JP3025589B2 - ３相誘導電動機の起動・停止制御装置および制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、３相誘導電動機を起動
し停止させる３相誘導電動機の起動・停止制御装置およ
び制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】電源
供給ラインとの間に他の電気素子を挿入することなし
に、３相誘導電動機を電源供給ラインに接続することに
よって直接に起動させることは、電動機の起動を達成さ
せるための利用可能な方法のうちで最も簡単であって安
価な方法であるが、次の２つの不都合な点がある。その
１つは、ギャップにおける磁束の確立時に生じる過渡現
象のために、電動機のトルクが回転動作を伝達する機械
的な伝達機構に損傷を与える可能性がある高振幅を有す
るパルスに対して耐える必要があることであり、もう１
つは起動期間中の電流が非常に大きな値となり、それが
重大な電圧低下を生じさせ、電源供給ラインに対して故
障などの影響を生じさせることである。

【０００３】上述の理由のために、問題となっているこ
のタイプの電動機が、直接的な起動を生じさせる有害な
電気的かつ機械的な効果を減少させるという目的で用い
られる種々の補助的な装置との協働動作で起動されるこ
とが好都合であり適切である。

【０００４】本発明の目的は、起動周期中における電流
値を減少させることができ、電動機の停止操作中と同様
に加速周期中における電動機のトルクの制御を行うとい
う方法で、パワー半導体素子による制御された導通手段
を用いた３相誘導電動機の起動・停止制御装置および起
動・停止方法を提供することにある。

【０００５】３相誘導電動機の起動は、公知であって工
業的に応用されている種々の電気機械的な方法によって
実行することが可能である。これらの方法として、直接
起動方法、オートトランスによる起動方法、電源供給ラ
インと電動機との間に複数のリアクトル又は複数の抵抗
を挿入して起動する方法があり、また、他の方法とし
て、初期のスター結線の電動機からデルタ結線の電動機
に、巻線接続を変化させることによって起動させる方法
がある。

【０００６】上述したように、直接起動方法による電動
機の起動は、多くの場合において対応するシステムを起
動させることが不可能となる幾つかの不都合な点を含ん
でいる。その結果残った従来の方法は、直接起動方法に
おける上記引用した不都合を減少させる試みであるが、
固定子巻線への電圧印加を、電圧のスイッチングが生じ
るときに現れる新しい過渡現象を用いて段階的に行うこ
とによっても、これらの不都合をすべて解消させること
はできない。

【０００７】パワー半導体の出現によって、電源正弦波
をカットしながら電動機に電圧を印加するための方法が
進歩的にかつ連続的に開発されてきた。この方法では、
電動機に対して印加する二乗平均の平方根である実効値
を調整し、これによって起動中において電流の実効値を
制御することが可能である。

【０００８】現在までに、全体的に満足する結果が得ら
れた公知の実施例の技術はない。用いられたすべての解
法はマイナスの効果を減少させる傾向にあるが、各方法
で生じた不都合をすべて解消するような方法はない。

【０００９】３相交流誘導電動機を起動制御する装置お
よび方法を記述した国際特許出願第ＷＯ８４／０４００
５号が知られている。当該出願においては、シーケンシ
ャルな点弧中に達成される導通角は、スイッチング手段
が同時に非導通状態となることを回避するために十分に
大きな値である必要がある。これによって、初期電圧が
主電源電圧の４０％よりも高いので、より鋭い起動を実
現できる。一方、磁束や電動機のトルクの振動が発生
し、導通角は電動機の速度とは別の要因で変化する。

【００１０】上記国際特許出願第ＷＯ８４／０４００５
号において開示された角度測定の原点の角度は本発明の
それと異なっていることを考慮する必要がある。従っ
て、本発明において記述した１７０−１８０度の導通角
は上記国際特許出願と同一の原点の角度を用いると８０
−９０度に対応し、この値は４５−５５度に減少して保
持される。本発明の１４０−１５０度という値は上記国
際特許出願第ＷＯ８４／０４００５号と同一の原点の角
度を用いると５０−６０度に対応する。

【００１１】一方、当該国際特許出願第ＷＯ８４／０４
００５号においては、ほとんどの使用において必要であ
る、穏やかな停止や漸進的な停止を実行することは不可
能である。

【００１２】

【課題を解決するための手段および作用】本発明によれ
ば、３相電源の３つの供給相の各々一つとそれに対応す
る電動機巻線との間で、直列に接続された半導体パワー
デバイスの導通角を制御することによって３相誘導電動
機の起動を制御するための方法を確立した。このタイプ
の半導体デバイスは制御信号（点弧信号）を印加したと
きに導通状態となり、これらは、当該デバイスを流れる
電流が流れなくなるまでこの導通状態を保持する。手短
に言えば、これらのデバイスは、シリコン制御整流器を
構成するサイリスタやトライアックなどの一般に知られ
た半導体デバイスである。

