JPH0297295A - 電動機制御装置 - 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） この発明は、電源装置にＧＴＲやＧＴＯ等の自己消弧可
能なスイッチング素子を用いたパルス幅変調（Ｐ　Ｗ、
Ｍ　）方式のインバータを配置し、昇圧制御して直流電
圧を一定に制御する電動機制御装置に関する。

（従来の技術） 一般にサイリスタレオナード装置やサイクロコンバータ
装置などの電動機制御装置において、電圧調整を位相制
御によって行う方式では、電源電圧に対する制御電流が
位相制御角だけ遅れて制御されるため力率が低下し、電
源から制御装置に対し無効電力を供給しなければならな
い。従って、このような制御装置では、電源容量を無効
電力容量を加算した値に設定しなければならないために
電源容量が大きくなり、電源設備に多大な費用が必要と
なる問題点があった。

そこで、近年では上記のような問題点を改善するために
、力率の良好な電動機制御装置が種々提案されている。

第５図は、この種の制御装置の一例を示す回路図である
。

第５図において、１は交流電源母線、２はインバータ装
置で、交流電源母線１にその交流入力端子か電磁接触器
３及びリアクトル４を介して接続されている。５はこの
インバータ装置２の直流出力端子に直流電源母線６を介
して接続された可変電圧可変周波数制御装置で、この可
変電圧可変周波数制御装置５は下相誘導電動機７を制御
する電力変換装置として設けられたものである。

８は直流電源母線６に接続された平滑コンデンサであり
、電圧形インバータの主回路を構成している。

９は直流電源母線６に接続された直流電圧検出器である
。一方、１０は直流電圧検出器９の検出信号９ａと電圧
基準設定器１１の電圧基準信号１１ａが入力される電圧
制御器、１２はこの電圧制御器１０の出力信号１０ａと
交流母線１に接続された交流電圧検出器１３の電圧信号
１３ａが入力される電流基準指令装置、１４はこの電流
基準指令装置］２の電流制御基準信号１．２　ａと交流
電源母線１に設けられた電流検出器］５の電流信号１５
ａか入力される電流制御器である。

そして、１６はこの電流制御器］４から出力される電圧
指令値１．４　ａ及び三角波発振回路１７から出力され
る三角波信号１７　ａが人力されるＰＷＭ制御装置で、
このＰＷＭ制御装置１６は信号１−４ａと信号１７　ａ
を比較しインバータ装置２をスイッチング制御する。

さて、第５図において、可変電圧可変周波数制御装置５
は、例えばＧＴＲやＧＴＯなとの自己消弧可能なスイッ
チング素子を用いたパルス幅変調（ＰＷＭ）方式により
、電流を正弦波状に制御する正弦波電流制御方式や誘導
電動機７の励磁電流成分とｌ・ルク成分を制御するベク
トル制御方法などにより優れた制御を行なうことができ
る。

さらに、インバータ装置２も一１１記と同様、ＧＴＲや
ＧＴＯなとの自己消弧可能なスイッチング素子を用いた
インバータ装置であり、このインバータ装置２は負荷の
運転状態に応じて直流電源母線６の電圧及び交流電源母
線］の電流を次のようにして制御を行なうものである。

例えば、第５図中の電圧設定器］１の電圧基準信号１１
−ａと直流電源母線６に設けられた電圧検円蓋９の検出
信号９ａが電圧制御器］０に入力されると、電圧制御器
１０はその偏差出力１０　ａを交流電源母線１に設けら
れた電圧検出器１３の電圧信号１３　ａと共に電流基準
指令装置１２に入力する。

この電流基準指令装置１２では、偏差出力１０ａに基づ
き、交流電源母線１の相電圧の位相に同期したインバー
タ装置２の電流制御基準信号１２ａに変換し、この電流
制御基準信号１２ａと交流電源母線］に設けられた電流
検出器］−５からの電流信号１．５８を電流制御器１４
に入力する。

