同期電動機のインバータ駆動について

質問

同期電動機のインバータ駆動について
みなさん教えてください。

ＩＰＭモータを無負荷状態において、Ｖ／ｆ制御で駆動をしました。
すると、２０Ｈｚで同期外れをおこしてしまいました。

そのときの現象は、インバータ周波数を２０Ｈｚに変化させて数秒すると
モータの回転音が急に変わり、Ｕ相のライン電流が８Ａ→３０Ａ近くまで
増加しました（モータ定格は２４Ａ）。

その際、オシロで端子電圧とＵ相のライン電流をみていたところ、位相差
は５０度ありました。

そこでみなさんに教えて頂きたいことがあります。
(1)何故、同期外れを起こすと急激に電流が増加するのか分かりません。理論的に教えて頂けないでしょうか。
(2)同期外れの現象は、端子電圧と電機子電流の位相差に関係するのでしょうか。
また、無負荷でも同期はずれを起こすことがあるのでしょうか。あれば、何故起こすか教えて頂けないでしょうか。
(3)ベクトル制御インバータの資料を読むと「磁極位置を検知して電圧と電流の位相
差を制御している」と書いてありました。このことを行っていないＶ／ｆ制御ではＩＰＭ
モータは駆動できないのでしょうか。

みなさん教えてください。
出来ましたら理論的に教えて頂きたいです。

宜しく御願いいたします。

回答No.4

foobar

＃３です。
通常は、軸速度に近い周波数の電源をつなぐと、トルクの脈動周波数（＝電源周波数-軸速度）が低くなって、脈動１サイクルの間に十分な加減速が行われて同期状態（同期引き込みがおきる）になります。
（が、その際に回転子が同期速度を中心に軸速度が振動的になる状況になるので、制動巻線なしだと少し条件的に厳しいかもしれません。）

回答No.3

foobar

(1)同期が外れると、平均トルクが0になって同期機は停止します。すると、同期機内部の速度起電力が0になるために、過大な電流が流れてしまいます。
（停止するまでの過程では、速度起電力と電源電圧の位相ずれによる電流が流れます。）

(2)無負荷だと、かなり無茶なこと（電源周波数を急変させるとか）をしなければ同期は外れないように思います。

(3)同期引き込みされれば、あとは同期機の方で勝手に位相が合います。だもんで、どうやって引き込むかの問題はありますが、運転は可能です。

余談
V/f制御を行っているなら、必要な磁束は一定に保たれているので、(V/fの比率が適切ならば）磁気飽和はおきません。

補足

foobarさん

お返事ありがとうございます。
（１）の「速度起電力と電源電圧の位相ずれ」は式で表せないでしょうか。

（３）一般的に行われている「同期引き入れ方法」を教えて頂けないでしょうか。
　　　モータはIPMSMで、制動巻線はありません。

申し訳ありません。よろしく御願いいたします。

回答No.2

tetsumyi

モータの限界に付いては計算できるようなものではありません。
モータの設計によって決まりますから、仕様に従って使えば問題は無いはずですし、仕様に書いてないのであればメーカに聞いてください。

回答No.1

tetsumyi

周波数が下がると逆起電力を発生するための磁気回路の磁束は増えなければなりません。
特定の周波数で磁気回路が飽和したために電流が急激に増えたと考えられます。

補足

tetsumyiさんへ

回答を頂きありがとうございます。

申し訳ありませんが、もう少し詳しく教えて頂けませんか。
出来れば、数式などを用いて説明をして頂けたら幸いです。

宜しく御願いいたします。