【００１３】本発明にかかる起動・停止制御装置は、基
本的には以下の如くに構成される。三相誘導電動機の巻
線にそれぞれが接続されている三本のＡＣ電流供給ライ
ンと、それぞれが前記供給ラインと直列接続されてい
て、点弧信号を受信すると導通状態に切り替え、かつ、
そこを流れる交流電流が遮断されるまでその導通状態を
保持する複数のスタチックスイッチと、それぞれが前記
スタチックスイッチの入力端と出力端との間に接続され
ていて、アナログ入力と二つのレベルのデジタル出力と
を有する電気的に絶縁された複数のアナログ・デジタル
電圧変換器と、前記供給ラインの少なくとも一本に接続
した供給電圧のゼロクロス検出器と、前記供給ラインの
少なくとも一本に接続され、かつ、当該供給ラインが電
流を導電していない期間にライン電圧から中立電圧に至
る電圧を検出すべく配置した起動力検出器とからなる前
記三相誘導電動機の起動・停止制御装置において、全て
の前記供給ラインに接続した全てのスタチックスイッチ
に対してこの二重点弧指令を周期的に印加すべく配置さ
れていて、前記電動機の起動初期に前記ゼロクロス検出
器により検出された供給ラインの電圧シーケンスに応じ
て、前記供給ラインの内の二本の供給ラインに対応する
スタチックスイッチに同時点弧指令を印加する手段を設
けて、前記起動初期に電動機のいずれの相ないし供給ラ
インに電流が流れない期間が存在するように、電流を断
続的に流すようにしたことを特徴とする。さらに、本発
明のいま一つの態様にかかる起動・停止制御装置は、三
相誘導電動機の巻線にそれぞれが接続されている三本の
ＡＣ電流供給ラインと、それぞれが前記供給ラインと直
列接続されていて、点弧信号を受信すると導通状態に切
り替え、かつ、そこを流れる交流電流が遮断されるまで
その導通状態を保持する複数のスタチックスイッチと、
それぞれが前記スタチックスイッチの入力端と出力端と
の間に接続されていて、アナログ入力と二つのレベルの
デジタル出力とを有する電気的に絶縁された複数のアナ
ログ・デジタル電圧変換器と、前記供給ラインの少なく
とも一本に接続した供給電圧のゼロクロス検出器と、前
記供給ラインの少なくとも一本に接続され、かつ、当該
供給ラインが電流を導電していない期間にライン電圧か
ら中立電圧に至る電圧を検出すべく配置した起動力検出
器とからなる前記三相誘導電動機の起動・停止制御装置
において、全ての前記供給ラインに接続した全てのスタ
チックスイッチに対してこの二重点弧指令を周期的に印
加すべく配置されていて、前記電動機の起動初期に前記
ゼロクロス検出器により検出された供給ラインの電圧シ
ーケンスに応じて、また、前記起動初期後に電圧変換器
により検出された電動機の各相を流れる電流のシーケン
スに応じて、前記供給ラインの内の二本の供給ラインに
対応するスタチックスイッチに同時点弧指令を印加する
手段を設けて、電動機のいずれの相ないし供給ラインに
電流が流れない期間が存在するように、前記起動初期に
電流が断続的に流れるようにしたことを特徴とする。本
発明によれば、供給ラインの電圧の変化又は電動機の異
なる相を流れる電流の変化に従って、３つの供給相ライ
ンに接続された６個の半導体素子に対してこの１対の点
弧指令を周期的に印加しながら、上記供給ラインの２つ
の相に対応する半導体素子の同時点弧を実現する。この
１対の２つの相の点弧は不連続な電流動作を許容する。
言い換えれば、電動機の相ライン又は供給ラインのいず
れかで電流が全く流れないということが瞬間的に生じう
る。このタイプの動作においては、電動機に初期に印加
される電圧の実効値は供給ラインの電圧の４０％の理論
的限界以下に減少される。この理論的限界は、固定子の
動作のみが連続的な導通モードにおいて許容される、言
い換えれば、少なくとも２つの供給相ラインにおいて常
時電流が存在する必要があるときに達成可能な最小値を
意味する。

【００１４】２つの相に対応する半導体素子の同時点弧
という、本発明の方法の１つの付加的な利点は、これら
のデバイスの瞬時的なスイッチングの失敗があったとき
に、周期的な点弧の指令に応答して２つの半導体素子に
対して導通の指令を与えるに際して電流が再生されると
いうことである。

【００１５】動作指令を電動機に対して与えたときに、
第１の対の半導体素子は、これらの半導体素子に対応す
る２つの相の間の電圧がゼロを通過することによって、
前の点弧に関して理論的に受容可能な最大値に近い遅延
時間だけ遅延して点弧される。上記の遅延時間は上記２
つの相間の電圧がゼロを通過するときの電気角で１７０
度から１８０度の間である。

