(57)【要約】電力変換装置で駆動する交流電動機の減速時および加速時において、最適な減速時間を見つけ出すためには、操作者は負荷を含めた慣性モーメントや電動機の特性を考慮しながら、十数回の加速と減速操作を行うことになる。このような方法は、操作者の負担が大きく、システム立ち上げのために多くの時間を要するという課題があった。そこで、交流電動機を可変電圧可変周波数の交流電力により駆動する電力変換装置であって、交流電圧を整流して直流電圧に変換する順変換器と、前記順変換器にて変換された直流電圧を平滑する平滑コンデンサを有する直流中間回路と、半導体スイッチング素子で構成された逆変換器と、前記半導体スイッチング素子を駆動するドライバ回路と、前記逆変換器の出力電流を検出する電流検出回路と、前記電力変換装置の出力電圧と前記電流検出回路の検出電流との位相差、力率角、あるいは力率値を求め、前記位相差、力率角、あるいは力率値に基づいて、前記交流電動機の加速時間あるいは減速時間を制御する制御回路と、を備える構成とする。
2015087437.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電動機を可変電圧可変周波数の交流電力により駆動する電力変換装置であって、
交流電圧を整流して直流電圧に変換する順変換器と、
前記順変換器にて変換された直流電圧を平滑する平滑コンデンサを有する直流中間回路と、
半導体スイッチング素子で構成された逆変換器と、
前記半導体スイッチング素子を駆動するドライバ回路と、
前記逆変換器の出力電流を検出する電流検出回路と、
前記電力変換装置の出力電圧と前記電流検出回路の検出電流との位相差、力率角、あるいは力率値を求め、前記位相差、力率角、あるいは力率値に基づいて、前記交流電動機の加速時間あるいは減速時間を制御する制御回路と、を備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記力率値あるいは力率角は、前記検出電流を座標軸変換により求めたトルク電流成分値と励磁電流成分値と前記検出電流値のうち二つ以上の電流値か、あるいは、前記検出電流を座標軸変換により求めたトルク電流成分指令値と励磁電流成分指令値と前記検出電流値のうち二つ以上の電流値により求めることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記力率値あるいは力率角は、前記検出電流の特定位相近傍をサンプリングすることにより求めた有効電流成分値と無効電流成分値と前記検出電流値のうち二つ以上の電流値により求めることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記交流電動機が減速モードの状態で、前記位相差あるいは前記力率角が１８０°（π）に近づくように減速時間の速度変化率を制御し、あるいは、前記電力変換装置が加速モードの状態で、前記位相差あるいは前記力率角が０°に近づくように加速時間の速度変化率を制御することを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記交流電動機の減速モードあるいは加速モードにおける減速時間あるいは加速時間における速度変化率を制御する際に、前記検出電流が予め定められた値以上あるいは超過した場合に、前記減速時間あるいは加速時間の速度変化率をゼロに制御し、前記検出電流が予め定められた値以下あるいは未満になった場合に、再度減速あるいは加速を開始することを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記直流中間回路の電圧を検出する電圧検出回路を備え、
前記交流電動機の減速モードあるいは加速モードにおける減速時間あるいは加速時間の速度変化率を制御する際に、前記電圧検出回路にて検出された電圧が予め定められた値以上あるいは超過した場合に、前記減速時間あるいは加速時間の速度変化率をゼロ（減速停止あるいは加速停止）に制御し、前記検出された電圧が予め定められた値以下あるいは未満になった場合に、再度減速あるいは加速を開始することを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記直流中間回路の電圧を検出する電圧検出回路を備え、
前記交流電動機の減速モードあるいは加速モードにおける減速時間あるいは加速時間の速度変化率を制御する際に、前記検出電流と前記電圧検出回路にて検出された電圧のどちらかが予め定められた値以上あるいは超過した場合に、前記減速時間あるいは加速時間の速度変化率をゼロ（減速停止あるいは加速停止）に制御し、前記検出電流と前記検出された電圧の両方が予め定められた値以下あるいは未満になった場合に、再度減速あるいは加速を開始することを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記交流電動機の減速モードあるいは加速モードにおける減速時間あるいは加速時間の速度変化率を制御する際に、前記検出電流が予め定められた値以上あるいは超過した場合に、減速状態を加速状態に、あるいは加速状態を減速状態に変更するように制御し、前記検出された電流が予め定められた値以下あるいは未満になった場合に、再度減速あるいは加速を開始することを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記直流中間回路の電圧を検出する電圧検出回路を備え、
前記交流電動機の減速モードあるいは加速モードにおける減速時間あるいは加速時間の速度変化率を制御する際に、前記電圧検出回路にて検出された電圧が予め定められた値以上あるいは超過した場合に、前記減速状態を加速状態に、あるいは加速状態を減速状態に変更するように制御し、前記検出された電圧が予め定められた値以下あるいは未満になった場合に、再度減速あるいは加速を開始することを特徴とする電力変換装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記直流中間回路の電圧を検出する電圧検出回路を備え、
前記交流電動機の減速モードあるいは加速モードにおける減速時間あるいは加速時間の速度変化率を制御する際に、前記検出電流と前記電圧検出回路にて検出された電圧のどちらかが予め定められた値以上あるいは超過した場合に、減速状態を加速状態に、あるいは加速状態を減速状態に変更するように制御し、前記検出電流と前記検出された電圧が予め定められた値以下あるいは未満になった場合に、再度減速あるいは加速を開始することを特徴とする電力変換装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記交流電動機の減速モードあるいは加速モードにおける減速時間あるいは加速時間の速度変化率を制御する際に、前記減速モードあるいは前記加速モードは二以上の速度変化率を有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記交流電動機の減速モードあるいは加速モードにおける減速時間あるいは加速時間の速度変化率を制御する際に、前記速度変化率は一定であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記交流電動機の減速モードあるいは加速モードにおける減速時間あるいは加速時間の速度変化率を制御する際に、前記速度変化率が可変であるＳ字曲線あるいはＵ字曲線で近似されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
