トルク指令値を零保持し、このトルク指令値と第１磁束指令値とに基づくベクトル演算を行い、このベクトル演算値により前記インバータを介した前記誘導電動機を予備励磁状態にし、
この予備励磁状態中に前記誘導電動機の励磁磁束が所定の値に達したときに、前記速度指令値および前記トルク指令値の零保持を解除し、前記インバータの最大出力電流値，トルク電流制限値および前記誘導電動機の定格励磁電流値から演算される第２磁束指令値と前記トルク指令値とに基づくベクトル演算を行い、このベクトル演算値により前記インバータを介した前記誘導電動機を始動させ、
この始動中に前記誘導電動機の励磁磁束がほぼ定格磁束値に達した後は、前記速度指令値と前記速度検出値との偏差を調節演算して得られるトルク指令値と第３磁束指令値とに基づくベクトル演算を行い、このベクトル演算値により前記インバータを介した前記誘導電動機を可変速制御することを特徴とする誘導電動機の制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載の誘導電動機の制御方法において、
前記励磁磁束と前記トルク電流制限値とから算出した発生トルクが所定の値に達したときに前記第１磁束指令値から前記第２磁束指令値に切り替えることを特徴とする誘導電動機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、インバータのベクトル制御により可変速制御される誘導電動機の制御方法に関し、特に誘導電動機で巻上機を駆動する機械装置に適用して好適な誘導電動機の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にクレーンなどの巻上機を誘導電動機で駆動する場合、機械ブレーキを解放した際に吊り上げる荷を落とさないようにするために、誘導電動機からのトルクが十分に発生するタイミングで機械ブレーキを解放する必要がある。このような巻上機を駆動する誘導電動機の起動時の動作について図面を参照しながら説明する。
【０００３】
図３は、第１の従来例を示す回路図であり、この図において、１は商用電源などの交流電源、２は交流電源１の電力を三相電圧指令値に基づく周波数および電圧の交流電力に変換するインバータ、３はインバータ２からの交流電力が給電される誘導電動機、４は誘導電動機３に連結される巻上機などの負荷、５は誘導電動機３の回転速度Ｎを検出する速度検出器である。
【０００４】
１１は誘導電動機３の所望の速度設定値Ｎ#を設定する速度設定器、１２は速度指令値を速度設定器１１側と零とに切り替える切替器、１３は速度設定器１１から入力される速度設定値Ｎ#に基づいて予め定められた加速勾配（増加値／単位時間）または減速勾配（減少値／単位時間）で速度設定値Ｎ#に達するまで増加または減少する速度指令値Ｎ*を出力する速度指令演算回路、１４は速度指令演算回路１３からの速度指令値Ｎ*と速度検出器５で検出した回転速度Ｎとの偏差ΔＮを求める加算演算器、１５はＰＩ調節器などから構成され、偏差ΔＮを零にするように調節演算を行い、この演算値をトルク指令値τ*として出力する速度調節器、１６は速度調節器１５側と零とに切り替える切替器，１７は磁束指令値φn*を第３磁束指令値φ3*と第４磁束指令値φ4*とに切り替える切替器、１８は入力されるトルク指令値τ*と磁束指令値φn*との間で除算演算を行い、この商をトルク電流指令値Ｉt*として出力する除算演算器、１９はトルク電流指令値Ｉt*をトルク電流制限値ＩtL（例えば、定格トルク電流の１５０％程度）に制限するトルク電流制限器、２０は入力される磁束指令値φn*を誘導電動機３の励磁インダクタンスＬmで除算演算することにより得られる励磁電流指令値Ｉm*を出力する除算演算器、２１はトルク電流指令値Ｉt*と励磁電流指令値Ｉm*と誘導電動機３の電機定数とに基づいてベクトル演算を行い、この演算結果としてのインバータ２への三相電圧指令値を生成するベクトル制御回路である。このベクトル制御については周知であるので、ここでは詳細な説明は省略する。
