(57)【要約】      （修正有）【課題】Ｖ／Ｆ型制御法則で駆動される電動機の性能を維持しながら、過荷重時に電流の制限を可能にする。【解決手段】本発明は、三相非同期電動機（Ｍ）用速度制御機（Ｖ）の出力における電流の制限方法に関し、上記の速度制御機（Ｖ）は、純Ｖ／Ｆ型制御法則（ＬＣ）によって動作する。上記の方法は、Ｖ／Ｆ型電圧制御法則（ＬＣ）において固定子の修正周波数（Ｗｓｔａｔｃ）を得るために、制限機能を用いて、固定子の周波数（Ｗｓｔａｔ）への修正値を計算し、それに適用することを行うことを特徴とする。次にＶ／Ｆ型電圧制御法則（ＬＣ）により、この固定子の修正された周波数（Ｗｓｔａｔｃ）基づいて、電動機に適用する制御電圧（Ｖｑｒｅｆ）を得る。本発明は、上記の方法を実行できる電流制限システムにも関する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機（Ｍ）用速度制御機（Ｖ）の電流出力を制限する方法において、上記の速度制御機（Ｖ）は、電子スイッチがマイクロコントローラ回路（Ｍｃ）により操作されるＰＷＭ型のインバータを有するとともに、固定子の端子に印加された電圧（Ｖｑｒｅｆ）が所定の定数（ｋ）に従った固定子の周波数（Ｗｓｔａｔ）に比例するＶ／Ｆ型の制御法則（ＬＣ）によって動作し、上記方法は、
制限エラーを得るように、前記電動機（Ｍ）の測定された位相電流のベクトルの絶対値（ＭｏｄＩ）を制限値（Ｉｌｉｍ）と比較するステップと、
前記位相電流ベクトルの絶対値（ＭｏｄＩ）が制限値（Ｉｌｉｍ）より大きい場合、前記制限エラーの関数として修正電圧（ｄＶ）を計算するステップと、
前記修正電圧（ｄＶ）と前記所定の定数（ｋ）の逆数との積を計算するステップと、
前記固定子の修正された周波数（Ｗｓｔａｔｃ）を得るように、前記計算された積を前記固定子の前記周波数（Ｗｓｔａｔ）から引くステップと、
前記Ｖ／Ｆ型の電圧制御法則（ＬＣ）により、前記電動機（Ｍ）に印加された制御電圧（Ｖｑｒｅｆ）を得るために前記所定の定数（ｋ）と前記固定子の前記修正された周波数（Ｗｓｔａｔｃ）との積を計算するステップと、
備えていることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記修正電圧（ｄＶ）を計算するステップは、比例積分動作レギュレータ（ＰＩ）を用いて制御変数を算出し、この制御変数に前記電動機（Ｍ）の前記位相電流を乗算することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記位相電流のベクトルの絶対値（ＭｏｄＩ）が前記制限値（Ｉｌｉｍ）より小さい場合、前記算出された制限エラーが、出力がゼロにクリップされた比例積分動作レギュレータ（ＰＩ）に印加されることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
三相非同期電動機（Ｍ）用速度制御機の電流出力を制限するシステムにおいて、上記速度制御機（Ｖ）は、電子スイッチがマイクロコントローラ回路（Ｍｃ）により操作されるＰＷＭ型のインバータを有するとともに、前記電動機の固定子の端子に印加された電圧（Ｖｑｒｅｆ）が所定の定数（ｋ）に従った前記固定子の周波数（Ｗｓｔａｔ）に比例する純Ｖ／Ｆ型の電圧制御法則（ＬＣ）によって動作し、上記システムは、
制限エラーを得るように、前記電動機（Ｍ）の位相電流の測定値に基づいてこれら位相電流のベクトルの絶対値（ＭｏｄＩ）と制限値（Ｉｌｉｍ）とを比較する手段と、
前記制限エラーの関数として、修正電圧（ｄＶ）を計算する手段と、
