(57)【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を有し、電流指令信号と前記電力変換器の出力電流検出信号の偏差信号に基づいて、前記電力変換器の出力電流を制御する電流制御部を備え、前記交流電動機がフリーラン状態にある場合に、前記交流電動機の電流をゼロにするように強制的に前記電流指令信号をゼロとして電流制御し、この時の前記電流制御部出力を用いて演算する出力電圧指令信号を基に、前記交流電動機の残留電圧の大きさと位相および角速度を求めることを特徴とする交流電動機の制御方法。
【請求項２】
請求項１記載の交流電動機の制御方法において、前記出力電圧指令信号を基に前記交流電動機の残留電圧の位相および角速度を求める際に、信号保持手段を設け、交流電動機がフリーランする直前の位相指令信号と前記出力電圧指令信号の位相信号との加算値より前記残留電圧の大きさと位相および角速度を求めることを特徴とする交流電動機の制御方法。
【請求項３】
電力変換器で交流電動機へ任意の電力を出力し、前記交流電動機に供給される電流を電流検出回路で検出し、与えられた電流指令と前記電流検出回路で検出した電流検出値が一致するように電流制御回路で制御し、前記電流制御回路から出力するｄ軸およびｑ軸の電圧指令から前記電力変換器のスイッチングを決定する制御方法において、
始動時に前記電力変換器を正常に運転するように制御する始動管理回路と、フリーラン状態の前記交流電動機の速度を推定する速度推定回路とを有し、
前記始動管理回路は、強制的に電流指令を零にして、前記電流制御回路により、前記電流検出値を零にするような前記電圧指令を演算し、
前記電圧指令から演算した位相の時間変化により、前記速度推定回路がフリーラン状態の前記交流電動機の速度を推定することを特徴とする交流電動機の制御方法。
【請求項４】
請求項３記載の交流電動機の制御方法において、
前記始動管理回路は、強制的に電流指令を零にして、前記電流制御回路により、前記電流検出値を零にするような前記電圧指令を演算し、
その電圧レベルが設定された電圧レベルより低い場合には、電流指令値を零から設定されたレベルの直流電流指令を設定された時間印加した後、再度強制的に電流指令を零にして、前記電流制御回路により、前記電流検出値を零にするような前記電圧指令を演算し、前記速度推定回路が前記交流電動機の速度を推定することを特徴とする交流電動機の制御方法。
【請求項５】
請求項３又は４記載の交流電動機の制御方法において、
前記始動管理回路は、強制的に電流指令を零にして、前記電流制御回路により、前記電流検出値を零にするような前記電圧指令を演算し、
その電圧レベルが設定された電圧レベルより低い場合には、電流指令値を零から設定されたレベルの直流電流指令を設定された時間印加した後、再度強制的に電流指令を零にして、前記電流制御回路により、前記電流検出値を零にするような前記電圧指令を演算した場合にも、その電圧レベルが設定された電圧レベルより低い場合には前記速度推定回路が前記交流電動機は停止していると推定することを特徴とする交流電動機の制御方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項記載の交流電動機の制御方法において、
前記始動管理回路は、強制的に電流指令を零にして、前記電流制御回路により、前記電流検出値を零にするような前記電圧指令を演算し、
前記電圧指令から演算した位相の時間変化により、前記速度推定回路が推定した前記交流電動機の速度と、前記電圧指令から演算した振幅と位相を初期値として前記交流電動機を始動することを特徴とする交流電動機の制御方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項記載の交流電動機の制御方法において、
前記始動管理回路は、強制的に電流指令を零にして、前記電流制御回路により、前記電流検出値を零にするような前記電圧指令を演算し、
前記電圧指令から演算した位相の時間変化により、前記速度推定回路が推定した前記交流電動機の速度と、前記電圧指令から演算した振幅と位相を初期値として前記交流電動機を始動する際に、前記電力変換器の出力する電圧指令の振幅が、前記交流電動機の速度に対する正規の誘起電圧に相当する電圧レベルになるまで、徐々に電圧指令を増加していくことを特徴とする交流電動機の制御方法。
【請求項８】
交流電動機へ任意の電力を出力する電力変換器と、前記交流電動機に供給される電流を検出する電流検出回路と与えられた電流指令と前記電流検出回路で検出した電流検出値が一致するように制御する電流制御回路と、前記電流制御回路から出力するｄ軸およびｑ軸の電圧指令から電力変換器のスイッチングを決定する制御装置において、
始動管理回路とフリーラン状態の前記交流電動機の速度を推定する速度推定回路を有し、
前記始動管理回路は、強制的に電流指令を零にして、前記電流制御回路により、前記電流検出値を零にするような前記電圧指令を演算し、
前記電圧指令から演算した位相の時間変化により、前記速度推定回路が前記交流電動機の速度を推定することを特徴とする交流電動機の制御装置。
【請求項９】
請求項８記載の交流電動機の制御装置において、
前記始動管理回路は、強制的に電流指令を零にして、前記電流制御回路により、前記電流検出値を零にするような前記電圧指令を演算し、
その電圧レベルが設定された電圧レベルより低い場合には、電流指令値を零から設定されたレベルの直流電流指令を設定された時間印加した後、再度強制的に電流指令を零にして、前記電流制御回路により、前記電流検出値を零にするような前記電圧指令を演算し、前記速度推定回路が前記交流電動機の速度を推定することを特徴とする交流電動機の制御装置。
【請求項１０】
請求項８又は９記載の交流電動機の制御装置において、
前記始動管理回路は、強制的に電流指令を零にして、前記電流制御回路により、前記電流検出値を零にするような前記電圧指令を演算し、
その電圧レベルが設定された電圧レベルより低い場合には、電流指令値を零から設定されたレベルの直流電流指令を設定された時間印加した後、再度強制的に電流指令を零にして、前記電流制御回路により、前記電流検出値を零にするような前記電圧指令を演算した場合にも、その電圧レベルが設定された電圧レベルより低い場合には前記速度推定回路が前記交流電動機は停止していると推定することを特徴とする交流電動機の制御装置。
【請求項１１】
請求項８〜１０のいずれか１項記載の交流電動機の制御装置において、
前記始動管理回路は、強制的に電流指令を零にして、前記電流制御回路により、前記電流検出値を零にするような前記電圧指令を演算し、
前記電圧指令から演算した位相の時間変化により、前記速度推定回路が推定した前記交流電動機の速度と、前記電圧指令から演算した振幅と位相を初期値として前記交流電動機を始動することを特徴とする交流電動機の制御装置。
【請求項１２】
請求項８〜１１のいずれか１項記載の交流電動機の制御装置において、
前記始動管理回路は、強制的に電流指令を零にして、前記電流制御回路により、前記電流検出値を零にするような前記電圧指令を演算し、
前記電圧指令から演算した位相の時間変化により、前記速度推定回路が推定した前記交流電動機の速度と、前記電圧指令から演算した振幅と位相を初期値として前記交流電動機を始動する際に、前記電力変換器の出力する電圧指令の振幅が、前記交流電動機の速度に対する正規の誘起電圧に相当する電圧レベルになるまで、徐々に電圧指令を増加していくことを特徴とする交流電動機の制御装置。
【請求項１３】
請求項３記載の交流電動機の制御方法において、
前記始動管理回路は、強制的に電流指令を零にして、前記電流制御回路により、前記電流検出値を零にするような前記電圧指令を演算し、
前記電圧指令が設定された電圧レベルより大きい場合には、前記電圧指令から演算した位相の時間変化により、前記速度推定回路が前記交流電動機の速度を推定し、前記電力変換器を始動する時の初期値として、前記電圧指令から演算した振幅と位相と前記交流電動機の速度推定値に相当する周波数を設定し、始動することを特徴とする交流電動機の制御方法。
【請求項１４】
交流電動機へ電力を出力する電力変換器を有し、電流指令信号と前記電力変換器の出力電流検出信号の偏差信号に基づいて、前記電力変換器の出力電流を制御する電流制御部を備え、
前記交流電動機がフリーラン状態にある場合に、前記交流電動機のｄ軸上に任意の直流電流を設定した時間供給し、磁束を立ち上げる際の過渡的に流れる二次電流によって、前記出力電流検出回路のｑ軸電流検出信号に表れる周波数成分を検出し、この周波数成分から前記交流電動機の速度を推定することを特徴とする交流電動機の制御方法。
【請求項１５】
請求項３記載の交流電動機の制御方法において、
前記始動管理回路は、強制的に電流指令を零にして、前記電流制御回路により、前記電流検出値を零にするような前記電圧指令を演算し、
その電圧レベルが設定された電圧レベルより低い場合には、電流指令値を零から設定されたレベルの直流電流指令あるいは設定したレベルの直流電圧指令を設定された時間印加し、磁束を立ち上げる際の過渡的に流れる二次電流によって、前記電流検出回路のｑ軸電流検出値に表れる周波数成分を前記速度推定回路が検出し、
