JPH01198296A

JPH01198296A - 交流可変速電動機制御装置

Info

Publication number: JPH01198296A
Application number: JP63022049A
Authority: JP
Inventors: Tomoo Katatsume; 伴夫片瓜
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-02-03
Filing date: 1988-02-03
Publication date: 1989-08-09

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【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、交流電源をサイリスタ群により可変電圧・周
波数電源化する交流直流変換器（以下ＲＦＣと称す）お
よび直流交流変換器（以下ＩＮＶと称す）と、サイリス
タゲートパルスとを指定された速度信号に従った位相に
て発信させる制御装置とを備えた交流誘導電動機の可変
速制御装置（以下、ＶＶＶＦと称す）に関する。

（従来の技術）第４図は、一般のＶＶＶＦの主回路２０及びその制御回
路を示したブロック図である。主回路は３相入力変圧器
２１の出力をＲＥＣ２２で直流化し、リップル分を平滑
する直流リアクトル２３を経由し、指定の周波数の交流
に変換するＩＮＶ２４及び転流時の電流制限機能と交流
誘導電動機の定格電圧を出力する為の３相出力変圧器２
５から構成されており、この出力を交流誘導電動機２６
へ供給している。

次に制御回路の構成及び機能を示す６外部制御系よりＶ
ＶＶＦへの指令値として送られる速度指令２９は、ＶＶ
ＶＦの変化率制御部３０人力される。こぎでは速度に相
当する周波数（以下Ｆとも称す）を演算設定すると同時
に誘導電動機２６への出力電圧（以下Ｖとも称す）をＶ
とＦの比（以下Ｖ／Ｆと称す）に従って決め、さらに誘
導電動機の速度上昇率又は、下降率及び速度を決めるた
めのＶ／Ｆと時間を関数にした変化率の制御を行う。

変化率制御部３０の出力は、電圧指令値及び周波数指令
値として、各々電圧制御部３１及び周波数制御部３６へ
伝送される。電圧制御部３１は、変化率制御部３０から
の電圧指令値と、ＩＮＶ２４の出力電圧を計器用変圧器
２８を用いて実測して得た電圧値を入力し、その偏差が
零になるよう偏差信号を次段の電流制御部３２へ出力す
る。電流制御部３２は電圧制御部３１からの信号とＲＥ
Ｃ２２の入力側に設置された計器用変流器２７からの実
際の電流値を入力し、実電流値負荷を含む構成機器の耐
量内で運転されるように出力を次段の位相制御部３３へ
出力する。

位置制御部３３は、自身内部の発生クロックと主回路側
からの信号を入力し、これに発生クロックを同期させ、
電流制御部３２からの信号の多寡に応じた位相で、交流
直流変換器２２のサイリスタ（図示せず。）のゲートに
パルスを送り出す信号を作り、次段のパルス増幅器３４
へ送る。パルス増幅器３４及びパルス変圧器３５は、Ｒ
ＥＣ２２を構成するサイリスタのゲートへの入力パルス
を発生するための設備である。

一方、前述変化率制御部３０からのもう一つの出力であ
る周波数指令値は周波数制御部３６に送り出され、こへ
で位相制御部３７へ適切なＩＮＶ２４のサイリスタ（図
示せず。）のゲートへのパルス発生タイミングを出力す
る。位相制御部３７は、発振器及び分周器及び分周器等
（図示せず。）から構成され、指定パルスタイミングに
従い、自身の中で。

時間カウントして、出力をパルス増幅器３８、パルス変
圧器３９を経由し、ＩＮＶ２４のサイリスタゲートへゲ
ートパルスを発信する。

このように、ＶＶＶＦは速度指令値２９に対し、ＲＥＣ
２２側で電流制御をマイナーループとした電圧制御を行
い、ＩＮＶ２４側で周波数制御を行い、機器の耐量内で
安定した速度制御を行うことができる。

