(57)【要約】【課題】  過電流や回生過電圧を防ぎ、短時間にショックなしで誘導電動機を再起動できる電力変換装置を提供する。【解決手段】  誘導電動機４を駆動する電力変換器２と、電力変換器の出力を制御する制御部３と、誘導電動機の入力電流を検出する電流検出手段とで構成し、制御部は、周波数調整手段と、Ｖ／ｆ比に基づいて電圧指令を演算する電圧制御手段と、電流検出手段により検出された電流から有効電流を演算する手段とを備え、誘導電動機を再起動するとき、周波数は所定の初期周波数、Ｖ／ｆ比は所定の初期Ｖ／ｆ比とし、有効電流が所定の回生閾値から所定の力行閾値の範囲内の時はＶ／ｆ比を所定の方法で上昇させ、有効電流が所定の回生閾値以下または力行閾値以上の時はＶ／ｆ比を保持すると共に、有効電流と所定の回生閾値または力行閾値との差分に従い出力周波数を調整し、前記Ｖ／ｆ比が所定の値になった時に通常運転モードに移行するようにする。【選択図】  図１
2005333767.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流入力を可変周波数、可変電圧の交流出力に変換して誘導電動機を駆動する電力変換器と、
この電力変換器の出力を制御する制御部と、
前記誘導電動機の入力電流を検出する電流検出手段と
から構成され、
前記制御部は、
前記交流電動機に与える周波数基準信号を調整する周波数調整手段と、
周波数と出力電圧の比を調整するＶ／ｆ比調整手段と、
前記周波数調整手段から得られる周波数とＶ／ｆ比の積で電圧指令を演算し、前記誘導電動機の端子電圧を制御する電圧制御手段と、
前記電流検出手段により検出された電流から前記電圧指令と同位相の有効電流を演算する手段とを備え、
前記誘導電動機を起動または再起動するとき、
前記Ｖ／ｆ比調整手段における周波数は所定の初期周波数、Ｖ／ｆ比は所定の初期Ｖ／ｆ比とし、
前記有効電流が所定の回生閾値から所定の力行閾値の範囲内の時は前記Ｖ／ｆ比を所定のＶ／ｆ比上昇方法で上昇させ、
前記有効電流が所定の回生閾値以下または力行閾値以上の時は前記Ｖ／ｆ比を保持すると共に、前記有効電流と所定の回生閾値または力行閾値との差分から所定の周波数調整方法で出力周波数を調整し、
前記Ｖ／ｆ比が所定の値になった時に前記周波数調整を終了し、その後、前記調整された周波数から与えられた周波数基準信号に従って、周波数及び電圧を制御して通常運転モードに移行することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
交流入力を可変周波数、可変電圧の交流出力に変換して誘導電動機を駆動する電力変換器と、
この電力変換器の出力を制御する制御部と、
前記誘導電動機の入力電流を検出する電流検出手段と
から構成され、
前記制御部は、
前記交流電動機に与える周波数基準信号を調整する周波数調整手段と、
周波数と出力電圧の比を調整するＶ／ｆ比調整手段と、
前記周波数調整手段から得られる周波数とＶ／ｆ比の積で電圧指令を演算し、前記誘導電動機の端子電圧を制御する電圧制御手段と、
前記電流検出手段により検出された電流と前記電圧指令とから瞬時有効電力を演算する手段とを備え、
前記誘導電動機を起動または再起動するとき、
前記Ｖ／ｆ比調整手段における周波数は所定の初期周波数、Ｖ／ｆ比は所定の初期Ｖ／ｆ比とし、
前記瞬時有効電力が所定の回生閾値から所定の力行閾値の範囲内の時は前記Ｖ／ｆ比を所定のＶ／ｆ比上昇方法で上昇させ、
前記瞬時有効電力が所定の回生閾値以下または力行閾値以上の時は前記Ｖ／ｆ比を保持すると共に、前記瞬時有効電力と所定の回生閾値または力行閾値との差分から所定の周波数調整方法で出力周波数を調整し、
前記Ｖ／ｆ比が所定の値になった時に前記周波数調整を終了し、その後、前記調整された周波数から与えられた周波数基準信号に従って、周波数及び電圧を制御して通常運転モードに移行するようにしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
