(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数指令値と、前記周波数指令値からＶ／ｆ演算により求めた電圧指令値より電圧指令ベクトルを求め、前記電圧指令ベクトルに基づいてＰＷＭ変調して電圧を出力するインバータ装置において、
前記インバータ装置の出力電流を検出して前記出力電流から電流の大きさと電流位相とからなる電流ベクトルを求める電流検出手段と、前記電流の大きさが電流制限値を超えた時に超過分に比例した電圧制限値を求める電圧制限値演算手段と、前記電圧制限値を前記電流位相に基づいて電圧制限ベクトルに変換する電圧制限ベクトル演算手段と、前記電圧指令ベクトルに前記電圧制限ベクトルを加算する電圧補正手段と、前記電流位相に基づいて加速度修正方向を求め、前記電圧制限値に基づいて加速度修正量を求め、前記加速度修正方向と前記加速度修正量により周波数の加速度指令を修正する加速度修正手段とを備えたことを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
前記電圧制限値演算手段は、前記電流制限値を超えた時に超過分に比例した値に対して一次遅れフィルタによりフィルタリングした結果を電圧制限値として出力することを特徴とする請求項１記載のインバータ装置。
【請求項３】
前記電圧制限ベクトル演算手段は、前記電圧制限値を前記電流位相と逆方向のベクトルに変換することを特徴とする請求項１又は２記載のインバータ装置。
【請求項４】
前記電圧制限ベクトル演算手段は、前記電圧制限値を前記電流位相と逆方向のベクトルのうち前記電圧指令ベクトル方向に直交する電圧制限ベクトル成分を０にて出力することを特徴とする請求項３記載のインバータ装置。
【請求項５】
電流の大きさが前記電流制限値より大きな第２の電流制限値を超えている間は強制的にゼロ電圧のＰＷＭパターンを出力する第２の電流制限手段と、電流の大きさが前記第２の電流制限値より大きな第３の電流制限値を超えている間はゲートを遮断する第３の電流制限手段とを備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のインバータ装置。
【請求項６】
前記第２の電流制限手段と前記第３の電流制限手段に対し機能を無効にする手段を備えたことを特徴とする請求項５記載のインバータ装置。
【請求項７】
周波数指令値と、前記周波数指令値からＶ／ｆ演算により求めた電圧指令値より電圧指令ベクトルを求め、前記電圧指令ベクトルに基づいてＰＷＭ変調して電圧を出力し、過電流が検出された場合には保護動作を行うインバータ装置の電流制限方法において、
前記インバータ装置の出力電流を検出して前記出力電流から電流の大きさＩ１と電流位相θｉからなる電流ベクトルを求め、前記電流の大きさが電流制限値Ｉｍａｘを超えた時に超過分に比例した電圧制限値ΔＶを求め、前記電圧制限値ΔＶを前記電流位相θｉに基づいて電圧制限ベクトルΔＶｑ、ΔＶｄに変換し前記電圧指令ベクトルに加算して電圧補正を行い瞬時に電流を制限し、前記電流位相に基づいて加速度修正方向を求め、前記電圧制限値に基づいて加速度修正量を求め、前記加速度修正方向と前記加速度修正量により周波数の加速度指令を修正してパワー効率の良い電流制限を行うことを特徴とするインバータ装置の電流制限方法。
【請求項８】
前記電圧制限値ΔＶは、前記電流の大きさが電流制限値Ｉｍａｘを超えた時に超過分に比例した値に対して一次遅れフィルタによりフィルタリングし高調波を除去して出力することを特徴とする請求項７記載のインバータ装置の電流制限方法。
【請求項９】