減速時間あるいは加速時間における速度変化率は、前記位相差、力率角、あるいは力率値に基づいて決定されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１５】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記電流検出回路において検出される電流は、前記電力変換装置の直流母線側の電流であることを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力変換装置であるインバータは、産業界をはじめ家電製品にも誘導電動機の速度制御装置として多く採用されている。誘導電動機を減速停止する場合、誘導電動機の減速時における回転エネルギーが電気エネルギーに変換され、電力変換装置の直流中間回路にある平滑コンデンサに静電エネルギーとして蓄積されるが、その処理できる蓄積量は小さいため平滑コンデンサの両端電圧が上昇し、電力変換装置の直流中間回路に設けられた電圧検出回路が動作し、前もって設定された過電圧レベルを超えると電力変換装置が停止する。【０００３】
このため、電力変換装置には、前記直流中間回路に半導体スイッチと制動用の抵抗器からなる回生制動回路が搭載されており、前記交流機の減速時の回転エネルギーを制動抵抗器で熱エネルギーとして消費する構成にし、平滑コンデンサの両端電圧の上昇を抑制して電圧検出保護回路が動作しないようにしている。【０００４】
特許文献１の段落［０００７］には、「前記平滑用コンデンサの両端に接続される制動抵抗とスイッチの直列回路と、前記平滑用コンデンサの両端の電圧が所定の値を超えたときに前記スイッチを閉路させる電圧検出回路と、外部からの開始指令に基づいて、所定期間（Ｔ）内の前記スイッチが閉路している時間を集計し、この集計時間（Σｔ）を出力する集計回路と、前記期間（Ｔ）と集計時間（Σｔ）とから前記制動抵抗の使用率（Ｘ％：Ｘ＝（Σｔ／Ｔ）＊１００）を演算する使用率演算回路と、前記使用率（Ｘ％）を前記期間（Ｔ）が終了時に外部へ表示する表示回路とを備える。」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３６４８９３２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１は、回生エネルギー処理回路（制動抵抗、スイッチ、制御回路で構成）を使用する際の制動抵抗の使用率について記載されており、回生エネルギー処理回路が不要となる最短の減速時間をどのように決定するかについての開示は一切ない。すなわち、減速時に出力周波数を下げたときの動作はいわゆる脱調状態なしで運転して減速するものであって、その減速時間は負荷を含めた慣性モーメントや電動機の特性などに依存している。そのため、最適な減速時間を見つけ出すためには、操作者は負荷を含めた慣性モーメントや電動機の特性を考慮しながら、十数回の加速と減速操作を行うことになる。このような方法は、操作者の負担が大きく、システム立ち上げのために多くの時間を要するという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、交流電動機を可変電圧可変周波数の交流電力により駆動する電力変換装置であって、交流電圧を整流して直流電圧に変換する順変換器と、前記順変換器にて変換された直流電圧を平滑する平滑コンデンサを有する直流中間回路と、半導体スイッチング素子で構成された逆変換器と、前記半導体スイッチング素子を駆動するドライバ回路と、前記逆変換器の出力電流を検出する電流検出回路と、前記電力変換装置の出力電圧と前記電流検出回路の検出電流との位相差、力率角、あるいは力率値を求め、前記位相差、力率角、あるいは力率値に基づいて、前記交流電動機の加速時間あるいは減速時間を制御する制御回路と、を備える構成とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、最適な減速時間あるいは加速時間を求めるための操作者の負担を軽減することができ、システム立ち上げの時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例に係る電力変換装置の概略構成図である。
【図２】交流電動機の入力電圧と入力電流の位相関係を示す図である。
【図３】本願に係る電力変換装置の制御ブロック図（第一の形態）である。
【図４】本願に係る電力変換装置の制御ブロック図（第二の形態）である。
【図５】本願に係る電力変換装置の制御ブロック図（第三の形態）である。
【図６】本願に係る誘導電動機の有効電流、無効電流を検出するタイミング図である。
【図７】本願に係る電力変換装置の制御ブロック図（第四の形態）である。
【図８】本願における電力変換装置の他の主回路構成図である。
【図９（ａ）】本願における電力変換装置の出力周波数と加速・減速時間の動作タイミング図（ａ）である。
【図９（ｂ）】本願における電力変換装置の出力周波数と加速・減速時間の動作タイミング図（ｂ）である。
【図９（ｃ）】本願における電力変換装置の出力周波数と加速・減速時間の動作タイミング図（ｃ）である。
【図９（ｄ）】本願における電力変換装置の出力周波数と加速・減速時間の動作タイミング図（ｄ）である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１０】
以下では図面を用いて実施例１について説明する。なお、各図における共通の構成については同一の参照番号を付してある。また、本実施例は図示例に限定されるものではない。  
実施例１における電力変換装置の形態を以下に図を用いて説明する。図１は、実施例１に係る電力変換装置の構成図である。図１の電力変換装置１３は、交流電動機４に電力を供給するための順変換器１、平滑用コンデンサ２、逆変換器３、制御回路５、冷却ファン６、デジタル操作パネル７、ドライバ回路８、回生制動回路９、を備えて構成される。図１では、任意の入力電源として交流電源を用いた場合を示す。【００１１】
順変換器１は、交流電力を直流電力に変換する。平滑用コンデンサ２は、直流中間回路に備えられている。逆変換器３は、直流電力を任意の周波数の交流電力に変換する。逆変換器３内には、代表的な半導体素子としてのＩＧＢＴが搭載されている。ここで、半導体素子としてはＩＧＢＴに限定されるものではなく、スイッチング素子としての形態を有するものであれば良い。
冷却ファン６は、順変換器１及び逆変換器３内のパワーモジュールを冷却する。デジタル操作パネル７は、電力変換装置の各種制御データを設定、変更、異常状態及びモニタ表示を行う。例えば、交流電動機４を駆動する際の加速時間や停止させる場合の減速時間などを設定することができる。制御データの一つである加速・減速時間は図示しない記憶部に格納され、このデータに基づいて、図示しないマイコンが交流電動機４の加速・減速を制御する。さらに、最適の時間で加速運転動作や減速運転動作を行いたい場合には、デジタル操作パネル上に予め設けられた機能コードで「加速時間制御モード」あるいは「減速時間制御モード」を選択することができる。
デジタル操作パネル７には異常表示が可能な表示部が設けられており、電力変換装置における異常が検出されると当該表示部に表示される。本実施例のデジタル操作パネル７としては、特に種類が限られるものではないが、デジタル操作パネルとして装置使用者の操作性を考慮して表示部の表示を見ながら操作が行えるように構成している。
なお、表示部は必ずしも操作パネル７と一体に構成する必要はないが、操作パネル７の操作者が、表示を見ながら操作できるように一体構成とすることが望ましい。デジタル操作パネル７から入力された電力変換装置の各種制御データは図示しない記憶部に格納される。【００１２】