交流入力を可変周波数、可変電圧の交流出力に変換して誘導電動機を駆動する非回生型の電力変換器と、
この電力変換器の出力を制御する制御部と、
前記電力変換器の直流電圧を検出する直流電圧検出手段と
から構成され、
前記制御部は、
前記交流電動機に与える周波数基準信号を調整する周波数調整手段と、
周波数と出力電圧の比を調整するＶ／ｆ比調整手段と、
前記周波数調整手段から得られる周波数とＶ／ｆ比の積で電圧指令を演算し、前記誘導電動機の端子電圧を制御する電圧制御手段と
を備え、
前記誘導電動機を起動または再起動するとき、
前記Ｖ／ｆ比調整手段における周波数は所定の初期周波数、Ｖ／ｆ比は所定の初期Ｖ／ｆ比とし、
前記直流電圧検出手段による検出値が所定の直流電圧設定値以内の時は前記Ｖ／ｆ比を所定のＶ／ｆ比上昇方法で上昇させ、
前記直流電圧検出手段による検出値が所定の直流電圧設定値以上の時は、前記Ｖ／ｆ比を保持すると共に、前記直流電圧検出手段による検出値と所定の直流電圧設定値との差分から所定の周波数調整方法で出力周波数を調整し、
前記Ｖ／ｆ比が所定の値になった時に前記周波数調整を終了し、その後、前記調整された周波数から与えられた周波数基準信号に従って、周波数及び電圧を制御して通常運転モードに移行するようにしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
前記初期Ｖ／ｆ比を０としたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記周波数調整方法は、前記有効電流または瞬時有効電力と前記所定の回生閾値または力行閾値との差分に比例する量を積分して周波数換算した量を、前記初期周波数に加算して調整するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記初期周波数は０とし、
前記周波に比例する量を積分して周波数換算した量を、前記初期周波数に加算して調整するようにしたこと特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記初期周波数は前記誘導電動機の使用最大周波数とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記初期周波数は０とし、
起動または再起動した時の有効電流または瞬時有効電力が負の場合、前記初期周波数を誘導電動機の使用最大周波数運転に置き換えるようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記Ｖ／ｆ比上昇方法は、Ｖ／ｆ比上昇のレートを無効電流に反比例して大きくするようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
更に前記誘導電動機の交流電圧の周波数とその電圧振幅を検出する電圧検出手段を有し、
前記初期周波数は前記電圧検出手段で検出した周波数とし、
前記初期Ｖ／ｆ比は前記電圧検出手段で検出した電圧振幅と周波数の比
とすることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、速度検出器を用いることなく誘導電動機を再起動することが可能な電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータに駆動されない状態で回転している誘導電動機をインバータで再起動する場合、供給するインバータ出力電圧の周波数、位相及び振幅を、自由回転状態にある誘導電動機の回転周波数、残留電圧位相及び振幅と一致させることが必要となる。電圧の位相及び振幅に差があれば、インバータに過大な電流が流れ、周波数に差があれば、電動機にインパクトトルクを与える、或いは電動機からインバータへ過大な回生電流が流れる等の不具合を生じる。
【０００３】
