(57)【要約】【課題】可変速電動機の回転数を検出するセンサなどを設けることなく、供給電力の停止または供給電圧の低下の後に復電したときに、可変速電動機の運転制御をスムーズに再開することができる可変速電動機の運転制御装置およびその運転制御方法を提供する。【解決手段】可変速電動機１１の運転制御装置であって、可変速電動機１１への供給電力を監視して供給電力の停止または供給電圧の低下を検知する電力監視部２０と、可変速電動機１１がフリーラン状態の時に、その回転により生じる残留電圧を検出して可変速電動機１１の回転周波数および位相を導出する回転検出部２１と、可変速電動機１１を駆動させる供給電力が復帰したときに可変速電動機１１の回転周波数および位相に応じて可変速電動機１１の駆動を制御する駆動制御部１５を備える。【選択図】      図１
2004260943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変速電動機の運転制御装置であって、
前記可変速電動機への供給電力を監視して該供給電力の停止または供給電圧の低下を検知する電力監視部と、
前記可変速電動機がフリーラン状態の時に、その回転により生じる残留電圧を検出して該可変速電動機の回転周波数および位相を導出する回転検出部と、
前記可変速電動機を駆動させる供給電力が復帰したときに前記可変速電動機の回転周波数および位相に応じて当該可変速電動機の駆動を制御する駆動制御部を備えることを特徴とする可変速電動機の運転制御装置。
【請求項２】
前記回転検出部は、前記可変速電動機からの相毎の残留電圧の波形を比較し、パルス波形に変換して、回転周波数および位相を検出することを特徴とする請求項１記載の可変速電動機の運転制御装置。
【請求項３】
前記駆動制御部は、前記可変速電動機の回転により生じる電圧が検出不能なときには、予め設定されている低回転数から前記可変速電動機の駆動制御を再開することを特徴とする請求項１記載の可変速電動機の運転制御装置。
【請求項４】
前記駆動制御部は、前記可変速電動機の回転が停止しているときには、予め設定されている低回転数から前記可変速電動機の駆動制御を再開することを特徴とする請求項１記載の可変速電動機の運転制御装置。
【請求項５】
可変速電動機の運転制御方法であって、
前記可変速電動機を駆動させる供給電力の停止または供給電圧の低下により、前記可変速電動機がフリーラン状態となった時に、その回転により生じる残留電圧を検出し、検出した残留電圧の波形から前記可変速電動機の回転周波数および位相を検出して、前記可変速電動機を駆動させる供給電力が復帰したときに前記可変速電動機の回転周波数および位相に応じて当該可変速電動機の駆動を制御することを特徴とする可変速電動機の運転制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータ装置を駆動電源として用いた可変速電動機の運転制御装置およびその運転制御方法に係り、特に、外部からの電力供給が瞬時的に停止したときや、供給電圧が瞬時的に低下したときに可変速電動機の運転をスムーズに再開することができる可変速電動機の運転制御装置およびその運転制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ポンプなどの回転機械においては、誘導電動機などにインバータ装置より可変周波数電力を供給して、可変速電動機として、吐出流体の圧力や流量を調整することが行われている。この可変速電動機は、駆動電源に瞬停などが発生した時には、電力供給が一時的に遮断されるので、その可変速電動機の回転子が自由回転しているフリーラン状態になる。この場合には、その瞬停による状態を検出して、復電時には可変速電動機の運転制御を速やかに再開する必要がある。
【０００３】
