(57)【要約】誘導電動機９の一次巻線へ給電する可変電圧可変周波数（ＶＶＶＦ）インバータ８は始動後、このインバータの出力電流を所定の電流制限値以下にしつつ、その出力電圧と出力周波数とを増大させ、前記出力周波数が所定の周波数設定値に達し、誘導電動機９の加速が完了した後、ＶＶＶＦインバータ８の出力電圧のみを所定の電圧設定値まで低下させ、その後、ＶＶＶＦインバータ８からの前記周波数設定値、電圧設定値に対応する交流電圧を誘導電動機９に供給し続けることにより、繊維機械などの起動、加速時に非常に大きな駆動トルクを必要とする誘導電動機に好適な該誘導電動機の制御方法とすることができる。
2004025819.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先ず、一次巻線がスター接続の誘導電動機に許容最低周波数、許容最低電圧の交流電圧を出力している可変電圧可変周波数インバータから給電を開始して該電動機を始動させ、次に、該インバータは、その出力周波数と出力電圧とを増大させ、この出力周波数が予め定めた周波数設定値に達した後に、該インバータはその出力周波数を前記周波数設定値に保ちつつ、出力電圧のみを予め定めた電圧設定値まで低下させ、その後、該インバータは前記電圧設定値、周波数設定値に基づく交流電圧を前記誘導電動機に供給することを特徴とする誘導電動機の制御方法。
【請求項２】
先ず、誘導電動機または該誘導電動機の負荷に連結されたブレーキが動作状態で、可変電圧可変周波数インバータから所定の周波数および振幅の交流電圧を出力させて前記誘導電動機に給電を開始することにより、該誘導電動機を励磁状態にし、次に、前記ブレーキに釈放指令が発せられたことにより該ブレーキがほぼ開放状態になったタイミングで、該インバータの出力周波数と出力電圧とを増大させ、この出力周波数が予め定めた周波数設定値に達した後に、該インバータはその出力周波数を前記周波数設定値に保ちつつ、出力電圧のみを予め定めた電圧設定値まで低下させ、その後、該インバータは前記周波数設定値、電圧設定値に基づく交流電圧を前記誘導電動機に供給することを特徴とする誘導電動機の制御方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の誘導電動機の制御方法において、前記運転周波数設定値は、誘導電動機の所望回転数に対応して設定されていることを特徴とする誘導電動機の制御方法。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の誘導電動機の制御方法において、該インバータの出力周波数と出力電圧とを増大させる際し、該インバータは出力電流を予め定めた上限値以下にすることを特徴とする誘導電動機の制御方法。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載の誘導電動機の制御方法において、該インバータはその出力周波数を保ちつつ、出力電圧のみを予め定めた電圧設定値まで低下させる際に、所定の減少率で徐々に低下させることを特徴とする誘導電動機の制御方法。
【請求項６】
請求項１または請求項２に記載の誘導電動機の制御方法において、該インバータの出力周波数と出力電圧とを増大させる際に、該インバータは、前記誘導電動機のベクトル制御により誘導電動機のすべり補償と一次電圧補償とを行うことを特徴とする誘導電動機の制御方法。
【請求項７】
請求項４に記載の誘導電動機の制御方法において、該インバータの出力電流を予め定めた上限値以下にしつつ、出力周波数と出力電圧とを増大させる際に、該インバータは、その出力電流を前記上限値以下にするために前記誘導電動機の出力トルクを制限する制御動作を行うことを特徴とする誘導電動機の制御方法
【請求項８】
請求項５に記載の誘導電動機の制御方法において、該インバータに予め定められる減少率は、前記誘導電動機の二次時定数に基づく値に設定することを特徴とする誘導電動機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  この発明は、特に繊維機械など起動時に非常に大きな駆動トルクを必要とする産業機械の動力源として使用される誘導電動機の制御方法に関する。
【背景技術】  従来、この種の誘導電動機の制御方法として、先ず、誘導電動機を商用電源に接続して起動させ、該電動機がほぼ定常回転数に達した後に、この誘導電動機を商用電源から切り離し、その代わりに任意に周波数を設定可能な可変電圧可変周波数インバータの出力に接続するものがある。（例えば、特許文献１参照。）
しかしながら、上記特許文献１による誘導電動機の制御方法等を用いることの問題点について、図９に示す従来の誘導電動機の制御方法の回路構成図に基づいて、以下に説明する。
すなわち、図９において、１は商用電源、２はインバータ主回路２１とインバータ制御回路２２とからなる可変電圧可変周波数（ＶＶＶＦ）インバータ、３は電磁接触器ＭＣ１，ＭＣ２からなる切替スイッチ回路、４は誘導電動機、５は誘導電動機４で駆動される繊維機械などの負荷、６はＡＣリアクトル、７はシーケンス制御回路である。
