JPH06335287A - 同期電動機の力率制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】同期電動機の力率制御で、励磁電流の制御遅れ
が原因で発生する力率制御の行き過ぎ量が、同期電動機
負荷の大小に対応して変動するのを回避できるようにす
ることにある。 【構成】力率設定器８が設定する力率指令値と力率検出
器７が検出する力率検出値との偏差を第１加算器９で演
算した結果を力率制御補正回路２２で補正するが、力率
制御補正回路２２は電動機電流検出器２１で検出する同
期電動機２の電流に対応して補正量を変化させており、
この補正結果を比較器型力率制御装置１０へ与えてい
る。ここで力率制御補正回路２２は例えば電動機電流検
出器２１の検出電流に対応した補正量を出力する関数発
生器２３と、第１加算器９が演算する偏差に関数発生器
２３が出力する補正量を加算する第４加算器２４とで構
成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、同期電動機の力率を
制御する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】同期電動機はその励磁電流を変化させる
ことにより、当該同期電動機の運転力率を自由に変える
ことができる。それ故力率１となるように励磁電流を調
節して運転すれば、同じ負荷を例えば誘導電動機で駆動
する場合に比べて電流が小さくてすむ（何故ならば誘導
電動機は一般に遅れ力率での運転である）効果がある。
また、回路力率を悪くする負荷がこの同期電動機に並列
に接続されている場合でも、励磁電流を調節して（例え
ばコンデンサ負荷が接続されている場合は、当該同期電
動機を遅れ力率で運転するように励磁電流を調節し
て）、回路全体の力率を１にすることができる。即ち同
期電動機は調相機としての機能も有しているので、回路
電流を極小にして電源の負担を軽減し、且つ回路の電圧
変動を抑制できる効果が得られる。

【０００３】図３は同期電動機の運転力率を制御する従
来例を示した回路図である。この図３の従来例回路にお
いて、同期電動機２は電機子２Ａと界磁巻線２Ｆとで構
成しているが、前述したように界磁巻線２Ｆを流れる励
磁電流を調節することで同期電動機２の運転力率を所望
値に維持することができる。即ち所望の力率指令値を力
率設定器８が設定し、力率検出器７は同期電動機２の電
圧と電流を入力してその力率を検出する。第１加算器９
は力率設定器８が設定する力率指令値と、力率検出器７
が検出する力率検出値との偏差を演算する。比較器型力
率制御装置１０は第１加算器９が演算した偏差を入力し
て、この入力偏差を零にする励磁電流指令値を出力す
る。

【０００４】比較器型力率制御装置１０は、２つのコン
パレータ１１，１２と、２つの接点１３，１４と、２つ
の設定器１５，１６と、第２加算器１７及び積分器１８
とで構成していて、前述の第１加算器９が演算した結果
の極性に対応して第１コンパレータ１１または第２コン
パレータ１２のいずれかが動作する。例えば力率設定器
８が力率１を指令しているのに励磁電流が小さくて力率
検出器７が遅れ力率を検出すれば、これに対応して第１
コンパレータ１１が動作して第１接点１３を閉路するの
で、第１設定器１５で設定した値が第１接点１３と第２
加算器１７とを経て積分器１８へ入力する。積分器１８
はその積分時定数に従って徐々に増大する励磁電流指令
値を出力する。第３加算器６はこの励磁電流指令値と、
励磁電流検出器５が検出する励磁電流検出値との偏差を
演算し、励磁電流制御装置４はこの偏差を零にする制御
信号を電流制御サイリスタ３へ出力する。その結果界磁
巻線２Ｆへ流れる励磁電流は増加して同期電動機２の運
転力率を進み方向へ変化させ、遂に力率は所望値１とな
る。

【０００５】上述とは逆に、力率設定器８が力率１を指
令しているのに励磁電流が大きくて力率検出器７が進み
力率を検出すれば、第１加算器９が出力する極性が前述
とは逆転するので、今度は比較器型力率制御装置１０を
構成している第２コンパレータ１２が動作して第２接点
１４を閉路するので、第２設定器１６で設定した値が第
２接点１４と第２加算器１７とを経て積分器１８へ入力
する。積分器１８はその積分時定数に従って徐々に減少
する励磁電流指令値を出力する。第３加算器６と励磁電
流制御装置４の作用により、励磁電流指令値の減少に対
応して電流制御サイリスタ３から界磁巻線２Ｆへ流れる
励磁電流も減少して同期電動機２の運転力率を遅れ方向
へ変化させ、遂に力率は所望値１となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図４は同期電動機２の
励磁電流と電動機電流との関係を示したグラフであっ
て、横軸が励磁電流を表し、縦軸は電動機電流を表して
いる。この図４において、同期電動機２が軽負荷で運転
しているときの特性を曲線Ｙで示し、重負荷で運転して
いるときの特性を曲線Ｚで示しているが、これらの曲線
Ｙ，曲線ＺはいずれもＶ字形をしているので、励磁電流
と同期電動機電流との関係を表したこの曲線を、同期機
のＶ曲線と称している。即ち同期電動機２は負荷の大小
には関係無く、励磁電流が増大すれば進み力率運転とな
って電動機電流は増加するし、これとは逆に励磁電流が
減少すれば遅れ力率運転となるが、このときも電動機電
流は増加する。また電動機電流が極小になる値即ちＶ字
の底の点で力率は１となる。

