(57)【要約】【課題】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ることなく、主回路電圧を過大電圧レベルにまで上昇させないで、交流電動機を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】交流電動機５へ電力を出力する電力変換器１と、任意のトルク指令に対してトルク指令をリミットするトルクリミット手段６と、トルクリミット手段６によりリミットされたトルク指令に基づいて電圧指令を演算し電力変換器１の電力を制御する電圧指令演算回路７およびスイッチングパターン発生回路８とを備えた交流電動機の制御方法および装置において、電力変換器１の主回路電圧を電圧検出器９で検出し、その検出値のレベルに応じて回生側のトルクリミット値を回生側トルクリミット値演算回路１０で演算し、トルクリミット手段６のリミット値として設定する。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電動機へ電力を出力する電力変換器と、任意のトルク指令に対してトルク指令をリミットするトルクリミット手段と、前記トルクリミット手段によりリミットされたトルク指令に基づいて電圧指令を演算し前記電力変換器の電力を制御する手段とを備えた交流電動機の制御方法において、
前記電力変換器の主回路電圧検出値のレベルに応じて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手段のリミット値として設定することを特徴とする交流電動機の制御方法。
【請求項２】
交流電動機へ電力を出力する電力変換器と、任意のトルク指令に対してトルク指令をリミットするトルクリミット手段と、前記トルクリミット手段によりリミットされたトルク指令に基づいて電圧指令を演算し前記電力変換器の電力を制御する手段とを備えた交流電動機の制御装置において、
前記電力変換器の主回路電圧検出値のレベルに応じて回生側のトルクリミット値を演算して前記トルクリミット手段に設定する回生側トルクリミット値演算手段を設けたことを特徴とする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、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、回生エネルギーにより主回路電圧が上昇することを抑制し、交流電動機を運転継続させる交流電動機の制御方法及び制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インバータを用いた誘導電動機駆動においては、インバータに外部から与えられる速度指令が変化する場合、誘導電動機を駆動する速度を、あらかじめ設定された加速時間、減速時間にわたって直線的に変化させるのが一般的である。このような直線的な加減速は、負荷の値が一定であり、かつイナーシャのような慣性負荷のみである場合は、加減速に必要なトルクは一定値でよく、特に問題はない。しかし実際は、インバータで駆動される負荷の大きさが変化する場合や、負荷が純粋に慣性負荷のみではない場合が多い。これらの大きさが変動したり、慣性負荷以外の負荷の加減速を、直線状の速度変化で行おうとすると、加減速に不必要な長い時間を要し、生産性が低下したり、あるいは出力電流値や主回路電圧値が過大となって、保護のためインバータが停止したりする場合がある。
【０００３】
負荷の種類や大きさに応じた最適な加減速を行うために、例えば特開平０８−１７２７９６号公報（特許文献１）には、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、電力変換器の出力電流情報及び主回路電圧情報と現時点の出力速度指令を前処理し、ニューラルネットワークの出力より加減速レートを作成することにより、主回路電圧を上昇させることなく運転する方法が開示されている。
【０００４】
また、特開平０８−１７２７９７号公報（特許文献２）には、電動機を任意の速度で回転させるインバータ装置において、負荷に関する情報を設定する負荷データ設定手段と、この負荷データ設定手段で設定される負荷データを記録する負荷データ記録手段と、この負荷データ記録手段で記録された負荷データに応じて、電動機の加減速時の加減速パターンを作成する加減速パターン作成手段と、加減速パターンを記録する加減速パターン記録手段と、加減速パターン記録手段に記録された加減速パターンと外部から与えられる速度指令とから、電動機の駆動速度を制御する出力速度制御手段とを備えたインバータ装置が開示されている。さらに、特開平１０−２５７７８８号公報（特許文献３）には、複雑な演算を必要とせず、応答性を良くして、直流母線電圧の上昇による直流母線の過電圧を防止するために、インバータを含む電力変換部と、速度制御器、トルクリミッタを含む制御部を有する電動機の制御方法において、インバータの直流母線電圧を検出し、減速時に、インバータの直流母線電圧の上昇に応じて回生側のトルクリミッタのリミット値を小さくするインバータによる電動機の制御方法が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平０８−１７２７９６号公報
【特許文献２】
特開平０８−１７２７９７号公報
【特許文献３】
特開平１０−２５７７８８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これら特許文献１ないし３に開示された従来の方法では、急加減速時における主回路電圧（直流母線電圧）の上昇を抑制することができるが、プレス等の機械のように負荷による回生エネルギーによって交流電動機の速度が上昇させられるような用途では効果が出ない。