前記電圧制限ベクトルΔＶｑ、ΔＶｄは、前記電圧制限値ΔＶを、電流位相θｉと逆方向のベクトルΔＶｑ＝−ΔＶｓｉｎθｉ、（又は、ΔＶｑ＝−ΔＶ×Ｉｑ／Ｉ１）、およびΔＶｄ＝−ΔＶｃｏｓθｉ、（又は、Δｄ＝−ΔＶ×Ｉｄ／Ｉ１）、に変換して作成することを特徴とする請求項７又は８記載のインバータ装置の電流制限方法。
【請求項１０】
前記電圧制限ベクトルは、前記電圧制限値ΔＶを前記電流位相θｉと逆方向のベクトルΔＶｑ、ΔＶｄのうち前記電圧指令ベクトル方向に直交する電圧制限ベクトル成分ΔＶｄを０にて出力することを特徴とする請求項９記載のインバータ装置の電流制限方法。
【請求項１１】
電流の大きさが前記電流制限値Ｉｍａｘより大きな第２の電流制限値Ｉｃｌａ’を超えている間は強制的にゼロ電圧のＰＷＭパターンを出力し、更に、電流の大きさが前記第２の電流制限値Ｉｃｌａ’より大きな第３の電流制限値Ｉｃｌｂ’、Ｉｏｃ’を超えている間はゲートを遮断して保護動作を行うことを特徴とする請求項７又は８記載のインバータ装置の電流制限方法。
【請求項１２】
前記第２および第３の電流制限値による保護機能を無効にすることが可能であることを特徴とする請求項１１記載のインバータ装置の電流制限方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｖ／ｆ制御により誘導電動機等を駆動する際の過電流の抑制を強化したインバータ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、誘導電動機をＶ／ｆ制御する際、急加速や負荷の急変があると電流が大きくなる。その場合、インバータ装置の半導体素子に許容量を超える電流が流れると素子が破壊されるため過電流レベルを設定して、これを超える電流が流れると過電流保護機能が働き、ゲート遮断により素子の破壊を抑止するようにしている。
また、過電流保護機能によるゲート遮断は再起動の必要が出てくるために、先の過電流レベルより低いレベルで自動復帰させる機能を持つゲート遮断回路や、更に低いレベルに０電圧パターンを出力する電流制限回路を用いて電流制限と半導体の保護を行っていた。
また、電流の大きさを検出して周波数を修正する方法や、加速中に電流が増加した場合に加速を停止し、定常運転中に電流が増加した場合は周波数を下げるなど、電流の大きさのみに注目した制御が行われていた。
【０００３】
次に、従来のＶ／ｆ制御の実際について具体例を示して説明する。
図５は従来のＶ／ｆ制御の制御ブロック図である。図８は図５に示すようなＶ／ｆ制御の、ある力行状態における電圧指令Ｖｑ* と電流Ｉ、および電動機の電圧成分の一例を示したもので、ここではｄ軸を制御出力の基準位相に取り、ｄ軸から９０度の位置に設定したｑ軸の電圧を制御する制御形態を示している。
図５に示すＶ／ｆ制御では、θはある基準位置（例えばＵ相）からみたｄ軸の位置を表している。周波数指令演算部１は周波数指令Ｆｒｅｆを入力し加速指令演算手段２により設定した加速時間から加速周波数を計算し、加速周波数積分手段３により積分して、指令値制限手段４により設定した周波数指令値になると、加速を停止するようにして現時点での周波数指令を作成する。
また、減速時には加速周波数積分手段３により積分した速度を指令値制限手段４により下限値が周波数指令値になると減速を停止するようにする。滑り周波数手段５はトルク分電流検出値から電動機の滑り周波数を計算し、出力周波数６を求める。
Ｖ／ｆ演算部７は出力周波数から、図７に示すような周波数−電圧パターンより、電圧指令Ｖｑ* を求める。また、出力周波数から位相演算手段８により積分して出力位相θを求め、電圧指令Ｖｑ* 、Ｖｄ* （値０）とθからＰＷＭ指令演算部９により３相（ＵＶＷ相）の電圧指令を求めてＰＷＭパターンに変換し、ゲートドライバ回路１０へ出力して電動機ＩＭに電圧を印加する。
