JPH0496687A - 周波数変換装置 - Google Patents

周波数変換装置

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JPH0496687A
JPH0496687A JP2209144A JP20914490A JPH0496687A JP H0496687 A JPH0496687 A JP H0496687A JP 2209144 A JP2209144 A JP 2209144A JP 20914490 A JP20914490 A JP 20914490A JP H0496687 A JPH0496687 A JP H0496687A
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voltage
frequency
current
power transistor
induction motor
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JP2209144A
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Noritaka Yoshino
法象 芳野
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SYST HOOMUZU KK
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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
    • H02P27/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03DDEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
    • H03D7/00Transference of modulation from one carrier to another, e.g. frequency-changing
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

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】 (1)発明の属する分野の説明 この発明は周波数変換装置に関し、特にその出力電圧の
レベルを、誘導モータにかかる負荷に応して実時間的に
調節できるようにしたことを特徴とする周波数変換装置
に関する。
(2)従来技術の説明 従来の周波数変換装置は指示周波数を与−えると、これ
とセットとなった一定の基準指示電圧か選択されるもの
か大部分てあった。すなわち、第1図に示すように、指
示周波数と基準指示電圧の組合せは、 1の直線で示さ
れる定トルク特性、2の折れ線で示される低減トルク特
性、3の直線で示される定出力特性等、いくつかの折れ
線的関係のものの中から、一つまたは二つを組み合わせ
た所望の特性を手動スイッチにより選択するようになっ
ている。
従来の周波数変換装置にあっては、あらかじめ負荷の特
性か知られたものについては、その負荷特性に一番適し
た折れ線特性を選択すれば、誘導モータの効率を最適値
に近づけることかできる。
しかし、誘導モータをアクチュエータとして使用すると
きのように、所望回転数や所望トルクか時間の関数とし
て変化する場合、また、誘導モータを準定常的な動力の
発生装置として使用する場合でも、負荷の特性か分から
なかったり、変動したりする場合には、折れ線近似て指
示周波数と基準指示電圧の組合せを与えてしまうと、誘
導モータをしばしば最高効率の点からずれた点で運転す
ることになり、入力の電気エネルギーを有効に動力のエ
ネルギ゛−として取り出すことかて゛きない。
誘導モータては、モータの固定子に巻かれた巻線に一定
電圧の交流を印加すると、励磁電流か流れて回転磁界を
生ずる。この回転磁界により回転子にうず電流(負荷電
流)が誘起され、回転磁界とうす電流の相互作用によっ
て回転子にトルクか発生し、回転子に直結した負荷を駆
動して回転させる。誘導モータに与える電圧および電流
の大きさの組合せが適正でないと、モータの効率が悪化
してしまう、すなわち、負荷の大きさに対して与える電
圧が高すぎると5動力の発生にとっては無駄な鉄損(磁
気回路のしステリシス損)や銅損(巻線の抵抗損)が増
える。これらの鉄損や銅損は回路電流の大きさの平方に
ほぼ比例して増加する1次に、負荷の大きさに対して印
加電圧が低すぎると、巻線に流れる励磁電流が少なくな
って、回転磁界の大きさが不足するため、これを補償す
るため過大な負荷電流か流れて、二次ふ[4損(回転子
の抵抗損)か相乗的に増加する。このように、誘導モー
タには、そのときの負荷の大きさに応して、最適な周波
数と電圧の組合せか存在するか、従来の周波数変換装置
においては、これらの二つの量を独立に、かつ同時に制
御することかてきなかったため、効率の点て改善の余地
かあった。
(3)発明の目的 この発明は上記のような従来の周波数変換装置の欠点を
除去するためになされたものである。コンバータの直流
電流値または誘導モータの交流電流値を常時計測するこ
とにより、誘導モータの負荷の大きさを検知し、これに
応じてパワートランジスタの出力電圧のレベルを変化さ
せることにより、誘導モータの消費エネルギーを最適化
する周波数変換装置を提供することを目的としている。
(4)発明の構成 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第2
