JPH0218035B2 - - Google Patents

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JPH0218035B2
JPH0218035B2 JP56209909A JP20990981A JPH0218035B2 JP H0218035 B2 JPH0218035 B2 JP H0218035B2 JP 56209909 A JP56209909 A JP 56209909A JP 20990981 A JP20990981 A JP 20990981A JP H0218035 B2 JPH0218035 B2 JP H0218035B2
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commutation
cycloconverter
current
motor
signal
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Masaaki Takahashi
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Toyo Electric Manufacturing Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/022Synchronous motors
    • H02P25/024Synchronous motors controlled by supply frequency

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は電力変換器にサイクロコンバータを用
いた交流式無整流子電動機の制御進み角制御方法
に関する。 電動機に同期電動機を用い、その誘起電圧によ
つて電力変換器の転流を行なう自制他励式無整流
子電動機のうち、電力変換器にサイクロコンバー
タを用いた交流式無整流子電動機は電動機の誘起
電圧が得られない起動時および低速時において
も、電源電圧によつて電動機側周波数に同期した
転流を行なうことができるため起動、低速用の転
流補助回路などを必要とせず、その回路構成の簡
易さから多く用いられている。 しかし交流式無整流子電動機においても、高速
時の特性は他の自制他励式無整流子電動機と同様
にその転流能力は電動機の端子電圧の大きさと端
子電圧に対する電機子電流の制御進み角βによつ
て大きな影響を受ける。 第1図は無整流子電動機における制御進み角β
と電流の転流重なり角uを電動機出力を横軸にし
て示したものである。第1図の実線は電動機の電
機子と回転子の相対的回転位置を検出する回転子
位置検出器を設け、その信号によつて電力変換器
の転流素子の転流を行なう。すなわち電動機の電
機子と界磁の機械的相対位置によつてきまる機械
的制御進み角β0を固定して制御する従来の方式の
転流特性を示したものであり、負荷すなわち電動
機の電機子電流が増加するにしたがつて、電機子
反作用によつて電動機電圧の位相がずれ、端子電
圧に対する実効制御進み角βは次第に減少すると
ともに、電機子電流の転流重なり角uは負荷の増
大にしたがつて電流の転流初期値が大きくなるに
加えて、電機子反作用による電動機電圧の位相ず
れによつて、転流に寄与する逆バイアス電圧が減
少するために急激に増大する。この実効制御進み
角βと転流重なり角uが一致する点が転流限界で
あるが、実際にはその点における運転は不可能で
あつて制御進み角βから転流重なり角uを差引い
た転流余裕角γ(γ=β−u)が安定性その他
種々の余裕を見込んだある値γSとなる点が保証し
得る出力の限界となる。したがつて機械的制御進
み角β0を固定した従来の方式では、第1図に示す
ようにたとえば150%の過負荷耐量を要求された
場合には、出力150%において転流余裕角がγS
なるようにあらかじめ機械的制御進み角β0を大き
くとる必要があり、過負荷時はもとより定格点に
おける力率も必然的に低くなるとともに、トルク
脈動も大きいという欠点があつた。 これに対し、電力変換器の転流素子の点弧時点
を電機子と界磁の機械的相対位置によつて固定す
ることなしに、負荷条件その他に応じて制御進み
角を任意制御することによつてこれら欠点を改善
することができる。 第1図の破線β′,u′で示す曲線は制御進み角を
制御して負荷にかかわらず転流余裕角γを一定値
γSにした場合であり、このようにすることによつ
て力率の改善およびトルク脈動の低下をはかるこ
とができるとともに図示のように出力限界を著る
しく増大させることができる。 第2図は以上のような転流余裕角制御を施した
従来の無整流子電動機を示すブロツク図である。
第2図において1は交流電源、2はサイクロコン
バータ、3はサイクロコンバータ2によつて駆動
される同期電動機、4は同期電動機3の回転子の
回転位置を検出する回転子位置検出器、5は同期
電動機3の回転速度を検出する速度検出器であ
る。6,6′は各々サイクロコンバータ2の入力
電流および出力電流を検出する変流器、7,7′
は各々サイクロコンバータ2の入力電圧および出
力電圧を検出する変圧器、8は転流余裕角検出器
でサイクロコンバータ2の出力電流の転流終点か
ら同期電動機3の端子電圧の零点までの期間(転
流余裕時間)を検出してこれに回転速度の要素を
加え電動機の電気角換算をして転流余裕角を出力
する。9,9′,9″は比較器、10,10′は調
節器、11,11′は各々電源側点弧タイミング
用およびモータ側点弧タイミング用の移相器、1
2は電源側点弧タイミング信号とモータ側点弧タ
イミング信号からサイクロコンバータ2の各転流
素子のゲート信号を作成する論理回路である。 第2図において速度設定値Nと速度検出器5に
よる速度検出値nが比較器9にてつき合わされ、
その速度差分が速度調整増巾器としての調節器1
0により電流指令値Iに変換され、さらにこの電
流指令値Iと変流器6による電流検出値iが比較
器9′でつき合わされ、この差分信号によつて入
力電力を調整すべく移相器11で電源電圧に対す
る点弧位相を調整して電源側点弧タイミング信号
を作成する電流マイナループを持つ。 一方、転流余裕角検出器8による転流余裕角検
出値γは比較器9″において転流余裕角設定値γS
とつき合され、その差分信号は調節器10′によ
