JP2001320897A - Power factor improvement circuit, induction motor and control method thereof - Google Patents

Power factor improvement circuit, induction motor and control method thereof

Info

Publication number
JP2001320897A
JP2001320897A JP2000137525A JP2000137525A JP2001320897A JP 2001320897 A JP2001320897 A JP 2001320897A JP 2000137525 A JP2000137525 A JP 2000137525A JP 2000137525 A JP2000137525 A JP 2000137525A JP 2001320897 A JP2001320897 A JP 2001320897A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
induction motor
motor
capacitor
power factor
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000137525A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hirokazu Kato
宏和 加藤
Masamichi Ogasa
正道 小笠
Asaki Watanabe
朝紀 渡邉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Railway Technical Research Institute
Original Assignee
Railway Technical Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Railway Technical Research Institute filed Critical Railway Technical Research Institute
Priority to JP2000137525A priority Critical patent/JP2001320897A/en
Publication of JP2001320897A publication Critical patent/JP2001320897A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/30Reactive power compensation

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize the efficient improvement of a motor torque of an induction motor relatively to a power supply voltage easily and at a low cost. SOLUTION: A capacitor 3 is provided in a power supply line between a motor 1 and an inverter 2, It is to be noted that, if the motor 1 in a Fig. 1 (a) is a multiphase induction motor, the capacitors 3 are provided for the respective phases and, in that case, the Fig. 1 (a) shows the circuit structure of each one phase.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、誘導電動機に係る
力率を改善するための力率改善回路等に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power factor improving circuit for improving a power factor of an induction motor.

【0002】[0002]

【従来の技術】誘導電動機の電圧・電流特性を図8を参
照して簡単に説明する。図8(a)において、誘導電動
機であるモータ101はインバータ102によって駆動
されている(尚、モータ101が多相誘導電動機である
場合には、図8はその1相あたりのモータ101とイン
バータ102との関係を示すものとなる。)。
2. Description of the Related Art The voltage / current characteristics of an induction motor will be briefly described with reference to FIG. 8A, a motor 101 as an induction motor is driven by an inverter 102 (when the motor 101 is a polyphase induction motor, FIG. 8 shows the motor 101 and the inverter 102 per phase. It shows the relationship with.)

【0003】また、図8(a)に示す構成において、モ
ータ101のd−q軸座標系における、インバータ出力
電圧Vinv、インバータ出力電流Iinv、モータ端
子間電圧Vm、モータ電流Imのベクトル図の一例を図
8(b)に示す。同図に示すように、インバータ102
とモータ101とを直接接続した場合には、インバータ
出力電圧Vinvとモータ端子間電圧Vmとは同一、イ
ンバータ出力電流Iinvとモータ電流Imとは同一と
なるが、モータ101のリアクタンスの影響によって、
電流の位相は電圧よりも遅れることとなる。
In the configuration shown in FIG. 8A, an example of a vector diagram of an inverter output voltage Vinv, an inverter output current Iinv, a motor terminal voltage Vm, and a motor current Im in the dq axis coordinate system of the motor 101 is shown. Is shown in FIG. As shown in FIG.
When the motor 101 and the motor 101 are directly connected, the inverter output voltage Vinv and the motor terminal voltage Vm are the same, and the inverter output current Iinv and the motor current Im are the same, but due to the influence of the reactance of the motor 101,
The phase of the current will lag behind the voltage.

【0004】このため、この電流と電圧の位相差を解消
し、力率を改善させるための様々な研究・開発がなされ
ている。例えば、特公平7−40761号公報には、電
動機に給電する電力変換器の交流入力端子間に、コンデ
ンサとリアクトルを含む力率改善手段を接続する技術が
開示されており、特開平9−215360号公報には、
誘導電動機と並列にコンデンサを接続することにより、
誘導電動機起動時の力率を改善する技術が開示されてい
る。
For this reason, various researches and developments have been made to eliminate the phase difference between the current and the voltage and to improve the power factor. For example, Japanese Patent Publication No. 7-40761 discloses a technique in which a power factor improving means including a capacitor and a reactor is connected between AC input terminals of a power converter that feeds an electric motor. In the official gazette,
By connecting a capacitor in parallel with the induction motor,
A technique for improving a power factor when starting an induction motor is disclosed.

【0005】ここで、従来の力率改善方法の原理を、図
9を参照して説明する。図9(a)は、従来の力率改善
方法に係る誘導電動機とインバータとの構成図である。
図9(a)において、誘導電動機であるモータ201と
インバータ202の間に並列にコンデンサ203が接続
されている。このため、以下の式が成立する。
Here, the principle of the conventional power factor improving method will be described with reference to FIG. FIG. 9A is a configuration diagram of an induction motor and an inverter according to a conventional power factor improvement method.
In FIG. 9A, a capacitor 203 is connected in parallel between a motor 201 which is an induction motor and an inverter 202. Therefore, the following equation is established.

【数1】 ここで、VcおよびIcはコンデンサ203にかかる電
圧および電流を示し、他の記号は図8と同様である。
(Equation 1) Here, Vc and Ic indicate the voltage and current applied to the capacitor 203, and other symbols are the same as those in FIG.

