(57)【要約】【課題】直流中間電圧を一定に制御でき、瞬停時においても交流電動機を安定に運転継続することができる交流電動の制御方法及び装置を提供する。【解決手段】交流電源からの供給電圧を直流電圧へ変換するコンバータ部１１と、変換された直流電圧を平滑化する平滑コンデンサ１２と直流中間電圧をＰＷＭ制御によりトルク指令に応じた周波数と電圧の交流に変換するインバータ部１３とからなる電力変換器１により駆動される交流電動機の制御方法において、予め、電動側のトルクリミット値と回生側のトルクリミット値とをトルクリミット値演算回路７によりトルクリミット回路３に設定し、これらのトルクリミット値でトルク指令を制限し、インバータ部１３へのＰＷＭスイッチングパターンを生成して交流電動機２を制御する。【選択図】          図１
2004173454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源からの供給電圧を直流電圧へ変換するコンバータ部と、変換された直流電圧を平滑化する平滑コンデンサと直流中間電圧をＰＷＭ制御によりトルク指令に応じた周波数と電圧の交流に変換するインバータ部とからなる電力変換器により駆動される交流電動機の制御方法において、
予め、電動側のトルクリミット値と回生側のトルクリミット値とを設定し、これらのトルクリミット値で前記トルク指令を制限し、前記インバータ部へのＰＷＭスイッチングパターンを生成して前記交流電動機を制御することを特徴とする交流電動機の制御方法。
【請求項２】
交流電源からの供給電圧を直流電圧へ変換するコンバータ部と、変換された直流電圧を平滑化する平滑コンデンサと直流中間電圧をＰＷＭ制御によりトルク指令に応じた周波数と電圧の交流に変換するインバータ部とからなる電力変換器により駆動される交流電動機の制御装置において、
予め、電動側のトルクリミット値と回生側のトルクリミット値とを設定し、これらのトルクリミット値で前記トルク指令を制限するトルクリミット手段と、このトルクリミット手段の出力に基づいて電圧指令を演算する電圧指令演算手段と、前記電圧指令演算手段の出力に基づいて前記インバータ部へのスイッチングパターンを生成するスイッチングパターン生成手段とを備えたことを特徴とする交流電動機の制御装置。
【請求項３】
前記電力変換器の直流中間電圧検出値のレベルに応じて、トルクリミット値演算回路で、電動側のトルクリミット値及び回生側のトルクリミット値を演算し、前記トルクリミット回路に設定することにより瞬停時において直流中間電圧を安定に制御することを特徴とする請求項１記載の交流電動機の制御方法。
【請求項４】
前記電力変換器の直流中間電圧検出値のレベルに応じて、電動側のトルクリミット値及び回生側のトルクリミット値を演算するトルクリミット値演算手段を設け、これらのトルクリミット値を前記トルクリミット手段に設定することにより瞬停時に直流中間電圧を安定に制御するようにしたことを特徴とする請求項２記載の交流電動機の制御装置。
【請求項５】
前記電力変換器に交流電源の停電を検出する停電検出手段を設け、この停電検出手段からの停電検出信号によりインバータ部に減速開始指令を出力し、交流電動機の減速中は直流中間電圧が一定となるように、直流中間電圧の目標値と検出値より減速レート１を演算し、直流中間電圧の変化率より減速レート２を演算し、前記２つの減速レートを乗じた値をＰＩ制御することにより減速時間を制御し、停電検出前の電圧になるか減速中に直流中間電圧が上昇すると、減速を停止するようにし、
さらに、前記減速時間に追従して減速するようにトルク指令を演算し、直流中間電圧検出値の大きさに応じて、前記電動側及び回生側のトルクリミット値の大きさを変化させ、前記トルク指令を前記トルクリミット手段で制限することにより、直流中間電圧を安定に制御することを特徴とする請求項３記載の交流電動機の制御方法。
【請求項６】
前記交流電源の瞬時停電を検出して前記インバータ部に減速開始指令を出力する停電検出手段と、前記交流電動機の減速中は直流中間電圧が一定となるように、直流中間電圧の目標値と検出値より減速レート１を演算し、直流中間電圧の変化率より減速レート２を演算し、前記２つの減速レートを乗じた値をＰＩ制御することにより減速時間を制御し、停電検出前の電圧になるか減速中に直流中間電圧が上昇すると、前記減速を停止させる減速時間制御手段と、前記減速時間に追従して減速するようにトルク指令を演算する速度制御手段と、直流中間電圧検出値の大きさに応じて、電動側及び回生側のトルクリミット値の大きさを変化させ、前記トルクリミット手段にトルクリミット値を設定するトルクリミット値演算手段とを備えたことを特徴とする請求項４記載の交流電動機の制御装置。
【請求項７】
通常運転が可能な直流中間電圧の電圧値下限ＶＵ１と、電源として許容できる下限の電圧が入力された時の直流中間電圧の下限許容電圧ＶＵ０と、前記下限許容電圧ＶＵ０より低く前記電圧値下限ＶＵ１より高い停電検出レベル電圧ＶＵ２とを各々設定し、前記交流電動機運転中に前記直流中間電圧検出回路からの前記直流中間電圧の検出値が前記停電検出レベル電圧ＶＵ２より低くなった時に前記交流電動機を設定した減速レートαｄで前記下限許容電圧ＶＵ０を越えるまで減速し、前記下限許容電圧ＶＵ０を越えた時に通常制御に復帰するシーケンスで交流電動機を制御することを特徴とする請求項１記載の交流電動機の制御方法。
【請求項８】
前記直流中間電圧ＶＰＮが前記停電検出レベル電圧ＶＵ２より低くなった場合に、前記交流電動機を前記減速レートαｄで減速し、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記下限許容電圧ＶＵ０と前記停電検出レベル電圧ＶＵ２との間では加減速を停止して、前記交流電動機の速度を一定とし、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記下限許容電圧ＶＵ０を越えた場合に通常制御に復帰することを特徴とする請求項７記載の交流電動機の制御方法。
【請求項９】
前記直流中間電圧ＶＰＮが前記停電検出レベル電圧ＶＵ２より低くなった場合に、設定した減速レートαｄの初期値α０と前記直流中間電圧ＶＰＮと前記停電検出レベル電圧ＶＵ２と適当なゲインＫを用いて、減速レートαｄが
αｄ＝α０−Ｋ×（ＶＵ２−ＶＰＮ）
で表されるレートで減速して前記交流電動機を制御し、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記下限許容電圧ＶＵ０を越えた時に通常運転を行うことを特徴とする請求項７または８記載の交流電動機の制御方法。
【請求項１０】
前記直流中間電圧ＶＰＮが前記停電検出レベル電圧ＶＵ２より低くなった時からの時間ｔＵＶを計測し、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記下限許容電圧ＶＵ０を越えた場合でも、設定した時間ｔｓｅｔ内では加減速を停止し前記交流電動機の速度を一定に保つことを特徴とする請求項７記載の交流電動機の制御方法。
【請求項１１】
前記直流中間電圧ＶＰＮが前記停電検出レベル電圧ＶＵ２より低くなった場合に、回転方向を示す記号としてＳ（ω）を用いてトルク指令Ｔｒｅｆが
Ｔｒｅｆ＝−Ｓ（ω）×Ｋ×（ＶＵ２−ＶＰＮ）
ただし、Ｓ（ω）は負荷に対し前記交流電動機が正転するときは（＋）符合となり、逆転するときは（−）符合をとる。
で表されるトルク指令で前記交流電動機をトルク制御し、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記下限許容電圧ＶＵ０を越えた時に通常運転を行うことを特徴とする請求項７記載の交流電動機の制御方法。
【請求項１２】
前記直流中間電圧ＶＰＮが、前記停電検出レベル電圧ＶＵ２と前記下限許容電圧ＶＵ０の間では、前記交流電動機へのトルク指令を零とすることを特徴とする請求項７記載の交流電動機の制御方法。