このため、可変速電動機には、フリーラン状態の回転子の回転速度の検知装置を配設することにより、電力供給の瞬断でフリーラン状態になっている可変速電動機の運転制御をスムーズに再開することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この装置は、誘導電動機の回転子の回転に連動したパルス発生装置を配設することにより、そのパルス発生装置から出る一定のパルス信号に基づいて電力供給の瞬停時におけるフリーラン状態の誘導電動機の回転周波数を検出可能にする。即ち、電力供給が復帰した復電時には、その誘導電動機の回転に対応したパルス発生装置からのパルス信号をインバータ装置の制御部で演算処理して、誘導電動機の回転周波数を導出する。そして、復電時にこの回転周波数および電圧で、過電圧・過電流などが発生しないように、フリーラン状態の誘導電動機の運転制御を再開する。
【０００５】
なお、電力供給の瞬停直前の出力周波数を記憶しておき、復電した時にこの周波数に対応するようにパラメータ設定されている周波数により可変速電動機を再始動することも行われている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−６０１８０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように、瞬停後の復電時に可変速電動機の運転制御を再開するためには、フリーラン状態の可変速電動機の回転数を検知するセンサなどの検出用装置を可変速電動機に取り付ける必要がある。このため、コストアップの要因になるという問題がある。
【０００８】
また、このような検出用装置を一体に設置することができない、ポンプなどに搭載された可変速電動機では、フリーラン時の回転数に合わせて運転制御を再開することができずに、復電後の再起動時に大きな過電流などが発生して再始動することができない場合がある。
【０００９】
本発明は、上述した事情に鑑みて為されたもので、可変速電動機の回転数を検出するセンサなどを設けることなく、供給電力の停止または供給電圧の低下の後に復電したときに、可変速電動機の運転制御をスムーズに再開することができる可変速電動機の運転制御装置およびその運転制御方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の可変速電動機の運転制御装置は、前記可変速電動機への供給電力を監視して該供給電力の停止または供給電圧の低下を検知する電力監視部と、前記可変速電動機がフリーラン状態の時に、その回転により生じる残留電圧を検出して該可変速電動機の回転周波数および位相を導出する回転検出部と、前記可変速電動機を駆動させる供給電力が復帰したときに前記可変速電動機の回転周波数および位相に応じて当該可変速電動機の駆動を制御する駆動制御部を備えることを特徴とするものである。
【００１１】
この発明によれば、可変速電動機の正常運転が継続不能になる瞬停または瞬間的な電圧低下があったとき、その供給電圧の復帰に伴う可変速電動機の運転再開時には、フリーラン状態の可変速電動機の回転に応じた残留電圧の変化に基づいてその可変速電動機の回転周波数及び位相を導出して、該周波数および位相に基づいて可変速電動機を駆動する運転制御を再開することができる。したがって、回転を検出するセンサ等の装置を特別に設置することなく、現実の可変速電動機の回転数に応じた運転制御を再開させることができる。これにより、再開時に過電圧・過電流の発生を防止して、スムーズな運転の再開が行われる。
【００１２】
ここで、前記回転検出部は、前記可変速電動機からの相毎の残留電圧の波形を比較し、パルス波形に変換して、回転周波数および位相を検出することが好ましい。残留電圧はその大きさも小さく、また波形もきれいな正弦波を呈するものではない。従って、個々の波形より回転周波数および位相を検出すると不正確になるが、各相の相互の残留電圧の波形を比較器で比較することで、正確な回転周波数および位相の導出が可能となる。
【００１３】
また、前記駆動制御部は、前記可変速電動機の回転により生じる電圧が検出不能なときには、予め設定されている低回転数から前記可変速電動機の駆動制御を再開することが好ましい。また、前記駆動制御部は、前記可変速電動機の回転が停止しているときには、予め設定されている低回転数から前記可変速電動機の駆動制御を再開することが好ましい。ポンプを駆動する可変速電動機は、負荷がある状態では、回転子の慣性力が小さく、瞬停時等においては急速に回転数が低減する。このため、上記運転によりスムーズな運転再開が行われる。
