JPH0669290B2 - Cycloconverter control method - Google Patents

Cycloconverter control method

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JPH0669290B2
JPH0669290B2 JP20922587A JP20922587A JPH0669290B2 JP H0669290 B2 JPH0669290 B2 JP H0669290B2 JP 20922587 A JP20922587 A JP 20922587A JP 20922587 A JP20922587 A JP 20922587A JP H0669290 B2 JPH0669290 B2 JP H0669290B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、負荷となる交流電動機に供給される出力電圧
が、入力電圧よりも高く得られるように、交流バイアス
電圧を重畳する方式のサイクロコンバータに係り、特
に、その出力周波数領域が動作可能上限値に近くまで運
転されることを要求される交流可変速ドライブシステム
に好適なサイクロコンバータの制御方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial application] The present invention relates to a cyclone system in which an AC bias voltage is superposed so that an output voltage supplied to an AC motor as a load can be higher than an input voltage. The present invention relates to a converter, and more particularly, to a control method of a cycloconverter suitable for an AC variable speed drive system in which its output frequency range is required to be operated close to an operable upper limit value.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

サイクロコンバータは比較的大容量の、誘導電動機など
の交流電動機を可変速駆動するための電源装置として種
々の特長を備えているため、広く実用化されているが、
その反面、制御の内容にいくつかの制約や、特徴的な方
式が見られ、その例として、例えば特開昭60−194794号
公報や、特開昭60−28772号公報の記載を挙げることが
できる。
Cycloconverters have been widely put into practical use because they have various features as a power supply device for variable-speed driving of AC motors of relatively large capacity, such as induction motors.
On the other hand, some restrictions on the contents of control and characteristic methods are found, and examples thereof include JP-A-60-194794 and JP-A-60-28772. it can.

すなわち、これら公報のうち、前者(特開昭60−194794
号)は、サイクロコンバータで駆動すべき交流電動機の
端子電圧に3倍の周波数の交流バイアス電圧を重畳し、
これによりサイクロコンバータの出力電圧を大略、台形
に近づけ、この結果サイクロコンバータの入力電圧より
も大きな出力電圧のもとで動作し得る点を特徴とする制
御方式について開示しており、他方、後者(特開昭60−
28772号)は、サイクロコンバータの入力周波数と出力
周波数の関係で、その出力電圧を制限すべき点について
開示している。
That is, of these publications, the former (JP-A-60-194794)
No.) superimposes an AC bias voltage with a triple frequency on the terminal voltage of an AC motor to be driven by a cycloconverter,
This discloses a control method characterized in that the output voltage of the cycloconverter is approximately trapezoidal, and as a result, the cycloconverter can operate under an output voltage larger than the input voltage of the cycloconverter, while the latter ( JP 60-
No. 28772) discloses that the output voltage should be limited due to the relationship between the input frequency and the output frequency of the cycloconverter.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

ところで、上記従来技術からもうかゞい知ることができ
るように、サイクロコンバータを用いた交流電動機の可
変速駆動システム、いわゆる交流可変速ドライブシステ
ムでは、サイクロコンバータの入力電圧を高めずに、充
分に高い電機電圧を得、しかも、入力周波数に比して充
分に高い出力周波数にまで制御できることが望ましい。
By the way, as can be seen from the above-mentioned prior art, in a variable speed drive system for an AC motor using a cycloconverter, a so-called AC variable speed drive system, it is sufficient to increase the input voltage of the cycloconverter It is desirable that a high electric machine voltage can be obtained and that the output frequency can be controlled sufficiently higher than the input frequency.

しかしながら、上記従来技術では、サイクロコンバータ
入力の電圧や周波数に比して出力の電圧と周波数を共に
高くするという点について配慮されておらず、このため
にはサイクロコンバータの入力電圧を上げる必要があ
り、使用すべき半導体スイツチ素子の耐圧増加や、電源
側の変圧器の容量の増加などを伴なつてコストアツプと
なるという問題点があつた。
However, in the above-mentioned conventional technology, no consideration is given to increasing both the output voltage and the frequency in comparison with the cycloconverter input voltage and the frequency. Therefore, it is necessary to increase the cycloconverter input voltage. However, there is a problem that the cost is increased due to the increase of the withstand voltage of the semiconductor switch element to be used and the increase of the capacity of the transformer on the power source side.