【請求項１３】
前記電動側のトルクリミット値は、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記電圧値下限ＶＵ１未満の場合は０にし、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記電圧値下限ＶＵ１から前記下限許容電圧ＶＵ０の間では、０から任意に設定した値に徐々に広げるようにし、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記下限許容電圧ＶＵ０以上では、任意に設定した値にし、前記停電検出レベル電圧ＶＵ２と前記電圧値下限ＶＵ１の間にある低電圧レベルＶＵ３より前記直流中間電圧ＶＰＮが小さい場合には、前記回生側のトルクリミット値を任意に設定された値とし、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記低電圧レベルＶＵ３から前記下限許容電圧ＶＵ０の間では任意に設定した値から０に徐々に絞るようにし、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記下限許容電圧ＶＵ０以上では０にすることにより、前記交流電動機のトルク指令を前記直流中間電圧ＶＰＮのレベルに応じて制限することで、直流中間電圧を安定に制御することを特徴とする請求項７から１２のいずれかの項に記載の交流電動機の制御方法。
【請求項１４】
通常運転が可能な直流中間電圧の電圧値下限ＶＵ１と、電源として許容できる下限の電圧が入力された時の直流中間電圧の下限許容電圧ＶＵ０と、前記下限許容電圧ＶＵ０より低く前記電圧値下限ＶＵ１より高い停電検出レベル電圧ＶＵ２とを各々設定し、前記交流電動機運転中に前記直流中間電圧検出回路からの前記直流中間電圧の検出値が前記停電検出レベル電圧ＶＵ２より低くなった時に前記交流電動機を設定した減速レートαｄで前記下限許容電圧ＶＵ０を越えるまで減速し、前記下限許容電圧ＶＵ０を越えた時に通常制御に復帰するシーケンス手段を備えたことを特徴とする請求項２記載の交流電動機の制御装置。
【請求項１５】
前記直流中間電圧ＶＰＮが前記停電検出レベル電圧ＶＵ２より低くなった場合に、前記交流電動機を前記減速レートαｄで減速し、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記下限許容電圧ＶＵ０と前記停電検出レベル電圧ＶＵ２との間では加減速を停止して、前記交流電動機の速度を一定とし、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記下限許容電圧ＶＵ０を越えた場合に通常制御に復帰することを特徴とする請求項１４記載の交流電動機の制御装置。
【請求項１６】
前記直流中間電圧ＶＰＮが前記停電検出レベル電圧ＶＵ２より低くなった場合に、設定した減速レートの初期値α０と前記直流中間電圧ＶＰＮと前記停電検出レベル電圧ＶＵ２と適当なゲインＫを用いて、減速レートαｄが
αｄ＝α０−Ｋ×（ＶＵ２−ＶＰＮ）
で表されるレートで減速して前記交流電動機を制御し、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記下限許容電圧ＶＵ０を越えた時に通常運転を行うことを特徴とする請求項１４または１５記載の交流電動機の制御装置。
【請求項１７】
前記直流中間電圧ＶＰＮが前記停電検出レベル電圧ＶＵ２より低くなった時からの時間ｔＵＶを計測し、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記下限許容電圧ＶＵ０を越えた場合でも、設定した時間ｔｓｅｔ内では加減速を停止し前記交流電動機の速度を一定に保つことを特徴とする請求項１４記載の交流電動機の制御装置。
【請求項１８】
前記直流中間電圧ＶＰＮが前記停電検出レベル電圧ＶＵ２より低くなった場合に、回転方向を示す記号としてＳ（ω）を用いてトルク指令Ｔｒｅｆが
Ｔｒｅｆ＝−Ｓ（ω）×Ｋ×（ＶＵ２−ＶＰＮ）
ただし、Ｓ（ω）は負荷に対し前記交流電動機が正転するときは（＋）符合となり、逆転するときは（−）符合をとる。
で表されるトルク指令で前記交流電動機をトルク制御し、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記下限許容電圧ＶＵ０を越えた時に通常運転を行うことを特徴とする請求項１４記載の交流電動機の制御装置。
【請求項１９】
前記直流中間電圧ＶＰＮが、前記停電検出レベル電圧ＶＵ２と前記下限許容電圧ＶＵ０の間では、前記交流電動機へのトルク指令を零とすることを特徴とする請求項１４記載の交流電動機の制御装置。
【請求項２０】
前記電動側のトルクリミット値は、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記電圧値下限ＶＵ１未満の場合は０にし、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記電圧値下限ＶＵ１から前記下限許容電圧ＶＵ０の間では、０から任意に設定した値に徐々に広げるようにし、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記下限許容電圧ＶＵ０以上では、任意に設定した値にし、前記停電検出レベル電圧ＶＵ２と前記電圧値下限ＶＵ１の間にある低電圧レベルＶＵ３より前記直流中間電圧ＶＰＮが小さい場合には、前記回生側のトルクリミット値を任意に設定された値とし、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記低電圧レベルＶＵ３から前記下限許容電圧ＶＵ０の間では任意に設定した値から０に徐々に絞るようにし、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記下限許容電圧ＶＵ０以上では０にすることにより、前記交流電動機のトルク指令を前記直流中間電圧ＶＰＮのレベルに応じて制限するようにしたことを特徴とする請求項１４から１９のいずれかの項に記載の交流電動機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、瞬停時において交流電動機を運転継続させることを特徴とする交流電動機の制御方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のインバータの瞬停時運転継続方法として、例えば特許第３２０１４６０号公報（特許文献１）には、停電検出信号によりインバータは減速を開始させ、減速中は直流中間電圧が一定となるように、直流中間電圧の目標値と検出値より減速レート１を演算し直流中間電圧の変化率より減速レート２を演算し、前記２つの減速レートを乗じた値をＰＩ制御することにより減速時間を制御し、停電検出前の電圧になるか減速中に直流中間電圧が上昇したときに、減速を停止する方法が提案されている。
また、電動機の停電時処理方法としては、例えば特開平１１−３０８８９４号公報（特許文献２）には、電動機の停電時処理方法において、通常運転が可能な直流中間電圧の電圧値下限ＶＵ１と、電源として許容できる下限の電圧が入力された時の直流中間電圧の下限許容電圧ＶＵ０と、下限許容電圧ＶＵ０より低く電圧値下限ＶＵ１より高い停電検出レベル電圧ＶＵ２とを各々設定し、電動機運転中に直流中間電圧検出手段からの直流中間電圧の検出値ＶＰＮが停電検出レベル電圧ＶＵ２より低くなった時に電動機を設定した減速レートαｄで下限許容電圧ＶＵ０を越えるまで減速し、下限許容電圧ＶＵ０を越えた時に通常制御に復帰する方法が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３２０１４６０号公報
