JPH0442918B2 - - Google Patents

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JPH0442918B2
JPH0442918B2 JP61185622A JP18562286A JPH0442918B2 JP H0442918 B2 JPH0442918 B2 JP H0442918B2 JP 61185622 A JP61185622 A JP 61185622A JP 18562286 A JP18562286 A JP 18562286A JP H0442918 B2 JPH0442918 B2 JP H0442918B2
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cap
motor
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Shigeru Tanaka
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は直流電源から電力の供給を受けて交流
電動機を駆動する交流電動機駆動装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to an AC motor drive device that receives power from a DC power source to drive an AC motor.

(従来の技術) 一般に交流電動機としては誘導電動機、同期電
動機、リラクタンスモータ等がある。直流電源か
ら電力の供給を受けてこれらの交流電動機を駆動
する従来の装置として例えば電圧形自励インバー
タがある。
(Prior Art) Generally, AC motors include induction motors, synchronous motors, reluctance motors, and the like. As a conventional device for driving these AC motors by receiving power from a DC power supply, there is, for example, a voltage type self-excited inverter.

この電圧形自励インバータはトランジスタや
GTO(ゲートターンオフサイリスタ)等の自己消
弧素子で構成され、交流電動機に可変電圧可変周
波数の交流電力を供給することができる。
This voltage type self-excited inverter uses transistors and
It consists of a self-extinguishing element such as a GTO (gate turn-off thyristor), and can supply variable voltage and variable frequency AC power to an AC motor.

この場合、パルス幅変調(PWM)制御を行な
うことにより、上記電動機への供給電流を正弦波
に近似した波形に制御レトルク脈動の低減を図つ
ているものもある。
In this case, some motors use pulse width modulation (PWM) control to make the current supplied to the motor have a waveform approximating a sine wave in order to reduce control retorque pulsations.

(発明が解決しようとする問題点) このような自励インバータによる従来の交流電
動機駆動装置は、トランジスタやGTO等の自己
消弧素子を必要とするため装置のコストが高くな
り、また、過電流等から素子を保護することが難
しく、信頼性の点で問題があつた。
(Problems to be Solved by the Invention) Conventional AC motor drive devices using such self-excited inverters require self-extinguishing elements such as transistors and GTOs, which increases the cost of the device. It was difficult to protect the device from such damage, and there were problems in terms of reliability.

また、GTO等の大容量の自己消弧素子のスイ
ツチング周波数は500〜1000Hz程度が限度となつ
ており、パルス幅変調制御の変調周波数も上記周
波数範囲に限定される。したがつて、交流電動機
の回転速度を高くした状態では電流脈動に伴うト
ルク脈動が発生する。
Further, the switching frequency of a large capacity self-extinguishing element such as a GTO is limited to about 500 to 1000 Hz, and the modulation frequency of pulse width modulation control is also limited to the above frequency range. Therefore, when the rotational speed of the AC motor is increased, torque pulsations occur due to current pulsations.

かくして、自励インバータによる従来の交流電
動機駆動装置は、中小容量の装置に適するが、大
容量でしかも高速の交流電動機には適用し難いと
いう問題点があつた。
Thus, conventional AC motor drive devices using self-excited inverters are suitable for small to medium capacity devices, but have the problem of being difficult to apply to large capacity and high speed AC motors.

本発明は上記の問題点を解決するためになされ
もので、大容量の交流電動機に対してトルクの脈
動を伴うことがなく低速から高速までの変速を可
能にし、且つ、信頼性を格段に向上させることの
できる交流電動機駆動装置の提供を目的とする。
The present invention was made to solve the above-mentioned problems, and enables a large-capacity AC motor to shift from low to high speed without torque pulsation, and also significantly improves reliability. The object of the present invention is to provide an AC motor drive device that can drive an AC motor.

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

(問題点を解決するための手段) 本発明は、逆並列接続された2個のコンバータ
の直流側がリアクトルを介して直流電源に接続さ
れた2重コンバータと、この2重コンバータの交
流側端子間に接続された進相コンデンサと、入力
側が前記進相コンデンサに接続され、出力側が交
流電動機に接続された循環電流式サイクロコンバ
ータと、前記進相コンデンサの電圧の波高値が略
一定になるように前記2重コンバータを制御する
手段と、前記交流電動機の回転速度が指令値と一
致するように前記サイクロコンバータを制御する
手段とを備えたことを特徴とするものである。
(Means for Solving the Problems) The present invention provides a double converter in which the DC sides of two converters connected in antiparallel are connected to a DC power source via a reactor, and an AC side terminal of the double converter. a circulating current type cycloconverter whose input side is connected to the phase advance capacitor and whose output side is connected to the AC motor, such that the peak value of the voltage of the phase advance capacitor is approximately constant. The present invention is characterized by comprising means for controlling the double converter and means for controlling the cycloconverter so that the rotational speed of the AC motor matches a command value.

(作用) この発明においては、制御手段が、進相コンデ
ンサに印加される電圧の波高値が略一定になるよ
うに2重コンバータを制御すると共に、交流電動
機の回転速度が指令値と一致するように循環電流
式サイクロコンバータを制御している。
(Function) In the present invention, the control means controls the double converter so that the peak value of the voltage applied to the phase advance capacitor is approximately constant, and also so that the rotational speed of the AC motor matches the command value. A circulating current type cycloconverter is controlled.

このとき、進相コンデンサは2重コンバータと
循環電流式サイクロコンバータに対して、進み無
効電力源となるもので、その周波数(数百Hz)は
2重コンバータ及びサイクロコンバータがとる遅
れ無効電力を進相コンデンサの進み無効電力とが
等しくなるように決定される。言い換えると、外
部の正弦波発振器により2重コンバータ及びサイ
クロコンバータの位相制御基準信号を与えること
により、この発振器の周波数及び位相に進相コン
デンサの電圧の周波数及び位相が一致するように
サイクロコンバータの循環電流が流れる。
At this time, the phase advance capacitor becomes a leading reactive power source for the double converter and the circulating current type cycloconverter, and its frequency (several hundred Hz) advances the delayed reactive power generated by the double converter and the cycloconverter. It is determined so that the leading reactive power of the phase capacitor is equal to the leading reactive power. In other words, by providing a phase control reference signal for the double converter and the cycloconverter using an external sine wave oscillator, the cycloconverter is circulated so that the frequency and phase of the voltage of the phase advance capacitor match the frequency and phase of this oscillator. Current flows.

このようにして確立した進相コンデンサ電圧に
より2重コンバータ及びサイクロコンバータは自
然転流だけで電力変換を行なうことができ、高速
で大容量の交流電動機駆動装置を提供することが
できる。
The phase advance capacitor voltage established in this way allows the double converter and the cycloconverter to perform power conversion with only natural commutation, and it is possible to provide a high-speed, large-capacity AC motor drive device.

(実施例) 第1図は本発明の一実施例の構成を示すブロツ
ク図である。
(Embodiment) FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of the present invention.

同図において、直流電源Vdには直流リアクト
ルLdを介して2重コンバータCONVの直流側が
接続されている。この2重コンバータCONVは
正群コンバータSSPと負群コンバータSSNとが
逆並列接続されており、この交流側端子間に進相
コンデンサCAP(端子間のコンデンサを1つのも
のとして表わしている)が接続されている。
In the figure, the DC side of the double converter CONV is connected to the DC power supply V d via a DC reactor L d . This double converter CONV has a positive group converter SSP and a negative group converter SSN connected in antiparallel, and a phase advance capacitor CAP (the capacitors between the terminals are shown as one) is connected between the AC side terminals. has been done.

また、進相コンデンサCAPにはサイクロコン
バータCCの入力側が接続され、このサイクロコ
ンバータCCの出力側に交流電動機Mが接続され
ている。ここで、サイクロコンバータCCは主に
コンバータSS1〜SS3と直流リアクトルL1〜L3
で構成され、各コンバータSS1〜SS3は高周波ト
ランスTRによつて相互に絶縁されている。
Further, the input side of a cycloconverter CC is connected to the phase advance capacitor CAP, and the AC motor M is connected to the output side of this cycloconverter CC. Here, the cycloconverter CC is mainly composed of converters SS 1 to SS 3 and DC reactors L 1 to L 3 , and the converters SS 1 to SS 3 are mutually insulated by a high frequency transformer TR.