【０００５】
図４は図３の動作を示す波形図であり、図４を参照して図３の動作を説明する。
速度が零の誘導電動機３の起動時（図４の時刻ｔ０）において、切替器１２の接点を零側にするとともに切替器１６の接点を零側にすることにより、速度指令演算回路１３の出力である速度指令値を零（Ｎ*＝０）に設定するとともに、速度調節器１５の出力であるトルク指令値を零（τ*＝０）に設定する一方、切替器１７の接点を第４磁束指令値φ4*側に接続する。除算演算器２０では第４磁束指令値φ4*を誘導電動機３の励磁インダクタンスＬmで除算演算して励磁電流指令値Ｉm*（＝φ4*／Ｌm）を算出し、また除算演算器１８ではトルク指令値τ*（＝０）と第４磁束指令値φ4*との間で除算演算を行ってトルク電流指令値Ｉt*（＝０）を算出する。ベクトル制御回路２１では算出されたトルク電流指令値Ｉt*および励磁電流指令値Ｉm*と電機定数とに基づいてベクトル演算を行い、このベクトル演算結果としての三相電圧指令値によりインバータ２を介した誘導電動機３を予備励磁状態にする。
【０００６】
この予備励磁状態により誘導電動機３の励磁磁束φが当該電動機の二次時定数Ｔに基づいて増加し、図４の時刻ｔ１で誘導電動機３の励磁磁束φがほぼ定格磁束値に達すると、切換器１２の接点を速度設定器１１側に接続するとともに、切換器１６の接点を速度調節器１５側に接続し、さらに接続切換器１７の接点を第３磁束指令値φ3*側に接続する。これにより速度指令演算回路１３の出力である速度指令値Ｎ*を図４に示すように予め定められた加速勾配で増加させて誘導電動機３を始動させる。
【０００７】
以後は、前記加速勾配で増加する速度指令値Ｎ*と誘導電動機３の回転速度Ｎとの偏差ΔＮを加算演算器１４で算出しつつ、この偏差ΔＮが零になる調節演算を速度調節器１５で行い、この演算結果であるトルク指令値τ*に基づきトルク電流指令値Ｉt*を算出するが、このとき得られた値はインバータ２が出力可能な最大出力電流値Imaxを超えないようにするために、トルク電流指令値Ｉt*はトルク電流制限器１９によりトルク電流制限値ＩtL（例えば、定格トルク電流の１５０％程度）に制限される。この制限されたトルク電流指令値Ｉt*および励磁電流指令値Ｉm*（＝φ3*／Ｌm）と誘導電動機３の電機定数とに基づいてベクトル制御回路２１でベクトル演算を行い、このベクトル演算結果としての三相電圧指令値によりインバータ２を介した誘導電動機３を加速し、図４の時刻ｔ２で速度設定器１１が設定した速度設定値Ｎ#に達すると、時刻ｔ２以後、誘導電動機３は定速状態に入る。
【０００８】
誘導電動機３を巻上機などの機械装置の駆動源として使用する場合、図４に示した第４磁束指令値φ4*を、例えば定格磁束指令値（＝第３磁束指令値φ3*）の３倍程度に設定しても、図４に示した時刻ｔ０から時刻ｔ１までの経過時間、すなわち予備励磁時間が、前記誘導電動機の二次時定数Ｔに起因して数秒になることが多く、特に誘導電動機３の容量が大きいほど二次時定数Ｔが大きくなる傾向にある。このため、時刻ｔ１迄は、巻上機が荷を落とさないようにするために、機械ブレーキ（図示せず）を投入した状態にし、励磁磁束φがほぼ定格磁束値に達した時刻ｔ１に機械ブレーキを開放しているが、この時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間をより短縮することが要望されている。
【０００９】
この要望に応えるために、例えば特許文献１に記載された技術が知られている。
図５は特許文献１に記載された第２の従来例を示す回路構成図であり、図３と同一機能を有するものについては同一の符号を付してその説明を省略する。図５において、図３と異なる点は、図３の切換器１７に代えて切換器２２，２３を備えるとともに、磁束演算回路２４を備えている点である。図６は図５の動作を示す波形図であり、以下では図６を参照して図５の動作を説明する。