【特許文献２】
特開平１１−３０８８９４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特許文献１において提案されたインバータの瞬停時運転継続方法では、直流中間電圧の目標値と検出値より減速レート１を演算し直流中間電圧の変化率より減速レート２を演算し、２つの減速レートを乗じた値をＰＩ制御することにより減速時間を制御するようにしている。しかしながらその方法では、交流電動機の負荷イナーシャに応じて、減速レート１と減速レート２を調整したり、ＰＩ制御のゲインや積分時間を調整せねばならず、調整が難しかったりして、交流電動機が減速や停止を繰り返すため振動的になり、直流中間電圧も振動的になり、交流電動機を安定に運転継続できないという問題がある。
一方、特許文献２において提案された電動機の停電時処理方法では、直流中間電圧の検出値ＶＰＮが停電検出レベル電圧ＶＵ２より低くなった時に電動機を設定した減速レートαｄで下限許容電圧ＶＵ０を越えるまで減速し、下限許容電圧ＶＵ０を越えた時に通常制御に復帰するようにしている。しかしながらその方法では、交流電動機の負荷イナーシャが小さいと交流電動機を減速したり、加速したりを繰り返すような振動的になり、直流中間電圧も振動的になり、交流電動機を安定に運転継続できないという問題がある。
そこで、本発明は、直流中間電圧を一定に制御でき、瞬停時においても交流電動機を安定に運転継続することができる交流電動の制御方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的達成のため、請求項１記載の発明は、交流電源からの供給電圧を直流電圧へ変換するコンバータ部と、変換された直流電圧を平滑化する平滑コンデンサと直流中間電圧をＰＷＭ制御によりトルク指令に応じた周波数と電圧の交流に変換するインバータ部とからなる電力変換器により駆動される交流電動機の制御方法において、予め、電動側のトルクリミット値と回生側のトルクリミット値とを設定し、これらのトルクリミット値で前記トルク指令を制限し、前記インバータ部へのＰＷＭスイッチングパターンを生成して前記交流電動機を制御することを特徴としている。
【０００６】
また、請求項２記載の発明は、交流電源からの供給電圧を直流電圧へ変換するコンバータ部と、変換された直流電圧を平滑化する平滑コンデンサと直流中間電圧をＰＷＭ制御によりトルク指令に応じた周波数と電圧の交流に変換するインバータ部とからなる電力変換器により駆動される交流電動機の制御装置において、
予め、電動側のトルクリミット値と回生側のトルクリミット値とを設定し、これらのトルクリミット値で前記トルク指令を制限するトルクリミット手段と、このトルクリミット手段の出力に基づいて電圧指令を演算する電圧指令演算手段と、前記電圧指令演算手段の出力に基づいて前記インバータ部へのスイッチングパターンを生成するスイッチングパターン生成手段とを備えたことを特徴としている。
【０００７】
これらの請求項１および２に記載された発明は、回生抵抗または回生エネルギーを電源に還すための装置を用いずに、直流中間電圧ＶＰＮの上昇を抑制し、瞬停等で直流中間電圧ＶＰＮの下降が起こった場合には運転継続を行うようにしたものである。直流中間電圧ＶＰＮのレベルに応じて、電動側及び回生側のトルクリミット値を変更することにより、直流中間電圧ＶＰＮがあるレベルに安定するように、直流中間電圧ＶＰＮのレベルに応じて、電動トルク及び回生トルクを制限することで、電力変換器から電力を供給しないようにしたり、電力変換器に回生エネルギーを戻さないようにしたりする。結果的に交流電動機の速度制御精度が一時的に悪化するが、速度精度は優先せず瞬停運転継続したり、回生抵抗または回生エネルギーを電源に還すための装置を用いないで交流電動機の制御を行うことができる。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の交流電動機の制御方法において、前記電力変換器の直流中間電圧検出値のレベルに応じて、トルクリミット値演算回路で、電動側のトルクリミット値及び回生側のトルクリミット値を演算し、前記トルクリミット回路に設定することにより瞬停時において直流中間電圧を安定に制御することを特徴としている。
【０００９】
請求項４記載の発明は、請求項２記載の交流電動機の制御装置において、前記電力変換器の直流中間電圧検出値のレベルに応じて、電動側のトルクリミット値及び回生側のトルクリミット値を演算するトルクリミット値演算手段を設け、これらのトルクリミット値を前記トルクリミット手段に設定することにより瞬停時に直流中間電圧を安定に制御するようにしたことを特徴としている。
【００１０】
請求項５記載の発明は、請求項３記載の交流電動機の制御方法において、前記電力変換器に交流電源の停電を検出する停電検出手段を設け、この停電検出手段からの停電検出信号によりインバータ部に減速開始指令を出力し、交流電動機の減速中は直流中間電圧が一定となるように、直流中間電圧の目標値と検出値より減速レート１を演算し、直流中間電圧の変化率より減速レート２を演算し、前記２つの減速レートを乗じた値をＰＩ制御することにより減速時間を制御し、停電検出前の電圧になるか減速中に直流中間電圧が上昇すると、減速を停止するようにし、さらに、前記減速時間に追従して減速するようにトルク指令を演算し、直流中間電圧検出値の大きさに応じて、前記電動側及び回生側のトルクリミット値の大きさを変化させ、前記トルク指令を前記トルクリミット手段で制限することにより、直流中間電圧を安定に制御することを特徴としている。
【００１１】
請求項６記載の発明は、請求項４記載の交流電動機の制御装置において、前記交流電源の瞬時停電を検出して前記インバータ部に減速開始指令を出力する停電検出手段と、前記交流電動機の減速中は直流中間電圧が一定となるように、直流中間電圧の目標値と検出値より減速レート１を演算し、直流中間電圧の変化率より減速レート２を演算し、前記２つの減速レートを乗じた値をＰＩ制御することにより減速時間を制御し、停電検出前の電圧になるか減速中に直流中間電圧が上昇すると、前記減速を停止させる減速時間制御手段と、前記減速時間に追従して減速するようにトルク指令を演算する速度制御手段と、直流中間電圧検出値の大きさに応じて、電動側及び回生側のトルクリミット値の大きさを変化させ、前記トルクリミット手段にトルクリミット値を設定するトルクリミット値演算手段とを備えたことを特徴としている。
【００１２】
請求項７記載の発明は、請求項１記載の交流電動機の制御方法において、通常運転が可能な直流中間電圧の電圧値下限ＶＵ１と、電源として許容できる下限の電圧が入力された時の直流中間電圧の下限許容電圧ＶＵ０と、前記下限許容電圧ＶＵ０より低く前記電圧値下限ＶＵ１より高い停電検出レベル電圧ＶＵ２とを各々設定し、前記交流電動機運転中に前記直流中間電圧検出回路からの前記直流中間電圧の検出値が前記停電検出レベル電圧ＶＵ２より低くなった時に前記交流電動機を設定した減速レートαｄで前記下限許容電圧ＶＵ０を越えるまで減速し、前記下限許容電圧ＶＵ０を越えた時に通常制御に復帰するシーケンスで交流電動機を制御することを特徴としている。
【００１３】
請求項８記載の発明は、請求項７記載の交流電動機の制御方法において、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記停電検出レベル電圧ＶＵ２より低くなった場合に、前記交流電動機を前記減速レートαｄで減速し、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記下限許容電圧ＶＵ０と前記停電検出レベル電圧ＶＵ２との間では加減速を停止して、前記交流電動機の速度を一定とし、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記下限許容電圧ＶＵ０を越えた場合に通常制御に復帰することを特徴としている。
