(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多相モータ（２）を介して駆動され、体積流量、圧力差等の移送特性を有する、ポンプ、またはコンプレッサ例えば側面ダクトコンプレッサ（１）等の装置の制御方法であって、多相モータ（２）の前段に周波数変換器（５）が接続されかつ周波数変換器（５）内または後段で電流が測定され、測定された電流値が移送特性の設定に使用される方法において、
移送特性用の電流特性カーブ（ｋ）または電力特性カーブが周波数（ｆ）の関数で、経験的に又は実験的に得られ、電流特性カーブ（ｋ）または電力特性カーブが記憶装置に格納され、希望する移送特性カーブ（ｋ’）または希望する移送特性値が、これから、関係する電流または関係する電力の算出を介して換算されることを特徴とする制御方法。
【請求項２】
周波数変換器（５）の電位差計を介して、電力または電流が直接調節されることを特徴とする請求項１に記載の制御方法。
【請求項３】
測定された電流（ｉ）または測定された電力が、装置性能に応じた許容最大電流（ｉ）ｇｒｅｎｚおよび／または許容最大電力と比較され、各許容最大電流（ｉ）ｇｒｅｎｚまたは各許容最大電力を超過することが防止されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の制御方法。
【請求項４】
交流モータまたは多相モータ（２）を介して駆動され、ポンプ、またはコンプレッサ例えば側面ダクトコンプレッサ（１）等の装置の特性を制御するための変換器で（５）あって、周波数変換器（５）内または後段で電流（ｉ）が測定される周波数変換器において、
周波数変換器（５）が電流（ｉ）と周波数（ｆ）および／または電力と周波数（ｆ）との関係を格納する記憶装置を備えることを特徴とする周波数変換器。
【請求項５】
交流モータと多相モータ（２）を介して駆動され、ポンプ、またはコンプレッサ例えば側面ダクトコンプレッサ（１）等の装置の特性を制御するための変換器（５）であって、周波数変換器（５）内または後段で電流（ｉ）が測定される周波数変換器において、
周波数変換器（５）が電流（ｉ）と周波数（ｆ）および／または電力と周波数（ｆ）との関係を格納する記憶装置を備えることを特徴とする周波数変換器。
【請求項６】
前記記憶装置内に、電流（ｉ）または電力と周波数（ｆ）との関係が、例えば圧力差（Δｐ）、体積流量（Δｖ）または質量流量等の、装置（１）の選択されたパラメータと関係付けられて格納されていることを特徴とする請求項４または５に記載の周波数変換器。
【請求項７】
前記記憶装置内に、許容最大温度および周波数（ｆ）に応じた限界値が格納されていることを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１項に記載の周波数変換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、多相モータを介して駆動され、体積流量、質量流量等の移送特性を有する、ポンプ、コンプレッサ例えば側面ダクトコンプレッサ等の装置の制御方法であって、多相モータの前段に周波数変換器が接続されかつ周波数変換器内または後段で電流測定または電流に比例する電圧の測定が行われる方法に関する。
【０００２】
周波数変換器が前段に接続されたこの種の装置は既知である。例えば、送風機、真空装置等の稼働機は、周波数変換器を介して給電される交流モータまたは多相モータによって駆動される。周波数変換器により商用周波数と異なった周波数に制御され、このような稼動機の出力は、その構成を変更することなく一定な周波数の場合に与えられる限界値以上に上昇可能である。このような電動モータの回転数は、周波数変換器によりほぼ任意に調節される。もって、出力は正確にその都度の需要に適合される。
【０００３】
前述の移送特性については、例えば側面ダクトコンプレッサの場合、稼動機として、体積流が圧力差の関数であり入力電力が圧力差の関数であることが重要である。さらに、温度も圧力差の関数であることは、とにかく上限温度に注意を払うことであり、好ましい。このようなコンプレッサの動作点は、負荷特性カーブと圧縮特性カーブとの交点となる。この場合は、装置について規定された限界値を超えて、例えば、コンプレッサの許容最大温度によって決まる程度の実現されうる圧力差に、その動作点が存在することが起こりうる。この点については、コンプレッサの後段に圧力差が高くなり過ぎた場合に開放する放出弁を設けることにより既に対応している。しかしながら、この方法はコンプレッサにより移送される媒体の一部が使用されないで放出されるので明らかに大きな欠点がある。圧縮または減圧を生成するための入力エネルギーの一部が使用されないままとなる。