従来から、電動機の回転周波数、電圧位相及び振幅を演算する手法として、電動機の残留誘起電圧から回転周波数、残留電圧位相を検出する手法がある。誘導電動機は電源が遮断されても、鉄心に残る磁束が回転することにより回転周波数を持つ交流電圧を発生するので、この残留電圧を利用すれば回転速度を検出できる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、残留電圧が消滅した後、与えた電圧に対して流れるトルク電流が０になるように一次周波数を調節することによって電動機の回転数を推定する手法も提案されている。（
例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平８−３３１８９２号公報（第４−５頁、図１）
【特許文献２】特開２００２−３６９５９７号公報（第３−４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に示された方法は、誘導電動機の残留電圧がごく短時間で消滅してしまうため、インバータの電源が遮断される時間が長い場合や、誘導電動機が他の機器により回転されている場合には適用できなかった。
【０００６】
また、特許文献２に示された方法では、フリーラン中の電動機の回転数を推定した後、インバータの周波数を推定した回転数に見合う周波数に固定し、電圧を通常運転時に戻す動作を行っている。このように、周波数と電圧の復帰を別々に行っているため、再起動に時間がかかり、また、周波数を固定した後に電動機の回転数が変化した場合には、これに対応できず、過電流や回生電流が流れる恐れがあった。また、誘導電動機のトルク電流を０に制御するとしているが、実際の電力変換装置や誘導電動機には電気的・機械的ロスがあることや、起動時のロータ磁束位置が不明なため、トルク電流の検出自体が難しく、速度推定の誤差も大きくなるという問題もあった。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みて為されたもので、過電流や回生過電圧を防ぎ、短時間にショックなしで誘導電動機を再起動できる電力変換装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の電力変換装置は、交流入力を可変周波数、可変電圧の交流出力に変換して誘導電動機を駆動する電力変換器と、この電力変換器の出力を制御する制御部と、前記誘導電動機の入力電流を検出する電流検出手段とから構成され、前記制御部は、前記交流電動機に与える周波数基準信号を調整する周波数調整手段と、周波数と出力電圧の比を調整するＶ／ｆ比調整手段と、前記周波数調整手段から得られる周波数とＶ／ｆ比の積で電圧指令を演算し、前記交流電動機の端子電圧を制御する電圧制御手段と、前記電流検出手段により検出された電流から前記電圧指令と同位相の有効電流を演算する手段とを備え、前記誘導電動機を起動または再起動するとき、前記Ｖ／ｆ比調整手段における周波数は所定の初期周波数、Ｖ／ｆ比は所定の初期Ｖ／ｆ比とし、前記有効電流が所定の回生閾値から所定の力行閾値の範囲内の時は前記Ｖ／ｆ比を所定のＶ／ｆ比上昇方法で上昇させ、前記有効電流が所定の回生閾値以下または力行閾値以上の時は前記Ｖ／ｆ比を保持すると共に、前記有効電流と所定の回生閾値または力行閾値との差分から所定の周波数調整方法で出力周波数を調整し、前記Ｖ／ｆ比が所定の値になった時に前記周波数調整を終了し、その後、前記調整された周波数から与えられた周波数基準信号に従って、周波数及び電圧を制御して通常運転モードに移行するようにしたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、誘導電動機が停止または回転中の如何にかかわらず、過電流や回生過電圧を防ぎ、短時間にショックなしで誘導電動機を再起動できる電力変換装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は本発明の実施例１に係る電力変換装置のブロック構成図である。
