JP3772649B2

JP3772649B2 - 誘導機の速度制御装置

Info

Publication number: JP3772649B2
Application number: JP2000203044A
Authority: JP
Inventors: 佳稔秋田; 俊昭奥山; 治郎根本; 典雄大尾
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2000-06-30
Publication date: 2006-05-10
Anticipated expiration: 2020-06-30
Also published as: JP2002027789A

Description

【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、特にフリッカを抑制する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
２次励磁可能な誘導機と前記誘導機の２次側に接続された順変換器に、該順変換器からの電力を交流電源に回生する逆変換器を接続して成る誘導機の速度制御装置は、セルビウスシステムの名称で知られている。このものにおいては、順変換器（ダイオード整流器）の特性により、この交流側電流、すなわち電動機２次巻線電流に歪みが生じ、これにより電動機のすべりに関係して電動機１次電流に低次の無効電流変動が生じ、これが原因で、電源系統に接続される蛍光灯にチラツキ（フリッカ）が生じる場合がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、前記事情に鑑み、フリッカを抑制できる誘導機の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、誘導機の１次電流検出信号より、フリッカ成分を抽出し、この成分を抑制するように逆変換器の出力電流を制御する。
【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。
【０００６】
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、フリッカを抑制する機能を持った巻線形誘導電動機の速度制御装置の構成を示す。
【０００７】
図１において、１は交流電源系統、２は巻線形誘導電動機、３は巻線形誘導電動機２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。４は速度検出器であり、巻線形誘導電動機２の速度を検出し、出力する。５は電流検出器であり、順変換器３の出力電流を検出し、出力する。６は速度制御回路であり、速度検出器４より出力される信号と電流検出器５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(ＩＧＢＴ)７をオンオフする制御信号を演算し、出力する。８は逆流阻止用ダイオードであり、自己消弧型素子(ＩＧＢＴ)７がオフ状態の時に順変換器３の出力電流がコンデンサ９に流れる。１０は巻線形誘導電動機２の２次電力を交流電源系統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の電圧を検出し、出力する。１４は電流検出器であり、巻線形誘導電動機２の１次電流を検出し、出力する。１５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と電流検出器１４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。
【０００８】
尚、順変換器３と自己消弧型素子７の接続点間にリアクトルを挿入してもよい。
【０００９】
次に、本実施形態の動作を説明する。まず、誘導電動機の速度制御部分の動作について説明する。速度制御は速度制御回路６にて行われ、速度指令と速度検出器４より出力される信号が一致するように、順変換器３の出力電流指令値を演算し、前記電流指令値と電流検出器５より出力される信号が一致するように、自己消弧型素子７のオンオフ制御信号を出力する。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２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。
【００１０】
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。速度制御回路６にて自己消弧型素子７がオンしている間は、順変換器３の直流出力電流は自己消弧型素子７を通して流れ、このときダイオード８に流れる電流は零となる。また、逆に自己消弧型素子７がオフしている間は、直流出力電流はダイオード８を通して流れる。そして、順変換器３の直流出力電流は、自己消弧型素子７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、出力電流は速度制御回路６の出力信号に従い制御される。また、ダイオード８を流れる電流はコンデンサ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１５の動作により、交流電源側に誘導電動機２の２次電力が回生される。ここで、自己消弧型素子７，ダイオード８，コンデンサ９により構成される回路は、すべりにより変化する誘導電動機２の２次電圧を一定電圧の直流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２次電力は一定電圧の直流電力となる。
【００１１】