【００１０】
速度が零の誘導電動機３の起動時（図６の時刻ｔ０）において、機械ブレーキ（図示せず）を投入した状態で切替器１２の接点を零側にするとともに切替器１６の接点を零側にすることにより、速度指令演算回路１３の出力である速度指令値を零（Ｎ*＝０）に設定するとともに、速度調節器１５の出力であるトルク指令値を零（τ*＝０）に設定する。一方、切替器２２の接点を先述の第４磁束指令値φ4*とほぼ同じ値の第１磁束指令値φ1*側に接続することにより、除算演算器２０では第１磁束指令値φ1*を誘導電動機３の励磁インダクタンスＬmで除算演算して励磁電流指令値Ｉm*（＝φ1*／Ｌm）を算出する。また、除算演算器１８ではトルク指令値τ*（＝０）と第１磁束指令値φ1*との間で除算演算を行ってトルク電流指令値Ｉt*（＝０）を算出する。ベクトル制御回路２１では算出されたトルク電流指令値Ｉt*および励磁電流指令値Ｉm*と電機定数とに基づいてベクトル演算を行い、このベクトル演算結果としての三相電圧指令値によりインバータ２を介した誘導電動機３を予備励磁状態にする。
【００１１】
ここで、機械ブレーキ（図示せず）の開放後に荷を落とさないようにする最低必要な発生トルクτが誘導電動機３の定格トルクである場合、例えば、トルク電流制限値ＩtLを定格トルク電流の約１５０％としたときには、τ＝Ｉt*×φの関係から誘導電動機３の励磁磁束φが定格磁束値の約６７％程度まで確立すれば発生トルクτ（＝Ｉt*×φ）がほぼ定格値（１００％）になり、機械ブレーキ（図示せず）を開放しても荷を落とさないようにすることができる。
【００１２】
すなわち、この予備励磁状態により誘導電動機３の励磁磁束φが当該電動機の二次時定数Ｔに基づいて増加し、インバータ２の最大出力電流値Imaxを超えないようにするために、例えば、トルク電流制限値ＩｔLを定格トルク電流の１５０％程度としたときには、図６に示した時刻ｔ１１で誘導電動機３の励磁磁束φが定格磁束値の約６７％程度に達し、実際に出力できる誘導電動機３の発生トルクτ（＝Ｉt*×φ）がほぼ定格値（１００％）の状態になる。
【００１３】
そこで、投入した状態の機械ブレーキ（図示せず）を時刻ｔ１１で開放し、切替器１２の接点を速度設定器１１側に接続するとともに、切替器１６の接点を速度調節器１５側に接続し、さらに、切替器２２の接点を第１磁束指令値φ1*と第３磁束指令値φ3*との間に設定した第２磁束指令値φ2*側に切り替えることで、速度指令演算回路１３の出力である速度指令値Ｎ*を図６に示すように予め定められた加速勾配で徐々に増加させて、誘導電動機３を始動させる。
【００１４】
以後は、前記加速勾配で増加する速度指令値Ｎ*と誘導電動機３の回転速度Ｎとの偏差ΔＮを加算演算器１４で算出しつつ、この偏差ΔＮが零になる調節演算を速度調節器１５で行い、この演算結果のトルク指令値τ*に基づいて誘導電動機３のトルク電流制限値ＩｔLに制限されたトルク電流指令値Ｉt*および励磁電流指令値Ｉm*（＝φ2*／Ｌm）と誘導電動機３の電機定数とに基づきベクトル制御回路２１ではベクトル演算を行い、このベクトル演算結果としての三相電圧指令値によりインバータ２を介した誘導電動機３を加速する。
【００１５】
このとき、磁束演算回路２４では時刻ｔ０から時刻ｔ１１までの第１磁束指令値φ1*と、時刻ｔ１１からの第２磁束指令値φ2*と、誘導電動機３の二次時定数Ｔとに基づき当該電動機の励磁磁束φを推定演算する。この演算値が、図６に示した時刻ｔ１２でほぼ定格磁束値に達し、この間に出力できる誘導電動機３の発生トルクは１００％から１５０％に増大するので、切替器２３の接点を第３磁束指令値φ3*側にし、図６に示した時刻ｔ１３で速度設定器１１が設定した速度設定値Ｎ#に達し、時刻ｔ１３以後、誘導電動機３は定速状態に入る。
【００１６】