【0006】このとき、図9(b)に示すように、ま
ず、モータ端子間電圧Vmとモータ電流Imには、モー
タ201のリアクタンスの影響により、位相差が存在す
る。また、コンデンサ203により、コンデンサ電流I
cの位相は、コンデンサ電圧Vcよりπ/2進む。従っ
て、(2)式より決定されるインバータ出力電流Iin
vと、インバータ出力電圧Vinvとの位相差、即ち力
率が改善されることとなる。
At this time, as shown in FIG. 9B, first, a phase difference exists between the motor terminal voltage Vm and the motor current Im due to the influence of the reactance of the motor 201. Further, the capacitor 203 allows the capacitor current I
The phase of c advances by π / 2 from the capacitor voltage Vc. Therefore, the inverter output current Iin determined from the equation (2)
The phase difference between V and the inverter output voltage Vinv, that is, the power factor is improved.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の力率改善方法によっては、インバータ出力電圧Vi
nvに対するモータトルクの向上を図ることができな
い。即ち、上記従来の力率改善方法は、インバータ出力
電流Iinvとインバータ出力電圧Vinvの力率を改
善する方法であるため、コンデンサの有無に関わらず、
モータ端子間電圧Vmおよびインバータ出力電圧Vin
vについては変化がない。このため、モータトルクを上
げるためには、上記力率改善を行わない場合と同様のイ
ンバータ出力電圧Vinvが必要となる。従って、上記
力率改善方法では、インバータ出力電圧Vinvに対す
るモータトルクの効率的な向上を図ることはできない。
However, according to the above conventional power factor improving method, the inverter output voltage Vi
The motor torque cannot be improved with respect to nv. That is, the above-described conventional power factor improving method is a method for improving the power factor of the inverter output current Iinv and the inverter output voltage Vinv.
Motor terminal voltage Vm and inverter output voltage Vin
There is no change in v. Therefore, to increase the motor torque, the same inverter output voltage Vinv as in the case where the power factor improvement is not performed is required. Therefore, the above-described power factor improving method cannot efficiently improve the motor torque with respect to the inverter output voltage Vinv.

【0008】本発明の課題は、誘導電動機における電源
電圧(給電電圧)に対するモータトルクの効率的な向上
を、簡易かつ安価な方法により実現することである。
An object of the present invention is to realize an efficient improvement of motor torque with respect to a power supply voltage (supply voltage) in an induction motor by a simple and inexpensive method.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
め、請求項1記載の発明の力率改善回路は、誘導電動機
(例えば、図1のモータ1)の電源ラインの途中に、該
誘導電動機と直列に接続するコンデンサ(例えば、図1
のコンデンサ3)を有することを特徴としている。
In order to solve the above-mentioned problems, a power factor improving circuit according to the present invention is provided in a power supply line of an induction motor (for example, a motor 1 in FIG. 1). A capacitor connected in series with the motor (for example, FIG.
3).

【0010】また、請求項7記載の発明の誘導電動機
(例えば、図1のモータ1)の制御方法は、コンデンサ
(例えば、図1のコンデンサ3)を介して給電すること
により、トルク対給電電圧比を向上させることを特徴と
している。
Further, in the control method of the induction motor (for example, the motor 1 in FIG. 1) according to the present invention, the power is supplied via a capacitor (for example, the capacitor 3 in FIG. 1), so that the torque to the supply voltage is obtained. It is characterized by improving the ratio.

【0011】この請求項1または7記載の発明によれ
ば、電源ラインに印加される電源電圧(給電電圧;例え
ば、図1のインバータ出力電圧Vinv)は、コンデン
サ間にかかる電圧と誘導電動機にかかる電圧との和とな
るため、電源電圧(給電電圧)と誘導電動機の電流との
力率を改善することができる。また、誘導電動機に一定
の電圧を印加する場合、必要な電源電圧(給電電圧)を
少なくすることができる。また逆に、一定の電源電圧
(給電電圧)に対しては、誘導電動機に印加する電圧、
即ち出力トルクを上昇させることが可能となる。また、
本発明はコンデンサの接続のみであるため、簡易かつ安
価な方法で上記効果を得ることができる。
According to the first or seventh aspect of the present invention, the power supply voltage (supply voltage; for example, the inverter output voltage Vinv in FIG. 1) applied to the power supply line is applied to the voltage between the capacitors and the induction motor. Since this is the sum of the voltage and the voltage, the power factor between the power supply voltage (supply voltage) and the current of the induction motor can be improved. When a constant voltage is applied to the induction motor, the required power supply voltage (supply voltage) can be reduced. Conversely, for a constant power supply voltage (supply voltage), the voltage applied to the induction motor,
That is, the output torque can be increased. Also,
In the present invention, since only the connection of the capacitor is used, the above effects can be obtained by a simple and inexpensive method.

【0012】また、請求項2記載の発明のように、請求
項1記載の力率改善回路に、前記誘導電動機の速度相当
信号に応じて、前記コンデンサを投入する投入手段(例
えば、図3のスイッチSW)を備えるように構成しても
よい。
Further, as in the second aspect of the present invention, the power factor improving circuit according to the first aspect of the present invention provides a power factor improving circuit according to a speed equivalent signal of the induction motor, for inputting the capacitor (for example, FIG. Switch SW).

【0013】ここで投入手段としては、機械的なスイッ
チのみならず、トライアック等の半導体素子や半導体回
路、マイコン制御が可能な制御回路等、速度相当信号に
応じてコンデンサの投入を制御することができれば、何
れの回路、装置であっても良い。
Here, as the input means, not only a mechanical switch but also a semiconductor element such as a triac, a semiconductor circuit, a control circuit which can be controlled by a microcomputer, or the like can be used to control the input of a capacitor according to a speed equivalent signal. If possible, any circuit or device may be used.

【0014】また、請求項3記載の発明の力率改善回路
は、誘導電動機の電源ラインの途中に、該誘導電動機と
直列に接続するコンデンサを複数有し、前記誘導電動機
の速度相当信号に応じて投入するコンデンサを切り換え
ることを特徴としている。
A power factor improving circuit according to a third aspect of the present invention has a plurality of capacitors connected in series with the induction motor in the middle of a power supply line of the induction motor, and responds to a signal corresponding to the speed of the induction motor. It is characterized by switching the capacitor to be supplied.

【0015】ここでコンデンサの切り換え手段として
は、機械的なスイッチによる切り換えの他、半導体回路
や、マイコン制御が可能な制御回路等、速度相当信号に
応じてコンデンサの切り換え制御が可能な回路、装置で
あれば、何れのものを適用することとしてもよい。
The means for switching the capacitor may be a circuit or an apparatus capable of controlling the switching of the capacitor according to the speed equivalent signal, such as a semiconductor circuit or a control circuit which can be controlled by a microcomputer, in addition to the switching by a mechanical switch. If so, any of them may be applied.