【００１４】
また、本発明の可変速電動機の運転制御方法は、前記可変速電動機を駆動させる供給電力の停止または供給電圧の低下により、前記可変速電動機がフリーラン状態となった時に、その回転により生じる残留電圧を検出し、検出した残留電圧の波形から前記可変速電動機の回転周波数および位相を検出して、前記可変速電動機を駆動させる供給電力が復帰したときに前記可変速電動機の回転周波数および位相に応じて当該可変速電動機の駆動を制御することを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
図１において、ポンプシステム１０は、商用交流電源から電力供給を受けて、インバータ装置を介して誘導電動機（可変速電動機）１１を可変速駆動することにより、ポンプ１００による流体の送出を制御している。
インバータ装置は、不図示の電源から供給されるＡＣ２００Ｖ等の交流を直流に変換するダイオードモジュール（コンバータ部）１２と、このダイオードモジュール１２により変換された直流電力を入力される駆動信号に応じた任意の周波数の交流電力に変換するパワーモジュール（インバータ部）１３と、入力される運転制御信号に応じてパワーモジュール１３に入力する駆動信号を供給するドライブ回路１４と、入力指示あるいはポンプ１００の運転状況などに応じてドライブ回路１４に入力する運転制御信号を生成するマイクロコンピュータからなる制御回路（駆動制御部）１５等を備えている。
【００１６】
このインバータ装置は、制御回路１５の運転制御信号に従って、その周波数信号に応じたＰＷＭ信号をドライブ回路１４によりパワーモジュール１３に供給することにより、誘導電動機１１に駆動電力を供給するようになっている。具体的には、ダイオードモジュール１２により整流された直流電力を受け取ったパワーモジュール１３が、運転制御信号に従うＰＷＭ信号で高速にスイッチング動作することにより、交流電力を生成して誘導電動機１１を駆動することでポンプ１００を運転する。
【００１７】
なお、図１において、平滑コンデンサー１６は、ダイオードモジュール１２とパワーモジュール１３との間に介在することにより、ダイオードモジュールにより整流された電圧を平滑化すると共に、そのパワーモジュール１３に供給する直流電圧を保持する。突入電流防止回路１８は、起動時等の突入電流を抑制するためのものである。補助電源１９は、制御回路１５（マイクロコンピュータ）等を動作させるための電源であり、直流電源からスイッチング電源を用いて降圧することにより得られる。
【００１８】
ここで、誘導電動機１１は、交流電源からの電力供給が遮断されたときには、平滑コンデンサー１６に蓄積されていた電力により回転駆動された後に、フリーラン状態になって、ポンプ１００における流体などの負荷により回転子の回転数が減衰して停止する。なお、ポンプ１００は負荷がある時は慣性（ＧＤ２）が小さいことから、誘導電動機１１は比較的短時間に回転を停止した状態になる。
【００１９】
図２は、その誘導電動機への電力供給が遮断したときの端子電圧の測定結果を示すグラフである。例えば、一般的な誘導電動機の場合には、図２に示すように、平滑コンデンサーに蓄積されていた電力により期間ａの間だけパワーモジュールから駆動電力が供給され、回転子を回転駆動した後にフリーラン状態になって残留電圧を発生し、ポンプなどの負荷により減衰力を受けて停止する。
【００２０】
このフリーラン状態の残留電圧には、運転中の誘導電動機の一次側を開放して電力供給を遮断すると、開放前の磁束を保とうとして二次回路に直流電流が流れ、このため、その二次回路が直流励磁回路となって、一次側に電圧を誘起し、所謂、残留電圧を発生させる。この残留電圧は、誘導電動機の回転速度に比例した周波数を持つ交流電圧であり、その振幅は時定数と回転速度の低下によって減衰する。残留電圧の振幅および位相は時間の関数であり、電力供給遮断後には位相が刻々と変化して再投入時のタイミングによっては逆位相となって過大な電流およびトルクを発生させてしまう。なお、文献等によれば、通常は残留電圧が２５％以下程度まで下がれば支障なく電源を再投入することができる。