図で、11はこの周波数変換装置に入力される商用電圧
、12は商用電圧11を13の直流電圧に変換するため
のコンバータ、14はコンバータ12カらの出力の直流
電流、15は直流電圧13を24のオンオフ制御信号に
よって、16の交流電圧に変換するパワートランジスタ
、17は交流電圧16を入力して、18のトルク出力を
得るための誘導モータ、19は誘導モータ17に結合し
た負荷、20は指示周波数、21は直流電流14と指示
周波数20の関数として、22の指示電圧を出力するた
めの電圧制御回路、23は指示電圧22と指示周波数2
0の関数として、オンオフ制御信号24を出力するため
のPWM信号発生回路、25はパワートランジスタ15
の出力の交流電流である。
(5)発明の作用、動作 い才第2図で、指示周波数20の大小にかかわらず、負
荷19によって誘導モータ17に、基準となる一定なト
ルク18が加えられるものとする。ただし、この基準一
定トルク18のもとて、指示電圧22の指示周波数20
に対する関係は、最適効率の軌跡として、第1図の直線
1によって与えられるものとする。このとき、コンバー
タ12の出力の直流電流14は第3図に示すように、指
示周波数20の関数としてチーフルの形で与えられる。
この子−タはあらかじめヘンチテスト等によって求めて
おくことかできる。
次に、第4図に、指示周波数が40Hzの場合を例にと
り、パワートランジスタ15の出力の交流電圧16に対
するコンバータ12の出力の直流電流13の関係を示す
、31の点線は、従来の周波数変換装置に用いられてい
る、指示電圧22の設定が負荷19の大小に関係なく一
定の場合の特性である。このとき、負荷19が大きくな
るにつれ、直流電流14か増加し、コンバータ12およ
びパワートランジスタ15の内部抵抗のために、交流電
圧16のレベルが低下する。
一方、負荷19が小さくなるにつれ、交流電圧16のレ
ベルは増加する。Xの点に対応する直流電流14は、第
3図の基準一定トルクの場合の、この指示周波数におけ
る直流電流14の値である。
第4図において、直流電流14がXの点に対応する値よ
り小さい場合には、負荷19のトルク18に対して交流
電圧16が大きすぎるため、必要以上の励磁電流か流れ
て、無駄な鉄損や銅損か増える。この傾向は負荷19の
トルク18が小さくなるほど増大する0反対に、直流電
流14がXの点に対応する値より大きい場合には、負荷
19のトルク18に対して交流電圧16か小さずぎるた
め、励磁電流か不足して、過大な負荷電流か流れて二次
銅損が相乗的に増加する。この傾向は負荷19のトルク
18か大きくなるほど増大する。
負荷19のトルク18の値の如何にかかわらす、誘導モ
ータ11がつねに最適な効率を維持するためには、直流
電流14と交流電圧16の関係か第4図の32の実線か
示すような比例関係にあることか望ましい。
すなわち、従来の周波数変換装置では、直流電流14が
増えるに従ってパワートランジスタ15の出力の交流電
圧16のレベルが31の点線に沿って減少し、例えば、
A点で示す動作点に至る。ここで、本発明に係わる周波
数変換装置の能力を活用して、指示電圧22のレベルを
上げていくと、動作点は33の一点鎖線の軌跡に沿って
、最適なり点で示す動作点へ移動する。このとき、直流
電流14のレベルはA点に比べ減少し、周波数変換装置
への人力電力も減少する。一方、従来の周波数変換装置
では、直流電流14か減るとパワートランジスタ15の
出力の交流電圧16のレベルか31の点線に沿って増加
し、例えば、0点で示す動作点に至る。ここで、本発明
に係わる周波数変換装置の能力を活用して、指示電圧2
2のレベルを下げていくと、動作点は34の一点鎖線の
軌跡に沿って、最適なり点で示す動作点へ移動する。こ
のとき、直流電流14のレベルは0点に比べ減少し、周
波数変換装置への入力電力も減少する。
このように、直流電流14、すなわち、これと比例関係
にある交流電流25か増減すると、これに呼応して交流
電圧16も増減するため、両者の間の位相関係が適正に
保たれ、負荷側の力率か最適化され、誘導モータの効率
が上がる。
第2図の電圧制御回路21はこのような実線32を実現
するためのものであるが、以下にその働きについて詳述
する。
本発明の電圧制御回路21は、第5図に示すように、マ
イクロコンピュータのソフトウェアにより実現する。電
圧制御回路21内には基準一定トルクの負荷19に対し
て、第1図の直線7て示される基準指示電圧41と指示
周波数20の関係と、第3図の折れ線で示される基準直
流電流42と指示周波数20の関係のテーブルが内蔵さ
れている。電圧制御に当たっては、実際に計測した直流
電流14の値の、基準直流電流42(第4図のXの点に
対応)の値からの電流偏差43を求め、この電流偏差4
3に対する指示電圧増分くまたは減分)44の値を、先
に求めた基準指示電圧41の値に加えて指示電圧22を
求め、これと指示周波数20をPWM信号発生回路23
に入力すればよい。この電流偏差43に対する指示電圧
増分44の値は、例えば第6図に例示したように、各指
示周波数帯ごとに、チーフルの形にして第5図の電圧制
御口B21内に記憶しておけばよい。
(6)発明の他の実施例 上記実施例においては、負荷19のトルク18を検知す
るために、コンバータ12の出力の直流電流14を用い
たか、パワートランジスタ15の出力の交流電流25を
計測して用いても、全く同様なilJ御を行うことかで
きる。上記説明文において、直流電流14を交流電流2
5に置き換えれは、この実施例に対する説明になる。
(7)発明の効果 このような構成と方法、すなわちマイクロコシピユータ