【0016】この請求項2または3記載の発明によれ
ば、誘導電動機には速度に応じて変動するリアクタンス
分があるが、このリアクタンス分を打ち消すための、好
適な状態におけるコンデンサの投入が可能となる。ま
た、請求項3記載の発明にあっては、誘導電動機の速度
に応じて、好適なコンデンサを投入することが可能とな
る。
According to the second or third aspect of the present invention, the induction motor has a reactance that varies according to the speed. However, it is possible to insert a capacitor in a suitable state to cancel the reactance. Become. According to the third aspect of the present invention, it is possible to insert a suitable capacitor according to the speed of the induction motor.

【0017】また、請求項4記載の発明のように、請求
項1から3のいずれか記載の力率改善回路における前記
コンデンサの容量を、前記誘導電動機に接続することに
よって、当該誘導電動機と合わせたリアクタンスの大き
さを、前記誘導電動機のみのリアクタンスの大きさより
小さくする容量としてもよい。
Further, as in the invention according to claim 4, by connecting the capacity of the capacitor in the power factor improvement circuit according to any one of claims 1 to 3 to the induction motor, the capacity of the capacitor is matched with the induction motor. The magnitude of the reactance may be smaller than the magnitude of the reactance of the induction motor alone.

【0018】この請求項4記載の発明によれば、当該容
量のコンデンサを接続することによりリアクタンスの大
きさを小さくすることができるため、電源電圧(給電電
圧)と誘導電動機の電流との力率の改善を図ることがで
きる。また、後述する(21)式に示す容量とすること
により、リアクタンス分を“0”とすることも可能であ
る。
According to the fourth aspect of the invention, since the magnitude of the reactance can be reduced by connecting the capacitor having the capacity, the power factor between the power supply voltage (supply voltage) and the current of the induction motor can be reduced. Can be improved. The reactance can be set to “0” by setting the capacitance as shown in the expression (21) described later.

【0019】請求項5記載の発明の誘導電動機は、請求
項1から4のいずれか記載の力率改善回路を備えること
を特徴としている。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an induction motor including the power factor improving circuit according to any one of the first to fourth aspects.

【0020】また、この場合、請求項6記載の発明のよ
うに、誘導電動機を電車の電動機として使用することと
してもよい。
In this case, the induction motor may be used as an electric motor of a train, as in the invention of claim 6.

【0021】この請求項5または6記載の発明によれ
ば、請求項1から4のいずれか記載の発明の効果を、誘
導電動機として有することが可能となる。また、誘導電
動機の電動機モードにおける効果のみならず、発電モー
ドにおける使用においても、上記効果を得ることができ
る。即ち、請求項6記載の発明のように、誘導電動機を
電車の電動機として使用した場合にあっては、回生電力
量を増加させることができるとともに、電気ブレーキ力
の増大を促し、従来機械ブレーキに頼っていた力を電気
ブレーキにより補うことが可能となる。
According to the fifth or sixth aspect of the present invention, it is possible to have the effect of the invention of any one of the first to fourth aspects as an induction motor. Further, not only the effect in the motor mode of the induction motor but also the use in the power generation mode can obtain the above effect. That is, when the induction motor is used as an electric motor of a train as in the invention of claim 6, the amount of regenerative electric power can be increased, and the increase in electric braking force is promoted. The power that we depended on can be supplemented by electric brakes.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、図を参照して本発明の実施
の形態を詳細に説明する。尚、簡明のため、従来の図8
および図9において説明した各電流および電圧の記号と
同記号を用いて説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. For the sake of simplicity, FIG.
The description will be made using the same symbols as those of the currents and voltages described in FIG.

【0023】まず、図1を参照して本発明の原理につい
て説明する。図1は本発明の原理を説明するための図で
あり、図1(a)は回路構成を、図1(b)はベクトル
図を示す図である。
First, the principle of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of the present invention. FIG. 1A is a diagram showing a circuit configuration, and FIG. 1B is a diagram showing a vector diagram.

【0024】図1(a)に示すように、本発明は、誘導
電動機であるモータ1とインバータ2との間の電源ライ
ンに、コンデンサ3を設けたものである。尚、図1
(a)において、モータ1が多相の誘導電動機である場
合にあっては、各相にコンデンサ3を設ける必要があ
り、その場合には、図1(a)は、その1相あたりの回
路構成を示すものとなる。
As shown in FIG. 1A, in the present invention, a capacitor 3 is provided on a power supply line between a motor 1 which is an induction motor and an inverter 2. FIG.
In FIG. 1A, when the motor 1 is a multi-phase induction motor, it is necessary to provide a capacitor 3 for each phase. In this case, FIG. 1A shows a circuit for one phase. It shows the configuration.

【0025】ここで、モータ1、インバータ2、コンデ
ンサ3に係る電圧および電流の関係は以下のようにな
る。
Here, the relationship between the voltage and current relating to the motor 1, the inverter 2, and the capacitor 3 is as follows.

【数2】 (Equation 2)

【0026】また、モータ1のd−q軸座標系におけ
る、各電流および各電圧の相関関係は、図1(b)のベ
クトル図に示すようになる。即ち、まず、モータ端子間
電圧Vmとモータ電流Imには、モータ1のリアクタン
スの影響により、位相差が存在する。また、コンデンサ
3により、コンデンサ電圧Vcの位相はコンデンサ電流
Icよりπ/2遅れる。そして、インバータ出力電圧V
invは、(3)式にも示すように、コンデンサ電圧V
cとモータ端子間電圧Vmとの和によって定まる。
The correlation between each current and each voltage in the dq axis coordinate system of the motor 1 is as shown in the vector diagram of FIG. That is, first, a phase difference exists between the motor terminal voltage Vm and the motor current Im due to the influence of the reactance of the motor 1. Further, the capacitor 3 causes the phase of the capacitor voltage Vc to be delayed by π / 2 from the capacitor current Ic. And the inverter output voltage V
inv is the capacitor voltage V as shown in the equation (3).
It is determined by the sum of c and the voltage Vm between the motor terminals.

