JP2940436B2 - 交流電動機の惰性回転情報検出方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多相インバータ（ＤＣ
−ＡＣ電力変換器）によって多相交流電動機を駆動する
方式において、交流電動機の非駆動時即ちフリーランニ
ング時の回転情報の検出方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電動機のフリーランニング状態の回転数
を検出することは電動機の再起動の条件を設定する上で
意味を有する。フリーランニング状態の回転数は回転検
出器即ち速度センサによって検出可能であるが、回転検
出器を設けると装置が大型になるばかりでなく、コスト
高になる。上述のような問題を解決するための方法とし
て、誘導電動機の電源を遮断すると残留磁束により電動
機の入力端子に電動機の回転数に比例した周波数を持つ
交流電圧が発生する現象を用いて、フリーランニング中
の電動機の回転数を検出する方法が知られている。この
方法ではフリーランニング中に発生する交流電圧を直接
検出し、この電圧の周波数を測定することによって回転
数を求める。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の方法
では、フリーランニング時の検出電圧が微小であり、電
動機とインバータの配線の近傍に商用交流電力線がある
とその影響によるノイズ成分が検出電圧に含まれ、正確
な検出が不可能であった。

【０００４】そこで、本発明は比較的簡単且つ正確にフ
リーランニング中の回転数を検出することができる方法
及び装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本願の方法の発明は、一対の直流電源端子間に第１及
び第２のスイッチの直列回路が複数個接続された構成の
多相インバータによる多相交流電動機の駆動を停止して
いる期間における前記交流電動機の惰性回転情報を検出
する方法であって、前記多相インバータの前記複数の直
列回路の前記第１及び第２のスイッチのいずれか一方を
同時にオンに制御し、この時の前記交流電動機の入力電
流を検出し、検出された入力電流の周期又は周波数を計
測し、この周期又は周波数を前記交流電動機の惰性回転
の回転数情報とすることを特徴とする交流電動機の惰性
回転情報検出方法に係わるものである。また、本願の装
置の発明は、一対の直流電源端子間に第１及び第２のス
イッチの直列回路が複数個接続された構成の多相インバ
ータによる多相交流電動機の駆動を停止している期間に
おける前記交流電動機の惰性回転情報を検出する装置で
あって、前記交流電動機の入力電流を検出するための電
流検出器と、前記交流電動機の駆動を停止している期間
において、前記多相インバータの前記複数の直列回路の
前記第１及び第２のスイッチのいずれか一方を同時にオ
ンに制御する制御手段と、前記交流電動機の駆動を停止
している期間において前記電流検出器から得られた前記
交流電動機の入力電流の周波数を計測する手段と、前記
周波数を計測する手段で計測した入力電流の周波数ｆm
と前記交流電動機の極数Ｐとに基づいて前記交流電動機
の回転数Ｎx を、 Ｎx ＝１２０ｆm ／Ｐ に従って求める回転数演算手段とを備えていることを特
徴とする交流電動機の惰性回転情報検出装置に係わるも
のである。

【０００６】

【発明の作用及び効果】各請求項の発明によれば、イン
バータの第１及び第２のスイッチの内の一方をオンに保
って固定子巻線を含む閉回路を形成し、ここに流れる比
較的大きな電流を検出し、この周波数又は周期を計測す
ることによって回転数を求めるので、交流電力線等に基
づくノイズの影響の少ない回転数の検出が可能になる。

【０００７】

【実施例】次に、図１〜図６を参照して本発明の実施例
に係わる交流電動機の制御及び駆動装置を説明する。図
１に示すように交流電動機の制御及び駆動装置は、３相
交流電源端子１に接続された３相整流平滑回路２と、こ
の一対の直流出力端子２ａ、２ｂ間に接続された３相イ
ンバータ回路３と、インバータ回路３に接続された３相
誘導電動機４と、インバータ制御回路５と、電流検出器
６と、周波数計測器７と、インバータの周波数設定器８
とから成る。