また、従来はストール（停止状態）防止策として電流検出手段１２ｂにより電流の大きさＩ１を検出し、加速度補正手段１１ｂによりＩ１の大きさが大きくなった時に、加速中であれば加速を遅くし、定常運転中であれば負の値で加速（減速）するようにしていた。しかし急加速や急激な負荷変動があった場合には、電流の増加を抑えることができず、ハードの過電流保護に掛りストールすることがある。
【０００４】
この問題に対しては、図６に示すような電流制限回路を作成して電流を抑制しながら、ストールを防止する対策が取られている。
図６のように、ＰＷＭ指令演算部９内の電圧変換手段９ａによりｄｑ軸からＵＶＷ相の電圧に変換され、これを三角波比較器９ｂによりＰＷＭ変調を行い、反転回路とオンディレイ回路２６を介してゲートドライブ信号を作成するという通常の構成に、電流制限回路を加えて半導体素子の破壊を防止している。図では過電流レベルを、
Ｉｏｃ＞Ｉｃｌｂ＞Ｉｃｌａ
の３段階に分け、先ず、電流検出値Ｉ１と過電流レベルＩｏｃを比較器２１により比較して、Ｉ１がＩｏｃより大きい時にはラッチ回路２４によりラッチされゲート遮断選択回路２７によりゲート遮断信号を選択して出力する。なお、ラッチ回路２４は所定のタイミングでコントローラからのｒｅｓｅｔ信号によりリセットされる。
電流がそれより小さい場合は電流検出値Ｉ１と次の電流制限レベルＩｃｌｂとを比較器２０により比較した結果がラッチ回路２３にラッチされ、ゲート遮断選択回路２７によりゲート遮断信号が出力される。この比較器２０とラッチ回路２３をＣＬＢ回路と呼ぶ。
更に電流が小さい場合は、電流検出値Ｉ１とその次の電流制限レベルＩｃｌａとを比較器１９により比較し、Ｉ１の方が大きければｏｎ信号をラッチ回路２２によりラッチし、その信号を０電圧切替え回路２５により、０電圧パターン発生器１８で作成された０電圧パターンを出力する。この比較器１９とラッチ回路２２、０電圧パターン発生回路１８と０電圧切替え回路２５を総称してＣＬＡ回路と呼ぶ。
ラッチ回路２２、２３はある設定されたタイミングＣＬＫにより自動的にリセットされる。これによって電流検出値Ｉ１が過電流レベルＩｏｃより低く、電流制限レベルＩｃｌａより大きい場合は固定パターンのゲートドライブ信号になるが、ゲート遮断ではないので電流を制限しながら運転は継続することができる。但し、こうした電流の大きさだけによる過電流防止策では、電動機の回生状態の時に電圧を小さくすると逆に電流が増加したり、又、ＣＬＡ、ＣＬＢ回路が動作している間は電動機に対してパワーが供給されないために効率が落ちる点は否めない。
次に、電流の大きさによる補正以外の方式としては、検出した電流と逆方向の電圧制限ベクトルを用いて電圧の補正を行い、電圧制限ベクトルの大きさに対してＰＩ制御を施して速度指令の補正を行うようにした方式がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図６の方式の場合は、電流の大きさから電圧の大きさを補正して電流制限を行っているので、電動機が回生状態の時に電圧を小さくすると逆に電流を増加させてしまう、このように電動機の状態によっては電流を制限することができず、逆に電流が大きくなって過電流保護機能が働きゲート遮断によりストールする場合がある。
また、０電圧を使う方式では電流が歪み電動機へのパワーの供給が無くなるため、結果的に効率が悪くなってしまう。このため電流を確実に落としながらパワー効率の良い電流制限方法が望まれているにも関わらず、未だ要望が満たされていないという問題があった。