この周波数成分を前記交流電動機の速度と推定して、前記電力変換器を始動する時の初期値として、前記交流電動機の速度推定値に相当する周波数を設定して始動することを特徴とする交流電動機の制御方法。
【請求項１６】
請求項３記載の交流電動機の制御方法において、
前記始動管理回路は、強制的に電流指令を零にして、前記電流制御回路により、前記電流検出値を零にするような前記電圧指令を演算し、
前記電圧指令が設定された電圧レベルより低い場合には、電流指令値を零から設定されたレベルの直流電流指令値に変更し、設定された時間印加し、
その後前記電流指令の符号と大きさを変更して、設定された時間印加し、前記速度推定回路がこのときの電流検出値に表れる周波数成分を検出し、この周波数成分を前記交流電動機の速度と推定して、前記電力変換器を始動する時の初期値として、前記交流電動機の速度推定値に相当する周波数を設定して始動することを特徴とする交流電動機の制御方法。
【請求項１７】
請求項３記載の交流電動機の制御方法において、
前記始動管理回路は、強制的に電流指令を零にして、前記電流制御回路により、前記電流検出値を零にするような前記電圧指令を演算し、
前記電圧指令が設定された電圧レベルより低い場合には、電流制御することをやめ、任意の方向に直流電圧指令を設定された時間印加し、
その後前記直流電圧の指令方向と１８０°位相を変えた方向に任意の大きさの電流指令を与え、設定された時間再び電流制御し、
前記速度推定回路がこのときの電流検出値に表れる周波数成分を検出し、この周波数成分を前記交流電動機の速度と推定して、前記電力変換器を始動する時の初期値として、前記交流電動機の速度推定値に相当する周波数を設定して始動することを特徴とする交流電動機の制御方法。
【請求項１８】
請求項８記載の交流電動機の制御装置において、
前記始動管理回路は、強制的に電流指令を零にして、前記電流制御回路により、前記電流検出値を零にするような前記電圧指令を演算し、
前記電圧指令が設定された電圧レベルより大きい場合には、前記電圧指令から演算した位相の時間変化により、前記速度推定回路が前記交流電動機の速度を推定し、前記電力変換器を始動する時の初期値として、前記電圧指令から演算した振幅と位相と前記交流電動機の速度推定値に相当する周波数を設定し、始動することを特徴とする交流電動機の制御装置。
【請求項１９】
交流電動機へ電力を出力する電力変換器を有し、電流指令信号と前記電力変換器の出力電流検出信号の偏差信号に基づいて、前記電力変換器の出力電流を制御する電流制御部を備えた交流電動機の制御装置において、
前記交流電動機がフリーラン状態にある場合に、前記交流電動機のｄ軸上に任意の直流電流を設定した時間供給し、磁束を立ち上げる際の過渡的に流れる二次電流によって、前記出力電流検出回路のｑ軸電流検出信号に表れる周波数成分を検出し、この周波数成分から前記交流電動機の速度を推定することを特徴とする交流電動機の制御装置。
【請求項２０】
請求項８記載の交流電動機の制御装置において、
前記始動管理回路は、強制的に電流指令を零にして、前記電流制御回路により、前記電流検出値を零にするような前記電圧指令を演算し、
その電圧レベルが設定された電圧レベルより低い場合には、電流指令値を零から設定されたレベルの直流電流指令あるいは設定したレベルの直流電圧指令を設定された時間印加し、磁束を立ち上げる際の過渡的に流れる二次電流によって、前記電流検出回路のｑ軸電流検出値に表れる周波数成分を前記速度推定回路が検出し、
この周波数成分を前記交流電動機の速度と推定して、前記電力変換器を始動する時の初期値として、前記交流電動機の速度推定値に相当する周波数を設定して始動することを特徴とする交流電動機の制御装置。
【請求項２１】
請求項８記載の交流電動機の制御装置において、
前記始動管理回路は、強制的に電流指令を零にして、前記電流制御回路により、前記電流検出値を零にするような前記電圧指令を演算し、
前記電圧指令が設定された電圧レベルより低い場合には、電流指令値を零から設定されたレベルの直流電流指令値に変更し、設定された時間印加し、
その後前記電流指令の符号と大きさを変更して、設定された時間印加し、前記速度推定回路がこのときの電流検出値に表れる周波数成分を検出し、この周波数成分を前記交流電動機の速度と推定して、前記電力変換器を始動する時の初期値として、前記交流電動機の速度推定値に相当する周波数を設定して始動することを特徴とする交流電動機の制御装置。
【請求項２２】
請求項８記載の交流電動機の制御装置において、
前記始動管理回路は、強制的に電流指令を零にして、前記電流制御回路により、前記電流検出値を零にするような前記電圧指令を演算し、
前記電圧指令が設定された電圧レベルより低い場合には、電流制御することをやめ、任意の方向に直流電圧指令を設定された時間印加し、
その後前記直流電圧の指令方向と１８０°位相を変えた方向に任意の大きさの電流指令を与え、設定された時間再び電流制御し、
前記速度推定回路がこのときの電流検出値に表れる周波数成分を検出し、この周波数成分を前記交流電動機の速度と推定して、前記電力変換器を始動する時の初期値として、前記交流電動機の速度推定値に相当する周波数を設定して始動する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、交流電圧を出力する可変速制御装置により交流電動機を可変速させる交流電動機の制御方法に関するもので、特に、停電復帰後等の交流電動機のスムーズな始動のできる制御方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、交流電動機を速度制御するために、出力電圧Ｖと出力周波数ｆの比を一定にするＶ／ｆ一定制御方式が知られている。更に、近年では、より高精度に交流電動機を制御するべく、交流電動機に供給される一次電流を、トルクに直接関与する励磁電流（磁束を発生させる電流）とトルク電流（トルクを発生させる電流）とでそれぞれ独立に制御するベクトル制御が実用化されている。
しかしながら、従来の制御方式では、連続運転中は安定な制御が行われているが、ひとたび交流電動機の運転中に瞬停（瞬時停電）が発生して瞬停再始動を行うような場合、交流電動機の残留電圧と可変速制御装置の電圧指令の位相が合わないと、交流電動機の速度を急変させたり、交流電動機のスリップが増大したりして過大な電流が流れるなどしてトリップするような危険がある。これを防止するためには交流電動機の残留電圧と可変速制御装置の電圧指令の位相を合わせて再運転を行う必要があるが、位相を合わせるのがなかなか困難である。このため、交流電動機の残留電圧がなくなってから、交流電動機の角速度と可変速制御装置の出力周波数を速度検出器から算出するとか、交流電動機の残留電圧を電圧検出器で検出し、その周波数成分から算出するとかして、残留電圧と出力電圧指令信号の位相を一致させ、再運転していたので、瞬停復電後の再始動に時間がかかったり、スムーズな再運転が難しいという問題があった。
このように交流電動機をスムーズに始動するためには、残留電圧がなくなるのを待つ必要があったり、速度検出器や電圧検出器といった検出器が必要であるという問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、瞬停復帰後等に交流電動機の残留電圧の位相と角速度を精度良く測定すること等により、迅速、且つ、スムーズに再運転できる交流電動機の制御方法を提供することを目的としている。
【０００４】
【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記載の交流電動機の制御方法の発明は、交流電動機へ電力を出力する電力変換器を有し、電流指令信号と前記電力変換器の出力電流検出信号の偏差信号に基づいて、前記電力変換器の出力電流を制御する電流制御部を備え、前記交流電動機がフリーラン状態にある場合に、前記交流電動機の電流をゼロにするように強制的に前記電流指令信号をゼロとして電流制御し、この時の前記電流制御部出力を用いて演算する出力電圧指令信号を基に、前記交流電動機の残留電圧の大きさと位相および角速度を求めることを特徴としている。
また、請求項２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、前記出力電圧指令信号を基に前記交流電動機の残留電圧の位相および角速度を求める際に、信号保持手段を設け、交流電動機がフリーランする直前の位相指令信号と前記出力電圧指令信号の位相信号との加算値より前記残留電圧の大きさと位相および角速度を求めることを特徴としている。
この交流電動機の制御方法によれば、交流電動機がフリーラン状態にある場合に、交流電動機の電流がゼロとなるように制御すると、この結果交流電動機の残留電圧が電圧指令信号に現れることを利用し、この電圧指令信号の位相および角周波数を基にフリーラン状態にある交流電動機の残留電圧の大きさと位相および角速度が求められる。それによって、復電後のスムーズな速度復帰が容易になる。