【0027】ここで着目する点は、インバータ出力電圧
Vinvである。従来の、図8および図9において図示
および説明したインバータ出力電圧Vinvは、モータ
端子間電圧Vmと同じ値(=ベクトルの長さ)である。
しかし、本発明によれば、モータ端子間電圧Vmは同じ
値でありながら、コンデンサ電圧Vcにより、インバー
タ出力電圧Vinvの値を少なくすることが可能とな
る。即ち、モータ1に対して所定の電圧を印加するため
には、より少ないインバータ出力電圧Vinv(給電電
圧)で賄えることとなる。また逆に、インバータ出力電
圧Vinv(給電電圧)を従来と同様の電圧値とした場
合には、モータ1に対する電圧Vmを上げる結果とな
る。このため、本発明により、モータ1の出力トルク対
給電電圧比を容易に向上させることができる。以上が本
発明の原理である。
The point to be noted here is the inverter output voltage Vinv. The conventional inverter output voltage Vinv shown and described in FIGS. 8 and 9 has the same value (= vector length) as the motor terminal voltage Vm.
However, according to the present invention, the value of the inverter output voltage Vinv can be reduced by the capacitor voltage Vc while the motor terminal voltage Vm has the same value. That is, in order to apply a predetermined voltage to the motor 1, a smaller inverter output voltage Vinv (supply voltage) can be supplied. Conversely, when the inverter output voltage Vinv (supply voltage) is set to the same voltage value as the conventional one, the result is that the voltage Vm for the motor 1 is increased. Therefore, according to the present invention, the output torque-to-supply voltage ratio of the motor 1 can be easily improved. The above is the principle of the present invention.

【0028】次に、本発明をインバータ制御の電車に適
用した場合の実施の形態について詳細に説明する。尚、
本発明の適用対象は、電車に限られるものでなく、NC
サーボモータや、ファン、ポンプ等、誘導電動機を用い
る種々の装置に適用が可能であることはいうまでもな
い。
Next, an embodiment in which the present invention is applied to an inverter-controlled train will be described in detail. still,
The application object of the present invention is not limited to trains,
It goes without saying that the present invention can be applied to various devices using an induction motor, such as a servomotor, a fan, and a pump.

【0029】図2は、インバータ制御の電車に本発明を
適用した場合の主回路を示す図である。図2において、
パンタグラフ14を介して架線15から入力される直流
電源は、インバータ12と並列に接続されたコンデンサ
16により蓄えられ、インバータ12には直流電源が供
給される。また、電車の駆動力を担う三相誘導電動機で
あるモータ11と、インバータ12との間には各相毎に
力率改善回路130が接続されており、モータ11へ
は、力率改善回路130を介してインバータ12から三
相の交流電源が供給される。
FIG. 2 is a diagram showing a main circuit when the present invention is applied to an inverter-controlled train. In FIG.
The DC power input from the overhead wire 15 via the pantograph 14 is stored by the capacitor 16 connected in parallel with the inverter 12, and the DC power is supplied to the inverter 12. A power factor correction circuit 130 is connected for each phase between the motor 11, which is a three-phase induction motor for driving a train, and the inverter 12. The power factor correction circuit 130 is connected to the motor 11. , Three-phase AC power is supplied from the inverter 12.

【0030】図3は、図2におけるモータ11の1相あ
たりの等価回路と、力率改善回路130との構成を示す
図である。図3において、モータ11の電源ラインの途
中に、力率改善回路130が直列に接続されている。力
率改善回路130は、コンデンサCと、スイッチSWと
が並列に接続されることにより構成されている。スイッ
チSWは、モータ11の速度相当信号(不図示)に応じ
て開閉され、スイッチSWが解放された場合には、コン
デンサCが投入されることとなるため、モータ11は、
コンデンサCを介して給電されることとなる。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of an equivalent circuit per phase of the motor 11 and a power factor improving circuit 130 in FIG. In FIG. 3, a power factor improving circuit 130 is connected in series in the power supply line of the motor 11. The power factor improvement circuit 130 is configured by connecting a capacitor C and a switch SW in parallel. The switch SW is opened / closed in response to a speed-equivalent signal (not shown) of the motor 11, and when the switch SW is released, the capacitor C is turned on.
Power is supplied via the capacitor C.

【0031】ここで、従来の電車における誘導電動機の
モータ特性について簡単に説明する。図4は、電車の速
度に対するインバータ出力電圧Vinv等の実効値の一
例を示す図である。速度範囲は電車の速度が55km
/h以下の範囲を、速度範囲は速度55〜80km/
hの範囲を、速度範囲は速度80km/h以上の範囲
を示している。速度範囲においては、モータ電流Im
を151A一定に保った状態で、インバータ出力電圧V
invのみが制御されるため、インバータ出力電圧Vi
nvと電車の速度とは比例することとなる。そして、イ
ンバータ出力電圧Vinvが最大値(同図においては1
300V)となった時点において、インバータ出力電圧
Vinvを一定に保った状態で、モータ電流Imが制御
されるため、モータ電流Imと電車の速度とは比例する
こととなる(速度範囲)。
Here, the motor characteristics of the induction motor in the conventional train will be briefly described. FIG. 4 is a diagram illustrating an example of an effective value such as the inverter output voltage Vinv with respect to the speed of the train. The speed range is 55km for train speed
/ H or less, and the speed range is 55 to 80 km / h.
h, and the speed range indicates a speed range of 80 km / h or more. In the speed range, the motor current Im
Is kept constant at 151 A, and the inverter output voltage V
Since only inv is controlled, the inverter output voltage Vi
nv is proportional to the speed of the train. Then, the inverter output voltage Vinv has a maximum value (1 in FIG.
At this point, the motor current Im is controlled with the inverter output voltage Vinv kept constant, so that the motor current Im is proportional to the speed of the train (speed range).

