JPH0557830B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電力変換器により同期電動機を駆動す
るサイリスタモータの点弧制御に係り、特に分配
器を保有しないサイリスタモータの起動点弧制御
装置に関するものである。

従来、この種の装置として第１図に示すものが
あつた。１は商用交流電源の交流電力を直流電力
に変換する第１の変換器２はその直流電力を可変
周波数の交流に変換する第２の変換器、３は第２
の変換器により駆動される同期電動機である。４
は速度発電機で前記同期電動機の回転速度に比例
した電圧信号を出力する。５は同期電動機起動時
用の回転速度指令値発生器、６は起動時速度指令
値発生器５の出力する回転速度指令値と速度発電
機４の出力する回転速度検出値の偏差を増幅する
速度コントローラ、７は速度コントローラ６の出
力に所定の係数を乗じて、第１の変換器１の電流
指令値に変換する係数器、８は第１の変換器１へ
の交流入力電流を整流し、第１の変換器１の直流
出力電流に比例した信号を検出する電流検出器、
９は係数器７の出力である電流指令値と電流検出
器８の出力である電流検出値の偏差を増幅し第１
の変換器１の点弧位相指令を出力する電流コント
ローラ、１０は電流コントローラ９からの点弧位
相指令にもとづいて点弧パルスを発生するゲート
パルス移相器である。１１は速度指令値発生器５
からの速度指令値に応じて周波数を変化させるこ
とのできる電圧・周波数変換器、１２は電圧・周
波数変換器１１の出力を分周して第２の変換器２
へのゲートパルス基準をつくりだすリングカウン
タ、１３はリングカウンタ１２のゲートパルス基
準信号をもとに、実際のゲートパルスを発生する
点弧装置である。また１４は同期電動機３の界磁
巻線に電流を供給する第３の変換器である。

次に動作について説明する。起動開始により起
動時速度指令発生器５が同期電動機特性を十分に
考え合わせた速度指令パタンを発生する。速度コ
ントローラ６、電流コントローラ９は、指令値と
検出値とにもとづき第１の変換器を点弧し、所望
の電流を流そうとする。一方、速度指令発生器５
からの回転速度指令に同期した第２の変換器２へ
のゲートパルスが電圧・周波数変換器１１、リン
グカウンタ１２、点弧装置１３によつてつくら
れ、第２の変換器２を点弧する。もし回転速度指
令の立上りがゆつくりとし、しかもその立上りパ
タンが同期電動機３の特性に適合していれば、以
上に述べた方法によつて同期電動機３は回転をは
じめるであろう。この部分をさらに詳細に述べ
る。起動開始により第２の変換器２へ最初のゲー
トパルスを点弧装置１３は出力しなければならな
いが、本来、どの相のサイリスタを点弧するかは
同期電動機３の回転子の位置と方向によつて決め
なければならないものである。しかし、分配器を
保有しない同期電動機３では回転子の位置を直接
検出することができないので、任意な相をえらん
で点弧することとなる。当然のこととして、発生
トルクの大きさは不確定であり、逆トルクとなつ
て反対側へ回転することも生じ得る可能性があ
る。従つてそのような場合をも考慮した速度パタ
ンを発生させ、最終的には所望の方向へかつ所望
の速度で回転するようにしなければならない。そ
のためには最初の点弧によつて生じる回転子の運
動を起こさせてもその速度も方向も不確定ではあ
るため、ある程度収束するまで次の点弧を待たな
ければならない。最初の点弧によつて同期電動機
３の回転子はある定まつた位置に移ろうとするか
らである。回転子のこの運動が収束したころに２
番目の点弧を行ない以後順次少しづつ点弧間隔を
短かくすることにより、回転速度を上げていく。
やがて第１の変換器側での電流および速度コント
ローラ６により所望の回転速度となる。

然し乍ら、従来の起動点弧制御装置のように、
分配器をもたないサイリスタモータの起動の点弧
制御は上述のように行なわれるので、起動から所
望の回転速度に立上げるのに非常に長い時間を要
するという欠点があり、しかも大きな無効電流も
必要とするため容量の大きな電力設備を要し、熱
的にも消費が大きいため経済的にも問題があつ
た。