つて回転子位置検出器4による電機子と界磁との
間の機械的基準信号に対する移相信号に変換さ
れ、移相器11′でモータ側点弧タイミング信号
を作成する。論理回路12は前述のように移相器
11による電源側点弧タイミング信号と移相器1
1′によるモータ側点弧タイミング信号を合成し
てサイクロコンバータ2の各転流素子へのゲート
信号を作成し、これによつてサイクロコンバータ
2の入、出力を制御している。すなわちサイクロ
コンバータ2の入力調整としては速度制御ループ
と電流マイナーループから構成され、出力側調整
としては転流余裕角フイードバツクによる転流余
裕角一定制御ループが構成されている。 しかしながら、サイクロコンバータ2は順変換
器と逆変換器との間に直流中間回路を有する電力
変換器と異なり、電源側の転流とモータ側の転流
が独立しておらず、電源側とモータ側の転流が混
合して行なわれるため、電源側の転流とモータ側
の転流が同時に行なわれた場合には相互に影響を
およぼし合う。この結果、検出される転流余裕角
検出値γは電源側点弧タイミングによつて大きく
ばらつき、制御上好ましくない結果をひきおこ
す。 第3図は3相交流電源から3相の可変交流を出
力するサイクロコンバータ2の構成図である。1
は3相交流電源、3はサイクロコンバータ2によ
つて駆動される3相の同期電動機、201〜21
8は転流素子でサイリスタなどの制御整流素子が
用いられる。220は平滑リアクトルであり各相
の巻線は磁気的に結合されている。 第4図は電源電圧eR,eS,eTとモータ電圧eu
ev,ewの波形と各々の転流タイミングを示したも
のである。図示のように電源側転流は点弧角αで
点弧され重なりuSで転流が終了する。またモータ
側転流は制御進み角βで点弧され、重なりun
転流が終了する。いま第4図に示すように、電源
側R相からS相への正側転流とモータ側U相から
V相への正側転流が同時に行なわれたとして、そ
の動作モードを第5図に示す。 第5図中201,204,205,218は
各々第3図に示すサイクロコンバータ2の転流素
子であり、lnはモータ側転流インダクタンス、lS
は電源側転流インダクタンスである。いま転流素
子201と転流素子218を導通し、定電流源に
よりI0が流れていたとして、転流素子204が点
弧されると、第5図aのモードIに示すようにU
相とV相は転流素子201,204によつて短絡
され、モータの誘起電圧euとevの逆電圧によつて
転流電流i1が流れ、U相からV相への転流が始ま
る。次に電源のR相からS相への点弧指令によつ
て転流素子205が点弧されると、第5図bのモ
ードに示すようにR相とS相は転流素子204
と転流素子205によつて短絡され、電源電圧eR
とeSの差電圧によつて転流電流i2が流れ、R相か
らS相への転流が始まる。モータ側転流電流i1
電源側転流電流i2が等しくなり転流素子204を
流れる電流が零になると、転流素子204は
OFFし、第5図cに示すモードに移行するが
転流素子204が導通している間は、モータ側転
流と電源側転流は各々独立して行なわれる。転流
素子204がOFFすると第5図cのモードに
示すように、U相からV相へのモータ側転流とR
相からS相への電源側転流が同一回路で行なわれ
る。すなわちモータ電圧euとevの差電圧と、電源
電圧eRとeSの差電圧の和の電圧によつて共通の転
流電流i3が流れ、i3が定電流I0に等しくなり、転
流素子201の電流が零になると転流素子201
はOFFし、モータ側転流と電源側転流が同時に
終了する。いま重なりを充分小さいとし、モータ
側転流電圧(eu−ev)をEn、電源側転流電圧(eR
−eS)をESの直流電圧で近似すると各転流電流
i1,i2,i3は次のようになる。 i1=En/lnt+C1,i2=ES/lSt+C2,i3=En+ES
ln+lS t+C3 ここでC1,C2,C3は定数である。定格速度N0
における転流電圧をES=1,En=1とし、転流
インダクタンスは電源側lS=1に対しモータ側ln
=3とすれば、定格速度および1/2速度における
i1,i2,i3の勾配は次表のとおりとなる。
The present invention relates to a control advance angle control method for an AC non-commutator motor using a cycloconverter as a power converter. Among self-controlled separately excited non-commutator motors that use a synchronous motor as the motor and commutate the power converter using the induced voltage, AC non-commutator motors that use a cycloconverter as the power converter are Even at startup and at low speeds when voltage cannot be obtained, commutation can be performed in synchronization with the motor frequency using the power supply voltage, so there is no need for commutation auxiliary circuits for startup or low speeds, and the circuit configuration It is widely used because of its simplicity. However, in the case of an AC non-commutator motor, the characteristics at high speed are the same as those of other self-controlled separately excited non-commutator motors. greatly influenced by Figure 1 shows the control lead angle β in a non-commutated motor.
