JP2001178192A - 誘導機の速度制御装置 - Google Patents

誘導機の速度制御装置

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俊昭 奥山
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    • H02P5/74—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors controlling two or more ac dynamo-electric motors

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数台の誘導電動機の速度を各々独立に制御
し、しかも装置のコンパクト化、コスト低減を可能にす
る誘導機の速度制御装置を提供することにある。 【解決手段】 複数台の誘導機２ａ，２ｂ，２ｃの２次
側に接続された順変換器３ａ，３ｂ，３ｃの直流出力端
子間に自己消弧型素子４ａ，４ｂ，４ｃを接続し、前記
誘導機の回転速度の検出値とその指令値との偏差に応じ
て順変換器の出力電流を制御すべく自己消弧型素子をオ
ンオフ制御する速度制御手段８ａ，８ｂ，８ｃを複数台
の誘導機に対して各々構成し、各速度制御手段の自己消
弧型素子に並列にダイオード５ａ，５ｂ，５ｃを介して
各速度制御手段に対して共通のコンデンサ９を接続する
と共に、ダイオードを自己消弧型素子の動作のオフ時に
順変換器の出力電流をコンデンサに導く方向に接続し、
さらにコンデンサの端子間に逆変換器１０を接続し、２
次電力を交流電源１に回生する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、誘導機の２次電力
をチョッパと回生インバータを用いて制御するセルビウ
ス方式を用いた誘導機の速度制御装置に係り、特に、複
数台の誘導機を可変速制御する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の装置としては、特開平６−１０５
５９８号公報に記載のように、静止セルビウス装置を用
いた複数台の誘導電動機の制御装置が提案されている。
この制御装置は、各電動機に接続された順変換器の出力
電流の合計を逆変換器に供給し、この逆変換器の点弧角
を制御することにより、電動機の制御を行っている。こ
の場合、複数台の電動機の速度は、各々独立に制御する
ことは不可能である。また、このセルビウス装置では、
同期速度付近、即ち、すべりが零付近では、逆変換器の
力率が悪く、逆に起動時においては、すべりが１相当の
大きな電圧に耐える必要があることから、逆変換器及び
逆変換器と交流電源系統の間に接続される変圧器の容量
が大きくなる、という問題がある。上記の逆変換器及び
変圧器容量の問題を解消する技術としては、例えば特開
昭６０−９１８９０号公報に記載された方法がある。こ
の方法は、誘導機の２次電力をチョッパと回生インバー
タを用いて制御するセルビウス方式を用いたものであ
り、従来のセルビウス装置に比べて、低コストな装置を
実現できるが、複数台の電動機の制御には、各電動機毎
にコンデンサ、逆変換器及び変圧器などを備える必要が
あった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
は、複数台の誘導電動機の速度を各々独立に制御できな
いこと、また、コンデンサ、逆変換器及び変圧器を複数
台必要とする問題があった。本発明の課題は、前記事情
に鑑み、複数台の誘導電動機の速度を各々独立に制御
し、しかも装置のコンパクト化、コスト低減を可能にす
る誘導機の速度制御装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、複数台の誘導機の２次側に接続された順変換器の直
流出力端子間に直接またはリアクトルを介して自己消弧