このＶＶＶＦインバータ２はインバータ制御回路２２の制御動作により商用電源１の電圧位相と同期した位相の交流電圧が出力可能であり、以下に、図９に示した回路構成における誘導電動機４の制御方法を説明する。
先ず、商用電源１の電圧が確立している状態で、電磁接触器ＭＣ１，ＭＣ２共に開路状態にある切替スイッチ回路３へシーケンス制御回路７から切替信号としてのＭＣ１への投入指令が発せられ、電磁接触器ＭＣ１が閉路すると、商用電源１から給電が開始された誘導電動機４が負荷５と共に始動し、やがて、商用電源１の周波数に対応した回転数で誘導電動機４が回転することで起動は完了する。
このＭＣ１への投入指令によりＶＶＶＦインバータ２も起動し、このＶＶＶＦインバータ２は許容最低周波数、許容最低電圧の出力電圧から商用電源１の定格周波数、定格電圧の出力電圧まで速やかに増大させる。
その後、インバータ制御回路２２では商用電源１の何れか一相の電圧位相と、ＶＶＶＦインバータ２の出力電圧の前記商用電源１に対応する相の電圧位相とを監視し、両者が例えば数サイクル一致した時点で、同期完了信号をシーケンス制御回路７へ送出する。
次に、商用電源１の周波数に対応した回転数で誘導電動機４が起動完了した時点以後の前記同期完了信号により、シーケンス制御回路７は切替信号としてのＭＣ１への開路指令を発することにより電磁接触器ＭＣ１は開路し、若干のデッドタイム（例えば１０ｍＳ〜２０ｍＳ程度）の後、切替信号としてのＭＣ２への閉路指令を発することにより電磁接触器ＭＣ２は閉路し、誘導電動機４への給電が商用電源１からＶＶＶＦインバータ２に切り替わるが、このときＶＶＶＦインバータ２から誘導電動機４への経路に設置されているＡＣリアクトル６によりＶＶＶＦインバータ２から誘導電動機４への突入電流が抑制される。
その後、ＶＶＶＦインバータ２は誘導電動機４が要求する周波数、電圧の交流電圧にＶＶＶＦインバータ２の出力電圧を徐々に変更していくことで、負荷５が稼働状態に入る。
【特許文献１】          実開昭６１−９０８７７号公報（第３−８頁、第１図）
【発明が解決しようとする課題】
図９に示した従来の回路構成において、ＶＶＶＦインバータ２としては商用電源１の交流電圧をダイオード整流器と平滑コンデンサで直流電圧に変換し、この直流電圧を交流電圧に変換するトランジスタとダイオードとの逆並列回路をブリッジ接続してなるインバータ主回路２１と、前記トランジスタを、例えばＰＷＭ制御によりオン，オフさせることでインバータ主回路２１から所望の周波数、電圧の交流電圧を出力させるための制御機能と、商用電源１の電圧位相と同期した位相の交流電圧が出力する制御機能とをインバータ制御回路２２に備える必要があり、その結果、このＶＶＶＦインバータ２は、単に所望の周波数、電圧の交流電圧を出力する汎用的なＶＶＶＦインバータに比して、その回路構成が複雑である。また、切替スイッチ回路３，ＡＣリアクトル６、シーケンス制御回路７などを必要とし、図９に示した回路構成全体も複雑である。
また、ＡＣリアクトル６によりＶＶＶＦインバータ２から誘導電動機４への突入電流が抑制されるが、このとき誘導電動機４の回転数が変動し、この変動が負荷５にとって好ましくない場合があった。
さらに、先述の繊維機械など起動時に非常に大きな駆動トルクを必要とする誘導電動機４を商用電源１からの給電により起動させるため、ＶＶＶＦインバータ２の動作責務が軽減されるが、誘導電動機４の起動完了後の回転数が商用電源１の周波数に依存するという難点があり、その結果、誘導電動機４が要求する出力周波数が商用電源１の周波数と異なる場合には、ＶＶＶＦインバータ２による給電が開始され、最終的に誘導電動機４が要求する周波数の交流電圧にする動作が必要となり、負荷５が稼働状態になるのに時間を要することがあった。
この発明の目的は、上述の種々の問題点を解消する誘導電動機の制御方法を提供することにある。
【発明の開示】
この第１の発明の誘導電動機の制御方法は、先ず、一次巻線がスター接続の誘導電動機に許容最低周波数、許容最低電圧の交流電圧を出力している可変電圧可変周波数インバータから給電を開始して該電動機を始動させ、次に、該インバータは、その出力周波数と出力電圧とを増大させ、この出力周波数が予め定めた周波数設定値に達した後に、該インバータはその出力周波数を前記周波数設定値に保ちつつ、出力電圧のみを予め定めた電圧設定値まで低下させ、その後、該インバータは前記周波数設定値、電圧設定値に基づく交流電圧を前記誘導電動機に供給することを特徴とする。