and the commutation overlap angle u of the current are shown with the motor output as the horizontal axis. A solid line in FIG. 1 shows a rotor position detector that detects the relative rotational position of the armature and rotor of the motor, and commutates the commutating element of the power converter based on the signal. In other words, it shows the commutation characteristics of the conventional system in which the mechanical control lead angle β 0 , which is determined by the relative mechanical position of the motor's armature and the field, is fixed. As the child current increases, the phase of the motor voltage shifts due to armature reaction, the effective control advance angle β with respect to the terminal voltage gradually decreases, and the commutation overlap angle u of the armature current increases as the load increases. As a result, the initial commutation value of the current increases, and the reverse bias voltage that contributes to commutation decreases due to the phase shift of the motor voltage due to armature reaction, so it increases rapidly. The point where the effective control advance angle β and the commutation overlap angle u match is the commutation limit, but in reality, operation at that point is impossible, and the commutation overlap angle u is subtracted from the control advance angle β. The point at which the commutation margin angle γ (γ=β−u) reaches a certain value γ S that takes into account stability and other various margins is the limit of the output that can be guaranteed. Therefore, in the conventional system in which the mechanical control lead angle β is fixed at 0 , for example, if an overload capacity of 150% is required as shown in Figure 1, the commutation margin angle becomes γ at an output of 150%. It is necessary to set the mechanical control advance angle β 0 large in advance so that S is achieved, which has the disadvantage that the power factor at the rated point as well as during overload inevitably becomes low, and torque pulsation is also large. In contrast, it is possible to arbitrarily control the control advance angle according to load conditions and other factors, without fixing the ignition point of the commutating element of the power converter by the relative mechanical position of the armature and the field. Therefore, these drawbacks can be improved. The curves indicated by broken lines β' and u' in Fig. 1 are for the case where the control advance angle is controlled and the commutation margin angle γ is kept at a constant value γ S regardless of the load. The power output limit can be significantly increased as shown, while improving the engine speed and reducing torque pulsation. FIG. 2 is a block diagram showing a conventional commutatorless motor which is subjected to commutation margin angle control as described above.
In FIG. 2, 1 is an AC power supply, 2 is a cycloconverter, 3 is a synchronous motor driven by the cycloconverter 2, 4 is a rotor position detector that detects the rotational position of the rotor of the synchronous motor 3, and 5 is a rotor position detector. This is a speed detector that detects the rotational speed of the synchronous motor 3. 6 and 6' are current transformers that detect the input current and output current of the cycloconverter 2, respectively; 7 and 7';
8 is a commutation margin angle detector that detects the input voltage and output voltage of the cycloconverter 2, respectively, and 8 is a commutation margin angle detector that measures the period from the commutation end point of the output current of the cycloconverter 2 to the zero point of the terminal voltage of the synchronous motor 3 (transformation margin angle detector). The commutation margin angle is output by detecting the flow margin time), adding the rotational speed element to it, converting it into the electric angle of the motor, and outputting the commutation margin angle. 9, 9', 9'' are comparators, 10, 10' are regulators, 11, 11' are phase shifters for power supply side ignition timing and motor side ignition timing, respectively.
2 is a logic circuit that creates gate signals for each commutation element of the cycloconverter 2 from the power supply side firing timing signal and the motor side firing timing signal. In FIG. 2, the speed setting value N and the speed detection value n by the speed detector 5 are compared by a comparator 9,
The speed difference is the regulator 1 as a speed adjustment amplifier.
0 is converted into a current command value I, and furthermore, this current command value I and the current detection value i by the current transformer 6 are matched by a comparator 9', and a phase shifter is used to adjust the input power using this difference signal. 11 has a current minor loop that adjusts the firing phase with respect to the power supply voltage and creates a power supply side firing timing signal. On the other hand, the commutation margin angle detected value γ by the commutation margin angle detector 8 is determined by the commutation margin angle setting value γ S
The difference signal is converted by the regulator 10' into a phase shift signal with respect to the mechanical reference signal between the armature and the field by the rotor position detector 4, Create the motor side firing timing signal. As described above, the logic circuit 12 receives the power supply side firing timing signal from the phase shifter 11 and the phase shifter 1.