前記位相電流のベクトルの絶対値（ＭｏｄＩ）が前記制限値（Ｉｌｉｍ）よりも大きい場合、前記修正電圧（ｄＶ）に前記所定の定数（ｋ）の逆数を乗算することによって前記固定子の周波数（Ｗｓｔａｔ）に対する修正値を計算する手段と、
前記固定子の修正された周波数（Ｗｓｔａｔｃ）を得るように、Ｖ／Ｆ型の前記電圧制御法則（ＬＣ）における前記固定子の前記周波数（Ｗｓｔａｔ）に前記修正値を適用し
前記電動機（Ｍ）に印加された前記制御電圧（Ｖｑｒｅｆ）を得るために前記所定の定数（ｋ）と前記固定子の前記修正された周波数（Ｗｓｔａｔｃ）との積を計算するための手段と
を備えたことを特徴とするシステム。
【請求項５】
前記修正電圧（ｄＶ）を得るために、前記制御変数を算出し及び前記制御変数に前記電動機の位相電流を乗算することのできる比例積分動作レギュレータ（ＰＩ）を備えていることを特徴とする請求項４記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｖ／Ｆ型の制御法則に従って動作する三相非同期電動機用速度制御機において実行される電流制限の方法に関する。本発明は、このような方法を実行できる電流制限のためのシステムにも関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の非同期電動機用速度制御機は、特に、非制御整流器とキャパシタンスフィルタとにつながれた、例えばＰＷＭ（パルス幅変調）型の電圧インバータを有する。
【０００３】
非同期電動機につながれた速度制御機は、電動機が過荷重にさらされた時、電動機により多くの電流を供給する傾向があることは知られている。しかしながら、このような状況では、速度制御機のインバータの電力部品が、過剰にストレスが加えられ、これらの寿命に悪影響を与えることがある。このため、これらの電力部品の損傷を避けるために、電動機への供給される電流を制限する必要がある。したがって、例えばベクトル型の電圧制御法則に従って動作する従来の速度制御機においては、速度ループにつながれた速度レギュレータと電流ループにつながれた電流レギュレータが使用されている。
【０００４】
しかし、純Ｖ／Ｆ型の電圧制御法則に従って動作する速度制御機においては、いかなる速度、電流ループも許容されていない。このような速度制御機は、確かに、性能は劣るが、はるかに頑健性があることは明白で、特に、変圧器又は送風機等の製品に使用が可能である。
特許文献１は、非同期電動機用速度制御機による電流出力を制限するシステムが開示している。このようなシステムは、どんなものであれ、ある電圧制御法則に従って動作する速度制御機における過荷重時に電流を制限するために使用されている。添付された図２を参照すると、先行技術のこのようなシステムは、以下のように機能する。
【０００５】
マイクロコントローラ回路Ｍｃ０１は、電動機Ｍの位相において検出器により送出された電流信号を定期的に受信する。これらの電流信号は、次に、電流制限機能ＬＩＣ０１を実行する電流制限回路によって処理される。電流制限機能ＬＩＣ０１は、まず、以下電流ベクトルの絶対置と呼ばれる、電動機Ｍの位相電流ベクトルの絶対値ＭｏｄＩを決定する。この機能は、次に、この絶対値ＭｏｄＩを速度制御機Ｖ０１に記憶された制限電流値Ｉｌｉｍと比較し、制限エラーを計算する。この制限エラーに基づき、制限機能ＬＩＣ０１は、積分動作レギュレータＰＩを用いて、制御変数を計算する。制限機能ＬＩＣ０１は、次に、各位相の修正電圧ｄＶを得るために、この制御変数に測定された位相電流を乗算する。この修正電圧ｄＶは、次に、修正された基準電圧Ｖｑｒｅｆｃを得るために、電動機Ｍの動作に使用される制御法則ＬＣ０１に従って計算された電圧Ｖｑｒｅｆから引かれる。このようにして、速度制御機Ｖ０１の出力では、制限機能ＬＩＣ０１のおかげで修正された基準電圧Ｖｑｒｅｆｃが電動機ＭにＰＷＭインバータを介して印加される。