また、2重コンバータCONVを制御するため
に、ここに流れる電流を検出する電流検出器
CTd、進相コンデンサCAPの印加電圧を検出す
る電圧検出器PTCAP、この電圧検出器PTCAPの出
力を整流する整流回路D、この整流回路Dから出
力される進相コンデンサCAPの電圧波高値VCAP
に基づいて直流電流指令値Id *を出力する電圧制
御回路AVR、この直流電流指令値Id *と電流検出
器CTdの電流検出値Idとの偏差に基づいてコンバ
ータの電流制御信号を作る電流制御回路ACR1
および外部発振器OSCの出力と電流制御回路
ACR1の出力とに基づいて2重コンバータCONV
を制御する位相制御回路PHC1を備えている。
Also, to control the double converter CONV, there is a current detector that detects the current flowing here.
CT d , voltage detector PT CAP that detects the voltage applied to the phase advance capacitor CAP , rectifier circuit D that rectifies the output of this voltage detector PT CAP , voltage peak value of the phase advance capacitor CAP output from this rectifier circuit D V CAP
The voltage control circuit AVR outputs a DC current command value I d * based on the DC current command value I d * , and the converter current control signal is output based on the deviation between this DC current command value I d * and the current detection value I d of the current detector CT d . Make current control circuit ACR 1 ,
and external oscillator OSC output and current control circuit
Dual converter CONV based on ACR 1 output and
Equipped with a phase control circuit PHC 1 to control.

さらに、循環電流式サイクロコンバータCCを
制御するために、交流電動機Mの回転速度を検出
する回転パルス発生器PG、交流電動機Mの各相
電流を検出する電流検出器CTU,CTV,CTW、回
転パルス発生器PGの回転速度検出値ωrに基づい
て電流指令値IU *,IV *,IW *を求める速度制御回
路SPC、これらの電流指令値IU *,IV *,IW *と電
流検出器CTU,CTV,CTWの検出値IU,IV,IW
相ごとに比較して偏差分を積分若しくは比例増幅
して出力する電流制御回路ACR2,この電流制御
回路ACR2の出力と外部発振器OSCの出力とに基
づいてコンバータSS1〜SS3を制御する位相制御
回路PHC2を備えている。
Furthermore, in order to control the circulating current type cycloconverter CC, a rotational pulse generator PG detects the rotation speed of the AC motor M, and current detectors CT U , CT V , CT W detect each phase current of the AC motor M. , a speed control circuit SPC that obtains current command values I U * , I V * , I W * based on the rotation speed detection value ω r of the rotation pulse generator PG, and these current command values I U * , I V * , A current control circuit ACR 2 that compares I W * and detected values I U , I V , I W of current detectors CT U , CT V , CT W for each phase, integrates or proportionally amplifies and outputs the deviation, A phase control circuit PHC 2 is provided to control converters SS 1 to SS 3 based on the output of the current control circuit ACR 2 and the output of the external oscillator OSC.

上記のように構成された本実施例の概略動作を
説明した後で詳しい動作を説明する。
After explaining the general operation of this embodiment configured as described above, the detailed operation will be explained.

先ず、2重コンバータCONVは直流電源Vd
進相コンデンサCAPとの間で電力変換を行なう
もので、直流電流Idが図示矢印の向きに流れてい
るときは正群コンバータSSPが動作し、直流電流
Idが矢印とは反対方向に流れているとき、すなわ
ち、電力を回生しているとき負群コンバータ
SSNが動作するように制御され、さらに、進相
コンデンサCAPの印加電圧が略一定になるよう
に直流電流Idが制御される。
First, the double converter CONV converts power between the DC power supply V d and the phase advancing capacitor CAP, and when the DC current I d flows in the direction of the arrow shown in the figure, the positive group converter SSP operates, direct current
Negative group converter when I d is flowing in the opposite direction to the arrow, i.e. regenerating power
The SSN is controlled to operate, and the DC current I d is further controlled so that the voltage applied to the phase advance capacitor CAP is approximately constant.

次に、サイクロコンバータCCはΔ結線された
循環電流式のもので進相コンデンサCAPを3相
電源として交流電動機Mに可変電圧可変周波数の
3相交流電力を供給するように制御される。
Next, the cycloconverter CC is of a delta-connected circulating current type and is controlled to supply three-phase alternating current power of variable voltage and variable frequency to the alternating current motor M using the phase advance capacitor CAP as a three-phase power source.

また、2重コンバータCONV及びサイクロコ
ンバータCCの位相制御には外部発振器OSCから
の3相基準電圧ea,eb,ecの信号を用いており、
進相コンデンサCAPの電圧Va,Vb,Vcの周波数
と位相は基準電圧ea,eb,ecの周波数と位相に制
御されることになる。
In addition, the phase control of the double converter CONV and the cycloconverter CC uses the signals of three-phase reference voltages e a , e b , e c from the external oscillator OSC.
The frequencies and phases of the voltages V a , V b , and V c of the phase advance capacitor CAP are controlled to the frequencies and phases of the reference voltages ea , eb , and ec .

以下、これらの詳細な動作説明を行なう。 A detailed explanation of these operations will be given below.

まず、進相コンデンサCAPの電圧Va,Vb,Vc
を確立させるための起動動作を説明する。
First, the voltages of the phase advance capacitors CAP are V a , V b , V c
The startup operation for establishing this will be explained.

第2図は起動時の正群コンバータSSPと進相コ
ンデンサCAPの等価回路を表わすもので、SSP
はサイリスタS1〜S6で構成される。また進相コン
デンサCAPはCab,Cbc,Ccaからなる。
Figure 2 shows the equivalent circuit of the positive group converter SSP and phase advance capacitor CAP at startup.
is composed of thyristors S1 to S6 . Furthermore, the phase advance capacitor CAP consists of C ab , C bc , and C ca .

いま、仮にサイリスタS4とS2に点弧パルスが入
つた場合、直流電流Idが電源Vd +→リアクトルLd
→サイリスタS4→コンデンサCab→サイリスタS2
→電源Vd -の経路と、電源Vd +→リアクトルLd
サイリスタS4→コンデンサCca→コンデンサCbc
サイリスタS2→電源Vd -の経路に流れる。この結
果、コンデンサCabには直流電圧Vdが充電され、
コンデンサCac′,Ccaには−(Vd/2)の電圧が印
加される。
Now, if an ignition pulse is applied to thyristors S 4 and S 2 , the DC current I d will be the power supply V d + → reactor L d
→Thyristor S 4 →Capacitor C ab →Thyristor S 2
→ Path of power supply V d - and power supply V d + → Reactor L d
Thyristor S 4 → Capacitor C ca → Capacitor C bc
Flows through the path of thyristor S 2 → power supply V d - . As a result, capacitor C ab is charged with DC voltage V d ,
A voltage of −(V d /2) is applied to the capacitors C ac ′ and C ca .

第3図は正群コンバータSSPのサイリスタS1
S6の点弧モードとそれに対応して変化する進相コ
ンデンサCabの印加電圧Vab及び相電圧Vaの各波
形を示す。
Figure 3 shows the thyristor S 1 ~ of the positive group converter SSP.
The ignition mode of S 6 and the waveforms of the voltage V ab applied to the phase advance capacitor C ab and the phase voltage V a that change correspondingly are shown.

第2図のモードの後は、サイリスタS3に点弧パ
ルスが与えられる。するとコンデンサCbcに充電
された電圧によつてサイリスタS2に逆バイアス電
圧が印加され、S2はオフする。すなわち起動時に
は進相コンデンサCAPは転流コンデンサの役目
をはたす。サイリスタS4とS3がオンすると前記進
相コンデンサCab′,Cbc′,Ccaに印加される電圧も
変化する。
After the mode of FIG. 2, thyristor S3 is given a firing pulse. Then, a reverse bias voltage is applied to thyristor S 2 by the voltage charged in capacitor C bc , and S 2 is turned off. That is, at startup, the phase advance capacitor CAP plays the role of a commutating capacitor. When the thyristors S 4 and S 3 are turned on, the voltages applied to the phase advance capacitors C ab ′, C bc ′, and C ca also change.

進相コンデンサCabに印加される電圧Va-bは第
3図のようにサイリスタS1〜S6の点弧モードによ
つて階段状に変化する。しかし実際には電圧
Va-bはリアクトルLdを介して充電されるため破
線の如く徐々に立上る。その時間を2δとした場
合、Va-bの基本波成分はδだけ遅れる。また相
電圧Vaは線間電圧Va-bに対して(π/6)ラジ
アンだけ位相が遅れる。
The voltage V ab applied to the phase advance capacitor C ab changes stepwise depending on the firing mode of the thyristors S 1 to S 6 as shown in FIG. But actually the voltage
Since V ab is charged via the reactor L d , it gradually rises as shown by the broken line. If that time is 2δ, the fundamental wave component of V ab is delayed by δ. Further, the phase of the phase voltage V a lags the line voltage V ab by (π/6) radians.