また第２の発明の誘導電動機の制御方法は、先ず、誘導電動機または該誘導電動機の負荷に連結されたブレーキが動作状態で、可変電圧可変周波数インバータから所定の周波数および振幅の交流電圧を出力させて前記誘導電動機に給電を開始することにより、該誘導電動機を励磁状態にし、次に、前記ブレーキに釈放指令が発せられたことにより該ブレーキがほぼ開放状態になったタイミングで、該インバータの出力周波数と出力電圧とを増大させ、この出力周波数が予め定めた周波数設定値に達した後に、該インバータはその出力周波数を前記周波数設定値に保ちつつ、出力電圧のみを予め定めた電圧設定値まで低下させ、その後、該インバータは前記周波数設定値、電圧設定値に基づく交流電圧を前記誘導電動機に供給することを特徴とする。
前記第２の発明において、誘導電動機は、一次巻線がデルタ接続のものに限らず、スター接続のものであってもよい。
誘導電動機は、繊維機械、例えば織機の駆動（主軸駆動）に用いることができる。そして織機駆動用誘導電動機の場合、第２の発明のようにブレーキが動作状態で予備励磁が行われる際には、織機起動時の誘導電動機の加速時の突入電流を抑制しつつ、誘導電動機を速やかに定常回転数に立ち上げることができる。しかも予備励磁期間におけるブレーキ作用により織機主軸は静止状態に保たれて、その後誘導電動機の始動に伴い行われる、筬打ち時の筬打ちトルクにばらつきが生じなくなる。この結果、予備励磁に際してブレーキ作用がないものに比べ、織段がより解消される。
前記したように、該インバータの出力周波数と出力電圧とを所定の増加率で増大させるに際し、好ましくは出力周波数を所定の増加率で経時的に増大される一方、出力電圧を予め定められる電圧−周波数比（Ｖ／Ｆ比）に従い、増大された周波数に対応する出力電圧を順次出力することにより徐々に増大させることができる。なお、増大の際に使用される電圧−周波数比（Ｖ／Ｆ比）は、始動終了時における周波数設定値（運転周波数設定値）と所定の電圧設定値（第１の電圧設定値）とにより定められるものである。次の工程である、出力周波数を周波数設定値に維持しつつ出力電圧を低下させる際に用いられる電圧設定値（第２の電圧設定値）は、誘導電動機の定常運転時に対応する電圧が出力されるように定められるのに対し、上記した所定の電圧設定値（第１の電圧設定値）は、その電圧設定値（第２の電圧設定値）よりも大きな値に定められている。
このため、出力周波数の増大により出力周波数が予め定められた周波数設定値（運転周波数設定値）に達したときには、出力電圧は、次工程の出力電圧を低下させる際に用いられる電圧設定値（第２の電圧設定値）よりも高くかつ適正な始動が可能な範囲に定められる所定の電圧設定値（第１の電圧設定値）に達するように徐々に増大させることができる。また、周波数に対する増加率の設定については、経時的に一定の増加率に設定してもよいし、経時的に増加あるいは減少する増加率に設定してもよく、その増加態様については、連続的あるいは段階的に増加するように設定することもできる。
繊維機械、例えば織機では、織段防止のために織機回転数をより急峻に立ち上げるため、第２の電圧設定値は、織機の定常運転に必要な定格電圧の近傍の値とされる。そのようにすれば、織機起動直後の筬打ち力不足に伴う織段を、前の工程による回転数の急峻な立ち上げにより防止できるとともに、その後次の工程による第２の電圧設定値に低下させることにより、誘導電動機を過熱させることなく連続運転可能となる。特に、繊維機械、例えば織機駆動（主軸駆動）に用いられその始動に際し一次巻線がデルタ接続され、定常回転数に立ち上がった後にスター接続に切換えられて使用される電動機が用いられる場合、好ましくは、第１の電圧設定値と第２の電圧設定値は、√３：１の割合に設定することができる。なお、前記何れの場合においても、織機の始動時に誘導電動機の一次巻線には、一時的に過電圧給電されることになるが、その通電時間はごく短時間であるため、誘導電動機の温度上昇には大きく影響しない。
また、周波数設定値（運転周波数設定値）は、誘導電動機の設定回転数に対応して設定することができ、例えば、織機駆動（主軸駆動）に用いられるインバータに対して設定することにより、上記効果が得られるとともに織機回転数を容易に設定し変更することができる。
インバータ出力周波数と出力電圧とを所定の増加率でそれぞれ増大させるに際し、該インバータの出力電流を予め定めた上限値以下にすることもできる。インバータは出力電流を上限値以下に制限されるため、誘導電動機の始動時の突入電流に伴う織布工場内の電圧低下が抑えられ、多数の織機が配置される織布工場全体の電力設備容量が抑えられる。またインバータの容量を従来に比べて小容量のものを採用することが可能となり、織機の製造コストをより低減できる。より好ましくは、インバータは、その出力電流を前記上限値以下にするために前記誘導電動機の出力トルクを制限する制御動作を行うことが好ましい。
また、該インバータは、その出力周波数を保ちつつ、出力電圧のみを予め定めた電圧設定値まで低下させる際に、その出力電圧を、直前の電圧から電圧設定値に切換え出力することにより実現してもよいし、経時的に一定あるいは変化する減少率で徐々に低下させるようにしてもよい。前記２つのうちの後者によれば、出力電圧を低下させる際に、誘導電動機の出力軸に衝撃を発生しないためにより好ましい。なお、この減少率は、誘導電動機の二次時定数に基づく値に設定することができ、二次時定数の大小に応じて決定すればよい。
