JP2804035B2 - 誘導機の制御装置 - Google Patents

誘導機の制御装置

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JP2804035B2 JP63008254A JP825488A JP2804035B2 JP 2804035 B2 JP2804035 B2 JP 2804035B2 JP 63008254 A JP63008254 A JP 63008254A JP 825488 A JP825488 A JP 825488A JP 2804035 B2 JP2804035 B2 JP 2804035B2
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【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、誘導機の制御装置に係り、特にベクトル制
御を行なって誘導機の端子電圧の位相及び周波数を商用
電源電圧と一致させて切換えるよう制御する誘導機の制
御装置に関する。
(従来の技術) 交流電動機を可変周波数電源装置により運転し、商用
電源と同一の周波数になったところで、商用電源と電動
機端子電圧位相を合わせて切換える方式を商用同期切換
と言い、これとは逆に、商用電源で運転中に可変周波数
電源装置に切換える方式を商用同期解列と言う。
大容量の同期電動機などでは、始動電流を抑制した
り、電動機の熱的・機械的ストレスを軽減したりする目
的で、上記切換方式が一般に用いられている。しかし、
誘導電動機の場合、実際の回転数の一次周波数との間に
すべりが存在し、「周波数=回転数」とならないため、
商用同期切換の方法として、一般に、回転数を制御せず
周波数を制御する方法を用いていた。
第3図を用いて、誘導電動機(以下、誘導機と称
す。)の周波数制御(V/F制御)により同期切換を行な
う従来の制御装置を説明する。
第3図に示すように、1は誘導機、2は商用電源(図
示せず)を任意の電圧、周波数の交流に変換する周波数
変換器、3は変換器出力側遮断器、4は商用電源側遮断
器、5は電圧基準VRFFと電圧フィードバックVを比較制
御する電圧制御回路、6は電流基準演算回路、7は電流
基準IREFと電流フィードバックIとを比較制御する電流
制御回路、8は位相比較器、9はローパスフィルタ、10
は周波数補正回路である。
このように構成されたものにおいて、誘導機1を周波
数変換器2により始動・加速して、商用電源に同期切換
えする方法を説明する。まず、周波数変換器2により誘
導機1を商用電源周波数近傍まで加速し、その後商用電
源電圧位相θと周波数変換器出力電圧位相θとを位
相比較器8により比較し、位相誤差Δθを算出し、これ
をローパスフィルタ9を通して周波数補正信号とし
て周波数基準REFに加算し、この和を基に、周波数変
換器2の周波数を制御する。
このようにして構成した場合、位相比較器8、ローパ
スフィルタ9、周波数補正回路10、電流基準演算回路
6、電流制御回路7及び周波数変換器2は位相同期ルー
プ(PLL)を構成し、位相誤差Δθが0となるように、
即ち周波数変換器出力電圧位相θと商用電源電圧位相
θとが一致するように周波数補正信号が動作す
る。両者の位相が一致している状態で変換器出力側遮断
器3を開放し、商用電源側遮断器4を投入することによ
り同期切換が完了する。
他方、商用電源にて運転中の誘導機1を商用電源と同
位相にて運転された周波数変換器に切換えて運転する商
用同期解列の場合は次のような方法をとる。
商用電源側遮断器4が閉、変換器出力側遮断器3が開
の状態で、変換器出力電圧位相θを商用電源電圧位相
θとの位相が一致するように、周波数補正信号
調整し、位相誤差Δθが十分小さくなった後に変換器出
力側開遮断器3を投入し、その後商用電源側遮断器4を
開放し、周波数変換器2による運転に切換えが完了す
る。もし電流形変換器のように周波数変換器2が出力を
開放した状態で電圧を出力できない場合には、出力電圧
位相θと等価な制御信号を用いて、上記動作を行な
い、変換器出力側遮断器3を投入後に実際の周波数変換
器2による通電を開始することもできる。
(発明が解決しようとする課題) 上記従来の誘導機の制御装置においては、周波数変換
器で周波数を制御するために実際の回転数の精度を高く
することができない。また、急加減速を行なう場合や誘
導機の負荷が変動する場合に安定性に問題があった。
そこで、本発明は誘導機の速度を検出し、高い精度で
速度を制御し、かつ安定な制御性能を有しながら、商用
同期切換、商用同期解列が可能な誘導機の制御装置を提
供することを目的とする。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段及びその作用) 従って、上記目的を達成するために、本発明の誘導機