更に、検出した電流と逆方向の電圧制限ベクトルを用いて電圧の補正を行い、電圧制限ベクトルに対してＰＩ制御を施して速度指令を補正する場合は、電流と逆方向のベクトルで電圧を補償することにより電流を減らすことが可能になっているが、速度指令に対して電流の大きさのみに注目したＰＩ制御を施すために、電動機が力行状態の場合は補正が働くが、回生の場合には周波数補正が逆に悪影響を及ぼし電流を制限できなくなる場合がある。また、速度の補正方法がＰＩ制御であるため、瞬間的に大きな負荷が掛かった場合には、それに応じた大きな周波数補正が入るため不安定になりやすい。また、不安定な状態の時には積分が溜まり暴走の危険性がある。それに電圧の補正ＤＶｑ、ＤＶｄの方向が電圧制御軸方向のみでなく、それと直交する方向にまで補正を加えるため、乱調などの不具合の発生を抑制することが難しく、安定性を確保できないという問題があった。依って、本発明の目的は、電動機の状態に関わらず確実に電流を制限して素子の破壊とストールを防止して、電動機を効率良く安定に運転させることが可能なインバータ装置およびその電流制限方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載のインバータ装置の発明は、周波数指令値と、前記周波数指令値からＶ／ｆ演算により求めた電圧指令値より電圧指令ベクトルを求め、前記電圧指令ベクトルに基づいてＰＷＭ変調して電圧を出力するインバータ装置において、前記インバータ装置の出力電流を検出して前記出力電流から電流の大きさと電流位相とからなる電流ベクトルを求める電流検出手段と、前記電流の大きさが電流制限値を超えた時に超過分に比例した電圧制限値を求める電圧制限値演算手段と、前記電圧制限値を前記電流位相に基づいて電圧制限ベクトルに変換する電圧制限ベクトル演算手段と、前記電圧指令ベクトルに前記電圧制限ベクトルを加算する電圧補正手段と、前記電流位相に基づいて加速度修正方向を求め、前記電圧制限値に基づいて加速度修正量を求め、前記加速度修正方向と前記加速度修正量により周波数の加速度指令を修正する加速度修正手段とを備えたことを特徴としている。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載のインバータ装置において、前記電圧制限値演算手段が、前記電流制限値を超えた時に超過分に比例した値に対して一次遅れフィルタによりフィルタリングした結果を電圧制限値として出力することを特徴としている。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２記載のインバータ装置において、前記電圧制限ベクトル演算手段が、前記電圧制限値を前記電流位相と逆方向のベクトルに変換することを特徴としている。
また、請求項４に記載の発明は、請求項３記載のインバータ装置において、前記電圧制限ベクトル演算手段が、前記電圧制限値を前記電流位相と逆方向のベクトルのうち前記電圧指令ベクトル方向に直交する電圧制限ベクトル成分を０にて出力することを特徴としている。
また、請求項５に記載の発明は、請求項１又は２記載のインバータ装置において、電流の大きさが前記電流制限値より大きな第２の電流制限値を超えている間は強制的にゼロ電圧のＰＷＭパターンを出力する第２の電流制限手段と、電流の大きさが前記第２の電流制限値より大きな第３の電流制限値を超えている間はゲートを遮断する第３の電流制限手段とを備えたことを特徴としている。
また、請求項６に記載の発明は、請求項５記載のインバータ装置において、前記第２の電流制限手段と前記第３の電流制限手段に対し機能を無効にする手段を備えたことを特徴としている。
