(57)【要約】デルタ接続した一次巻線を有する誘導電動機９へ可変電圧可変周波数（ＶＶＶＦ）インバータ８から最低の電圧および周波数の交流電力を供給して始動し、その後、このインバータの出力電流を所定の電流制限値以下にしつつ、その出力電圧と出力周波数とを徐々に増大させて出力周波数が所定の周波数設定値に達し、誘導電動機９の加速も完了したところで、ＶＶＶＦインバータ８の出力電圧のみを所定の電圧設定値まで徐々に減少させ、その後、ＶＶＶＦインバータ８からの前記周波数設定値，電圧設定値に対応する交流電圧を誘導電動機９に供給し続けることにより、繊維機械のような起動、加速時に非常に大きな駆動トルクを必要とする負荷を駆動する誘導電動機を最適に制御することができる。
2003098792.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変電圧可変周波数インバータにより誘導電動機を制御する方法において、
先ず、一次巻線がデルタ接続の誘導電動機にその交流出力電圧の電圧および周波数を許容最低値にした前記インバータから前記誘導電動機に給電してこれを始動し、
次に、この始動した前記誘導電動機に給電する前記インバータの出力電流を予め定めた上限値以下に制限しつつ、該インバータの出力電圧と出力周波数とを所定の増加率で出力周波数が予め定めた周波数設定値に達するまで徐々に増大させて前記誘導電動機を加速し、
前記インバータの出力周波数が前記周波数設定値の達した後は、前記誘導電動機に給電する前記インバータの出力周波数を前記周波数設定値に保ちつつ、前記インバータの出力電圧のみを予め定めた電圧設定値まで所定の減少率で徐々に低下させ、
その後、前記インバータは前記電圧設定値および周波数設定値に基づく交流電圧を前記誘導電動機に供給するようにした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
この発明は、特に繊維機械など起動時に非常に大きな駆動トルクを必要とする産業機械を駆動する誘導電動機の制御方法、特に起動時の制御方法に関する。
背景技術
従来、この種の誘導電動機の運転は、先ず、誘導電動機を商用電源に接続して起動し、この電動機がほぼ定常回転数に達した後に、この誘導電動機を商用電源から切り離し、その代わりに任意に周波数を設定可能な可変電圧可変周波数（ＶＶＶＦ）インバータの出力に接続して運転するようにしていた。（例えば、実開昭６１−９０８７７号明細書（第３−８頁、第１図）を参照。）
この文献に示された従来の誘導電動機の運転方法における問題点について、図３に示す従来の誘導電動機の運転回路に基づいて説明する。
図３において、１は交流の商用電源、２はインバータ主回路２１とインバータ制御回路２２とからなるＶＶＶＦインバータ、３は電磁接触器ＭＣ１，ＭＣ２からなる切替スイッチ回路、４は誘導電動機、５は誘導電動機４で駆動される繊維機械などの負荷、６はＡＣリアクトル、７はシーケンス制御回路である。
ＶＶＶＦインバータ２はインバータ制御回路２２の制御動作により商用電源１の電圧位相と同期した位相の交流電圧が出力可能であり、以下に、図３に示した運転回路による誘導電動機４の運転方法を説明する。
先ず、商用電源１の電圧が確立している状態で、電磁接触器ＭＣ１，ＭＣ２共に開路状態にある切替スイッチ回路３へシーケンス制御回路７から切替信号としてのＭＣ１への投入指令が発せられ、電磁接触器ＭＣ１が閉路すると、商用電源１から給電が開始された誘導電動機４が負荷５と共に始動し、やがて、誘導電動機４の回転数が商用電源１の周波数に対応した回転数に達したところで起動が完了する。
電磁接触器ＭＣ１への投入指令によりＶＶＶＦインバータ２も起動され、その出力が、許容最低電圧および許容最低周波数の交流電圧から商用電源１の定格電圧および定格周波数と等しい電圧および周波数の交流電圧となるまで速やかに増大される。