本発明の目的は、高速大容量の交流可変速ドライブシス
テムに適用して、電源側機器容量を増加させることな
く、充分に高い周波数まで運転可能なサイクロコンバー
タの制御方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a control method of a cycloconverter which can be applied to a high-speed and large-capacity AC variable speed drive system and can be operated up to a sufficiently high frequency without increasing the capacity of the power supply side device.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記目的は、サイクロコンバータの出力電圧に3倍周波
数の交流バイアス電圧を重畳するバイアス制御方式のサ
イクロコンバータにおいて、このバイアス電圧の重畳率
を出力周波数に応じて制御し、出力周波数の増加に対応
してバイアス電圧を減少させるようにして達成される。
The above object is to control the bias voltage superposition ratio in accordance with the output frequency in a bias control type cycloconverter that superimposes an AC bias voltage having a tripled frequency on the output voltage of the cycloconverter to cope with an increase in the output frequency. Is achieved by reducing the bias voltage.

〔作 用〕[Work]

サイクロコンバータでは、出力電圧の変化率が入力電圧
の変化率を超えない範囲でしか正常な動作が得られな
い。
In the cycloconverter, normal operation can be obtained only in a range in which the rate of change of the output voltage does not exceed the rate of change of the input voltage.

一方、バイアス制御方式では、バイアス電圧を重畳する
ことによつて電圧の変化率が増大する。
On the other hand, in the bias control method, the rate of change of the voltage is increased by superimposing the bias voltage.

そこで、バイアス電圧の重畳率を制御し、出力周波数の
増加に伴つて重畳率を下げてやれば、出力電圧の変化率
増大が抑えられるので、高い周波数まで運転を続けるこ
とができる。
Therefore, by controlling the bias voltage superimposition rate and decreasing the superimposition rate as the output frequency increases, an increase in the output voltage change rate can be suppressed, so that operation can be continued up to a high frequency.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明によるサイクロコンバータの制御方法につ
いて、図示の実施例により詳細に説明する。
The control method of the cycloconverter according to the present invention will be described in detail below with reference to the illustrated embodiment.

第2図は本発明の一実施例が適用された交流可変速シス
テムの概略ブロツク図で、図において、電源1から入力
変圧器2を通して、電圧v,周波数fの交流電力が
サイクロコンバータ3に供給され、これによりサイクロ
コンバータ3は変換動作を行ない、電圧v,周波数f
の交流電力を出力し、それを交流電動機4に供給す
る。そうすると、この電動機4の端子電圧はvにな
る。
FIG. 2 is a schematic block diagram of an AC variable speed system to which an embodiment of the present invention is applied. In the figure, AC power having a voltage v i and a frequency f i is converted into a cycloconverter 3 from a power source 1 through an input transformer 2. , The cycloconverter 3 performs the conversion operation, and the voltage v 0 and the frequency f
The AC power of 6 is output and supplied to the AC motor 4. Then, the terminal voltage of the electric motor 4 becomes v m.

そこで、サイクロコンバータ3の中の図示されていない
制御装置は、電動機4に要求される回転速度などの運転
条件に応じて、任意の可変電圧vと可変周波数f
交流電力を発生し、電動機4の可変速駆動を実現させ
る。
Therefore, a control device (not shown) in the cycloconverter 3 generates an AC power having an arbitrary variable voltage v 0 and a variable frequency f 0 according to operating conditions such as the rotation speed required for the electric motor 4, A variable speed drive of the electric motor 4 is realized.