また、請求項７に記載のインバータ装置の電流制限方法の発明は、周波数指令値と、前記周波数指令値からＶ／ｆ演算により求めた電圧指令値より電圧指令ベクトルを求め、前記電圧指令ベクトルに基づいてＰＷＭ変調して電圧を出力し、過電流が検出された場合には保護動作を行うインバータ装置の電流制限方法において、前記インバータ装置の出力電流を検出して前記出力電流から電流の大きさＩ１と電流位相θｉからなる電流ベクトルを求め、前記電流の大きさが電流制限値Ｉｍａｘを超えた時に超過分に比例した電圧制限値ΔＶを求め、前記電圧制限値ΔＶを前記電流位相θｉに基づいて電圧制限ベクトルΔＶｑ、ΔＶｄに変換し前記電圧指令ベクトルに加算して電圧補正を行い瞬時に電流を制限し、前記電流位相に基づいて加速度修正方向を求め、前記電圧制限値に基づいて加速度修正量を求め、前記加速度修正方向と前記加速度修正量により周波数の加速度指令を修正してパワー効率の良い電流制限を行うことを特徴としている。
また、請求項８に記載の発明は、請求項７記載のインバータ装置の電流制限方法において、前記電圧制限値ΔＶが、前記電流の大きさが電流制限値Ｉｍａｘを超えた時に超過分に比例した値に対して一次遅れフィルタによりフィルタリングし高調波を除去して出力することを特徴としている。
また、請求項９に記載の発明は、請求項７又は８記載のインバータ装置の電流制限方法において、前記電圧制限ベクトルΔＶｑ、ΔＶｄが、前記電圧制限値ΔＶを、電流位相θｉと逆方向のベクトルΔＶｑ＝−ΔＶｓｉｎθｉ、（又は、ΔＶｑ＝−ΔＶ×Ｉｑ／Ｉ１）、およびΔＶｄ＝−ΔＶｃｏｓθｉ、（又は、Δｄ＝−ΔＶ×Ｉｄ／Ｉ１）、に変換して作成することを特徴としている。
また、請求項１０に記載の発明は、請求項９記載のインバータ装置の電流制限方法において、前記電圧制限ベクトルが、前記電圧制限値ΔＶを前記電流位相θｉと逆方向のベクトルΔＶｑ、ΔＶｄのうち前記電圧指令ベクトル方向に直交する電圧制限ベクトル成分ΔＶｄを０にて出力することを特徴としている。
また、請求項１１に記載の発明は、請求項７又は８記載のインバータ装置の電流制限方法において、電流の大きさが前記電流制限値Ｉｍａｘより大きな第２の電流制限値Ｉｃｌａ’を超えている間は強制的にゼロ電圧のＰＷＭパターンを出力し、更に、電流の大きさが前記第２の電流制限値Ｉｃｌａ’より大きな第３の電流制限値Ｉｃｌｂ’、Ｉｏｃ’を超えている間はゲートを遮断して保護動作を行うことを特徴としている。
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１１記載のインバータ装置の電流制限方法において、前記第２および第３の電流制限値による保護機能を無効にすることが可能であることを特徴としている。
【０００７】
このインバータ装置およびその過電流抑制方法によれば、図１で過電流制限値Ｉｍａｘを超えた超過分に比例した電圧制限値ΔＶを求め、電圧制限値を電流位相に基づいた電圧制限ベクトルΔＶｑ、ΔＶｄに変換し、電圧指令ベクトルに加算することによって、瞬時の過電流を抑止可能にすると共に、電圧制限値ΔＶと電流位相θｉに基づいて周波数の加速度指令を修正することによって、電流を制限しながらストールを避けて効率良く運転することができる。
その際、電圧制限値ΔＶに対しては一次遅れフィルタ（Ｋ／１＋Ｔｓ）を通した後に電圧制限ベクトルを求めるようにしたので、電流に含まれる高調波成分を除去した安定な補償を可能にしている。
また、電圧制限値ΔＶを電圧制限ベクトルΔＶｑ、ΔＶｄに変換する際に、電流方向と逆方向になるように電圧制限ベクトルを求めて補償を行うので、抵抗負荷などの用途に対しては瞬時に電流を制限することが可能になる。又、モータ等を制御する場合には、電圧制限ベクトルの電流と逆方向の成分のうち、電圧指令ベクトルと直交する方向成分ΔＶｄを０となるようにして、Ｖ／ｆ制御される電圧指令ベクトルの方向のみに対して補償を行うようにすることで、安定な電流制限制御が可能になる。