制御回路５は、デジタル操作パネル７によって入力される各種の制御データに基づいて逆変換器３のスイッチング素子を制御すると共に、電力変換装置１３全体の制御を司る働きをするもので、マイコン（制御演算装置）が搭載されており、デジタル操作パネル７から入力される各種の制御データに応じて必要な制御処理が行えるように構成されている。  内部構成は省略するが、各種の制御データが格納された記憶部の記憶データからの情報に基づいて演算を行うマイコン（制御演算装置）が搭載されている。
電流検出器ＣＴは、交流機のＵ相、Ｗ相の線電流を検出する。Ｖ相の線電流は、交流条件（ｉｕ＋ｉｖ＋ｉｗ＝０）から、ｉｖ＝−（ｉｕ＋ｉｗ）として求められる。図１ではＣＴを２個用いた例を示したが、ＣＴを３個使用し、各Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の線電流を検出してもよい。【００１３】
電流検出回路１０は、電流検出器ＣＴの出力を加工するもので、位相検出回路１１は、電力変換装置の出力電圧と電流検出回路の検出電流との位相差を検出する。位相比較回路１２は、検出した位相差と予め定められた位相値（例えば、１８０°）との比較を行う。
加速・減速時間修正回路１３は、位相差に基づいて、電力変換装置の加速時間あるいは減速時間を最適に制御する。ドライバ回路８は、制御回路５からの指令に基づいて逆変換器３のスイッチング素子を駆動する。ドライバ回路８内にはスイッチングレギュレータ回路（ＤＣ／ＤＣコンバータ）が搭載されており、電力変換装置の運転に必要な各直流電圧を生成し、これらを各構成に対して供給する。【００１４】
回生制動回路９は、交流電動機の減速時回転エネルギーを熱エネルギーとして回生制動抵抗器ＢＲで消費させる役割を果たすものである。直流中間回路の直流電圧ＶＰＮを検出し、検出値が予め設定された電圧レベル以上になれば、回生制動回路９内のスイッチング素子をオンさせる。  
回生制動回路９内には、代表的なスイッチング素子としてＩＧＢＴが搭載されているが、当然、この素子はＩＧＢＴに限定されるものではなく、スイッチング素子としての形態を有するものであれば良い。
回生制動回路９内に搭載されているＩＧＢＴの定格電流は有限であるため、ＩＧＢＴを破壊させないために、回生制動回路に接続可能な制動抵抗器ＢＲの許容最小抵抗値Ｒｍｉｎも電力変換装置の容量毎に予め製品仕様として定められている。
電力変換装置の各種制御データは、デジタル操作パネル７から設定及び変更が可能である。また、入力電源として、交流電源ではなく、直流電源を供給する場合には、直流端子Ｐ（＋）側に直流電源の（＋）側を接続し、直流端子Ｎ（−）側に直流電源の−側を接続すればよい。さらには、交流端子ＲとＳとＴを接続し、この接続点に直流電源の（＋）側を接続し、直流端子Ｎ（−）側に直流電源の（−）側を接続してもよいし、逆に、直流端子Ｐ（＋）側に直流電源の（＋）側を接続し、交流端子ＲとＳとＴを接続し、この接続点に直流電源の（−）側を接続してもよい。
図２は、交流電動機の入力電圧と入力電流の位相関係を示す図である。（ａ）は、交流電動機の無負荷モード時における交流電動機の入力電圧と入力電流の位相関係である。当然、入力相電圧と入力線電流の位相は約９０°（π／２）となる（入力電力Ｐ＝√３＊Ｖｏ＊Ｉｏ＊ｃｏｓΦ＝０）。【００１５】
（ｂ）は、交流電動機の電動機モード時における交流電動機の入力電圧と入力電流の位相関係である。当然、入力相電圧と入力線電流の位相は０〜９０°（０〜π／２）となる（入力電力Ｐ＝√３＊Ｖｏ＊Ｉｏ＊ｃｏｓΦ＞０）。【００１６】
（ｃ）は、交流電動機の発電機モード時における交流電動機の入力電圧と入力電流の位相関係である。当然、入力相電圧と入力線電流の位相は９０〜１８０°（π／２〜π）となる（入力電力Ｐ＝√３＊Ｖｏ＊Ｉｏ＊ｃｏｓΦ＜０）。
電力変換装置で交流電動機を駆動する搬送機などの場合、交流電動機を加速時間で加速する場合は、（ｂ）の電動機モードで動作し、交流電動機を減速時間で減速する場合は、（ｃ）の発電機モードで動作する。すなわち、入力相電圧と入力線電流の位相を検出すれば、交流電動機の動作が電動機モードか発電機モードかを判別することができる。【００１７】
また、発電機モードの場合の最大発電電力は、入力相電圧と入力線電流の位相差（力率角）が１８０°（π）時である。すなわち、入力相電圧と入力線電流の力率値が−１の時最大となる。しかし、電動機は誘導性負荷のため、電動（力行）時に位相差が完全に０°（ｃｏｓΦ＝１）になることはなく、回生時においても位相差が完全に１８０°（ｃｏｓΦ＝−１）になることはない。
図３は、本実施例に係る電力変換装置の制御ブロック図（第一の形態）である。電力変換装置に入力された出力周波数指令ｆ１と出力周波数指令に対する出力電圧Ｖ＊を電圧演算回路で三相出力相電圧Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を求め、ＰＷＭ演算結果に従い誘導電動機を速度制御する。【００１８】
ＰＷＭ演算回路により各相の交流出力相電圧が下式で表される。
・Ｖｕ＝Ｖｕ＊＊ｓｉｎ（ω１＊ｔ）
・Ｖｖ＝Ｖｖ＊＊ｓｉｎ（ω１＊ｔ−２π／３）
・Ｖｗ＝Ｖｗ＊＊ｓｉｎ（ω１＊ｔ−４π／３）
ここで、角周波数ω１＝２π＊ｆ１である。【００１９】
すなわち、各相の出力相電圧は、搬送波としての三角波と変調波として正弦波を図示しないマイコンがＰＷＭ演算し決定しているため、マイコンは各相の電圧位相を認識している。すなわち、マイコンが各相電圧の位相を決定しているわけである。
このため、例えば、ｕ相の相電圧Ｖｕを基準（ゼロ位相点）にすれば、電流検出回路で検出したｕ相の線電流ｉｕのゼロ近傍点までの位相をタイマーでカウントアップすることによりその位相差を演算することにより検出することができる。
上記に従い、位相検出回路１１は、電流検出回路１０の検出信号に対し、ＰＷＭ演算回路のｕ相の相電圧Ｖｕを基準に線電流ｉｕとの位相差Φを検出する。
もちろん、相電圧Ｖｖと相電圧Ｖｗを基準にして、線電流ｉｖとｉｗの位相差Φを検出しても本実施例の意図は変わらない。【００２０】
位相検出回路で検出した位相差Φに基づいて、加速・減速時間修正回路１３で電力変換装置が駆動する誘導電動機の最適な加速時間あるいは減速時間を自動修正する。
図９は、本実施例における電力変換装置の出力周波数と加速・減速時間の動作タイミング図を示す。【００２１】
システムによっては電動機を繰り返し運転する際に、常に同じ減速時間ｔｄと同じ加速時間ｔａで加速・減速・停止を繰り返し、停止位置を同じ場所にしなければならない用途（例えば、コンベア）がある。このようなシステムの場合には、予めデジタル操作パネル７で設定した減速時間および加速時間で常に動作することが望ましい。【００２２】
一方、システムのタクトタイムを可能な限り最適にする用途（例えば、自動倉庫）の場合には、最短の時間で加速・減速運転できることが望ましい。
このようにシステムに依存して、減速時間および加速時間が予め設定した時間で常に動作するか、位相差Φあるいは力率値ｃｏｓΦを検出してその検出値に従い減速時間および加速時間の速度変化率を制御するかをデジタル操作パネル７から、図示しないデジタル操作パネル上の機能コードでユーザが任意に選択できる構成にする。【００２３】
例えば、最適の時間で加速運転動作したい場合には、デジタル操作パネル上に予め設けられた機能コードで「加速時間制御モード」を選択し、最適の時間で減速運転動作したい場合には、「減速時間制御モード」を選択する。【００２４】
（ａ）は、減速モードにおける減速時間の速度変化率を制御する際に、電圧検出回路の検出電圧が予め定められた値以上あるいは超過した場合に、減速時間の速度変化率をゼロ（減速停止）に制御し、検出電圧が予め定められた値以下あるいは未満になった場合に、再度減速を開始する動作タイミング図である。【００２５】
交流電動機を速度制御し、時刻ｔ１で減速（減速時間ｔｄ１）を開始する際、ｕ相の相電圧Ｖｕを基準に線電流ｉｕとの位相差Φを検出し、この位相差Φが、回生側電力が最大となる位相差１８０°（π）に近づくように減速時間の速度変化率を大きく制御する。【００２６】