サイリスタS1〜S6の点弧モードと上記相電圧
Vaを比較するとわかるように起動時の位相制御
角αpは αp=π−δ(ラジアン) ……(1) となつている。δはあまり大きくないので、近似
的にはαp≒180゜で運転されていることになる。
Firing mode of thyristors S 1 ~ S 6 and above phase voltage
As can be seen by comparing V a , the phase control angle α p at startup is α p =π−δ (radian) (1). Since δ is not very large, approximately it is operated at α p ≒180°.

このときのコンバータSSPの出力電圧Vpは第
2図の矢印の方向を正の値とすると Vp=k・Vcap・cosαp ……(2) となつている。ただし、kは比例正数、Vcapはコ
ンデンサの相電圧波高値となる。
The output voltage V p of the converter SSP at this time is as follows, assuming that the direction of the arrow in FIG. 2 is a positive value, V p =k·V cap ·cos α p (2). However, k is a proportional positive number, and V cap is the phase voltage peak value of the capacitor.

この出力電圧Vpの反転値−Vpが直流電圧Vd
つり合つている。しかしこのままでは進相コンデ
ンサCAPに直流電圧Vd以上の電圧には充電され
ない。
The inverted value -Vp of this output voltage Vp is balanced with the DC voltage Vd . However, if this continues, the phase advance capacitor CAP will not be charged to a voltage higher than the DC voltage V d .

そこで、点弧位相角αpを90゜の方向に少しずら
してやる。すると出力電圧Vpの反転値−Vpが減
少し、Vd>−Vpとなり、直流電流Idが矢印の方
向に流れる。この結果有効電力Pd=Vd・Idが直
流電源Vdから進相コンデンサCAPに供給されエ
ネルギーPd・h=(1/2)Ccap,V2 capが進相コンデ
ンサに蓄積される。これにより電圧Vcapが増大
し、Vd≒−Vpとなつて落ち着く。このとき、電
流Idは零となつている。
Therefore, the ignition phase angle α p is slightly shifted in the direction of 90°. Then, the inverted value -V p of the output voltage V p decreases, V d > -V p , and the DC current I d flows in the direction of the arrow. As a result, active power P d = V d · I d is supplied from the DC power supply V d to the phase advance capacitor CAP, and energy P d · h = (1/2) C cap , V 2 cap is stored in the phase advance capacitor. . As a result, the voltage V cap increases and settles down to V d ≈−V p . At this time, the current I d is zero.

さらにVcapを増大させたいときは、点弧位相角
αpをさらに90゜の方向にずらし、出力電圧の反転
値−Vpを減少させることにより達成できる。αp
=90゜では−Vp=0Vとなり、理論的には電源電圧
Vdがごくわずかな値でもコンデンサ電圧Vcap
大きな値に充電することができる。しかし、実際
には回路損失があるためその分の電力供給は必要
不可欠のものとなる。
If it is desired to further increase V cap , this can be achieved by further shifting the ignition phase angle α p in the direction of 90° and decreasing the inverted value -V p of the output voltage. α p
= 90°, −V p = 0 V , and theoretically the power supply voltage
Even if V d is a very small value, the capacitor voltage V cap can be charged to a large value. However, in reality, since there is circuit loss, it is essential to supply power for that amount.

このようにして進相コンデンサCAPの電圧
Vcapを任意の値に充電することができる。
In this way, the voltage of the phase advance capacitor CAP
V cap can be charged to any value.

次に、このようにして確立された進相コンデン
サCAPの電圧Va,Vb,Vcが第1図の位相制御回
路PHC1・PHC2に与えられる3相基準電圧ea
eb,ecの周波数と位相に一致することを説明す
る。
Next, the voltages V a , V b , V c of the phase advance capacitor CAP established in this way are applied to the three-phase reference voltages ea , V a , V c applied to the phase control circuits PHC 1 and PHC 2 in FIG .
Explain that the frequencies and phases of e b and e c match.

第4図は第1図の外部発振器OSCから出力さ
れる位相制御基準電圧ea,eb,ecと循環電流式サ
イクロコンバータCCを構成するコンバータSS1
SS3の点弧パルスモードを示すものである。
Figure 4 shows the phase control reference voltages e a , e b , e c output from the external oscillator OSC in Figure 1 and the converters SS 1 to SS 1 making up the circulating current type cycloconverter CC.
This shows the firing pulse mode of SS 3 .

位相制御基準電圧ea,eb,ecは次式のように表
わされる。
The phase control reference voltages e a , e b , and e c are expressed as follows.

ea=En・sin(ωc・t) ……(3) eb=En・sin(ωc・t−2π/3) …(4) ec=En・sin(ωc・t+2π/3) …(5) ここで、Enは単位電圧波高値、ω=2πfcは高周
波の角周波数で、例えばfc=500Hz程度に選ばれ
る。
e a = E n・sin (ω c・t) …(3) e b = E n・sin (ω c・t−2π/3) …(4) e c = E n・sin (ω c・t+2π/3)...(5) Here, E n is the unit voltage peak value, ω=2πf c is the angular frequency of the high frequency, and is selected to be approximately f c =500 Hz, for example.

進相コンデンサCAPの相電圧Va,Vb,Vcが上
記基準電圧ea・eb・ecの周波数と位相に一致して
いる場合、コンバータSS1〜SS3の各出力電圧は、
次のようになる。
When the phase voltages V a , V b , V c of the phase advancing capacitors CAP match the frequency and phase of the reference voltages e a , e b , e c , each output voltage of converters SS 1 to SS 3 is as follows.
It will look like this:

V1=k・Vcap・cos α1 ……(6) V2=k・Vcap・cos α2 ……(7) V3=k・Vcap・cos α3 ……(8) 起動時は、各コンバータの出力電圧V1,V2
V3は零に設定されるので、制御位相角α1,α2
α3は、α1=α2=α3=90゜となつている。もちろん
V1+V2+V3=0となり、サイクロコンバータCC
の循環電流の増減はない。
V 1 =k・V cap・cos α 1 ……(6) V 2 =k・V cap・cos α 2 ……(7) V 3 =k・V cap・cos α 3 ……(8) At startup are the output voltages of each converter V 1 , V 2 ,
Since V 3 is set to zero, the control phase angles α 1 , α 2 ,
α 3 is α 123 =90°. of course
V 1 +V 2 +V 3 = 0, and the cycloconverter CC
There is no increase or decrease in the circulating current.

この状態から仮に、コンデンサ電圧の周波数が
低くなり、第4図の破線のようにVa′,Vb′,
Vc′となつた場合を考える。
From this state, if the frequency of the capacitor voltage becomes low, V a ′, V b ′,
Consider the case where V c ′.

この場合、コンバータSS1の点弧位相角はα1
らα1′に、またSS2の点弧位相角はα2からα2′に、
さらにSS3の点弧位相角はα3からα3′に変化する。
したがつて、V1+V2+V3>0となり、サイクロ
コンバータCCの循環電流を増大させる。この循
環電流は進相コンデンサCAP側から見たサイク
ロコンバータCCの入力側の遅れ無効電力となる。
In this case, the firing phase angle of converter SS 1 is from α 1 to α 1 ′, and the firing phase angle of SS 2 is from α 2 to α 2 ′,
Furthermore, the firing phase angle of SS 3 changes from α 3 to α 3 ′.
Therefore, V 1 +V 2 +V 3 >0, which increases the circulating current of the cycloconverter CC. This circulating current becomes delayed reactive power on the input side of the cycloconverter CC as seen from the phase advancing capacitor CAP side.

第5図は、サイクロコンバータCCの入力側の
1相分の等価回路を表わしたもので、サイクロコ
ンバータCC及び2重コンバータCONVは遅れ電
流をとる可変インダクタンスLCCに置き変えられ
る。この回路の共振周波数capcap=1/(2π√・cap) …(9) となる。
FIG. 5 shows an equivalent circuit for one phase on the input side of the cycloconverter CC, in which the cycloconverter CC and the double converter CONV are replaced by a variable inductance L CC that takes a lagging current. The resonant frequency cap of this circuit is cap = 1/(2π√· cap ) (9).

サイクロコンバータCCの循環電流が増大する
ことは等価インダクタンスLCCが減少することに
等しく、上記周波数capは増大し、Va′,Vb′,
Vc′の周波数capは基準電圧ea,eb,ecの周波数C
に近ずく。
An increase in the circulating current of the cycloconverter CC is equivalent to a decrease in the equivalent inductance L CC , and the above frequency cap increases and V a ′, V b ′,
The frequency cap of V c ′ is the frequency C of the reference voltages e a , e b , e c
approach.