の制御装置は、定周波数電源と電圧源形周波数変換器と
が併設され、誘導機を制御する誘導機の制御装置におい
て、前記電圧源形周波数変換器と前記誘導機との間に設
けられた第1の遮断器と、前記定周波数電源と前記誘導
機との間に設けられた第2の遮断器と、前記誘導機の回
転速度を検出する速度検出器と、この速度検出器の検出
速度と予め設定された速度基準との偏差を算出し、この
算出値に基づいて、前記誘導機の一次電流のうちトルク
電流成分の基準値を生成する速度制御回路と、前記誘導
機の一次電流のうち励磁電流成分の基準値を設定する磁
束設定回路と、前記速度検出器の検出速度と前記速度制
御回路のトルク電流成分の基準値と前記磁束設定回路の
励磁電流成分の基準値とに基づいて前記誘導機の一次電
流値と位相とを求め、この求めた一次電流値と位相とに
基づいて前記電圧源形周波数変換器を制御する電流制御
回路と、前記定周波数電源の位相と前記電圧源形周波数
変換器の位相との差を算出する位相差検出器と、この位
相差検出器からの位相差に基づき、前記誘導機の一次周
波数と前記定周波数電源の周波数とが等しくなるよう速
度補正信号を生成する速度補正回路と、この速度補正回
路からの速度補正信号と予め設定された前記速度基準と
を加算して新しい速度基準を生成する新速度基準生成回
路と、前記電圧源形周波数変換器から前記誘導機に給電
している場合、前記位相差検出器からの位相差が所定値
より小さくなった時に、前記第2の遮断器を投入し、そ
の後前記第1の遮断器を開放することで商用同期切換を
行い、前記定周波数電源から前記導電機に給電している
場合、前記1の遮断器を開放したまま運転した前記電圧
源形周波数変換器の位相に基づき前記位相差検出器から
の位相差が所定値より小さくなった時に、前記第1の遮
断器を投入し、その後前記第2の遮断器を開放すること
で商用同期解列を行うよう前記第1及び第2の遮断器を
制御する遮断器制御回路とを備えたことを特徴とし、ま
た、定周波数電源と電流源形周波数変器とが併設され、
誘導機を制御する誘導機の制御装置において、前記電流
源形周波数変換器と前記誘導機との間に設けられた第1
の遮断器と、前記定周波数電源と前記誘導機との間に設
けられた第2の遮断器と、前記誘導機の回転速度を検出
する速度検出器と、この速度検出器の検出速度と予め設
定された速度基準との偏差を算出し、この偏差に基づい
て、前記誘導機の一次電流のうちトルク電流成分の基準
値を生成する速度制御回路と、前記誘導機の一次電流の
うち励磁電流成分の基準値を設定する磁束設定回路と、
出力電圧位相を推定する出力電圧位相推定回路と、この
出力電圧位相推定回路からの出力電圧位相と前記定周波
数電源の電圧位相との差を算出する位相差検出器と、こ
の位相差検出器からの出力に基づいてトルク電流分補正
信号を生成する補正信号生成回路と、前記速度制御回路
からの出力と前記補正信号生成回路からの出力のいずれ
か一方を選択する選択回路と、この選択回路により選択
された前記速度制御回路からの出力と前記補正信号生成
回路からの出力のいずれか一方と前記速度検出器の検出
速度と前記磁束設定回路の励磁電流成分の基準値とに基
づいて前記誘導機の一次電流値と位相とを求め、この求
めた一次電流値と位相とに基づいて前記電流源形周波数
変換器を制御する電流制御回路と、前記定周波数電源か
ら前記誘導機に給電している場合、前記選択回路が前記
補正信号生成回路からの出力を選択するように制御し、
前記位相差検出回路からの位相差が所定値より小さくな
った時に、前記第1の遮断器を投入し、その後前記第2
の遮断器を開放すると共に前記選択回路が前記速度制御
回路からの出力を選択する前記第1及び第2の遮断器及
び前記選択回路を制御する遮断選択制御回路とを備えた
ことを特徴とする。
このように、構成された本発明の誘導機の制御装置に
よれば、誘導機の一次電流を磁束分とトルク分とに分離
し、速度制御を行なうことにより、高い速度精度と安定
性を維持しながら、商用同期切換、商用同期解列を行な
う。
(実施例) 以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。
第1図において第3図において説明したものと同一の
構成要素については、同一符号を付し、その説明を省
く。第1図に示すように、11は速度制御回路、12は磁束
設定回路、13は速度検出器、14は電流基準演算回路であ
る。
このように構成されたものにおいて、誘導機1を周波
数変換器2で運転する場合には、速度基準Nrefを入力
し、誘導機1の速度Nを速度検出器13により検出し、こ
れをフィードバックし、速度制御回路11により速度制御
を行なう。速度制御回路11は、速度基準Nrefおよび速度