【０００８】インバータ回路３は周知の３相ブリッジ型
インバータ回路であって、６個のＩＧＢＴ即ち絶縁ゲー
ト・バイポーラ・トランジスタから成る第１〜第６のス
イッチＱ1 〜Ｑ6 を３相ブリッジ接続し、各スイッチＱ
1 〜Ｑ6 に逆並列に帰還用ダイオードＤ1 〜Ｄ6 を接続
したものである。即ち、第１及び第２のスイッチＱ1、
Ｑ2 の直列回路から成る第１相アームと、第３及び第４
のスイッチＱ3 、Ｑ4の直列回路から成る第２相アーム
と、第５及び第６のスイッチＱ5 、Ｑ6 の直列回路から
成る第３相アームを直流電源端子としての整流平滑回路
２の出力端子２ａ、２ｂにそれぞれ接続し、各相アーム
の中点から出力ライン３ａ、３ｂ、３ｃを導出したもの
である。

【０００９】誘導電動機４は、１次巻線４ａ、４ｂ、４
ｃから成る固定子の他に回転子（図示せず）を有し、こ
の回転子に負荷が結合されているものである。なお、こ
の実施例では１次巻線４ａ、４ｂ、４ｃがＹ結線され、
インバータ回路３の出力ライン３ａ、３ｂ、３ｃに接続
されている。

【００１０】制御回路５は、インバータ回路３のスイッ
チＱ1 〜Ｑ6 を３相ＰＷＭ制御すると共に定常状態にお
いては電動機をＶ／ｆ＝一定（但しＶはインバータ出力
電圧、ｆはインバータ出力周波数）の条件に従って一定
回転速度に制御し、フリーランニング期間には本発明に
従ってインバータ回路３の下側の３個のスイッチＱ2、
Ｑ4 、Ｑ6 を同時にオンに制御し、フリーランニング期
間の回転数（速度）情報に従う起動制御を実行するよう
に構成されている。

【００１１】電流検出器６はインバータ回路３の出力ラ
イン３ａに結合され、インバータ出力電流即ち電動機入
力電流を検出する。この電流検出器６は周波数計測器７
に接続され、フリーランニング時の回転数検出に利用さ
れている。

【００１２】周波数計測器７はフリーランニング時に電
流検出器６から得られた電流の周波数を計数するもので
ある。なお、周波数計測器７は、電流検出波形を方形波
パルスに整形し、これをカウンタに入力させ、単位時間
当りの計数出力によって周波数を検出する構成、又は電
流検出波形の周期Ｔ秒を検出し、１／Ｔによって周波数
を求める構成とすることができる。本実施例では前者の
構成を採用している。この周波数計測器７で計測した周
波数は電動機４の回転数を示すので回転数検出器と呼ぶ
こともできる。即ち、電動機４の回転数をＮx 、極数を
Ｐ、電流検出器６で検出した電流の周波数をｆm とする
と、Ｎx ＝１２０ｆm ／Ｐの関係式が成立する。従っ
て、検出周波数ｆm に定数を掛けると回転数となり、結
局、周波数計測器７は回転検出器としての機能を有して
いる。

【００１３】周波数設定器８は、電動機４の所望回転速
度（目標回転速度）即ちインバータの所望周波数情報を
制御回路５に与えるものであり、速度設定器と呼ぶこと
もできる。

【００１４】図２は図１のインバータ制御回路５を詳し
く示すものである。このインバータ制御回路５は、スイ
ッチＱ1 、Ｑ2 、Ｑ3 、Ｑ4 、Ｑ5 、Ｑ6 の制御電極を
制御するための周知のＰＷＭ制御回路１１の他に、加速
勾配設定器１２，起動周波数生成器１３，起動制御回路
１３ａ、フリーランニング検出回路１４、及びフリーラ
ンニング制御回路１５、及び出力周波数生成器１６を有
する。制御回路５の多くの部分はマイクロコンピュータ
で構成されているが、図２では理解を容易にするために
機能別にブロックで示されている。