The motor-side ignition timing signals from 1' are synthesized to create a gate signal to each commutating element of the cycloconverter 2, thereby controlling the input and output of the cycloconverter 2. That is, the input adjustment of the cycloconverter 2 consists of a speed control loop and a current minor loop, and the output side adjustment consists of a constant commutation margin angle control loop based on commutation margin angle feedback. However, unlike a power converter that has a DC intermediate circuit between the forward converter and the inverse converter, the cycloconverter 2 does not have independent commutation on the power supply side and motor side, and Since the side commutations are performed in a mixed manner, if the power supply side commutation and the motor side commutation are performed at the same time, they will influence each other. As a result, the commutation margin angle detection value γ varies greatly depending on the power supply side ignition timing, causing unfavorable results in terms of control. FIG. 3 is a configuration diagram of a cycloconverter 2 that outputs three-phase variable AC from a three-phase AC power supply. 1
is a three-phase AC power supply; 3 is a three-phase synchronous motor driven by the cycloconverter 2; 201 to 21;
8 is a commutating element, and a controlled rectifying element such as a thyristor is used. 220 is a smoothing reactor, and the windings of each phase are magnetically coupled. Figure 4 shows the power supply voltages e R , e S , e T and motor voltages e u ,
The waveforms of e v and e w and their respective commutation timings are shown. As shown in the figure, the commutation on the power supply side is fired at the firing angle α, and the commutation ends at overlap u S. Furthermore, the commutation on the motor side is started at the control advance angle β, and the commutation ends at the overlap u n . Assuming that the positive commutation from the R phase to the S phase on the power supply side and the positive commutation from the U phase to the V phase on the motor side are performed simultaneously as shown in Figure 4, the operating mode is shown in Figure 5. Shown below. In FIG. 5, 201, 204, 205, and 218 are commutating elements of the cycloconverter 2 shown in FIG. 3, l n is the motor side commutation inductance, and l S
is the power supply side commutation inductance. Assuming that commutating element 201 and commutating element 218 are now electrically connected and I 0 is flowing due to the constant current source, when commutating element 204 is ignited, U as shown in mode I in FIG. 5a.
The phase and V phase are short-circuited by commutation elements 201 and 204, and a commutation current i1 flows due to the reverse voltage of the motor's induced voltages e u and e v , and commutation from the U phase to the V phase occurs. It begins. Next, when the commutation element 205 is fired by the firing command from the R phase to the S phase of the power supply, as shown in the mode of FIG.
is short-circuited by the commutating element 205, and the power supply voltage e R
Commutation current i2 flows due to the voltage difference between and eS , and commutation from the R phase to the S phase begins. When the motor side commutation current i 1 and the power supply side commutation current i 2 become equal and the current flowing through the commutation element 204 becomes zero, the commutation element 204 becomes
OFF and shifts to the mode shown in FIG. 5c, but while commutation element 204 is conducting, motor side commutation and power supply side commutation are performed independently. When the commutation element 204 is turned OFF, as shown in the mode of FIG. 5c, motor side commutation from U phase to V phase and R
Power supply side commutation from phase to S phase is performed in the same circuit. In other words, a common commutation current i 3 flows due to the sum of the voltage difference between the motor voltages e u and e v and the voltage difference between the power supply voltages e R and e S , and i 3 becomes equal to the constant current I 0 . , when the current in the commutating element 201 becomes zero, the commutating element 201
turns OFF, and commutation on the motor side and commutation on the power supply side end simultaneously. Assuming that the overlap is sufficiently small, the commutation voltage on the motor side (e u −e v ) is E n and the commutation voltage on the power supply side (e R