【0032】しかし、この速度範囲およびにおいて
は、モータの最大トルク(F=21,364N)が得ら
れる定トルク領域であるが、速度範囲においては、制
御要素がなくなり、トルクが速度の2乗に反比例する特
性領域と呼ばれる領域となる。
However, in this speed range, the constant torque region where the maximum torque of the motor (F = 21,364N) can be obtained. However, in the speed range, there is no control element, and the torque becomes the square of the speed. This is a region called a characteristic region that is inversely proportional.

【0033】これに対し、力率改善回路130のコンデ
ンサCとして、820μFのコンデンサを、速度80k
m/hで投入した場合のモータ特性を図5に示す。定ト
ルク領域(F=21,364N)が高速側に拡大すると
ともに、インバータ出力電圧Vinvが1300Vより
も低下することが分かる。また、速度80km/hにお
いてコンデンサCを投入した結果が図5であるが、速度
80km/hにおけるインバータ出力電圧Vinvが1
300Vよりも低下することは、速度80km/h前、
即ち速度範囲およびにおいても、適切な容量のコン
デンサCを投入すれば、当該速度に対するインバータ出
力電圧Vinvを低減させることができることを示して
いる。なお、コンデンサCの容量については詳細に後述
する。
On the other hand, as the capacitor C of the power factor improving circuit 130, a capacitor of 820 μF is connected at a speed of 80 k.
FIG. 5 shows motor characteristics when the motor is turned on at m / h. It can be seen that the constant torque region (F = 21,364N) expands to the high speed side and the inverter output voltage Vinv drops below 1300V. FIG. 5 shows the result of turning on the capacitor C at a speed of 80 km / h.
If the voltage drops below 300V, the speed is 80 km / h before,
That is, in the speed range, the inverter output voltage Vinv corresponding to the speed can be reduced by inserting the capacitor C having an appropriate capacity. The capacitance of the capacitor C will be described later in detail.

【0034】このことは、図1を参照して上述したイン
バータ出力電圧とモータ電流との力率を改善し、出力ト
ルク対給電電圧比を向上させることに符合する。即ち、
どの速度領域であっても、適切な容量のコンデンサCを
投入すれば、所定のモータ端子間電圧に対して必要とさ
れる給電電圧を下げることができるため、インバータ出
力電圧Vinvを上げる余地を生むことができる。この
ため、本発明を適用した電車は、従来の特性領域であっ
た領域を高速側に移動させるとともに、特性領域におい
ても従来と比べ、出力トルクを上げることができる。
This corresponds to improving the power factor between the inverter output voltage and the motor current and improving the output torque-to-supply voltage ratio described above with reference to FIG. That is,
In any speed range, if a capacitor C having an appropriate capacity is inserted, the required power supply voltage for a predetermined motor terminal voltage can be reduced, so that there is room for increasing the inverter output voltage Vinv. be able to. For this reason, the train to which the present invention is applied can move the region that was the conventional characteristic region to the high-speed side, and can also increase the output torque in the characteristic region as compared with the related art.

【0035】また、モータの出力トルクはモータのブレ
ーキ力(電気ブレーキ力)ともいえるため、速度範囲
〜の範囲においては、最大トルクと同様の電気ブレー
キ力が得られる。しかし、特性領域(速度範囲)にお
いては、モータの出力トルクが速度の2乗に反比例する
ため、速度が上昇する程、電気ブレーキ力が失われる。
このため、高速域も低速域と同様のブレーキ力を確保す
るためには、機械ブレーキによる補足量を増加させなけ
ればならず、高速域であるほど、負担がかかっていた。
Further, since the output torque of the motor can be said to be the braking force (electric braking force) of the motor, an electric braking force similar to the maximum torque can be obtained in the range from the speed range. However, in the characteristic region (speed range), since the output torque of the motor is inversely proportional to the square of the speed, the electric braking force is lost as the speed increases.
For this reason, in order to secure the same braking force in the high-speed region as in the low-speed region, the amount of supplementation by the mechanical brake must be increased.

【0036】本発明を電車に適用することにより、高速
域でのモータの出力トルクを増加することができるた
め、電気ブレーキ力を増加することができる。従い、機
械ブレーキの負担を少なくすることができるため、ブレ
ーキシュー等のブレーキに係る材料および交換に係る作
業等を低減させることができる。
By applying the present invention to a train, the output torque of the motor in a high-speed range can be increased, so that the electric braking force can be increased. Therefore, since the load on the mechanical brake can be reduced, it is possible to reduce the material related to the brake such as the brake shoe and the work related to replacement.

【0037】さらに、電気ブレーキをかけることは、誘
導電動機たるモータを発電モードで使用することを意味
する。即ち、電気ブレーキ力が増加することにより、架
線への電力回生量を増やすことができるため、電車の運
転全般に要する電力量を減少せしめることが可能とな
る。
Further, the application of the electric brake means that the motor as the induction motor is used in the power generation mode. That is, since the amount of electric power regenerated to the overhead line can be increased by increasing the electric braking force, it is possible to reduce the electric energy required for the overall operation of the train.