【００１２】
交流電源１から３相交流電圧を供給された電力変換器２は、制御器３から与えられる電圧指令に基づいて、この交流を任意の周波数／電圧振幅の３相交流電圧に変換し、その交流電力を誘導電動機４に供給している。
【００１３】
以下、制御器３の内部構成について説明する。制御器３は、通常モード及び起動モードの２つの運転モードを持つ。まず通常モードの動作に対応する構成について説明する。
【００１４】
通常モードにおいては、周波数設定器５から与えられる電動機の周波数基準ｆｓｅｔをレート器６Ａで適切な加減速レートを持たせるようにし、その出力として内部周波数基準ｆ＊を得る。この内部周波数基準ｆ＊に、Ｖ／ｆ比設定器７で設定されたＶ／ｆ比Φｓｅｔを乗算器８で乗算して電圧基準Ｖ＊を得る。一方、積分器８Ａにより内部周波数基準ｆ＊を積分して位相角θを求め、電圧基準Ｖ＊と位相角θから振幅位相３相変換器１０Ａにより各相の電圧基準Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗを演算し、これらを電力変換装置２に与える。
【００１５】
次に起動モードの動作に対応する構成について説明する。起動モードにおいては、電流検出器９ｕ、９ｖ及び９ｗで検出した瞬時電流Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗから電流変換回路１０Ｂによって、瞬時電流成分のうち各相電圧基準の瞬時値Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗと同位相の有効電流Ｉｒと電圧から９０°位相の遅れた無効電流Ｉｉを演算によって求める。この有効電流Ｉｒと力行電流設定器１１Ａで設定される力行電流設定値Ｉｒｐとの差分量を積分器８Ｂで積分して得られる周波数換算量と、周波数初期値オフセット回路１５で設定された周波数初期値ｆｏｓを加算して周波数補正量ｆｃを演算する。起動モードの間は、切換スイッチ１４Ａによりレート器６Ａの出力をこの周波数補正量ｆｃで置き換え、これを内部周波数基準ｆ＊とする。
【００１６】
一方起動モードを開始したとき、レート器６Ｂはレート出力Φ＾の初期値を０とし、切換スイッチ１４Ｂによりこの信号を選択し、Ｖ／ｆ比Φ＊＝０で運転を開始する。運転開始後、電流変換回路１０Ｂで検出した有効電流Ｉｒと、回生電流設定器１１Ｂで設定される回生電流設定値Ｉｒｎ及び力行電流設定器１１Ａで設定される力行電流設定値Ｉｒｐとを比較器１２で比較し、有効電流Ｉｒが回生電流設定値Ｉｒｎと力行電流設定値Ｉｒｐの間にある場合は、レート出力Φ＾の値をレート器６Ｂによって所定のレートで上昇させる。また、検出した有効電流Ｉｒが、回生電流設定値Ｉｒｎより小さいとき及び力行電流設定値Ｉｒｐよりも大きいときは、レート出力Φ＾の値を保持するようにする。ここでレート器６Bは例えば電動機の２次時定数に相当する時間でレート出力Φ＾を上昇させるようなレート設定としておく。
【００１７】
起動モード終了判定回路１３は、レート出力Φ＾の値がＶ／ｆ比設定器７で設定されたΦｓｅｔと一致したとき、起動モードを終了し、切換器１４Ａ及び１４Ｂを通常モード側に切換える。この切換えにより、起動モードの終了時の周波数基準ｆｃから、周波数設定器５で与えられた周波数規準ｆｓｅｔにレートが追従する通常モードに移行する。
【００１８】
以上説明した構成における動作について以下説明する。
【００１９】
図２は、周波数初期値オフセット回路１５の初期周波数ｆｏｓの設定を誘導電動機４の使用最大周波数とし、ｔ＝０で再起動した場合の動作タイムチャートである。図２の動作タイムチャートには、内部周波数基準ｆ＊、Ｖ／ｆ比Φ＊、電圧基準Ｖ＊、有効電流Ｉｒ及び交流電動機４の電動機トルクＴの時間推移が示されている。
【００２０】
まず図２に示した領域１においては、上述したように有効電流Ｉｒが力行電流設定値Ｉｒｐに到達するまで、Ｖ／ｆ比Φ＊を所定のレートで上昇させる。同時に、有効電流Ｉｒが力行電流設定値Ｉｒｐと一致するように内部周波数基準ｆ＊の調整を開始する。