その後、インバータ制御回路２２では商用電源１の何れか一相の電圧位相と、ＶＶＶＦインバータ２の出力電圧の前記商用電源１に対応する相の電圧位相とを監視し、両者が例えば数サイクル一致した時点で、同期完了信号をシーケンス制御回路７へ送出する。
次に、商用電源１の周波数に対応した回転数に到達し、誘導電動機４が起動を完了した時点以後の前記同期完了信号により、シーケンス制御回路７は切替信号として電磁接触器ＭＣ１への開路指令を、そしてこの電磁接触器ＭＣ１への開路指令から若干のデッドタイム、例えば１０ｍＳ〜２０ｍＳ程度遅らせて電磁接触器ＭＣ２へ閉路指令を発することにより電磁接触器ＭＣ１が開路し、これより若干遅れて電磁接触器ＭＣ２が閉路し、誘導電動機４への給電が商用電源１からＶＶＶＦインバータ２の出力に切り替わる。このときＶＶＶＦインバータ２から誘導電動機４への経路に設置されているＡＣリアクトル６によりＶＶＶＦインバータ２から誘導電動機４への突入電流が抑制される。
誘導電動機４への給電がＶＶＶＦインバータ２からの給電に切替えられた後、ＶＶＶＦインバータ２を制御し、その出力を、誘導電動機４が要求する電圧，周波数の交流電圧に徐々に変更していくことで、負荷５が稼働状態に入る。
このような従来の運転方法においては、次のような問題がある。
すなわち、ＶＶＶＦインバータ２としては商用電源１の交流電圧をダイオード整流器と平滑コンデンサで直流電圧に変換し、この直流電圧を交流電圧に変換するトランジスタとダイオードとの逆並列回路をブリッジ接続してなるインバータ主回路２１と、前記トランジスタを、例えばＰＷＭ制御によりオン，オフさせることでインバータ主回路２１の交流出力電圧の電圧および周波数を所望の値に制御する電圧、周波数制御機能の外に、交流出力電圧の位相を商用電源１の電圧位相に合わせるための位相制御機能をインバータ制御回路２２に備える必要があり、その結果、このＶＶＶＦインバータ２は、単に交流出力電圧の電圧および周波数を制御する電圧、周波数制御機能しか有さない汎用的なＶＶＶＦインバータに比して、その回路構成が複雑となることである。また、切替スイッチ回路３、ＡＣリアクトル６、シーケンス制御回路７などを必要とし、図３に示した回路構成全体も複雑となる。
さらに、ＡＣリアクトル６によりＶＶＶＦインバータ２から誘導電動機４への突入電流が抑制されるが、切替え時にＡＣリアクトルのために誘導電動機４の回転数が変動し、この変動が負荷５にとって好ましくない場合がある。
さらにまた、繊維機械のような起動時に非常に大きな駆動トルクを必要とする負荷を駆動する誘導電動機４の起動を商用電源１により行うため、ＶＶＶＦインバータ２の動作責務が軽減されるが、誘導電動機４の起動完了後の回転数が商用電源１の周波数に依存するという難点があり、その結果、誘導電動機４が要求する出力周波数が商用電源１の周波数と異なる場合には、ＶＶＶＦインバータ２による給電が開始され、最終的に誘導電動機４が要求する周波数の交流電圧にする動作が必要となり、負荷５が稼働状態になるまでに時間を要することである。
この発明の目的は、上述の種々の問題点を解消する誘導電動機の制御方法を提供することにある。
発明の開示
この発明の誘導電動機の制御方法では、可変電圧可変周波数インバータにより誘導電動機を制御する方法において、先ず、一次巻線がデルタ接続の誘導電動機にその交流出力電圧の電圧および周波数を許容最低値にした前記インバータから前記誘導電動機に給電してこれを始動し、次に、この始動した前記誘導電動機に給電する前記インバータの出力電流を予め定めた上限値以下に制限しつつ、該インバータの出力電圧と出力周波数とを所定の増加率で出力周波数が予め定めた周波数設定値に達するまで徐々に増大させて前記誘導電動機を加速し、前記インバータの出力周波数が前記周波数設定値の達した後は、前記誘導電動機に給電する前記インバータの出力周波数を前記周波数設定値に保ちつつ、前記インバータの出力電圧のみを予め定めた電圧設定値まで所定の減少率で徐々に低下させ、その後、前記インバータは前記電圧設定値および周波数設定値に基づく交流電圧を前記誘導電動機に供給するようにしたことを特徴とする。