【０００６】
図２に示されるように、速度制御機に使用される電圧制御法則ＬＣ０１がＶ／Ｆ型である、つまり、電流ループも速度ループも有していない時、電動機の電圧制御法則に従って算出された電圧Ｖｑｒｅｆは、Ｖｑｒｅｆ＝ｋ＊Ｗｓｔａｔであるように所定の定数ｋに一致する固定子の周波数Ｗｓｔａｔに比例し、固定子の周波数Ｗｓｔａｔは、速度制御機の入力で決定された周波数基準Ｗｒｅｆに等しくなる。定数ｋは、固定子内を流れる磁化電流によって生成される磁束を表す。上述されたような制限機能ＬＩＣ０１が、Ｖ／Ｆ型の電圧制御法則に従って動作する速度制御機における過荷重時に電流を制限するために実行された場合、この機能は、算出された、固定子の端子間に印加される電圧に等しい修正された基準電圧Ｖｑｒｅｆｃがｋ＊Ｗｓｔａｔ−ｄＶに等しくなるような修正電圧ｄＶを供給する。こうして、この修正された電圧Ｖｑｒｅｆｃが電動機Ｍへ供給される電流の正確な制限を行う。
【０００７】
しかしながら、この場合、固定子の端子に印加されたＶｑｒｅｆｃに等しい電圧は減少するが、固定子周波数Ｗｓｔａｔは同じままにとどまる。従って、Ｖ／Ｆ、つまり比Ｖｑｒｅｆｃ／Ｗｓｔａｔに実質的に比例する、電動機が供給できるトルクも同様に減少する。電流制限中の電動機のトルクは、従って、通常動作時のトルクを下回る。特許文献１に記載された制限機能ＬＩＣ０１を用いて実行されて電流制限期間中は、Ｖ／Ｆ型の電圧制御法則に従って動作する電動機の性能は劣り、電動機は失速することさえある。
【特許文献１】ヨーロッパ特許出願公開第１２２９６３７号明細書（米国特許第６６８０５９９号明細書に対応）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、従って、Ｖ／Ｆ型制御法則に従って動作する速度制御機において、電動機の性能を維持しつつ過荷重時に電流の制限を可能にする方法とシステムを提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的は、例えば三相非同期電動機用の速度制御機の出力における電流制限方法により達成され、上記速度制御機は、電子スイッチがマイクロコントローラ回路により操作されるＰＷＭ型の電圧インバータを有し、固定子の端子に印加される電圧が所定の定数に一致して固定子の周波数に比例するＶ／Ｆ型制御法則に従って動作し、上記方法は、
制限エラーを得るように、電動機の測定された位相電流のベクトルの絶対値を制限値と比較するステップと、
位相電流ベクトルの絶対値が制限値より大きい場合、上記制限エラーの関数として修正電圧を計算するステップと、
修正電圧と上記所定の定数の逆数との積を計算するステップと、
固定子の修正された周波数を得るように、計算された積を固定子の周波数から引くステップと、
Ｖ／Ｆ型制御法則に従って、固定子の端子に印加される制御電圧を得るために、上記所定の定数と固定子の修正された周波数との積を計算するスッテプと、
を備えたことを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、先行技術のように制御法則に従って計算された電圧ではなく、固定子の得られた周波数に直接修正を行う。従って、Ｖ／Ｆ型の制御法則によれば、固定子の端子間の電圧は固定子の周波数に比例するため、固定子の周波数の減少と電圧の減少が一挙に同時に得られる。従って、電流制限は電動機のトルクの維持も伴う。
【００１１】
一つの特徴によれば、修正電圧を計算するステップは、比例積分動作レギュレータを用いて制御変数を計算するステップと、この制御変数に電動機の位相電流を乗算するステップ乗算するステップとからなる。