次に、この第2図の実施例における各部の波形を第3図
に示す。正弦波状に変化する電動機電圧vに対し、3
倍周波のバイアス電圧vを重畳することにより、サイ
クロコンバータの出力をほぼ台形の出力電圧vとし、
その波高値Vを低減する。そうすることにより、入力
変圧器2の出力電圧E(E=vの実効値)を低減
することができる。逆にいえば、同じEに対しても、
電動機端子電圧E(E=vの実効値)を高くする
ことができる。
Next, the waveform of each part in the embodiment of FIG. 2 is shown in FIG. 3 for a motor voltage v m that changes sinusoidally
By superimposing the bias voltage v B of the double frequency, the output of the cycloconverter becomes a substantially trapezoidal output voltage v 0 ,
The peak value V 0 is reduced. By doing so, the output voltage E i (E i = effective value of v i ) of the input transformer 2 can be reduced. Conversely, for the same E i ,
The electric motor terminal voltage E m (E m = effective value of v m ) can be increased.

そこで、このときの入力電圧と端子電圧の上昇比E
をバイアス制御の評価値として、72アームサイクロ
コンバータを例にして考える。
Therefore, the ratio of increase in the input voltage and the terminal voltage at this time Em /
Consider a 72-arm cycloconverter with E i as an evaluation value for bias control.

まず、出力しうる最大電圧について見てみると出力電圧
のピーク値V(第3図)は、入力電圧vと、サ
イクロコンバータ3の主回路スイツチング素子であるサ
イリスタの最小通流角度βによつて制限され、従つて入
力電圧vの実効値をEとすれば、このピーク値V
は次の(1)式で定まる。
First, looking at the maximum voltage that can be output, the peak value V 0 (FIG. 3) of the output voltage v 0 is the input voltage v i and the minimum conduction angle of the thyristor which is the main circuit switching element of the cycloconverter 3. If the effective value of the input voltage v i is limited to E i by E i , this peak value V 0
Is determined by the following equation (1).

次に、電動機電圧vの実効値をEとし、K=V
とおけば、 だから、 となる。
Next, let E m be the effective value of the motor voltage v m , and K = V m /
If you say V 0 , So Becomes

次に、出力電圧の変化率が入力電圧のそれを超えない条
件、すなわち、次の(3)式の条件について考える。
Next, let us consider the condition where the rate of change of the output voltage does not exceed that of the input voltage, that is, the condition of the following expression (3).

ここで、、入力電圧vは72アームの場合、 と表せる。 Here, when the input voltage v i is 72 arms, Can be expressed as

一方、出力電圧vは基本波と3次高調波(バイアス)
との和で、 と表わせる。なお、ここで、aはバイアス電圧の重畳
率、ω,ωはそれぞれ2πfi,2πf0である。(3),
(4),(5)より を得る。
On the other hand, the output voltage v 0 is the fundamental wave and the third harmonic (bias)
Is the sum of Can be expressed as Here, a is the bias voltage superimposition ratio, and ω i and ω 0 are 2πfi and 2πf0, respectively. (3) ,
From (4) and (5) To get

(2),(6)式を図に示したのが第4図で、3次高調波バイ
アス電圧の重畳率の逆数、つまり1/aに対する、入力,
出力電圧比、即ちEm/Eiの大きさを示しており、この図
で曲線10は最大出力電圧からの制限式(2)を示したもの
で、電圧比Em/Eiのとりうる範囲は曲線10より下の領域
となる。
Fig. 4 shows the equations (2) and (6) in Fig. 4, which is the reciprocal of the superposition ratio of the third harmonic bias voltage, that is, 1 / a,
The output voltage ratio, that is, the magnitude of E m / E i is shown.In this figure, the curve 10 shows the limiting equation (2) from the maximum output voltage, and the voltage ratio E m / E i can be The range is the area below curve 10.

そして、周波数の影響を考慮しないならば、従来から言
われているようにa=1/6でEm/Eiは極大点17をもつ。
If the influence of frequency is not taken into consideration, E m / E i has a maximum point 17 at a = 1/6, as is conventionally said.

一方、曲線群11〜16は、入力周波数fで規格化された
出力周波数f0/fiをパラメータとして、出力電圧の変化
率の制限式(6)を示したもので、この場合でも、出力電
圧Em/Eiの範囲は各々の曲線より下の領域である。
On the other hand, the curve groups 11 to 16 show the expression (6) for limiting the rate of change of the output voltage with the output frequency f 0 / f i standardized by the input frequency f i as a parameter. The range of output voltage E m / E i is the area below each curve.