【００１５】図３は図２のＰＷＭ制御回路１１の詳細を
示すものである。このインバータ制御回路１１は例えば
特開昭５７−４０３６９号公報で周知のＶ／ｆ＝一定の
制御を行うと共にＰＷＭ制御を行うものであって、出力
周波数指令ライン２１と、電圧決定回路２２と、三相正
弦波発生器２３と、三角波キャリア発生器２４と、３つ
の比較器２５、２６、２７と、ゲートドライブ回路２８
と、起動電圧発生回路２２ａと、スイッチＳＷとから成
る。出力周波数指令ライン２１は図２の出力周波数生成
器１６に接続され、インバータの目標周波数指令値を電
圧決定回路２２及び三相正弦波発生回路２３に与える。
電圧決定回路２２は、ライン２１の周波数指令値Ｆn に
応答してＶn ／Ｆn ＝一定の条件に従う出力電圧Ｖn を
特性線２２ａで示すように発生する。三相正弦波発生器
２３は、ライン２１の周波数指令値Ｆn で指定された周
波数の三相正弦波電圧Ｖsu、Ｖsv、Ｖswを図４（Ａ）に
示すように発生する。この電圧Ｖsu、Ｖsv、Ｖswの振幅
は電圧決定回路２２の電圧Ｖn に比例するように制御さ
れる。三角波キャリア発振器２４は図４（Ａ）に示すよ
うに正弦波電圧Ｖsu、Ｖsv、Ｖswの周波数（例えば０〜
５０Hz）よりも十分に高い周波数（例えば２０kHz ）の
三角波電圧Ｖt を発生する。比較器２５、２６、２７は
正弦波電圧Ｖsu、Ｖsv、Ｖswと三角波電圧Ｖt とを比較
して図４（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）のＰＷＭパルスを出力す
る。ゲートドライブ回路２８は比較器２５、２６、２７
から得られた図４（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）のＰＷＭ信号を第
１、第３及び第５のスイッチＱ1 、Ｑ3 、Ｑ5 のゲート
（制御電極）に与えると共に、図４（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）
と逆相のＰＷＭ信号を第２、第４及び第６のスイッチＱ
2、Ｑ4 、Ｑ6 に与える。起動電圧発生回路２２ａは図
２の起動制御回路１３ａから発生する図６のｔ3 〜ｔ4
区間を示す信号に応答して図６（Ｃ）に示す傾斜電圧を
発生するものである。スイッチＳＷは起動制御回路１３
ａで制御されて図６のｔ3 〜ｔ4 区間に起動電圧発生回
路２２ａを三相正弦波発生回路２３に接続し、その他の
期間では電圧決定回路２２を接続するものである。な
お、この実施例では三相正弦波発生器２３がメモリとＤ
／Ａ変換器で構成されている。このメモリには多数の電
圧レベルの正弦波データが格納されており、電圧決定回
路２２の電圧Ｖn に相当する正弦波データがライン２１
の周波数Ｆnに対応するクロックで読み出され、これが
Ｄ／Ａ変換されて正弦波となる。

【００１６】起動周波数生成器１３は周波数変換回路と
も呼ぶことができるものであって、周波数計測器７で計
測した電流の検出周波数ｆm に基づいて図６のｔ3 〜ｔ
4 区間の再起動時のインバータの出力周波数ｆs を決定
し、これを目標出力周波数即ち目標回転速度として周波
数設定器８の出力の代りにＰＷＭ制御回路１１に与え、
又図６のｔ4 〜ｔ5 の区間で加速勾配設定器１２で設定
された加速勾配を出力するものである。

【００１７】フリーランニング検出回路１４は電流検出
器６の電流が流れなくなったことを検出してフリーラン
ニング期間になったことを検出するものである。このフ
リーランニング検出回路１４の出力はフリーランニング
制御回路１５与えられている。