また、残留電圧の位相および角速度を求める際に、信号保持手段を設け、交流電動機がフリーランする直前の位相指令信号と前記出力電圧指令信号の位相信号との加算値より前記残留電圧の位相および角速度を求めるので、位相指令信号の不連続がなくなり機械的なショック発生等の不都合を防止できる。
また、請求項３記載の交流電動機の制御方法の発明は、電力変換器で交流電動機へ任意の電力を出力し、前記交流電動機に供給される電流を電流検出回路で検出し、与えられた電流指令と前記電流検出回路で検出した電流検出値が一致するように電流制御回路で制御し、前記電流制御回路から出力するｄ軸およびｑ軸の電圧指令から前記電力変換器のスイッチングを決定する制御方法において、始動時に前記電力変換器を正常に運転するように制御する始動管理回路と、フリーラン状態の前記交流電動機の速度を推定する速度推定回路とを有し、前記始動管理回路は、強制的に電流指令を零にして、前記電流制御回路により、前記電流検出値を零にするような前記電圧指令を演算し、前記電圧指令から演算した位相の時間変化により、前記速度推定回路がフリーラン状態の前記交流電動機の速度を推定することを特徴としている。
また、請求項４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、前記始動管理回路が、強制的に電流指令を零にして、前記電流制御回路により、前記電流検出値を零にするような前記電圧指令を演算し、その電圧レベルが設定された電圧レベルより低い場合には、電流指令値を零から設定されたレベルの直流電流指令を設定された時間印加した後、再度強制的に電流指令を零にして、前記電流制御回路により、前記電流検出値を零にするような前記電圧指令を演算し、前記速度推定回路が前記交流電動機の速度を推定することを特徴としている。
さらに、請求項５記載の発明は、請求項３又は４記載の交流電動機の制御方法において、前記始動管理回路が、強制的に電流指令を零にして、前記電流制御回路により、前記電流検出値を零にするような前記電圧指令を演算し、その電圧レベルが設定された電圧レベルより低い場合には、電流指令値を零から設定されたレベルの直流電流指令を設定された時間印加した後、再度強制的に電流指令を零にして、前記電流制御回路により、前記電流検出値を零にするような前記電圧指令を演算した場合にも、その電圧レベルが設定された電圧レベルより低い場合には前記速度推定回路が前記交流電動機は停止していると推定することを特徴としている。
そして、請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項記載の交流電動機の制御方法において、前記始動管理回路が、強制的に電流指令を零にして、前記電流制御回路により、前記電流検出値を零にするような前記電圧指令を演算し、前記電圧指令から演算した位相の時間変化により、前記速度推定回路が推定した前記交流電動機の速度と、前記電圧指令から演算した振幅と位相を初期値として前記交流電動機を始動することを特徴としている。
また、請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項記載の交流電動機の制御方法において、前記始動管理回路が、強制的に電流指令を零にして、前記電流制御回路により、前記電流検出値を零にするような前記電圧指令を演算し、前記電圧指令から演算した位相の時間変化により、前記速度推定回路が推定した前記交流電動機の速度と、前記電圧指令から演算した振幅と位相を初期値として前記交流電動機を始動する際に、前記電力変換器の出力する電圧指令の振幅が、前記交流電動機の速度に対する正規の誘起電圧に相当する電圧レベルになるまで、徐々に電圧指令を増加していくことを特徴としている。
さらに、請求項８記載の交流電動機の制御装置の発明は、交流電動機へ任意の電力を出力する電力変換器と、前記交流電動機に供給される電流を検出する電流検出回路と与えられた電流指令と前記電流検出回路で検出した電流検出値が一致するように制御する電流制御回路と、前記電流制御回路から出力するｄ軸およびｑ軸の電圧指令から電力変換器のスイッチングを決定する制御装置において、始動管理回路とフリーラン状態の前記交流電動機の速度を推定する速度推定回路を有し、前記始動管理回路は、強制的に電流指令を零にして、前記電流制御回路により、前記電流検出値を零にするような前記電圧指令を演算し、前記電圧指令から演算した位相の時間変化により、前記速度推定回路が前記交流電動機の速度を推定することを特徴としている。
また、請求項９記載の発明は、請求項８記載の交流電動機の制御装置において、前記始動管理回路が、強制的に電流指令を零にして、前記電流制御回路により、前記電流検出値を零にするような前記電圧指令を演算し、その電圧レベルが設定された電圧レベルより低い場合には、電流指令値を零から設定されたレベルの直流電流指令を設定された時間印加した後、再度強制的に電流指令を零にして、前記電流制御回路により、前記電流検出値を零にするような前記電圧指令を演算し、前記速度推定回路が前記交流電動機の速度を推定することを特徴としている。
そして、請求項１０記載の発明は、請求項８又は９記載の交流電動機の制御装置において、前記始動管理回路が、強制的に電流指令を零にして、前記電流制御回路により、前記電流検出値を零にするような前記電圧指令を演算し、その電圧レベルが設定された電圧レベルより低い場合には、電流指令値を零から設定されたレベルの直流電流指令を設定された時間印加した後、再度強制的に電流指令を零にして、前記電流制御回路により、前記電流検出値を零にするような前記電圧指令を演算した場合にも、その電圧レベルが設定された電圧レベルより低い場合には前記速度推定回路が前記交流電動機は停止していると推定することを特徴としている。
さらに、請求項１１記載の発明は、請求項８〜１０のいずれか１項記載の交流電動機の制御装置において、前記始動管理回路が、強制的に電流指令を零にして、前記電流制御回路により、前記電流検出値を零にするような前記電圧指令を演算し、前記電圧指令から演算した位相の時間変化により、前記速度推定回路が推定した前記交流電動機の速度と、前記電圧指令から演算した振幅と位相を初期値として前記交流電動機を始動することを特徴としている。
また、請求項１２記載の発明は、請求項８〜１１のいずれか１項記載の交流電動機の制御装置において、前記始動管理回路が、強制的に電流指令を零にして、前記電流制御回路により、前記電流検出値を零にするような前記電圧指令を演算し、前記電圧指令から演算した位相の時間変化により、前記速度推定回路が推定した前記交流電動機の速度と、前記電圧指令から演算した振幅と位相を初期値として前記交流電動機を始動する際に、前記電力変換器の出力する電圧指令の振幅が、前記交流電動機の速度に対する正規の誘起電圧に相当する電圧レベルになるまで、徐々に電圧指令を増加していくことを特徴としている。
さらに、請求項１３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、前記始動管理回路が、強制的に電流指令を零にして、前記電流制御回路により、前記電流検出値を零にするような前記電圧指令を演算し、前記電圧指令が設定された電圧レベルより大きい場合には、前記電圧指令から演算した位相の時間変化により、前記速度推定回路が前記交流電動機の速度を推定し、前記電力変換器を始動する時の初期値として、前記電圧指令から演算した振幅と位相と前記交流電動機の速度推定値に相当する周波数を設定し、始動することを特徴としている。
また、請求項１４記載の交流電動機の制御方法の発明は、交流電動機へ電力を出力する電力変換器を有し、電流指令信号と前記電力変換器の出力電流検出信号の偏差信号に基づいて、前記電力変換器の出力電流を制御する電流制御部を備え、前記交流電動機がフリーラン状態にある場合に、前記交流電動機のｄ軸上に任意の直流電流を設定した時間供給し、磁束を立ち上げる際の過渡的に流れる二次電流によって、前記出力電流検出回路のｑ軸電流検出信号に表れる周波数成分を検出し、この周波数成分から前記交流電動機の速度を推定することを特徴としている。
さらに、請求項１５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、前記始動管理回路が、強制的に電流指令を零にして、前記電流制御回路により、前記電流検出値を零にするような前記電圧指令を演算し、その電圧レベルが設定された電圧レベルより低い場合には、電流指令値を零から設定されたレベルの直流電流指令あるいは設定したレベルの直流電圧指令を設定された時間印加し、磁束を立ち上げる際の過渡的に流れる二次電流によって、前記電流検出回路のｑ軸電流検出値に表れる周波数成分を前記速度推定回路が検出し、この周波数成分を前記交流電動機の速度と推定して、前記電力変換器を始動する時の初期値として、前記交流電動機の速度推定値に相当する周波数を設定して始動することを特徴としている。
