JPH01255491A - 交流電動機の制御装置 - Google Patents

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、交流電動機の制御装置に係り、特に可変周波
数電源を制御して一定周波数電源と同期状態にし、その
後一定周波数電源へと切換える場合、その同期開始速度
を可変周波数電源のトルク電流基準により求める制御手
段を備えた交流電動機の制御装置に関する。

（従来の技術） 一般に、交流電動機を周波数変換器のような可変周波数
型ｇ（以下周波数変換器という）での運転中に、商用電
源のような一定周波数電源（以下商用電源という）の出
力電圧と同一の電圧、同一の位相に合わせた上で交流電
動機に接続し、しかる後に可変周波数電源を交流電動機
から切り離して、商用電源単独で交流電動機を駆動する
ような切換え方式を商用同期併入（以下、単に併入とも
いう）と呼ぶ。また、交流電動機を周波数変換器で可変
速駆動し、商用電源を切換える方式には、−度電動機の
電源を瞬断した後に切換える方式や、リアクトルを介し
て切換え時の過大電流を抑制する方式等、数多くの方式
があるが、前述の周波数変換器と商用電源の電圧を同期
状態で切換える同期切換方式は、切換え時のショックト
ルクや過大な切換電流が流れないため優れた切換え方式
である。

以下、従来技術について、図面を用いて説明する。

第４図に誘導電動機を周波数制御（Ｖ／Ｆ制御）により
併入を行なう場合の制御装置の構成例を示す。ここでは
、可変周波数電源として電流形インバータを用いる場合
を例にとって説明する。

第４図において、誘導電動機１は、一方では商用電源Ｐ
Ｓにより開閉器１４を介して運転可能であり、他方では
商用電源ＰＳから受電する可制御整流器２、平滑用直流
リアクトル３および電流型インバータ４により開閉器１
５を介して運転可能である。整流器２は電圧基準ＶＲＢ
Ｆと計器用変圧器４２を介して検出されるインバータ４
の出力電圧Ｖを比較してその偏差を零とするような電流
基準ＩＲＥＦを出力する電圧制御回路５、この電流基準
ＩＲＥＦと変流器４０および整流回路４１によって検出
される負荷電圧■とを比較してその偏差を零とするよう
な位相基ｉ１ｐを出力する電流制御回路６．およびこの
位相ｐをもとに位相制御する位相制御回路７によって制
御される。インバータ４は、周波数基準ＦＲＢＦ　（電
圧基準ＶＲ［ＥＦに応じて定められる）をもとにインバ
ータ４の運転周波数ｆに対応する出力信号６ｆを出力す
る周波数制御回路８、および周波数制御回路８の出力信
号６ｆをもとにインバータ４の各サイリスタゲート信号
を分配してインバータ出力電流位相θ工を決定するリン
グカウンタ９によって制御される。また、計器用変圧器
４２を介して検出されるインバータ４の出力電圧Ｖから
インバータ出力電圧位相Ｏｖを電圧位相演算回路１１に
よって求められる。さらに計器用変圧器４４及び電圧位
相演算回路１１を介して得た商用電源位相θｐｓと出力
電圧位相θＶとを位相比較回路１２で比較し５位相側差
信号Δθを得る。この位相偏差信号Δθをローパスフィ
ルタ１３に通して周波数補正信号ΔＦを形成し、これを
周波数制御回路８に導入する。

第４図のように構成された制御装置による誘導電動機の
可変速制御技術は公知のため説明は省き、併入時の動作
を以下説明する。

まず、インバータ側開閉器１５が閉じられた状態で誘導
電動機１は商用電源ｐｓから受電する整流器２、直流リ
アクトル３およびインバータ４により任意の周波数で運
転されている。この状態において併入指令Ｈｏが外部よ
り入力されると、電圧／周波数基準Ｖ／ＦＲＩ！ドを前
もって設定されている併入特電圧／周波数基準ＨｏＶ／
ＦＲａＦに切換える。また、この状態で、計器用変圧器
４２を介して検出されるインバータ４の出力電圧Ｖより
、電圧位相演算回路１１にて角度に変換されθＶを得る
。計器用変圧器４４を介して検出される商用電源電圧Ｖ
ＰＳより同じく電圧位相演算回路１１にて角度に変換さ
れθｐｓを得る。

二の出力電圧位相びりと商用電源位相θＰＳとの偏差△
θを位相比較回路１２にて算出し、ローパスフィルタ１
３を経て、周波数補正信号ΔＦとして周波数制御回路８
に入力する。周波数制御回路８は周波数基準ＦＲＢＦと
周波数補正信号ΔＦとを加算してインバータ４の運転周
波数ｆを決定する。この様に構成すると周波数制御回路
８、リングカウンタ９、電圧位相演算回路１１、位相比
較回路１２、ローパスフィルタ１３はフェーズロックド
ループ（ＰＬＬ）を形成し、位相偏差（Δθ）が零とな
る様にインバータ４の周波数ｆを５！整する。つまり商
用電源位相θｐｓとインバータ出力電圧位相θνとが一
致する様に制御動作する。