−e S ) by the DC voltage of E S , each commutation current becomes
i 1 , i 2 , i 3 are as follows. i 1 = E n /l n t+C 1 , i 2 = E S /l S t + C 2 , i 3 = E n + E S /
l n +l S t + C 3 where C 1 , C 2 and C 3 are constants. Rated speed N 0
Let the commutating voltage at E S =1, E n =1, and the commutating inductance is l S =1 on the power supply side and l n on the motor side.
= 3, at rated speed and 1/2 speed
The slopes of i 1 , i 2 , and i 3 are as shown in the table below.

【表】 第6図はこの場合の転流電流を図示したもの
で、第6図aは定格速度N0における転流電流、
第6図bは1/2速度、1/2N0における転流電流で
ある。これからサイクロコンバータ2においては
モータ側転流期間中に電源転流が行なわれると、
モータ側転流が単独で行なわれた場合に比べ転流
重なり期間が短くなることがわかる。すなわち、
第6図中、モータ転流が単独で行なわれた場合の
重なり期間がunであるのに対し、電源転流が加
わつた場合はun′で転流は終了する。この傾向は
第6図a,bの比較でわかるように回転速度が低
くなるようにしたがつて顕著になる。 このようにサイクロコンバータにおいてはモー
タ側転流の電源側転流による影響によつて転流特
性が向上するとともに転流失敗後の自己復帰作用
を有し、さらには前述したように電動機の誘起電
圧の得られない、起動時および低速時においても
この電源転流によつてモータ側の転流を行なうこ
とができるなど大きな利点となつている。ところ
がこの電源転流による影響は、直接モータ電流の
転流終点およびモータ電圧の零点を検出して、こ
れにより転流余裕角を制御しようとする場合には
逆に障害となる。すなわち、検出値が電源側とモ
ータ側の点弧タイミングによつて異なり、モータ
側転流期間中に電源側の転流が加わつた場合に
は、モータ側転流が単独で行なわれた場合に比べ
サイクロコンバータの出力電流の重なり期間が短
かくなるため、転流余裕角は大きく観測される。
したがつてこの検出値を用いて次の点弧時点を決
ることは即、転流失敗の原因となる。 これを避るために従来は転流余裕角のサンプリ
ング期間を長くとり、その間の平均値、あるいは
その間の最小値を用いて制御する方式、あるいは
電源側の点弧タイミングを検知して、モータ側転
流期間中に電源側転流が行なわれた場合には、そ
の転流モードにおけるサンプリング値を無視し、
前回の転流モードにおけるサンプリング値を用い
て制御する方式などが用いられている。しかしな
がら前者の方式では長サンプリング期間による遅
れ時間が大きく、また後者の方式においても前回
のサンプリング値を用いるため、時間遅れが発生
し、前述のような電源側干渉モードが連続する場
合など、この時間遅れはさらに大きくなるなど、
これら従来の方式においては急激な負荷変動など
過渡時における速応性に問題があり、過渡時の転
流失敗を避るために転流余裕角の設定値をあらか
じめ大きく設定する必要があつた。 この結果、同期電動機の力率もこれら時間遅れ
による安全率を見込んだものとなり、転流余裕角
制御による力率改善、回転機のサイズダウンの面
で充分な効果が得られなかつた。 本発明はサイクロコンバータを用いた交流式無
整流子電動機を転流余裕角制御する際のこれら欠
点を解決したものである。以下、本発明を実施例
図面にもとづいて説明する。 第7図、第8図はいずれも本発明による実施例
を示すブロツク図である。第7図、第8図中、第
2図と同符号のものは同じ機能を持つ部分を示
す。 第7図にて13は函数発生器で、変流器6によ
るサイクロコンバータ2の入力電流検出値(もし
くは変流器6′によるサイクロコンバータ2の出
力電流の検出値)によつて回転子位置検出器4の
基準信号に対する移相制御量φを出力する。すな
わち、第1図に示すように転流余裕角一定制御を
した場合の機械的制御進み角は出力、すなわち電
流に対してβ0′のようになるから、これより回転
子位置検出器4からの基準信号に対する移相制御
量φを函数化しておき各電流検出器に相当する移
相制御量φを出力する。 つぎに第9図および第10図を参照して説明す
る。 第9図は移相制御量と移相角の関係の理解を容
易にするため、第10図は函数発生器13の入出
力関係およびこれによる制御進み角の関係の理解
を容易にするため示したものである。 第9図aは回転子位置検出器4の出力信号の動
作波形を示し、この基準信号W0は同期電動機3
の電機子と界磁の機械的制御進み角はβ00′に設定
されている。第9図b,cは基準信号W0から、
移相制御量φに応じて所望の移相信号W3を出力
する移相器11′の一般的な動作原理の一例を示
しており、基準信号W0より鋸歯状波W1を作成
し、鋸歯状波W1と移相制御信号W2を比較してそ
の交点から移相信号W3を作成する。 したがつて第10図a,bに示した如く、電流
Iに対して制御進み角βが所望のβ0′となるよう
に、電流Iに対する移相制御量φの予測値を函数
化しておき、函数発生器13により電流に相応し
た移相制御量φのレベルを出力する。14は信号
選択器で、函数発生器13の出力と、転流余裕角
フイードバツク回路からの移相信号レベル値であ
る転流余裕角制御調整器10′の出力とを入力し
ていずれか大きい方の信号を選択、出力する。し
たがつて電源転流の影響を受け転流余裕角が大き
く検出され、調整器10′によつて制御進み角を
絞り込むよう指令が出た場合には、函数発生器1
3の信号が優先されこの信号によつてサイクロコ
ンバータ2が制御されるため、常に電流値と転流
余裕角のいずれかきびしい条件のもとに制御が行
なわれることになり、安定したかつ最小遅れ時間
内での運転が可能となる。 さらに第8図は予測量を検出値である転流重な
り角にとつた場合の例を示しており、第11図は
函数発生器13′の入出力関係を示したものであ
る。 第8図にて15は転流重なり角検出器で、変流
器6′による出力電流波形から転流重なり角uを
検出する。(速度検出器5の速度信号により重な
り時間を角度に変換する)ここで、第1図に示し
たように転流余裕角を一定にした場合転流重なり
角はu′のようになる。したがつて、第11図に示
した如く、電流Iに対して転流重なり角uの予測
値を函数化しておき、函数発生器13′により電
流に相応した重なり角のレベルを出力する。1
4′は信号選択器で、函数発生器13′の出力と転
流重なり角検出器15の出力のいずれか大きい方
の信号を優先出力する。転流余裕角検出器8は変
圧器7′による電動機端子電圧波形信号と信号選
択器14′の出力信号とから転流余裕角γを検出
する。 第8図の実施例では重なり角を電流の函数とし
てとらえ、実測の重なり角と電流による予測値と
のいずれか大きい方で転流余裕角を検出しており
これによつて電源転流による影響を避けることが
できるとともに第7図の実施例と同様に過渡時の
安定性は著るしく向上される。 以上のように本発明は、モータ側転流が電源側
転流の影響を受けるサイクロコンバータを用いた
交流無整流子電動機において、モータ側転流余裕
角の検出値をフイードバツクして転流余裕角を一
定制御するとともに、サイクロコンバータの入力
電流もしくは出力電流の検出値から、電流値に相
応した検出信号(例えば転流重なり角)や制御信
号(例えば移相制御信号)の予測値を函数化して
函数発生器によつて出力し、相当する実際の信号
と比較して、実測信号と函数発生器出力信号(予
測値)のうち、サイクロコンバータの転流に関し
て安全側の信号を選択して、サイクロコンバータ
のモータ側点弧タイミングを調整するものとな
し、これによりサイクロコンバータ方式無整流子
電動機の転流余裕角フイードバツク制御における
最大の難点であつた電源転流による検出値の誤評
価を排除することができ、サイクロコンバータ方
式無整流子電動機における安定した転流余裕角フ
イードバツク制御が可能となる。 このことは、負荷急変、急加速などの過酷な負
荷条件のもとでも、フイードバツク制御の特徴を
生かした安定かつ最小遅れ時間内での運転が可能
となり、転流失敗など事故時の対応速度の向上に
もつながり、装置保護の確度をいちじるしく向上
することができるとともに、転流余裕角の設定値
を限界いつぱいまで小さくとることができるため
力率が改善され回転機をはじめとする無整流子電
動機装置全体の小型化がはかれる。
[Table] Figure 6 shows the commutation current in this case, and Figure 6a shows the commutation current at the rated speed N 0 ,
Figure 6b shows the commutation current at 1/2 speed and 1/2N 0 . From now on, in the cycloconverter 2, when power commutation is performed during the motor side commutation period,
It can be seen that the commutation overlap period is shorter than when the motor side commutation is performed alone. That is,