この発明は上記のような従来のものの欠点を除
去するためになされたもので、起動時の最初の点
弧相を、起動直前の同期電動機の電機子巻線端子
に表われる界磁電圧の影響を観測することによ
り、一意的に最適な相に決定し、高速かつ経済的
な起動を可能にするサイリスタモータの起動点弧
制御装置を提供することを目的とする。

以下本発明の一実施例を図について説明する。
第２図は本発明の一実施例によるサイリスタモー
タの起動点弧制御装置のブロツク構成図である。
第２図において第１図と同一符号は同一又は相当
部分を示すので詳しい説明は省略する。１５は同
期電動機３の電機子巻線端子電圧を検出する電圧
検出器、１６は同期電動機３の電機子巻線端子に
現われる界磁巻線用の第３の変換器１４の発生す
るリツプル電圧（以下界磁リツプル電圧と呼ぶ）
の大きさを検出する界磁リツプル電圧振幅検出
器、１７はこの界磁リツプル電圧波形を観測し判
定する界磁リツプル電圧波形判定器、１８はこの
振幅検出器１６および波形判定器１７の出力をも
とに同期電動機３の回転子の位置を判定し、最初
の点弧相を決定する起動点弧相判定器である。第
３図は第２図の界磁リツプル電圧振幅検出器１
６、波形判定器１７、起動点弧相判定器１８及び
正転・逆転指令器２８からなる最適相決定制御部
３０の詳細の一実施例を表わしたものである。第
３図において、１９は検出する界磁リツプル電圧
の周波数域だけを通すバンドバスフイルタ、２０
は入力信号の極性にかかわらず、いつでも正極性
として出力する絶対値出力器、２１は低周波域だ
けを通すローパスフイルタである。また２２は１
次遅れフイルタ付の微分器、２３は入力信号の波
形極性を判定するコンパレータ、２４は積分器で
ある。２５は界磁リツプル電圧振幅検出器１６か
らの３相それぞれの界磁リツプル電圧の振幅の大
きさを表わす信号のなかで最小のものを判定する
リツプル最小相判定器、２６は電圧波形判定器１
７の各相からの出力とリツプル最小相判定器２５
からの最小相情報により、最終的な電圧波形の判
定信号を出力する第２の波形判定器、２７はリツ
プル最小相判定器２５および第２の波形判定器２
６からのリツプル最小相情報及び波形判定信号に
より、これ等と同期電動機３の正転・逆転に応じ
て起動点弧相を指令する起動点弧指令器である。
２８は起動点弧指令器２７へ正転・逆転の指令を
出力する正転・逆転指令器である。

次に本発明の原理および第２図、第３図実施例
の動作について説明する。第４図は同期電動機３
の１相あたりのモデル図である。第４図におい
て、laは電機子（固定子）巻線の１相あたりのも
れインダクタンス、l_fは界磁巻線のもれインダク
タンスである。Ｌは有効な鎖交磁束による相互イ
ンダクタンスである。起動直前では、第１および
第２の変換器とも変換動作していないので端子
AB間は開放状態となつている。一方、界磁巻線
用の第３の変換器１４は動作して所定の界磁電流
を通流している。従つて端子AB間（同期電動機
３の端子）には相互インダクタンスＬの両端に印
加されている電圧を生じる。ここで界磁巻線用の
第３の変換器１４の発生する整流リツプル電圧を
V〓_fとし、AB間に表われるリツプル電圧をV〓_ABと
すると V〓_AB＝Ｌ／Ｌ＋l_fV〓_f …(1) となる。上式でＬは回転子の位置によつて変化す
る量であり、それは無負荷時にAB間に現われる
同期電動機３の速度起電力の電気位相0゜のところ
で最大となり、90゜のところで零となる。よつて
界磁リツプル電圧V〓_ABも電気位相の関数となり、
従つてこれを観測することによつて、回転子の位
置を検出することができる。第５図は実際に横軸
に電気位相0゜〜360゜をとり、界磁リツプル電圧
V〓_ABを示したものである。以上は１相あたりの
AB間モデルであつたが、電機子巻線端子間にお
いても同様である。第６図は電機子電極と回転子
との相対位置を模擬的に表わしたもので、図に示
すように電機子のＡ〜Ｆの６つの領域のどこに回
転子のＮ極があるかによつて、起動点弧の最適相
を決定することができる。たとえば第６図の実線
で示す方向に回転させる時の領域Ａ〜Ｆでのサイ
リスタへの最適な起動点弧相をそれぞれの領域に
対応して第７図Ａ乃至Ｆに示す。黒くぬりつぶし
サイリスタを点弧することによつて、所望の方向
へしかも最大のトルクを発生することができる。
また逆に第６図破線で示した方向へ回転させる場
合には、第７図でＡとＤ、ＢとＥ、ＣとＦを互に
それぞれ置換すればよい。このことより(1)式、お
よび第５図で与えられるような界磁リツプル電圧
を各端子間で検出して、回転子位置を判定し、そ
れぞれの位置に応じて第７図に示すようなモード
で点弧すればよい。