位相比較回路１２の出力Δθがある範囲内に入ったこと
を遮断器開閉タイミング回路４５で判断をして、商用側
遮断器閉信号Ｓυ１を出力し、商用側開閉器１４を閉路
し、商用側の通電を開始する。次に商用側遮断器が完全
に閉路したことをもって周波数変換器は通電を停止した
後、遮断器開閉タイミング回路４５はインバータ側開閉
器１５の開指令６ぽを出力し、インバータ側開閉器１５
を開路し、併入動作を完了する。

（発明が解決しようとする課題） しかし、上記従来方式においては、併入時の電圧周波数
基準に固定値を設定していたために、併入操作時の負荷
大小により併入動作が不安定になったり、電圧位相の偏
差の収束までに長時間を要する場合があった。

従って本発明は、これらの問題点を解決するため、安定
な併入操作のできる交流電動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作用）そこで１本発明
は上記目的を達成するために、周波数変換手段或いは商
用電源手段により交流電動機を運転している状態で、出
力電圧を別電源（商用電源手段或いは周波数変換手段）
と同期するよう制御し、所定時間後、別電源の第１或い
は第２の開閉器を閉路し、電源切換を行うとき、交流電
動機の一次電流のうちトルク発生に寄与するトルク電流
基準により、別電源の電圧と他方の出力電圧との位相差
を零にするよう周波数変換手段の同期制御を開始する速
度を変化させる制御手段を備えた交流電動機の制御装置
を提供する。

（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、符号１〜４および１４．１５で示す主
回路部分並びに符号６，７で示す制御回路部分は、すで
に述べた第４図のものと同一であり、それら個々の説明
は省略する。商用同期併入を行なう場合を中心として以
下説明する。

速度検出器１６により誘導電動機１の回転速度ω１を検
出し、　これを速度設定回路１７により設定された速度
基準ω−と比較し１両者の偏差として速度偏差△ω１を
算出する。速度制御回路１９により、この速度偏差Δω
、が零（Δω、＝０）になるように、−次電流のトルク
電流成分１１Ｑの制御を行なう。他方、誘導電動機１の
磁束Φは、磁束検出回路２３により直接検出するが、又
は誘導電動機１の電圧、電流等から演算により求められ
る。この磁束Φと磁束基準演算回路２１により設定され
る磁束基準Φ束とを比較し、その偏差すなわち磁束偏差
が零になるように磁束制御回路２２により一次電流の励
磁電流成分Ｌｔｄが制御される。　トルク電流成分１１
ｑと励磁電流成分ｉ工ｄとから電流基準演算回路２０は
一次電流基準工、東を求める。電流制御回路６はこの一
次電流基準工、京と検出された一次電流■□とを比較制
御し、すでに述べたように位相制御回路７に対して位相
基＄ｐを与える。位相制御回路７は整流器２に点弧信号
αを与え、最終的に誘導電動機１の一次電流工、の振幅
が制御される。

トルク電流成分ｉ□９と励磁電流成分ｉ工ｄとから位相
角演算回路２４により誘導電動機１の磁束Φと一次電流
■□どの位相角θ。□を算出する。また、磁束Φとトル
ク電流成分ｉｘｑとからすベリ角演算回路２５がすベリ
角Ｏ３を算出する。回転子位置演算回路２６は回転速度
ω１を積分し、口・−夕位置角θ、を算出する。すべり
角Ｏ５とロータ位置角ＯＦとから磁束位相演算回路２７
が磁束位相θ。を算出する。−次電流位相演算回路２８
は磁束位相θ。および位相角θ。１から一次電流の位相
θ１を求め、これをインバータ４に与え、最終的に誘導
電動機１の一次電流の位相θ、が制御される。　このよ
うにして整流器２とインバータ４により誘導電動機１の
一次電流ベクトルが制御される。

いま、インバータ側開閉器１５が閉となった状態で誘導
電動機１は周波数変換器によって速度基準設定回路１７
に従って運転されているものとする。

併入指令が入力されると、まず速度基準はその時のトル
ク電流工□９によって決まる併入時速度基準回路４７の
出力Ｈｏω−にて切換えられる。

第２図にｉＬＱとＨＯω−の関係を示す。

負荷が増大するに従って以下に説明するＰＬＬの量を増
大させるがために併入時速度基準設定回路でＨａω−を
低下させ、位相偏差Δθの初期量を増加させる。

この状態において、位相比較回路１２は、商用電源位相
θＰＳとインバータ出力電圧位相θＶとの偏差Δθを算
出する。ローパスフィルタ１３はΔθと比例積分演算を
行ない速度偏差ΔＳを出力する。