【０００４】
この関連において既に、周波数変換器により駆動されるモータに制御装置を取り付け、負荷系における圧力または流量などの測定した値に応じて印加電力を設定する別の提案が行われている。しかしながら、この場合は明らかに特別の制御装置とともに高価なセンサが必要となる。しかしながら、この解決においては、負荷系における圧力を測定して、付加的な損失無しに作動圧を一定に制御することが行われている。
【０００５】
従来技術において、多相モータにより駆動される空調機の制御については、特許文献１から既知である。これにおいては、４つの異なる電圧／周波数特性カーブが記憶されている。これらの特性カーブだけではなく、これらの特性カーブに対応する変数としての電圧データも格納されている。格納された特性カーブに関しては、測定された温度に応じて、いずれかの特性カーブを選択する特性カーブセレクタが設けられる。特定の特性カーブが選択されると、それに対応した信号が駆動回路で生成され、駆動信号が周波数変換器の主回路のスイッチングトランジスタのベースに与えられる。
【特許文献１】
英国公開第２１９０５０９号公報
【０００６】
上記の技術の現状に鑑み、本発明の技術的課題は、上記の装置等の改良された制御方法を提供するものである。できる限り少ない経費により、エネルギー的に有利な方法で簡単な制御を可能とすることである。
【０００７】
この技術的な課題は請求項１の方法によりまず根本的に解決され、ここでは、移送特性用の電流特性カーブまたは電力特性カーブが周波数の関数として経験的に得られ、電流特性カーブまたは電力特性カーブが記憶装置に格納され、希望する移送特性カーブまたは希望する移送特性値が、これから、関係する電流または関係する電力の算出を介して換算される。周波数変換器の設定は、変数としての「電流」に限定される。さらに、経験的に又は実験的に得られたカーブのみが記憶装置に格納され、他の移送値は、これから換算により算出されることがわかる。事前に格納された複数の特性カーブから所定のものを選択し、それに基づいて選択された特性カーブから生成された信号を駆動回路に出力する、周波数設定信号又は事前設定信号の生成をほぼ必要としない。電流は、またそれに比例する（比例係数が電圧）電力の値を介して測定可能である。測定は、各時刻の周波数の関数となるように行われる。
【０００８】
本発明により、例えば側面ダクトコンプレッサのような装置において、電流または電力と移送特性例えば圧力差との間には数学的に記述できる関係、例えばほぼ線形の関係があることが明らかになった。さらに後で説明するように、この関係はほぼ二次関数的であることもある。これを基点として、さらに、このような特性カーブが判れば、負荷側系統または装置に対するセンサによる確認を行なうことなく、換算により任意の他の特性値に設定することができることが判明した。それ以外には、許容電流および／または許容電力の最大値もしくは限界値を知ることだけが必要である。これらの限界値は、許容最大回転数、許容最大モータ電流、ならびに、周波数変換器、モータおよびコンプレッサもしくはポンプの許容最大動作温度についてのものである。そして、所望の値を設定し又は所望の特性カーブが得られる範囲が与えられる。制御は、測定された電流値および／または求められた電力と周波数とにおいて整然と行われる。
【０００９】
本発明により、周波数変換器内または後段で得られた電流値（電力）が、周波数を、特性カーブ内の動作点を設定するために使用されるパラメータとする、圧力差または体積流量のような移送特性値と関連付けられる。電流特性カーブまたは電力特性カーブは、圧力差等の移送特性値に対し、周波数をパラメータとして、実験的に又は経験的に決定され、パラメータが変更された場合、このパラメータに基づいて所望の動作点が関連する電流又は電力から計算して換算される。希望する体積流量は、また、周波数の関数としての体積流量と圧力差の既知の関係に基づいて、圧力差と電流または電力との関係を特徴づける特性カーブ上の点として、または、希望する堆積流量から出発して、対応するまたは許容される圧力差とこれに対応する電流または電力とに基づいて、周波数の関数として求められるのでもよい。このようにして、実際に任意の特性カーブを簡単な方法で得ることができる。
【００１０】