電動機は誘導性負荷のため、回生時において位相差を完全に１８０°（π）に制御することはできないため、検出した位相差Φが１８０°（π）に近づくように減速時間の速度変化率を自動調整する。【００２７】
検出した位相差Φが１８０°と比較し、その差が大きい場合には減速時間の速度変化率を大きく（短い減速時間）制御し、その差が小さい場合には減速時間の速度変化率を小さく（長い減速時間）制御する。【００２８】
検出した位相差Φと減速時間ｔｄとの相関関係を予めメモリに格納しておけばよい。例えば、
・９０°＜Φ≦１１０°→ｔｄ２１
・１１０°＜Φ≦１３０°→ｔｄ２２
・１３０°＜Φ≦１５０°→ｔｄ２３
・１５０°＜Φ≦１７０°→ｔｄ２４
・１７０°＜Φ＜１８０°→ｔｄ２５
ここで、各減速時間の数値としては、ｔｄ２１＜ｔｄ２２＜ｔｄ２３＜ｔｄ２４＜ｔｄ２５の関係があり、各減速時間の速度変化率（傾き）には、Δｔｄ２１＞Δｔｄ２２＞Δｔｄ２３＞Δｔｄ２４＞Δｔｄ２５の関係がある。【００２９】
例えば、検出した位相差Φが９０°＜Φ≦１１０°の範囲の場合には、目標の１８０°に対しその差が大きいため、減速時間の速度変化率を大きく（短い減速時間：ｔｄ２１）制御する。そして、次に検出した位相差Φが１１０°＜Φ≦１３０°の範囲の場合には、目標の１８０°に対しその差が少し小さくなったので、減速時間の速度変化率を少し緩和して（減速時間：ｔｄ２２）制御する。この場合の減速時間には、ｔｄ２１＜ｔｄ２２の関係がある。このように順次検出した位相差Φに応じて減速時間の速度変化率を連続的に制御する。【００３０】
本実施例では、位相差は２０°毎に減速時間を変えているが、位相差を２０°に限定したものではなく、１０°毎でも３０°毎でも発明の意図は変わらない。【００３１】
時刻ｔ２で電圧検出回路の検出電圧が予め定められた値ＶＰＮｌｉｍｕ以上あるいは超過したため、減速時間の速度変化率をゼロ（減速停止）にし、検出電圧が予め定められた値ＶＰＮｌｉｍｄ以下あるいは未満になった時刻ｔ３で再度減速（減速時間ｔｄ３）を開始する。ＶＰＮｌｉｍｕとＶＰＮｌｉｍｄの差をヒステリシス幅という。【００３２】
ここで、時刻ｔ１〜ｔ２の期間において、検出した位相差Φに基づいて減速時間の速度変化率を２段階（減速時間ｔｄ２１とｔｄ２２）に制御しているが、検出した位相差Φに基づいて減速時間の速度変化率を５段階（例えば、減速時間ｔｄ２１、ｔｄ２２、ｔｄ２３、ｔｄ２４、ｔｄ２５）に制御しても、本実施例の意図は変わらない。【００３３】
また、時刻ｔ２で減速時間の速度変化率をゼロ（減速停止）にすれば、交流電動機の回転周波数ｆｒと電力変換装置の出力周波数ｆ１との差が減少するため、回生電力も減少し、平滑コンデンサ２における充電電圧の電圧上昇や電流上昇を抑制できる。【００３４】
時刻ｔ４で、検出電圧が予め定められた値ＶＰＮｌｉｍｕ以上あるいは超過したため、減速時間の速度変化率をゼロ（減速停止）にし、検出電圧が予め定められた値ＶＰＮｌｉｍｄ以下あるいは未満になった時刻ｔ５で再度減速を開始し、時刻ｔ６で交流電動機が停止する。もちろん、ｕ相の相電圧Ｖｕを基準に線電流ｉｕとの位相差Φを常に検出し、回生電力が最大となる位相差１８０°（π）に近づくように減速時間の速度変化率を制御する。【００３５】
ここで、減速モードにおける減速時間の速度変化率を制御する際に、電流検出回路の検出電流が予め定められた値以上あるいは超過した場合に、減速時間の速度変化率をゼロ（減速停止）に制御し、検出電流が予め定められた値以下あるいは未満になった場合に、再度減速を開始するようにしてもよい。さらには、減速モードにおける減速時間の速度変化率を制御する際に、電流検出回路の検出電流と電圧検出回路の検出電圧のどちらかが予め定められた値以上あるいは超過した場合に、減速時間の速度変化率をゼロ（減速停止）に制御し、電流検出回路の検出電流と電圧検出回路の検出電圧の両方が予め定められた値以下あるいは未満になった場合に、再度減速を開始するようにしてもよい。【００３６】
（ｂ）は、減速モードにおける減速時間の速度変化率を制御する際に、電流検出回路の検出電流が予め定められた値以上あるいは超過した場合に、減速状態を加速状態に変更制御し、検出電流が予め定められた値以下あるいは未満になった場合に、再度減速を開始する動作タイミング図である。【００３７】
交流電動機を速度制御し、時刻ｔ１で減速（減速時間ｔｄ４）を開始する際、ｕ相の相電圧Ｖｕを基準に線電流ｉｕとの位相差Φを検出し、この位相差Φが、回生側電力が最大となる位相差１８０°（π）に近づくように減速時間の速度変化率を大きく（短い減速時間）制御する。【００３８】
電動機は誘導性負荷のため、回生時において位相差を完全に１８０°（π）に制御することはできないため、検出した位相差Φが１８０°（π）に近づくように減速時間の速度変化率を自動調整する。    
時刻ｔ２で電流検出回路の検出電流が予め定められた値Ｉｌｉｍｕ以上あるいは超過したため、減速状態を加速状態に変更制御し、検出電流が予め定められた値Ｉｌｉｍｄ以下あるいは未満になった時刻ｔ３で再度減速を開始する。ＩｌｉｍｕとＩｌｉｍｄの差をヒステリシス幅という。【００３９】
ここで、時刻ｔ２で減速状態を加速状態（加速時間ｔａ２）に変更制御すれば、上記（ａ）における減速時間の速度変化率をゼロ（減速停止）に制御するより、交流電動機の回転周波数ｆｒと電力変換装置の出力周波数ｆ１との差がさらに減少するため、回生電力も大幅に減少し、直流中間回路の平滑コンデンサ２の充電電圧の電圧上昇や電流上昇を抑制できる。【００４０】
このため、本実施例（ｂ）における減速モード期間の減速所要時間（t１〜ｔ６）は、実施例（ａ）における減速モード期間の減速所要時間（t１〜ｔ６）より短くすることが可能である。【００４１】
ここで、時刻ｔ３〜ｔ４の期間において、検出した位相差Φに基づいて減速時間の速度変化率を２段階（減速時間ｔｄ２１とｔｄ２２）に制御している。もちろん、実施例（ａ）と同様に検出した位相差Φに基づいて減速時間の速度変化率を５段階（例えば、減速時間ｔｄ２１、ｔｄ２２、ｔｄ２３、ｔｄ２４、ｔｄ２５）に制御しても、本実施例の意図は変わらない。【００４２】
時刻ｔ４で、検出電流が予め定められた値Ｉｌｉｍｕ以上あるいは超過したため、減速状態を加速状態（加速時間ｔａ３）に変更制御し、検出電流が予め定められた値Ｉｌｉｍｄ以下あるいは未満になった時刻ｔ５で再度減速（減速時間ｔｄ７）を開始し、時刻ｔ６で交流電動機が停止する。もちろん、ｕ相の相電圧Ｖｕを基準に線電流ｉｕとの位相差Φを常に検出し、回生電力が最大となる位相差１８０°（π）に近づくように減速時間の速度変化率を制御する。【００４３】
ここで、減速モードにおける減速時間の速度変化率を制御する際に、直流中間回路の電圧検出回路の検出電圧が予め定められた値以上あるいは超過した場合に、減速状態を加速状態に変更制御し、検出電圧が予め定められた値以下あるいは未満になった場合に、再度減速を開始するようにしてもよい。さらには、減速モードにおける減速時間の速度変化率を制御する際に、電流検出回路の検出電流と電圧検出回路の検出電圧のどちらかが予め定められた値以上あるいは超過した場合に、減速状態を加速状態に変更制御し、電流検出回路の検出電流と電圧検出回路の検出電圧の両方が予め定められた値以下あるいは未満になった場合に、再度減速を開始するようにしてもよい。【００４４】
（ｃ）は、加速モードにおける加速時間の速度変化率を制御する際に、電流検出回路の検出電流が予め定められた値以上あるいは超過した場合に、加速時間の速度変化率をゼロ（加速停止）に制御し、検出電流が予め定められた値以下あるいは未満になった場合に、再度加速を開始する動作タイミング図である。【００４５】