【００１２】
もう一つの特徴によれば、位相電流ベクトルの絶対値が制限値より小さい場合、計算された制限エラーが、出力がゼロにクリップされた比例積分動作レギュレータに印加される。
【００１３】
本発明の目的は、また、三相非同期電動機用速度制御機による電流出力を制限するシステムによっても達成され、上記の速度制御機は、電子スイッチが、電動機の固定子の端子に印加される電圧が、所定の定数に従って固定子の周波数に比例し、入力で与えられた固定子の基準周波数が固定子の周波数に等しい純Ｖ／Ｆ型電圧制御法則に従って動作するマイクロコントローラ回路により操作されるＰＷＭ型のインバータを有し、上記マイクロコントローラ回路は、電動機の位相電流の測定値に基づいてこれらの位相電流のベクトルの絶対値を計算する手段と、制限エラーを得るために上記絶対値を制限値と比較する手段と、この制限エラーの関数として修正電圧を計算する手段とを備え、上記のシステムは、位相電流ベクトルの絶対値が上記制限値より大きい場合、上記の修正電圧に上記所定の定数の逆数を乗算することにより固定子の周波数の修正値を計算する手段と、固定子の修正された周波数を得るようにＶ／Ｆ型の電圧制御法則における固定子の周波数に対して上記修正値を適用する手段と、電動機に印加する制御電圧を得るために上記所定の定数と固定子の修正された周波数との積を計算する手段と、を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、Ｖ／Ｆ型制御法則において、所定の定数は、電動機の固定子内を流れる磁化電流によって作られる磁束を表す。この値は、電動機の公称電圧を電動機の公称周波数で割った商を求めることで予め計算され、速度制御機に記憶される。
【００１５】
一つの特徴によれば、電流制限システムは、制御変数を算出し、修正電圧を得るためにこの制御変数に電動機の位相電流を乗算することのできる比例積分動作レギュレータを有する。
【００１６】
その他の特性や利点は、添付図面に図示され、例として示された実施の態様を参照した以下の詳細な説明から明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
先行技術による電流制限システムの動作を示す図２は、すでに上で記述されている。
【００１８】
図１は、非同期電動機を制御するために速度制御機において使用できる純Ｖ／Ｆ型の電圧制御法則の動作原理を示す機能ブッロク図である。この制御法則によると、いかなる電流ループも使用されない。従って、この制御法則によれば、速度制御機の入力に課せられる基準周波数Ｗｒｅｆは、常に、固定子の周波数Ｗｓｔａｔに等しく、非同期電動機にインバータを介して印加される基準電圧Ｖｑｒｅｆに直接対応する。この電圧Ｖｑｒｅｆは、Ｖｑｒｅｆ＝ｋ＊Ｗｓｔａｔであるように固定子の周波数に直接比例する。
【００１９】
従って、図１に見られるように、過荷重時に電流、速度ループを用いて電流を制限できる従来の速度制御機とは逆に、Ｖ／Ｆ型電圧制御法則においては、いかなるループも使用されない。
【００２０】
図３を参照すると、三相非同期電動機Ｍの速度制御機Ｖは、特にＰＷＭインバータといわれるパルス幅変調で制御される一般的な電圧インバータを有する。このようなＰＷＭインバータは、電圧制御法則により、電動機Ｍに一連の幅変調、及び正又は負の一定の振幅パルスを送出する。インバータの電子スイッチは、特にマイクロコントローラＭｃを有する駆動回路により操作される。
【００２１】