【0038】なお、誘導電動機のリアクタンスは速度に
応じて、また誘導電動機の種類等によって変動するた
め、本発明の適用に当たっては、速度等に応じた適切な
容量のコンデンサCを用いる必要がある。即ち、上述し
たように、誘導電動機にはリアクタンス分が含まれるた
め、コンデンサCと、誘導電動機とを加えた全体のリア
クタンス分を減少させる容量のコンデンサを選定するこ
とが必要となる。リアクタンスの変化の幅が大きい電車
の誘導電動機に対して本発明を適用する場合には、特に
この点について留意が必要である。図4および図5にお
ける電車の誘導電動機(モータ)に対する、速度とリア
クタンスの関係を図6に示す。図6において、820μ
Fのコンデンサを投入した場合には速度80km/h
が、410μFのコンデンサを投入した場合には速度1
12km/hが、リアクタンスが0Ωとなる最適値とな
るが、速度の上昇あるいは下降とともに、リアクタンス
は変動する。
Since the reactance of the induction motor varies depending on the speed and the type of the induction motor, it is necessary to use a capacitor C having an appropriate capacity according to the speed and the like in applying the present invention. That is, as described above, since the induction motor includes a reactance component, it is necessary to select a capacitor having a capacity that reduces the total reactance component including the capacitor C and the induction motor. When applying the present invention to an induction motor of a train having a large range of change in reactance, it is particularly necessary to pay attention to this point. FIG. 6 shows the relationship between speed and reactance with respect to the induction motor (motor) of the train in FIGS. 4 and 5. In FIG. 6, 820 μm
The speed is 80km / h when the condenser of F is inserted.
However, when a capacitor of 410 μF is inserted, the speed becomes 1
12 km / h is the optimum value at which the reactance becomes 0Ω, but the reactance fluctuates as the speed increases or decreases.

【0039】このため、図3に示す力率改善回路130
のスイッチSWを、誘導電動機の速度相当信号(不図
示)に応じて開閉することにより、コンデンサCの投入
・切り離し時期の最適な制御を行うことが可能となる。
尚、スイッチSWは機械的なスイッチである必要はな
く、トライアック等の半導体素子や制御回路等であって
も良い。また、力率改善回路130は、スイッチSWと
コンデンサCとが並列に接続されたものとして説明した
が、力率改善回路130内に容量の異なる複数のコンデ
ンサを備え、投入するコンデンサを切り換えることとし
てもよい。この場合には、速度相当信号に応じて、最適
な容量のコンデンサを投入することが可能となる。ま
た、可変型コンデンサを用いて、速度相当信号に応じ
て、リアクタンスが最小となるように、コンデンサの容
量を変更することとしてもよい。
For this reason, the power factor improving circuit 130 shown in FIG.
By opening and closing the switch SW in response to a signal (not shown) corresponding to the speed of the induction motor, it is possible to perform optimal control of the timing for turning on and off the capacitor C.
The switch SW need not be a mechanical switch, but may be a semiconductor element such as a triac, a control circuit, or the like. Further, the power factor improvement circuit 130 has been described assuming that the switch SW and the capacitor C are connected in parallel. However, the power factor improvement circuit 130 includes a plurality of capacitors having different capacities in the power factor improvement circuit 130, and switches the input capacitor. Is also good. In this case, it is possible to insert a capacitor having an optimum capacity according to the speed equivalent signal. Further, the capacity of the capacitor may be changed using a variable capacitor in accordance with the signal corresponding to the speed so that the reactance is minimized.

【0040】次にコンデンサCの最適な容量、即ちコン
デンサCと誘導電動機とを加えた全体のリアクタンス分
を最小とする容量について説明する。
Next, the optimum capacity of the capacitor C, that is, the capacity that minimizes the total reactance of the capacitor C and the induction motor will be described.

【0041】まず、コンデンサを接続しない、誘導電動
機のみの場合を考える。誘導電動機の瞬時ベクトルで記
述される電圧方程式は、次式(5)〜(8)で表され
る。
First, consider the case where only a induction motor is used without connecting a capacitor. The voltage equation described by the instantaneous vector of the induction motor is represented by the following equations (5) to (8).

【数3】 (Equation 3)

【0042】なおここで、ω1は電源角周波数を、ωS
すべり角周波数を示す。また、電流ベクトルI1は1次
電流ベクトルを、電流ベクトルI2は2次電流ベクトル
を、電圧ベクトルV1は1次電圧ベクトルを、電圧ベク
トルV2は2次電圧ベクトルを、磁束ベクトルφ1は1次
鎖交磁束ベクトルを、磁束ベクトルφ2は2次鎖交磁束
ベクトルを示し、d軸とq軸の値によって次式(9)に
示すように求められる。
Here, ω 1 indicates the power supply angular frequency, and ω S indicates the slip angular frequency. The current vector I 1 is a primary current vector, the current vector I 2 is a secondary current vector, the voltage vector V 1 is a primary voltage vector, the voltage vector V 2 is a secondary voltage vector, and the magnetic flux vector φ 1 Denotes a primary interlinkage magnetic flux vector, and magnetic flux vector φ 2 denotes a secondary interlinkage magnetic flux vector, and is obtained from the values of the d-axis and the q-axis as shown in the following equation (9).

【0043】[0043]

【数4】 ここで、添字の1d1q2d2qは、それぞれ1次側のd
軸、1次側のq軸、2次側のd軸、2次側のq軸を示
す。
(Equation 4) Here, the subscripts 1d , 1q , 2d , and 2q are the primary side d, respectively.
Axis, the primary q-axis, the secondary d-axis, and the secondary q-axis.

【0044】また、定常状態であれば磁束に変化がない
(誘導電圧が生じない)ため、次式(10)が成立す
る。
In the steady state, there is no change in magnetic flux (no induced voltage is generated), so the following equation (10) holds.

【数5】 (Equation 5)

【0045】従って、(5)式、(7)式、(10)式
により、次式(11)が成立する。
Therefore, the following equation (11) is established by the equations (5), (7) and (10).

【数6】 (Equation 6)

【0046】ここで2次鎖交磁束ベクトルφ2をd軸に
一致させた場合には、2次鎖交磁束ベクトルφ2と2次
電流ベクトルI2とが垂直となるため、2次電流ベクト
ルI2のd軸成分が“0”となる。従って、次式(1
2)が成立する。
Here, when the secondary flux linkage vector φ 2 is made to coincide with the d-axis, the secondary flux vector φ 2 is perpendicular to the secondary current vector I 2 , so that the secondary flux vector φ 2 is perpendicular to the secondary flux vector φ 2. The d-axis component of I 2 becomes “0”. Therefore, the following equation (1)
2) holds.