同様にcapcとなつた場合には、循環電流が
減少し、LCCが大きくなつて、やはりcapcとな
つて落ち着く。
Similarly, when cap > c , the circulating current decreases, L CC increases, and it settles down to cap = c .

進相コンデンサCAPの電圧の位相が基準電圧
の位相より遅れた場合にはcapcとなつたとき
と同様に循環電流が増加し、進相コンデンサ
CAPの電圧位相を進める。逆に、進相コンデン
サCAPの電圧位相が基準電圧より進んだ場合に
capcとなつたときと同様に循環電流が減少
し、進相コンデンサCAPの電圧位相を遅らせる。
このようにして進相コンデンサCAPの電圧Va
Vb,Vcの周波数と位相が基準電圧ea,eb,ecに一
致するようにサイクロコンバータCCの循環電流
の大きさが自動的に調整されるものである。した
がつて、これらのコンデンサ電圧Va,Vb,Vc
次式のように表わされる。
When the phase of the voltage of the phase advance capacitor CAP lags behind the phase of the reference voltage, the circulating current increases in the same way as when cap < c , and the phase advance capacitor CAP lags behind the phase of the reference voltage.
Advance the voltage phase of CAP. Conversely, when the voltage phase of the phase advance capacitor CAP leads the reference voltage, the circulating current decreases in the same way as when cap > c , and the voltage phase of the phase advance capacitor CAP is delayed.
In this way, the voltage V a of the phase advance capacitor CAP,
The magnitude of the circulating current of the cycloconverter CC is automatically adjusted so that the frequency and phase of V b and V c match the reference voltages e a , e b , and e c . Therefore, these capacitor voltages V a , V b , and V c are expressed as follows.

Va=Vcap・sin(ωc・t) ……(10) Vb=Vcap・sin(ωc・t−2π/3) ……(11) Vc=Vcap・sin(ωc・t+2π/3) ……(12) ただし、Vcapは相電圧波高値である。 V a = V cap・sin (ω c・t) …(10) V b = V cap・sin (ω c・t−2π/3) …(11) V c = V cap・sin (ω c・t+2π/3) ...(12) However, V cap is the phase voltage peak value.

交流電動機Mの回転速度が増加し、各コンバー
タSS1〜SS3が出力電圧を発生している場合も同
様に動作する。すなわち定常状態(進相コンデン
サCAPの電圧位相が基準電圧と一致している場
合)ではV1+V2+V3=0を満足し、サイクロコ
ンバータCCの循環電流は増減しない。この状態
からずれた場合にはCCの循環電流が自動的に調
整され、常に進相コンデンサCAPの周波数と位
相は基準電圧のそれと一致するように運転され
る。
The same operation occurs when the rotational speed of the AC motor M increases and each converter SS 1 to SS 3 is generating an output voltage. That is, in a steady state (when the voltage phase of the phase advance capacitor CAP matches the reference voltage), V 1 +V 2 +V 3 =0 is satisfied, and the circulating current of the cycloconverter CC does not increase or decrease. If it deviates from this state, the circulating current of CC is automatically adjusted, and the frequency and phase of the phase advance capacitor CAP are always operated to match that of the reference voltage.

以上のようにして進相コンデンサCAPの電圧
Va,Vb,Vcが確立するが、次にこれらの電圧が
確立した後の2重コンバータCONV及びサイク
ロコンバータCCの制御動作を説明する。
As described above, the voltage of the phase advance capacitor CAP is
V a , V b , and V c are established. Next, the control operations of the double converter CONV and the cycloconverter CC after these voltages are established will be explained.

第6図は2重コンバータCONVの制御部を詳
しく表わしたもので、第1図の制御回路と対応さ
せると次のようになる。
FIG. 6 shows the control section of the double converter CONV in detail, and when it corresponds to the control circuit of FIG. 1, it becomes as follows.

まず、第1図の電圧制御回路AVRは、第6図
の電圧設定器VR、比較器C1及び電圧制御補償回
路Gc(s)からなる。
First, the voltage control circuit AVR shown in FIG. 1 consists of the voltage setter VR shown in FIG. 6, the comparator C1 , and the voltage control compensation circuit Gc (s).

また、次の電流制御回路ACR1は第6図の比較
器C2、電流制御補償回路GI(s)、加算器AD、演算
増幅器KV、反転器INV、ヒステリシス回路HS、
モノマルチ回路MM、論理回路LCで構成される。
Further, the next current control circuit ACR 1 includes the comparator C 2 shown in FIG. 6, the current control compensation circuit G I (s), the adder AD, the operational amplifier K V , the inverter INV, the hysteresis circuit HS,
Consists of mono multi-circuit MM and logic circuit LC.

さらに、第1図の位相制御回路PHC1は第6図
の位相制御回路PHP,PHN及びスイツチ回路
AS1,AS2で構成される。
Furthermore, the phase control circuit PHC 1 in Fig. 1 is the same as the phase control circuit PHP, PHN and switch circuit in Fig. 6.
Consists of AS 1 and AS 2 .

ここで、進相コンデンサCAPの電圧を電圧検
出器PTcapで検出し、得られた3組電圧を整流器
Dによつて整流する。これによつて進相コンデン
サCAPの電圧波高値Vcapが比較器C1に入力され
る。
Here, the voltage of the phase advance capacitor CAP is detected by the voltage detector PT cap , and the obtained three sets of voltages are rectified by the rectifier D. As a result, the voltage peak value V cap of the phase advance capacitor CAP is input to the comparator C 1 .

また、電圧設定器VRから電圧指令値V* capを出
力し、比較器C1によつて上記検出値Vcapと比較す
る。これらの間の偏差εc=V* cap−Vcapは次の電圧
制御補償回路Gc(s)に入力され、積分あるいは比
例増幅される。この電圧制御補償回路Gc(s)の出
力信号Id *は、直流電流の指令値として比較器C2
に入力される。
Further, a voltage command value V * cap is outputted from the voltage setting device VR, and is compared with the detected value Vcap by the comparator C1 . The deviation between them ε c =V * cap −V cap is input to the next voltage control compensation circuit G c (s), where it is integrated or proportionally amplified. The output signal I d * of this voltage control compensation circuit G c (s) is sent to the comparator C 2 as a DC current command value.
is input.

一方、直流変流器CTdによつて直流電流Idを検
出し、比較器C2によつて上記電流指令値Id *との
偏差εI=Id *−Idを求める。当該偏差εIは次の電流
制御補償回路GI(s)によつて、積分あるいは比例
増幅され、加算器ADを介して正群コンバータ
SSPの位相制御回路PHPに入力される。また、
加算器ADの後で反転器INVを介して負群コンバ
ータSSNの位相制御回路PHNに入力される。
On the other hand, the DC current I d is detected by the DC current transformer CT d , and the deviation ε I =I d * −I d from the above-mentioned current command value I d * is determined by the comparator C 2 . The deviation ε I is integrated or proportionally amplified by the following current control compensation circuit G I (s), and then sent to the positive group converter via the adder AD.
Input to SSP's phase control circuit PHP. Also,
After the adder AD, the signal is input to the phase control circuit PHN of the negative group converter SSN via the inverter INV.

加算器ADは、前記電流制御補償回路GI(s)の出
力信号から直流電圧検出値Vdを演算増幅器KV
定数倍したものを差し引いて出力している。
The adder AD subtracts the DC voltage detection value V d multiplied by a constant by the operational amplifier K V from the output signal of the current control compensation circuit G I (s) and outputs the result.

しかして、正群及び負群コンバータの位相制御
入力電圧V〓p・V〓Nは次式のようになる。
Therefore, the phase control input voltage V〓p · V〓N of the positive group and negative group converters is expressed as follows.

V〓p=GI(s)・εI−KV・Vd …(13) V〓N=−GI(s)・εI+KV・Vd …(14) 一方、電圧制御補償回路Gc(s)の出力信号Id *
ヒステリシス回路HSを介して、“1”又は“0”
のデジタル信号sig1に変換される。この信号sig
1は、1つはモノマルチ回路MMを介してパルス
信号sig2を作り、また、もう1つはそのまま論
理回路LCに入力される。
V〓 p = G I (s)・ε I −K V・V d … (13) V〓 N = −G I (s)・ε I +K V・V d … (14) On the other hand, voltage control compensation circuit The output signal I d * of G c (s) is changed to “1” or “0” via the hysteresis circuit HS.
is converted into a digital signal sig1. This signal sig
1, one generates the pulse signal sig2 via the monomulti-circuit MM, and the other is input as is to the logic circuit LC.

