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発明の名称 誘導電動機の制御方法
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2007−215260(P2007−215260A)
公開日 平成19年8月23日(2007.8.23)
出願番号 特願2006−29688(P2006−29688)
出願日 平成18年2月7日(2006.2.7)
代理人 【識別番号】100075166
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 巖
発明者 市中 良和
要約 課題
巻上げ機などの駆動源としての誘導電動機に好適な該電動機の制御方法を提供する

解決手段
先ず、時刻t0より誘導電動機3へのトルク指令値を零保持しつつ、このトルク指令値と第1磁束指令値とに基づくベクトル演算を除算演算器18,19とベクトル制御回路20とで行い、このベクトル演算値によりインバータ2を介した誘導電動機3を予備励磁状態にし、該予備励磁状態中に誘導電動機3の励磁磁束が所定の値に達した時刻t11に、速度指令値に所定の値を設定するとともに前記トルク指令値の零保持を解除し、この設定・解除後に得られるトルク指令値と、第2磁束指令値とに基づく前記ベクトル演算演算値によりインバータ2を介した誘導電動機2を始動させ、この始動中に誘導電動機3の励磁磁束がほぼ定格磁束値に達した時刻t12後は、前記速度指令値と速度検出値との偏差を調節演算して得られるトルク指令値と、第3磁束指令値とに基づくベクトル演算値によりインバータ2を介した誘導電動機3を可変速制御する。
特許請求の範囲
【請求項1】
誘導電動機への速度指令値と該電動機の速度検出値との偏差を調節演算して得られるトルク指令値と、前記誘導電動機への磁束指令値とに基づくベクトル演算を行い、このベクトル演算値によりインバータを介した前記誘導電動機を可変速制御する誘導電動機の制御方法において、
先ず、前記速度指令値に零を設定するとともに前記トルク指令値を零保持しつつ、このトルク指令値と第1磁束指令値とに基づくベクトル演算を行い、このベクトル演算値により前記インバータを介した前記誘導電動機を予備励磁状態にし、
該予備励磁状態中に前記誘導電動機の励磁磁束が所定の値に達したときに、前記速度指令値に所定の値を設定するとともに前記トルク指令値の零保持を解除し、この設定・解除後に得られる前記トルク指令値と第2磁束指令値とに基づくベクトル演算を行い、このベクトル演算値により前記インバータを介した前記誘導電動機を始動させ、
この始動中に前記誘導電動機の励磁磁束がほぼ定格磁束値に達した後は、前記速度指令値と速度検出値との偏差を調節演算して得られるトルク指令値と、第3磁束指令値とに基づくベクトル演算を行い、このベクトル演算値により前記インバータを介した前記誘導電動機を可変速制御することを特徴とする誘導電動機の制御方法。
【請求項2】
請求項1に記載の誘導電動機の制御方法において、
第1磁束指令値と第2磁束指令値と第3磁束指令値との間に、第1磁束指令値>第2磁束指令値>第3磁束指令値の関係を持たせるとともに、第3磁束指令値を前記誘導電動機の定格磁束指令値とした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】
【0001】
この発明は、ベクトル制御により可変速制御される誘導電動機であって、特に、巻上げ機などの機械装置の駆動源としての誘導電動機の制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
図3は、この種の誘導電動機の制御方法の従来例を示す回路構成図であり、この図において、1は商用電源などの交流電源、2は商用電源1の電力を後述の三相電圧指令値に基づく周波数,電圧の交流電力に変換するインバータ、3はインバータ2からの前記交流電力が給電される誘導電動機、4は誘導電動機3に連結される負荷、5は誘導電動機3の回転速度(N)を検出する速度検出器、11は誘導電動機3の速度設定値(N#)を設定する速度設定器、12は切替器、13は入力される速度設定値(N#)に基づき予め定めた加速勾配(増加値/単位時間)または減速勾配(減少値/単位時間)で速度設定値(N#)に達する(N#=N*)まで増加または減少させる速度指令値(N*)を出力する速度指令演算回路、14は速度指令値(N*)と前記回転速度(N)との偏差を求める加算演算器、15は前記偏差を零にするように調節演算を行い、この演算値をトルク指令値(τ*)として出力する速度調節器、16,17は切替器、18は入力されるトルク指令値(τ*)と磁束指令値(Φ*)との間で除算演算を行い、この商をトルク電流指令値(It*)として出力する除算演算器、19は入力される磁束指令値(Φ*)を誘導電動機3の励磁インダクタンス(Lm)で除算演算することにより得られる励磁電流指令値(Im*)を出力する除算演算器、20はトルク電流指令値(It*)と励磁電流指令値(Im*)と誘導電動機3の電機定数とに基づいて周知のベクトル演算を行い、この演算結果としてのインバータ2への三相電圧指令値を生成するベクトル制御回路である。