【００１６】直接的な相シーケンスのときに相ＲとＳに
対応する半導体素子である、第１の対の半導体素子の点
弧の後に、相ＲとＴに対応する半導体素子が点弧され、
次いで、相ＴとＳに対応する半導体素子が点弧される。
第１の点弧指令から開始するラインの第１の周期中にお
いて、点弧指令の遅延角度は、点弧された２つの相から
なる電圧がゼロを通過するときをいい、当該装置におい
て、電気角で１７０度から１８０度までの初期位相から
調整可能な値への急速な減少が行われ、これは、必要と
される初期の起動トルクに依存して１４０度と１５０度
の間である。この動作は、供給ラインの周波数の２サイ
クルから１０サイクルまで持続し、ギャップ上の磁束が
ゆるやかに確立されてインダクタの磁束の過渡的な振動
が生じる起動電圧を漸増的に印加する目的を有し、これ
によって電動機のトルクにパルスを生じさせる。

【００１７】この初期相の後に予め設定されたペデスタ
ル（台形）電圧に到達した後に、半導体デバイスの導通
値が増大し、これによって電動機の巻線に対して印加さ
れた電圧の実効値がステップなしに連続的に増大する。
導通角はパワー半導体素子が当該素子と電動機巻線とを
流れる電流のフローを許容する間の時間に対応する角度
として理解される。

【００１８】この相もしくは前の相の間に、（電流が常
に少なくとも２相を通して流れるときに）連続モードに
対して述べられたように電流が流れるレートは不連続に
なる。理論的な解析は、導通角が供給ラインの各半周期
における１２０度の電気角に等しいかまたは大きいとき
に、この遷移が発生することを示している。上記の条件
は上記装置により検知され、電圧波形の零点の通過に基
づいた同期は、この瞬間から、各相の電流の零点通過に
基づく同期に変り、確立された周期的なシーケンスにし
たがって、上記各相は、導通に入らなければならない２
つの相により点弧指令が発生されなければならない瞬間
を決定する時間の原点として採用される。各瞬間におけ
る導通角の値は、時間に関する角度関数の発生器により
決定される（開ループ制御）か、そうでなければ、それ
は、適切な電気機械変換器、たとえばタコメータ発生器
もしくはパルス発生器により上記値を得て、上記システ
ムに与えられた速度プロファイルを各瞬間における速度
の値と比較する閉じた制御ループにより決定することが
できる。両方の動作モードは、スタータ装置自身に含ま
れている適切な装置により選択することができる。

【００１９】上記した電圧が漸増する相の間で、本発明
のシステムの対象は、それが遷移せずしかも上記値が公
称値に近い速度に対応する予め確立されたレベルと比較
されるときに、ある相の中性点に対するラインの瞬時電
圧値に換算して電動機の電動力をモニタする。起動力が
このレベルを越えると、上記システムは、公称電圧を電
動機に印加して最小の可能な時間内に定常状態に到達す
るために、電動機の速度が公称のものに非常に近くなる
とともに半導体の導通角を急速に増加させることを考え
る。

【００２０】定常レートに達すると、ラインの全電圧が
電動機に印加されるか、そうでなければ上記電圧は負荷
状態に応じて減少する。上記装置は、これら２つのオプ
ションのうちの一つを選択することを可能にする。

【００２１】負荷に応じて電圧を制御するオプションが
選択された場合には、上記システムは、上記電動機に印
加される電圧、したがってそれにより発生されるトルク
の過剰な減少を避けるために、電圧と電流との間の位相
角（力率の最適化）をこの方法でもって達成することが
できる力率が最大値となるように減少させる。

【００２２】停止の指令を与えることに関して、本発明
にかかる装置は、２つの方式の間で選択することを可能
にする。第１のものは、上記電動機をスイッチオフし
て、パワー半導体に対する全ての点弧の指令を消去する
ことからなる。第２のものは、上記電動機に印加される
電圧を漸減させて上記パワー半導体の導通角を減少さ
せ、それにより上記電動機のトルクが負荷の抵抗トルク
よりも小さい値を取り、したがって制御された減速を生
じて徐々に削減されることからなる。本発明において、
導通角は、導通角プロファイルの発生器におけるアルゴ
リズムにより実行される時間の単調減少の非線形関数で
ある。

【００２３】３相誘導電動機のスタートおよび停止を達
成することを目的とする制御方法は、供給ラインの相の
各一つと直列に接続されたいくつかのスタチックスイッ
チの制御された点弧を行うようなタイプのものであり、
上記スタチックスイッチは、同じものを通して流れる電
流がキャンセルされるまで、点弧パルスを印加する瞬間
から電流を導く制御されたタイプのものである。特に、
本装置は、アナログの入力および、ハイとローの、２つ
の状態を有するディジタル化された出力を持った電気的
に絶縁された複数の電圧変換器を含み、これら変換器の
各々は上記スタチックスイッチの入力と出力との間に接
続され、電動機の供給ラインの相の各一つに配置され
る。

【００２４】少なくとも供給ラインの相の一つにおい
て、フィード電圧波形のゼロクロス検出器が接続され
る。同様に、供給ラインの相の各一つに、上記スタチッ
クスイッチのシーケンシャル・サイクリックな点弧制御
装置がゼロクロス検出器および電圧変換器からの信号に
関連において接続される。