以上のような電流制限が正常に働かなかった場合の保護対策としては、電流の大きさＩ１が、過電流制限値Ｉｍａｘより大きな第２の過電流制限値Ｉｃｌａ’を超えている間は、強制的にゼロ電圧のＰＷＭパターンを出力して保護動作を行い、電流の大きさが第２の過電流制限値Ｉｃｌａ’より大きな第３の過電流制限値Ｉｃｌｂ’あるいはＩｏｃ’を超えている間は、ゲートを遮断して保護するようにしているので、電流の大きさＩ１が過電流制限値Ｉｍａｘを大きく超えても、第２、第３の過電流制限値１ｃ１ａ’、Ｉｃｌｂ’、Ｉｏｃ’の３段階の保護が行われるので、確実・安全な過電流抑制が可能になる。この場合の設定レベルの大小関係は、Ｉｏｃ’＞Ｉｃｌｂ’＞Ｉｃｌａ’＞Ｉｍａｘ、となる。
従って、本発明の場合は、過電流制限値Ｉｍａｘによる抑制によって、殆ど抑制できるので、従来の場合の過電流レベルが設定されたＣＬＡ、ＣＬＢ回路の設定レベルＩｏｃ、Ｉｃｌｂ、Ｉｃｌａ、の値を上げることができる。
また、過電流制限値Ｉｍａｘの制御で殆ど足りることから、ＣＬＡ、ＣＬＢ回路を無効にする切替え手段２９ａ、ｂを設け、ＣＬＡ、ＣＬＢ回路をＯＮ／ＯＦＦできるようにして幅広い制御を可能にしている。
【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を参照して説明する。
図１は本発明の実施の形態に係るインバータ装置によるＶ／ｆ制御の制御ブロック図である。
図２は図１に示すインバータ装置の制御時のベクトル図である。
図３は図２においてＶｄを０とした場合のベクトル図である。
図４は図１に示すインバータ装置の電流制限回路のブロック図である。
図１において、１１ａは加速度を修正する電流制限加速度補正手段、１１ａ’は周波数指令と電流制限時出力周波数とを切替える周波数指令切替え手段、１２ａは電流の大きさＩ１と電流位相θｉを出力する電流検出手段、１３は検出電流Ｉ１と過電流制限値Ｉｍａｘを比較する電流比較手段、１４は比較結果を出力するリミット回路、１５は電圧制限値ΔＶを演算する電圧制限値演算手段、１６は電圧制限ベクトルΔＶｑ、ΔＶｄを求める電圧制限ベクトル演算手段、１７ａ、ｂは電圧制限ベクトルの加算手段である。
なお、その他の図５と同一構成には同一符号を付し重複する説明は省略する
図４において、２９ａ、２９ｂは電流制限回路の無効手段であり、Ｉｃｌａ’は第２の電流制限値、Ｉｃｌｂ’、Ｉｏｃ’は第３の電流制限値である。
なお、その他の図６と同一構成には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【０００９】
つぎに動作について説明する。
先ず、電流検出手段１２ａにより電流の大きさＩ１と、基準位相θに対する電流位相θｉを求め、電流比較手段１３によって設定した電流制限値Ｉｍａｘから電流の大きさＩ１を減算し、リミット回路１４によって減算結果が負の場合は０とし、電圧制限演算手段１５でゲイン及びフィルタ処理（Ｋ／１＋Ｔｓ）を施して電圧制限値ΔＶを求める。電圧制限ベクトル演算手段１６では、求めた電圧制限値ΔＶと電流位相θｉより次式で、
ΔＶｑ＝−ΔＶｓｉｎθｉ
ΔＶｄ＝−ΔＶｃｏｓθｉ
ｄｑ軸電圧制限値ΔＶｑ、ΔＶｄを求める。
なお、電流検出値Ｉｄ、Ｉｑを用いて、
ΔＶｑ＝−ΔＶ×Ｉｑ／Ｉ１
ΔＶｄ＝−ΔＶ×Ｉｄ／Ｉ１
として求めても同じ結果が得られる。
次に、演算したΔＶｑ、ΔＶｄを電圧指令Ｖｑ* 、Ｖｄ* に加算手段１７ａ、１７ｂにより加算して出力電圧指令Ｖｑ、Ｖｄを求めＰＷＭ指令演算部９により３相（ＵＶＷ相）の電圧指令を求めてＰＷＭパターンに変換し、ゲートドライバ回路１０へ出力し電動機ＩＭに電圧を印加する。これにより瞬時に電流を制限することが可能になる。