そして、請求項１６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、前記始動管理回路が、強制的に電流指令を零にして、前記電流制御回路により、前記電流検出値を零にするような前記電圧指令を演算し、前記電圧指令が設定された電圧レベルより低い場合には、電流指令値を零から設定されたレベルの直流電流指令値に変更し、設定された時間印加し、その後前記電流指令の符号と大きさを変更して、設定された時間印加し、前記速度推定回路がこのときの電流検出値に表れる周波数成分を検出し、この周波数成分を前記交流電動機の速度と推定して、前記電力変換器を始動する時の初期値として、前記交流電動機の速度推定値に相当する周波数を設定して始動することを特徴としている。
そして、請求項１７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、前記始動管理回路が、強制的に電流指令を零にして、前記電流制御回路により、前記電流検出値を零にするような前記電圧指令を演算し、前記電圧指令が設定された電圧レベルより低い場合には、電流制御することをやめ、任意の方向に直流電圧指令を設定された時間印加し、その後前記直流電圧の指令方向と１８０°位相を変えた方向に任意の大きさの電流指令を与え、設定された時間再び電流制御し、前記速度推定回路がこのときの電流検出値に表れる周波数成分を検出し、この周波数成分を前記交流電動機の速度と推定して、前記電力変換器を始動する時の初期値として、前記交流電動機の速度推定値に相当する周波数を設定して始動することを特徴としている。
また、請求項１８記載の発明は、請求項８記載の交流電動機の制御装置において、前記始動管理回路が、強制的に電流指令を零にして、前記電流制御回路により、前記電流検出値を零にするような前記電圧指令を演算し、前記電圧指令が設定された電圧レベルより大きい場合には、前記電圧指令から演算した位相の時間変化により、前記速度推定回路が前記交流電動機の速度を推定し、前記電力変換器を始動する時の初期値として、前記電圧指令から演算した振幅と位相と前記交流電動機の速度推定値に相当する周波数を設定し、始動することを特徴としている。
さらに、請求項１９記載の交流電動機の制御装置の発明は、交流電動機へ電力を出力する電力変換器を有し、電流指令信号と前記電力変換器の出力電流検出信号の偏差信号に基づいて、前記電力変換器の出力電流を制御する電流制御部を備えた交流電動機の制御装置において、前記交流電動機がフリーラン状態にある場合に、前記交流電動機のｄ軸上に任意の直流電流を設定した時間供給し、磁束を立ち上げる際の過渡的に流れる二次電流によって、前記出力電流検出回路のｑ軸電流検出信号に表れる周波数成分を検出し、この周波数成分から前記交流電動機の速度を推定することを特徴としている。
さらに、請求項２０記載の発明は、請求項８記載の交流電動機の制御装置において、前記始動管理回路が、強制的に電流指令を零にして、前記電流制御回路により、前記電流検出値を零にするような前記電圧指令を演算し、その電圧レベルが設定された電圧レベルより低い場合には、電流指令値を零から設定されたレベルの直流電流指令あるいは設定したレベルの直流電圧指令を設定された時間印加し、磁束を立ち上げる際の過渡的に流れる二次電流によって、前記電流検出回路のｑ軸電流検出値に表れる周波数成分を前記速度推定回路が検出し、この周波数成分を前記交流電動機の速度と推定して、前記電力変換器を始動する時の初期値として、前記交流電動機の速度推定値に相当する周波数を設定して始動することを特徴としている。
そして、請求項２１記載の発明は、請求項８記載の交流電動機の制御装置において、前記始動管理回路が、強制的に電流指令を零にして、前記電流制御回路により、前記電流検出値を零にするような前記電圧指令を演算し、前記電圧指令が設定された電圧レベルより低い場合には、電流指令値を零から設定されたレベルの直流電流指令値に変更し、設定された時間印加し、その後前記電流指令の符号と大きさを変更して、設定された時間印加し、前記速度推定回路がこのときの電流検出値に表れる周波数成分を検出し、この周波数成分を前記交流電動機の速度と推定して、前記電力変換器を始動する時の初期値として、前記交流電動機の速度推定値に相当する周波数を設定して始動することを特徴としている。
また、請求項２２記載の発明は、請求項８記載の交流電動機の制御装置において、前記始動管理回路が、強制的に電流指令を零にして、前記電流制御回路により、前記電流検出値を零にするような前記電圧指令を演算し、前記電圧指令が設定された電圧レベルより低い場合には、電流制御することをやめ、任意の方向に直流電圧指令を設定された時間印加し、その後前記直流電圧の指令方向と１８０°位相を変えた方向に任意の大きさの電流指令を与え、設定された時間再び電流制御し、前記速度推定回路がこのときの電流検出値に表れる周波数成分を検出し、この周波数成分を前記交流電動機の速度と推定して、前記電力変換器を始動する時の初期値として、前記交流電動機の速度推定値に相当する周波数を設定して始動することを特徴としている。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面を用いて説明する。
まず、本発明の第１の実施の形態について図１〜図３を参照して説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態に係る交流電動機の可変速制御装置のブロック図であり、図２は図１に示す２相／３相変換器の構成を示すブロック図である。また、図３は図１に示す交流電動機のフリーラン状態時の動作波形を示す図である。
図１において、この可変速制御装置には、３相交流電源からの交流電源を直流化したのち、ＰＷＭ制御方式によるインバータで任意の周波数と電圧の交流に再度変換し、この一次周波数および一次電圧を交流電動機９に供給する電力変換器１、外部から入力される速度指令信号ωｒｒｅｆが入力し、且つ、３相／２相変換器３が出力する励磁電流検出値ｉｄｆｂおよびトルク電流検出値ｉｑｆｂから速度推定信号ωｒを求める電流ベクトル制御回路２、交流電動機９への一次電流（Ｕ相電流ｉｕ、Ｗ相電流ｉｗ）を検出して座標変換を行った励磁電流検出値ｉｄｆｂ及びトルク電流検出値ｉｑｆｂを送出する３相／２相変換器３、電流ベクトル制御回路２からの速度推定信号ωｒから一次角周波数信号ω１  に演算して出力する一次角周波数演算回路４、励磁電流指令値ｉｄｒｅｆと３相／２相変換器３からの励磁電流検出値ｉｄｆｂとが一致するように設けられた、励磁電流方向電圧を制御する励磁電流制御回路（ＡＣＲ  ｄ）５、電流ベクトル制御回路２が出力するトルク電流指令値ｉｑｒｅｆと３相／２相変換器３が出力するトルク電流検出値ｉｑｆｂとが一致するように設けられた、トルク電流方向電圧を制御するトルク電流制御回路（ＡＣＲ  ｑ）６、ｄ軸電圧指令値Ｖｄｒｅｆとｑ軸電圧指令値Ｖｑｒｅｆとから、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相の電圧指令信号（Ｖｕｒｅｆ、Ｖｖｒｅｆ、Ｖｗｒｅｆ）のＰＷＭ信号を生成して出力する２相／３相変換器７、一次角周波数演算回路４からの一次角周波数信号ω１  に基づき交流電動機の誘起電圧を補償するための誘起電圧指令信号Ｅｒｅｆを作成するＶ／ｆ変換回路８、同じく一次角周波数演算回路４からの一次角周波数信号ω１を積算する積算器１０、瞬停を検知後、再運転までを管理する瞬停検出再始動管理回路１１、瞬停検出再始動管理回路１１からの瞬停信号により、励磁電流指令値を切り替える磁化電流指令切替器１２、同じく瞬停信号によりトルク電流指令値を切り替えるトルク電流指令切替器１３、同じく瞬停信号により、位相指令信号を切り替える位相指令切替器１４が設けられている。
なお、励磁電流制御回路（ＡＣＲ  ｄ）５の出力信号は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄｒｅｆとなり、トルク電流制御回路（ＡＣＲ  ｑ）６の出力信号とＶ／ｆ変換回路８の出力信号Ｅｒｅｆの加算値は、ｑ軸電圧指令値Ｖｑｒｅｆとなる。
又、積算器１０の出力信号は、３相／２相変換器３および２相／３相変換器７へ、位相指令信号θとして入力される。
【０００６】
図２において、２相／３相変換器７に入力されるｄ軸電圧指令値Ｖｄｒｅｆとｑ軸電圧指令値Ｖｑｒｅｆから、
【数１】
0004139934.tif 000002
として出力電圧指令信号Ｖ１の振幅｜Ｖ１｜を演算する電圧指令振幅演算器７０と、
γ＝ｔａｎ−１（Ｖｑｒｅｆ／Ｖｄｒｅｆ）
として出力電圧指令信号Ｖ１の位相信号γを演算する電圧指令位相演算器７１と、出力電圧指令信号Ｖ１の振幅｜Ｖ１｜と位相γおよび入力される位相指令信号θから、
Ｖｕｒｅｆ＝｜Ｖ１｜×ｃｏｓ（θ＋γ）
Ｖｖｒｅｆ＝｜Ｖ１｜×ｃｏｓ（θ＋γ＋１２０°）
Ｖｗｒｅｆ＝｜Ｖ１｜×ｃｏｓ（θ＋γ＋２４０°）
として、Ｕ、Ｖ、Ｗ各相の電圧指令信号Ｖｕｒｅｆ、Ｖｖｒｅｆ、Ｖｗｒｅｆに変換する電圧指令変換器７２が設けられている。
【０００７】
つぎに動作について説明する。
