JPH03212193A - 交流電動機の制御方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電力変換装置を使用して２乗低減トルク特
性の負荷を駆動する交流電動機が回生運転する際の制御
方法に関する。

〔従来の技術〕

２乗低減トルク特性を有する負荷として、船を推進する
プロペラがある。そこで電力変換装置と同期電動機とで
このプロペラを回転させる電気推進船を例にして、以下
に説明を行う。

第３図は電気推進の主回路部分をあられした回路図であ
る。

この第３図に示すように、電気推進装置は船内に設置し
た交流発電ｌ！２を電源にして、電力変換装置３により
交流発電８！２からの交流電力を所望の交流電力に変換
し、これで同期電動機７を駆動する。ここで電力変換装
置３は、半導体スイッチ素子としてたとえばサイリスク
を使用した第１変換器４と、同しく半導体スインチ素子
としてたとえばサイリスタを使用した第２変換器６と、
これら第１変換器４の直流側と第２変換器６の直流側と
を結合している、いわゆる直流中間回路に挿入している
直流リアクトル５とで構成している。

第４図は第３図に示す主回路を使用している電気推進装
置の制御の従来例を示した回路図であって、交流発電機
２、電力変換装置３、第１変換器４、直流り゛アクドル
５、第２変換器６ならびに同！ＩＩＩ電動機７は、第３
図に記載のものと同しである。

この第４図に示すように、同期電動機７には、負荷とし
て２乗低減トルク特性を有するプロペラ８と、この電動
機速度を検出する速度検出器１２、ならびに磁極位置を
検出する位置検出器１８とを結合している。

速度設定器１１は所望の速度指令値を出力している。速
度調節器１３はこの速度指令値と、速度検出器１２から
フィードバックしてくる速度検出値との偏差を人力して
、この入力偏差を零にするべく電流指令値を出力する。

電流調節器１６は、変流器１４からダイオード１５を介
して得られる電流検出値と、前述の電流指令値との偏差
を入力して、この入力偏差を零にする制御信号を点弧角
調整器１７に出力する。点弧角調整器１７はこの制御信
号に従って、第１変換器４を構成しているサイリスタを
順次オン・オフ動作させる点弧信号を出力する。

一方、パルス分配器１９は、位置検出器１８からの磁極
位置信号と、速度調節器１３が出力する電流指令値とを
人力して、第２変換器６を構成しているサイリスクに、
適切な時点でオン・オフ動作する信号を送出している。

その結果、交流発電４１！２からの交流電力が同期電動
機７に伝えられてプロペラ８を所望の速度で回転させ、
船舶を推進する。

航行中の船舶を停止させるには、同期電動機７への交流
電力を遮断すればよいが、この場合、船は大きな慣性を
有するので仲々停止せず、停止までに長い距離を移動し
てしまうし、その間でプロペラ８は遊転している。

そこで、走行中の船に停止指令を発令したときに、船の
運動エネルギーをプロペラ８を介して同ｉ１Ｊ］電動機
７に伝えて電気エネルギーに変換し、この電気エネルギ
ーを電源である交流発電機２に返還する、いわゆる回生
制動運転を行えばこの船は２速にその速度を滅し、短い
移動距離で停止することができる。この回生制動運転時
には、第１変換器３の制御角を９０度以上にして逆変換
動作を行わせることになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

電気推進のために船舶は発電設備として交流発電機２を
搭載するが、このような自家用発電設備の電源リアクタ
ンスの値は、商用電源のそれよりも大きな値を呈するの
が通常である。

ところで第１変換器４が逆変換動作をする場合に、この
第１変換器４を構成しているサイリスクは、電源インピ
ーダンスが大になると、重なり角Ｕが大きくなるので、
制御進み角βを十分に大きくして、この制御進み角βか
ら重なり角Ｕを差引いた残りの転流余裕角γの値が、サ
イリスクのターンオフ時間よりも大にしておかないと、
転流失敗を発生するーおそれがある。

第５図は電源リアクタンスをパラメータにして制御遅れ
角αと重なり角Ｕとの関係をあられしたグラフであって
、電源リアクタンス値が大になるにつれて重なり角Ｕも
大となっていることがわかる。

よって、電源リアクタンス値が大なる電気推進船では、
船の速度を急速に滅しるべく同期電動機７を回生制動運
転状態にするにあたっては、第１変換器の制御角を進み
にして逆変換を行わせるのであるが、特に同期電動機７
が高速回転中は制御進み角βの値が小である。そこで重
なり角Ｕが大（すなわち電源リアクタンスが大）の場合
に転流余裕角γが小さくなって、転流失敗となる不都合
を発生する。

そこでこの発明の目的は、電源リアクタンスが大なる交
流電源に接続している電力変換装置を介して２乗低減ト
ルク特性負荷を結合している交流電動機を回生制動運転
させる際に、転流失敗を生しることがないようにするも
のである。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために、この発明の制御方法は、
交流電源に接続して電力変換を行う第１変換手段の直流
側と、２乗低減トルり特性の負荷を結合している交流電
動機に接続して電力変換を行う第２変換手段の直流側と
を接続し、前記交流電動機に流れる電流を別途設定する
ｉｉ電流指令値一致させる制御により、この交流電動機
を力行運転あるいは回生制動運転を行わせる交流電動機
の制御方法において、前記交流電動機が回生制動運転す
る際の前記電流指令値が、この交流電動機の回転速度が
大のときは小さな値で、回転速度の低下とともに増大す
るように変化させるものとする。