【００１４】
請求項９記載の発明は、請求項７または８記載の交流電動機の制御方法において、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記停電検出レベル電圧ＶＵ２より低くなった場合に、設定した減速レートαｄの初期値α０と前記直流中間電圧ＶＰＮと前記停電検出レベル電圧ＶＵ２と適当なゲインＫを用いて、減速レートαｄが
αｄ＝α０−Ｋ×（ＶＵ２−ＶＰＮ）
で表されるレートで減速して前記交流電動機を制御し、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記下限許容電圧ＶＵ０を越えた時に通常運転を行うことを特徴としている。
【００１５】
請求項１０記載の発明は、請求項７記載の交流電動機の制御方法において、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記停電検出レベル電圧ＶＵ２より低くなった時からの時間ｔＵＶを計測し、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記下限許容電圧ＶＵ０を越えた場合でも、設定した時間ｔｓｅｔ内では加減速を停止し前記交流電動機の速度を一定に保つことを特徴としている。
【００１６】
請求項１１記載の発明は、請求項７記載の交流電動機の制御方法において、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記停電検出レベル電圧ＶＵ２より低くなった場合に、回転方向を示す記号としてＳ（ω）を用いてトルク指令Ｔｒｅｆが
Ｔｒｅｆ＝−Ｓ（ω）×Ｋ×（ＶＵ２−ＶＰＮ）
ただし、Ｓ（ω）は負荷に対し前記交流電動機が正転するときは（＋）符合となり、逆転するときは（−）符合をとる。
で表されるトルク指令で前記交流電動機をトルク制御し、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記下限許容電圧ＶＵ０を越えた時に通常運転を行うことを特徴としている。
【００１７】
請求項１２記載の発明は、請求項７記載の交流電動機の制御方法において、前記直流中間電圧ＶＰＮが、前記停電検出レベル電圧ＶＵ２と前記下限許容電圧ＶＵ０の間では、前記交流電動機へのトルク指令を零とすることを特徴としている。
【００１８】
請求項１３記載の発明は、請求項７から１２のいずれかの項に記載の交流電動機の制御方法において、前記電動側のトルクリミット値は、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記電圧値下限ＶＵ１未満の場合は０にし、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記電圧値下限ＶＵ１から前記下限許容電圧ＶＵ０の間では、０から任意に設定した値に徐々に広げるようにし、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記下限許容電圧ＶＵ０以上では、任意に設定した値にし、前記停電検出レベル電圧ＶＵ２と前記電圧値下限ＶＵ１の間にある低電圧レベルＶＵ３より前記直流中間電圧ＶＰＮが小さい場合には、前記回生側のトルクリミット値を任意に設定された値とし、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記低電圧レベルＶＵ３から前記下限許容電圧ＶＵ０の間では任意に設定した値から０に徐々に絞るようにし、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記下限許容電圧ＶＵ０以上では０にすることにより、前記交流電動機のトルク指令を前記直流中間電圧ＶＰＮのレベルに応じて制限することで、直流中間電圧を安定に制御することを特徴としている。
【００１９】
請求項１４記載の発明は、請求項２記載の交流電動機の制御装置において、通常運転が可能な直流中間電圧の電圧値下限ＶＵ１と、電源として許容できる下限の電圧が入力された時の直流中間電圧の下限許容電圧ＶＵ０と、前記下限許容電圧ＶＵ０より低く前記電圧値下限ＶＵ１より高い停電検出レベル電圧ＶＵ２とを各々設定し、前記交流電動機運転中に前記直流中間電圧検出回路からの前記直流中間電圧の検出値が前記停電検出レベル電圧ＶＵ２より低くなった時に前記交流電動機を設定した減速レートαｄで前記下限許容電圧ＶＵ０を越えるまで減速し、前記下限許容電圧ＶＵ０を越えた時に通常制御に復帰するシーケンス手段を備えたことを特徴としている。
【００２０】
請求項１５記載の発明は、請求項１４記載の交流電動機の制御装置において、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記停電検出レベル電圧ＶＵ２より低くなった場合に、前記交流電動機を前記減速レートαｄで減速し、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記下限許容電圧ＶＵ０と前記停電検出レベル電圧ＶＵ２との間では加減速を停止して、前記交流電動機の速度を一定とし、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記下限許容電圧ＶＵ０を越えた場合に通常制御に復帰することを特徴としている。
【００２１】
請求項１６記載の発明は、請求項１４または１５記載の交流電動機の制御装置において、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記停電検出レベル電圧ＶＵ２より低くなった場合に、設定した減速レートの初期値α０と前記直流中間電圧ＶＰＮと前記停電検出レベル電圧ＶＵ２と適当なゲインＫを用いて、減速レートαｄが
αｄ＝α０−Ｋ×（ＶＵ２−ＶＰＮ）
で表されるレートで減速して前記交流電動機を制御し、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記下限許容電圧ＶＵ０を越えた時に通常運転を行うことを特徴としている。
【００２２】
請求項１７記載の発明は、請求項１４記載の交流電動機の制御装置において、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記停電検出レベル電圧ＶＵ２より低くなった時からの時間ｔＵＶを計測し、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記下限許容電圧ＶＵ０を越えた場合でも、設定した時間ｔｓｅｔ内では加減速を停止し前記交流電動機の速度を一定に保つことを特徴としている。
【００２３】
請求項１８記載の発明は、請求項１４記載の交流電動機の制御装置において、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記停電検出レベル電圧ＶＵ２より低くなった場合に、回転方向を示す記号としてＳ（ω）を用いてトルク指令Ｔｒｅｆが
Ｔｒｅｆ＝−Ｓ（ω）×Ｋ×（ＶＵ２−ＶＰＮ）
ただし、Ｓ（ω）は負荷に対し前記交流電動機が正転するときは（＋）符合となり、逆転するときは（−）符合をとる。
で表されるトルク指令で前記交流電動機をトルク制御し、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記下限許容電圧ＶＵ０を越えた時に通常運転を行うことを特徴としている。
【００２４】
請求項１９記載の発明は、請求項１４記載の交流電動機の制御装置において、前記直流中間電圧ＶＰＮが、前記停電検出レベル電圧ＶＵ２と前記下限許容電圧ＶＵ０の間では、前記交流電動機へのトルク指令を零とすることを特徴としている。