In FIG. 6, the overlapping period is u n when motor commutation is performed alone, whereas the commutation ends at u n ' when power commutation is added. This tendency becomes more noticeable as the rotational speed decreases, as can be seen from the comparison of FIGS. 6a and 6b. In this way, in a cycloconverter, commutation characteristics are improved due to the effect of commutation on the power supply side of commutation on the motor side, and it also has a self-recovery function after commutation failure, and furthermore, as mentioned above, the induced voltage of the motor This power supply commutation allows commutation on the motor side even during startup and at low speeds, which is not possible. However, the influence of this power supply commutation becomes a hindrance when attempting to directly detect the commutation end point of the motor current and the zero point of the motor voltage and thereby control the commutation margin angle. In other words, the detected value differs depending on the ignition timing on the power supply side and the motor side, and if commutation on the power supply side is added during the commutation period on the motor side, the value will be different when commutation on the motor side is performed alone. In comparison, the overlapping period of the output currents of the cycloconverter is shorter, so the commutation margin angle is observed to be larger.
Therefore, using this detected value to determine the next ignition point immediately causes commutation failure. In order to avoid this, the conventional method is to take a long sampling period for the commutation margin angle and control using the average value or the minimum value during that time, or to detect the ignition timing on the power supply side and control the commutation margin angle on the motor side. If power side commutation is performed during the commutation period, ignore the sampling value in that commutation mode,
A control method using sampling values in the previous commutation mode is used. However, in the former method, there is a large delay time due to the long sampling period, and in the latter method, the previous sampling value is also used, so a time delay occurs. The delay will become even bigger, etc.
These conventional systems have problems with quick response during transients such as rapid load changes, and it is necessary to set the commutation margin angle large in advance to avoid commutation failure during transients. As a result, the power factor of the synchronous motor took into account the safety factor due to these time delays, and commutation margin angle control was not sufficiently effective in improving the power factor and reducing the size of the rotating machine. The present invention solves these drawbacks when controlling the commutation margin angle of an AC non-commutator motor using a cycloconverter. Hereinafter, the present invention will be explained based on the drawings of the embodiments. 7 and 8 are block diagrams showing embodiments of the present invention. In FIGS. 7 and 8, the same reference numerals as in FIG. 2 indicate parts having the same functions. In Fig. 7, 13 is a function generator, which detects the rotor position based on the detected input current of the cycloconverter 2 by the current transformer 6 (or the detected value of the output current of the cycloconverter 2 by the current transformer 6'). The phase shift control amount φ with respect to the reference signal of the device 4 is output. That is, as shown in Fig. 1, the mechanical control advance angle when constant commutation margin angle control is performed is β 0 ' with respect to the output, that is, the current. The phase shift control amount φ with respect to the reference signal is converted into a function and the phase shift control amount φ corresponding to each current detector is output. Next, a description will be given with reference to FIGS. 9 and 10. 9 is shown to facilitate understanding of the relationship between the phase shift control amount and the phase shift angle, and FIG. 10 is shown to facilitate understanding of the input/output relationship of the function generator 13 and the relationship between the control advance angle. It is something that FIG. 9a shows the operating waveform of the output signal of the rotor position detector 4, and this reference signal W0 is the output signal of the synchronous motor 3.