【数7】 (Equation 7)

【0047】そして、この(12)式により、(11)
式が次の(13)〜(15)式のように表される。
Then, according to the equation (12), (11)
The equation is expressed as the following equations (13) to (15).

【数8】 (Equation 8)

【0048】次に本発明を適用した場合、即ち、誘導電
動機にコンデンサを直列に接続した場合を考える。電流
に対して電圧はπ/2遅れるため、コンデンサ電圧Vc
は、次の(16)式および(17)式となる。
Next, a case where the present invention is applied, that is, a case where a capacitor is connected in series to an induction motor will be considered. Since the voltage is delayed by π / 2 with respect to the current, the capacitor voltage Vc
Becomes the following equations (16) and (17).

【数9】 (Equation 9)

【0049】ここで、コンデンサの最適な容量は、図7
に示すように誘導電動機の1次電流ベクトルI1と1次
電圧ベクトルV1との力率“1”を実現する容量とな
る。1次電流ベクトルI1と1次電圧ベクトルV1との力
率が“1”であるためには、次式(18)が成立すれば
よい。
The optimum capacity of the capacitor is shown in FIG.
The capacity to achieve a power factor "1" of the primary current vector I 1 of the induction motor and the primary voltage vector V 1 as shown in FIG. In order for the power factor of the primary current vector I 1 and the primary voltage vector V 1 to be “1”, the following equation (18) should be satisfied.

【数10】 (Equation 10)

【0050】よって、(17)式および(18)式よ
り、次の(19)式および(20)式が成立し、最終的
にコンデンサCの容量は(21)式となる。
Therefore, from the expressions (17) and (18), the following expressions (19) and (20) are satisfied, and finally, the capacitance of the capacitor C becomes the expression (21).

【数11】 [Equation 11]

【0051】以上、誘導電動機の電流および電圧を1次
側と2次側に分けて(5)〜(21)式を示したが、1
次側の電流および電圧とは、図1におけるインバータ出
力電流Iinv(=モータ電流Im)とインバータ出力
電圧Vinvに相当するものである。従い、(21)式
に示す容量のコンデンサによって、当該コンデンサと誘
導電動機とを加えた全体のリアクタンス分が“0”とな
り、電源電圧(インバータ出力電圧Vinv)と誘導電
動機の電流(モータ電流Im)との力率が改善されるこ
ととなる。
As described above, the equations (5) to (21) are shown by dividing the current and voltage of the induction motor into the primary side and the secondary side.
The current and voltage on the secondary side correspond to the inverter output current Iinv (= motor current Im) and the inverter output voltage Vinv in FIG. Accordingly, the total reactance of the capacitor and the induction motor becomes “0” by the capacitor having the capacity shown in the equation (21), and the power supply voltage (inverter output voltage Vinv) and the current of the induction motor (motor current Im) are obtained. And the power factor is improved.

【0052】また、1次電流ベクトルI1と1次電圧ベ
クトルV1との力率を“−1”とする場合にも(18)
〜(21)式が成立する。
Also, when the power factor between the primary current vector I 1 and the primary voltage vector V 1 is “−1”, (18)
Expressions (21) to (21) hold.

【0053】[0053]

【発明の効果】本発明によれば、給電電圧(電源電圧)
と誘導電動機の電流との力率を改善させ、誘導電動機の
出力トルク対給電電圧(電源電圧)比を容易に向上させ
ることができる。また、誘導電動機に一定の電圧を印加
する場合、必要な給電電圧を少なくすることができ、逆
に、一定の給電電圧であった場合には、誘導電動機にか
かる電圧、即ち出力トルクを上昇させることが可能とな
る。また、本発明はコンデンサの接続のみであるため、
簡易かつ安価な方法で上記効果を得ることができる。
According to the present invention, the power supply voltage (power supply voltage)
And the power factor between the induction motor and the current of the induction motor can be improved, and the ratio of the output torque of the induction motor to the supply voltage (power supply voltage) can be easily improved. When a constant voltage is applied to the induction motor, the required supply voltage can be reduced. Conversely, when the supply voltage is constant, the voltage applied to the induction motor, that is, the output torque is increased. It becomes possible. Also, since the present invention is only connection of the capacitor,
The above effects can be obtained by a simple and inexpensive method.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の原理を説明するための図。FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of the present invention.

【図2】インバータ制御の電車に本発明を適用した場合
の主回路を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing a main circuit when the present invention is applied to an inverter-controlled train.

【図3】図2におけるモータの1相あたりの等価回路
と、力率改善回路との構成を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of an equivalent circuit per one phase of the motor and a power factor improving circuit in FIG. 2;

【図4】従来の電車における誘導電動機のモータ特性の
一例を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing an example of motor characteristics of an induction motor in a conventional train.

【図5】本発明を時速80km/hにおいて適用した電
車における誘導電動機のモータ特性の一例を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing an example of motor characteristics of an induction motor in a train to which the present invention is applied at a speed of 80 km / h.

【図6】誘導電動機の速度とリアクタンスの関係を示す
図。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the speed of an induction motor and reactance.

【図7】誘導電動機の1次側の電流および電圧を示す
図。
FIG. 7 is a diagram showing current and voltage on the primary side of the induction motor.

【図8】従来の誘導電動機の電圧・電流特性を示す図。FIG. 8 is a diagram showing voltage-current characteristics of a conventional induction motor.