【００２５】
請求項２０記載の発明は、請求項１４から１９のいずれかの項に記載の交流電動機の制御装置において、前記電動側のトルクリミット値は、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記電圧値下限ＶＵ１未満の場合は０にし、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記電圧値下限ＶＵ１から前記下限許容電圧ＶＵ０の間では、０から任意に設定した値に徐々に広げるようにし、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記下限許容電圧ＶＵ０以上では、任意に設定した値にし、前記停電検出レベル電圧ＶＵ２と前記電圧値下限ＶＵ１の間にある低電圧レベルＶＵ３より前記直流中間電圧ＶＰＮが小さい場合には、前記回生側のトルクリミット値を任意に設定された値とし、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記低電圧レベルＶＵ３から前記下限許容電圧ＶＵ０の間では任意に設定した値から０に徐々に絞るようにし、前記直流中間電圧ＶＰＮが前記下限許容電圧ＶＵ０以上では０にすることにより、前記交流電動機のトルク指令を前記直流中間電圧ＶＰＮのレベルに応じて制限するようにしたことを特徴としている。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は本発明における交流電動機の制御装置の第１の実施形態の構成を示すブロック図、図２は本実施形態におけるトルクリミット回路における直流中間電圧とトルクリミット値との関係を示す説明図である。
本実施形態における交流電動機の制御装置は、三相交流電源から供給される三相交流をパワー素子により直流電圧に変換するコンバータ部１１と変換した電圧を平滑するための平滑コンデンサ１２と直流中間電圧をＰＷＭ制御方式により任意の周波数と電圧の交流に変換するインバータ部１３から構成される電力変換器１と、インバータ部１３から出力される交流により駆動される交流電動機２と、任意のトルク指令に対して、予め設定しておいた電動側のトルクリミット値と回生側のトルクリミット値の間になるようにトルク指令を制限するトルクリミット回路３と、トルクリミット回路３から出力されたトルク指令通りにトルクが出力されるような電圧指令を演算して出力する電圧指令演算回路４と、電圧指令演算回路４の出力から、電力変換器１のスイッチングパターンを決定するスイッチングパターン発生回路５と、平滑コンデンサ１２の電圧である直流中間電圧ＶＰＮを検出する電圧検出回路６と、電圧検出回路６の出力する直流中間電圧ＶＰＮから、電動側のトルクリミット値ＴＬおよび回生側のトルクリミット値ＴＧＬを演算し、トルクリミット回路３に設定しておくトルクリミット値演算回路７とを備えている。
【００２７】
通常、任意のトルク指令に対して、交流電動機２が接続される機械あるいは交流電動機２あるいは電力変換器１のいずれかにより交流電動機２が出力するトルクは制限されるため、予め電動側のトルクリミット値ＴＬ０と回生側のトルクリミット値ＴＧＬ０を設定している。そして、このトルクリミット内で交流電動機２が制御される。
しかしながら、交流電動機２を急減速した場合や重力負荷や負荷機により速度が上昇させられるような用途では、交流電動機２が回生トルクを発生し、その回生エネルギーが交流電動機２に戻ってきて、直流中間電圧ＶＰＮが上昇する。この直流中間電圧ＶＰＮがある設定レベル以上になると交流電動機が制御不能となったり、回路を破壊する恐れがあるため、直流中間電圧ＶＰＮがその設定レベルより上昇しないようにしなければならない。
【００２８】
そのために、通常は平滑コンデンサ１２と並列に抵抗を接続して、抵抗で電力を消費する回生抵抗を設けるか、または回生エネルギーを電源に還すための装置を用いるが、本発明では、回生抵抗または回生エネルギーを電源に還すための装置を用いずに、直流中間電圧ＶＰＮの上昇を抑制し、瞬停等で直流中間電圧ＶＰＮの下降が起こった場合には運転継続を行うように、直流中間電圧ＶＰＮのレベルに応じて、電動側及び回生側のトルクリミット値を変更する。
具体的にトルクリミット値を設定する方法の例としては、図２のように直流中間電圧ＶＰＮとトルクリミット値の関係を定義しておき、直流中間電圧のレベルに応じて、電動側及び回生側のトルクリミット値を制御する。
【００２９】
電動側のトルクリミット値は、直流中間電圧ＶＰＮがＶＵＶＨより高い場合には、予め設定しておいた電動側のトルクリミット値ＴＬ０となり、ＶＵＶＬ未満の場合、電動トルクを発生しないように電動トルクリミット値を０に設定する。また、ＶＵＶＬ以上ＶＵＶＨ未満の場合、直流中間電圧ＶＰＮに比例して、電動側トルクリミット値は０から任意に設定したトルクリミット値ＴＬ１に上げる。このように設定することにより、直流中間電圧ＶＰＮがＶＵＶＨより下降するにつれて、漸次電動側のトルクリミット値を絞っていくので、直流中間電圧ＶＰＮが下降するにつれて、さらなる直流中間電圧の下降を抑制することで、直流中間電圧ＶＰＮが急激に低電圧にならずに運転継続することができる。
【００３０】
一方、回生側のトルクリミット値は、直流中間電圧ＶＰＮがＶＯＶＬよりも低い場合には、予め設定しておいた回生側のトルクリミット値ＴＧＬ０となり、ＶＯＶＨ以上の場合、回生トルクを発生しないように回生トルクリミット値を０に設定する。また、ＶＯＶＬ以上ＶＯＶＨ未満の場合、直流中間電圧ＶＰＮに比例して、回生トルクリミット値は任意に設定したトルクリミット値ＴＧＬ１から０に下げる。このように設定することにより、直流中間電圧ＶＰＮがＶＯＶＬより上昇するにつれて、漸次回生側のトルクリミット値を絞っていくので、直流中間電圧ＶＰＮが上昇するにつれて、さらなる直流中間電圧の上昇を抑制することで、直流中間電圧ＶＰＮが急激に過大電圧にならずに運転継続することができる。
これにより、瞬停発生時には直流中間電圧が一定になるように制御でき、スムーズな運転継続が可能となる。
【００３１】
また、急減速指令時には、急減速中に直流中間電圧がＶＯＶＬレベル以下では、指令された減速レートαｄで減速するが、直流中間電圧がＶＯＶＬ以上では直流中間電圧が上昇するにつれて、回生側トルクリミットが絞られてくるので、次第に減速レートαｄが緩やかになり、電力変換器が吸収できる回生レベルでの減速し、スムーズに減速できる。
また、負荷側から交流電動機の速度を上昇させられるような用途では、直流中間電圧ＶＰＮがＶＯＶＬレベルに上昇するまでは、回生トルクを出力し速度精度を保つように速度制御するが、直流中間電圧ＶＰＮがＶＯＶＬレベル以上になった場合、さらに直流中間電圧が上昇しないように、回生側トルクリミット値を絞るため、その分だけ交流電動機の速度が上昇し、速度精度が悪化する。しかしながら、本発明を適用することで、さらに直流中間電圧が上昇することはなくなり、スムーズに運転継続できる。そして、直流中間電圧が下降すれば、すぐに回生側のトルクリミット値が広げられるので、回生トルクが発生し、速度を一致させることができるようになる。
このように直流中間電圧レベルに応じて、回生側のトルクリミット値を制御すれば、回生抵抗や回生エネルギーを電源に還すための装置を具備しない電力変換器において、直流中間電圧が上昇した場合には、速度精度が悪化するが、過大電圧になることなくスムーズに運転継続することができる。
【００３２】