第7図はその動作を説明するためのタイムチヤ
ートで、直流電流指令Id *が負から正に、又、正
から負に変化した場合の各信号sig1〜sig4を示
す。
FIG. 7 is a time chart for explaining the operation, and shows each signal sig1 to sig4 when the DC current command I d * changes from negative to positive or from positive to negative.

まず、直流電流指令値Id *が負から正に変化し
た場合、Id *ΔI*になつたところでヒステリシス
回路HSの出力信号sig1は““1”となる。また、
直流電流指令値Id *が正から負に変化した場合、
Id *−ΔI*になつたところでヒステリシス回路
HSの出力信号は“0”になる。
First, when the DC current command value I d * changes from negative to positive, the output signal sig1 of the hysteresis circuit HS becomes "1" when it reaches I d * ΔI * .
When the DC current command value I d * changes from positive to negative,
When I d * −ΔI * , the hysteresis circuit is activated.
The output signal of HS becomes "0".

次のモノマルチ回路MMはヒステリシス回路
HSの出力信号sig1の立上り及び立下り時にパル
ス幅ΔTのパルス信号sig2を発生する。
The next mono multi circuit MM is a hysteresis circuit
A pulse signal sig2 with a pulse width ΔT is generated at the rise and fall of the HS output signal sig1.

論理回路LCの出力信号sig3,sig4は、上記信
号sig1とsig2によつて作られる。すなわち、sig
3はsig1と2(sig2の反転値)の論理積をと
ることによつて作られ、また、sig4は1(sig
1の反転値)と2(sig2の反転値)の論理積
をとることによつて求められる。
The output signals sig3 and sig4 of the logic circuit LC are generated by the above-mentioned signals sig1 and sig2. i.e. sig
3 is created by ANDing sig1 and 2 (the inverted value of sig2), and sig4 is created by 1 (the inverted value of sig2).
It is obtained by taking the AND of 2 (inverted value of sig2) and 2 (inverted value of sig2).

このようにして求められた論理回路LCの出力
信号sig3,sig4はそれぞれスイツチ回路AS1
びAS2を開閉する。すなわち、sig3が“1”の
ときスイツチAS1がオンし、正群コンバータSSP
にゲート信号を与える。また、sig4が“1”の
とき、スイツチAS2がオンし負群コンバータSSN
にゲート信号を与える。
The output signals sig3 and sig4 of the logic circuit LC thus obtained open and close the switch circuits AS1 and AS2, respectively. In other words, when sig3 is “1”, switch AS 1 is turned on and the positive group converter SSP
Give a gate signal to. Also, when sig4 is “1”, switch AS2 is turned on and negative group converter SSN
Give a gate signal to.

従つて、直流電流指令値Id *が負から正に変化
した場合、Id *ΔI*になつたところで負群コンバ
ータSSNは運転を停止し、その後ΔTの時間を経
て正群コンバータSSPが運転を始める。この時間
ΔTは正群及び負群コンバータが同時に運転され
ないようにするもので、実際に流れる直流電流Id
が完全に零になる時間を考慮して決定される。
Therefore, when the DC current command value I d * changes from negative to positive, the negative group converter SSN stops operating when I d * ΔI * , and then the positive group converter SSP starts operating after a period of ΔT. Start. This time ΔT is to prevent the positive group and negative group converters from operating at the same time, and the actual flowing DC current I d
It is determined by taking into consideration the time when becomes completely zero.

逆に、Id *が正から負に変化した場合Id *
ΔI*になつたところで、正群コンバータSSPは運
転を停止しΔTの時間後負群コンバータSSNが運
転を始める。このときはId *<0であるから直流
電源Vdに電力を回生するモードである。
Conversely, when I d * changes from positive to negative, I d *
When ΔI * is reached, the positive group converter SSP stops operating, and after a period of ΔT, the negative group converter SSN starts operating. At this time, since I d * <0, the mode is in which power is regenerated to the DC power supply V d .

実際の直流電流Idはその指令値Id *に従つて、Id
≒Id *となるように制御されるが、Id *が正から負
に、あるいは負から正に変化する切り換え時点で
は、破線の指令値Id *に対して実線で示したよう
なIdになる。すなわち、正←→負の切り換え時に
電流が零になる休止期間を有する。
The actual DC current I d is determined according to its command value I d * .
≒ I d * However, at the time of switching when I d * changes from positive to negative or from negative to positive, I d * as shown by the solid line with respect to the command value I d * shown by the broken line become. That is, there is a rest period in which the current becomes zero when switching from positive to negative.

当該休止期間ΔTは数十秒ミリ秒(m sec)
もあれば十分であり、力行、回生が頻繁に行なわ
れても実用上問題はない。
The pause period ΔT is several tens of milliseconds (m sec)
It is sufficient if there is one, and there is no practical problem even if power running and regeneration are performed frequently.

スイツチ回路AS1がオンで、AS2がオフしてい
る場合、直流電流Idは正群コンバータSSPによつ
て次のように制御される。
When switch circuit AS 1 is on and AS 2 is off, direct current I d is controlled by positive group converter SSP as follows.

Id *>Idの場合、偏差εI=Id *−Idは正の値とな
り、電流制御補償回路GI(s)を介して、正群コン
バータSSPの位相制御入力v〓pを増加させる。正
群コンバータSSPの出力電圧Vpはこの位相制御
入力v〓pに比例して増加し、その結果、直流電流
Idが増大し、Id≒Id *となるように制御される。
When I d * > I d , the deviation ε I = I d * −I d becomes a positive value, and the phase control input v〓 p of the positive group converter SSP is increase. The output voltage V p of the positive group converter SSP increases in proportion to this phase control input v〓 p , and as a result, the DC current
I d increases and is controlled so that I d ≈I d * .

逆に、Id *<Idとなつた場合、偏差εIは負の値と
なり、位相制御入力v〓pを減少させる。したがつ
て、正群コンバータSSPの出力電圧Vpが減少し、
直流電流Idを減少させる。やはり、Id≒Id *となる
ように制御される。
Conversely, when I d * <I d , the deviation ε I becomes a negative value and decreases the phase control input v〓 p . Therefore, the output voltage V p of the positive group converter SSP decreases,
Decrease the DC current I d . Again, it is controlled so that I d ≒ I d * .

このとき、加算器ADに入力される補償信号−
kv・Vdは、直流電源電圧Vdに対向する電圧を正
群コンバータSSPから発生させるもので、前記電
流制御補償回路GI(s)からの信号が零の場合、Vp
=−Vdとなつて、直流電圧Vdと平衡する。よつ
て、この状態での直流電流Idの増減はない。
At this time, the compensation signal input to the adder AD -
k v · V d is a voltage opposite to the DC power supply voltage V d that is generated from the positive group converter SSP, and when the signal from the current control compensation circuit G I (s) is zero, V p
= -V d , and is in equilibrium with the DC voltage V d . Therefore, there is no increase or decrease in DC current I d in this state.

次に、スイツチ回路AS2がオンで、AS1がオフ
している場合の直流電流Idの制御動作を説明す
る。この場合は、負群コンバータSSNが動作し、
電力を直流電源に回生することになる。
Next, the control operation of the DC current I d when the switch circuit AS 2 is on and AS 1 is off will be explained. In this case, the negative group converter SSN operates,
Electric power will be regenerated into a DC power source.

Id *の場合(例えば、Id *=−90A、Id=−
100A)、偏差εIは正の値となり、電流制御補償回
路GI(s)を介して、負群コンバータSSNの位相制
御入力v〓N=−GI(s)・εI+Kv・Vdを減少させる。
したがつて、Vd>VNとなり、直流電流Idを矢印
の方向に増加させ、Id≒Id *となつて落ち着く。
For I d * (e.g., I d * = −90A, I d = −
100A), the deviation ε I becomes a positive value, and the phase control input v〓 N = −G I (s)・ε I +K v・V of the negative group converter SSN is applied via the current control compensation circuit G I (s). Decrease d .
Therefore, V d >V N , the DC current I d increases in the direction of the arrow, and settles down to I d ≈I d * .

逆にId *<Idとなつた場合(例えば、Id *=−
100A、Id=−90A)、偏差εIは負の値となり、GI
(s)を介して、位相制御入力v〓Nを増加させる。よ
つて、Vd<VNとなり、直流電流Idを減少させ、
やはり、Id≒Id *となるように制御される。
Conversely, if I d * < I d (for example, I d * = −
100A, I d = −90A), the deviation εI is a negative value, and G I
(s) to increase the phase control input v〓 N. Therefore, V d <V N , and the DC current I d is decreased,
Again, it is controlled so that I d ≒ I d * .

次に、高周波進相コンデンサCAPの電圧波高
値Vcapの制御動作を説明する。
Next, the control operation of the voltage peak value V cap of the high frequency phase advancing capacitor CAP will be explained.