【００１８】フリーランニング制御回路１５はフリーラ
ンニング検出回路１４でフリーランニング期間が検出さ
れたことに応答してインバータ回路３の下側の３つのス
イッチＱ2 、Ｑ4 、Ｑ6 を同時にオンにするためのスイ
ッチ制御信号を発生する。なお、フリ−ランニング制御
回路１５を独立に設ける代わりに、ＰＷＭ制御回路１１
を使用してスィッチＱ2 、Ｑ4 、Ｑ6 を同時にオンする
ように構成することもできる。

【００１９】次に、図５及び図６を参照してフリーラン
ニング期間における惰性回転数の検出及びその後の再起
動について説明する。図６のｔ1 時点においてインバー
タ回路３の全スイッチＱ1 〜Ｑ6 をオフにすると、電動
機４に対する電力供給が停止され、フリーランニング状
態となり、電動機４は慣性で回転する。フリーランニン
グ期間になると図６（Ａ）のｔ1 〜ｔ2 区間に示すよう
に電流検出器６の電流はゼロになるので、フリーランニ
ング検出回路１４は、電源が遮断されたこと即ちフリー
ランニングが開始したことを検出する。フリーランニン
グ制御回路１５がフリーランニングの開始検出に応答し
て図６のｔ2 〜ｔ3 でインバータ回路３の片側の全スイ
ッチＱ2 、Ｑ4 、Ｑ6 を同時にオンにすると、図５に示
すような閉回路が形成される。即ち、電流検出器６の接
続されているラインについては、第１相巻線４ａ−第２
のスイッチＱ2 −第４のダイオードＤ4 −第２相巻線４
ｂの正方向閉回路、第２相巻線４ｂ−第４のスイッチＱ
4 −第２のダイオードＤ2−第１相巻線４ａの逆方向閉
回路、第１相巻線４ａ−第２のスイッチＱ2 −第６のダ
イオードＤ6 −第３相巻線４ｃから成る正方向閉回路、
第３相巻線４ｃ−第６のスイッチＱ6 −第２のダイオー
ドＤ2 −第１相巻線４ａから成る逆方向閉回路が形成さ
れる。電動機３が回転していると、固定子巻線４ａ〜４
ｃに電圧が発生するので、電流検出器６は図６（Ａ）の
ｔ2 〜ｔ3 区間に説明的に示すように周期性を有して変
化する電流を検出する。この電流の周期は電動機４の回
転数に対応している。また、この電流はスイッチＱ2 、
Ｑ4 、Ｑ6 で巻線４ａ、４ｂ、４ｃを短絡した状態で流
れるので、比較的大きなレベルとなる。図１の周波数計
測器７は図６（Ａ）の電流の周波数を計測する。なお、
周波数の計測は単位時間当りの電流のピークの数をカウ
ンタで計数することによって達成されている。電動機４
の回転数Ｎx は図６（Ｂ）に示すようにフリーランニン
グ期間に徐々に低下する。この回転数Ｎx は周波数計測
器７によって刻々と検出され、図６のｔ3時点での再起
動開始時の目標周波数（回転数）及び電圧の決定に利用
される。

【００２０】ｔ3 時点でフリーランニングによって電動
機４がまだ回転している状態でインバータ回路３の出力
周波数ｆを零から上昇させると、回転数の急変が生じ、
円滑な起動が不可能になる。そこで、本実施例では、周
波数計測器７で検出した周波数の値に基づいて図６
（Ｄ）に示すような最適な起動周波数ｆs を決定し、こ
の最適起動周波数ｆs を所定時間ｔ3 〜ｔ4 だけ図２の
ＰＷＭ制御回路１１に与える。なお、ｔ3 〜ｔ4 では起
動電圧発生回路２２ａによってインバータ出力電圧Ｖを
図６（Ｃ）に示すように傾きを有して徐々に高める。起
動開始から一定時間ｔ3 〜ｔ4 が経過した後には電圧決
定回路２２の出力に基づきＶ／ｆ＝一定の制御となり、
ｔ5 で目標回転数（周波数）ｆn となる。なお、図６
（Ｄ）のｔ4 〜ｔ5 の加速勾配は加速勾配設定器１２で
設定される。