マイクロコントローラＭｃは、定期的に、電動機の位相において検出器により送出された電流信号Ｉを受信する。これらの電流は、電流制限機能ＬＩＣを実装する電流制限回路により処理される（図３）。
【００２２】
本発明によれば、電流制限機能ＬＩＣは、まず、各位相電流の二乗の合計の平方根を計算することによって電流ベクトルの絶対値ＭｏｄＩを決定する。次に、図３に示されるように、制限機能ＬＩＣは、電流ベクトルの絶対値ＭｏｄＩを速度制御機Ｖに記憶された制限値Ｉｌｉｍと比較する。この制限値Ｉｌｉｍは、過荷重時に上回ってはいけない電流値に対応する。この比較は、値１を電流ベクトルの絶対値ＭｏｄＩと制限値Ｉｌｉｍとの商から引くことにより行われる。
【００２３】
従って、電流ベクトルの絶対値ＭｏｄＩがＩｌｉｍを下回る場合、計算により負の解が得られる。この解は、負の出力がゼロにクリップされた比例積分動作レギュレータＰＩに適用される。従って、電流ベクトルの絶対値ＭｏｄＩが制限値Ｉｌｉｍを下回る場合、Ｖ／Ｆ型の制御法則ＬＣの実行の妨げとなるものは何もおこらない。
【００２４】
電流ベクトルの絶対値ＭｏｄＩがＩｌｉｍを上回る場合、計算により正の解が得られる。この場合、比例積分動作レギュレータＰＩは、制御変数を計算する。制限機能ＬＩＣは、次に、各位相に対する修正電圧ｄＶを得るために、この制御変数に位相電流を乗算する。
【００２５】
本発明によれば、制限機能ＬＩＣは、次に、この修正電圧ｄＶに、ｋと名付けられた定数の逆数を乗算する。この定数ｋは、電動機の固定子内を流れる磁化電流によって形成される公称磁束に対応する。これは、電動機の公称電圧と電動機の公称周波数の商に等しく、速度制御機Ｖに記憶される。
【００２６】
Ｖ／Ｆ型の電圧制御法則ＬＣによれば、速度制御機Ｖの入力で与えられた基準周波数Ｗｒｅｆは、固定子の周波数Ｗｓｔａｔに等しい。電流制御機能ＬＩＣを用いて算出された修正ｄＶ／ｋは、次に、Ｗｓｔａｔ−ｄＶ／ｋに等しい固定子の修正された周波数Ｗｓｔａｔｃを得るように、電圧制御法則ＬＣにおいて固定子の周波数Ｗｓｔａｔに直接加えられる。Ｖ／Ｆ型の電圧制御法則ＬＣによれば、次に、電圧Ｖｑｒｅｆを計算する。定義上、この電圧は固定子の周波数と定数ｋの積に等しい。ここで、固定子の周波数は、固定子の修正周波数Ｗｓｔａｔｃに対応する。従って、この電圧Ｖｑｒｅｆは、ｋ＊Ｗｓｔａｔｃに等しく、つまり、ｋ＊（Ｗｓｔａｔ−ｄＶ／ｋ）となる。速度制御機の出力において、算出された電圧Ｖｑｒｅｆに等しい電圧が電動機Ｍの固定子の端子に加えられる。
【００２７】
従って、本発明によれば、Ｖ／Ｆ型制御法則において、修正を固定子の周波数Ｗｓｔａｔに直接適用することで、電圧Ｖｑｒｅｆが常にｋ＊Ｗｓｔａｔ−ｄＶ  に等しいことから電流制限と、固定子の周波数が減少されることから電動機Ｍのトルクの維持とが同時に得られる。従って、Ｖ／Ｆ制御法則は完璧に遵守される。
【００２８】
本発明の範囲を逸脱することなく、他の様態や細部改良の発想、均等手段の利用も考案可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】純Ｖ／Ｆ型の制御法則の動作を示す機能ブロック図。
【図２】先行技術による電流制限システムを装備した非同期電動機用速度制御機の一部を示す機能ブロック図。
【図３】本発明による電流制限システムを装備した非同期電動機用速度制御機の一部を示す機能ブロック図。
【符号の説明】
【００３０】
Ｍ  電動機
ＬＣ１  電流制限機能
Ｍｃ  マイクロコントローラ
Ｖ  速度制御機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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