【００２１】
有効電流Ｉｒが力行電流設定値Ｉｒｐに一致すると領域２に移行し、有効電流Ｉｒが力行電流設定値Ｉｒｐを上回った後はＶ／ｆ比Φ＊を保持したまま内部周波数基準ｆ＊の調整だけを行う。
【００２２】
上記周波数調整により、内部周波数基準ｆ＊と誘導電動機４の回転周波数とが近づいたとき領域３に移行し、有効電流Ｉｒは減少して力行電流設定値Ｉｒｐに制御されつつ、Ｖ／ｆ比を所定の値まで上昇させる。
【００２３】
Ｖ／ｆ比が所定の定格値に到達すると領域４に移行し、起動モード終了判定回路１３が動作して通常運転モードに切換わる。そして領域４においては、周波数設定器５で設定された誘導電動機への周波数指令ｆｓｅｔにレート追従するように動作する。
【００２４】
このように、初期周波数ｆｏｓとして誘導電動機４の使用最大周波数を設定することにより、誘導電動機４に与える１次周波数は回転周波数よりも高くなり、常に力行状態で再起動する。これにより、電力変換器２が電源回生能力を持たない場合でも安定に回転中の電動機を再起動することができる。また、誘導電動機４へ電力を供給しつつ再起動するので、極力速度低下を抑えたい場合には効果がある。
【００２５】
図３は、誘導電動機４が停止しているとき、図２の場合と同一条件で再起動したときの動作タイムチャートである。図３の動作タイムチャートには、内部周波数基準ｆ＊、Ｖ／ｆ比Φ＊、電圧基準Ｖ＊及び有効電流Ｉｒの時間推移が示されている。誘導電動機４が停止している場合でも、一次周波数と回転周波数の差（すべり周波数）に比例した有効電流Ｉｒが流れるため、図２の場合と同様の制御を行うことによって再起動が可能となる。
【００２６】
ただしこの場合は、誘導電動機が停止しているのにもかかわらず、内部周波数基準ｆ＊を最大値から０まで調節し、その後Ｖ／ｆ比を一定レートで上昇させてから通常モードに移行して加速させるので、再起動完了までの時間が長くなる。
【００２７】
図４は、周波数初期値オフセット回路１５の初期周波数ｆｏｓの設定を０とし、ｔ＝０で再起動した場合の動作タイムチャートである。図４の動作タイムチャートには、内部周波数基準ｆ＊、Ｖ／ｆ比Φ＊、電圧基準Ｖ＊及び有効電流Ｉｒの時間推移が示されている。
【００２８】
図４において、領域１においては、回生モードとなり、有効電流Ｉｒが回生電流設定値Ｉｒｎに到達するまで、Ｖ／ｆ比を所定のレートで上昇させる。同時に、有効電流Ｉｒが回生電流設定値Ｉｒｎと一致するように内部周波数基準ｆ＊の調整を開始する。
【００２９】
有効電流Ｉｒが回生電流設定値Ｉｒｎに一致すると領域２に移行し、有効電流が回生電流設定Ｉｒｎを下回った後はＶ／ｆ比は保持したまま内部周波数基準ｆ＊の調整だけを行う。
【００３０】
上記周波数調整により、内部周波数基準ｆ＊と誘導電動機４の回転周波数とが近づいたとき領域３へ移行し、有効電流Ｉｒは増大して回生電流設定値Ｉｒｎに制御されつつ、Ｖ／ｆ比を所定の値まで上昇させる。
【００３１】
Ｖ／ｆ比が所定の定格値に到達すると領域４に移行し、起動モード終了判定回路１３が動作して通常運転モードに切換わる。そして領域４においては、周波数設定器５で設定された誘導電動機への周波数指令ｆｓｅｔにレート追従するように動作する。
【００３２】
図５は、誘導電動機４が停止しているとき、図４の場合と同一条件で再起動したときの動作タイムチャートである。図５の動作タイムチャートにも、内部周波数基準ｆ＊、Ｖ／ｆ比Φ＊、電圧基準Ｖ＊及び有効電流Ｉｒの時間推移が示されている。
【００３３】
この場合は、電力変換器２の起動開始後、誘導電動機４へ与える１次周波数と誘導電動機４の回転周波数の差（すべり周波数）が無いため、有効電流Ｉｒは発生しない。従って図５の場合は図４における領域３相当からの動作タイムチャートとなる。このように初期周波数ｆｏｓが０で誘導電動機４が停止状態から再起動を行うと、図４の場合に比べ、領域２に相当する内部周波数基準ｆ＊を調節する時間が不要となり、それだけ短時間で起動することが可能となる。