なお、本実施形態では図２のような直流中間電圧と電動側及び回生側のトルクリミット値の関係を示したが、任意に設定した電動側のトルクリミット値ＴＬ１とＴＬ０を一致させたり、任意に設定した回生側のトルクリミット値ＴＧＬ１とＴＧＬ０を一致させても良い。また、直流中間電圧に比例させるだけではなく、直流中間電圧が下降すれば電動側のトルクリミット値が０に近づき、直流中間電圧が上昇すれば回生側のトルクリミット値が０に近づくような関数であれば、任意の関数でも良い。また、機械のイナーシャや平滑コンデンサの容量とトルクの関係から次の直流中間電圧レベルを予測して、電動側及び回生側トルクリミット値を絞っていく方法が望ましい。
【００３３】
＜第２の実施形態＞
図１に示す交流電動機の制御装置を用いた本発明の第２の実施形態について説明する。この実施形態においては、交流電動機２の運転が可能な直流中間電圧ＶＰＮの電圧値下限ＶＵ１と、電源として許容できる下限の電圧が入力されたのと等価な直流中間電圧ＶＰＮの下限許容電圧ＶＵ０と、この下限許容電圧ＶＵ０より低く電圧値下限ＶＵ１より高い停電検出レベル電圧ＶＵ２とを設定しておく。そして、交流電動機運転中に直流中間電圧検出回路６からの直流中間電圧ＶＰＮが、停電検出レベル電圧ＶＵ２より低くなった時に、交流電動機を設定した減速レートαｄで下限許容電圧下限許容電圧ＶＵ０を越えるまで減速し、下限許容電圧ＶＵ０を越えた時に通常制御に復帰する交流電動機の制御方法である。
【００３４】
具体的にはトルクリミット回路３に、図３のような直流中間電圧ＶＰＮとトルクリミット値の関係を定義しておく。電動側のトルクリミット値は、直流中間電圧ＶＰＮが電圧値下限ＶＵ１未満の場合は０にし、直流中間電圧ＶＰＮが電圧値下限ＶＵ１から下限許容電圧ＶＵ０の間では、０から任意に設定した値に徐々に広げるようにし、直流中間電圧ＶＰＮが下限許容電圧ＶＵ０以上では、任意に設定した値にし、停電検出レベル電圧ＶＵ２と電圧値下限ＶＵ１の間にある低電圧レベルＶＵ３より直流中間電圧ＶＰＮが小さい場合には、回生側のトルクリミット値を任意に設定された値とし、直流中間電圧ＶＰＮが低電圧レベルＶＵ３から下限許容電圧ＶＵ０の間では任意に設定した値から０に徐々に絞るようにし、直流中間電圧ＶＰＮが前記下限許容電圧ＶＵ０以上では０にする。
この実施形態においては、停電時の制御中は、直流中間電圧ＶＰＮのレベルに応じて、電動側及び回生側のトルクリミット値を制限することで、直流中間電圧が一定になるように制御でき、スムーズな運転継続が可能となる。
なお、図３では任意の位置に低電圧レベルＶＵ３を設定したが、停電検出レベル電圧ＶＵ２と一致させても良い。また、直流中間電圧ＶＰＮに比例してトルクリミット値が変化するようにしているが、任意の関数を用いても良い。
【００３５】
＜第３の実施形態＞
図４は本発明における交流電動機の制御装置の第３の実施形態の構成を示すブロック図、図５は停電検出中の減速時間と周波数指令を選択するシーケンス回路のブロック図、図６は減速時間制御回路のブロック図、図７は停電発生時のタイムチヤートである。
【００３６】
図４において、本実施形態における交流電動機の制御装置は、三相交流電源（図示せず）から電磁接触器８を介して供給される三相交流をパワー素子により直流電圧に変換するコンバータ部１１と変換した電圧を平滑するための平滑コンデンサ１２と直流中間電圧をＰＷＭ制御方式により任意の周波数と電圧の交流に変換するインバータ部１３から構成される電力変換器１と、インバータ部１３から出力される交流により駆動される交流電動機２と、任意のトルク指令に対して、予め設定しておいた電動側のトルクリミット値と回生側のトルクリミット値の間になるようにトルク指令を制限するトルクリミット回路３と、トルクリミット回路３から出力されたトルク指令通りにトルクが出力されるような電圧指令を演算して出力する電圧指令演算回路４と、電圧指令演算回路４の出力から、電力変換器１のスイッチングパターンを決定するスイッチングパターン発生回路５と、平滑コンデンサ１２の電圧である直流中間電圧ＶＰＮを検出する電圧検出回路６と、電圧検出回路６の出力値する直流中間電圧ＶＰＮから、電動側のトルクリミット値ＴＬおよび回生側のトルクリミット値ＴＧＬを演算し、トルクリミット回路３に設定しておくトルクリミット値演算回路７と、出力周波数を設定する周波数設定器９と、交流電動機２を停止状態から最高速度まで加減速する際の加減速時間を設定する加減速時間設定器１０と、電磁接触器８の停電検出用接点８ａによる停電検出信号に基づいて停電を検出し停電検出中の減速時間と周波数指令を設定するシーケンス回路１４と、停電検出中にＰＩ制御で直流中間電圧ＶＰＮが一定になるように減速時間を制御する減速時間制御回路１５と、設定された加減速時間で出力周波数の加減速を行うソフトスタータ１６と、このソフトスタータ１６から出力される周波数に基づいてトルク指令を出力する速度制御回路１７とを備えている。
【００３７】
シーケンス回路１４は、図５に示すように、電圧検出回路６からの低電圧検出出力（直流中間電圧ＶＰＮが、設定されたＵＶレベル１よりも低いときに出力）あるいは電磁接触器８の停電検出用接点８ａからの停電検出出力に基づき、第１スイッチ手段１８は周波数設定器９からの通常の周波数指令と停電時の周波数指令を切り替えてソフトスタータ１６に出力し、第２スイッチ手段１９は加減速時間設定器１０からの通常の減速時間と停電検出中の減速時間を選択して減速時間制御回路１５に出力するようになっている。なお、図５において２７は比較器、２８はＯＲ回路である。
【００３８】
また、減速時間制御回路１５は、図６に示すように大きくは２つに分けて構成され、１つは、減速時間制御のために、直流中間電圧ＶＰＮの指令と検出値の偏差より減速時間を制御する第１の減速レート制御回路２０と、直流中間電圧の変化率より減速時間を制御する第２の減速レート制御回路２１と、第１減速レート制御回路２０及び第２の減速レート制御回路２１の出力の積をＰＩ制御器２２に入力する部分である。あと１つは、停電中に減速を停止するために、直流中間電圧の上昇を検出する第１の比較回路２３と、直流中間電圧ＶＰＮが停電検出前の電圧より上昇しているかを検出する第２の比較回路２４と、直流中間電圧ＶＰＮの上昇を検出するか、または直流中間電圧が停電検出前の電圧より上昇すると減速を停止する回路である減速停止手段２５、停電検出信号によりソフトスタータに転送する周波数を切り替える第３のスイッチ手段２６とから構成される。なお、図６中、２９は微分回路、３０はＯＲ回路、３１は乗算器である。
【００３９】
次に、本実施形態の交流電動機の制御装置における停電検出中の運転継続制御方法について説明する。図７は交流電動機の制御装置で停電が発生した時のタイムチャートで、（ａ）は交流電源の入切状態、（ｂ）は停電検出用接点の開閉状態、（ｃ）は運転指令の状態、（ｄ）は直流中間電圧ＶＰＮの変化、および（ｅ）はインバータの出力周波数をそれぞれ示す。
いま、交流電源の瞬時停電が発生すると、電磁接触器８（図４）が開になり停電検出用接点が“１”となるか、又は平滑コンデンサ１２の直流中間電圧がＵＶレベル１ＶＵＶ１以下になり直流中間電圧を検出する電圧検出回路８は停電を検出する。停電を検出すると、図５に示すように、停電検出用接点信号が“１”となるか、または電圧検出回路６の検出した直流中間電圧ＶＰＮで検出した低電圧検出信号が“１”となり、シーケンス回路１４に入力される。シーケンス回路１４では、停電検出用接点信号が“１”となるか、低電圧検出信号が“１”となった場合、停電検出中信号が“１”となる。第１および第２のスイッチ手段１８，１９によって周波数指令を０に切り替え、減速時間を設定された停電検出中の減速時間に切り替える。交流電動機２を駆動制御する電力変換器１を通常運転状態から減速モードに変更させた場合、交流電動機の減速量に対応する回転エネルギーは、インバータ部１３を経由する回生電力となって直流中間回路をなす平滑用コンデンサ１２を充電し、その端子電圧を上昇させる。
【００４０】