次に、回生動作を行う逆変換器１０の制御装置１５の構成と動作について説明する。２０は電圧指令発生器であり、電圧指令を出力する。２１は電圧制御器であり、電圧指令発生器２０の出力である電圧指令と電圧検出器１３より出力される電圧検出値が入力され、この信号に基づいて直流電流指令信号を演算し、出力する。２２は電流制御器であり、該電流指令信号と座標変換器２３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。ここで、２３は交流を電源電圧位相を基準に座標変換する座標変換器であり、電流検出器１２からの交流電流検出信号が入力され、座標変換演算を行い、２軸電流信号（有効電流と無効電流検出信号）を出力する。また、２４は電圧指令を交流に変換する座標変換器であり、電流制御器２２からの電圧指令信号が入力され、座標変換演算を行い、交流電圧指令信号を出力する。２５はＰＷＭ制御器であり、前記交流電圧指令信号とＰＷＭキャリア信号を比較し、逆変換器１０の自己消弧型素子のオンオフ制御信号を出力する。ここで、２８は平滑コンデンサ電圧制御器であり、電圧指令発生器２０，電圧制御器２１，電流制御器２２，座標変換器２３，座標変換器２４により構成され、平滑コンデンサ電圧が電圧指令発生器２０からの電圧指令に一致するような電圧指令信号を出力する。
【００１２】
順変換器３の直流出力電流は、ダイオード８を通して流れ、コンデンサ９を充電し、その電圧を高くする。電圧指令発生器２０は、コンデンサ９の両端電圧の指令信号を出力し、コンデンサ９の両端電圧がこれより高くなると、電圧制御器からの電流指令が増大し、これにより逆変換器１０の入力電流が増加するため、コンデンサ９の両端電圧が一定になるように制御される。この電流制御は、電圧制御ループの内側にある電流制御ループにより行われる。すなわち、逆変換器１０の出力電流は、電流検出器１２により検出され、座標変換器２３を介した後、前記電流指令信号と共に電流制御器２２に入力され、これにより、逆変換器１０の出力電流は電流指令値に一致するように制御される。この結果、入力電流が電流指令に従い制御される。また、前記電圧指令信号はＰＷＭ制御器２５に入力され、ここでＰＷＭ制御により逆変換器１０の自己消弧型素子をオンオフ制御することによって逆変換器１０の出力電圧を制御し、逆変換器１０の出力電流を制御する。このように、コンデンサ９の電圧が指令電圧より高くなると、コンデンサ電圧が指令電圧に一致するように逆変換器の出力電圧と出力電流が制御される。従って、自己消弧型素子７，ダイオード８，コンデンサ９により構成される回路により、直流に変換された誘導電動機２の２次電力は、逆変換器１０から電源側に回生される。以上が従来技術の説明である。
【００１３】
次に、本発明の実施形態について述べる。誘導電動機２の１次側にフリッカが発生するため、本実施形態では、前記逆変換器１０に前記フリッカを抑制する機能を付加することで、フリッカを抑制できる誘導機の速度制御装置を構成している。即ち、誘導電動機２の１次側電流を電流検出器１４で検出し、該検出信号をフリッカ検出回路２６に入力する。該検出回路２６は、入力された信号に含まれるフリッカ成分を抽出し、出力する。該検出回路２６より出力されるフリッカ成分の信号は、フリッカ抑制制御器２７に入力され、該制御器２７は、入力されたフリッカ成分が零となるような電圧指令信号を演算し出力する。前記制御器２７より出力される電圧指令信号は、平滑コンデンサ電圧制御器２８より出力される電圧指令信号と合成され、ＰＷＭ制御器２５に入力される。従って、誘導電動機２から電源系統１に流出するフリッカ成分を相殺するように逆変換器１０の出力電流が制御され、本実施形態によれば、新たな装置を追加することなく、フリッカを抑制できる。
【００１４】
図２は、図１のフリッカ検出回路２６の一実施形態を示したものである。図２において、３０は座標変換器であり、電流検出器１４より出力される誘導電動機２の１次側３相交流電流を電源電圧位相を基準に座標変換し、２軸電流信号を出力する。３１はフィルタ回路であり、該信号が入力され、直流以外の成分が除去された信号を出力する。３２は座標変換器であり、フィルタ回路３１より出力される直流信号を３相交流電流に座標変換した信号を出力する。ここで、誘導電動機２の１次側３相交流電流の基本波成分は座標変換器３０により、直流に変換され、フィルタ回路３１を通すことで直流以外の成分が除去される。そして、座標変換器３２により再び交流信号に座標変換することで、座標変換器３２の出力信号には、誘導電動機２の１次電流の基本波成分のみが抽出される。さらに、電流検出器１４より出力される誘導電動機２の１次側３相交流電流から前記基本波成分を差し引くことで、基本波以外の成分を抽出し、抽出された信号はフリッカ抑制制御器２７へ入力される。尚、フリッカ成分（数Ｈｚ〜３０Ｈｚ程度）のみを抽出するため、フリッカ成分の周波数より高域の周波数成分を除去するフィルタ回路を付加してもよい。
【００１５】
図３は、図１のフリッカ抑制制御器２７の一実施形態を示したものである。図３において、３３は比例制御器であり、フリッカ検出回路２６より出力されるフリッカ検出信号を零信号から差し引いた偏差信号が入力され、入力された偏差信号が零となるような電圧指令信号を出力する。出力された電圧指令信号は、座標変換器２４からの電圧指令信号と合成され、ＰＷＭ制御器２５に入力される。ここで、比例制御器３３は、入力されたフリッカ成分が零となるような電圧指令信号を演算し、逆変換器１０の出力電流を制御する。尚、比例制御器３３を比例積分制御器などとしてもよく、また、フリッカ検出信号より直接電圧指令を演算するフィードフォワード制御器を付加してもよい。
【００１６】
尚、本発明を同様の制御装置を備えた巻線形誘導発電機システムに対して適用しても同様の効果が得られる。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、誘導機の１次電流よりフリッカ成分を抽出し、該成分を抑制するように、逆変換器の出力電流を制御する回路構成としたので、新たな装置を追加することなく、フリッカを抑制できる誘導機の速度制御装置が得られる。
【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】本発明のフリッカ検出回路の一実施形態を示す構成図。
【図３】本発明のフリッカ抑制制御器の一実施形態を示す構成図。
【符号の説明】
１…交流電源系統、２…巻線形誘導電動機、３…順変換器、４…速度検出器、５…電流検出器、６…速度制御回路、７…自己消弧型素子、８…ダイオード、９…コンデンサ、１０…逆変換器、１１…逆変換器用変圧器、１２，１４…電流検出器、１３…電圧検出器、１５…逆変換器の制御装置、２０…電圧指令発生器、２１…電圧制御器、２２…電流制御器、２３，２４…座標変換器、２５…ＰＷＭ制御器、２６…フリッカ検出回路、２７…フリッカ抑制制御器、２８…平滑コンデンサ電圧制御器。