【００２５】少なくとも上記供給ラインの相の一つに電
流変換器が接続され、その各一つは信号レベル変換器に
順に接続されている。

【００２６】上記起動力検知器の出力および上記信号レ
ベル変換器の出力に、上記スタチックスイッチの点弧制
御装置が接続され、上記電圧変換器からくる同期信号も
しくはゼロクロス検出器からの出力信号に関する点弧角
のプロファイルに応じた可変の遅延をもって作動され
る。

【００２７】上記制御装置はスタチックスイッチの点弧
のための２重パルス発生器に接続され、その作動は上記
点弧制御装置からくる信号とシーケンシャル・サイクリ
ック制御装置により発生される信号により行われる。

【００２８】点弧制御装置と２重点弧パルス発生器との
間には、比例−積分−微分調整器があり、その動作は、
対応するスイッチが接続されているときは、速度フィー
ドバックにより制御され、点弧制御装置からくる信号と
上記電動機に結合された、好ましくは電気機械的な速度
変換器から得られる実際の値との値の比較を決定する。

【００２９】上記装置はまた、電動機の主相の失弧検知
器および上記スタチックスイッチの短絡検知器を含み、
相の一つにおける非導通の検知および電圧変換器による
他の２つの供給相における電流の位相角の検知によって
真の失弧か否かを弁別する。

【００３０】本制御方法は、２つの相に対応するととも
に最初に点弧される相により構成される対応するライン
間電圧波形のある点と同期し、３つの相において周期的
に繰り返し、電流が３つの相のいずれを通しても流れな
い瞬間を決定する、不連続な導通のワークレートを確立
する、スタチックスイッチの２つの同時の点弧を印加す
ることからなる。

【００３１】上記同期は相の各一つにおける電流の零点
の通過（ゼロクロス）と同時であり、動作モードが連続
導通であるときに点弧を決定し、上記相の各一つの導通
角が同じであるかもしくは供給電圧の半周期当たり１２
０度の電気角よりも大きいときに発生されるモードであ
る。

【００３２】最初の２重点弧パルスは、点弧されるパル
スの間で構成される電圧波形の零点の通過に関して１７
０度と１８０度の電気角の間の遅延をもった２つのスタ
チックスイッチに印加される。

【００３３】点弧される２つの相から構成される電圧波
形の零点の通過とそれそれ関連して、スタチックスイッ
チへの引き続く点弧パルスの印加の遅延は、供給ライン
の２と１０サイクルの間の時間内において、１４０度お
よび１５０度の電気角よりも大きくない値に削減され
る。

【００３４】上記電動機は、スタート時、供給ラインの
電圧の４０パーセントよりも小さい、初期電圧を供給す
ることができる。

【００３５】スタチックスイッチの導通角は、上記電動
機が公称速度に近い速度にまで加速されると、半周期当
たり１８０度の電気角のフル導通に達するように迅速に
増加する。

【００３６】上記電動機のストップ相の間に、スタチッ
クスイッチの導通角は非線形な、単調な減少する時間関
数により低下する。

【００３７】

【実施例】明細書の必須の部分として、我々がいまや述
べたものを便宜的に図示する目的のために、図１から図
４が添付されており、そこでは単純化されるとともに図
式的な態様で、実施例の実際的で技術的な可能性の純粋
に図示されるとともにそれに限定されない例が示されて
いる。

【００３８】以下、図面を参照して本発明による実施例
について説明する。本発明にかかる３相誘導電動機の起
動・停止制御方法を実施する制御装置は、以下の機能ブ
ロックを備える。

【００３９】Ｒ，Ｓ，Ｔ相ラインに各々介設された、パ
ワー半導体である複数の固体スタチックスイッチ１。こ
のスタチックスイッチ１は後述の点弧パルス発生器１０
から点弧信号を受けると導通状態に切り替わり、スイッ
チを流れる電流が消えるまでこの状態を保つ。サイリス
タとトライアックが、この種の半導体の典型である。サ
イリスタが使用されるとき、両方向に電流を流すため
に、２個の素子を各相で反平行に接続することが必要で
ある。

【００４０】入力信号と出力信号が電気的に絶縁されて
いる複数のアナログ・デジタル電圧変換器２。この変換
器２は、各スタチックスイッチ１の前後の電圧である入
力電圧がトランジスタ回路それ自体によって決まるしき
い電圧より高いか低いかによってデジタル出力（レベル
０または１）を後述の制御装置６に出力する。これらの
変換器２は、各スタチックスイッチ１の導通状態または
非導通状態を識別できる。ゼロクロス検出回路４。この
回路４の出力信号は、Ｒ．Ｓ．Ｔ相ラインから各々入力
される電圧波がゼロを通るごとに、０から１へ、また
は、１から０へ変わる。この出力信号は、不連続電流を
用いた作動モードにおいてスタチックスイッチ１の点弧
との同期のための標準となる。レベル比較器を備えた電
動機３の起電力検出器５。この検出器５は、電動機のＴ
相の起電力が内部レベルを越えたときに出力信号を出
す。この起電力は、１つの相で、電流を導通しない間に
上記の相の入力端子と中立端子との間の中性点に対する
ライン電圧として測定される。この出力信号は、公称速
度に近い速度に達したことが検出されたときに電動機３
の速度の示度として使用され、先に説明したように、そ
の出力信号の存在が、導通角の増加プロファイルを修正
する。