通常、任意のトルク指令に対して、交流電動機が接続される機械あるいは交流電動機、あるいは電力変換器のいずれかにより、交流電動機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と回生側のトルクリミット値を設定している。そして、このトルクリミット内で交流電動機が制御される。
しかしながら、交流電動機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に戻ってきて、主回路電圧が上昇する。このため、主回路電圧が任意に設定したレベルより上昇しないようにしなければならない。通常は主回路の平滑コンデンサ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または回生エネルギーを電源に還すための装置を用いている。
しかし、そのような回生抵抗や回生エネルギーを電源に還すための装置を設けると、構成が複雑になり、コストも嵩むという問題がある。
そこで本発明は、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ることなく、主回路電圧を過大電圧レベルにまで上昇させないで、交流電動機を運転継続することができる交流電動の制御方法及び制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【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、交流電動機へ電力を出力する電力変換器と、任意のトルク指令に対してトルク指令をリミットするトルクリミット手段と、前記トルクリミット手段によりリミットされたトルク指令に基づいて電圧指令を演算し前記電力変換器の電力を制御する手段とを備えた交流電動機の制御方法において、前記電力変換器の主回路電圧検出値のレベルに応じて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手段のリミット値として設定することを特徴とする。
また、請求項２記載の発明は、交流電動機へ電力を出力する電力変換器と、任意のトルク指令に対してトルク指令をリミットするトルクリミット手段と、前記トルクリミット手段によりリミットされたトルク指令に基づいて電圧指令を演算し前記電力変換器の電力を制御する手段とを備えた交流電動機の制御装置において、前記電力変換器の主回路電圧検出値のレベルに応じて回生側のトルクリミット値を演算して前記トルクリミット手段に設定する回生側トルクリミット値演算手段を設けたことを特徴とする。
請求項１および２に記載された発明においては、主回路電圧を監視しておき、主回路電圧のレベルに応じて、回生側のトルクリミット値を制御することで、電力変換器に還ってくる回生エネルギーが抑制される。したがって、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も、主回路電圧が過大電圧レベルにまで上昇することなく、交流電動機を運転継続することができる。
【０００８】
【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。図１は本発明における交流電動機の制御装置の実施形態の構成を示すブロック図である。
本実施形態における電動機の制御装置は、交流電動機５へ電力を出力する電力変換器１と、この電力変換器１によって駆動される交流電動機５と、トルク指令をリミットするトルクリミット回路６と、リミットされたトルク指令に基づいて電圧指令を演算する電圧指令演算回路７と、電圧指令に基づいて電力変換器１内のインバータ部４に与える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発生回路８と、電力変換器１の主回路の電圧を検出する電圧検出回路９と、検出された主回路の電圧に基づいて回生側トルクリミット値を演算する回生側トルクリミット値演算回路１０とを備えている。
【０００９】
さらに具体的に説明すると、電力変換器１は、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２と変換した電圧を平滑するための平滑コンデンサ３と直流電圧を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４から構成され、交流電動機５に電力を供給する。
トルクリミット回路６は、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。
【００１０】
電圧指令演算回路７は、トルクリミット回路６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。
スイッチングパターン発生回路８は、電圧指令演算回路７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。
電圧検出回路９は平滑コンデンサ３の電圧である主回路電圧Ｖｄｃを検出する。
回生側トルクリミット値演算回路１０は、電圧検出回路９の出力値である主回路電圧Ｖｄｃから、回生側のトルクリミット値ＴＧＬを演算し、前記トルクリミット回路６に設定しておく回路である。
【００１１】
