JPH0697873B2 - 交流電動機の制御装置 - Google Patents

交流電動機の制御装置

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JPH0697873B2
JPH0697873B2 JP61144125A JP14412586A JPH0697873B2 JP H0697873 B2 JPH0697873 B2 JP H0697873B2 JP 61144125 A JP61144125 A JP 61144125A JP 14412586 A JP14412586 A JP 14412586A JP H0697873 B2 JPH0697873 B2 JP H0697873B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は交流電動機の制御装置に係り、特に交流電動機
を可変速運転する時に,交流電動機の入力電圧(一次電
圧)と入力電流(一次電流)との位相関係を検出してイ
ンバータ回路の電力変換素子の転流制御を行なう交流電
動機の制御装置に関するものである。
(従来の技術) 近年、交流電動機を可変速駆動するための制御装置とし
ては、インバータ回路の電力変換素子に自己消弧形電力
変換素子を用いたものが提案されてきている。第5図
は、この種の交流電動機の制御装置の回路構成例を示し
たものである。
第5図において、11は交流電源の入力端子、12は交流を
直流に変換する整流器、13はこの整流器12からの出力を
平滑する直流リアクトル、14はこの直流リアクトル13で
平滑された直流を交流に変換して、負荷である誘導電動
機等の交流電動機15を駆動するインバータ回路、16はこ
のインバータ回路14の出力端子に接続されたコンデンサ
等の容量性負荷、17は速度基準を設定するための速度基
準設定器、18は制御回路、141は上記インバータ回路14
を構成するゲートターンオフサイリスタ等の自己消弧形
電力変換素子、142はこの自己消弧形電力変換素子141
直列に設けられ、インバータ回路14を構成するサイリス
タ等の自然転流形電力変換素子を夫々示している。
かかる交流電動機の制御装置の動作を要約すると次のよ
うになる。すなわち、交流電源の入力端子11より供給さ
れる交流電力を整流器12で直流電力に変換し、これを直
流リアクトル13で平滑し、さらにこれをインバータ回路
14で再び交流電力に変換して、この交流電力を交流電動
機15および容量性負荷16へ供給するものである。
そして、このようにして交流電動機15を可変速駆動する
時のインバータ回路14の出力電流IIと,交流電動機15の
入力電流(一次電流)IMと,容量性負荷16の入力電流Ic
との関係をベクトル図で示すと第6図のようになる。第
6図において、容量性負荷16の入力電流Icは次式のよう
な関係となる。
Ic∝(インバータ回路14の出力周波数)2 従って、インバータ回路14の出力周波数が低い運転領域
では、インバータ回路14の出力電流IIは遅れ位相とな
り、インバータ回路14を構成する自己消弧形電力変換素
子141で強制転流を行なう。一方、インバータ回路14の
出力周波数が高い運転領域では、インバータ回路14の出
力電流IIは進み位相となり、インバータ回路14を構成す
る自然転流形電力変換素子142で自然転流を行なうこと
ができる。
しかしながら、上述したような交流電動機の制御装置に
おいては次のような問題がある。すなわち、前述のよう
に容量性負荷16の入力電流Icが,インバータ回路14の出
力周波数の二乗に比例して変化することから、インバー
タ回路の出力周波数の中間領域では、大きな負荷が交流
電動機15に加わると,インバータ回路14の出力電流II
第6図のベクトル関係から明らかなように遅れ位相とな
るため、自己消弧形電力変換素子141の電圧定格を大き
くするか,または容量性負荷16の容量を増加させる必要
がある。つまり、交流電動機15の入力電流(一次電流)
IMを,インバータ回路14の出力周波数の減少と共に減少
させることが必要であり、交流電動機15を広い可変周波
数範囲で運転することができなかった。
一方、インバータ回路14の出力周波数が高い運転領域で
は、自然転流形電力変換素子142を自然転流させるため
には、商用周波数ベースで約30°位に第6図のベクトル
図で進み位相角θ2とする必要があり、インバータ回路1
4の出力周波数が高くなるとこれと共に進み位相角θ2
増加し、結果的にインバータ回路14の出力力率が低下し
て,インバータ回路14の出力容量が交流電動機15の入力
容量に比較して非常に増加することになる。
(発明が解決しようとする問題点) 以上のように、従来の交流電動機の制御装置において
は、交流電動機の運転を広い可変周波数範囲で行なうこ
とができないばかりでなく、インバータ回路の出力力率
が低下してその出力容量が非常に増加するという問題が
あった。
そこで本発明では、インバータ回路の出力力率を向上さ
せてその出力容量を低減すると共に、交流電動機の運転
を広い可変周波数範囲で行なうことが可能な小形で経済
的に有利な信頼性の高い交流電動機の制御装置を提供す
ることを目的とするものである。
[発明の構成] (問題点を解決するための手段) 上記の目的を達成するために本発明では、交流を直流に
変換する整流器と、この整流器からの出力を平滑する直
流リアクトルと、この直流リアクトルで平滑された直流
を交流に変換して交流電動機を駆動するインバータ回路
とから構成される交流電動機の制御装置において、上記