【００３４】
しかしながら、図４に示したように誘導電動機４を回転中に再起動すると、回生電流を流す必要があるため、電力変換器２が回生能力を持たない場合は直流過電圧になる恐れが有る。そこで、回生能力を持たない電力変換器に対しては、初期周波数ｆｏｓを０にセットした後、有効電流Ｉｒが正側に検出された場合は停止状態と判断してそのまま起動し、有効電流が負側に検出された場合は、直ちに初期周波数ｆｏｓを、誘導電動機４の使用最大周波数にセットし直すようにすれば起動時間の短縮を図ることができる。
【００３５】
起動モードにおけるＶ／ｆ比レート器６Ｂは、所定のレートで上昇させるが、以下のように、レートの傾きを自動調整する方法も考えられる。
【００３６】
無効電流Ｉｉは以下の（１）式のように、Ｖ／ｆ比＝Φの微分に比例した量で発生する。ここでＬｍは誘導電動機４の励磁インダクタンス、Ｌ２は誘導電動機４のロータのインダクタンス、Ｒ２は誘導電動機４のロータの抵抗分を示す。
Ｉｉ＝Φ／Ｌｍ＋Ｌ２／（Ｌｍ×Ｒ２）×ｄΦ／ｄｔ・・・（１）
従って、（１）式に従い、無効電流Ｉｉが過大にならない程度にＶ／ｆ比のレート上昇速度を速くすれば、大きな電流を流すことなく短時間で通常運転モードへ移行することができる。
【００３７】
本発明によれば、起動時のＶ／ｆ比を０、すなわち、如何なる周波数ｆにおいても、Ｖ＝０として制御を開始することが基本であるので、電力変換器２の最初の起動時に、過大な電流を発生することなく電力変換器２による誘導電動機４の再起動をスムースに開始できる。また、有効電流Ｉｒを所定範囲内に制御しつつ内部周波数基準ｆ＊即ち電力変換器２の出力周波数を調整することにより、有効電力を小さくして誘導電動機４へのショックを与えない。この出力周波数の調整をＶ／ｆ比が通常運転時の所定量となるように上昇させつつ行うことにより、最短で通常運転状態への移行が可能となる。これは誘導電動機４が回転中、停止中に拘らず有効である。また逆に、力行電流設定値Ｉｒｐ即ち有効電流Ｉｒの閾値を高く設定すれば、誘導電動機４に対し所望の電力及びトルクを与えつつ再起動できるので、誘導電動機４の速度の低下を抑えることも可能となる。
【実施例２】
【００３８】
図６は本発明の実施例２に係る電力変換装置の回路構成図である。この実施例２の各部について、図１の実施例１に係る電力変換装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。この実施例２が実施例１と異なる点は、電流変換回路１０Ｂ、力行電流設定器１１Ａ、回生電流設定器１１Ｂに代えて、瞬時電力演算回路１６、力行電力設定器１７Ａ及び回生電力設定器１７Ｂを設けた点である。
【００３９】
瞬時電力演算回路１６は電流検出器９ｕ、９ｖ及び９ｗで検出した瞬時電流Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗと、各相電圧基準Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗから瞬時有効電力Ｐを演算によって求める。この瞬時有効電力Ｐと力行電力設定器１６Ａで設定される力行電力設定値Ｐｐとの差分量を積分器８Ｂで積分して得られる周波数換算量と、周波数初期値オフセット回路１５で設定した周波数初期値ｆｏｓを加算して周波数補正量ｆｃを演算する。起動モードの間は、切換スイッチ１４Ａでレート器６Ａの出力をこの周波数補正量ｆｃで置き換え、これを内部周波数基準ｆ＊とするのは実施例１の場合と同様である。
【００４０】