交流電動機を速度制御し、時刻０で加速（加速時間ｔａ４）を開始する際、ｕ相の相電圧Ｖｕを基準に線電流ｉｕとの位相差Φを検出し、この位相差Φが、電動（力行）側電力が最大となる位相差が０°に近づくように加速時間の速度変化率を大きく（短い加速時間）制御する。  
電動機は誘導性負荷のため、電動（力行）時において位相差を完全に０°に制御することはできないため、検出した位相差Φが０°に近づくように加速時間の速度変化率を自動調整する。【００４６】
検出した位相差が０°と比較し、その差が大きい場合には加速時間の速度変化率を大きく（短い加速時間）制御し、その差が小さい場合には加速時間の速度変化率を小さく（長い加速時間）制御する。
例えば、検出した位相差Φと加速時間ｔａとの下記相関を予めメモリに格納しておけばよい。
・７０°＜Φ＜９０°→ｔａ５１
・５０°＜Φ≦７０°→ｔａ５２
・３０°＜Φ≦５０°→ｔａ５３
・１０°＜Φ≦３０°→ｔａ５４
・０°＜Φ≦１０°→ｔａ５５
ここで、各加速時間の数値としては、ｔａ５１＜ｔａ５２＜ｔａ５３＜ｔａ５４＜ｔａ５５の関係があり、各加速時間の速度変化率（傾き）には、Δｔａ５１＞Δｔａ５２＞Δｔａ５３＞Δｔａ５４＞Δｔａ５５の関係がある。
例えば、検出した位相差Φが７０°＜Φ＜９０°の範囲の場合には、目標の０°に対しその差が大きいため、加速時間の速度変化率を大きく（短い加速時間：ｔａ５１）制御する。  
そして、次に検出した位相差Φが５０°＜Φ≦７０°の範囲の場合には、目標の０°に対しその差が少し小さくなったので、加速時間の速度変化率を少し緩和して（加速時間：ｔａ５２）制御する。この場合の加速時間には、ｔａ５１＜ｔａ５２の関係がある。このように順次検出した位相差Φに応じて加速時間の速度変化率を連続的に制御する。
本実施例では、位相差は２０°毎に加速時間を変えているが、位相差を２０°に限定したものではなく、１０°毎でも３０°毎でも発明の意図は変わらない。【００４７】
時刻ｔ１で検出電流が予め定められた値Ｉｌｉｍｕ以上あるいは超過したため、加速時間の速度変化率をゼロ（加速停止）にし、検出電流が予め定められた値Ｉｌｉｍｄ以下あるいは未満になった時刻ｔ２で再度加速（加速時間ｔａ５１）を開始する。ＩｌｉｍｕとＩｌｉｍｄの差をヒステリシス幅という。【００４８】
ここで、時刻ｔ２〜ｔ４の期間において、検出した位相差Φに基づいて加速時間の速度変化率を２段階（加速時間ｔａ５１とｔａ５２）に制御しているが、検出した位相差Φに基づいて加速時間の速度変化率を５段階（例えば、加速時間ｔａ５１、ｔａ５２、ｔａ５３、ｔａ５４、ｔａ５５）に制御しても、本実施例の意図は変わらない。
また、時刻ｔ１で加速時間の速度変化率をゼロ（加速停止）にすれば、交流電動機の回転周波数ｆｒと電力変換装置の出力周波数ｆ１との差が減少するため、交流電動機を加速するための加速エネルギーが減減少し、しいては交流電動機への供給電力も減少し、直流中間回路の平滑コンデンサ２の電圧変動や電流上昇を抑制できる。【００４９】
時刻ｔ４で、検出電流が予め定められた値Ｉｌｉｍｕ以上あるいは超過したため、加速時間の速度変化率をゼロ（加速停止）にし、検出電流が予め定められた値Ｉｌｉｍｄ以下あるいは未満になった時刻ｔ５で再度加速を開始し、時刻ｔ６で交流電動機が加速完了する。  
もちろん、ｕ相の相電圧Ｖｕを基準に線電流ｉｕとの位相差Φを常に検出し、電動電力が最大となる位相差０°に近づくように加速時間の速度変化率を制御する。
ここで、加速モードにおける加速時間の速度変化率を制御する際に、電流検出回路の検出電流が予め定められた値以上あるいは超過した場合に、加速時間の速度変化率をゼロ（加速停止）に制御し、検出電流が予め定められた値以下あるいは未満になった場合に、再度加速を開始するようにしてもよい。さらには、加速モードにおける加速時間の速度変化率を制御する際に、電流検出回路の検出電流と電圧検出回路の検出電圧のどちらかが予め定められた値以上あるいは超過した場合に、加速時間の速度変化率をゼロ（加速停止）に制御し、電流検出回路の検出電流と電圧検出回路の検出電圧の両方が予め定められた値以下あるいは未満になった場合に、再度加速を開始するようにしてもよい。【００５０】
（ｄ）は、加速モードにおける加速時間の速度変化率を制御する際に、電流検出回路の検出電流が予め定められた値以上あるいは超過した場合に、加速状態を減速状態に変更制御し、検出電流が予め定められた値以下あるいは未満になった場合に、再度加速を開始する動作タイミング図である。【００５１】
交流電動機を速度制御し、時刻０で加速（加速時間ｔａ８）を開始する際、ｕ相の相電圧Ｖｕを基準に線電流ｉｕとの位相差Φを検出し、この位相差Φが、電動（力行）側電力が最大となる位相差０°に近づくように加速時間の速度変化率を大きく（短い加速時間）制御する。【００５２】
電動機は誘導性負荷のため、電動（力行）時において位相差を完全に０°に制御することはできないため、検出した位相差Φが０°に近づくように加速時間の速度変化率を自動調整する。【００５３】
時刻ｔ１で電流検出回路の検出電流が予め定められた値Ｉｌｉｍｕ以上あるいは超過したため、加速状態を減速状態に変更制御し、検出電流が予め定められた値Ｉｌｉｍｄ以下あるいは未満になった時刻ｔ２で再度加速を開始する。ＩｌｉｍｕとＩｌｉｍｄの差をヒステリシス幅という。【００５４】
ここで、時刻ｔ１で加速状態を減速状態（減速時間ｔｄ８）に変更制御すれば、上記（ｃ）における加速時間の速度変化率をゼロ（加速停止）に制御するより、交流電動機の回転周波数ｆｒと電力変換装置の出力周波数ｆ１との差がさらに減少するため、交流電動機を加速するための加速エネルギーが減少し、しいては電動（力行）側電力も大幅に減少し、直流中間回路の平滑コンデンサ２の電圧変動や電流上昇を抑制できる。【００５５】
このため、本実施例（ｄ）における加速モード期間の加速所要時間（t１〜ｔ５）は、実施例（ｃ）における加速モード期間の加速所要時間（t１〜ｔ６）より短くすることが可能である。【００５６】
ここで、時刻ｔ２〜ｔ４の期間において、検出した位相差Φに基づいて加速時間の速度変化率を２段階（加速時間ｔａ５１とｔａ５２）に制御しているが、実施例（ｃ）と同様に、検出した位相差Φに基づいて加速時間の速度変化率を５段階（例えば、加速時間ｔａ５１、ｔａ５２、ｔａ５３、ｔａ５４、ｔａ５５）に制御しても、本実施例の意図は変わらない。【００５７】
時刻ｔ２以降では、検出電流が予め定められた値Ｉｌｉｍｕ以上あるいは超過しないため、時刻ｔ４で再度加速（加速時間ｔａ１１）を開始し、時刻ｔ５で交流電動機が加速完了する。もちろん、ｕ相の相電圧Ｖｕを基準に線電流ｉｕとの位相差Φを常に検出し、電動（力行）側電力が最大となる位相差０°に近づくように加速時間の速度変化率を制御する。【００５８】
ここで、加速モードにおける加速時間の速度変化率を制御する際に、電圧検出回路の検出電圧が予め定められた値以上あるいは超過した場合に、加速状態を減速状態に変更制御し、検出電圧が予め定められた値以下あるいは未満になった場合に、再度加速を開始するようにしてもよい。さらには、加速モードにおける加速時間の速度変化率を制御する際に、電流検出回路の検出電流と電圧検出回路の検出電圧のどちらかが予め定められた値以上あるいは超過した場合に、加速状態を減速状態に変更制御し、電流検出回路の検出電流と電圧検出回路の検出電圧の両方が予め定められた値以下あるいは未満になった場合に、再度加速を開始するようにしてもよい。【００５９】
また、本実施例では、加速時間あるいは減速時間の速度変化率は一定（直線）で説明したが、これに限定されるものではなく、速度変化率が可変である曲線（例えば、Ｓ字曲線あるいはＵ字曲線）であっても本実施例の意図は変わらない。