なお、以上の説明は各制御部を機能分割し、シーケンシ
ャルに制御が行えるように記したが、これは動作機能を
わかりやすくするためのものであり、実際には組み合わ
された形態になっている場合もある。また、速度制御を
精度よく行うためには、周波数制御部３６へ、誘導電動
機２６の回転数及びＩＮＶ２４出力側計器変圧器２８の
２次電圧からの周波数値を入力し、スリップ周波数と制
御するという方法もある。第５図は、発電所内電動機の
制御にＶＶＶＦ２０が用いられる場合の単線結線図であ
る。

ＶＶＶＦ起動は通常起動変圧器４０の系統より受電し、
ある回転数まで立上げ、発電機４１が電圧を発生し、主
変圧器４２、発電機しゃ断器４３、系統側しゃ断器４４
を経由し、送電線４５へ電力を送電し始め、予定された
電力まで送電されると、ＶＶＶＦ２０は、発電機４１か
らの電力を所内変圧器４６、内断受電しゃ断器４７を介
して給電されるようになる。この時の操作を母線切換と
称しているが、一般的には所内受電しゃ断器４７を入れ
ると同時に母線連絡しゃ断器５０を切る制御を行い、Ｖ
ＶＶＦ２０電源が低下しないよう考慮している。この後
、　ＶＶＶＦ２０は、発電機４１の出力要求に従い、速
度制御を継続する。第５図において、５０はＶＶＶＦ受
電しゃ断器、５１は母線連絡しゃ断器、５２は共通受電
しゃ断器、５３は起変受電しや断器、５４は系統側しゃ
断器、５５は送電線である。

ところで、ＶＶＶＦ２０が運転時に発生する事象のうち
で、ＶＶＶＦ入力電圧の低下特に瞬時の過渡的な低下が
ある。これらの事象は送電線４５側１線地絡等の事故１
発電機４１主回路での事故、所内変圧器４６の２次側で
の事故等により惹き起され、これらの事故はいずれも、
短時間で除去されるという特徴を有している。一方、Ｖ
ＶＶＦ２０は、自らの機器の保護及び制御仕上りの継続
を主目的とし、ある程度（約７０〜８０％）以下の電圧
低下に対し、自らの制御機能を停止し、復電後、再起動
させる制御を行ってきた。すなわち、この間は負荷の回
転数は、電圧ト栄り零の状態で、負荷側機械トルク及び
誘導電動機と負荷の所有する慣性モーメントの大きさに
依存した形で減衰してゆくことになる。この様子は次式
にて示される。

ｄω Ｉ　　　　”Ｔｅ　　ＴＭ　　　　・・・・・・■ｔＩ：負荷及び誘導電動機の慣性モーメント　　′Ｔｅ：
誘導電動機からの電圧トルク τＭ＝負荷側機械トルク（はゾ回転数ωの２乗に比例）
ω：角速度（回転数に比例）なお、風損等の損失分は無視する。

０式を、Ｔｅ＝Ｏ初速度ω。、ＴＭ＝αω２の条件で計
算する。定格トルクをＴＲとおくとα＝ＴＲ／ω０′と
なるため、 ω＝ω。（１／（１＋−バー１））　　　・・・■Ｉω
。

で速度減衰の様子が求められる。

この減衰特性は、短時間であってもＶＶＶＦにより駆動
される誘導電動機の負荷のシステムにおける役割によっ
ては、プラント停止という極めて厳しい状態に曝される
ことになり瞬時停電時の制御内容改善が、従来より強く
求められていた。

（発明が解決しようとする課題）本発明は、ＶＶＶＦの入力電圧が瞬時低下した場合でも
、ＶＶＶＦ制御を停止することなく、誘導電動機の回転
数降下率を小さく改善できるように制御できるＶＶＶＦ
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）本発明によるＶＶＶＦの一つの態様は、交流を直流に変
換する交流直流変換器と、交流直流変換器から得られる
直流を交流に変換する直流交流変換器と、電動機の速度
指令信号に応じて交流直流変換器の出力電圧を制御する
手段と、速度指令信号に応じて直流交流変換器の出力周
波数を制御する手段と、交流直流変換器の入力側電圧の
異常低下を検出する手段と、異常低下の検出後に電動機
の電圧トルクが最大となるように制御内容を切換える手
段とを具備することを特徴とする。