また、実施例１の場合と同様に、起動モードが開始したとき、レート器６Ｂはレート出力Φ＾の初期値を０とし、切換スイッチ１４Ｂによりこの信号を選択し、Ｖ／ｆ比Φ＊＝０で運転を開始する。運転開始後、瞬時電力演算回路１６で検出した瞬時有効電力Ｐと、回生電力設定器１７Ｂで設定される回生電力設定値Ｐｎ及び力行電力設定器１７Ａで設定される力行電力設定値Ｐｐとを比較器１２で比較し、瞬時有効電力Ｐが回生電力設定値Ｐｎと力行電力設定値Ｐｐの間にある場合は、レート出力Φ＾の値をレート器６Ｂによって所定のレートで上昇させる。また、検出した瞬時有効電力Ｐが、回生電力設定値Ｐｎより小さいとき及び力行電力設定値Ｐｐよりも大きいときは、レート出力Φ＾の値を保持するようにする。
【００４１】
尚、電力変換器２の出力が３相平衡している条件で、瞬時電力演算回路１５は以下の（２）式により瞬時有効電力Ｐを得ている。
Ｐ＝Ｖｕ×Ｉｕ＋Ｖｖ×Ｉｖ＋Ｖｗ×Ｉｗ・・・（２）
この瞬時有効電力Ｐを最小に制御することにより、実施例１の場合と同様に誘導電動機４に与えるショックを最小にして再起動することが可能となる。
【実施例３】
【００４２】
本発明の実施例３に係る電力変換装置を図７及び図８を参照して説明する。図７は本発明の実施例３に係る電力変換装置の回路構成図である。この実施例３の各部について、図１の実施例１に係る電力変換装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。この実施例３が実施例１と異なる点は、電流変換回路１０Ｂ、力行電流設定器１１Ａ、回生電流設定器１１Ｂ、電流検出器９ｕ、９ｖ、９ｗに代えて、直流電圧検出器１８及び、直流電圧設定器１９を設けた点である。
【００４３】
図８は本発明の実施例３における電力変換器２の１例を示す内部構成図である。図８に示すようにこの実施例３では、電力変換器２として、ダイオードコンバータなどの非回生の直流電源回路２０を、平滑コンデンサ２１を介してインバータ回路２２を接続する構成を対象としている。
【００４４】
図７において、起動モードでの周波数補正量ｆｃの演算を以下のようにして求める。即ち、直流電圧検出器１８で検出した直流電圧Ｖｄｃと、直流電圧設定器１９で設定した直流電圧設定値Ｖｓｅｔを用い、両者の差分量を積分器８Ｂで積分した周波数換算量と、周波数初期値ｆｏｓを加算することにより周波数補正量ｆｃを求める。尚、この実施例３の場合には、周波数初期値オフセット回路１５の周波数初期値ｆｏｓは０とする。
【００４５】
このように周波数初期値オフセット回路１５の周波数初期値ｆｏｓが０の場合、常に１次周波数に対し誘導電動機の回転周波数は高くなり、電力変換器２へ誘導電動機４の回転エネルギーが流入する。このとき図８に示したように電力変換器２に回生機能が無ければ、平滑コンデンサ２１へエネルギーが蓄えられ平滑コンデンサ２１の両端の直流電圧が上昇する。この直流電圧の上昇を直流電圧検出器１８で検出し、直流電圧レベル設定器１９からの超過分を積分して周波数補正量ｆｃを補正することにより、直流過電圧を抑制しつつ内部周波数基準ｆ＊を誘導電動機４の回転周波数に速やかに合わせることが可能となる。
【００４６】
このように電力変換器２の直流電圧を再起動時の制御に用いても、実施例１の場合と同様に誘導電動機４に与えるショックを最小にして再起動することが可能となる。
【００４７】
尚、図８においては、２レベル変換回路の例を示したが、３レベル構成や、単相インバータを多重スター接続した構成であっても直流電源回路が回生機能を有しなければ、同様の効果が得られる。
【実施例４】
【００４８】
図９は本発明の実施例４に係る電力変換装置の回路構成図である。この実施例４の各部について、図１の実施例１に係る電力変換装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。この実施例４が実施例１と異なる点は、電力変換器２の出力電圧を検出する出力電圧検出器２３ｕ、２３ｖ及び２３ｗ、この出力を受けて再起動時の電圧振幅Ｖ＿ｆ及び周波数ｆ＿ｆを演算するＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）回路２４を設け、起動モード時の磁束レート器６Ｂの初期値を、ＰＬＬ回路２４で演算された電圧振幅Ｖ＿ｆを周波数ｆ＿ｆで割った値とし、また、ＰＬＬ回路２４で演算された周波数ｆ＿ｆを周波数初期値オフセット回路１５の周波数初期値ｆｏｓに置き換えるようにした点である。