第３の発明は前記第１または第２の発明の誘導電動機の制御方法において、インバータは出力電流を予め定めた上限値以下にしつつ、該インバータの出力周波数と出力電圧とを増大させる際に、前記誘導電動機のベクトル制御により誘導電動機のすべり補償と一次電圧補償とを行うことを特徴とする。
第４の発明は前記第１または第２の発明の誘導電動機の制御方法において、該インバータの出力電流を予め定めた上限値以下にしつつ、該インバータの出力周波数と出力電圧とを増大させる際に、該インバータの出力電流を前記上限値以下にするために前記誘導電動機の出力トルクを制限する制御動作を行うことを特徴とする。
第５の発明は前記第１または第２の発明の誘導電動機の制御方法において、該インバータに設定する前記減少率は、前記誘導電動機の二次時定数に基づく値に設定することを特徴とする。
この発明は、一次巻線がデルタ接続の誘導電動機では、一次巻線がスター接続の誘導電動機に比して、可変電圧可変周波数（ＶＶＶＦ）インバータから供給される交流電圧に対する該誘導電動機が出力する駆動トルクをより大きくできる（具体的には約３倍）ことに着目し、また、このＶＶＶＦインバータに備える出力電流制限機能を利用して、繊維機械など起動時に非常に大きな駆動トルクを必要とする負荷を駆動する前記誘導電動機を速やかに起動，加速させる動作と、この起動、加速を完了後には該誘導電動機を小さな駆動トルクで運転できることに着目して該ＶＶＶＦインバータの出力電圧のみを低下させる動作とを、汎用的な前記ＶＶＶＦインバータにより、連続して行うようにしている。
【図面の簡単な説明】  図１は、この発明の第１の実施の形態を示す回路構成図である。
図２は、図１の動作を説明する波形図である。
図３は、この発明の第２の実施の形態を示す回路構成図である。
図４は、図３の部分詳細回路構成図である。
図５は、図３，図４の動作を説明する波形図である。
図６は、図３の部分詳細回路構成図である。
図７は、第２の実施の形態の他の形態を示す回路構成図である。
図８は、図４、図５の他の動作を説明する波形図である。
図９は、従来例を示す回路構成図である。
【符号の説明】
１…商用電源、２…ＶＶＶＦインバータ、３…切替スイッチ回路、４…誘導電動機、５…負荷、６…ＡＣリアクトル、７…シーケンス制御回路、８…ＶＶＶＦインバータ、９…誘導電動機、９ａ…ブレーキ、１０…電磁接触器、１１…投入回路、１２…ＶＶＶＦインバータ、１３…回路遮断器、２１…インバータ主回路、２２…インバータ制御回路、８１…インバータ主回路、８１ａ…電流検出器、８２〜８４…インバータ制御回路、８６…加減速演算器、８７…積分器、８８…Ｆ／Ｖ変換器、８９…電圧指令演算器、９０…ＰＷＭ演算器、９１…Ｐ−Ｉ演算器、９２…指令値制御回路、９３…Ｆ／Ｖ変換器、９４…座標変換器、９５…ベクトル演算器、９６…加算器、９７…Ｐ−Ｉ演算器、９８…指令値制御回路。
【発明を実施するための最良の形態】  図１は、この発明の誘導電動機の制御方法の第１の実施の形態を示す回路構成図であり、図９に示した従来構成と同一機能を有するものには同一符号を付している。
すなわち図１に示した回路構成では商用電源１，負荷５の他に、商用電源１の交流電圧をダイオード整流器と平滑コンデンサで直流電圧に変換し、この直流電圧を交流電圧に変換するトランジスタとダイオードとの逆並列回路をブリッジ接続してなるインバータ主回路８１と、このインバータ主回路８１の出力電流を検出するシャント抵抗などの電流検出器８１ａと、前記トランジスタを、例えばＰＷＭ制御によりオン，オフさせることでインバータ主回路８１から所望の周波数および電圧の交流電圧を出力させるための制御機能と、電流検出器８１ａの検出値が予め定めた上限値（例えば、インバータ主回路８１の定格出力電流値の１５０％程度）を越えたときには、この上限値以下の出力電流にするためにインバータ主回路８１の出力電圧を絞り込む電流制限機能とを備えるインバータ制御回路８２とからなるＶＶＶＦインバータ８と、一次巻線がデルタ接続の誘導電動機９と、電磁接触器１０と、電磁接触器１０の投入回路１１とから構成されている。より詳しくは、インバータ８の交流電圧が電磁開閉器１０を介して誘導電動機９の一次巻線に給電されるように構成されている。また、投入回路１１からの投入指令信号が電磁開閉器１０及びインバータ８にそれぞれ出力されており、電磁開閉器１０は、投入指令に応じてその開閉状態を切換えることができ、さらにインバータ８は投入指令が入力されることにより交流電圧の出力制御を行うことができる。
図１に示した回路構成の動作を、図２に示す波形図を参照しつつ、以下に説明する。
先ず、電磁接触器１０が開路しており、商用電源１の電圧が確立している状態で、ＶＶＶＦインバータ８を起動させ、インバータ制御回路８２の制御動作により、ＶＶＶＦインバータ８が予め定めた周波数および電圧（例えば、許容最低電圧，許容最低周波数）の交流電圧を出力した状態にする。