Claims

２次励磁可能な誘導機の２次側を順変換器に接続し、該順変換器からの誘導機の２次電力を逆変換器により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、
誘導機の１次電流検出信号からフリッカの原因となる高調波成分を抽出し、該高調波成分を相殺するように、前記逆変換器の出力電流を制御することを特徴とする誘導機の速度制御装置。
２次励磁可能な誘導機と前記誘導機の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、前記自己消弧型素子と並列にダイオードとコンデンサの直列回路を接続し、さらに前記コンデンサの端子間に逆変換器を接続し、誘導機の２次電力を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、
誘導機の１次電流検出信号からフリッカの原因となる高調波成分を抽出し、該高調波成分を相殺するように、前記逆変換器の出力電流を制御することを特徴とする誘導機の速度制御装置。
請求項１または請求項２において、誘導機の１次電流検出信号より抽出する前記高調波成分を、１次電流の振幅変動周波数が、数Ｈｚから３０Ｈｚを生じさせる高調波成分とすることを特徴とする誘導機の速度制御装置。
請求項１および請求項２および請求項３のいずれか１項において、前記逆変換器の平滑コンデンサ電圧制御器より出力される電圧指令信号に、誘導機の１次電流に含まれる、フリッカの原因となる高調波成分を相殺するような電圧指令信号を合成して、前記逆変換器の出力電流を制御することを特徴とする誘導機の速度制御装置。