【００２１】上述から明らかなように、本実施例では、
インバータ回路３の各相アームの片側のスイッチＱ2 、
Ｑ4 、Ｑ6 を同時にオンにし、この状態を保って電動機
４のフリーランニングの電圧に基づく電流を流し、この
電流を検出し、この電流の周波数を計測することによっ
て回転数を検出するので、スイッチＱ1 〜Ｑ6 のオン・
オフに基づくノイズの影響のない回転数検出が可能にな
る。また、スイッチＱ2 、Ｑ4 、Ｑ6 によって巻線４
ａ、４ｂ、４ｃを短絡して電流を流すので、フリーラン
ニング中に比較的大きな電流を流すことができ、交流電
力線等の外乱要素の影響の少ない回転数検出が可能にな
る。

【００２２】

【変形例】本発明は上述の実施例に限定されるものでな
く、例えば次の変形が可能なものである。 （１） ＰＷＭ制御回路１１を、全てをアナログ回路で
構成することができる。 （２） １つの電流検出器６の出力周波数を計測するの
みでなく、２相又は３相分の電流検出器での電流の周波
数を計測し、複数の計測値を選択的に使用すること、又
は複数の計測値の平均値を使用することができる。 （３） フリーランニング検出回路１４を、電源オフ検
出回路又は電動機停止指令回路によって置き換えること
ができる。 （４） インバータ回路３の上側のスイッチＱ1 、Ｑ3
、Ｑ5 を同時にオンにしてフリーランニング中の回転
数検出を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係わる誘導電動機の制御及び
駆動装置を示す回路図である。

【図２】図１のインバータ制御回路を原理的に詳しく示
すブロック図である。

【図３】図２のＰＷＭ制御回路を詳しく示すブロック図
である。

【図４】図３の各部の状態を示す波形図である。

【図５】フリーランニング中の回転数検出時の回路を示
す回路図である。

【図６】図１の各部の状態を示す波形図である。

【符号の説明】

３ インバータ回路 ４ 誘導電動機 ７ 周波数計測器

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の直流電源端子間に第１及び第２の
   スイッチの直列回路が複数個接続された構成の多相イン
   バータによる多相交流電動機の駆動を停止している期間
   における前記交流電動機の惰性回転情報を検出する方法
   であって、 前記多相インバータの前記複数の直列回路の前記第１及
   び第２のスイッチのいずれか一方を同時にオンに制御
   し、この時の前記交流電動機の入力電流を検出し、検出
   された入力電流の周期又は周波数を計測し、この周期又
   は周波数を前記交流電動機の惰性回転の回転数情報とす
   ることを特徴とする交流電動機の惰性回転情報検出方
   法。
2. 【請求項２】 一対の直流電源端子間に第１及び第２の
   スイッチの直列回路が複数個接続された構成の多相イン
   バータによる多相交流電動機の駆動を停止している期間
   における前記交流電動機の惰性回転情報を検出する装置
   であって、 前記交流電動機の入力電流を検出するための電流検出器
   と、 前記交流電動機の駆動を停止している期間において、前
   記多相インバータの前記複数の直列回路の前記第１及び
   第２のスイッチのいずれか一方を同時にオンに制御する
   制御手段と、 前記交流電動機の駆動を停止している期間において前記
   電流検出器から得られた前記交流電動機の入力電流の周
   波数を計測する手段と、 前記周波数を計測する手段で計測した入力電流の周波数
   ｆm と前記交流電動機の極数Ｐとに基づいて前記交流電
   動機の回転数Ｎx を、 Ｎx ＝１２０ｆm ／Ｐ に従って求める回転数演算手段とを備えていることを特
   徴とする交流電動機の惰性回転情報検出装置。