【００４１】電動機３の各相の電流を読む複数の電流変
換素子７と各電流変換素子７の出力が入力される信号レ
ベル変換器８。電動機３を流れる電流がプリセット値を
越えると、レベル変換器８の出力信号がスタチックスイ
ッチ１の導通角の値の増加を停止するために使用され
る。シーケンシャル・サイクリック制御装置６。この制
御装置６は、相の種類と供給電圧周波数との識別素子で
ある。この制御装置６は、電圧変換器２によって与えら
れる各スタチックスイッチ１の状態を示す信号と検出器
４にて発生される電圧ゼロクロス信号とを受け取り、処
理して、スタチックスイッチ１に印加される点弧パルス
の同期信号を得る。この同期信号は、時間の原点とな
り、これを基に、同時に２つの相に周期的に印加される
点弧信号が発生される。

【００４２】起電力検出器５、制御装置６および信号レ
ベル変換器８の各出力が入力される点弧制御装置９。こ
の装置９は、電動機３に印加される電圧ランプ（ｒａｍ
ｐ）のプロファイルの発生器を構成する。この装置９
は、開いた（速度フィードバックをしない）ループで作
動するか閉じた（速度フィードバックをする）ループで
作動するかに依存して、２つの信号を発生する。開いた
ループの場合、即ち、装置９が後述の２重パルス点弧発
生器１０に接続された状態では、この装置９は、シーケ
ンシャルサイクリック制御装置６からくる同期信号を印
加されると、スタチックスイッチ１の導通角を決定する
タイミングを発生する。すでに制御方法の説明において
示したように、運転順序を与えるとき、導通角は、最小
値から、調節可能な値にまで所望の起動トルクにより急
速に増加する。この最小値は、点弧される複数の相の間
での電圧のゼロの通過に関して１７０度と１８０度の電
気角度の間の遅れた点弧角に対応する。その後で、導通
角は、電動機３にとって要求される加速時間によってゆ
るやかに増加し、そして、電動機の起電力検出器５がそ
の速度が公称速度に近いことを示したときに、導通角
は、ふたたび急速に増加して、供給線の半周期ごとに１
８０電気角度の付近で、可能な最大値に達する。

【００４３】速度の閉じたループの場合に、この点弧制
御装置９は、理論的な時間速度カーブプロファイルに対
応する時間で、増加する出力信号を発生する。比例・積
分・微分調整器１１。この調整器は、速度フィードバッ
クの場合にのみ起動される。調整器１１は、制御装置９
からくる参照速度信号を、電動機１３と結合された電気
機械速度変換器１２により得られた速度の実の値と比較
する。この変換器１２は、一般にタコメータ発生器また
はパルス発生器である。得られたエラー信号は、比例・
積分・微分特性で増幅され、この増幅された信号が、点
弧角を、したがって、スタチックスイッチ１の導通を決
める。２重パルス点弧発生器１０。この発生器は、制御
装置６から入力される同期信号と点弧制御装置９または
調整器１１から入力される点弧角値を受け取り、点弧パ
ルスの対を発生する。これらの点弧パルスは、周期的に
同時に、２個のスタチックスイッチ１の各々に印加され
て、点弧される２つの相における電流の流れを保証す
る。

【００４４】図２からわかるように、不連続な電流を有
する最初の作動相では、３つの供給相のいずれにも導通
のない時間がある。３つの横軸は、それぞれ、各相の電
流ｉＲ、ｉＳ、ｉＴを表す。各電流は、同時に点弧され
る複数の相に対応するライン間電圧信号と一緒に示され
ている。第１の点弧は、相ＲとＳで同時に作られ、これ
らの相の間の電圧ＶＲＳのゼロックロス（１７０〜１８
０°のＡＬＰＨＡ ０角に対応する）に伴う遅れで起こ
る。第２の点弧は、相ＲとＴで同時に作られ、これらの
相の間の電圧ＶＲＴのゼロクロス（上述の同じＡＬＰＨ
Ａ ０角に対応する）に伴う遅れで起こる。第３の点弧
は、相ＳとＴで同時に作られ、また、これらの相の間の
電圧ＶＳＴのゼロクロス（上述の同じＡＬＰＨＡ ０角
に対応する）に伴う遅れで起こる。この例では上述の点
弧シーケンスは周期的に繰り返されるので、ＡＬＰＨＡ
角は、各々の全電圧サイクル毎に点弧制御装置９すなわ
ちランププロファイル発生器によって与えられるタイミ
ングに従って、本装置において選択可能な値に達するま
で減少する。この値は、少数の合成電圧ＶＴＲのサイク
ルで１４０と１５０度の間でＡＬＰＨＡ Ｎ以下であ
る。このサイクルの数は、通常は２と２０の間である。

