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発明の名称 交流電動機の制御方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−159231(P2007−159231A)
公開日 平成19年6月21日(2007.6.21)
出願番号 特願2005−349333(P2005−349333)
出願日 平成17年12月2日(2005.12.2)
代理人 【識別番号】100075166
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 巖
発明者 田島 宏一 / 八須 康明
要約 課題
可変電圧可変周波数インバータから交流電動機に給電しつつ、該電動機を可変速制御する交流電動機に好適な空転時の回転速度推定値の導出方法を提供する。

解決手段
誘導電動機1に所望の一次電圧(v1)を供給するインバータ2と、インバータ2から誘導電動機1への一次電流(i1)を検出する電流検出器3と、前記v1を発生するための電圧指令値(v1*)を生成する電圧指令値演算手段4と、誘導電動機1が空転時の回転速度の推定値(ω1r#)を演算する空転時速度推定手段5と、これらの動作を指令するシーケンス回路6とで構成し、この空転時速度推定手段5では、誘導電動機1の空転時に巻線間を短絡させたときの電流値に基づいて、前記推定値の導出方法を切り替える。
特許請求の範囲
【請求項1】
可変電圧可変周波数インバータから交流電動機に給電しつつ、該電動機を可変速制御する交流電動機の制御方法において、
前記電動機の空転時に、前記インバータの主回路を形成する半導体スイッチング素子のうち、少なくとも一つをオン・オフさせて該電動機の巻線間を短絡させ、
このときに流れる巻線電流値に基づいて、前記電動機の回転速度推定値の導出方法を切り替え、
得られた回転速度推定値に基づいて、前記インバータからの給電を開始して前記電動機を再起動させ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に記載の交流電動機の制御方法において、
前記巻線電流値が予め定めた下限値以上のときには、再度、前記半導体スイッチング素子をオン・オフさせて前記電動機の巻線を短絡させ、双方の巻線電流値に基づいて該電動機の回転速度推定値を導出することを特徴とする交流電動機の制御方法。
【請求項3】
請求項1又は請求項2に記載の交流電動機の制御方法において、
前記巻線電流値が予め定めた下限値未満のときには、新たに、前記インバータから前記電動機に供給した電圧または電流に基づいて該電動機の回転速度推定値を導出することを特徴とする交流電動機の制御方法。