また、停電検出中信号が“１”なると、図６に示すように、電圧検出回路６より検出した直流中間電圧ＶＰＮが入力電圧の設定値×ｌ．３５になるように直流中間電圧ＶＰＮのレベルと直流中間電圧の変化率を見ながら減速レートをＰＩ制御する。図６において、第１の減速レート制御回路２０のＫｌは、直流中間電圧ＶＰＮのレベルに応じて減速時間を制御する係数（減速レート  Ｋ１＝１．０のときは設定した減速時間で減速し、Ｋ１＞１．０のときは減速時間が短くなり、Ｋ１＜１．０のときは減速時間が長くなる）であり、第２の減速レート制御回路２０のＫ２は、直流中間電圧の変化率に応じて減速時間を制御する係数である。
第１の減速レート制御回路２０は、減速中に直流中間電圧ＶＰＮの目標値とフィードバック値を比較し、フィードバック値が目標値より高い場合、減速レートの係数Ｋ１が１．０より小さい値となり減速時間が長くなる。フィードバック値が目標値より低い場合、減速レートの係数Ｋ１が１．０より大きい値となり減速時間が短くなる。減速時間が短くなると、平滑コンデンサ１２に回生エネルギーが帰り、直流中間電圧ＶＰＮが上昇する。
【００４１】
また、第２の減速レート制御回路２１は、減速中に直流中間電圧の変化率をチェックし、直流中間電圧ＶＰＮが下降している場合は、減速レートの係数Ｋ２を１．０とし、設定した減速時間で減速する。直流中間電圧ＶＰＮが上昇している場合、減速レートの係数Ｋ２は１．０より小さい値となり、設定した減速時間より長い時間で減速する。減速時間が長くなると、平滑コンデンサ１２に回生エネルギーが帰らず、直流中間電圧ＶＰＮが上昇しない。
ＰＩ制御器２２は、モータがスムーズに減速するように、直流中間電圧ＶＰＮの目標値とフィードバック値より演算した減速レートと直流中間電圧の変化率より演算した減速レートを乗算した値で減速レートについてＰＩ制御を行なう。
【００４２】
このようにして、交流電動機２の回転速度は、急激に低下することなく緩やかな低下にとどまり、瞬時の停電中に電動機を運転継続することになる。そして、負荷イナーシャが大きく減速時間の設定が短い場合は、直流中間電圧ＶＰＮが急激に上昇して過電圧が発生するため、電圧上昇検出回路２３が直流中間電圧ＶＰＮの上昇を検出するか、または直流中間電圧ＶＰＮが停電検出前の電圧より上昇するのを電圧検出回路２４で検出すると、減速停止手段２５が作動して減速を停止するため、図６の回路の出力の減算周波数（ある一定時間で減速する周波数）を０にし停電中の減速を停止する。インバータ部１３の交流電源の瞬時停電が回復すると、電磁接触器８の停電検出用接点８ａが閉でかつ、直流中間電圧ＶＰＮが低電圧検出レベル以上になり、図６の停電検出信号が“０”となり、第３のスイッチ手段２６が切り替わり、通常設定された加減速時間で周波数設定値まで加速又は、減速する駆動制御を実行することになる。
【００４３】
＜第４の実施形態＞
第４の実施形態では、第３の実施形態の機能に追加して、図５のソフトスタータ１６から出力された周波数Ｆｏｕｔと交流電動機２の速度を一致させるように速度制御回路１７はトルク指令Ｔｒｅｆを作成する。このトルク指令に応じて、交流電動機２を制御しようとした場合、負荷のイナーシャの状態や第１の減速レート制御回路２０の減速レート係数Ｋｌや第２の減速レート制御回路２１の減速レート係数Ｋ２やＰＩ制御器２２の設定値によっては、直流中間電圧が振動的になったり、交流電動機２が停電による減速停止と通常制御による加速を繰り返したりしてスムーズな運転継続ができない。
そこで、停電中信号が“１”の間は図８のような直流中間電圧ＶＰＮとトルクリミット値の関係を定義しておき、直流中間電圧ＶＰＮのレベルに応じて、電動側及び回生側のトルクリミット値を制御する。
【００４４】
すなわち、電動側のトルクリミットは、直流中間電圧ＶＰＮがＶＵＶ１より高い場合には、予め設定しておいた電動側のトルクリミット値ＴＬ０となり、電力変換器１が運転できない第２のＵＶレベルＶＵＶ２未満の場合、電動トルクを発生しないように電動トルクリミット値を０に設定する。また、ＶＵＶ２以上ＶＵＶ１未満の場合、直流中間電圧ＶＰＮに比例して、電動側トルクリミット値は０から任意に設定したトルクリミット値ＴＬ０に上げる。このように設定することにより、直流中間電圧ＶＰＮがＶＵＶ１より下降するにつれて、漸次電動側のトルクリミット値を絞っていくので、直流中間電圧ＶＰＮが下降するにつれて、さらなる直流中間電圧の下降が抑制される。
【００４５】
また、回生側のトルクリミット値は、直流中間電圧Ｖｄｃが第３のＵＶレベルＶＵＶ３よりも低い場合には、予め設定しておいた回生側のトルクリミット値ＴＧＬ０となり、第４のＵＶレベルＶＵＶ４以上の場合、回生トルクを発生しないように回生トルクリミット値を０に設定する。また、ＶＵＶ３以上ＶＵＶ４未満の場合、直流中間電圧ＶＰＮに比例して、回生トルクリミット値は任意に設定したトルクリミット値ＴＧＬ０から０に下げる。このように設定することにより、直流中間電圧ＶＰＮがＶＵＶ３より上昇するにつれて、漸次回生側のトルクリミット値を絞っていくので、直流中間電圧ＶＰＮが上昇するにつれて、さらなる直流中間電圧の上昇を抑制する。
このように直流中間電圧ＶＰＮのレベルに応じて、電動側及び回生側のトルクリミット値を設定することでトルク指令を制限できるので、瞬停発生時などに直流中間電圧ＶＰＮを安定に制御でき、スムーズな運転継続ができる。
なお、図８では任意の位置に第３のＵＶレベルＶＵＶ３を設定したが、第２のＵＶレベルＶＵＶ２と一致させても良い。また、任意の位置に第４のＵＶレベルＶＵＶ４を設定したが、第１のＵＶレベルＶＵＶ１と一致させても良い。また、直流中間電圧ＶＰＮに比例してトルクリミット値が変化するようにしているが、任意の関数を用いても良い。
【００４６】
＜第５の実施形態＞
図９は、本発明の第５の実施形態の操作手順を示すフローチャートである。このフローチャートに基づく操作手順を説明する。
直流中間電圧検出回路６により直流中間電圧ＶＰＮを検出する［ステップ２０１］。この直流中間電圧ＶＰＮと停電検出レベル電圧ＶＵ２とを比較し［ステップ２０２］、直流中間電圧ＶＰＮが停電検出レベル電圧ＶＵ２より低い時［ステップ２０２でｙｅｓ］ｆｌａｇ  をｏｎにする［ステップ２０３］。このｆｌａｇがｏｎの場合［ステップ２０４でｙｅｓ］、直流中間電圧ＶＰＮと下限許容電圧ＶＵ０とを比較し［ステップ２０５］、直流中間電圧ＶＰＮが下限許容電圧ＶＵ０を越えた場合［ステップ２０５でｙｅｓ］に、ｆｌａｇをＯＦＦに設定し通常制御に復帰する作業を行い［ステップ２０６］、直流中間電圧ＶＰＮが下限許容電圧ＶＵ０を越えない場合［ステップ２０５でｎｏ］は、減速レートαｄを設定し減速指令を与える［ステップ２０７］。その他、ステップ２０２でｎｏのときは、ステップ２０４に跳び、ここでもｆｌａｇはＯＦＦであるから、ステップ２０４もｎｏとなり、この操作は終了する。
また、減速レートαｄは交流電動機及び負荷のイナーシャなどによって決められた値を予め設定しておく。
【００４７】
＜第６の実施形態＞
図１０は、本発明の第６の実施形態の操作手順を示すフローチャートである。
第５の実施形態との違いは、下限許容電圧ＶＵ０と停電検出レベル電圧ＶＵ２の間に加減速を禁止して速度を一定にすることである。以下、このフローチャートに基づく操作手順を説明する。
ステップ５０５までは図９のステップ２０５までと同じであり、ただステップ５０５においてｎｏの場合に、ステップ５０６において直流中間電圧ＶＰＮが停電検出レベル電圧ＶＵ２より大きいか否かの判断を行い、ｙｅｓであればステップ５０８にて設定された減速レートαｄで減速指令を受け、ｎｏであればステップ５０９にて減速レートは０にして減速指令加減速は禁止となる。
また、負荷が変動する場合などは、減速レートを最適な値に設定することができない。これに対応するためには減速レート初期値α０を設定しておき、直流中間電圧ＶＰＮが停電検出レベル電圧ＶＵ２より低くなった場合に、
αｄ＝α０−Ｋ×（ＶＵ２−ＶＰＮ）    ……………………（１式）