【００４５】この例におけるように、ＡＬＰＨＡは、プ
ロファイル発生器すなわち点弧制御装置９によって与え
られる引き続くタイミングによって、各ラインサイクル
の後で、減少しつづけ、この減少は、所望の加速時間の
関数である。電圧変換器２により、制御システムは、図
２と図３でＢＥＴＡ角として示されるように、各相での
電流割込時間を同時に決定する。理論的解析は、この角
度が６０°より小さいとき、本システムの作動が、連続
的導通率(rate)で確立されること、すなわち、各例で少
なくとも２つの相の導通があることを示す。この導通率
が達成するため、各相で電流のゼロクロスを、電圧のゼ
ロクロスの代わりに、同期信号として使用することが好
ましい。なぜなら、最小点弧角を決定するために電動機
の力率を考慮する必要がないからである。この最小点弧
角は、電圧のゼロクロスによる同期を維持するために必
要になる。シーケンシャル・サイクリック制御装置６
は、ＢＥＴＡ角が６０°より小さいときに（図３のＢＥ
ＴＡ ０）、同期信号を自動的に変化する。この点で、
点弧制御装置９によって形成されるランププロファイル
発生器は、ライン電圧の各完全サイクルの後で、ＢＥＴ
Ａ角を減少し、ＢＥＴＡがゼロになったとき、３つの相
の十分な導通の達成が起こる。

【００４６】本発明による一つの改善は、点弧制御装置
９に信号を印加する電動機３の公称速度に対応する起電
力に上記の起電力が近いことを起電力検出器５が検出し
たときに、ＢＥＴＡ非導通角を急速に０値に減少するこ
とである。これにより、加速時間が完了した後での電動
機３が直ちに定常の作動条件で作動するように、電動機
３に印加された電圧が供給線に存在する電圧値を急速に
増加する。この加速時間は、その巻線に印加される電圧
に依存するだけでなく、負荷の抵抗トルク値にも依存す
る。図４では、本発明の方法により、３本の直線区間に
基本的に対応するプロファイルによって、非導通角と電
動機の端子電圧がどのように変化するかが示される。

【００４７】本発明のもう１つの重要な見地は、供給ラ
イン、供給ラインと本装置との結合、または、本装置と
電動機との結合の故障の場合と同様に、本装置の故障の
場合における電動機３の保護に関するものである。電動
機の保護を必要とする２つの主な原因は、制御されるい
ずれかのスイッチ素子における内部の短絡または電動機
の１つの供給相での損失である。故障の型を診断するた
めに、２つの場合で、電動機を保護し、原因を識別する
ことは可能である。２つの状況で、スタチックスイッチ
１の導通状態または阻止状態を制御する電圧変換器２
は、２つの場合に影響される相に対応するスタチックス
イッチ１の入力と出力との間にパワーの差がないので、
故障を示す信号を出力する。２つの型の故障の間の識別
は、３相の電流の信号を受け取るシーケンシャル・サイ
クリック制御装置６を用いて、２つの影響を受けない相
での電流が第３の相の電流と反対であるか否かを決定す
ることにより得られる。反対である場合は、影響を受け
た相で電流が流れていないことを意味し、したがって、
故障は、影響を受けた相の結合的失弧からなり、反対で
ない場合は、３相での電流の通過を意味し、したがっ
て、影響を受けた相での故障を意味し、この故障は、供
給ラインと電動機３との間の上記の相に直列に接続され
たスタチックスイッチ１の内部の短絡からなる。２つの
場合に、相の失弧またはスタチックスイッチ１の短絡の
検出は、故障がプリセット値より長い時間の間に検出さ
れる場合に、即時に、または好ましくは時間を合わせ
て、電動機３の供給を断つ警告信号の出力を発生するこ
とが可能である。

【００４８】

【発明の効果】本発明の装置では、装置自体の説明で示
され図１に機能ブロックとして示された多岐の機能が、
好ましくはマイクロプロセッサを用いて実行可能であ
る。これにより、部品の数が減少でき、必要な計算の実
行が容易になり、システムの信頼性を向上でき、装置の
コストを低下できる。供給ラインの電圧のシーケンス又
は電動機の各相ラインにおいて流れる電流に従って、３
つの供給相ラインに接続された６個の半導体素子に対し
てこの１対の点弧指令を周期的に印加しながら、上記供
給ラインの２つの相に対応する半導体素子の同時点弧を
実現する。これにより、電動機の相ライン又は供給ライ
ンのいずれかで電流が全く流れない時間が存在するの
で、電動機に初期に印加される電圧の実効値は供給ライ
ンの電圧の４０％の理論的限界以下に減少することがで
き、３相誘導電動機をスムーズに起動および停止させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の装置のブロックダイヤグラムであ
る。

【図２】 最初の点弧サイクルを示す、不連続な電流を
有する最初の動作相を示す。

【図３】 各相の電流の阻止時間のＢＥＴＡの進行する
シーケンスを示す。

【図４】 ＢＥＴＡ角および時間の経過における電動機
の端子の電圧の変化を図式的に示す。

【符号の説明】

１ スタチックスイッチ ２ 電圧変換器 ３ 電動機 ４ ゼロクロス検出器 ５ 起電力検出器 ６ 制御装置 ７ 電流検出器 ８ 信号レベル変換器 ９ 点弧制御装置 １０ 点弧パルス発生器 １１ 比例・積分・微分制御器 １２ 速度変換器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−54880（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−96885（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−19986（ＪＰ，Ａ)