ここで、第２磁束指令値φ2*は定格磁束指令値（第３磁束指令値φ3*）の２倍程度になるように予め設定しているが、誘導電動機３の加速中にインバータ２の最大出力電流値Imaxを超えないようにする必要があるため、インバータ２の最大出力電流値Imaxに余裕がない場合には、トルク電流制限値ＩtLを優先して第２磁束指令値φ2*を最大出力可能な値に設定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００７−２１５２６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
上記第２の従来例では、誘導電動機３の予備励磁期間の磁束指令値（第１磁束指令値φ1*）と当該電動機の定格磁束指令値（第３磁束指令値φ3*）との間に、第２磁束指令値φ2*で誘導電動機を始動させる区間を設けたことにより、予備励磁期間を短縮することができるため、第１の従来例に比べて予備励磁時間を短縮することが可能であるとともに加速時間を短くすることが可能である。
【００１９】
しかしながら、第２磁束指令値φ2*を設定する際には、インバータ２が出力可能な最大出力電流値Imaxを超えないように、トルク電流制限値ＩtLに基づいてインバータ２が最大出力可能な第２磁束指令値φ2*を予め計算して求める必要があった。
【００２０】
この発明は、第２磁束指令値φ2*を予め計算等により求めることなく、誘導電動機に発生する磁束の立ち上がりを早め、十分なトルクを発生して最適な状態で誘導電動機の起動を開始することができる誘導電動機の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するために、この発明は、誘導電動機への速度指令値と速度検出値との偏差を調節演算して得られるトルク指令値と、前記誘導電動機への磁束指令値とに基づくベクトル演算を行い、このベクトル演算値によりインバータを介した前記誘導電動機を可変速制御する誘導電動機の制御方法において、前記誘導電動機の速度が零のとき、前記速度指令値および前記トルク指令値を零保持し、このトルク指令値と第１磁束指令値とに基づくベクトル演算を行い、このベクトル演算値により前記インバータを介した前記誘導電動機を予備励磁状態にし、この予備励磁状態中に前記誘導電動機の励磁磁束が所定の値に達したときに、前記速度指令値および前記トルク指令値の零保持を解除し、前記インバータの最大出力電流値，トルク電流制限値および前記誘導電動機の定格励磁電流値から演算される第２磁束指令値と前記トルク指令値とに基づくベクトル演算を行い、このベクトル演算値により前記インバータを介した前記誘導電動機を始動させ、この始動中に前記誘導電動機の励磁磁束がほぼ定格磁束値に達した後は、前記速度指令値と速度検出値との偏差を調節演算して得られるトルク指令値と第３磁束指令値とに基づくベクトル演算を行い、このベクトル演算値により前記インバータを介した前記誘導電動機を可変速制御するものとする。
【００２２】
また、上記において、前記励磁磁束と前記トルク電流制限値とから算出した発生トルクが所定の値に達したときに前記第１磁束指令値から前記第２磁束指令値に切り替えるものとする。
【発明の効果】
【００２３】
この発明によれば、実際に出力できる誘導電動機の発生トルクを励磁磁束とトルク電流制限値とから算出して、その結果が最低必要なトルクの値となったとき、第１磁束指令値から最大出力電流値，トルク電流制限値および定格励磁電流値から算出した第２磁束指令値に切り替えることにより、適正な発生トルクを得ることができ、最適な状態で誘導電動機の起動を開始することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の実施の形態を示す回路構成図
【図２】図１の動作を説明する動作波形図
【図３】第１の従来例を示す回路構成図
【図４】図３の動作を説明する動作波形図
【図５】第２の従来例を示す回路構成図