第２図および第３図はこの様な本発明の原理を
具体化した実施例である。電圧検出器１５によつ
て同期電動機３の端子間に現出する界磁リツプル
電圧を検出し、界磁リツプル電圧、振幅、検出器
１６によつて、リツプルの大きさを検出し、第３
図のリツプル最小相判定器２５で界磁リツプル電
圧の最小相を決定する。界磁リツプル電圧の最小
相を検出することによつて第６図に示した領域Ａ
〜Ｆの６つの位置のうち｛Ａ，Ｄ｝，｛Ｂ，Ｅ｝，
｛Ｃ，Ｆ｝の３つのうちの１つに選定することが
できる。このことを第８図でわかりやすく説明す
る。第８図は横軸に回転子位置Ａ〜Ｆをとり、そ
れに３つの相間に現出する界磁リツプル電圧を表
わしたものである。この第８図でわかるように回
転子位置Ａ〜Ｆの各位置に対して界磁リツプル電
圧の大きさが最小になる相が一意的に定まつてい
る。たとえば回転子位置がＡの位置ではＵ−Ｗ間
にあらわれる界磁リツプル電圧が他の２つよりも
小さい。しかし、Ｄの位置でも同じことが言える
ので、界磁リツプル電圧の大きさだけでは一意的
に位置は定まらない。第８図で回転位置ＡとＤを
比較すると、ＡではたとえばＷ−Ｖ間の界磁リツ
プル電圧波形は第９図ｂのような波形極性になつ
ているが、Ｄでは第９図ａのような波形極性にな
つている。すなわち、この第９図ａ及びｂの波形
の差異を第２図の界磁リツプル電圧波形判定器１
７で区別する。第１０図は界磁リツプル電圧波形
判定器１７の動作をわかりやすく説明したもので
ある。第１０図ａは１次遅れフイルタ付微分器２
２への入力信号、第１０図ｂはこの微分器２２の
出力信号、第１０図ｃはコンパレータ２３の出力
信号、第１０図ｄは積分器２４の出力信号であ
る。第１０図()及び()はそれぞれ第９図ａ及
びｂに示す波形極性に対応して描いた界磁リツプ
ル電圧波形判定器１７の各部の波形図で、入力信
号波形の差異によつて積分器２４の出力は互いに
異なる方向に飽和していくことが解かる。この応
答の速さは、起動前の界磁巻線用の第３の変換器
１４投入から実際に同期電動機３を駆動するまで
の比較的長い時間の間に実行されればよく、前段
の１次遅れフイルタ付微分器２２のノイズによる
動作も積分器２４の時定数を長くとれることによ
つて問題は生じない。このようにして波形の判定
ができれば、第２の波形判定器２６はリツプル最
小相判定器２５からの最小相信号によつて、その
時に必要とする相のリツプル波形判定信号を選択
して出力する。たとえばリツプル最小相がＵ−Ｗ
相であれば第２の波形判定器２６はＷ−Ｖ相のリ
ツプル波形判定信号をえらんで出力する。これに
より、回転子位置は第６図又は第８図のＡ〜Ｆの
うちから１つに決定され、第７図に示したような
モードで点弧制御すればよい。起動点弧相指令器
２７はリツプル最小相判定器２５、第２の波形判
定器２６による回転子位置情報と、正転・逆転指
令器２８からの正転・逆転指令によつて点弧装置
１３へ最適な起動点弧相を指令している。