のソフトウェアと、LSIにより構成され、周波数と電
圧をそれぞれ独立に制御できるPWM信号発生回路とを
併用することにより、第4図の実線32で示されるよう
な交流出力電圧と直流電流の関係を実現できる。
したがって、装置のコストをかけずに、負荷側の力率を
つれに最適化して誘導モータを最適な効率で運転でき、
省エネルギーに寄与する。
また、電圧制御により、過負荷の度合いが減少するため
、マージンを減らして装置を小型化できる。
第4図の実線33て示される特性のために、この出願の
発明の周波数変換装置は、負の内部抵抗をもった一種の
電源装置と考えることもてきる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の周波数変換装置の基準指示電圧と指示周
波数の関係を示した図、 第2図は本発明に係わる周波数変換装置の構成を示した
フロック図、 第3図は基準一定トルクのもとての直流電流と指示周波
数の関係を示した図、 第4図は一定指示周波数のもとての交流出力と直流電流
の関係を従来の周波数変換装置と本発明に係わる周波数
変換装置について比較して示した図、 第5図は電圧制御回路の詳細を示したフロック図、 第6図は電流偏差に対する指示電圧増分の関係を示した
図である。 1・・・定トルク特性のための指示電圧と指示周波数の
関係、 2・・・低減トルク特性のための指示電圧と指示周波数
の関係、 3・定出力特性のための指示電圧と指示周波数の関係、 11・商用電圧、 12・コンバータ、 13−・直流電圧、 14・・直流電流、 15− パワートランジスタ、 16・・交流電圧、 11・・誘導モータ、 18・・トルク、 19・・負荷、 20・・指示周波数、 21・・電圧制御回路、 22・・指示電圧、 23・、PWM信号発生回路、 24・・オンオフ制御信号、 25・・交流電流、 31−・従来の周波数変換装置の交流電圧に対する直流
電流の関係、 32・・本発明に係わる周波数変換装置の交流電圧に対
する直流電流の関係、 33、・指示電圧を増加したときの交流電圧VS直流電
流の軌跡、 34・・・指示電圧を減少したときの交流電圧VS直流
電流の軌跡、 41・・・基準指示電圧、 42−・基準直流電流、 43−・・電流偏差、 44・・指示電圧増分。 指示 指示周波数 手 わで 補 正 害 平成03年07月03日

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)指示周波数が与えられたとき、誘導モータへの負荷
    電流が増加するのに応じて、該誘導モータの効率を最適
    化するように、出力の交流電圧のレベルを増加させるよ
    うにしたことを特徴とする周波数変換装置。 2)特許請求の範囲第1項に記載の周波数変換装置にお
    いて、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、前
    記直流電圧を交流電圧に逆変換するパワートランジスタ
    と、該パワートランジスタにオンオフ制御信号を与える
    PWM信号発生回路と、前記パワートランジスタの前記
    交流電圧のレベルを制御する電圧制御回路とを具備し、
    前記パワートランジスタが駆動する誘導モータの負荷の
    大きさを求めるため、前記コンバータ出力の直流電流値
    を測定し、該直流電流値と指示周波数との双方の関数と
    して、前記電圧制御回路の出力の指示電圧を決め、これ
    を前記指示周波数とともに、前記PWM発生回路の入力
    として与えることにより、前記誘導モータの負荷の大き
    さに応じた前記オンオフ制御信号を前記PWM信号発生
    回路から出力し、これによって前記パワートランジスタ
    の前記交流電圧のレベルを実時間制御するようにしたこ
    とを特徴とする周波数変換装置。 3)特許請求の範囲第2項記載の周波数変換装置におい
    て、前記電圧制御回路はマイクロコンピュータのソフト
    ウェアにより構成されることを特徴とする周波数変換装
    置。 4)特許請求の範囲第1項に記載の周波数変換装置にお
    いて、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、前
    記直流電圧を交流電圧に逆変換するパワートランジスタ
    と、該パワートランジスタにオンオフ制御信号を与える
    PWM信号発生回路と、前記パワートランジスタの前記
    交流電圧のレベルを制御する電圧制御回路とを具備し、
    前記パワートランジスタが駆動する誘導モータの負荷の
    大きさを求めるため、前記パワートランジスタ出力の交
    流電流値を測定し、該交流電流値と指示周波数との双方
    の関数として、前記電圧制御回路の出力の指示電圧を決
    め、これを前記指示周波数とともに、前記PWM発生回
    路の入力として与えることにより、前記誘導モータの負
    荷の大きさに応じた前記オンオフ制御信号を前記PWM
    信号発生回路から出力し、これによって前記パワートラ
    ンジスタの前記交流電圧のレベルを実時間制御するよう
    にしたことを特徴とする周波数変換装置。 5)特許請求の範囲第4項記載の周波数変換装置におい
    て、前記電圧制御回路はマイクロコンピュータのソフト
    ウェアにより構成されることを特徴とする周波数変換装
    置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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