【００２１】
そこで、誘導電動機１１の電力供給の遮断時の前後における誘導電動機１１の端子電圧を、図３に示す回路により測定したところ、図４に示すような電圧波形が測定された。この電圧波形は、まず、平滑コンデンサー１６に蓄積されていた電力を消費する電力供給遮断直後の期間ａにおいては、パワーモジュール１３がスイッチングして直流電圧を整形することによる交流波形の方形波が誘導電動機１１に供給されるとともに、平滑コンデンサー１６内の電力の放出に伴ってその方形波のピーク電圧が低下する。そして、誘導電動機１１は、その供給電力が駆動電圧未満に低下したときに、回転子がフリーラン状態になってパワーモジュール１３側にその回転数に応じた周波数の台形波状の上述した残留電圧を発生させる。
【００２２】
なお、図３において、分圧回路１２２は、高電圧を測定可能な低電圧に分圧するために、パワーモジュール１３のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の出力端子と接続された誘導電動機１１のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の端子の電圧を、例えば１０ｋΩと１０Ωの抵抗比率により１／１０００に分圧させて、Ｕ−Ｃ端子間、Ｖ−Ｃ端子間、Ｗ−Ｃ端子間で測定可能にしている。なお、端子Ｃと端子Ｎを接続することで、直流部の−側の電位に対するＵ−Ｎ端子間、Ｖ−Ｎ端子間、Ｗ−Ｎ端子間の電圧を計測することができる。
【００２３】
このことから、図１に戻って、このポンプシステム１０は、ダイオードモジュール１２からの電力供給経路における電圧変化を検出（監視）する直流電圧検出回路（電力監視部）２０と、パワーモジュール１３からの電力供給経路における電圧変化を検出する残留電圧検出回路（回転検出部）２１と、が設けられている。
【００２４】
直流電圧検出回路２０は、ダイオードモジュール１２の後段の電圧変化から、誘導電動機１１への電力供給の遮断（停止）を検知するとともに、その電圧が予め設定されている値（例えば、誘導電動機１１の駆動最低電圧）よりも低下したときには電源からの電力供給異常を制御回路１５にて検知する。
【００２５】
残留電圧検出回路２１は、パワーモジュール１３の後段（誘導電動機１１の前段）の電圧変化から、誘導電動機１１に供給される電力の電圧を測定するとともに、フリーラン状態で誘導電動機１１の回転子が回転することにより発生する誘導起電力による残留電圧を測定して、制御回路１５に受け渡す。
【００２６】
この残留電圧検出回路２１は、誘導電動機１１の前段のＵ相およびＶ相の電圧を分圧して測定可能に低電圧化した残留電圧を取り出す分圧回路２２と、この分圧回路２２の検出する誘導電動機１１のＵ相およびＶ相における電圧波形を比較してその誘導電動機１１の回転周波数に応じたパルス信号を生成（波形変換）して、制御回路１５に入力する比較回路２３とを備えている。
【００２７】
この比較回路２３を用いることによって、残留電圧は上述したように比較的小さなものであるが、時間軸に対して略正弦波状に変化する。そして、それぞれ略正弦波状に変化するＵ相およびＶ相の信号の相対的変化を比較してパルスを形成するので、正確な残留電圧の周期を計測することができる。これにより、残留電圧の比較信号から、正確な回転子の回転周波数および位相の計測ができる。なお、誘導電動機１１のＵ相とＶ相の組み合わせに限らず、他の組み合わせを選択しても良いことはいうまでもない。
【００２８】
そして、制御回路１５は、予め格納されている制御プログラムに従って直流電圧検出回路２０からの検知信号および残留電圧検出回路２１からのパルス信号に基づいて誘導電動機１１の運転制御を実行することにより、ドライブ回路１４およびパワーモジュール１３を介してその誘導電動機１１を駆動してポンプ１００の運転を継続する。
【００２９】