Nの偏差分ΔNにより、誘導機1の一次電流のうちトル
ク電流成分の基準値ilqを出力する。一方、磁束認定回
路12は、誘導機1の一次電流のうち励磁電流成分の基準
値i1dを出力する。電流基準演算回路14は、トルク電流
分i1q、励磁電流分i1d及び速度Nより一次電流の大きさ
IREFと位相θとを出力する。電流制御回路7は、一次
電流の大きさIREFと位相θを基準とし、周波数変換器
2の出力電流Iの大きさと位相を瞬時値制御する。第1
図に示すように構成された誘導機の制御装置を用いて、
商用同期切換を行なう場合には、まず周波数変換器2を
用いて誘導機1の速度Nを制御し、商用電源電圧位相θ
と変換器出力電圧位相θとを位相比較器8により比
較して、位相誤差Δθを求め、これをローパスフィルタ
9を通して、速度補正信号NAとして速度基準Nrefに加算
する。このように構成した場合、速度制御回路11、電流
基準演算回路14、電流制御回路7、周波数変換器2、位
相比較器8、ローパスフィルタ9は位相同期ループ(PL
L)を構成し、位相誤差Δθが小さくなるように速度補
正信号NAを出力する。この場合、速度補正信号NAは、す
べり周波数を操作して一次周波数と商用電源周波数が等
しくなるように出力される。位相誤差Δθが十分小さく
なった時に、商用電源側遮断器4を投入し、その後変換
器出力側遮断器3を開放することにより、商用同期切換
が完了する。
変換器出力側遮断器3を開放にした状態で周波数変換
器2の出力電圧を出しうる電圧源形の周波数変換器の場
合には、商用同期解列についても上記方法で商用電源か
ら周波数変換器に切換えることができる。つまり、変換
器出力側遮断器3を開放にしたまま周波数変換器2を運
転し、その出力電圧位相θを検出して商用電源電圧位
相θとの位相誤差Δθが小さくなるよう速度補正信号
NAを出力し、位相誤差Δθが十分小さくなった時点で、
変換器出力側遮断器3を投入する。しかる後、商用電源
側遮断器4を開放して商用同期解列が完了する。
一方、周波数変換器2の出力を開放にした状態では運
転することのできない電流源形の周波数変換器の場合、
商用同期解列は先の実施例の方式をとることができな
い。したがって、第2図に本発明の他の実施例として、
電流源形の周波数変換器を用いた場合を示す。
第2図において、先の実施例と同一構成要素であるも
のについては、同一符号を付し、その説明を省く。15は
電流制御回路7からの通電信号Cより出力電圧位相θ
を推定する出力電圧位相演算回路、16はトルク電流分の
基準値を切換えるトルク電流切換回路である。商用同期
解列の動作を以下説明する。
商用電源側遮断器4を閉として商用電源にて運転して
いる状態から、周波数変換器2の制御回路系のみ動作さ
せ、出力電圧位相演算回路15により、電流制御回路7か
ら周波数変換器2への通電信号Cより、出力電圧位相θ
を推定する。出力電圧位相θと商用電源電圧位相θ
とを位相比較器8により比較し、位相誤差Δθをロー
パスフィルタ9を通してトルク電流分補正信号i1qAとし
て電流基準演算回路14に入力する。電流基準演算回路14
はトルク電流分補正信号i1qA及び励磁電流分i1d及び速
度Nより一次電流の大きさIREFと位相θとを出力す
る。電流制御回路7は、一次電流の大きさIREFと位相θ
とを基準とし、周波数変換器2に通電信号Cを与え
る。以上の構成において、出力電圧位相演算回路15と位
相比較器8、ローパスフィルタ9、電流基準演算回路1
4、電流制御回路7は位相同期ループ(PLL)を構成し、
位相誤差Δθが小さくなるようにi1qAを出力する。周波
数変換器2の制御回路系のみ動作している状態で位相誤
差Δθが十分小さくなった時に、変換器出力側遮断器3
を投入し、商用電源電圧に位相が合った状態で周波数変
換器2の出力電圧を出力し、その後、商用電源側遮断器
4を開放する。これと同時にトルク電流切換回路16を速
度制御回路11側に切換え、以後、周波数変換器2により
誘導機1を速度制御する。
以上により商用同期解列が完了する。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明によれば、高い速度精度や安
定性を維持しながら、商用同期切換、商用同期解列が可
能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示すブロック図、第2図は
本発明の他の実施例を示すブロック図、第3図は従来の
誘導機の制御装置を示すブロック図である。 1……誘導機、2……周波数変換器 8……位相比較器、9……ローパスフィルタ 11……通電制御回路、12……磁束設定回路 13……速度検出器、14……電流基準演算回路 15……出力電圧位相演算回路 16……トルク電流切換回路