型素子を接続し、前記誘導機の回転速度の検出値とその
指令値との偏差に応じて順変換器の出力電流を制御すべ
く自己消弧型素子をオンオフ制御する速度制御手段を複
数台の誘導機に対して各々構成し、各速度制御手段の自
己消弧型素子に並列にダイオードを介して各速度制御手
段に対して共通のコンデンサを接続すると共に、ダイオ
ードを自己消弧型素子の動作のオフ時に順変換器の出力
電流をコンデンサに導く方向に接続し、さらにコンデン
サの端子間に逆変換器を接続し、２次電力を交流電源に
回生する。また、各々の誘導機の速度制御手段は、各自
己消弧型素子に対してスイッチング位相をずらす。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態による
誘導機の速度制御装置であり、複数台の巻線形誘導電動
機の速度制御装置の構成を示す。図１において、１は交
流電源系統、２ａ〜２ｃは各巻線形誘導電動機、３ａ〜
３ｃは各巻線形誘導電動機２ａ〜２ｃの２次電圧を直流
に変換する順変換器（ダイオード整流器）である。６ａ
〜６ｃは各巻線形誘導電動機２ａ〜２ｃに直結された速
度検出器であり、各巻線形誘導電動機の速度を検出し、
出力する。７ａ〜７ｃは電流検出器であり、順変換器３
ａ〜３ｃの出力電流を検出し、出力する。８ａ〜８ｃは
速度制御回路であり、速度検出器６ａ〜６ｃより出力さ
れる信号と電流検出器７ａ〜７ｃより出力される信号を
入力し、この信号に基づいて自己消弧型素子（ＩＧＢ
Ｔ）４ａ〜４ｃをオンオフする制御信号を演算し、出力
する。５ａ〜５ｃは逆流阻止用ダイオードであり、自己
消弧型素子４ａ〜４ｃがオフ状態の時に順変換器３ａ〜
３ｃの出力電流がコンデンサ９に流れる。１０は各巻線
形誘導電動機２ａ〜２ｃの２次電力の総合電力を交流電
源１に回生するための逆変換器（ＩＧＢＴインバー
タ）、１１は逆変換器用変圧器である。１２は電流検出
器であり、逆変換器１０の出力電流を検出し、出力す
る。１３は電圧検出器であり、コンデンサ９の端子間の
直流電圧を検出し、出力する。１４は逆変換器１０の制
御装置であり、電流検出器１２より出力される信号と電
圧検出器１３より出力される信号が入力され、この信号
に基づいて逆変換器１０の制御信号を出力する。なお、
順変換器の直流出力端子間つまり順変換器３ａ〜３ｃと
自己消弧型素子（ＩＧＢＴ）４ａ〜４ｃの接続点間また
は逆流阻止用ダイオード５ａ〜５ｃと自己消弧型素子
（ＩＧＢＴ）４ａ〜４ｃの接続点間にリアクトルを挿入
してもよい。
【０００６】次に、本実施形態の動作を説明する。ま
ず、図２を用いて、各誘導電動機の速度制御部分の動作
について説明する。図２は、図１における巻線形誘導電
動機２ａの速度制御回路のブロック図である。１、２ａ
〜８ａ及び９〜１４までは図１のものと同一であるの
で、説明を省略する。図２において、２１は速度指令発
生器であり、速度指令を出力する。２２は速度制御器で
あり、速度指令発生器２１の出力である速度指令と速度
検出器６ａより出力される速度検出値が入力され、この
信号に基づいて電流指令信号を演算し、出力する。２３
は電流制御器であり、速度制御器２２より出力される電
流指令信号と電流検出器７ａより出力される電流検出信
号が入力され、この信号に基づいて電圧指令信号を出力
する。２４はＰＷＭ制御器であり、電流制御器２３より
出力される電圧指令信号とＰＷＭキャリア信号が入力さ
れ、この信号に基づいて電圧指令とＰＷＭキャリア信号
と比較し、自己消弧型素子４ａのオンオフ制御信号を出
力する。巻線形誘導電動機２ａの回転速度は、速度検出
器６ａにより検出され、速度指令発生器２１からの速度
指令信号と共に速度制御器２２に入力され、これにより
回転速度は速度指令に一致するように制御される。そし
て、速度制御ループの内側には図２に示すように電流制
御ループが設けられ、順変換器３ａの出力電流は、電流
検出器７ａにより検出され、速度制御器２２より出力さ
れる電流指令信号と共に電流制御器２３に入力され、こ