インバータ回路を構成するアームを,自己消弧形電力変
換素子と自然転流形電力変換素子との直列回路で構成す
ると共に、上記インバータ回路の出力端子に容量性負荷
を接続し、上記インバータ回路を強制転流で制御する第
1の制御手段と、上記インバータ回路を自然転流で制御
する第2の制御手段と、上記インバータ回路の出力電圧
位相を検出する電圧位相検出手段と、上記インバータ回
路の運転領域の少なくとも一部の領域で,上記電圧位相
検出手段にて検出される出力電圧位相を所定位相角値と
比較し,かつこの比較結果に基づいて上記強制転流を行
なうか或いは上記自然転流を行なうかを判別する判別手
段とを備えるようにしたことを特徴とする。
(作用) 上述の交流電動機の制御装置においては、インバータ回
路の出力電圧位相を検出する電圧位相検出手段を設けて
いることから、インバータ回路の出力電流IIが前述した
進み位相θ2となるタイミングで自己消弧形電力変換素
子を強制転流させると、交流電動機の入力電圧(一次電
圧)の線間電圧を実効値でEMとすれば,自己消弧形電力
変換素子には の逆電圧が印加される。従って、この逆電圧 が自己消弧形電力変換素子の定格電圧よりも低い値とな
るまで、電圧位相検出手段にてインバータ回路の出力電
圧位相を検出しながら,自己消弧形電力変換素子で強制
転流するようにインバータ回路を制御することにより、
インバータ回路を強制転流によって信頼性高く運転する
ことができる。この結果、容量性負荷の容量を増加させ
る必要がなく、交流電動機を広い範囲で可変速運転して
も,インバータ回路の出力容量が増加するのを防止する
ことができることになる。
(実施例) 本発明は、インバータ回路の出力電圧位相を検出する電
圧位相検出手段を設けて、これからの検出信号に基づい
てインバータ回路の自己消弧形電力変換素子を消弧させ
るタイミングを制御することにより、インバータ回路を
構成する自己消弧形電力変換素子が自然転流形電力変換
素子より電圧定格が低くても、インバータ回路の出力周
波数範囲が比較的高い運転領域まで,自己消弧形電力変
換素子にて強制転流させることができるようにしたもの
である。
以下、上述のような考え方に基づいた本発明の一実施例
について図面を参照して説明する。
第1図は、本発明による交流電動機の制御装置の回路構
成例を示すものであり、第5図と同一分には同一符号を
付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について
のみ述べる。すなわち第1図は、第5図に加えて前記イ
ンバータ回路14の出力電圧位相を検出する電圧位相検出
器19を設けて、これからの電圧位相検出信号を制御回路
19に導入し、この電圧位相検出信号を基づいて強制転流
或いは自然転流を行なうように構成したものである。
かかる如く構成した交流電動機の制御装置において、交
流電源の入力端子11により供給される交流電力は整流器
12で直流電力に変換され、これを直流リアクトル13で平
滑し、さらにインバータ回路14で速度基準設定器17から
の速度基準設定値に基づいて,可変電圧・可変周波数の
交流電力に変換され、これよりこの交流電力は交流電動
機15および容量性負荷16へ夫々供給される。また、上記
インバータ回路14の出力電圧位相が電圧位相検出器19に
よって検出され、これからの電圧位相検出信号が制御回
路18に導入され、この電圧位相検出信号に基づいて制御
回路18により強制転流或いは自然転流の制御が行なわれ
る。
次に、その制御内容について具体的に述べる。
第2図において、(a)はインバータ回路14の出力電圧
位相を示すもので、eu,ev,ewは各相の電圧波形を夫々示
している。また、同じく(b)はインバータ回路14を構
成する3層ブリッジ回路の各アームの電力変換素子(14
1と142)の導通位相を示すもので、各アームとも120°
ずつ導通する。さらに、同じく(c)は電力変換素子Up
に印加される電圧波形を示したものである。すなわち第
2図において、相電圧euに対して電力変換素子Upが位相
角θ2だけ進んだ位相で導通する時、前述したように交
流電動機15の入力電圧(一次電圧)の線間電圧実効値を
EMとすれば,電力変換素子Upには の逆電圧が印加される。従って、第3図に電圧位相検出
器19と制御回路18の構成の一部を示すように、この逆電
が所定値以内か否かを判別して、自己消弧形電力変換素
子141により強制転流を行なうか,自然転流形電力変換
素子142により自然転流を行なうかを判別して制御が行
なわれる。すなわち第3図において、電圧位相検出器19
によって前述のθ2を検出し、位相角判別器181により所
定位相角値θ2maxとの大小関係が判別される。また、制
御回路18内の電圧検出回路182によってインバータ回路1
4の出力電圧の大きさを検出し、この検出電圧が電圧判
別器183にて所定電圧実効値EM1と比較される。そして以
上の比較判別の結果、電圧位相検出器19からの検出位相
が所定位相角値θ2maxよりも小さく,かつ電圧検出回路
182からの検出電圧が所定電圧実効値EM1よりも小さい場
合には,信号結合器(AND)184によって強制転流の制御
が選択される。また上記以外の場合には、信号結合器
(OR)185によって自然転流の制御が選択されることに
なる。
上述したように本実施例では、インバータ回路14の出力
電圧位相を検出する電圧位相検出器19を設け、自己消弧
形電力変換素子141にて強制転流を行なう領域で自己消
弧形電力変換素子141に印加される電圧が所定値以下か