この間の電圧制限ベクトルΔＶ、電圧指令ベクトルＶ* 、電流ベクトルＩの関係は、図２（ａ）に力行状態の場合を、図２（ｂ）に回生状態の場合を示している。
図２（ａ）ではｑ軸上の電圧指令Ｖ*に対して電流と逆方向の電圧制限ベクトルΔＶを加算し、印加電圧Ｖを小さくして、電流ベクトルＩを制限する様子を示している。
図２（ｂ）に示す回生状態では、逆に同方向にΔＶを加算して印加電圧Ｖを大きくして電流ベクトルＩを制限する様子を示している。
このように電動機の状態に関係なく瞬時に電流を制限することが可能になる。
【００１０】
また、Ｖ／ｆ制御によりモータ等を制御する場合、モータや負荷の状態によって不安定になる場合がある。このような状態の時、図２のようにｄｑ軸それぞれに対して電圧補正を行うと、ｑ軸方向は制御可能であるが、ｄ軸方向は制御を行っていないため不安定状態を回避できなくなる場合がある。
従って、図３に示すように、ΔＶｄを０としてΔＶｑのみを電圧指令Ｖ* に加算するように制御することによって、これを回避できるようにしている。
図３（ａ）は力行状態を、図３（ｂ）は回生状態を示し、図３（ａ）では電圧指令Ｖ*に逆方向の電圧制限ベクトルΔＶｑを加算し電圧Ｖを小さくして、電流Ｉを制限している。図３（ｂ）の場合は、逆に電圧Ｖを大きくして電流Ｉを制限している。実際に、電流が大きくなる場合は、制御が正常で回転数がある程度あれば、ｑ軸の方向に増加するため、電流の抑制能力はΔＶｑのみの補正で十分である。
以上の操作によって電流を瞬時に制限することが可能になるが、定常的に電流を制限して、電動機の効率を考慮する場合は周波数を修正する必要がある。これに対応するために、図１に示す電流制限加速度補正手段１１ａは、電流位相θｉを用いて電動機の状態が力行か回生かを判断して加速度の修正方向を設定し、電圧制限値ΔＶを用いて加速度の大きさを修正する。修正量は設定値又は、電圧制限値ΔＶの負荷方向成分計算値などを用いて計算する。
また、電流制限加速度補正手段１１ａは、負荷の状態により回生の場合は最大値が最高周波数、力行の場合は最小値が０となるように電流制限時の周波数指令を出力し、周波数指令切替え手段１１ａ’により、周波数指令と電流制限時出力周波数とを切替える。
【００１１】
なお、力行／回生の判断はｑ軸電流のみを参照する方法、無効電力から演算する方法等各種あるがここでは割愛する。
回転方向と負荷方向により加速度補正を次のようにして行う。
ａ）正回転で力行の場合は正側に補正。
ｂ）正回転で回生の場合は負側に補正。
ｃ）逆回転で力行の場合は負側に補正。
ｄ）逆回転で回生の場合は正側に補正。
加速度補正の最も単純な方法は、加速中であれば電圧制限値ΔＶが０でない場合に力行負荷であれば加速を停止し、定常運転中であればΔＶが０でない場合に力行中なら減速、回生中なら加速となるように加減速度設定値を加速度に代入する方法であるが、これらの方法でも十分に過電流を抑制できる。
また、予期せぬ電流変動があった場合のための保護対策として、図４に示す電流制限回路を用いる。図４の回路では、検出電流Ｉ１が電流制限値Ｉｍａｘより大きい過電流レベルＩｏｃ’より大きい場合は、ゲート遮断回路２７によりゲート遮断信号を選択・出力する。
電流Ｉ１がそれより小さい場合は、更に、電流制限レベルＩｃｌｂ’と比較して電流Ｉ１の方が大きければ、同様にゲート遮断信号を出力する。
電流Ｉ１がそれより小さく、電流制限レベルＩｃｌａ’よりも大きい場合は、０電圧パターンを出力することになる。
この場合の各レベルの大小関係は次のようになっている。
Ｉｏｃ’＞Ｉｃｌｂ’＞Ｉｃｌａ’＞Ｉｍａｘ