具体的には、制御回路１５は、直流電圧検出回路２０から電源の瞬停などによる電力供給異常（供給電力の停止あるいは供給電圧の異常低下など）を検知する。この後に、フリーラン状態で回転する誘導電動機１１の台形状の残留電圧から生成したパルス信号を比較回路２３から受け取って、誘導電動機１１の現実の回転周波数および位相を導出する。そして、制御回路１５が、直流電圧検出回路２０から電力供給の復帰（復電）の検知信号を受け取ったときには、その誘導電動機１１の駆動を再開するための運転制御信号を生成してドライブ回路１４に入力することにより、パワーモジュール１３による交流電力の供給を再開する。この時の運転制御信号は、残留電圧の計測結果に基づいて算定したこの時の回転周波数および位相に対応したものである。
【００３０】
これにより、誘導電動機１１は、電力供給に瞬停が発生したとしても、現実の回転に極めて近い回転周波数および位相から駆動を開始することができ、停止要因にもなる過電流を発生させることなく、ポンプ１００の運転をスムーズに再開して流体の供給等を継続することができる。
【００３１】
このとき、制御回路１５は、残留電圧検出回路２１の信号が小さいために、誘導電動機１１の現実の回転周波数を導出することができないときには、予め設定されている最も低い周波数、例えば、５Ｈｚなどという低い回転数から誘導電動機１１の駆動を再開するための運転制御信号を生成することにより、交流電力の供給を再開する。これにより、誘導電動機１１は、残留電圧が小さくなる回転停止直前においても、再駆動不能になることなく、スムーズにポンプ１００の運転を再開して流体の供給等を継続することができる。
【００３２】
さらに、制御回路１５は、直流電圧検出回路２０から電力供給異常の検知信号を受け取ったときに、内蔵するタイマー機能（計時手段）をスタートさせて、電力供給の復帰の検知信号を受け取るまでの経過時間を計時する。そして、この制御回路１５は、その経過時間が予め設定されているフリーラン状態の誘導電動機１１の回転限界時間を経過したときには、誘導電動機１１を始動するための運転制御信号を生成することにより、交流電力の供給を再開する。これにより、誘導電動機１１は、ポンプ１００の負荷により回転停止した後においても、再駆動不能になることなく、スムーズにポンプ１００の運転を再開して流体の供給等を再開することができる。
【００３３】
ここで、本実施形態では、可変速電動機の一例として誘導電動機１１を搭載する場合を説明するが、これに限るものではなく、例えば、ＤＣブラシレスモータを搭載する装置にも適用可能なことはいうまでもない。
【００３４】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、可変速電動機への瞬停や瞬間的な電圧の低下があったときには、フリーラン状態の可変速電動機の残留電圧波形から回転周波数および位相を検知することができる。そして、復電の際には、現実の回転周波数および位相に応じた可変速電動機の運転制御で、過電流などを発生させずに運転を再開することができる。したがって、回転を検出するセンサ等を特別に設置することなく、瞬停などした可変速電動機のスムーズな運転の再開を低コストで実現することができる。また、センサ等が不要であることから、既設の設備に対しても適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る可変速電動機の運転制御方法を実行する運転制御装置の一実施形態を示す図であり、その運転制御装置を搭載したポンプシステムを示すブロック図である。
【図２】その可変速電動機の残留電圧を説明する波形図である。
【図３】その可変速電動機の残留電圧の測定回路を示す回路図である。
【図４】その可変速電動機の残留電圧の測定結果を示す波形図である。
【符号の説明】
１０    ポンプシステム
１１    誘導電動機
１２    ダイオードモジュール
１３    パワーモジュール
１４    ドライブ回路
１５    制御回路
１６    平滑コンデンサー
１７    スイッチ
２０    直流電圧検出回路
２１    残留電圧検出回路
２２    分圧回路
２３    比較回路
１００    ポンプ
【図１】
2004260943.tif 000003
【図２】
2004260943.tif 000004
【図３】
2004260943.tif 000005
【図４】
2004260943.tif 000006