The mechanical control advance angle of the armature and field is set to β 00 ′. Figures b and c are from the reference signal W 0 ,
An example of the general operating principle of a phase shifter 11' which outputs a desired phase shift signal W3 according to a phase shift control amount φ is shown, in which a sawtooth wave W1 is created from a reference signal W0 , The sawtooth wave W 1 and the phase shift control signal W 2 are compared and a phase shift signal W 3 is created from their intersection. Therefore, as shown in FIGS. 10a and 10b, the predicted value of the phase shift control amount φ with respect to the current I is converted into a function so that the control advance angle β with respect to the current I becomes the desired β 0 '. , the function generator 13 outputs the level of the phase shift control amount φ corresponding to the current. 14 is a signal selector which inputs the output of the function generator 13 and the output of the commutation margin angle control regulator 10', which is the phase shift signal level value from the commutation margin angle feedback circuit, and selects whichever is larger. Select and output the signal. Therefore, when a large commutation margin angle is detected due to the influence of power supply commutation and a command is issued to narrow down the control advance angle by the regulator 10', the function generator 1
Since the signal No. 3 is prioritized and the cycloconverter 2 is controlled by this signal, control is always performed under the severe conditions of either current value or commutation margin angle, resulting in stable and minimum delay. It is possible to drive within the specified time. Further, FIG. 8 shows an example in which the predicted amount is taken as the detected value of the commutation overlap angle, and FIG. 11 shows the input/output relationship of the function generator 13'. In FIG. 8, a commutation overlap angle detector 15 detects a commutation overlap angle u from the output current waveform of the current transformer 6'. (The overlap time is converted into an angle based on the speed signal from the speed detector 5.) Here, when the commutation margin angle is kept constant as shown in FIG. 1, the commutation overlap angle becomes u'. Therefore, as shown in FIG. 11, the predicted value of the commutation overlap angle u with respect to the current I is converted into a function, and the function generator 13' outputs the level of the overlap angle corresponding to the current. 1
Reference numeral 4' denotes a signal selector which outputs the larger signal of the output of the function generator 13' or the output of the commutation overlap angle detector 15 with priority. The commutation margin angle detector 8 detects the commutation margin angle γ from the motor terminal voltage waveform signal from the transformer 7' and the output signal of the signal selector 14'. In the embodiment shown in Fig. 8, the overlap angle is taken as a function of the current, and the commutation margin angle is detected from the larger of the actually measured overlap angle and the predicted value based on the current, thereby determining the influence of power supply commutation. In addition, as in the embodiment of FIG. 7, the stability during transients is significantly improved. As described above, in an AC non-commutator motor using a cycloconverter in which the motor side commutation is affected by the power supply side commutation, the present invention feeds back the detected value of the motor side commutation margin angle to adjust the commutation margin angle. At the same time, from the detected value of the input current or output current of the cycloconverter, the predicted value of the detection signal (for example, commutation overlap angle) or control signal (for example, phase shift control signal) corresponding to the current value is converted into a function. The signal output by the function generator is compared with the corresponding actual signal, and the signal on the safe side with respect to the commutation of the cycloconverter is selected between the actual measured signal and the function generator output signal (predicted value), and the cycloconverter is The ignition timing on the motor side of the converter is adjusted, thereby eliminating erroneous evaluation of detected values due to power supply commutation, which was the biggest difficulty in commutation margin angle feedback control of cycloconverter type non-commutator motors. This enables stable commutation margin angle feedback control in a cycloconverter non-commutator motor. This makes it possible to operate stably and within the minimum delay time by taking advantage of the characteristics of feedback control even under severe load conditions such as sudden load changes and sudden acceleration, and to reduce the response speed in the event of an accident such as a commutation failure. In addition to significantly improving the accuracy of equipment protection, the set value of the commutation margin angle can be reduced to the maximum limit, improving the power factor and reducing the The entire electric motor device can be made smaller.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は無整流子電動機における制御進み角と
電流の転流重なり角を電動機出力を横軸にして示
した図、第2図は転流余裕角制御を施した従来の
無整流子電動機装置を示すブロツク図、第3図は
3相交流電源から3相の可変交流を出力するサイ
クロコンバータの構成図、第4図は電源電圧とモ
ータ電圧の波形と各々の転流タイミングを示した
図、第5図a,b,cは第4図の動作モードを示
す図、第6図a,bは定格速度と1/2速度におけ
る転流電流を示す図、第7図、第8図はそれぞれ
本発明の一実施例を示すブロツク図、第9図、第
10図および第11図は第7図および第8図の理
解を容易にするため示した説明図である。 1……交流電源、2……サイクロコンバータ、
3……同機電動機、4……回転子位置検出器、5
……速度検出器、6,6′……変流器、7,7′…
…変圧器、8……転流余裕角検出器、9,9′,
9″,9……比較器、10,10′,10……
調節器、11,11′……移相器、12……論理
回路、13,13′……函数発生器、14,1
4′……信号選択器、15……転流重なり角検出
器、201〜208……転流素子。
Figure 1 shows the control advance angle and current commutation overlapping angle in a non-commutated motor with the motor output as the horizontal axis, and Figure 2 shows a conventional non-commutated motor device with commutation margin angle control. 3 is a block diagram showing the configuration of a cycloconverter that outputs 3-phase variable AC from a 3-phase AC power source, and FIG. 4 is a diagram showing the waveforms of the power supply voltage and motor voltage and their commutation timings. Figures 5a, b, and c show the operating modes in Figure 4, Figures 6a and b show commutation currents at rated speed and 1/2 speed, and Figures 7 and 8 respectively. FIGS. 9, 10 and 11, which are block diagrams showing one embodiment of the present invention, are explanatory diagrams shown to facilitate understanding of FIGS. 7 and 8. 1...AC power supply, 2...cycloconverter,
3... Same machine electric motor, 4... Rotor position detector, 5
...Speed detector, 6,6'...Current transformer, 7,7'...