本実施例により、交流電動機の減速時間を調整することなしに過電圧保護レベルあるいは過電流保護レベルに掛からない最適な減速時間を自動設定する電力変換装置を提供できるため、ユーザがシステムの負荷を含めた慣性モーメントや電動機の特性などに応じて最適な減速時間を求めるための操作（例えば、十数回の加速と減速操作）を行う必要がなく、システム立ち上げの時間を短縮できる。
【実施例２】
【００６０】
図４は、本実施例２に係る電力変換装置の制御ブロック図（第二の形態）である。
センサレスベクトル制御は、誘導電動機の直流機化制御と称されるものであり、誘導電動機に流れる一次電流を座標変換することにより、トルクに寄与するトルク電流成分と磁束に寄与する励磁電流成分に分解し、直流機と同様の制御性能を引出す制御方式である。
電流検出器ＣＴで誘導電動機の一次側の線電流を検出し、ｄｑ軸変換部で検出した電流を直交したｄｑ軸に変換し、励磁電流成分Ｉｄとトルク電流成分Ｉｑにベクトル分解（ｉ１＝Ｉｄ＋ｊＩｑ）する。そして、トルク電流成分Ｉｑがトルク電流指令値Ｉｑ＊に、励磁電流成分Ｉｄが励磁電流指令値Ｉｄ＊に一致するように制御する。【００６１】
この場合、誘導電動機において、トルク電流成分Ｉｑが正（Ｉｑ＞０）の場合を電動モードとすれば、トルク電流成分Ｉｑが負（Ｉｑ＜０）の場合は、回生モードであることがわかる。すなわち、トルク電流成分Ｉｑの符号で、誘導電動機が電動状態（電動機）か、回生状態（発電機）か、を判断することができる。
もちろん、直交したｄｑ軸は仮想軸であるため、ｄｑ軸の名前（ｄ軸、ｑ軸）を限定するものではなく、αβ軸であっても、各々の軸が直交したものであればよい。すなわち、励磁電流成分Ｉｄとトルク電流成分Ｉｑを、励磁電流成分Ｉαとトルク電流成分Ｉβとしても本実施例の意図は変わらない。【００６２】
ここで、例えば、一次側の相電圧Ｖｕと一次側のｕ相電流ｉｕの力率角Φ、あるいは力率値ｃｏｓΦは、近似的に下記数（１）から数（４）で求められる。
ｃｏｓΦ＝Ｉｑ／Ｉ１  -------------------------------------  数（１）
Φ＝ｃｏｓ−１｛Ｉｑ／Ｉ１｝ -------------------------------  数（２）
あるいは
ｃｏｓΦ＝Ｉｑ／（Ｉｑ２＋Ｉｄ２）１／２ -------------------  数（３）
Φ＝ｃｏｓ−１｛Ｉｑ／（Ｉｑ２＋Ｉｄ２）１／２｝------------  数（４）
力率値、力率角演算回路で検出した力率値ｃｏｓΦ、あるいは力率角Φに基づいて、加速・減速時間修正回路１３で電力変換装置が駆動する誘導電動機の最適な加速時間あるいは減速時間を自動修正する。実施例２と異なる点は、力率値、力率角演算回路で検出した力率値ｃｏｓΦ、あるいは力率角Φに基づいて、最適な加速時間あるいは減速時間を自動修正する点である。【００６３】
本実施例における電力変換装置の出力周波数の動作タイミング図は、図９と同様であり、その動作は、実施例２で説明した図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）と同様である。【００６４】
ここで、実施例２と同様に、減速する場合、検出した力率値がｃｏｓ（１８０°）と比較し、その差が大きい場合には減速時間の速度変化率を大きく（短い減速時間）制御し、その差が小さい場合には減速時間の速度変化率を小さく（長い減速時間）制御する。
例えば、検出した力率値ｃｏｓΦと減速時間ｔｄとの下記相関を予めメモリに格納しておけばよい。
・ｃｏｓ（９０°）＜ｃｏｓΦ≦ｃｏｓ（１１０°）→ｔｄ２１
・ｃｏｓ（１１０°）＜ｃｏｓΦ≦ｃｏｓ（１３０°）→ｔｄ２２
・ｃｏｓ（１３０°）＜ｃｏｓΦ≦ｃｏｓ（１５０°）→ｔｄ２３
・ｃｏｓ（１５０°）＜ｃｏｓΦ≦ｃｏｓ（１７０°）→ｔｄ２４
・ｃｏｓ（１７０°）＜ｃｏｓΦ＜ｃｏｓ（１８０°）→ｔｄ２５
ここで、各減速時間の数値としては、ｔｄ２１＜ｔｄ２２＜ｔｄ２３＜ｔｄ２４＜ｔｄ２５の関係があり、各減速時間の速度変化率（傾き）には、Δｔｄ２１＞Δｔｄ２２＞Δｔｄ２３＞Δｔｄ２４＞Δｔｄ２５の関係がある。【００６５】
また、加速する場合は、
・ｃｏｓ（７０°）＜ｃｏｓΦ＜ｃｏｓ（９０°）→ｔａ５１
・ｃｏｓ（５０°）＜ｃｏｓΦ≦ｃｏｓ（７０°）→ｔａ５２
・ｃｏｓ（３０°）＜ｃｏｓΦ≦ｃｏｓ（５０°）→ｔａ５３
・ｃｏｓ（１０°）＜ｃｏｓΦ≦ｃｏｓ（３０°）→ｔａ５４
・ｃｏｓ（０°）＜ｃｏｓΦ≦ｃｏｓ（１０°）→ｔａ５５
ここで、各加速時間の数値としては、ｔａ５１＜ｔａ５２＜ｔａ５３＜ｔａ５４＜ｔａ５５の関係があり、各加速時間の速度変化率（傾き）には、Δｔａ５１＞Δｔａ５２＞Δｔａ５３＞Δｔａ５４＞Δｔａ５５の関係がある。
【実施例３】
【００６６】
図５は、本実施例３に係る電力変換装置の制御ブロック図（第三の形態）である。図４と異なるのは、検出したトルク電流成分Ｉｑと検出した励磁電流成分Ｉｄの代わりにトルク電流指令Ｉｑ＊と励磁電流指令Ｉｄ＊を使用した点である。【００６７】
ここで、例えば、一次側の相電圧Ｖｕと一次側のｕ相電流ｉｕの力率角Φ、あるいは力率値ｃｏｓΦは、近似的に下記数（５）から数（８）で求められる。
ｃｏｓΦ＝Ｉｑ＊／Ｉ１  --------------------------------  数（５）
Φ＝ｃｏｓ−１｛Ｉｑ＊／Ｉ１｝ --------------------------  数（６）
あるいは
ｃｏｓΦ＝Ｉｑ＊／（Ｉｑ＊２＋Ｉｄ＊２）１／２ -----------  数（７）
Φ＝ｃｏｓ−１｛Ｉｑ＊／（Ｉｑ＊２＋Ｉｄ＊２）１／２｝----  数（８）
実施例３と異なる点は、トルク電流指令Ｉｑ＊と励磁電流指令Ｉｄ＊を用いて、力率値、力率角演算回路で検出した力率値ｃｏｓΦ、あるいは力率角Φに基づいて、最適な加速時間あるいは減速時間を自動修正する点である。【００６８】
やはり、本実施例における電力変換装置の出力周波数の動作タイミング図は、図９と同様であり、その動作は、実施例１で説明した図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）と同様である。
【実施例４】
【００６９】
図６は、本実施例４に係る誘導電動機の有効電流、無効電流を検出するタイミング図である。
誘導電動機の一次側に流れる一次電流ｉ１は、下記のように表される。
ｉ１＝Ｉ１（ｒ）＋ｊ｛Ｉ１（ｉ）｝
すなわち、一次電流ｉ１は有効電流成分Ｉ１（ｒ）と無効電流成分Ｉ１（ｉ）のベクトル和で表現される。【００７０】
一次側のｕ相電流ｉｕにおいて、その有効電流成分Ｉｕ（ｒ）は、当然相電圧Ｖｕと同相であり、その無効電流成分Ｉｕ（ｉ）は、当然相電圧Ｖｕに対しπ／２（９０°）遅れた位相状態になる。この関係は、誘導電動機の負荷の状態によらない。つまり、誘導電動機あるいは誘導発電機が無負荷の状態であろうと有負荷の状態であろうと、この関係は常に成立している。【００７１】
すなわち、相電圧Ｖｕを基準に、π／２（９０°）と３π／２（２７０°）の時点の電流が有効電流成分Ｉｕ（ｒ）の±のピーク値であり、０（０°）とπ（１８０°）の時点の電流が無効電流成分Ｉｕ（ｉ）の±のピーク値を示している。
すなわち、相電圧Ｖｕを基準にして、下記位相のサンプリング時点は、各々ｕ相の有効電流成分とｕ相の無効電流成分を表している。
・π／２と３π／２時点：Ｉｕ（ｉ）＝０→ｕ相の有効電流成分Ｉｕ（ｒ）
・０とπの時点：Ｉｕ（ｒ）＝０→ｕ相の無効電流成分Ｉｕ（ｉ）
各々の位相差が１２０°である三相交流の場合、ｖ相電流ｉｖは、ｕ相電流ｉｕに対し２π／３（１２０°）位相が遅れた状態であり、ｗ相電流ｉｗは、ｕ相電流ｉｕに対し４π／３（２４０°）位相が遅れた状態にある。このため、相電圧Ｖｕを基準に考えれば、下記位相のサンプリング時点は、各々ｖ相の有効電流成分とｖ相の無効電流成分を表している。
・π／６と７π／６時点：Ｉｖ（ｉ）＝０→ｖ相の有効電流成分Ｉｖ（ｒ）