Claims (15)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 三相誘導電動機(３)の巻線にそれぞれが
   接続されている三本のＡＣ電流供給ライン(Ｒ、Ｓ、Ｔ)
   と、 それぞれが前記供給ライン(Ｒ、Ｓ、Ｔ)と直列接続され
   ていて、点弧信号を受信すると導通状態に切り替え、か
   つ、そこを流れる交流電流が遮断されるまでその導通状
   態を保持する複数のスタチックスイッチ(１)と、 それぞれが前記スタチックスイッチ(１)の入力端と出力
   端との間に接続されていて、アナログ入力と二つのレベ
   ルのデジタル出力とを有する電気的に絶縁された複数の
   アナログ・デジタル電圧変換器(２)と、 前記供給ライン(Ｒ、Ｓ、Ｔ)の少なくとも一本に接続し
   た供給電圧のゼロクロス検出器(４)と、 前記供給ライン(Ｒ、Ｓ、Ｔ)の少なくとも一本に接続さ
   れ、かつ、当該供給ラインが電流を導電していない期間
   にライン電圧から中立電圧に至る電圧を検出すべく配置
   した起動力検出器(５)とからなる前記三相誘導電動機の
   起動・停止制御装置において、 全ての前記供給ライン(Ｒ、Ｓ、Ｔ)に接続した全てのス
   タチックスイッチ(１)に対してこの二重点弧指令を周期
   的に印加すべく配置されていて、前記電動機の起動初期
   に前記ゼロクロス検出器(４)により検出された供給ライ
   ンの電圧シーケンスに応じて、前記供給ラインの内の二
   本の供給ラインに対応するスタチックスイッチ(１)に同
   時点弧指令を印加する手段を設けて、前記起動初期に電
   動機のいずれの相ないし供給ラインに電流が流れない期
   間が存在するように、電流を断続的に流すようにしたこ
   とを特徴とする起動・停止制御装置。
2. 【請求項２】 三相誘導電動機(３)の巻線にそれぞれが
   接続されている三本のＡＣ電流供給ライン(Ｒ、Ｓ、Ｔ)
   と、 それぞれが前記供給ライン(Ｒ、Ｓ、Ｔ)と直列接続され
   ていて、点弧信号を受信すると導通状態に切り替え、か
   つ、そこを流れる交流電流が遮断されるまでその導通状
   態を保持する複数のスタチックスイッチ(１)と、 それぞれが前記スタチックスイッチ(１)の入力端と出力
   端との間に接続されていて、アナログ入力と二つのレベ
   ルのデジタル出力とを有する電気的に絶縁された複数の
   アナログ・デジタル電圧変換器(２)と、 前記供給ライン(Ｒ、Ｓ、Ｔ)の少なくとも一本に接続し
   た供給電圧のゼロクロス検出器(４)と、 前記供給ライン(Ｒ、Ｓ、Ｔ)の少なくとも一本に接続さ
   れ、かつ、当該供給ラインが電流を導電していない期間
   にライン電圧から中立電圧に至る電圧を検出すべく配置
   した起動力検出器(５)とからなる前記三相誘導電動機の
   起動・停止制御装置において、 全ての前記供給ライン(Ｒ、Ｓ、Ｔ)に接続した全てのス
   タチックスイッチ(１)に対してこの二重点弧指令を周期
   的に印加すべく配置されていて、前記電動機の起動初期
   に前記ゼロクロス検出器(４)により検出された供給ライ
   ンの電圧シーケンスに応じて、また、前記起動初期後に
   電圧変換器(２)により検出された電動機の各相を流れる
   電流のシーケンスに応じて、前記供給ラインの内の二本
   の供給ラインに対応するスタチックスイッチ(１)に同時
   点弧指令を印加する手段を設けて、電動機のいずれの相
   ないし供給ラインに電流が流れない期間が存在するよう
   に、前記起動初期に電流が断続的に流れるようにしたこ
   とを特徴とする起動・停止制御装置。
3. 【請求項３】 上記同時の点弧指令を与える手段は、上
   記アナログ・デジタル変換器（２）およびゼロクロス検
   出器（６）からの信号を受信するとともに処理するシー
   ケンシャル・サイクリック制御装置（６）を含み、該制
   御装置（６）は２重パルス発生器（１０）の入力に接続
   された出力を有し、該２重パルス発生器（１０）は、上
   記入力に同期信号を受信するように配設されるととも
   に、上記スタチックスイッチ（１）に点弧信号を夫々送
   信する上記スタチックスイッチ（１）に接続された出力
   を有し、上記２重パルス発生器（１０）は上記３つの供
   給ライン（Ｒ，Ｓ，Ｔ）のうちの２つに対応するスタチ
   ックスイッチに周期的かつ同時に印加される点弧パルス
   対を発生するように構成されている、請求項１または２
   に記載の装置。
4. 【請求項４】 上記同時の点弧指令を与える手段は、 電圧ランプ（ｒａｍｐ）フロファイル発生器を構成する
   とともに、２重パルス発生器（１０）の入力に接続され
   た出力を有する点弧制御装置（９）を更に含み、上記２