【図9】従来の力率改善方法の原理を説明するための
図。
FIG. 9 is a diagram for explaining the principle of a conventional power factor improving method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 誘導電動機(モータ) 2 インバータ 3 コンデンサ 130 力率改善回路 SW スイッチ C コンデンサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Induction motor (motor) 2 Inverter 3 Capacitor 130 Power factor improvement circuit SW switch C capacitor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡邉 朝紀 東京都国分寺市光町二丁目8番地38 財団 法人鉄道総合技術研究所内 Fターム(参考) 5G066 FA03 FB01 5H576 AA01 BB01 CC01 DD02 DD04 EE01 EE09 EE19 FF08 HB02 LL27 5H740 AA06 BB08 BB10 NN02 NN17 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Asaki Watanabe 2-8-8 Hikaricho, Kokubunji-shi, Tokyo F-term in the Railway Technical Research Institute 5G066 FA03 FB01 5H576 AA01 BB01 CC01 DD02 DD04 EE01 EE09 EE19 FF08 HB02 LL27 5H740 AA06 BB08 BB10 NN02 NN17

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】誘導電動機の電源ラインの途中に、該誘導
電動機と直列に接続するコンデンサを有することを特徴
とする力率改善回路。
1. A power factor improving circuit comprising a capacitor connected in series with an induction motor in a power supply line of the induction motor.
【請求項2】請求項1記載の力率改善回路であって、 前記誘導電動機の速度相当信号に応じて、前記コンデン
サを投入する投入手段を備えることを特徴とする力率改
善回路。
2. The power factor improving circuit according to claim 1, further comprising: an input means for inputting the capacitor in response to a signal corresponding to the speed of the induction motor.
【請求項3】誘導電動機の電源ラインの途中に、該誘導
電動機と直列に接続するコンデンサを複数有し、前記誘
導電動機の速度相当信号に応じて投入するコンデンサを
切り換えることを特徴とする力率改善回路。
3. A power factor, comprising a plurality of capacitors connected in series with the induction motor in the middle of a power supply line of the induction motor, wherein a capacitor to be supplied is switched according to a speed equivalent signal of the induction motor. Improvement circuit.
【請求項4】請求項1から3のいずれか記載の力率改善
回路であって、 前記コンデンサは、前記誘導電動機に接続することによ
って、前記誘導電動機と合わせたリアクタンスの大きさ
を、前記誘導電動機のみのリアクタンスの大きさより小
さくする容量であることを特徴とする力率改善回路。
4. The power factor correction circuit according to claim 1, wherein the capacitor is connected to the induction motor to reduce the magnitude of reactance combined with the induction motor. A power factor improving circuit having a capacity smaller than a reactance of only an electric motor.
【請求項5】請求項1から4のいずれか記載の力率改善
回路を備えることを特徴とする誘導電動機。
5. An induction motor comprising the power factor improvement circuit according to claim 1. Description:
【請求項6】前記誘導電動機は電車に使用される電動機
であることを特徴とする請求項5記載の誘導電動機。
6. The induction motor according to claim 5, wherein said induction motor is a motor used for a train.
【請求項7】コンデンサを介して給電することにより、
トルク対給電電圧比を向上させることを特徴とする誘導
電動機の制御方法。
7. Power supply through a capacitor,
A method for controlling an induction motor, wherein a torque-to-supply voltage ratio is improved.
JP2000137525A 2000-05-10 2000-05-10 Power factor improvement circuit, induction motor and control method thereof Pending JP2001320897A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000137525A JP2001320897A (en) 2000-05-10 2000-05-10 Power factor improvement circuit, induction motor and control method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000137525A JP2001320897A (en) 2000-05-10 2000-05-10 Power factor improvement circuit, induction motor and control method thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001320897A true JP2001320897A (en) 2001-11-16

Family

ID=18645284

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000137525A Pending JP2001320897A (en) 2000-05-10 2000-05-10 Power factor improvement circuit, induction motor and control method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2001320897A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007526962A (en) * 2004-02-05 2007-09-20 マイクロゲン エナジー リミテッド Device for connecting a prime mover-driven alternator to an existing circuit with alternating current
US7459869B2 (en) 2002-10-25 2008-12-02 Lg Electronics Inc. Driving apparatus of motor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7459869B2 (en) 2002-10-25 2008-12-02 Lg Electronics Inc. Driving apparatus of motor
JP2007526962A (en) * 2004-02-05 2007-09-20 マイクロゲン エナジー リミテッド Device for connecting a prime mover-driven alternator to an existing circuit with alternating current

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2010026699A1 (en) Power conversion device
JP3435104B2 (en) Apparatus and method for generating braking torque in an AC drive
US20100231149A1 (en) Linearity for field weakening in an interior permanent magnet machine
US10873285B2 (en) Inverter drive device and electrically driven vehicle system using the same
JPH09294388A (en) Vector control of motor and vector controlled inverter device
CN102792577B (en) Power conversion device
JP5370769B2 (en) Control device for motor drive device
JP3765437B2 (en) Control system for synchronous motor for machine tool spindle drive
JP4065375B2 (en) Motor driving apparatus and motor driving method
JP5319139B2 (en) Winding switching device and winding switching method for three-phase AC motor
JP2019068598A (en) Method and device for controlling variable magnetic force motor
EP0503879A2 (en) Synchronous motor with permanent magnets and motor system
JP2001320897A (en) Power factor improvement circuit, induction motor and control method thereof
JPH09149689A (en) Operation controller for pole change motor
JP3980324B2 (en) Motor driving current control device and method thereof
JP7413171B2 (en) Motor control devices, mechanical and electrical integrated units, generator systems, boost converter systems, and electric vehicle systems
JP2003033071A (en) Motor controller
JPH10117403A (en) Hybrid drive system for electric car
WO2020129170A1 (en) Motor drive apparatus, refrigerant cycle apparatus, air conditioner, water heater, and refrigerator
JP3463197B2 (en) Automatic voltage regulator for synchronous generator
JP6464924B2 (en) Control device for rotating electrical machine
JP7449166B2 (en) motor system
JPWO2019193621A1 (en) Electric motor drive and air conditioner
JP2003209999A (en) Motor controller
JPH08317685A (en) Inverter device