また、本発明によるＶＶＶＦの他の一つの態様は、交流
を直流に変換する交流直流変換器と、交流直流変換器か
ら得られる直流を交流に変換する直流交流変換器と、電
動機の速度指令信号に応じて交流直流変換器の出力電圧
を制御する手段と、速度指令信号に応じて直流交流変換
器の出力周波数を制御する手段と、交流直流変換器の入
力側電圧の異常低下を検出する手段と、直流交流変換器
の出力側周波数に相当する状態量を検出する手段と、入
力側電圧の異常低下の検出後に、検出前における状態量
を目標として直流交流変換器を制御する手段とを具備す
ることを特徴とする。

（作　用）　　゛これらの発明はいずれも基本原理は、故障中もしくは故
障復帰時に、交流誘導電動機から負荷へ与える電気トル
クを少しでも、又は瞬時に確保する事により、減速率を
少なくしようとの観点に立つものである。

第６図に原理図を示す。通常ＶＶＶＦは、Ｖ／Ｆ制御を
行い、回転数制御を行うことは前述した通りであるが、
この概要を第６図をもとに説明する。誘導電動機の電気
トルク特性は、第６図中に示したように、最大トルク点
をピークにし、同期速度での電気トルク零点に向った右
下りの特性を有しており、負荷トルク曲線との交点（×
）で同期速度よりわずかに小さい速度（この差をスリッ
プ速度と称する。）にて安定運転される。すなわち、電
源の周波数が定まると、誘導電動機の回転数は負荷トル
ク特性と関係した一義的な回転数に定まる。

一方、回転電気機械は、磁気回路の飽和の影響を避ける
ため、磁束を一定値以下に抑えて運転する事が好ましい
。この磁束量（φ）は、端子電圧（Ｖ）に比例し１周波
数（Ｆ）に反比例する量となる。

すなわち、φＯ：　Ｖ／Ｆ　　　・・・・・・■で表ね
され、φ（ファイ）を一定値以下で運転することが好ま
しい。

一方最大トルク（Ｔｍａｘ）は大略Ｔｍａｘｃｃ（Ｖ／
Ｆ）・Ｖであり、電圧を低下した分だけ最大トルク値は
下がり、第６図中、イに示す傾向となる。

また、誘導電動機の出力（Ｐ）に着目すると、ｐｃｃｖ
−ｘ　　　　・・・（イ） ■＝端子電圧、　■＝雷電流表わされ、一方、Ｖ／Ｆ　＝一定ということで考えると、（イ）式
はＰｃｌ：Ｆ・■　　　・・・■ となる、また、Ｐ（ＩｃＦ−Ｔ　　　　・・・０で表わされるため、第０式と第０式を比較すると、ＴＯＣＩ　　　　　　・・・■ となり、本ＶＶＶＦではＶ／Ｆ制御をメインループ制御
としトルクを制限するため、電流信号を帰還しているこ
とが理解できる。

これらの誘導電動機及びＶＶＶＦ制御の特性において、
入力電圧が零、又は入力電圧が低下することによりＶＶ
ＶＦを運転停止すると、電気トルクは零となり、第６図
の負荷トルク曲線が、すべて減速トルクとして働くこと
になる。

しかし、瞬時電圧低下中においても、ＶＶＶＦが周波数
一定運転を行えば、第６図中、曲線口で示したような電
気トルクが得られ、減速トルク分は、負荷トルクから電
気トルクを差引いた分だけ小さくなり、減速率を改善す
ることができる。

また、上記周波数一定運転の代りに、誘導電動機の回転
数を信号として取り込み事故前回転数を目標に制御切換
する方法、目標周波数又は回転数を最大トルクを発生さ
せる周波数又は回転数として制御切換を行う方法でも同
様の減速率の改善ができる。過渡現象が短いため、特に
Ｖ／Ｆ制御をやめ、電圧制御をＩＮＶの安定運転及び最
大トルク確保の観点から所要電圧を確保する電圧制御モ
ードに切り換えるか、又は以上の組合せによる切換運転
を行うことによっても同様の減速率の改善を図ることが
できる。