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H02P 5/408 - 5/412 H02P 7/628 - 7/632 H02P 21/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】定周波数電源と電圧源形周波数変換器とが
    併設され、誘導機を制御する誘導機の制御装置におい
    て、 前記電圧源形周波数変換器と前記誘導機との間に設けら
    れた第1の遮断器と、 前記定周波数電源と前記誘導機との間に設けられた第2
    の遮断器と、 前記誘導機の回転速度を検出する速度検出器と、 この速度検出器の検出速度と予め設定された速度基準と
    の偏差を算出し、この算出値に基づいて、前記誘導機の
    一次電流のうちトルク電流成分の基準値を生成する速度
    制御回路と、 前記誘導機の一次電流のうち励磁電流成分の基準値を設
    定する磁束設定回路と、 前記速度検出器の検出速度と前記速度制御回路のトルク
    電流成分の基準値と前記磁束設定回路の励磁電流成分の
    基準値とに基づいて前記誘導機の一次電流値と位相とを
    求め、この求めた一次電流値と位相とに基づいて前記電
    圧源形周波数変換器を制御する電流制御回路と、 前記低周波数電源の位相と前記電圧源形周波数変換器の
    位相との差を算出する位相差検出器と、 この位相差検出器からの位相差に基づき、前記誘導機の
    一次周波数と前記定周波数電源の周波数とが等しくなる
    よう速度補正信号を生成する速度補正回路と、 この速度補正回路からの速度補正信号と予め設定された
    前記速度基準とを加算して新しい速度基準を生成する新
    速度基準生成回路と、 前記電圧源形周波数変換器から前記誘導機に給電してい
    る場合、前記位相差検出器からの位相差が所定値より小
    さくなった時に、前記第2の遮断器を投入し、その後前
    記第1の遮断器を開放することで商用同期切換を行い、
    前記定周波数電源から前記誘導機に給電している場合、
    前記第1の遮断器を開放したまま運転した前記電圧源形
    周波数変換器の位相に基づき前記位相差検出器からの位
    相差が所定値より小さくなった時に、前記第1の遮断器
    を投入し、その後前記第2の遮断器を開放することで商
    用同期解列を行うよう前記第1及び第2の遮断器を制御
    する遮断器制御回路と を具備したことを特徴とする誘導機の制御装置。
  2. 【請求項2】定周波数電源と電流源形周波数変換器とが
    併設され、誘導機を制御する誘導機の制御装置におい
    て、 前記電流源形周波数変換器と前記誘導機との間に設けら
    れた第1の遮断器と、 前記定周波数電源と前記誘導機との間に設けられた第2
    の遮断器と、 前記誘導機の回転速度を検出する速度検出器と、 この速度検出器の検出速度と予め設定された速度基準と
    の偏差を算出し、この偏差に基づいて、前記誘導機の一
    次電流のうちトルク電流成分の基準値を生成する速度制
    御回路と、 前記誘導機の一次電流のうち励磁電流成分の基準値を設
    定する磁束設定回路と、 出力電圧位相を推定する出力電圧位相推定回路と、 この出力電圧位相推定回路からの出力電圧位相と前記定
    周波数電源の電圧位相との差を算出する位相差検出器
    と、 この位相差検出器からの出力に基づいてトルク電流分補
    正信号を生成する補正信号生成回路と、 前記速度制御回路からの出力と前記補正信号生成回路か
    らの出力のいずれか一方を選択する選択回路と、 この選択回路により選択された前記速度制御回路からの
    出力と前記補正信号生成回路からの出力のいずれか一方
    と前記速度検出器の検出速度と前記磁束設定回路の励磁
    電流成分の基準値とに基づいて前記誘導機の一次電流値
    と位相とを求め、この求めた一次電流値と位相とに基づ
    いて前記電流源形周波数変換器を制御する電流制御回路
    と、 前記定周波数電源から前記誘導機に給電している場合、
    前記選択回路が前記補正信号生成回路からの出力を選択
    するように制御し、前記位相差検出器からの位相差が所
    定値より小さくなった時に、前記第1の遮断器を投入
    し、その後前記第2の遮断器を開放すると共に前記選択
    回路が前記速度制御回路からの出力を選択する前記第1
    及び第2の遮断器及び前記選択回路を制御する遮断選択
    制御回路と、 を具備したことを特徴とする誘導機の制御装置。
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