JP2000156991A - 電動機の可変速装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 速度制御系の出力リミッタ値を制限すること
で、電動機の回生電力を電源側に回生すると、電源側へ
の逆潮流を起こしたり減速時間が長くなる。 【解決手段】 順逆変換器１で交流電力を電力変換して
直流電動機２を駆動し、速度制御系３〜７によって可変
速駆動し、電動機からの回生電力を速度制御アンプ４の
出力リミッタ値を回生電力制御回路８でパターン設定
し、このパターンは電源と同一系統の他の負荷の消費電
力以下に回生電力を制限し、かつ最大限の制動トルクを
発生させる特性にした。パターンは、他の負荷の消費電
力の検出値に応じて変化させることも含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電源回生機能を有
する電動機の可変速装置に係り、特に回生電力制限回路
に関する。

【０００２】

【従来の技術】直流電動機や誘導電動機をサイリスタ・
レオナードやインバータの可変速装置で駆動する場合、
電動機負荷の慣性が大きく、かつ減速時間を短縮する場
合には、電気的制動力を得るための電源回生制動方式と
している。

【０００３】図６は、従来のサイリスタ・レオナードの
制御系を示す。順逆変換器１は交流電源から電圧制御し
た直流電力に電力変換し、この直流電力で直流電動機２
を可変速制御する。この装置の速度制御系は、速度設定
値と速度検出器３から得る直流電動機２の速度検出信号
との偏差を速度制御アンプ４で比例積分（ＰＩ）演算
し、この速度制御指令出力をアンプ５で電流指令にスケ
ール変換する。電流制御系は、アンプ５からの電流指令
と電動機電流検出信号との偏差を電流制御アンプ６で比
例積分演算し、この出力をゲート回路６の位相指令と
し、ゲート回路６に順逆変換器１の半導体スイッチ（サ
イリスタなど）の点弧位相を制御したゲート信号を得
る。

【０００４】ここで、速度制御アンプ４は、リミッタ付
きの構成にされ、回生制動トルクを調整する回生電流制
限機能が設けられる。この回生電流制限は、可変抵抗器
構成の設定器４Ａの電圧設定でなされ、この電圧設定値
で電動機の駆動電流を制限すると共に、回生時の回生電
流を制限、すなわち回生制動トルクを制限する。

【０００５】このような回生制動トルクの制限は、イン
バータを電力変換器とする誘導電動機の可変速装置にお
いても、実施されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の構成において、
電動機からの回生電力を電源に回生するとき、電源の同
一系統内の他の負荷の消費電力を上回ると、商用電源や
自家発電設備への逆潮流を起こす。例えば、図７の
（ａ）に示すように、電動機が最大速度（１００％の回
生電力）から完全停止（０％の回生電力）まで減速する
場合、他の負荷の消費電力が回生電力の７０％程度で
は、斜線領域での回生で電源側に逆潮流が発生する。

【０００７】そこで、回生電流の制限は、同図の（ｂ）
に示すように、他の負荷の消費電力以下になるよう速度
制御アンプ４のリミッタ値を設定し、最高速度での回生
電力を７０％に制限する。この場合、電動機の制動トル
クを下げた減速になり、結果的に減速時間も長くなって
しまう。

【０００８】この減速時間が長くなることは、電動機を
高い繰り返しで加速と減速を行おうとするシステムでは
不適性な装置になり、電力変換効率で劣る発電制動等を
組み合わせることになってしまう。

【０００９】本発明の目的は、電源側への逆潮流を防止
しながら減速時間を最大限に短縮した回生制動ができる
電動機の可変速装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するため、電動機の回生電力が他の負荷の消費電力
を上回る減速度期間には回生電力を該消費電力に制限し
た制動トルクで減速し、回生電力が負荷の消費電力以下
になる減速度期間には最大限の制動トルクで減速するよ
うにしたもので、以下の構成を特徴とする。

【００１１】交流電力を電力変換する電力変換器は速度
制御系を有して出力電圧又は電流を制御して電動機を可
変速駆動し、この電動機からの回生電力を前記電力変換
器で交流に変換して電源側に回生する電動機の可変速装
置において、前記電力変換器の速度制御系は、速度制御
アンプの出力のリミッタ値を電動機速度に応じて変化さ
せる特性のパターンを有して電動機からの回生電力を制
限する回生電力制限回路を設け、前記パターンは前記電
源と同一系統の他の負荷の消費電力以下に回生電力を制
限し、かつ最大限の制動トルクを発生させる特性にした
ことを特徴とする。

【００１２】また、前記パターンは、前記他の負荷の消
費電力の検出値に応じて変化させる手段を備えたことを
特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施形態を示す
サイリスタ・レオナードの制御系である。同図が図６と
異なる部分は、速度制御アンプ４のリミッタ値を回生電
力制限回路８で制限する点にある。なお、本実施形態
は、他の負荷の消費電力が年間や期間を通じてほぼ一定
になる場合に適用するものである。

【００１４】回生電力制限回路８は、電動機２の速度検
出値を入力とし、この速度に対応させて速度制御アンプ
４のリミッタ値を変化させる速度−リミッタ値パターン
が設定される。このパターンは、電動機の回生電力を他
の負荷の消費電力以下に制限しながら高い減速度の制動
トルクを得るように予め設定される。

【００１５】上記のパターンは、図２の（ａ）に示すよ
うに、電動機速度（回転数）と回生電力の特性の高速範
囲を他の負荷の消費電力特性でスライスした特性に一致
させる。このときの消費電力特性は、可変抵抗器構成の
最大回生電力設定器８Ａで設定される。