（実施例）第１図は本発明を適用した時のＶＶＶＦの一構成例をブ
ロック図にて示したものである。ここで、第４図と共通
の部分には共通の符号を付し、以下説明を省略する。

この制御装置は、従来のＶＶＶＦに加え、誘導電機回転
数検出器６０、同回転数検出回路６１、誘導電動機印加
電圧から電圧／周波数検出回路６２を設置し、これらの
信号を電圧／周波数設定回路６３へ入力すると共に瞬時
電圧低下検出回路６６の出力によりＶ／Ｆ値を設定する
変化率制御部３０の出力指令を、新たに設置した電圧／
周波数設定回路６３の出力側へ制御モード切換スイッチ
６４により切替えると共に、同回路からの設定電圧及び
周波数指令値に従い、従来の電圧制御部３１以降及び周
波数制御部３６以降を駆動するようにしたものである。

また、指定フォーシング電圧を得るために、短時間の熱
耐量以内ということを条件として、従来設備である電流
制御部３２をバイパスするスイッチ６５を設置している
。また、ＩＮＶ２４側が電圧低下時においても正常な転
流を継続できるように、瞬時電圧低下検出回路６６から
電圧信号を入力するスイッチ６７を設け、ＲＥＣ２２側
サイリスタの最大可能出力電圧が、　　ＩＮＶ２４側残
留電圧に対し転流可能か否かを判断する比較回路（図示
せず）を電圧制御部３内に設置している。

第１図において、瞬時電圧低下時、主ループ動作説明を
以下行う。

電圧／周波数設定回路６３には常時、電圧周波数検出回
路６２及び／又は電動機回転数検出回路６１からの信号
が常に入力されており、電源周波数又は、回転数とスリ
ップ周波数との和に相当する周波数指令値を常時演算す
ると共に、電動機２６の端子電圧を常時把握しておき、
これよりも大きな電圧指令値を演算しておく。

瞬時電圧低下が発生した場合、これは、通常、常時運転
電圧に対し、３０％〜８０％程度の値で、０．１−０．
５秒程度継続するが、従来並のＶ／Ｆ一定制御を行うと
、電圧低下に伴い１周波数もこれに比例して低下させる
制御となるため、誘導電動機２６にとっては、強制的に
減速させられる。いわゆる目利運転モードとなる。通常
の制御では、この目利モード運転を嫌うため、ＶＶＶＦ
を運転除外し、電源復ｙ帰を確認して再起動をかけてい
る。

本実施例では、瞬時電圧低下検出回路６６が動作すると
同時に電圧／周波数設定回路６３の出力を活かし、当初
は、事故前電圧及び周波数等の値に応じた指令値を各々
電圧制御部３１及び周波数制御部３６に送る。

電圧制御部３１では、瞬時電圧低下検出回路６６からの
電源側電圧を入力すると共に、ＩＮＶ２５出口側電圧の
換算値である電圧値を入力し、電圧指令値に対し、ＲＥ
Ｃ２２入力端子が位相制御により対応可能なレベルにあ
ると判断し、さらに、ＩＮＶ２４転流可能電圧レベル以
上であることを併せ確認し、位相指令を位相制御部３７
へ発信する。この時電流制御部３２をバイパスするのは
、フィードバックループ又は、電流制御部３２内のリミ
ット機能により電圧フォーシング効果が抑えられるため
である。