【0003】
図3に示した回路構成による誘導電動機3の従来の制御方法を、図4に示した動作波形図を参照しつつ、以下に説明をする。
【0004】
先ず、切替器12の接点を「0」側にし、これにより速度指令演算回路13の出力である速度指令値を零(N*=0)に設定するとともに速度調節器15の出力であるトルク指令値(τ*)を零保持した状態、すなわち切替器16の接点を「0」側にしつつ、図4に示した時刻t0に、切替器17の接点を第4磁束指令値側に接続して除算演算器19により励磁電流指令値(Im*)を導出し、また、前記トルク指令値(τ*=0)と第4磁束指令値とから除算演算器18によりトルク電流指令値(It*)を導出し、このトルク電流指令値(It*=0)と励磁電流指令値(Im*=第4磁束指令値/Lm)と誘導電動機3の電機定数とに基づきベクトル制御回路20では周知の技術を用いてベクトル演算を行い、このベクトル演算結果としての三相電圧指令値によりインバータ2を介した誘導電動機3を予備励磁状態にする。
【0005】
この予備励磁状態により誘導電動機3の励磁磁束Φが該電動機の二次時定数に基づいて増加し、図4に示した時刻t1で、誘導電動機3の励磁磁束Φがほぼ定格磁束値に達すると、切替器12の接点を速度設定値(N#)側に接続するとともに、切替器16の接点を速度調節器15側に接続し、さらに、切替器17の接点を第3磁束指令値側に接続することにより、速度指令演算回路13の出力である速度指令値(N*)は、図4に示すように前記加速勾配で徐々に増加させて、誘導電動機3を始動させる。
【0006】
以後は、前記加速勾配で増加する速度指令値(N*)と誘導電動機3の回転速度(N)との偏差を加算演算器14で導出しつつ、この偏差が零になる調節演算を速度調節器15で行い、この演算結果のトルク指令値(τ*)に基づきトルク電流指令値(It*)を導出するが、このとき得られた値がインバータ2の出力電流定格値を超えないようにするために、例えば、定格トルク電流の150%程度に制限され、この制限されたトルク電流指令値(It*)と励磁電流指令値(Im*=第3磁束指令値(=定格磁束指令値)/Lm)と誘導電動機3の電機定数とに基づきベクトル制御回路20では周知の技術を用いてベクトル演算を行い、このベクトル演算結果としての三相電圧指令値によりインバータ2を介した誘導電動機3を加速し、図4に示した時刻t3で速度設定器11が設定した速度設定値(N#)に達し、時刻t3以後、誘導電動機3は定速状態に入る。
【特許文献1】特開平8−331898号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
巻上げ機などの機械装置の駆動源としての誘導電動機では、図4に示した第4磁束指令値を、例えば定格磁束指令値(=第3磁束指令値)の3倍程度に設定しても、図4に示した時刻t0から時刻t1までの経過時間、すなわち予備励磁時間が、前記誘導電動機の二次時定数に起因して、数秒になることが多く、この時刻t1迄は、巻上げ機が荷を落とさないようにするために、機械ブレーキ(図3では図示せず)を投入した状態にし、時刻t1に機械ブレーキを開放しているが、前記区間をより短縮することが要請されている。
【0008】
図5は、上述の要請に答えるために、図3に示した回路構成により図4とは異なった誘導電動機3の制御方法を示す動作波形図である。
【0009】
先ず、図4に示した制御方法と同様に、切替器12の接点を「0」側にし、切替器16の接点を「0」側にしつつ、図5に示した時刻t0に、切替器17の接点を第4磁束指令値側に接続して除算演算器19により励磁電流指令値(Im*)を導出し、また、前記トルク指令値(τ*=0)と第4磁束指令値とから除算演算器18によりトルク電流指令値(It*)を導出し、このトルク電流指令値(It*=0)と励磁電流指令値(Im*=第4磁束指令値/Lm)と誘導電動機3の電機定数とに基づくベクトル演算結果としての三相電圧指令値によりインバータ2を介した誘導電動機3を予備励磁状態にする。
【0010】
この予備励磁状態により誘導電動機3の励磁磁束Φが該電動機の二次時定数に基づいて増加し、インバータ2の出力電流定格値を超えないようにするために、例えば、定格トルク電流の150%程度に制限されるとしたときには、図5に示した時刻t4で誘導電動機3の励磁磁束Φが定格磁束値の約67%程度に達し、実際に出力できる誘導電動機3の発生トルク(τ=It*×Φ)がほぼ定格値(100%)の状態になる。