この電流制御器１４では、電流信号１５ａが人力される
ことによりＰＷＭ制御装置１−６に電圧指令値］、　４
　ａを出力し、この信号を受けてＰＷＭ制御装置］６は
三角波発振回路］７の出力信号１７ａと信号１．４　ａ
を比較し、インバータ装置２のスイッチング制御を行な
う。

このように電流制御基準信号１２ａを交流電源母線］の
相電圧の位相に同期した正弦波基準として各相の電流を
制御することにより、力率の良い運転が可能となる。

この場合、電圧信号１．３　ａは正弦波基準として使用
され、電圧制御器１０の出力１０　ａは電流制御基準信
号１２　ａの振幅を決定する。また、検出器、制御器な
どは交流電源母線１の相数に応じて異なった構成となる
。

さらにインバータ装置２は、交流電源母線］に設けられ
た電磁接触器３の投入により、直流電源母線６の平滑コ
ンデンサ８を予備充電した後に制御を開始し、リアクト
ル４とインバータ装置２の昇圧作用により電圧設定器１
１−の電圧基準信号１１ａの値に制御され、その後、負
荷の運転状態に応じて直流電源母線６の電圧が電圧基準
信号１１ａに追従するように、交流電源母線１の電流を
制御する。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の電動機制御装置では、
平滑コンデンサを予備充電した後に電源側電流制御（昇
圧制御）を開始すると、制御開始時には電流制御出力が
０であるのでＰＷＭ制御装置かＯ電圧指令から制御を開
始することになるが、直流母線の平滑コンデンサが交流
母線の電圧の波高値に充電されているため、指令制御電
圧と充電電圧の電位差により平滑コンデンサに突入電流
が流れるという問題点かあ−った。

これを防止するために、電流制御器の出力（ＰＷＭ制御
の電圧指令値）に電源電圧（相電圧）信号を加算し補償
する方式があるが、この場合、コンデンサへの突入電流
は防止できるが、制御開始時の補償値が４圧制御完了後
も人力され続けるので、４圧完了後は今度はこの補償値
を補正するように電流制御器が動作するようになり、昇
圧完了後の電流制御器の負担が大きくなり、負荷の電動
機側の運転状態によっては電流制御器か飽和状態に入り
、システム全体を正（７く制御できなくなる問題点があ
った。

この発明は、このような従来の問題点を解決するために
なされたもので、昇圧制御開始時に直流１す線に接続さ
れた平滑コンデンサに突入電流が流れ込まず、また臂圧
制御完了後の電流制御器の負ＩＵを軽減できる電動機制
御装置を提供することを目ｒ白とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） この発明の電動機制御装置は、電源側か交流電源に電磁
接触器及びリアクトルを介して接続された電源回生ｉｉ
Ｊ能なＰＷＭ方式のインバータ装置と、このインバータ
装置の直流出力を平滑する平滑コンデンサと、直流出力
に接続された力行並びに回生運転可能な負荷と、直流出
力電圧を前記平滑コンデンサの予備充電後に負荷の運転
状態に拘らず一定に昇圧制御し、負荷に電力供給する制
御装置と、昇圧制御移行時に電圧指令値を低めに補正し
、徐々に立ち上げる電源電圧補償装置とを備えたもので
ある。

（作用） この発明の電動機制御装置では、電源側電流制御（昇圧
制御）開始時、電流制御器の出力、−）まりＰＷＭ制御
の電圧指令値に加算する電源電圧補償値を制御の進行に
支障のない程度の一定時間後に［］標値に収束させるよ
うにし、昇圧制御完了後の電流制御器の負担を軽減し、
適切な電源側の制御ができるようにする。

（実施例） 以ド、この発明の実施例を図に基づいて詳説する。

第１図はこの発明の一実施例のブロック図であり、電動
機として特に誘導機を用いた場合の構成例を示すもので
ある。この実施例の装置は、基本的構成は第４図で説明
した従来のものと同じであり、したがって第１図におい
て第４図で説明した従来のものと同一部分には同一の符
号を付してその説明を省略し、以下、異なる部分につい
て詳しく説明する。