さらに、この方法は、測定された電流または測定された電力を装置性能から決まる許容最大電流または許容最大電気動力と比較し、そのときの許容電流またはそのときの許容動力を超えることを阻止するように実施されると有利である。装置の特性カーブまたは決定された動作点で、許容最大電流または許容最大電気出力が到達されるがそれぞれを超えないように運転または制御される。
【００１１】
本発明の対象は、また、交流モータまたは多相モータにより駆動されるポンプまたはコンプレッサ、例えば側面ダクトコンプレッサのような装置の特性を制御する周波数変換器に関する。
【００１２】
このような周波数変換器に関し、本発明は、装置の有利な制御を可能とする構成を与えることを技術的課題とする。
【００１３】
この技術的な課題は、周波数変換器が電流と周波数との関係または電力と周波数との関係を記憶する記憶装置を備えることによってまず根本的に解決される。例えば、記憶装置は、ＥＰＲＯＭまたはＥＥＲＯＭとすることができる。
【００１４】
側面ダクトコンプレッサの場合の圧力差または体積流量または質量流量などの選定したパラメータに関して、電流または電力と周波数との関係を示す特性カーブを記憶させると有利である。さらに周波数および温度から決まる限界電流も記憶させると有利である。ベクトル制御用の周波数変換器の場合、特性カーブ制御のための使用する電力を、制御される回転モーメントおよび回転数から求める。上述の構成の１つによる周波数変換器によって、本装置の制御は装置内またはその後段に接続される負荷系に取付けられるセンサなしで実施できるので有利である。特別の制御は省略できる。さらに詳細には、周波数変換器内の電力インバータの前段または後段で電流を測定することも可能である。電力を制御に利用する場合には、電力はこれから計算することができる。周波数変換器では電圧と周波数の間に特定の関係があるので（Ｕ／ｆ特性カーブ制御周波数変換器）、周波数と電流または電流から計算した電力を変数に限定することができる。電流は、稼動機械の入力特性とモータ特性の関数である。稼動機械の入力特性は、負荷系と回転数の関数である。周波数は、例えば可変抵抗により使用者により予め選択されるが、制御器（周波数変換器）により制御に利用する電流または電力と関連させて制御することもできる。周波数変換器内または周波数変換器に付属させて記憶されている動力−周波数−特性カーブは、外部からの設定によりパラメータ化される。すなわち、パラメータを変化させ他の動作点に移動させることができる。
【００１５】
これに関連して、上記の電流または上記の電力に直接作用させるため、特にポテンショメータ又は同等の装置を一体化した周波数変換器が提案される。これは、周波数または圧力差もしくは質量流を設定するためのものである。例えば負荷の投入による稼動機の高負荷運転により、電流または電力と周波数の限界特性カーブから離れると、制御器は周波数を限界特性カーブ（基準電力特性カーブ）に丁度位置するよう制御する。この方法によりほぼ任意の稼動機特性カーブ上で運転することができる。周波数変換器に関しては、既に述べたようにいわゆるベクトル変換器を使用することができる。この場合は、そこで別に測定された電流成分Ｉμが、前記の構成に対応して移送特性値の設定に使用される。
【００１６】
以下、本発明を実施例のみに関係する添付図面により詳細に説明する。図面において、
図１  周波数変換器なしで負荷系に対して稼動する側面ダクトコンプレッサの基本接続図である。
図２  側面ダクトコンプレッサの流量と圧力差との基本的関係を表すグラフである。
図３  入力電力と圧力差との関係を示した別のグラフである。
図４  コンプレッサで発生する温度と圧力差の関係を示したグラフである。
図５  図１に対応する図で、周波数変換器および上段に設けられた制御装置付きのものである。
図６  周波数をパラメータとする体積流量と圧力差との関係を表すグラフである。
図７  図６に対応するグラフで圧力差に対する電力を示したものである。
図８  図６または図７に対応する別のグラフで、装置（コンプレッサ）に生ずる上記の温度を圧力差に対して示したものである。
図９  図１または図５に対応する図で、多相モータおよびこれに接続される側面ダクトコンプレッサに作用する周波数変換器のみを描写したものである。
図１０  図２に対応するグラフで、図１１および図１２と関連して代表的な特性を説明するためのものである。
図１１  周波数変換器で測定した電流を、周波数をパラメータとし、側面ダクトコンプレッサ内で発生する圧力差に関して示したグラフである。
図１２  圧力差をパラメータとして電流と周波数の関係を示すグラフである。
図１２ａ  図１２に対応するグラフで、二次方程式に従う実際の測定値をプロットとしたカーブである。および