・２π／３と５π／３の時点：Ｉｖ（ｒ）＝０→ｖ相の無効電流成分Ｉｖ（ｉ）
さらに、相電圧Ｖｕを基準に考えれば、下記位相のサンプリング時点は、各々ｗ相の有効電流成分とｗ相の無効電流成分を表している。
・５π／６と１１π／６時点：Ｉｗ（ｉ）＝０→ｗ相の有効電流成分Ｉｗ（ｒ）
・π／３と４π／３の時点：Ｉｗ（ｒ）＝０→ｗ相の無効電流成分Ｉｗ（ｉ）
すなわち、相電圧Ｖｕを基準に、０（０°）とπ（１８０°）の時点θｕｉにおける一次側のｕ相電流をサンプリング検出すれば、ｕ相の無効電流成分Ｉｕ（ｉ）を検出でき、２π／３（１２０°）と５π／３（３００°）の時点θｖｉにおける一次側のｖ相電流をサンプリング検出すればｖ相の無効電流成分Ｉｖ（ｉ）を検出でき、π／３（６０°）と４π／３（２４０°）の時点θｗｉにおける一次側のｗ相電流をサンプリング検出すればｗ相の無効電流成分Ｉｗ（ｉ）を検出できることは明らかである。【００７２】
このように、ｕ相の相電圧Ｖｕを基準に特定の位相における電流を検出すれば無効電流成分が検出可能であることの原理について説明したが、もちろん、ｖ相の相電圧Ｖｖを基準にしても、ｗ相の相電圧Ｖｗを基準にしてもよい。【００７３】
また、相電圧Ｖｕと相電圧Ｖｖと相電圧Ｖｗを基準にしても、基準とする相電圧によりサンプリングする特定の位相が異なるのみで、サンプリングする特定の位相点を間違わなければ、無効電流成分の±のピーク値は同じ値となることは自明である。
すなわち、ｕ相の相電圧Ｖｕを基準に特定の位相（θｕｉ、θｖｉ、θｗｉ）の近傍における電動機電流を検出すれば、無効電流成分Ｉ１（ｉ）を検出することができる。もちろん、全ての特定の位相点であるθｕｉとθｖｉとθｗｉの近傍における電動機電流の検出に限定されるものではなく、特定の位相θｕｉの近傍のみの時点、あるいは、特定の位相θｖｉの近傍のみの時点、あるいは、特定の位相θｗｉの近傍のみの時点における電動機電流である無効電流成分Ｉ１（ｉ）を検出してもよい。【００７４】
さらには、位相点であるθｕｉ、θｖｉ、θｗｉの内、特定の２つの位相時点（例えば、θｕｉとθｖｉ）の近傍における電動機電流である無効電流成分Ｉ１（ｉ）を検出してもよい。【００７５】
また同様に、相電圧Ｖｕを基準に、π／２（９０°）と３π／２（２７０°）の時点θｕｒにおける一次側のｕ相電流をサンプリング検出すれば、ｕ相の有効電流成分Ｉｕ（ｒ）を検出でき、５π／６（１５０°）と１１π／６（３３０°）の時点θｖｒにおける一次側のｖ相電流をサンプリング検出すればｖ相の有効電流成分Ｉｖ（ｒ）を検出でき、π／６（３０°）と７π／６（２１０°）の時点θｗｒにおける一次側のｗ相電流をサンプリング検出すればｗ相の有効電流成分Ｉｗ（ｒ）を検出できる。
このように、ｕ相の相電圧Ｖｕを基準に特定の位相における電流を検出すれば有効電流成分が検出可能であることの原理について説明したが、もちろん、ｖ相の相電圧Ｖｖを基準にしても、ｗ相の相電圧Ｖｗを基準にしてもよい。【００７６】
また、相電圧Ｖｕと相電圧Ｖｖと相電圧Ｖｗを基準にしても、基準とする相電圧によりサンプリングする特定の位相が異なるのみで、サンプリングする特定の位相点を間違わなければ、有効電流成分の±のピーク値は同じ値となる。【００７７】
すなわち、ｕ相の相電圧Ｖｕを基準に特定の位相（θｕｒ、θｖｒ、θｗｒ）の近傍における電動機電流を検出すれば、有効電流成分Ｉ１（ｒ）を検出することができる。もちろん、全ての特定の位相点であるθｕｒとθｖｒとθｗｒの近傍における電動機電流の検出に限定されるものではなく、特定の位相θｕｒの近傍のみの時点、あるいは、特定の位相θｖｒの近傍のみの時点、あるいは、特定の位相θｗｒの近傍のみの時点における電動機電流である有効電流成分Ｉ１（ｒ）を検出してもよい。
さらには、位相点であるθｕｒ、θｖｒ、θｗｒの内、特定の２つの位相時点（例えば、θｕｒとθｖｒ）の近傍における電動機電流である有効電流成分Ｉ１（ｒ）を検出してもよい。【００７８】
図７は、本実施例に係る電力変換装置の制御ブロック図（第四の形態）である。ここで、例えば、一次側の相電圧Ｖｕと一次側のｕ相電流ｉｕの力率角Φ、あるいは力率値ｃｏｓΦは、近似的に下記数（１４）から数（１８）で求められる。
ｃｏｓΦ＝Ｉ１（ｒ）／Ｉ１  ------------------------------- 数（９）
Φ＝ｃｏｓ−１｛Ｉ１（ｒ）／Ｉ１｝ ------------------------ 数（１０）
あるいは
ｃｏｓΦ＝Ｉ１（ｒ）／［｛Ｉ１（ｒ）｝２＋｛Ｉ１（ｉ）｝２］１／２ -- 数（１１）
Φ＝ｃｏｓ−１｛Ｉ１（ｒ）／［｛Ｉ１（ｒ）｝２＋｛Ｉ１（ｉ）｝２］１／２｝--数（１２）          
この場合、誘導電動機において、有効電流成分Ｉ１（ｒ）が正｛Ｉ１（ｒ）＞０｝の場合を電動モードとすれば、有効電流成分Ｉ１（ｒ）が負｛Ｉ１（ｒ）＜０｝の場合は、発電モードであることがわかる。すなわち、有効電流成分Ｉ１（ｒ）の符号で、誘導電動機が電動状態（電動機）か、回生状態（発電機）か、を判断することもできる。【００７９】
あるいは、力率角Φが０°〜９０°、あるいは力率値ｃｏｓΦが０〜１の場合は電動モードであり、力率角Φが９０°〜１８０°あるいは、力率値ｃｏｓΦが−１〜０の場合は回生モードである。すなわち、力率角Φ、あるいは力率値ｃｏｓΦにより、誘導電動機が電動状態（電動機）か、回生状態（発電機）か、を判断することができる。【００８０】
力率値、力率角演算回路で検出した力率値ｃｏｓΦ、あるいは力率角Φに基づいて、加速・減速時間修正回路１３で電力変換装置が駆動する誘導電動機の最適な加速時間あるいは減速時間を自動修正する。【００８１】
やはり、本実施例における電力変換装置の出力周波数の動作タイミング図は、図９と同様であり、その動作は、実施例２で説明した図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）と同様である。また、数（１）〜数（１２）を用いて求める力率値ｃｏｓφや力率角φは一実施例であり、これらの数（１）〜数（１２）を限定するものではない。
【実施例５】
【００８２】
図８は、本実施例５における電力変換装置の他の主回路構成図である。図１と共通の構成および同一の機能については、やはり同一の参照番号を付してある。図１と異なるのは、電流検出器の検出位置である。【００８３】
ＳＨ１、ＳＨｉ、ＳＨｄは電流検出用のシャント抵抗器であり、ＳＨ１は直流中間回路のＮ側の電流を検出し、ＳＨｉは、逆変換器３を構成する下アームの各スイッチング素子であるＵ相とＶ相とＷ相のＩＧＢＴに接続され、ＳＨｄは、各スイッチング素子であるＩＧＢＴに並列に接続されたダイオードに接続されている。【００８４】
すなわち、電力変換装置の直流母線側に設けられたシャント抵抗器ＳＨｉは、各ＩＧＢＴに流れる合成電流を検出する電流検出器であり、シャント抵抗器ＳＨｄは、各ＩＧＢＴに並列に接続されたダイオードに流れる合成電流を検出する電流検出器である。【００８５】
シャント抵抗ＳＨｉ、ＳＨｄは、Ｕ相を構成する下アームのＩＧＢＴとダイオードに接続されているが、Ｕ相を構成する上アームのＩＧＢＴとダイオードに接続して電流を検出してもよい。ＳＨ１かＳＨｉ、ＳＨｄのシャント抵抗器の電圧を検出することにより、電動機の各線電流を間接的に検出することができる。
このため、電流検出回路の検出電流を座標軸変換により求めたトルク電流成分値と励磁電流成分値やＰＷＭ演算回路のｕ相の相電圧Ｖｕを基準にした特定の位相の近傍における電流から、有効電流成分Ｉ１（ｒ）と無効電流成分Ｉ１（ｉ）を検出し、実施例１から４と同様に制御できる。【００８６】