第１図に示すように、この実施例の装置は第４図の従来
例の装置に対して電源電圧補償装置１８をイ」加（、て
いる。この電源電圧補償装置１８は、交流電圧検出機１
３の出力である電圧信号１３ａをもとに交流電源母線］
の各相電圧に対する適正な電源電圧補償信号１８　ａを
出力する。

そして、ＰＷＭ制御装置１６は、この信号１８ａと電流
制御器１４の出力信号１４　ａの加算信号ニヨリインバ
ータ装置２のスイッチング制御を行つ０ 第２図は、上記電源電圧補償装置１８の詳細な回路構成
を示しており、特に電源相の１−相分についての構成を
示したものである。

第２図において、］９は電源電圧補償信号］８ａの初期
値を設定する初期値設定器、２０は電源電圧補償信号１
８　ａの最終値を設定する最終値設定器、２２は電源側
の電流制御開始（昇圧制御開始）の信号２１ａが入ると
、最終値設定器２０によって設定される信号２０ａの一
次遅れ信号２２ａを出力する一次遅れ回路である。

また２３は、信号１３ａ　　１．９ａ、２２ａをＸｌ、
Ｘ２．Ｙｌ、Ｙ２それぞれの端子に入力し、の演算を行
い、信号１８ａにその値を出力する乗算器である。

第３図は、電源側電流制御開始時（昇圧制御開始時）の
各要素の出力信号の状態を示すタイミングチャートであ
り、同図（ｂ）の昇圧制御開始の信号２１．　ａがオン
する時点Ｔ１までは、同図（ｃ）に示すように一次遅れ
回路２２の出力信号２２ａがＯであるので、同図（ｄ）
のように電源電圧補償信号］−８ａは となる。

すなわち、信号１８ａの波高値歯初期値設定器１９によ
り設定される。

その後、昇圧制御開始の信号２１ａが時点Ｔ１でオンす
ると、−次遅れ回路２２は最終値設定器２０によって設
定される信号２０ａの一次遅れ信号２２ａを出力し、１
時間後にその最終値に達する。つまり、信号２１ａがオ
ンした後、１時間の間、信号１８ａは の関係を満足し、その振幅は一次遅れ的に減衰する。そ
して、１時間経過後の時点Ｔ２に振幅は一定となる。

上記構成の電動機制御装置の動作について、次に説明す
る。

平滑コンデンサ８の予備充電中は、第２図における昇圧
開始の信号２　］、　ａがオフしているので、−次遅れ
回路２２の出力信号２２ａが０てあり、乗算器２３は電
圧補償信号１８ａとして第３図に示すように の値を出力する。

１　］ ］　２ そして、平滑コンデンサ８の予備充電が完了し、昇圧制
御を開始すると、信号２１ａがオンして一次遅れ回路２
２は第３図に示すように信号２０ａの一次後れ信号を出
力する。

さらに、乗算器２３は電圧補償信号１．８　ａとして第
３図に示すように の値を出力し、１時間後にその振幅が一定となる。

すなわち、昇圧制御を開始すると、第１図のＰＷＭ制御
装置１６は、制御開始当初は電圧補償信号１、８　ａと
三角波発振口、路１７の出力信号１．７　ａを比較する
ことによりインバータ装置２のスイッチング制御を行う
。

つまり、昇圧制御開始時、ＰＷＭ制御装置１６は電圧補
償信号１８　ａの電圧指令値から制御を開始する。この
昇圧制御開始時、電流制御器］４の出力１．４　ａはＯ
である。そしてその後、電流制御器１４が動作すれば、
ＰＷＭ制御装置１６は電流制御器１４の出力信号１４ａ
と電圧補償信号１８ａとの加算信号を電圧指令値として
インバータ装置２をスイッチング制御することにより昇
圧制御を行うのである。

ここで、第３図（ｄ）に示す昇圧制御開始時の電圧補償
信号１８ａの振幅Ａは、初期値設定器１−９により三角
波信号１７ａの振幅に等しくなるように設定され、これ
により昇圧制御開始時（予備充電完了時）の平滑コンデ
ンサ８の充電電圧と指令制御電圧の電位差により生じる
平滑コンデンサ８への突入電流が防止されることになる
。