【図６】図５の動作を説明する動作波形図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１はこの発明の実施の形態の示す回路構成図であり、図３，５と同一機能を有するものについては同一の符号を付してその説明を省略する。この実施の形態において、図５の第２の従来例と異なる点は、第２磁束指令演算回路２６および磁束指令切替回路２７を備えている点である。
【００２６】
図１において、第２磁束指令演算回路２６は、インバータ定格電流を基準に予め設定されるインバータ２が出力可能な最大出力電流値Imaxと、定格トルク電流の９０〜１５０％程度の任意の値に設定されるトルク電流制限値ＩtLと、誘導電動機３の電機定数から決まる定格励磁電流値Ｉmrとから次式に基づいて第２磁束指令値φ2*を算出するものである。
【００２７】
【数１】
0005516087.tif 000002
【００２８】
また、磁束指令切替回路２７は、実際に出力できる誘導電動機３の発生トルクτ（＝Ｉt*×φ）を磁束演算回路２４で推定演算した励磁磁束φとトルク電流制限値ＩtLとから算出し、この算出した発生トルクτが最低必要なトルクの値（定格トルク付近に予め設定した値）となった時に、切替器２２の接点を第２磁束指令演算回路２６側に切り替えるものである。
【００２９】
図２は図１の動作を示す波形図であり、以下では図２を参照して図１の動作を説明する。
機械ブレーキ（図示せず）が投入され、誘導電動機３の速度が零の状態である誘導電動機３の起動時（図２の時刻ｔ０）に、まず、切替器１２の接点を零側にするとともに切替器１６の接点を零側にすることにより、速度指令演算回路１３の出力である速度指令値を零（Ｎ*＝０）に設定するとともに、速度調節器１５の出力であるトルク指令値を零（τ*＝０）に設定する。一方、切替器２２の接点を定格磁束値の３倍程度に設定した第１磁束指令値φ1*側に接続することにより、除算演算器２０では第１磁束指令値φ1*を誘導電動機３の励磁インダクタンスＬmで除算演算して励磁電流指令値Ｉm*（＝φ1*／Ｌm）を算出する。また、除算演算器１８ではトルク指令値τ*（＝０）と第１磁束指令値φ1*との間で除算演算を行ってトルク電流指令値Ｉt*（＝０）を算出する。ベクトル制御回路２１では算出されたトルク電流指令値Ｉt*および励磁電流指令値Ｉm*と電機定数とに基づいてベクトル演算を行い、このベクトル演算結果としての三相電圧指令値によりインバータ２を介した誘導電動機３を予備励磁状態にする。
【００３０】
この予備励磁状態により誘導電動機３の励磁磁束φが当該電動機の二次時定数Ｔに基づいて増加する。磁束演算回路２４では、第１磁束指令値φ1*と誘導電動機３の二次時定数Ｔとに基づき当該電動機の励磁磁束φを推定演算する。
【００３１】
その後、予備励磁状態中に誘導電動機３の励磁磁束φが所定の値に達した時刻ｔ２１に、切替器２２の接点を第２磁束指令演算回路２６側に切り替える。すなわち、磁束指令切替回路２７において、実際に出力できる誘導電動機３の発生トルクτ（＝Ｉt*×φ）を磁束演算回路２４で推定演算した励磁磁束φとトルク電流制限値ＩtLとから算出し、この算出した発生トルクτが予め設定した値（最低必要なトルクの値）となった時刻ｔ２１に、切替器２２の接点を第２磁束指令演算回路２６側に切り替える。
【００３２】
一方、第２磁束指令演算回路２６では、誘導電動機３の加速中にインバータ２の出力電流が最大出力電流値Imaxを超えないようにするために、最大出力電流値Imax，予め設定されたトルク電流制限値ＩtLおよび誘導電動機３の定格励磁電流値Ｉmrとから上記数１に基づいて第２磁束指令値φ2*を決定する。
【００３３】
また、時刻ｔ２１では、機械ブレーキ（図示せず）を開放し、切替器１２の接点を速度設定器１１側に接続するとともに、切替器１６の接点を速度調節器１５側に接続することで、速度指令演算回路１３の出力である速度指令値Ｎ*を図２に示すように予め定められた加速勾配で徐々に増加させて、誘導電動機３を始動させる。