否かを判別しながら制御するようにしているので、自己
消弧形電力変換素子141にて強制転流を行なう領域を、
インバータ回路14の中高速出力周波数領域等の高い出力
周波数領域にまで拡大することができる。このようにし
て、自己消弧形電力変換素子141を強制転流させる出力
周波数領域が拡大される結果、容量性負荷16の容量を増
加させる必要性が減少し、インバータ回路14は高い出力
周波数領域においても出力容量の低下を生ずることが無
くなる。すなわち、以下のような作用効果が得られるも
のである。
(a)インバータ回路14の出力側に接続される容量性負
荷16の進相容量を増加させることなく、広い可変周波数
範囲で交流電動機15の運転を行なうことができる。
(b)容量性負荷16の進相容量を減少させることができ
る結果、インバータ回路14の最高周波数運転領域での運
転効率が向上し、インバータ回路14の出力容量を低減す
ることができる。
(c)インバータ回路14の強制転流と自然転流が切換ら
れる近傍では,強制転流される自己消弧形電力変換素子
141の印加電圧も監視,制御されることから、転流シス
テムの信頼性を向上させることができる。
尚、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
く、次のようにしても実施することができるものであ
る。
(a)例えば第4図にインバータ回路14の1アーム分の
回路構成例を示すように、自己消弧形電力変換素子141
と自然転流形電力変換素子142が複数個直列に接続さ
れ、自己消弧形電力変換素子141の逆耐圧がほとんど零
のためダイオード143が接続されている場合等では、前
述した を自己消弧形電力変換素子141の逆電圧定格以内に選択
することができないが、このような場合においても を所定値以内にするとか,または位相角θ2の進み時間
を電流重なり期間との関係で所定時間以内にするとかの
判別を行なうことによって、自己消弧形電力変換素子14
1の強制転流を行なう領域を拡大できることが明らかで
ある。すなわち本発明では、強制転流を行なう領域の逆
電圧の大きさのみを限定するものではない。
(b)本発明では、電圧位相検出器19からの検出信号を
利用して強制転流を行なうか,自然転流を行なうかを判
別する手段を、インバータ回路14の全出力周波数範囲に
わたって行なうことを限定するものではなく、インバー
タ回路14の中高速出力周波数領域の一部においてのみ,
上述の判別手段を適用するようにしてもよいものであ
る。
その他、本発明はその要旨を変更しない範囲で、種々に
変形して実施することができるものである。
[発明の効果] 以上説明したように本発明によれば、インバータ回路の
出力力率を向上させてその出力容量を低減すると共に、
交流電動機の運転を広い可変周波数範囲で行なうことが
可能な小形で経済的に有利な極めて信頼性の高い交流電
動機の制御装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による交流電動機の制御装置の一実施例
を示す回路構成図、第2図は同実施例における作用を説
明するための波形図、第3図は同実施例における電圧位
相検出器および制御回路の機能を説明するための波形
図、第4図は本発明の他の実施例を示す回路構成図、第
5図は従来の交流電動機の制御装置を示す回路構成図、
第6図は第5図における交流電動機可変速駆動時のイン
バータ回路の出力電流II,交流電動機の入力電流(一次
電流)IM,容量性負荷の入力電流ICの関係を示すベクト
ル図である。 11……交流電源の入力端子、12……整流器、13……直流
リアクトル、14……インバータ回路、15……交流電動
機、16……容量性負荷、17……速度基準設定器、18……
制御回路、19……電圧位相検出器、141……自己消弧形
電力変換素子、142……自然転流形電力変換素子、143
…ダイオード、181……位相角判別器、182……電圧検出
回路、183……電圧判別器、184,185……信号結合器、I
I……インバータ回路の出力電流、IM……交流電動機の
入力電流(一次電流)、IC……容量性負荷の入力電流。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】交流を直流に変換する整流器と、この整流
    器からの出力を平滑する直流リアクトルと、この直流リ
    アクトルで平滑された直流を交流に変換して交流電動機
    を駆動するインバータ回路とから構成される交流電動機
    の制御装置において、前記インバータ回路を構成するア
    ームを,自己消弧形電力変換素子と自然転流形電力変換
    素子との直列回路で構成すると共に、前記インバータ回
    路の出力端子に容量性負荷を接続し、前記インバータ回
    路を強制転流で制御する第1の制御手段と、前記インバ
    ータ回路を自然転流で制御する第2の制御手段と、前記
    インバータ回路の出力電圧位相を検出する電圧位相検出
    手段と、前記インバータ回路の運転領域の少なくとも一
    部の領域で,前記電圧位相検出手段にて検出される出力
    電圧位相を所定位相角値と比較し,かつこの比較結果に
    基づいて前記強制転流を行なうか或いは前記自然転流を
    行なうかを判別する判別手段とを備えるようにしたこと
    を特徴とする交流電動機の制御装置。
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