【００４９】
図１０は、実施例４の動作タイムチャートである。図１０の動作タイムチャートには、内部周波数基準ｆ＊、Ｖ／ｆ比Φ＊、電圧基準Ｖ＊及び有効電流Ｉｒの時間推移が示されている。
【００５０】
図１０に示した様に、再起動時の内部周波数基準ｆ＊はＰＬＬ回路２４で演算された周波数ｆ＿ｆ即ち誘導電動機４の回転周波数と一致し、また再起動時の電圧基準Ｖ＊はＰＬＬ回路２４で演算された電圧振幅Ｖ＿ｆと一致する。従って起動時から直接領域３の調整を行うこととなり、短時間で通常モードのＶ／Ｆ比まで到達することが可能となる。
【００５１】
出力電圧検出回路２３ｕ、２３ｖ及び２３ｗを用いて誘導電動機４の残留電圧を検出し、誘導電動機４の回転周波数が得られる場合であっても、最初からＶ／ｆ比を定格値で出力すると、その電圧差から誘導電動機へのラッシュ電流が発生するが、本方式によれば、再起動時のＶ／ｆ比を検出した電圧／周波数の比に設定しているので、再起動時のラッシュ電流は生じない。
【００５２】
誘導電動機４が機械負荷等により回されていてその回転周波数が予め分かっている場合や、本実施例のように、停電後の復帰時に、何らかの手段で誘導電動機４の回転周波数を検出または推定可能な場合には、その周波数を再起動時の初期値として設定することにより、領域１及び領域２の時間を大幅に短縮することができる。
【００５３】
以上説明したように、本発明の実施例４に係る電力変換装置によれば、実施例１の場合と同様に誘導電動機へ与えるショックを最小にし、且つより短時間で再起動することが可能となる。
【００５４】
尚、以上の説明において、再起動を行う場合を中心に説明を行ったが、本発明に係る電力変換装置は必ずしも再起動に限ることなく、通常の起動時にも適用可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施例１に係る電力変換装置の回路構成図。
【図２】本発明の実施例１において周波数初期値を最大にして起動したときの動作タイムチャート。
【図３】本発明の実施例１において周波数初期値を最大にし、回転速度０から起動したときの動作タイムチャート。
【図４】本発明の実施例１において周波数初期値を０にして起動したときの動作タイムチャート。
【図５】本発明の実施例１において周波数初期値を０にし、回転速度０から起動したときの動作タイムチャート。
【図６】本発明の実施例２に係る電力変換装置の回路構成図。
【図７】本発明の実施例３に係る電力変換装置の回路構成図。
【図８】本発明の実施例３に係る電力変換装置の電力変換器の回路構成図。
【図９】本発明の実施例４に係る電力変換装置の回路構成図。
【図１０】本発明の実施例４係る電力変換装置の動作タイムチャート。
【符号の説明】
【００５６】
１  交流電源
２  電力変換器
３  制御器
４  誘導電動機
５  周波数設定器
６Ａ、６Ｂ  レート器
７  Ｖ／ｆ比設定器
８Ａ、８Ｂ  積分器
９ｕ、９ｖ、９ｗ  電流検出器
１０Ａ  振幅位相３相変換器
１０Ｂ  電流変換回路
１１Ａ  力行電流設定器
１１Ｂ  回生電流設定器
１２  比較器
１３  起動モード終了判定回路
１４Ａ、１４Ｂ  切換器
１５  周波数初期値オフセット回路
１６  瞬時電力演算回路
１７Ａ  力行電力設定器
１７Ｂ  回生電力設定器
１８  直流電圧検出器
１９  直流電圧設定器
２０  直流電源回路
２１  平滑コンデンサ
２２  インバータ回路
２３ｕ、２３ｖ、２３ｗ  電圧検出器
２４  ＰＬＬ回路
【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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