V* cap>Vcapとなつた場合、偏差εc=V* cap−Vcap
は正の値となり、電圧制御補償回路Gc(s)を介し
て直流電流指令値Id *を増加させる。実際の直流
電流Idは前述のように直流電流指令値Id *に従つ
て、Id≒Id *となるように御される。この結果、
直流電源Vdから電力Pd=Vd・Idが供給され、エ
ネルギー Pd・t=1/2CcapV2 cap ……(15) として、進相コンデンサCAPに蓄積し、電圧
Vcapを増加させる。最終的には、Vcap≒V* capとな
つて落ち着く。
When V * cap > V cap , the deviation ε c = V * cap − V cap
becomes a positive value, and increases the DC current command value I d * via the voltage control compensation circuit G c (s). As described above, the actual DC current I d is controlled in accordance with the DC current command value I d * so that I d ≈I d * . As a result,
Electric power P d = V d・I d is supplied from the DC power supply V d , and the energy is accumulated in the phase advance capacitor CAP as P d・t=1/2C cap V 2 cap (15), and the voltage
Increase V cap . Eventually, it settles down to V cap ≒ V * cap .

V* cap<Vcapとなつた場合、偏差εcは負の値とな
りGc(s)を介して直流電流指令値Id *を減少させ、
さらには負の値にする。Id≒Id *<0となると進
相コンデンサCAPのエネルギーが直流電源Vd
回生され、電圧Vcapが減少し、Vcap≒V* capとなる
ように制御される。
When V * cap < V cap , the deviation ε c becomes a negative value and decreases the DC current command value I d * via G c (s),
Furthermore, make it a negative value. When I d ≒ I d * < 0, the energy of the phase advance capacitor CAP is regenerated to the DC power supply V d , and the voltage V cap is decreased, and control is performed so that V cap ≈ V * cap .

このようにして、進相コンデンサCAPの電圧
波高値Vcapは当該指令値V* capに一致するように制
御される。
In this way, the voltage peak value V cap of the phase advance capacitor CAP is controlled to match the command value V * cap .

次に、サイクロコンバータCCによつて交流電
動機Mに供給される電流IU,IV,IWを制御する動
作を説明する。
Next, the operation of controlling the currents I U , IV , and I W supplied to the AC motor M by the cycloconverter CC will be explained.

なお、ここでは電動機Mとして誘導電動機を用
いた場合について説明する。
Note that here, a case will be described in which an induction motor is used as the electric motor M.

第8図は、循環電流式サイクロコンバータCC
の制御部の詳細な構成を示すブロツク図である。
第1図の制御回路と対応させると次のようにな
る。
Figure 8 shows the circulating current type cycloconverter CC
FIG. 2 is a block diagram showing a detailed configuration of a control section of the controller.
Corresponding to the control circuit shown in FIG. 1, the result is as follows.

まず、第1図の速度制御回路SPCは第8図の比
較器C3、速度制御補償回路GN(s)、励磁電流設定
器EX、演算回路CAL1〜CAL3、3相正弦波パ
ターン発生器PTG及び乗算器MLU〜MLWからな
る。
First, the speed control circuit SPC in Fig. 1 includes the comparator C 3 in Fig. 8, the speed control compensation circuit G N (s), the excitation current setting device EX, the calculation circuits CAL1 to CAL3, and the three-phase sine wave pattern generator PTG. and multipliers ML U to ML W.

また、電流制御回路ACR2は、第8図の比較器
C4〜C6、電流制御補償回路GU(s),GV(s),GW(s)及
び加算器A1〜A3で構成される。
In addition, the current control circuit ACR 2 is the comparator shown in Fig. 8.
C 4 to C 6 , current control compensation circuits G U (s), G V (s), G W (s), and adders A 1 to A 3 .

さらに、第1図の位相制御回路PHC2は第8図
の位相制御回路PHC21〜PHC23で構成される。
Further, the phase control circuit PHC 2 of FIG. 1 is composed of phase control circuits PHC 21 to PHC 23 of FIG. 8.

まず、誘導電動機Mの速度制御動作を説明す
る。
First, the speed control operation of the induction motor M will be explained.

誘導電動機の2次電流I〓と励磁電流Ieをベクト
ル的に直交させ、各々を独立に制御できるように
したものはベクトル制御誘導機として知られてい
る。ここでは、その手法を用いて速度制御するも
のを例にとつている。
An induction motor in which the secondary current I and the excitation current Ie are vectorally orthogonal so that they can be controlled independently is known as a vector control induction machine. Here, an example of speed control using this method is taken.

ベクトル制御の手法は文献が多く出ており、詳
しい説明は省略し、概要を述べるにとどめる。
There are many literatures on vector control techniques, so a detailed explanation will be omitted and only a summary will be given.

まず、電動機の回転子に直結された回転パルス
発生器PGから、回転速度ωrに比例したパルス列
を取り出す。
First, a pulse train proportional to the rotational speed ω r is extracted from the rotational pulse generator PG directly connected to the rotor of the electric motor.

比較器C3はこの回転速度N(=ωr)とその指令
値N*を比較し、その偏差εN=N*−Nを速度制御
補償回路GN(s)に入力する。GN(s)は比例要素ある
いは積分要素等からなり、出力としてトルク電流
指令I〓*を与える。
Comparator C 3 compares this rotational speed N (=ω r ) with its command value N * , and inputs the deviation ε N =N * −N to the speed control compensation circuit G N (s). G N (s) consists of a proportional element, an integral element, etc., and provides a torque current command I〓 * as an output.

また、前記回転速度検出値ωrは励磁電流設定
器EXに入力され、励磁電流指令Ie *を与える。
Further, the detected rotational speed value ω r is input to the excitation current setting device EX, and provides an excitation current command I e * .

このトルク電流指令I〓*及び励磁電流指令Ie *
演算回路CAL1〜CAL2に入力され次の演算を
行なう。
The torque current command I * and the excitation current command Ie * are input to the calculation circuits CAL1 to CAL2 to perform the following calculations.

すなわち、演算回路CAL1では ω* sl=R*r/L*r・I*/〓/I*e ……(16) R* r:2次抵抗 L* r:2次インダクタンス 演算によつて、すべり角周波数ω* slを求める。 That is, in calculation circuit CAL1, ω * sl = R * / r / L * / r・I * / 〓 / I * / e ...... (16) R * r : Secondary resistance L * r : Secondary inductance For calculation Therefore, find the slip angular frequency ω * sl .

また、演算回路CAL2では、 θ* r=tan-1I*/〓/I*e ……(17) の演算によつて、励磁電流I* eに対する1次電流指
令値IL *の位相角θr *を求める。
In addition, the calculation circuit CAL2 calculates the phase of the primary current command value I L * with respect to the excitation current I * e by calculating θ * r = tan -1 I * / 〓 / I * / e (17). Find the angle θ r * .

さらに、演算色CAL3では、 ILn=√*2 e*2〓 ……(18) の演算によつて、1次電流指令値IL *の波高値ILn
を求める。
Furthermore, in calculation color CAL3, the peak value I Ln of the primary current command value I L * is determined by the calculation of I Ln = √ *2 e + *2 〓 ...(18)
seek.

第9図は、この誘導電動機の電流ベクトル図を
表わすもので、励磁電流Ie *と2次電流(トルク
電流)I〓*とは直交関係にあり、この電動機の発
生トルクTeは次式で表わせる。
Figure 9 shows the current vector diagram of this induction motor. The exciting current I e * and the secondary current (torque current) I * are in an orthogonal relationship, and the generated torque T e of this motor is calculated by the following formula: It can be expressed as

Te=Ke・I〓*・Ie * ……(19) 通常励磁電流指令Ie *としては一定値が与えら
れ、電動機の発生トルクTeは2次電流指令(ト
ルク電流指令)I〓*を変えることによつて制御さ
れる。
T e = K e・I〓 *・I e * ……(19) Normally, a constant value is given as the excitation current command I e * , and the generated torque T e of the motor is the secondary current command (torque current command) I 〓 Controlled by changing * .

ただし、回転速度を定格以上で運転させるとき
には、弱め界磁制御が行なわれ励磁電流設定器
EXによつて励磁電流指令Ie *を回転速度ωrに応じ
て変化させることがある。
However, when operating at a rotational speed higher than the rated speed, field weakening control is performed and the excitation current setting
The excitation current command I e * may be changed depending on the rotational speed ω r by EX.