その後の時刻ｔ０で、投入回路１１からの投入指令により電磁接触器１０を閉路させることにより、誘導電動機９が始動される一方これに連結される負荷も始動され、誘導電動機９および負荷５は低速で回転し始めると共に、前記投入指令に基づくインバータ制御回路８２の制御動作により、ＶＶＶＦインバータ８は前記許容最低電圧，許容最低周波数の交流電圧から、図２に示すように出力周波数に対して定められる周波数設定値（運転周波数設定値）ならびに運転周波数設定値に対応して過電圧状態に定められる第１の電圧設定値に向けてほぼ直線的に徐々に周波数および電圧を増大させた交流電圧を出力し始める。
この周波数および電圧を徐々に増大させている期間中のインバータ主回路８１の出力電流を、電流検出器８１ａを介してインバータ制御回路８２が監視し、この監視により、前記出力電流が予め定めた上限値を越えているときには、インバータ制御回路８２の制御動作によりインバータ主回路８１の出力電圧の振幅の増大を抑制して、該出力電流が前記上限値以下になるようにしつつ、このＶＶＶＦインバータ８は、図２に示すように徐々に周波数および電圧を増大させた交流電圧を出力し続けることで、誘導電動機９は加速し続ける。
時刻ｔ１では、ＶＶＶＦインバータ８の増大させた出力周波数が既に予め定めた周波数設定値（運転周波数設定値）に達しており、この時刻ｔ１までに誘導電動機９の加速動作を終了している状態になっている。従って、誘導電動機９は負荷５が始動、加速時における非常に大きな駆動トルクを必要とする時期を過ぎていることもあり、図２に示すように、ＶＶＶＦインバータ８の出力電流も前記上限値の状態を脱し、既に減少した状態になっている。
上述の時刻ｔ１より若干の時間を経た時刻ｔ２から、インバータ制御回路８２の制御動作により、ＶＶＶＦインバータ８の出力周波数は前記運転周波数設定値を維持しつつ、ＶＶＶＦインバータ８の出力電圧のみを、図２のように時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間、第２の電圧設定値に向けて、経時的にほぼ直線的に徐々に減少させた交流電圧を出力し始める。ここで、ＶＶＶＦインバータ８の出力電圧の減少を開始する時刻ｔ２は、該インバータの出力電流が予め定めた値に減少したことを電流検出器８１ａの検出値によりインバータ制御回路８２が確認したタイミング、または、予め実験により時刻ｔ０〜時刻ｔ２までの時間を求めておき、図示しないタイマにより時刻ｔ２相当に達したタイミングとしてもよい。すなわち、このタイミングは時刻ｔ１以降であればよい。また、時刻に代えて、負荷５の回転角度を検出して、検出角度により上記の制御を行うことも可能である。
上述の時刻ｔ２〜ｔ３の期間において、繊維機械など誘導電動機９の駆動トルクが少なくてよいときには、ＶＶＶＦインバータ８はその出力周波数を周波数設定値に保ちつつ、このＶＶＶＦインバータ８の出力電圧を第２の電圧設定値（例えば、時刻ｔ１での出力電圧の１／√３倍、または、負荷５が必要とするトルクが得られる出力電圧の値）まで減少させる。これにより、時刻ｔ１での前記出力電圧のときの前記出力電流に対して、時刻ｔ３での前記出力電圧のときの前記出力電流は、誘導電動機９の効率および力率が改善されることから、より少なくてよい。すなわち、一次巻線がデルタ接続の誘導電動機ではスター接続の誘導電動機に比して、駆動トルクが約３倍になるので、時刻ｔ３以降の出力電圧は時刻ｔ１での出力電圧の約１／√３倍にすることができる。このため、時刻ｔ３以降の誘導電動機９は、省エネルギー運転状態になっている。
上述の動作説明から明らかなように、一次巻線がデルタ接続の誘導電動機９の連続定格値は上述の時刻ｔ３以降の値から設定すればよく、また、誘導電動機９の始動，加速時の駆動トルクおよび出力電圧／出力周波数（Ｖ／Ｆ）比は短時間定格値として出力できればよい。
また、前記した実施例では、誘導電動機を一次巻線がデルタ接続のものとして説明したが、これに限らず、一次巻線がスター接続のものとしてもよい。この場合、誘導電動機の始動時には、過電圧状態の給電を行う必要があるが、インバータ１２は、主回路を後述する図７のような倍電圧回路などを構成することにより対応することができる。例えば、誘導電動機の始動時に、いわゆるデルタ接続時の駆動トルクを発生させるためには、定常運転時の電圧設定値である第２の電圧設定値に対して√３倍程度の電圧が出力されるように第１の電圧設定値（短時間定格のＶ／Ｆ比）を設定すればよい。なお、第１の電圧設定値は、第２の電圧設定値に対し上記√３倍に限らず、１を超え、かつ誘導電動機に支障のない範囲で任意に決めることができる。
図３は、この発明の誘導電動機の制御方法の第２の実施の形態を示す回路構成図であり、図１に示した第１の実施の形態構成と同一機能を有するものには同一符号を付している。