発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
この発明は、可変電圧可変周波数インバータから交流電動機に給電しつつ、該電動機を可変速制御する交流電動機の制御方法に関わり、特に、前記電動機の空転時の回転速度推定値の導出方法を関する。
【背景技術】
【0002】
近年、交流電動機を駆動する可変電圧可変周波数インバータ(以下、単にインバータとも称する)が停止していて交流電動機が空転している状態での再起動、例えば、インバータの入力電源である商用電源などの瞬時停電回復後に再起動する際の交流電動機の制御方法としては、下記特許文献1,2などに記載されているものが知られている。
【特許文献1】特許第3636340号公報
【特許文献2】特開平11−346500号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかしながら、交流電動機の空転時に、インバータの主回路を形成する半導体スイッチング素子のうち、少なくとも一つをオン・オフさせて該電動機の巻線間を短絡させ、このときに流れる巻線電流値から該電動機の回転速度の推定値を演算する、例えば、上記特許文献1に記載されている制御方法は、このときの交流電動機の誘起電圧を利用しているため、永久磁石界磁を有する同期電動機や残留電圧が存在する誘導電動機には適用可能であるが、残留電圧が減衰した誘導電動機には適用できないという難点があった。
【0004】
また、交流電動機の空転時に、インバータから前記電動機に供給した電圧または電流から該電動機の回転速度の推定値を演算する、例えば、上記特許文献2に記載されている制御方法は、このときの誘導電動機に残留電圧が存在する場合には回転速度推定演算に影響を与えるために、残留電圧が十分に減衰してから行う必要があった。
【0005】
この発明の目的は、交流電動機の空転時の状態に依存すること無く、該電動機の回転速度が推定できる交流電動機の制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
この第1の発明は、可変電圧可変周波数インバータから交流電動機に給電しつつ、該電動機を可変速制御する交流電動機の制御方法において、
前記電動機の空転時に、前記インバータの主回路を形成する半導体スイッチング素子のうち、少なくとも一つをオン・オフさせて該電動機の巻線間を短絡させ、このときに流れる巻線電流値に基づいて、前記電動機の回転速度推定値の導出方法を切り替え、得られた回転速度推定値に基づいて、前記インバータからの給電を開始して前記電動機を再起動させることを特徴とする。
【0007】
また第2の発明は、前記第1の発明の交流電動機の制御方法において、
前記巻線電流値が予め定めた下限値以上のときには、再度、前記半導体スイッチング素子をオン・オフさせて前記電動機の巻線を短絡させ、双方の巻線電流値に基づいて該電動機の回転速度推定値を導出することを特徴とする。
【0008】
さらに第3の発明は、前記第1又は第2の発明の交流電動機の制御方法において、
前記巻線電流値が予め定めた下限値未満のときには、新たに、前記インバータから前記電動機に供給した電圧または電流に基づいて該電動機の回転速度推定値を導出することを特徴とする。
【発明の効果】
【0009】
この発明によれば、可変電圧可変周波数インバータの主回路を形成する半導体スイッチング素子のうち、少なくとも一つをオン・オフさせて交流電動機の巻線間を短絡させ、このときに流れる巻線電流値が予め定めた下限値以上のとき、または前記下限値未満のときとで、前記電動機の回転速度推定値の導出方法を切り替えるようにしたことで、この交流電動機の回転速度の推定値を確実に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
図1は、この発明の実施例を示す回路構成図であり、1は交流電動機としての誘導電動機、2は誘導電動機1に所望の一次電圧(v1)を供給するインバータ、3はインバータ2から誘導電動機1への一次電流(i1)を検出する電流検出器、4は前記v1を発生するための電圧指令値(v1*)を生成する電圧指令値演算手段、5は誘導電動機1が空転時の回転速度の推定値(ωr#)を演算する空転時速度推定手段、6はインバータ2,電圧指令値演算手段4,空転時速度推定手段5などの動作を指令するシーケンス回路である。
【0011】
この電圧指令値演算手段4では、シーケンス回路6からのシーケンス信号に基づいた誘導電動機1の通常運転時の動作として、外部などから指令される誘導電動機1の一次角周波数指令値(ω1)と、このω1を時間積分して得られる位相角指令値(θ1)に基づき電流検出器3で検出された誘導電動機1の電流i1を座標変換したd−q軸のそれぞれ電流と、誘導電動機1の電動機定数とからd−q軸それぞれの電圧指令値を演算し、さらにこれらの値を前記θ1に基づき座標変換した前記v1を生成している。
【0012】
次に、誘導電動機2が空転時の前記ωr#を導出する方法について、図2に示す空転時速度推定手段5の動作フローチャートと図3,4に示すその動作波形図とを参照しつつ、以下に説明をする。
【0013】
図2において、例えば、シーケンス回路6がインバータ2の入力電源である商用電源などの瞬時停電を検知してインバータ2の主回路をパルスオフさせた状態から、この瞬時停電の回復を検知すると、前記主回路の半導体スイッチング素子の少なくとも一つをオン・オフさせて固定子巻線を短絡させる(例えば、前記主回路の上アームの半導体スイッチング素子それぞれをオン状態,下アームの半導体スイッチング素子それぞれをオフ状態とする)。以下では、この上,下アームの状態を零電圧とも称する(ステップS1)。固定子巻線が短絡すると、逆起電力によって巻線に電流が流れるので、図3に示すように零電圧の期間がT1経過する直前の誘導電動機1の巻線電流の電流検出器3を介した検出値i1(T1)を記憶するとともに、この値と下限値ithとの関係を判定し(ステップS2)、i1(T1)≧ithのときにはインバータ2の主回路をパルスオフさせてステップS3へ移り、i1(T1)<ithのときにはインバータ2の主回路をパルスオフさせてステップS5へ移る。
【0014】
次に、ステップS3では前回(1回目)の零電圧発生から時間T2後に再度零電圧(2回目)の状態にし、図3に示すようにT2後の零電圧の期間がT1経過する直前の誘導電動機1の巻線電流の電流検出器3を介した検出値i1(T1+T2)を記憶する(ステップS4)とともに、記憶したi1(T1),i1(T1+T2)それぞれのα−β軸に変換した値から、下記数1式,数2式に示すように電流ベクトル位相角(Θ1)を求める。
【0015】
(数1)
ΘI(T1)=tan-1{i1β(T1)/i1α(T1)}
【0016】
(数2)
ΘI(T1+T2)=tan-1{i1β(T1+T2)/i1α(T1+T2)}
上記数1式,数2式から、このとき(T1+T2)の誘導電動機1の回転速度の推定値(ωr#)は下記数3式となる。
【0017】
(数3)
ωr#(T1+T2)={ΘI(T1+T2)−ΘI(T1)}/T2
また、ステップS5では1回目の零電圧の期間での誘導電動機1の巻線電流の電流検出器3を介した検出値i1(T1)が下限値ith未満であり、この零電圧時の電流からの上記数1〜3式に基づいて誘導電動機1の回転速度の推定値(ωr#)を導出すると、この値には誤差が多く含まれているので、これを回避するために、シーケンス回路6からの指令により、電圧指令値演算手段4からインバータ2へ、新たに、電圧または電流を誘導電動機1に供給する電圧指令値を所定の期間発生させることにより、誘導電動機1と電圧指令値演算手段4とインバータ2とからなる閉ループを自励発振させ、このときの誘導電動機1の一次電流の電流検出器3を介した検出値i1のα−β軸に変換した値、例えば、図4に示すi(α)の正弦波状の波形の1周期を計測すると、この計測値はこのときの誘導電動機1の回転速度の推定値(ωr#)に対応した値になっている。
【0018】
すなわち、誘導電動機1の空転時に、空転時速度推定手段5で得られた誘導電動機1の回転速度推定値に基づいた電圧,周波数の一次電圧をインバータ2から誘導電動機1へ供給することで、誘導電動機1をショックレスに再起動させることができる。
【0019】
なお、上述の実施例では誘導電動機を用いた場合について説明をしたが、永久磁石同期電動機を用いたときにも、この発明の制御方法により、空転時の該同期電動機をショックレスに再起動することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】この発明の実施の形態を示す回路構成図
【図2】図1の動作を説明するフローチャート
【図3】図2の動作を説明する波形図
【図4】図2の動作を説明する波形図
【符号の説明】
【0021】
1…誘導電動機、2…インバータ、3…電流検出器、4…電圧指令値演算手段、5…空転時速度推定手段、6…シーケンス回路。





 

 


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