【０００７】ところで界磁巻線２Ｆのインダクタンスは
一般に極めて大きな値であるから、界磁回路の時定数も
大となる。それ故励磁電流指令値を変化させても、実際
の励磁電流はこの時定数に対応して緩やかに変化し、遅
れを生じる。更に励磁電流制御装置４にも固有の制御遅
れがある。よって力率制御中に力率指令値と力率検出値
とがほぼ等しくなって、第１コンパレータ１１と第２コ
ンパレータ１２のいずれもが無出力となった際に、上述
した励磁電流の制御遅れにより励磁電流がその指令値よ
りも行き過ぎとなり、この行き過ぎが原因で力率制御の
行き過ぎを生じてしまう。

【０００８】この励磁電流の行き過ぎ量をΔＩ_F とする
と、励磁電流行き過ぎ量ΔＩ_F は励磁電流制御装置４の
制御遅れと励磁回路時定数とに依存したほぼ一定の値で
あるのに対して、力率制御の行き過ぎ量は同期電動機２
の負荷の大小に対応して一定値とはならない。図４に図
示のグラフで明らかなように、同期電動機２が重負荷時
で電動機電流がＩ_A2なる大きな値のときは、励磁電流行
き過ぎ量ΔＩ_F に対して力率は１から遅れ力率0.9 へ行
き過ぎるだけであるが、同期電動機２が軽負荷時で電動
機電流がＩ_A1なる小さな値のときは、励磁電流行き過ぎ
量ΔＩ_F に対して力率は１から遅れ力率0.7 以下へと大
きく行き過ぎてしまっている。このように負荷の大小に
対応して力率制御の行き過ぎ量が変動する不具合を回避
しようとして積分器１８の時定数を大きくすると制御精
度が低下し、力率調整時間が増大するなどの不都合を生
じてしまう。

【０００９】そこでこの発明の目的は、同期電動機の力
率を制御する場合に、励磁電流の制御遅れが原因で発生
する力率制御の行き過ぎ量が、同期電動機負荷の大小に
対応して変動するのを回避できるようにすることにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めにこの発明の同期電動機の力率制御装置は、同期電動
機から検出する力率検出値と別途に設定している力率指
令値との偏差を演算する加算手段と、この加算手段が演
算する偏差を入力して、この入力偏差を零にする励磁電
流指令値を出力する比較器型力率制御手段と、前記励磁
電流指令値に従って前記同期電動機の界磁回路に流す励
磁電流を制御する励磁電流制御手段とを備えている同期
電動機の力率制御装置において、前記加算手段が出力す
る偏差を前記同期電動機出力電流の値に対応して補正す
る力率制御補正手段を備え、この力率制御補正手段の出
力を前記比較器型力率制御手段へ入力させるものとする
が、前記力率制御補正手段は、前記同期電動機の出力電
流を入力してこの入力電流に対応している補償信号を出
力する関数発生手段と、前記加算手段の演算結果とこの
関数発生手段の出力との偏差を演算する別の加算手段
と、で構成するものとする。

【００１１】

【作用】この発明は、同期電動機の励磁電流を調節して
力率を制御する際に発生する力率制御の行き過ぎ量は、
当該同期電動機負荷の大小に対応して変動しているのが
原因であることから、電動機電流を検出して、この電流
検出値を力率制御補正手段へ入力してこの電動機電流に
対応した補正量を求め、力率指令値と力率検出値との偏
差演算値をこの補正量で補正するものであり、力率制御
補正手段は具体的には関数発生器と加算器とで構成する
ものとする。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の第１実施例を表した回路図で
あるが、この図１の第１実施例回路は、図３で既述の従
来例回路に電動機電流検出器２１と力率制御補正回路２
２とを付加して構成している。従って、電動機電流検出
器２１と力率制御補正回路２２以外のすべての名称・用
途・機能は図３の従来例回路で既述しているので、これ
らの説明は省略する。