により計算される減速レートαｄを用いて減速する。Ｋは減速レートの変換ゲインであり、負荷の大きさ等によって決まる。
【００４８】
＜第７の実施形態＞
図１１は、本発明の第７の実施形態の操作手順を示すフローチャートである。第６の実施形態との違いは、直流中間電圧ＶＰＮが停電検出レベル電圧ＶＵ２より低くなった時からの時間ｔＵＶを計測し、この時間ｔＵＶが停電を補償する設定時間ｔｓｅｔまで経っていなければ、直流中間電圧ＶＰＮが下限許容電圧ＶＵ０を越えても、速度を一定に保つようにすることである。以下、このフローチャートに基づく操作手順を説明する。
【００４９】
図１１は逐次型の演算を行うとして、停電を保証する時間設定値に相当するカウント値をｔＵＶに設定し、ｔＵＶを減算カウントして［ステップ８０４］、ｔＵＶが０でない場合［ステップ８０２でｙｅｓ］は、直流中間電圧ＶＰＮが下限許容電圧ＶＵ０を越えても、速度を一定に保つようにしている［ステップ８０２→ステップ８０４（設定時間から１を引いてから）→ステップ８０６→ステップ８０７→ステップ８０８］。ステップ８０２でｎｏのときは、ステップ８０３に進み、直流中間電圧ＶＰＮが下限許容電圧ＶＵ０より低ければ［ステップ８０３でｎｏ］ステップ８０６でもｎｏであるから直ちにこの操作は終わるが、ステップ８０２で直流中間電圧ＶＰＮが下限許容電圧ＶＵ０より高ければ［ステップ８０３でｙｅｓ］のときは、ステップ８０５に進み、ｆｌａｇをｏｎにしかつｔＵＶは設定値ｔｓｅｔのままでステップ８０６へ行く。また、ステップ８０６からステップ８０７へ進み、直流中間電圧ＶＰＮが下限許容電圧ＶＵ０より高ければ［ステップ８０３でｎｏ］、ステップ８０９に行き、ｔＵＶが０より大きいか否かを判断し、ｙｅｓであればステップ８１０で減速レートを０にして加減速を禁止した制御を行い、ｎｏであればステップ８１１でさらに直流中間電圧ＶＰＮが下限許容電圧ＶＵ０より大きいかどうかを判断し、ｎｏであればステップ８１０の制御となり、ｙｅｓであればステップ８１２に移りｆｌａｇをｏｆｆにして通常制御に復帰することにしている。
【００５０】
＜第８の実施形態＞
第８の実施形態として、トルクを直接制御した方が効果的であるのでその説明をする。上記第７の実施形態における減速レートを修正する代わりに、通常制御状態である速度制御状態からトルク制御に切り替え、停電検出レベル電圧の値ＶＵ２と直流中間電圧ＶＰＮと適当なゲインＫと回転方向を示すＳ（ω）を用いた（２式）、
Ｔｒｅｆ＝−Ｓ（ω）×Ｋ×（ＶＵ２−ＶＰＮ）……………………（２式）
によって求まるトルク指令Ｔｒｅｆを用いて制御を行えばよい。ただし、Ｓ（ω）は負荷に対し交流電動機が正転するときは（＋）符合となり、逆転するときは（−）符合をとることにする。
【００５１】
＜第９の実施形態＞
また、第９の実施形態として、第８の実施形態と同じように通常制御状態である速度制御状態からトルク制御に切り替え、（２式）により制御中に停電検出レベル電圧ＶＵ２と前記下限許容電圧ＶＵ０の間では、交流電動機へのトルク指令を零にしている。
【００５２】
以上、第１〜第９の実施形態について説明してきたが、本発明の大きな特徴である図２，図３，図８のような直流中間電圧ＶＰＮのレベルに応じて、電動側及び回生側のトルクリミット値を設定する効果について説明する。
本発明においては、直流中間電圧ＶＰＮがＶＵ２より下降するにつれて、漸次電動側のトルクリミット値を絞っていくので、直流中間電圧が下降するにつれて、さらなる直流中間電圧の下降が抑制される。また、直流中間電圧ＶＰＮがＶＵ３より上昇するにつれて、漸次回生側のトルクリミット値を絞っていくので、直流中間電圧が上昇するにつれて、さらなる直流中間電圧の上昇が抑制される。このように直流中間電圧のレベルに応じて、電動側及び回生側のトルクリミット値を設定することで、トルク指令を制限できるので、瞬停発生時などに直流中間電圧を安定にスムーズな運転継続ができる。これは第５〜第７の実施形態のような速度制御状態の場合は、減速指令で速度指令値が下がるので、それに追従するためのトルク指令が演算される。
しかし、図示されていない速度制御器のゲインが高いと大きなトルク指令を出力してしまい、交流電動機が加減速を繰り返したりしてスムーズな運転ができなくなってしまう。この交流電動機が加減速を繰り返さないですむようにするためには、直流中間電圧のレベルに応じて、出力可能なトルクを予めトルクリミット値に設定しておけばよい。また、第８、第９の実施形態のようなトルク制御状態においても同様に直流中間電圧のレベルに応じて、出力可能なトルクを予めトルクリミット値に設定しておけば効果がある。
このようにして、本発明は負荷の状態の如何によって各種の制御手段を準備しており、あらゆる負荷の停電時の処理を円滑に行わせることができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように本発明の交流電動機の制御方法及び制御装置によれば、直流中間電圧のレベルに応じて、電動側のトルクリミット値及び回生側のトルクリミット値を設定することで、トルク指令を制限することにより、回生抵抗または回生エネルギーを電源に還すための装置を用いずに、直流中間電圧を一定に制御でき、瞬停時においても交流電動機を安定に運転継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における交流電動機の制御装置の第１の実施形態の構成を表すブロック図である。
【図２】本発明における直流中間電圧ＶＰＮと電動側及び回生側のトルクリミット値の関係を示す説明図である。
【図３】本発明における第２の実施形態における直流中間電圧と電動側及び回生側のトルクリミット値の関係を示す説明図である。
【図４】本発明における交流電動機の制御装置の第３の実施形態の構成を表すブロック図である。
【図５】第３の実施形態における停電検出中の減速時間と周波数指令を選択するシーケンス回路のブロック図である。
【図６】第３の実施形態における減速時間制御回路のブロック図である。
【図７】第３の実施形態における停電が発生した時のタイムチャートである。
【図８】本発明における第４の実施形態における直流中間電圧と電動側及び回生側のトルクリミット値の関係を示す説明図である。
【図９】本発明の第５の実施形態の操作手順を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第６の実施形態の操作手順を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第７の実施形態の操作手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  電力変換器
１１  コンバータ部
１２  平滑コンデンサ
１３  インバータ部
２  交流電動機
３  トルクリミット回路
４  電圧指令演算回路
５  スイッチングパターン発生回路
６  電圧検出回路
７  トルクリミット値演算回路
８  電磁接触器
９  周波数設定器
１０  加減速時間設定器
１４  シーケンス回路
１５  減速時間制御回路
１６  ソフトスタート
１７  速度制御回路
１８  第１のスイッチ手段
１９  第２のスイッチ手段
２０  第１の減速レート制御回路
２１  第２の減速レート制御回路
２２  ＰＩ制御器
２３  電圧上昇検出回路
２４  停電前電圧検出回路
２５  減速停止手段
２６  第３のスイッチ手段
２７  比較器
２８  ＯＲ回路
２９  微分回路
３０  ＯＲ回路
３１  乗算器
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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