交流電動機９の電流がゼロの時の電圧指令信号は、交流電動機９の残留電圧と一致する。何故ならば、電流は電位差がある２点間に流れるものである。従って電力変換器１と交流電動機９間の電流がゼロということは、電力変換器１の出力電圧と交流電動機９の電圧には電位差がない、つまり、同じ電圧値であることを示している。この場合、直交する２軸、つまり励磁電流とトルク電流方向に分けて個別に電流制御を行っているので、直交する２軸の各成分電圧も、電力変換器１出力と交流電動機９の電圧は一致する。この結果、交流電動機９の残留電圧は直交する２軸のそれぞれの成分電圧は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄｒｅｆとｑ軸電圧指令値Ｖｑｒｅｆとなって現れる点に着目して、本実施の形態では交流電動機９の残留電圧の位相、角速度を検出して瞬停時の再始動動作を行うものである。
瞬停が発生してから復電により再始動する場合の具体的動作は、瞬停再始動管理回路１１が瞬時停電を検知すると、磁化電流指令切替器１２、トルク電流切替器１３、位相指令切替器１４に瞬停信号を入力する。瞬停信号が入力されると、磁化電流指令切替器１２は励磁電流指令値ｉｄｒｅｆをゼロに切替え、同様にトルク電流切替器１３はトルク電流指令値ｉｑｒｅｆをゼロに切替え、位相指令切替器１４は位相指令信号θをゼロに切り替える動作となる。従って、次式のような出力を行う。
ｉｄｒｅｆ＝０
ｉｑｒｅｆ＝０
θ        ＝０
以上の動作の後、励磁電流制御回路５とトルク電流制御回路６により電流制御を行うと、交流電動機９の電流がゼロとなるように電流制御が行われる。電流制御により交流電動機９の電流がゼロになると、電圧は均衡して交流電動機９の残留電圧の直交する２軸の成分電圧は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄｒｅｆとｑ軸電圧指令値Ｖｑｒｅｆとなって現れる。
このｄ軸電圧指令値Ｖｄｒｅｆとｑ軸電圧指令値Ｖｑｒｅｆを入力とした、図２に示す電圧指令位相演算器７１の出力γは、交流電動機９の残留電圧の位相と一致するので、電圧指令位相演算器７１の出力γで交流電動機９の残留電圧の位相を、電圧指令位相演算器７１の出力γの単位時間あたりの変化量で残留電圧の角速度を容易に求めることができる。
同様に、このｄ軸電圧指令値Ｖｄｒｅｆとｑ軸電圧指令値Ｖｑｒｅｆを入力とした図２に示す電圧指令振幅演算器７０の出力｜Ｖ１｜は、残留電圧の大きさに一致する。
以上の動作が終了すると、瞬停再始動管理回路１１は、電圧指令位相演算器７１の出力γを積算器１０に初期値として設定し、電圧指令位相演算器７１の出力γの単位時間当たりの変化量を電流ベクトル制御回路２内の速度推定信号ωｒに設定し、電圧指令振幅演算器７０の出力｜Ｖ１｜をＶ／ｆ変換回路８の出力のＥｒｅｆに設定するとともに、瞬停信号の解除信号を、磁化電流指令切替器１２、トルク電流切替器１３、位相指令切替器１４にそれぞれに入力する。磁化電流指令切替器１２とトルク電流切替器１３は、それぞれ電流ベクトル制御回路２の出力信号である各電流指令信号に励磁電流指令値ｉｄｒｅｆ、トルク電流指令値ｉｑｒｅｆを切替え、位相指令切替器１４は積算器１０の出力信号に位相指令信号θを切り替えた後、再運転し交流電動機９を継続駆動させる。
【０００８】
図３は、正回転方向にフリーランしている交流電動機９に対して、上のような動作原理を適用した場合の動作波形例であり、図３（ａ）は電圧指令信号波形であり、図３（ｂ）は位相γを示した図である。図３（ａ）に示すように、交流電動機９が正転の場合はｄ軸電圧指令値Ｖｄｒｅｆが、ｑ軸電圧指令値Ｖｑｒｅｆに対して９０°位相が進み、それぞれの電圧信号の振幅は時間経過とともに減衰している。
又、図３（ｂ）の場合は、電圧指令位相演算器７１の出力γは正側に回転している場合である。又、図示していないが、交流電動機９が逆転している場合は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄｒｅｆはｑ軸電圧指令値Ｖｑｒｅｆに対し９０°位相遅れとなり、それぞれの電圧信号の振幅は時間経過とともに同様に減衰し、電圧指令位相演算器７１の出力γは逆側に回転する。
なお、ここまでは、交流電動機９の電流がゼロになると、交流電動機９の残留電圧はｄ軸電圧指令値Ｖｄｒｅｆとｑ軸電圧指令値Ｖｑｒｅｆとなって現れると説明したが、交流電動機９の電流が完全にゼロにならなくても位相、角速度の検出は可能である。
【０００９】
次に、本発明の第２の実施の形態について図４を参照して説明する。
図４は本発明の第２の実施の形態に係る交流電動機の可変速制御装置のブロック図である。図４に示す第２の実施の形態は、図１に示す前実施の形態の動作が、瞬停発生時に位相指令切替器１４をゼロに切替えるために、位相指令信号θが不連続となって、機械的ショックが発生したり、電力変換部１の直流電圧が過電圧となって可変速制御装置がトリップする等の不都合が発生することがあるので、それらを回避するための改善例である。
図４の第２の実施の形態で、図１と異なる構成は、瞬停再始動管理回路１１が出力する瞬停信号により、位相指令信号θをゼロにする替わりに、新しく信号保持回路１５を設けて、信号保持回路１５に一次角周波数信号ω１を保持し、保持した値をＶ／ｆ変換回路８と積分器１０に入力するようにすること、及び、復電により再始動する際に、電圧指令位相演算器７１の出力γで交流電動機９の位相を、出力γの単位時間あたりの変化量で残留電圧の角速度を求める代わりに、電圧指令位相演算器７１の出力γと位相指令信号θの加算値で交流電動機９の残留電圧の位相を、出力γと位相指令信号θの加算値の単位時間あたりの変化量で残留電圧の角速度を求めるようにすることである。なお、その他の図１と同一構成には同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００１０】
つぎに動作について説明する。
図４の構成においても、図１の場合と同様に、瞬停時には瞬停信号によって磁化電流指令切替器１２、トルク電流切替器１３を電流ゼロに切替えて、励磁電流制御回路２０６とトルク電流制御回路６により交流電動機９の電流がゼロになるように電流制御が行われ、残留電圧の直交する２軸の電圧成分は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄｒｅｆとｑ軸電圧指令値Ｖｑｒｅｆとして現れるので、図２に示すように、電圧指令位相演算器７１の出力γと位相指令信号θの加算値（θ＋γ）で交流電動機９の残留電圧の位相を、加算値（θ＋γ）の単位時間あたりの変化量で角速度を求める。
このとき、一次角周波数ω１は、瞬停時に信号保持回路１５で保持された側に切替えられるので、信号保持回路１５からの一次角周波数信号ω１が積分器１０に加わり、積分器１０から連続的に位相指令信号θが出力されて加算値（θ＋γ）が得られる。
この動作により、瞬停発生時の位相指令信号θの不連続動作はなくなるので、機械的ショックや可変速制御装置のトリップ等の発生は避けられる。
又、復電後の再始動は、図１と同様な復帰手続きを行って、再運転し交流電動機９を駆動することにより、迅速でスムーズな再始動が可能となって、瞬停によるインバータ停止が生産ラインの設備全体の停止につながり、損害が拡大するような事態は回避できる。
なお、本発明では、瞬停発生時の位相指令信号θの不連続をなくすために、保持回路１５を設け、一次角周波数を保持するようにしたが、保持回路１５の替わりに、指令切替器を設け、瞬停発生時に一次角周波数をゼロに切り替えても、位相指令信号θの不連続をなくすことができるので、本発明と同様な効果を得ることができる。
また、本発明では、ここまで交流電動機９の励磁電流と、トルク電流を夫々独立に制御するベクトル制御を行う可変速制御装置として説明したが、Ｖ／ｆ一定制御を行う可変速制御装置においても、瞬停再始動時に交流電動機の励磁電流とトルク電流をそれぞれ独立に制御する電流制御部を付加すれば、全く同様な処理で本発明を適用できる。
また、本発明では瞬停再始動時の動作として説明したが、長時間、交流電動機がフリーランし、既に残留電圧がなくなっている場合は、一度励磁電流を流して、交流電動機の磁束を立ち上げれば、同様な処理で本発明を実施できる。
【００１１】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。
図５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である。本実施の形態における電動機の制御装置は、電力変換器２０１、交流電動機２０２、電流検出器２０３、電流座標変換回路２０４、トルク電流制御回路２０５、励磁電流制御回路２０６、位相演算回路２０７、Ｖ／ｆ変換回路２０８、出力電圧演算回路２０９、スイッチングパターン発生回路２１０、瞬停再始動管理回路２１１、速度推定回路２１２を備えている。
電力変換器２０１は、パワー素子により三相交流を変換した直流電圧をＰＷＭ制御方式により任意の周波数ｆ１と電圧の交流に変換し、交流電動機２０２に供給する。電流検出器２０３は、前記交流電動機２０２に供給される電流を検出する。