この発明は、一次巻線がデルタ接続の誘導電動機では、一次巻線がスター接続の誘導電動機に比して、可変電圧可変周波数（ＶＶＶＦ）インバータから供給される交流電圧に対する該誘導電動機が出力する駆動トルクをより大きくできる（具体的には約３倍）ことに着目し、また、このＶＶＶＦインバータが備える出力電流制限機能を利用して、繊維機械など起動時に非常に大きな駆動トルクを必要とする負荷を駆動する誘導電動機を速やかに起動，加速させる動作と、この起動，加速を完了後はこの誘導電動機を小さな駆動トルクで運転できることに着目して、該ＶＶＶＦインバータの出力電圧のみを低下させる動作とを、汎用的な前記ＶＶＶＦインバータにより、連続して行うようにしている。
発明を実施するための最良の形態
図１は、この発明の誘導電動機の運転方法の実施の形態を示す運転回路の構成図であり、図３に示した従来構成と同一機能を有するものには同一符号を付している。
すなわち図１に示した回路構成では、商用電源１、負荷５の他に、商用電源１の交流電圧をダイオード整流器と平滑コンデンサで直流電圧に変換し、この直流電圧を交流電圧に変換するトランジスタとダイオードとの逆並列回路をブリッジ接続してなるインバータ主回路８１と、このインバータ主回路８１の出力電流を検出するシャント抵抗などの電流検出器８１ａと、前記トランジスタを、例えばＰＷＭ制御によりオン，オフさせることでインバータ主回路８１から所望の電圧、周波数の交流電圧を出力させるための電圧、周波数制御機能と、電流検出器８１ａの検出値が予め定めた上限値（例えば、インバータ主回路８１の定格出力電流値の１５０％程度）を越えたときには、この上限値以下の出力電流にするためにインバータ主回路８１の出力電圧を絞り込む電流制限機能とを備えるインバータ制御回路８２とからなるＶＶＶＦインバータ８と、一次巻線がデルタ接続の誘導電動機９と、電磁接触器１０と、電磁接触器１０の投入回路１１とから構成されている。
図１に示したこの発明を実施した運転回路の動作を、図２に示す波形図を参照しつつ、以下に説明する。
待機状態において、電磁接触器１０は開路しておく。商用電源１の電圧が確立していることを条件に、ＶＶＶＦインバータ８を起動する。起動したインバータ８は、インバータ制御回路８２の制御動作により、ＶＶＶＦインバータ８が予め定めた電圧，周波数（例えば、許容最低電圧，許容最低周波数）の交流電圧を出力する状態にしておく。
誘導電動機９の起動を開始するｔ０時点で、投入回路１１からの投入指令により電磁接触器１０を閉路させることにより、誘導電動機９が始動し、負荷５を低速で駆動し始めると共に、前記投入指令に基づくインバータ制御回路８２の制御動作により、ＶＶＶＦインバータ８は前記許容最低電圧，許容最低周波数の交流電圧から、図２に示すようにほぼ直線的に徐々に電圧、周波数を増大させた交流電圧を出力し始める。
この電圧、周波数を徐々に増大させている期間中のインバータ主回路８１の出力電流を、電流検出器８１ａを介してインバータ制御回路８２が監視し、この監視により、前記出力電流が予め定めた上限値を越えているときには、該出力電流が前記上限値以下になるように、インバータ制御回路８２の制御動作によりインバータ主回路８１の出力電圧の振幅の増大を抑制しつつ、このＶＶＶＦインバータ８は、図２に示すように徐々に電圧，周波数を増大させた交流電圧を出力し続けることで、誘導電動機９は加速し続ける。