れにより順変換器３ａの出力電流は電流指令値に一致す
るように制御される。電流制御器２３からは電圧指令信
号がＰＷＭ制御器２４に入力され、ここでＰＷＭ制御に
より自己消弧型素子４ａをオンオフ制御することによっ
て順変換器３ａの出力電圧を制御し、順変換器３ａの出
力電流を制御する。このように直流電流が制御されるの
で、巻線形誘導電動機２ａの２次電流及びトルクは、電
流指令に比例するように制御され、従って回転速度は速
度指令に追従して制御される。
【０００７】次に、巻線形誘導電動機の２次電力の回生
動作について説明する。図３の（ａ）に速度制御時の電
圧指令とＰＷＭキャリア信号、（ｂ）に自己消弧型素子
４ａのオンオフ信号、（ｃ）に順変換器３ａの出力電流
信号、（ｄ）にダイオード５ａに流れる電流、（ｅ）に
コンデンサ９の電圧波形を示す。電圧指令がキャリア信
号より大きい場合は、ＰＷＭパルス信号がオンとなり、
自己消弧型素子４ａはオンする。この間、図２の順変換
器３ａの直流出力電流は自己消弧型素子４ａを通して流
れ、このときダイオード５ａに流れる電流は零となる。
また、逆に電圧指令がキャリア信号より小さい場合は、
ＰＷＭパルス信号がオフとなり、自己消弧型素子４ａは
オフし、このとき直流電流はダイオード５ａを通して流
れる。このとき、順変換器３ａの出力電流は図３（ｃ）
のように自己消弧型素子４ａがオンのとき増加し、オフ
のとき減少する。このようにして、出力電流は電圧指令
信号に従い制御される。また、ダイオード５ａの電流は
コンデンサ９を充電し、その電圧を高くする。その結
果、逆変換器１０の制御装置１４の動作により、交流電
源側に巻線形誘導電動機２ａの２次電力が回生される。
ここで、自己消弧型素子４ａ、ダイオード５ａ、コンデ
ンサ９により構成される回路は、すべりにより２次電圧
が変化する巻線形誘導電動機２ａの２次電力を一定電圧
に変換する作用があり、このとき、逆変換器１０側に伝
達される電力は巻線形誘導電動機２ａの２次電力に等し
くなる。以上が従来技術の説明である。次に、本実施形
態について述べる。ところで、速度制御部分は回生動作
を行う逆変換器と独立に制御できるため、図１に示す複
数台の誘導電動機の速度を各々独立に制御することがで
きる。即ち、本実施形態では、前述の速度制御回路８ａ
を複数台の誘導機２ａ，２ｂ，２ｃに対して８ｂ，８ｃ
として各々構成し、各ダイオード５ａ，５ｂ，５ｃを介
して共通のコンデンサ９に接続する。この結果、各電動
機２ａ，２ｂ，２ｃの２次電力がダイオード５ａ，５
ｂ，５ｃを介してコンデンサ９に集積され、さらに１台
の逆変換器１０で交流電源側に回生させるものである。
本実施形態によれば、図２に示す従来の装置を複数台備
える場合に比べて、コンデンサ、逆変換器及び変圧器の
数が１／ｎ（ｎ：電動機の数）化されるため、低コスト
に装置が実現でき、かつ、各電動機の速度を各々独立に
制御することができる。
【０００８】図４は、本発明の他の実施形態を示す。図
１とは、各速度制御回路８ａ，８ｂ，８ｃのＰＷＭキャ
リア信号図３（ａ）の位相をずらすキャリア位相設定器
１５を設けた点が異なる。本実施形態によれば、図１に
比べて、コンデンサ９の容量を低減し、低コスト化でき
る効果がある。図３の波形を見ると、コンデンサ９への
入力電流にはリプル成分が含まれるため、必要なコンデ
ンサ容量が増加する。図１のように複数台の巻線形誘導
電動機を各々独立に制御する構成とすることにより、同
一のキャリア信号を用いた場合は、各順変換器３ａ，３
ｂ，３ｃからコンデンサ９に流れる入力電流は同期する
ため、各リプル成分が加算されたものとなり、リプル量
が増加し、その結果コンデンサ容量が増加する。これに
対して、図４では、設定器１５によりキャリア位相をず
らす、例えば３６０度／ｎ（ｎ：電動機の台数）とする
ようにしたため、各順変換器３ａ，３ｂ，３ｃからダイ
オード５ａ，５ｂ，５ｃを介して流入する電流リプルの
タイミングがずれ、その結果コンデンサ９に流れる入力