しかも、図１に示した電圧制限ベクトルΔＶｑ、ΔＶｄ及び電流制限加速度補正等の制御によって、かなりの部分で制限が可能となるため、各過電流レベルＩｏｃ’、Ｉｃｌｂ’、Ｉｃｌａ’は図６の従来例で示した対応する各過電流レベルＩｏｃ、Ｉｃｌｂ、Ｉｃｌａをアップした値（Ｉｏｃ’＞Ｉｏｃ、Ｉｃｌｂ’＞Ｉｃ１ｂ、Ｉｃｌａ’＞Ｉｃｌａ）と設定することが可能になり、ストール防止が図られる。
また、用途によっては図１の制御で十分な場合もあるので、無効手段２９ａ、２９ｂにより図４の電流制限回路を切離し無効にして、Ｏ電圧切替え回路２５とゲート遮断選択回路２７の切替え部を除外することができる。
なお、この無効手段２９は電流制限回路を所望の形態（自動／手動も含み）でＯＮ／ＯＦＦできれば如何なる方式でも構わない。
このように、本実施の形態によれば、電流の位相θｉと電流の大きさＩ１を検出して、電流の大きさＩ１と電流制限値Ｉｍａｘを比較して電圧制限値ΔＶを求め、これを電流位相と逆方向になるように変換して電圧制限ベクトルΔＶｑ、ΔＶｄを求め、電圧指令に加算して瞬時の電流制限を可能にすると共に、電圧制限値ΔＶと電流位相θｉを用いて加速度を修正することにより、ストールを防止して効率良く運転することが可能になる。
【００１２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電圧指令に対して電流制限値を超過した分に比例し電流ベクトルと逆方向あるいは逆方向の内の電圧指令軸上の成分の電圧制限ベクトルを加えることにより、瞬時に電流を制限することができるようになり、更に、３つのレベルの電流制限方法を持たせることによって、電流による素子の破壊と、ストールを確実に防止することができる。
また、電圧制限値と電流位相とから加速度を補正することによって定常的に電流を制限し、誘導電動機等を効率良く運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実紙の形態に係るインバータ装置によるＶ／ｆ制御の制御ブロック図である。
【図２】図１に示すインバータ装置の制御時のベクトル図である。
【図３】図２においてＶｄを０とした場合のベクトル図である。
【図４】図１に示すインバータ装置の電流制限回路のブロック図である。
【図５】従来のインバータ装置によるＶ／ｆ制御の制御ブロック図である。
【図６】図５に示すインバータ装置の電流制限回路のブロック図である。
【図７】従来の周波数−電圧パターンを示す図である。
【図８】従来のインバータ装置の制御時のベクトル図である。
【符号の説明】
１  周波数指令演算部
２  加速指令演算手段
３  加速周波数積分手段
４  指令値制限手段
５  滑り周波数演算手段
６  出力周波数
７  Ｖ／ｆ演算部
８  位相演算手段
９  ＰＷＭ指令演算部
１０  ゲートドライバ回路
１１ａ  電流制限加速度補正手段
１１ａ’  周波数指令切替え手段
１２ａ  電流検出手段
１３  電流比較手段
１４  リミット回路
１５  電圧制限値演算手段
１６  電圧制限ベクトル演算手段
１７ａ  ｑ軸加算手段
１７ｂ  ｄ軸加算手段
１８  ０電圧パターン発生回路
１９、２０、２１  比較器
２２、２３、２４  ラッチ回路
２５  ０電圧切替え回路
２６  オンディレイ回路
２７  ゲート遮断選択回路
２８  ゲート遮断選択回路
２９  無効手段
【図１】
0004131079.tif 000002
【図２】
0004131079.tif 000003
【図３】
0004131079.tif 000004
【図４】
0004131079.tif 000005
【図５】
0004131079.tif 000006
【図６】
0004131079.tif 000007
【図７】
0004131079.tif 000008
【図８】
0004131079.tif 000009