図１３  特性限界カーブを有する側面ダクトコンプレッサの代表的特性領域である。
【００１７】
まず、図１にシステム構成に関して記述および説明を行なう。このシステム構成において、多相モータ２により駆動される側面ダクトコンプレッサ１が設けられている。側面ダクトコンプレッサ１は、配管３を介してシステムに配置された負荷ａ，ｂ，ｃ，ｄに対して稼動する。
【００１８】
配管３には、放出弁４が設けられる。側面ダクトコンプレッサ１は、作動して圧力差Δｐを生ずる。ここにおいて、これは本発明によるものでない従来のシステム構成である。これは、本発明の出発点の説明にだけ使用されるものである。このようなシステム構成においては、原則、図２に参照されるように、動作点ａ’、ｂ’、ｃ’、ｄ’が設定される。ここで、動作点ａ’は図１の負荷ａのみの動作に、動作点ｂ’は図１の負荷ａおよびｂでの動作に対応し、以下同様である。
【００１９】
明らかに、これらの動作点は、一方が付随の負荷特性カーブａ”、ｂ”、ｃ”およびｄ”上にあり、他方が側面ダクトコンプレッサの移送特性カーブ１’との交点に位置する。さらに、側面ダクトコンプレッサは、図２にΔｐｇｒｅｎｚとして示されている最大到達圧力差を有する。明らかなように、動作点ａ’およびｂ’は、到達し得ないΔｐ（ａ*およびｂ*を参照）を伴っている。これは、必要な駆動動力が達成可能な限界入力Ｎｇｒｅｎｚを超えると言う事実に基づいている（図３参照。）。さらに、グラフ間の既知の関係も上下の垂直線によって示される。入力Ｎｇｒｅｎｚは、最大モータ入力または最大送風温度によって決定されるのでもよく、後者に関しては図４を参照すること。
【００２０】
それにもかかわらず動作点ａ’を実現するには、限界圧力差Δｐｇｒｅｎｚに到達したとき開放する弁４が設けられる。この特性カーブの制御方法は、例えば、並列構成の負荷を一定の圧力にするためにも導入される。図４に示す実施例では、これは、負荷ａおよびｂ、または動作点ａ’およびｂ’に対応する。
【００２１】
図１に示す構成を改良するため、既にまた、図５に示す構成が提案されている。図１に示す構成に加えて、ここでは、制御装置６が制御する周波数変換器５が設けられる。制御装置６は例えばセンサ７、８、９と共に動作する、ここにおいて、センサ７は圧力センサであり、センサ８はモータの温度センサであり、そしてセンサ９は側面ダクトコンプレッサの温度センサである。センサ８および９は、また周波数変換器５に作用するのでもよい。
【００２２】
圧力センサ７は負荷系の圧力を測定して対応する測定信号を制御装置６に出力する。制御装置６は、低過ぎる圧力の場合は回転数を高め、高過ぎる圧力の場合は回転数を下げるよう、導電線１０を介して周波数変換器５に出力信号を送る。センサ７は、圧力センサ以外の例えば、負荷系で指定された体積流量となるように制御するまたは達成するための、流量センサであってもよい。
【００２３】
図６には圧力差に対する体積流量が示しされており、パラメータとして種々の周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４およびｆ５が記入されている。この周波数はｆ１からｆ５に向って上昇する。
【００２４】
図７には圧力差に対する電力（入力電力）が示されており、再び周波数ｆ１などがパラメータである。
【００２５】
図８に、比較可能に、圧力差に対して温度を示しており、ここでもパラメータとして周波数を用いている。個々のグラフの関係は、破線の縦線により明らかである。
【００２６】
図７および図８において、限界出力Ｎｇｒｅｎｚおよび限界温度Ｔｇｒｅｎｚによって、限界が示されていることが分かる。
【００２７】
前述および後述を問わず、体積流に関係するものである場合は、この代わりに質量流が使用できることが理解される。質量流は、例えば、体積流が既知のオリフィスにより大気に対して測定されず、システム内での測定のみが行われる場合等にさえも推奨される。これにより、体積流の場合に、密度の差により起こり得る周知の差異を排除する。
【００２８】
図９に、図１および図５に関連し、本発明によるシステム構成が再び示されている。ここでは、周波数変換器は符号５’で示されている、何故ならば、本発明による変更された周波数変換器が図５に示すシステム構成の周波数変換器５に関するからである。さらに、制御装置６は、置き換えられることなく省かれるのでもよい。また、今や、制御課題を引き受けられる「知的」周波数変換器５’が設けられているともいえる。
【００２９】