【0011】
そこで、時刻t4から、切替器12の接点を速度設定値(N#)側に接続するとともに、切替器16の接点を速度調節器15側に接続し、さらに、切替器17の接点を第3磁束指令値側に接続することにより、速度指令演算回路13の出力である速度指令値(N*)は、図6に示すような加速勾配で徐々に増加させて、誘導電動機3を始動させる。
【0012】
以後は、前記加速勾配で増加する速度指令値(N*)と誘導電動機3の回転速度(N)との偏差を加算演算器14で導出しつつ、この偏差が零になる調節演算を速度調節器15で行い、この演算結果のトルク指令値(τ*)に基づき誘導電動機3の定格トルク電流の150%程度に制限されたトルク電流指令値(It*)と励磁電流指令値(Im*=第3磁束指令値(=定格磁束指令値)/Lm)と誘導電動機3の電機定数とに基づきベクトル制御回路20では周知の技術を用いてベクトル演算を行い、このベクトル演算結果としての三相電圧指令値によりインバータ2を介した誘導電動機3を加速する。
【0013】
このとき、誘導電動機3の励磁磁束は該電動機の二次時定数に基づき増大し、図5に示した時刻t5でほぼ定格磁束値に達するので、この間に出力できる誘導電動機3の発生トルクは100%から150%に増大し、図5に示した時刻t6で速度設定器11が設定した速度設定値(N#)に達し、時刻t6以後、誘導電動機3は定速状態に入る。
【0014】
しかしながら、図5に示した誘導電動機3の制御方法では図4に示した制御方法に比して、時刻t0から時刻t4までの区間は、時刻t0から時刻t2までの区間よりその経過時間を短縮することができるが、時刻t4から時刻t6までの区間が、上述の説明から明らかなように、時刻t2から時刻t3までの区間に比して長くなるという難点があり、従って、速度指令演算回路13の加速勾配もより小さくする必要があった。
【0015】
この発明の目的は、上述の要請を満たしつつ前記難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。
【課題を解決するための手段】
【0016】
この第1の発明は、誘導電動機への速度指令値と該電動機の速度検出値との偏差を調節演算して得られるトルク指令値と、前記誘導電動機への磁束指令値とに基づくベクトル演算を行い、このベクトル演算値によりインバータを介した前記誘導電動機を可変速制御する誘導電動機の制御方法において、
先ず、前記速度指令値に零を設定するとともに前記トルク指令値を零保持しつつ、このトルク指令値と第1磁束指令値とに基づくベクトル演算を行い、このベクトル演算値により前記インバータを介した前記誘導電動機を予備励磁状態にし、該予備励磁状態中に前記誘導電動機の励磁磁束が所定の値に達したときに、前記速度指令値に所定の値を設定するとともに前記トルク指令値の零保持を解除し、この設定・解除後に得られる前記トルク指令値と、第2磁束指令値とに基づくベクトル演算を行い、このベクトル演算値により前記インバータを介した前記誘導電動機を始動させ、この始動中に前記誘導電動機の励磁磁束がほぼ定格磁束値に達した後は、前記速度指令値と速度検出値との偏差を調節演算して得られるトルク指令値と第3磁束指令値とに基づくベクトル演算を行い、このベクトル演算値により前記インバータを介した前記誘導電動機を可変速制御することを特徴とする。
【0017】
また、第2の発明は前記第1の発明の誘導電動機の制御方法において、
第1磁束指令値と第2磁束指令値と第3磁束指令値との間に、第1磁束指令値>第2磁束指令値>第3磁束指令値の関係を持たせるとともに、第3磁束指令値を前記誘導電動機の定格磁束指令値としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0018】
この発明によれば、後述の如く、誘導電動機の予備励磁期間の磁束指令値と該電動機の定格磁束指令値との間に、第2磁束指令値で誘導電動機を始動させる区間を設けたことにより、予備励磁期間を短縮しつつ、誘導電動機の加速時間をより短くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
図1は、この発明の誘導電動機の制御方法の実施の形態を示す回路構成図であり、この図において、図3に示した従来例構成と同一機能を有するものには同一符号を付して、その説明を省略する。
【0020】
すなわち、図1に示した回路構成が図3に示した従来例構成と異なる点は、切替器17に代えて切替器21,22と、磁束演算回路23とを備えていることである。