ｔ１時点で、ＶＶＶＦインバータ８の増大させた出力周波数が既に予め定めた周波数設定値に達する。このｔ１時点までに誘導電動機９の加速動作を終了している状態になっている。繊維機械などの負荷５は起動および加速時に非常に大きな駆動トルクを必要とするが、加速を完了すると小さな駆動トルクでよいことから、加速の完了によって誘導電動機９の出力トルクも減少し、図２に示すように、ＶＶＶＦインバータ８の出力電流も前記上限値の状態を脱し、減少した状態になっている。
上述のｔ１時点より若干の時間経過したｔ２時点から、インバータ制御回路８２の制御動作によりＶＶＶＦインバータ８の出力周波数は前記周波数設定値を維持しつつ、ＶＶＶＦインバータ８の出力電圧のみを、図２に示すようにｔ３時点まで、ほぼ直線的に徐々に減少させた交流電圧を出力し始める。ここで、ＶＶＶＦインバータ８の出力電圧の減少を開始するｔ２時点は、このインバータの出力電流が予め定めた値に減少したことを電流検出器８１ａの検出値によりインバータ制御回路８２が確認したタイミング、または、予め実験により時点ｔ０〜ｔ２までの時間を求めておき、図示しないタイマーにより時点ｔ２に達したタイミングとしてもよい。すなわち、このタイミングｔ１時点以降であればよい。
上述のｔ１〜ｔ３時点の期間において、繊維機械などの誘導電動機９の駆動トルクが少なくてよいときには、ＶＶＶＦインバータ８はその出力周波数を周波数設定値に保ちつつ、このＶＶＶＦインバータ８の出力電圧の振幅のみを電圧設定値（例えば、ｔ１時点での出力電圧の１／√３倍、または、負荷５が必要とするトルクが得られる出力電圧の値）まで減少させることにより、ｔ１時点での出力電圧のときの出力電流に対して、ｔ２時点での出力電圧ときの出力電流は、誘導電動機９の効率および力率が改善されることから、より少なくてよい。すなわち、一次巻線がデルタ接続の誘導電動機ではスター接続の誘導電動機に比して、駆動トルクが約３倍となるのでｔ３時点以降の出力電圧は、ｔ１時点での出力電圧の約１／√３倍にすることができる。このため、ｔ３時点以降の誘導電動機９は、省エネルギー運転状態になっている。
上述の動作説明から明らかなように、一次巻線がデルタ接続の誘導電動機９の連続定格値は上述のｔ３時点以降の値から設定すればよく、また、誘導電動機９の起動，加速時の駆動トルクおよび出力電圧／出力周波数（Ｖ／Ｆ）比は短時間定格値として出力できればよい。
この発明の制御方法によれば、誘導電動機の始動時からインバータを介して誘導電動機に給電を行なうため、始動後、インバータの出力周波数を所望する速度に対応した周波数へ直接移行することができるので、誘導電動機の始動から所望の運転速度への移行時間を短くできる利点がある。
産業上の利用の可能性
この発明によれば、汎用的な可変電圧可変周波数（ＶＶＶＦ）インバータのみからの給電により一次巻線がデルタ接続の誘導電動機を、一次巻線がスター接続の誘導電動機に比して、より少ない一次電流で起動，加速が可能となり、さらに、この起動，加速の完了後には、繊維機械などでは該誘導電動機を小さな駆動トルクで運転できることから、ＶＶＶＦインバータの出力電圧のみを低下させることにより、該誘導電動機の運転効率と力率とを改善できるので、近年の省エネルギーの要請に応えることができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、この発明の実施の形態を示す運転回路の構成図である。
図２は、図１の運転回路の動作を説明する波形図である。
図３は、従来の誘導電動機の運転回路を示す構成図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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