...Transformer, 8...Commutation margin angle detector, 9,9',
9'', 9... comparator, 10, 10', 10...
Adjuster, 11, 11'... Phase shifter, 12... Logic circuit, 13, 13'... Function generator, 14, 1
4'... Signal selector, 15... Commutation overlap angle detector, 201-208... Commutation element.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 交流電源と、該交流電源を入力として可変交
流電力を出力するサイクロコンバータと、該サイ
クロコンバータによつて駆動される同期電動機
と、前記サイクロコンバータの出力電流の転流終
点と前記同期電動機の端子電圧の電圧零点との成
す電気的位相角(転流余裕角)を検出する手段
と、前記サイクロコンバータの転流素子の前記同
期電動機側周波数に同期したモータ側点弧タイミ
ングを調整する手段と、前記サイクロコンバータ
の入力電流もしくは出力電流を検出する手段と、
該電流値に相応して前記サイクロコンバータのモ
ータ側点弧タイミングを調整するための検出信号
や制御信号のうちの少なくとも一つの予測量を出
力する函数発生器を具備し、該函数発生器の出力
信号(予測量)とこの出力信号(予測量)に相当
する検出信号もしくは制御信号(実測量)のう
ち、前記サイクロコンバータの転流に関して安全
側の信号を選択する優先回路を具備して成り、該
安全側の信号により前記サイクロコンバータのモ
ータ側点弧タイミングを調整することを特徴とし
た無整流子電動機の制御進み角制御方法。 2 前記函数発生器を、サイクロコンバータの入
力電流もしくは出力電流の検出値によつて動作し
かつ電流値に相当した移相量レベルを出力するよ
うにし、前記優先回路を、該函数発生器の出力信
号と転流余裕角を検出する手段による制御信号の
うちいずれか大きい方を選択するようにした特許
請求の範囲第1項記載の無整流子電動機の制御進
み角制御方法。 3 前記函数発生器を、サイクロコンバータの入
力電流もしくは出力電流の検出値によつて動作し
かつ電流値に相当した転流重なり角レベルを出力
するようにし、サイクロコンバータの出力電流の
転流重なり角を検出するとともに前記優先回路
を、該転流重なり角の検出値と前記函数発生器の
出力信号のいずれか大きい方を選択するようにし
た特許請求の範囲第1項記載の無整流子電動機の
制御進み角制御方法。
[Scope of Claims] 1. An AC power source, a cycloconverter that outputs variable AC power using the AC power source as input, a synchronous motor driven by the cycloconverter, and a commutation end point of the output current of the cycloconverter. means for detecting an electrical phase angle (commutation margin angle) formed by the voltage zero point of the terminal voltage of the synchronous motor; and a motor-side firing timing synchronized with the frequency of the commutation element of the cycloconverter on the synchronous motor side. means for adjusting the input current or output current of the cycloconverter;
a function generator that outputs a predicted amount of at least one of a detection signal and a control signal for adjusting the motor-side firing timing of the cycloconverter in accordance with the current value, the output of the function generator; It is equipped with a priority circuit that selects a signal on the safe side with respect to the commutation of the cycloconverter from among the signal (predicted amount) and the detection signal or control signal (actual measured amount) corresponding to the output signal (predicted amount), A control advance angle control method for a commutatorless motor, characterized in that a motor-side firing timing of the cycloconverter is adjusted based on the safe side signal. 2. The function generator is configured to operate based on the detected value of the input current or output current of the cycloconverter and output a phase shift amount level corresponding to the current value, and the priority circuit is configured to operate based on the detected value of the input current or output current of the cycloconverter, and the priority circuit is configured to operate based on the detected value of the input current or output current of the cycloconverter, and to output a phase shift amount level corresponding to the current value. 2. A control advance angle control method for a commutatorless motor according to claim 1, wherein the larger one of the control signal and the control signal by the means for detecting the commutation margin angle is selected. 3. The function generator is operated by the detected value of the input current or output current of the cycloconverter and outputs a commutation overlap angle level corresponding to the current value, and the commutation overlap angle of the output current of the cycloconverter is The non-commutated motor according to claim 1, wherein the priority circuit selects the larger of the detected value of the commutation overlap angle and the output signal of the function generator. Control advance angle control method.
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