従つて、2つの条件式(2),(6)によつて決定される重畳
率aの最適値は、条件式(2),(6)の共通領域において、
出力電圧比Em/Eiを最大にする点として表わされる。す
なわち、f0/fi≦0.65では、a=1/6の極大点であり、f0
/fiが0.65から大きくなるに従い最大点は、曲線10の上
を右の方へ移つて行く。一方、バイアス制御を行わない
場合は、(2)式においてK=1で与えられ、Em/Eiの最大
値は1.73となり、これを示したのが直線18である。従つ
てて、この直線より上がバイアス制御による出力上昇分
である。
Therefore, the optimum value of the superposition rate a determined by the two conditional expressions (2) and (6) is in the common area of the conditional expressions (2) and (6).
It is expressed as a point that maximizes the output voltage ratio E m / E i . That is, in f 0 / f i ≦ 0.65, the maximum point of a = 1/6, and f 0
As / f i increases from 0.65, the maximum shifts to the right on curve 10. On the other hand, when the bias control is not performed, K = 1 in the equation (2), the maximum value of E m / E i is 1.73, and the straight line 18 shows this. Therefore, the amount of increase in output due to the bias control is above this straight line.

上記したように、条件式(2),(6)によつて決定される重
畳率aの最適値は、これらの式(2),(6)の共通領域にお
いて、出力電圧比Em/Eiを最大にする点として表わされ
るが、これを換言すれば、出力電圧vの変化率が入力
電圧vの変化率を超えない極限までバイアス電圧の重
畳率aを高く制御することであり、従つて、上記実施例
では、この条件が満足するようにしてバイアス制御する
ようになつている。
As described above, the optimum value of the superposition rate a determined by the conditional expressions (2) and (6) is the output voltage ratio Em / E in the common region of these expressions (2) and (6). It is expressed as a point that maximizes i. In other words, this is to control the bias voltage superposition rate a to be high to the limit where the rate of change of the output voltage v 0 does not exceed the rate of change of the input voltage v i . Therefore, in the above embodiment, the bias is controlled so that this condition is satisfied.

第1図は、出力周波数f0/fiに対して電圧比Em/Eiの最大
値を与えるのに必要な重畳率aの値を、aの逆数1/aと
して示すと共に、このときでの1/aに対応した電圧比Em/
Eiの値を示したもので、従つて、上記実施例によつて得
られる特性を表わしていることになる。
FIG. 1 shows the value of the superimposition ratio a necessary to give the maximum value of the voltage ratio E m / E i to the output frequency f 0 / f i as the reciprocal 1 / a of a and Voltage ratio E m / corresponding to 1 / a at
It shows the value of E i , and therefore represents the characteristics obtained by the above-mentioned embodiment.

そして、この第1図から明らかなように、出力周波数に
応じて、バイアス電圧の重畳率を変えてやれば、すなわ
ち、上記実施例のようにしてやれば、充分に高い周波数
まで出力電圧比を高くできることが判る。
As is apparent from FIG. 1, if the bias voltage superposition rate is changed according to the output frequency, that is, as in the above-described embodiment, the output voltage ratio is increased to a sufficiently high frequency. I know what I can do.

従来のバイアス制御、つまりa=1/6で一定の制御を行
つた場合との比較を行つたのが第5図であり、この図に
おいて、曲線20が上記実施例によるEm/Eiの変化を示
し、曲線21がa=1/6で一定のバイアス制御を行つた
場合、そして、直線22がバイアス制御を行わなかつた場
合、すなわちa=0の場合である。
FIG. 5 shows a comparison with the conventional bias control, that is, a case where a constant control is performed with a = 1/6. In FIG. 5, a curve 20 indicates a change in E m / E i according to the above-described embodiment. Curve 21 shows the case where constant bias control is performed at a = 1/6, and the straight line 22 does not perform bias control, that is, the case where a = 0.