【００３４】
以後は、前記加速勾配で増加する速度指令値Ｎ*と誘導電動機３の回転速度Ｎとの偏差ΔＮを加算演算器１４で算出しつつ、この偏差ΔＮが零になる調節演算を速度調節器１５で行い、この演算結果のトルク指令値τ*に基づいて誘導電動機３のトルク電流制限値ＩｔLに制限されたトルク電流指令値Ｉt*および励磁電流指令値Ｉm*（＝φ2*／Ｌm）と誘導電動機３の電機定数とに基づきベクトル制御回路２１ではベクトル演算を行い、このベクトル演算結果としての三相電圧指令値によりインバータ２を介した誘導電動機３を加速する。
【００３５】
そして、磁束演算回路２４では、時刻ｔ２１からの第２磁束指令値φ2*と、誘導電動機３の二次時定数Ｔとに基づき当該電動機の励磁磁束φを推定演算し、この演算値がほぼ定格磁束値の値（定格磁束値付近に予め設定した値）に達したら切替器２３に切替指令を与える。すなわち、励磁磁束φの演算値が時刻ｔ２２でほぼ定格磁束値に達し、この間に出力できる誘導電動機３の発生トルクは最低必要なトルクの値から制限値まで増大するので、切替器２３の接点を誘導電動機３の定格磁束値である第３磁束指令値φ3*側にする。その後、図２に示した時刻ｔ２３で速度設定器１１が設定した速度設定値Ｎ#に達し、時刻ｔ２３以後、誘導電動機３は定速状態に入る。
【００３６】
このように、この発明においては、予備励磁中に、まず、磁束指令切替回路２７では、実際に出力できる誘導電動機３の発生トルクτを磁束演算回路２４で推定演算した励磁磁束φとトルク電流制限値ＩtLとから算出して、その結果が最低必要なトルクの値かどうかを判断する。
【００３７】
ここで、機械ブレーキ（図示せず）の開放後に荷を落とさないようにする最低必要な発生トルクτが誘導電動機３の定格トルク（１００％）とした場合、例えば、トルク電流制限値ＩtLを定格トルク電流の約１５０％としたときには、τ＝Ｉt*×φの関係から誘導電動機３の励磁磁束φが定格磁束値の約６７％程度まで確立すれば定格トルク値（１００％）となる。この実施の形態では、最低必要なトルクの値を定格トルク付近に予め設定しておく。
【００３８】
次に、磁束指令切替回路２７では、予備励磁状態により誘導電動機３の励磁磁束φが当該電動機の二次時定数Ｔに基づいて増加し、励磁磁束φとトルク電流制限値ＩtLとから算出した発生トルクτが予め定めた最低必要なトルクの値となったとき、第２磁束指令演算回路２６で最大出力電流値Imax，トルク電流制限値ＩtLおよび定格励磁電流値Ｉmrに基づいて算出した第２磁束指令値φ2*に切り替えることにより、誘導電動機３に発生する磁束の立ち上がりを早め、十分なトルクを発生して最適な状態で誘導電動機３の起動を開始することができる。
【００３９】
なお、上記実施の形態では、励磁磁束φとトルク電流制限値ＩtLとから算出した発生トルクτが予め定めた最低必要なトルクの値となったときに、第１磁束指令値φ1*から第２磁束指令値φ2*に切り替えているが、磁束演算回路２４で推定演算した励磁磁束φが予め定めた値となったときに、第１磁束指令値φ1*から第２磁束指令値φ2*に切り替えるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１…交流電源、２…インバータ、３…誘導電動機、４…負荷、５…速度検出器、１１…速度設定器、１２，１６，２２，２３…切替器、１３…速度指令演算回路、１４…加算演算器、１５…速度調節器、１８，２０…除算演算器、１９…トルク電流制限器、２１…ベクトル制御回路、２４…磁束演算回路、２６…第２磁束指令演算回路、２７…磁束指令切替回路。
【図１】
0005516087.tif 000003
【図２】
0005516087.tif 000004
【図３】
0005516087.tif 000005
【図４】
0005516087.tif 000006
【図５】
0005516087.tif 000007
【図６】
0005516087.tif 000008