このようにして求められたすべり角周波数ω* sl
位相角θr *と回転角周波数(回転速度検出値)ωr
を正弦波パターン発生器PTGに入力し次の3相
単位正弦波φU,φV,φWを求める。
The slip angular frequency ω * sl obtained in this way,
Phase angle θ r * and rotational angular frequency (rotation speed detection value) ω r
is input to the sine wave pattern generator PTG to obtain the next three-phase unit sine waves φ U , φ V , φ W .

φU=sin{(ωr+ω* sl)・t+θr *} …(20) φV=sin{(ωr+ω* sl)・t+θr *−2π/3}
…(12) φW=sin{(ωr+ω* sl)・t+θr *+2π/3}
…(22) この単位正弦波φU,φV,φWは誘導電動機Mに
供給される1次電流ILの周波数と位相を決定する
ものである。
φ U = sin {(ω r + ω * sl )・t + θ r * } …(20) φ V = sin {(ω r + ω * sl )・t + θ r * −2π/3}
…(12) φ W = sin {(ω r* sl )・t + θ r * +2π/3}
...(22) These unit sine waves φ U , φ V , φ W determine the frequency and phase of the primary current I L supplied to the induction motor M.

乗算器MLU〜MLWによつて3相単位正弦波φU
φV,φWと前記波高値指令ILnを掛け合わせ誘導電
動機Mに供給される3相電流(1次電流)の指令
値IU *,IV *,IW *を求める。
The multipliers ML U to ML W generate a three-phase unit sine wave φ U ,
The command values I U *, I V * , I W * of the three-phase current (primary current) supplied to the induction motor M are obtained by multiplying φ V , φ W and the peak value command I Ln .

I* U=ILn・sin{(ωr+ω* sl)・t+θr *) ……(23) I* V=ILn・sin{(ωr+ω* sl)・t+θr *−2π/3

……(24) I* W=ILn・sin{(ωr+ω* sl)・t+θr *−2π/3

……(24) 誘導電動機のベクトル制御は、励磁電流Ieと2
次電流I〓を独立に制御できることに特長がある。
しかして、電動機の励磁電流Ieを一定に保ちなが
ら、2次電流I〓の大きさを変えることにより、発
生トルクを制御することができ、直流機と同等の
速度制御応答を達成することが可能となる。
I * U = I Ln・sin {(ω r* sl )・t+θ r * ) ...(23) I * V = I Ln・sin {(ω r* sl )・t+θ r * −2π/3
)
...(24) I * W = I Ln・sin {(ω r* sl )・t + θ r * −2π/3
}
...(24) Vector control of an induction motor is based on the excitation current I e and 2
The feature is that the next current I〓 can be controlled independently.
Therefore, by changing the magnitude of the secondary current I while keeping the excitation current I e of the motor constant, the generated torque can be controlled and a speed control response equivalent to that of a DC machine can be achieved. It becomes possible.

次に、上記のように与えられた1次電流指令値
IU *,IV *,IW *に従つて実電流IU,IV,IWを制御す
る動作を説明する。
Next, the primary current command value given as above
The operation of controlling the actual currents I U , I V , and I W according to I U * , I V * , and I W * will be explained.

第1図の変流器CTU,CTV,CTWによつて電機
子電流IU,IV,IWを検出する。
The armature currents I U , I V , I W are detected by the current transformers CT U , CT V , CT W shown in FIG.

この電動機1次電流検出値IU,IV,IWを各々比
較器C4〜C6に入力し、前記指令値IU *,IV *,IW *
と各々比較する。
These motor primary current detection values I U , I V , I W are input to comparators C 4 to C 6 respectively, and the command values I U * , I V * , I W * are obtained.
Compare each.

U相電流を例にとつて、制御動作を説明する。 The control operation will be explained using the U-phase current as an example.

比較器C4によつて実電流IUと指令値IU *を比較
し、その偏差εU=IU *−IUを電流制御補償回路GU
(s)に入力する。GU(s)では積分あるいは比例増幅
しその出力を、加算器A1を介して位相制御回路
PHC21へ入力する。また、GU(s)の出力の反転値
を、加算器A3を介して位相制御回路PHC23へ入
力する。
The actual current I U and the command value I U * are compared by the comparator C4 , and the deviation ε U = I U * −I U is calculated by the current control compensation circuit G U
Enter (s). G U (s) integrates or proportionally amplifies the output and sends it to the phase control circuit via adder A1 .
Input to PHC 21 . Further, the inverted value of the output of G U (s) is input to the phase control circuit PHC 23 via the adder A 3 .

各コンバータSS1〜SS3の出力電圧V1〜V3は位
相制御回路PHC21〜PHC23の入力電圧v〓1〜v〓3
比例する。
The output voltages V 1 to V 3 of each converter SS 1 to SS 3 are proportional to the input voltages v〓 1 to v〓 3 of the phase control circuits PHC 21 to PHC 23 .

よつて、IU *>IUとなつた場合、偏差εUは正の
値となり制御補償回路GU(s)を介して、位相制御
回路PHC21の入力電圧v〓1を増加させ、コンバー
タSS1の出力電圧V1を第1図の矢印の方向に増大
させる。また、同時に位相制御回路PHC23の入力
電圧v〓3を減少させ、コンバータSS3の出力電圧
V3を第1図の矢印と反対方向に発生させる。こ
の結果、コンバータSS1の出力電流I1が増大し、
コンバータSS3の出力電流I3が減少する。
Therefore, when I U * > I U , the deviation ε U becomes a positive value, and the input voltage v〓 1 of the phase control circuit PHC 21 is increased via the control compensation circuit G U (s), and the converter The output voltage V 1 of SS 1 is increased in the direction of the arrow in FIG. At the same time, the input voltage v〓 3 of the phase control circuit PHC 23 is decreased, and the output voltage of the converter SS 3 is
V 3 is generated in the opposite direction to the arrow in Figure 1. As a result, the output current I 1 of converter SS 1 increases,
The output current I 3 of converter SS 3 decreases.

この結果、電動機のU相電流IU=I1−I3が増大
し、IU≒IU *となるように制御される。
As a result, the U-phase current I U =I 1 −I 3 of the motor increases and is controlled so that I U ≈I U * .

逆にIU *<IUとなつた場合、偏差εUは負の値と
なり、出力電圧V1が減つてV3が増加する。従つ
て、IU=I1−I3は減少、やはりIU≒IU *となるよう
に制御される。指令値IU *を正弦波状に変化させ
れば、それに従つて実電流もIU≒IU *となり、正
弦波電流が誘導電動機Mに供給されることにな
る。
Conversely, when I U * < I U , the deviation ε U becomes a negative value, and the output voltage V 1 decreases and V 3 increases. Therefore, I U =I 1 −I 3 is controlled to decrease, so that I U ≈I U * . If the command value I U * is changed in a sinusoidal manner, the actual current also becomes I U ≈I U * , and a sinusoidal current is supplied to the induction motor M.

V相及びW相の電流IV・IWも同様に制御され
る。
The V-phase and W-phase currents I V and I W are similarly controlled.

従つて、誘導電動機Mの回転速度Nは、次のよ
うにして制御される。
Therefore, the rotational speed N of the induction motor M is controlled as follows.

N*>Nとなつた場合、偏差εNは、正の値とな
り、制御補償回路GN(s)を介して、トルク電流
(2次電流)指令I〓*を増加させる。
When N * >N, the deviation ε N becomes a positive value and increases the torque current (secondary current) command I〓 * via the control compensation circuit G N (s).

この結果、第9図に示される誘導電動機の1次
電流指令IL *(IU *,IV *,IW *)の波高値ILnと位相
角θr *を増加させ、実電流IU,IV,IWもそれに従つ
て追従制御される。
As a result, the peak value I Ln and phase angle θ r * of the primary current command I L * (I U * , I V * , I W * ) of the induction motor shown in FIG. 9 are increased, and the actual current I U , I V , and I W are also controlled accordingly.

かくして、誘導電動機Mの実際の2次電流I〓が
増大し、発生トルクTeをふやし加速する。これ
によりNが増加し、N≒N*になるように制御さ
れる。
In this way, the actual secondary current I of the induction motor M increases, increasing the generated torque T e and accelerating it. As a result, N increases and is controlled so that N≈N * .

逆に、N*<Nとなつた場合、偏差εNは負の値
となり、トルク電流指令I〓*を減少させ、1次電
流指令IL *(IU *,IV *,IW *)の波高値ILnと位相角
θr *を減少させる。よつて、発生トルクTeは減少
し、回転速度Nが減つてやはりN≒N*になるよ
う制御される。
Conversely, when N * < N, the deviation ε N becomes a negative value, decreasing the torque current command I〓 * , and increasing the primary current command I L * (I U * , I V * , I W * ) decreases the peak value I Ln and phase angle θ r * . Therefore, the generated torque T e decreases, and the rotational speed N decreases, so that control is performed so that N≈N * .