以上の実施例で示したように、交流電動機の減速時間あるいは加速時間を調整することなしに過電圧保護レベルあるいは過電流保護レベルに掛からない最適な減速時間あるいは加速時間を自動設定する電力変換装置を提供できるため、ユーザがシステムの負荷を含めた慣性モーメントや電動機の特性などに応じて最適な減速時間あるいは加速時間を求めるための操作を行う必要がなく、システム立ち上げの時間を短縮できるという効果がある。
また、実施例１から６に開示した内容と効果は、図１および図８に記載した回生制動回路９の有無に無関係であり、回生制動回路がない電力変換装置においても同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００８７】
１…順変換器、２…平滑用コンデンサ、３…逆変換器、４…誘導電動機、５…制御回路、６…冷却ファン、７…デジタル操作パネル、８…ゲートドライブ回路、９…回生制動回路、
１０…電流検出回路、１１…位相検出回路、１２…加速・減速時間修正回路、１３…電力変換装置、ＣＴ…電流検出器、ＳＨ１，ＳＨｉ，ＳＨｄ…直流母線側の電流検出用シャント抵抗、ｔａ１，ｔａ２…加速時間、ｔｄ１，ｔｄ２…減速時間、ｔ…時間、＊…乗算演算子、／…除算演算子、ｊ…虚数部演算子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2015087437.tif 000009
【図８】
2015087437.tif 000010
【図９（ａ）】
2015087437.tif 000011
【図９（ｂ）】
2015087437.tif 000012
【図９（ｃ）】
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【図９（ｄ）】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年11月21日(2016.11.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電動機を可変電圧可変周波数の交流電力により駆動する電力変換装置であって、
交流電圧を整流して直流電圧に変換する順変換器と、
前記順変換器にて変換された直流電圧を平滑する平滑コンデンサを有する直流中間回路と、
半導体スイッチング素子で構成された逆変換器と、
前記半導体スイッチング素子を駆動するドライバ回路と、
前記逆変換器の出力電流を検出する電流検出回路と、
前記電力変換装置の出力電圧と前記電流検出回路の検出電流との位相差、力率角、あるいは力率値を求め、前記位相差、力率角、あるいは力率値に基づいて、前記交流電動機の加速時間あるいは減速時間を制御する制御回路と、を備え、
前記交流電動機の減速モードあるいは加速モードにおける減速時間あるいは加速時間の速度変化率を制御する際に、前記検出電流が予め定められた値以上あるいは超過した場合に、減速状態を加速状態に、あるいは加速状態を減速状態に変更するように制御し、前記検出された電流が予め定められた値以下あるいは未満になった場合に、再度減速あるいは加速を開始することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
交流電動機を可変電圧可変周波数の交流電力により駆動する電力変換装置であって、
交流電圧を整流して直流電圧に変換する順変換器と、
前記順変換器にて変換された直流電圧を平滑する平滑コンデンサを有する直流中間回路と、
半導体スイッチング素子で構成された逆変換器と、
前記半導体スイッチング素子を駆動するドライバ回路と、
前記逆変換器の出力電流を検出する電流検出回路と、
前記電力変換装置の出力電圧と前記電流検出回路の検出電流との位相差、力率角、あるいは力率値を求め、前記位相差、力率角、あるいは力率値に基づいて、前記交流電動機の加速時間あるいは減速時間を制御する制御回路と、
前記直流中間回路の電圧を検出する電圧検出回路と、を備え、
前記交流電動機の減速モードあるいは加速モードにおける減速時間あるいは加速時間の速度変化率を制御する際に、前記電圧検出回路にて検出された電圧が予め定められた値以上あるいは超過した場合に、前記減速状態を加速状態に、あるいは加速状態を減速状態に変更するように制御し、前記検出された電圧が予め定められた値以下あるいは未満になった場合に、再度減速あるいは加速を開始することを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
交流電動機を可変電圧可変周波数の交流電力により駆動する電力変換装置であって、
交流電圧を整流して直流電圧に変換する順変換器と、
前記順変換器にて変換された直流電圧を平滑する平滑コンデンサを有する直流中間回路と、
半導体スイッチング素子で構成された逆変換器と、
前記半導体スイッチング素子を駆動するドライバ回路と、
前記逆変換器の出力電流を検出する電流検出回路と、
前記電力変換装置の出力電圧と前記電流検出回路の検出電流との位相差、力率角、あるいは力率値を求め、前記位相差、力率角、あるいは力率値に基づいて、前記交流電動機の加速時間あるいは減速時間を制御する制御回路と、
前記直流中間回路の電圧を検出する電圧検出回路と、を備え、
前記交流電動機の減速モードあるいは加速モードにおける減速時間あるいは加速時間の速度変化率を制御する際に、前記検出電流と前記電圧検出回路にて検出された電圧のどちらかが予め定められた値以上あるいは超過した場合に、減速状態を加速状態に、あるいは加速状態を減速状態に変更するように制御し、前記検出電流と前記検出された電圧が予め定められた値以下あるいは未満になった場合に、再度減速あるいは加速を開始することを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかに記載の電力変換装置であって、
前記力率値あるいは力率角は、前記検出電流を座標軸変換により求めたトルク電流成分値と励磁電流成分値と前記検出電流値のうち二つ以上の電流値か、あるいは、トルク電流成分指令値と励磁電流成分指令値と前記検出電流値のうち二つ以上の電流値により求めることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項１乃至３の何れかに記載の電力変換装置であって、
前記力率値あるいは力率角は、前記検出電流の特定位相近傍をサンプリングすることにより求めた有効電流成分値と無効電流成分値と前記検出電流値のうち二つ以上の電流値により求めることを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項１乃至３の何れかに記載の電力変換装置であって、
前記交流電動機の減速モードあるいは加速モードにおける減速時間あるいは加速時間の速度変化率を制御する際に、前記減速モードあるいは前記加速モードは二以上の速度変化率を有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項１乃至３の何れかに記載の電力変換装置であって、
前記交流電動機の減速モードあるいは加速モードにおける減速時間あるいは加速時間の速度変化率を制御する際に、前記速度変化率は一定であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項１乃至３の何れかに記載の電力変換装置であって、
前記交流電動機の減速モードあるいは加速モードにおける減速時間あるいは加速時間の速度変化率を制御する際に、前記速度変化率が可変であるＳ字曲線あるいはＵ字曲線で近似されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
請求項１乃至３の何れかに記載の電力変換装置であって、
前記電流検出回路において検出される電流は、前記電力変換装置の直流母線側の電流であることを特徴とする電力変換装置。
【国際調査報告】
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