電流座標変換回路２０４は、前記電流検出器２０３で検出された電流をトルク電流検出値ｉｑｆｂと励磁電流検出値ｉｄｆｂに分離する。
トルク電流制御回路２０５は、与えられたトルク電流指令値ｉｑｒｅｆと前記トルク電流検出値ｉｑｆｂとが一致するように第１のｑ軸電圧指令値Ｖ’ｑｒｅｆを演算する。
励磁電流制御回路２０６は、与えられた励磁電流指令値ｉｄｒｅｆと前記励磁電流検出値ｉｄｆｂとが一致するようにｄ軸電圧指令値Ｖｄｒｅｆを演算する。位相演算回路２０７は、与えられた周波数ｆ１を積分することにより、位相θを演算する。
Ｖ／ｆ変換回路２０８は、前記与えられた周波数ｆ１から、交流電動機の誘起電圧に相当する電圧ｅを演算する。
出力電圧演算回路２０９は、前記トルク電流制御回路２０５の出力である第１のｑ軸電圧指令値Ｖ’ｑｒｅｆと前記Ｖ／ｆ変換回路２０８の出力である電圧ｅを加算し、第２のｑ軸電圧指令値Ｖｑｒｅｆを演算し、前記第２のｑ軸電圧指令値Ｖｑｒｅｆと前記ｄ軸電圧指令値Ｖｄｒｅｆとから、出力電圧指令値Ｖ１ｒｅｆとその電圧位相θｖを出力する。
スイッチングパターン発生回路２１０は、前記出力電圧指令値Ｖ１ｒｅｆ及び前記電圧位相θｖと前記位相θを加算した電力変換器出力位相θｄｅｇから、電力変換器１のスイッチングパターンを決定する。
瞬停再始動管理回路２１１は、瞬時停電を検出した後、電源が復旧して再始動する場合や運転指令が入力され始動する場合に、前記電力変換器２０１を正常に運転するように管理する。
速度推定回路２１２は、フリーラン状態の交流電動機２の速度ｆｒを推定する回路である。
【００１２】
次に、瞬停発生時の再始動方法の動作原理を説明する前に、図６の残留電圧の軌跡と電圧指令及び位相の関係を使って、フリーラン状態の交流電動機２０２の速度を推定する方法について説明する。通常運転中に瞬停等でフリーラン状態の交流電動機２０２は、残留電圧を発生し、その電圧の軌跡は図６の左図のように交流電動機２０２の回転速度で回転する。このため、交流電動機２０２の状態と無関係に電力変換器２０１を運転し始めると、交流電動機２０２と電力変換器２０１との間に電流が流れる。
しかし、交流電動機２０２の残留電圧と電力変換器の出力電圧の大きさ、位相、周波数が一致すれば、電流が流れなくなる。電力変換器２０１と交流電動機２０２の間に流れる電流を零にするためには、トルク電流指令値ｉｑｒｅｆと励磁電流指令値ｉｄｒｅｆと周波数ｆ１を零に設定し、トルク電流制御回路２０５、励磁電流制御回路２０６で、交流電動機２０２に流れるトルク電流検出値ｉｑｆｂと励磁電流検出値ｉｄｆｂがそれぞれ指令値に一致するように制御すればよい。これを零電流制御と呼ぶ。
零電流制御時のトルク電流制御回路２０５、励磁電流制御回路２０６の出力である第１のｑ軸電圧指令値Ｖ’ｑｒｅｆ、ｄ軸電圧指令値Ｖｄｒｅｆは、図６（ｂ）上側図のように交流電動機２０２の回転速度に一致した周波数ｆ１の正弦波状の電圧指令値となる。
周波数ｆ１  を零に設定すると、位相演算回路２０７から出力される位相θは固定され、Ｖ／ｆ変換回路２０８から出力される電圧Ｅｒｅｆは零になる。
出力電圧演算回路２０９は、前記第１のｑ軸電圧指令値Ｖ’ｑｒｅｆと前記ｄ軸電圧指令値Ｖｄｒｅｆを入力とし、出力電圧指令値Ｖ１ｒｅｆとその電圧位相θｖ  を出力する。前記出力電圧指令値Ｖ１ｒｅｆは残留電圧の大きさを表し、前記電圧位相θｖは残留電圧の位相を表す。
このため、図６（ｂ）下側図のように、この残留電圧の位相の時間変化を、一定時間毎に測定することで、前記速度推定回路２１２は残留電圧の周波数を測定する。前記残留電圧の周波数は、前記交流電動機２０２の回転速度に一致するため、フリーラン状態の交流電動機２０２の回転速度を推定することができる。
図６は前記交流電動機が正転している場合について考えたが、前記交流電動機が逆転している場合には、残留電圧の位相の回転方向が異なるだけで同様に考えることができる。これを図７に示す。このように、残留電圧を観測すれば、交流電動機の回転方向を含めて、回転速度を推定できる。
【００１３】
次に、瞬停が発生してから復電により再始動する場合の動作について説明する。前記交流電動機２０２を運転中に瞬停が発生すると、電力変換器２０１は運転を停止し、交流電動機２０２はフリーラン状態となる。電源が復帰し、電力変換器２０１が運転可能な状態になると、瞬停再始動管理回路２１１がトルク電流指令値ｉｑｒｅｆと励磁電流指令値ｉｄｒｅｆと周波数ｆ１を強制的に零とする。そして、前記零電流制御を実施して、前記出力電圧演算回路２０９から前記交流電動機２０２の残留電圧の大きさと位相である出力電圧指令値Ｖ１ｒｅｆとその電圧位相θｖを演算する。
瞬停再始動管理回路２１１は、前記出力電圧演算回路２０９が出力する出力電圧指令値Ｖ１ｒｅｆが任意に設定された電圧レベルよりも大きい場合には、電圧位相θｖを入力として、前記速度推定回路２１２は、交流電動機の回転速度の推定値ｆｒを出力することを管理する。
前記出力電圧演算回路２０９が出力する出力電圧指令値Ｖ１ｒｅｆが任意に設定された電圧レベルよりも小さい場合には、前記交流電動機２０２が停止または低速度で回転しているために、前記出力電圧指令値Ｖ１ｒｅｆが小さいのか、前記交流電動機は高速度で回転しているが、瞬停時間が交流電動機の二次時定数に比べ長いために残留電圧が小さくなってしまったのか、判断できない。そのため、瞬停再始動管理回路２１１は、任意に設定した時間、任意のレベルの直流電流を流し、再励磁を試みて、もう一度、前記零電流制御を実施して、前記出力電圧演算回路２０９から前記交流電動機２０２の残留電圧の大きさと位相である出力電圧指令値Ｖ１ｒｅｆとその電圧位相θｖを演算する。
そして、瞬停再始動管理回路２１１は、前記出力電圧演算回路２０９が出力する出力電圧指令値Ｖ１ｒｅｆが任意に設定された電圧レベルよりも大きい場合には、電圧位相θｖを入力として、前記速度推定回路２１２は、交流電動機の回転速度の推定値ｆｒを出力することを管理する。
【００１４】
瞬停再始動管理回路２１１は、再励磁した後に、前記出力電圧演算回路２０９が出力する出力電圧指令値Ｖ１ｒｅｆが任意に設定された電圧レベルよりも小さい場合には、電圧位相θｖを入力として、前記速度推定回路２１２が、交流電動機は停止している判断することを管理する。
瞬停再始動管理回路２１１は、前記のように前記出力電圧演算回路２０９が出力する出力電圧指令値Ｖ１ｒｅｆを観察して、速度推定回路２１２が交流電動機の速度推定値を出力すると、零電流制御をやめて、通常運転状態に入る。零電流制御状態から通常運転に移行する場合に、周波数ｆ１だけ一致させて前記電力変換器２０１を始動しても、前記交流電動機には過大な電流が流れたりして、スムーズな始動ができない可能性がある。
これを防止するためには、零電流制御中の残留電圧の大きさと位相が通常制御に移行する瞬間にも連続すれば良い。瞬停再始動管理回路２１１は、電力変換器の出力電圧指令値Ｖ１ｒｅｆ及び電力変換器出力位相θｄｅｇ及び出力周波数ｆ１に初期値を設定することを管理する。
前記電力変換器の出力電圧指令値Ｖ１ｒｅｆは零電流制御中に前記出力電圧演算回路２０９により演算された出力電圧指令値Ｖ１ｒｅｆを設定する。ここで、零電流制御により測定した残留電圧は、交流電動機２０２の誘起電圧ｅであるので、前記Ｖ／ｆ変換器２０８の出力電圧Ｅｒｅｆの初期値として、零電流制御中に前記出力電圧演算回路２０９により演算された出力電圧指令値Ｖ１ｒｅｆを設定する。
前記出力周波数ｆ１の初期値は、前記速度推定回路２１２が出力する交流電動機２０２の回転速度の推定値ｆｒを設定する。
通常運転状態では、前記電力変換器出力位相θｄｅｇは交流電動機２０２の磁束の位相を基準にして制御するが、零電流制御中は交流電動機２０２の誘起電圧ｅの位相を出力しているので、正転の場合には９０度位相が進んでいて、逆転の場合には９０度位相が遅れている。
従って、前記電力変換器出力位相θｄｅｇの初期値は、零電流制御の最後の位相から回転方向に応じて９０度位相を修正した後、前記速度推定回路２１２が出力する交流電動機２０２の回転速度の推定値ｆｒで位相が進んでいる分を補正した値を設定する。
瞬停再始動管理回路２１１は、前記Ｖ／ｆ変換器２０８の出力電圧Ｅｒｅｆの初期値が、その交流電動機２０２の正規の誘起電圧より小さい場合には、正規の誘起電圧に相当するまで、徐々に増加させることを管理する。
以上の動作が終了すると、通常運転状態となるため、瞬停再始動管理回路２１１の動作は終了する。
【００１５】
また、図８は本発明における交流電動機の制御装置の第４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、電力変換器２０１、交流電動機２０２、電流検出器２０３、電流座標変換回路２０４、トルク電流制御回路２０５、励磁電流制御回路２０６、位相演算回路２０７、Ｖ／ｆ変換回路２０８、出力電圧演算回路２０９、スイッチングパターン発生回路２１０、瞬停再始動管理回路２１１、速度推定回路２１２Ｂを備えている。第４の実施形態では、第３の実施形態とほぼ同じ構成であるので、説明は省略する。第３の実施形態の速度推定回路２１２と第４の実施形態の速度推定回路２１２Ｂは、入力が異なるだけで、機能は同じである。