   重パルス発生器（１０）は、正確な同期と点弧角を与え
   るために、上記シーケンシャル・サイクリック制御装置
   （６）および点弧制御装置（９）によって制御される、
   請求項３に記載の装置。
5. 【請求項５】 上記供給ライン（Ｒ，Ｓ，Ｔ）の少なく
   とも１つに接続され、該供給ラインを流れる電流を検出
   する少なくとも１つの電流変換器（７）をさらに含み、
   該電流変換器（７）は、信号レベル変換器（８）に接続
   された入力を有し、 上記点弧制御装置（９）は、上記起電力検出器（５）お
   よび信号レベル変換器（８）からの信号を受信するよう
   に配設されている、請求項４に記載の装置。
6. 【請求項６】 上記点弧制御装置（９）と２重点弧パル
   ス発生器（１０）とに速度フィードバックモードにおい
   て相互接続可能な比例・積分・微分調整器（１１）と、 実際の電動機速度値を与える速度変換器（１２）とをさ
   らに含み、 上記比例・積分・微分調整器（１１）と速度変換器（１
   ２）とは、 速度フィードバックモードにおいて、 上記比例・積分・微分調整器（１１）が上記点弧制御装
   置（９）によって与えられる参照速度信号と速度変換器
   によって与えられる実際の速度値との差を入力に受信す
   るとともに、比例・積分・微分調整器（１１）は２重パ
   ルス発生器（１０）に接続された出力を有し、負荷のト
   ルク値とは独立した電動機の加速曲線を与える、請求項
   ５に記載の装置。
7. 【請求項７】 上記速度変換器（１２）は電気機械式速
   度変換器である、請求項６に記載の装置。
8. 【請求項８】 供給相の失弧を検出する供給相失弧検出
   器と、 上記各スタチックスイッチ（１）における短絡を検出す
   る短絡検出器とをさらに含み、１つの供給相における対
   応する失弧は他の２つの相に対応する現在の相角度によ
   って検出され、相角度は電圧変換器（２）から検出され
   る、上記請求項１から７のいずれか１に記載の装置。
9. 【請求項９】 請求項１から８のいずれか１に記載の装
   置を作動させる方法は、 点弧される相に対応するライン間電圧波の所定の点で初
   期的に同期された２つの相に対応する２つのスタチック
   スイッチを同時に点弧する； 供給ラインの一連の電圧変動又は電動機の各相を流れる
   一連の電流変動にしたがって３相における２重点弧を周
   期的に繰返す； それによって、３相のいずれにも電流が流れない期間が
   存在する不連続動作モードを可能とし、供給ライン電圧
   の４０％以下の初期電圧を電動機に供給することを特徴
   とする方法。
10. 【請求項１０】 スタチックスイッチ（１）の最初の対
    は、対応する供給ライン間の電圧のゼロクロス点に関し
    て１７０から１８０度の電気角の遅れで点弧される、請
    求項９に記載の方法。
11. 【請求項１１】 上記スタチックスイッチ（１）に対応
    する供給ライン間の電圧のゼロクロス点に関する点弧パ
    ルスの遅れは、１４０から１５０度の電気角を越えない
    値に急速に減少され、この減少は上記供給ライン電圧の
    ２から１０サイクルに対応する時間内に行われる、請求
    項９または１０に記載の方法。
12. 【請求項１２】 電動機（３）が定格速度に近い速度ま
    で加速されると、上記スタチックスイッチ（１）の導通
    角は、半周期につき１８０度の電気角度の全導通に達す
    るまで急速に増加される請求項９から１１のいずれか１
    に記載の方法。
13. 【請求項１３】 点弧されるべきスタチックスイッチ
    （１）に対応する相のライン間電圧のゼロクロスに基づ
    いて上記同期は初期化されるとともに、各相の導通角が
    供給電圧の半周期の１２０度の電気角に等しいか大きく
    なると、同期は各相における電流のゼロクロスに基づい
    て変化される、請求項９から１２のいずれか１に記載の
    方法。
14. 【請求項１４】 電動機（３）の停止に際して、スタチ
    ックスイッチの導通角は、非線形、単調減少の時間の関
    数にしたがって低下される、請求項９から１３のいずれ
    か１に記載の方法。
15. 【請求項１５】 ある供給相における失弧は各相の電流
    を検出する手段によって検出され、ある相における失弧
    の場合、失弧していない２つの相の電流が検出されると
    ともに、 もし、上記電流が反対の相であれば、影響を受けた相の
    失弧があったと判断され、 もし、上記電流が反対の相でなければ、影響を受けた相
    におけるスタチックスイッチにおける内部短絡であると
    判断される、請求項９から１３のいずれか１に記載の方
    法。