通常、任意のトルク指令に対して、交流電動機５が接続される機械、あるいは交流電動機５、あるいは電力変換器１のいずれかにより交流電動機５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ＴＧ０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５が制御される。
交流電動機５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場合には、交流電動機５が回生トルクを発生し、その回生エネルギーが電力変換器１に戻ってきて、主回路電圧が上昇する。このため、主回路電圧が任意に設定したレベルより上昇しないようにしなければならない。
【００１２】
本実施の形態においては、主回路電圧Ｖｄｃの上昇を抑制するために、主回路電圧Ｖｄｃのレベルに応じて、回生側のトルクリミット値を絞り、回生トルクを発生させず、電力変換器１に回生エネルギーを戻さないようにする。
これにより、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ことを重視した場合にメリットがある。
【００１３】
具体的には、回生側のトルクリミットを絞る方法の例として、図２のような主回路電圧と回生側のトルクリミット値の関係を定義しておき、主回路電圧のレベルに応じて、回生側のトルクリミット値を制御する。電動側のトルクリミットは主回路電圧Ｖｄｃの大きさにかかわらず、予め設定されているＴＬ０がリミット値となる。これに対して回生側のトルクリミット値は、主回路電圧Ｖｄｃ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ＴＧ０となり、ＶＯＶＨレベル以上の場合、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、主回路電圧Ｖｄｃ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で、主回路電圧がＶＯＶＬより上昇するにつれて、ますます回生側のトルクリミット値を絞っていくので、主回路電圧が上昇するにつれて、さらなる主回路電圧の上昇がしにくくなる。これによって、過大電圧にならずに運転継続することができる。
【００１４】
実際に急減速指令時に本発明を適用すると、急減速中に主回路電圧がＶＯＶＬレベル以下では、指令された減速レートで減速するが、主回路電圧がＶＯＶＬ以上では主回路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、次第に減速レートが緩やかになり、電力変換器が吸収できる回生レベルで減速し、スムーズに減速できる。
【００１５】
次に、負荷側から交流電動機の速度を上昇させられるような場合について説明する。主回路電圧が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、主回路電圧がＶＯＶＬレベル以上になった場合、さらに主回路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ようとする。ここで、主回路電圧Ｖｄｃのレベルに応じて、回生側のトルクリミット値を絞り、回生トルクを発生させないようにすることで、さらに主回路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、主回路電圧が下降すれば、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。このように主回路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、主回路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。
【００１６】
なお、本実施の形態では、図２のような主回路電圧と回生側のトルクリミット値の関係を示したが、任意に設定したトルクリミット値ＴＧＬ１と回生側のトルクリミット値ＴＧＬ０を一致させても良いし、主回路電圧に比例させるだけではなく、主回路電圧が上昇すれば、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回生トルクの関係から次の主回路電圧レベルを予測して、回生側トルクリミット値を絞っていく方法が望ましい。
【００１７】
【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装置によれば、主回路電圧を監視しておき、主回路電圧のレベルに応じて、回生側のトルクリミット値を制御することで、電力変換器に還ってくる回生エネルギーを抑制するので、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も、主回路電圧が過大電圧レベルにまで上昇することなく、交流電動機を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実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明における主回路電圧と回生側のトルクリミット値の関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１  電力変換器
２  コンバータ部
３  平滑コンデンサ
４  インバータ部
５  交流電動機
６  トルクリミット回路
７  電圧指令演算回路
８  スイッチングパターン発生回路
９  電圧検出回路
１０  回生側トルクリミット値演算回路
【図１】
2004266887.tif 000003
【図２】
2004266887.tif 000004