このため、周波数変換器５’は、電流または電力の参照関数もしくは参照カーブを、周波数をパラメータとして格納する記憶装置１１と一体に機能する。記憶装置１１は、例えばＥＰＲＯＭまたはＥＥＰＲＯＭとすることができる。参照関数の代わりに、動作点が格納されたときに即座に機能する、目標値制御機能とすることもできる。
【００３０】
このような参照カーブは、図１２に示されている。ここでは周波数に対する電流が記載されている。周波数ｆ１からｆ４の間では電流が実質的に（垂直の）直線に従うことが分かる。上述ように電流関数４は、この場合略
Ｉ＝Ａ×ｆ＋Ｂ
で与えられ、定数Ｂはそれ自身がΔｐｓｏｌｌ１の関数である（図１１に関連して後で詳細に説明する）。電流関数は、１次でよく近似できる。
【００３１】
しかし、さらに調査すると、電流または電力に関しては、関数は、実際は次式に従う周波数の二次関数であることが判明した。
Ｉ，Ｎ＝Ｋ＋Ａ×ｆ＋Ｂ×ｆ2
【００３２】
ここでも定数はそれら自身がΔｐｓｏｌｌ１の関数である。実際とよりよく一致するこの関係は図１２ａに示されている。この図では、実際に測定された値が上記の式によるカーブにより結ばれている。
【００３３】
図１１には、Δｐに対する電流が示されている。異なる周波数ｆ１〜ｆ５（ここでも増加する関係にあると考える）が、パラメータグループとして示されている。
【００３４】
周波数ｆ１〜ｆ４に対する第１のΔｐｓｏｌｌ１において、電流値は垂直な直線上にある。上方で、電流の増加は限界電流Ｉｇｒｅｎｚにより制限される。従って、周波数ｆ５に関してだけは、その前の周波数ｆ１からｆ４よりも低いΔｐにおいて運転できる。電流は、電力にほぼ比例する。これは、又同様に、記載されているように、電流が電力に比例するように測定される場合、電力を圧力差または周波数に関して表すことを可能にする。得られた関係は、同じである。
【００３５】
図１２には測定されたカーブ（直線）ｋに加えて、第２のΔｐ即ち図１１に示すΔｓｏｌｌ２と記載されたものに対応し、これ（カーブｋ）から計算を介して得られるカーブｋ’が示されている。
【００３６】
周波数変換器内またはその後段で測定された電流および／または求められた電力は、周波数変換器を制御装置として利用する実質的な出発点としての役目を果す。カーブｋは、使用側で測定され、例えば周波数変換器内にＥＰＲＯＭまたはＥＥＰＲＯＭ等の上記の部品に格納されるのでもよい。カーブはまた、例えば据え付け後に測定され、その後同じように格納されるのでもよい。モータ性能に関する限界電力、達し得る温度に関する限界電力、電気的構成部品の負荷耐力に関する限界電流、および稼動機の信頼性に関する限界回転数などの、その他の限界条件も同様に記憶装置に格納することができる。それぞれに応じて、これらは、流量値または電力値を介してあらわに表現され、または決定される。さらに、側面ダクトコンプレッサのような運転される稼動機が、それより下で運転されてはならない下限値さえもありうる。この下限もまた、対応し相関がある電流値または電力値を介して表現できる。既知の関係に基づいて、実際に任意の特性カーブ上で運転できるような総合的な領域を得ることができる。
【００３７】
このような領域の例が図１３に示されている。ここでも同様に、圧力差に対する体積流量の関係が示されている。その関係は、幾分模式化されて図示されている。即ち、最大回転数に対する最初の境界線、カーブＧ１、別の限界線は電流の上限を示すカーブＧ２、さらに別の限界線は熱的な限界を示すカーブＧ３、および最後に最低運転限界（例えばコンプレッサのポンプ限界）に相当するカーブＧ４である。例として、負荷特性カーブＶ１が記入されている。
【００３８】
限界線Ｇ１からＧ４の内側は、任意に運転および利用できる領域である。本発明の制御によれば、周波数変換器内で測定された電流または入力電力に応じて、所定の現実的な使用可能となる。また、特に一定体積流量または一定圧力差のカーブまたは直線上で運転することができる。
【００３９】
開示された全ての特徴は本発明に対し基本的なものである。従って、対応する／添付の優先書類（事前出願のコピー）の開示もまたすべて本出願の開示内に含まれるものであり、その目的のためこれらの書類の特徴もこの出願の請求事項に含まれるものである。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１２ａ】
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【図１３】
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