なお、上記実施例では循環電流式サイクロコン
バータとして、Δ結線された循環電流式サイクロ
コンバータを用いたが、通常の正、逆コンバータ
を3相分用意した循環電流式サイクロコンバータ
でも同様に実施可能であることは言うまでもな
い。
In the above example, a delta-connected circulating current cycloconverter was used as the circulating current cycloconverter, but it is also possible to use a circulating current cycloconverter with normal forward and reverse converters for three phases. It goes without saying that there is.

また、上記実施例では、交流電動機として誘導
電動機を用いた場合を説明したが、同期電動機や
リラクタンスモータ、ヒステリシスモータ等を駆
動する場合も同様に適用できる。
Further, in the above embodiment, the case where an induction motor is used as the AC motor has been described, but the present invention can be similarly applied to a case where a synchronous motor, a reluctance motor, a hysteresis motor, etc. are driven.

またさらに、上記実施例では2重コンバータと
していわゆる非循環電流式の2重コンバータにつ
いて説明したが、循環電流式2重コンバータでも
同様に実施可能であることは言うまでもない。そ
の場合には、正・逆コンバータの動作切換え時に
出力電流(直流電流Id)を一旦零にする必要はな
くなり、スムーズな力行、回生運転ができるよう
になる。
Further, in the above embodiment, a so-called non-circulating current type double converter has been described as the double converter, but it goes without saying that a circulating current type double converter can be implemented in the same manner. In that case, there is no need to temporarily reduce the output current (DC current I d ) to zero when switching the operation of the forward/reverse converter, allowing smooth power running and regenerative operation.

(発明の効果) 以上の説明によつて明らかなように本発明によ
れば次のような効果が得られる。
(Effects of the Invention) As is clear from the above explanation, according to the present invention, the following effects can be obtained.

直流電圧源から電力供給を受け、進相コンデン
サの高周波無効電力源を確立させ、この高周波無
効電力源の電圧を利用して、2重コンバータ及び
循環電流式サイクロコンバータを自然転流させて
いる。このため、従来の自励インバータに比較す
ると強制転流回路や自己消弧素子(トランジス
タ、GTO等)を用いることなく交流電動機を可
変速度で駆動することができる。これにより、装
置の信頼性が高まり、大容量化も可能となる。
Power is supplied from a DC voltage source to establish a high-frequency reactive power source for the phase advance capacitor, and the voltage of this high-frequency reactive power source is used to naturally commutate the double converter and the circulating current type cycloconverter. Therefore, compared to conventional self-excited inverters, it is possible to drive an AC motor at variable speed without using forced commutation circuits or self-extinguishing elements (transistors, GTOs, etc.). This increases the reliability of the device and allows for larger capacity.

また、交流電動機を駆動する循環電流式サイク
ロコンバータは入力周波数(進相コンデンサに印
加される電圧の周波数)と同等の出力周波数が得
られ、当該交流電動機を超高速度で回転させるこ
とができる。例えば、進相コンデンサに印加され
る電圧の周波数capを500Hzとした場合、交流電
動機の電機子巻線には0〜500Hz程度の周波数の
正弦波電流IU,IV,IWを供給することができる。
すなわち2極の電動機の場合、回転速度は
30000rpmにもなり、超高速運転が可能となる。
しかして、従来、ギア等で増速しなければならな
かつたブロア用モータはギアが不要となり運転効
率が向上し、かつ小形軽量化が図れるようにな
る。
Further, the circulating current type cycloconverter that drives the AC motor can obtain an output frequency equivalent to the input frequency (frequency of the voltage applied to the phase advance capacitor), and can rotate the AC motor at an extremely high speed. For example, if the frequency cap of the voltage applied to the phase advance capacitor is 500Hz, the armature winding of the AC motor should be supplied with sinusoidal currents I U , I V , and I W at frequencies of about 0 to 500 Hz. I can do it.
In other words, in the case of a two-pole electric motor, the rotation speed is
It can reach 30,000rpm, making ultra-high-speed operation possible.
As a result, the blower motor, which conventionally had to be sped up using a gear, does not need a gear, and the operating efficiency is improved, and the blower motor can be made smaller and lighter.

また、回転速度を3000rpm程度とした場合、電
動機の極数を20極にすることができ、低速時のト
ルクリツプルが小さくなるばかりでなく、速度制
御の精度を従来より1ケタも向上させることが可
能とる。
In addition, when the rotation speed is set to around 3000 rpm, the number of poles of the motor can be reduced to 20, which not only reduces torque ripple at low speeds, but also improves speed control accuracy by an order of magnitude compared to conventional methods. Take.

さらにまた、電動機に供給される電流IU・IV
IWは正弦波に制御され、トルクリツプルのきわめ
て小さい装置が得られる。同時に電磁騒音がなく
なり、静かな回転機を提供することができる。
Furthermore, the current I U・I V supplied to the motor,
IW is controlled to a sine wave, resulting in a device with extremely small torque ripple. At the same time, electromagnetic noise is eliminated, making it possible to provide a quiet rotating machine.

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

第1図は本発明の一実施例の構成を示すブロツ
ク図、第2図は同実施例の要部の動作を説明する
ための等価回路図、第3図および第4図は同実施
例の要部の動作を説明するためのタイムチヤー
ト、第5図は同実施例の要部の動作を説明するた
めの等価回路図、第6図は同実施例を構成する2
重コンバータの制御部の詳細を示すブロツク図、
第7図は同制御部の動作を説明するためのタイム
チヤート、第8図は上記実施例を構成するサイク
ロコンバータの制御部の詳細を示すブロツク図、
第9図は同制御部の動作を説明するためのベクト
ル図である。 Vd…直流電源、Ld…直流リアクトル、CONV
…2重コンバータ、CAP…進相コンデンサ、CC
…循環式サイクロコンバータ、M…交流電動機、
SSP,SSN…正群、負群コンバータ、SS1〜SS3
…他励コンバータ、TR…高周波トランス、L1
L3…直流リアクトル、CTd,CTU,CTV,CTW
電流検出器、PTcap…電圧検出器、D…整流回
路、AVR…電圧制御回路、SPC…速度制御回路、
ACR1,ACR2…電流制御回路、PHC1,PHC2
位相制御回路、OSC…外部発振器。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an equivalent circuit diagram for explaining the operation of the main parts of the embodiment, and FIGS. 3 and 4 are diagrams of the embodiment. A time chart for explaining the operation of the main parts, FIG. 5 is an equivalent circuit diagram for explaining the operation of the main parts of the same embodiment, and FIG. 6 is a time chart for explaining the operation of the main parts of the same embodiment.
A block diagram showing details of the control section of the heavy converter,
FIG. 7 is a time chart for explaining the operation of the control section, and FIG. 8 is a block diagram showing details of the control section of the cycloconverter constituting the above embodiment.
FIG. 9 is a vector diagram for explaining the operation of the control section. V d …DC power supply, L d …DC reactor, CONV
...double converter, CAP...phase advance capacitor, CC
...Circulating cycloconverter, M...AC motor,
SSP, SSN...Positive group, negative group converter, SS 1 to SS 3
…separately excited converter, TR…high frequency transformer, L 1 ~
L3 ...DC reactor, CT d , CT U , CT V , CT W ...
Current detector, PT cap ...voltage detector, D...rectifier circuit, AVR...voltage control circuit, SPC...speed control circuit,
ACR 1 , ACR 2 ...Current control circuit, PHC 1 , PHC 2 ...
Phase control circuit, OSC...external oscillator.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 逆並列接続された2個のコンバータの直流側
がリアクトルを介して直流電源に接続された2重
コンバータと、この2重コンバータの交流側端子
間に接続された進相コンデンサと、入力側が前記
進相コンデンサに接続され、出力側が交流電動機
に接続された循環電流式サイクロコンバータと、
前記進相コンデンサの電圧の波高値が略一定にな
るように前記2重コンバータを制御する手段と、
前記交流電動機の回転速度が指令値と一致するよ
うに前記サイクロコンバータを制御する手段とを
備えたことを特徴とする交流電動機駆動装置。
1 A double converter in which the DC sides of two converters connected in antiparallel are connected to a DC power supply via a reactor, a phase advance capacitor connected between the AC side terminals of this double converter, and a phase advance capacitor whose input side is connected to the a circulating current cycloconverter connected to a phase capacitor and whose output side is connected to an alternating current motor;
means for controlling the double converter so that the peak value of the voltage of the phase advance capacitor is substantially constant;
An AC motor drive device comprising: means for controlling the cycloconverter so that the rotational speed of the AC motor matches a command value.
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