すなわち図３に示した回路構成では、図示したＶＶＶＦインバータ８に代えてインバータ主回路８１，電流検出器８１ａとインバータ制御回路８３またはインバータ制御回路８４の何れかとからなるＶＶＶＦインバータ１２を備え、また、誘導電動機９の出力軸または負荷５のいずれか一方にブレーキ９ａが装着され、さらに、ＶＶＶＦインバータ１２から誘導電動機９への経路に図１に示した電磁接触器１０の接点に代えて回路遮断器１３が挿設されている。この回路遮断器１３は通常は閉路状態にあり、誘導電動機９などの保守点検のときなど必要に応じて、手動で開路するものである。
図４は、図３に示したＶＶＶＦインバータ１２におけるインバータ制御回路８３の詳細回路構成図であり、加減速演算器８６は指令値制御回路９２から設定される誘導電動機９への周波数指令値ω１＊に対し、予め定めた増加率または減少率で増減させ、最終的には周波数指令値ω１＊に等しい周波数指令値ω１＊＊を出力するとともに、後述の誘導電動機９の加速時には電流検出器８１ａの検出値が指令値制御回路９１からの電流制限値（上限値）ｉＬを超えないような加速時間を比例−積分（Ｐ−Ｉ）演算器９１で導出し、この加速時間に対応する増加率の周波数指令値ω１＊＊を出力する機能も有している。この加減速演算器８６からの周波数指令値ω１＊＊は、積分器８７およびＦ／Ｖ変換器８８に入力される。積分器８７は、入力される周波数指令値ω１＊＊を時間積分して求めた位相角設定値θ１を電圧指令演算器８９に出力し、また、Ｆ／Ｖ変換器８８は、入力される周波数指令値ω１＊＊と予め定められるＶ／Ｆ比に基づいて電圧設定値｜Ｖ｜を電圧指令演算器８９に出力する。電圧指令演算器８９に入力されるこれら位相角設定値θ１と電圧設定値｜Ｖ｜とにより誘導電動機９の各相の電圧指令値ｖ＊に変換され、パルス幅変調（ＰＷＭ）演算器９０からは各相の電圧指令値ｖ＊に対応するオン・オフ駆動信号をインバータ主回路８１を形成するそれぞれのトランジスタに供給するようにしている。
図３に示した回路構成において、インバータ制御回路８３を備えたＶＶＶＦインバータ１２の動作と誘導電動機９，ブレーキ９ａの動作とを、図５に示した動作波形図を参照しつつ、以下に説明する。
先ず、誘導電動機９に連結されたブレーキ９ａが指令値制御回路９２からの指令により動作状態にある時刻ｔ０で、ＶＶＶＦインバータ１２は指令値制御回路９２から後述の時刻ｔ２での誘導電動機９の加速動作に必要な周波数指令値ω１＊（ω１＊は磁束が確立する周波数であり、例えば、１０Ｈｚ程度）およびそのＶ／Ｆ比に基づく交流電圧で起動させ、この交流電圧を誘導電動機９の二次時定数に基づく一定時間（数１００ｍＳ程度）与えることで、ブレーキ９ａの動作により拘束状態にある誘導電動機９を励磁状態にする。このように誘導電動機９の起動前に予備励磁を行って、該電動機の磁束を立ち上げておくことにより、後述の時刻ｔ２での誘導電動機９の起動時の突入電流を抑制し、始動トルクを確立することができる。
次に、時刻ｔ１でブレーキ９ａに指令値制御回路９２から釈放指令が発せられたことによりブレーキ９ａがほぼ開放状態になった時刻ｔ２になると、ＶＶＶＦインバータ１２の出力電流を検出する電流検出器８１ａの検出値が指令値制御回路９１からの電流制限値ｉＬを超えないような加速時間を比例−積分（Ｐ−Ｉ）演算器９１で導出されるため、加減速演算器８６はこの加速時間に対応する増加率で周波数指令値ω１＊＊を増大させて出力することにより、ＶＶＶＦインバータ１２の出力電圧と出力周波数とを上記所定の増加率に従って徐々に増大させることとなり、誘導電動機９は加速する。
ＶＶＶＦインバータ１２の出力周波数が予め定めた周波数設定値に達したとき（時刻ｔ３）、加減速演算器８６はそれ以降の周波数指令値ω１＊＊中止する。そして、時刻ｔ３より若干の時間を経た時刻ｔ４から時刻ｔ５までの期間では、誘導電動機９に給電するＶＶＶＦインバータ１２はその出力周波数を前記運転周波数設定値に保ちつつ、出力電圧のみを指令値制御回路９２からの制限設定値ＶＬに基づいて、図示の如く第２の電圧設定値（例えば、時刻ｔ４での出力電圧の１／√３倍、または、負荷５が必要とするトルクが得られる出力電圧の値）まで徐々に低下させることにより、以後、誘導電動機９は省エネルギーモードで稼働状態に入る。ここで、ＶＶＶＦインバータ１２の出力電圧の減少を開始する時刻ｔ３は、該インバータの出力電流が予め定めた値に減少したことを電流検出器８１ａの検出値によりインバータ制御回路８３が確認したタイミング、または、予め実験などにより時刻ｔ２〜時刻ｔ４までの時間を求めておき、図示しないタイマにより時刻ｔ４相当に達したタイミングとすればよい。すなわち、このタイミングは時刻ｔ３以降であればよい。このとき、時刻ｔ４からｔ５までの時間、すなわち、前記制限設定値ＶＬの減少率を誘導電動機９の二次時定数に対応した値に設定することにより、滑らかに誘導電動機９の動作状態が変化する。
なお、予備励磁周波数、予備励磁電圧、Ｖ／Ｆ比、誘導電動機始動時の時間タイミング、運転周波数設定値、第１および第２の電圧設定値、さらには出力電流を制限する上限値等の各設定値は、図示しない設定器を介して指令値制御回路９２（後述する図６にあっては指令値制御回路９８）に予め設定されている。