〔作用］ ２乗低減トルク特性の負荷は、高速回転時の反抗トルク
が大であるから、回生制動運転を行わなくても速やかに
その速度は低下することから、本発明では、高速回転中
の回生制動トルクを指令する電流指令値は小さな値にし
ておいて、負荷の反抗トルクによりその速度を低下させ
、速度の低下とともに反抗トルクが減少するのに対して
は、電流指令値を大にして回生制動トルクを増大させ、
速やかな停止を図るものである。なお、低速回転時は電
動機電圧は速度に比例して低下していることから制御進
み角βは大となる。その結果、重なり角Ｕを差引いた残
りの転流余裕角Ｔも大きくなり、転流失敗を発生するお
それも解消されることとなる。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例をあられした回路図であるが、
この第１図に記載の交流発電機２、電力変換装置３、第
１変換器４、直流リアクトル５、第２変換器６、同！ｉ
ｌＩ電動機７．２乗低減トルク特性負荷としてのプロペ
ラ８、速度設定器１１、速度検出器１２、速度調節器１
３、変流器１４、ダイオード１５、電流ｉＪ１節器部器
、点弧角調整器１７、位置検出器１８ならびにパルス分
配器１９の名称・用途・機能は、第４図で既述の従来例
回路のものと同しであるから、これらの説明は省略する
。

本発明においては、速度検出器１２からの速度検出値と
、制動量設定器２１からの制動量指令値とを加算器２５
において加算し、その演真結果を反転増幅器２２に入力
し、この反転増幅２２の出力をダイオード２４を介して
速度調節器１３にその出力を制限するべく与える。ここ
で制動量指令値と速度検出値との加算結果が同期電動機
７が定格速度で運転しているときに零となるように制動
量指令値を定めている。

速度調節器１３が出力する電流指令値は、反転増幅機２
２からダイオード２４を介して入力する信号により制限
されるので、同期電動機７が回生制動状態（すなわち速
度検出値の方が速度指令値よりも大の状態）にあるとき
に限って、定格速度のときの電流指令値は零で、速度が
低下するのに従って電流指令値が増大するように作用す
る。

第２図は第１図に示す実施例回路の効果を示したグラフ
であって、横軸は電動機速度を、継軸は電動機トルクを
あられしている。

この第２図において、上半分すなわちトルクが正の領域
は同期電動＠７が力行運転する領域であって、その速度
とトルクとは曲線Ａで示すように２乗の関係にある。な
お直線Ｂは１００％以上のトルクとならないようにする
ためのトルク制限値である。

第２図の下半分、すなわちトルクが負のＷ！域は同％Ｊ
Ｉ　ｉｆｆ動機７が回生制動運転する領域であって、曲
線Ｃがプロペラの反抗トルクをあられしている。

直線りが本発明にもとづいてトルクを電動機速度に対応
して制限する特性を示している。すなわちこのトルク制
限値は定格速度では零であり、速度の低下とともにその
トルク制限値は増大して、速度零のときに最大値すなわ
ち定格トルクとなるように定めている。

その結果、高速時の回生制動トルクは、負荷であるプロ
ペラ８の反抗トルクに依存し、低速になってプロペラ８
の反抗トルクが減少すれば、本発明にもとづく電流指令
イ直により大きな回生制動トルクを発生する。

〔発明の効果〕

２乗低減トルク特性の負荷を結合した交流電動機が回生
制動運転により、電力変換装置を介して電源にエネルギ
ーを返還する場合に、電源リアクタンスが大の場合は転
流余裕角が小さくなって転流失敗を発生するおそれがあ
り、特に高速時にこの危険が大となる。本発明は、負荷
が２乗低減トルク特性の場合は、高速時の負荷の反抗ト
ルクが大であって、この反抗トルクにより速かに減速す
ることから、低速での回生制動運転時には大きなトルク
制限値を与えることで、転流失敗のおそれがない状態で
速かな減速を行える効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例をあられした回路図、第２図は
第１図に示す実施例回路の効果を示したグラフ、第３図
は電気推進の主回路部分をあられした回路図、第４図は
第３図に示す主回路を使用している電気推進装置の制御
の従来例を示した回路図、第５図は電源リアクタンスを
パラメータにして制？ＨＪれ角と重なり角との関係をあ
られしたグラフである。 ２・・・交流発電機、３・・・電力変換装置、４・・第
１変換器、５・・・直流リアクトル、６・・・第２変換
器、７・・・同期電動機、８・・・２乗低減トルク特性
負荷としてのプロペラ、１１・・・速度設定器、１２・
・・速度検出器、１３・・・速度調節器、１４・・・変
流器、１５．２３．２４・・・ダイオード、１６・・・
電流調節器、１７・・・点弧角調整器、１８・・・位置
検出器、１９・・・パルス分配器、２１・・・制動量ノ １２達崖検出器 蔓 目 第 図 →ＩｖＩ御遅ｆＬ角改 蔓 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）交流電源に接続して電力変換を行う第１変換手段の
   直流側と、２乗低減トルク特性の負荷を結合している交
   流電動機に接続して電力変換を行う第２変換手段の直流
   側とを接続し、前記交流電動機に流れる電流を別途設定
   する電流指令値に一致させる制御により、この交流電動
   機を力行運転あるいは回生制動運転を行わせる交流電動
   機の制御方法において、前記交流電動機が回生制動運転
   する際の前記電流指令値が、交流電動機のこの回転速度
   が大のときは小さな値で、回転速度の低下とともに増大
   するように変化させることを特徴とする交流電動機の制
   御方法。