この速度偏差ΔＳと借入時速度基準Ｈｏω−を加算し、
その値から速度帰還ω、を減算し、速度制御回路１９の
入力とする。

このように構成すると、位相比較回路１２、ローパスフ
ィルタ１３、速度制御回路１９、すべり角演算回路２５
、磁束位相演算回路２７及び−次電流位相演算回路２８
の部分でフェーズロックドループ（ＰＬＬ）を構成し、
　インバータ出力電圧位相θＶが商用電源電圧位相θｐ
ｓと一致するように動作する。

位相差検出回路１２の出力Δθが、一定範囲内に一定時
間入ったことをもって遮断器開閉タイミゼグ回路４５は
、商用側開閉器１４の閉指令Ｓυ１を出力し、商用電源
での通電を開始する。

次に、商用側開閉器１４が完全に閉路したことをもって
周波数変換器は通電を停止した後、遮断器開閉タイミン
グ回路４５はインバータ側開閉器１５の閉指令ＳＷ３を
出力し、　インバータ側開閉器１５を開路し、併入動作
を完了する。

本方式を用いれば、　　ＰＬＬ開始時において負荷の大
きさにより、初期値を決めることによって併入動作を安
定に、短時間で完了することが可能とな机 次に、本発明の他の実施例を第３を用いて説明する。

第３図において、先の実施例と同一の構成要素について
はその説明を省略する。先の実施例と異なる点は、借入
時速度基準Ｈｏω♂を求めるためにすべり周波数ωＳを
用いることである。

すベリ角演算回路２５は、磁束Φとトルク電流成分ｉｘ
ｑからすべり角θＳを算出するが、その過程においてす
ベリ角Ｏ５を時間微分することによって、すベリ周波数
ωＳを算出し、　その値によって借入時速度基準ＨＯω
−を求める。

以上の実施例では、制御装置の構成例として電流形イン
バータを例にとって説明したが、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、トルク電流基準もしくはすべり周波
数を算出しつる変換器であるなら、その形式・種類は問
わない。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、誘導電動機を速度
制御し高い速度精度を維持しながら、併入時の負荷の大
きさによらず周波数変換手段の出力電圧を商用電源電圧
に短時間で同期させ安定に切換えることが可能となる。

【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、トルク電流成分と借入時速度基準との関係を示す図
、第３図は１本発明の他の実施例を示すブロック図、第
４図は、従来の交流電動機の制御装置のブロック図であ
る。 ＰＳ・・・商用電源　　　　１・・・誘導電動機２・・
・整流器　　　　　３・・・直流リアクトル４・・・イ
ンバータ　　　６・・・電流制御回路７・・・位相制御
回路　　１１・・・電圧位相演算回路１２・・・位相比
較回路　　１３・・・ローパスフィルタ１４・・・商用
電源側開閉器 １５・・・インバータ側開閉器 １６・・・速度検出器　　　１７・・・速度基準設定回
路１９・・・速度制御回路　　２０・・・電流基準演算
回路２１・・・磁束基準演算回路 ２２・・・磁束演算回路　　２３・・・磁束検出回路２
４・・・位相角演算回路　２５・・・すベリ角演算回路
２６・・・回転子位置演算回路 ２７・・・磁束位相演算回路 ２８・・・−次電流位相演算回路 ４２・・・インバータ側電圧検出器 ４４・・・商用電源側電圧検出器 ４５・・・遮断器開閉タイミング回路 ４７・・・併入時速度基準設定回路 代理人　弁理士　　則　近　憲　佑 同　　　　　第子丸　　　健 第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　第１の開閉器を閉路することにより交流電動機に給電
   する商用電源手段と、第２の開閉器を閉路することによ
   り前記交流電動機に給電する周波数変換手段と、前記交
   流電動機の回転数を検出し、所定の基準回転数との偏差
   により、前記交流電動機の回転数を制御する速度制御手
   段とを有する交流電動機の制御装置において、前記周波
   数変換手段或いは前記商用電源手段により前記交流電動
   機を運転している状態で、出力電圧を別電源（前記商用
   電源手段或いは前記周波数変換手段）と同期するよう制
   御し、所定時間後、前記別電源の前記第１或いは第２の
   開閉器を閉路し、電源切換を行うとき、前記交流電動機
   の一次電流のうちトルク発生に寄与するトルク電流基準
   により、前記別電源の電圧と他方の出力電圧との位相差
   を零にするよう前記周波数変換手段の同期制御を開始す
   る速度を変化させる制御手段を具備したことを特徴とす
   る交流電動機の制御装置。