【0021】
図1に示した誘導電動機3の制御方法を、図2に示した動作波形図を参照しつつ、以下に説明をする。
【0022】
先ず、図4,5に示した従来の制御方法と同様に、切替器12の接点を「0」側にし、切替器16の接点を「0」側にするとともに、図2に示した時刻t0に、切替器21の接点を先述の第4磁束指令値とほぼ同値の第1磁束指令値側にしつつ、切替器22の接点を前記第1磁束指令値側に接続して除算演算器19により励磁電流指令値(Im*)を導出し、また、前記トルク指令値(τ*=0)と第1磁束指令値とから除算演算器18によりトルク電流指令値(It*)を導出し、このトルク電流指令値(It*=0)と励磁電流指令値(Im*=第1磁束指令値/Lm)と誘導電動機3の電機定数とに基づくベクトル演算結果としての三相電圧指令値によりインバータ2を介した誘導電動機3を予備励磁状態にする。
【0023】
この予備励磁状態により誘導電動機3の励磁磁束が該電動機の二次時定数に基づいて増加し、インバータ2の出力電流定格値を超えないようにするために、例えば、定格トルク電流の150%程度に制限されるとしたときには、図2に示した時刻t11で誘導電動機3の励磁磁束が定格磁束値の約67%程度に達し、実際に出力できる誘導電動機3の発生トルク(τ=It*×Φ)がほぼ定格値(100%)の状態になる。
【0024】
そこで、時刻t11から、切替器12の接点を速度設定値(N#)側に接続するとともに、切替器16の接点を速度調節器15側に接続し、さらに、切替器21の接点を第2磁束指令値側に切り替えることで、速度指令演算回路13の出力である速度指令値(N*)は、図2に示すような加速勾配で徐々に増加させて、誘導電動機3を始動させる。
【0025】
以後は、前記加速勾配で増加する速度指令値(N*)と誘導電動機3の回転速度(N)との偏差を加算演算器14で導出しつつ、この偏差が零になる調節演算を速度調節器15で行い、この演算結果のトルク指令値(τ*)に基づき誘導電動機3の定格トルク電流の150%程度に制限されたトルク電流指令値(It*)と励磁電流指令値(Im*=第2磁束指令値(=定格磁束指令値の2倍程度)/Lm)と誘導電動機3の電機定数とに基づきベクトル制御回路20では周知の技術を用いてベクトル演算を行い、このベクトル演算結果としての三相電圧指令値によりインバータ2を介した誘導電動機3を加速する。
【0026】
このとき、磁束演算回路23では時刻t0から時刻t11までの第1の磁束指令値と、時刻t11からの第2の磁束指令値と、誘導電動機3の二次時定数(T)にと基づき該電動機の励磁磁束を推定演算し、この演算値が、図2に示した時刻t12でほぼ定格磁束値に達し、この間に出力できる誘導電動機3の発生トルクは100%から150%に増大するので、切替器22の接点を第3磁束指令値(=定格磁束指令値)側にし、図2に示した時刻t13で速度設定器11が設定した速度設定値(N#)に達し、時刻t13以後、誘導電動機3は定速状態に入る。
【0027】
従って、図1に示した回路構成による誘導電動機3の制御方法では、時刻t0から時刻t11までの区間は、先述の図5に示した時刻t0からt4までと同様の時間となり、さらに、時刻t11から時刻t13までの区間は、図5に示したt4からt6までの区間より、その時間をより短くすることができる、すなわち、速度指令演算回路13の加速勾配も、図5に示した従来の制御方法に比して、より大きくすることができる。
【0028】
なお、図2に示した誘導電動機3の制御方法においては、第2磁束指令値を定格磁束指令値の2倍程度として説明したが、誘導電動機2の加速中に、インバータ2の出力電流定格値を超えないようにするために、トルク電流指令値(It*)の上限値と第2磁束指令値の値との間で、前記出力電流定格値に余裕が無い場合には、トルク電流指令値(It*)の上限値を優先し、可能最大の値に第2磁束指令値を設定することが行われる。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【図1】この発明の実施の形態を示す回路構成図
【図2】図1の動作を説明する波形図
【図3】従来例を示す回路構成図
【図4】図3の動作を説明する波形図
【図5】図3の動作を説明する波形図
【符号の説明】
【0030】
1…交流電源、2…インバータ、3…誘導電動機、4…負荷、5…速度検出器、11…速度設定器、12…切替器、13…速度指令演算回路、14…加算演算器、15…速度調節器、16,17…切替器、18,19…除算演算器、20…ベクトル制御回路、21,22…切替器、23…磁束演算回路。




 

 


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