さて、インバータの出力周波数と出力電圧とを所定の増加率で増大させる際し、好ましい出力電圧の増大方法については、予め定められる電圧−周波数比（Ｖ／Ｆ比）に従い、増大された周波数に対応する出力電圧を順次出力することにより徐々に増大させることができる。なお、周波数増大時に使用せれる電圧−周波数比（Ｖ／Ｆ比）は、始動終了時における周波数設定値（運転周波数設定値）と所定の電圧設定値（第１の電圧設定値）とこれにより定められるものである。
次の工程である、出力周波数を周波数設定値に維持しつつ出力電圧を低下させる際に用いられる電圧設定値（第２の電圧設定値）は、誘導電動機の定常運転時に対応する電圧が出力されるように定められているのに対し、上記した所定の電圧設定値（第１の電圧設定値）は、その電圧設定値（第２の電圧設定値）よりも大きな値に定められる。このため、出力周波数の増大により出力周波数が予め定められた周波数設定値（運転周波数設定値）に達したときには出力電圧は、次工程の出力電圧を低下させる際に用いられる電圧設定値（第２の電圧設定値）よりも高くかつ適正な始動が可能な範囲に定められる所定の電圧設定値（第１の電圧設定値）に達するように徐々に増大させることができる。また、周波数に対する増加率の設定については、一定の増加率を設定してもよいし、経時的に増加あるいは減少する増加率に設定してもよく、その増加態様は、連続的あるいは段階的に変化するように設定することもできる。
図６は、図３に示したＶＶＶＦインバータ１２におけるインバータ制御回路８４の詳細回路構成図であり、図４に示した回路構成と同一機能を有するものには同一符号を付している。
すなわち、このインバータ制御回路８４には加減速演算器８６，積分器８７，電圧指令演算器８９，ＰＷＭ演算器９０の他に、前述のＦ／Ｖ変換器８８とほぼ同一機能のＦ／Ｖ変換器９３と、電流検出器８１ａの検出値を前記位相角設定値θ１に基づく座標変換し、誘導電動機９の励磁電流と同位相の電流成分ｉｄとトルク電流と同位相の電流成分ｉｑとに分解する座標変換器９４と、この励磁電流成分ｉｄ，トルク電流成分ｉｑと前記電圧設定値｜Ｖ｜と誘導電動機９の電気的定数とから、周知の技術により、誘導電動機９のトルク演算値τＥとすべり周波数ωＳと一次電圧補正値ＶＣとを導出するベクトル演算器９５と、前述のＰ−Ｉ演算器９１とほぼ同一機能のＰ−Ｉ演算器９７と、前述の指令値制御回路９２とほぼ同一機能の指令値制御回路９８とを備えている。
図３に示した回路構成において、インバータ制御回路８４を備えたＶＶＶＦインバータ１２の動作と誘導電動機９，ブレーキ９ａの動作は、前述の図５に示した動作波形図で説明した動作とほぼ同じであるが、ブレーキ９ａに指令値制御回路９８から釈放指令が発せられたことによりブレーキ９ａがほぼ開放状態になったときより、誘導電動機の出力トルクの演算値（τＥ）が指令値制御回路９８からのトルク制限値τＬを超えないような加速時間を比例−積分（Ｐ−Ｉ）演算器９７で導出し、この加速時間に対応する増加率の周波数指令値ω１＊＊を加減速演算器８６が出力することにより、ＶＶＶＦインバータ１２の出力電圧と出力周波数とを徐々に増大させ、また、加算器９６により前記周波数指令値ω１＊＊に前記すべり周波数ωＳを加算した値およびＦ／Ｖ変換器９３における前記一次電圧補正値ＶＣに基づく電圧設定値｜Ｖ｜への加算補正動作により、誘導電動機９はより速やかに加速することができる。
なお、図６に示した実施例は、図５に示した装置のように出力電圧を増大させる際に、上記した実施例のようにＶ／Ｆ比を使用せず、いわゆる実測されたトルク電流に基づきベクトル演算により出力周波数、出力電圧を調節するものである。
さて、上記した第２の実施形態（図３〜図６）について以下のように変形することができる。
誘導電動機９の一次巻線について、前記実施例では、デルタ接続としているが、スター接続された誘導電動機を適用することも可能である。
上記したインバータの制御方式について、一般に、電動機に流れる電流を制御する方式すなわち電流型と呼ばれるもののほか、電動機に印加される電圧を制御するすなわち電圧型と呼ばれるもののいずれも考えられる。上記電圧型の場合、直流電圧を可変するＰＡＭ方式、トランジスタのスイッチングパルスの幅を可変するＰＷＭ方式のいずれとすることもでき、後者についてより好適なものとして、出力平均電圧がより正弦波となるようにトランジスタのスイッチングパルス幅を可変する方式である疑似正弦波ＰＷＭ方式とすることもできる。いずれの場合も出力電圧は、電圧のピーク値でなく平均値（実効値）を指すものとして取り扱う。