電流のリプル成分を平滑化でき、コンデンサ容量を低減
することができる。
【０００９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
複数台の誘導電動機に対して各速度制御回路によって個
々の誘導電動機の速度制御を行い、各回路で発生する２
次電力を１つの逆変換器によって電源側に回生する回路
構成としたので、複数台の誘導電動機駆動システムにお
いて、各電動機の速度制御を各々独立に行うことがで
き、かつ、コンデンサ、逆変換器及び変圧器などのシス
テムの部品数を低減することができ、コンパクト化、コ
ストの低減化を図ることができる。また、各々の速度制
御回路において、各回路から発生するリプル成分を打消
すように、各回路における自己消弧型素子のスイッチン
グ位相をずらすことにより、リプル成分を低減すること
ができ、コンデンサの容量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す誘導機の速度制御装
置の構成図
【図２】本発明の速度制御装置を示す回路図
【図３】本発明による２次電流の波形図
【図４】本発明の他の実施形態の構成図
【符号の説明】
１…交流電源系統、２ａ〜２ｃ…巻線形誘導電動機、３
ａ〜３ｃ…順変換器、４ａ〜４ｃ…自己消弧型素子、５
ａ〜５ｃ…ダイオード、６ａ〜６ｃ…速度検出器、７ａ
〜７ｃ…電流検出器、８ａ〜８ｃ…速度制御回路、９…
コンデンサ、１０…逆変換器、１１…逆変換器用変圧器
である。１２…電流検出器、１３…電圧検出器１４…逆
変換器の制御装置、２１…速度指令発生器、２２…速度
制御器、２３…電流制御器、２４…ＰＷＭ制御器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩路 善尚 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 椙山 繁 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか事業所内 Ｆターム(参考） 5H572 BB03 CC05 DD03 EE04 FF08 GG02 GG04 HA02 HA10 HB05 HB09 HC01 HC07 LL01 LL22 LL24 5H575 BB03 DD05 FF08 GG02 GG04 HA05 HA10 HB07 LL01 LL22 LL24

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数台の誘導機の２次側を順変換器及び
    逆変換器を介して交流電源に接続し、誘導機の２次電力
    を前記交流電源に回生しつつ速度制御を行う誘導機の速
    度制御装置において、前記誘導機の２次側に接続された
    前記順変換器の直流出力端子間に直接またはリアクトル
    を介して自己消弧型素子を接続し、前記誘導機の回転速
    度の検出値とその指令値との偏差に応じて前記順変換器
    の出力電流を制御すべく前記自己消弧型素子をオンオフ
    制御する速度制御手段を複数台の誘導機に対して各々構
    成し、各速度制御手段の前記自己消弧型素子に並列にダ
    イオードを介して各速度制御手段に対して共通のコンデ
    ンサを接続すると共に、前記ダイオードを前記自己消弧
    型素子の動作のオフ時に前記順変換器の出力電流を前記
    コンデンサに導く方向に接続し、さらに前記コンデンサ
    の端子間に前記逆変換器を接続し、２次電力を前記交流
    電源に回生することを特徴とする誘導機の速度制御装
    置。
  2. 【請求項２】 請求項１において、各々の誘導機の速度
    制御手段は、各自己消弧型素子に対してスイッチング位
    相をずらすことを特徴とする誘導機の速度制御装置。
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