電圧／周波数設定回路６３より並列に発信された周波数
設定信号は、周波数制御部３６を経由して指定された周
波数になるようにＩＮＶ２４のゲートが制御される。こ
うして誘導電動機２６は、第２図に示すように、電圧低
下しても、電気トルクを発生することができる。第２図
において、破線Ａは通常運転時の電気トルクを示し、曲
線Ｂは電源電圧が若干低下した場合の負荷トルク以上の
電気トルクが確保されており１回転数もほとんど低下せ
ずかつ短時間事象のため問題もない。電源電圧がさらに
低下した場合には曲線Ｃのようになり、負荷トルクより
小さな電気トルクを発生する。この場合、負荷トルクが
発生電気トルクより小さいため回転数は降下してゆくが
、この降下率はＶＶＶＦ除外の場合より曲４１ｃの電気
トルクが存在する分だけ小さく、改善されたものとなる
。この周波数ない７回転数の降下は、電圧／周波数設定
回路６３ヘフイードバツクされるため、降下中において
もその降下率が少なくなるような周波数設定値が出力さ
れるため、改善されることになる。これは、第３図に示
すように、周波数設定値を変えることにより最大トルク
位置が変ってくるため、各周波数における電気トルクが
より大きい値として得られるという利点にもよる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ＶＶＶＦ運転中に瞬時電圧低下が発生
しても、ＶＶＶＦ運転除外時よりも誘導電動機の回転降
下率をより少くすることができ、特に回転数降下に対し
て厳しいシステムにおけるＶＶＶＦ機能をさらに高めた
安定したＶＶＶＦを供給する事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるＶＶＶＦの１実施例を示したブ
ロック図、第２図は、本発明による低電圧程度の差によ
る電気トルクと負荷トルクとの関係を示した図、第３図
は低電圧発生時に周波数一定運転した場合と回転数降下
に従って周波数設定値を変えた場合の電気トルクと負荷
トルクの関係を示した図、第４図は従来のＶＶＶＦのブ
ロック図、第５図は発電所内電動機の制御にＶＶＶＦが
用いられる場合の単線結線図、第６図は誘導電動機のト
ルク特２２・・・交流直流変換器（ＲＥＣ）　　　２３
・・・直流リアクトル２４・・・直流交流変換器（ＩＮ
Ｖ）　　　２５・・・３相出カ変圧器２６・・・交流誘
導電動機　　　　　２７・・・計ａｔＥ器２９・・・速
度指令　　　　　　　　３ｏ・・・変化率制御部３１・
・・電圧制御部　　　　　　　３２・・・電流制御部３
３．３７・・・位相制御部　　　　　３４．３８・・・
パルス増幅器３５．３９・・・パルス変圧器　　　　３
６・・・周波数制御部６０・・・回転数検出器　　　　
　　６１・・・回転数検出回路６２・・・電圧／周波数
検出回路　　６３・・・電圧／周波数設定回路６４・・
・制御モード切換スイッチ　６５．６７・・・スイッチ
６６・・・瞬時電圧低下検出回路第２図第４図第５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）（ａ）交流を直流に変換する交流直流変換器と、
（ｂ）該交流直流変換器から得られる直流を交流に変換
する直流交流変換器と、（ｃ）電動機の速度指令信号に応じて上記交流直流変換
器の出力電圧を制御する手段と、（ｄ）上記速度指令信号に応じて上記直流交流変換器の
出力周波数を制御する手段と、（ｅ）上記交流直流変換器の入力側電圧の異常低下を検
出する手段と、（ｆ）上記異常低下の検出後に電動機の電気トルクが最
大となるように制御内容を切換える手段とを具備することを特徴とする交流可変速電動機制御装置
。
（２）（ａ）交流を直流に変換する交流直流変換器と、
（ｂ）該交流直流変換器から得られる直流を交流に変換
する直流交流変換器と、（ｃ）電動機の速度指令信号に応じて上記交流直流変換
器の出力電圧を制御する手段と、（ｄ）上記速度指令信号に応じて上記直流交流変換器の
出力周波数を制御する手段と、（ｅ）上記交流直流変換器の入力側電圧の異常低下を検
出する手段と、（ｆ）上記直流交流変換器の出力側周波数に相当する状
態量を検出する手段と、（ｇ）上記入力側電圧の異常低下の検出後に、該検出前
における上記状態量を目標として上記直流交流変換器を制御する手段とを具備することを特徴とする交流可変速電動機制御装置
。