【００１６】
次に、図９の交流電動機にｄ軸電圧を与えた場合の電流検出値の変化を使って、残留電圧がない場合のフリーラン状態の交流電動機２０２の速度を推定する方法について説明する。瞬停等でフリーラン状態の交流電動機２０２は、残留電圧を発生するが、瞬停時間が交流電動機の２次回路時定数よりも長い場合には、残留電圧がなくなってしまう。この場合には、第３の実施形態では交流電動機の速度を推定することはできない。そこで、第４の実施形態では、フリーラン中の交流電動機に励磁電流を流し、磁束を立ち上げる際の過度的にロータに流れる二次電流の周波数ｆ１を検出して、交流電動機の速度を推定するものである。
まず、交流電動機を励磁するため、励磁電流指令ｉｄｒｅｆはある設定した値を、トルク電流指令には零をそれぞれ与え、励磁電流制御回路２０６で励磁電流検出値ｉｄｆｂを励磁電流指令ｉｄｒｅｆに一致させるように制御する。モータ速度情報を得るためにトルク電流制御回路２０５は制御しない。仮に、モータが停止している状態であれば、ｄ軸に必要な電圧は一次抵抗降下分であるので、ｄ軸電圧指令Ｖｄ*に一次抵抗降下分を初期値として与え、ｑ軸電圧指令Ｖｑ*は零とする。交流電動機の速度がわからないので、周波数も零とする。これは任意の位相に直流電圧指令Ｖｄｒｅｆを与えていることと等価である。この時、交流電動機２が回転していると、トルク電流検出値ｉｑｆｂは図９のように変化する。トルク電流検出値ｉｑｆｂの周波数はフリーラン中の交流電動機２０２の速度と一致する。このトルク電流検出値ｉｑｆｂの周波数を計測することにより、交流電動機２０２の速度を検出できる。
【００１７】
図９は前記交流電動機が正転している場合について考えたが、前記交流電動機が逆転している場合には、励磁電流検出値ｉｄｆｂとトルク電流検出値ｉｑｆｂの位相の関係が異なる。これを図１０に示す。
このように、正転の場合には、励磁電流検出値ｉｄｆｂの方がトルク電流検出値ｉｑｆｂより進み、逆転の場合には、励磁電流検出値ｉｄｆｂの方がトルク電流検出値ｉｑｆｂより遅れる。このように、直流電圧を印加することで、交流電動機の回転方向を含めて、回転速度を推定できる。
モータのフリーラン速度が低い場合には、励磁電流検出値ｉｄｆｂにはほとんど振幅が発生しなくなるため、この方法だけでは回転方向を検出できなくなる。しかし、モータが回転している場合には、トルク電流検出値ｉｑｆｂに正弦波状の信号が表れる。正転の場合には正弦波状の信号が１８０度位相から始まり、逆転の場合には０位相から始まる。このように、どちらの位相から始まったかで、回転方向を検出できる。
【００１８】
次に、瞬停が発生してから復電により再始動する場合の動作について説明する。
前記交流電動機２０２を運転中に瞬停が発生すると、電力変換器２０１は運転を停止し、交流電動機２０２はフリーラン状態となる。電源が復帰し、電力変換器２０１が運転可能な状態になると、瞬停再始動回路２１１がトルク電流指令値ｉｑｒｅｆと励磁電流指令値ｉｄｒｅｆと周波数ｆ１を強制的に零とする。そして、前記零電流制御を実施して、前記出力電圧演算回路２０９から前記交流電動機２の残留電圧の大きさと位相である出力電圧指令値Ｖ１ｒｅｆとその電圧位相θｖを演算する。
前記出力電圧演算回路２０９が出力する出力電圧指令値Ｖ１ｒｅｆが任意に設定された電圧レベルよりも小さい場合には、前記交流電動機２０２が停止または低速度で回転しているために前記出力電圧指令値Ｖ１ｒｅｆが小さいのか、それとも前記交流電動機は高速度で回転しているが瞬停時間が交流電動機の二次時定数に比べ長いために残留電圧が小さくなってしまったのか、どちらであるのかについて瞬停再始動管理回路２１１は判断ができない。
そのため、瞬停再始動管理回路２１１は、任意に設定した時間、任意のレベルの直流電圧を印加することで、直流電流を流し、励磁電流検出値ｉｄｆｂ及びトルク電流検出値ｉｑｆｂを前記速度推定回路２１２Ｂに入力し、前記の方法により交流電動機の回転速度の推定値を出力することを管理する。
瞬停再始動管理回路２１１は、速度推定回路２１２Ｂが交流電動機の速度推定値を出力すると、直流電圧を印加することをやめて、通常運転状態に入る。
直流電圧印加状態から通常運転に移行する場合に、前記電力変換器２０１には速度推定回路２１２Ｂが出力する速度推定値に相当する周波数ｆ１を設定すれば良いが、交流電動機の回転速度に応じた誘起電圧である電圧指令を与えて始動すると、前記交流電動機には過大な電流が流れたりし、スムーズな始動ができない可能性がある。これを防止するために、瞬停再始動管理回路２１１は、前記Ｖ／ｆ変換回路２０８の出力電圧が、その交流電動機２０２の正規の誘起電圧に相当するまで、徐々に増加させることを管理する。
【００１９】
上記の実施の形態では、励磁電流制御回路２０６のみを動作させることを考えたが、トルク電流制御回路２０５のみを動作させても良いし、どちらの電流制御回路も動作させなくても良い。また、直流電圧指令をｑ軸方向に与えても良い。
【００２０】
次に、本発明の第５の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１１は本発明における交流電動機の制御装置の第５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、電力変換器２０１、交流電動機２０２、電流検出器２０３、電流座標変換回路２０４、トルク電流制御回路２０５、励磁電流制御回路２０６、位相演算回路２０７、Ｖ／ｆ変換回路２０８、出力電圧演算回路２０９、スイッチングパターン発生回路２１０、瞬停再始動管理回路２１１、速度推定回路２１２を備えている。
電力変換器２０１は、パワー素子により三相交流を変換した直流電圧をＰＷＭ制御方式により任意の周波数と電圧の交流に変換し、交流電動機２０２に供給する。
電流検出器２０３は、前記交流電動機２０２に供給される電流を検出する。電流座標変換回路２０４は、前記電流検出器２０３で検出された電流をトルク電流検出値ｉｑｆｂと励磁電流検出値ｉｄｆｂに分離する。
トルク電流制御回路２０５は、与えられたトルク電流指令値ｉｑｒｅｆと前記トルク電流検出値ｉｑｆｂとが一致するように第１のｑ軸電圧指令値Ｖｑｒｅｆを演算する。
励磁電流制御回路２０６は、与えられた励磁電流指令値ｉｄｒｅｆと前記励磁電流検出値ｉｄｆｂとが一致するようにｄ軸電圧指令値Ｖｄｒｅｆを演算する。位相演算回路２０７は、与えられた周波数ｆ１を積分することにより、位相を演算する。
Ｖ／ｆ変換回路２０８は、前記与えられた周波数ｆ１から交流電動機の誘起電圧に相当する電圧Ｅｒｅｆを演算する。
出力電圧演算回路２０９は、前記トルク電流制御回路５の出力である第１のｑ軸電圧指令値Ｖｑｒｅｆと前記Ｖ／ｆ変換回路２０８の出力である電圧Ｅｒｅｆを加算し、第２のｑ軸電圧指令値Ｖｑｒｅｆを演算し、前記第２のｑ軸電圧指令値Ｖｑｒｅｆと前記ｄ軸電圧指令値Ｖｄｒｅｆとから、出力電圧指令値Ｖ１ｒｅｆとその電圧位相θｖを出力する。
スイッチングパターン発生回路２１０は、前記出力電圧指令値Ｖ１ｒｅｆ及び前記電圧位相θｖと前記位相を加算した電力変換器出力位相θｄｅｇから、電力変換器２０１のスイッチングパターンを決定する。
瞬停再始動管理回路２１１は、瞬時停電を検出した後、電源が復旧して再始動する場合や運転指令が入力され始動する場合に、前記電力変換器２０１を正常に運転するように管理する。
速度推定回路２１２は、フリーラン状態の交流電動機２０２の速度ｆｒを推定する回路である。
次に、図１２の交流電動機にｄ軸電圧を与えた場合の電流検出値の変化を使って、残留電圧がない場合のフリーラン状態の交流電動機２０２の速度を推定する方法について説明する。瞬停等でフリーラン状態の交流電動機２０２は、残留電圧を発生するが、瞬停時間が交流電動機の２次回路時定数よりも長い場合には、残留電圧がなくなってしまう。そこで、第２の実施形態では、フリーラン中の交流電動機に励磁電流を流し、磁束を立ち上げる際の過度的にロータに流れる二次電流の周波数を検出して、交流電動機の速度を推定するものである。
まず、交流電動機を励磁するため、励磁電流指令ｉｄｒｅｆはある設定した値を、トルク電流指令ｉｑｒｅｆには零をそれぞれ与え、励磁電流制御回路２０６で励磁電流検出値ｉｄを励磁電流指令ｉｄｒｅｆに一致させるように設定された時間だけ制御する。その後、励磁電流指令ｉｄｒｅｆの符号と大きさを変更して、設定された時間だけ制御する。モータ速度情報を得るためにトルク電流制御回路２０５は制御しない。ｄ軸電圧指令Ｖｄｒｅｆとｑ軸電圧指令Ｖｑｒｅｆは零とする。交流電動機の速度がわからないので、周波数も零とする。この時、交流電動機２０２が回転していると、トルク電流検出値ｉｑｆｂは図１２のように変化する。励磁電流指令の符号が負の場合には、トルク電流検出値ｉｑｆｂは位相が０度から始まる正弦波に変化し、励磁電流指令の符号が正の場合には、トルク電流検出値ｉｑｆｂは位相が１８０度から始まる正弦波に変化する。