なお上記実施例では同期電動機３の端子間（相
間）電圧検出によつていたが、電機子巻線中性点
との間の相電圧検出によつても、同じ原理で可能
である。ただしこの場合はリツプル最小相がわか
つても、さらに４つの位置に可能性が残つてお
り、リツプル波形判定信号を最小相以外の残りの
２相について場合分けをする必要がある。別の方
法として相電圧検出の場合はリツプルの最大相を
判定し、最大相自体の波形判定で位置を一意的に
定めることもできる。

以上のように、本発明により、分配器をもたな
い同期電動機をサイリスタモータとして起動する
際に、同期電動機端子に表われる界磁リツプル電
圧を観測して、回転子の起動位置を判定できるよ
うにしたので、最適な起動点弧相を決定でき、無
効な電流を流すこともなく高速の起動、回転数の
立上りのスピード化が可能となり、しかも能率
的、経済的な起動制御が達成できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のサイリスタモータの起動点弧制
御装置のブロツク構成図、第２図は本発明の一実
施例によるサイリスタモータの起動点弧制御装置
のブロツク構成図、第３図は同実施例の最適相決
定制御部のブロツク構成図、第４図は本発明の原
理説明用の同期電動機の等価回路図、第５図は同
じく原理説明用の界磁リツプル電圧・位相関係を
示す波形図、第６図は回転子及び電機子電極の位
置関係を示す説明図、第７図は第６図の各位置で
の起動点弧モードを示す説明図、第８図は三つの
電動機端子間に表われる界磁リツプル電圧・位相
関係を示す波形図、第９図は界磁リツプル電圧波
形の種類を示す説明図、第１０図は界磁リツプル
電圧波形判定器の各部の信号波形図である。 １…第１の変換器、２…第２の変換器、３…同
期電動機、４…速度発電機、５…速度指令値発生
器、６…速度コントローラ、７…係数器、８…電
流検出整流器、９…電流コントローラ、１０…ゲ
ートパルス位相器、１１…電圧周波数変換器、１
２…リングカウンタ、１３…点弧装置、１４…界
磁用変換器、１５…電圧検出器、１６…界磁リツ
プル電圧振幅検出器、１７…界磁リツプル電圧波
形判定器、１８…起動点弧相判定器、１９…バン
ドパスフイルタ、２０…絶対値出力器、２１…ロ
ーパスフイルタ、２２…１次遅れフイルタ付微分
器、２３…極性判別コンパレータ、２４…積分
器、２５…リツプル最小相判定器、２６…第２の
波形判定器、２７…起動点弧相指令器、２８…正
転・逆転指令器、３０…最適相決定制御部。な
お、図中同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 交流を直流に変換する第１の変換器と、前記
   第１の変換器に直流リアクトルを介して接続され
   直流を交流に変換する第２の変換器と、前記第２
   の変換器の交流出力端子に電機子巻線がまた交流
   を直流に変換する第３の変換器に界磁巻線がそれ
   ぞれ接続された同期電動機とで構成されたサイリ
   スタモータの点弧制御装置において、前記同期電
   動機の電機子巻線の端子電圧を検出する電圧検出
   器と、この電圧検出器の検出電圧から界磁リツプ
   ル成分の振幅出力信号を導びく振幅検出器と、前
   記電圧検出器の検出電圧から前記界磁リツプル成
   分の波形極性出力信号を判別する極性検出器とを
   具備し、前記振幅出力信号及び波形極性出力信号
   にもとづいて起動時に前記第２の変換器に与えら
   れる最初のサイリスタ点弧相を決定したことを特
   徴とするサイリスタモータの起動点弧制御装置。 ２ 前記電圧検出器は前記電機子巻線の端子電圧
   を三相分検出し、また前記振幅検出器は三相分の
   前記振幅出力信号の大小を検出すると共に、三相
   分の前記振幅出力信号の比較出力にもとづいて起
   動時に前記第２の変換器に与えられる最初のサイ
   リスタ点弧相を決定したことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のサイリスタモータの起動点
   弧制御装置。 ３ 前記電圧検出器は前記電機子巻線の端子電圧
   を三相分検出し、また前記極性検出器は三相分の
   各波形の時間微分値を出力し、前記時間微分値の
   大小にもとづいて前記波形極性出力信号を判別し
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   サイリスタモータの起動点弧制御装置。