また、第３図（ｄ）に示す昇圧制御完了後の電圧補償信
号１．８　ａの振幅Ｂは、最終値設定器２０により電動
機側制御装置５が定常運転を行っている時に電流制御器
１４の出力信号１．４　ａが最小となるように設定され
、これにより、昇圧完了後の電流制御器］４の負担を軽
減することができる。

なお、第３図において、時間Ｔの値は、電流の急激な変
化を抑制するために電源側の電流制御応答速度よりも遅
く、しかし制御の進行に支障のない程度のものに設定さ
れる。

第４図は、この発明の他の実施例における電源電圧補償
装置１８の構成を示している。この第４図において、第
２図と同一部分は同一符号を付して示しである。

第４図において、２４は電源同期回路であり、電圧検出
器１３の電圧信号１．３　ａより交流母線１の電圧位相
に同期した信号２４ａを出力する。２５はワンチップマ
イクロコンピュータであり、信号２４．　ａをクロック
として取り込み、電源電圧（相電圧）に同期した単位正
弦波のデジタル信号２５ａを出力する。

２６は一次遅れ回路であり、信号２　］、　ａがオフし
ている昇圧開始前には初期値設定器］９により設定され
る値を信号２６ａに出力し、信号２１ａがオンし、昇圧
制御が開始すると、最終値設定器２０により設定される
値に一次遅れ的に収束するような信号２６ａを出力する
。

また、２７は乗算機能トｊきのデジタル−アナログ変換
器であり、信号２５ａと信号２６ａとの乗算値をデジタ
ル−アナログ変換し、信号１８ａに出力する。すなわち
、信号２６ａは単位正弦波信号２５Ｈの振幅を決めるも
のであり、信号１．８　ａの出力波形は第３図（ｄ）の
ような波形になる。

以」二の要素により電源電圧補償装置１８を構成するこ
とによってもこの発明を実現することができ、昇圧制御
開始時は平滑コンデンサの突入電流を防止することかで
き、かつ昇圧制御完了後は電流制御器への負担を軽減で
き、適正な電源側の制御が可能となる。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、電源装置に自己消弧可
能なスイッチング素子を用いたＰＷＭ方式のインバータ
装置を配置し、そのインバータ装置と交流母線側に接続
されたりアクドルにより昇圧制御して直流電圧を一定に
制御する電動機制御装置においても、昇圧制御開始時に
は直流母線に接続された平滑コンデンサへの突入電流を
防止でき、かつ昇圧制御完了時には電流制御器への負担
を軽減でき、システム全体を正しく制御することが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の回路図、第２図は」二記
実施例における電源電圧補償装置の詳細な回路図、第３
図は上記の電源電圧補償装置の動作を示すタイミングチ
ャート、第４図はこの発明の他の実施例における電源電
圧補償装置の回路図、第５図は従来例の回路図である。 コ・・・交流電源母線　　　２・・・インバータ装置３
・・・電磁接触器　　　　４・・リアクトル５・・・可
変電圧可変周波数制御装置 ６・・直流母線　　　　　７・電動機 ８・・平滑コンデンサ　　９・・・直流電圧検出器］０
・・電圧制御器　　　１］・・・基準設定器１２・・直
流基準指令装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電源側が交流電源に電磁接触器及びリアクトルを介して
   接続された電源回生可能なＰＷＭ方式のインバータ装置
   と、このインバータ装置の直流出力を平滑する平滑コン
   デンサと、直流出力に接続された力行並びに回生運転可
   能な負荷と、直流出力電圧を前記平滑コンデンサの予備
   充電後に負荷の運転状態に拘らず一定に昇圧制御し、負
   荷に電力供給する制御装置と、昇圧制御移行時に電圧指
   令値を低めに補正し、徐々に立ち上げる電源電圧補償装
   置とを備えて成ることを特徴とする電動機制御装置。