このトルク電流検出値ｉｑｆｂの正弦波の周波数はフリーラン中の交流電動機２０２の速度と一致する。このトルク電流検出値ｉｑｆｂの周波数を計測することにより、交流電動機２０２の速度を検出できる。
図１２は前記交流電動機２０２が正転している場合について考えたが、前記交流電動機２０２が逆転している場合には、図１３のような波形が得られる。このように、励磁電流指令ｉｄｒｅｆの符号が正のときには、正転の場合にトルク電流検出値ｉｑｆｂは位相が０度から始まり、逆転の場合に、１８０度の位相より始まる。
このように、励磁電流指令ｉｄｒｅｆを与え制御することで、交流電動機２０２の回転方向を含めて、回転速度を推定できる。
次に、瞬停が発生してから復電により再始動する場合の動作について説明する。前記交流電動機２０２を運転中に瞬停が発生すると、電力変換器２０１は運転を停止し、交流電動機２０２はフリーラン状態となる。電源が復帰し、電力変換器２０１が運転可能な状態になると、瞬停再始動回路２１１がトルク電流指令値ｉｑｒｅｆと励磁電流指令値ｉｄｒｅｆと周波数ｆ１を強制的に零とする。そして、前記零電流制御を実施して、前記出力電圧演算回路２０９から前記交流電動機２０２の残留電圧の大きさ、位相である出力電圧指令値Ｖ１ｒｅｆとその電圧位相θｖを演算する。
瞬停再始動管理回路２１１は、前記出力電圧演算回路２０９が出力する出力電圧指令値Ｖ１ｒｅｆが任意に設定された電圧レベルよりも小さい場合には、前記交流電動機２０２が停止または低速度で回転しているために、前記出力電圧指令値Ｖ１ｒｅｆが小さいのか、前記交流電動機は高速度で回転しているが、瞬停時間が交流電動機２０２の二次時定数に比べ長いために残留電圧が小さくなってしまったのか、判断できない。そのため、瞬停再始動管理回路２１１は、任意に設定した時間、励磁電流指令値ｉｄｒｅｆに直流電流指令を与えた後、直流電流指令の符号と大きさを変え電流制御し、トルク電流検出値ｉｑを前記速度推定回路２１２に入力し、前記の方法により交流電動機２０２の回転速度の推定値を出力することを管理する。
瞬停再始動管理回路２１１は、任意に設定された時間経過すると、電流制御するのを停止させ、速度推定回路２１２が交流電動機２０２の速度推定値を出力するので、通常運転状態に入る。直流電圧印加状態から通常運転に移行する場合に、前記電力変換器２０１には速度推定回路２１２が出力する速度推定値に相当する周波数を設定すれば良いが、交流電動機２０２の回転速度に応じた誘起電圧である電圧指令を与えて始動すると、前記交流電動機２０２には過大な電流が流れたりし、スムーズな始動ができない可能性がある。
これを防止するために、瞬停再始動管理回路２１１は、前記Ｖ／ｆ変換回路２０８の出力電圧が、その交流電動機２０２の正規の誘起電圧に相当するまで、徐々に増加させることを管理する。
上記実施例では、励磁電流制御回路２０６のみを動作させることを考えたが、トルク電流制御回路２０５のみを動作させても良いし、どちらの電流制御回路も動作させなくても良い。
また、励磁電流指令値ｉｄｒｅｆを与えて電流制御せずとも、直流電圧を印加することでも、同様の現象が発生するため、速度推定と回転方向検出が可能となる。
また、残留電圧が全くない場合には、励磁電流指令値ｉｄｒｅｆは１方向のみで良いが、残留電圧があると残留電圧の大きさと位相によって、一度目の励磁電流指令値ｉｄｒｅｆのときの挙動が変わるため、モータ速度の検出は可能であるが、回転方向は二度目の励磁電流指令値ｉｄｒｅｆのときに検出する。
また、モータ速度が高い場合には、正転のとき励磁電流検出値ｉｄｆｂの方がトルク電流検出値ｉｑｆｂより進み、逆転のとき励磁電流検出値ｉｄｆｂの方がトルク電流検出値ｉｑｆｂより遅れる、ということを利用しても回転方向を検出することができる。
また、交流電動機２に流れる電流をトルク電流と励磁電流に分離して、それぞれ独立に制御するベクトル制御を行う電力変換装置として説明したが、Ｖ／ｆ一定制御を行う電力変換装置においても、瞬停再始動時に交流電動機に流れる電流をトルク電流と励磁電流に分離して、それぞれ独立に制御する電流制御回路を付加すれば、全く同様の処理で本発明を実施することができる。
また、上記実施例では瞬停再始動時の動作として説明したが、長時間、交流電動機がフリーランしている状態で始動する場合にも、上記と同様の処理で本発明を実施することができる。
このようにすれば、交流電動機に残留電圧があってもなくても、交流電動機の速度を推定することができるので、瞬停再始動時等に迅速に、かつ、スムーズに再運転が行えるという利点がある。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、交流電動機がフリーランにある場合に交流電動機の電流をゼロにするように強制的に電流制御し、この時の電流制御部出力を用いて演算する出力電圧指令信号を基に、交流電動機の残留電圧の位相および角速度を求めるので、残留電圧の位相と角速度が精度良く測定可能になり、瞬停再始動時等に迅速に、且つ、スムーズに再運転を行えるという効果がある。
また、残留電圧の位相および角速度を求める際に、保持回路に事前の速度信号を保持して位相指令信号を加算した値より残留電圧の位相および角速度を求めるので、位相指令信号の連続性が保たれ機械性のショック、あるいは可変速制御装置のトリップ等の発生を防止して、安定な再運転が可能となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る交流電動機の可変速制御装置のブロック図である。
【図２】図１に示す２相／３相変換器の構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示す交流電動機のフリーラン状態時の動作波形を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る交流電動機の可変速制御装置のブロック図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る交流電動機の制御装置のブロック図である。
【図６】交流電動機の残留電圧の軌跡と電流制御器の出力電圧指令及び位相（正転時）との関係を示す線図である。
【図７】交流電動機の残留電圧の軌跡と電流制御器の出力電圧指令及び位相（逆転時）との関係を示す線図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態に係る交流電動機の制御装置のブロック図である。
【図９】交流電動機にｄ軸電圧を与えた場合の電流検出値の変化（正転）を示す線図である。
【図１０】交流電動機にｄ軸電圧を与えた場合の電流検出値の変化（逆転）を示す線図である。
【図１１】本発明の第５の実施の形態に係る交流電動機の制御装置のブロック図である。
【図１２】交流電動機に励磁電流指令を与えた場合のトルク電流検出値の変化（正転）を示す線図である。
【図１３】交流電動機に励磁電流指令を与えた場合のトルク電流検出値の変化（逆転）を示す線図である。
【符号の説明】
１    電力変換器
２    電流ベクトル制御回路
３    ３相／２相変換器
４    一次角周波数演算回路
５    励磁電流制御回路
６    トルク電流制御回路
７    ２相／３相変換器
８    Ｖ／ｆ変換回路
９    交流電動機
１０    積算器
１１    瞬停再始動管理回路
１２    磁化電流指令切替器
１３    トルク電流切替器
１４    位相指令切替器
１５    信号保持回路
７０    電圧指令振幅演算器
７１    電圧指令位相演算器
７２    電圧指令変換器
２０１    電力変換器
２０２    交流電動機
２０３    電流検出器
２０４    電流座標変換回路
２０５    トルク電流制御回路
２０６    励磁電流制御回路
２０７    位相演算回路
２０８    Ｖ／ｆ変換回路
２０９    出力電圧演算回路
２１０    スイッチングパターン発生回路
２１１    瞬停再始動管理回路
２１２    速度推定回路
２１２Ｂ  速度推定回路
【図１】
0004139934.tif 000003
【図２】
0004139934.tif 000004
【図３】
0004139934.tif 000005
【図４】
0004139934.tif 000006
【図５】
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【図６】
0004139934.tif 000008
【図７】
0004139934.tif 000009
【図８】
0004139934.tif 000010
【図９】
0004139934.tif 000011
【図１０】
0004139934.tif 000012
【図１１】
0004139934.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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