上記した第１ならびに第２の実施の形態について、負荷５を繊維機械、例えば織機とすることができる。織機では、織段防止の観点から織機の始動時には主軸回転数が急峻に立ち上がることが要求される。このため、始動時における第１の電圧設定値は、定常運転時の出力電圧である第２の電圧設定値を上回る値に定められて、誘導電動機の始動時には過電圧状態に給電すればよい。誘導電動機として、一次巻線がデルタ接続あるいはスター接続された汎用の誘導電動機を用いることも可能である。例えば、織段防止に好適な織機に用いられる誘導電動機として、始動時に一次巻線がデルタ接続され、定常回転数に立ち上がった後にスター接続に切換えて使用される電動機を用いる場合、例えば、一次巻線をデルタ接続状態にしてインバータに接続され、出力周波数および出力電圧を増大させる際にＶ／Ｆ比を用いて出力電圧をさせる場合、第１の電圧設定値と第２の電圧設定値は√３：１の割合に設定すれば、図２または図５に示す時刻ｔ０から時刻ｔ２の間、誘導電動機に対して過電圧給電されることになるため、商用電源からの給電時とほぼ同等の始動特性が得られ、織機回転数を急峻に立ち上げることができる。なお、前記のいずれの場合でも、一時的に過電圧給電されることになるが、その通電期間はごく短時間であるため、誘導電動機の温度上昇には大きな影響はない。
誘導電動機の始動時、一次巻線に過電圧給電をする際に、商用電源のピーク値よりも高い電圧を給電する必要があるとき、インバータ８、１２を、例えば図７のように構成すればよい。図７に示されるインバータの主回路は、コンデンサならびにダイオードにより、単相の商用電源のピーク値の２倍に昇圧されてコンデンサに出力される、いわゆる倍電圧回路を構成する例である。給電される商用電源は、単相電源に限らず、３相などの多相電源として構成してもよい。また、上記主回路に代えて、あるいは公知のチョッピング回路を用いて高い電圧を発生させる、あるいはインバータの入力使用電圧を商用電源の数倍とし、インバータに給電する電圧を変圧器を介して昇圧してコンデンサに給電する等、種々の方法が考えられる。
織機駆動用誘導電動機の場合、上記した第２の実施の形態（図３〜図６）における予備励磁周波数および電圧（振幅）は、磁束を確立できる周波数及び電圧であればよい。具体的には問わないが、インバータが許容する突入電流（インバータの容量）を考慮して設定することが望ましい。電圧については、より好ましくは、省エネルギーの観点から予備励磁時における一次巻線の電流が飽和状態（電圧を上昇させても電流がそれ以上増加しない状態）の電圧値以下とする。
また、運転周波数設定値は、誘導電動機９、換言すれば負荷５に対する所望の回転数に対応して設定することができる。そのようにすれば、上記した効果が得られるとともに、負荷５の回転数を所望回転数に容易に駆動できる。
インバータの出力周波数と出力電圧とを予め定めた運転周波数設定値および第１の電圧設定値に向けて増大させるに際し、好ましくは該インバータは出力電流を予め定めた上限値以下にする。インバータの出力電流が上限値以下に制限されるため、誘導電動機始動時突入電流に伴う織布工場内の電圧低下が抑えられ、多数の織機が配置された織布工場の電力設備容量が抑えられる。またインバータの容量を従来に比べて小容量のものを採用すること可能となり織機の製造コストをより低減できる。より好ましくは、インバータは、その出力電流を前記上限値以下にするために前記誘導電動機の出力トルクを制限する制御動作すなわち出力電圧を抑制する動作を行うことが望ましい。
また、該インバータはその出力周波数を保ちつつ、出力電圧のみを予め定めた第２の電圧設定値まで低下させる際に、上記実施例では所定の減少率で低下させているが、経時的に異なる減少率で低下させるようにしてもよい。さらに、図８に示すように、時刻ｔ４で出力電圧を第１の電圧設定値から第２の電圧設定値に一度に切換えることにより実現してもよい。このようにすれば、誘導電動機からの出力トルクが減少する時期が一時的に生じ負荷に衝撃が発生することも考えられるが、負荷の慣性が大きいこともあり、そのような問題は生じない。なお、上記した第２の電圧設定値への切換えは、一度で行うようにしたが、複数回分けて段階的に減少させるようにしてもよい。このように、出力電圧を第１の電圧設定値から第２の電圧設定値に低下させる際の具体的な態様について、種々考えられる。
前記した誘導電動機の制御方法の第２の実施の形態に対しより詳細に示した内容、されにはそれに対する変形例について上記第１の実施の形態の技術に対しても同様に適用できる。
【産業上の利用の可能性】
この発明によれば、汎用的な可変電圧可変周波数（ＶＶＶＦ）インバータのみからの給電により誘導電動機を、より少ない一次電流で起動，加速が可能となり、さらに、この起動，加速の完了後には、繊維機械などでは該誘導電動機を小さな駆動トルクで運転できることから、ＶＶＶＦインバータの出力電圧のみを低下させることにより、該誘導電動機の運転効率と力率とを改善できるので、近年の省エネルギーの要請に答えることができる。
【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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【国際調査報告】
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