従つて、この第5図によれば、上記実施例のものが高い
周波数まで高出力を得ているのがわかり、結局、この実
施例によれば、入力電圧vを高くすることなく、充分
に高い周波数まで可変範囲を広げることができ、交流電
動機4を広範囲にわたつて可変速制御することができ
る。
Accordance connexion, according to the FIG. 5, see that to obtain a high output up to a frequency higher that of the above embodiment, after all, according to this embodiment, without increasing the input voltage v i, sufficient The variable range can be widened to a very high frequency, and the AC motor 4 can be controlled at a variable speed over a wide range.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、サイクロコンバータの出力電圧を高め
るというバイアス制御方式の利点を充分に活かしなが
ら、その出力周波数を極限まで入力周波数に近く、安定
に制御することができるから、入力変圧器の容量増加や
スイツチ素子の耐圧増加によるコストアツプを伴うこと
なく、交流可変速ドライブシステムに適用して充分な性
能向上が得られるサイクロコンバータを提供できるとい
う効果がある。
According to the present invention, while fully utilizing the advantage of the bias control method of increasing the output voltage of the cycloconverter, the output frequency can be controlled as close to the input frequency as possible to the limit, so that the capacitance of the input transformer can be controlled. There is an effect that it is possible to provide a cycloconverter that can be applied to an AC variable speed drive system and can sufficiently improve its performance without increasing the cost due to the increase in the withstand voltage of the switch element.

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

第1図は本発明によるサイクロコンバータの制御方法の
一実施例における特性図、第2図は本発明の一実施例が
適用された交流可変速ドライブシステムの一例を示す構
成図、第3図は動作説明用の波形図、第4図及び第5図
はそれぞれ動作説明用の特性図である。 1……交流電源、2……入力変圧器、3……サイクロコ
ンバータ、4……交流電動機。
FIG. 1 is a characteristic diagram of an embodiment of a cycloconverter control method according to the present invention, FIG. 2 is a configuration diagram showing an example of an AC variable speed drive system to which the embodiment of the present invention is applied, and FIG. Waveform diagrams for explaining the operation, and FIGS. 4 and 5 are characteristic diagrams for explaining the operation, respectively. 1 ... AC power supply, 2 ... Input transformer, 3 ... Cyclo converter, 4 ... AC motor.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松竹 貢 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 高橋 潤一 茨城県日立市大みか町5丁目2番1号 株 式会社日立製作所大みか工場内 (56)参考文献 特開 昭60−194794(JP,A) 特開 昭63−181665(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor, Mitsugu Matsutake 3-1-1, Saiwaicho, Hitachi-shi, Ibaraki Hitachi factory Hitachi Ltd. (72) Inventor, Junichi Takahashi 5-chome, Omika-cho, Hitachi-shi, Ibaraki No. 1 Incorporated company Hitachi Ltd. Omika factory (56) Reference JP-A-60-194794 (JP, A) JP-A-63-181665 (JP, A)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】バイアス電圧の重畳により出力電圧波形を
台形にひずませて出力電圧の増大を図る方式のサイクロ
コンバータにおいて、出力電圧の変化率が入力電圧の変
化率を超えないように、上記バイアス電圧の重畳率を出
力周波数に応じて制御することを特徴とするサイクロコ
ンバータの制御方法。
1. A cycloconverter of the type in which an output voltage waveform is distorted into a trapezoidal shape by superimposing a bias voltage to increase the output voltage so that the rate of change of the output voltage does not exceed the rate of change of the input voltage. A control method for a cycloconverter, characterized in that the superposition rate of the bias voltage is controlled according to the output frequency.
【請求項2】特許請求の範囲第1項において、上記バイ
アス電圧の重畳率が、サイクロコンバータの出力周波数
が所定値に達するまでは一定値で、この所定値以上の周
波数では、この周波数の上昇に比例して減少してゆくよ
うに制御することを特徴とするサイクロコンバータの制
御方法。
2. The superposition rate of the bias voltage is a constant value until the output frequency of the cycloconverter reaches a predetermined value, and the frequency rises above this predetermined value. A control method for a cycloconverter, which is characterized by controlling so as to decrease in proportion to.
JP20922587A 1987-08-25 1987-08-25 Cycloconverter control method Expired - Lifetime JPH0669290B2 (en)

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