【００１３】図１の第１実施例回路では、同期電動機２
の電機子２Ａへ流れる電流を電動機電流検出器２１で検
出している。一方、第１加算器９が演算する力率指令値
と力率検出値との偏差値を力率制御補正回路２２で補正
した結果を比較器型力率制御装置１０へ与えるのである
が、力率制御補正回路２２が出力する補正量は電動機電
流検出器２１が検出する電動機電流に対応して変化す
る。その結果、励磁回路と励磁電流制御装置４の制御遅
れに伴う励磁電流行き過ぎ量ΔＩ_F により生じる力率制
御の行き過ぎが、負荷の大小で異なってしまうのを補償
している。

【００１４】図２は本発明の第２実施例を表した回路図
であるが、この図２の第２実施例回路は、図３で既述の
従来例回路に電動機電流検出器２１と関数発生器２３と
第４加算器２４とを付加して構成している。即ち図１の
第１実施例回路に図示の力率制御補正回路２２がこの関
数発生器２３と第４加算器２４とで構成されていること
になる。従って、電動機電流検出器２１と力率制御補正
回路２２以外のすべての名称・用途・機能は図３の従来
例回路で既述しているので、これらの説明は省略する。

【００１５】図２の第２実施例回路では、関数発生器２
３へ電動機電流検出器２１が検出する電動機電流を入力
して、励磁回路と励磁電流制御装置４の制御遅れに伴う
励磁電流行き過ぎ量ΔＩ_F により生じる力率制御の行き
過ぎが、負荷の大小で異なるのを補償する量をこの関数
発生器２３から出力する。第４加算器２４は、第１加算
器９が演算する力率指令値と力率検出値との偏差値を関
数発生器２３の出力で補償しているので、前述の第１実
施例回路と同様に、励磁回路と励磁電流制御装置４の制
御遅れに伴う励磁電流行き過ぎ量ΔＩ_F により生じる力
率制御の行き過ぎが、負荷の大小で異なってしまうのを
補償する。

【００１６】

【発明の効果】比較器型力率制御装置と励磁電流制御装
置とを組み合わせて同期電動機の励磁電流を制御するこ
とで力率制御を行う場合に、従来は負荷の大小により力
率制御の行き過ぎ量が変動していたが、この発明によれ
ば、同期電動機の電動機電流を検出しておき、この電動
機電流検出値に対応した補正量を力率制御補正手段から
求め、力率指令値と力率検出値との偏差をこの補正量で
補正することにより、同期電動機負荷の大小に関係無く
力率制御の行き過ぎ量が変動するのを抑制できるので、
制御精度の低下や力率調整時間が長くなる不都合を回避
できる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を表した回路図

【図２】本発明の第２実施例を表した回路図

【図３】同期電動機の運転力率を制御する従来例を示し
た回路図

【図４】同期電動機２の励磁電流と電動機電流との関係
を示したグラフ

【符号の説明】

２ 同期電動機 ２Ａ 電機子 ２Ｆ 界磁巻線 ３ 電流制御サイリスタ ４ 励磁電流制御装置 ５ 励磁電流検出器 ６ 第３加算器 ７ 力率検出器 ８ 力率設定器 ９ 第１加算器 １０ 比較器型力率制御装置 １１ 第１コンパレータ １２ 第２コンパレータ １３ 第１接点 １４ 第２接点 １５ 第１設定器 １６ 第２設定器 １７ 第２加算器 １８ 積分器 ２１ 電動機電流検出器 ２２ 力率制御補正回路 ２３ 関数発生器 ２４ 別の加算手段としての第４加算器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】同期電動機から検出する力率検出値と別途
   に設定している力率指令値との偏差を演算する加算手段
   と、この加算手段が演算する偏差を入力して、この入力
   偏差を零にする励磁電流指令値を出力する比較器型力率
   制御手段と、前記励磁電流指令値に従って前記同期電動
   機の界磁回路に流す励磁電流を制御する励磁電流制御手
   段とを備えている同期電動機の力率制御装置において、 前記加算手段が出力する偏差を前記同期電動機出力電流
   の値に対応して補正する力率制御補正手段を備え、この
   力率制御補正手段の出力を前記比較器型力率制御手段へ
   入力させることを特徴とする同期電動機の力率制御装
   置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の同期電動機の力率制御装
   置において、前記力率制御補正手段は、前記同期電動機
   の出力電流を入力してこの入力電流に対応した補償信号
   を出力する関数発生手段と、前記加算手段の演算結果と
   この関数発生手段の出力との偏差を演算する別の加算手
   段とで構成することを特徴とする同期電動機の力率制御
   装置。