【００１６】本実施形態によれば、速度制御アンプ４の
リミッタ値が回生電力制限回路８によって図２の（ａ）
のように可変設定され、電動機の回生電力が他の負荷の
消費電力を上回る高速度範囲では、他の負荷の消費電力
に制限した回生電力に制限され、電源側への逆潮流を防
止することができる。この高速度範囲での制動トルク特
性は、図２の（ｂ）に示すように、１００％速度から減
速されるにつれて制動トルクが高くなる。

【００１７】また、電動機の回生電力が他の負荷の消費
電力以下になるまで減速された低速範囲では、電動機の
回生電力の１００％を回生するリミッタ値になり、制動
トルクを最大値に保持して高い減速度を得ることができ
る。

【００１８】図３は、本発明の他の実施形態を示し、イ
ンバータによる誘導電動機の可変速装置に適用した場合
である。

【００１９】この装置では、順逆変換器９と電圧形イン
バータ１０によって誘導電動機１１を駆動し、インバー
タ１０の出力周波数及び電圧を制御することで誘導電動
機１１を可変速制御する。誘導電動機１１からの回生電
力は、インバータ１０及び順逆変換器９を通して電源側
に回生される。制御系は、図１の場合と同様の構成でイ
ンバータ１０の周波数制御と電流制御を行う。

【００２０】この制御において、本実施形態では、図１
の場合と同様に、誘導電動機１１の回生電力を回生電力
制御回路８によって制限することで、電源側への逆潮流
を防止しながら減速時間を最大限に短縮する。

【００２１】図４は、本発明の他の実施形態を示し、サ
イリスタ・レオナードによる直流電動機の可変速装置に
適用した場合である。

【００２２】本実施形態は、他の負荷の消費電力が変化
する場合に適用するもので、図１と異なる部分は、設定
器８Ａに代えて、他の負荷の消費電力検出器１２を設
け、この検出器１２の検出信号で回生電力制限回路８の
パターンを可変設定する点にある。検出器１２は、例え
ば、系統母線から他の負荷に至る配電線に設けた電力計
にされる。

【００２３】本実施形態においても、誘導電動機からの
回生電力が他の負荷の消費電力を上回る高速範囲では該
消費電力に制限した制動を行い、電源側への逆潮流を防
止する。そして、低速範囲では制動トルクを最大にして
減速時間を最大限に短縮することができる。これに加え
て、回生電力の最大値を他の負荷の消費電力の変化に追
従させて変化させることができ、負荷変動の大きい電源
への電力回生に逆潮流を確実に防止しながら減速時間の
最大限の短縮ができる。

【００２４】図５は、他の負荷の消費電力が変化する場
合で、インバータに適用した実施形態を示し、図３の構
成で検出器１２による回生電力制限を行う。この場合も
図４に示すものと同等の作用効果を得ることができる。

【００２５】なお、以上までの実施形態において、電動
機の負荷の慣性が変化する装置に適用する場合、回生電
力制御回路８の低速範囲でのパターン特性は、負荷の慣
性変化に対応させて可変とすることで、減速時間の短縮
を一層効果的にすることができる。

【００２６】また、可変速装置の制御系は、電流制御系
を省略した装置など、少なくとも速度制御系をもつもの
に適用して同等の作用効果を得ることができる。

【００２７】

【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、電動機
の回生電力が他の負荷の消費電力を上回る減速度期間に
は回生電力を該消費電力に制限した制動トルクで減速
し、回生電力が負荷の消費電力以下になる減速度期間に
は最大限の制動トルクで減速するようにしたため、電源
側への逆潮流を防止しながら減速時間を最大限に短縮し
た回生制動ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示すサイリスタ・レオナー
ド構成の回路図。

【図２】実施形態の回生電力制御による電動機の回生電
力と制御トルクの関係図。

【図３】本発明の他の実施形態を示すインバータ構成の
回路図。

【図４】本発明の他の実施形態を示すサイリスタ・レオ
ナード構成の回路図。

【図５】本発明の他の実施形態を示すインバータ構成の
回路図。

【図６】従来のサイリスタ・レオナード構成の回路図。

【図７】電動機回転数と回生電力の関係を示す図。

【符号の説明】

１…順逆変換器 ２…直流電動機 ４…速度制御アンプ ８…回生電力制御回路 ８Ａ…設定器 ９…順逆変換器 １０…電圧形インバータ １１…誘導電動機 １２…他の負荷の消費電力検出器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電力を電力変換する電力変換器は速
   度制御系を有して出力電圧又は電流を制御して電動機を
   可変速駆動し、この電動機からの回生電力を前記電力変
   換器で交流に変換して電源側に回生する電動機の可変速
   装置において、前記電力変換器の速度制御系は、速度制
   御アンプの出力のリミッタ値を電動機速度に応じて変化
   させる特性のパターンを有して電動機からの回生電力を
   制限する回生電力制限回路を設け、前記パターンは前記
   電源と同一系統の他の負荷の消費電力以下に回生電力を
   制限し、かつ最大限の制動トルクを発生させる特性にし
   たことを特徴とする電動機の可変速装置。
2. 【請求項２】 前記パターンは、前記他の負荷の消費電
   力の検出値に応じて変化させる手段を備えたことを特徴
   とする請求項１に記載の電動機の可変速装置。